液压系统工况分析

1 液压系统工况分析液压系统工况分析 摘要 本文首先对液压系统进行工况分析 通过分析计算 绘制速度 负载循环图 初步选定液压缸工作压力 并计算加紧液压缸和工作缸尺寸以及各阶段流经液压缸的 流量 其次根据液压系统供油方式 调速方式 速度换接方式以及加紧回路的选择拟 定液压系统图 并且对系统工作状态分析 再次通过对流通各元件的的流量的计算 合理选择液压系统元件 最后通过对压力损失和系统升温的验算 对液压系统进行性 能分析 达到要求 关键词 工况分析 液压系统原理图 液压泵 液压阀 压力损失 Abstract According to the requirements of the mission statement title the first condition of the hydraulic system analysis through analysis and calculation rendering speed duty cycle graph the initial selection of hydraulic cylinders working pressure and calculated to intensify the work of hydraulic cylinders and cylinder size and flow of the various stages The hydraulic cylinder of the flow second oil hydraulic system according to mode speed mode the speed for access approach and the choice of stepping up the development of hydraulic system circuit diagram and working status of the system once again flow through various components of the flow Calculation a reasonable choice of hydraulic system components last through the pressure loss and temperature of the checking system hydraulic system performance analysis meet the requirements Key words Engineering Analysis hydraulic system diagram hydraulic pump hydraulic valve pressure loss 2 目录 1 序言 2 设计的技术要求和设计参数 3 工况分析 3 1 确定执行元件 3 2 分析系统工况 3 3 负载循环图和速度循环图的绘制 3 4 确定系统的主要参数 3 4 1 液压缸的设计 3 4 2 计算 液压缸工作循环各阶段的压力 流量和功率 3 5 拟定液压系统原理图 3 5 1 确定液压传动系统的类型 3 5 2 速度控制回路的选择 3 5 3 换向和速度换接回路的选择 3 5 4 油源的选择和能耗控制 3 5 5 压力控制回路的选择 3 6 液压元件的选择 3 6 1 确定液压泵和电机规格 3 6 2 阀类元件和辅助元件的选择 3 6 3 油管的选择 3 6 4 油箱的设计 3 7 液压系统性能的验算 3 7 1 估算系统的效率 3 7 2 系统发热和温升验算 3 8 液压元件的清洗 3 9 常见故障及排除方法 3 1 1 序序言言 液压传动相对于机械传动来说是一门新技术 液压传动系统由液压泵 阀 执行器及辅助件等液压元件组成 液压传动原理是把液压泵或原动机的机械能 转变为液压能 然后通过控制 调节阀和液压执行器 把液压能转变为机械能 以驱动工作机构完成所需求的各种动作 液压传动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一 其发展速度仅次于电 子技术 特别是近年来液压与微电子 计算机技术相结合 使液压技术的发展 进入了一个新的阶段 从70 年代开始 电子学和计算机进入了液压技术领域 并获得了重大的效益 例如在产品设计 制造和测试方面 通过利用计算机辅 助设计进行液压系统和元件的设计计算 性能仿真 自动绘图以及数据的采取 和处理 可提高液压产品的质量 降低成本并大大提高交货周期 总之 液压 技术在与微电子技术紧密结合后 在微计算机或微处理器的控制下 可以进一 