液压系统设计课件

总目录总目录返回本章返回本章下一页上一页结束结束 液压系统设计是整机设计液压系统设计是整机设计的重要组成部分，是实现整个的重要组成部分，是实现整个系统液压控制部分的关键。设系统液压控制部分的关键。设计主要包括液压系统工况分析计主要包括液压系统工况分析和系统的确定、液压系统参数和系统的确定、液压系统参数的确定、液压系统图的拟定、的确定、液压系统图的拟定、液压元件的计算和选取等。液压元件的计算和选取等。教学要求教学要求本章目录本章目录重点难点重点难点液压系统的设计步骤 液压系统设计是整机设计的重要总目录总目录返回本章返回本章下一页上一页结束结束教学要求教学要求 掌握液压系统设计步骤与计算方法掌握液压系统设计步骤与计算方法 ；能够使用液压手册及相应参数表选取参数；能够使用液压手册及相应参数表选取参数；能够根据工况要求选取合适的液压元件；能够根据工况要求选取合适的液压元件；能够根据系统工况要求设计出简单的液压能够根据系统工况要求设计出简单的液压系统，并绘制出合理的液压回路图。系统，并绘制出合理的液压回路图。教学要求 掌握液压系统设计步骤与计算方法；总目录总目录返回本章返回本章下一页上一页结束结束重点难点重点难点 液压系统设计步骤与计算方液压系统设计步骤与计算方法法 ；选取相应参数及合适的液压选取相应参数及合适的液压元件；元件；设计简单的液压系统，绘制设计简单的液压系统，绘制出合理的液压回路图。出合理的液压回路图。重点难点 液压系统设计步骤与计算方法；总目录总目录返回本章返回本章下一页上一页结束结束本章目录本章目录第一节第一节 液压系统设计步骤和方法液压系统设计步骤和方法第二节液压系统设计计算实例第二节液压系统设计计算实例本章目录第一节 液压系统设计步骤和方法第二节液压系统设计计算总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束1.1.系统原理图系统原理图2.2.元件明细表元件明细表3.3.系统计算书系统计算书 4.4.非标准件结构设计非标准件结构设计 1 1）油缸参数设计）油缸参数设计 2 2）阀板设计）阀板设计 3 3）油箱及泵装置设计）油箱及泵装置设计设计任务设计任务第一节第一节 液压系统设计步骤和方液压系统设计步骤和方法法 1.系统原理图 4.非标准件结构设计设计任务第一节 液压总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束1 1、明确要求、明确要求工况分析工况分析2 2、选择方案、选择方案确定参数确定参数3 3、拟定草图、拟定草图选择元件选择元件4 4、系统验算、系统验算元件参数调节元件参数调节5 5、结构设计、结构设计编写技术文件编写技术文件设计步骤设计步骤1、明确要求工况分析设计步骤总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束1 1.设计要求设计要求1 1）主机中对液压系统要求（动作）；）主机中对液压系统要求（动作）；2 2）主机运动对液压系统运动要求；）主机运动对液压系统运动要求；调速、平稳性、温升、效率、自动化程度；调速、平稳性、温升、效率、自动化程度；3 3）主机各运动间关联要求；）主机各运动间关联要求；互锁、同步、连锁、顺序等要求；互锁、同步、连锁、顺序等要求；4 4）主机工作环境、温度、湿度、经济性和外）主机工作环境、温度、湿度、经济性和外观尺寸。观尺寸。明确要求明确要求 工况分析工况分析1.设计要求明确要求 工况分析总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束2 2.工况分析工况分析 执行元件负载分析与运动分析执行元件负载分析与运动分析 1 1）运动行程，工况要求；）运动行程，工况要求；2 2）负载分析：工作负载、惯性负载、摩擦负载和背）负载分析：工作负载、惯性负载、摩擦负载和背压负载等；压负载等；3 3）运动（速度）分析：运动速度（快）、工进速度、）运动（速度）分析：运动速度（快）、工进速度、速度差；速度差；4 4）分析方面：工况图。）分析方面：工况图。2.工况分析总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束1.1.选择方案选择方案 根据系统对动作的要求及负载的性根据系统对动作的要求及负载的性质（输出力或转矩），确定执行元件种类质（输出力或转矩），确定执行元件种类及工作形式，从而确定执行元件的工作状及工作形式，从而确定执行元件的工作状态，为参数确定提供依据。态，为参数确定提供依据。选择方案选择方案 确定参数确定参数1.选择方案选择方案 确定参数总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束 2.2.确定参数确定参数系统参数主要是压力和流量，这是系统系统参数主要是压力和流量，这是系统计算、元件选择、系统验算的依据。而无计算、元件选择、系统验算的依据。而无论哪种参数均以保证执行元件输出工况需论哪种参数均以保证执行元件输出工况需要为前提的，因此，参数确定主要是执行要为前提的，因此，参数确定主要是执行元件的参数确定。元件的参数确定。2.