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1、第10章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算,10.1 明確設(shè)計(jì)要求、進(jìn)行工況分析,10.2 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定,10.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖的擬定,10.4 液壓元件的計(jì)算和選擇,10.5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)性能驗(yàn)算,返回,10.6 繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件,10.7 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算舉例,10.1 明確設(shè)計(jì)要求、進(jìn)行工況分析,1.明確設(shè)計(jì)要求,,,,（1）明確液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作和性能要求 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作和性能要求，主要包括有：運(yùn)動(dòng)方式、行程和速度范圍、載荷情況、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和精度、工作循環(huán)和動(dòng)作周期、同步或聯(lián)鎖要求、工作可靠性等。 （2）明確液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作環(huán)境 液壓傳
2、動(dòng)系統(tǒng)的工作環(huán)境，主要是指：環(huán)境溫度、濕度、塵埃、是否易燃、外界沖擊振動(dòng)的情況以及安裝空間的大小等。,2.執(zhí)行元件的工況分析,,,,對(duì)執(zhí)行元件的工況進(jìn)行分析，就是查明每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過(guò)程中的速度和負(fù)載的大小、方向及其變化規(guī)律。通常是用一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度和負(fù)載值列表表示，必要時(shí)還應(yīng)作出速度和負(fù)載隨時(shí)間（或位移）變化的曲線圖（稱(chēng)速度循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖）。 (1) 工作負(fù)載FW 不同的機(jī)器有不同的工作負(fù)載。對(duì)于金屬切削機(jī)床來(lái)說(shuō)，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載；對(duì)液壓機(jī)來(lái)說(shuō)，工作的壓制抗力即為工作負(fù)載。工作負(fù)載FW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（如順銑加
3、工的切削力）。工作負(fù)載可能為恒值，也可能為變值，其大小要根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算，有時(shí)還要由樣機(jī)實(shí)測(cè)確定。,,執(zhí)行元件的工況分析(2/6),,,,(2) 導(dǎo)軌摩擦負(fù)載Ff 導(dǎo)軌摩擦負(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，其值與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌型式、放置情況及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。各種型式導(dǎo)軌的摩擦負(fù)載計(jì)算公式可查閱有關(guān)手冊(cè)。機(jī)床上常用平導(dǎo)軌和V形導(dǎo)軌支承運(yùn)動(dòng)部件，其摩擦負(fù)載值的計(jì)算公式（導(dǎo)軌水平放置時(shí)）為： 平導(dǎo)軌 Ff = f (G + FN ) （10.1） V形導(dǎo)軌 （10.2） 式中：f 摩擦系數(shù)； G 運(yùn)動(dòng)部件的重力； FN 垂直于導(dǎo)軌
4、的工作負(fù)載； V形導(dǎo)軌面的夾角，一般 =90。,,,,,,(3) 慣性負(fù)載Fa 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，即 （10.3） 式中：g 重力加速度； 時(shí)間內(nèi)的速度變化值； t 啟動(dòng)、制動(dòng)或速度轉(zhuǎn)換時(shí)間。 (4) 重力負(fù)載Fg 重力負(fù)載是指垂直或傾斜放置的運(yùn)動(dòng)部件在沒(méi)有平衡的情況下，其自身質(zhì)量造成的一種負(fù)載力。傾斜放置時(shí)，只計(jì)算重力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力。液壓缸上行時(shí)重力取正值，反之取負(fù)值。,,執(zhí)行元件的工況分析(3/6),,,,,(5) 密封負(fù)載Fs 密
