液压与气动传动液压系统设计.pptx

福州大学机械工程及自动化学院福州大学机械工程及自动化学院液压与气压传动第第9 9章章 液压系统的设计液压系统的设计第9章 液压系统的设计计算2章 节 目 录9.1 液压传动的设计步骤液压传动的设计步骤9.2 液压传动的设计计算举例液压传动的设计计算举例 第9章 液压系统的设计计算39.1液压系统的设计步骤液压系统的设计步骤9.1.1明确系统的设计要求明确系统的设计要求9.1.2分析系统工况，确定主要参数分析系统工况，确定主要参数9.1.3拟定液压系统图拟定液压系统图9.1.4液压元件计算与选择液压元件计算与选择9.1.5液压系统的性能验算液压系统的性能验算9.1.6绘制工作图、编制技术文件绘制工作图、编制技术文件第9章 液压系统的设计计算49.1 液压传动的设计步骤液压传动的设计步骤 设计液压系统时应首先明确主机对液压系统在动作、性能、工作环境等方面的要求，液压系统设计步骤大体上可按图9-1所示的内容和流程进行。图图9-1 液压传动系统的一般设计流程液压传动系统的一般设计流程 第9章 液压系统的设计计算59.1.1 明确系统的设计要求明确系统的设计要求 设计液压系统时，首先要对液压主机的工况进行分析，具体包括：1主机的用途、总体布局、对液压装置的位置和空间尺寸的限制。2主机的工作循环，液压系统应完成的动作，动作顺序或互锁要求，以及自动化程度的要求。3液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围，运动平稳性、定位精度及转换精度等的要求。4液压系统的工作环境和工作条件。5工作效率、安全性、可靠性以及经济性等的要求。第9章 液压系统的设计计算69.1.2 分析系统工况，确定主要参数分析系统工况，确定主要参数1.1.工况分析工况分析包括动力参数分析和运动参数分析两个部分。1 1）动力参数分析）动力参数分析 将各执行元件在各阶段所需克服的负载用图9-2a所示的负载-位移（F-l）曲线表示，称为负载图。第9章 液压系统的设计计算7 a)a)负载图负载图 b)b)速度图速度图图图9-2 液压系统执行元件的负载图和速度图液压系统执行元件的负载图和速度图 1-启动加速启动加速 2-快进快进 3-工进工进 4-制动制动 5-摩擦力摩擦力 6-切削力切削力 7-密封及背压阻力密封及背压阻力 8-惯性力惯性力 第9章 液压系统的设计计算82）运动参数分析）运动参数分析 其在各阶段的速度用9-2b所示的速度-位移（v-l）曲线表示，称为速度图。液压缸驱动执行机构进行直线往复运动时，所受到的外负载为:(9-1)（1）工作负载第9章 液压系统的设计计算9（2）摩擦阻力负载（9-29-2）（3）惯性负载(9-3)除以上的负载力外，液压缸的受力还有粘性阻力、密封阻力和背压阻力等。液压马达的负载力矩的计算方法与液压缸相似。第9章 液压系统的设计计算102.确定主要参数确定主要参数 执行元件的工作压力，可以根据负载图中的最大负载来选择（见表9-1），也可以根据主机类型来选择（见表9-2）；而最大流量则由执行元件速度图中的最大速度计算出来。一般的做法是，先选定工作压力p，再按最大负载和预估的机械效率求出A或 ，并进行验算、修正和圆整最后再算出最大流量。在本步骤的验算中，必须使执行元件的最低工作速度符合下述要求：液压缸 液压马达 第9章 液压系统的设计计算11表9-1 按负载选择执行元件工作压力负载F（N）50000 工作压力p（MPa）0.81 1.52 2.53 3445 57 表表9-2 9-2 按主机类型选择执行元件工作压力按主机类型选择执行元件工作压力主机类型 机床农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构液压机、大型挖掘机、重型机械、起重运输机械 磨床组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力 p（MPa）235 8810 1016 2032 这些执行元件的结构参数最后还必须圆整成标准值（见国标GB2347-80和GB/T2348-93）。第9章 液压系统的设计计算123.