液压系统的设计计算.pdf

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1、液压系统的设计计算 2 题目：一台加工铸铁变速箱箱体的多轴钻孔组合机床，动力滑台的动作顺序为快速趋进工件工进工进加工结束块退原位停止。滑台移动部件的总重量为 5000N，加减速时间为 0.2S。采用平导轨，静摩擦系数为 0.2，动摩擦系数为 0.1。快进行程为 200MM，快进与快退速度相等均为min/5.3 m。工进行程为 100mm，工进速度为min/10080mm，轴向工作负载为 1400N。工进行程为 0.5mm，工进速度为min/5030mm，轴向工作负载为 800N。工作性能要求运动平稳，试设计动力滑台的液压系统。解：一 工况分析 工作循环各阶段外载荷与运动时间的计算结果列于表 1

2、 表 1 外载荷与运动时间 阶段 速度 v（m/min）运动时间 t(s)外载荷 F(N)启动加速 0 3.5 0.2 11492.0605.38.950002.05000ifsFFF 差动快进 3.5 43.3605.32.0 5001.05000fdFF 工进 0.080.1 75 60 5001.05000fdFF 工进 0.030.05 10060 145001.0500014000fdwFFF 反向启动 0 3.5 0.2 1149ifsFFF 快退 3.5 3.43 500fdFF 液压缸的速度、负载循环图见图 1 二 液压缸主要参数的确定 采用大、小腔活塞面积相差一倍（即 A1=

3、2A2）单杆式液压缸差动联接来达到快速进退速度相等的目的。为了使工作运动平稳，采用回油路节流调速阀调速回路。液压缸主要参数的计算结果见表 2。表 2 液压缸主要参数 阶段 计算公式 P1(MPa)P2(MPa)cm A1(cm2)D(cm)标准 D(cm)d(cm)标准 d(cm)工进 DdADppFAcm707.04)21(121 4 0.5 0.95 40.7 7.2 8 5.66 5.6 实际面积（cm2）A1 A2 A3 50.3 25.6 24.6 按最低公进速度验算液压缸尺寸 故能达到所需低速27.1631005.06.253minmin22cmvQcmA 三 液压缸压力与流量的确

4、定 因为退时的管道压力损失比快进时大，故只需对工进与快退两个阶段进行计算。计算结果见表 3 表 3 液压缸的压力与流量 阶段 计算公式 F(N)P2(MPa)Vmax(m/min)Vmin(m/min)P1(MPa)Qmax(L/min)Qmin(L/min)工进 21211pAAAFpcm工工VAQ1 14500 0.5 0.1 0.08 3.28 0.5 0.4 工进 同上 8500 0 8 0 05 0 03 2 19 0 25 0 15 快退 21211pAAAFpcm 快快VAQ1 500 0 8 3 5 3 5 1 78 8 96 8 96 四 液压系统原理图的拟定(一)选择液压回

5、路 1.调速回路与油压源 前已确定采用回油路节流调速阀调速回路。为了减少溢流损失与简化油路，故采用限压式变量叶片泵 2.快速运动回路 采用液压缸差动联接与变量泵输出最大流量来实现 3.速度换接回路 用两个调速阀串联来联接二次工进速度，以防止工作台前冲(二)组成液压系统图（见图 2）电磁铁动作表 1DT 2DT 3DT 41DT 差动快进 工进 工进 快退 电动机停止工作时，为了防止系统中的压力油经液压泵倒流回油箱，以免空气进入系统，在液压泵出口处加一个单向阀。五 液压元件规格的选择(一)选择液压泵 液压泵的工作压力与流量计算结果见表 4 表 4 液压泵的工作压力与流量 阶段 计算公式 p(MP

6、a)k Pp(MPa)Qpmax(L/min)Qpmin(L/min)标准 pr(cm)标准 Qr(cm)工进 工kQQppppp1 0 1.1 3.28 0.55 0.44 6.3 21 工进 同上 0 1.1 2.19 0.28 0.17 6.3 21 快退 快kQQppppp1 0.6 1.1 2.38 9.9 9.9 6.3 21 查产品样本，选用 YBX-16 限压式变量叶片泵，pr=6.3MPa,q=16mL/r,np=1450r/min,9.0pv。它的特性曲线如图 3 所示。工 作 点 为 快 退，此 时pp=2.38MPa,Qp=9.9L/min;工 作 点 为 工 进，此

7、时pp=3.28MPa,Qp=0.55L/min；工作点为工进，此时 pp=2.19MPa,Qp=0.28L/min。实际工作曲线如图 3 中虚线所示，由于工作点的压力大于工作点，故实际工作曲线按工作点调整。12MPa.119.231.3,31.3024.033.3024.0,047.028.055.048.285.033.385.0,5.43.69.92133.3047.028.3047.0,5.43.655.021压阀所消耗。高，并由调速阀中的减，结果使液压缸背压增的压力增高了比工作点为工进时的实际泵的压力则工进时的实际工作点为限定压力则截止压力则MPapMPaxxMPapMPaxxMPa

8、pMPaxxpbc (二)选择电动机 1 计算电动机的功率 快退时 KWQpPppp561.010607.0109.91038.2336 工进 KWP38.0106008.01055.01028.3336 工进 KWP39.0106004.01028.01031.3336 2 选择电动机型号 根据快退时功率 0.514KW，选用 Y802-4型电动机，功率 Pr=0.75KW,转速 nr=1390r/min 验算电动机功率 够。所选用的电动机功率足KWKWQpPpbb5.175.0258.010607.0109.91048.2336(三)选择液压阀 液压系统中的最高工作压力为MPapc33.3

