第九章液压系统设计计算(流体传动).ppt

1、重庆大学机械工程学院，讲师：刘真君博士，副教授，流体传动与控制，2010年4月，2，第9章，液压与气动系统设计计算，1。定义设计要求，分析工作条件，3。绘制液压系统示意图，4。液压元件的计算、选择和设计。绘制工作图纸，编制技术文件。液压系统主要参数的初步确定。液压系统是主机的辅助部件。首先，在设计中应明确主机对液压系统的要求，包括：1)主机的动作要求，主机的哪些动作需要通过液压传动来实现，这些动作之间是否有联系，是否完成一定的自动循环等。主机可能对液压系统提出许多要求，设计人员应在了解主机的用途、工作过程和总体布局的基础上分析这些要求。9.1液压系统的设计计算、用途、工艺、主机总布置、液压传动

2、装置的位置和空间尺寸要求。1设计要求，4，2)性能要求，主机的力和运动要求。每个致动器必须有关于力和速度、速度调节范围、速度稳定性、循环时间等的清晰数据。高精度、高生产率、高自动化的现代机械不仅要求液压系统具有良好的静态指标，而且要求其具有动态指标。9.1液压系统的设计和计算、3)液压系统的工作环境、工作环境的温度和湿度、污染和振动影响、是否存在腐蚀性和易燃性物质、5.9.1液压系统的设计要求、4)其他要求，如对液压装置重量和整体尺寸的限制、对经济性和能耗的要求等。2.工况分析，分析主机在工作过程中转速和负荷的变化规律，即运动分析和负荷分析。对于复杂的机器，需要绘制速度循环图和负载循环图，但是

3、对于简单的系统，不需要绘制就可以找到最大负载和最大速度点。实际上，工况分析是为了进一步阐明主机的性能要求。6，1)运动分析，根据工作要求，主机各执行元件在一个完整的工作循环中各阶段的速度用图表表示。一般用速度-时间(vt)或速度-位移(vs)曲线表示，称为速度循环图。9.1液压系统的设计与计算，速度与位移曲线，动力滑台的工作循环，7.2)载荷分析，根据工况要求，各阶段执行机构需要克服的载荷用图表示。一般用荷载时间(Ft)或荷载位移(Fs)曲线来表示，称为荷载循环图。(1)液压缸的载荷分析，液压缸需要克服的外载荷功率是：9.1液压系统的设计与计算，fl=f ff fa，8，a .工作载荷f，不同

4、机器的工作载荷形式不同。对于金属切削机床，作用在运动部件运动方向上的切削力是工作载荷；对于起重机械来说，其重物的重量就是工作负荷。工作量可以是恒定的，也可以是可变的；它可以是正负载或负负载。9.1液压系统的设计和计算，b .摩擦阻力载荷Ff，指主机执行机构在运动时需要克服的轴承表面上的摩擦力。FF=NII公式中镍作用在轴承表面上的法向力；轴承表面的摩擦系数。惯性负载Fa，指的是启动或制动运动部件过程中的惯性力。它可以根据牛顿第二定律计算出来：法=米阿=(克/克)。(v/t)液压缸运动时，还需要克服密封装置的摩擦阻力，这与密封形式、液压缸的制造质量和工作压力有关。9.1液压系统的设计和计算，以及

5、10。在计算出工作循环中各阶段的外部载荷后，可以绘制载荷循环图。9.1液压系统的设计和计算，d .负载循环图，11，(2)液压马达的负载分析，液压马达要克服的外部负载是：将M个工作负载转换为液压马达的扭矩，单位为ML=M Mf Ms这9.1液压系统的设计与计算，12.1)工作压力的选择，这关系到所设计的系统是否经济合理。如果工作压力低，则要求执行机构的容量大，即尺寸和重量大，系统所需的流量也大；如果压力过高，部件的制造精度以及系统的使用和维护将会提高，容积效率将会降低。3、系统主要参数，一般根据机械的类型来选择工作压力。9.1液压系统的设计和计算，13.2)液压缸有效面积的确定。当工作速度很低