确定参数总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束1 1）系统的压力系统的压力p p缸缸可用初步选取的方法；可参考同类设备选可用初步选取的方法；可参考同类设备选取，也可根据系统最大负载选取。取，也可根据系统最大负载选取。2 2）缸的直径缸的直径由结构分析确定缸工作腔和缸的形式。按选由结构分析确定缸工作腔和缸的形式。按选取的压力可以确定缸直径：取的压力可以确定缸直径：例：无杆腔工作，以传力为主时例：无杆腔工作，以传力为主时以运动为主时要考虑以运动为主时要考虑D D的选取情况的选取情况但但d d、D D确定后要圆整为整数。确定后要圆整为整数。1）系统的压力总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束3 3）马达排量马达排量4 4）缸（马达）流量缸（马达）流量缸：缸：q qx xA A v vminmin q qx xAvAvmaxmax马达：马达：q qx xV V n nminmin q qx xVnVnmaxmax3）马达排量总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束1.1.选择回路选择回路根据动作（速度或压力）要求及其他各根据动作（速度或压力）要求及其他各项要求，选择液压基本回路。项要求，选择液压基本回路。2.2.拟定草图拟定草图将上述回路合并拟合后形成系统图，在将上述回路合并拟合后形成系统图，在拟合时注意：减少元件重复，防止干扰，拟合时注意：减少元件重复，防止干扰，分析性能，保证效率，发热少。分析性能，保证效率，发热少。拟定系统草图，选择基本回路拟定系统草图，选择基本回路1.选择回路拟定系统草图，选择基本回路总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束1.1.液压泵选择液压泵选择泵类型按工况要求及经济性选择泵类型按工况要求及经济性选择动力源计算动力源计算 选择元件选择元件1.液压泵选择动力源计算 选择元件总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束 2.2.阀选择阀选择按阀实际承载的压力和实际通过的流量来按阀实际承载的压力和实际通过的流量来选择阀的规格；按阀的动作要求和性能要求选择阀的规格；按阀的动作要求和性能要求选择阀的种类。选择阀的种类。3.3.油箱容量确定油箱容量确定按泵每分钟流量选择油箱容量：按泵每分钟流量选择油箱容量：一般一般V Vq q泵泵a aa a:低压系统低压系统2424 中压系统中压系统5757 高压系统高压系统612612 2.阀选择总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束4 4、油管及管接头：、油管及管接头：油管按内径和壁厚选择：油管按内径和壁厚选择：v v：吸油：吸油 0.51.5m/s0.51.5m/s 压油压油 1.5 5m/s1.5 5m/s 回油回油 1.52.5m/s1.52.5m/s 管型按承压情况选择管型按承压情况选择 接头按管型选择接头按管型选择 4、油管及管接头：总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束1 1、压力损失验算、压力损失验算验算后确定泵规格是否合适，然后确定各验算后确定泵规格是否合适，然后确定各压力阀调整压力。压力阀调整压力。系统验算：系统验算：1、压力损失验算系统验算：总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束2 2、系统发热验算：、系统发热验算：按系统散热计算发热是按系统散热计算发热是 H Hi i=P Pi i-P PO O=P Pi i(1-(1-)按油箱面积计算油箱散热是按油箱面积计算油箱散热是H H0 0 H H0 0=kAkA0 0t t(k k为散热系数）为散热系数）验算：验算：H H0 0H Hi i合适合适 H H0 0 H Hi i重新设计重新设计2、系统发热验算：总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束例：设计一台卧式单面钻镗两用组合机床，其工作循环是例：设计一台卧式单面钻镗两用组合机床，其工作循环是“快进快进工进工进快退快退原位停止原位停止”；工作时最大轴；工作时最大轴向力为向力为3030kN，运动部件重为，运动部件重为19.619.6kN；快进、快退速度为；快进、快退速度为6m/min6m/min，工进速度为，工进速度为0.020.12m/min0.020.12m/min；最大行程；最大行程400mm400mm，其，其中工进行程中工进行程200mm200mm；起动换向时间；起动换向时间 t t=0.2s=0.2s；采用平导轨，其；采用平导轨，其摩擦系数摩擦系数f f=0.1=0.1。第二节第二节 液压系统设计计算实例液压系统设计计算实例 例：设计一台卧式单面钻镗两用组合机床，其工作循环是“快进总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束1.1.