東北大學(xué)《液壓及氣壓傳動》第八章

1、 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算8.1 8.2 8.3 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算 學(xué)習(xí)典型液氣壓系統(tǒng)設(shè)計實例；學(xué)習(xí)典型液氣壓系統(tǒng)設(shè)計實例；掌握液氣壓系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟、注意事項、設(shè)計計掌握液氣壓系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟、注意事項、設(shè)計計算方法；算方法； 掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟、設(shè)計計算方法；掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟、設(shè)計計算方法； 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第一節(jié)概述 系統(tǒng)設(shè)計指傳動系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計指傳動系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的設(shè)計首先要滿足主機(jī)的功能和性系統(tǒng)的設(shè)計首先要滿足主機(jī)的功能和性能要求能要求 還必須符合一般要求還必須符合一般要求:重量輕、體積小、重

2、量輕、體積小、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)方便及工作可靠等。方便及工作可靠等。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第二節(jié)液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算 一、液壓系統(tǒng)使用要求和負(fù)載特性分析一、液壓系統(tǒng)使用要求和負(fù)載特性分析 （一）液壓系統(tǒng)使用要求（一）液壓系統(tǒng)使用要求 1、主機(jī)概況、主機(jī)概況 1）用途、總體布局、主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)與性）用途、總體布局、主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)與性能要求能要求 2）對執(zhí)行元件位置、尺寸的限制）對執(zhí)行元件位置、尺寸的限制 3）工藝流程、作業(yè)環(huán)境與條件）工藝流程、作業(yè)環(huán)境與條件 2、液壓系統(tǒng)的任務(wù)與要求、液壓系統(tǒng)的任務(wù)

3、與要求 1）應(yīng)完成的動作）應(yīng)完成的動作 2）負(fù)載、運(yùn)動速度）負(fù)載、運(yùn)動速度 3）動作順序及要求）動作順序及要求 4）對液壓系統(tǒng)工作性能的要求）對液壓系統(tǒng)工作性能的要求 5）對液壓系統(tǒng)工作方式及控制的要求）對液壓系統(tǒng)工作方式及控制的要求 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算 3、液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件、液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件 1）周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度大小、沙）周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度大小、沙塵、外界沖擊振動等塵、外界沖擊振動等 2）防火與防爆要求、尺寸與質(zhì)量的限制）防火與防爆要求、尺寸與質(zhì)量的限制 4、經(jīng)濟(jì)與成本等要求、經(jīng)濟(jì)與成本等要求 （二）負(fù)載特性分析（二）負(fù)載特性分析

4、負(fù)載特性分析包括動力參數(shù)分析和運(yùn)動負(fù)載特性分析包括動力參數(shù)分析和運(yùn)動參數(shù)分析兩部分。參數(shù)分析兩部分。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算二、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計二、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 (一一)執(zhí)行元件形式的執(zhí)行元件形式的分析與選擇分析與選擇 根據(jù)主機(jī)運(yùn)動種類和性質(zhì)來定根據(jù)主機(jī)運(yùn)動種類和性質(zhì)來定( (二）油路循環(huán)方式的分析與選擇二）油路循環(huán)方式的分析與選擇 液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件( (三三) )開式系統(tǒng)油路組合方式的分析與選擇開式系統(tǒng)油路組合方式的分析與選擇（1 1）串聯(lián)）串聯(lián) 除第一個液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口和最后一個執(zhí)行除第一個液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口和最后一個執(zhí)行

5、元件的回油口分別與液壓泵和油箱連接外，其余液壓執(zhí)元件的回油口分別與液壓泵和油箱連接外，其余液壓執(zhí)行元件的進(jìn)、出口依次相連。行元件的進(jìn)、出口依次相連。 （2）并聯(lián)）并聯(lián) 液壓泵與所有液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口相連，而其回液壓泵與所有液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口相連，而其回油口都接油箱油口都接油箱. 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算（3） 獨(dú)聯(lián)獨(dú)聯(lián) 指一個液壓泵在任何時候都只向多路閥指一個液壓泵在任何時候都只向多路閥控制的一個液壓執(zhí)行元件供油控制的一個液壓執(zhí)行元件供油. . （4）并聯(lián)一獨(dú)聯(lián)）并聯(lián)一獨(dú)聯(lián) 并聯(lián)和獨(dú)聯(lián)復(fù)合連接時，由多路閥并聯(lián)和獨(dú)聯(lián)復(fù)合連接時，由多路閥A控制控制的幾個液壓執(zhí)行元件是并聯(lián)連接的

