液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算課件

1、液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓系統(tǒng)組成:動力裝置最常見的形式就是液壓泵，是將電動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油。執(zhí)行裝置包括液壓缸和液壓馬達(dá)，是將油液的液壓能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動負(fù)載運(yùn)動的機(jī)械能的裝置。控制調(diào)節(jié)裝置包括壓力、流量、方向等控制閥，是對系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。輔助裝置包括上述三部分以外的其他裝置，例如油箱、過濾器、油管等。它們對保證液壓系統(tǒng)正常工作起著重要的作用。 液壓系統(tǒng)組成:動力裝置最常見的形式就是液壓泵，是將電動機(jī)液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計過程中不確定因素較多，往往在制造、試驗后經(jīng)過修改才能取得滿意的效

2、果。隨著計算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計過程將會越來越簡化，設(shè)計的可靠性大大提高。液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計過程中不確定因素較多，往往在制造、試驗后經(jīng)設(shè)計原則：滿足主機(jī)對系統(tǒng)提出的性能要求（如：動作順序、力和速度等）；結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，安全可靠；效率高（節(jié)能），壽命長，造價低；環(huán)保。設(shè)計原則：滿足主機(jī)對系統(tǒng)提出的性能要求（如：動作順序、力和速9.1 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計9.1.1 明確系統(tǒng)設(shè)計要求主機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)、總體布局；主機(jī)的工作循環(huán)及運(yùn)動方式；液壓執(zhí)行元件的負(fù)載及運(yùn)動速度大??；各執(zhí)行元件的動作順序及互鎖要求；系統(tǒng)性能、工作效率和 自動化；工作環(huán)境和工作條件；重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性要求和限制

3、。9.1 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計9.1.1 明確系統(tǒng)設(shè)計要求主9.1.2 分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)一、分析系統(tǒng)工況對各執(zhí)行元件的運(yùn)動速度及其變化規(guī)律進(jìn)行分析，繪制位移速度圖。運(yùn)動分析9.1.2 分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)一、分析系統(tǒng)工況對各確定負(fù)載確定各執(zhí)行元件的負(fù)載及其變化規(guī)律，繪制位移負(fù)載圖。 確定負(fù)載確定各執(zhí)行元件的負(fù)載及其變化規(guī)律，繪制位移負(fù)載圖。執(zhí)行元件的工作壓力 p二、確定主要參數(shù)根據(jù)位移負(fù)載圖最大負(fù)載和機(jī)械效率m ，確定執(zhí)行元件的工作壓力 p 值。另一種方法是根據(jù)書中表9.1.1和表9.1.2選取。執(zhí)行元件的工作壓力 p二、確定主要參數(shù)根據(jù)位移負(fù)載圖最大負(fù)執(zhí)行元件的幾何尺寸（A、V

4、M）液壓執(zhí)行元件的機(jī)械效率m是根據(jù)執(zhí)行元件的運(yùn)動密封處摩擦阻力決定的一般取0.8 0.9；對于單活塞桿液壓缸：執(zhí)行元件的幾何尺寸（A、VM）液壓執(zhí)行元件的機(jī)械效率m是根在無背壓時：D 求出后按 GB2348-80將其圓整就近的標(biāo)準(zhǔn)值。d 可由產(chǎn)品樣本或手冊根據(jù)經(jīng)驗確定。在無背壓時：D 求出后按 GB2348-80將其圓整就近的標(biāo)當(dāng)系統(tǒng)采用了調(diào)速裝置要對其最小穩(wěn)定流量下的速度值進(jìn)行驗算， 以檢查在面積 A 時執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最小穩(wěn)定速度是否滿足，否則，應(yīng)按此確定A 的值。執(zhí)行元件的最大流量 qmax其中：qmin 為調(diào)速裝置的最小穩(wěn)定流量當(dāng)系統(tǒng)采用了調(diào)速裝置要對其最小穩(wěn)定流量下的速度值進(jìn)行驗算， 是指

5、將執(zhí)行元件在不同階段的實(shí)際工作壓力、流量和功率值繪制成圖或表。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的工況圖當(dāng)系統(tǒng)中有多個執(zhí)行元件時，工況圖為各執(zhí)行元件的綜合。流量壓力功率是指將執(zhí)行元件在不同階段的實(shí)際工作壓力、流量和功率值繪制成圖工況圖是系統(tǒng)元件和回路選擇依據(jù)：泵、閥和輔助元件規(guī)格是根據(jù)工況圖中最大壓力、最大流量確定的；液壓回路及其油源形式是按工況圖中各個不同階段內(nèi)的壓力和流量變化情況初步確定；可以根據(jù)工況圖中壓力、流量變化情況合理調(diào)整參數(shù)，是系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)化（功率平穩(wěn)）。工況圖是系統(tǒng)元件和回路選擇依據(jù)：泵、閥和輔助元件規(guī)格是根據(jù)工包括： 1. 確定系統(tǒng)類型 2. 選擇液壓回路 3. 組成液壓系統(tǒng)圖9.1.3 擬定液

