沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學目 錄1.工況分析.2.繪制液壓缸的負載圖和速度圖.3.擬訂液壓系統(tǒng)原理圖四.確定執(zhí)行元件主要參數(shù).5. 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號六驗算液壓系統(tǒng)性能.七 . 參考書目沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學一．工況分析液壓缸負載主要包括：切削阻力，慣性阻力，重力等 ，即 F= FW+Ff+ Fm式中：F W——工作負載，對于金屬切削機床來說，即為活塞運動方向的切削力FW =12000NFf——導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導軌 Ff 可由下式求得：）Ff=f（G+Fn ）G——運動部件重力Fn——垂直于導軌的工作負載，為零f ——導軌摩擦系數(shù)，靜摩擦系數(shù)為 0.2，動摩擦系數(shù)為 0.1Ffs= 20000×0.2=4000 NFfd =20000×0.1=2000 NFm——運動部件速度變化時的慣性負載；Fm= G·Δv/（g·Δt）式中，g——重力加速度；Δt——加速或減速時間，Δt=0.2s；Δv——Δt 時間內的進度變化量。Fm= G·Δv/（g·Δt）=20000×5/（9.8×0.2×60）=850N根據(jù)以上分析，計算出液壓缸各動作中的負載表 1：（單位：N ，取 =0.9）m?沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學表 1 液壓缸負載表二．繪制液壓缸的負載圖和速度圖根據(jù)上表數(shù)值，繪制出液壓缸的負載循環(huán)圖如圖 1 所示：根據(jù)任務書技術參數(shù)和設計要求，繪制速度循環(huán)圖如圖 2 所示：工況 負載組成 負載值 F 液壓缸推力 =F/'m?啟動 =Ffs4000 4444加速 = +fdm2850 3167快進 = f 2000 2222工進 = +FWFfd14000 15556反向啟動 = fs4000 4444反向加速 = +fdm2850 3167快退 =Ff 2000 2222沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學三 .擬訂液壓系統(tǒng)原理圖1.確定供油方式：由設計要求可知，工進時負載大速度較低，而快進、快退時負載較小，速度較高。為節(jié)約能源減少發(fā)熱。油源宜采用雙泵供油或變量泵供油。選用雙泵供油方式，在快進、快退時，雙泵同時向系統(tǒng)供油，當轉為共進時，大流量泵通過順序閥卸荷，小流量泵單獨向系統(tǒng)供油，小泵的供油壓力由溢流閥來調定。若采用限壓變量泵葉片泵油源，此油源無溢流損失，一般可不裝溢流閥，但有時為了保證液壓安全，仍可在泵的出口處并聯(lián)一個溢流閥起安全作用?，F(xiàn)采用壓力反饋的限壓式變量葉片泵。2.調速方式的選擇：在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度控制一般采用節(jié)流閥或調速閥。根據(jù)鉆鏜類專用機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求特點，決定采用限壓式變量泵和調速閥組成的容積節(jié)流閥組成的容積節(jié)流調速。這種調速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點并且調速閥裝在回路上，具有承受負切削力的能力。3.速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結構簡單、調節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)型較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。4.換向回路的選擇由速度圖可知，快進時流量不大，運動部件的重量也較小，在換向方面又無特殊要求，所以可選擇電磁閥控制的換向回路。5.液壓基本回路的組成將已選擇的液壓回路，組成符合設計要求的液壓系統(tǒng)并繪制液壓系統(tǒng)原理圖。此原理圖除應用了回路原有的元件外，又增加了液壓順序閥和單向閥等，其目的是防止回路間干擾及連鎖反應。液壓系統(tǒng)原理圖如圖 3 所示：沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學圖 3 液壓系統(tǒng)原理圖1、濾油器 2、雙聯(lián)葉片泵 3、外控順序閥 4、單向閥 5、溢流閥 6、電液換向閥 7、單向行程調速閥 8、壓力繼電器 9、主液壓缸 10、二位三通電磁換向閥 11、背壓閥 12、二位二通換向閥根據(jù)原理圖中進行簡要分析：A、快進：1YA 通電，電液換向閥左位工作， 大泵→單向閥 5→→電液換向閥 7→行程閥 14→主液壓缸無桿腔小泵 2→單向閥 5→→電液換向閥 7→行程閥 14→主液壓缸無桿腔 液壓缸有桿腔→電磁閥 11→電液換向閥 7→單向行程調速閥 8→油箱（差動換接）B：工進： 3YA 通電，切斷差動油路，快進行程到位，擋鐵壓下行程閥 8，切斷快進油路，3YA 通電，切斷差動油路，快進轉工進，液壓系統(tǒng)工作壓力升高到溢流閥 5 調定壓力，進油路高壓油切斷單向閥 5 供油路,打開外控順序閥 4，大泵卸荷，接通經背壓閥 12 通油箱油路。