6、；由多路的幾個液壓執(zhí)行元件是并聯(lián)連接的；由多路閥閥B控制的幾個液壓執(zhí)行元件也是并聯(lián)連接的?？刂频膸讉€液壓執(zhí)行元件也是并聯(lián)連接的。而多路閥而多路閥A、B分別控制的液壓執(zhí)行元件間則分別控制的液壓執(zhí)行元件間則是相獨(dú)聯(lián)的是相獨(dú)聯(lián)的 .（5）串聯(lián)一獨(dú)聯(lián)）串聯(lián)一獨(dú)聯(lián) 串聯(lián)和獨(dú)聯(lián)復(fù)合連接時，由多路閥串聯(lián)和獨(dú)聯(lián)復(fù)合連接時，由多路閥A控制控制的幾個液壓執(zhí)行元件是串聯(lián)的；由多路閥的幾個液壓執(zhí)行元件是串聯(lián)的；由多路閥B控控制的幾個液壓執(zhí)行元件也是串聯(lián)的。而閥制的幾個液壓執(zhí)行元件也是串聯(lián)的。而閥A、B分別控制的液壓執(zhí)行元件間則是獨(dú)聯(lián)的分別控制的液壓執(zhí)行元件間則是獨(dú)聯(lián)的 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算(四四)

7、油源類型的分析與選擇油源類型的分析與選擇(五五)調(diào)速方案的分析與選擇調(diào)速方案的分析與選擇 (六六)液壓基本回路的分析與選擇液壓基本回路的分析與選擇 (1)選擇系統(tǒng)一般都必須設(shè)置的基本回路選擇系統(tǒng)一般都必須設(shè)置的基本回路 （2）根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載性質(zhì)選擇基本回路）根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載性質(zhì)選擇基本回路 （3）根據(jù)系統(tǒng)特殊要求選擇基本回路）根據(jù)系統(tǒng)特殊要求選擇基本回路 三、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定三、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 四、液壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計四、液壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計 指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量 (一一)工作壓力的確定工作壓力的確定:1.根據(jù)負(fù)載圖中的最大負(fù)載；根據(jù)負(fù)載圖中

8、的最大負(fù)載；栽荷栽荷/kN551010202030305050工作壓力工作壓力/MPa0.811.522.533445572.根據(jù)主機(jī)的類型根據(jù)主機(jī)的類型. 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算minminminminnVqvAqM液壓馬達(dá)液壓缸(二二)最大流量的確定最大流量的確定:根據(jù)液壓執(zhí)行元件速度圖中的最大速度計算。根據(jù)液壓執(zhí)行元件速度圖中的最大速度計算。 通常先選定液壓執(zhí)行元件的類型及其工作壓力，再按通常先選定液壓執(zhí)行元件的類型及其工作壓力，再按最大負(fù)載和預(yù)估的液壓執(zhí)行元件的機(jī)械效率求出最大負(fù)載和預(yù)估的液壓執(zhí)行元件的機(jī)械效率求出A或或VM，并通過各種必要的驗算、修正和圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后

9、定下這些并通過各種必要的驗算、修正和圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后定下這些結(jié)構(gòu)參數(shù)，最后再算出最大流量結(jié)構(gòu)參數(shù)，最后再算出最大流量qmax 有些主機(jī)（例如機(jī)床）的液壓系統(tǒng)對液壓執(zhí)行元件的最有些主機(jī)（例如機(jī)床）的液壓系統(tǒng)對液壓執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度有較高的要求，這時所確定的液壓執(zhí)行元件的結(jié)低穩(wěn)定速度有較高的要求，這時所確定的液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)A或或V。還必須符合下述條件：。還必須符合下述條件： 式中，式中，qmin為節(jié)流閥或為節(jié)流閥或調(diào)速閥、變量泵的最小穩(wěn)調(diào)速閥、變量泵的最小穩(wěn)定流量定流量 . 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算(三三)工況圖工況圖 工況圖顯示液壓系統(tǒng)在實現(xiàn)整個工作循環(huán)時實際工作

10、壓工況圖顯示液壓系統(tǒng)在實現(xiàn)整個工作循環(huán)時實際工作壓力、流量和功率的變化情況。力、流量和功率的變化情況。 工況圖是選擇系統(tǒng)中其它液壓元件和液壓基本回路的工況圖是選擇系統(tǒng)中其它液壓元件和液壓基本回路的依據(jù)，也是擬訂液壓系統(tǒng)方案的依據(jù)依據(jù)，也是擬訂液壓系統(tǒng)方案的依據(jù) 五、液壓執(zhí)行元件的設(shè)計計算與選用五、液壓執(zhí)行元件的設(shè)計計算與選用 （一）液壓缸的設(shè)計計算（一）液壓缸的設(shè)計計算 （二）液壓馬達(dá)的計算與選擇（二）液壓馬達(dá)的計算與選擇 mppTV21/2式中式中T液壓馬達(dá)外負(fù)載轉(zhuǎn)矩；液壓馬達(dá)外負(fù)載轉(zhuǎn)矩； P1液壓馬達(dá)最高工作壓力；液壓馬達(dá)最高工作壓力； P2液壓馬達(dá)的背壓，由表液壓馬達(dá)的背壓，由表83查得