6、时，根据上述公式计算的工作面积可能不满足最小稳定速度的要求，因此应根据最小移动速度进行检查，即液压缸的有效工作面积应满足以下公式：9.1液压系统的设计和计算，从满足负载力的要求出发，A=FL/p，AQmin/vmin，14，3)液压马达排量的确定，如有必要， 还应根据最低速度要求进行检查，即9.1液压系统的设计和计算，从满足负载扭矩要求开始，q=2 ML/p. Mm，qQmin /nmin，15，4。 绘制液压执行机构的工况图，工况图应包括压力循环图、流量循环图和功率。根据负载循环图，将各级负载除以液压缸的面积或液压马达的容量即可得到流量循环图。根据N=pQ，可以画出功率循环图。9.1液压系统

7、的设计和计算，16。工况图的功能如下：(1)最大压力点、最大流量点和最大功率点容易找到。(2)合理选择系统主电路具有指导意义。9.1液压系统设计计算，17.1执行机构类型，2调速方案，3控制方案，4系统安全可靠性，5节能，6其它，9.2液压系统原理图绘制，18.1执行机构、液压缸或液压马达类型，9.2液压系统原理图绘制，2调速方案，根据调速范围、功率、低速稳定性、允许温升和投资。19和3控制方案主要根据主机工艺要求确定。根据不同控制方法设计的系统的简化程度可能有很大差异。9.2绘制液压系统原理图，4系统的安全性和可靠性，在绘制液压系统图时要充分注意系统的安全性和可靠性。为了防止过载，安全阀是必

8、不可少的。为了避免在系统压力损失的情况下，垂直运动部件自由下落，通常的措施是在回油回路中增加平衡阀或液控单向阀。除了平衡回路之外，用于起重机的液压马达还具有机械制动装置，以确保安全。当一个泵移动两个以上的致动器时，在系统设计中应防止相互干扰。在该系统中合理布置滤油器是其长期工作的重要保证。20，5节能，虽然容积调速可以降低能耗，但双泵供油和增加蓄能器也可以达到相当好的效果。为了降低能耗，有时需要增加一些投资，但考虑到长期运行的成本和社会效益，这样做仍然是可取的。9.2绘制液压系统原理图，6其他，如尽量采用标准部件，以缩短设计制造周期，降低成本。21，1选择液压泵，2选择控制阀，3选择液压附件，

9、9.3计算和选择液压部件，22，1选择液压泵，1)计算液压泵的工作压力，它是执行器工作压力和管道压力损失的总和。对于两个腔室工作面积相等的液压马达或液压缸，有：螺杆泵型螺杆泵的工作压力；p液压缸或液压马达的工作压力，因为执行机构的回油腔内总是有压力，实际上，p是压差；p油流经管道和阀门时的总压力损失。9.3计算和选择液压部件，23。各种阀门在额定流量下的压力损失可以通过产品样本找到。当真正的flo9.3计算和选择液压元件；2)计算泵流量。对于节流调速系统，如果最大流量点处于调速状态，溢流阀的最小溢流应加到泵的供油中。当系统中有蓄能器时，泵的流量是根据一个工作循环的平均流量来选择的，即QpK(Q

10、)max、Qp(K/T)。Qi ti，24，3)选择液压泵的规格，参照产品样品选择额定压力比p高2560%且流量与上述计算结果一致的液压泵。9.3计算并选择液压元件，4)计算功率并选择原动机，(1)根据工作循环中的最高功率点进行选择，即公式中N个原动机的功率N=(PSqp)max/p；(PSP)最大泵压力和流量乘积的最大值；泵的总效率。齿轮泵为0.600.75，柱塞泵为0.800.85。如果驱动泵的原动机是电动机，并且泵的功率在一个周期内变化很大，并且最高功率点的持续时间很短，则根据前一公式的计算结果选择电动机是不经济的。在这种情况下，可以根据电机的允许加热来选择电功率。首先，计算循环中每个阶

11、段所需的功率，即n1=p1q1/p1n2=p2q2/p2，nn=pnqn/pn，9.3。计算并选择液压元件，则电机功率为n=(n1 t1 N2 TNT TN)/(t1t 2tn)1/2。比较两个公式的计算结果，如果最大功率在电机的过载能力范围内，可以根据第二个公式选择电机。26，2选择控制阀通常要求控制阀的额定压力和额定流量大于系统的最大工作压力和通过阀门的最大流量。必要时，流量可略大于阀门的额定流量，但一般不超过20%，以免压力损失过大，造成油发热、噪音等性能恶化。流量阀应根据系统中的流量调节范围进行选择，其最小稳定流量应满足机器性能的要求。9.3计算和选择液压部件，27.3选择液压附件，可

