論文液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、<p>　　啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊

2、啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊2. 對液壓系統(tǒng)的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求.根據(jù)主機(jī)的設(shè)計(jì)要求,確定液壓執(zhí)行元件的數(shù)量,運(yùn)動(dòng)形式,工作循環(huán),行程范圍及各執(zhí)行元件動(dòng)作的順序,同步,聯(lián)鎖等要求....啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊

3、啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊</p><p>　　液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　第一節(jié) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和方法</p><p>　　液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)與計(jì)算方法因人而異。本章介紹液壓系統(tǒng)常見的設(shè)計(jì)計(jì)算方法及實(shí)例。

4、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟如下：</p><p>　　明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求；</p><p>　　選定執(zhí)行元件，進(jìn)行工況分析，明確系統(tǒng)的主參數(shù)；</p><p>　　擬定液壓系統(tǒng)原理圖；</p><p>　　計(jì)算和選擇液壓元件；</p><p>　　液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算和繪制工作圖、編制技術(shù)文件。</p>&l

5、t;p>　　上述設(shè)計(jì)步驟是一般的程序，在實(shí)際工作中，這些步驟并不是一成不變的，應(yīng)視具體情況靈活掌握。</p><p>　　一、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)前需明確以下幾方面的內(nèi)容：</p><p>　　1. 明確主機(jī)哪些動(dòng)作需要液壓系統(tǒng)來完成。</p><p>　　2. 對液壓系統(tǒng)的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求。根據(jù)主機(jī)的設(shè)計(jì)

6、要求，確定液壓執(zhí)行元件的數(shù)量、運(yùn)動(dòng)形式、工作循環(huán)、行程范圍及各執(zhí)行元件動(dòng)作的順序、同步、聯(lián)鎖等要求。</p><p>　　3. 確定液壓執(zhí)行元件承受的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度的大小及其變化范圍。</p><p>　　4. 對液壓系統(tǒng)的性能要求，如調(diào)速性能、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換位置精度、效率、溫升、自動(dòng)化程度、可靠性程度、使用與維修的方便性。</p><p>　　5. 液壓系統(tǒng)的工

7、作條件，如溫度、濕度、振動(dòng)干擾，外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等要求。 </p><p>　　二、液壓系統(tǒng)的工況分析和系統(tǒng)的確定</p><p>　　對執(zhí)行元件負(fù)載分析與運(yùn)動(dòng)分析，也稱為液壓系統(tǒng)的工況分析。工況分析就是分析每個(gè)液壓執(zhí)行元件在各自工作過程中負(fù)載與速度的變化規(guī)律，一般執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)負(fù)載、速度隨時(shí)間或位移而變化的曲線——用負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖表示。</p><p

8、><b>　　1. 負(fù)載分析</b></p><p>　　液壓缸與液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)方式不同，但他們的負(fù)載都是由工作負(fù)載、慣性負(fù)載、摩擦負(fù)載、背壓負(fù)載等組成的。</p><p>　　工作負(fù)載FW包括切削力、夾緊力、擠壓力、重力等，其方向與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)為正，相同時(shí)為負(fù)；</p><p>　　慣性負(fù)載Fa為運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的慣性力，加

9、速時(shí)為正，減速時(shí)為負(fù)；</p><p>　　摩擦負(fù)載包括導(dǎo)軌摩擦阻力Ff和密封裝置處的摩擦力Fs，前者在確定摩擦系數(shù)后即可計(jì)算，后者與密封裝置類型、液壓缸制造質(zhì)量和液壓油壓力有關(guān)，一般通過取機(jī)械效率ηm =（0.90~0.97）來考慮；</p><p>　　背壓負(fù)載Fb是液壓缸回油路上壓力pb所產(chǎn)生的阻力，初算時(shí)可暫不考慮，需要估算時(shí)背壓力pb可按表9－1選取。</p>&l

10、t;p>　　液壓缸在各工作階段中負(fù)載按表9－2中表達(dá)式來計(jì)算，再以液壓缸所經(jīng)歷的時(shí)間t或行程S為橫坐標(biāo)作出F-t或F-S負(fù)載循環(huán)圖。對于簡單液壓系統(tǒng)可只計(jì)算快速運(yùn)動(dòng)階段和工作階段。在負(fù)載難以計(jì)算時(shí)可通過實(shí)驗(yàn)來確定，也可以根據(jù)配套主機(jī)的規(guī)格確定液壓系統(tǒng)的承載能力。</p><p>　　表9－1 液壓系統(tǒng)背壓力</p><p>　　系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 情 況 背

11、 壓 力 pb ( MPa)</p><p>　　用節(jié)流閥的回路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.3~0.5</p><p>　　用調(diào)速閥的回路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.5~0.8 對中高壓液壓系統(tǒng)背壓力數(shù)值</p><p>　　回有路上有背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 應(yīng)放大50%~100%</