11、查得排量排量液壓馬達(dá)最大理論流量液壓馬達(dá)最大理論流量 qmaxVnmax 式中式中V液壓馬達(dá)排量；液壓馬達(dá)排量； nmax液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算六、液壓能源裝置設(shè)計六、液壓能源裝置設(shè)計 （一）液壓泵站的類型及其組件的選擇（一）液壓泵站的類型及其組件的選擇 1液壓泵站類型的選擇液壓泵站類型的選擇 液壓泵站的類型液壓泵站的類型 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算上置式液壓泵站上置式液壓泵站a a）立式液壓泵站）立式液壓泵站1-1-電動機(jī)電動機(jī)2-2-聯(lián)軸器聯(lián)軸器3-3-油箱油箱4-4-液壓泵液壓泵b b）臥式液壓泵站）臥式液壓泵站1

12、-1-油箱油箱2-2-電動機(jī)電動機(jī)3-3-液壓泵液壓泵 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算整體式液壓泵站整體式液壓泵站a a）旁置式）旁置式 b b）下置式）下置式1-1-油箱油箱 2-2-電動機(jī)電動機(jī) 3-3-液壓泵液壓泵 4-4-過濾器過濾器 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算 2液壓泵站組件的選擇液壓泵站組件的選擇一般由一般由、和和等組成。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，經(jīng)深入分等組成。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，經(jīng)深入分析計算后加以選擇、組合。析計算后加以選擇、組合。由由、及及等組等組成，成，。由由、等組成，等組成，用以用以，。是是，可根據(jù)系統(tǒng)介質(zhì)，可根據(jù)系統(tǒng)介質(zhì)清潔度的不同要求，設(shè)置不同

13、等級的粗過濾器、精過濾器。清潔度的不同要求，設(shè)置不同等級的粗過濾器、精過濾器。通常由通常由、等部件組成。它等部件組成。它可用于可用于，故應(yīng)按系統(tǒng)的，故應(yīng)按系統(tǒng)的需求而設(shè)置，并計算其合理的容量（見第二章第四節(jié)），然后選需求而設(shè)置，并計算其合理的容量（見第二章第四節(jié)），然后選用之。用之。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算（二）液壓泵的計算與選擇（二）液壓泵的計算與選擇 1 1確定液壓泵的最大工作壓力確定液壓泵的最大工作壓力 pppp式中式中 p液壓執(zhí)行元件工作腔的最大工作壓力；液壓執(zhí)行元件工作腔的最大工作壓力； p從液壓泵出口到液壓執(zhí)行元件人口處的總管路損失從液壓泵出口到液壓執(zhí)行元件人口處

14、的總管路損失 vppppp進(jìn)油路上管路的總沿程損失；進(jìn)油路上管路的總沿程損失； p進(jìn)油路上管路的總局部損失；進(jìn)油路上管路的總局部損失； pv進(jìn)油路上閥的總壓力損失。進(jìn)油路上閥的總壓力損失。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算2確定液壓泵的流量確定液壓泵的流量 單個液壓泵和單個液壓執(zhí)行元件的系統(tǒng)單個液壓泵和單個液壓執(zhí)行元件的系統(tǒng) maxqKqLp式中式中qp液壓泵的流量；液壓泵的流量； KL考慮系統(tǒng)泄漏和溢流閥保持最小溢流量的系數(shù)，考慮系統(tǒng)泄漏和溢流閥保持最小溢流量的系數(shù)， 通常取通常取1l13； qmax液壓執(zhí)行元件所需最大流量；液壓執(zhí)行元件所需最大流量； 單個液壓泵和多個液壓執(zhí)行元件的

15、系統(tǒng)單個液壓泵和多個液壓執(zhí)行元件的系統(tǒng)maxiLpqKq(qi)max多個液壓執(zhí)行元件同時工作時所需的最大流量。多個液壓執(zhí)行元件同時工作時所需的最大流量。 差動回路系統(tǒng)差動回路系統(tǒng) maxvAKqdLpAd液壓缸活塞桿面積液壓缸活塞桿面積 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算采用蓄能器作輔助能源的系統(tǒng)采用蓄能器作輔助能源的系統(tǒng)niiLpTVKq1Vi每個液壓執(zhí)行元件在一個工作周期中總耗液量；每個液壓執(zhí)行元件在一個工作周期中總耗液量； T系統(tǒng)工作周期；系統(tǒng)工作周期； n液壓執(zhí)行元件數(shù)量。液壓執(zhí)行元件數(shù)量。 根據(jù)液壓泵的最大工作壓力選擇液壓泵的類型根據(jù)液壓泵的最大工作壓力選擇液壓泵的類型，根根