步拓宽它的应用领域 使得液压传动技术发展成为包括传动 控制 检测在内 的一门完整的自动化技术 使它在国民经济的各方面都得到了应用 作为一种高效率的专用机床 组合机床在大批 大量机械加工生产中应用广 泛 本 次课程设计 将以组合机床动力滑台液压系统设计为例 介绍该组合机床 液压系统的设计方法和设计步骤 其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况 分析 主要参数确定 液压系统原理图的拟定 液压元件的选择以及系统性能 验算等 组合机床是以通用部件为基础 配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用 部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床 组合机床通常采用多轴 多刀 多面 多工位同时加工的方式 能完成钻 扩 铰 镗孔 攻丝 车 铣 磨 削及其他精加工工序 生产效率比通用机床高几倍至几十倍 组合机床通 常采用多轴 多刀 多面 多工位同时加工的方式 能完成钻 扩 铰 镗孔 攻丝 车 铣 磨削及其他精加工工序 生产效率比通用机床高几倍至几十 倍液压系统由于具有结构简单 动作灵活 操作方便 调速范围大 可无级连 读调节等优点 在组合机床中得到了广泛应用 液压系统在组合机床上主要是用于实现工作台的直线运动和回转运动 如图 1所示 如果动力滑台要实现二次进给 则动力滑台要完成的动作循环通常 包括 原位停止 快进 I工进 II工进 死挡 停留 快退 原位停止 4 2 设设计计的的技技术术要要求求和和设设计计参参数数 工作循环 快进 工进 快退 停止 系统设计参数如表1 所示 动力滑台采用平面导轨 其静 动摩擦系数分 别为 fs 0 2 fd 0 1 表 1 设计参数 参 数数 值 切削阻力 N 15000 滑台自重 N 22000 快进 快退速度 m min 5 工进速度 mm min 100 最大行程 mm 350 工进行程 mm 200 启动换向时间 s 0 1 液压缸机械效率0 9 5 3 工工况况分分析析 3 1 确确定定执执行行元元件件 金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动 因此液压系 统的执行元件确定为液压缸 3 2 分分析析系系统统工工况况 在对液压系统进行工况分析时 本设计只考虑组合机床动力滑台所受到的 工作负载 惯性负载 和机械摩擦阻力负载 其他负载可以忽略 1 工工作作负负载载Fw 工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载 即沿液压 缸轴线方向的力为工作负载 即 15000NFw 2 惯惯性性负负载载Fm 最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度 其中最大加速度可通过 工作台最大移动速度和加速时间进行计算 已知加减速时间为0 1s 工作 台最大移动速度 即快进 快退速度为5m min 因此惯性负载可以表示为 220005 1871 9 8600 1 m v FmNN t 3 3 阻阻力力负负载载 阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力 分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部 分 静摩擦阻力 Ffj fj N N0 2220004400 fs F 动摩擦阻力 Ffd fd N N0 1 220002200 fd F 根据上述负载力计算结果 可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液 压缸所需推力情况 如表2 所示 表 2 液压缸在各工作阶段的负载 单位 N 液压缸推力 6 注 此处 未考虑滑 台上的颠 覆力矩的 影响 3 3 3 3 负负载载 循循环环图图和和 速速度度循循环环 图图的的绘绘制制 根据表 2 中计算结果 绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图2 所示 图 2 组合机床动力滑台液压系统负载循环图 图 2 表明 当组合机床动力滑台处于工作进给状态时 负载力最大为 19111N 其他工况下负载力相对较小 所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行 绘制 已知 快进和快退速度m min 快进行程 13 5 mm 工进行程mm 