1、主講老師:,第二節(jié),第二節(jié) 液壓系統設計計算實例,例：設計一臺臥式單面鉆鏜兩用組合機床，其工作循環(huán)是“快進工進快退原位停止”；工作時最大軸向力為30kn，運動部件重為19.6kn；快進、快退速度為6m/min，工進速度為0.020.12m/min；最大行程400mm，其中工進行程200mm；啟動換向時間t=0.2s；采用平導軌，其摩擦系數f=0.1。,計算實例,1.負載分析與速度分析,1）負載分析 由工作負載fw =30kn，重力負載fg=0，按啟動換向時間和運動部件重量（ft=m(v2v1)）計算得到慣性負載fa=1000n，摩擦阻力ff=1960n。 取液壓缸機械效率m =0.9，則液壓缸

2、工作階段的負載值見表。 2）速度分析 由快進、快退速度為6m/min，工進速度范圍為20mm/min120mm/min按上述分析可繪制出負載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖（略）。,2.確定參數,1）初選液壓缸的工作壓力 由最大負載值查教材中表9-3，取液壓缸工作壓力為4mpa。 2）計算液壓缸結構參數 為使液壓缸快進與快退速度相等，選用單出桿活塞缸差動連接的方式實現快進，設液壓缸兩有效面積為a1和a2，且a1=2 a2，即d=0.707d。為防止鉆通時發(fā)生前沖現象，液壓缸回油腔背壓p2取0.6mpa，而液壓缸快退時背壓取0.5mpa。 由工進工況下液壓缸的平衡力平衡方程p1 a1= p2 a2+f，可得：

3、,a1=f/（p10.5p2）=35511/（41060.50.6106）cm2 96cm2 液壓缸內徑d就為：d= = =11.06cm 對d圓整，取d=110mm。由d=0.707d，經圓整得 d=80mm。計算出液壓缸的有效工作面積a1=95cm2， a2=44.77 cm2。 工進時采用調速閥調速，其最小穩(wěn)定流量 qmin=0.05l/min，設計要求最低工進速度 vmin=20mm/min，經驗算可知滿足教材中式（9-1）要求。,3）計算液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 差動時液壓缸有桿腔壓力大于無桿腔壓力，取兩腔間回路及閥的壓力損失為0.5mpa，則p2= p1+0.5m

4、pa。計算結果見表9.5。 由教材中9-5表即可畫出液壓缸的工況圖（略）。,工作循環(huán) 計算公式 負載 回油背壓 進油壓力 輸入流量 輸入功率 f kn p2mpa p1mpa q110-3 m3/s p kw 快 啟動加速 p1=f+a2(p2p1) 3289 1.10 a1 a2 q1=(a1 a2)v1 p2= p1+0.5 進 恒 速 p= p1 q1 2178 0.88 0.50 0.44 p1= f+ a2p2 0.0031 0.012 工 進 a1 q1=a1 v1 35511 0.6 4.02 p= p1 q1 0.019 0.076 快 啟動加速 p1= f+ a1p2 328

5、9 1.79 a2 q1=a2 v1 0.5 退 恒 速 p= p1 q1 2178 1.55 0.448 0.69,表9-5：液壓缸工作循環(huán)各階段壓力、流量和功率值,3.擬定液壓系統圖,1）選擇基本回路 （1）調速回路：因為液壓系統功率較小，且只有正值負載，所以選用進油節(jié)流調速回路。為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負載特性，可選用調速閥調速，并在液壓缸回路上設置背壓。 （2）泵供油回路：由于系統最大流量與最小流量比為156，且在整個工作循環(huán)過程中的絕大部分時間里泵在高壓小流量狀態(tài)下工作，為此應采用雙聯泵（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：由于快進速度與工進速度相

6、差很大，為了換接平穩(wěn)，選用行程閥控制的換接回路?？焖龠\動通過差動回路來實現。 （4）換向回路：為了換向平穩(wěn)，選用電液換向閥。為便于實現液壓缸中位停止和差動連接，采用三位五通閥。 （5）壓力控制回路：系統在工作狀態(tài)時高壓小流量泵的工作壓力由溢流閥調整，同時用外控順序閥實現低壓大流量泵卸荷。,2）回路合成 對選定的基本回路在合成時，有必要進行整理、修改和歸并。具體方法為： （1）防止工作進給時液壓缸進油路、回油路相通，需接入單向閥7。 （2）要實現差動快進，必須在回油路上設置液控順序閥9，以阻止油液流回油箱。此閥通過位置調整后與低壓大流量泵的卸荷閥合二為一。 （3）為防止機床停止工作時系統中的油液

7、回油箱，應增設單向閥。 （4）設置壓力表開關及壓力表。 合并后完整的液壓系統如圖所示。,4、液壓元件的選擇,1）液壓泵及驅動電機功率的確定 （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為pn=5.02+5.0225%=6.27mpa。大流量泵在液壓缸快退時工作壓力較高，取液壓缸快退時進油路上壓力損失為0.4mpa，則大流量泵的最高工作壓力為1.79+0.4=2.19mpa，卸荷閥的調整壓力應高于此值。,（2）液壓泵流量 取系統的泄漏系數k=1.2，則泵的最小供油量為： qp =kq1ma

8、x =1.20.510-3m3/s =0.610-3m3/s =36l/min 由于工進時所需要的最大流量是1.910-5 m3/s，溢流閥最小穩(wěn)定流量為0.0510-3 m3/s，小流量泵最小流量為： qp1 =kq1 +0.0510-3m3/s =7.2510-5m3/s =4.4l/min,（3）確定液壓泵規(guī)格 對照產品樣本可選用yb140/6.3雙聯葉片泵，額定轉速960r/min，容積效率v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）確定液壓泵驅動功率 液壓泵在快退階段功率最大，取液壓缸進油路上壓力損失為0.5mpa，則液壓泵輸出壓力為2.0

9、5mpa。液壓泵的總效率p=0.8，液壓泵流量40l/min，則液壓泵驅動調集所需的功率為： p=ppqp/p=2.051064010-3w=1708w 據此選用y112m6b5立式電動機，其額定功率為2.2kw，轉速為940r/min，液壓泵輸出流量為33.84l/min、5.33l/min，仍能滿足系統要求。,2）元件、輔件選擇 根據實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。,5、系統油液溫升驗算,系統在工作中絕大部分時間是處在工作階段，所以可按工作狀態(tài)來計算溫升。 小流量泵工作狀態(tài)壓力為5.02mpa，流量為0.33l/min，經計算其輸入功率為557w。 大流量泵經外控順序閥卸荷，其工作壓力等于閥上的局部壓力損失數值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 =0.3106 pa=0.1106 pa 大流量泵的輸入功率經計算為70.5w。,液壓缸的最小有效功率為 po =fv=（30000+1960）0.02/60w=10.7w 系統單位時間內的發(fā)熱量為 hi = pipo =557+70.510.7=616.8w 當油箱的高、寬、長比例在1：