液压与气动技术第8章 液压传动系统与气动系统设计

第八章液压传动系统和气动系统设计，8.1液压传动系统设计，8.2气动程序控制系统设计，8.1液压传动系统设计，主要包括液压传动系统的机械设计和电气控制设计。8.1.1液压传动系统机械部分的设计步骤如下：确定设计要求；(2)进行工况分析，初步确定系统的主要参数；(3)绘制液压系统示意图；(4)计算和选择液压元件；(5)估计液压系统性能；绘制工作图纸，编写技术文件。在下一页，返回到8.1液压传动系统设计，1。阐明液压系统的设计要求在设计液压系统时，首先要详细分析机械设备主机的工作情况。阐明主机对液压系统的要求。具体来说，它包括以下几个方面。(一)举办目的、主体结构和总体布局；主机限制液压系统执行器的位置布置和空间大小。(2)主机的工作循环。液压致动器的运动模式(运动、旋转或摆动)及其工作范围。(3)负载的大小和液压执行机构的运动速度及其变化范围。上一页，下一页，返回。8.1液压传动系统设计、主机各液压执行机构的动作顺序或联锁要求。(5)对液压系统工作性能的要求(如工作稳定性、转换精度等)。)、工作效率、自动化程度等。液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质、环境温度、湿度、粉尘状况、外部冲击振动等。其他方面的要求，如对液压装置重量、外形尺寸和经济性的规定或限制。在前一页，在下一页，返回。8.1液压传动系统设计，2。系统工况分析及主要参数的确定(1)工况分析工况分析是分析主机各执行元件在工作过程中运动速度和载荷的变化规律。对于动作较为复杂的机械设备，根据工艺要求，每一级中每个执行机构要克服的载荷由图8-1(a)所示的载荷-位移(F-1)曲线表示，称为载荷图。如图8-1(b)所示，每一级的每个致动器的速度由速度-位移(v-1)曲线表示。这叫做速度图。当设计一个简单的液压系统时，这两个图表可以省略。上一页，下一页，返回，8.1、液压传动系统设计，(2)这里确定的主要参数是指确定液压执行机构的工作压力和最大流量。致动器的工作压力可根据负载图中的最大负载进行选择(见表8-1)。也可以根据主机类型选择(见表8-2)。最大流量由执行器速度图中的最大速度计算得出。这两者都与致动器的结构参数相关(指液压缸8的有效工作面积或液压马达的排量VM)。通常的做法是首先选择工作压力P，然后根据最大负载和致动器的估计机械效率计算A或VM。经过各种必要的检查计算、修正和舍入，这些结构参数被确定。最后，计算最大流量qmax。在前一页，在下一页，返回。8.1液压传动系统设计，3。液压系统原理图的绘制液压系统原理图的绘制是整个设计工作中最重要的一步。它对系统的性能以及设计方案的经济性和合理性起着决定性的作用。一般的方法是根据动作和性能的要求分别选择和绘制基本电路，然后将每个电路组合成一个完整的系统。液压回路的选择基于系统的设计要求和工况图，并从许多成熟的方案中选择(见本书第7章及相关设计手册和数据)。选择时，不仅要求调速、调压、换向、顺序动作、联锁动作等。应该是液压执行器的最大工作压力可以从工作图中找到。可以估计进油口的总压力损失。也可以根据经验数据进行估算(见表8-3)。在液压传动系统的设计中，液压泵的流量不得小于几个同时工作的液压执行器的最大总流量与回路中的泄漏量之和。液压致动器总流量的最大值可从工况图中找到(该值应为系统配备蓄能器时液压致动器在一个工作循环中的平均流量)；回路中的泄漏量可按最大总流量的10%30%估算。参照产品样本选择液压泵时，泵的额定压力应选择比上述最大工作压力高20%60%，以保持压力储备。只需选择额定流量来满足上述最大流量要求。液压泵在额定压力和额定流量下工作时，其驱动电机的功率一般可直接从产品样品中获得，或根据具体的工作条件进行计算。相关公式和数据见水利工程手册。上一页，下一页，返回。8.1、液压传动系统设计中，阀门部件的规格是根据液压系统的最大压力和通过阀门的实际流量从产品样品中选取的。选择节流阀和调速阀时，还必须考虑其最小稳定流量是否满足设计要求。必须选择所有类型的阀门，使其实际流量最多不超过其标称流量的120%，以免造成热量、噪音和过度的压力损失。