液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算演示文檔

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第十章,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)THE DESIGN AND CALCULATION OF HYDRAULIC SYSTEM,2,本章提要,本章介紹設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本步驟和方法，對(duì)于一般的液壓系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循以下幾個(gè)步驟： ①明確設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行工況(Operating Condition)分析； ②擬定液壓系統(tǒng)原理圖； ③計(jì)算和選擇液壓元件； ④發(fā)熱及系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算； ⑤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(duì)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(jì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)時(shí)，有些步驟可以合并或省略。通過本章學(xué)習(xí)，要求對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、步驟、方法有一個(gè)基本的了解。,3,本章教學(xué)內(nèi)容,點(diǎn)擊進(jìn)入 相應(yīng)章節(jié),http:// yycd.mech.wust.edu.cn/ 引用本教案內(nèi)容，請(qǐng)注明出處,返回本頁(yè)點(diǎn)擊此,10.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,10.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例,習(xí) 題,4,10.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,Design and Calculation of Hydraulic System,5,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的一部分，它除了應(yīng)符合主機(jī)動(dòng)作循環(huán)和靜、動(dòng)態(tài)性能等方面的要求外，還應(yīng)當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)，根據(jù)系統(tǒng)的繁簡(jiǎn)、借鑒的資料多少和設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的不同，在做法上有所差異。各部分的設(shè)計(jì)有時(shí)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(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟予以介紹。,10.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 Design and Calculation of Hydraulic System,6,10.1.1 明確設(shè)計(jì)要求、工作環(huán)境，進(jìn)行工況分析 Define the Requirement of Design and Working Circumstance, Analyze the Operating Condition,液壓系統(tǒng)的動(dòng)作和性能要求主要有： 　　運(yùn)動(dòng)方式、行程、速度范圍、負(fù)載條件、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、精度、工作循環(huán)和動(dòng)作周期、同步或聯(lián)鎖等。就工作環(huán)境而言，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(jì)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。,10.1.1.1 明確設(shè)計(jì)要求及工作環(huán)境 Define the Requirement of Design and Working Circumstance,7,工況分析，就是查明每個(gè)執(zhí)行元件的速度(Speed)和負(fù)載(Load)的變化規(guī)律，必要時(shí)還應(yīng)作出速度、負(fù)載隨時(shí)間或位移變化的曲線圖。 　　就缸而言，負(fù)載主要由六部分組成，即工作負(fù)載(The Working Load)，導(dǎo)向摩擦負(fù)載(Oriented Frictional Resistance)，慣性負(fù)載(Inertial Load)，重力負(fù)載(The Gravity Load)，密封負(fù)載(The Sealing Load)和背壓負(fù)載(Back Pressure Load) 。,10.1.1.2 執(zhí)行元件的工況分析 Analyze the Operating Condition of Working Components,10.1.1 明確設(shè)計(jì)要求、工作環(huán)境，進(jìn)行工況分析,8,(1) 工作負(fù)載 The Working Load Fw,不同的機(jī)器有不同的工作負(fù)載。