第八章 液壓與氣壓系統(tǒng)設(shè)計

1、液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓系統(tǒng)設(shè)計 一一氣壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng) 設(shè)計設(shè)計二二任務(wù)一任務(wù)一 液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)是機械設(shè)備動力傳動系統(tǒng)，液壓傳動系統(tǒng)是機械設(shè)備動力傳動系統(tǒng)，因此，它的設(shè)計是整個機械設(shè)備設(shè)計的一因此，它的設(shè)計是整個機械設(shè)備設(shè)計的一部分，必須與主機設(shè)計聯(lián)系在一起同時進部分，必須與主機設(shè)計聯(lián)系在一起同時進行。一般在分析主機的工作循環(huán)、性能要行。一般在分析主機的工作循環(huán)、性能要求、動作特點等基礎(chǔ)上，經(jīng)過認真分析比求、動作特點等基礎(chǔ)上，經(jīng)過認真分析比較，在確定全部或局部采用液壓傳動方案較，在確定全部或局部采用液壓傳動方案之后才會提出液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)。之后才會提出液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)

2、。 階段一階段一 液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟液壓系統(tǒng)設(shè)計必須從實際出發(fā)，注重調(diào)查研究，吸收國內(nèi)外先進技液壓系統(tǒng)設(shè)計必須從實際出發(fā)，注重調(diào)查研究，吸收國內(nèi)外先進技術(shù)，采用現(xiàn)代設(shè)計思想，在滿足工作性能要求、工作可靠要求的前術(shù)，采用現(xiàn)代設(shè)計思想，在滿足工作性能要求、工作可靠要求的前提下，力求使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高、操作維護方便、使提下，力求使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高、操作維護方便、使用壽命長。用壽命長。液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟大致為：液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟大致為：（1）明確系統(tǒng)設(shè)計要求；）明確系統(tǒng)設(shè)計要求；（2）分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)；）分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)；（3）擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；

3、）擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；（4）計算并選擇液壓元件；）計算并選擇液壓元件；（5）估算液壓系統(tǒng)的性能；）估算液壓系統(tǒng)的性能；（6）繪制工作圖，編寫技術(shù)文件。）繪制工作圖，編寫技術(shù)文件。1. 1.明確系統(tǒng)設(shè)計要求明確系統(tǒng)設(shè)計要求設(shè)計要求是進行工程設(shè)計的主要依據(jù)。設(shè)計前必須把主機對液壓系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計要求是進行工程設(shè)計的主要依據(jù)。設(shè)計前必須把主機對液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求和與設(shè)計相關(guān)的情況了解清楚，一般要明確下列主要問題：要求和與設(shè)計相關(guān)的情況了解清楚，一般要明確下列主要問題：（1）主機用途、總體布局與結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)與性能要求、工藝流程或）主機用途、總體布局與結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)與性能要求、工藝流程或工作循環(huán)

4、、作業(yè)環(huán)境與條件等。工作循環(huán)、作業(yè)環(huán)境與條件等。（2）液壓系統(tǒng)應(yīng)完成哪些動作，各個動作的工作循環(huán)及循環(huán)時問）液壓系統(tǒng)應(yīng)完成哪些動作，各個動作的工作循環(huán)及循環(huán)時問;負載大小負載大小及性質(zhì)、運動形式及速度快慢及性質(zhì)、運動形式及速度快慢;各動作的順序要求及互鎖關(guān)系，各動作的同各動作的順序要求及互鎖關(guān)系，各動作的同步要求及同步精度步要求及同步精度;液壓系統(tǒng)的工作性能要求，如運動平穩(wěn)性、調(diào)速范圍、液壓系統(tǒng)的工作性能要求，如運動平穩(wěn)性、調(diào)速范圍、定位精度、轉(zhuǎn)換精度，自動化程度、效率與溫升、振動與噪聲、安全性與可定位精度、轉(zhuǎn)換精度，自動化程度、效率與溫升、振動與噪聲、安全性與可靠性等?？啃缘?。（3）液壓系統(tǒng)

5、的工作溫度及其變化范圍，濕度大小，風沙與粉塵情況，防）液壓系統(tǒng)的工作溫度及其變化范圍，濕度大小，風沙與粉塵情況，防火與防爆要求，安裝空問的大小、外廓尺寸與質(zhì)量限制等。火與防爆要求，安裝空問的大小、外廓尺寸與質(zhì)量限制等。（4）經(jīng)濟性與成本等方面的要求，只有明確了設(shè)計要求及工作環(huán)境，才能）經(jīng)濟性與成本等方面的要求，只有明確了設(shè)計要求及工作環(huán)境，才能使設(shè)計的系統(tǒng)不僅滿足性能要求，目使設(shè)計的系統(tǒng)不僅滿足性能要求，目_具有較高的可靠性、良好的空問布局具有較高的可靠性、良好的空問布局及造型。及造型。2.2.分析系統(tǒng)工況并確定主要參數(shù)分析系統(tǒng)工況并確定主要參數(shù)（1 1）分析系統(tǒng)工況）分析系統(tǒng)工況對液壓系統(tǒng)進

