外文翻譯--液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 中文版

1、<p>　　液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　1 明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析</p><p>　　在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)明確以下問(wèn)題，并將其作為設(shè)計(jì)依據(jù)。</p><p>　　主機(jī)的用途、工藝過(guò)程、總體布局以及對(duì)液壓傳動(dòng)裝置的位置和空間尺寸的要求；</p><p>　　主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求，如自動(dòng)化程度、調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)

2、平穩(wěn)性、換向定位精度以及對(duì)系統(tǒng)的效率、溫升等的要求；液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境，如溫度、濕度、振動(dòng)沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質(zhì)存在等情況。</p><p>　　在上述工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)主機(jī)進(jìn)行工況分析，工況分析包括運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析，對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)還需編制負(fù)載和動(dòng)作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載和速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，以下對(duì)工況分析的內(nèi)容作具體介紹。</p><p><b>　　

3、1.1 運(yùn)動(dòng)分析</b></p><p>　　主機(jī)的執(zhí)行元件按工藝要求的運(yùn)動(dòng)情況，可以用位移循環(huán)圖(L—t)，速度循環(huán)圖(v—t)，或速度與位移循環(huán)圖表示，由此對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析。</p><p>　　1.1.1 位移循環(huán)圖L—t</p><p>　　圖1.1為液壓機(jī)的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標(biāo)L表示活塞位移，橫坐標(biāo)t表示從活塞啟動(dòng)到返回原位的時(shí)間，曲線斜

4、率表示活塞移動(dòng)速度。</p><p>　　圖1.1 位移循環(huán)圖</p><p>　　1.1.2 速度循環(huán)圖v—t(或v—L) </p><p>　　工程中液壓缸的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可歸納為三種類(lèi)型。圖1.2為三種類(lèi)型液壓缸的v—t圖，第一種如圖1.2中實(shí)線所示，液壓缸開(kāi)始作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后勻速運(yùn)動(dòng)， </p><p>　　圖1.2 速度循環(huán)圖</

5、p><p>　　最后勻減速運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)；第二種，液壓缸在總行程的前一半作勻加速運(yùn)動(dòng)，在另一半作勻減速運(yùn)動(dòng)，且加速度的數(shù)值相等；第三種，液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后勻減速至行程終點(diǎn)。v—t圖的三條速度曲線，不僅清楚地表明了三種類(lèi)型液壓缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也間接地表明了三種工況的動(dòng)力特性。</p><p><b>　　1.2 動(dòng)力分析</b></p

6、><p>　　動(dòng)力分析，是研究機(jī)器在工作過(guò)程中，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況，對(duì)液壓系統(tǒng)而言，就是研究液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載情況。</p><p>　　1.2.1 液壓缸的負(fù)載及負(fù)載循環(huán)圖</p><p>　　1.2.1.1 液壓缸的負(fù)載力計(jì)算工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸必須克服的負(fù)載由六部分組成：</p><p><b>　　(1.1)

7、</b></p><p>　　式中：Fc為切削阻力；Ff為摩擦阻力；Fi為慣性阻力；Fg為重力；Fm為密封阻力；Fb為排油阻力。</p><p>　　1.2.1.2液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的總負(fù)載力</p><p>　　液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的總負(fù)載力計(jì)算，一般包括啟動(dòng)加速、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、減速制動(dòng)等幾個(gè)階段，每個(gè)階段的總負(fù)載力是有區(qū)別的。 </p&

8、gt;<p>　　(1)啟動(dòng)加速階段：這時(shí)液壓缸或活塞處于由靜止到啟動(dòng)并加速到一定速度，其總負(fù)載力包括導(dǎo)軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機(jī)械效率=0.9計(jì)算)、重力和慣性力等項(xiàng)，即：</p><p><b>　　(1.2)</b></p><p>　　(2)快速階段： </p><p>　　

9、 　(1.3)</p><p>　　(3)工進(jìn)階段： </p><p><b>　　(1.4) </b></p><p><b>　　(4)減速：</b></p><p><b>　　(1.5)</b></p><p>　　對(duì)簡(jiǎn)單

