第四章 液压系统工况分析计算.doc

第四章 液压系统工况分析计算 液压系统的计算是根据它的工作环境、受力特点等因素而进行的。不同的受力条件、运行特点是的液压系统有着很大的区别。因此在进行液压系统的设计计算之前，必须实事求是，分析机械的工况条件。 4.1 液压系统工况分析 4.1.1 速度分析 喷浆机械手在运动的过程中，各运动部件的速度是保持不变的，取各运动部位速度如下：大臂上升（下降） v=0.2m/s,其它各部件运动速度为v=0.25m/手腕转动速度为，喷枪画圆转速为， 4.1.2 负载分析和负载计算 由总体设计可知，大臂油缸负载为 95232.79N，小臂摆动油缸和水平臂油缸只承受摩擦力，不承受其它工作负载，考虑到实际情况，取负载为3000N，喷枪摆动油缸在如图4.2.1时承受最大负载，由理论力学相关知识可知， 图4.2.1 喷枪摆动油缸受力分析 点A到点D的垂直距离为60mm,力矩M大小为1200N*M，则F=20000N;手腕转动马达M=100100.6Nm=600Nm;由相关资料可知，喷浆画圆马达的转矩取M=157.2Nm; 4.2液压缸的计算 由受力分析可知，各液压缸和马达承受的最大负载为：（1） 大臂油缸 95232.79N（2） 小臂水平油缸 3000N（3） 小臂摆动油缸 3000N（4） 喷枪摆动油缸 20000N（5） 手腕转动马达 900（6） 喷枪画圆马达 157.12参见课本资料，初选液压缸的工作压力为P=16MPa。液压缸缸径根据液压缸推力决定，假定液压缸大小作用面积之比为A1=2A2，大臂油缸回油背压为，其它各支路回油背压为0.5（1） 大臂液压缸 代入数值得 圆整取标准直径D=9cm，则，即可取活塞杆直径为d=6cm则液压缸实际有效面积为 无杆腔面积=63.6 有杆腔面积 则 代入数据有 其中为液压缸的容积效率，取0.98 液压缸壁厚=0.006m 其中是缸筒材料的需用应力，取120MPa 验算缸的压力: 代入63.6，95232.79N 可得P=15.47Mp, 满足使用要求。（2） 小臂摆动油缸 代入数据得 由材料力学的可知，缸为细长杆，容易失稳，故根据情况选取 D=4cm，则，即可取活塞杆直径为d=2.8cm则液压缸实际有效面积为 无杆腔面积=12.5 有杆腔面积则 代入数据有 其中为液压缸的容积效率，取0.98 液压缸壁厚= 0.002m 其中是缸筒材料的需用应力，取120MPa 验算缸的压力: 代入12.5，3000N 可得P=2.9Mp, 满足使用要求。（3） 水平油缸 代入数据得 显然，由于缸的行程为H=1.5m，由材料力学的可知，缸为细长杆，容易失稳，故根据情况选取D=5cm，则，在此可取活塞杆直径为d=2.8cm 无杆腔面积=19.6 有杆腔面积则 代入数据有 其中为液压缸的容积效率，取0.98 液压缸壁厚= 0.002m，取3mm。 其中是缸筒材料的需用应力，取120MPa验算缸的压力: 代入12.5，3000N 可得P=2.9Mp, 满足使用要求。（4）喷枪摆动油缸 代入数据得 圆整取标准直径D=4.5cm，则，即可取活塞杆直径为d=3.2cm则液压缸实际有效面积为 无杆腔面积=16 有杆腔面积则 代入数据有 其中为液压缸的容积效率，取0.98 液压缸壁厚= 0.003m 其中是缸筒材料的需用应力，取120MPa验算缸的压力: 代入16，20000N 可得P=13Mp, 满足使用要求。（4） 喷枪画圆马达取马达两腔压力差为，则喷枪画圆马达的排量为 =69.3mL/r 取排量为70mL/r, 转速为，则马达所需流量为 7.3其中是马达的机械效率，取0.95。 是马达的容积效率，取0.98 （5） 手腕转动马达取马达两腔压力差为，则手腕转动马达的排量为 =256mL/r 取排量为1024mL/r, 转速为则马达所需流量为 0.53其中是马达的机械效率，取0.95。 是马达的容积效率，取0.98 第5章 液压元件的选择 5.1选择液压泵和电动机 5.1.1确定液压泵的工作压力、流量（1）液压泵的工作压力已确定液压缸和液压马达的最大工作压力为16MPa。在调速阀出口节流调速回路中，液压系统在进油路上的压力损失较小，取进油路上的压力损失0.2MPa,取系统压力工作压力为18MPa，液压泵应该有一定的压力储备，则液压泵的工作压力为： =1.1（18+0.2）=20.02MPa，则取液压泵的工作压力为20MPa，其中是储备系数，一般取=1.051.25，在此取1.1。