16、據(jù)液壓泵的流量確定液壓泵的規(guī)格。據(jù)液壓泵的流量確定液壓泵的規(guī)格。在參照產(chǎn)品樣本或在參照產(chǎn)品樣本或技術(shù)手冊選取液壓泵時，技術(shù)手冊選取液壓泵時，泵的額定壓力泵的額定壓力應(yīng)選得比上述最應(yīng)選得比上述最大工作壓力大工作壓力高高2060，額定流量只須選得滿足上述額定流量只須選得滿足上述最大流量。最大流量。 3確定液壓泵驅(qū)動電動機(jī)的功率確定液壓泵驅(qū)動電動機(jī)的功率 ppppqpp當(dāng)液壓執(zhí)行元件的工況圖曲線比較平穩(wěn)時當(dāng)液壓執(zhí)行元件的工況圖曲線比較平穩(wěn)時 pp液壓泵的進(jìn)、出口壓力之差，液壓泵的進(jìn)、出口壓力之差， qp液壓泵的實際流量；液壓泵的實際流量； p液壓泵的總效率。液壓泵的總效率。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八

17、章系統(tǒng)設(shè)計與計算當(dāng)液壓執(zhí)行元件的工況圖曲線變化較大時當(dāng)液壓執(zhí)行元件的工況圖曲線變化較大時 niiniiipttPP112式中式中Pi整個工作周期中第整個工作周期中第i動作階段內(nèi)所需的功率；動作階段內(nèi)所需的功率； ti整個工作周期中第整個工作周期中第i動作所需的時間；動作所需的時間； n整個工作周期中需用功率的階段數(shù)。整個工作周期中需用功率的階段數(shù)。一般電動機(jī)允許的短期超載量為一般電動機(jī)允許的短期超載量為25 限壓式變量葉片泵驅(qū)動電動機(jī)的功率限壓式變量葉片泵驅(qū)動電動機(jī)的功率P可按液壓泵的可按液壓泵的流量一壓力特性曲線拐點處的流量流量一壓力特性曲線拐點處的流量qc和壓力和壓力pc計算。，可計算。，

18、可以以qc=qn和和Pc=0.8Pp代入下式代入下式:ppppqpp 其中其中qn和和Pp分別為變量泵的額定分別為變量泵的額定流量和最大工作壓力。流量和最大工作壓力。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算（三）油箱的設(shè)計與計算（三）油箱的設(shè)計與計算 1油箱容積的計算油箱容積的計算Vqp式中式中 qp液壓泵的額定流量，單位為液壓泵的額定流量，單位為 Lmin；與壓力有關(guān)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)；低壓系統(tǒng)與壓力有關(guān)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)；低壓系統(tǒng)= 24，中壓系統(tǒng)，中壓系統(tǒng)=57，高壓系統(tǒng)，高壓系統(tǒng)=1012。 油箱的容量，即油面高度為油箱高度油箱的容量，即油面高度為油箱高度80時的時的油箱有效容積油箱有效容積 系統(tǒng)需

19、要高峰流量時，油箱中液面正好下降到最低系統(tǒng)需要高峰流量時，油箱中液面正好下降到最低點，此時液面還應(yīng)高于泵的吸油口點，此時液面還應(yīng)高于泵的吸油口 75mm或或1.5倍管徑，倍管徑，二者之中取大值。液壓系統(tǒng)處于最大回油工況時，油箱二者之中取大值。液壓系統(tǒng)處于最大回油工況時，油箱液面處于最高位，此時油箱中還應(yīng)有液面處于最高位，此時油箱中還應(yīng)有10的儲備容量。的儲備容量。2油箱設(shè)計注意事項油箱設(shè)計注意事項 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算（四）過濾器的選擇（四）過濾器的選擇 選擇過濾器時，主要考慮過濾器的通流能力、過濾精選擇過濾器時，主要考慮過濾器的通流能力、過濾精度和承壓能力。度和承壓能力。

20、 （五）液壓輔件的計算與選用（五）液壓輔件的計算與選用 1.熱交換器的計算與選用熱交換器的計算與選用 2管件的計算與選用管件的計算與選用 七、液壓控制元件選用與設(shè)計七、液壓控制元件選用與設(shè)計 （一）溢流閥的選擇（一）溢流閥的選擇 （二）流量閥的選擇（二）流量閥的選擇 （三）換向閥的選擇（三）換向閥的選擇 （四）單向閥及液控單向閥的選擇（四）單向閥及液控單向閥的選擇八、液壓系統(tǒng)密封裝置選用與設(shè)計八、液壓系統(tǒng)密封裝置選用與設(shè)計 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算九、液壓系統(tǒng)性能估算九、液壓系統(tǒng)性能估算 估算內(nèi)容包括：系統(tǒng)壓力損失、系統(tǒng)效率、系統(tǒng)發(fā)估算內(nèi)容包括：系統(tǒng)壓力損失、系統(tǒng)效率、系統(tǒng)發(fā)熱