10、液壓系統(tǒng)，上述計(jì)算過(guò)程可簡(jiǎn)化。例如采用單定量泵供油，只需計(jì)算工進(jìn)階段的總負(fù)載力，若簡(jiǎn)單系統(tǒng)采用限壓式變量泵或雙聯(lián)泵供油，則只需計(jì)算快速階段和工進(jìn)階段的總負(fù)載力。</p><p>　　1.2.2 液壓馬達(dá)的負(fù)載</p><p>　　工作機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓馬達(dá)必須克服的外負(fù)載為：</p><p>　　 　　　 (1.6)</p&g

11、t;<p>　　1.2.2.1 工作負(fù)載力矩Me。工作負(fù)載力矩可能是定值，也可能隨時(shí)間變化，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作條件進(jìn)行具體分析。</p><p>　　1.2.2.2 摩擦力矩Mf。為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩，其計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(1.7)</b></p><p>　　式中：G為旋轉(zhuǎn)部件的重量(N)；f為摩擦因數(shù)

12、，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦因數(shù)，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦因數(shù)；R為軸頸半徑(m)。</p><p>　　1.2.2.3 慣性力矩Mi。為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩，其計(jì)算公式為： </p><p><b>　　(1.8) </b></p><p>　　式中：ε為角加速度(r/s2)；Δω為角速度的變化(r/s)；Δt為加速或減速時(shí)間(s)；J為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)

13、動(dòng)慣量()，。</p><p>　　式中：為回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)()。</p><p>　　各種回轉(zhuǎn)體的可查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。</p><p>　　根據(jù)式(1.6)，分別算出液壓馬達(dá)在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的負(fù)載大小，便可繪制液壓馬達(dá)的負(fù)載循環(huán)圖</p><p>　　2 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)</p><p>　　2.1

14、液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.1.1 初定液壓缸工作壓力 </p><p>　　液壓缸工作壓力主要根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段中的最大總負(fù)載力來(lái)確定，此外，還需要考慮以下因素：</p><p>　　2.1.1.1 各類(lèi)設(shè)備的不同特點(diǎn)和使用場(chǎng)合。</p><p>　　2.1.1.2 考慮經(jīng)濟(jì)和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重；壓力

15、選得高一些，則元件尺寸小，重量輕，但對(duì)元件的制造精度，密封性能要求高。</p><p>　　所以，液壓缸的工作壓力的選擇有兩種方式：一是根據(jù)機(jī)械類(lèi)型選；二是根據(jù)切削負(fù)載選。</p><p>　　如表2.1、表2.2所示。</p><p>　　表2.1 按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力</p><p>　　表2.2 按機(jī)械類(lèi)型選執(zhí)行文件的工作壓力&l

16、t;/p><p>　　2.2 液壓馬達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.2.1 計(jì)算液壓馬達(dá)排量 </p><p>　　液壓馬達(dá)排量根據(jù)下式?jīng)Q定：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　式中：T為液壓馬達(dá)的負(fù)載力矩(N·m)；為液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力差()；

17、為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，一般齒輪和柱塞馬達(dá)取0.9～0.95，葉片馬達(dá)取0.8～0.9。</p><p>　　2.2.2 計(jì)算液壓馬達(dá)所需流量液壓馬達(dá)的最大流量</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　式中：Vm為液壓馬達(dá)排量(m3/r)；nmax為液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速(r/s)。</p><p>

18、;　　3 液壓元件的選擇</p><p>　　3.1 液壓泵的確定與所需功率的計(jì)算</p><p>　　3.1.1 液壓泵的確定</p><p>　　3.1.1.1 確定液壓泵的最大工作壓力。液壓泵所需工作壓力的確定，主要根據(jù)液壓缸在工作循環(huán)各階段所需最大壓力p1，再加上油泵的出油口到缸進(jìn)油口處總的壓力損失ΣΔp，即</p><p>　　