快退行程mm 工进速 1 350200150l 2 200l 3 350l 度 mm min 根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统的速度 2 100 循环图如图 3 所示 F F m 起动 F fs F 4400 N4889 N 加速 F fd F m F 4071 N4523 N 快进 F fd F 2200 N2444 N 工进 F fd F t F 17200 N19111 N 反向起 动 F fs F 4400 N4889 N 加速 F fd F m F 4071 N4523 N 快退 F fd F 2200 N2444 N 7 图 3 组合机床液压系统速度循环图 3 4 确定系统的主要参数确定系统的主要参数 3 4 13 4 1 液压缸的设计液压缸的设计 液压缸是液压系统中的执行元件 它是一种把液体的压力能转换为机械能的能量 转换装置 液压缸在液压系统中的作用是将液压能转变成机械能 使机械实现直线往 复运动或小于 360o的往复摆动运动 液压缸结构简单 工作可靠 在液压系统中得到 了广泛的应用 1 液压缸常用类型 随着液压技术的飞速发展和普遍应用 液压缸的类型也逐渐繁多 液压缸可 分为推力液压缸和摆动液压缸 推力液压缸又可以分为活塞缸 柱塞缸两类 活塞缸和柱塞缸的输入为压力和流量 输出为推力和速度 本设计课题为组合 机床液压机 专门传递推力 属于中压缸 柱塞缸只能实现一个方向的运动 反向运动要靠外力 通常成对反向布置使用 这种液压缸中的柱塞和缸筒不接 触 运动时由缸盖上的导向套来导向 不但结构复杂 而且动作不够灵敏 不 能满足本设计的要求 双作用单活塞杆液压缸结构简单 制造便宜 容易操作 安装面积小 可以满足力和运动的要求 综上所述 液压缸选用单作用活塞缸 双作用单活塞杆液压缸的活塞 活塞杆和导向套上都装有密封圈 因而液压缸 被分隔为两个互不相通的油管 当活塞腔通入高压油而活塞杆腔回油时可实现 工作进程 当从反方向进油和回油时可实现快速回程 2 初初选选液液压压缸缸的的工工作作压压力力 8 所设计的动力滑台在工进时负载最大 其值为19111N 其它工况时的 负载都相对较低 参考第2 章表 3 和表 4 按照负载大小或按照液压系统应用 场合来选择工作压力的方法 初选液压缸的工作压力p1 3MPa 3 确确定定液液压压缸缸的的主主要要尺尺寸寸 由于工作进给速度与快速运动速度差别较大 且快进 快退速度要求相等 从降低总流量需求考虑 应确定采用单杆双 作用液压缸的差动连接方式 通 常利用差动液压缸活塞杆较粗 可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件 最好 采用活塞杆固定 而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式 这种情况下 应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式 即 1 A 2 A 活塞杆直径 d 与缸筒直径 D 呈 d 0 707D 的关系 工进过程中 当孔被钻通时 由于负载突然消失 液压缸有可能会发生前冲 的现象 因此液压缸的回油腔应设置一定的背压 通过设置背压阀的方式 选取此背压值为p2 0 8MPa 工进时液压缸的推力计算公式为 11221112 2 m FA pA pA pAp 式中 F 负载力 m 液压缸机械效率 A1 液压缸无杆腔的有效作用面积 A2 液压缸有杆腔的有效作用面积 p1 液压缸无杆腔压力 p2 液压有无杆腔压力 因此 根据已知参数 液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为 2 6 2 1 1 5 73 10 2 8 0 3 19111 2 cm p p F A m 液压缸缸筒直径为 cm A D68 9 5 7344 1 9 根据无杆腔面积和有杆腔面积的关系式 即 缸筒和活塞杆直径之 21 2AA 间的关系 d 0 707D 可求得液压缸 活塞杆直径为d 0 7079 68 6 84cm 根据 GB T2348 1993 将液压缸的内径 和活塞杆直径分别圆整到相近的标准 值为 D 100mm d 80mm 根据圆整后的液压缸内径和活塞杆直径 可得液压缸无杆腔面积和有杆腔的 实际有效工作面积 分别为 2 22 1 5 78 4 10 4 cm D A 2 2222 2 3 28 4 810 4 cm dD A 3 4 2 计计算算液液压压缸缸工工作作循循环环各各阶阶段段的的压压力力 流流量量和和功功率率 