液压传动系统的设计与计算.ppt

液压传动系统的设计与计算一 液压系统的设计步骤 液压系统的设计是整机设计的一部分 它除了应符合主机动作循环和静 动态性能等方面的要求外 还应当满足结构简单 工作安全可靠 效率高 寿命长 经济性好 使用维护方便等条件 液压系统的设计没有固定的统一步骤 根据系统的简繁 借鉴的多寡和设计人员经验的不同 在做法上有所差异 各部分的设计有时还要交替进行 甚至要经过多次反复才能完成 下图所示为液压系统设计的基本内容和一般流程 液压系统设计的一般流程 1 明确对液压传动系统的工作要求 设计要求 2 拟定液压传动系统图3 计算液压系统的主要参数和选择液压元件4 进行必要的液压系统验算 5 液压装置的结构设计 6 绘制正式液压系统工作图 编制技术文件 一 明确系统的设计要求 明确对液压传动系统的工作要求 是设计液压传动系统的依据 由使用部门以技术任务书的形式提出 1 主机概况 主机的用途 总体布局 主要结构 技术参数与性能要求 主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制 主机的工艺流程或工作循环 作业环境和条件等 2 液压系统的任务与要求 液压系统要完成哪些动作 动作顺序及彼此联锁关系如何 液压驱动机构的运动形式 运动速度 各动作机构的载荷大小及其性质 对调速范围 运动平稳性 转换精度等性能方面的要求 自动化程度 操作控制方式的要求 3 液压系统的工作条件和环境条件 对防尘 防爆 防寒 噪声 安全可靠性的要求 4 对效率 成本等方面的要求 本例 设计一台150吨的油压机 设计一台小型液压压力机的液压系统 要求实现 快速空程下行 慢速加压 保压 快速回程 停止 的工作循环 快速往 返速度为3m min 加压速度为40 25mm min 压制力为200000n 运动部件总重力为20000n 工作行程300mm 油缸垂直安装 设计该压力机的液压系统 一 压制1 启动2 快速下行3 慢速压制工件 工进 4 保压5 泄压6 快速上行二 顶出工件 工况分析 首先根据己知条件绘制运动部件的速度循环图 三 计算各阶段的外负载并绘制负载图 1 载荷的组成和计算在一般情况下 液压传动系统中液压缸承受的负载包括工作负载 导轨摩擦负载 惯性负载 重力负载 密封负载和背压负载等 构成了液压缸所要克服的机械总负载 工作负载常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力 负载阻力 背压产生的力等 这些作用力的方向如与活塞运动方向相同时为负 相反时为正 导轨摩擦负载 导轨摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力 其值与运动部件的导轨形式 放置情况及运动状态有关 各种形式导轨的摩擦负载计算公式可查阅有关手册 机床上常用平导轨和v形导轨支承运动部件 其摩擦负载值的计算公式 导轨水平放置时 为 式中 f 摩擦系数 其中 静摩擦系数和动摩擦系数值参考下表 g 运动部件的重力 fn 垂直于导轨的工作负载 v形导轨面的夹角 一般 90 惯性负载 惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力 其值可按牛顿第二定律求出 重力负载垂直或倾斜放置的运动部件 在没有平衡的情况下 其自重也成为一种负载 倾斜放置时 只计算重力在运动上的分力 液压缸上行时重力取正值 反之取负值 密封负载密封负载是指密封装置的摩擦力 其值与密封装置的类型和尺寸 液压缸的制造质量和油液的工作压力有关 的计算公式详见有关手册 在未完成液压系统设计之前 不知道密封装置的参数 无法计算 一般用液压缸的机械效率加以考虑 常取 0 90 0 97 背压负载背压负载是指液压缸回油腔背压所造成的阻力 在系统方案及液压缸结构尚未确定之前 也无法计算 在负载计算时可暂不考虑 表2 2列出几种常用系统的背压阻力值 液压缸的外负载力f及液压马达的外负载转矩t计算公式见下表 背压阻力 液压缸的外负载力f及液压马达的外负载与转矩t计算公式 2 本例中计算各阶段的外负载并绘制负载图 工件的压制力即为工件的负载力 f1 20000n 摩擦负载 静摩擦系数取0 2 动摩擦系数取0 1则静摩擦阻力 ffj 0 2 20000 4000n动摩擦阻力 ffd 0 1 20000 2000n 惯性负载 fm m v t t为加速或减速的时间 一般 t 0 01 0 5s 在这里取 t 0 2sfm 20000 3 9 8 0 2 60 510n自重g 20000n液压缸在各工作阶段的外负载 绘制负载循环图 二 拟定液压传动系统图 