5、封負(fù)載是指密封裝置的摩擦力，其值與密封裝置的類(lèi)型和尺寸、液壓缸的制造質(zhì)量和油液的工作壓力有關(guān)，F(xiàn)s的計(jì)算公式詳見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。在未完成液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，不知道密封裝置的參數(shù)，F(xiàn)s無(wú)法計(jì)算，一般用液壓缸的機(jī)械效率m加以考慮，常取m = 0.900.97。,,執(zhí)行元件的工況分析(4/6),,,,,(6) 背壓負(fù)載Fb 背壓負(fù)載是指液壓缸回油腔背壓所造成的阻力。在系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前，F(xiàn)b也無(wú)法計(jì)算，在負(fù)載計(jì)算時(shí)可暫不考慮。 液壓缸各個(gè)主要工作階段的機(jī)械總負(fù)載F可按下列公式計(jì)算： 啟動(dòng)加速階段 （10.4） 快速階段 （10.5
6、）,,,執(zhí)行元件的工況分析(5/6),,,,,工進(jìn)階段 （10.7） 制動(dòng)減速階段 （10.8） 以液壓馬達(dá)為執(zhí)行元件時(shí)，負(fù)載值的計(jì)算類(lèi)同于液壓缸。,,,,執(zhí)行元件的工況分析(6/6),10.2 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定,1.初選執(zhí)行元件的工作壓力,,,,工作壓力是確定執(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?。?zhí)行元
7、件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載的大小或主機(jī)設(shè)備類(lèi)型選取。,2.確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù),,,,(1) 液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 在這里，液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸是指缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d。計(jì)算和確定D和d的一般方法見(jiàn)5.1節(jié)，例如，對(duì)于單桿液壓缸，可按式（5.3）、（5.4）、（5.7）及D、d之間的取值關(guān)系計(jì)算D和d，并按系列標(biāo)準(zhǔn)值確定D和d。 對(duì)有低速運(yùn)動(dòng)要求的系統(tǒng)（如精鏜機(jī)床的進(jìn)給液壓系統(tǒng)），尚需對(duì)液壓缸的有效工作面積A進(jìn)行驗(yàn)算，即應(yīng)保證 （10.8） 式中：qmin 控制執(zhí)行元件速度的流量閥的最小穩(wěn)定流量； min 液壓缸要求達(dá)到的最低工作速度。 驗(yàn)
8、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)不到所需的低速，必須修改設(shè)計(jì)。,,,,,,(2) 液壓馬達(dá)主要參數(shù)的確定 液壓馬達(dá)所需排量V可按下式計(jì)算 （10.9） 式中：T 液壓馬達(dá)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； p 馬達(dá)的兩腔工作壓差； mm 液壓馬達(dá)的機(jī)械效率 求得排量V值后，從產(chǎn)品樣本中選擇液壓馬達(dá)的型號(hào)。,,,,確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)(2/2),3.復(fù)算執(zhí)行元件的工作壓力,,,,當(dāng)液壓缸的主要尺寸D、d和液壓馬達(dá)的排量V計(jì)算出來(lái)以后，要按各自的系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，經(jīng)過(guò)圓整的標(biāo)準(zhǔn)值與計(jì)算值之間一般都存在一定的差別，因此有必要根據(jù)圓整值對(duì)工作壓
9、力進(jìn)行一次復(fù)算。 還須看到，在按上述方法確定工作壓力的過(guò)程中，沒(méi)有計(jì)算回油路的背壓，因此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)載所需的那部分壓力。在結(jié)構(gòu)參數(shù)D、d及V確定之后，若選取適當(dāng)?shù)谋硥汗浪阒?，即可求出?zhí)行元件工作腔的壓力p1。,,復(fù)算執(zhí)行元件的工作壓力(2/2),,,,,對(duì)于單桿液壓缸，其工作壓力p1可按下列公式復(fù)算： 差動(dòng)快進(jìn)階段 （10.10） 無(wú)桿腔進(jìn)油工進(jìn)階段 （10.11） 有桿腔進(jìn)油快退階段 （10.12） 式中：F 液壓缸在各工作階段的最大機(jī)械總負(fù)載； A1、A2 分別為液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的有效作用面積；
