液壓第9章液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計和計算

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1、1 第 9章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 材料科學(xué)與工程學(xué)院 陳柏金 13007159130 液壓傳動 2 本章提要 本章介紹設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)的基本步驟和方法 ， 對于一 般的液壓系統(tǒng) ， 在設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下幾個步驟： 明確設(shè)計要求 ; 進(jìn)行工況分析 ,確定主要參數(shù) ； 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 ； 計算和選擇液壓元件 ； 發(fā)熱及系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算 ； 繪制工作圖 ， 編寫技術(shù)文件 。 上述工作大部分情況下要穿插 、 交叉進(jìn)行 ， 對于比較復(fù) 雜的系統(tǒng) ， 需經(jīng)過多次反復(fù)才能最后確定；在設(shè)計簡單系統(tǒng) 時 ， 有些步驟可以合并或省略 。 通過本章學(xué)習(xí) ， 要求對液壓 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容 、 步驟 、 方法有

2、一個基本的了解 。 3 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計是整機(jī)設(shè)計的一部分 ， 它除了 應(yīng)符合主機(jī)動作循環(huán)和靜 、 動態(tài)性能等方面的要求外 ， 還應(yīng)當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)簡單 ， 工作安全可靠 ， 效率高 ， 經(jīng)濟(jì)性 好 ， 使用維護(hù)方便等條件 。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 ， 根據(jù)系統(tǒng)的繁簡 、 借鑒的資料多 少和設(shè)計人員經(jīng)驗(yàn)的不同 ， 在做法上有所差異 。 各部分 的設(shè)計有時還要交替進(jìn)行 ， 甚至要經(jīng)過多次反復(fù)才能完 成 。 下面對液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟予以介紹 。 4 1、 明確系統(tǒng)的設(shè)計要求 主機(jī)對液壓系統(tǒng)提出的要求 設(shè)計要求： 運(yùn)動方式 、 行程 、 速度范圍 、 負(fù) 載條件 、 運(yùn)動平穩(wěn)性 、 精度 、 工作循環(huán)和動作周

3、 期 、 同步或聯(lián)鎖等 。 工作環(huán)境： 有環(huán)境溫度 、 濕度 、 塵埃 、 防火 要求及安裝空間的大小等 。 要使所設(shè)計的系統(tǒng)不僅能滿足一般的性能要求 ， 還應(yīng)具有較高的可靠性 、 良好的空間布局及造型 。 5 工況分析 ， 就是查明每個執(zhí)行元件的 速度 和 負(fù) 載 的變化規(guī)律 ， 必要時還應(yīng)作出速度 、 負(fù)載隨時間 或位移變化的曲線圖 。 就液壓缸而言 ， 負(fù)載主要由六部分組成 ， 即 工 作負(fù)載 ， 導(dǎo)向摩擦負(fù)載 ， 慣性負(fù)載 ， 重力負(fù)載 ， 密 封負(fù)載和背壓負(fù)載 。 2 分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù) 2.1 分析工況 6 (1) 工作負(fù)載 wF 不同的機(jī)器有不同的工作負(fù)載 。 工作負(fù)載與

4、液壓 缸運(yùn)動方向相反時為正值 ， 方向相同時為負(fù)值 。 導(dǎo)向摩擦負(fù)載是指液壓缸驅(qū)動運(yùn)動部件時所受的導(dǎo) 軌摩擦阻力 。 (2) 導(dǎo)向摩擦負(fù)載 fF 慣性負(fù)載是運(yùn)動部件在啟動加速或制動減速時的慣性 力 ， 其值可按牛頓第二定律求出 。 (3) 慣性負(fù)載 aF 7 (4) 重力負(fù)載 gF 密封負(fù)載是指液壓缸密封裝置的摩擦力 ， 一般通過液 壓缸的機(jī)械效率加以考慮 ， 常取機(jī)械效率值為 0.900.97。 (5) 密封負(fù)載 sF 背壓負(fù)載是指液壓缸回油腔壓力所造成的阻力 。 (6) 背壓負(fù)載 bF 8 液壓缸各個主要工作階段的機(jī)械負(fù)載 F可按下列公式計算 空載啟動加速階段 : 快速階段 : 工進(jìn)階段

