九液壓系統(tǒng)設(shè)計解讀.ppt

液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計是整機設(shè)計的一部分 需根據(jù)主機的具體工作條件 對負載大小和性質(zhì) 工況以及使用要求來進行 一 對液壓系統(tǒng)的基本要求1 能傳遞和輸出工作部件所需要的功率 力或力矩 2 能夠?qū)崿F(xiàn)工作部件所需的各項運動參數(shù)及動作要求 如行程 速度 變速范圍 位置精度 循環(huán)時間 動作順序 聯(lián)動及互鎖關(guān)系等 3 傳動效率高 液壓油溫升不超過允許值 4 工作安全可靠 使用維修方便 5 價格合理 第九章液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計算 二 液壓系統(tǒng)設(shè)計通常按以下程序進行1 分析主機工況 確定執(zhí)行原件的基本性能參數(shù) 繪制運動循環(huán)圖 行程 時間圖 速度 時間圖 和負載循環(huán)圖 負載 時間圖 2 確定系統(tǒng)額定壓力 計算執(zhí)行元件的基本結(jié)構(gòu)參數(shù) 3 擬定液壓系統(tǒng)主要回路 確定系統(tǒng)的具體方案 繪制草圖 4 選擇標準元件 設(shè)計非標準元件 5 繪制在主機上的總體布置草圖 設(shè)計和選用管路及附件 繪制管路布置圖 6 進行系統(tǒng)驗算 驗算管道損失 系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升以及液壓沖擊 7 繪制正式工作圖 編寫技術(shù)文件 第九章液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計算 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 1明確設(shè)計要求 進行工況分析9 1 1明確設(shè)計要求設(shè)計要求是任何設(shè)計的依據(jù) 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計時要明確系統(tǒng)的動作和性能要求 這里一般要考慮以下幾個方面 1 該設(shè)備中 哪些運動需要液壓或氣壓傳動完成 各執(zhí)行機構(gòu)的運動形式及動作幅度 2 對液壓或氣壓裝置的空間布置 安裝形式 重量 外形尺寸的限制等 3 執(zhí)行機構(gòu)載荷形式和大小 4 執(zhí)行機構(gòu)的運動速度 速度變化范圍以及對運動平穩(wěn)性的要求 5 各執(zhí)行機構(gòu)的動作順序 彼此之間的聯(lián)鎖關(guān)系 實現(xiàn)這些運動的操作或控制方式 6 自動化程度 效率 溫升 安全保護 制造成本等方面的要求 7 工作環(huán)境方面的要求 如溫度 濕度 振動 沖擊 防塵 防腐 抗燃性能等 另外對主機的功能 用途 工藝流程也必須了解清楚 力求設(shè)計的系統(tǒng)更加切合實際 9 1 2執(zhí)行元件的工況分析對執(zhí)行元件的工況進行分析 就是查明每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的速度和負載的變規(guī)律 通常是求出一個工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度和負載值列表表示 必要時還應(yīng)作出速度 負載隨時間 或位移 變化的曲線圖 稱為速度循環(huán)圖 負載循環(huán)圖和功率循環(huán)圖 在一般情況下 液壓傳動系統(tǒng)中液壓缸承受的負載由六部分組成 即工作負載 導(dǎo)軌摩擦負載 功率 慣性負載 重力負載 密封負載和背壓負載 前五項構(gòu)成了液壓缸所要克服的機械總負載 1 工作負載Fw不同的機器有不同的工作負載 對于金屬切削機床來說 沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負載 對液壓機來說 工件的壓制抗力即為工作負載 工作負載Fw 與液壓缸運動方向相反時為正值 方向相同時為負值 如順銑加工的切削力 工作負載既可以為恒值 也可以為變值 大小要根據(jù)具體情況加以計算 有時還要由樣機實測確定 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 2 式中 摩擦系數(shù) 其中 900 9 2 摩擦系數(shù) 其中 靜摩擦系數(shù)只和動摩擦系數(shù) G 運動部件的重力 FN 垂直于導(dǎo)軌的工作負載 V形導(dǎo)軌面的夾角 一般 900 式中 值參考表9 1 2 導(dǎo)軌摩擦負載Ff導(dǎo)軌摩擦負載是指液壓缸驅(qū)動運動部件時所受的導(dǎo)軌摩擦阻力 其值與運動部件的導(dǎo)軌形式 放置情況及運動狀態(tài)有關(guān) 各種形式導(dǎo)軌的摩擦負載計算公式可查閱有關(guān)手冊 