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沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院液壓課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
目 錄
1．工況分析………………………………………………………………………………1
2．?dāng)M定液壓系統(tǒng)原理圖……………………………………………………………………2
3．液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 ……………………………………………………7
3.1液壓缸主要尺寸的確定……………………………………………………………3
3.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格………………………………………4
3.3液壓閥的選擇………………………………………………………………………5
3.4確定管道尺寸………………………………………………………………………7
3.5液壓油箱容積的確定………………………………………………………………7
1．工況分析
首先根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖，如圖1.5所示，然后計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。
液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型，即
Fw為工作負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床來(lái)說(shuō)，即為沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的切削力，在本例中為18000N；
Fa—運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；
Ff—導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力，對(duì)于平導(dǎo)軌可由下式求得
G—運(yùn)動(dòng)部件重力；
FRn—垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，事例中為零；
f—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，本例中取靜摩擦系數(shù)0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。求得：
Ffs=0.2*1500kg*9.8N/kg=2940N
Ffa=0.1*1500kg*9.8N/kg=2500N
上式中Ffs為靜摩擦阻力，F(xiàn)fa為動(dòng)摩擦阻力。
g—重力加速度；
△t—加速度或減速度，一般△t=0.01～0.5s
△v—△t時(shí)間內(nèi)的速度變化量。在本例中
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載(見(jiàn)表1.4)，并畫(huà)出如圖1.5所示的 負(fù)載循環(huán)圖。
圖1.1 速度與負(fù)載循環(huán)圖
表1.4
工作循環(huán)
外界負(fù)載F/N
工作循環(huán)
外界負(fù)載F/N
啟動(dòng)加速
F=Ffs+Fa
4470
工進(jìn)
F=Ffs+Fw
29970
快進(jìn)
F=Ffs
1470
快退
F=Ffs
1470
2．?dāng)M定液壓系統(tǒng)原理圖
(1)確定供油方式
考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低，而快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱等方面考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。先采用具有壓力反饋功能的限壓式變量泵。
(2)調(diào)速方式的選擇
在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)銑削類專用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。
(3)背壓方式的選擇
由于該機(jī)床采用立式，所以選擇液控單向順序閥構(gòu)建平衡回路。
(4)速度換接方式的選擇
本系統(tǒng)采用電磁換向閥的快慢速換接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但速度換接平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。
最后把所選擇的液壓回路組合起來(lái)，即可組合成圖1.2所示的液壓系統(tǒng)原理圖。
圖1.2 液壓系統(tǒng)原理圖
3．液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件
3.1液壓缸主要尺寸的確定
1)工作壓力p的確定。工作壓力p可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來(lái)初步確定，表1.1取液壓缸工作壓力為4.5MPa。
2)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。由負(fù)載圖知最大負(fù)載F=31547N，按表1.2取p2為0.5Mpa，ηcm為0.95，考慮到快進(jìn)、快退速度相等，取d／D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入式可得
根據(jù)指導(dǎo)書(shū)表2.1，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=100mm；活塞桿直徑d，按d／D= 0.7及表2.2活塞桿直徑系列取d=70mm。
按表2.1及表2.2液壓缸和活塞桿的尺系列，取夾緊液壓缸的D和d分別為100mm及70mm。
按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式可得
式中qmin是由產(chǎn)品樣本查得調(diào)速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L／min。
本例中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實(shí)際面積，即
可見(jiàn)上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。
3)計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量
3.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格
1)泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為
pp—液壓泵最大工作壓力；
p1—執(zhí)行元件最大工作壓力；
∑△p—進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2～0.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)取 0.5～1.5MPa，本例取0.5MPa。
上述計(jì)算所得的pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應(yīng)滿足pn≥(1.25～1.6) pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中pn =1.25 pp=6.25MPa。
2)泵的流量確定 液壓泵的最大流量應(yīng)為
qp—液壓泵的最大流量；
(∑q)min同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量2～3L／min；
KL—系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取KL=1.1～1.3，現(xiàn)取KL=1.2。
3)選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得的pp和qp，再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YBX-25限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量16mL／r，泵的額定壓力6．3MPa，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1450r／min，容積效率0.85，總效率0.7。
3) 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，取兩者較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減小，泵的功率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.2～1L／min范圍內(nèi)時(shí)，可取η＝0.03～0.14。同時(shí)還應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需要進(jìn)行驗(yàn)算，即
Ｐｎ－所選電動(dòng)機(jī)額定功率；
ＰＢ－限壓式變量泵的限定壓力；
ｑｐ－壓力為ＰＢ時(shí)，泵的輸出流量。
首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為1547Ｎ(考慮機(jī)械效率后)，進(jìn)右路的壓力損失為0.3Ｍｐａ，由公式可得
快進(jìn)所所需電動(dòng)機(jī)的功率為
工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率
查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Ｙ９０L－４型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5ＫＷ，額定轉(zhuǎn)速1400r/min.
根據(jù)產(chǎn)品樣本可查的ＹＢＸ－25的流量壓力特性曲線。再有已知的快進(jìn)時(shí)流量為28.8L／min，工進(jìn)是的流量0.39Ｌ／ｍｉｎ，壓力為 5 ＭＰａ，做出泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線，如 圖所示，查得該曲線拐點(diǎn)處的流量為28.8Ｌ／ｍｉｎ，壓力為3.3ＭＰａ，該工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率為
所選電動(dòng)機(jī)滿足要求，拐點(diǎn)處能正常工作。
3.3液壓閥的選擇
本液壓系統(tǒng)可采用力士樂(lè)系統(tǒng)或GE系列的閥。方案一：控制液壓缸部分選用力士樂(lè)系列的閥，其夾緊部分選用疊加閥。方案二：均選用GE系列閥。根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如表1.5所示。
表1.5 液壓元件明細(xì)表
序 號(hào)
元 件 名 稱
通過(guò)流量/L·min-1
型 號(hào)
1
過(guò)濾器
28.8
XU-B32×100
2
變量葉片泵
28.8
YBX-16
3
單向閥
28.8
AF3-EA10B
4
三位四通電磁閥
24
34EF30-E10B
5
二位三通電磁閥
24
23EF3B-E10B
6
單向行程調(diào)速閥
24
AQF3-E10B
7
二位二通電磁閥
24
8
單向順序閥
0.39
HC※T03B422
9
單向閥
9.4
AF3-EA10B
10
二位四通電磁閥
9.4
24EF3-E10B
11
壓力繼電器
9.4
DP1-63B
12
單向節(jié)流閥
9.4
ALF-E10B
3.4確定管道尺寸
油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為差動(dòng)時(shí)流量q=48L／min，壓油管的允許流速取u=4m／s，則內(nèi)徑d為
若系統(tǒng)主油路流量按快退時(shí)取q=24L／min，則可算得油管內(nèi)徑d=11.27mm。
綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為12mm。吸油管同樣可按上式計(jì)算(q=24L／min、v=1.5m／s)，現(xiàn)參照YBX-16變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為25mm。
3.5液壓油箱容積的確定
本例為中壓液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的5～7倍來(lái)確定，現(xiàn)選用容量為160L的油箱。
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