6、行工況分析，就是要查明它的每個執(zhí)行元件在各自工對液壓系統(tǒng)進行工況分析，就是要查明它的每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的運動速度和負載的變化規(guī)律，這是滿足主機規(guī)定的動作作過程中的運動速度和負載的變化規(guī)律，這是滿足主機規(guī)定的動作要求和承載能力所必須具備的。液壓系統(tǒng)承受的負載可由主機的規(guī)要求和承載能力所必須具備的。液壓系統(tǒng)承受的負載可由主機的規(guī)格規(guī)定，可由樣機通過實驗測定，也可由理論分析確定。當用理論格規(guī)定，可由樣機通過實驗測定，也可由理論分析確定。當用理論分析系統(tǒng)的實際負載時，必須仔細考慮它所有的組成項目。分析系統(tǒng)的實際負載時，必須仔細考慮它所有的組成項目。 （2 2）確定主要參數(shù)）確定主要參數(shù)這里是

7、指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和這里是指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量。最大流量。負載/KN50系統(tǒng)壓力/MPa57設(shè)備類型機床農(nóng)業(yè)機械汽車工業(yè)小型工程機械及輔助機械工程機械重型機械鍛壓設(shè)備液壓支架船用系統(tǒng)磨床組合機床牛頭刨床插床齒輪加工機床車床銑床鏜床珩磨機床拉床龍門刨床壓力/MPa2.56.32.56.310101616321425執(zhí)行元件的工況圖執(zhí)行元件的工況圖3.3.擬定液壓系統(tǒng)圖擬定液壓系統(tǒng)圖擬訂液壓系統(tǒng)草圖是從作用原理上和結(jié)構(gòu)擬訂液壓系統(tǒng)草圖是從作用原理上和結(jié)構(gòu)組成上具體體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)中提出的各項要組成上具體體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)中提出的各項要求。它包含三項內(nèi)容：確定系統(tǒng)類型，選求。它包含

8、三項內(nèi)容：確定系統(tǒng)類型，選擇液壓回路和拼搭液壓系統(tǒng)。擇液壓回路和拼搭液壓系統(tǒng)。4.4.選擇液壓元件選擇液壓元件液壓泵的最大工作壓力必須大于或等于液液壓泵的最大工作壓力必須大于或等于液壓執(zhí)行元件最大工作壓力和進油路上總壓壓執(zhí)行元件最大工作壓力和進油路上總壓力損失這兩者之和。液壓執(zhí)行元件的最大力損失這兩者之和。液壓執(zhí)行元件的最大工作壓力可以從工況圖中查到。進油路上工作壓力可以從工況圖中查到。進油路上的總壓力損失可以按經(jīng)驗資料選?。阂话愕目倝毫p失可以按經(jīng)驗資料選?。阂话愎?jié)流調(diào)速及簡單系統(tǒng)取節(jié)流調(diào)速及簡單系統(tǒng)取P=0.2 Mpa0.5 MPa；對于進油路上有調(diào)速閥及管路復(fù)雜；對于進油路上有調(diào)速閥及管

9、路復(fù)雜的系統(tǒng)取的系統(tǒng)取P=0.5 Mpa1.5 MPa。5 5液壓系統(tǒng)的性能驗算液壓系統(tǒng)的性能驗算在確定了各個液壓元件之后，有時還要根在確定了各個液壓元件之后，有時還要根據(jù)需要對整個液壓系統(tǒng)的某些技術(shù)性能進據(jù)需要對整個液壓系統(tǒng)的某些技術(shù)性能進行必要驗算，以便對所選液壓元件和液壓行必要驗算，以便對所選液壓元件和液壓系統(tǒng)參數(shù)作進一步調(diào)整。液壓系統(tǒng)性能驗系統(tǒng)參數(shù)作進一步調(diào)整。液壓系統(tǒng)性能驗算的項目很多，常見的有回路壓力損失驗算的項目很多，常見的有回路壓力損失驗算和發(fā)熱溫升驗算。算和發(fā)熱溫升驗算。 (1)回路壓力損失驗算回路壓力損失驗算 (2)發(fā)熱溫升驗算發(fā)熱溫升驗算階段二階段二 液壓系統(tǒng)設(shè)計舉例液壓

