液壓系統(tǒng)的設計計算_龍水根_液壓傳動

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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第,十一章 液壓系統(tǒng)的設計計算,111 明確設計要求,進行工況分析,112 擬定液壓系統(tǒng)原理圖,113 計算和選擇液壓元件,114 繪制工作圖，編寫技術(shù)文件,111 明確設計要求，進行工況分析,一、明確設計要求,二、工況分析,一、明確設計要求,液壓系統(tǒng)是主機的配套部分，設計液壓系統(tǒng)時首先要明確主機對液壓系統(tǒng)提出的要求，具體包括：,1、主機的動作要求,這是指主機的哪些動作要求用液壓傳動來實現(xiàn)，這些動作間有無聯(lián)系以及要不要完成一定自動循環(huán)等。主機可能對液壓系統(tǒng)提出許多要求，設計這應在了解主機用途、工作過程和總

2、體布局的基礎(chǔ)上對這些要求做出分析。,2、主機的性能要求,這是指主機內(nèi)采用液壓傳動的各執(zhí)行機構(gòu)在力和運動方面的要求。各執(zhí)行機構(gòu)在各工作階段所需的力和速度的大小、調(diào)速的范圍、速度的平徹性以及完成一個循環(huán)的時間等方面都必須有明確的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代化機械要求高精度、高生產(chǎn)力以及高度自動化，這不僅要求其液壓系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)指標，還常對其動態(tài)指標提出要求。,3、液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境,工作環(huán)境的溫度和濕度，污染和振動沖擊情況以及是否有腐蝕性和易燃性物質(zhì)存在等問題均應有明確答案。這涉及液壓元件和介質(zhì)的選用。必要時設計中還應附加防護措施。,4、其他要求,如液壓裝置在重量、外形尺寸方面的限制以及經(jīng)濟性、能耗方面的要求等

3、。,二、工況分析,工況分析就是分析主機在工作過程中速度和負載的變化規(guī)律，即進行運動分析和負載分析。對于動作復雜的機械需繪制速度循環(huán)圖和負載循環(huán)圖，簡單的系統(tǒng)可以不繪圖，但需要找出其最大負載和最大速度點。實際上，工況分析是進一不明確主機在性能方面的要求。,1、運動分析,根據(jù)工作要求，將主機各執(zhí)行元件在一個完整的工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度用圖表示出來。一般用速度時間（,v-t）,或速度位移（,v-s）,曲線表示，稱為速度循環(huán)圖。圖,a,為組合機床動力滑臺的工作循環(huán)，圖,b,是速度-位移（,v-s）,曲線。,2、負載分析,根據(jù)工況要求，將執(zhí)行元件在各階段所需克服的負載用圖表示出來。一般用負載時間（,F-

4、t）,或負載位移（,F-s）,曲線表示，稱為負載循環(huán)圖。,（,1）液壓缸的負載分析,用液壓缸帶動主機執(zhí)行機構(gòu)作直線往復運動時，所需克服的外負載動力為：,F,L,=F+F,f,=,F,a,a.,工作負載,F,不同機械的工作負載其形式各不同。對于金屬切削機床，作用在運動部件運動方向上的切削力是工作負載；而對于提升機械，其重物的重量就是工作負載。工作負載可以是恒定的，也可以是變化的；可能是正值負載，也可能是負值負載。,b.,摩擦阻力負載,F,f,摩擦阻力負載是指主機執(zhí)行機構(gòu)在運動時所需克服的支承面上的摩擦力。,F,f,=,N,i,i,式中,N,i,作用在第,i,個支承面上的法向力；,i,該,支承面的

5、摩擦系數(shù)。,k,i=1,c.,慣性負載,F,a,慣性負載是指運動部件啟動或制動過程中的慣性力?？砂磁ｎD第二定律計算：,F,a,=ma=(G/g),.,(,v/ t),液壓缸運動時還需克服密封裝置的摩擦阻力，其大小與密封形式、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)。,計算出工作循環(huán)中各階段的外負載后，便可作出負載循環(huán)圖。上述組合機床動力滑臺的負載循環(huán)圖如下。,（,2,）液壓馬達負載分析,以液壓馬達為執(zhí)行元件時，液壓馬達需克服的外負載為：,M,L,=M+M,f,+M,s,式中,M,工作負載折合到液壓馬達上的力矩；,M,f,執(zhí)行機構(gòu)等的摩擦力折合到液壓馬達上的力矩；,M,s,執(zhí)行機構(gòu)、運動裝置和液壓馬達等在

