【文章內(nèi)容簡介】 計算機仿真實驗，或者局部地進行實物實驗，反復修改，才能確定設計方案。另外，這些步驟又是相互關(guān)聯(lián)，彼此影響的，因此常需穿插交叉進行。 液壓系統(tǒng)的設計步驟大體如下： 1) 液壓系統(tǒng)的工況分析 在開始設計液壓系統(tǒng)時，首先要對機器的工作情況進行詳細的分析，一般要考慮下面幾個問題： ? 確定該機器中哪些運動需要液壓傳動來完成 ? 確定各運動的工作順序和各執(zhí)行元件的工作循環(huán) ? 確定液壓系統(tǒng)的主要工作性能。例如：執(zhí)行元件的運動速度、調(diào)速范圍、 最大行程以及對運動平穩(wěn)性要求等 ? 確定各執(zhí)行元件所承受的負載及其變化范圍 2) 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖一般要考慮以下幾個問題： ? 采用何種形式的執(zhí)行機構(gòu) ? 確定調(diào)速方案和速度換接方法 ? 如何完成執(zhí)行機構(gòu)的自動循環(huán)和順序動作 ? 系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行機構(gòu)的換向和安全等要求 ? 壓力測量點的合理選擇 根據(jù)上述要求選擇基本回路，然后將各基本回路組合成液壓系統(tǒng)。當液壓系統(tǒng)中有多個執(zhí)行部件時，要注意到它們相互間的聯(lián)系和影響，有時要采用防干擾回路。 3) 液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 液壓系統(tǒng)計算的目的是確定液壓系統(tǒng)的 主要參數(shù)，以便按照這些參數(shù)合理地選擇液壓元件和設計非標準元件。具體計算步驟如下： ? 計算液壓缸的主要尺寸以及所需的壓力和流量 ? 計算液壓泵的工作壓力、流量和傳動功率 唐山學院畢業(yè)設計 4 ? 選擇液壓泵和電動機的類型和規(guī)格 ? 選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)格 4) 對液壓系統(tǒng)進行驗算 必要時，對液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進行演算，但是有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗過的同類型設備可供類比參考，或者有可靠的試驗結(jié)果，那么也可以不再進行驗算。 5) 繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件 設計的最后一步是要整理出全部圖紙和技術(shù)文件。正式工作圖一般包括如下內(nèi)容：液壓系統(tǒng)原理圖； 液 壓站總裝圖； 液壓泵、液壓閥及管路的安裝總圖。 技術(shù)文件一般包括以下內(nèi)容：基本件、標準件、通用件及外購件匯總表，液壓系統(tǒng)安裝和調(diào)試要求，設計說明書等。 總體步驟如下： 圖 唐山學院畢業(yè)設計 5 液壓系統(tǒng)的組成 棒材軋機液壓系統(tǒng) 若能正常工作必須由以下五部分組成： 1) 動力 元件 :它是把原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置，一般由電動機和液壓 泵 組成，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油。 2) 執(zhí)行元件 :它是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用是在壓力油的推動下輸出力和速度 (直線運動 )，或力矩和轉(zhuǎn)速 (回轉(zhuǎn)運動 )。這類元件包括各類液壓缸和液壓馬達。 3) 控制調(diào)節(jié)元件 :它是能控制或調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油的壓力、流量或方向，以保證執(zhí)行裝置完成預期工作的元件。這類元件主要包括各種液壓閥，如溢流閥、節(jié)流閥以及換向閥等。 4) 輔助元件 :輔助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接頭、濾油器、壓力在以及流量計等。這些元件分別起散熱貯油、蓄能、輸油、連接、過濾、測量壓力和測量流量等作用，以保證系統(tǒng)正常工作，是液壓系統(tǒng)不可缺少的組成部分 o 5) 工作介質(zhì) :它在液壓傳功及控制今起傳遞運動、動力從信號的作用。