液压设计两个实例.docx

能设计中等复杂程度的液压系统是学习液压课程的目的之一。要能独立设计出符合使用要求的液压系统，必须掌握前八章的基本内容。在此基础上熟悉液压系统的设计步骤、明确设计要求、合理使用设计资料、正确的选取设计参数后，就可以完成设计任务。因此，对设计要求的分析、设计资料的查找与熟悉、设计参数的选取是本章的重点。由于初学者缺乏设计经验，对于系统回路设计、参数选取难以做到合理恰当。所以，系统液压回路的设计与液压参数的选取是本章的难点。真正掌握液压系统的设计需要具备一定的实际工作的经验，本章只能通过一个设计实例介绍液压系统的一般设计步骤，从而展示设计要求的分析过程、液压回路的拟定要点、设计参数的确定方法、液压元件的选取原则、系统验算的计算内容和系统参数的设定步骤。由于课内学时有限，可以在课程设计或在大型作业中单独介绍本章内容。在学习本章内容时应注意以下几点：1在设计液压系统时首先要对所要设计的设备进行全面的了解，明确设备对液压系统的所有要求，例如：所设计设备的用途、总体布局、对液压装置的位置与空间尺寸的限制；设备的工艺流程、动作循环、技术参数及性能要求；设备对液压系统的工作方式及控制方式的要求；对液压系统的工作条件、工作环境、经济性与成本等方面的要求等等。2液压系统原理图的拟定是在系统的方案设定的基础上，通过选择基本回路、拟合回路、优化回路性能、防止回路干扰完成。确定液压系统方案时，要涉及到系统参数的调整、工作介质及回路类型的选择、执行元件与动力装置种类的初定等。系统参数的调整与控制主要涉及调速、调压、换向三个方面。对于电动机驱动的中小型液压设备，或系统的平稳性要求较高时，可选用节流调速或容积节流调速回路；当要求系统高效节能且速度平稳性要求不高时，可选用容积调速回路；若原动机为内燃机时，可通过改变泵的转速来实现调速。压力控制应根据执行元件的工作需要而确定稳压、安全、减压、卸载、平衡等调压方式。换向方式主要分为电动和手动两大类。当设备要求自动控制时应选电动换向方式；对于行走机械、工程机械，多采用手动操纵方式。普通液压设备一般选用矿物型液压油，在高温及易燃环境下作业的液压设备应选用难燃工作介质；液压装置可分为开式和闭式回路两种方式，对于普通液压设备应采用开式回路，对于行走机械、工程机械或航空液压装置应选用闭式回路。液压设备的执行元件是根据设备负载的大小、运动形式、行程长短、空间结构等条件，确定执行元件的类型，计算结构参数；然后制订执行元件的负载行程、速度行程、功率行程工况图；根据此图初步确定液压泵的类型。3液压系统参数的计算与液压元件的选择是在初选了执行元件与泵的类型后进行的设计工作。根据选定的液压泵和所拟定的液压系统图，计算各个液压控制阀及辅件等液压元件在不同工作阶段所承受的压力与流量等系统参数，以此选定元件的规格。液压系统参数的计算必须逐一将各工作阶段的系统实际形成的参数计算出后，经过分析对比、加权折扣后，最终才能确定各元件的规格参数，单凭某一工作阶段的工况是无法确定元件的规格参数的。4系统的验算与各控制元件调整参数的设定是系统设计的另一项重要工作。根据液压系统的不同，验算性能参数的项目也有所不同，一般要进行系统压力损失验算、系统发热验算、系统散热验算、系统效率演算等。若根据液压装置计算出的压力损失大于预先估计的压力损失值，则应提高泵的额定压力或增大溢流阀的调整压力。系统发热验算的目的是验算油温是否超过允许值，若油温超过允许值则应考虑扩大油箱容积或单独设置冷却装置。控制元件调整参数的设定主要指压力阀调整压力确定与各测压点压力的确定。当系统的验算完成了，各压力阀的调整参数就可以确定，据此可以设置系统的压力控制点，检测系统的工作状态。5设计文献的编制与非标液压装置的设计是系统设计的最后一个内容。设计文献主要包括设计任务书、设计计算书、使用说明书、易损件明细表等；非标液压装置设计主要包括非标准件设计、液压装置总图设计、管道安装图设计等。这些文献和设计是依据液压设备的不同、系统复杂程度差异、产品用途不同而不同。6液压系统的一般设计过程包括：明确要求与负载分析、选择方案与回路设计、参数计算与元件选择、系统验算与参数设定、文献编写与装置设计等几个设计步骤。由于液压系统的多样性，许多因素无法直接确定，因此设计步骤是灵活的，经常会遇到设计步骤需要穿插进行，特别是对于不同的设计对象(例如机床液压系统、工程机械液压系统、冶金设备液压系统等)，其设计步骤略有差别，对于比较简单的液压系统有些步骤可以简化与合并。7随着技术的发展，有许多设计资料可以参阅，多种设计经验可以借鉴。因此，设计资料的查找，设计思想的建立也是本章需要注意的问题。在查找设计手册、阅读产品样本时要注意数据资料使用条件和环境要求；在学习设计方法时应认识到：一个设计方案常要通过分析、对比、选择和估算等过程才能最终确定，一个恰当的设计参数通常需要经过设计检验否定，再设计检验否定等几个反复过程才能完成。