液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算第一頁(yè)，共37頁(yè)。教學(xué)要求掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(fāngfǎ)熟悉液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熟悉液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第二頁(yè)，共37頁(yè)。重點(diǎn)難點(diǎn)熟悉(shúxī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第三頁(yè)，共37頁(yè)。本章(běnzhānɡ)目錄第二節(jié)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(shèjì)第一節(jié)概述(ɡàishù)第三節(jié)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算舉例第四頁(yè)，共37頁(yè)。液壓系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)之分,一般所說(shuō)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是泛指液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)組成或工作原理(yuánlǐ)上看，這兩類系統(tǒng)并無(wú)本質(zhì)上的差別，僅僅一類以傳遞動(dòng)力為主，追求傳動(dòng)特性的完善；另一類以實(shí)施控制為主，追求控制特性的完善而已。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)，可以是充分發(fā)揮其組成元件的工作性能，也可以是著重追求其工作狀態(tài)的可靠性。前者著眼于安全，實(shí)際的設(shè)計(jì)工作則常常是這兩種觀點(diǎn)不同程度的組合。設(shè)計(jì)步驟不盡相同，但每步相互關(guān)聯(lián)，彼此影響，常需穿插進(jìn)行，交叉展開(kāi)。第一節(jié)概述(ɡàishù)第五頁(yè)，共37頁(yè)。1、這個(gè)步驟的具體內(nèi)容是： 1）主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)要求（主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總體布局；）主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸以及質(zhì)量上的限制。 2）主機(jī)的工藝流程或工作循環(huán)；液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式（移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)）及其工作范圍。 3）液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度的大小及其變化范圍。4）主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序或互鎖要求，各動(dòng)作的同步(tóngbù)要求及同步(tóngbù)精度。 5）對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能（如平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等）、工作效率、調(diào)速、平穩(wěn)性、溫升、自動(dòng)化程度等方面的要求。6）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質(zhì)、溫度、濕度、塵埃，外界沖擊等7）其他方面的要求，如液壓裝置在外觀、色彩、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定或限制。明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)(shèjì)要求 第二節(jié)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(shèjì)第六頁(yè)，共37頁(yè)。1.系統(tǒng)原理圖2.元件(yuánjiàn)明細(xì)表3.系統(tǒng)計(jì)算書(shū)4.非標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）油缸參數(shù)(cānshù)設(shè)計(jì)2）閥板設(shè)計(jì)3）油箱及泵裝置設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(shèjì)任務(wù)第七頁(yè)，共37頁(yè)。1、明確要求 工況分析2、選擇方案 確定參數(shù)3、擬定草圖 選擇元件4、系統(tǒng)(xìtǒng)驗(yàn)算 元件參數(shù)調(diào)節(jié)5、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 編寫(xiě)技術(shù)文件設(shè)計(jì)(shèjì)步驟：第八頁(yè)，共37頁(yè)。2、分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)（一）工況分析執(zhí)行元件負(fù)載分析與運(yùn)動(dòng)分析1）運(yùn)動(dòng)行程 工況要求 2）負(fù)載分析：工作(gōngzuò)負(fù)載、慣性負(fù)載、摩擦負(fù)載和背壓負(fù)載等 3）運(yùn)動(dòng)（速度）分析：運(yùn)動(dòng)速度（快）、工進(jìn)速度、速度差 4）分析法面：工況圖第九頁(yè)，共37頁(yè)。1、選擇方案(fāngàn)： 根據(jù)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)作的要求及負(fù)載的性質(zhì)（輸出力或轉(zhuǎn)矩），確定執(zhí)行元件種類及工作形式，從而確定執(zhí)行元件的工作狀態(tài)，為參數(shù)確定提供依據(jù)。選擇(xuǎnzé)方案 確定參數(shù)第十頁(yè)，共37頁(yè)。2、確定參數(shù)： 系統(tǒng)參數(shù)主要是壓力和流量，這是系統(tǒng)計(jì)算、元件選擇、系統(tǒng)驗(yàn)算的依據(jù)(yījù)。而無(wú)論哪種參數(shù)均以保證執(zhí)行元件輸出工況需要為前提的，因此，參數(shù)確定主要是執(zhí)行元件的參數(shù)確定。第十一頁(yè)，共37頁(yè)。1）系統(tǒng)的壓力： P缸可用初步選取的方法；可參考同類設(shè)備選取，也可根據(jù)系統(tǒng)最大負(fù)載選取。2）缸的直徑： 由結(jié)構(gòu)分析確定(quèdìng)缸工作腔和缸的形式。按選取的壓力可以確定(quèdìng)缸直徑：