绘制液压执行元件工况图绘制液压执行元件工况图 在执行元件结构参数确定之后，根据设计任务要求，算出工作循环各阶段中的实际工作压力、流量和功率。这时就可绘制出工况图，如图9-3所示。图9-3 执行元件的工况图 1-启动加速启动加速2-快进快进3-工进工进4-制动制动 第9章 液压系统的设计计算139.1.3 拟定液压系统图拟定液压系统图1.液压系统类型的分析与选择 2.液压回路的分析与选择 3.液压系统图的拟定 第9章 液压系统的设计计算149.1.4 液压元件计算与选择液压元件计算与选择1.1.液压泵的选择液压泵的选择 根据液压泵最大工作压力和最大供油流量，从产品样本中选取合适的型号和规格。为了工作安全可靠，通常泵的额定压力应选得比上述最大工作压力高20%60%，额定流量则只须选得能满足上需要即可。其驱动电机的功率一般可以直接从产品样本上查到。2.2.阀类元件的选择阀类元件的选择第9章 液压系统的设计计算15表9-3 进油路压力损失经验值系统结构情况总压力损失 (MPa）一般节流调速及管路简单的系统0.20.5进油路有调速阀及管路复杂的系统0.51.53.液压阀配置形式的选择液压阀配置形式的选择阀类元件在液压站上的配置形式主要有三种：（1）叠加阀式（2）油路板式（3）集成块式 第9章 液压系统的设计计算169.1.5 液压系统的性能验算液压系统的性能验算1.液压系统压力损失的验算液压系统压力损失的验算 压力损失包括管道内的沿程损失和局部损失以及阀类元件的局部损失三项。管道内的压力损失可通过公式计算，阀类的压力损失可从产品样本中查。当通过阀类元件的实际流量q不是其公称流量 时，（9-4）第9章 液压系统的设计计算172.液压系统发热温升验算液压系统发热温升验算 利用热平衡原理，例如，当油箱三个边的尺寸比例在1:1:1到1:2:3之间、油面高度是油箱高度的80%且油箱通风情况良好时，有：（9-5）当验算出来的油液温升值超过允许数值时，系统中必须考虑设置适当的冷却器。油箱中油液的允许的温升随主机而异。第9章 液压系统的设计计算189.1.6 绘制工作图、编制技术文件绘制工作图、编制技术文件 工作图一般包括液压系统图、液压系统装配图，液压缸等非标准元件装配图及零件图。液压系统图应附有液压元件明细表。液压系统装配图是液压系统的安装施工图。编制技术文件一般包括设计计算说明书、液压系统使用及维修技术说明书，零部件目录表、标准件、通用件及外购件汇总表等。第9章 液压系统的设计计算199.2 液压系统的设计计算实例液压系统的设计计算实例9.2.1工况分析工况分析9.2.2确定执行元件主要参数确定执行元件主要参数9.2.3液压系统图的拟定液压系统图的拟定9.2.4液压元件的选择液压元件的选择9.2.5液压系统的性能验算液压系统的性能验算第9章 液压系统的设计计算209.2 液压系统的设计计算举例液压系统的设计计算举例 本节以一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计实例来说明组合机床液压系统的设计过程。已知机床各参数如下：轴向切削力 移动部件总重力 G（N）快进行程长 工进行程长 快进、快退速度 工进速度 加速、减速时间 静摩擦系数 动摩擦系数 液压缸的机械效率 3000095001005050.050.20.20.10.9设计要求滑台实现“快进工进死挡铁停留快退原位停止”的工作循环。第9章 液压系统的设计计算219.2.1工况分析工况分析因为工作部件是卧式装置，则惯性力，导轨的静摩擦力和动摩擦力 转化到水平方向分别为：第9章 液压系统的设计计算22表9-4 液压缸在各工作阶段的负载值工况 负载组成 负载值 F（N）推力起动 19002111加速 13541504快进 9501056工进 3095034389快退 9501056 这里暂不考虑回油腔的背压力。因此液压缸在各个工作阶段的负载如表9-4所示。负载图、速度图分别见图9-4a、9-4b。