1 此系统需要两个液压缸10与11 执行元件2 要有泵提供压力油 动力源 件1 2 3 4 3 压制缸要上下运动 因而要设置换向阀5与6 控制缸10与11上下运动 4快速下行 设置充液阀12 为了测压设置了件16与17 5 慢速下行 设置压力继电器15为下一保压作准备 6 保压 设置液控单向阀7为了保压 7 泄压 为了防止炮鸣故障 在缸11回程之前应将缸上腔压力卸掉 为此设置了二位二通电磁阀14 8 回程 9 顶出力与速度的控制 三 液压系统的主要参数和选择液压元件 按液压机床类型初选液压缸的工作压力为25mpa 根据快进和快退速度要求 采用单杆活塞液压缸 快进时采用充液阀补油法来实现 选液压缸无杆腔工作面积a1为有杆腔工作面积a2的6倍 以满足快退要求fmax m a1p1 a2p2 a1p1 a1p2 6 a1 p1 p2 6 a1 fmax p1 p2 6 p1 液压缸工作腔的压力 pa p2 液压缸回油腔的压力 pa a1 0 13 d 0 39md 0 35m当按gb t2348 93将这些直径圆整成进标准位时街 d 400mm d 360mm 此求得液压缸的实际有效面积为 液压缸实际所需流量计算 工作快速空程时所需流量q1液压缸的容积效率 缸 0 961立方米 1000升 分q1 a1v1 缸 0 13 3 1000 0 96 400 l min 工作缸压制时所需流量q2 a1 v2 缸 0 13 0 1 1000 0 96 14 l min 液压缸回程时所需流量q3 a2 v3 缸 0 0239 3 1000 0 96 80 l min 液压元件的选择 1 确定液压泵规格 压力与流量 和驱动电机功率由前而工况分析 考虑最大压制力和液压主机类型 已初定上液压泵的工作压力取为25mpa 再考虑到进出油路上阀和回油路的压力损失为1mpa 则液压泵的最高工作压力为 pp 25 i 26mpa另外考虑到一定压力贮备 并确保泵的寿命 正常工作压力只能为泵的额定压力的80 左右 因此选泵的额定压力只应满足 p泵 pp 0 8 31 5mpa液压泵的最大流量选工况中所需流量最大者 考虑泄漏系数k漏q泵 k漏 qmax 1 1 1 3 400 440l min 选择液压泵的种类规格 选泵与匹配电机 1 选泵根据以上算得的q泵和p泵 查阅 机械设计手册 选用63ycyi4 1b型压力补偿变量轴向柱塞泵 排量63ml min 额定压力32mpa 额定转速100r min 驱动功率55 6kw 容积效率 92 总效率为0 80 0 85 重量71kg 2 匹配电机n pq 60 总本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段 这时液压泵的供油压力应为26mp 流量为已选定泵的流量值 柱塞泵总效率取为0 82 n pq 60 总 26 14 60 0 82 8kw查电机目录 选择4极电动机为yi60m 4型 其额定功率为11kw 阀类元件及辅助元件的选择 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件的流量选择型号和规格 管道尺寸的确定 管道内径计算 温升发热计算 四 进行必要的液压系统验算 略 五 液压装置的结构设计1 主缸结构图例 2 顶出缸结构图例 3 充液阀结构图例 液压缸的计算及验算方法 首先根据使用要求确定液压缸的类型 再按负载和运动要求确定液压缸的主要结构尺寸 必要时需进行强度验算 最后进行结构设计 液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径d 缸的长度l 活塞杆直径d 主要根据液压缸的负载 活塞运动速度和行程等因素来确定上述参数 液压缸工作压力的确定 液压缸要承受的负载包括有效工作负载 摩擦阻力和惯性力等 液压缸的工作压力按负载确定 对于不同用途的液压设备 由于工作条件不同 采用的压力范围也不同 设计时 液压缸的工作压力可按负载大小及液压设备类型并参考有关资料来确定 液压缸主要尺寸的确定 液压缸内径d和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定 对单杆缸而言 有 无杆腔进油时 有杆腔进油时 液压缸的校核 缸简壁厚的验算 中 高压液压缸一般用无缝钢管做缸筒 大多属薄壁筒 即 d 0 08 此时 可根据材料力学中薄壁圆筒的计算公式验算缸筒的壁厚 即当 d 0 3时 可用下式校核缸筒壁厚 当液压缸采用铸造缸筒时 壁厚由铸造工艺确定 这时应按厚壁圆筒计算公式验算壁厚 当别 d 0 08 0 3时 可用下式校核缸筒的壁厚 式中 pmax