機床上常用平導(dǎo)軌和V形導(dǎo)軌拉支承運動部件 其摩擦負載值的計算公式 導(dǎo)軌水平放置時 為 平導(dǎo)軌 Ff f G FN 9 1 V形導(dǎo)軌 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 表9 1導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 3 慣性負載Fi慣性負載是運動部件在啟動加速或在制動減速時的慣性力 其值可按牛頓第二定律求出 即 9 3 式中 g 重力加速度 時間內(nèi)的速度變化值 啟動 制動或速度轉(zhuǎn)換時間 可取 0 01 0 05s 輕載低速時可取較小值 4 重力負載Fg垂直或者傾斜放置的運動部件 在沒有平衡的情況下 其自重也成為一種負載 傾斜放置時只計算重力在運動方向上的分力 液壓缸上行時重力取正直 反之取負值 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 4 重力負載Fg垂直或者傾斜放置的運動部件 在沒有平衡的情況下 其自重也成為一種負載 傾斜放置時只計算重力在運動方向上的分力 液壓缸上行時重力取正直 反之取負值 5 密封負載Fs密封負載是指密封裝置的摩擦力 其值與密封裝置的類型和尺寸 液壓缸的制造質(zhì)量和油液的工作壓力有關(guān) 計算查相關(guān)手冊 在未完成液壓系統(tǒng)設(shè)計之前 不知道密封裝置的參數(shù) Fs無法計算 一般用液壓缸的機械效率加以計算 常取 0 90 0 97 6 背壓負載Fb背壓負載是指液壓缸回油腔背壓所造成的阻力 在系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前 Fb也無法計算 在負載計算時也可暫不考慮暫不考慮 液壓缸各個主要工作階段的機械總負載F可按下列公式計算 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 式中Fk液壓缸的動摩擦力 9 2執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定執(zhí)行元件的主要參數(shù)是指其工作壓力和最大流量 液壓傳動系統(tǒng)采用的執(zhí)行元件形式可視主機所需實現(xiàn)的運動種類和性質(zhì)而定 見下表 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 2 1初選執(zhí)行元件的工作壓力工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù) 它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本 乃至整個系統(tǒng)的性能 工作壓力選得高 執(zhí)行元件和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊 但對元件的強度 剛度及密封要求高 且要采用較高壓力的液壓泵 反之 如果工作壓力選得低 就會增大執(zhí)行元件及整個系統(tǒng)的尺寸 使結(jié)構(gòu)變得龐大 所以應(yīng)根據(jù)實際情況選取適當?shù)墓ぷ鲏毫?執(zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負載的大小或主機設(shè)備類型選取 具體選擇時 可參考表9 3和表9 4 氣壓傳動控制系統(tǒng)的工作壓力一般為0 5MPa左右 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 2 2確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)1 液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定在這里 需要確定的主要結(jié)構(gòu)尺寸是指液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d 計算和確定D和d的一般方法見4 1 1節(jié) 例如 對于單桿液壓缸 可按相應(yīng)的公式及D d之間的取值關(guān)系計算活塞直徑D和活塞桿直徑d 并按系列標準值圓整到相近的標準直徑D和d 一般情況下 當活塞桿在受拉狀態(tài)下工作時 取d D 0 3 0 5 工作壓力高取大值 當活塞桿在受壓狀態(tài)下工作時 取d D 0 5 0 7 采用差動連接并要求往返速度相等時 應(yīng)取d 0 707D 液壓缸的機械效率一般取 0 9 0 97 對有低速運動要求的系統(tǒng) 如精鏜機床的進給液壓系統(tǒng) 尚需對液壓缸的有效工作面積A進行驗算 即應(yīng)保證 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 