大泵→外控順序閥 4（卸荷閥）→油箱（大泵卸荷）小泵 2→→電液換向閥 7→單向行程調速閥 8→主液壓缸無桿腔主液壓缸有桿腔→電磁閥 11→電液換向閥 7→背壓閥 12→油箱C、快退：1YA 斷電，2YA、3YA、4YA 通電工進結束，液壓缸碰上死擋鐵，壓力升高到壓力繼電器調定壓力，壓力繼電器發(fā)出信息，1YA 斷電，2YA、3YA、4YA 通電沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學大泵→單向閥 5→電液換向閥 7→電磁閥 11→主液壓缸有桿腔小泵 2→單向閥 5→電液換向閥 7→電磁閥 11→主液壓缸有桿腔主液壓缸無桿腔→單向行程調速閥 8→電液換向閥 7→電磁閥 13→油箱小泵 2→單向行程調速閥 8→電液換向閥 7→電磁閥 13→油箱 主液壓缸無桿腔快退到位碰行程開關，行程開關發(fā)信，6YA 通電。電磁鐵動作順序表如表 2 所示： 動 作 1YA 2YA 3YA 4YA快 進 ＋ — — —工 進 ＋ — ＋ —快 退 — ＋ — —停 止 — — — —表 2 電磁鐵動作順序表四．確定執(zhí)行元件主要參數(shù)1．工作壓力的確定工作壓力可根據(jù)負載大小及設備類型來初步確定，見表 1，根據(jù)工進負載FI=14000N,選 PI=4MPa。為防止加工結束動力頭突然前沖, 設回油有背壓閥或調速閥，取背壓 P2=0.8 MPa。2．確定液壓缸的內徑 D 和活塞桿直徑 d取液壓缸無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的 2 倍F=P1A1- P2A2= A1（P 1- P2 A2/ A1）快進速度 V=0.1m/s，工進速度 V=0.4*10 m/s,相差很大,應進行差動換接,取 k= A2/ 4A1=0.5,則： 87.90).24(1.356)(421 ????????FD根據(jù)液壓缸尺寸系列表，取液壓缸筒標準值：D=90mm 根據(jù)液壓缸快進快退速度相近，取 d/D=0.7，則活塞桿直徑 d=0.7×90mm=63mm，按活塞桿系列表取 d=63mm。根據(jù)已取缸徑和活塞竿內徑，計算出液壓缸實際有效工作面積，無竿腔面積 A1和有竿腔面積 A2 分別為 22163594mDA??21)(d?液壓缸的實際計算工作壓力為： MPaFP.209.432????則實際選取的工作壓力 P=4MP 滿足要求按最低工作速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學23mini 1.604.105. cmvQ?????由于 A ,所以能滿足最小穩(wěn)定速度的要求ini3. 計算在各工作階段液壓缸所需的流量 in)/(7.184/603.14/d22 Lv???快 進快 進 ?min)(5minmin LDQ工 進工 進/.7/ax2axv工 進工 進i)(194)d???快 退快 退 （?4. 計算液壓缸各運動階段的壓力，流量和功率根據(jù)上述所確定的液壓缸的內徑 D 和活塞桿直徑 d，以及差動快進時的壓力損失時 ΔP=0.5MPa，工進時的背壓力 ΔP=0.8MPa 快退時 ΔP=0.5MPa ，則可以計算出液壓缸各工作階段的壓力，流量和功率。如表 3 所示：工作循環(huán) 計算公式液壓缸推力 F進油壓力Pj所需流量 Q 輸入功率 P差動快進Pj=(F+△p A 2)/（A 1-A2）Q=v*（A 1-A2）P= Pj*Q2222N 1.23MPa 18.7L/min 0.38Kw工進Pj=(F+ΔPA 2)/A1Q=v* A1P= Pj*Q15556N 2.85MPa0.153L/min7.63L/minkw07.min?P36ax快退Pj=(F+Δ PA1)/ A2Q=v* A2P= Pj*Q2222N 1.23MPa 19.5L/min 0.4Kw表 3 各工況下的主要參數(shù)值液壓工況圖如 4 所示：沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學五. 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率及型號1．計算液壓泵的壓力由于本設計采用雙泵供油方式，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工況圖，大流量液壓泵只需在快進和快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運動和工進時都向液壓缸供油，而液壓缸在工進時工作壓力最大，因此對大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力分別進行計算。