工作負(fù)載與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)為正值，方向相同時(shí)為負(fù)值。,導(dǎo)向摩擦負(fù)載是指液壓缸驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件時(shí)所受的導(dǎo)軌摩擦阻力。,(2) 導(dǎo)向摩擦負(fù)載 Oriented Frictional Resistance Ff,慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)加速或制動(dòng)減速時(shí)的慣性力，其值可按牛頓第二定律求出。,(3) 慣性負(fù)載 Inertial Load Fa,10.1.1.2 執(zhí)行元件的工況分析,10.1.1 明確設(shè)計(jì)要求、工作環(huán)境，進(jìn)行工況分析,9,(4) 重力負(fù)載 The Gravity Load Fg,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0.90～0.97。,(5) 密封負(fù)載 The Sealing Load Fs,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 Back Pressure Load Fb,10.1.1.2 執(zhí)行元件的工況分析,10.1.1 明確設(shè)計(jì)要求、工作環(huán)境，進(jìn)行工況分析,10,液壓缸各個(gè)主要工作階段的機(jī)械負(fù)載 F 可按下列公式計(jì)算,空載啟動(dòng)加速階段: The Starting with No-load,快速階段: Fast Feed,工進(jìn)階段: Working Feed,制動(dòng)減速: The Brake Slows Down,(10.4),(10.5),(10.6),(10.7),10.1.1.2 執(zhí)行元件的工況分析,10.1.1 明確設(shè)計(jì)要求、工作環(huán)境，進(jìn)行工況分析,11,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(jì)液壓系統(tǒng)的第一步，它對(duì)系統(tǒng)的性能及設(shè)計(jì)方案的合理性、經(jīng)濟(jì)性具有決定性的影響。,10.1.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 Draw out the Schematic Circuit of Hydraulic System,10.1.2.1 確定油路類型 Define the Type of Oil Circuit,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(lái)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)(The System with the Variable Orifice)采用開式油路，容積調(diào)速系統(tǒng)(The System of Variable Volume)采用閉式回路(Closed Circuit) 。,12,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(duì)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(duì)于機(jī)床液壓系統(tǒng),調(diào)速和速度換接回路(Timing and Exchange of Speed Circuit)是主要回路； 　　對(duì)于壓力機(jī)液壓系統(tǒng)，調(diào)壓回路(The Circuit of Adjusting of Pressure)是主要回路； 　　有垂直運(yùn)動(dòng)部件的系統(tǒng)要考慮平衡回路(The Balance Circuit)；,10.1.2.2 選擇液壓回路 Select the Hydraulic Circuit,10.1.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定,13,10.1.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定,10.1.2.2 選擇液壓回路 Select the hydraulic Circuit,慣性負(fù)載較大的系統(tǒng)要考慮緩沖制動(dòng)回路(Buffering Brake Circuit)。 　　有多個(gè)執(zhí)行元件的系統(tǒng)可能要考慮順序動(dòng)作(The Sequence Action)、同步回路(Synchronical Circuit)； 　　有空載運(yùn)行要求的系統(tǒng)要考慮卸荷回路(Unloading Circuit)等。,14,將挑選出來(lái)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(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作安全可靠、動(dòng)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。,10.1.2.3 繪制液壓系統(tǒng)原理圖 Draw out the Schematic Circuit of Hydraulic System,10.1.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定,15,10.1.3 液壓元件的計(jì)算和選擇,結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定是指根據(jù)執(zhí)行元件工作壓力和最大流量確定執(zhí)行元件的排量或油缸面積。