液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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目錄 摘 要 1 前 言 2 第1章 液壓傳動(dòng)概述 3 1.1 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成 3 1.2 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn) 3 1.3 液壓工作的介質(zhì) 4 第2章 總評(píng)方案 6 2.1 工況分析 6 2.2 確定液壓系統(tǒng)方案 7 第3章 確定主要參數(shù) 11 3.1 計(jì)算液壓缸的尺寸流量 11 3.2 計(jì)算液壓泵的電機(jī)功率 14 3.3 液壓泵的氣穴、噪聲 17 第4章 選擇液壓元件 19 4.1 選擇閥的類型 19 4.2 選擇液壓元件確定輔助裝置 20 總 結(jié) 25 致 謝 26 參考文獻(xiàn) 27 摘 要 面對(duì)我國經(jīng)濟(jì)近年來的快速發(fā)展，機(jī)械制造工業(yè)的壯大，在國民經(jīng)濟(jì)中占重要地位的制造業(yè)領(lǐng)域得以健康快速的發(fā)展。制造裝備的改進(jìn)，使得作為制造工業(yè)重要設(shè)備的各類機(jī)加工藝裝備也有了許多新的變化，尤其是孔加工，其在今天的液壓系統(tǒng)的地位越來越重要。 鏜床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了滿足主機(jī)在動(dòng)作和性能方面規(guī)定的要求外，還必須符合體積小、重量輕、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用和維修方便等一些公認(rèn)的普遍設(shè)計(jì)原則。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)已知的條件，來確定液壓工作方案、液壓流量、壓力和液壓泵及其它元件的設(shè)計(jì)。 綜上所述，完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程需要進(jìn)行一系列艱巨的工作。設(shè)計(jì)者首先應(yīng)樹立正確的設(shè)計(jì)思想，努力掌握先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)和科學(xué)的辯證的思想方法。同時(shí)，還要堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，并在實(shí)踐中不斷總結(jié)和積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，向有關(guān)領(lǐng)域的科技工作者和從事生產(chǎn)實(shí)踐的工作者學(xué)習(xí)，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，才能較好地完成機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)。 關(guān)鍵詞：液壓缸 液壓泵 換向閥 前 言 液壓氣動(dòng)技術(shù)最早是19世紀(jì)末在西方發(fā)展起來的。我國從50年代后期開始起步。目前各國都非常重視液壓氣動(dòng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。總的來看，美國在這一領(lǐng)域的技術(shù)、產(chǎn)值在世界上處于領(lǐng)先地位，但面臨西歐和日本的激烈競爭。從行業(yè)上看，一段時(shí)間里，主機(jī)制造商傾向于用外購的元件自行設(shè)計(jì)液壓氣動(dòng)系統(tǒng)。但由于技術(shù)日益復(fù)雜，使得用從各制造商購得的元件建立具有穩(wěn)定市場效益的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)越來越困難。設(shè)計(jì)的任務(wù)正向元件制造商轉(zhuǎn)移，由專業(yè)液壓氣動(dòng)廠商供應(yīng)成套系統(tǒng)，但只有大公司才能承擔(dān)這項(xiàng)任務(wù)?；诖?，全球性的跨國公司展開了競爭、合并。大量的資金用于研究開發(fā)和技術(shù)革新，較小的公司負(fù)擔(dān)不了這樣的開支，其中很大一部分被擠出市場。我國經(jīng)過40多年的發(fā)展，液壓氣動(dòng)行業(yè)已具有一定的獨(dú)立開發(fā)能力，能生產(chǎn)出一批技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量較好的元件、系統(tǒng)和整機(jī) ，隨著我國加入WTO，向國際先進(jìn)技術(shù)學(xué)習(xí)、與世界著名的大公司合作的機(jī)會(huì)越來越多，這將是這一行業(yè)的發(fā)展趨勢。 近年來，液壓傳動(dòng)由于應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、新材料等后取得了新的發(fā)展，使液壓系統(tǒng)和元件正向高壓、高速、高精度、高效率的方向發(fā)展，在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制等技術(shù)上取得新的成就。液壓系統(tǒng)的發(fā)展方向是：創(chuàng)制新型節(jié)能、微型元件﹑高度的組合化、集成化和模塊化和微電子結(jié)合，走向智能化。 綜上所述，液壓工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用是很大的，它常常用來衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。