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目 录
1 前言 1
2 锯床的基本组成 2
3 设计要求及给定参数 2
4 负载分析 3
3.1 锯架举升液压缸 3
3.1.1 负载分析 3
3.1.2 速度分析 4
3.2 送料液压缸 4
3.2.1 负载分析 4
3.2.2 速度分析 4
3.3 夹紧液压缸 5
3.3.1 负载分析 5
4 确定各液压缸的主要参数 5
4.1 计算各液压缸的结构参数 5
4.1.1 锯架液压缸 5
4.1.2 前夹紧缸 5
4.1.3 后夹紧缸 6
4.1.4 送料缸 6
4.2.1 计算锯架液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值 6
4.2.2 计算夹紧液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值 7
4.2.3 计算送料液压缸在工作循环个阶段的压力、流量和功率值 7
5 液压系统及其工作原理 8
5.1 主机功能结构 8
5.2 拟采用液压系统及其工作原理 9
5.2.1 确定供油方式 9
5.2.2 调速方式的选择 9
5.2.3 速度换接方式的选择 9
5.2.4 夹紧回路的选择 9
6 液压元件的选择 11
6.1 液压泵及驱动电动机功率的确定 11
6.1.1 液压泵的工作压力 11
6.1.2 液压泵流量计算 11
6.1.3 确定液压泵规格 12
6.1.4 确定液压泵驱动功率 12
6.2 液压控制阀和液压辅件的选择 12
6.2.1 压力控制阀 12
6.2.2 流量控制阀 13
6.3 油箱的有效容积 14
6.4 油管内径计算 14
7 液压系统性能验算 14
7.1 验算回路中的压力损失 14
7.1.1 验算回路中的压力损失 15
7.1.2 局部压力损失 15
7.2 液压系统发热温升计算 16
7.2.1 计算发热功率 16
7.2.2 计算散热功率 17
7.2.3 冷却器所需冷却面积的计算 18
8 总结 18
参考文献 19
致谢 20
自动锯床液压系统设计
摘 要：首先明确全自动金属锯床对液压系统的要求，然后通过给定的技术参数表里的液压系统设计参数，确定液压执行元件的载荷力、系统工作压力以及液压缸的主要结构尺寸，制定系统方案，拟定液压系统图，然后进行液压元件的选择，最后对系统性能进行验算。在具体的结构设计中，主要是针对系统中涉及到的阀类元件的设计，油路板的设计等。
关键词：全自动金属锯床；液压系统；液压元件；液压系统图
The Design of Hydraulic Pressure System For The Automatic Sawing Machine
Abstract: First, clear about the request of the Automatic metal band sawing machinefor hydraulic system, and then through the given technical parameters and design parameters of the hydraulic system, to determine the hydraulic actuator loading system working pressure of hydraulic cylinder, and the main structure dimensions, make systematic plan, develop hydraulic system diagram, and then the choice of hydraulic components, final,conduct system performance calculation. In the specific design of the structure, is mainly directed against the system relates to the valve element design, circuit board design and so on.