12、p><p>　　采用輔助泵補(bǔ)油的閉式回路 0.8~1.5</p><p>　　表9－2 液壓缸各工作階段負(fù)載計(jì)算</p><p>　　工 作 階 段 負(fù) 載 F</p><p>　　啟動(dòng)加速階段 F=(Ff+Fa±FG)/ ηm

13、 FG為運(yùn)動(dòng)部件自重在液壓缸運(yùn)動(dòng)</p><p>　　快進(jìn)、快退階段 F=(Ff±FG)/ ηm 方向的分量，液壓缸上行時(shí)取正， </p><p>　　工進(jìn)階段 F=(Ff±FW±FG)/ ηm 下行時(shí)取負(fù)</p><p>　　減速制動(dòng)階段 F=(Ff-F

14、a±FG)/ ηm</p><p><b>　　2. 運(yùn)動(dòng)分析</b></p><p>　　按各執(zhí)行元件在工作中的速度v以及位移s或經(jīng)歷的時(shí)間t繪制v－s或v－t速度循環(huán)圖。圖9－1即為某一組合機(jī)床液壓滑臺的負(fù)載和速度循環(huán)圖。</p><p>　　圖9-1 組合機(jī)床滑臺負(fù)載和速度循環(huán)圖</p><p>　　三、

15、確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)</p><p>　　液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)——工作壓力和流量是選擇液壓元件的主要依據(jù)，而系統(tǒng)的工作壓力和流量分別取決于液壓執(zhí)行元件工作壓力、回路上壓力損失和液壓執(zhí)行元件所需流量、回路泄漏，所以確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)實(shí)質(zhì)上是確定液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)。</p><p>　　1. 初選液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)</p><p>　　執(zhí)行元件工作壓力是確定其結(jié)

16、構(gòu)參數(shù)的重要依據(jù)。工作壓力選得低一些，對液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)性、可靠性和降低噪聲等都有利，但對液壓系統(tǒng)和元件的體積、重量就相應(yīng)增大；工作壓力選得過高，雖然液壓元件結(jié)構(gòu)緊湊，但對液壓元件材質(zhì)、制造精度和密封要求都相應(yīng)提高，制造成本也相應(yīng)提高。執(zhí)行元件的工作壓力一般可根據(jù)負(fù)載進(jìn)行選擇，見表9-3。有時(shí)也可參照或類比相同的主機(jī)選定執(zhí)行元件的壓力，詳見第四章第四節(jié)表4-5。</p><p>　　表9-3 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件

17、工作壓力</p><p>　　負(fù)載F（kN） <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50</p><p>　　工作壓力p（MPa）<0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 >5</p><p>　　2. 確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)&

18、lt;/p><p>　?。?）確定液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 根據(jù)負(fù)載分析得到的最大負(fù)載Fmax和初選的液壓缸工作壓力p，再設(shè)定液壓缸回油腔背壓pb以及桿徑比d/D，即可由第四章中液壓缸的力平衡公式來求出缸的內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸的有效工作面積A,其中D、d值應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值（參見第四章表4-3，表4-5）。</p><p>　　對于工作速度低的液壓缸，要校驗(yàn)其有效面積A，即要滿足</p>

19、;<p>　　A≥qmin/vmin （9-1）</p><p>　　式中 qmin——回路中所用流量閥的最小穩(wěn)定流量，或容積調(diào)速回路中變量泵的最小穩(wěn)定流量；</p><p>　　vmin——液壓缸應(yīng)達(dá)到的最低運(yùn)動(dòng)速度。</p><p>　　

20、如果不滿足式（9-1），則必須加大液壓缸的有效工作面積A，然后復(fù)算液壓缸D、d的及工作壓力p。</p><p>　?。?）確定液壓馬達(dá)排量VM 由馬達(dá)的最大負(fù)載扭矩Tmax、初選的工作壓力p和預(yù)估的機(jī)械效率ηMm ，即可計(jì)算馬達(dá)排量VM</p><p>　　VM = （9-2）</p><p>　　為使馬達(dá)能達(dá)到穩(wěn)定的最低轉(zhuǎn)速nmin，其排量V

21、M應(yīng)滿足 </p><p>　　VM ≥ （9-3）</p><p>　　式中qmin意義與式（9-1）中的相同。按求得的排量VM、工作壓力p及要求的最高轉(zhuǎn)速nmax從產(chǎn)品樣本種選擇合適的液壓馬達(dá)，然后由選擇的液壓排量VM、機(jī)械效率ηMm 和回路中的背壓力pb復(fù)算液壓馬達(dá)的工作壓力。</p><p>　