（2）液压泵的流量由喷浆机械手的工作特点可知，各液压执行元件的运行速度保持不变，又由于液压系统为单泵供油串联系统（每个泵单独为其回路供油，互不影响），因此回路1进入液压缸的最大流量为151.36 L/min，回路2进入液压缸的最大流量为7.3。考虑到损失，取回路1的系统工作流量为155L/min，取回路2的系统工作流量为8L/min。若取系统泄漏系数k=1.2，则液压泵最大流量为=1.2155L/min=186L/min ，=1.28L/min=9.6L/min. 5.1.2液压泵的确定根据以上计算数据，查阅产品目录，选用性能相近的双联叶片泵PV2R24- 2647/136237 5.1.3电动机的确定 液压泵的液压功率可表示为： 式中： 液压泵的液压功率（kW） 液压泵的最大工作压力（MPa） 液压泵的最大流量（L/min） 液压泵的总效率，齿轮泵取0.750.85 R 变量系数，对定量系统，R=1 代入数据：=20MPa =186L/min =9.6L/min =0.8 可得=+=（77.5+4）kW=81.5kW定量系统的发动机功率利用率较低，在确定发动机功率时可以取得低些，对于双泵双回路定量系统，发动机功率可取为 =(0.81.1) 在此取=1.1=89.65kW，综上所述，可选额定功率为90kW的标准型号的电动机。 查阅产品手册选取Y280M-2型三相交流电机。 5.2 确定管道尺寸由于本液压系统的在全功率运行时，油管通油量较大，取允许流速v=15m/s。主压力油管根据公式计算：主油路1：=16.2mm, 圆整取16mm 又取主油路2的流速为6m/s,则主油路2：=5.8mm，圆整后取6mm 5.3确定油箱容积 油箱容量V可以取为液压泵总流量的5-7倍，假定取5倍，则油箱容量为 V=978L.取V=1000L 第6章 液压系统的性能验 液压系统性能验算的目的在于对液压系统的设计质量作出正确的评价和判断。验算内容一般包括：系统压力损失、系统效率、系统发热与温升、液压冲击等。由于系统的复杂性，验算时通常只采用一些简化的公式。在此只做液压系统压力损失和温升验算 6.1液压系统压力损失的验算 验算系统压力损失的目的是为了正确调整系统（溢流阀）的工作压力，是执行元件输出的力或力矩满足设计要求。根据压力损失的大小可以分析判断系统设计的好坏。因为液压系统的静态特性如速度-负载、效率-负载特性，以及系统的发热均与系统中的压力损失有关。在液压系统的工作循环中，不同 液压系统油路中的总压力包括：油液通过管道时沿程损失、局部损失，即 =+ （MPa） = （MPa） = （MPa） 式中： L-直管长度（mm） -管道内径（mm） V-液流平均速度（mm） -液压油的密度（N/） -局部阻力系数、沿程阻力系数回路1的压力损失： 进油管、回油管长约为l=5m，油管内径d=16mm，平均流速v=15m/s,压力有的密度为9000N/ m3，g取10m/ ，选用LHV46全损耗系统用油，考虑最低温度为15，油路总的局部阻力系数为=0.7。利用下式计算出雷诺数 为紊流，计算得沿程压力损失为=MPa 局部压力损失为=Mpa 在计算整个液压系统的总压力损失时，通常将回油路上的压力损失折算到进油路上去，这样做便于确定系统的供油压力。这是系统的总压力损失为 = +（） （MPa） 式中： 、-进油路、回油路的总压力损失（MPa） -液压缸无杆腔、有杆腔的有效工作面积（） 则 = +（）=1.1MPa 同理，回路2的压力损失： 为层流，计算得沿程压力损失为=MPa 局部压力损失为=Mpa 6.2 液压系统的发热与温升验算 系统液压油温升太高，将使油的质量变坏，影响元件寿命和系统效率，因此要进行发热和温升验算。系统发热主要是由泵及执行元件功率的损失、溢流节流损失和阀及管道压力损失所造成的。按一下公式计算。（1） 液压泵和执行元件功率损失引起的热量为 (kW) 式中： -液压泵运行消耗的功率（kW） -液压泵效率，取=0.80.85. 则有38(1-0.85)KW=5.7KW（2） 溢流损失引起的热量为 （kW） 式中： -溢流阀的调定压力（MPa）; -溢流流量（L/min） 9.5KW 总的发热量H为 H=5.7KW+9.5KW=15.2KW由于管道的发热和散热基本平衡，所以散热计算只要计算油箱部分，若不能满足