Key words:Automatic metal band sawing machine; Hydraulic system; Hydraulic components; Hydraulic system diagram
1 前言
传统意义上的金属锯切常被认为是简单的切断下料工序。金属带锯床作为机械加工制造的第一道工序所需设备，其加工精度和自动化程度直接关系到后续工序的效率和质量[1]。随着现代制造工业朝着高效、高精度和经济性的方向发展，锯切作为金切加工的起点，已成为零件加工过程中重要的组成环节[2]。锯切可以节约材料、减少二次加工量和提高生产效率。全自动金属锯床是专为高产量连续切割而设计的结构新颖、功能完备的中型锯切加工设备，具有结构紧凑、造型美观、加工精度高、工作可靠、噪声低、操作简便、节材和节能效果显著等特点，主要适用于切割普通碳钢、高速工具钢、轴承钢、低合金钢、不锈钢、铝材、铜材等各种棒材和管材。可满足任何大量生产切断加工的需要，因此锯床特别是自动化锯床已广泛地应用于钢铁、机械、汽车、造船、石油、矿山和航天航空等国民经济各个领域[1,2.3]。
2 锯床的基本组成
全自动金属带锯床由九个部分组成，其结构特点分述如下[2]：
1 全自动金属带锯床的床身、立柱：床身为箱形焊接结构为整个机床的基座，并用作液压油箱及冷却液池。立柱由一圆一方双立柱组成，圆立柱座位锯架运动导轨用以支撑锯架，并保证精确的导向，用以实现进给运动，方立柱起辅助作用从而保证进行正常的切削。
2 锯架及据带传动部分：它由锯架及主传动、据带张紧机构组成，锯架为焊接结构，主传动采用减速机减速，由电机驱动，通过皮带轮变速，实现五种切削速度；据带张紧采用丝带及滑座使锯轮移动来实现锯带张紧。
3 全自动金属带锯床工件夹紧装置：工件采用液压夹紧，由电磁阀操纵通过夹紧采用丝杆及滑座使锯座，使切削正常进行。
4 导向部分：用以保证锯带运行的稳定与准确，从而提高切削精度它由导向壁导向头，导向滚子及导向块组成。锯带采用双重滚子导向，即固定在锯架上的与装在导向头上的两组导向滚子组成，以减小导向臂的负荷，确保导向精度。
5 机床液压系统：有装于床身一侧的液压站组成，通过电磁阀控制，用以实现机床的工作进给、工作夹紧。
6 机床电气系统：有安装在机床前方一侧的操纵台组成，用以按一定的工作程序控制各部件的运动，实现正常的切削工作循环，并保证各运动部件之间的动作连锁协调地，实现安全生产。
3 设计要求及给定参数
现欲设计制造一台全自动金属锯床用于高速工具钢、轴承钢、低合金钢、不锈钢、铝材、铜材等各种棒料和管材的锯切加工。该机床的主机由床身、锯架、锯刀、夹紧虎钳等组成。工作时，要加工的工件由送料缸和夹紧虎钳的相互配合运送到待加工位置并由相应的夹具夹紧在夹紧虎钳上，锯架带动锯头6下降至工件待加工部位，锯头与样件紧密接触，通过与带传动同步转动的锯带形成的锯切的直线主运动（切削）加工工件。夹紧虎钳、锯架、送料均由液压驱动。根据表1的设计要求和给定参数设计其电液位置伺服系统。工作时，前虎钳由两对液压缸驱动，用于夹紧锯切材料，后虎钳由一对液压缸驱动，用于夹紧锯切材料，并在送料液压缸的作用下完成送料工作，一只液压缸用于驱动锯头的上升和下降，一只液压缸用于驱动送料装置完成锯切材料的输送工作，供下一次锯切。锯头的主运动为直线运动，则由2.2kw的电机驱动主动轮转动，用锯带带动从动轮同步转动，形成锯切的直线运动，相互配合完成锯头的上升、下降、快进、工进以及锯切材料的送料等工作。
表1 设计要求和给定参数
Table 1 Design requirements and certain parameters
项目
符号
参数
单位
锯
架
质量
Mt
1000
Kg
最大摩擦力
Ff
200
N
最大行程
Smax
0.8
m
工进行程
快进行程
工进速度
S工
S快
v
0.5
0.2
0.002
m
m
m/s
最大速度
Vmax
8x10-2
m/s
最大加速度
amax
1
m /s2
供油压力
Ps
4
MPa
送
料
切削负载力
FL
3850
N
送料运动速度
v
0.02
m /s
送料等效质量
m
20
Kg
最大行程
ymax
0.11
m
起动换向时间
夹紧力
T
F
0.2
8000
S
N
能源压力
P
2
MPa
4 负载分析
此全自动金属锯床液压系统包括4个液压缸，四个液压缸分别为架举升液压缸、送料液压缸、锯前夹紧缸和后夹紧缸。现分别逐个对四个液压缸进行分析与计算。
3.1 锯架举升液压缸
3.1.1 负载分析
工作负载Fw=13850N，重力负载FG =9800，按起动换向时间和运动部件重量计算得到惯性负载Fa = 1000N，摩擦力负载Ff=200N。
取液压缸机械效率为nm=0.9，则液压缸工作阶段的负载值见表2。