一台专用铣床，铣头驱动电机功率为7.5kW，铣刀直径为120mm，转速为350r/min。工作行程为400mm，快进、快退速度为4.5m/min，工进速度为601000mm/min，往复运动时加、减速时间为0.05s。工作台水平放置，导轨静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，运动部件总重量为4kN。试设计该机床的液压系统。解：1.负载分析负载扭矩：切削力：静摩擦力：动摩擦力：惯性力：取液压缸的机械效率m=0.9故可列出液压缸各动作阶段中的负载和推力如下表 力动作液压缸负载F（N）液压缸推力F/m（N）启动F=Ffs=10781198加速F=Ffd+ Fa=539+825=13641515快进F=Ffd=539599工进F= Ffd+ Fw=539+3410=39494388快退F=Ffd=5395992根据液压缸的工况分析绘制其负载、速度循环图如图9-1（a）、（b）所示3初步确定液压缸的参数(1)初选液压缸的工作压力根据液压缸的最大推力为4388牛，按教材表4-7选用液压缸的工作压力p1=3106Pa(2)计算液压缸尺寸选用差动液压缸，使活塞杆面积保持关系A1=2A2，于是d=0.707D。按教材表9-1取背压p2=0.8106Pa，当液压缸快进时作差动连接，此时由于管中有压力损失，液压缸有杆腔的压力必须大于无杆腔的压力，这项压力损失可按0.5106Pa估计，即回油管路压力损失p=0.5106Pa。从满足最大推力出发，计算液压缸面积，液压缸内腔直径D为：按教材表4-4取D=50mm，活塞杆直径d=0.707D=0.70750=35.3mm，取d=36mm。所以，液压缸实际有效工作面积为，(3)液压缸工作循环中各阶段的压力、流量及功率计算1）工进时液压缸需要的流量2）快进时液压缸需要的流量3）快退时液压缸需要的流量4）快进时液压缸的压力5）工进时液压缸的压力6）快退时液压缸的压力7）快进功率8）工进功率9）快退功率根据计算绘制液压缸工作循环中各阶段的压力、流量及功率图，如图9-1（c）、（d）、（e）所示。4拟定液压系统（1）选择液压回路从液压缸的工况图可以看出该系统有如下特点：1）系统的流量、压力较小，可以用一个单向定量泵和溢流阀组成供油油源，如图9-1（f）所示。2）铣床加工零件时，有顺铣和逆铣两种工作状态，宜选用回油路节流调速阀调速，如图9-1（g）所示。3）行程控制方式，由于一般铣床对终点位置的定位精度要求不高，选用普通的电器行程开关与死挡铁的控制方式。4）换向回路选用三位四通“O”型电磁换向阀实现液压缸的进退与停止，采用二位三通电磁换向阀实现液压缸的差动连接，如图9-1（h）、（i）所示。（2）组成液压系统图组合成的液压系统图如图9-1（j）所示。5液压元件的计算和选用（1）确定液压泵的容量及驱动电机的功率1）液压泵的工作压力和流量进油路的压力损失取p1=0.3106Pa，油液的泄漏系数取p=1.1，则根据所需的压力、流量查表选择YB1-4型的定量叶片泵，其转速为1450r/min，额定压力为6.3MPa，总效率P=0.752）确定驱动电机的功率从所绘制的液压缸工况图可以看出最大功率出现在快退阶段，查表选择Y801-4型电机，其功率为0.55kW。（2）确定其它元件的规格1）控制阀根据液压泵的控制压力和通过各阀的实际流量选择序号元件名称最大流量（L/min）最大工作压力（MPa）型号规格1定量叶片泵5.86.3（额定压力）YB142溢流阀1621DT-02-B-223三位四通电磁阀15254WE5E6.0-6.0/AW220-50Z44单向调速阀814FCG-01-8-*-115二位三通电磁阀15253WE5A6.0-6.0/AW220-50Z46单向阀18150031.5SA1O7压力表开关35KF-L8/M14E8滤油器162.5（额定压力）XU-B16100单向调速阀QI10B的最小稳定流量qmin=0.04L/min2)确定油管直径在快进和快退工况时，因流入或流出液压缸的流量为2.075qP，所以管道流量按2.075qP =2.0755.8=12L/min计算，去压油管的流速v=3m/s，则取内径d=10mm的管道，吸油管的流速取v=1m/s，通过流量为5.8L/min，则，取内径d=12mm的管道。3）油箱容积4）从满足低速度出发，验算液压缸的面积前面从满足推力出发计算的液压缸面积为A1F=16.9cm2A1v，故前面从满足推力出发计算的液压缸尺寸是正确的。6.