22、　3.畫執(zhí)行元件的工況圖</p><p>　　在執(zhí)行元件主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，就可由負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖畫出執(zhí)行元件的工況圖，即執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)中的工作壓力p、輸入流量q、輸入功率P對時(shí)間的變化曲線圖。當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)執(zhí)行元件時(shí)，把各個(gè)執(zhí)行件的q－t流量圖、P－t功率圖按系統(tǒng)總的工作循環(huán)綜合得到流量圖和總功率圖。執(zhí)行元件的工況圖顯示系統(tǒng)在整個(gè)循環(huán)回路中壓力、流量、功率的分布情況及最大值所在的位置，是選擇液壓元

23、件、液壓基本回路及為均衡功率分布而調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)的依據(jù)。</p><p>　　四、液壓系統(tǒng)圖的擬定</p><p>　　擬定液壓系統(tǒng)圖是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一步。它是從油路原理上來具體體現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提出的各項(xiàng)性能要求的。擬定液壓系統(tǒng)包括兩項(xiàng)內(nèi)容： </p><p>　　分析、對比選出合適的液壓回路；</p><p>　　把選出的回路組成液

24、壓系統(tǒng)：常采用經(jīng)驗(yàn)法，也可用邏輯法。</p><p>　　1. 液壓回路的選擇</p><p>　　選擇液壓回路的依據(jù)是前面的設(shè)計(jì)要求和工況圖，這一步往往會(huì)出現(xiàn)多種方案，因?yàn)闈M足同一種設(shè)計(jì)要求的液壓回路往往不只一種；為此選擇必須與分析、對比緊密結(jié)合起來進(jìn)行，在這里，收集、整理和參考同種類型液壓系統(tǒng)先進(jìn)回路的成熟經(jīng)驗(yàn)是十分必要的。</p><p>　　機(jī)床液壓系統(tǒng)中，

25、調(diào)速回路是核心，它一旦確定，其它回路就對應(yīng)確定下來了。因?yàn)橐簤夯芈返倪x擇工作必須從調(diào)速回路開始。選擇各種回路一般考慮如下事項(xiàng)：</p><p>　?。?）調(diào)速回路 根據(jù)工況圖上壓力、流量和功率的大小以及系統(tǒng)對溫升、工作平穩(wěn)性等方面的要求選擇調(diào)速回路。</p><p>　　例：壓力較小，功率較?。ā?~3kW），工作穩(wěn)定性要求不高的場合宜采用節(jié)流閥式調(diào)速回路；負(fù)載變化較大，速度穩(wěn)定性要求較

26、高的場合宜采用調(diào)速閥式調(diào)速回路。</p><p>　　功率中等（3~5kW）的場合可采用節(jié)流閥式調(diào)速回路，或容積式調(diào)速回路，亦可采用容積—節(jié)流式調(diào)速回路。</p><p>　　功率較大（5kW），要求溫升小而穩(wěn)定性要求不太高的場合宜采用容積調(diào)速回路。</p><p>　　調(diào)速方式?jīng)Q定之后油路循環(huán)形式基本上也就確定了。例如節(jié)流調(diào)速、容積—節(jié)流調(diào)速回路，選用開式回路；容

27、積調(diào)速回路選用閉式回路。</p><p>　　當(dāng)工作循環(huán)中需要多個(gè)執(zhí)行元件，且其總工況圖上流量變化較大時(shí)，可用蓄能器，選用小規(guī)格的液壓泵。</p><p>　?。?）快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路 快速運(yùn)動(dòng)回路與調(diào)速回路密切相關(guān)，它在調(diào)速回路考慮油源形式和系統(tǒng)效率、溫升等因素時(shí)已考慮進(jìn)去了，調(diào)速回路一經(jīng)確定，快速回路基本上也就確定了。</p><p>　　速度換接回路

28、的結(jié)構(gòu)形式基本上由系統(tǒng)中調(diào)速回路和快速運(yùn)動(dòng)回路的形式?jīng)Q定，選擇時(shí)考慮得較多的是采用機(jī)械控制式換接，還是電氣控制式換接，前者換接精度高，換接平穩(wěn)、工作可靠，后者結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、控制靈活。</p><p>　　采用電氣控制式換接時(shí)，系統(tǒng)中有時(shí)要安裝壓力繼電器（或電接點(diǎn)壓力表），壓力繼電器（或電接點(diǎn)壓力表）應(yīng)放在動(dòng)作變化時(shí)壓力變化顯著的地方。</p><p>　　（3）壓力控制回路 壓力控

29、制回路種類很多，有的已包含在調(diào)速回路中，有的則須根據(jù)系統(tǒng)要求專門進(jìn)行選擇（如卸壓、保壓回路）。</p><p>　　選擇各種壓力控制回路時(shí)，應(yīng)仔細(xì)推敲這種回路在選用時(shí)所須考慮的問題以及各種方案的特點(diǎn)和適用場合。以卸荷回路為例：選擇時(shí)要考慮卸荷所造成的功率損失、溫升、流量和壓力的瞬間變化等，為此系統(tǒng)壓力不高，流量不大，或油箱容量較大，系統(tǒng)間隙工作（因而有可能使液壓缸停止運(yùn)轉(zhuǎn)）的場合只設(shè)置溢流回路就可以了，在其它的場

