设计计算&压力机液压系统A.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,液压传动系统,的设计计算,设计计算步骤,1,明确设计要求,2,进行工况分析,3,确定,p q,和排量,4,拟订系统草图,5,选择元件附件,6,系统性能验算,7,完成图纸文件,明确设计要求,进行工况分析,确定,p,q,和排量,拟订系统草图,选择元件附件,系统性能验算,完成图纸文件,通过否,?,Y,N,一、明确设计要求、进行工况分析,1,、明确设计要求,液压传动系统设计时要明确液压传动系统的工作环境、动作和性能要求，这里一般需要考虑以下几个方面：,1,）设备中液压传动的运动及各执行机；,2,）装置的空间布置、安装形式、重量、外形尺寸的限制等；,3,）执行机构的载荷形式和大小；,4,）运动速度及其范围、对平稳性的要求；,5,）各执行机构的动作、相互关系及操作；,6,）自动化程度、效率、温升、安全保护、制造成本等要求,7,）工作环境方面的要求。,2,、执行元件的工况分析,对于元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律。通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值列表表示。,一般情况下，液压传动系统中液压缸承受的负载由六部分组成，即工作负载、导轨摩擦负载、惯性负载、重力负载、密封负载、背压负载，前五项构成了液压缸所要克服的机械总负载。,1,）,工作负载,对于液压机来说，工件的压制抗力为工作负载。对于金属切削机床来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。,2,）,导轨摩擦负载,平导轨：、,V,形导轨：,式中：摩擦系数,G,运动部件的重力,垂直导轨的工作负载,V,形导轨面的夹角，一般,3,）,惯性负载,4,）,重力负载,垂直或倾斜放置的运动部件，在没有平衡的情况下，自重也成为一种负载。,5,）,密封负载,密封负载是指密封装置的摩擦力，其值与密封装置的类型和尺寸、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关，计算公式见有关手册。,6,）,背压负载,二、执行元件主要参数的确定,执行元件的主要参数是指其,工作压力,和,最大流量,。液压传动系统采用的执行元件形式可视主机所要实现的运动种类和性质而定，如下表,运动形式,往复直线运动,回转运动,往复摆动,短,行程,长行程,高速,低速,摆动马达,建议采用的执行元件形式,活塞缸,柱塞,缸,液压马达与齿轮齿条机构,液压马达与丝杆螺母机构,高速液压马达,低带,液压马达,高速液压马达与减速机构,1,、初选执行元件的工作压力,根据实际情况选取适当的工作压力，执行元件工作压力可以根据总负载的大小或主机设备类型选取，可参照下表。气压传动控制系统的工作压力一般为,0.5MPa,左右。,按负载选择工作压力,各种设备常用系统工作压力,负载力,/,kN,50,工作压力,/,MPa,0.81,1.52,2.53,3 4,45,57,设备类型,磨床,车、铣、镗床,组合机床,龙门,刨床、拉床,汽车、矿山机械、农业机械,大中型挖掘机械、起重机械、液压机,工作压力,/,MPa,0.82,24,35,10,1016,2030,2,、确定执行元件的主要结构参数,1,）液压缸主要结构尺寸,2,）液压马达主要参数的确定,3,、复算执行元件的工作压力,执行元件背压的估计值,系统类型,背压,中、低压系统,0 8,简单系统，一般轻载节流调速系统,出口带调速阀的调速系统,出口带背压阀,带补油泵的闭式回路,0.2 0.5,0.50.8,0.51.5,0.81.5,中高压系统,816,同上,比中低压系统高,50100%,高压系统,1632,如,锻压机械等,初算时背压可,忽略不计,4,、执行元件的工况图,机床进给液压缸工况,流量循环图,压力循环图功率循环图,三、系统原理图的确定,系统原理图是表示系统的组成和工作原理的图样，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。拟定系统原理图包含两项内容：一是通过分析、对比选出合适的,基本回路,；二是把选出的基本回路进行有机组合，构成完整的,系统原理图,。