10、 pb 液壓缸回油路的背壓。 根據(jù)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度 或轉(zhuǎn)速n以及確定的液壓缸有效作用面積A或液壓馬達(dá)的排量V，計(jì)算出液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量。,,,4.執(zhí)行元件的工況圖,,,,各執(zhí)行元件的主要參數(shù)確定之后，不但可以復(fù)算液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)各階段內(nèi)的工作壓力，還可求出需要輸入的流量和功率。這時(shí)就可作出系統(tǒng)中各執(zhí)行元件在其工作過(guò)程中的工況圖，即液壓執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)中的壓力、流量和功率隨時(shí)間（或位移）的變化曲線圖（圖10.2為某一機(jī)床進(jìn)給液壓缸工況圖）。當(dāng)液壓執(zhí)行元件不只有一個(gè)時(shí)，將系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的工況圖進(jìn)行疊加，便得到整個(gè)系統(tǒng)的工況圖。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工況圖可以顯示整個(gè)工作循
11、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)中選擇元件、回路或修正設(shè)計(jì)提供依據(jù)。,,圖10.2 機(jī)床進(jìn)給液壓缸工況圖,10.3 系統(tǒng)原理圖的擬定,,,,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖是表示液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣。擬定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖是設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵一步，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。 （1）確定油路類(lèi)型 一般具有較大空間可以存放油箱且不另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)，都采用開(kāi)式油路；凡允許采用輔助泵進(jìn)行補(bǔ)油并借此進(jìn)行冷卻油交換來(lái)達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng)，都采用閉式油路。通常節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用開(kāi)式油路，容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉式回路。,,系統(tǒng)原理圖的擬定(2/
12、2),,,,（2）選擇液壓回路 在擬訂液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)各類(lèi)主機(jī)的工作特點(diǎn)和性能要求，首先確定對(duì)主機(jī)主要性能起決定性影響的主要回路。例如，對(duì)于機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，調(diào)速和速度換接回路是主要回路；對(duì)于壓力機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，壓力回路是主要回路。然后再考慮其它輔助回路，例如有垂直運(yùn)動(dòng)部件的系統(tǒng)要考慮重力平衡回路，有多個(gè)執(zhí)行元件的系統(tǒng)要考慮順序動(dòng)作、同步或互不干擾回路，有空載運(yùn)行要求的系統(tǒng)要考慮卸荷回路等。 （3）繪制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖 將挑選出來(lái)的各個(gè)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)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。在滿足工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求及生產(chǎn)率的前提下，力求所設(shè)計(jì)的
13、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)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。,10.4 執(zhí)行元件的計(jì)算和選擇,,,,1. 選擇液壓泵,首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)工況確定液壓泵的類(lèi)型，然后根據(jù)液壓泵的最大供油量來(lái)選擇液壓泵的規(guī)格。 (1) 確定液壓泵的最高供油壓力pp 對(duì)于執(zhí)行元件在行程終了才需要最高壓力的工況（此時(shí)執(zhí)行元件本身只需要壓力不需要流量，但液壓泵仍需向系統(tǒng)提供一定的流量，以滿足泄漏流量的需要），可取執(zhí)行元件的最高壓力作為泵的最大工作壓力。對(duì)于執(zhí)行元件在工作過(guò)程中需要最大工作壓力的情況，可按下式確定 （10.13） 式中：p1 執(zhí)行元件的最高工作壓力； p1 從
14、液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間總的壓力損失。,,,,,,(2) 確定液壓泵的最大供油量 液壓泵的最大供油量為 （10.14） 式中：k 系統(tǒng)的泄漏修正系數(shù)，一般取k =（1.1 1.3），大流量取小值，小流量取大值； qmax 同時(shí)動(dòng)作各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。 當(dāng)系統(tǒng)中采用液壓蓄能器供油時(shí)，pP由系統(tǒng)一個(gè)工作周期T中的平均流量確定： （10.15） 式中：Vi 系統(tǒng)在整個(gè)周期中第i個(gè)階段內(nèi)的用油量。 如果液壓泵的供油量是按工進(jìn)工況選取時(shí)（如雙泵供油方案，其中小流量泵是供給工進(jìn)工況流量的）其供油量應(yīng)考慮溢流閥的最小溢流量。,,選擇