根据液压缸的负载循环图和速度循环图及液压缸的有效工作面积 可以计 算出液压缸在工作循环各个阶段的压力 流量和功率 当液压缸做差动连接快 进时 由于管路中有压力损失 液压缸有杆腔中的压力必须大于无杆腔中的 压力 此处选管路压力损失 则有杆腔压力为 a MPp5 0 液压缸工进时回油腔中的背压 快退时回油5 0 112 pppp a MPp8 0 2 腔中的背压 a MPp5 0 1 液压缸差动连接快进时 其无杆腔进油压力 输入流量 输入功率和有杆腔 压力分别为 a MP AA pAF p64 0 10 40 5 78 3 285 02444 4 21 2 1 min 08 25 1018 4 10 3 28 5 78 60 5 344 21 L smAAVq aa MPMPppp14 1 5 064 0 12 工进阶段液压缸的进油压力 输入流量 输入功率和有杆腔压力分别为 aa a MPP P A ApF p 72 2 1072 2 10 5 78 10 3 28108 019111 6 4 46 1 22 1 min 785 0 1008 13 10 5 78 60 1 0 36 34 12 Lsm smAvq 10 KWWWqpP036 0 58 351008 131072 2 66 1 a MPp8 0 2 液压缸快退时无杆腔压力 输入流量 输入功率和有杆腔压力分别为 a MPPa Pa A ApF p 25 2 1025 2 10 3 28 100 5 785 02444 6 4 2 11 2 min 16 14 1036 2 10 3 28 60 5 3434 21 LsmsmAvq KWWWqpP531 0 5311036 2 1025 2 46 2 a MPp5 0 1 根据上述液压缸各个工作阶段的压力 流量和功率的计算结果 可绘制出液压 缸的工况图 如图4 所示 图 4 液压系统工况图 3 5 拟拟定定液液压压系系统统原原理理图图 液压传动系统的草图是从液压系统的工作原理和结构组成上来具体体现设计 任务所提出的各项要求 它包括三项内容 确定液压传动系统的类型 选择液 压回路和组成液压系统 确定液压传动系统的类型就是在根据课题提供的要求 11 下 参照立式组合机床液压系统的具体特点 选择适合的系统类型 选择液压 回路就是在根据课题提供的要求和液压传动系统具体运动特点 选择适合本 课题的液压回路 组成液压系统就是在确定各个液压回路的基础上 将各个 液压 回路综合在一起 根据课题的实际要求 对液压系统草图进行适当的调整 和改 进 最终形成一个合理有效 符合课题设计要求的液压传动系统原理图 根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析 所设计机床对调速范围 低 速稳定性有一定要求 因此速度控制是该机床要解决的主要问题 速度的换接 稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心 此外 与所有液压系统的设计要 求一样 该组合机床液压系统应尽可能结构简单 成本低 节约能源 工作可 靠 3 5 1 确确定定液液压压传传动动系系统统的的类类型型 液压传动系统的类型究竟采用开式还是采用闭式 主要取决于它的调速方式 和散热要求 一般的设计 凡具备较大空间可以存放油箱且不另设置散热装置 的系统 要求尽可能简单的系统 或采用节流调速或容积 节流调速的系 统 都宜采用开式 在开式回路中 液压泵从油箱吸油 把压力油输送给执行 元件 执行元件排出的油则直接流回油箱 开式回路结构简单 油液能得到较 好的冷却 但油箱的尺寸大 空气和赃物易进入回路 凡容许采用辅助泵进行 补油并通过换油来达到冷却目的的系统 对工作稳定和效率有较高要求的系统 或采用容积调速的系统都宜采用闭式 在闭式回路中 液压泵的排油管直接与 执行元件的进油管相连 执行元件的回油管直接与液压泵的吸油管相连 两者 形成封闭的环状回路 闭式回路的特点是双向液压泵直接控制液压缸的换向 不需要换向阀及其控制回路 液压元件显著减少 液压系统简单 用油不多而 且动作迅速 但闭式回路也有其缺点 就是回路的散热条件较差 并且所用的 双向液压泵比较复杂而且系统要增设补 排油装置 成本较高 故应用还不普 遍 本课题设计的液压传动系统类型采用开式液压系统 系统的结构简单 3 5 2 速速度度控控制制回回路路的的选选择择 12 工况图 4 表明 所设计 组合机 床液压系统在整个工作循环过程中所 需要的功率较小 系统的效率和发热问题并不突出 因此考虑采用节流调速回 路即可 虽然节流调速回路效率低 但适合于小功率场合 而且结构简单 成本低 