项目四 液压系统的设计、安装与调试

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,*,化学工业出版社,肖春芳主编,项目四 液压系统的设计、安装与调试,【,学习目标,】,1.,培养目标,培养学生对液压系统设计、安装与调试的能力，主要包括液压回路的设计（方案设计、元件选择、元件参数计算及元件强度校核）与绘图能力；各种元件的选择、日常维护、故障检测及故障排除能力；液压回路的故障检测及故障排除能力。其它能力见项目,1,。,2,知识目标,学习液压系统的设计步骤、方法；拟订液压系统原理图；液压元件的参数计算和选择；液压系统性能验算；绘制工作图和编制技术文件；各种系统常见故障及排除方法。,任务,l,液压系统的设计,【,任务描述,】,液压传动系统的设计是整机设计的一部分。通过简单液压传动系统的设计，可进一步了解液压传动系统的组成和工作原理，掌握液压传动系统设计的基本方法。,本任务主要以卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统的设计为例，介绍液压传动系统的设计方法。,【,任务分析,】,卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统的设计要求是完成快速进给一工作进给一停留一快速退回四个工作循环。本任务重点学习掌握液压系统设计方法以及元件的选型。具体任务分解为：,1),通过介绍设计步骤、方法使学生掌握设计过程。,2),通过学习原理设计及其元件选型，达到具备液压系统设计的基本能力。,【,知识与技能,】,一、液压系统的设计内容及设计步骤,液压传动系统的设计是机器整体设计的一个组成部分。它的任务是根据整机的用途、特点和要求，明确整机对液压系统设计的要求；进行工况分析，确定液压系统的主要参数；拟定出合理的液压系统原理图；计算和选择液压元件的规格；验算液压系统的性能；绘制工作图、编制技术文件。本任务通过一个典型的液压系统的设计实例，说明液压系统设计的基本方法。,一般来说，在明确设计要求之后，大致按以下步骤进行：,（,1,）明确系统设计要求与运动、负载分析；,（,2,）执行元件主要参数的确定；,（,3,）液压系统原理图的拟订；,（,4,）液压元件的计算和选择；,（,5,）液压系统技术性能的验算；,（,6,）绘制正式工作图和编制技术文件。,二、液压系统的设计要求与运动、负载分析,1.,明确设计要求,设计要求是进行每项工程设计的依据，在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须要明确主机对液压系统提出的要求，具体内容如下。,（,1,）主机的用途、主要结构、工艺流程、总体布局，主机对液压系统执行元件在空间位置和尺寸上的限制。,（,2,）液压执行元件的工作方式（移动、转动或摆动）及其工作范围，液压执行元件的动作顺序和互锁要求，液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。,（,3,）对液压系统工作性能（工作平稳性、转换精度等）、工作效率、自动化程度和操作控制方式的要求。,（,4,）液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动、污染以及是否有腐蚀性和易燃性物质的存在等。,（,5,）其他要求，如液压装置的重量、外形尺寸及其经济性方面的限制。,2.,运动、负载分析,分析液压系统各执行元件在工作过程中速度和负载的变化规律，也称作工况分析。通过分析可以进一步明确主机在性能方面对液压系统的要求，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。,运动分析,运动分析是研究各执行元件按工艺要求，以怎样的运动规律完成一个工作循环。对于自动化程度不高的机器，根据液压驱动件的运动方式（移动、摆动或转动）及运动间的关系，确定各运动同时动作或依次动作的顺序；对于自动化程度高的机器，要确定它的自动工作循环；对于工作循环较复杂的单个液压执行元件，或相互动作关系复杂的多个液压执行元件来说，应绘出其动作循环，或整机的动作周期表，以表示出各运动部件间的动作顺序、转换方式和互相连锁作用；然后根据工作循环阶段中的行程,S,与时间,T,，算出各阶段的速度，并绘出速度循环图，为选定系统方案，选择液压元件提供依据。,组合机床动作循环图,组合机床速度循环图,负载分析,一般情况下，液压执行元件带动工作部件作直线往复运动时，所需克服的外负载包括工作负载、摩擦负载和惯性负载。,工作负载,F,g,。不同液压设备工作负载的形式各不相同。对于金属切削机床，工作负载是作用在工作部件运动方向上的切削力；对于提升机械，其重物的重量就是工作负载。工作负载的方向与活塞的运动方向相同的为负，相反的为正。,摩擦负载,F,f,。,液压缸驱动工作部件移动时，需要克服导轨或支承面上的摩擦力，这个摩擦力称为摩擦负载。,对于平导轨,（,4-1,）,对于,V,型导轨,（,4-2,）,式中，,G,运动部件所受的重力（,N,）；,F,N,外负载作用于导轨上的正压力（,N,）；,f,摩擦系数，一般，静摩擦系数,f,s,=,0.2,0.3,，动摩擦系数,f,d=0.06,0.1,；,V,型导轨的夹角，一般,=90,。,惯性负载,F,a,。惯性负载是工作部件在启动加速和制动减速时的惯性力。启动时为正值，制动时为负值。其大小可根据牛顿第二定律计算：,式中，,G,工作部件的重量；,g,重力加速度；,v,t,时间内速度的变化量；,t,启动加速或减速的时间，一般机床,t,=0.1s,0.5s,，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速运动部件取大值。,以上三种负载之和称为液压缸的外负载,F,W,。,启动加速时：,F,W=,F,g+,F,f+,F,a,稳态运动时：,FW,=,Fg,+,Ff,减速制动时：,FW,=,Fg,+,Ff,Fa,根据上述各运动阶段内的负载与相应的时间，可绘出液压缸的负载循环图，如图,4.3,所示。它清楚地表明了液压缸在工作循环中负载的变化规律。,液压缸的负载循环图,三、执行元件主要参数的确定,液压执行元件的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的依据。压力决定于外负载，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。由此可见，液压执行元件主要参数的确定可通过以下步骤完成。,1.,初定系统工作压力,液压执行元件的工作压力选定是否合适，直接关系到液压系统设计的合理程度。