15、液壓泵(2/5),,,,,(3) 選擇液壓泵的規(guī)格型號(hào) 液壓泵的規(guī)格型號(hào)按計(jì)算值在產(chǎn)品樣本中選取。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(guò)太多，以免造成過(guò)大的功率損失。,,,,,,,,,選擇液壓泵(3/5),,,,,(4) 選擇驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率和泵的轉(zhuǎn)速來(lái)選擇。 （a）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)到最大值時(shí)，驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)功率P為 （10.16） 式中：pp 液壓泵的最高供油壓力； qp 液壓泵的實(shí)際輸出流量；
16、 p 液壓泵的總效率，數(shù)值可見(jiàn)產(chǎn)品樣本，一般有上下限。規(guī)格大的取上限，變量泵取下限，定量泵取上限。 （b）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)處功率來(lái)計(jì)算。,,,選擇液壓泵(4/5),,,,,（c）在工作循環(huán)中，泵的壓力和流量變化較大時(shí)，可分別計(jì)算出工作循環(huán)中各個(gè)階段所需的驅(qū)動(dòng)功率，然后求其均方根值PcP： （10.17） 式中：p1，p2，pn 一個(gè)工作循環(huán)中各階段所需的驅(qū)動(dòng)功率； t1，t2 ，tn 一個(gè)工作循環(huán)中各階段所需的時(shí)間。 在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)將求得的值與各工作階段的最大功率值比較，若最大功率符合電動(dòng)機(jī)短時(shí)超載25%的范圍，則
17、按平均功率選擇電動(dòng)機(jī)；否則應(yīng)適當(dāng)增大電動(dòng)機(jī)功率，以滿足電動(dòng)機(jī)短時(shí)超載25%的要求，或按最大功率選擇電動(dòng)機(jī)。,,,,,選擇液壓泵(5/5),2.選擇閥類(lèi)元件,,,,各種閥類(lèi)元件的規(guī)格型號(hào)，按液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖和系統(tǒng)工況圖中提供的該閥所在支路最大工作壓力和通過(guò)的最大流量從產(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(guò)流量相接近，必要時(shí)，可允許其最大通過(guò)流量超過(guò)額定流量的20%。 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?。涣髁块y還需考慮最小穩(wěn)定流量，以滿足低速穩(wěn)定性要求；單桿液壓缸系統(tǒng)若無(wú)桿腔有效作用面積為有桿腔有效作用面積的n倍，當(dāng)有桿腔進(jìn)油時(shí)，則回油流量為
18、進(jìn)油流量的n倍，因此應(yīng)以n倍的流量來(lái)選擇通過(guò)該回油路的閥類(lèi)元件。,3.選擇液壓輔助元件,,,,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，驗(yàn)算公式見(jiàn)第7章。 濾油器、液壓蓄能器和油箱容量的選擇亦見(jiàn)第7章。,4.閥類(lèi)元件配置形式的選擇,,,,對(duì)于機(jī)床等固定式的液壓設(shè)備，常將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源、閥類(lèi)元件（包括某些輔助元件）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)力源振動(dòng)與油溫變化對(duì)主機(jī)工作精度的影響。而閥類(lèi)元件在液壓站上的配置也有多種形式可供選擇。配置形式不同，液壓系統(tǒng)元件的連接安裝結(jié)構(gòu)和壓力損失也有所不同。閥類(lèi)元件的配
19、置形式目前廣泛采用集成化配置，具體有下列三種：油路板式，疊加閥式和集成塊式。,,,,,(1) 油路板式 油路板又稱(chēng)閥板，它是一塊較厚的液壓元件安裝板，板式連接閥類(lèi)元件由螺釘安裝在板的正面，管接頭安裝在板的側(cè)面，各元件之間的油路全部由板內(nèi)的加工孔道形成，見(jiàn)圖10.3。這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、油管少、調(diào)節(jié)方便、不易出故障；缺點(diǎn)是加工較困難、油路的壓力損失較大。,,,,,閥類(lèi)元件配置形式的選擇(2/4),,,圖10.3 油路板式配置,,1油路板；2板式閥；3管接頭,,,,,(2) 疊加閥式 疊加閥與一般管式、板式連接標(biāo)準(zhǔn)元件相比，其工作原理沒(méi)有多大差別，但具體結(jié)構(gòu)卻不相同。它是自成