该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度 负载特性 因 此有三种速度控制方案可以选择 即进口节流调速 出口节流调速 限压式变 量泵加调速阀的容积节流调速 钻镗加工属于连续切削加工 加工过程中切削 力变化不大 因此钻削过程中负载变化不大 采用节流阀的节流调速回路即可 但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间 存在负载突变的可能 因此 考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式 且在回油 路上设置背压阀 由于选定了节流调速方案 所以油路采用开式循环回路 以 提高散热效率 防止油液温升过高 3 5 3 换换向向回回路路和和速速度度换换接接回回路路的的选选择择 所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高 流量不大 压力不高 所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可 为便于实现差动连接 选 用三位五通 电液动换向阀 由前述计算可知 当工作台从快进转为工进时 进 入液压缸的流量由25 08L min 降为 0 785 L min 可选二位二通行程换向阀 来进行速度换接 以减少速度换接过程中的液压冲击 由于工作压力较低 控 制阀均用普通滑阀式结构即可 由工进转为快退时 在回路上并联了一个单向 阀以实现速度换接 为了控制轴向加工尺寸 提高换向位置精度 采用死挡块 加压力继电器的行程终点转换控制 3 5 4 油油源源的的选选择择和和能能耗耗控控制制 本设计多轴钻床液压系统的供油工况主要为快进 快退时的低压大流 量供油和工进时的高压小流量供油两种工况 若采用单个定量泵供油 显然系 统的功率损失大 效率低 在液压系统的流量 方向和压力等关键参数确定后 还要考虑能耗控制 用尽量少的能量来完成系统的动作要求 以达到节能和降 低生产成本的目的 在图 4 工况图的一个工作循环内 液压缸在快进和快退行程中要求油源以 低压大流量供油 工进行程中油源以高压小流量供油 其中最大流量与最小流 13 量之比 32 而 快进和快退所需的时间与工进所 需785 0 08 25 min max qq 1 t 的时间分别为 2 t 11133 60 150 5 1000 60 350 5 1000 tll s6 s 222 60200 0 1 1000 120tl 上述数据表明 在一个工作循环中 液压油源在大部分时间都处于高压小流 量供油状态 只有小部分时间工作在低压大流量供油状态 从提高系统效率 节省能量角度来看 如果选用单个定量泵作为整个系统的油源 液压系统会长 时间处于大流量溢流状态 从而造成能量的大量损失 这样的设计显然是不合 理的 如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式 由双 联泵组成的油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的 工进时 大泵卸 荷 大泵出口供油压力几近于零 除采用双联泵作为油源外 也可选用限压式变量泵作油源 但限压式变 量泵结构复杂 成本高 且流量突变时液压冲击较大 工作平稳性差 最后确 定选用双联液压泵供油方案 有利于降低能耗和生产成本 如图 6 所示 图 5 双泵供油油源 3 5 5 压压力力控控制制回回路路的的选选择择 由于采用双泵供油回路 故采用液控顺序阀实现低压大流量泵卸荷 用溢流 阀调整高压小流量泵的供油压力 为了便于观察和调整压力 在液压泵的出口 处 背压阀和液压缸无杆腔进口处设测压点 将上述所选定的液压回路进行整理归并 并根据需要作必要的修改和调整 14 最后画出液压系统原理图如图7 所示 为了解决滑台快进时回油路接通油箱 无法实现液压缸差动连接的问题 必 须在回油路上串接一个液控顺序阀8 以阻止油液在快进阶段返回油箱 同 时阀 7 起背压阀的作用 考虑到这台机床用于钻孔 通孔与不通孔 加工 对位置定位精度要求较高 图中增设了一个压力继电器16 当滑台碰上死挡块后 系统压力升高 压力 继电器发出快退信号 操纵电液换向阀换向 在进油路上设有压力表开关和压力表 钻孔行程终点定位精度不高 采用 行行程开关控制即可 图 6 液压系统原理图 1 快进 15 进油路 滤油器1 双联叶片泵 2 单向阀 3 管路 5 电液动换向阀6 的 P 口到 A 口 管路 11 12 行程阀 18 管路 19 液压缸 20 左腔 回油路 液压缸20 右腔 管路 21 电液动换向阀6 