表2 液压缸工作阶段的负载
Tab. 2 The work stage load of hydraulic cylinder
工作循环
计算公式
负载f/N
启动加速
F=(Ff+Fa)/nm
1333
快进
F=Ff/nm
222
工进
F=(Ff+Fw)/nm
15611
快退
F=Ff/nm
222
3.1.2 速度分析
根据已知速度和上述分析可绘制出速度循环图和负载循环图[4-9]。
图1速度和压力循环图
Fig.The circulant graph of velocity and pressure
3.2 送料液压缸
3.2.1 负载分析
工作负载Fw=13850N，重力负载FG =0N，按起动换向时间和运动部件重量计算得到惯性负载Fa = 10N，摩擦力负载Ff=40N。
取液压缸机械效率为nm=0.9，则液压缸工作阶段的负载值见表3。
3.2.2 速度分析
根据已知速度和上述分析课绘制出负载循环图和速度循环图（略）
表3 送料液压缸的负载
Tab. 3 The hydraulic cylinder load of material supply
工作循环
计算公式
负载f/N
工进
F=(Ff+Fw)/nm
15433
3.3 夹紧液压缸
3.3.1 负载分析
由全自动金属锯床的设计要求可知，夹紧缸的夹紧力为8000N。
4 确定各液压缸的主要参数
4.1 计算各液压缸的结构参数
4.1.1 锯架液压缸
根据锯架液压缸的工作要求选择双作用活塞缸[4-10]，设液压缸两有效面积为A1和A2，且A1=2A2,即d=0.707D。为防止液压缸发生前冲现象，液压缸回油腔背压P2取0.6MPa，而液压缸快退时背压取0.5MPa。
由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程
p1A1=p2A2+F （1 ）
可得； A3=F/(p1-0.5p2)
=[15433/（2*106-0.5*0.6*106）]cm2
= 90.8cm2
液压缸的内径D=107mm，对D进行圆整，取D=110mm，d=0.707D，经圆整得d=78mm。计算出液压缸的有效面积A3=28cm2，A4=14cm2 。
工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量qmin=0.05L/min ，设计要求最低工进速度vmin=20mm/min，经验算可知满足要求。
4.1.2 前夹紧缸
根据夹紧缸的工作情况选择单作用弹簧活塞缸，设液压缸两有效面积为A1和A2，且A1=2A2,即d=0.707D。为防止液压缸发生前冲现象，液压缸回油腔背压P2取0.6MPa，而液压缸快退时背压取0.5MPa。
由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程
p1A1=p2A2+F （ 2 ）
可得：A5=F/(p1-0.5p2)
=[8000/（2*106-0.5*0.6*106）] cm2
= 47cm2
液压缸活塞杆的内径D=74.5mm，对D进行圆整，取D=80mm，d=0.707D，经圆整得d=56.56mm。计算出液压缸的有效面积A5=28cm2，A6=14cm2 。经验算可知满足要求。
4.1.3 后夹紧缸
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4.2.1 计算锯架液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值
差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力[11-13]，取两腔间回路及阀上的压力损失为0.5MPa，则p2=p1+0.5MPa，其计算结果见表4：
表4 锯架液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值
Tab.4 The circulation work pressure, flow and power value of
sash hydraulic cylinder in every stage
工作循环
计算公式
负载F/KN
回油背压p2/MPa
进油压力p1/MPa
输入流量q1/10-3m3s-1
输入功率P/KW
快
进
加速
恒速
p1=[F+A2(P2-P1)]/(A1-A2)
q1=(A1-A2)V1
P=p1q1
1333
222
p2=p1+
0.5
1.03
0.598
——
0.50
——
0.299
工进
p1=(F+A2p2)/A1
q1=A1V1
P=p1q1
15611