與世界上主要的工業(yè)國家相比，我國的液壓工業(yè)還有相當(dāng)差距，標(biāo)準(zhǔn)化、優(yōu)質(zhì)化的工作有待于繼續(xù)做好，智能化的工作剛剛起步，為此必須急起直追，才能迎頭趕上。 第1章 液壓傳動(dòng)概述 液壓氣動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一。特別是近年來與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，使液壓氣動(dòng)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。目前，已廣泛應(yīng)用在工業(yè)各領(lǐng)域。由于近年來微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓、氣動(dòng)元器件制造技術(shù)的進(jìn)一步提高，使液壓氣動(dòng)技術(shù)不僅作為一種基本的傳動(dòng)形式上占有重要地位，而且以優(yōu)良的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能成為一種重要的控制手段。 1.1 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成 工業(yè)各部門使用液壓傳動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)是不盡相同的：如工程機(jī)械、壓力機(jī)械是利用它們在傳遞動(dòng)力上的長處；航空工業(yè)是利用其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、輸出功率大的特點(diǎn)；機(jī)床是利用它們在操縱控制上的優(yōu)點(diǎn)，利用其能在工作過程中實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，易于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。 液壓傳動(dòng)的工作原理：液壓傳動(dòng)是利用液體的壓力能來傳遞動(dòng)力的一種傳動(dòng)式， 液壓傳動(dòng)的過程是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換和傳遞的過程。 1.1.1液壓系統(tǒng)的組成 動(dòng)力裝置——液壓泵； 執(zhí)行裝置——液壓缸和液壓馬達(dá)； 控制調(diào)節(jié)裝置——控制閥； 輔助裝置——除上面以外的其他裝置。 1.2 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn) 1.2.1液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 1.液壓傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，反應(yīng)快，慣性小，能高速啟動(dòng)，制動(dòng)和換向。 2.在同等功率情況下，液壓傳動(dòng)裝置體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動(dòng)機(jī)的10%-20%。 3.液壓傳動(dòng)裝置能在運(yùn)行中方便的實(shí)現(xiàn)無及調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá)1：2000（一般為1：1000）。 5.操作簡單方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。當(dāng)它電氣聯(lián)合控制時(shí)。能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)和遠(yuǎn)距離控制。 6.易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓元件能自行潤滑，使用壽命較長。 7.液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。 1.2.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) 1.液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，這是由于液壓油的可壓縮性和泄露造成的。 2.液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動(dòng)不宜在很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15℃～60℃范圍內(nèi)較合適。 3.為了減少泄露，液壓元件在制造精度上要求較高，因此它的造價(jià)高，且對(duì)油液的污染比較敏感。 4.液壓傳動(dòng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)不易查找原因。 5.液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)換（機(jī)械能—壓力能—機(jī)械能）的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力、流量損失大，故系統(tǒng)效率低。 6.液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)換的過程中，其壓力、流量損失大，故系統(tǒng)效率低。 1.3 液壓工作的介質(zhì) 1.3.1物理性質(zhì) 1.密度單位體積的液體質(zhì)量稱密度。礦物油型液壓油在15℃時(shí)的密度為900㎏/m3左右，在實(shí)際使用中可以認(rèn)為不受溫度和壓力的影響。 2.