20、系列的元件（圖10.4），每個(gè)疊加閥既起控制閥作用，又起通道體的作用。因此，疊加閥式配置不需要另外的連接塊，只需用長(zhǎng)螺栓直接將各疊加閥疊裝在底板上，即可組成所需的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、油管少、體積小、質(zhì)量輕、不需設(shè)計(jì)專(zhuān)用的連接塊，油路的壓力損失小。,,,,,閥類(lèi)元件配置形式的選擇(3/4),,10.4 疊加閥式配置,,,,,(3) 集成塊式 集成塊由通道體和其上安裝的閥類(lèi)元件及管接頭組成。通道體是一塊通用化的六面體，四周除一面裝通向執(zhí)行元件的管接頭之外，其余三面均可安裝閥類(lèi)元件。塊內(nèi)由鉆孔形成油路，一般一塊就是一個(gè)常用的典型基本回路。一個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)往往由幾個(gè)集成塊
21、組成，塊的上下兩面作為塊與塊之間的結(jié)合面，各集成塊與頂蓋、底板一起用長(zhǎng)螺栓疊裝起來(lái)，即組成整個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，見(jiàn)圖10.5?？傔M(jìn)油口與回油口開(kāi)在底板上，通過(guò)集成塊的公共孔道直接通頂蓋。這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、油管少、可標(biāo)準(zhǔn)化、便于設(shè)計(jì)與制造、更改設(shè)計(jì)方便、油路壓力損失小。,,,,,閥類(lèi)元件配置形式的選擇(4/4),,10.5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)性能的驗(yàn)算,1.系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算,,,,,畫(huà)出管路裝配草圖后，即可計(jì)算管路的沿程壓力損失p、局部壓力損失p，它們的計(jì)算公式詳見(jiàn)第3章。管路總的壓力損失為 （10.18） 應(yīng)按系統(tǒng)工作循環(huán)的不同階段，對(duì)進(jìn)油路和回油路分別計(jì)算壓力損失。
22、 但是，在系統(tǒng)的具體管道布置情況沒(méi)有明確之前， p和p仍無(wú)法計(jì)算。為了盡早地評(píng)價(jià)系統(tǒng)的功率利用情況，避免后面的設(shè)計(jì)工作出現(xiàn)大的反復(fù)，在系統(tǒng)方案初步確定之后，通常用液流通過(guò)閥類(lèi)元件的局部壓力損失pV(見(jiàn)式（3.29））來(lái)對(duì)管路的壓力損失進(jìn)行概略地估算，因?yàn)檫@部分損失在系統(tǒng)的整個(gè)壓力損失中占很大的比重。,,2.系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算,,,,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在工作時(shí)，有壓力損失、容積損失和機(jī)械損失，這些損失所消耗的能量多數(shù)轉(zhuǎn)化為熱能，使油溫升高，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，必須控制溫升T在允許的范圍內(nèi)，如一般機(jī)床T= 25 30 ；數(shù)控機(jī)床T 25 ；粗加工機(jī)械、工程機(jī)械
23、和機(jī)車(chē)車(chē)輛T= 35 40 。 功率損失使系統(tǒng)發(fā)熱，則單位時(shí)間的發(fā)熱量（kW）為： （10.19） 式中：P1 系統(tǒng)的輸入功率； P2 系統(tǒng)的輸出功率。,,,,,,,若在一個(gè)工作循環(huán)中有幾個(gè)工作階段，則可根據(jù)各階段的發(fā)熱量求出系統(tǒng)的平均發(fā)熱量，即 （9.21） 式中：T 工作循環(huán)周期； i 工作階段的序號(hào)； ti 各工作階段的持續(xù)時(shí)間。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在工作中產(chǎn)生的熱量，經(jīng)過(guò)所有元件的表面散發(fā)到空氣中去，但絕大部分熱量是由油箱散發(fā)的。油箱在單位時(shí)間的散熱量可按下式計(jì)算 （9.22） 式中：h 油箱的散熱系數(shù)。 A
24、 油箱的散熱面積； T 液壓系統(tǒng)的溫升。,,,,,系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算(2/3),,,,,,,,當(dāng)液壓系統(tǒng)的散熱量等于發(fā)熱量時(shí)，=，系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡，這時(shí)系統(tǒng)的溫升為： （10.22） 如果油箱三個(gè)邊長(zhǎng)的比例在1:1:1到1:2:3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80%，其散熱面積A近似為： （10.23） 式中：V 油箱有效容積。 按式（10.22）算出的溫升值如果超過(guò)允許數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)必須采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施或修改液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖。,,,,,,,,系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算(3/3),10.6 繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件,1. 繪制正式工作圖,,,,正式工作圖包括