,10.1.3.1 執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)的確定 Define the Structure Form and the Parameter of Actuator,表10.1 選擇執(zhí)行元件的形式,16,工作壓力(The Working Pressure)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(gè)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(duì)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(huì)增大執(zhí)行元件及整個(gè)系統(tǒng)的尺寸，使結(jié)構(gòu)變得龐大，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫Α?(1) 初選執(zhí)行元件的工作壓力 Select the Working Pressure of Actuator Primarily,10.1.3 液壓元件的計(jì)算和選擇,17,(2) 確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) Define the Major Structural Parameter of Actuator,以缸為例，主要結(jié)構(gòu)尺寸指缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d，計(jì)算后按系列標(biāo)準(zhǔn)值確定D和d。 　　對(duì)有低速運(yùn)動(dòng)要求的系統(tǒng)，尚需對(duì)液壓缸有效工作面積進(jìn)行驗(yàn)算，即應(yīng)保證：,驗(yàn)算結(jié)果若不能滿足式(10.8)，則說(shuō)明按所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸和方案達(dá)不到所需要的最低速度，必須修改設(shè)計(jì)。,10.1.3 液壓元件的計(jì)算和選擇,18,(3) 復(fù)算執(zhí)行元件的工作壓力 Confirm the Working Pressure of Actuator,當(dāng)液壓缸的主要尺寸D、d計(jì)算出來(lái)以后，要按系列標(biāo)準(zhǔn)圓整，有必要根據(jù)圓整值對(duì)工作壓力進(jìn)行一次復(fù)算。 　　在按上述方法確定的工作壓力還沒有計(jì)算回油路的背壓，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)載所需要的那部分壓力，在結(jié)構(gòu)參數(shù)D、d確定之后，取適當(dāng)?shù)谋硥汗浪阒担纯汕蟪鰣?zhí)行元件工作腔的壓力。,10.1.3 液壓元件的計(jì)算和選擇,19,對(duì)于單桿液壓缸，其工作壓力p可按下列公式復(fù)算。,有桿腔進(jìn)油階段,(10.10),式中：F—液壓缸在各工作階段的最大機(jī)械總負(fù)載； A1 、A2 —分別為缸無(wú)桿腔和有桿腔的有效面積； pb—液壓缸回油路的背壓。,(10.9),無(wú)桿腔進(jìn)油工進(jìn)階段,10.1.3 液壓元件的計(jì)算和選擇,20,(4) 執(zhí)行元件的工況圖 The Operating Conditions Drawing,,即執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)中的壓力、流量、功率對(duì)時(shí)間或位移的變化曲線圖。將系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的工況圖加以合并，便得到整個(gè)系統(tǒng)的工況圖。 　　液壓系統(tǒng)的工況圖可以顯示整個(gè)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(jì)步驟中選擇元件、選擇回路或修正設(shè)計(jì)提供合理的依據(jù)。 　　對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)，其工況圖的繪制可省略。,,10.1.3 液壓元件的計(jì)算和選擇,21,先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)工況確定泵的類型，然后根據(jù)液壓泵的最大供油量和系統(tǒng)工作壓力來(lái)選擇液壓泵的規(guī)格。,10.1.3.2 選擇液壓泵 Select Hydraulic Pump,(10.11),式中：p—執(zhí)行元件的最高工作壓力； ??pl—進(jìn)油路上總的壓力損失。,(1) 液壓泵的最高供油壓力 Define the Maximum Pressure of Pump,液壓泵的最大供油量為：,(2) 確定液壓泵的最大供油量 Define the Maximum Flow of Pump,(10.11),式中：K—系統(tǒng)的泄漏修正系數(shù)，一般取 K=1.1~1.3； ?qmax—同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。,22,液壓泵的規(guī)格型號(hào)按計(jì)算值在產(chǎn)品樣本選取，為了使液壓泵工作安全可靠，液壓泵應(yīng)有一定的壓力儲(chǔ)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。,(3) 選擇液壓泵的規(guī)格型號(hào) Select Model of Pump,23,驅(qū)動(dòng)泵(Drive Pump)的電機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率和泵的轉(zhuǎn)速來(lái)選擇。 　　