0.6
3.42
0.0031-0.019
0.011-0.065
快
退
加速
恒速
p1=(F+A1p2)/A2
q1=A2V1
P=p1q1
1333
222
0.5
0.5
1.53
1.08
-
0.50
-
0.54
4.2.2 计算夹紧液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值
差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两腔间回路及阀上的压力损失为0.5MPa，则p2=p1+0.5MPa，计算结果见表5。
表5 夹紧液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值
Tab. 5 The circulation work pressure, flow and power value of
gripping hydraulic cylinder in every stage
工作循环
计算公式
负载F/KN
回油背压p4/MPa
进油压力p3/MPa
输入流量q3/10-3m3s-1
输入功率P/KW
工进
p3=(F+A4p4)/A3 q3=A3V3
P=p3q3
4545
0.6
1.92
0.056
0.108
4.2.3 计算送料液压缸在工作循环个阶段的压力、流量和功率值
对夹紧液压缸在工作循环个阶段的压力、流量和功率值进行计算，并列表于表6。
表6 送料液压缸在工作循环个阶段的压力、流量和功率值
Tab. 6 The pressure, flow and power value of supply hydraulic cylinder in working cycle
工作循环
计算公式
负载F/KN
回油背压p6/MPa
进油压力p5/MPa
输入流量q5/10-3m3.s-1
输入功率P/KW
工进
p5=(F+A6p6)/A5
q5=A5V5
P=p5q5
3000
0.6
1.37
-
-
5 液压系统及其工作原理
5.1 主机功能结构
该机床的主机由床身、夹紧虎钳、锯头、立柱和锯架等组成（见图2）。全自动金属锯床工作时，要加工的工件由相应的夹具夹紧在工作台1上，刀架臂5带动锯架6下降至工件待加工部位，触头2与样件（靠模）紧密接触，通过工作台的往复直线主运动（切削）和锯架的仿形运动加工出与样件曲面形状相同的工件。工作台和锯架均由液压驱动[5]。其中前虎钳有四个油缸组成，考虑到锯床加工时需要较大的紧固力，此时四缸同步控制夹紧，能起到较好的固定作用。后虎钳由俩个油缸配合组成实现夹紧，主要起到固定和配合送料的作用。锯架升降台由一个油缸控制，主要实现快进、工进、快退三个步骤，工进时需要提供较大的力。送料机构也是由一个油缸控制，送料油缸与后虎钳油缸协同配合完成送料。前虎钳、后虎钳、升降锯架、送料机构四个部分协同完成送料、固定、材料切割三个步骤，从而实现材料切割成型的工作内容。
图2 液压全自动金属锯床的主机结构示意图
Figure 2 Hydraulic Automatic metal band sawing machinehost structure schematic drawing
带锯机床中锯架的快进、工进、快升及夹紧送料工作循环[16-18]，由电气控制并由液压系统驱动来完成。进给、送夹料的动作顺序为：锯头下降→工进→快升→前松后紧→后虎钳送料前进→前紧后松→后虎钳后退→前后虎钳同时夹紧→锯头下降（第二次工作循环开始）。工作循环如图3所示。
图3 工作循环
Fig.3 working cycle
5.2 拟采用液压系统及其工作原理
5.2.1. 确定供油方式
考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。
5.2.2. 调速方式的选择
在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据组合机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。
5.2.3. 速度换接方式的选择
本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。
5.2.4. 夹紧回路的选择
。
1油箱；2、9单向阀；3过滤器；4溢流阀；5电动机；6液压泵；7压力表开关；8压力表；
10~13三位五通电液换向阀；14节流阀；15、16液控单向阀；17举升缸；18、19前夹紧缸；20后夹紧缸；21送料缸；22二位二通电磁换向阀