例：無(wú)桿腔工作，以傳力為主時(shí) 以運(yùn)動(dòng)為主時(shí)要考慮D的選取情況 但d、D確定(quèdìng)后要圓整為整數(shù)。第十二頁(yè)，共37頁(yè)。3）馬達(dá)(mǎdá)排量：4）缸（馬達(dá)(mǎdá)）流量： 缸：qx≥A·vmin qx≤A·vmax 馬達(dá)(mǎdá)：qx≥V·nmin qx≤V·nmax第十三頁(yè)，共37頁(yè)。1、選擇回路： 根據(jù)動(dòng)作（速度或壓力）要求(yāoqiú)及其他各項(xiàng)要求(yāoqiú)，選擇液壓基本回路。2、擬定草圖： 將上述回路合并擬合后形成系統(tǒng)圖，在擬合時(shí)注意：減少元件重復(fù)，防止干擾，分析性能，保證效率，發(fā)熱少擬定(nǐdìng)系統(tǒng)草圖，選擇基本回路第十四頁(yè)，共37頁(yè)。1、液壓泵選擇： 泵類型(lèixíng)按工況要求及經(jīng)濟(jì)性選擇動(dòng)力源計(jì)算(jìsuàn) 選擇元件第十五頁(yè)，共37頁(yè)。2、閥選擇 按閥實(shí)際承載的壓力和實(shí)際通過(guò)的流量來(lái)選擇閥的規(guī)格(guīgé)；按閥的動(dòng)作要求和性能要求選擇閥的種類。3、油箱容量確定 按泵每分鐘流量選擇油箱容量： 一般V≥q泵a a:低壓系統(tǒng)—2~4 中壓系統(tǒng)—5~7 高壓系統(tǒng)—6~12第十六頁(yè)，共37頁(yè)。4、油管及管接頭： 油管按內(nèi)徑和壁厚選擇(xuǎnzé)： v：吸油0.5~1.5m/s壓油1.5~5m/s回油1.5~2.5m/s管型按承壓情況選擇(xuǎnzé)接頭按管型選擇(xuǎnzé)第十七頁(yè)，共37頁(yè)。1、壓力損失驗(yàn)算 驗(yàn)算后確定泵規(guī)格是否合適，然后(ránhòu)確定各壓力閥調(diào)整壓力。系統(tǒng)(xìtǒng)驗(yàn)算：第十八頁(yè)，共37頁(yè)。2、系統(tǒng)發(fā)熱驗(yàn)算：按系統(tǒng)散熱計(jì)算發(fā)熱是Hi=Pi-PO=Pi(1-η)按油箱面積計(jì)算油箱散熱是H0 H0=KA0t (k為散熱系數(shù)(xìshù)）驗(yàn)算：H0≥Hi—合適 H0<Hi—重新設(shè)計(jì)第十九頁(yè)，共37頁(yè)。例：設(shè)計(jì)一臺(tái)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(shíjiān)⊿t=0.2s；采用平導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)f=0.1。第三節(jié)液壓系統(tǒng)(xìtǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例第二十頁(yè)，共37頁(yè)。1、工況分析(fēnxī)1）負(fù)載分析由工作負(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（F·?t=m(v2-v1)）計(jì)算得到慣性負(fù)載Fa=1000N，摩擦阻力Ff=1960N。取液壓缸機(jī)械效率ηm=0.9，則液壓缸工作階段的負(fù)載值見(jiàn)表。2）速度(sùdù)分析由快進(jìn)、快退速度(sùdù)為6m/min，工進(jìn)速度(sùdù)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(sùdù)循環(huán)圖（略）。第二十一頁(yè)，共37頁(yè)。表：液壓缸在各工作(gōngzuò)階段的負(fù)載值工作(gōngzuò)循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載f（N）啟動(dòng)加速F=(Ff+Fa)/ηm3289快進(jìn)F=Ff/ηm2178工進(jìn)F=(Ff+Fw)/ηm35511快退F=Ff/ηm2178第二十二頁(yè)，共37頁(yè)。3、確定(quèdìng)參數(shù)1）初選液壓缸的工作壓力(yālì)由最大負(fù)載值查表11-2/11-3，取液壓缸工作壓力(yālì)為4MPa。2）計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)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=2A2，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0.5MPa。由工進(jìn)工況下液壓缸的平衡力平衡方程p1A1=p2A2+F，可得：第二十三頁(yè)，共37頁(yè)。A1=F/（p1－0.5p2）=35511/（4×106－0.5×0.6×106）≈96（cm2）液壓缸內(nèi)徑D就為：D===11.06（cm）對(duì)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=44.77cm2。工進(jìn)時(shí)采用(cǎiyòng)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（11-1）要求。第二十四頁(yè)，共37頁(yè)。3）計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值差動(dòng)時(shí)液壓缸有桿腔壓力大于無(wú)桿腔壓力，取兩腔間回路(huílù)及閥上的壓力損失為0.5MPa，則p2=p1+0.5（MPa）。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表。由表11-6即可畫(huà)出液壓缸的工況圖（略）。第二十五頁(yè)，共37頁(yè)。工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載回油背壓進(jìn)油壓力輸入流量輸入功率F（KN）p2（MPa）p1（MPa）Q1(10-3m3/s)P（kW）快啟動(dòng)(qǐdòng)加速p1=F+A2(p2－p1)32891.10－－A1－A2q1=(A1－A2)v1進(jìn)恒速P=p1q121780.880.500.44