9、，通过阀的最大流量为 9.9L/min，故选用,3.6 MPaprmin/10LQr的中低压阀类。液控顺序阀因没有 10L/min 规格，故选用 25L/min 规格。滤油器按两倍液压泵流量rQ选取吸油用线隙式滤油器。所有液压元件的型号见表 5。表 5 液压元件明细表 序号 最 大 通 过 流 量(L/min)选用规格 1 限压式变量叶片泵 YBX-16 2 单向阀 9.9 I-10B 3 三位五通电磁换向阀 9.9 35D1-10BY 4 单向阀 9.9 I-10B 5 液控顺序阀 0.26 XY-25B 6 线隙式滤油器 19.8 XU-25100J 7 调速阀 0.26 Q-10B 8

10、调速阀 0.13 Q-10B 9 二位二通电磁阀 9.9 22D1-10B 10 二位二通电磁阀 9.9 22D1-10B 11 压力表开关 K-3B 12 压力表 Y-60 六 辅助元件的选择(一)确定管道尺寸 查产品样本，三位与二位电磁阀的油口尺寸均为 8，故取管道内径mmd8，选用810紫铜管(二)确定油箱容量 油箱容量取 6 倍泵的额定流量 LV609.96(三)确定液压元件配量形式 选用最小规格 JK25系列集成块，采用标准液压文件 七 液压系统的验算(一)确定限压式变量泵与卸荷阀的调整压力 1 工进时 只需考虑一个调速阀 7的压力损失MPap5.02，与表 3种假设的背压 p2相符

11、，故限压式变量泵的工作点准确。2 工进时 只需考虑二个调速阀 7 与 8 的压力损失，由于前面调速阀 7 的开口面积比后面调速阀 8 大，故调速阀 7实际上只起节流阀作用，故压力损失MPap8.05.03.02，与表 3中假设的背压2p相符，限压式变量泵三工作点准确。3 快退时 快退时，流量大，管路中的压力损失较大。沿程压力损失、局部压力损失和集成块压力损失的计算分别见表 6.7.8。表 6 沿程压力损失的计算 管段 计算式 结果（MPa）说明 泵站至缸 228.3900008.02057.0222vdlp 0.069 层流2320131210208.0328102028.360008.010

12、9.41922223vdRscmsmAQve mlmkge2,900057.0131275R753 缸至泵站 256.6900008.02044.0222vdlp 0.213 044.026243164.0232026241312256.628.32紊流eRsm 表 7 局部压力损失计算 管段 液阻 计算式 结果（MPa）说明 泵至缸 弯头 228.390012.122221vp 0.01 smv28.312.190弯头，两个 阀 222109.93.02.0rrQQpp 0.49 min9.91.010221.010352.01011LQMPapBDMPapBrDMPapBIrrr二位二通阀

13、三位五通阀单向阀 缸至油箱 弯头 23201.0p 0.04 smv56.628.3212.190弯头，两个 阀 24108.191.0p 0.392 min8.199.921.010351LQMPapBrDr三位五通阀 表 8 集成块压力损失的计算 油路 计算式 结果（MPa）说明 进油路 221259.923.02rccQQpp 0.024 23.025ccpMPapJK进、回油路各取系列集成块的压力损失 回油路 22258.1923.0cp 0.094 min8.199.92LQ 快退时泵的调节压力 12212ppAAAFpcmp 式中：1p 快 退 时，进 油 路 的 压 力 损 失，

14、由 表6.7.8可 得M P ap6.0024.049.001.0069.01 2p 快 退 时，回 油 路 的 压 力 损 失，由 表6.7.8可 得M P apM P app26.26.074.06.253.5095.0106.251050074.0094.0392.004.0213.0462 由上面计算可知：(1)快退时，进油路压力损失MPap6.01与表 4 中的假定值 0.6MPa相符合。回油路压力损失MPap74.02与表 3 中的假定值 0.8MPa基本符合，故计算有效。(2)变量泵的最大流量调节值为快退时的流量min9.9LQb，限定压力调节值为MPapp48.2，截止压力为M

15、Papc33.3。(3)卸荷阀调节压力为 MPapMPapb28.348.2卸(4)快退时泵的工作压力为 MPappMPab48.226.2卸(二)验算系统热平衡温度 系统单位时间的平均发热量 iiniitP1T11 快速时：输入功率 KWQpPp52.06075.0109.91038.266快快快 持续时间 st4.3快 系统总效率 677.095.095.075.0cmLp快 工进时：输入功率 KWP38.06008.01055.01028.366 持续时间 st60 系统总效率 072.095.095.008.0 工进时：输入功率 KWP39.06004.01028.01031.366 持续时间 st60 系统总效率 036.095.095.040.0 工作循环周期 sT8.12660604.32 KW35.060036.0139.060072.0138.04.3677.0152.028.1261 设油箱三个边长的比例近似为 1：1：1，则 散热面积 23232160065.0065.0mVA 假定通风良好，取油箱散热系数 CmKWCT231015 系统温升为 CACtT3.231101535.03 设室温Ct 302，则热平衡温度为 CtCCttt553.533.2330121 故油箱容量足够。