1.Tank;2.Check-valve;3.Filter;4.Overflow-valve;5.Electromotor;6.Hydraulic-pump; 7.Pressure- meter-swich;8.Piezometer;10~13. The three position five way of Electro hydraulic Directional control valve;14. throttle valve; 15、16.Hydraulic control non return valve;17. Lifting cylinder; 18、19. Before clamping cylinder;20. After the clamping-cylinder; 21.hydro-cylinder; 22. The two position two way electromagnetic valve
图4 全自动金属锯床液压系统原理图
Fig. 4 Automatic metal band sawing machinehydraulic system diagram
用三位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入单向阀保压。在该回路中还装有溢流阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定[6]。
全自动金属带锯床的液压系统原理图如图4所示，系统由电动机5驱动的单向变量液压泵6供油，最大工作压力由溢流阀4设定，压力表8及其开关7可观测系统压力。系统的液压执行器有举升缸17，前夹紧缸18、19[两对缸并联，且上腔装有复位弹簧，后夹紧缸20和送料缸21.各类缸的运动方向依次由电液换向阀10-13控制。单向阀2作背压阀用，单向阀9可防止油液倒灌，以保护液压泵。电磁换向阀22和溢流阀4用于控制缸17的快慢速转换，液控单向阀可锁紧前夹紧缸，以保证夹紧的可靠性。
整个系统的工作过程是：启动电动机5及液压泵6后，电磁铁1YA和9YA通电是换向阀10和22均切换至左位，泵6的压力油经单向阀9、换向阀10和阀22进入举升缸17的下腔，缸17上腔经阀10和单向阀2向油箱排油，锯头快速下降，并在电气控制下完成工进（回油经节流阀14）。当控制系统检测到SQ1有输入时，完成一次切削，电磁铁1YA和9YA重新通电动作，锯头在举升缸17的作用下上升，同时电磁铁6YA通电使换向阀12切换至右位、后虎钳松开后，电磁铁8YA通电使换向阀13切换至右位，后虎钳在送料缸21的作用下后退。当控制系统检测到SQ3有输入时，电磁铁5YA通电使换向阀12切换至左位，后虎钳夹紧锯切材料，与此同时电磁铁4YA通电使换向阀11切换至右位，前夹紧缸18、19在上腔复位弹簧的作用下打开液控单向阀，下腔回油、前夹紧缸松开。然后电磁铁7YA通电使换向阀13切换至左位，后虎钳夹持锯切物料在送料缸21的作用下前进。当控制系统检测到SQ4有输入时电磁铁7YA断电使换向阀13复至中位，缸21停止前进，同时电磁铁3YA通电使换向阀11切换至左位，前夹紧缸18、19推动前虎钳夹紧锯切材料。这时控制系统再次检测到SQ2有输入，则第二次切削工作循环开始。
全自动金属锯床的液压系统电磁铁的动作顺序如表7所示：
表7 电磁铁的动作顺序
Tab. 7 The order action of solenoid
工况
电磁铁
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
7YA
8YA
9YA
锯头快升
＋
＋
锯头快进
＋
锯头工进
＋
送料前进
＋
＋
＋
虎钳前松后紧
＋
＋
后虎钳后退
＋
＋
＋
虎钳前紧后松
＋
＋
6 液压元件的选择
6.1 液压泵及驱动电动机功率的确定
6.1.1 液压泵的工作压力
已知定量液压泵的最大工作压力为4.02MPa，取进油路上压力损失为1MPa，则小最高工作压5.02MPa，选择泵的额定压力应为pn=(5.02+5.02*0.25%)=6.27MPa。大流量变量液压泵在液压缸工进时工作压力较大，其工作压力最高位（1.92+0.4）MPa=2.32MPa，卸荷阀的调整压力应高于此值。
6.1.2 液压泵流量计算
取系统的泄露系数K=1.2，则泵的最小供油压力qp由公式（3）得
qp= kqmax （ 3 ）
=1.2*0.5*10-3m3/s
=36L/min
由于工进时所需的最大流量是1.9x10-5m3/s,溢流阀最小稳定流量为0.05x10-3m3/s,小流量泵最小流量为qp1=4.4L/min。
大流量泵最小流量为
qp2=qp-qp1 （ 4 ）
=31.6l/min
6.1.3 确定液压泵规格