可壓縮性和膨脹性 液體受壓力的作用而使體積發(fā)生變化的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性。液體受溫度的影響而使體積發(fā)生變化的性質(zhì)成為液體的膨脹性。 體積為V的液體，當(dāng)壓力變化量為△p時(shí)，體積的絕對(duì)變化量為△V，液體在單位壓力變化下的體積相對(duì)變化量為 ｋ=- 式中，k稱為液體的體積壓縮系數(shù)。因?yàn)閴毫υ龃髸r(shí)液體的體積減少所以上式右邊加一負(fù)號(hào)，以使ｋ為正值。 液體體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為液體的體積彈性模量，用K表示。即 體積彈性模量K表示液體產(chǎn)生單位體積相對(duì)變化量時(shí)所需要的壓力增量。在使用中，可用K值來說明液體抵抗壓縮能力的大小。液壓油的可壓縮性對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響較大，但當(dāng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在靜態(tài)下工作時(shí)，一般可以不予考慮。 1.3.2對(duì)液壓工作介質(zhì)的要求 ⑴.有適當(dāng)?shù)酿ざ群土己玫酿靥匦? ⑵.氧化安定性和剪切安定性好 ⑶.抗乳化性、抗泡沫性好 正確合理地選用工作介質(zhì)，對(duì)于保證液壓系統(tǒng)正常工作、延長使用壽命、提高工作可靠性、防止事故發(fā)生等都有非常重要的影響。液壓油液的選用，首先根據(jù)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件來選擇合適的液壓油類型，然后再選用液壓油的黏度。 第2章 總評(píng)方案 2.1 工況分析 分析系統(tǒng)工況。 首先，根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動(dòng)部件速度循環(huán)圖。如下圖所示，然后計(jì)算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。 負(fù)載循環(huán)圖 液壓缸所受外負(fù)載F包括三種類型： 即：F=Fw +Ff +Fa 式中：Fw----------工作負(fù)載對(duì)于金屬切削機(jī)床來說，即為沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的切削力。本系統(tǒng)中Fw為15000N。 Fa--------運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載。 Ff--------導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載。啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦力，啟動(dòng)后為動(dòng)摸擦力。對(duì)于平導(dǎo)軌Ff可由下式求：Ff =f(G+FRn ) G-------運(yùn)動(dòng)部件重力 FRn -----垂值與導(dǎo)軌工作負(fù)載 f-------導(dǎo)軌摩擦系數(shù)。本系統(tǒng)中靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。則求的： Ffs =0.220000=4000N。 Ffa =0.120000=2000N。 上式中Ffs為靜摩擦阻力，F(xiàn)fa為動(dòng)摩擦阻力。 Fa= 式中g(shù)----重力加速度 t-------加速度或減速度時(shí)間﹑本系統(tǒng)中t取0.2s v------t時(shí)間內(nèi)的速度變化量 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載如下表，并畫出上圖所示的負(fù)載循環(huán)圖。 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載 工作循環(huán) 負(fù)載組成 負(fù)載值F/N 推力F*n/N 啟動(dòng) F= Ffs 4000 4450 快速 F= Ffs 4000 4450 工進(jìn) F=Ft+ Ffa 17000 18900 快退 F= Ffa 2000 2220 2.2 確定液壓系統(tǒng)方案 2.2.1確定供油方式 考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快速，快進(jìn)是負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮。液壓泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油方式或變量泵供油?，F(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。 2.2.2調(diào)速方式的選擇 在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中,進(jìn)給速度的控制一般采用截流閥或調(diào)速閥。根據(jù)銑削類專用機(jī)床工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積截流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高，發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。 2.2.3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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)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)性較差。