的 B 口到 T 口 油路 9 单向阀 10 油路 12 行程阀 18 管路 19 液压缸 20 左腔 2 第一次工进 进油路 滤油器 1 双联叶片泵 2 单向阀 3 电液动换向阀6 的 P 口到 A 口 油路 11 调速阀 13 电磁换向阀 15 油路 19 液压缸 20 左腔 回油路 液压缸20 右腔 油路 21 电液动换向阀6 的 B 口到 T 口 管路 9 顺序阀 8 背压阀 7 油箱 3 第二 次工进 进油路 滤油器 1 双联叶片泵 2 单向阀 3 电液动换向阀6 的 P 口到 A 口 油路 11 调速阀 13 调速阀 14 油路 19 液压缸 20 左腔 回油路 液压缸20 右腔 油路 21 电液动换向阀6 的 B 口到 T 口 管路 9 顺序阀 8 背压阀 7 油箱 4 快退 进油路 滤油器 1 双联叶片泵 2 单向阀 3 油路 5 电液动换向阀6 的 P 口到 B 口 油路 21 液压缸 20 右腔 回油路 缸 20 左腔 油路 19 单向阀 17 油路 12 电液动换向阀6 的 A 口到 T 口 油箱 3 3 6 6 液液压压元元件件的的选选择择 本设计所使用液压元件均为标准液压元件 因此只需确定各液压元件的主要参 数和规格 然后根据现有的液压元件产品进行选择即可 3 3 6 6 1 1 确确定定液液压压泵泵和和电电机机规规格格 1 1 计计算算液液压压泵泵的的最最大大工工作作压压力力 由于本设计采用双泵供油方式 根据图4 液压系统的工况图 大流量液 压泵只需在快进和快退阶段向液压缸供油 因此大流量泵工作压力较低 小流 量液压泵在快速运动和工进时都向液压缸供油 而液压缸在工进时工作压力最 16 大 此时缸的输入流量较小 故泵至液压缸间的进油路压力损失 a MPp72 2 1 估取为 根据式 算得小流量泵的最高工作压力 a MPp8 0 pppp 1 1 为 1 p p 2 72 0 8 3 52 1 p p a MP 大流量泵仅在快进和快退时向液压缸供油 由工况图可知快退时液压缸的 工作压力比快进时大 取进油路压力损失为 则大流量泵的最高 a MPp5 0 工作压力为 2 p p 2 25 0 5 2 75 2 p p a MP 2 2 确确定定液液压压泵泵的的流流量量 在整个工作循环过程中 液压油源应向液压缸提供的最大流量出现在快进工 作阶段 为 25 08 L min 若整个回路中总的泄漏量按液压缸输入流量的 10 计算 则液压油源所需提供的总流量为 min59 27min08 251 1LLqp 工作进给时 液压缸所需流量约为0 785 L min 但由于要考虑溢流阀的 最小稳定溢流量3 L min 故小流量泵的供油量最少应为3 79 L min 3 3 确确定定液液压压泵泵的的规规格格 根据上述计算的液压泵的最高工作压力和流量 确定型双联叶 1 YB 片泵能够满足上述设计要求 因此 选用型双联叶片 泵 其中 小泵的排量 1 YB 为 大泵的排量为 若取液压泵的容积效率 0 9 rmLV 4 1 rmLV 32 2 v 则当泵的转速 960r min 时 小泵的输出流量为np min 456 3 9 0960104q 3 p L 小 该流量能够满足液压缸工进速度的需要 大泵的输出流量为 min 648 271000 9 096032qpL 大 双泵供油的实际输出流量为 min 104 31648 27456 3 Lqp 该流量能够满足液压缸快速动作的需求 表 3 液压泵参数 规格 元件名称 估计流量 1 minL 额定流量额定压力 MPa型号 17 1 minL 双联叶片泵 3 5 27 6 最高工作压力为 21 MPa 1 YB 4 4 电电机机的的选选择择 由于液压缸在快退时输入功率最大 这时液压泵工作压力为 2 75MPa 流量为 31 104L min 取泵的总效率 则液压泵驱动电动0 75 p 机所需的功率为 KWKW qp P p pp 9 1 75 0 60 104 3175 2 根据上述功率计算数据 此系统选取Y112M 6 型电动机 其额定功率 额定转速 2 2KWpn 940r minnn 3 3 6 6 2 2 阀阀类类元元件件和和辅辅助助元元件件的的选选择择 图 6 液压系统原理图中包括调速阀 换向阀 单项阀等阀类元件以及滤油 器 空气滤清器等辅助元件 1 阀阀类类元元件件的的选选择择 根据上述流量及压力计算结果 对图6 初步拟定的液压系统原理图中各 种阀类元件及辅助元件进行选择 其中调速阀的选择应考虑使调速阀的最小稳 定流量应小于液压缸工进所需流量 通过图6 中 4 个单向阀的额定流量是各 不相同的 因此最好选用不同规格的单向阀 图 6 