30、合則須采用二位二通換向閥式卸荷回路或先導(dǎo)型溢流閥式卸荷回路等等。</p><p>　?。?）多缸回路 多缸回路與單缸回路相比，須多考慮一個(gè)多缸之間的相互關(guān)系問題，這項(xiàng)關(guān)系不外是同時(shí)動(dòng)作時(shí)的同步問題，互不干擾問題，先后動(dòng)作時(shí)的順序問題和不動(dòng)作時(shí)的卸荷問題。</p><p>　　2. 液壓系統(tǒng)的合成</p><p>　　液壓系統(tǒng)要求的各個(gè)液壓回路選好之后，再配上一些測

31、壓，潤滑之類的輔助油路，就可以進(jìn)行液壓系統(tǒng)的合成了，進(jìn)行這步工作時(shí)須注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?）盡可能多的歸并掉作用相同或相近的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。</p><p>　?。?）并出來的系統(tǒng)應(yīng)保證其循環(huán)中的每一個(gè)動(dòng)作都安全可靠，相互之間沒有干擾。</p><p>　?。?）盡可能使歸并出來的系統(tǒng)保持效率高，發(fā)熱少。</p><p&

32、gt;　?。?）系統(tǒng)中各種元件的安放位置應(yīng)正確，以便充分發(fā)揮其工作性能。</p><p>　?。?）歸并出來的系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，不可盲目追求先進(jìn)，脫離實(shí)際。</p><p>　　五、液壓元件的計(jì)算和選擇</p><p>　　液壓元件的計(jì)算主要是計(jì)算元件工作壓力和通過的流量，此外還有電機(jī)效率和油箱容量。元件應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)元件，只有在特殊情況下才設(shè)計(jì)專用元件。</p

33、><p>　　1. 確定液壓泵的容量及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率</p><p>　?。?）計(jì)算液壓泵的工作壓力 液壓泵的工作壓力是根據(jù)執(zhí)行元件的工作性質(zhì)來確定的：若執(zhí)行元件在工作行程終點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)停止時(shí)才需要最大壓力，這時(shí)液壓泵的工作壓力就等于執(zhí)行元件的最大壓力。</p><p>　　若執(zhí)行元件是在工作行程過程中需要最大壓力，則液壓泵的工作壓力應(yīng)滿足</p><

34、p>　　pP≥p1+∑⊿p1 （9-4）</p><p>　　式中 p1——：執(zhí)行元件的最大工作壓力</p><p>　　∑⊿p1——進(jìn)油路上的壓力損失（系統(tǒng)管路未曾畫出以前按經(jīng)驗(yàn)選?。阂话愎?jié)流調(diào)速和簡單的系統(tǒng)：∑⊿p1 =0.2~0.5MPa 。進(jìn)油路有調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)：∑⊿p1 =0.5~1.5MPa）。</p&g

35、t;<p>　?。?）計(jì)算液壓泵的流量</p><p>　　液壓泵的流量qp按執(zhí)行元件工況圖上最大工作流量和回路的泄漏量確定</p><p>　　1）單液壓泵供給多個(gè)同時(shí)工作的執(zhí)行元件時(shí)</p><p>　　qp≥K(∑qi)max (9-5a)</p><p>　　

36、式中 K——回油泄漏折算系數(shù) K=1.1~1.3；</p><p>　?。ā苢i）max——同時(shí)工作的執(zhí)行元件流量之和的最大值。</p><p>　　2）采用差動(dòng)連接的液壓缸時(shí)</p><p>　　qp≥K(A1-A2)vmax (9-5b)</p><p>　　式中 A1、

37、A2——液壓缸無桿腔，有桿腔的有效工作面積；</p><p>　　vmax——液壓缸或活塞的最大移動(dòng)速度。</p><p>　　3）采用蓄能器儲存壓力油時(shí)</p><p>　　按系統(tǒng)在一個(gè)工作周期中的平均工作流量來選擇</p><p>　　qp≥k （9-5c）</p>

38、<p>　　式中 T——機(jī)器工作周期；</p><p>　　V——每個(gè)執(zhí)行元件在工作周期中的總耗油量；</p><p>　　n——執(zhí)行元件個(gè)數(shù)。</p><p>　　2. 選擇液壓泵的規(guī)格</p><p>　　前面計(jì)算的pp僅是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力。系統(tǒng)在工作過程中常因過渡過程內(nèi)的壓力超調(diào)或周期性的壓力脈動(dòng)而存在著動(dòng)態(tài)壓力，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超

39、過靜態(tài)壓力。所以液壓泵的額定壓力應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大出25%~60%。至于液壓泵的Q應(yīng)與系統(tǒng)所需的最大流量相適應(yīng)。</p><p><b>　　3.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率</b></p><p>　　1）若工況上的p— t與q— t曲線變化比較平緩，則電機(jī)所需功率為： </p><p>　　Pp = ppqp/ηp