在整個(gè)工作循環(huán)中，泵的壓力和流量在較多時(shí)間內(nèi)皆達(dá)到最大工作值時(shí)，驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)功率(Power)為：,(4) 選擇驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī) Select Electromotor to Drive Pump,(10.13),式中：?p —液壓泵的總效率，數(shù)值可見產(chǎn)品樣本。 　　限壓式變量葉片泵的驅(qū)動(dòng)功率，可按泵的實(shí)際壓力流量特性曲線拐點(diǎn)處的功率來(lái)計(jì)算。 　　工作中泵的壓力和流量變化較大時(shí)，可分別計(jì)算出各個(gè)階段所需的驅(qū)動(dòng)功率，然后求其均方根值即可。,24,各種閥類元件的規(guī)格型號(hào)，按液壓系統(tǒng)原理圖和系統(tǒng)工況提供的情況從產(chǎn)品樣本中選取，各種閥的額定壓力和額定流量，一般應(yīng)與其工作壓力和最大通過流量相接近。 　　具體選擇時(shí)，應(yīng)注意溢流閥按液壓泵的最大流量來(lái)選??；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。,10.1.3.3 選擇閥類元件 Select Components of Valve,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(duì)一些重要的管道才驗(yàn)算其內(nèi)徑和壁厚。 　　對(duì)于固定式的液壓設(shè)備，常將液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源，閥類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(dòng)力源的振動(dòng)與油溫變化對(duì)主機(jī)工作精度的影響。,10.1.3.4 選擇液壓輔助元件 Select Accessories Components,25,10.1.4 液壓系統(tǒng)技術(shù)性能的驗(yàn)算 Confirm the Performances of the Hydraulic System,液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)完成之后，需要對(duì)它的主要性能加以驗(yàn)算，以便評(píng)判其設(shè)計(jì)質(zhì)量，并改進(jìn)和完善液壓系統(tǒng)。,10.1.4.1 系統(tǒng)壓力損失(The Pressure Loss)的驗(yàn)算,畫出管路裝配草圖后，即可計(jì)算管路的沿程壓力損失，局部壓力損失，它們的計(jì)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(lái)對(duì)管路的壓力損失進(jìn)行概略地估算。,26,10.1.4.2 系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 Confirm the Temperature Rise,液壓系統(tǒng)在工作時(shí)，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(shí)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。,27,一般情況下，液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)往往有好幾個(gè)階段，其平均發(fā)熱量為各個(gè)工作周期發(fā)熱量的時(shí)均值，即,(10.14),式中 —第個(gè)工作階段系統(tǒng)的輸入功率； —第個(gè)工作階段系統(tǒng)的輸出功率； —工作循環(huán)周期； —第個(gè)工作階段的持續(xù)時(shí)間； —總的工作階段數(shù)。,28,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(shí)間散發(fā)熱量的可按下式計(jì)算,(10.15),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(jì)手冊(cè)。,系統(tǒng)的溫升為,(10.16),計(jì)算溫升值如果超過允許值，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施。,29,10.1.5 繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件 Draw the Hydraulic Circuit and Compose the Specification,10.1.5.1 繪制正式工作圖 Draw the Formal Working Drawing,正式工作圖包括液壓系統(tǒng)原理圖、液壓系統(tǒng)裝配圖、液壓缸等非標(biāo)準(zhǔn)元件裝配圖及零件圖。液壓系統(tǒng)原理中應(yīng)附有液壓元件明細(xì)表，表中標(biāo)明各液壓元件的型號(hào)規(guī)格、壓力和流量等參數(shù)值，一般還應(yīng)繪出各執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和電磁鐵的動(dòng)作順序表。 　　液壓系統(tǒng)裝配圖是液壓系統(tǒng)的安裝施工圖，包括油箱裝配圖，管路安裝圖等。,10.1.5.2 編制技術(shù)文件 Compose the Specification,技術(shù)文件一般包括液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書，液壓系統(tǒng)使用及維護(hù)技術(shù)說(shuō)明書，零、部件目錄表及標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、外購(gòu)件表等。