式中 控制執(zhí)行元件速度的流量閥的最小穩(wěn)定流量 可以從液壓閥產(chǎn)品樣本中查得 液壓剛要求達到的最低工作轉(zhuǎn)速 2 液壓馬達主要參數(shù)的確定液壓馬達所需的排量V可按下式計算 式中 液壓馬達的負載扭矩 液壓馬達的機械效率 一般 0 9 0 97 馬達的兩腔工作壓差 求得排量V值后 從產(chǎn)品樣本中選擇液壓馬達的型號 計算出的液壓馬達的排量V也需滿足最低穩(wěn)定速度的要求 9 2 3復(fù)算執(zhí)行元件的工作壓力當液壓缸的主要尺寸D d和馬達的排量y計算出來以后 要按各自的系列標準圓整 經(jīng)過圓整的標準值與計算值之間一般都存在一定的差別 因此有必要根據(jù)圓整值對工作壓力進行一次復(fù)算 還需看到 在按上述方法確定工作壓力的過程中 沒有計算回油路的背壓 因此所確定的工作壓力只是執(zhí)行元件為了克服機械總負載所需的那部分壓力 在結(jié)構(gòu)參數(shù)D d及V確定之后 若選取適當?shù)谋硥汗浪阒?如表9 5 即可求出執(zhí)行元件工作腔的壓力p1 液壓缸差動連接時另行考慮 對于單桿液壓缸 其工作壓力p1 可按下列公式復(fù)算 差動快進階段 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 無桿腔進油工近階段 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 有桿腔進油快退階段 式中 F 液壓缸在各工作階段的最大機械總負載 A1 A2 分別為液壓缸無桿腔和有桿腔的有效工作面積 Pb 液壓缸出口的背壓 在系統(tǒng)設(shè)計完成之前無法準確計算 可先按表9 5估計 根據(jù)執(zhí)行元件的運動速度v或轉(zhuǎn)速n以及確定的液壓缸有效工作面積A或液壓馬達的排量v 計算出液壓執(zhí)行元件實際所需流量 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 2 4執(zhí)行元件的工況圖 9 2 4執(zhí)行元件的工況圖各執(zhí)行元件的主要參數(shù)確定之后 不但可以復(fù)算執(zhí)行元件在工作循環(huán)各階段的工作壓力 還可求出需要輸入的流量和功率 這時就可作出系統(tǒng)中各執(zhí)行元件在其工作過程中的工況圖 即執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)中的壓力 流量 功率與時間 或位移 的變化曲線圖 圖9 2為某一機床進給液壓缸工況圖 將系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的工況圖加以合并 便得到整個系統(tǒng)的工況圖 系統(tǒng)的工況圖可以顯示整個工作循環(huán)中的系統(tǒng)壓力 流量和功率的最大值及其分布情況 為后續(xù)設(shè)計步驟中選擇元件 選擇回路或修正設(shè)計提供合理的依據(jù) 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 1 壓力循環(huán)圖 p t圖 根據(jù)最后確定的執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)尺寸和負載循環(huán)圖反求出執(zhí)行元件在其工作循環(huán)各階段的工作壓力 然后把它們繪制成p t圖 2 流量循環(huán)圖 q t 圖 根據(jù)缸實際有效工作面積或馬達排量以及工作循環(huán)各階段的運動速度 計算出執(zhí)行元件在工作循環(huán)各階段中所需的流量 然后繪制成q t 圖 若系統(tǒng)中有多個執(zhí)行元件時 要把各自的流量循環(huán)圖疊加起來 繪出總的流量循環(huán)圖 3 功率循環(huán)圖 P t圖 有了P t圖和q t圖后 根據(jù)P pq的關(guān)系即可求出相應(yīng)的執(zhí)行元件所需功率在工作循環(huán)各階段的變化規(guī)律 并繪制出P t 圖 對于單個執(zhí)行元件的系統(tǒng)或某些簡單系統(tǒng) 其工況圖的繪制可以省略 而僅將計算出的各階段壓力 流量和功率值列表表示 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 3系統(tǒng)原理圖的擬定系統(tǒng)原理圖是表示系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣 擬定系統(tǒng)原理圖是設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵 它對系統(tǒng)的性能及設(shè)計方案的合理性 經(jīng)濟性具有決定性的影響 擬定系統(tǒng)原理圖包含兩項內(nèi)容 一是通過分析 對比選出合適的基本回路 二是把選出的基本回路進行有機組合 