40、 （9-6a）</p><p>　　2）圖上的p— t與q— t曲線起伏較大，則需按上式分別算出電動(dòng)機(jī)在各個(gè)循環(huán)階段內(nèi)所需的功率（注意液壓泵在各個(gè)階段內(nèi)的功率是不同的），然后用下式求出電動(dòng)機(jī)的平均功率：</p><p>　　Pp = （9-6b）</p><

41、p>　　式中 Ppi = Pp1 ，Pp2，Pp3….Ppn——整個(gè)循環(huán)中每一動(dòng)作階段內(nèi)所需的功率；</p><p>　　ti = t1，t2，t3…tn——整個(gè)循環(huán)中沒一動(dòng)作階段所占用的時(shí)間。</p><p>　　求出了平均功率后還要返回去檢查每一階段內(nèi)電動(dòng)機(jī)的超載量是否在允許值范圍內(nèi)。（電動(dòng)機(jī)一般允許短期超載25%）</p><p>　　4.確定其它元件

42、的規(guī)格</p><p>　?。?）選擇控制閥 控制閥的規(guī)格是根據(jù)系統(tǒng)最高壓力和通過該閥的實(shí)際流量在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取的。進(jìn)行這項(xiàng)工作時(shí)應(yīng)注意：液壓系統(tǒng)有串聯(lián)油路和并聯(lián)油路之分。油路串聯(lián)時(shí)系統(tǒng)的流量即為油路中各處通過的流量；油路并聯(lián)且各油路同時(shí)工作時(shí)，系統(tǒng)的流量等于各條油路通過的流量總和，油路并聯(lián)且油路順序工作時(shí)的情況與油路串聯(lián)時(shí)相同。元件選定的額定壓力和流量應(yīng)盡可能與其計(jì)算所需之值接近，必要時(shí)，應(yīng)允許通過

43、元件的最大實(shí)際流量超過其額定流量的20%。</p><p>　?。?）確定管道尺寸 管道尺寸取決于通過的最大流量和管內(nèi)允許的液體流速，其值可按第六章式（6-5）進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　管道的壁厚取決于所承受的工作壓力，其值可按第六章式（6-6）進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中，管道尺寸常常是由已選定的液壓元件連接口處的尺寸決定。</p&g

44、t;<p>　?。?）確定油箱容量 液壓系統(tǒng)中的散熱主要依靠油箱：油箱體積大，散熱快，但占地面積大；油箱體積小則油溫較高。一般中、低壓系統(tǒng)中油箱的容積可按第六章經(jīng)驗(yàn)公式（6-4）計(jì)算。</p><p>　　六、液壓系統(tǒng)性能的估算</p><p>　　液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，需要對它的技術(shù)性能進(jìn)行驗(yàn)算，以便判斷其設(shè)計(jì)質(zhì)量或從幾個(gè)方案中選出最好的設(shè)計(jì)方案。然而液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算是

45、一個(gè)復(fù)雜的問題，目前詳細(xì)驗(yàn)算尚有困難，只能采用一些經(jīng)過簡化的公式，選用近似的粗略的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，并以此來定性地說明系統(tǒng)性能上的一些主要問題。設(shè)計(jì)過程中如有經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的同類型系統(tǒng)可供參考或有較可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可供使用，則系統(tǒng)的性能估算就可省略。</p><p>　　1.系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算</p><p>　　在系統(tǒng)管路布置確定后，即可計(jì)算管路的沿程壓力損失⊿pλ、局部壓力損失⊿pξ和液流流

46、過閥類元件的局部壓力損失⊿pv，他們的計(jì)算公式詳見第二章。管路中總的壓力損失為</p><p>　　∑⊿p=⊿pλ+⊿pξ+⊿pv （9-7）</p><p>　　進(jìn)油路和回油路上的壓力損失應(yīng)分別計(jì)算，并且回油路上的壓力損失要折算到進(jìn)油路上去。當(dāng)計(jì)算出的壓力損失值比確定系統(tǒng)工作壓力時(shí)選定的壓力損失值大得多時(shí)，就應(yīng)重新調(diào)整有關(guān)閥類元件規(guī)格和管道尺

47、寸，以降低系統(tǒng)的壓力損失。</p><p>　　2.系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算</p><p>　　液壓系統(tǒng)中所有的能量損失將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚褂蜏厣?、系統(tǒng)泄漏增大，影響系統(tǒng)正常工作。若系統(tǒng)的輸入功率為Pi，輸出功率為Po，則單位時(shí)間的發(fā)熱量Hi為</p><p>　　Hi=Pi-Po= Pi(1-η) (9-8)</p&g