5、: 制動減速 : mgaf FFFF /)( mgf FFF /)( mgawf FFFFF /)( 9 (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(qiáng)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 。 應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?。 執(zhí)行元件工作 壓力可以根據(jù)總負(fù)載的大小或主機(jī)設(shè)備類型選取 。 2. 確定主要參數(shù) 10 (2) 確

6、定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 在這里 ， 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸是指缸的內(nèi)徑 D和活塞桿 的直徑 d。 按系列標(biāo)準(zhǔn)值確定 D和 d。 對有低速運(yùn)動要求的系統(tǒng)需對液壓缸的有效工作面積 A進(jìn) 行驗(yàn)算，即應(yīng)保證： 式中： qmin 控制執(zhí)行元件速度的流量閥的最小穩(wěn)定流量； min 液壓缸要求達(dá)到的最低工作速度。 驗(yàn)算結(jié)果若不能滿足式 ， 則說明按所設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸和 方案達(dá)不到所需的低速 ， 必須修改設(shè)計 。 11 液壓馬達(dá)主要參數(shù)的確定 液壓馬達(dá)所需排量 V可按下式計算 式中： T 液壓馬達(dá)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； p 馬達(dá)的兩腔工作壓差； mm 液壓馬達(dá)的機(jī)械效率 求得排量 V值后 ， 從

7、產(chǎn)品樣本中選擇液壓馬達(dá)的型號 。 m 2 TV p 12 (3) 復(fù)算執(zhí)行元件的工作壓力 當(dāng)液壓缸的主要尺寸 D、 d和液壓馬達(dá)的排量 V計 算出來以后 ， 要按各自的系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整 ， 經(jīng)過圓 整的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行一次復(fù)算 。 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(jī)械總負(fù)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(dāng)?shù)谋硥汗浪阒?， 即可 求出執(zhí)行元件工作腔的壓力 p1。 13 對于單桿液壓缸，其工作壓力 p1可按下列公式復(fù)算：

8、 差動快進(jìn)階段 無桿腔進(jìn)油工進(jìn)階段 有桿腔進(jìn)油快退階段 式中： F 液壓缸在各工作階段的最大機(jī)械總負(fù)載； A1、 A2 分別為液壓缸無桿腔和有桿腔的有效 作用面積； pb 液壓缸回油路的背壓。 根據(jù)執(zhí)行元件的運(yùn)動速度 或轉(zhuǎn)速 n以及確定的液壓 缸有效作用面積 A或液壓馬達(dá)的排量 V， 計算出液壓執(zhí)行 元件實(shí)際所需流量 。 21b 1 2 1 2 AFpp A A A A 2 1b 11 AFpp AA 11b 22 AFpp AA 14 (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)算液壓執(zhí) 行元件在工作循環(huán)各階段內(nèi)的工作壓力 ， 還可求出需要輸入 的流量和功率 。 這

9、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 ， 即液壓執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)中的壓力 、 流量和功率隨時間 （ 或位移 ） 的變化曲線圖 當(dāng)液壓執(zhí)行元件不只有一個時 ， 將系統(tǒng)中各執(zhí)行元件 的工況圖進(jìn)行疊加 ， 便得到整個系統(tǒng)的工況圖 。 液壓傳動系統(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)計中選 擇元件 、 回路或修正設(shè)計提供依據(jù) 。 機(jī)床進(jìn)給液壓缸工況圖 15 液壓系統(tǒng)原理圖是表示液壓系統(tǒng)的組成和工作原理 的重要技術(shù)文件 。 擬定液壓系統(tǒng)原理圖是設(shè)計液壓系統(tǒng) 的第一步 ， 它對系統(tǒng)的性能及設(shè)計方案的合理性 、 經(jīng)濟(jì) 性具有決定性的

10、影響 。 3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 確定油路類型 一般具有較大空間可以存放油箱的系統(tǒng) ， 都采用開 式油路；相反 ， 凡允許采用輔助泵進(jìn)行補(bǔ)油 ， 并借此進(jìn) 行冷卻交換來達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng) ， 可采用閉式油路 。 通常節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用開式油路 ， 容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉 式回路 。 16 根據(jù)各類主機(jī)的工作特點(diǎn) 、 負(fù)載性質(zhì)和性能要求 ， 先確定對 主機(jī)主要性能起決定性影響的主要回路 ， 然后再考慮其它輔助回 路 。 例如 : 對于機(jī)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(jī)液壓系統(tǒng) ， 調(diào)壓回路 是主要回路 有垂直運(yùn)動部件的系統(tǒng)要考慮 平衡回路 慣性負(fù)載較大的系統(tǒng)要考慮 緩沖制動回