構(gòu)成完整的系統(tǒng)原理圖 1 確定執(zhí)行元件的形式液壓或氣壓傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件主要有液壓缸 氣缸 和液壓馬達 氣馬達 根據(jù)主機動作機構(gòu)的運動要求來具體選用哪種形式 通常 直線運動機構(gòu)一般采用液壓缸 氣缸 驅(qū)動 旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)采用液壓馬達 氣馬達 驅(qū)動 但也不盡然 總之 要合理地選擇執(zhí)行元件 綜合考慮液 氣 機 電各種傳動方式的相互配合 使所設(shè)計的液壓 氣壓 傳動系統(tǒng)更加簡單 高效 2 確定回路類型一般具有較大空間可以存放油箱且不另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng) 都采用開式回路 凡允許采用輔助泵進行補油并借此進行冷卻油交換來達到冷卻目的的系統(tǒng) 都采用閉式回路 通常節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用開式回路 容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉式回路 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 3 選擇合適回路在擬定系統(tǒng)原理圖時 應(yīng)根據(jù)各類主機的工作特點和性能要求 首先確定對主機主要性能起決定性影響的主要回路 例如對于機床液壓系統(tǒng) 調(diào)速和速度換接回路是主要回路 對于壓力機液壓系統(tǒng) 調(diào)壓回路是主要回路 然后再考慮其它輔助回路 有垂直運動部件的系統(tǒng)要考慮平衡回路 有多個執(zhí)行元件的系統(tǒng)要考慮順序動作 同步或互不干擾回路 有空載運行要求的系統(tǒng)要考慮卸荷回路等 具體有 1 制訂調(diào)速控制方案根據(jù)執(zhí)行元件工況圖上壓力 流量和功率的大小以及系統(tǒng)對溫升 工作平穩(wěn)性等方面的要求選擇調(diào)速回路 對于負載功率小 運動速度低的系統(tǒng) 采用節(jié)流調(diào)速回路 工作平穩(wěn)性要求不高的執(zhí)行元件 宜采用節(jié)流閥調(diào)速回路 負載變化較大 速度穩(wěn)定性要求較高的場合 宜采用調(diào)速閥調(diào)速回路 對于負載功率大的執(zhí)行元件 一般都采用容積調(diào)速回路 即由變量泵供油 避免過多的溢流調(diào)速方式?jīng)Q定之后 回路的循環(huán)形式也隨之而定 節(jié)流調(diào)速 容積 節(jié)流調(diào)速一般采用開式回路 容積調(diào)速大多采用閉式回路 2 制訂壓力控制方案選擇各種壓力控制回路時 應(yīng)仔細推敲各種回路在選用時所需注意的問題以及特點和適用場合 例如卸荷回路 選擇時要考慮卸荷所造成的功率損失 溫升 流量和壓力的瞬時變化等 恒壓系統(tǒng)如進口節(jié)流和出口節(jié)流調(diào)速回路等 一般采用溢流閥起穩(wěn)壓溢流作用 同時也限定了系統(tǒng)的最高壓力 定壓容積節(jié)流調(diào)速回路本身能夠定壓不需壓力控制閥 另外還可采用恒壓變量泵加安全閥的方式 對非恒壓系統(tǒng) 如旁路節(jié)流調(diào)速 容積調(diào)速和非定壓容積節(jié)流調(diào)速 其系統(tǒng)的最高壓力由安全閥限定 對系統(tǒng)中某一個支路要求比油源壓力低的穩(wěn)壓輸出 可采用減壓閥實現(xiàn) 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 3 制訂順序動作控制方案主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作 根據(jù)設(shè)備類型的不同 有的按固定程序進行 有的則是隨機的或人為的 對于工程機械 操縱機構(gòu)多為手動 一般用手動多路換向閥控制 對于加工機械 各液壓執(zhí)行元件的順序動作多數(shù)采用行程控制 行程控制普遍采用行程開關(guān)控制 因其信號傳輸方便 而行程閥由于涉及油路的連接 只適用于管路安裝較緊湊的場合 另外還有時間控制 壓力控制和可編程序控制等 4 編制整機的系統(tǒng)原理圖整機的系統(tǒng)圖主要由以上所確定的各回路組合而成 將挑選出來的各個回路合并整理 增加必要的元件或輔助回路 加以綜合 構(gòu)成一個完整的系統(tǒng) 在滿足工作機構(gòu)運動要求及生產(chǎn)率的前提下 力求所設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 工作安全可靠 動作平穩(wěn) 效率高 調(diào)整和維護保養(yǎng)方便 