在负载一定的条件下，工作压力选得低，则元件尺寸和重量增大，经济性差。若选用工作压力高，能获得紧凑的结构，但是对元件的性能和密封性能要求提高，成本增加。因此，必须结合实际情况选取适当的工作压力。,初选液压缸的工作压力，可以根据液压缸的总负载和液压设备的类型，按表,4.1,和表,4.2,选取。,2.,确定执行元件的主要尺寸,液压缸的主要尺寸是指缸筒内径,D,、活塞杆直径,d,和缸筒长度,L,等。根据液压缸的负载、运动速度、行程长度和选取的工作压力，即可将上述尺寸确定。,当工作速度很低时，需按液压缸最低运动速度的要求，验算液压缸的有效作用面积,Ac,，使其应满足：,（,4-4,）,式中，,qvmin,流量阀的最小稳定流量，可从流量阀产品目录上查得；,v,cmin,为液压缸的最低运动速度。,3.,绘制执行元件工况图,液压系统执行元件的工况图是在执行元件结构参数确定之后，根据设计任务要求，算出不同阶段中的实际工作压力、流量和功率之后作出的。工况图显示液压系统在实现整个工作循环时这三个参数的变化情况，它包括压力循环图、流量循环图和功率循环图，图,4.4,所示为组合机床动力滑台液压缸的工况图。将系统中各执行元件的工况图相叠加，就可得到整个系统的工况图。,液压缸工况图,四、液压系统原理图的拟定,拟定液压系统原理图，是液压系统设计的一个重要步骤。拟定时，要根据整机的性能和动作要求，先确定系统类型，再选择液压基本回路，最后合成基本回路，便可组成一个完整的液压系统。,1.,确定系统类型,液压系统在类型上采用开式还是闭式，主要取决于它的调速方式和散热要求。一般说来，凡备有较大空间可以存放油箱且不另设置散热装置的系统，要求结构尽可能简单的系统，或采用节流调速、容积节流调速的系统，都宜采用开式，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵进行循环；凡对工作稳定和效率有较高要求的系统，或采用容积调速的系统，都宜采用闭式，即执行元件的排油直接进入液压泵进行循环。,2.,选择液压基本回路,选择调速回路,液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。调速回路的选择主要根据调速范围、功率大小、低速稳定性、允许温升以及经济性等因素来考虑选择。,节流调速的结构简单、低速稳定性好，但是这种系统必须用溢流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合；容积调速的优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高，但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵，此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统；容积节流调速使其供油量与需油量相适应，此种回路效率较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。,调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。,选择压力控制回路,液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定范围压力内工作，也有的需要多级或无级连续的调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。,在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。若液压执行元件在短时间内不需要供油，可以考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力低于主油路压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。,选择顺序动作回路,液压系统的合成,将选定的液压回路，再配以一些必要的测压、润滑等辅助回路，即可组成完整的液压系统图。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单，工作安全可靠。注意各元件间的连锁关系，避免误动作发生，要尽量减少系统的发热和温升，防止液压系统出现液压冲击，力求提高系统的工作效率。,五、液压元件的计算和选择,1.,液压泵的选择,确定液压泵的最高工作压力,液压泵的最大工作压力必须等于或超过液压执行元件最大工作压力及进油路上总压力损失这两者之和，即,（,4-5,）,式中，,p,c,液压缸的最高工作压力，可以从工况图中找到；,p,总压力损失。一般节流调速和简单的系统，取,p,=0.2MPa,0.5MPa,，进油路上有调速阀和复杂的系统，取,p,=0.5MPa,1.5MPa,。,确定液压泵的最大流量,液压泵的流量必须等于或超过几个同时工作的液压执行元件总流量的最大值以及回路中泄漏量这两者之和，即,q,pmax,Kq,cmax,（,4-6,）,式中，,K,系统泄露系数，一般取,K,=1.1,1.3,，小流量取大值，大流量取小值；,q,cmax,同时动作的各液压缸所需流量之和的最大值，可由流量循环图中查出。,液压泵规格的选择,在参照产品样本选取液压泵时，泵的额定压力应比系统中泵的最高工作压力高出,25%,60%,，使泵具有一定的压力储备，以保证泵安全可靠的工作。泵额定流量的选择只需满足系统中的最大流量需要即可。,驱动液压泵的电动机功率的选择,驱动液压泵的电动机功率,P,p,的计算公式为：,（,4-7,）,式中，,p,p,液压泵实际工作压力；,q,p,额定流量（实际输出流量）；,p,液压泵总效率，齿轮泵取,p=0.65,0.8,，叶片泵取,p=0.7,0.85,，柱塞泵取,p=0.85,0.9,。,2.,液压阀的选择,按照所拟定的液压系统原理图，并根据系统的最高工作压力和通过该阀的最大流量，从产品样本中选取标准液压控制阀。要求阀的额定压力和额定流量，一般应大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量。必要时允许通过阀的最大流量可超过流量的,20%,，但不能过大，以免引起发热、噪声、压力损失增大等。溢流阀应按泵的最大流量选取；流量阀应按系统中流量调节范围选取，其最小稳定流量应能满足工作部件最低稳定速度的要求。对于可靠性要求特别高的系统来说，阀类元件的额定压力应高出其工作压力较多。,3.,液压辅助元件的选择,4.,液压元件配置形式的选择,六、液压系统技术性能的验算,液压系统初步确定之后，就需对系统的有关性能加以验算，以判别系统的设计质量，并对液压系统进行完善和改进。液压系统技