中溢流阀 22 背压阀 7 和顺序阀 8 的选择可根据调定压力和流经阀 的额定流量来选择阀的型式和规格 其中溢流阀22 的作用是调定工作进给 过程中小流量液压泵的供油压力 因此该阀应选择先导式溢流阀 连接在大流 量液压泵出口处的顺序阀8 用于使大流量液压泵卸荷 因此应选择外控式 背压阀 7 的作用是实现液压缸快进和工进的切换 同时在工进过程中做背压阀 因此采用内控式顺序阀 最后本设计所选择方案如表5 所示 表中给出了各 种液压阀的型号及技术参数 18 表 4 阀类元件的选择 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12压力表开关 KF3 E3B 背压阀 1B 10B 压力继电器 DP1 63B 单向阀86 28Y 100B 顺序阀27 648XY 63B 调速阀0 785Q 6B 行程阀48 622C 100BH 单向阀3 456I 10B 三位五通电液动换向阀86 2835DY 100BY 3 456Y 10B溢流阀 单向阀27 648I 63B 元件名称最大通过流量 L min 型号 31 104YB1 4 32双联叶片泵 2 2 过过滤滤器器的的选选择择 取过滤器的流量为泵流量的2 5 倍 由于所设计的组合机床液压系统为 普通的液压传动系统 对油液的过滤精度要求不高 故有 min 80min 5 2325 2qqLL 泵入过滤器 因此系统选取通用型WU 系列网式吸油过滤器 参数如表5 所示 表 5 通用型 WU 系列网式吸油中过滤器参数 尺寸 型号 通径 mm 公称流量 minL 过滤精度 m M d HD1 d WU 100 100 J 3210010042 2M 153 82 3 3 空空气气滤滤清清器器的的选选择择 min64min3222qLLqp 过滤器 选用 EF 系列液压空气滤清器 其主要参数如表6 所示 19 表 6 液压空气滤清器 参数 型号 过 滤 注 油 口 径 mm 注油 流量 L mi n 空气 流量 L mi n 油过 滤面 积 L mi n A mm B mm a mm b mm c mm 四 只 螺 钉 均 布 mm 空 气 过 滤 精 度 mm 油 过 滤 精 度 m E 32 2 F 321410512010050 4 7 5 9 6 4 M5 8 0 2 79 125 注 液压油过滤精度可以根据用户的要求进行调节 4 液液压压工工作作介介质质的的选选择择 考虑到液压系统内部的需要及工作环境的需求 选用矿油型液压油 根据液 压系统的最高工作压力及使用温度 选用普通液压油 工作介质污染的来源 系统内部残留 系统外界侵入 系统内部生成 控制措施 制造液压元辅件及油路块要加强工序之间的清洗 去毛刺 防止 零件落地 磕碰 装配前要认真清洗零件 存放油液的器具要放置在凉爽干燥 处 系统漏油未经沉淀不得返回油箱 在系统的适当部位设置具有一定过滤精 度和一定容量的过滤器 3 6 3 油油管管的的选选择择 1 管路 管接头的选择 管件包括管道和管接头 液压系统中元件与元件之间的连接 液压能量的输 送是借助于硬管 软管 油路块及连接板中的流道来实现的 本设计系统中采 用精密无缝钢管 GB T3639 1983 因其能承受高压 价格低廉 耐油 抗 腐蚀 刚性好 卡套式管接头适用于油 气及一般腐蚀性介质的管路系统 这 种管接头结构简单 性能良好 重量轻 体积小 使用方便 不用焊接 是液 压系统中较为理想的管路连接件 因此钢管的接头采用卡套式锥螺纹直通管接 头按 GB T 3734 1 1983 选取 这些钢管均要求在退火状态下使用 管道连 接采用 55 非密封管螺纹 液压元件及其连接板油口主要使用米制螺纹中的 20 普通细牙螺纹 M 和米制锥螺纹 ZM 细牙螺纹的密封性好 常用于高 压系统 但需采用组合垫圈或O 型密封圈进行端面密封 2 确定油管的内径 油管的管径不宜选得过大 以免使液压装置的结构庞大 但也不能选得过小 以免是管内液体流速加大 系统压力损失加大或产生振动和噪音 影响正常工 作 在强度保证的情况下 管壁可尽量选的薄些 薄璧易于弯曲 规格较多 装接较易 采用它可减少管系接头数目 有利于解决系统的泄漏问题 液压系 统中的泄漏问题大部分出现在管系中的接头上 为此对接头形式的确定 管系 的设计及管道的安装应具体考虑 图 6 中各元件间连接管道的规格可根据元件接口处尺寸来决定 液压缸进 出油管的规格可按照输入 排出油液的最大流量进行计算 由于液压泵具体选 定之后液压缸在各个阶段的进 出流量已与原定数值不同 所以应对液压缸进 油和出油连接管路重新进行计算 如表7 所示 表 7 液压缸的进 出油流量和运动速度 