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 此時應(yīng)注意以下幾個方面的問題 1 去掉重復(fù)多余的元件 力求使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 同時要仔細斟酌 避免由于某個元件的去掉或并用而引起相互干擾 2 增設(shè)安全裝置 確保設(shè)備及操作者的人身安全 如擠壓機控制油路上設(shè)置行程閥 只有安全門關(guān)閉時才能接通控制油路 3 工作介質(zhì)的凈化必須予以足夠的重視 特別是比較精密 重要的設(shè)備 可以單設(shè)一套自陌環(huán)的油液過濾系統(tǒng) 4 對于大型的貴重設(shè)備 為確保生產(chǎn)的連續(xù)性 在液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部位要加設(shè)必要的備用司路或備用元件 5 為便于系統(tǒng)的安裝 維修 檢查 管理 在回路上要適當裝設(shè)一些截止閥 測壓點 6 盡量選用標準元件和定型的液壓裝置 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 4元件的計算和選擇9 4 1動力元件的選擇執(zhí)行元件的尺寸規(guī)格及其工作壓力與流量確定后 再結(jié)合所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖 就可以對系統(tǒng)中的其它元件進行選擇或設(shè)計 首先根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)工況確定液壓泵的類型 然后根據(jù)液壓泵的最大供油量來選擇液壓泵的規(guī)格 1 確定液壓泵的最高供油壓力入 對于執(zhí)行元件在行程終了才需要最高壓力的工況 此時執(zhí)行元件本身只需要壓力不需要流量 但液壓泵仍需向系統(tǒng)提供一定的流量 以滿足泄漏流量的需要 可取執(zhí)行元件的最高壓力作為泵的最大工作壓力 對于執(zhí)行元件在工作過程中需要最大工作壓力的情況 可按下式確定 式中 p1 執(zhí)行元件的最高工作壓力 從液壓泵出口到執(zhí)行元件人口之間總的壓力損失 該值較為準確的計算需要管路和元件的布置圖確定后才能進行 初步計算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取 對簡單系統(tǒng)流速較小時 取 0 2 0 5MPa 對復(fù)雜系統(tǒng)流速較大時 取 0 5 1 5MPa 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 2 確定液壓泵的最大供油量qp液壓泵的最大供油量為 式中 同時的動作各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值 對于工作中始終需要溢流的系統(tǒng) 尚需加上溢流閥的最小溢流量 溢流閻的最小溢流量可取其額定流量的10 系統(tǒng)中采用蓄能器供油時 qp由系統(tǒng)一個工作周期T中的平均流量確定 系統(tǒng)的泄漏修正系數(shù) 1 1 1 3 一般大流量取小值 小流量取大值 式中 qi 系統(tǒng)在整個周期中第i個階段內(nèi)的流量 如果液壓泵的供油量是按工進工況選取時 如雙泵供油方案 其中小流量泵是供給工進王況流量的 其供油量應(yīng)考慮溢流閥的最小溢流量 式中 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 3 選擇液壓泵的規(guī)格型號根據(jù)以上計算所得的液壓泵的最大工作壓力和最大輸出流量以及系統(tǒng)中擬定的液壓泵的型式 查閱有關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本即可確定液壓泵的規(guī)格型號 但要注意 選擇的液壓泵的額定流量要大于或等于前面計算所得的液壓泵的最大輸出流量 并且盡可能接近計算值 所選泵的額定壓力應(yīng)大于或等于計算所得的最大工作壓力 有時尚需考慮一定的壓力儲備 使所選泵的額定壓力高出計算所得的最大工作壓力25 60 泵的額定流量則宜與q 相當 不要超過太多 以造成過大的功率損失 4 選擇驅(qū)動液壓泵的電動機驅(qū)動液壓泵的電動機根據(jù)驅(qū)動功率和泵的轉(zhuǎn)速來選擇 在整個工作循環(huán)中 若液壓泵的壓力和流量比較恒定 即工況圖P t 和q t曲線或P t曲線變化比較平穩(wěn)時 則驅(qū)動泵的電動機功率P為 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 應(yīng)該指出 確定液壓泵的原動機時 一定要同時考慮功率和轉(zhuǎn)速兩個因素 對電動機來說 除電動機功率滿足泵的需要外 電動機的同步轉(zhuǎn)速不應(yīng)高出泵的額定轉(zhuǎn)速 