48、t;<p>　　式中η為系統(tǒng)效率。工作循環(huán)中有n個(gè)工作階段，要根據(jù)各階段的發(fā)熱量求出系統(tǒng)的平均發(fā)熱量。若第j個(gè)工作階段時(shí)間為tj，則</p><p>　　Hi = （9-9）</p><p>　　系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量由各個(gè)散熱面散發(fā)至空氣中去，但絕大部分熱量是經(jīng)油箱散發(fā)的。油箱在單位時(shí)間內(nèi)的散熱量可按下式計(jì)算</p

49、><p>　　Ho=KA⊿t (9-10)</p><p>　　式中 A——油箱散熱面積；</p><p>　　⊿t——油液的溫升；</p><p>　　K——散熱系數(shù)（W/㎡·℃），通風(fēng)條件很差時(shí)K=8~10,通風(fēng)條件良好時(shí)K=14~20,，風(fēng)扇冷卻時(shí)K=20~25

50、，用循環(huán)水冷卻時(shí)K=110~175。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)，Hi= Ho，則系統(tǒng)溫升⊿t為</p><p>　　⊿t= （9-11）</p><p>　　一般機(jī)械允許油液溫升25~30，數(shù)控機(jī)床油液溫升應(yīng)小于25，工程機(jī)械等允許油液溫升35~40。若按式（9-11）算出油液溫升超過允

51、許值時(shí)，系統(tǒng)必須采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施。</p><p>　　液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算舉例</p><p>　　設(shè)計(jì)一臺臥式單面鉆鏜兩用組合機(jī)床，其工作循環(huán)是“快進(jìn)——工進(jìn)——快退——原位停止”；工作時(shí)最大軸向力為30kN，運(yùn)動(dòng)部件重為19.6kN；快進(jìn)、快退速度為6m/min，工進(jìn)速度為0.02~0.12m/min；最大行程400mm，其中工進(jìn)行程200mm；啟動(dòng)換向時(shí)間⊿t=0.2s；采用平導(dǎo)軌，

52、其摩擦系數(shù)f=0.1。</p><p>　　一、負(fù)載分析與速度分析</p><p><b>　　1.負(fù)載分析</b></p><p>　　已知工作負(fù)載Fw =30kN，重力負(fù)載FG=0，按啟動(dòng)換向時(shí)間和運(yùn)動(dòng)部件重量計(jì)算得到慣性負(fù)載Fa=1000N，摩擦阻力Ff=1960N。</p><p>　　取液壓缸機(jī)械效率ηm =0

53、.9，則液壓缸工作階段的負(fù)載值見表9-4。</p><p>　　表9-4 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值</p><p>　　工作循環(huán) 計(jì)算公式 負(fù)載f（N）</p><p>　　啟動(dòng)加速 F=(Ff+Fa)/ ηm 3289</p><

54、p>　　快 進(jìn) F= Ff/ ηm 2178</p><p>　　工 進(jìn) F=(Ff+ Fw)/ ηm 35511</p><p>　　快 退 F=Ff/ ηm

55、 2178</p><p><b>　　2.速度分析</b></p><p>　　已知快進(jìn)、快退速度為6m/min，工進(jìn)速度范圍為20~120mm/min，按上述分析可繪制出負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖（略）。</p><p>　　二、確定液壓缸主要參數(shù)</p><p>　　1.初選液壓缸的工作壓力

56、</p><p>　　由最大負(fù)載值查表9-3，取液壓缸工作壓力為4MPa。</p><p>　　2.計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　為使液壓缸快進(jìn)與快退速度相等，選用單出桿活塞缸差動(dòng)連接的方式實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，設(shè)液壓缸兩有效面積為A1和A2，且A1=2 A2，即d=0.707D。為防止鉆通時(shí)發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓p2取0.6MPa，而液壓缸快退時(shí)背壓取0.5

57、MPa。</p><p>　　由工進(jìn)工況下液壓缸的平衡力平衡方程p1 A1= p2 A2+F，可得</p><p>　　A1=F/（p1－0.5p2）=35511/（4×106－0.5×0.6×106）≈96（cm2）</p><p><b>　　液壓缸內(nèi)徑D就為</b></p><p>　

58、　D=4 ==11.06（cm）</p><p>　　對D圓整，取D=110mm。由d=0.707D，經(jīng)圓整得d=80mm。計(jì)算出液壓缸的有效工作面積A1=95cm2，A2=44.77 cm2。</p><p>　　工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量qmin=0.05L/min，設(shè)計(jì)要求最低工進(jìn)速度vmin=20mm/min，經(jīng)驗(yàn)算可知滿足式（9-1）要求。</p><

59、;p>　　3.計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　差動(dòng)時(shí)液壓缸有桿腔壓力大于無桿腔壓力，取兩腔間回路及閥上的壓力損失為0.5MPa，則p2= p1+0.5（MPa）。計(jì)算結(jié)果見表9-5。</p><p>　　由表9-5即可畫出液壓缸的工況圖（略）。</p><p>　　表9-5 液壓缸工作循環(huán)各階段壓力、流量和功率值</