19、 (3.1) </p><p>　　包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部壓力損失、管路沿程損失等，在系統(tǒng)管路未設(shè)計(jì)之前，可根據(jù)同類(lèi)系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，一般管路簡(jiǎn)單的節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng)為(2～5)×105Pa，用調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)為(5～15)×105Pa，也可只考慮流經(jīng)各控制閥的壓力損失，而將管路系統(tǒng)的沿程損失忽略不計(jì)，各閥的額定壓力損失

20、可從液壓元件手冊(cè)或產(chǎn)品樣本中查找，也可參照表1.3選取。</p><p>　　表3.1 常用中、低壓各類(lèi)閥的壓力損失(Δpn)</p><p>　　3.1.2 確定液壓泵的流量qB</p><p>　　泵的流量qB根據(jù)執(zhí)行元件動(dòng)作循環(huán)所需最大流量qmax和系統(tǒng)的泄漏確定。</p><p>　　3.1.2.1多液壓缸同時(shí)動(dòng)作時(shí)，液壓泵的流量要

21、大于同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)液壓缸(或馬達(dá))所需的最大流量，并應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄漏和液壓泵磨損后容積效率的下降，即</p><p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　式中：K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.1～1.3，大流量取小值，小流量取大值；為同時(shí)動(dòng)作的液壓缸(或馬達(dá))的最大總流量(m3/s)。</p><p>　　3.1.2.2選擇液壓泵的

22、規(guī)格：根據(jù)上面所計(jì)算的最大壓力pB和流量qB，查液壓元件產(chǎn)品樣本，選擇與pB和qB相當(dāng)?shù)囊簤罕玫囊?guī)格型號(hào)。</p><p>　　表3.2 液壓泵的總效率</p><p>　　按上述功率和泵的轉(zhuǎn)速，可以從產(chǎn)品樣本中選取標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，再進(jìn)行驗(yàn)算，使電動(dòng)機(jī)發(fā)出最大功率時(shí)，其超載量在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　3.2 閥類(lèi)元件的選擇</p><p&

23、gt;　　3.2.1 選擇依據(jù)</p><p>　　選擇依據(jù)為：額定壓力，最大流量，動(dòng)作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等。</p><p>　　3.2.2 選擇閥類(lèi)元件應(yīng)注意的問(wèn)題</p><p>　　3.2.2.1 應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，除非不得已時(shí)才自行設(shè)計(jì)專用件。</p><p>　　3.2.2.2 閥類(lèi)元件

24、的規(guī)格主要根據(jù)流經(jīng)該閥油液的最大壓力和最大流量選取。選擇溢流閥時(shí)，應(yīng)按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，應(yīng)考慮其最小穩(wěn)定流量滿足機(jī)器低速性能的要求。</p><p>　　3.3 蓄能器的選擇</p><p>　　3.3.1 蓄能器用于補(bǔ)充液壓泵供油不足時(shí)，其有效容積為：</p><p><b>　　(3.3)</b></p>

25、;<p>　　式中：A為液壓缸有效面積(m2)；L為液壓缸行程(m)；K為液壓缸損失系數(shù)，估算時(shí)可?。耍?.2；qB為液壓泵供油流量(m3/s)；t為動(dòng)作時(shí)間(s)。</p><p>　　3.3.2 蓄能器作應(yīng)急能源時(shí)，其有效容積為：</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　當(dāng)蓄能器用于吸收脈動(dòng)緩和液壓

26、沖擊時(shí)，應(yīng)將其作為系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)與其關(guān)聯(lián)部分一起綜合考慮其有效容積。</p><p>　　根據(jù)求出的有效容積并考慮其他要求，即可選擇蓄能器的形式。</p><p><b>　　3.4 管道的選擇</b></p><p>　　3.4.1 油管類(lèi)型的選擇</p><p>　　液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有

27、足夠的通流截面和承壓能力，同時(shí)，應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。</p><p>　　3.4.1.1 鋼管：中高壓系統(tǒng)選用無(wú)縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價(jià)格低，性能好，使用廣泛。</p><p>　　3.4.1.2 銅管：紫銅管工作壓力在6.5～10MPa以下，易變曲，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達(dá)25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價(jià)格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應(yīng)盡量少用