,系统原理图的确定步骤,：,1,、确定执行元件的形式,2,、确定回路类型,3,、选择合适回路：制订调速控制方案，制订压力 控制方案，制订顺序动作控制方案,4,、编制整机的系统原理图,四、元件的计算和选择,1,、动力元件的选择,执行元件的尺寸规格及其工作压力与流量确定后，再结合所拟定的液压系统原理图，就可以对系统中的其它元件进行选择或设计。,首先先根据设计要求和系统工况确定液压泵的类型，然后根据液压泵的最大供油量来选择液压泵的规格。,2,、阀类元件的选择,各种阀的额定压力和额定流量，一般应与其工作压力和最大通过流量相接近，必要时，可允许其最大通过流量超过额定流量,20%,。,五、系统性能验算,1,、系统压力损失的计算,管路总的压力损失为：,2,、系统发热温升的验算,系统在工作时所水泵的能量多数转化为热能。必须控制温升在许可范围内，如一般机床,;,数控机床,;,粗加工机械、工程机械和机车车辆,根据各阶段的发热量求出系统的平均发热量：,六、绘制正式工作图和编制技术文件,1,、绘制正式工作图,正式工作图包括按国家标准绘制正规的系统原理图，系统装配图，阀块等非标准无、辅件的装配图及零件图。,系统原理图中应附有元件明细表，表中标明各元件的规格、型号和压力、流量调速值。一般还应给出各执行元件的工作循环图和电磁铁动作顺序表。,系统装配图是系统布置全貌的总布置图和管路施工图，对液压系统应包括油箱装配图、液压泵站装配图、集成油路块装配图和管路安装图等。,2,、编制技术文件,必须明确设计任务书，据此检查、考核液压系统是否达到设计要求。技术文件包括系统设计计算说明书,;,系统使用及维护技术说明书,;,零部件明细表及标准件、通用件及外购件明细表等,;,系统有关的其它注意事项。,系统设计计算举例,以一台钻镗两用机床液压系统的设计计算为例，对液压与气压传动系统的设计计算进行说明，所要设计的液压系统，要,8,个,14mm,孔的加工进给运动。其设计过程如下：,1,、明确系统设计要求,该系统工作循环是：快速前进、工作进给、快速退回、原位停止，快进、快退速度约为,4.5m/min,工进速度在,20120mm/min,内无级调速，最大行程为,400mm,（其中工进行程,180mm,），在进给方向最大切削力,18kN,，运动部件自重,25kN,，启动换向时间,0.05s,，采用水平放置的平导轨，静、动摩擦系数,0.2,、,0.1,，油缸机械效率取,0.9,。,2,、分析系统工况,液压缸在工作过程各阶段的负载经计算如下表,3,、确定工作元件的工作压力,初选液压缸的工作压力：由于负载值大小查表，,取,p=3MPa,。,确定液压缸的主要结构参数：,圆整取,D=100mm,。为了实现快进速度与快退速度相等，采用差动连接，则,d=0.707D,，所以,d=70mm,。,计算液压缸的工作压力、流量和功率如下表：,工作阶段,速度,v(m/s),负载,F/N,工作阶段,速度,v(m/s),负载,F/N,启动加速,9807,工进,0.003-0.002,22778,快进,0.075,2778,快退,0.075,2778,4,、拟定系统原理图,5,、选择元件,6,、系统性能验算,工作阶段,工作压力,/,MPa,输入流量,/(,L/min),输入功率,P/kW,快速进给,1.24,17.4,0.36,工作进给,3.31,0.96,0.05,快速退回,1.67,18,0.5,压力机液压系统,三梁四柱式压力机,压力机液压系统概述,压力机是锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金、成型、打包等工艺中广泛应用的压力加工机械。,上液压缸驱动上滑块完成快速下行慢速加压保压泄压快速回程原位停止的动作循环。下液压缸驱动下滑块完成向上顶出向下退回停止的动作循环；在作薄板拉伸时，下液压缸驱动下滑块完成浮动压边下行停止顶出的动作循环。,压力机液压系统以压力控制为主，压力高，流量大，且压力、流量变化大。在满足系统对压力要求的条件下，要注意提高系统效率和防止产生液压冲击。,3150KN,通用液压机液压系统组成,上滑块由主缸驱动实现加压，下滑块由下缸驱动实现顶出。,系统有两个泵，主泵为恒功率变量泵，最高工作压力由溢流阀,4,的远程调压阀,5,调定。辅助泵,2,是低压小流量定量泵用于供应液动阀的控制油，压力由溢流阀,3,调定。,主缸由中位机能为,M,型的电液换向阀,6,实现换向；下缸的换向阀是中位机能为,K,型的电液换向阀,21,。两换向阀为串联油路，泵通过两个换向阀中位压力卸载。,3150KN,通用液压机液压系统工作原理,1,、启动,电磁铁全部不得电，主泵输出油液通过阀,6,、,21,中位卸载。