6、壓系統(tǒng)圖選擇回路一般原則： 1. 滿足工作要求； 2. 節(jié)省能源、減少發(fā)熱、減少系統(tǒng)沖擊等。 包括：9.1.3 擬定液壓系統(tǒng)圖選擇回路一般原則： 選擇液壓泵9.1.4 選擇液壓元件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(jìn)油路上總壓力損失之和。Pp K PmaxPp 泵的工作壓力，MPa;K 系數(shù)，考慮液壓泵至執(zhí)行元件管路中的壓力損失，一 般 K = 1.3 1.5。Pmax 執(zhí)行元件的最高工作壓力， MPa 。選擇液壓泵9.1.4 選擇液壓元件液壓泵的最大工作壓力必須液壓泵的流量必須大于或等于幾個同時工作的液壓執(zhí)行元件總流量的最大值以及回路中泄漏量之和。qp K qmax

7、qp 泵的輸出流量，L / minK 系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般 K = 1.1 1.3（管道長取 大值，管道短取小值） qmax 執(zhí)行元件實(shí)際需要的最大流量， L / min。液壓泵的流量必須大于或等于幾個同時工作的液壓執(zhí)行元件總流量的當(dāng)計算出液壓泵壓力、流量值后，按產(chǎn)品樣本選取液壓泵時，泵的額定壓力pH應(yīng)比計算壓力高25% 。PH 1.25 Pp液壓泵的流量應(yīng)選擇比較接近的即可（但對于變量泵來講，也應(yīng)該選擇稍高一點(diǎn)為佳） 。電動機(jī)的功率可直接從樣本上查到。當(dāng)計算出液壓泵壓力、流量值后，按產(chǎn)品樣本選取液壓泵時，泵的額選擇閥類元件選擇閥類元件的規(guī)格型號時，從系統(tǒng)圖或工況圖中查出的流量、壓力的最大值，

8、再從產(chǎn)品樣本中選取閥的通徑和壓力。選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時必須考慮最小穩(wěn)定流量是否符合設(shè)計要求。選擇液壓輔助元件油管通徑一般與閥通徑一致或大于閥通徑。選擇閥類元件選擇閥類元件的規(guī)格型號時，從系統(tǒng)圖或工況圖中查出9.1.5 液壓系統(tǒng)性能驗算液壓系統(tǒng)性能驗證是一個復(fù)雜的問題，過去用一些經(jīng)驗公式和類比的方法進(jìn)行近似估算。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用仿真技術(shù)可對系統(tǒng)進(jìn)行各種技術(shù)分析，同時采用CAD技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行修改，是系統(tǒng)達(dá)到最佳效果。9.1.5 液壓系統(tǒng)性能驗算液壓系統(tǒng)性能驗證是一個復(fù)雜的問一、回路壓力損失驗算沿程壓力損失、局部壓力損失和所有控制閥的壓力損失。二、發(fā)熱溫升驗算液壓泵輸入功率與執(zhí)行元件輸出功

9、率的差值為液壓系統(tǒng)的功率損失，這些能量損失全部轉(zhuǎn)換成熱量，使系統(tǒng)產(chǎn)生溫升。如果按這些熱量全部由油箱散發(fā)，可用第六章油箱設(shè)計的方法進(jìn)行驗算。一、回路壓力損失驗算即： P = P（1一） p kAtt = p / kAp 液壓泵的輸人功率； 液壓系統(tǒng)總效率（一般0.70.85）A散熱面積（m2）；t系統(tǒng)溫升（），即系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后的油溫(65 )與環(huán)境溫度之差；k散熱系數(shù)（kW . m-2. -1 ）當(dāng)通風(fēng)很差時 k=(89)x10-3；通風(fēng)良好時 k=(1517)x10-3；用風(fēng)扇冷卻時 k23 x10-3 ；用循環(huán)水冷卻時 k=(110175) x10-3 即： P = P（1一9.2 液壓系