对于可靠性要求极高的系统，阀门组件的额定压力应大大高于其工作压力。关于管道规格的选择和储罐容量的估算，见本书第6.1.5小节。上一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计，5。液压系统性能校核计算许多项目的液压系统性能校核计算、常见回路压力损失校核计算和加热温升校核计算。(1)回路压力损失检查压力损失包括3项：管道中的沿程损失和局部损失以及阀门部件的局部损失。管道中的两个损失可以通过第二章中的相关公式来估算。必须从产品样品中检测阀门部件的局部损失。当通过阀元件的实际流量Q不是其标称流量qn时，当计算液压系统的回路压力损失时，其实际压力损失p和标称压力损失pn将具有以下近似关系：不同的工作阶段应分别计算。在上一页，在下一页，返回到，(8.2)，(8.1)液压传动系统设计，(2)加热温升的校核计算这种校核计算是利用热平衡原理来估算油温的上升。每单位时间进入液压系统的热量Q(单位为瓦)是液压泵的输入功率P1和液压执行器的有效功率P0之间的差值。如果这些热量都是从油箱中散发出去的，而没有考虑系统其他部分的散热效率，则可以根据不同的情况分别从相关手册中找到油温升高的估算公式。例如，当油箱三边的尺寸比在1:1:1和1:2:3之间，油位为油箱高度的80%且油箱通风良好时，当检查的油温升高超过允许值时，油温升高T的计算公式可近似表示为输入热量Q(W)和油箱单位时间的有效容积V2(m3)。系统中必须考虑合适的冷却器。，上一页，下一页，返回，(8.3)，8.1液压传动系统设计，示例8-1图8-3所示的工件需要批量生产。在此过程中，在工件上钻一个15的偏心孔。工件是由铸铁制成的。这种材料的硬度是220毫巴。为此，设计了一种全自动专用钻床。只要将工件堆放在料斗中，按下开关即可自动反复完成进料和卸料。从加工到完成的全过程。由钻机液压系统和电气控制回路设计的专用钻机加工站结构图如图8-4所示。它的工作循环步骤是：前一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计。(1)载荷分析是指根据工件材料的加工工艺手册。根据加工直径，计算主轴转速并参考工艺手册，是钻削表面的合适切削速度。得出的结论是，每次加工旋转的进给速度是，前一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计。根据切削原理，参照机械设计手册，上一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计。因此，该工艺条件下的最大钻孔扭矩和最大钻孔轴向力计算如下：计算钻孔筒上的应力。钻孔筒上的轴向力等于钻孔轴向力减去动力头重量。它应小于2946牛顿(2)计算夹紧缸应力。根据夹具结构，画出受力图，如图8-5所示。通过理论力学分析计算的夹紧力是，上一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计，其中。f代表摩擦系数。在本例中，取0.2。表示V形块之间的夹角。这个结构是90；d代表夹紧工件的直径。该工件的直径为80毫米。因此，计算的夹紧力为W=1219(N)。参考液压传动设计手册。安全系数为2.53。把它当作3。因此，夹紧缸应承受的载荷是W缸=1219X3=3657(N)。上一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计，计算进给油缸的应力。当进给气缸推动工件时，工件被堆积在料斗上的工件的重量挤压，从而在被推动的工件的上下表面上产生摩擦阻力。每个工件的重量为0.6公斤。最多可堆放20个工件。因此，摩擦阻力是施加在进给缸上的最大轴向力，它是具有摩擦阻力的工件的重量。也就是说，力非常小。因此，进给缸的运动大致被认为是空载运动。上一页，下一页，返回页，8.1液压传动系统设计，(2)液压缸的选择本示例的过程要求进给缸的进给速度大于50毫米/秒，钻孔缸的快进速度大于50毫米/秒。参考液压传动设计手册，获得选择内径为：液压缸x活塞杆直径=4020(毫米)作为夹紧缸。