根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。對于調速閥進口節(jié)流調速回路，選取進油路上的總壓力損失 ，p0.8MPa???同時考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓力繼電器動作壓力與最大工作壓力的壓差為0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力可估算為 ??PaMp 15.4.085.2Pamax1 ?????繼 電 器損大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，快退時液壓缸中的工作壓力比快進時大，如取進油路上的壓力損失為 0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力為：??aap733112損2．計算液壓泵的流量液壓泵的最大流量 q 泵應為：Qp≥KL(∑Q)max式中：Qp----液壓泵的最大流量；(∑ Q)max----同時動作各液壓缸所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚需加 1 溢流閥的最小流量 2～3L/min；KL----系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取 KL=1.1～1.3，現(xiàn)取 KL=1.2Qp-=KL(∑Q)max=1.2 ×19.5=23.4(L/min)沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學3．選擇液壓泵規(guī)格 根據(jù) P 額 、P 泵 值查閱有關手冊，選取 PV2R12?6/33 型雙聯(lián)葉片泵，其中小泵的排量為 6mL/r，大泵的排量為 33mL/r，若取液壓泵的容積效率 =0.9，則當泵的轉速v?=940r/min 時，小泵的輸出流量為npQp 小 =6?940?0.9/1000=5.076 L/min該流量能夠滿足液壓缸工進速度的需要。大泵的輸出流量為Qp 大 =33?940?0.9/1000=27.918 L/min雙泵供油的實際輸出流量為 ????min94.32in109.436LLp ????該流量能夠滿足液壓缸快速動作的需要。4．選定與液壓泵匹配的電動機差動快進，快退時的兩個泵同時向系統(tǒng)供油；工進時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載?？爝M時，小泵的出口壓力損失 0.45MPa，大泵出口損失 0.15MPa。小泵出口壓力=4.6MPa1p大泵出口壓力=1.88MPa2p電動機功率( =0.5)?= Qp 小 / + Qp 大 / =0.89Kw12快進時所需的功率最大。根據(jù)查樣本選用 Y90L-6 異步電動機，電動機功率 1.1Kw。額定轉速 910r/min5.閥類元件及輔助元件的選擇（1）閥類元件的選擇根據(jù)上述流量及壓力計算結果，對圖 7 初步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖中各種閥類元件及輔助元件進行選擇。沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學表 4 液壓元件型號及規(guī)格（2）油管尺寸油管內徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可以按管路允許流速進行計算，流量 q=65L/min，壓油管的允許流速取 v=4m/s則壓油管內徑 d 為：d=2 =19mm vq/?可選內徑為 d=20mm 的油管。流量 q=32 L/min，吸油管的允許流速取 v=3m/s則吸油管內徑 d 為：d=2 =15mvq/?可選內徑為 d=15mm 的油管。關于定位夾緊油路的管徑，可按元件接口尺寸選擇。6．油箱容量的確定該方案為中壓系統(tǒng)，液壓油箱的有效容量按泵的流量 5～7 倍來確定，油箱的容量V 為:V=(5～7) Qp=(5～7) ×32.994=(165～231)L按 GB2876-81 規(guī)定，且考慮散熱因素，取靠近的標準值 V=250L。六 .驗算液壓系統(tǒng)性能1．回路壓力損失驗算主要驗算液壓缸在各運動階段中的壓力損失。若驗算后與原估算值相差較大，就要進行修改。壓力算出后，可以確定液壓泵各運動階段的輸出壓力機某些元件調整壓力的參考值。具體計算可將液壓系統(tǒng)按工作階段進行，例如快進，工進，快退等，按這些階段，將管路劃規(guī)格元件名稱額定流量 1/minL?型號外控順序閥 4.875 XY-F10D-P/O(P1)-1單向閥 4.875 AF3-Ea10B溢流閥 3.375 YF3-10B電液換向閥 80 D(E)YF3單向行程調速閥 9.75 AQF3-E10B二位三通電磁換向閥 25 23EF3-E10B背壓閥 25 FBF3-6B二位二通換向閥 8.21 22EF3-E10B濾油器 11.47 XLX-06-80沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學分成各條油流進液壓缸，而后液壓油從液壓缸流回油箱的路線的管路，則每條管路的壓力損失可由下式計算： ??12APPPP 閥 回局 回沿 回閥 進局 進沿 進 ????????????