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。 最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成如下圖所示. 液壓系統(tǒng)原理圖 電磁閥動(dòng)作順序如下表： 元件動(dòng)作 1YA 2YA 3YA 啟動(dòng) + _ + 快進(jìn) + _ + 工進(jìn) _ + - 快退 + _ + 執(zhí)行元件的工況圖： （a） 壓力循環(huán)圖 （b）流量循環(huán)圖 (C)功率循環(huán)圖 機(jī)床進(jìn)給液壓缸工況圖 t1---快進(jìn)時(shí)間 t2----工進(jìn)時(shí)間 t3----快退時(shí)間 A：啟動(dòng)：按下啟動(dòng)鍵，電磁鐵1YA通電，先導(dǎo)電磁鐵閥4的左端接入系統(tǒng)。由泵輸出的油經(jīng)先導(dǎo)電磁閥5流入液壓缸，再經(jīng)過先導(dǎo)電磁閥7的左端，進(jìn)入液流閥回油路。 油路的工作情況為： 進(jìn)油路：過濾器2→變量泵3→先導(dǎo)電磁閥5→單向節(jié)流閥6→先導(dǎo)電磁閥7→液壓缸8 回油路：液壓缸8→先導(dǎo)電磁閥5→油箱。 B：快進(jìn)：按下啟動(dòng)鍵后，由電磁鐵1YA ，3YA 通電。先導(dǎo)電磁閥4的左端接入系統(tǒng)，同時(shí)先導(dǎo)電磁閥5的右端接入系統(tǒng)。 油路工作情況為：過濾器2→單向液壓泵3→先導(dǎo)電磁閥5→液壓缸8。 回油路：液壓缸8→先導(dǎo)電磁閥5→油箱。 C：工進(jìn):按下按鈕后，2YA 通電，先導(dǎo)電磁閥5的右端和先導(dǎo)電磁閥7的右端接入系統(tǒng)。 進(jìn)油路：過濾器2→單向液壓泵3→先導(dǎo)電磁閥5右端→液壓缸8。 回油路：液壓缸8→先導(dǎo)電磁閥7右端→油箱。 D：快退 按下按鈕后，1YA ，3YA，通電。先導(dǎo)電磁閥5的左端和先導(dǎo)電磁閥7的右端接入系統(tǒng)。 進(jìn)油路：過濾器2→單向液壓泵3→先導(dǎo)電磁閥5→先導(dǎo)電磁閥7→液壓缸8。 回油路：液壓缸8→先導(dǎo)電磁閥5→油箱。 第3章 確定主要參數(shù) 3.1 計(jì)算液壓缸的尺寸流量 液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單，與杠桿、連桿、齒輪齒條、凸輪等機(jī)構(gòu)配合使用能實(shí)現(xiàn)多種機(jī)械運(yùn)動(dòng)以滿足各種要求。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，缸可以分為活塞式、柱塞式和擺動(dòng)式三大類；按作用方式分為單作用和雙作用兩種。根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇活塞式單作用的液壓缸。 通常活塞缸由后端蓋、缸筒、活塞、活塞桿和前端蓋等主要部分組成。為了防止工作介質(zhì)向缸外或由高壓腔向低壓腔泄露，在缸筒與端蓋、活塞與活塞桿、活塞與缸筒、活塞桿與前端蓋之間均設(shè)有密封裝置。在前端蓋外側(cè)還裝有防塵裝置。為防止活塞快速運(yùn)動(dòng)到行程終端時(shí)撞擊缸蓋，有些缸的端部設(shè)置緩沖裝置。 3.1.1液壓缸工作的壓力確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對(duì)于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。 液壓設(shè)備的常用的工作壓力 設(shè)備類型 機(jī)床 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械 液壓或起重機(jī)械 工作壓力P/MPa 0.8～2.0 3～5 2～8 8～10 10～16 20～30 現(xiàn)參閱上表取液壓缸的工作壓力為Pa=3.5Mpa 3.1.2計(jì)算液壓缸內(nèi)直徑D和活塞桿直徑d 由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為18900N。按下表取P2為0.5Mpa，=0.9. 執(zhí)行元件背壓的估計(jì)直 系統(tǒng)類型 背壓P2（Mpa） 中低壓系統(tǒng) 0～8MPa 簡單的系統(tǒng) 一般輕載的截流調(diào)速系統(tǒng) 0.2～0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.5～0.8 回油路帶背壓閥的系統(tǒng) 0.5～1.5 采用帶補(bǔ)液壓泵的閉和回路 0.8～1.5 中高壓系統(tǒng) >8～16 同上 比中低壓系統(tǒng)高 50%～100% 高壓系統(tǒng) 如鍛壓機(jī)械等 初算時(shí)背壓可忽略不記 液壓缸內(nèi)直徑D與活塞桿d的關(guān)系 按機(jī)床類型選取d/D 按液壓缸工作壓力選取d/D 機(jī)床類別 d/D 工作壓力P/（Mpa） d/D 磨床，研磨床 0.2～0.3 <=2 0.2～0.3 插床，拉床，刨床 0.5 >2～5 0.5～0.58 鉆床，鏜床，銑床 0.7 >5～7 0.62～0.70 —— --------- >7 0.7 考慮到快進(jìn)，快退速度相等。取d/D為0.7，代入公式： F--------工作循環(huán)中最大的外負(fù)載 P1--------液壓缸工作壓力。初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力P0 P2--------液壓缸回油腔背壓力 d/D-------活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)直徑之比 -------液壓缸的機(jī)械效率。一般ncm=0.9----0.97.