21、與溫升、液壓沖擊等熱與溫升、液壓沖擊等 （一）系統(tǒng)壓力損失驗算（一）系統(tǒng)壓力損失驗算液壓系統(tǒng)總的壓力損失液壓系統(tǒng)總的壓力損失: 1221AAppp p1系統(tǒng)進(jìn)油路的總壓力損失系統(tǒng)進(jìn)油路的總壓力損失 Vpppp111121nnVqqpppn閥的額定壓力損失，閥的額定壓力損失， qn閥的額定流量；閥的額定流量； q通過閥的實際流量通過閥的實際流量 A1液壓缸進(jìn)油腔有效工液壓缸進(jìn)油腔有效工作面積；作面積； A2液壓缸回液壓缸回油腔有效工作面積。油腔有效工作面積。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算系統(tǒng)回油路的總壓力損失系統(tǒng)回油路的總壓力損失 Vpppp2222系統(tǒng)的調(diào)整壓力系統(tǒng)的調(diào)整壓力 pp

22、pT1 p1液壓缸工作腔壓力液壓缸工作腔壓力 （二）系統(tǒng)總效率估算（二）系統(tǒng)總效率估算 液壓系統(tǒng)的總效率液壓系統(tǒng)的總效率等于等于液壓泵效率、回路效率及液液壓泵效率、回路效率及液壓執(zhí)行元件效率的乘積壓執(zhí)行元件效率的乘積. （三）系統(tǒng)發(fā)熱與溫升估算（三）系統(tǒng)發(fā)熱與溫升估算 1系統(tǒng)的發(fā)熱功率計算方法之一系統(tǒng)的發(fā)熱功率計算方法之一 1）液壓泵的功率損失）液壓泵的功率損失 2)液壓執(zhí)行元件的輸人功率液壓執(zhí)行元件的輸人功率 3）溢流閥的功率損失）溢流閥的功率損失 4）系統(tǒng)的總發(fā)熱功率）系統(tǒng)的總發(fā)熱功率 ymppppp 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算2系統(tǒng)的發(fā)熱功率計算方法之二系統(tǒng)的發(fā)熱功率計算方

23、法之二 )1 ()1 (pmeppepPPPPPP或 Pp液壓泵的輸人功率；液壓泵的輸人功率； Pe液壓執(zhí)行元件的有效功率；液壓執(zhí)行元件的有效功率； p液壓泵的效率；液壓泵的效率； c液壓回路的效率；液壓回路的效率； m一液壓執(zhí)行元件的效率；一液壓執(zhí)行元件的效率； 液壓系統(tǒng)的總效率。液壓系統(tǒng)的總效率。 3系統(tǒng)的散熱功率系統(tǒng)的散熱功率 321010)(ttKAP式中式中P0系統(tǒng)的散熱功率系統(tǒng)的散熱功率, 單位為單位為kW K油箱散熱系數(shù)，單位為油箱散熱系數(shù)，單位為W（m2），）， A油箱散熱面積，單位為油箱散熱面積，單位為 m2； t1系統(tǒng)中工作介質(zhì)的溫度，單位為系統(tǒng)中工作介質(zhì)的溫度，單位為；

24、t2環(huán)境溫度，單位為環(huán)境溫度，單位為。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算 4系統(tǒng)的溫升系統(tǒng)的溫升 21310tttKAPt 5散熱面積計算散熱面積計算 310tKPA 當(dāng)油箱三個邊的尺寸比例在當(dāng)油箱三個邊的尺寸比例在1：1：1到到1：2：3之間、之間、液面高度為油箱高度的液面高度為油箱高度的80、且油箱通風(fēng)情況良好時，油、且油箱通風(fēng)情況良好時，油箱散熱面積箱散熱面積 A可用下式估算可用下式估算:325 . 6VA V油箱有效容積，單位為油箱有效容積，單位為m 3冷卻器的散熱面積冷卻器的散熱面積:3010mcctKPPA 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第三節(jié)第三節(jié) 液壓系統(tǒng)設(shè)計

25、計算舉例液壓系統(tǒng)設(shè)計計算舉例 為臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床，設(shè)計出為臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床，設(shè)計出驅(qū)動驅(qū)動動力滑臺的液壓系統(tǒng)。動力滑臺的液壓系統(tǒng)。 設(shè)計要求滑臺實現(xiàn)設(shè)計要求滑臺實現(xiàn)“快進(jìn)一工進(jìn)一快退一?？爝M(jìn)一工進(jìn)一快退一停止止”的工作循環(huán)。已知：機(jī)床上有主軸的工作循環(huán)。已知：機(jī)床上有主軸 16個，個，加工加工13.9mm的孔的孔14個，個，8.5mm的孔的孔2個。刀個。刀具材料為高速鋼，工件材料為鑄鐵，硬度為具材料為高速鋼，工件材料為鑄鐵，硬度為240HBS；機(jī)床工作部件總質(zhì)量；機(jī)床工作部件總質(zhì)量 m=1000kg；快；快進(jìn)、快退進(jìn)、快退 速度速度v1、v3均為均為 55mmin，快進(jìn)行，快進(jìn)