工作介質(zhì)為液壓油或 其它合成液體。 工作原理 棒材軋機液壓系統(tǒng) 的工作 原理：液壓泵首先向系統(tǒng)提供壓力油，推動油缸伸出。當壓力升至工作壓力時，壓力繼電器發(fā)訊使液壓泵電機停止轉(zhuǎn)動，此刻系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)，即由蓄能器和液控單向閥構(gòu)成的保壓回路使油缸保持工作壓力，從而通過液壓缸推動 軋機 工作。 液壓系統(tǒng)參數(shù)計算 確定液壓缸 外 負載 表 31液壓缸外負載 工況 計算公式 外負載 kN 啟動 Ffs 400 加速 Ffd+ Fa 533 唐山學院畢業(yè)設計 6 快進 Ffd 200 工進 Fe+ Ffd 2200 反向啟動 Ffs 400 加速 Ffd+ Fa 533 后退 Ffd 200 液壓缸主要尺寸的確定 1) 初選液壓系統(tǒng)壓力 系統(tǒng)壓力選定得是否合理，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)設計的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下，若系統(tǒng)壓力選得過低，則液壓元、輔件的尺寸和重量就增加，系統(tǒng)造價也相應增加；若系統(tǒng)壓力選得較高，則液壓設備的重量、尺寸會相應降低，但制造精度等要求的提高。查 參考文獻 [2]，表 20211，初定系統(tǒng)壓力為 25MPa。 2) 液壓缸主要尺寸 查參考文獻 [3]， P14，單活塞桿液壓缸無桿腔為工作 腔時，計算公式為： 21p4 D??=F+ ? ?222dp4 D? ??+Ffc （ 公式 1） 式中， p1—— 液壓缸工作壓力，初算時可取系統(tǒng)工作壓力， Pp=25MPa； P2—— 液壓缸回油背壓力 (系統(tǒng)壓力過大背壓可忽略不計 )， MPa； d／ D—— 活塞桿直徑與 液 壓缸內(nèi)徑之比； F—— 液壓缸 最大 負載。 Ffc—— 液壓缸 密封處摩擦力 ，他的精確值不易求得，常用液壓缸的機械效率 η cm進行估算 F+ Ffc=F/η cm （ 公式 2） 式中 η cm—— 液壓缸的機械效率，一般η ~ 公式可化簡為 D2=4(F+ Ffc) /π p1 唐山學院畢業(yè)設計 7 計算得各個液壓缸的內(nèi)徑，查表標準化列表如下： 表 32液壓缸內(nèi)徑 液壓缸直徑 D(mm) d（ mm） 液壓缸 400 280 3) 計算在各 工作階段所需的流量 確定液壓缸的流量 查 參考文獻 [1]， P18，液壓缸的流量計算， 24Q Dv?? 式中， Q —— 液壓缸的流量， L/min； D—— 液壓缸內(nèi)徑， m； V—— 活塞桿的運動速度， m/min。 計算得 負載 缸 快進時 所需流量： Q =π D2v/4= 2247。 4 60=15L/min。 負載缸工進時所需流量： Q=負載缸快退時所需流量： Q=15L/min 計算得各執(zhí)行機構(gòu)所需最大流量列表如下 表 33液壓缸最大流量 液壓缸 所需最大流量（ L/min） 負載缸 15 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 液壓泵在壓裝的工作過程中向液壓缸供油（每次只對一組 液壓缸供油），選流量最大的液壓缸對泵進行計算。 1) 泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： P＝ P1+∑△ P 式中 P—— 液壓泵最大工作壓力， MPa； P1—— 執(zhí)行元件最大工作壓力， MPa； △ P—— 進油管路中的壓力損失，初算時 由于系統(tǒng)壓力過大忽略不計 將 P1=25Pa ，△ P =0 MPa 代入公式得： 唐山學院畢業(yè)設計 8 P＝ P1+∑△ P=25MPa 上述計算得的是系統(tǒng)的靜壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過按階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，因此選泵的額定壓力 Pn應滿足 Pn≥ (～ )P。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值，液壓缸按中低壓系統(tǒng)取小值，則： Pn= 25=。 2) 泵的流量確定 液壓泵的最大流量由文獻 [1] P5 得： Q≥ LK (∑ maxq ) 式中 Q—— 液壓泵的最大流量， L/min； ∑ maxq —— 同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值， L/min； LK —— 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 LK =~，現(xiàn)取 LK =。 