12、以根据第5章中的相关原则选择机油滤清器、蓄能器和管接头。通过使管道和管接头的尺寸与阀门的尺寸一致，可以很容易地选择管道和管接头。油箱兼具储油和散热功能，因此必须有足够的容积和散热面积。油箱容积的推荐值如下：p6.3mpa(低压系统)，v=(612) qp，9.3液压元件的计算和选择，28.1。绘制工作图，包括：9.4绘制工作图和编制技术文件，1)在液压系统图纸上标明各部件的规格、型号和压力调整值，绘制执行机构完成的工作循环图，并列出相应的电磁铁，2)部件集成块装配图通常将一些控制部件与板组合在一起，称为集成板。液压零件厂生产能够完成各种功能的集成模块。设计人员只需选择和绘制集成模块的装配图。如

13、果没有合适的集成可供选择，它需要特殊的设计。29，3)泵站装配图泵、驱动泵的电机和油箱装配在一起，形成一个独立的液压源，称为泵站。小型泵站有标准化产品，但大中型泵站往往需要单独设计，需要绘制装配图和零件图。4)液压缸及其他特殊零件装配图的零件图。5)管道组装图一般只需画一张示意图来说明管道走向，但应注明管道尺寸、接头规格和组装技术要求。6)电气电路图，9.4绘制工作图纸和编制技术文件，30.2绘制工作图纸和9.4编制技术文件。技术文件一般包括液压系统设计和计算规范、系统工作原理、液压系统操作和维护技术规范，系统的一些性能需要在设计和计算书中进行检查。零件清单和标准零件、一般零件和采购零件清单。

14、31，9.5对于exa导轨中心线方向的最大切削力估计为12000牛顿，移动的总重量估计为15000牛顿。工作进给要求在0.021.2分钟范围内无级调速，快速进退速度等于4毫米。试设计液压传动系统。32、1双头车床的外形图确定了液压系统的工作要求，根据加工要求，刀具旋转是通过机械传动实现的；主轴头沿导轨中心线的“快进、一工、快退、停止”工作循环是通过液压传动实现的。因此，建议选择液压缸作为执行机构。考虑到车削进给系统的传动功率不大，要求低速稳定性，粗加工时负载变化较大，建议选择由调速阀和变量泵组成的容积节流调速方式。为了自动实现上述工作循环，保证零件有一定的加工长度，建议采用行程开关和电磁换向阀

15、实现顺序动作。9.5液压系统设计示例，33，该系统同时驱动两个转动头，且动作周期完全相同。为了保证快速进退速度相等，降低液压泵的流量规格，提出了差动连接回路。在行程控制中，当从快进切换到前进工作时，使用电机滑阀。使速度转换平稳，工作安全可靠。工作结束时。按下电动行程开关返回。迅速退到终点线，按下电动行程开关，停止运动。在快进换档后，由于系统压力上升，遥控顺序阀打开，油通过背压阀返回油箱，因此系统不再处于差动连接。背压阀放在这里是为了使工作时运动平稳，变量泵由于系统压力的增加而自动减少输出流量。2.9.5绘制液压系统工作原理图。液压系统设计示例，34。两个旋转头可以分别调节。要调整一个，另一个应

16、该停止，三位五通阀应该在中间位置。通过分别调节两个速度调节阀可以获得不同的进给速度。同时，可以使两个旋转头具有较高的同步精度。双头车床液压系统工作原理图，9.5液压系统设计实例，35，3液压元件的计算和选择，1)液压缸的计算，液压缸总机械负荷的计算，根据机构的工作情况，液压缸的应力如图所示。液压缸的力图，工作载荷：N，液压缸要移动的载荷的总重量：N，(1)工作载荷和惯性载荷的计算，9.5液压系统的设计实例，36，选择工作过程中速度的最大变化：m/s，并根据具体情况选择：s(其范围通常为0.01- 0.5s)，则惯性力为30。如果选择中压液压缸，密封结构为Y型密封，根据数据推荐，当量压力为MPa，液压缸进油腔有效工作面积初步估算为mm，则密封力为：9.5液压系统设计例，37，启动时，(N)，移动时，