在本系統(tǒng)中 F=18900N，P1=3.5Mpa，P2=0.5Mpa，ncm=0.9,d/D=0.7. 則代入公式中可得：D=82mm 液壓缸內(nèi)直徑尺寸系列（GB2348-80）（mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值 活塞桿直徑系列（GB-80）（mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 根據(jù)上表可知，將液壓缸內(nèi)直徑調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=90mm?；钊麠U直徑d，按d/D=0.7及查表可得d=63mm。 由此求得液壓缸的腔的實(shí)際有效面積為： 根據(jù)上述D與d的直，可估算液壓缸在各個(gè)工作階段的壓力，流量和功率。 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由公式： 式中：Qmin----------流量閥的最小穩(wěn)定流量。 Vmin----------液壓缸的最低速度。由設(shè)計(jì)要求給定。 公式中Qmin是由產(chǎn)品樣本查的GE系列調(diào)速閥，AQF3---E10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min.本系統(tǒng)中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸有桿腔的實(shí)際面積： 可見上述不等式能滿足液壓缸的要求，能夠達(dá)到所需的低速。 3.1.3計(jì)算在工作階段液壓缸所需的流量 3.2 計(jì)算液壓泵的電機(jī)功率 液壓泵是靠密封工作容積變化來工作的，也稱為容積泵。容積泵具有兩個(gè)特征： 1.有周期性的密封工作容積變化，密封工作容積由小變大吸油，由大變小壓油。 2.有配流裝置，它保證密封工作容積由小變大時(shí)只與吸油管接通；密封工作容積由大變小時(shí)只與壓油管相通。 3.2.1泵的工作壓力的確定 液壓泵的壓力參數(shù)主要是工作壓力和額定壓力 工作壓力是指液壓泵在實(shí)際工作時(shí)輸出油液的壓力直，即泵出油口處壓力直，也稱系統(tǒng)壓力。此壓力取決于系統(tǒng)中阻止液體流動(dòng)的阻力。阻力增大，工作壓力升高；反之則工作壓力降低。如果將泵的壓油口直接和油箱相通，則泵的工作壓力接近為零；如果將泵的出口堵死，泵輸出的油液無法排出，壓力迅速增高，直至電機(jī)憋住或泵及其它元件被損壞。 額定壓力是指泵在正常工作的條件下，按實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在額定轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。 由于液壓傳動(dòng)的用途不同，液壓系統(tǒng)所需要的壓力也不同，為了便于液壓元件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用，將壓力分為幾個(gè)等級(jí)，如下表： 壓力分級(jí) 低壓 中壓 中高壓 高壓 超高壓 壓力/Mpa ≤2.5 ＞(2.5～8) ＞(8～16) ＞(16～32) ＞32 考慮的正常工作中進(jìn)油路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： 公式中：Pp-液壓泵最大工作壓力。 P1-執(zhí)行元件最大工作壓力。 -進(jìn)油路中壓力損失。初算時(shí)簡單系統(tǒng)取0.2～0.5Mpa,復(fù)雜系統(tǒng)取0.5～1.5Mpa.本系統(tǒng)取0.5Mpa. 上述計(jì)算所得的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命。因此，選泵的額定壓力Pa應(yīng)滿足Pn≧（1.25～1.6）Pp.中低壓系統(tǒng)取小直，高壓系統(tǒng)取大直。在本系統(tǒng)中Pn=1.25Mpa. 3.2.2泵流量和排量 排量V 它是由泵密封容腔幾何尺寸變化計(jì)算而得到的泵每轉(zhuǎn)排出油液的體積。也可以說在無泄露的情況下，用泵每轉(zhuǎn)所排出的油液體積來表示，常用的單位為mL/r. 液壓泵的最大流量應(yīng)為： 式中 Qp-液壓泵的最大流量。 -同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大直。 Kl-系統(tǒng)泄漏系數(shù)。一般取Kl=1.1～1.3,現(xiàn)取Kl=1.2. =1.219.46=23.352l/min 3.2.3選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上計(jì)算的Pp和Qp再查閱有關(guān)手冊，現(xiàn)采用YBX—16線壓葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量=16mm/r，泵的額定壓力=6.3Mpa，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速=1450r/min，容積效率=0.85,總效率=0.8. 3.2.4與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定 首先分別計(jì)算出快進(jìn)與快退以及工進(jìn)等不同共況時(shí)的功率。取它們中的最大直作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在工進(jìn)時(shí)泵的出的流量較小，泵的效率急劇降低，一般當(dāng)流量在0.2～1L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取n=0.3～0.14.同時(shí)還應(yīng)該注意的為了失所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線，最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算。 