25、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖、液壓缸等非標(biāo)準(zhǔn)元件裝配圖及零件圖。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖中各元件應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號(hào)繪制（見(jiàn)附錄），另外應(yīng)附有液壓元件明細(xì)表，表中標(biāo)明各液壓元件的規(guī)格、型號(hào)和壓力、流量調(diào)整值。一般還應(yīng)繪出各執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和電磁鐵動(dòng)作順序表。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的安裝施工圖，包括油箱裝配圖、液壓泵站裝配圖、集成油路裝配圖和管路安裝圖等。在管路安裝圖中應(yīng)畫(huà)出各油管的走向、固定裝置結(jié)構(gòu)、各種管接頭的形式和規(guī)格等。,,,,技術(shù)文件一般包括液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用及維護(hù)技術(shù)說(shuō)明書(shū)、零部件目錄表及標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、外購(gòu)件表等。,
26、,,,,,,,2. 編制技術(shù)文件,10.7 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算舉例,1. 明確液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,,,,根據(jù)加工需要，該系統(tǒng)的工作循環(huán)是：快速前進(jìn)工作進(jìn)給快速退回原位停止。 調(diào)查研究及計(jì)算結(jié)果表明，快進(jìn)快退速度約為4.5 m/min，工進(jìn)速度應(yīng)能在（20120）mm/min（0.0003 0.002 m/s）范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，最大行程為400 mm（其中工進(jìn)行程為180 mm），在進(jìn)給方向最大切削力18 kN，運(yùn)動(dòng)部件自重為25 kN，啟動(dòng)換向時(shí)間t = 0.05 s，采用水平放置的平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1，油缸機(jī)械效率m取0.9。,設(shè)計(jì)一臺(tái)鉆鏜兩用組合機(jī)
27、床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，完成8個(gè) 14 mm孔的加工進(jìn)給傳動(dòng)。設(shè)計(jì)過(guò)程如下。,2.分析系統(tǒng)工況,,,,液壓缸在工作過(guò)程各階段的負(fù)載為： 啟動(dòng)加速階段 快進(jìn)或快退階段 工進(jìn)階段,,3.確定執(zhí)行元件的工作壓力,,,,,(1) 初選液壓缸的工作壓力 取液壓缸工作壓力為3 MPa。 (2) 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F = 22 778 N，則有： 圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取D = 100 mm。 為了實(shí)現(xiàn)快進(jìn)速度與快退速度相等，采用差動(dòng)連接，則d = 0.707D，所以： d = 0.707100 = 70 mm 同樣圓整成標(biāo)準(zhǔn)系列活塞
28、直徑，取d = 70 mm。 工進(jìn)若采用調(diào)速閥調(diào)速，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量qmin=0.05 L/min，因最小工進(jìn)速度min =20mm/min，能滿足低速穩(wěn)定性要求。,,,,,(3) 計(jì)算液壓缸的工作壓力、流量和功率 （a）計(jì)算工作壓力。本系統(tǒng)的背壓估計(jì)值可在0.50.8 MPa范圍內(nèi)選取，故暫定：工進(jìn)時(shí)pb= 0.8MPa，快速運(yùn)動(dòng)時(shí)， pb= 0.5MPa 。液壓缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力p1即可按式（10.10）、（10.11）和（10.12）計(jì)算： 差動(dòng)快進(jìn)階段 p1=1.24MPa 工作進(jìn)給階段 p1=3.31MPa 快速退回階段 p1=1.67MPa,
29、,,確定執(zhí)行元件的工作壓力(2/3),,,,,（b）計(jì)算液壓缸的輸入流量。因快進(jìn)快退速度=0.075 m/s，最大工進(jìn)速度2=0.002 m/s，則液壓缸各階段的輸入流量為： 快進(jìn)階段 q1=17.4L/min 工進(jìn)階段 q1=0.96L/min 快退階段 q1=18L/min （c）計(jì)算液壓缸的輸入功率 快進(jìn)階段 P=0.36kW 工進(jìn)階段 P=0.05kW 快退階段 P=0.5kW,,,確定執(zhí)行元件的工作壓力(3/3),4.擬定系統(tǒng)原理圖,,,,(1) 速度控制回路的選擇 該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性，故采用調(diào)速閥調(diào)速