,2,、主缸快速下行,电磁铁,1Y,、,5Y,得电，阀,6,处于右位，控制油经阀,8,使液控单向阀,9,开启。,进油路：泵,1,阀,6,右位阀,13,主缸上腔。,回油路：主缸下腔阀,9,阀,6,右位阀,21,中位油箱。,主缸滑块在自重作用下迅速下降，泵,1,虽处于最大流量状态，仍不能满足其需要，因此主缸上腔形成负压，上位油箱,15,的油液经充液阀,14,进入主缸上腔。,3,、主缸慢速接近工件、加压,当主缸滑块降至一定位置触动行程开关,2S,后，,5Y,失电，阀,9,关闭，主缸下腔油液经背压阀,10,、阀,6,右位、阀,21,中位回油箱。这时，主缸上腔压力升高，阀,14,关闭，主缸在泵,1,供给的压力油作用下慢速接近工件。接触工件后阻力急剧增加，压力进一步提高，泵,1,的输出流量自动减小。,4,、保压,当主缸上腔压力达到预定值时，压力继电器,7,发信号，使,1Y,失电，阀,6,回中位，主缸上下腔封闭，单向阀,13,和充液阀,14,的锥面保证了良好的密封性，使主缸保压。保压时间由时间继电器调整。保压期间，泵经阀,6,、,21,的中位卸载。,5,、泄压，,主缸回程,保压结束，时间继电器发出信号，,2Y,得电，阀,6,处于左位。由于主缸上腔压力很高，液动滑阀,12,处于上位，压力油使外控顺序阀,11,开启，泵,1,输出油液经阀,11,回油箱。泵,1,在低压下工作，此压力不足以打开充液阀,14,的主阀芯，而是先打开该阀的卸载阀芯，使主缸上腔油液经此卸载阀芯开口泄回上位油箱，压力逐渐降低。,当主缸上腔压力泄到一定值后，阀,12,回到下位，阀,11,关闭，泵,1,压力升高，阀,14,完全打开，此时进油路：泵,1,阀,6,左位阀,9,主缸下腔。回油路：主缸上腔阀,14,上位油箱,15,。实现主缸快速回程。,6,、主缸原位停止,当主缸滑块上升至触动行程开关,1S,，,2Y,失电，阀,6,处于中位，液控单向阀,9,将主缸下腔封闭，主缸原位停止不动。泵,1,输出油液经阀,6,、,21,中位卸载。,7,、下,缸顶出及退回,3Y,得电，阀,21,处于左位。进油路：泵,1,阀,6,中位阀,21,左位下缸下腔。回油路：下缸上腔阀,21,左位油箱。下缸活塞上升，顶出。,3Y,失电，,4Y,得电，阀,21,处于右位，下缸活塞下行，退回,。,8,、浮动压边,下缸活塞先上升到一定位置后，阀,21,处于中位，主缸滑块下压时下缸活塞被迫随之下行，下缸下腔油液经节流器,19,和背压阀,20,回油箱，使下缸下腔保持所需的压边压力，调整阀,20,即可改变浮动压边压力。下缸上腔则经阀,21,中位从油箱补油。溢流阀,18,为下缸下腔安全阀。,通用液压机液压系统特点,1,、系统采用高压、大流量恒功率变量泵供油和利用上滑块自重加速、充液阀,14,补油的快速运动回路，功率利用合理。,2,、采用背压阀,10,及液控单向阀,9,控制上液压缸下腔的回油压力，既满足了主机对力和速度的要求，又节省了能量。,3,、采用单向阀,13,保压，液动阀,12,、顺序阀,11,和带卸载阀芯的液控单向阀,14,组成的泄压回路，减少了由保压到回程的液压冲击。,3150KN,液压机插装阀集成系统原理,系统包括五个插装阀集成块,F1,、,F2,组成进油调压回路，,F1,为单向阀，用于防止系统油液倒流，,F2,的压力先导阀,2,用来调整系统压力，压力先导阀,1,用于限制系统最高压力，缓冲阀,3,与电磁换向阀,4,配合，用于泵卸载、升压缓冲。,F3,、,F4,组成主缸上腔油液三通回路，压力先导阀,6,为主缸上腔安全阀，缓冲阀,7,与电磁换向阀,8,配合，用于主缸上腔泄压缓冲,。,F5,、,F6,组成主缸下腔油液三通回路，压力先导阀,11,用于调整主缸下腔平衡压力，压力先导阀,10,为主缸下腔安全阀。,F7,、,F8,组成下缸上腔油液三通回路，压力先导阀,15,为下缸上腔安全阀，单向阀,14,用于下缸作液压垫时，活塞浮动下行上腔补油。,F9,、,F10,组成下缸下腔油液三通回路，压力先导阀,18,为下缸下腔安全阀。,F3,、,F5,、,F7,、,F9,的控制油路都有一个压力选择梭阀，用于保证锥阀关闭可靠，防止反压时开启。,3150KN,液压机插装阀系统电磁铁动作顺序表,动作顺序,1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y,主缸快速下行,主缸慢速加压,主缸保压,主缸泄压,主缸回程,主缸停止,下缸顶出,下缸退回,下缸停止,插装阀系统具有密封性能好、通流能力大、压力损失小、易于集成化等优点，在压力机中得到广泛应用。,谢谢观赏！,