当液压缸中的油压达到p=W缸/A=4X3657/(3.14X402)=2.91(兆帕)时，工件可以夹紧。选择行程不小于40毫米的液压缸，上一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计，(3)液压泵根据液压缸的最大工作压力和最大流量选择泵的额定流量和额定压力泵的额定压力，然后考虑相关损失。请查阅产品目录。泵型号为YB1-2.5。额定压力为6.3兆帕，排量为2.5毫升/分，转速为450转/分。使用定量叶片泵。泵的输出流量在前一页返回，在下一页返回，8.1液压传动系统设计，(4)选择电机参数是因为液压泵转速为1450转/分，所以电机转速为1450转/分。功率大于0.34千瓦。(5)所选油箱的容量通常是额定容量的2-4倍，上一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计，(6)选择阀给料缸采用二位四通电磁阀反转，满足给料要求；选择二位四通电磁阀反转夹紧缸。夹紧工件时，可以始终保持一定的压力。钻孔换向选用三位四通电磁阀。由于钻孔气缸的压力小于夹紧气缸的压力，所以减压阀连接到钻孔分支，以确保在切割过程中夹紧力不会下降。由于钻柱垂直安装，为了使运动平稳，采用了液压缸出口节流调速回路。液压传动系统的设计基于6.3兆帕的泵额定压力和3.6升/分钟的流量。选择电磁换向阀、溢流阀、减压阀、调速阀等各种元件。部件的性能参数可参考液压传动设计手册中的相关数据。这里不描述它们。为了节约能源，采用差动电路实现了钻柱的快速前进。(7)液压回路的设计基于上述计算参数。结合液压传动的基本回路，本系统的液压回路设计如图8-6所示。上一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计，8.1.2液压传动系统电气控制部分设计1。电控液压回路中的液压回路电控设计步骤。液压缸的位置由微动开关控制。方向阀是电磁阀。常用的电磁阀如图8-7所示。液压回路电气控制的设计步骤如下：绘制动作顺序图。(2)根据动作顺序图设计液压回路。(3)根据液压回路设计电气控制回路。通过介绍从单缸回路到多缸回路的电气控制设计，阐述液压回路电气控制的设计方法。上一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计，2。单缸液压传动电控回路设计例8-2有一个液压缸A。它的作用是伸出和缩回。尝试设计其电动液压回路。根据动作顺序画动作序列图。如图8-8所示。(2)设计液压回路。在这个例子中，为图8-7所示的两个电磁阀中的每一个设计了一个液压回路。如图8-9所示。在图8-9中，通电后推进气缸a的线圈称为YA1通电后缩回气缸A的线圈称为YA0。上一页，下一页，返回，8.1液压传动系统设计，(3)如果设计电路采用目视操作，则可获得图8-10所示的电路。因为在图8-10(a)所示的电磁阀的一端有一个弹簧。如果没有继电器，当手动释放前进按钮时，a缸将立即后退，因此需要K1继电器的自保持电路来保证a缸的连续前进。如图8-10(b)所示的情况类似于图8-10(a)所示的情况。YA1和YA0线圈的自锁继电器分别制作。同时按下向前和向后按钮时。YA1和YA0线圈将同时通电，这使得电磁阀无法控制。因此，K1和K2的B触点被专门添加到电路中以防止其发生。如果按下按钮，气缸a可以自动向前和向后移动一次。此时，电路应由安装在气缸a移入和移出底部位置的行程开关a1、YA1通知。a缸是否进出底部。据此，设计了图8-11所示的电路。因为在电路设计中，当所有的动作完成后，所有的电力都需要切断。因此，需要YA1来切断图8-11(b)中YA0的电力。在液压传动系统的设计中，如果a缸能连续自动地前后移动，可以使用图8-12所示的回路，但是当使用该回路时，如果a缸要停止，必须切断电源。如果要操作气缸a，必须再次连接电源。因此，操作是v，上一页，下一页，返回。8.1液压传动系统设计，步骤2。每次动作完成后，液压缸的位置都会改变。因此将产生不同的微动开关信号。微动开关信号将根据动作顺序图和液压回路进行研究。在研究之前，微动开关信号将被定义为：0，以指示开关未被触摸的状态。1表示开关被激活