26、行程長度程長度l1= 100mm，工進(jìn)行程長度，工進(jìn)行程長度l2=50mm，往，往復(fù)運(yùn)動的加速、減速時間不希望超過復(fù)運(yùn)動的加速、減速時間不希望超過 0157s；動力滑臺采用平導(dǎo)軌，其靜摩擦因數(shù)動力滑臺采用平導(dǎo)軌，其靜摩擦因數(shù)fs=02，動摩擦因數(shù)動摩擦因數(shù)fd=0l；液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使；液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使用液壓缸。用液壓缸。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算一、分析負(fù)載一、分析負(fù)載 （一）外負(fù)載（一）外負(fù)載 高速鋼鉆頭鉆鑄鐵孔時的軸向切削力高速鋼鉆頭鉆鑄鐵孔時的軸向切削力F 6 . 08 . 05 .25HBSDsFt D鉆頭直徑，單位為鉆頭直徑，單位為 mm； s每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，

27、單位為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為 mmr； HBS鑄件硬度，鑄件硬度，HBS240。 查查“組合機(jī)床設(shè)計手冊組合機(jī)床設(shè)計手冊” 13.9mm的孔：的孔：n1= 360rmin，s1= 0147mmr ； 8.5mm的孔：的孔：n2=550rmin，s2=0096mmr。 NFt30468240096. 05 . 85 .252240147. 09 .135 .25146 . 08 . 06 . 08 . 0 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算（二）慣性負(fù)載（二）慣性負(fù)載 NNtvmFm583157. 0605 . 51000（三）阻力負(fù)載（三）阻力負(fù)載 機(jī)床工作部件對動力滑臺導(dǎo)軌的法向力機(jī)床工作

28、部件對動力滑臺導(dǎo)軌的法向力Fn=mg=9810N靜摩擦阻力靜摩擦阻力 動摩擦阻力動摩擦阻力 NNFfFNNFfFndfdnsfs98198101 . 0196298102 . 0 液壓缸在各工作階段的負(fù)載液壓缸在各工作階段的負(fù)載F （單位：（單位：N N）工況工況負(fù)載組成負(fù)載組成負(fù)載值負(fù)載值F工況工況負(fù)載組成負(fù)載組成負(fù)載值負(fù)載值F啟動啟動F=Fnfs1962工進(jìn)工進(jìn)F=Fnfd+Fg31449加速加速F=Fnfd+mv/t1564快退快退F=Fnfd981快進(jìn)快進(jìn)F=Fnfd981 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算繪制負(fù)載圖繪制負(fù)載圖,速度圖速度圖 組合機(jī)床液壓缸負(fù)載圖和速度圖組合機(jī)床

29、液壓缸負(fù)載圖和速度圖a a）負(fù)載圖）負(fù)載圖 b b）速度圖）速度圖由于是由于是v1=v3=5.5m/min、l1=100mm、l2=50mm、快退行程、快退行程l3=l1+l2=150mm，工進(jìn)速度，工進(jìn)速度v2=n1s1=n2s253mm/min，由此可繪，由此可繪出出如如所示。所示。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算二、確定執(zhí)行元件主要參數(shù)二、確定執(zhí)行元件主要參數(shù) 液壓缸選用單活塞桿式的，在快進(jìn)時作差動連接。液壓缸選用單活塞桿式的，在快進(jìn)時作差動連接。這時液壓缸無桿腔的工作面積這時液壓缸無桿腔的工作面積A1應(yīng)為有桿腔工作面積應(yīng)為有桿腔工作面積A2的兩倍，即的兩倍，即=A1A2，而活

30、塞桿直徑，而活塞桿直徑 d與缸筒直徑與缸筒直徑 D的的關(guān)系為關(guān)系為d=0707D。鉆孔加工時鉆孔加工時 ，按表按表83取背壓取背壓 p2=06MPa ，快進(jìn)時快進(jìn)時 ，背壓按，背壓按03MPa，快退時快退時 ，背壓取，背壓取p2=06MPa 由工進(jìn)時的負(fù)載值按表由工進(jìn)時的負(fù)載值按表8-9中的公式計算液壓缸面積中的公式計算液壓缸面積 ： mDdmADmAAAmmppFAm075. 0707. 0106. 041054.8821027.44106 . 02496. 0314491242212426212查表查表8-7，8-8。最大負(fù)載為。最大負(fù)載為32000N時，工作壓力取時，工作壓力取p1=4圓