即： 公式中： Pn------所選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。 PB------先壓式變量泵的限定壓力。 qp--------壓力為PB時(shí)，泵的輸出流量。 首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)功率?？爝M(jìn)時(shí)的外負(fù)載為4000N，進(jìn)油路壓力損失為0.5Mpa。 由公式： 快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為： 工進(jìn)時(shí)： 查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選用Y90S—4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1Kw，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。 根據(jù)產(chǎn)品樣本查得YBX---16的流量壓力特性曲線，再由已知快進(jìn)時(shí)流量為18.9L/min,工進(jìn)時(shí)流量為6.68L/min,壓力為4Mpa ，作出泵的實(shí)際工作時(shí)的流量壓力特性曲線。 YBX-16液壓泵特性曲線 1-額定流量壓力下的特性曲線。 2-實(shí)際工作時(shí)的特性曲線。 由上表查得曲線拐點(diǎn)的流量為24L/min，壓力為2.6Mpa，該點(diǎn)工作時(shí)對(duì)應(yīng)的功率為： 所選電動(dòng)機(jī)能夠滿足工作需要，拐點(diǎn)處能正常工作。 3.3 液壓泵的氣穴、噪聲 3.3.1氣穴 液壓泵在吸油過程中，吸油腔中的絕對(duì)壓力會(huì)低于大氣壓。如果液壓泵離油面很高，吸油口處過濾器和管道的阻力過大，油液的黏度過大，則液壓泵吸油腔中的壓力很容易低于油液的空氣分離壓，這時(shí)，溶解在油液中的氣體會(huì)從油液中分離出來，產(chǎn)生大量氣泡，隨著泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，這些氣泡被帶入高壓區(qū)，因受壓縮，體積突然變小，氣泡被擊破，產(chǎn)生幅直很大的高頻沖擊壓力，其直高達(dá)150Mpa，同時(shí)還產(chǎn)生局部高溫。這種高頻液壓沖擊作用，不但會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，還會(huì)造成金屬表面的氣蝕現(xiàn)象，使泵的零件腐蝕損壞。這就是液壓泵的氣穴現(xiàn)象。 為了避免在泵內(nèi)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，應(yīng)盡量降低吸入高度，采用通徑較大的吸油管并盡量少用彎頭，吸油管端采用容量較大的過濾器以減小吸油阻力。 3.3.2液壓泵的噪聲 在液壓系統(tǒng)的噪聲中占很大的比例，減小液壓泵的噪聲是液壓系統(tǒng)降噪處理中的重要組成部分。 產(chǎn)生噪聲的原因： 1.泵的流量脈動(dòng)引起壓力脈沖，這是造成泵振動(dòng)的動(dòng)力源。 2.液壓泵在其工作過程中，當(dāng)吸油容積突然和壓油腔接通，或壓油容積突然和吸油腔接通時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生流量和壓力的突變而產(chǎn)生噪聲。 3.氣穴現(xiàn)象 4.泵內(nèi)流道具有突然擴(kuò)大和收縮，急拐變、通道面積過小等而導(dǎo)致油液旋渦而產(chǎn)生振動(dòng)。 降低振動(dòng)的措施： 1.吸油泵的壓力和流量脈動(dòng)，在泵的出口處安裝蓄能器或消聲器。 2.消除泵內(nèi)液壓急劇變化，如在配油盤吸、壓油窗口開三角型阻尼槽。 3.壓油管的某一段采用橡膠軟管，對(duì)泵和管路進(jìn)行隔振。 4.防止氣穴現(xiàn)象和油中參混空氣。 第4章 選擇液壓元件 4.1 選擇閥的類型 按作用分為： 1.方向控制閥（如單向閥、換向閥） 2.壓力控制閥（如溢流閥、減壓閥、順序閥等） 3.流量控制閥（如節(jié)流閥、調(diào)速閥） 按控制方式分為： 1.開關(guān)控制閥 借助于手輪、手柄、凸輪、電磁鐵、液壓、氣壓等定直地控制流體的流動(dòng)方向、壓力和流量，多用于普通液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 2.比例控制閥 與輸入電信號(hào)使輸出按一定的規(guī)律成比例地控制流體的流動(dòng)方向、壓力和流量，多用于開環(huán)程序控制控制系統(tǒng)。 3.伺服控制閥 將微小的電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成大的功率輸出，用以控制系統(tǒng)中液體的流動(dòng)方向、壓力和流量，它用于閉環(huán)控制系統(tǒng)。 4.電液數(shù)字式控制閥 用數(shù)字信息直接控制，用以控制液體的流動(dòng)方向、壓力和流量。 閥口的規(guī)格大小用公稱通徑Dg（單位mm）表示，它小于閥的連接口徑。閥的流通能力常用閥的有效截面積即通流截面來表示。 由液流的動(dòng)量定律可知，作用在閥芯上的液動(dòng)力有穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力和瞬態(tài)液動(dòng)力兩種。 1.穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力對(duì)滑閥性能的影響是加大了操縱滑閥所需的力。穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力要使閥口關(guān)閉，相對(duì)于一個(gè)復(fù)位力，故它可使滑閥的工作趨于穩(wěn)定。 