流量 速 度 快进工进快退 输入流量 1 minL 6 48 2 50 104 31 5 78 2111 AAqAq p 0 785 104 31 1 p qq 排出流量 1 minL 52 17 5 78 6 483 28 1122 AqAq 283 0 5 78 785 0 3 28 1122 AqAq 28 86 3 28 104 315 78 2112 AqAq 运动速度 m s 1 0 10 2 5060 10 648 27456 3 4 3 1 21 A qq v pp 3 4 3 1 2 1067 1 6010 5 78 10785 0 q A v 进 sm A q v 18 0 10 3 2860 10104 31 4 3 2 3 进 根据表 8 中数值 当油液在压力管中流速取3m s 时 可算得与液压缸 21 无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为 取 25mm v q d71 24 6010314 3 1028 8644 3 6 1 mm 取 15mm v q d84 14 6010314 3 10104 3144 3 6 2 mm 上述油管的最大内径为25mm 外径取为 34mm 油箱上吸油管尺寸可根据 液压泵流量和管中允许的最大流速进行计算 表 2 2 min 56 34min 9 0 104 31 LL q q v p 泵入 允许流速的推荐值 液体流经的管道推荐速度 m s 液压泵吸油管道0 5 1 5 一般常取 1 m s 液压系统压油管 道 3 6 压力高 管道短 粘性小 取最 大值 液压系统回油管 道 1 5 2 6 取吸油管中油液的流速为1m s 可得 mmm v q d28 601 1066 3644 3 泵入 3 6 4 油油箱箱的的设设计计 1 油箱的容量设计 油箱的作用主要是储备油 此外 因为油箱有一定的表面积 能够散发油液工作时 产生的热量 同时还具有沉淀油液中的污物 使渗入油液中的空气逸出 分离水分的 作用 有时它还兼作液压元件和阀块的安装台等功能 本课题设计的油箱为分离式油 箱 单独设计 与主机分开 减少油箱的发热和液压系统振动对主机工作精度的影响 油箱的有效容积及尺寸的确定 油箱有效容量一般为泵每分钟流量的 3 7 倍 对于行走机械 冷却效果比较好的设备 22 油箱的容量可选择小些 对于固定设备 空间 面积不受限制的设备 则应采用较大 的容量 油箱中油液温度一般推荐 30 50 液压油箱有效容积 V 的确定 其主要依 据就是保证泵有足够的流量 又因为设备停止后 设备中的那部分油液会因为重力作 用而流回油箱 为防止液压油液从油箱中溢出 油箱中的液压油位不能太高 一般不 应超过液压油箱高度的 80 计算公式 V p q 式中 V 油箱的有效容积 m3 经验系数 见表 2 3 Qp 液压泵的流量 m3 min 表 2 3 经验系数 已知 Qp 3 14 10 2 m3 min 取 经验系数 6 所以 V 6 4 32 L 216L p q 按 JB T7938 1999 规定 取标准值V 250L 取油箱内长 宽 高比例为 3 2 1 可得 1 l 1 b 1 h mml1040 1 mmb694 1 mmh347 1 对于分离式油箱 采用普通钢板焊接 油箱箱壁厚3mm 箱底厚 5mm 箱盖上要安装其他液压元件 取箱盖厚10mm 为了便于散热和便于对油箱 进行搬移及维护保养 取箱底离地的距离为160mm 因此 油箱基体的总 长总宽总高为 mmmml1046 321040 mmmmb700 32694 mmmmh522 160534710 系数类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械 1 22 45 76 12 10 23 为了便于油箱清洗和油液更换 取油箱底面倾斜角度为2 隔板尺寸的确定 为了延长油液在油箱中逗留的时间 促进油液在油箱中的环流 促使更多的 油液在系统中的循环 油箱中应采用隔板把回油区与吸油区隔开 隔板高度取 为箱内油面高度的3 4 mmhh260 4 3 347 4 3 1 隔板 隔板的厚度与箱壁厚度相同 取为3mm 3 7 液液压压系系统统性性能能的的验验算算 3 7 1 估估算算系系统统的的效效率率 本液压系统的进给缸在其工作循环持续时间中 快速进退仅占2 8 而工作进给达到97 2 所以系统效率 发热和温升可概括用工进时的数值来 代表 由于本系统比较简单 压力损失验算可以忽略 液压泵工作压力的估算 小流量泵 在工进时的工作压力等于液压缸工作腔压力加上进油路上 1 p 的压力损失及压力继电器比