60、p><p>　　負(fù)載 回油背壓 進(jìn)油壓力 輸入流量 輸入功率</p><p>　　工作循環(huán) 計(jì)算公式 F（KN）p2（MPa）p1（MPa） Q1(10-3 m3/s) P（kW）</p><p>　　快 啟動(dòng)加速 p1=F+ A2(p2－p1) 3289 1.10 － －<

61、;/p><p><b>　　A1 －A2</b></p><p>　　q1=(A1 －A2)v1 p2= p1+0.5 </p><p>　　進(jìn) 恒 速 P= p1 q1 2178 0.88 0.50 0.44</p>&

62、lt;p>　　p1= F+ A2p2 0.0031 0.012</p><p><b>　　A1</b></p><p>　　工 進(jìn) q1=A1 v1 35511 0.6 4.02

63、 </p><p>　　P= p1 q1 ～0.019 ～0.076</p><p>　　快 啟動(dòng)加速 p1= F+ A1p2 3289 1.79 － －</p><p><b>　　A2</b>

64、;</p><p>　　q1=A2 v1 0.5</p><p>　　退 恒 速 P= p1 q1 2178 1.55 0.448 0.69</p><p><b>　　三、擬定液壓系統(tǒng)圖</b></p>

65、<p><b>　　選擇基本回路</b></p><p>　?。?）調(diào)速回路：因?yàn)橐簤合到y(tǒng)功率較小，且只有正值負(fù)載，所以選用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載特性，可選用調(diào)速閥調(diào)速，并在液壓缸回路上設(shè)置背壓。</p><p>　?。?）泵供油回路：由于系統(tǒng)最大流量與最小流量比為156，且在整個(gè)工作循環(huán)過程中的絕大部分時(shí)間里泵在高壓小流量狀態(tài)

66、下工作，為此應(yīng)采用雙聯(lián)泵（或限壓式變量泵），以節(jié)省能源提高效率。</p><p>　?。?）速度換接回路和快速回路：由于快進(jìn)速度與工進(jìn)速度相差很大，為了換接平穩(wěn)，選用行程閥控制的換接回路?？焖龠\(yùn)動(dòng)通過差動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　?。?）換向回路：為了換向平穩(wěn)，選用電液換向閥。為便于實(shí)現(xiàn)液壓缸中位停止和差動(dòng)連接，采用三位五通閥。</p><p>　?。?）壓力

67、控制回路：系統(tǒng)在工作狀態(tài)時(shí)高壓小流量泵的工作壓力由溢流閥調(diào)整，同時(shí)用外控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷。</p><p><b>　　2. 回路合成</b></p><p>　　對選定的基本回路在合成時(shí)，有必要進(jìn)行整理、修改和歸并。具體方法為：</p><p>　　1）防止工作進(jìn)給時(shí)液壓缸進(jìn)油路、回油路相通，需接入單向閥7。</p>

68、<p>　　2）要實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，必須在回油路上設(shè)置液控順序閥9，以阻止油液流回油箱。此閥通過位置調(diào)整后與低壓大流量泵的卸荷閥合二為一。</p><p>　　3）為防止機(jī)床停止工作時(shí)系統(tǒng)中的油液回油箱，應(yīng)增設(shè)單向閥。</p><p>　　4）設(shè)置壓力表開關(guān)及壓力表。</p><p>　　合并后完整的液壓系統(tǒng)如圖9-2所示。</p><p&

69、gt;　　圖9-2 液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　四、液壓元件的選擇</b></p><p>　　1.液壓泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的確定</p><p>　　（1）液壓泵的工作壓力：已知液壓缸最大工作壓力為4.02MPa，取進(jìn)油路上壓力損失為1MPa，則小流量泵最高工作壓力為5.02MPa，選擇泵的額定壓力應(yīng)為pn=5.02+5.02&

70、#215;25%=6.27（MPa）。大流量泵在液壓缸快退時(shí)工作壓力較高，取液壓缸快退時(shí)進(jìn)油路上壓力損失為0.4MPa，則大流量泵的最高工作壓力為1.79+0.4=2.19（MPa），卸荷閥的調(diào)整壓力應(yīng)高于此值。</p><p>　?。?）液壓泵流量計(jì)算：取系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K=1.2，則泵的最小供油量qp為</p><p>　　qp =Kq1max</p><p>　

71、　=1.2×0.5×10-3</p><p>　　=0.6×10-3（m3/s）</p><p><b>　　=36L/min</b></p><p>　　由于工進(jìn)時(shí)所需要的最大流量是1.9×10-5 m3/s，溢流閥最小穩(wěn)定流量為0.05×10-3 m3/s，小流量泵最小流量為</p&g