2.順態(tài)液動(dòng)力是閥芯在移動(dòng)過程中（即開口大小發(fā)生變化時(shí)）閥腔中液流因加速或減速作用在閥芯上的力。這個(gè)力只于閥芯移動(dòng)速度有關(guān)（即與閥口開度的變化率有關(guān)），與閥口開度本身無關(guān)。 本液壓系統(tǒng)可采用力式系列或GE系列的閥。 方案一：控制液壓缸部分采用力式系列的閥。 方案二：均選用GE系列的閥。 根據(jù)一定的液壓系統(tǒng)圖，按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選用的液壓元件如下： 液壓元件明細(xì)表 序號(hào) 元件名稱 方案一 方案二 通過流量 （L/min） 1 濾油器 XU—B32 100 XU—B32 100 24 2 液壓泵 YBX---16 YBX---16 24 3 壓力表開關(guān) K—H6 KF3---EA10B --- 4 三位四通換向閥 4WE6E50/OAG24 34EF30---E108 20 5 二位三通換向閥 3WE6A50/0AG24 23EF3B---E10B 20 6 單向調(diào)速閥 2FRM5—20/6 AQF3-----E10B 20 4.2 選擇液壓元件確定輔助裝置 4.2.1確定管道尺寸 油管內(nèi)直徑尺寸一般可參照選用的液壓元件，接口尺寸確定也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)油路流量為差動(dòng)時(shí)流量q=40L/min，壓油管允許流速取V=4m/s。 則內(nèi)直徑d為： 若系統(tǒng)油路流量按快退時(shí)取q=19.46L/min，可算得油管內(nèi)直徑d=10.15mm. 綜合諸多因數(shù)，現(xiàn)取油管的內(nèi)直徑d為12mm,吸油管同樣可按上式計(jì)算（q=24L/min，V=1.5m/s）現(xiàn)參照YBX～16變量泵吸油口連接尺寸。取吸油管內(nèi)直徑d為25mm。 液壓油箱容積的確定： 本系統(tǒng)為中壓液壓系統(tǒng)。液壓油箱容積按泵的流量的5～7倍來確定，現(xiàn)選用容量為160L的油箱。 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算： 已知該系統(tǒng)液壓系統(tǒng)中，選用油管內(nèi)直徑均為12mm。各段管道的長度分別為：AB=0.3m.AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m.選用L—HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15。查得15液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度v為150cst=1.5cm2/s。油的密度=920Kg/m3。 4.2.2壓力損失的驗(yàn)算 1.工作進(jìn)給時(shí)，進(jìn)油路壓力損失，運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為18 進(jìn)給時(shí)的最大流量為6.687L/min。 則液壓油在管內(nèi)流速V1為： 管道流動(dòng)雷偌數(shù)Re1為： Re1<2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流。 其沿程阻力系數(shù)為： 進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失P1-1為 查得換向閥4WE6E50/AG24的壓力損失。 忽略油液通過管接頭，油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失 P1為：=71384+50000=121384Pa 2.工作進(jìn)給時(shí)回油路的壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積為無干腔工作面積的1/2，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的1/2，則： 回油路沿程壓力損失 查產(chǎn)品樣本知換向閥3WE6A50/AG24的壓力損失P2-2=0.025106 Pa，換4WE6E50/AG24的壓力損失P2-3=0.025106 Pa，調(diào)速閥2FRM5---20/6的壓力損失 P2-4 =0.5106 Pa 則回油路總壓力損失: 3.變量泵出口處的壓力Pp。 4.快進(jìn)時(shí)的壓力損失?？爝M(jìn)時(shí)，液壓缸為差動(dòng)連接，自匯入點(diǎn)A只液壓缸進(jìn)油口C之間的管路AC中，流量為液壓泵出口處流量的2倍。即38L/min。AC段管路的沿程壓力損失： 同樣可求管道AB段和AD段的沿程壓力損失和為： 查產(chǎn)品樣本可知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為： 4FW6E50/AG24的壓力損失 3WE6A50/AG24的壓力損失 根據(jù)分析在差動(dòng)連接中泵的出口壓力損失Pp為： 快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算忽略。上述驗(yàn)算表明無需修改原計(jì)劃。 4.2.3系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算 在整個(gè)系統(tǒng)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段的時(shí)間最長，為了簡化計(jì)算。主要考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量教大。由于線壓是變量泵在流量不同，效率相差極大。所以分別計(jì)算最大最小時(shí)的發(fā)熱量，然后加以比較取最大直進(jìn)行分析。 