6、啟動和制動時的慣性力折合到液壓馬達上的力矩的總和。,3、執(zhí)行元件容量的確定,（,1）選定工作壓力,工作壓力的選定關(guān)系到設計出和系統(tǒng)是否經(jīng)濟合理；工作壓力低，則要求執(zhí)行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系統(tǒng)所需流量也大；壓力過高，則對元件的制造精度和系統(tǒng)的使用維護要求提高，并使容積效率降低。一般是根據(jù)機械的類型來選擇工作壓力。,（,2）液壓缸有效面積的確定,從,滿足負載力的要求出發(fā),A=F,L,/,c,m,p,當工作速度很低時，按上式計算出的工作面積不一定能滿足最低穩(wěn)定速度的要求，因此應按最低運動速度來進行驗算，即液壓缸的有效工作面積應滿足下式：,A,Q,min,/,v,min,如驗算結(jié)果不能滿足

7、要求，則液壓缸有效工作面積按上式選取。,（,3）液壓馬達每轉(zhuǎn)排量的確定,從,滿足負載力矩的要求出發(fā),q=2,M,L,/p,.,Mm,必要時，也需按最低轉(zhuǎn)速要求進行驗算，即,q,Q,min,/,n,min,4.,繪制液壓執(zhí)行元件工況圖,應繪制的液壓執(zhí)行元件工況圖包括壓力循環(huán)圖、流量循環(huán)圖以及功率循環(huán)圖。根據(jù)負載循環(huán)圖，將各階段的負載除以液壓缸的面積或液壓馬達的容量，即可作出流量循環(huán)圖。在根據(jù),N=,pQ,可繪制出功率循環(huán)圖。組合機床動力滑臺液壓缸的工況圖如圖。,工況圖的作用如下：,（,1）可以很方便地找出最高壓力點、最大流量點和最大功率點。,（2）對合理地選擇系統(tǒng)的主機回路有知道意義。,結(jié)束,1

8、1-2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖,一、執(zhí)行元件的類型,二、調(diào)速方案,三、控制方案,四、系統(tǒng)安全可靠性,五、節(jié)約能量,六、其它,一、執(zhí)行元件的類型,根據(jù)主機部件所要求的運動形式，確定采用液壓缸還是液壓馬達作為執(zhí)行元件。主機要求往復運動，則選用液壓缸；主機要求連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，則應選用液壓馬達。至于液壓缸或液壓馬達的具體結(jié)構(gòu)形式，可參照第三、四章提出的原則選用。實際上它們的選用還和工廠的慣例以及貨源有關(guān)。,二、調(diào)速方案,調(diào)速方案主要是根據(jù)調(diào)速范圍、功率大小、低速穩(wěn)定性、允許的溫升以及投資的多少等因素來考慮選用。節(jié)流調(diào)速結(jié)果簡單，投資少，調(diào)速范圍大，低速穩(wěn)定性好，但系統(tǒng)效率低。故在功率不大，溫升限制不嚴的情

9、況下優(yōu)先考慮。在功率較大的中高壓系統(tǒng)中，以采用容積調(diào)速為宜。但在某些功率不大的系統(tǒng)中，也常用容積調(diào)速。如果同時對低速穩(wěn)定性有較高要求，則可采用容積節(jié)流調(diào)速。,三、控制方案,控制方式主要根據(jù)主機工藝要求來確定。執(zhí)行機構(gòu)較多的工程機械、工程船舶以及起重機械等設備則可采用多路閥。一般說來行程控制動作可靠，是一種最通用的控制方式；合理地使用壓力控制可以簡化系統(tǒng)，但在一個系統(tǒng)內(nèi)不宜多次使用；時間控制不單獨使用，往往和行程或壓力控制組合使用。按不同控制方式設計出的系統(tǒng)、其繁簡程度可能差別很大。,四、系統(tǒng)安全可靠性,擬定液壓系統(tǒng)圖時，應對系統(tǒng)的安全性和可靠性予以足夠的重視。為防止過載，安全閥是必不可少的。為

10、避免垂直運動部件在系統(tǒng)失壓情況下自由下落，在回油路中增加平衡閥或液控單向閥是常用措施。用于起重機的液壓馬達除了有平衡回路外，還有機械制動裝置以確保安全。在用一個泵供給兩個以上執(zhí)行元件運動時，系統(tǒng)設計中應防止互相干擾。在系統(tǒng)中合理地配置濾油器，是其長期工作重要保證。,五、節(jié)約能量,容積調(diào)速固然減少能耗，但雙泵供油及增加蓄能器等也能達到相當好的效果。為了減少能耗，有時需增加一些投資，但考慮到長期運行所需的費用及社會效益，這樣做仍是可取的。,六、其它,如盡量采用標準元件以縮短設計和制造周期降低成本等。,結(jié)束,113 計算和選擇液壓元件,一、選擇液壓泵,二、選擇控制閥,三、選取液壓附件,一、選擇液壓泵