液压系统性能验算（略）(a) (b)(c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (g)图9-1 例9-1图6、一台加工铸铁变速箱箱体的多轴钻孔组合机床，动力滑台的动作顺序为快速趋进工件工进工进加工结束块退原位停止。滑台移动部件的总重量为5000N，加减速时间为0.2S。采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。快进行程为200MM，快进与快退速度相等均为。工进行程为100mm，工进速度为，轴向工作负载为1400N。工进行程为0.5mm，工进速度为，轴向工作负载为800N。工作性能要求运动平稳，试设计动力滑台的液压系统。解：一、工况分析工作循环各阶段外载荷与运动时间的计算结果列于表1表1外载荷与运动时间阶段速度v（m/min）运动时间t(s)外载荷F(N)启动加速03.50.2 差动快进3.5 工进0.080.17560 工进0.030.0510060反向启动03.50.2快退3.53.43液压缸的速度、负载循环图见图1二、液压缸主要参数的确定采用大、小腔活塞面积相差一倍（即A1=2A2）单杆式液压缸差动联接来达到快速进退速度相等的目的。为了使工作运动平稳，采用回油路节流调速阀调速回路。液压缸主要参数的计算结果见表2。表2 液压缸主要参数阶段计算公式P1(MPa)P2(MPa)A1(cm2)D(cm)标准D(cm)d(cm)标准d(cm)工进40.50.9540.77.285.665.6实际面积（cm2）A1A2A350.325.624.6按最低公进速度验算液压缸尺寸液压缸压力与流量的确定因为退时的管道压力损失比快进时大，故只需对工进与快退两个阶段进行计算。计算结果见表3表3液压缸的压力与流量阶段计算公式F(N)P2(MPa)Vmax(m/min)Vmin(m/min)P1(MPa)Qmax(L/min)Qmin(L/min)工进145000.50.10.083.280.50.4工进同上850008005003219025015快退500083535178896896三、液压系统原理图的拟定选择液压回路1、调速回路与油压源 前已确定采用回油路节流调速阀调速回路。为了减少溢流损失与简化油路，故采用限压式变量叶片泵2、快速运动回路 采用液压缸差动联接与变量泵输出最大流量来实现3、速度换接回路用两个调速阀串联来联接二次工进速度，以防止工作台前冲组成液压系统图（见图2）电磁铁动作表1DT2DT3DT41DT差动快进工进工进快退电动机停止工作时，为了防止系统中的压力油经液压泵倒流回油箱，以免空气进入系统，在液压泵出口处加一个单向阀。液压元件规格的选择选择液压泵液压泵的工作压力与流量计算结果见表4表4液压泵的工作压力与流量阶段计算公式(MPa)kPp(MPa)Qpmax(L/min)Qpmin(L/min)标准pr(cm)标准Qr(cm)工进01.13.280.550.446.321工进同上01.12.190.280.176.321快退0.6 1.12.389.99.96.321 查产品样本，选用YBX-16限压式变量叶片泵，pr=6.3MPa, q=16mL/r, np=1450r/min, 。它的特性曲线如图3所示。工作点为快退，此时pp=2.38MPa,Qp=9.9L/min;工作点为工进，此时pp=3.28MPa,Qp=0.55L/min；工作点为工进，此时pp=2.19MPa,Qp=0.28L/min。实际工作曲线如图3中虚线所示，由于工作点的压力大于工作点，故实际工作曲线按工作点调整。 选择电动机计算电动机的功率快退时 工进 工进 选择电动机型号根据快退时功率0.514KW，选用Y802-4型电动机，功率Pr =0.75KW,转速nr=1390r/min验算电动机功率选择液压阀液压系统中的最高工作压力为，通过阀的最大流量为9.9L/min，故选用的中低压阀类。液控顺序阀因没有10L/min规格，故选用25L/min规格。滤油器按两倍液压泵流量选取吸油用线隙式滤油器。所有液压元件的型号见表5。表5 液压元件明细表序号最大通过流量(L/min)选用规格1限压式变量叶片泵YBX-162单向阀9.9I-10B3三位五通电磁换向阀9.935D1-10BY4单向阀9.9I-10B5液控顺序阀0.26XY-25B6线隙式滤油器19.8XU-25100J7调速阀0.26Q-10B8调速阀0.13Q-10B9二位二通电磁阀9.922D1-10B10二位二通电磁阀9.922D1-10B11压力表开关K-3B12压力表Y-60辅助元件的选择确定管道尺寸查产品样本，三位与二位电磁阀的油口尺寸均为8，故取管道内径，选用紫铜管确定油箱容量油箱容量取6倍泵的额定流量 确定液压元件配量形式选用最小规格JK25系列集成块，采用标准液压文件液压系统的验算确定限压式变量泵与卸荷阀的调整压力工进时只需考虑一个调速