11、路 有多個執(zhí)行元件的系統(tǒng)可能要考慮 順序動作 、 同步回路 有空載運(yùn)行要求的系統(tǒng)要考慮 卸荷回路 等 選擇液壓回路 17 將挑選出來的各典型回路合并 、 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(hù)保養(yǎng)方便的液壓系統(tǒng) ， 形成系 統(tǒng)原理圖 。 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 18 (1) 選擇液壓泵 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 。 確定液壓泵的最高供油壓力 pp 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

12、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； p1 從液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間總的壓 力損失。 1plp p p 4 液壓元件的計算和選擇 19 確定液壓泵的最大供油量 液壓泵的最大供油量為 式中： k 系統(tǒng)的泄漏修正系數(shù) ， 一般取 k =（ 1.1 1.3） ， 大流量取小值 ， 小流量取大值； qmax 同時動作各執(zhí)行元件所需流量之和的最大 值 。 當(dāng)系統(tǒng)中采用液壓蓄能器供油時， qP由系統(tǒng)一個工作 周期 T中的平均流量確

13、定： 式中： Vi 系統(tǒng)在整個周期中第 i個階段內(nèi)的用油量。 如果液壓泵的供油量是按工進(jìn)工況選取時 （ 如雙泵供 油方案 ， 其中小流量泵是供給工進(jìn)工況流量的 ） 其供油量應(yīng) 考慮溢流閥的最小溢流量 。 p m a xq k q p ikVq T 20 選擇液壓泵的規(guī)格型號 液壓泵的規(guī)格型號按計算值在產(chǎn)品樣本中選取 。 為了使液壓泵工作安全可靠 ， 液壓泵應(yīng)有一定的壓力 儲備量 ， 通常泵的額定壓力可比工作壓力高 25% 60%。 泵的額定流量則宜與相當(dāng) ， 不要超過太多 ， 以免造成 過大的功率損失 。 21 選擇驅(qū)動液壓泵的電動機(jī) 驅(qū)動液壓泵的電動機(jī)根據(jù)驅(qū)動功率和泵的轉(zhuǎn)速來選擇 。 （ a

14、） 在整個工作循環(huán)中 ， 泵的壓力和流量在較多時間 內(nèi)皆達(dá)到最大值時 ， 驅(qū)動泵的電動機(jī)功率 P為 式中： pp 液壓泵的最高供油壓力； qp 液壓泵的實(shí)際輸出流量； p 液壓泵的總效率 ， 數(shù)值可見產(chǎn)品樣本 ， 一般 有上下限 。 規(guī)格大的取上限 ， 變量泵取下限 ， 定量泵取上 限 。 （ b） 限壓式變量葉片泵的驅(qū)動功率 ， 可按泵的實(shí)際壓 力 流量特性曲線拐點(diǎn)處功率來計算 。 pp p pqP 22 （ c） 在工作循環(huán)中 ， 泵的壓力和流量變化較大時 ， 可 分別計算出工作循環(huán)中各個階段所需的驅(qū)動功率 ， 然后求 其均方根值 PcP： 式中： p1， p2 ， pn 一個工作循環(huán)中各

15、階段所需的驅(qū) 動功率； t1， t2 ， tn 一個工作循環(huán)中各階段所需的時間 。 在選擇電動機(jī)時 ， 應(yīng)將求得的值與各工作階段的最大 功率值比較 ， 若最大功率符合電動機(jī)短時超載 25%的范圍 ， 則按平均功率選擇電動機(jī)；否則應(yīng)適當(dāng)增大電動機(jī)功率 ， 以滿足電動機(jī)短時超載 25%的要求 ， 或按最大功率選擇電 動機(jī) 。 2 2 2 1 1 2 2 cp 12 nn n P t P t P tP t t t 23 選擇閥類元件 各種閥類元件的規(guī)格型號，按液壓傳動系統(tǒng)原理圖 和系統(tǒng)工況圖中提供的該閥所在支路最大工作壓力和通 過的最大流量從產(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