工况分析工况分析1 1）负载分析）负载分析 由工作负载由工作负载F Fw w=30k=30kN，重力负载，重力负载F FG G=0=0，按启，按启动换向时间和运动部件重量（动换向时间和运动部件重量（F F t t=m m(v v2 2v v1 1)）计算得）计算得到惯性负载到惯性负载F Fa a=1000N=1000N，摩擦阻力，摩擦阻力F Ff f=1960=1960N。取液压缸机械效率取液压缸机械效率m m=0.9=0.9，则液压缸工，则液压缸工作阶段的负载值作阶段的负载值见表见表。2 2）速度分析）速度分析 由快进、快退速度为由快进、快退速度为6m/min6m/min，工进速度范，工进速度范围为围为20mm/min120mm/min20mm/min120mm/min，按上述分析可绘制出负载循，按上述分析可绘制出负载循环图和速度循环图（略）。环图和速度循环图（略）。1.工况分析1）负载分析总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束表：液压缸在各工作阶段的负载值表：液压缸在各工作阶段的负载值 工作循环工作循环 计算公式计算公式 负载负载f f（N N）起动加速起动加速 F F=(=(F Ff f+F Fa a)/)/m m 32893289 快快 进进 F F=F Ff f/m m 21782178 工工 进进 F F=(=(F Ff f+F Fw w)/)/m m 3551135511 快快 退退 F F=F Ff f/m m 21782178 表：液压缸在各工作阶段的负载值总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束2.2.确定参数确定参数1 1）初选液压缸的工作压力）初选液压缸的工作压力 由最大负载值查教材中表由最大负载值查教材中表9-39-3，取液压缸工作压力为，取液压缸工作压力为4 4MPa。2 2）计算液压缸结构参数）计算液压缸结构参数 为使液压缸快进与快退速度相等，选用单出杆活塞缸差动连为使液压缸快进与快退速度相等，选用单出杆活塞缸差动连接的方式实现快进，设液压缸两有效面积为接的方式实现快进，设液压缸两有效面积为A A1 1和和A A2 2，且，且A A1 1=2=2 A A2 2，即，即d d=0.707=0.707D D。为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油腔背压。为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油腔背压p p2 2取取0.60.6MPa，而液压缸快退时背压取，而液压缸快退时背压取0.50.5MPa。由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程p p1 1 A A1 1=p p2 2 A A2 2+F F，可得：，可得：2.确定参数1）初选液压缸的工作压力总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束 A A1 1=F F/（p p1 10.5p0.5p2 2）=35511/=35511/（4104106 60.50.6100.50.6106 6）cmcm2 2 96cm 96cm2 2 液压缸内径液压缸内径D D就为：就为：D D=11.06cm=11.06cm 对对D D圆整，取圆整，取D D=110mm=110mm。由。由d d=0.707=0.707D D，经圆整得，经圆整得 d d=80mm=80mm。计算出液压缸的有效工作面积。计算出液压缸的有效工作面积A A1 1=95cm=95cm2 2，A A2 2=44.77 cm=44.77 cm2 2。工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量 q qminmin=0.05L/min=0.05L/min，设计要求最低工进速度，设计要求最低工进速度 v vminmin=20mm/min=20mm/min，经验算可知满足教材中式（，经验算可知满足教材中式（9-19-1）要求。要求。pA14p964 A1=F/（p10.5p2）=35511/（41总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束3 3）计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功）计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值率值 差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两腔间回路及阀的压力损失为腔间回路及阀的压力损失为0.50.5MPa，则，则p p2 2=p p1 1+0.5+0.5MPa。计算结果计算结果见表见表。由教材中由教材中9-59-5表即可画出液压缸的工况图（略）。表即可画出液压缸的工况图（略）。3）计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束3.3.拟定液压系统图拟定液压系统图1 1）选择基本回路）选择基本回路（1 1）调速回路：因为液压系统功率较小，且只有正值负载，所以选用）调速回路：因为液压系统功率较小，且只有正值负载，所以选用进油节流调速回路。