液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算--液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求-wenkub
2023-07-19 17:09:44 本頁(yè)面
【正文】 統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與 執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。 節(jié)流調(diào)速一般采用開(kāi)式循環(huán)形式。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合 —— 容積節(jié)流調(diào)速。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。 明確設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)步驟 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無(wú)嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。 節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來(lái)調(diào)節(jié)速度。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。 節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。在開(kāi)式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回 路。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過(guò)電氣行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制接續(xù)的動(dòng)作。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。 繪制液壓系統(tǒng)圖 整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。提高系統(tǒng)的工作效率。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。 2）確定液壓泵的流量 QP 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)，液壓泵的輸出流量應(yīng)為 QP≥K（ ΣQmax） （ 22） 式中 K—— 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 K=～ ； ΣQmax—— 同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從（ Qt）圖上查得。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大 25%～ 60%。 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的流量和壓力變化較大，即（ Qt），（ pt）曲線起伏變化較大，則須分別計(jì)算出各個(gè)動(dòng)作階段內(nèi)所需功率，驅(qū)動(dòng)功率取其平均功率 式中 t t … tn—— 一個(gè)循環(huán)中每一動(dòng)作階段內(nèi)所需的時(shí)間（ s）； P P … Pn—— 一個(gè)循環(huán)中每一動(dòng)作階段內(nèi)所需的功率（ W）。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿(mǎn)足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。 1）液壓執(zhí)行元件短時(shí)間快速運(yùn)動(dòng)，由蓄能器來(lái)補(bǔ)充供油，其有效工作容積為 式中 A—— 液壓缸有效作用面積（ m2）； l—— 液壓缸行程（ m）； K—— 油液損失系數(shù)，一般取 K=； QP—— 液壓泵流量（ m3/s）； t—— 動(dòng)作時(shí)間（ s） 2）作應(yīng)急能源，其有效工作容積為： 式中 —— 要求應(yīng)急動(dòng)作液壓缸總的工作容積（ m3）。 （ 2）管道壁厚 δ 的計(jì)算 表 10 允許流速推薦值 管道 推薦流速 /（ m/s） 液壓泵吸油管道 ～ ，一般常取 1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～ 6，壓力高，管道短，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 ～ 式中 p—— 管道內(nèi)最高工作壓力（ Pa）； d—— 管道內(nèi)徑（ m）； [ζ]—— 管道材料的許用應(yīng)力（ Pa）， [ζ]= ζb—— 管道材料 的抗拉強(qiáng)度（ Pa）； n—— 安全系數(shù)，對(duì)鋼管來(lái)說(shuō)， p＜ 7MPa 時(shí)，取 n=8； p＜ 時(shí)，取 n=6； p＞ 時(shí)，取 n=4。 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對(duì)實(shí)際情況對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。 λ、 ζ 的具體值可參考第 2 章有關(guān)內(nèi)容。 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)工作時(shí)，除執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。 （ 4）油液流經(jīng)閥或管路的功率損失 Ph4=△ pQ （ 40） 式中 △ p—— 通過(guò)閥或管路的壓力損失 （ Pa）； Q—— 通過(guò)閥或管路的流量（ m3/s）。m）?！?）） 冷卻條件 K1 通風(fēng)條件很差 8～ 9 通風(fēng)條件良好 15～ 17 用風(fēng)扇冷卻 23 循環(huán)水強(qiáng)制冷卻 110～ 170 表 13 管道散熱系數(shù) K2 （ W/（ m2冷卻器的散熱面積 表 14 各種機(jī)械允許油溫（ ℃ ） 液壓設(shè)備類(lèi)型 正常工作溫度 最高允許溫度 數(shù)控機(jī)床 30～ 50 55～ 70 一般機(jī)床 30～ 55 55～ 70 機(jī)車(chē)車(chē)輛 40～ 60 70～ 80 船舶 30～ 60 80～ 90 冶金機(jī)械、液壓機(jī) 40～ 70 60～ 90 工程機(jī)械、礦山機(jī)械 50～ 80 70～ 90 式中 K—— 冷卻器的散熱系數(shù)，見(jiàn)本篇第 8 章液壓輔助元件有關(guān)散熱器的散熱系數(shù)； △ tm—— 平均溫升（ ℃ ）， T T2—— 液壓油入口和出口溫度； t t2—— 冷卻水或風(fēng)的入口和出口溫度。一般油面的高度為油箱高 h 的 倍，與油直接接觸的表面算全散熱面，與油不直接接觸的表面算半散熱面，圖示油箱的有效容積和散熱面積分別為 圖 3 油箱結(jié)構(gòu)尺寸 V= （ 50） A1=（ α+b） + （ 51） 若 A1求出，再根據(jù)結(jié)構(gòu)要求確定 α、 b、 h 的比例關(guān)系，即可確定油 箱的主要結(jié)構(gòu)尺寸。它不僅伴隨產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，而且會(huì)因過(guò)高的沖擊壓力而使管路、液壓元件遭到破壞。 2）急劇改變液壓缸運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，由于液體及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性作用而引起的壓力沖擊，其壓力的增大值為 式中 —— 液流第 i 段管道的長(zhǎng)度（ m）； Ai—— 第 i 段管道的截面積（ m2）； A—— 液壓缸活塞面積（ m2）； M—— 與活塞連動(dòng)的運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量（ kg）； △ υ—— 液壓缸的速度變化量（ m/s）； t—— 液壓缸速度變化 △ υ 所需時(shí)間（ s）。 集中式結(jié)構(gòu)是將整個(gè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨(dú)立設(shè)置于主機(jī)之外或安裝在地下，組成液壓站。 液壓閥的配置形式 1）板式配置 板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對(duì)應(yīng)的孔，通過(guò)管接頭聯(lián)接油管而將各閥按系統(tǒng)圖接通。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方 面起內(nèi)部油路作用。 對(duì)于較簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)，其閥件較少，可安裝在同一個(gè)集成塊上。 T 孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔 T，流回到油箱。 2）集成塊結(jié)構(gòu)尺寸的確定 外形尺寸要求滿(mǎn)足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求。一般來(lái)說(shuō)，與閥直接相通的孔徑應(yīng)等于所裝閥的油孔通徑。除用元件圖形符號(hào)表示的原理圖外，還包括動(dòng)作循環(huán)表和元件的規(guī)格型號(hào)表。 進(jìn)行工況分析、確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 通過(guò)工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過(guò)程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的參數(shù)提供依據(jù)。 載荷的組成和計(jì)算 液壓缸的載荷組成與計(jì)算 圖 1 表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系
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