Q= 15L/min=18L/min。 3) 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得的 P 和 Q 查閱 文獻 [2]，再根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研 ,現(xiàn)選用 25PCY141B 型恒壓變量式軸向柱塞泵 。該泵的參數(shù)為：排量 25mL/r， 額定壓力為 32 Mpa。 與液壓泵匹配的電動機的選定 選擇電動機的公式依據(jù)查參考文獻 [2] P52（公式 2023）進行驗算，即： P=60sppQ?? 式中 P—— 所選電動機額定功率， KW； PS—— 泵的額定壓力， MPa； Q—— 泵的額定流量， L/min； ψ —— 轉(zhuǎn)換系數(shù)； η p—— 液壓泵的總效率。 查參考文獻 [2]， P156，表 2059確定各個參數(shù)：η p=，ψ =， 25PCY141B型 恒壓變量式軸向柱塞泵 的輸出流量 為 25mL/r，額定壓力 PS =32 MPa，代入公式，得： P= 32 1860 ??? = 所需電動機功率為 P=。 查閱 參考文獻 [2]，電動機產(chǎn)品樣本，選擇 Y160M 型電動機，其功率為 ，額定轉(zhuǎn)速為 1440r/min。 唐山學院畢業(yè)設計 9 、繪制液壓系統(tǒng)原理圖 擬定液壓系統(tǒng)圖是液壓系統(tǒng)設計中的一個重要步驟。這一步要做的主要工作：一是選擇基本回路，二是把選出的回路組成液壓系統(tǒng)。 1) 調(diào) 壓回路 壓力調(diào)定回路是最基本的調(diào)壓回路。溢流閥的調(diào)定壓力應該大于液壓缸的最大工作壓力，其中包含液壓管路上各種壓力損失 。 2) 調(diào)速回路 進油節(jié)流調(diào)速回路使用普遍，但由于執(zhí)行元件的回油不受限制，所以不宜用在超越負載 (負載力方向與運動方向相同 )的場合。閥應安裝在液壓執(zhí)行元件的進油路上，多用于輕載、低速場合。對速度穩(wěn)定性要求不高時，可采用節(jié)流閥；對速度穩(wěn)定性要求較高時，應采用調(diào)速閥。該回路效率低，功率損失大 。 3) 方向控制回路 換向回路一般都采用換向閥來換向。換向閥的控制方式和中位機能依據(jù)主機需要及系統(tǒng)組成的合理性等因素來 選擇 ， 當換向閥 左邊 工作時，液壓缸活塞向右方向的運動，當換向閥 左邊不工作時， 向左方向則可以運動 。 這臺 軋機 很適宜選用節(jié)流調(diào)速方式。節(jié)流閥是通過改變節(jié)流口通流面積或通流通道的長短來改變局部阻力的大小，從而實現(xiàn)對流量的控制。從液壓缸工作循環(huán)圖可知，各工作進給時是中壓小流量，故可選用單泵供油回路。該系統(tǒng)的泵剛開始工作時，系統(tǒng)是空轉(zhuǎn)運行的，可以在主油路上接溢流閥，采用電磁換向閥進行空載與負載工作之間的轉(zhuǎn)換。 各個回路如下圖所示 1) 工進快進回路 2) 液壓站 唐山學院畢業(yè)設計 10 圖 快進 工進回路 圖 泵站 液壓站系統(tǒng)的設計在液壓站系統(tǒng)的設計中，遵循在滿足系統(tǒng)工作要求的前提下，盡量簡化系統(tǒng)原理的原則。設計方案如下： ? 液壓泵采用一用一備，確保系統(tǒng)正常工作。 ? 機床在工作時， 系統(tǒng)熱量主要由泵產(chǎn)生，起產(chǎn)生的熱量有限，因此，在設計液壓站冷卻系統(tǒng)時，只在回油管上設置冷卻器，不再設計自循環(huán)冷卻系統(tǒng)。 繪制液壓系統(tǒng)圖 將基本回路組成系統(tǒng)原理圖 唐山學院畢業(yè)設計 11 將各個回路圖合成，整個 軋機的 液壓系統(tǒng)圖就初步繪制了，再檢查并加以補充完善，便可以繪制出正式的液壓系統(tǒng)原理圖。如 下 圖 所示。 圖 液壓系統(tǒng)原理圖 液壓元件選擇 液壓閥的選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高壓力和通過閥的實際流量以及閥的操縱、安裝方式等，需要注意的問題是： 1)確定通過閥的實際流量 ，此時注意通過管路的流量與油路串、并聯(lián)的關(guān)系：油路串聯(lián)時系統(tǒng)的流量即為油路中各處所通過的流量；油路并聯(lián)中各油路同時工作時系統(tǒng)的流量等于各條油路通過流量的和。 