为有较好的低速平稳性和速度负载特性，可进油节流调速回路。为有较好的低速平稳性和速度负载特性，可选用调速阀调速，并在液压缸回路上设置背压。选用调速阀调速，并在液压缸回路上设置背压。（2 2）泵供油回路：由于系统最大流量与最小流量比为）泵供油回路：由于系统最大流量与最小流量比为156156，且在整个，且在整个工作循环过程中的绝大部分时间里泵在高压小流量状态下工作，工作循环过程中的绝大部分时间里泵在高压小流量状态下工作，为此应采用双联泵（或限压式变量泵），以节省能源提高效率。为此应采用双联泵（或限压式变量泵），以节省能源提高效率。（3 3）速度换接回路和快速回路：由于快进速度与工进速度相差很大，）速度换接回路和快速回路：由于快进速度与工进速度相差很大，为了换接平稳，选用行程阀控制的换接回路。快速运动通过差动为了换接平稳，选用行程阀控制的换接回路。快速运动通过差动回路来实现。回路来实现。（4 4）换向回路：为了换向平稳，选用电液换向阀。为便于实现液压缸）换向回路：为了换向平稳，选用电液换向阀。为便于实现液压缸中位停止和差动连接，采用三位五通阀。中位停止和差动连接，采用三位五通阀。（5 5）压力控制回路：系统在工作状态时高压小流量泵的工作压力由溢）压力控制回路：系统在工作状态时高压小流量泵的工作压力由溢流阀调整，同时用外控顺序阀实现低压大流量泵卸荷。流阀调整，同时用外控顺序阀实现低压大流量泵卸荷。3.拟定液压系统图1）选择基本回路总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束2 2）回路合成）回路合成 对选定的基本回路在合成时，有必要进行整理、修改对选定的基本回路在合成时，有必要进行整理、修改和归并。具体方法为：和归并。具体方法为：（1 1）防止工作进给时液压缸进油路、回油路相通，需接入单向阀）防止工作进给时液压缸进油路、回油路相通，需接入单向阀7 7。（2 2）要实现差动快进，必须在回油路上设置液控顺序阀）要实现差动快进，必须在回油路上设置液控顺序阀9 9，以阻止油，以阻止油液流回油箱。此阀通过位置调整后与低压大流量泵的卸荷阀合二液流回油箱。此阀通过位置调整后与低压大流量泵的卸荷阀合二为一。为一。（3 3）为防止机床停止工作时系统中的油液回油箱，应增设单向阀。）为防止机床停止工作时系统中的油液回油箱，应增设单向阀。（4 4）设置压力表开关及压力表。）设置压力表开关及压力表。合并后完整的液压系统合并后完整的液压系统如图如图所示。所示。2）回路合成总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束液压系统设计课件总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束4 4、液压元件的选择、液压元件的选择1 1）液压泵及驱动电机功率的确定）液压泵及驱动电机功率的确定（1 1）液压泵的工作压力）液压泵的工作压力 已知液压缸最大工作压力为已知液压缸最大工作压力为4.024.02MPa，取进油路上，取进油路上压力损失为压力损失为1 1MPaPa，则小流量泵最高工作压力为，则小流量泵最高工作压力为5.025.02MPa，选择泵的，选择泵的额定压力应为额定压力应为p pn n=5.02+5.0225%=6.27=5.02+5.0225%=6.27MPa。大流量泵在液压缸快。大流量泵在液压缸快退时工作压力较高，取液压缸快退时进油路上压力损失为退时工作压力较高，取液压缸快退时进油路上压力损失为0.40.4MPa，则大流量泵的最高工作压力为则大流量泵的最高工作压力为1.79+0.4=2.191.79+0.4=2.19MPa，卸荷阀的调整压，卸荷阀的调整压力应高于此值。力应高于此值。4、液压元件的选择1）液压泵及驱动电机功率的确定总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束工作循环工作循环 计算公式计算公式 负载负载 回油背压回油背压 进油压力进油压力 输入流量输入流量 输入功率输入功率 F kN p2MPa p1MPa q110-3 m3/s P kW快快 启动加速启动加速 p1=F+A2(p2p1)3289 1.10 A1 A2 q1=(A1 A2)v1 p2=p1+0.5 进进 恒恒 速速 P=p1 q1 2178 0.88 0.50 0.44 p1=F+A2p2 0.0031 0.012工工 进进 A1 q1=A1 v1 35511 0.6 4.02 P=p1 q1 0.019 0.076快快 启动加速启动加速 p1=F+A1p2 3289 1.79 A2 q1=A2 v1 0.5退退 恒恒 速速 P=p1 q1 2178 1.55 0.448 0.69表：液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率值表：液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率值工作循环 计算公式 负载 回油背总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束（2 2）液压泵流量）液压泵流量 