當(dāng)V=54mm/min=0.054m/min時(shí) 此時(shí)泵的效率為n=0.1.泵的出口壓力為3Mpa。 P輸入= P輸出= 此時(shí)，功率損失為：△p= P輸入-P輸出=0.17-0.02855=0.14165kw 當(dāng)V=108mm/min=0.108m/min時(shí)，q=6.678L/min, 總效率n=0.9。 則P輸入= P輸出=FV=1890010.810-5=0.03400 則功率損失為：P輸入- P輸出=0.47764-0.03400=0.44362 由此可見在工進(jìn)速度較大時(shí)，功率損失為 0.4436發(fā)熱量最大。 假定系統(tǒng)的散熱狀況一般K= 油箱的散熱面積A為： 系統(tǒng)的溫升為： 驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。滿足系統(tǒng)的要求。 總 結(jié) 經(jīng)過一月多的努力，我終于將這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)完成了。在這次作業(yè)過程中，遇到許多困難，充分暴露出了前期我在這方面知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。在指導(dǎo)老師的點(diǎn)撥下，我逐漸找到了線頭，在給指導(dǎo)老師講解我的設(shè)計(jì)思路時(shí)我著實(shí)的很興奮很自豪，因?yàn)檫@畢竟都是我自己獨(dú)立思考的成果。老師面對(duì)我的亢奮只是對(duì)我笑了笑，鼓勵(lì)了一番。當(dāng)時(shí)我更加的驕傲，發(fā)誓要把畢業(yè)設(shè)計(jì)做的非常成功。但是，這種盲目的自大，很快就被打擊得粉碎。當(dāng)我準(zhǔn)備把設(shè)計(jì)付諸實(shí)施的時(shí)候我才發(fā)現(xiàn)，其實(shí)我還差得很遠(yuǎn)。那時(shí)我才明白了什么叫做知其然而不知其所以然。我的小聰明是經(jīng)不起推敲的。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我也逐漸地發(fā)現(xiàn)了它的意義所在，也覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)絕對(duì)是一個(gè)必不可少的重要畢業(yè)環(huán)節(jié)。記得在畢業(yè)設(shè)計(jì)開始的時(shí)候的那種對(duì)大學(xué)學(xué)習(xí)一無所獲的郁悶，如今隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)漸漸淡忘了。我想，我現(xiàn)在之所以能夠順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，絕對(duì)是平日知識(shí)的積累和經(jīng)驗(yàn)的累積的成果。 盡管這次設(shè)計(jì)的時(shí)間是漫長的，過程是曲折的。但我的收獲還是很大，學(xué)到許多書本上學(xué)不到的東西。在整個(gè)過程中我發(fā)現(xiàn)我們這些學(xué)生最缺少的是經(jīng)驗(yàn)，沒有感性認(rèn)識(shí)，空有理論知識(shí)，有些東西很不可與實(shí)際脫節(jié)，總體來說這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文對(duì)我?guī)椭?還是很大的。 致 謝 三年的大學(xué)生涯即將結(jié)束，此時(shí)此刻的心情難以描述。在這一個(gè)多月中，使我們的能力得到了提高，耐力也得到了鍛煉。在設(shè)計(jì)的過程中，我們接觸到不少了以前從未使用過的東西；但是更多的卻是精神上的收獲，為我們以后從事工作打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，老師給予我們許多幫助，同時(shí)也為我們指明了方向。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們把以前所學(xué)都綜合起來，感覺提高很多。我們通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，了解到了做一個(gè)系統(tǒng)的基本常識(shí)，為以后從事技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。我們在設(shè)計(jì)的過程中遇到許多困難，在老師的幫助下，我們通過查資料，把困難都一一克服。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的圓滿完成，首先感謝我的指導(dǎo)老師的耐心幫助，還有其他同學(xué)的熱心幫助。同時(shí)也感謝學(xué)校提供我們一次提高的機(jī)會(huì)，我在此深表感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 姜佩東.液壓與氣動(dòng)技術(shù)，北京：高等教育出版社，2003 [2] 俞啟榮.機(jī)床液壓傳動(dòng)，機(jī)械工業(yè)出版社，1975 [3] 孫夏明.液壓元件，浙江省象山縣液壓氣動(dòng)件公司，2001 [4] 盛敬超.液壓流體力學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，1980 [5] 徐文生.液壓與氣動(dòng)，北京：高等教育出版社，1998 [6] 官忠范.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 [7] 雷天覺.液壓工程手冊，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [8] 陳書杰.氣動(dòng)傳動(dòng)與控制，北京：冶金工業(yè)出版社，1991 第 27 頁