31、整后圓整后D=0.11m,d=0.08m則則A1= 95.0310-4m2，A2= 44.7710-4m2 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算 根據(jù)上述根據(jù)上述D和和d的值，可估算出液壓缸在各個工作階段的值，可估算出液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，并據(jù)此繪出工況圖中的壓力、流量和功率，并據(jù)此繪出工況圖 液壓缸工況圖液壓缸工況圖 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算三、確定液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖三、確定液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 （一）確定液壓系統(tǒng)方案（一）確定液壓系統(tǒng)方案 根據(jù)表根據(jù)表85、表、表86該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速方式該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速方式和

32、開式循環(huán)為宜。和開式循環(huán)為宜。 采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路，為解決孔鉆通時滑臺采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路，為解決孔鉆通時滑臺突然前沖的問題，回油路上要設(shè)置背壓閥。突然前沖的問題，回油路上要設(shè)置背壓閥。 快進(jìn)加快退所需的時間快進(jìn)加快退所需的時間t1和工進(jìn)所需的時間和工進(jìn)所需的時間t2分別為分別為 ssvltssvlvlt6 .561000053. 0506073. 210005 . 51506010005 . 51006022233111采用大、小兩個液壓泵自動采用大、小兩個液壓泵自動兩級并聯(lián)供油兩級并聯(lián)供油 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算（二）選擇基本回路（二）選擇基本回路 應(yīng)包括快速運(yùn)動、

33、換向、速度換接以及調(diào)壓、卸荷等回路。應(yīng)包括快速運(yùn)動、換向、速度換接以及調(diào)壓、卸荷等回路。 1選擇快速運(yùn)動和換向回路選擇快速運(yùn)動和換向回路 2選擇速度換接回路選擇速度換接回路 3選擇調(diào)壓和卸荷回路選擇調(diào)壓和卸荷回路 油源及液壓回路的選擇油源及液壓回路的選擇a a）液壓源）液壓源 b b）換向回路）換向回路 c)c)速度換接回路速度換接回路 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算（三）將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)（三）將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng) 液壓回路的綜合和整理液壓回路的綜合和整理1-1-雙聯(lián)葉片泵雙聯(lián)葉片泵 1A-1A-小流量液壓泵小流量液壓泵1B-1B-大流量液壓泵大流量液壓泵 2-2-三位五

34、通電液閥三位五通電液閥 3-3-行程閥行程閥 4-4-調(diào)速閥調(diào)速閥 5-5-單向閥單向閥 6-6-液壓缸液壓缸 7-7-卸荷閥卸荷閥8-8-背壓閥背壓閥 9-9-溢流閥溢流閥 10-10-單向閥單向閥 11-11-過過濾器濾器 12-12-壓力表接點壓力表接點aa單向閥單向閥 bb順序閥順序閥 cc單向閥單向閥 dd壓力繼電器壓力繼電器 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算 整理后的液壓系統(tǒng)原理圖整理后的液壓系統(tǒng)原理圖1-1-雙聯(lián)葉片液壓泵雙聯(lián)葉片液壓泵 2-2-三位五通電液閥三位五通電液閥3-3-行程閥行程閥 4-4-調(diào)速閥調(diào)速閥 5-5-單向閥單向閥6-6-單向閥單向閥 7-7-順序閥

35、順序閥 8-8-背壓閥背壓閥9-9-溢流閥溢流閥 10-10-單向閥單向閥 11-11-過濾器過濾器 12-12-壓力表接點壓力表接點 13-13-單向閥單向閥14-14-壓力繼電器壓力繼電器 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算四、選擇液壓元件四、選擇液壓元件 （一（一)液壓泵液壓泵 小流量液壓泵的最大工作壓力小流量液壓泵的最大工作壓力 pp1（3.730.80.5）MPa5.03MPa 大流量液壓泵的最高工作壓力為大流量液壓泵的最高工作壓力為 pp2=（1.50.5）MPa2MPa 兩個液壓泵的實際流量應(yīng)為兩個液壓泵的實際流量應(yīng)為 qp1.052764Lmin29.02Lmin 溢流閥

36、的最小穩(wěn)定溢流量為溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3Lmin，而工進(jìn)時輸人，而工進(jìn)時輸人液壓缸的流量為液壓缸的流量為0.5Lmin，小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)小液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為為3.5Lmin 選選PV2R12626型雙聯(lián)葉片液壓泵，小液壓泵和大型雙聯(lián)葉片液壓泵，小液壓泵和大液壓泵的排量分別為液壓泵的排量分別為6mL/r和和26mL/r，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速np=940rmin時時,泵理論流量為泵理論流量為30.08Lmin，若取，若取v=09，則泵實，則泵實際輸出流量為際輸出流量為qp=（626）9400.91000Lmin=（5.l22）Lmin=27.11Lmin 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章