16、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的 20%。 具體選擇時，應(yīng)注意溢流閥按液壓泵的最大流量來 選取；流量閥還需考慮最小穩(wěn)定流量，以滿足低速穩(wěn)定 性要求；單桿液壓缸系統(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(dāng)有桿腔進(jìn)油時，則回油流量 為進(jìn)油流量的 n倍，因此應(yīng)以 n倍的流量來選擇通過該回 油路的閥類元件。 24 選擇液壓輔助元件 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需驗(yàn)算其內(nèi)徑和 壁厚 。 濾油器 、 液壓蓄能器和油箱容量的選擇亦見第 6 章 。 25 閥類元件配置形式的選擇 對于機(jī)床等固定式的液壓設(shè)備

17、， 常將液壓傳動系統(tǒng)的 動力源 、 閥類元件 （ 包括某些輔助元件 ） 集中安裝在主機(jī) 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(jī)工作精度的影響 。 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)元件的連接安裝結(jié)構(gòu)和壓力損失 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：油路板式 ， 疊加閥式和集成塊式 。 26 油路板式 油路板又稱閥板 ， 它是 一塊較厚的液壓元件安裝板 ， 板式連接閥類元件由螺釘安 裝在板的正面 ， 管接頭安裝 在板的側(cè)面 ， 各元件之間的 油路全部由板內(nèi)的加工孔道 形

18、成 。 這種配置形式的優(yōu)點(diǎn) 是結(jié)構(gòu)緊湊 、 油管少 、 調(diào)節(jié) 方便 、 不易出故障；缺點(diǎn)是 加工較困難 、 油路的壓力損 失較大 。 油路板式配置 1 油路板； 2 板式閥； 3 管接頭 27 疊加閥式 疊加閥與一般管式 、 板式連 接標(biāo)準(zhǔn)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 。 它是自成系列的元件 ， 每個 疊加閥既起控制閥作用 ， 又起通 道體的作用 。 因此 ， 疊加閥式配 置不需要另外的連接塊 ， 只需用 長螺栓直接將各疊加閥疊裝在底 板上 ， 即可組成所需的液壓傳動 系統(tǒng) 。 這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié) 構(gòu)緊湊 、 油管少 、 體積小 、 質(zhì)量 輕 、 不需設(shè)

19、計專用的連接塊 ， 油 路的壓力損失小 。 疊加閥式配置 28 集成塊式 集成塊由通道體和其上安裝的閥類 元件及管接頭組成 。 通道體是一塊通用 化的六面體 ， 四周除一面裝通向執(zhí)行元 件的管接頭之外 ， 其余三面均可安裝閥 類元件 。 塊內(nèi)由鉆孔形成油路 ， 一般一 塊就是一個常用的典型基本回路 。 一個 液壓傳動系統(tǒng)往往由幾個集成塊組成 ， 塊的上下兩面作為塊與塊之間的結(jié)合面 ， 各集成塊與頂蓋 、 底板一起用長螺栓疊 裝起來 ， 即組成整個液壓傳動系統(tǒng) 。 總 進(jìn)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 、 油管少 、 可標(biāo)準(zhǔn) 化

20、、 便于設(shè)計與制造 、 更改設(shè)計方便 、 油路壓力損失小 。 集成塊式配置圖 1 油管； 2 集成塊； 3 液壓閥； 4 電動機(jī)； 5 液壓泵 6 油箱 29 5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 液壓系統(tǒng)初步設(shè)計完成之后 ， 需要對它的主要性能加 以驗(yàn)算 ， 以便評判其設(shè)計質(zhì)量 ， 并改進(jìn)和完善液壓系統(tǒng) 。 (1) 系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算 畫出管路裝配草圖后 ， 即可計算管路的沿程壓力損失 ， 局部壓力損失 ， 它們的計算公式詳見 液壓流體力學(xué) ， 管路總的壓力損失為沿程損失與局部損失之和 。 在系統(tǒng)的具體管道布置情況沒有明確之前 ， 通常用液 流通過閥類元件的局部壓力損失來對管路的壓力損失進(jìn)行 概略地估算