例如 泵的額定轉(zhuǎn)速為1000r min 則電動機的同步轉(zhuǎn)速亦應(yīng)為1000r min 當然 若選擇同步轉(zhuǎn)速為750r min的電動機 并且泵的流量能滿足系統(tǒng)需要時是可以的 同理 對內(nèi)燃機來說 也不要使泵的實際轉(zhuǎn)速高于其額定轉(zhuǎn)速 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 4 2閥類元件的選擇各種閥類元件的規(guī)格型號 按液壓系統(tǒng)原理圖和系統(tǒng)工況圖中提供的情況從產(chǎn)品樣本中選取 各種閥的額定壓力和額定流量 一般應(yīng)與其工作壓力和最大通過流量相接近 必要時 可允許其最大通過流量超過額定流量20 具體選擇時 注意溢流閥應(yīng)使其能通過液壓泵的全部流量 另外對所有壓力閥來說 都有個合適的調(diào)壓范圍問題 不要使該閥的額定工作壓力高出使用壓力太多 流量閥要注意該閥的最小穩(wěn)定流量能夠滿足液壓系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)最低穩(wěn)定速度的需要 在選用分流集流閥 同步閥 等控制閥時 不要使實際流量低于閥的額定流量太多 以免分流 或集流 誤差過大 單桿缸系統(tǒng)若無桿腔有效作用面積為有桿腔有效作用面積的n倍 當有桿腔進油時 則回油流量為進油流量的n倍 因此應(yīng)以n倍的流量來選擇通過的閥類元件 換向閥必要時可使實際流量最多高出其額定流量20 主要是考慮使換向閥的壓力損失不要過大 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 4 3輔助元件的選擇1 蓄能器的選擇在液壓系統(tǒng)中 蓄能器的作用是用來儲存壓力能 也用于減小液壓沖擊和吸收壓力脈動 在選擇時可根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中所起作用 相應(yīng)地確定其容量 具體可參閱本教材的液壓與氣壓傳動輔助元件章節(jié)內(nèi)容和相關(guān)手冊 2 過濾器的選擇過濾器是保持工作介質(zhì)清潔 使系統(tǒng)正常工作所不可缺少的輔助元件 過濾器應(yīng)根據(jù)其在系統(tǒng)中所處部位及被保護元件對工作介質(zhì)的過濾精度要求 工作壓力 過流能力及其它性能要求而定 通常應(yīng)注意以下幾點 1 其過濾精度要滿足被保護元件或系統(tǒng)對工作介質(zhì)清潔度的要求 2 過流能力應(yīng)大于或等于實際通過的流量的2倍 3 過濾器的耐壓應(yīng)大于其安裝部位的系統(tǒng)壓力 4 適用的場合一般按產(chǎn)品樣本上的說明 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 3 油箱的設(shè)計液壓系統(tǒng)中油箱的作用是 儲油 保證供給系統(tǒng)充分的油液 散熱 液壓系統(tǒng)中由于能量損失所轉(zhuǎn)換的熱量大部分由油箱表面散逸 沉淀油中的雜質(zhì) 分離油中的氣泡 凈化油液 在油箱的設(shè)計中具體可參閱本教材的液壓與氣壓傳動輔助元件章節(jié)內(nèi)容和相關(guān)手冊 4 冷卻器的選擇液壓系統(tǒng)如果依靠自然冷卻不能保證油溫維持在限定的最高溫度之下 就需裝設(shè)冷卻器進行強制冷卻 冷卻器有水冷和風冷兩種 對冷卻器的選擇主要是根據(jù)其熱交換量來確定其散熱面積及其所需的冷卻介質(zhì)量 具體可參閱本教材的液壓與氣壓傳動輔助元件章節(jié)內(nèi)容和相關(guān)手冊 5 加熱器的選擇環(huán)境溫度過低 使油溫低于正常工作溫度的下限 則須安裝加熱器 具體加熱方法有蒸汽加熱 電加熱 管道加熱 通常采用電加熱器 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 6 選擇的管件管件包括油管和管接頭 管件選擇是否得當 直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作和能量損失的大小 一般從強度和允許流速兩個方面考慮 液壓傳動系統(tǒng)中所用的油管 主要有鋼管 紫銅管 鋼絲編織或纏繞橡膠軟管 尼龍管和塑料管等 油管的規(guī)格尺寸大多由所連接的液壓元件接口處尺寸決定 只有對一些重要的管道才驗算其內(nèi)徑和壁厚 具體可參閱本教材的液壓與氣壓傳動輔助元件章節(jié)內(nèi)容和相關(guān)手冊 在選擇管接頭時 除考慮其有合適的通流能力和較小的壓力損失外 還要考慮到裝卸維修方便 連接牢固 密封可靠 支承元件的管道要有相應(yīng)的強度 另外還要考慮使其結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 重量輕 使用電加熱器時 單個加熱器的容量不能選得太大 如功率不夠 