37、系統(tǒng)設(shè)計與計算 由于液壓缸在快退時輸人功率最大，這時液壓泵工作由于液壓缸在快退時輸人功率最大，這時液壓泵工作壓力為壓力為 2MPa、流量為、流量為 27.11Lmin。按表。按表8-13 取液壓泵取液壓泵的總效率的總效率p=0.75，則液壓泵驅(qū)動電動機(jī)所需的功率為，則液壓泵驅(qū)動電動機(jī)所需的功率為kWkWqpPppp2 . 175. 0601 .272 選取選取Y100L6型電動機(jī)，其額定功率型電動機(jī)，其額定功率Pn=1.5kw，額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nn=940rmin。（二）閥類元件及輔助元件（二）閥類元件及輔助元件 根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓

38、力和通過該元件的最大實際流量，可選出這些液壓元件的通過該元件的最大實際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表型號及規(guī)格見表822 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算 元件的型號及規(guī)格元件的型號及規(guī)格序號序號元件名稱元件名稱估計通過流量估計通過流量/Lmin/Lmin-1-1額定流量額定流量/Lmin/Lmin-1-1額定壓力額定壓力/MPa/MPa額定壓降額定壓降/MPa/MPa型號、規(guī)格型號、規(guī)格1雙聯(lián)葉片泵雙聯(lián)葉片泵(5.1+22)175PV2R126/26Vp=(6+26)Ml/r2三位五通電液閥三位五通電液閥6080160.535DYF3YE10B3行程閥行程閥5063160.

39、3AXQFE10B(單向行程調(diào)速閥)qmax=100L/min4調(diào)速閥調(diào)速閥0.50.0750165單向閥單向閥6063160.26單向閥單向閥2563160.2AF3Ea10Bqmax=80L/min7液控順序閥液控順序閥2563160.3XF3E10B8背壓閥背壓閥0.56316XF3E10B9溢流閥溢流閥56316XF3E10B10單向閥單向閥2563160.2AF3Ea10Bqmax=80L/min11濾油器濾油器3063160.02XU6380J12壓力表開關(guān)壓力表開關(guān)16KF3E3B 3測點13單向閥單向閥6063160.2AF3Ea10Bqmax=80L/min14壓力繼電器壓力

40、繼電器10HED1kA/10 此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速nn=940r/min時液壓泵輸出的實際流量。時液壓泵輸出的實際流量。 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算（三）油管（三）油管 各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸人、排出的最大流量計算。定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸人、排出的最大流量計算。 液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進(jìn)、出流量液壓泵選定之后液壓缸在各個工作階段的進(jìn)、出流量 快進(jìn)快進(jìn)工進(jìn)工進(jìn)快退快退輸入流量輸入流量/Lmin-1q1=(A1qp)/(A1-A2) =(9527.1)/(

41、95-44.77) =51.25q1=0.5q1=qp=27.1排出流量排出流量/Lmin-1q2=(A2q1)/A1 =(44.7751.25)/95 =24.15q2=(A2q1)/A1 =(44.770.5)/95 =0.24q2=(A1q1)/A2=(9527.1)/44.77 =57.51運(yùn)動速度運(yùn)動速度/mmin-1v1=qp/(A1-A2) =(27.110)/(95-44.77) =5.4v2=q1/A1 =(0.510)/ 95 =0.053v3=q1/A2 =27.110/44.77 =6.05 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算（四）油箱（四）油箱 油箱容積油箱容積

42、 V=qp=727.1L=189.7L按按JB/T79381999規(guī)定，取規(guī)定，取V=250L 五、驗算液壓系統(tǒng)性能五、驗算液壓系統(tǒng)性能 （一）驗算系統(tǒng)壓力損失（一）驗算系統(tǒng)壓力損失 并確定壓力閥的調(diào)整值并確定壓力閥的調(diào)整值 1快進(jìn)快進(jìn) 進(jìn)油路上的總壓降為進(jìn)油路上的總壓降為MPaMPapv28. 06325.513 . 0801 .275 . 063222 . 0222回油路上，快進(jìn)時有桿腔壓力回油路上，快進(jìn)時有桿腔壓力p2與無桿腔壓力與無桿腔壓力P1之差。之差。MPaMPappp274. 06325.513 . 06315.242 . 08015.245 . 022212 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計

43、算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算 2工進(jìn)工進(jìn) 液壓缸回油控的壓力液壓缸回油控的壓力P2為為 MPaMPap637. 06324.223 . 06 . 08024. 05 . 0222 此值略大于原估計值此值略大于原估計值0.6MPa，重新計算工進(jìn)時液壓，重新計算工進(jìn)時液壓缸進(jìn)油腔壓力缸進(jìn)油腔壓力p1， MPaMPaAApFpm75. 3101003.951077.4410637. 096. 03144964461221 考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓差考慮到壓力繼電器可靠動作需要壓差pe=0.5MPa，故，故工進(jìn)時溢流閥工進(jìn)時溢流閥9的調(diào)壓的調(diào)壓 MPaMPappppeAp75. 45 . 05 . 0805 . 05 . 075. 32111 第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算第八章系統(tǒng)設(shè)計與計算3快退快退 進(jìn)油路上總壓降進(jìn)油路上