72、t;<p>　　qp1 =Kq1 +0.05×10-3</p><p>　　=7.25×10-5（m3/s）</p><p>　　=4.4（L/min）</p><p>　?。?）確定液壓泵規(guī)格：對照產(chǎn)品樣本可選用YB1—40/6.3雙聯(lián)葉片泵，額定轉(zhuǎn)速960r/min，容積效率ηv為0.9，大小泵的額定流量分別為34.56和5.4

73、3L/min，滿足以上要求。</p><p>　　（4）確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率</p><p>　　液壓泵在快退階段功率最大，取液壓缸進(jìn)油路上壓力損失為0.5MPa，則液壓泵輸出壓力為2.05MPa。液壓泵的總效率ηp=0.8，液壓泵流量40L/min，則液壓泵驅(qū)動(dòng)調(diào)集所需的功率P為</p><p><b>　　P=ppqp/ηp</b></

74、p><p>　　=2.05×106×40×10-3</p><p><b>　　=1708（W）</b></p><p>　　據(jù)此選用Y112M—6—B5立式電動(dòng)機(jī)，其額定功率為2.2KW，轉(zhuǎn)速為940r/min，液壓泵輸出流量為33.84、5.33L/min，仍能滿足系統(tǒng)要求。</p><p>

75、;<b>　　2．元件、輔件選擇</b></p><p>　　根據(jù)實(shí)際工作壓力以及流量大小即可選擇液壓元、輔件（略）。油箱容積取液壓泵流量的6倍，管道由元件連接尺寸確定。</p><p>　　在系統(tǒng)管路布置確定以前，回路上壓力損失無法計(jì)算，以下僅對系統(tǒng)油液溫升進(jìn)行驗(yàn)算。</p><p>　　五、系統(tǒng)油液溫升驗(yàn)算</p><p

76、>　　系統(tǒng)在工作中絕大部分時(shí)間是處在工作階段，所以可按工作狀態(tài)來計(jì)算溫升。</p><p>　　小流量泵工作狀態(tài)壓力為5.02MPa，流量為5.33L/min，經(jīng)計(jì)算其輸入功率為557W。</p><p>　　大流量泵經(jīng)外控順序閥卸荷，其工作壓力等于閥上的局部壓力損失數(shù)值⊿pv。閥額定流量為63L/min，額定壓力損失為0.3MPa，大流量泵流量為33.84L/min，則⊿pv為&l

77、t;/p><p>　　⊿pv =0.3×106×=0.1×106（Pa）</p><p>　　大流量泵的輸入功率經(jīng)計(jì)算為70.5W。</p><p>　　液壓缸的最小有效功率為</p><p>　　Po =F·V=（30000+1960）×0.02/60=10.7（W）</p>&l

78、t;p>　　系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量為</p><p>　　Hi = Pi－Po =557+70.5－10.7=616.8（W）</p><p>　　當(dāng)油箱的高、寬、長比例在1：1：1到1：2：3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80%時(shí)，油箱散熱面積近似為</p><p><b>　　A=6.66</b></p><p&g

79、t;　　式中 V——油箱有效容積，單位為m3；</p><p>　　A——散熱面積，單位為m2。</p><p>　　取油箱有效容積V為0.25 m3,散熱系數(shù)K為15W/（m2·℃），由式（9-13）得</p><p>　　t ===15.6（℃）</p><p>　　即在溫升許可范圍內(nèi)。</p><p>

80、;<b>　　思考題與習(xí)題</b></p><p>　　9－1 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)一般經(jīng)過那些步驟？要進(jìn)行哪些方面的計(jì)算？</p><p>　　9－2 如何擬定液壓系統(tǒng)原理圖？</p><p>　　9－3 設(shè)計(jì)一臺小型液壓壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)快速空程下行 → 慢速加壓 → 保壓 快速回程 → 停止的工作循環(huán)，快速往返速度為3m/min，

81、加壓速度為40~250mm/min，壓制力為200000N，運(yùn)動(dòng)部件總重量為20000N。</p><p>　　9－4 某立式組合機(jī)床采用的液壓滑臺快進(jìn)、快退速度為6m/min，工進(jìn)速度為80mm/min，快速行程為100mm，工作行程為50mm，啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間為0.05s?；_對導(dǎo)軌的法向力為1500N，摩擦系數(shù)為0.1，運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量為500㎏，切削負(fù)載為30000N。試對液壓系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載分析。</p&g

82、t;<p>　　9—5 一臺專用銑床，銑頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為7.5kW,銑刀直徑為120mm，轉(zhuǎn)速為350r/min。工作行程為400mm，快進(jìn)、快退速度為6m/min，工進(jìn)速度為60~1000m/min，加、減速時(shí)間為0.05s。工作臺水平放置，導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為0.1，運(yùn)動(dòng)部件總重量為4000N。試設(shè)計(jì)該機(jī)床的液壓系統(tǒng)。</p><p>　　啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊

83、啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊

84、啊啊啊啊啊液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