对照产品样本可选择两个YB-A-40/7 双作用叶片泵，其额定转速为1450r/min。其为我过第一代国产叶片泵第五次改型产品；结构简单，性能稳定，排量范围大，噪声低、寿命长，适用于机床设备和其他中低压液压传动系统[19-21]。
变量泵可以选择型号为YBX-40/6.3的单作用弹簧泵。其最高转速可以达到1800r/min，容积效率大于90%。为外反馈式限压变量泵。工作时，根据系统负载的变化通过分别位于定子两边的变量活塞和预紧弹簧的力平衡原理，改变定子与转子的偏心距，从而改变泵的流量,适用于组合机床等[19-20]。
故以上两种叶片泵均满足系统要求。
6.1.4 确定液压泵驱动功率
根据系统需求，液压泵在快退阶段时的功率要求最大。取液压缸在进油路上压力损失为0.5MPa，则液压泵的输出压力为1.58MPa,液压泵的总效率为0.8，液压泵的流量为40L/min，则液压泵驱动快退所需的功率[9]由公式( 5 )计算可得：
P=pq/n ( 5 )
=1.58x106x40x10-3/(60x0.8)=1317W。
据此选用型号为Y100L-6的三相异步电动机，其额定功率为1.5KW，满载转速为940r/min。
另外一个电动机可选择型号为Y802-4的三相异步电动机，其额定功率为0.75KW，满载转速为1390r/min。
6.2 液压控制阀和液压辅件的选择
液压系统应尽可能多的由标准液压控制元件组成，液压控制元件的主要选择依据是阀所在的油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量。因此，首先根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，算出液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间，以便为其他液压控制阀及辅件的选择及系统的性能计算奠定基础[16]。
6.2.1 压力控制阀
压力控制阀的选用原则[10、19]
压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作。
压力调节范围：系统调节压力应在法的压力调节范围之内。
流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。
结构类型：根据结构类性及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先导型两种，直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大，调压偏差大，不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用于高压，大流量和调压精度要求较高的场合。
此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护方便性，货源情况等。
6.2.2 流量控制阀
流量控制阀的选用原则如下：
压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。
流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。
测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要求。
根据系统工作压力与通过个液压控制阀及部分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择的元件型号规格如表8所列。
表8 全自动金属锯床液压阀明细表
Tab. 8 The hydraulic valvesdetail list of automatic metal band sawing machine
序号
名称
实际流量（L/min）
选用规格
1
二位二通电磁换向阀
108
4WE56.0/W220R
2
远程自动调压阀
70
FD6-B10
3
三位五通液动换向阀
108
4WEH10-20/8AW220-50
4
三位四通电磁换向阀
36
4WE6-61/W220-50
5
单向阀
108
PVP-8
6
压力表
30
YTXG-150
7
溢流阀
2.78
DZ20-30/210
8
节流阀
20
MG8G1.2
9
冷却器
108
2LQFW
10
精过滤器
72
PFB-35-75F
11
压力继电器
20
HEDZO
12
二位三通电磁换向阀
20
23QDF6K/315E24
13
伺服阀
36
QDY6
14
蓄能器
20
NXQA-25/20-L
15
柱塞液压缸
108
2G-E40
16
仿形液压缸
72
2HG20-125/80F250
17
夹紧液压缸