10、統(tǒng)設(shè)計計算實(shí)例9.2.1 題目設(shè)計一個簡易臥式單軸鉆孔機(jī)床動力滑臺的液壓系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)快進(jìn)工進(jìn)快退停止的工作循環(huán)。9.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算實(shí)例9.2.1 題目設(shè)計一個簡易最大軸向鉆削力 F = 15000 N ，動力滑臺自重G = 20000，快進(jìn)和快退速度相等v1 = 0.1 m / s，工作進(jìn)給速度可調(diào) v2 = 0.918.0 mm / s，快速進(jìn)給行程s1=120 mm，工作進(jìn)給行程s2 = 60 mm，動力滑臺為平導(dǎo)軌，摩擦系數(shù) fd = 0.1 (動摩擦系數(shù)）注：忽略系統(tǒng)加減速時的慣性力。已知：最大軸向鉆削力 F = 15000 N ，動力滑臺自重G =要求：進(jìn)行工況分析，繪制工況圖

11、；擬定液壓系統(tǒng)原理圖，繪制電磁鐵動作循環(huán)表；計算液壓系統(tǒng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件。要求：進(jìn)行工況分析，繪制工況圖；9.2.2 分析系統(tǒng)工況一、負(fù)載分析快進(jìn)：動摩擦力 Fd = fd G =0.120000 N = 2000 N工進(jìn)： F+Fd =15000 N + 2000 N = 17000 N快退：動摩擦力 Fd = 2000 N9.2.2 分析系統(tǒng)工況一、負(fù)載分析快進(jìn)：工進(jìn)：快退：鉆床的負(fù)載位移曲線15000120009000300060000306090120150180F/Nl / mm2000N17000N-2000N二、負(fù)載圖和速度圖鉆床的負(fù)載位移曲線15000120009000300

12、06鉆床的速度位移曲線0.100.080.060.020.040306090120150180v (m/s)l / mm0.10.018-0.1鉆床的速度位移曲線0.100.080.060.020.09.2.3 液壓缸主要參數(shù)的確定選定工作壓力按負(fù)載選定工作壓力，該鉆床的最大負(fù)載為17 kN，選取 p = 3 MPa9.2.3 液壓缸主要參數(shù)的確定選定工作壓力按負(fù)載選定工作在該系統(tǒng)中，考慮到專用鉆床在工進(jìn)階段時，需要較低的穩(wěn)定速度和較大的鉆削力，而單活塞桿液壓缸最容易滿足。又因為快進(jìn)速度較高，且快進(jìn)和快退時的速度相等，所以取液壓缸的無桿腔有效面積A1等于有桿腔面積A2的兩倍的差動連接（ A1

13、=2 A2 ）。確定執(zhí)行元件的幾何參數(shù)在該系統(tǒng)中，考慮到專用鉆床在工進(jìn)階段時，需要較低的穩(wěn)定速度和鉆孔時，液壓缸要有背壓，以防止孔被鉆通時滑臺突然前沖。選p2=0.5 Mpa.鉆孔時，液壓缸要有背壓，以防止孔被鉆通時滑臺突然前沖。選p2式中：F = 17000 N；m= 0.9 液壓缸的機(jī)械效率；A1 =2 A2 A1無桿腔有效面積， A2有桿腔有效面積；p2=0.5 Mpa = 0.5 x 106 Pap1=3 Mpa = 3 x 106 Pa式中：F = 17000 N；活塞直徑D活塞直徑D按液壓缸內(nèi)徑系列標(biāo)準(zhǔn)選取液壓缸直徑：D = 100 mm因為： A1 =2 A2 按液壓缸內(nèi)徑系列標(biāo)

14、準(zhǔn)選取液壓缸直徑：將計算結(jié)果進(jìn)行圓整：d = 70 mm液壓缸實(shí)際有效工作面積：無桿腔面積：有桿腔面積：將計算結(jié)果進(jìn)行圓整：液壓缸實(shí)際有效工作面積：有桿腔面積：液壓缸在各階段的壓力、流量和功率快進(jìn)：F = 2000 N , p2 = 0液壓缸在各階段的壓力、流量和功率快進(jìn)：F = 2000 N 工進(jìn)：F = 17000 N , p2 = 0.5 MPa , v2 = 0.918 mm/s工進(jìn)：F = 17000 N , p2 = 0.5 MP快退：F = 2000 N , p2 = 0 MPa , v2 = 0.1 m/s快退：F = 2000 N , p2 = 0 MPa ,液壓缸在各階段的

15、壓力、流量和功率工況計算公式速度m/s有效面積m2負(fù)載N壓力MPa流量L/min功率kw快進(jìn)p1=F/(A1-A2) mq = (A1-A2)v1P = p1 q 0.140.04 10-420000.57240.23工進(jìn)p1=(F/m + p2A2)/ A1q = A1v2P = p1 q0.00090.01878.510-4170002.664.38.50.190.38快退p1=F/A2 m q = A2v1P = p1 q0.140.04 10-420000.57240.23液壓缸在各階段的壓力、流量和功率工況計算公式速度有效負(fù)載壓力9.2.4 液壓系統(tǒng)圖的擬定一、液壓回路的選擇選擇液壓