2)單活塞桿液壓缸兩腔回油的差異 活塞外伸 或 內(nèi)縮時的回油流量是不同的，內(nèi)縮時無桿腔回油流量與外伸時有桿腔的回油流量之比，等于兩腔活塞面積之比。 3)控制閥的使用壓力、流量，不要超過其額定值 ，如控制閥的使用壓力 、流量超過了其額定值，就易引起液壓卡緊 或卡死 ，對控制閥 及系統(tǒng) 工作 質(zhì)量 產(chǎn)生的不良影響。 根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇液壓元件， 具體詳見原理圖和裝配圖 。 液壓系統(tǒng)的驗算 在液壓系統(tǒng)設計計算過程中及設計 完結(jié) ，需要對它的技術(shù)性能進行驗算，以便唐山學院畢業(yè)設計 12 從幾種設計方案中比較出最佳方案或判斷其設計質(zhì)量。 系統(tǒng)壓力損失計算 當系統(tǒng)元、輔件規(guī)格和管道尺寸確定后．并繪出管路裝配草圖，即可進行系統(tǒng)壓力損失△ P 的計算。它包括管路的沿程壓力損失1p?、局部壓力損失2p?及閥類元件的局部損失△ P3，查參考文獻 [3]， P38，公式： 1 2 3p p p p? ? ? ? ? ? ? 21 2lvdp ??? ? ? 22 2vp ??? ? ? 23 nnQpp Q????? ? ??? 式中 l —— 管道長度； d —— 管道內(nèi)徑； v —— 液流平均速度； ? —— 液壓油密度； ? ， ? —— 局部阻力和沿程阻力系數(shù)； nQ —— 閥的額定流量； Q —— 通過閥的實際流量； nP? —— 閥的額定壓力損失。 查參考文獻 [2]， P2065，系統(tǒng)中最長的管路，內(nèi)徑 d=，長 l =2 m，通過流量 Q=36 310?? m3/s，工作介質(zhì)為 20號機油，工作壓力下的粘度 γ=2010 6m2/s,密度 ρ =900Kg/m3。 管內(nèi)流速由公式： ν =24Qd? ν =24Qd?= 324 18 ???? =； 唐山學院畢業(yè)設計 13 雷諾數(shù)由公式： Re=vd? Re=vd?= 10???=*104； 因 4000＜ Re＜ 100000 故沿程阻力系數(shù) ? ===； ? = 代入公式 ，計算得沿程阻力損失： 21 2lvdp ??? ? ? = 2 62 2 10??= MPa。 查參考文獻 [2]，閥類元件的局部損失△ P3：單向閥的壓力損失為 MPa，代入公式 ，得： 23 nnQpp Q????? ? ???= 63??????? = MPa； 查參考文獻 [2]P2065，管接頭、 彎頭、相貫孔的局部壓力損失很小，可不計，所以，液壓系統(tǒng)的壓力損失 1 2 3p p p p? ? ? ? ? ? ?=++= MPa。 計算出的液壓系統(tǒng)的壓力損失與選系統(tǒng)工作壓力時選定的壓力損失很接近，故無須更正系統(tǒng)參數(shù)。 系統(tǒng)效率計算 液壓系統(tǒng)效率η是系統(tǒng)的輸出功率 (即執(zhí)行元件的輸出功率 )N0 與其輸入功率(即液壓泵的輸入功率 )NP之比，查參考文獻 [3] P39，得系統(tǒng)計算公式： P C m? ???? 式中 P?—— 液壓泵的總效率； m?—— 執(zhí)行元件的效率； C? —— 回路效率 ， 又由 iiCpi pipQpQ? ??? 唐山學院畢業(yè)設計 14 iipQ?—— 系統(tǒng)輸給同時動作的執(zhí)行元件的功率， KW； pi pipQ?—— 同時運轉(zhuǎn)的各液壓泵的輸出功率， KW。 查參考文獻 [2]， P285，得m?=~，取m?=； 液壓泵的總效率P?=，回路效率C?= (10 )10 ???=，則系統(tǒng)的總效率： P C m? ????= = 唐山學院畢業(yè)設計 15 5. 液壓站的設計 液壓站簡介 液壓站是由液壓油箱、液壓泵裝置及液壓控制裝置三大部分組成。液壓油箱裝有空氣濾清器、濾油器、液面指示器和清洗孔等。液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動電機及其它們之間的聯(lián)軸器等。液壓控制裝置是指組成液壓系統(tǒng)的各閥類元件及其聯(lián)接體。 液壓 站的結(jié)構(gòu)型式有分散式和集中式兩種類型。 1)集中配置型液壓裝置是將系統(tǒng)的執(zhí)行器安放在主機上，而將液壓泵及其驅(qū)動電機、輔助元件等安裝在主機之上，按照操作執(zhí)行器的液壓控制裝置的安放位置及液壓站的功能，又可進一步將液壓站分為動力型液壓站和復合型液壓站兩種結(jié)構(gòu)類型。散裝在主機各適