21、。 30 (2) 系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 液壓系統(tǒng)在工作時 ， 有壓力損失 ， 容積損失和機(jī)械 損失 ， 這些損耗能量的大部分轉(zhuǎn)化為熱能 ， 使油溫升高 從而導(dǎo)致油的粘度下降 ， 油液變質(zhì) ， 機(jī)器零件變形 ， 影 響正常工作 。 為此 ， 必須將溫升控制在許可范圍內(nèi) 。 單位時間的發(fā)熱量為液壓泵的輸入功率與執(zhí)行元件 的輸出功率之差 。 31 一般情況下 ， 液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)往往有好幾個階 段 ， 其平均發(fā)熱量為各個工作周期發(fā)熱量的時均值 ， 即 i n i oiii tPPt 1 )(1 式中 第 i個工作階段系統(tǒng)的輸入功率； 第 i個工作階段系統(tǒng)的輸出功率； 工作循環(huán)周期 （ s)； 第 i

22、個工作階段的持續(xù)時間； 總的工作階段數(shù) 。 iiP oiP t it n 32 液壓系統(tǒng)在工作中產(chǎn)生的熱量 ， 主要經(jīng)油箱散發(fā)到 空氣中去 ， 油箱在單位時間散發(fā)熱量的可按下式計算 tAk h 式中 : A 油箱的散熱面積； 液壓系統(tǒng)的溫升； 油箱的散熱系數(shù) ， 其值可查閱液壓設(shè)計手冊 。 t hk 系統(tǒng)的溫升為 Ak t h 計算溫升值如果超過允許值 ， 應(yīng)采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施 。 33 6 繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件 (1) 繪制正式工作圖 正式工作圖包括液壓傳動系統(tǒng)原理圖 、 液壓傳動系統(tǒng) 裝配圖 、 液壓缸等非標(biāo)準(zhǔn)元件裝配圖及零件圖 。 液壓傳動系統(tǒng)原理圖中各元件應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖

23、形符號繪制 （ 見附錄 ） ， 另外應(yīng)附有液壓元件明細(xì)表 ， 表中 標(biāo)明各液壓元件的規(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 。 液壓傳動系統(tǒng)裝配圖是液壓傳動系統(tǒng)的安裝施工圖 ， 包括油箱裝配圖 、 液壓泵站裝配圖 、 集成油路裝配圖和管路 安裝圖等 。 在管路安裝圖中應(yīng)畫出各油管的走向 、 固定裝置 結(jié)構(gòu) 、 各種管接頭的形式和規(guī)格等 。 34 技術(shù)文件一般包括液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算說明書 、 液壓傳動系統(tǒng)使用及維護(hù)技術(shù)說明書 、 零部件目錄表及標(biāo) 準(zhǔn)件 、 通用件 、 外購件表等 。 (2) 編制技術(shù)文件 35 9.7 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計

24、計算舉例 1. 明確液壓傳動系統(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(jìn) 工 作進(jìn)給 快速退回 原位停止 。 快進(jìn) 、 快退速度 v1=v3=0.1m/s， 工進(jìn)速度 v2=0.0008333m/s 可調(diào)速 快進(jìn)行程 l1=0.1m 工進(jìn)行程 l2=0.04m 切削力 Ft=25000N 加速 、 減速慣性力 Fm=500N 靜摩擦力 Ffs=1500N 動摩擦力 Ffd=850N 油缸機(jī)械效率 m取 0.9。 設(shè)計一組合機(jī)床動力滑臺液壓傳動系統(tǒng) 。 設(shè)計過程如 下 。 36 2.分析系統(tǒng)工況 37 3.確定執(zhí)行元件的工作壓力 (1) 初選液壓缸的工作壓力 取液壓缸工作壓力為

25、4 MPa，回油管路背壓 p2=0.8MPa， 管路壓降 p=0.5MPa。 (2) 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 最大負(fù)載為工進(jìn)階段則有： 圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取 D = 10cm, 取 d = 7cm。 38 (3) 計算液壓缸的工作壓力 、 流量和功率 39 4.擬定系統(tǒng)原理圖 (1) 速度控制回路的選擇 該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特 性 ， 故采用調(diào)速閥調(diào)速 。 因此有三種方案供選擇 ， 即進(jìn)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 。 這個系統(tǒng)為小功率系統(tǒng) ， 效率和發(fā)熱問題并不突出；鉆鏜 加工屬于連續(xù)切削加工 ， 切削力變化不大 ， 而且是正負(fù)載