可多裝幾個加熱器 且加熱管部分應(yīng)全部浸入油中 根據(jù)油的溫升和加熱時間及有關(guān)參數(shù)可計算出加熱器的發(fā)熱功率 然后求出所需電加熱器的功率 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 4 4閥類元件配置形式的選擇對于固定式的液壓設(shè)備 常將液壓系統(tǒng)的動力源 閥類元件 包括某些輔助元件 集中安裝在主機外的液壓站上 這樣能使安裝與維修方便 并消除了動力源振動與油溫變化對主機工作精度的影響 而閥類元件在液壓站上的配置也有多種形式可供選擇 配置形式不同 液壓系統(tǒng)的壓力損失和元件的連接安裝結(jié)構(gòu)也有所不同 閥類元件的配置形式目前廣泛采用集成化配置 具體有下列三種 板式配置 集成塊式集成配置和疊加閥式集成配置 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 1 板式配置 圖9 3液壓元件的板式配置 1 板式配置將標準元件與其底板用螺釘固定在豎立著的平板正面上 底板上的油路用油管接通 這種配置方式的優(yōu)點在于可按需要連接成各種型式的系統(tǒng) 安裝維修方便 缺點是當液壓系統(tǒng)的管路較多 較復(fù)雜時 油管的連接工作很不方便 圖9 3為板式配置示意圖 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 2 集成塊式集成配置根據(jù)典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路做成通用化的集成塊 用它們來拼搭出各種液壓系統(tǒng) 集成塊的上下兩面為塊與塊之間的連接面 塊內(nèi)由鉆孔形成油路 四周除一面安裝管接頭通向執(zhí)行元件外 其余都供固定標準元件用 一般一塊就是一個常用的典型基本回路 一個系統(tǒng)所需集成塊的數(shù)目視其復(fù)雜程度而定 一般常需數(shù)塊組成 總進油口與回油口開在底板上 通過集成塊的公共孔道直接通頂蓋 這種配置形式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊 油管少 可標準化 便于設(shè)計與制造 更改設(shè)計方便 油路壓力損失小 如圖9 4所示 圖9 4集成塊式集成裝置 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 3 疊加閥式集成配置疊加閥式與一般管式 板式標準元件相比 其工作原理沒有多大差別 但具體結(jié)構(gòu)卻不相同 它是采用標準化的液壓元件或零件 通過螺釘將閥體疊加在一起 組成一個系統(tǒng) 每個疊加閥既起控制閥作用 又起通道體的作用 這種配置形式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊 油管少 體積小 重量輕 不需設(shè)計專用的連接塊 油路的壓力損失很小 但疊加閥需自成系列 如圖9 5所示 圖9 5液壓元件的疊加閥式配置 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 6繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件所設(shè)計的液壓系統(tǒng)經(jīng)過驗算后 即可對初步擬定的系統(tǒng)進行修改 并繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件 1 繪制正式工作圖正式工作圖包括按國家標準繪制正規(guī)的系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)裝配圖 閥塊等非標準元 輔件的裝配圖及零件圖 系統(tǒng)原理圖中應(yīng)附有元件明細表 表中標明各元件的規(guī)格 型號和壓力 流量調(diào)整值 一般還應(yīng)繪出各執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表 系統(tǒng)裝配圖是系統(tǒng)布置全貌的總布置圖和管路施工圖 管路布置圖 對液壓系統(tǒng)應(yīng)包括油箱裝配圖 液壓泵站裝配圖 集成油路塊裝配圖和管路安裝圖等 在管路安裝圖中應(yīng)畫出各管路的走向 固定裝置結(jié)構(gòu) 各種管接頭的形式和規(guī)格等 標準元件 輔件和聯(lián)接件的清單 通常以表格形式給出 同時給出工作介質(zhì)的品牌 數(shù)量及系統(tǒng)對其它配置 如廠房 電源 電線布置 基礎(chǔ)施工條件等 的要求 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 2 編制技術(shù)文件必須明確設(shè)計任務(wù)書 據(jù)此檢查 考核液壓系統(tǒng)是否達到設(shè)計要求 技術(shù)文件一般包括系統(tǒng)設(shè)計計算說明書 