86
YGX-30
6.3 油箱的有效容积
油箱的有效容积可按公式(6)确定
( 6 )
式中a为经验系数，对中压系统取a=5.所选泵的总流量为201.4L/min，液压泵每分钟排出的压力油的体积为0.2 ，算的油箱的有效容积由公式（7）得，为
( 7 )
6.4 油管内径计算
本系统管理较为复杂，取其主要几条（其余略），根据公式计算，得有关参数及计算结果列于下表9。
表9 主要管路内径
Tab. 9 Main pipeline inside diameter
管路名称 通过流量/(L/s) 允许流速/(m/s) 管路内径/m 实际取值/m
泵吸油管 3.6 0.85 0.073 0.07
泵排油管 3.6 4.5 0.032 0.03
工作台液压缸
进油管路 1.4 4.5 0.019 0.02
7 液压系统性能验算
7.1 验算回路中的压力损失
本系统较为复杂，有多个液压执行元件动作回路，其中环节较多，管路损失较大的要算工作台液压缸动作回路，故主要验算由泵到工作台液压缸这段管路的损失。
7.1.1 验算回路中的压力损失
沿程压力损失，主要是工作台液压缸快速注射时进油管路的压力损失。此管路长5m，管内径0.032m，快速时通过流量2.7L/s，选用20号机械系统损耗油，正常运转后油的运动粘度，油的密度。
油在管中的实际流速为： ( 8 )
油在管路中呈絮流动状态，其沿程阻力系统为：
( 9 )
( 10 )
按式 求得沿程压力损失为：
( 11 )
7.1.2 局部压力损失
局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部压力损失。其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。
参看图，从泵出口到工作台液压缸进油口，要经过换向阀11，及单向节流阀。
换向阀的额定流量为300L/min，额定压力损失为0.6 MPa。电液换向阀的额定流量为190L/min,额定压力损失0.3MPa。单向节流阀的额定流量为150L/min，额定压力损失之和为0.2MPa。
通过各阀的局部压力损失之和由公式(12)可得，为：
( 12 )
由以上计算结果可求得快进时：
泵到工作台液压缸之间总的压力损失为
泵出口压力为：6.3MPa。
由计算结果看，大小泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的压力裕度，所选泵是合适的。
另外还要说明的一点是：在整个工作过程中，工作压力是不断变化的，工作台液压缸的进口压力也随之由小到大变化，当工作压力达到最大时，工作台液压缸活塞的运动速度也将近似等于零，此时管路的压力损失随流量的减小而减小。泵的实际出口压力要比以上计算值小一些[8]。
综合考虑各工况的需要，确定系统的最高工作压力为6MPa，也就是溢流阀的调定压力。
7.2 液压系统发热温升计算
7.2.1 计算发热功率
液压系统的功率损失全部转化为热量。按式( 13 )计算其发热功率
( 13 )
对本系统来说，是整个工作循环中三泵的平均输入功率。
( 14 )
------------系统工作循环周期；
------------执行装置的工作压力；
------------执行装置的流量；
-------------执行装置工作时间；
------------执行装置的总效率
这样，可算得双泵平均输入功率=12KW。
系统的总输出功率为( 15 )：
( 15 )
式中:
---------------系统工作循环周期；
-------------液压缸输出的推力；
---------------液压缸运动的距离；
--------------液压马达输出的转矩；
--------------液压马达输出的角度；
---------------液压马达工作时间；
由前面给定参数及计算结果可知：
工作台液压缸的外载荷为15KN，行程0.8m；锯架液压缸的外载荷为4.5KN，行程0.11m；
总的发热功率为：
。
7.2.2 计算散热功率
前面初步求得油箱的有效容积为1 ，按V=0.8abh 求得油箱各边之积由( 16 )可得；
( 16 )
取a为1.25m，b、h分别为1m。
根据公式，求得油箱散热面积为：
油箱散热功率由( 17 )可得，为：
( 17 )
式中 — 油箱散热系数，查表23.4-12，取 ;
— 油温与环境温度之差，取。
由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热的要求，管路散热是极小的，需要另设冷却器[9
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