,30,10.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例,The Example of the Hydraulic System Design,31,10.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 The Example of the Hydraulic System Design,某廠要設(shè)計(jì)制造一臺(tái)雙頭車床，加工壓縮機(jī)拖車上一根長(zhǎng)軸兩端的軸頸。由于零件較長(zhǎng)，擬采用零件固定，刀具旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的加工方式。其加工動(dòng)作循環(huán)是快進(jìn)—工進(jìn)—快退—停止。同時(shí)要求各個(gè)車削頭能單獨(dú)調(diào)整。其最大切削力在導(dǎo)軌中心線方向估計(jì)為12kN，所要移動(dòng)的總重量估計(jì)為15kN，工作進(jìn)給要求能在0.020～1.2m/min范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，快速進(jìn)、退速度一致，為 4 m/min，試設(shè)計(jì)該液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。,32,圖10.1 機(jī)床的外形示意圖,1-左主軸頭(Left Principal Axle Head)；2-夾具(Clamping Apparatus)；3-右主軸頭(Right Principal Axle Head)；4-床身(Lathe Bed)；5-工件(Workpiece),33,10.2.1 確定對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求 Define the Work Requirement of the Hydraulic System,根據(jù)加工要求，刀具旋轉(zhuǎn)由機(jī)械傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；主軸頭沿導(dǎo)軌中心線方向的“快進(jìn)(Fast Feed) ?工進(jìn)(Working Feed)—快退(Fast Return)—停止(Stop)”工作循環(huán)擬采用液壓傳動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。故擬選定液壓缸作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 　　考慮到車削進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)功率不大，且要求低速穩(wěn)定性好，粗加工時(shí)負(fù)載有較大變化，故擬選用調(diào)速閥、變量泵組成的容積節(jié)流調(diào)速方式。 　　為了自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上述工作循環(huán)，并保證零件一定的加工長(zhǎng)度(該長(zhǎng)度并無(wú)過高的精度要求)，擬采用行程開關(guān)及電磁換向閥實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作。,34,10.2.2 擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖 Draw up the Work Schematic Circuit of Hydraulic System,系統(tǒng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車削頭，且動(dòng)作相同。為保證快速進(jìn)、退速度相等，并減小液壓泵的流量規(guī)格，擬選用差動(dòng)連接回路。,35,快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)后，系統(tǒng)壓力升高，遙控順序閥打開，回油經(jīng)背壓閥回油箱。背壓閥使工進(jìn)時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。,分別調(diào)節(jié)兩個(gè)調(diào)速閥，可使兩車削頭有較高的同步精度。,由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)，采用機(jī)動(dòng)滑閥。工進(jìn)終了時(shí)。壓下電器行程開關(guān)返回?？焱说浇K點(diǎn)，壓下電器行程開關(guān)，運(yùn)動(dòng)停止。,36,圖10.2 雙頭車床液壓系統(tǒng)工作原理圖,37,10.2.3 計(jì)算和選擇液壓元件 Calculate and Select Hydraulic Components,10.2.3.1 液壓缸的計(jì)算 Calculate Hydraulic Cylinder,圖10.3 液壓缸受力圖,(1) 工作負(fù)載及慣性負(fù)載計(jì)算,38,工作負(fù)載： 　　Fw=12000 N 油缸所要移動(dòng)負(fù)載總重量： 　　G=15000 N 取工進(jìn)時(shí)速度的最大變化量： 　　?v=0.02 m/s 選?。?t=0.2 s,39,(2) 密封阻力(The Sealing Resistance)的計(jì)算,缸的密封阻力通常折算為克服密封阻力所需的等效壓力乘以液壓缸的有效面積。若密封結(jié)構(gòu)為Y型，可取 peq=0.2MPa，缸的有效面積初估值為 A1=80mm,則密封力為：,40,,,圖10.