系統(tǒng)使用及維護技術(shù)說明書 零部件明細表及標準件 通用件及外購件明細表等 系統(tǒng)有關(guān)的其它注意事項 9 7系統(tǒng)設(shè)計計算舉例下面以一臺鉆鏜兩用組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算為例 對液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算進行說明 所要設(shè)計的液壓系統(tǒng) 要完成8個414mm孔的加工進給傳動 其設(shè)計過程如下 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 7 1明確系統(tǒng)設(shè)計要求 根據(jù)加工需要 該系統(tǒng)的工作循環(huán)是 快速前進工作進給快速退回原位停止 調(diào)查研究及計算結(jié)果表明 快進 快退速度約為4 5m min 工進速度應(yīng)能在20 120mm min范圍內(nèi)無級調(diào)速 最大行程為400mm 其中工進行程為180mm 在進給方向最大切削力18kN 運動部件自重為25kN 啟動換向時間 0 05s 采用水平放置的平導(dǎo)軌 靜摩擦系數(shù) 0 2 動摩擦系數(shù) 0 1 油缸機械效率 取0 9 9 7 2分析系統(tǒng)工況液壓缸在工作過程各階段的負載為 動摩擦系數(shù) 0 1 油缸機械效率 取0 9 啟動加速階段 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 查設(shè)計手冊 按液壓缸內(nèi)徑系列將以上計算值圓整為標準直徑 取D 100mm 為了實現(xiàn)快進速度與快退速度相等 采用差動連接 則d 0 707D 所以d 0 707x100mm 70mm 同樣圓整成標準系列活塞直徑 取d 70mm 由D 100mm d 70mm算出液壓缸無桿腔有效作用面積為A1 78 5cm2 有桿腔有效作用面積為A2 40 1cm2 工進若采用調(diào)速閥調(diào)速 查產(chǎn)品樣本 調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量qmin 0 05L min 因最小工進速度vmin 20mm min 則 1 初選液壓缸的工作壓力由負載值大小查表9 3 參考同類型組合機床 取液壓缸工作壓力為3MPa 2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)由表9 6看出 最大負載為工進階段的負載F 22 778N 則有 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 因此能滿足低速穩(wěn)定性要求 3 計算液壓缸的工作壓力 流量和功率 1 計算工作壓力根據(jù)表9 5 本系統(tǒng)的背壓估計值可在0 5 0 8MPa范圍內(nèi)選取 故暫定 工進時Pb 0 8MPa 快速運動時Pb 0 5MPa 液壓缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力P1 即可按式 9 11 9 12 或 9 13 計算 差動快進階段 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 2 計算液壓缸的輸入流量因快進快退速度V 0 075m s 最大工進速度V2 0 002m s 則液壓缸各階段的輸入流量為 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 9 7 4擬定系統(tǒng)原理圖根據(jù)鉆鏜兩用組合機床的設(shè)計任務(wù)和工況分析 該機床對調(diào)整范圍 低速穩(wěn)定性有一定要求 因此速度控制是該機床要解決的主要問題 速度的換接 穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機床液壓系統(tǒng)設(shè)計的核心 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 1 速度控制回路的選擇本機床的進給運動要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度負載特性 故采用調(diào)速閥調(diào)速 有三種方案可供選擇 即進口節(jié)流調(diào)速 出口節(jié)流調(diào)速 限壓式變量泵加調(diào)速閥的調(diào)速 本系統(tǒng)為小功率系統(tǒng) 效率和發(fā)熱問題并不突出 鉆鏜屬于連續(xù)切削加工 切削力變化不大 而且是正負載 在其它條件相同的情況下 進口節(jié)流調(diào)速比出口節(jié)流調(diào)速能獲得更低的穩(wěn)定速度 故本機床液壓系統(tǒng)采用調(diào)