取系统的泄漏系数取系统的泄漏系数K=1.2K=1.2，则泵的最小供油量，则泵的最小供油量为：为：q qp p=KqKq1max1max =1.20.510 =1.20.510-3 3m m3 3/s/s =0.610 =0.610-3-3m m3 3/s/s =36L/min =36L/min 由于工进时所需要的最大流量是由于工进时所需要的最大流量是1.9101.910-5-5 m m3 3/s/s，溢流阀最小稳定流量为，溢流阀最小稳定流量为0.05100.0510-3-3 m m3 3/s/s，小流量，小流量泵最小流量为：泵最小流量为：q qp1p1=K Kq1q1+0.0510+0.0510-3-3m m3 3/s/s =7.2510 =7.2510-5-5m m3 3/s/s =4.4L/min =4.4L/min（2）液压泵流量总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束（3 3）确定液压泵规格）确定液压泵规格 对照产品样本可选用对照产品样本可选用YBYB1 140/6.340/6.3双联叶片泵，额定转速双联叶片泵，额定转速960r/min960r/min，容积效率，容积效率v v为为0.90.9，大小泵的额定流量分别为，大小泵的额定流量分别为34.5634.56和和5.43L/min5.43L/min，满足以上要求。，满足以上要求。（4 4）确定液压泵驱动功率）确定液压泵驱动功率 液压泵在快退阶段功率最大，取液压缸进油路上压力损失为液压泵在快退阶段功率最大，取液压缸进油路上压力损失为0.50.5MPa，则液压泵输出压力为，则液压泵输出压力为2.052.05MPa。液压泵的总效率。液压泵的总效率p p=0.8=0.8，液压，液压泵流量泵流量40L/min40L/min，则液压泵驱动调集所需的功率为：，则液压泵驱动调集所需的功率为：P P=p pp pq qp p/p p=2.0510=2.05106 640104010-3-3W=1708=1708W 据此选用据此选用Y Y112112M6 6B B5 5立式电动机，其额定功率为立式电动机，其额定功率为2.2k2.2kW，转速为，转速为940r/min940r/min，液压泵输出流量为，液压泵输出流量为33.84L/min33.84L/min、5.33L/min5.33L/min，仍能满足系统要，仍能满足系统要求。求。（3）确定液压泵规格总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束2 2）元件、辅件选择）元件、辅件选择 根据实际工作压力以及流量大小即可选择液压根据实际工作压力以及流量大小即可选择液压元、辅件（略）。油箱容积取液压泵流量的元、辅件（略）。油箱容积取液压泵流量的6 6倍，管道倍，管道由元件连接尺寸确定。由元件连接尺寸确定。2）元件、辅件选择总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束5 5、系统油液温升验算、系统油液温升验算 系统在工作中绝大部分时间是处在工作阶段，所以系统在工作中绝大部分时间是处在工作阶段，所以可按工作状态来计算温升。可按工作状态来计算温升。小流量泵工作状态压力为小流量泵工作状态压力为5.025.02MPa，流量为，流量为0.33L/min0.33L/min，经计算其输入功率为，经计算其输入功率为557557W。大流量泵经外控顺序阀卸荷，其工作压力等于阀大流量泵经外控顺序阀卸荷，其工作压力等于阀上的局部压力损失数值上的局部压力损失数值 p pv v。阀额定流量为。阀额定流量为63L/min63L/min，额定压，额定压力损失为力损失为0.3MPa0.3MPa，大流量泵流量为，大流量泵流量为33.84L/min33.84L/min，则：，则：p pv v=0.310=0.3106 6 Pa=0.110Pa=0.1106 6 PaPa 大流量泵的输入功率经计算为大流量泵的输入功率经计算为70.570.5W。5、系统油液温升验算 系统在工作中绝大部总目录总目录返回本章返回本章返回本节下一页上一页结束结束 液压缸的最小有效功率为液压缸的最小有效功率为 P Po o=FVFV=（30000+196030000+1960）0.02/600.02/60W=10.7=10.7W 系统单位时间内的发热量为系统单位时间内的发热量为 H Hi i=P=Pi iP Po o=557+70.5=557+70.510.7=616.810.7=616.8W 当油箱的高、宽、长比例在当油箱的高、宽、长比例在1 1：1 1：1 1到到1 1：2 2：3 3范围内，范围内，且油面高度为油箱高度的且油面高度为油箱高度的80%80%时，油箱散热面积近似为：时，油箱散热面积近似为：A A=6.66=6.66 ，式中式中 V V油箱有效容积，单油箱有效容积，单位为位为m m3 3 A A散散热面积，单位为热面积，单位为m m2 2 取油箱有效容积取油箱有效容积V V为为0.25 m0.25 m3 3,散热系数散热系数K K为为1515W/（m m2 2），），由教材中式（由教材中式（9-139-13）得）得t t=15.6=15.6 即在温升许可范围内。即在温升许可范围内。液压缸的最小有效功率为