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)受力示意圖,(3) 導(dǎo)軌摩擦阻力的計(jì)算 Calculate Frictional Resistance of Guide Way,41,分析液壓缸各工作階段中受力情況，得知在工進(jìn)階段受力最大，作用在活塞上的總載荷：,(4) 回油背壓造成的阻力計(jì)算 Calculate the Resistance Caused by back Pressure in Return Line,回油背壓，一般為0.3~0.5MPa，取回油背壓 pb=0.3MPa, 考慮兩邊差動(dòng)比為2,且已知液壓缸進(jìn)油腔的活塞面積 A1=80 mm,取有桿腔活塞面積A2=40 mm，將上述值代入公式得：,42,因?yàn)橐簤焊椎牟顒?dòng)比為2，所以活塞桿直徑為：,(5) 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力 Define the Structure Size and the Work Pressure of Hydraulic Cylinder,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定系統(tǒng)工作壓力，選取 p=3MPa，則工作腔的有效工作面積和活塞直徑分別為：,43,則液壓缸實(shí)際計(jì)算工作壓力為:,實(shí)際選取的工作壓力為:,根據(jù)液壓技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，選取標(biāo)準(zhǔn)直徑,44,由于左右兩個(gè)切削頭工作時(shí)需做低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在確定油缸活塞面積A1之后，還必須按最低進(jìn)繪速度驗(yàn)算油缸尺寸。即應(yīng)保證油缸有效工作面積A1為：,qmin—流量閥最小穩(wěn)定流量，取為 50 mm3/min； vmin—活塞最低進(jìn)繪速度，本題給定為 20 mm/min。,式中：,45,根據(jù)上面確定的液壓缸直徑，油缸有效工作面積為：,驗(yàn)算說(shuō)明活塞面積能滿足最小穩(wěn)定速度要求。,46,10.2.3.2 油泵的計(jì)算 Calculate Pump,對(duì)于調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，管路的局部壓力損失一般取 ，取總壓力損失 ，則液壓泵的實(shí)際計(jì)算工作壓力：,(1) 確定油泵的實(shí)際工作壓力，選擇油泵,當(dāng)液壓缸左右兩個(gè)切削頭快進(jìn)時(shí)，所需的最大流量之和為：,根據(jù)求得的液壓泵的流量和壓力，又要求泵變量,,選取YBN-40M型葉片泵。,取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù) kl=1.1 ，則液壓泵的流量為：,47,因該系統(tǒng)選用變量泵，所以應(yīng)算出空載快速、最大工進(jìn)時(shí)所需的功率，按兩者的最大值選取電機(jī)的功率。,確定液壓泵電機(jī)的功率 Decide the Power of Electromotor,最大工進(jìn)：此時(shí)所需的最大流量為：,選取液壓泵的總效率?=0.8，則工進(jìn)時(shí)所需的液壓泵的最大功率為：,48,導(dǎo)軌摩擦力：,選取空載快速條件下的系統(tǒng)壓力損失，則空載快速條件下液壓泵的輸出壓力為：,空載條件下的總負(fù)載：,空載快速時(shí)液壓泵所需的最大功率為：,故應(yīng)按最大工進(jìn)時(shí)所需功率選取電機(jī)。,,,49,10.2.3.3 選擇控制元件 Select the Control Components,控制元件的規(guī)格應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取。,方向閥：按 ， 選35D—25B(滑閥機(jī)能O型)。,單向閥：按 ， 選I－25B。,調(diào)速閥：按工進(jìn)最大流量 ， 工作壓力 選Q－10B。,50,背壓閥：調(diào)至 ，流量為 選B－10。,行程閥：按 ， 選22C－25B。,調(diào)速閥：按工進(jìn)最大流量 ， 工作壓力 選Q－10B。,順序閥：調(diào)至大于 ，保證快進(jìn)時(shí)不打開。 選X－B10B。,51,10.2.3.3 油管及其它輔助裝置的選擇 　　Select Oil Pipe and other Accessories,本系統(tǒng)的功率小，又采用限壓式變量泵，發(fā)熱少，所取油箱容量又較大，故不必進(jìn)行系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算。,確定鋼管通經(jīng)、外徑、壁厚、連接螺紋及推薦流量。 　　在液壓泵的出口，按流量27.5 l/min，查表取管路通徑為?10； 　　在液壓泵的入口,選擇較粗的管道，選取管徑為?12； 　　其余油管按流量12.5 1/min，查表取?8。 　　對(duì)于一般低壓系統(tǒng)，油箱的容量一般取泵流量的3～5倍，本題取4倍，其有效容積：,52,習(xí) 題,10.1 圖10.5所示液壓系統(tǒng)中，液壓缸的直徑D=70mm，活塞桿直徑d=45mm，工作負(fù)載F=16kN，液壓缸的效率?=0.95，不計(jì)慣性力和導(dǎo)軌摩擦力?？焖龠\(yùn)動(dòng)時(shí)速度為v1=7m/min，工作進(jìn)給速度為v2=0.053m/min，系統(tǒng)總的壓力損失為折合到進(jìn)油管路??pl=0.5?106Pa。試求： 　　1）液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快進(jìn)-工進(jìn)-快退-原位停止的工作循環(huán)時(shí)電磁鐵、行程閥、壓力繼電器的動(dòng)作順序表。 　　2）計(jì)算并選擇系統(tǒng)所需要的元件，并在圖上標(biāo)明各元件的型號(hào)。,53,圖10.5 [習(xí)題10.1]液壓系統(tǒng)圖,