液压传动课程设计-液压系统设计举例

液压系统设计计算举例 液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况分析、 确定液压系统主要参数、 拟定液压系统原理图、 计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。 现以一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统为例，介绍液压系统的设计计算方 法。 1 设计要求及工况分析 1.1 设计要求 要求设计的动力滑台实现的工作循环是： 快进  工进  快退  停止。 主要性能参 数与性能要求如下： 切削阻力 FL=30468N； 运动部件所受重力 G=9800N； 快进、 快退速度 1=  3=0.1m/s，工进速度2=0.88×10-3m/s；快进行程 L1=100mm，工进行程 L2=50mm；往复 运动的加速时间 Δt=0.2s；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数 μs=0.2，动摩擦系数 μd=0.1。 液压系统执行元件选为液压缸。 1.2 负载与运动分析 (1) 工作负载 工作负载即为切削阻力 FL=30468N。 (2) 摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力： 静摩擦阻力 N196098002 . 0 sfs GF 动摩擦阻力 N98098001 . 0 dfd GF (3) 惯性负载 N500N 2 . 0 1 . 0 8 . 9 9800 i     tg G F  (4) 运动时间 快进 s1s 1 . 0 10100 3 1 1 1      L t 工进 s8 .56s 1088. 0 1050 3 3 2 2 2        L t 快退 s5 . 1s 1 . 0 10)50100( 3 3 21 3        LL t 设液压缸的机械效率 ηcm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表 1 所列。 表 1 液压缸各阶段的负载和推力 工况 负载组成 液压缸负载 F/N 液压缸推力 F0=F/ηcm/N 启 动 加 速 快 进 工 进 反向启动 加 速 快 退 fs FF  ifd FFF fd FF  Lfd FFF fs FF  ifd FFF fd FF  1960 1480 980 31448 1960 1480 980 2180 1650 1090 34942 2180 1650 1090 根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间， 即 可绘制出负载循环图 F-t 和速度循环图-t，如图 1 所 示。 2 确定液压系统主要参数 2.1 初选液压缸工作压力 所设计的动力滑台在工进时负载最大， 在其它工况 负载都不太高，参考表 2 和表 3，初选液压缸的工作压 力 p1=4MPa。 2.2 计算液压缸主要尺寸 鉴于动力滑台快进和快退速度相等， 这里的液压缸 可选用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2） ，快进时液压 缸差动连接。 工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生 前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表 4 选此背 压为 p2=0.6MPa。 表 2 按负载选择工作压力 负载/ KN 50 工作压力/MPa 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表 3 各种机械常用的系统工作压力 机械类型 机 床 农业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘机 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/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 图 1 F-t 与-t 图 表 4 执行元件背压力 系统类型 背压力/MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0.2~0.5 回油路带调速阀的系统 0.4~0.6 回油路设置有背压阀的系统 0.5~1.5 用补油泵的闭式回路 0.8~1.5 回油路较复杂的工程机械 1.2~3 回油路较短且直接回油 可忽略不计 表 5 按工作压力选取d/D 工作压力/MPa ≤5.0 5.0~7.0 ≥7.0 d/D 0.5~0.55 0.62~0.70 0.7 表 6 按速比要求确定d/D  2/1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注： 1—无杆腔进油时活塞运动速度；  2—有杆腔进油时活塞运动速度。 由式 得 242 6 2 1cm 1 m1094m 10) 2 6 . 0 4(9 . 0 31448 ) 2 (      p p F A  则活塞直径 mm109m109. 0m 109444 4 1     A D 参考表 5 及表 6，得 d0.71D =77mm，圆整后取标准数值得 D=110mm， d=80mm。 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 242 22 1 m1095m 4 11. 0 4    D A 2422222 2 m107 .44m)8 . 011. 0( 4 )( 4   dDA 根据计算出的液压缸的尺寸， 可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、 流量和功率， 如表 7 所列，由此绘制的液压缸工况图如图 2 所示。 cm 2211  F ApAp 表 7 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值 工况 推力 F0/N 回油腔压 力 p2/MPa 进油腔压 力 p1/MPa 输入流量 q×10-3/m3/s 输入功 率 P/KW 计算公式 快 进 启 动 2180 — 0.43 — — 21 20 1AA PAF p    121 )(AAqqpP 1  加 速 1650 p1+Δp 0.77 — — 恒 速 1090 p1+Δp 0.66 0.5 0.33 工进 34942 0.6 3.96 0.84×10-2 0.033 1 220 1A ApF p   21 Aq  qpP 1  快 退 启 动 2180 — 0.49 — — 2 120 1A ApF p   32 Aq  qpP 1  加 速 1650 0.5 1.43 — — 恒 速 1090 0.5 1.31 0.45 0.59 注：1. Δp 为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取 Δp=0.5MPa。 2． 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 p1，无杆腔回油，压力为 p2。 3 拟定液压系统原理图 3.1 选择基本回路 (1) 选择调速回路 由图 2 可知， 这台机床液压 系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力 负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回 路。 为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前 冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速 方式，系统必然为开式循环系统。 (2) 选择油源形式 从工况图可以清楚看出， 在 工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程 的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。 最 大 流 量 与 最 小 流 量 之 比 qmax/qmin=0.5/(0.84 × 10-2)  60 ； 其