p1=F+A2p20.00310.012工進(jìn)A1q1=A1v1355110.64.02P=p1q1～0.019～0.076快啟動(dòng)(qǐdòng)加速p1=F+A1p232891.79－－A2q1=A2v10.5退恒速P=p1q121781.550.4480.69表：液壓缸工作循環(huán)各階段壓力、流量(liúliàng)和功率值

p2=p1+0.5

第二十六頁(yè)，共37頁(yè)。4、擬定(nǐdìng)液壓系統(tǒng)圖1）選擇基本回路（1）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。（2）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(guò)程中的絕大部分時(shí)間里泵在高壓小流量狀態(tài)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。（3）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(guò)差動(dòng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。（4）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。（5）壓力(yālì)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(yālì)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。第二十七頁(yè)，共37頁(yè)。液控順序閥，阻止油液在快進(jìn)階段(jiēduàn)返回油箱計(jì)算出液壓缸的有效工作面積A1=95cm2，≈96（cm2）33L/min，經(jīng)計(jì)算其輸入功率為557W。液壓系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)之分,一般所說(shuō)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是泛指液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。第二十八頁(yè)，共37頁(yè)。工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載回油背壓進(jìn)油壓力輸入流量輸入功率64.q1=A1v1355110.6×10-3（m3/s）快啟動(dòng)加速p1=F+A2(p2－p1)32891.q1=A2v10.按閥實(shí)際承載的壓力和實(shí)際通過(guò)的流量來(lái)選擇閥的規(guī)格(guīgé)；工作時(shí)最大軸向力為30kN，運(yùn)動(dòng)部件重為19.進(jìn)恒速P=p1q121780.2）回路合成對(duì)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：（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。（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(guò)位置調(diào)整后與低壓大流量泵的卸荷閥合二為一。（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。（4）設(shè)置壓力表開(kāi)關(guān)(kāiguān)及壓力表。合并后完整的液壓系統(tǒng)如圖所示。第二十八頁(yè)，共37頁(yè)。液控順序閥，阻止油液在快進(jìn)階段(jiēduàn)返回油箱將工進(jìn)時(shí)的進(jìn)油路、回油路隔斷(géduàn)為防止機(jī)床停止工作時(shí)系統(tǒng)中的油液回油箱(yóuxiāng)，應(yīng)增設(shè)單向閥為了便于系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出快退信號(hào)，在調(diào)速閥輸出端增設(shè)YJ第二十九頁(yè)，共37頁(yè)。5、液壓元件(yuánjiàn)的選擇1）液壓泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的確定（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(liúliàng)泵最高工作壓力為5.02MPa，選擇泵的額定壓力應(yīng)為pn=5.02+5.02×25%=6.27（MPa）。大流量(liúliàng)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(liúliàng)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。第三十頁(yè)，共37頁(yè)。工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載回油背壓進(jìn)油壓力輸入(shūrù)流量輸入(shūrù)功率F（KN）p2（MPa）p1（MPa）Q1(10-3m3/s)P（kW）快啟動(dòng)加速p1=F+A2(p2－p1)32891.10－－A1－A2q1=(A1－A2)v1進(jìn)恒速P=p1q121780.880.500.44

p1=F+A2p20.00310.012工進(jìn)A1q1=A1v1355110.64.02P=p1q1～0.019～0.076快啟動(dòng)加速p1=F+A1p232891.79－－A2q1=A2v10.5退恒速P=p1q121781.550.4480.69表：液壓缸工作(gōngzuò)循環(huán)各階段壓力、流量和功率值

p2=p1+0.5

第三十一頁(yè)，共37頁(yè)。（2）液壓泵流量取系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K=1.2，則泵的最小供油量為：qp=Kq1max=1.2×0.5×10-3=0.6×10-3（m3/s）=36L/min由于(yóuyú)工進(jìn)時(shí)所需要的最大流量是1.9×10-5m3/s，溢流閥最小穩(wěn)定流量為0.05×10-3m3/s，小流量泵最小流量為：qp1=Kq1+0.05×10-3=7.25×10-5（m3/s）=4.4（L/min）第三十二頁(yè)，共37頁(yè)。（3）確定液壓泵規(guī)格對(duì)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5.43L/min，滿足以上要求。（4）確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率液壓泵在快退階段功率最大，取液壓缸進(jìn)油路上(lùshɑng)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)集所需的功率為：P=ppqp/ηp=2.05×106×40×10-3=1708（W）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3