10、系統(tǒng)設(shè)計舉例【設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)】 設(shè)計一臺臥式組合機床液壓動力滑臺的設(shè)計一臺臥式組合機床液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)。要求：液壓系統(tǒng)完成工作循環(huán)：快進要求：液壓系統(tǒng)完成工作循環(huán)：快進工工進進快退快退停止。切削阻力停止。切削阻力F=15kN，滑臺，滑臺自重自重G=22kN，平面導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)，平面導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)0.2，動摩擦系數(shù)動摩擦系數(shù)0.1，快進，快進/退速度退速度5m/min，工，工進速度進速度100mm/min，最大行程，最大行程350mm，其，其中工進行程中工進行程200mm，啟動換向時間，啟動換向時間0.1s，液壓缸機械效率液壓缸機械效率0.9。任務(wù)分析任務(wù)分析1.工況分析工

11、況分析（1）工作負載）工作負載FW（2）慣性負載）慣性負載（3）阻力負載）阻力負載任務(wù)分析任務(wù)分析2.計算液壓缸尺寸和所需流量計算液壓缸尺寸和所需流量（1）確定工作壓力）確定工作壓力（2）確定液壓缸主要尺寸）確定液壓缸主要尺寸（3）確定液壓缸所需的流量）確定液壓缸所需的流量任務(wù)分析任務(wù)分析3.確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)原理確定液壓系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖圖（1）速度控制回路的選擇）速度控制回路的選擇（2）換向和速度換接回路的選擇）換向和速度換接回路的選擇a.換向回路 b.速度換接回路任務(wù)分析任務(wù)分析（3）油源的選擇和能耗控制）油源的選擇和能耗控制任務(wù)分析任務(wù)分析（4 4）壓力控制回路的

12、選擇）壓力控制回路的選擇 4.4.選擇液壓泵選擇液壓泵（1）選擇液壓泵）選擇液壓泵根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計算方法，液根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。之和。 （2）計算總流量）計算總流量 在整個工作循環(huán)過程中，液壓油源應(yīng)向在整個工作循環(huán)過程中，液壓油源應(yīng)向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快進工作階液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快進工作階段，為段，為25.1 L/min，若整個回路中總的泄，若整個回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的漏量按液壓缸輸入流量的1

13、0%計算計算 5.5.閥類元件和輔助元件的選擇閥類元件和輔助元件的選擇液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥、液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥、單項閥等閥類元件以及濾油器、空氣濾清單項閥等閥類元件以及濾油器、空氣濾清器等輔助元件。器等輔助元件。 序號元件名稱估計流量規(guī)格額定流量 額定壓力MPa型號1三位五通電磁閥66/821006.335D-100B2行程閥49.5/61.5636.322C-63BH3調(diào)速閥166.3Q-6B4單向閥66/821006.3I-100B5單向閥816.5/20.5256.3I-25B6背壓閥90.475/0.6106.3B-10B7溢流閥4.13/5106.3Y-

14、10B8單向閥1166/821006.3I-100B9單向閥327.92/34.7636.3I-63B10單向閥45.1/5.1106.3I-10B11順序閥28.4/35.2636.3XY-63B1/minL1/minL任務(wù)分析任務(wù)分析（2）過濾器的選擇）過濾器的選擇按照過濾器的流量至少是液壓泵總流量的按照過濾器的流量至少是液壓泵總流量的兩倍的原則，取過濾器的流量為泵流量的兩倍的原則，取過濾器的流量為泵流量的2.5倍。倍。 （3）油管的選擇）油管的選擇（4）油箱的容量）油箱的容量本設(shè)計為中壓系統(tǒng)，油箱的有效容量可按本設(shè)計為中壓系統(tǒng)，油箱的有效容量可按泵每分鐘內(nèi)公稱流量的泵每分鐘內(nèi)公稱流量的5

15、7倍來確定倍來確定7 7 液壓系統(tǒng)性能的驗算液壓系統(tǒng)性能的驗算本例所設(shè)計系統(tǒng)屬壓力不高的中低壓系統(tǒng)，本例所設(shè)計系統(tǒng)屬壓力不高的中低壓系統(tǒng)，無迅速起動、制動需求，而且設(shè)計中已考無迅速起動、制動需求，而且設(shè)計中已考慮了防沖擊可調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及相關(guān)防沖擊措施，慮了防沖擊可調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及相關(guān)防沖擊措施，因此不必進行沖擊驗算。這里僅對系統(tǒng)油因此不必進行沖擊驗算。這里僅對系統(tǒng)油液的溫升進行驗算。液的溫升進行驗算。任務(wù)二任務(wù)二 氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計是根機械設(shè)備的用途、氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計是根機械設(shè)備的用途、特點和要求明確機械設(shè)備對氣壓系統(tǒng)設(shè)計特點和要求明確機械設(shè)備對氣壓系統(tǒng)設(shè)計的要求，進行工況分析并確定氣壓系統(tǒng)的的要求，進行工況分析并確定氣壓系統(tǒng)的