式中： ——某工作階段總的壓力損失；——液壓油沿等徑直管進入液壓缸沿程壓力損失值之和；沿 進——液壓油沿等徑直管從液壓缸流回油箱的沿程壓力損失值之和；沿 回P??——液壓油進入液壓缸所經過液壓閥以外的各局部的壓力損失值之總和，例如局 進液壓油流進彎頭，變徑等；——液壓油從液壓缸流回油箱所經過的除液壓閥之外的各個局部壓力損失之總局 回?和；——液壓油進入液壓缸時所經過各閥類元件的局部壓力損失總和；閥 進P?——液壓油從液壓缸流回油箱所經過各閥類元件局部壓力損失總和；閥 回?——液壓油進入液壓缸時液壓缸的面積；1A——液壓油流回油箱時液壓缸的面積。2和 的計算方法是先用雷諾數(shù)判別流態(tài)，然后用相應的壓力損失公式來計算，沿 進P??沿 回計算時必須事先知道管長 L 及管內徑 d，由于管長要在液壓配管設計好后才能確定。所以下面只能假設一個數(shù)值進行計算。和 是指管路彎管、變徑接頭等，局部壓力損失 可按下式：局 進 局 回 局P?2vP????局式中 ——局部阻力系數(shù)（可由有關液壓傳動設計手冊查得） ；?——液壓油的密度?——液壓油的平均速度v此項計算也要在配管裝置設計好后才能進行。及 是各閥的局部壓力損失 ，可按下列公式：閥 進P??閥 回 閥P?沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學2????????閥閥閥 qP式中 ——液壓閥產品樣本上列出的額定流量時局部壓力損失；閥P?q ——通過液壓閥的實際流量；——通過液壓閥的額定流量。閥另外若用差動連接快進時，管路總的壓力損失 應按下式計算：P????21APBCDBCA??????式中 ——AB 段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失；ABP?——BC 段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失；C——BD 段總的壓力損失，它包括沿程、局部及控制閥的壓力損失；BD——大腔液壓缸面積；1A——小腔液壓缸面積。2現(xiàn)已知該液壓系統(tǒng)的進、回油管長度均為 1m，吸油管內徑為 ，壓油管內徑為m13??，局部壓力損失按 進行估算，選用 L-HL32 液壓油，其油溫為 時m1?? 沿局 P??5.0 C?15的運動粘度 ，油的密度 。sc25.?392kg?液壓泵在各階段的輸出壓力，是限壓變量葉片泵和順序閥調壓時的參考數(shù)據(jù)，在調壓時應當符合下面要求： 泵 工 進閥泵 快 P??泵 工 進增泵 快其中 ——限定壓力增——快進時泵的壓力泵 快P——順序閥調定壓力閥——工進時泵的壓力泵 工 進從上述驗算表明，無須修改原設計。（1）液壓回路的效率沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學在各工作階段中，工進所占的時間較長。所以液壓回路的效率按工進時為計算。η 回 =p 缸 q 缸 /p 泵 q 泵=3.56×106×0.26/(4.47×106×0.26)=0.8（1）液壓回路的效率在各工作階段中，工進所占的時間較長。所以液壓回路的效率按工進時為計算。η 回=p 缸 q 缸/p 泵 q 泵=3.56×106×0.26/(4.47×106×0.26)=0.82．液壓系統(tǒng)的溫升驗算在整個循環(huán)中，由于工進階段所占時間最長，所以考慮工進時的溫升。另外，變量葉片泵隨著壓力的增加，泄漏也增加，功率損失出增加，效率也很低。此時泵的效率 p 缸=4.47 ×106Pa 則有： P 泵入 = P 泵出/η 回= p 泵 q 泵/η 回=4.47×106×0.26/0.031=0.375KWH 發(fā)熱= P 泵入（1- η 系統(tǒng)）= P 泵入（1-η 泵 η 回 η 缸）=3.75×（ 1-0.031×0.80×0.9）=0.367 KW式中 P 泵入—泵的輸入功率P 泵出—泵的輸出功率H 發(fā)熱—單位時間進入液壓系統(tǒng)的熱量 （KW）本系統(tǒng)取油箱容積 V=180L ,油箱三邊尺寸比例在 1:1:1～1:2:3 之間，則油液溫升ΔT 為：ΔT= H 發(fā)熱×103/V2/3=0.25×103/1802/3=11.5.C通常液壓機床取 ΔT=25.C～30.C ，可以看出，此溫升沒有超出允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設置冷卻裝置。沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學七 . 參考書目文獻[1] 左建民．液壓與氣壓傳動. 機械工業(yè)出版社 文獻[2] 機械零件設計手冊，冶金工業(yè)出版社沈 陽 理 工 大 學 課 程 設 計 專 用 紙№沈 陽 理 工 大 學