11、,1,、計算液壓泵的工作壓力,泵的工作壓力是執(zhí)行元件工作壓力以及管道壓力損失之和。對液壓馬達或兩腔工作面積相等的液壓缸，則有：,p,s,=p+,p,式中,p,s,泵的工作壓力；,p,液壓缸或液壓馬達的工作壓力，由于執(zhí)行元件回油腔常有壓力，實際上,p,是壓差；,p,油,流經(jīng)管道和各閥類時的全部壓力損失。,對于兩腔工作面積不等和液壓缸（如圖），則有:,P,s,=F,L,/,cm,+p,i,+(A,2,/A,1,)p,0,管道中的壓力損失包括沿程 損失和局部損失兩中。而流 經(jīng)各種閥類的壓力損失則以 局部損失為主，并且它在全 部壓力損失中占有較大的比 重。,在額定流量下流各種閥類的壓力損失可由產(chǎn)品樣本

12、查得。當流經(jīng)閥的實際流量為時，其實際壓力損失可按下式估算。,p= p,r,(Q/,Q,r,),2,對于壓力損失較為準確的估算，只有在系統(tǒng)的閥類元件規(guī)格以及管道尺寸選定后才能進行?，F(xiàn)階段只能進行粗細估算。,2、計算泵的流量,液壓泵的流量,Q,p,為：,Q,p,K(,Q),max,對于節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，如果最大流量點處于調(diào)速狀態(tài)，則泵的供油量中還要增加溢流閥的最小溢流量。,系統(tǒng)中有蓄能器時，則泵的流量按一個工作循環(huán)的平均流量選取，即：,Q,p,(K/T),.,Q,i,t,i,n,i=1,3、選取液壓泵規(guī)格,參照產(chǎn)品樣本選取其額定壓力比,p，,高2560%，其流量與上述計算結(jié)果一致的液壓泵。,4、計算功

13、率，選用原動機,（,1）按工作循環(huán)中最高功率點選用，即,N=(,p,s,Q,p,),max,/,p,式中,N,原動機功率；,(,p,s,Q,p,),max,泵的壓力和流量乘積的最大值；,p,泵的總效率。對齒輪泵取0.600.75，柱塞泵取0.800.85。,（,2）如果帶動泵的原動機為電動機，而在一個循環(huán)中泵的功率變化較大，且最高功率點持續(xù)的時間很短，則按前式的計算結(jié)果來選電動機，功率就會偏大，不經(jīng)濟。在在這種情況下，可根據(jù)電動機允許的發(fā)熱來選取電動功率。先算出循環(huán)中各階段所需功率，即：,N,1,=p,1,Q,1,/,p1,N,2,=p,2,Q,2,/,p2,N,n,=,p,n,Q,n,/,p

14、n,則電動機功率為：,N=(N,1,2,t,1,+N,2,2,t,2,+N,n,2,t,n,)/(t,1,+t,2,+,t,n,),1/2,將兩式的計算結(jié)果進行比較，如果最大功率在電動機超載能力范圍內(nèi)（一般為25%）。則可按第二式選取電機。,二、選擇控制閥,一般要求控制閥的額定壓力和額定流量大于系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量。必要時，通過的流量可略大于該閥的額定流量，但一般不超過20%，以避免壓力損失過大，引起油液發(fā)熱、噪聲和其它性能惡化。流量閥按系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)范圍來選取，其最小穩(wěn)定流量應能滿足機器性能的要求。,三、選取液壓附件,濾油器、蓄能器、和管接頭等可按第五章中有關(guān)原則選取。選取油

15、管和管接頭時比較簡便的辦法是使它們的通徑和閥的通徑一致。,油箱既有儲油又有散熱的作用，因此必須有足夠容積和散熱面積。油箱容積的推薦數(shù)值如下：低壓系統(tǒng)（,p2.5MPa, V=(24)Q,p,中壓系統(tǒng),(p6.3MPa), V=(612)Q,p,結(jié)束,114 繪制工作圖，編寫技術(shù)文件,一、繪制工作圖,工作圖包括：,1、液壓系統(tǒng)圖,圖上應注明各種元件的規(guī)格、型號以及壓力的調(diào)整值，畫出執(zhí)行元件完成的工作循環(huán)圖，列出相應電磁鐵和壓力繼電器的工作狀態(tài)圖。,2、元件集成塊裝配圖,通常用板將部分控制元件組合起來，稱為集成板。液壓件廠生產(chǎn)能完成各種功能的集成塊，,設計者只需選用并繪制集成塊組合裝配圖。如沒有合適的集成可供選用，則需專門設計。,3、泵站裝配圖,泵、拖動泵的電動機以及油箱等集合在一起構(gòu)成一個獨立的液壓源，稱為泵站。小型泵站有標準化產(chǎn)品供選用，但大、中型泵站往往需個別設計，需繪出其裝配圖和零件圖。,4、液壓缸和其它專用件的裝配圖的零件圖。,5、管路裝配圖,一般只需繪制示意圖說明管道走向，但要注明管道尺寸、接頭規(guī)格和裝配技術(shù)要求等。,6、電氣線路圖,二、編寫技術(shù)文件,應編寫的技術(shù)文件包括設計計算書、系統(tǒng)工作原理和操作說明書等。設計計算書中還需對系統(tǒng)的某些性能進行必要的驗算。,結(jié)束,