30、。因此有三種方案供選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的調(diào)速。這個(gè)系統(tǒng)為小功率系統(tǒng)，效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出；鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，切削力變化不大，而且是正負(fù)載，在其它條件相同的情況下，進(jìn)口節(jié)流調(diào)速比出口節(jié)流調(diào)速能獲得更低的穩(wěn)定速度，所以該機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)采用調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速，為防止孔鉆通時(shí)發(fā)生前沖，在回油路上加背壓閥。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的供油主要為快進(jìn)、快退時(shí)低壓大流量和工進(jìn)時(shí)高壓小流量?jī)煞N工況，若采用單個(gè)定量泵，顯然系統(tǒng)的功率損失大、效率低。為了提高系統(tǒng)效率和節(jié)約能源，所以采用雙定量泵供油回路。 由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開(kāi)式循環(huán)回路。,,,,,(
31、2) 換向和速度換接回路的選擇 該系統(tǒng)對(duì)換向平穩(wěn)性的要求不很高，流量不大，壓力不高，所以選用價(jià)格較低的電磁換向閥控制換向回路。為便于差動(dòng)連接，選用三位五通電磁換向閥。為了調(diào)整方便和便于增設(shè)液壓夾緊支路，所以選用Y型中位機(jī)能。由計(jì)算可知，當(dāng)滑臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的流量由17.4 L/min降為0.96 L/min，可選二位二通行程換向閥來(lái)進(jìn)行速度換接，以減少液壓沖擊。由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，在回路上并聯(lián)了一個(gè)單向閥以實(shí)現(xiàn)速度換接。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊加壓力繼電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制。,,,擬定系統(tǒng)原理圖(2/3),,,,,(3) 壓力控制回路的選擇 由
32、于采用雙泵供油回路，故用液控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為了便于觀察和調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)測(cè)壓點(diǎn)。 將上述所選定的液壓回路進(jìn)行歸并，并根據(jù)需要作必要的修改調(diào)整，最后畫(huà)出液壓系統(tǒng)原理圖如圖10.6所示。,,,擬定系統(tǒng)原理圖(3/3),,5.選擇液壓元件,,,,(1) 選擇液壓泵 工進(jìn)階段液壓缸工作壓力為最大，如果取進(jìn)油路總的壓力損失是p1= 0.5MPa，則液壓泵最高工作壓力可按式（10.13）計(jì)算出：pp =3.81 MPa 快進(jìn)、快退時(shí)泵的流量為：qp = 19.8 L/min 工進(jìn)時(shí)泵的流量為：
33、qp = 1.06 L/min 考慮到節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥的性能特點(diǎn)，尚需加上溢流閥穩(wěn)定工作的最小溢流量，一般取為3 L/min，所以小流量泵的流量為：qp = 4.04 L/min 查產(chǎn)品樣本，選用小泵排量為V1=6mL/r，大泵排量為V2=16mL/r的YB1型雙聯(lián)葉片泵，其額定轉(zhuǎn)速為n = 960 r/min，容積效率pv=0.95。 選用Y90L6型異步電動(dòng)機(jī)，P = 1.1 kW，n = 960 r/min。,,,,,(2) 選擇液壓閥 根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，計(jì)算分析通過(guò)各液壓閥油液的最高壓力和最大流量，選擇各液壓閥的型號(hào)規(guī)格。 (3) 選擇輔助元件 油管內(nèi)徑一般可參照所接元件尺寸確定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算，本系統(tǒng)油管選 181.6無(wú)縫鋼管。 油箱容量按7.5節(jié)確定，即：V=100 L140 L。,,,選擇元件(2/2),6.系統(tǒng)性能驗(yàn)算,,,,由于本液壓系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，壓力損失驗(yàn)算可以忽略。又由于系統(tǒng)采用雙泵供油方式，在液壓缸工進(jìn)階段，大流量泵卸荷，功率使用合理；同時(shí)油箱容量可以取較大值，系統(tǒng)發(fā)熱溫升不大，故不必進(jìn)行系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算。,
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算.ppt