16、回路是根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求和工況圖從重多的成熟方案中評比挑選出來的。原則：1. 滿足各項主題要求； 2. 節(jié)省能源，減少發(fā)熱和沖擊。調(diào)速回路：1. 進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速，回油路上設(shè)置背壓閥；2. 回油路接流調(diào)速。9.2.4 液壓系統(tǒng)圖的擬定一、液壓回路的選擇選擇液壓回路快速運(yùn)動和換向回路：快速運(yùn)動采用差動回路。由于速度換接時流量變換大，采用行程閥換接回路。供油系統(tǒng)：1. 由于系統(tǒng)需要低壓大流量和高壓小流量交替供油，所以可采用雙液壓泵。2. 單泵供油系統(tǒng)?？焖龠\(yùn)動和換向回路：快速運(yùn)動采用差動回路。快 進(jìn)工 進(jìn)快 退快 進(jìn)工 進(jìn)快 退電磁鐵動作循環(huán)表元件動作1YA2YA行程閥快進(jìn)+-導(dǎo)通工進(jìn)+-切斷塊退-

17、+切斷導(dǎo)通停止-導(dǎo)通電磁鐵動作循環(huán)表元件1YA2YA行程閥快進(jìn)+-導(dǎo)通工進(jìn)+-切一、液壓泵工作壓力：Pp K Pmax其中：Pmax= 2.66 MPa（工進(jìn)式系統(tǒng)壓力） K = 1.3 1.5 取K = 1.4 Pp = 1.4 2.66 = 3.7 Mpa9.2.5 液壓元件的選擇一、液壓泵9.2.5 液壓元件的選擇液壓泵的額定壓力為：p = Pp(1+K1)=3.7 (1+0.3) = 4.8 Mpa其中： K1為液壓泵的儲備系數(shù)，一般為 0.250.60， 這里K1取0.3液壓泵的額定壓力為：p = Pp(1+K1)=3.7 (1+qp K qmaxqp 泵的輸出流量，L / minK

18、 系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般 K = 1.1 1.3（管道長取大值，管道短取小值）這里K 取 1.2。 qmax 執(zhí)行元件實(shí)際需要的最大流量， L / min，從表中可以看到，快進(jìn)時系統(tǒng)所需流量最大qmax = 24。2. 確定液壓泵的最大流量：qp = K qmax= 1.224 =28.8 L / minqp K qmax2. 確定液壓泵的最大流量：qp =根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，確定選取液壓泵的規(guī)格為：葉片泵YB1-32型號排量/mL.r -1額定壓力/MPa轉(zhuǎn)速/r.min-1額定功率/kW質(zhì)量/kgYB1-25256.396048.7YB1-3232516YB1-40405.

19、5YB1型葉片泵技術(shù)性能根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，確定選取液壓泵的規(guī)格為3. 確定電動機(jī)功率由系統(tǒng)原理圖可知：當(dāng)三位五通電磁換向閥中位時（非工作），液壓泵排出的液壓油全部由溢流閥 4 回油箱，如果溢流閥4 的調(diào)定壓力為 4MPa，則最高功率發(fā)生在中位時。若泵的效率 取0.8則：3. 確定電動機(jī)功率由系統(tǒng)原理圖可知：當(dāng)三位五通電磁換向閥電動機(jī)的功率為：根據(jù) P = 2.56 kw、n=960 r/min 查閱電機(jī)手冊，選定三項異步電動機(jī) ：Y100L2 - 4 型電動機(jī)，額定功率為3 kw。電動機(jī)的功率為：根據(jù) P = 2.56 kw、n=960 根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)圖，計算液壓閥在不

20、同工況時的工作壓力和最大實(shí)際流量，確定液壓閥型號及規(guī)格。二、閥類元件及輔助元件序號 名稱型號規(guī)格壓力MPa流量L/min1液壓泵YB1-326.3302單向閥AF3-Fa10B6.3633壓力表10根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)圖，計算液壓閥在不同工況時的工作壓力和最大序號名稱型號規(guī)格壓力MPa流量L/min4溢流閥YF3-10B6.3635三位五通電磁換向閥35E-63BY6.3636單向行程調(diào)速閥AXQF3-E10L6.3637單向閥AF3-Fa10B6.3638溢流閥YF3-10B6.3639液控順序閥XF3-10B6.36310背壓單向閥AF3-Fb20B6.363序號名稱型號規(guī)格壓力MPa流量L/min4溢流閥YF3-10三、油管取v = 4