28、，只用于液壓裝置配接不方便的部位。</p><p>　　3.4.2 油管尺寸的確定</p><p>　　3.4.2.1 油管內(nèi)徑d按下式計(jì)算：</p><p>　　d= (3.5)</p><p>　　式中：q為通過(guò)油管的最大流量(m3/s)；v為管道內(nèi)允許的流速(

29、m/s)。一般吸油管取0.5～5(m/s)；壓力油管取2.5～5(m/s)；回油管取1.5～2(m/s)。</p><p>　　3.4.2.2 油管壁厚δ按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　式中：p為管內(nèi)最大工作壓力；n為安全系數(shù)，鋼管p＜7MPa時(shí)，取n=8；p＜17.5MPa時(shí)，取n=6；p＞

30、17.5MPa時(shí)，取n=4。</p><p>　　根據(jù)計(jì)算出的油管內(nèi)徑和壁厚，查手冊(cè)選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管。</p><p><b>　　3.5 油箱的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　油箱的作用是儲(chǔ)油，散發(fā)油的熱量，沉淀油中雜質(zhì)，逸出油中的氣體。</p><p>　　3.5.1 油箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)</p><p

31、>　　3.5.1.1 油箱應(yīng)有足夠的容積以滿足散熱，同時(shí)其容積應(yīng)保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時(shí)不滲出，油液液面不應(yīng)超過(guò)油箱高度的80%。</p><p>　　3.5.1.2 吸箱管和回油管的間距應(yīng)盡量大。</p><p>　　3.5.1.3 油箱底部應(yīng)有適當(dāng)斜度，泄油口置于最低處，以便排油。</p><p>　　3.6 濾油器的選擇</p><

32、;p>　　選擇濾油器的依據(jù)有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　3.6.1 承載能力：</p><p>　　按系統(tǒng)管路工作壓力確定。</p><p>　　3.6.2 過(guò)濾精度：</p><p>　　按被保護(hù)元件的精度要求確定。</p><p>　　3.6.3 通流能力：</p><p>　　按

33、通過(guò)最大流量確定。</p><p>　　3.6.4 阻力壓降：</p><p>　　應(yīng)滿足過(guò)濾材料強(qiáng)度與系數(shù)要求。</p><p><b>　　</b></p><p>　　4 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算</p><p>　　為了判斷液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要對(duì)系統(tǒng)的壓力損失、發(fā)熱溫升、效率和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特

34、性等進(jìn)行驗(yàn)算。</p><p>　　4.1 管路系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算</p><p>　　當(dāng)液壓元件規(guī)格型號(hào)和管道尺寸確定之后，就可以較準(zhǔn)確的計(jì)算系統(tǒng)的壓力損失，壓力損失包括：油液流經(jīng)管道的沿程壓力損失、局部壓力損失和流經(jīng)閥類(lèi)元件的壓力損失，即：</p><p><b>　　(4.1)</b></p><p><b

35、>　　系統(tǒng)的調(diào)整壓力：</b></p><p>　　(4.2) </p><p>　　式中：P0為液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力；P1為執(zhí)行件的工作壓力。</p><p>　　如果計(jì)算出來(lái)的比在初選系統(tǒng)工作壓力時(shí)粗略選定的壓力損失大得多，應(yīng)該重新調(diào)</p><p>　　整有關(guān)元件、輔件

36、的規(guī)格，重新確定管道尺寸。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算</p><p>　　系統(tǒng)發(fā)熱來(lái)源于系統(tǒng)內(nèi)部的能量損失，如液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失、溢流閥的溢流損失、液壓閥及管道的壓力損失等。</p><p>　　系統(tǒng)發(fā)熱功率P的計(jì)算:</p><p><b>　　(4.3)</b></p>&