26、 ， 在 其它條件相同的情況下 ， 進(jìn)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 ， 所以該機(jī)床液壓傳動系統(tǒng)采用調(diào)速閥進(jìn)口節(jié) 流調(diào)速 ， 為防止孔鉆通時發(fā)生前沖 ， 在回油路上加背壓閥 。 液壓傳動系統(tǒng)的供油主要為快進(jìn)、快退時低壓大流量和工 進(jìn)時高壓小流量兩種工況，若采用單個定量泵，顯然系統(tǒng)的功 率損失大、效率低。為了提高系統(tǒng)效率和節(jié)約能源，所以采用 雙定量泵供油回路。 由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開式循環(huán)回路。 40 (2) 換向和速度換接回路的選擇 該系統(tǒng)對換向平穩(wěn)性的要求不很高 ， 流量不大 ， 壓 力不高 ， 所以選用價格較低的電液換向閥控制換向回路 。 為便于差動連接 ，

27、 選用三位五通電液換向閥 。 為了調(diào)整方便和便于增設(shè)液壓夾緊支路 ， 所以選用 Y型中位機(jī)能 。 由計算可知 ， 當(dāng)滑臺從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時 ， 進(jìn)入液壓 缸的流量由 23L/min降為 0.39L/min， 可選二位二通行程換 向閥來進(jìn)行速度換接 ， 以減少液壓沖擊 。 由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時 ， 在回路上并聯(lián)了一個單向閥以 實(shí)現(xiàn)速度換接 。 為了控制軸向加工尺寸 ， 提高換向位置 精度 ， 采用死擋塊加壓力繼電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制 。 41 (3) 壓力控制回路的選擇 由于采用雙泵供油回路， 故用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流 量泵卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓 小流量泵的供油壓力。為了便 于觀察和調(diào)整壓力，在液壓

28、泵 的出口處、背壓閥和液壓缸無 桿腔進(jìn)口處設(shè)測壓點(diǎn)。 將上述所選定的液壓回路 進(jìn)行歸并，并根據(jù)需要作必要 的修改調(diào)整，最后畫出液壓系 統(tǒng)原理圖如圖所示。 液壓傳動系統(tǒng)原理圖 42 5.選擇液壓元件 (1) 選擇液壓泵 工進(jìn)階段液壓缸工作壓力為最大 ， 如果取進(jìn)油路總的壓 力損失是 p1= 0.8MPa， 則工進(jìn)小流量液壓泵最高工作壓力： pp1 =4.065+0.8=4.865MPa 快進(jìn) 、 快退時大流量泵壓力 pp2 =1.216+0.5=1.716MPa 快進(jìn) 、 快退時最大流量為： qp = 24 L/min 工進(jìn)時泵的流量為： qp = 0.39 L/min 考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流

29、閥的性能特點(diǎn) ， 尚需加上溢 流閥穩(wěn)定工作的最小溢流量 ， 一般取為 3 L/min， 所以小流量 泵的流量為： qp =3.39 L/min 查產(chǎn)品樣本 ， 選用小泵排量為 V1=4ml/r， 大泵排量為 V2=25ml/r的 YB1型雙聯(lián)葉片泵 ， 其額定轉(zhuǎn)速為 n = 960 r/min， 容積效率 pv=0.95。 選用 Y90L 6型異步電動機(jī) ， P = 1.1 kW， n = 960 r/min。 43 (2) 選擇液壓閥 根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖 ， 計算分析通過各液 壓閥油液的最高壓力和最大流量 ， 選擇各液壓閥的型號 規(guī)格 。 (3) 選擇輔助元件 油管內(nèi)徑一般可參照所接元件尺寸確定 ， 也可按管 路允許流速進(jìn)行計算 ， 本系統(tǒng)油管選 18 1.6無縫鋼管 。 油箱容量按 6.5節(jié)確定 ， 即： V=100 L 140 L。 44 6.系統(tǒng)性能驗(yàn)算 由于本液壓系統(tǒng)比較簡單 ， 壓力損失驗(yàn)算可以忽略 。 又 由于系統(tǒng)采用雙泵供油方式 ， 在液壓缸工進(jìn)階段 ， 大流量泵 卸荷 ， 功率使用合理；同時油箱容量可以取較大值 ， 系統(tǒng)發(fā) 熱溫升不大 ， 故不必進(jìn)行系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 。