第9章 液压系统的设计计算23 a)负载图负载图 b)速度图速度图 图图9-4 组合机床液压缸负载图和速度图组合机床液压缸负载图和速度图 第9章 液压系统的设计计算249.2.2确定执行元件主要参数确定执行元件主要参数1 1）系统压力）系统压力3 3）液压缸面积）液压缸面积2 2）背压）背压由工进时的推力计算液压缸面积：第9章 液压系统的设计计算25故有：将这些直径按GB2348-80圆整成就近标准值得：由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 则液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表9-5所示，工况图如图9-5所示。第9章 液压系统的设计计算26表表9-5 液压缸在不同阶段的压力、流量和功率值液压缸在不同阶段的压力、流量和功率值 第9章 液压系统的设计计算27图图9-5 液压缸工况图液压缸工况图 第9章 液压系统的设计计算289.2.3液压系统图的拟定液压系统图的拟定1.液压回路的选择液压回路的选择2.拟定液压系统图拟定液压系统图3.液压阀配置形式的选择液压阀配置形式的选择 第9章 液压系统的设计计算29图图9-6 液压系统原理图液压系统原理图 第9章 液压系统的设计计算30图图9-7 叠加阀式液压系统原理图叠加阀式液压系统原理图 第9章 液压系统的设计计算319.2.4 液压元件的选择液压元件的选择1.液压泵液压泵1）压力）压力2）流量）流量 两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为25.13 L/min,若回路中的泄漏按液压缸输入流量的10%估计，则两个泵的总流量为:第9章 液压系统的设计计算32 根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最后确定选取最后确定选取PV2R12-6/26型双联叶片泵型双联叶片泵，其小液压泵和大液压泵的排量分别为6mL/r和26mL/r 3）驱动电机）驱动电机 根据计算的来的数值查阅电机产品目录，选取选取Y100L-6型电动机。型电动机。第9章 液压系统的设计计算332.阀类元件及辅助元件阀类元件及辅助元件各元件见表9-6与表9-7所示3.油管油管 压缸无杆腔与有杆腔相连的油管都按YB231-70选用内径15mm、外径18.2mm的15号冷拔无缝钢管。第9章 液压系统的设计计算34序号元件名称估计通过流量（L.min-1）型号及规格1过滤器30XU-J63X80 2双联叶片泵5.1+22PV2R-6/263压力表开关-KF3-E3B4单向阀25AF3-Ea10B 5溢流阀5YF3-E10B 6三位五通电磁阀 6035DY-E10B 7单向阀 60AF3-Ea10B 8压力继电器-PF-B8L 9行程阀50AXQ-E10B 10调速阀0.511单向阀 6012单向阀 25AF3-Ea10B 13背压阀 0.5YF3-E10B 14液控顺序阀 25XF3-E10B 表表9-6 元件的型号及规格元件的型号及规格 第9章 液压系统的设计计算35序号元件名称估计通过流量（L.min-1）型号及规格1过滤器30XU-J63X80 2双联叶片泵5.1+22PV2R-6/263底板块 27.1EDKA-10 4压力表 Y-100T 5压力表开关-4K-F10D3 6压力继电器-PD-F10D3-A 7液控顺序阀 25X-F10D3-P/T(P1)8溢流阀 5Y1-F10D3-P/T 9电磁单向调速阀-Q1AD-F6/10D3-B 10单向阀 25A-F10D3-T 11背压阀 0.5PA-Fa6/10D3-B(A)12单向阀 25A-F10D3-T 13单向阀 60A-F10D3-T 14三位五通电磁阀 6035DY-E10B 表表9-7 元件的型号及规格（叠加阀系列）元件的型号及规格（叠加阀系列）第9章 液压系统的设计计算36表表9-8 液压缸的进、出流量液压缸的进、出流量 第9章 液压系统的设计计算374.油箱油箱油箱容积按 估算，取经验数据 ，故其容积为按GB2876-81规定，取最靠近的标准值 。9.2.5液压系统的性能验液压系统的性能验算算1.系统压力损失验算系统压力损失验算2.油液温升验算油液温升验算经验算，温升没有超出允许范围，故液压系统不必设置冷却器。第9章 液压系统的设计计算38 欢迎提出宝贵意见和建议欢迎提出宝贵意见和建议!本章结束！本章结束！第9章 液压系统的设计计算39第9章 液压系统的设计计算40