37、lt;p>　　式中：PB為液壓泵的輸入功率(W)；η為液壓泵的總效率。</p><p>　　若一個(gè)工作循環(huán)中有幾個(gè)工序，則可根據(jù)各個(gè)工序的發(fā)熱量，求出系統(tǒng)單位時(shí)間的平均發(fā)熱量：</p><p><b>　　(4.4)</b></p><p>　　式中：T為工作循環(huán)周期(s)；ti為第i個(gè)工序的工作時(shí)間(s)；pi為循環(huán)中第i個(gè)工序的輸入功

38、率(W)。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)效率驗(yàn)算</p><p>　　液壓系統(tǒng)的效率是由液壓泵、執(zhí)行元件和液壓回路效率來(lái)確定的。</p><p>　　液壓回路效率nc一般可用下式計(jì)算：</p><p><b>　　(4.5)</b></p><p>　　式中：p1，q1；p2，q2；……為每個(gè)

39、執(zhí)行元件的工作壓力和流量；pB1，qB1；pB2，qB2為每個(gè)液壓泵的供油壓力和流量。</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)總效率：</b></p><p><b>　　(4.6)</b></p><p>　　式中：為液壓泵總效率；為執(zhí)行元件總效率；為回路效率。</p><p>　　5 繪制正式工

40、作圖和編寫(xiě)技術(shù)文件</p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算和必要的修改之后，便可繪制正式工作圖，它包括繪制液壓系統(tǒng)原理圖、系統(tǒng)管路裝配圖和各種非標(biāo)準(zhǔn)元件設(shè)計(jì)圖。</p><p>　　正式液壓系統(tǒng)原理圖上要標(biāo)明各液壓元件的型號(hào)規(guī)格。對(duì)于自動(dòng)化程度較高的機(jī)床，還應(yīng)包括運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖和電磁鐵、壓力繼電器的工作狀態(tài)。</p><p>　　5.1 確定液壓系統(tǒng)參數(shù)

41、</p><p>　　由工況分析中可知，工進(jìn)階段的負(fù)載力最大，所以，液壓缸的工作壓力按此負(fù)載力計(jì)算，根據(jù)液壓缸與負(fù)載的關(guān)系，選p1=40×105Pa。本機(jī)床為鉆孔組合機(jī)床，為防止鉆通時(shí)發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔應(yīng)有背壓，設(shè)背壓p2=6×105Pa，為使快進(jìn)快退速度相等，選用差動(dòng)油缸，假定快進(jìn)、快退的回油壓力損失為Δp=7×105Pa。</p><p>　　5.

42、2 選擇液壓元件</p><p>　　5.2.1 選擇液壓泵和電動(dòng)機(jī)</p><p>　　5.2.1.1 確定液壓泵的工作壓力。</p><p>　　前面已確定液壓缸的最大工作壓力為40×105Pa，選取進(jìn)油管路壓力損失Δp=8×105Pa，其調(diào)整壓力一般比系統(tǒng)最大工作壓力大5×105Pa，所以泵的工作壓力PB＝(40＋8＋5)

43、5;105＝53×105Pa</p><p>　　這是高壓小流量泵的工作壓力。</p><p>　　液壓缸快退時(shí)的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，取其壓力損失Δp′＝4×105Pa，則快退時(shí)泵的工作壓力為： </p><p>　　PB=(16.4＋4)×105＝20.4×105Pa</p&g

44、t;<p>　　這是低壓大流量泵的工作壓力。</p><p>　　5.2.1.2 液壓泵的流量。快進(jìn)時(shí)的流量最大，其值為30L/min，最小流量在工進(jìn)時(shí)，其值為0.51L/min，取K＝1.2，</p><p>　　則： qB＝1.2×0.5×10-3=36L/min</p><p>　　由于溢

45、流閥穩(wěn)定工作時(shí)的最小溢流量為3L/min，故小泵流量取3.6L/min。</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算，選用YYB-AA36/6B型雙聯(lián)葉片泵。</p><p>　　5.2.1.3 確定管道尺寸:根據(jù)工作壓力和流量，按式(3.5)、式(3.6)確定管道內(nèi)徑和壁厚。(從略)</p><p>　　5.2.1.4 確定油箱容量油箱容量可按經(jīng)驗(yàn)公式估算，取V＝(5～7)