第九章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 本 章 提 要 本章介紹設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本步驟和方法，對(duì)于一般的液壓系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循以下幾個(gè)步驟： 明確設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行工況分析； 擬定液壓系統(tǒng)原理圖； 計(jì)算和選擇液壓元件； 發(fā)熱及系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算； 繪制工作圖，編寫技術(shù)文件。 上述工作大部分情況下要穿插、交叉進(jìn)行，對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，需經(jīng)過(guò)多次反復(fù)才能最后確定；在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)時(shí)，有些步驟可以合并或省略。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、步驟、方法有一個(gè)基本的了解。 2 液 壓 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 是 整 機(jī) 設(shè) 計(jì) 的 一 部 分 ， 它 除 了 應(yīng) 符 合 主 機(jī) 動(dòng) 作循 環(huán) 和 靜 、 動(dòng) 態(tài) 性 能 等 方 面 的 要 求 外 ， 還 應(yīng) 當(dāng) 滿 足 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 工 作 安 全 可靠 ， 效 率 高 ， 經(jīng) 濟(jì) 性 好 ， 使 用 維 護(hù) 方 便 等 條 件 。 液 壓 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) ， 根 據(jù) 系 統(tǒng) 的 繁 簡(jiǎn) 、 借 鑒 的 資 料 多 少 和 設(shè) 計(jì) 人 員 經(jīng)驗(yàn) 的 不 同 ， 在 做 法 上 有 所 差 異 。 各 部 分 的 設(shè) 計(jì) 有 時(shí) 還 要 交 替 進(jìn) 行 ， 甚 至 要經(jīng) 過(guò) 多 次 反 復(fù) 才 能 完 成 。 下 面 對(duì) 液 壓 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 步 驟 予 以 介 紹 。 3 液 壓 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 作 和 性 能 要 求 主 要 有 ： 運(yùn) 動(dòng) 方 式 、 行 程 、 速 度 范 圍 、 負(fù) 載 條 件 、 運(yùn) 動(dòng)平 穩(wěn) 性 、 精 度 、 工 作 循 環(huán) 和 動(dòng) 作 周 期 、 同 步 或 聯(lián) 鎖等 。 就 工 作 環(huán) 境 而 言 ， 有 環(huán) 境 溫 度 、 濕 度 、 塵 埃 、防 火 要 求 及 安 裝 空 間 的 大 小 等 。 要 使 所 設(shè) 計(jì) 的 系 統(tǒng) 不 僅 能 滿 足 一 般 的 性 能 要 求 ，還 應(yīng) 具 有 較 高 的 可 靠 性 、 良 好 的 空 間 布 局 及 造 型 。 4 工 況 分 析 ， 就 是 查 明 每 個(gè) 執(zhí) 行 元 件 的 速 度 和 負(fù)載 的 變 化 規(guī) 律 ， 必 要 時(shí) 還 應(yīng) 作 出 速 度 、 負(fù) 載 隨 時(shí) 間或 位 移 變 化 的 曲 線 圖 。 就 缸 而 言 ， 負(fù) 載 主 要 由 六 部 分 組 成 ， 即 工 作 負(fù)載 ， 導(dǎo) 向 摩 擦 負(fù) 載 ， 慣 性 負(fù) 載 ， 重 力 負(fù) 載 ， 密 封 負(fù)載 和 背 壓 負(fù) 載 。 5 wF 不 同 的 機(jī) 器 有 不 同 的 工 作 負(fù) 載 。 工 作 負(fù) 載 與 液 壓 缸 運(yùn) 動(dòng) 方 向 相 反 時(shí)為 正 值 ， 方 向 相 同 時(shí) 為 負(fù) 值 。 導(dǎo) 向 摩 擦 負(fù) 載 是 指 液 壓 缸 驅(qū) 動(dòng) 運(yùn) 動(dòng) 部 件 時(shí) 所 受 的 導(dǎo) 軌 摩 擦 阻 力 。fF 慣 性 負(fù) 載 是 運(yùn) 動(dòng) 部 件 在 啟 動(dòng) 加 速 或 制 動(dòng) 減 速 時(shí) 的 慣 性 力 ， 其 值 可 按 牛 頓 第 二 定 律 求 出 。 aF 6 gF 密 封 負(fù) 載 是 指 液 壓 缸 密 封 裝 置 的 摩 擦 力 ， 一 般 通 過(guò) 液 壓 缸 的 機(jī) 械 效 率 加以 考 慮 ， 常 取 機(jī) 械 效 率 值 為 。sF 背 壓 負(fù) 載 是 指 液 壓 缸 回 油 腔 壓 力 所 造 成 的 阻 力 。 bF 7 液 壓 缸 各 個(gè) 主 要 工 作 階 段 的 機(jī) 械 負(fù) 載 F可 按 下 列 公 式 計(jì) 算 （ ）mgaf FFFF /)( （ ）mgf FFF /)( （ ）mgwf FFFF /)( （ ）mgawf FFFFF /)( 8 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖 是 表 示 液 壓 系 統(tǒng) 的 組 成 和 工 作 原 理 的 重 要 技 術(shù) 文 件 。擬 定 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖 是 設(shè) 計(jì) 液 壓 系 統(tǒng) 的 第 一 步 ， 它 對(duì) 系 統(tǒng) 的 性 能 及 設(shè) 計(jì) 方案 的 合 理 性 、 經(jīng) 濟(jì) 性 具 有 決 定 性 的 影 響 。 一 般 具 有 較 大 空 間 可 以 存 放 油 箱 的 系 統(tǒng) ， 都 采 用 開 式 油 路 ； 相 反 ，凡 允 許 采 用 輔 助 泵 進(jìn) 行 補(bǔ) 油 ， 并 借 此 進(jìn) 行 冷 卻 交 換 來(lái) 達(dá) 到 冷 卻 目 的 的 系 統(tǒng) ，可 采 用 閉 式 油 路 。 通 常 節(jié) 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) 采 用 開 式 油 路 ， 容 積 調(diào) 速 系 統(tǒng) 采 用 閉式 回 路 。 9 根 據(jù) 各 類 主 機(jī) 的 工 作 特 點(diǎn) 、 負(fù) 載 性 質(zhì) 和 性 能 要 求 ， 先 確 定 對(duì) 主 機(jī) 主 要 性 能起 決 定 性 影 響 的 主 要 回 路 ， 然 后 再 考 慮 其 它 輔 助 回 路 。 例 如 : 對(duì) 于 機(jī) 床 液 壓 系 統(tǒng) , 是 主 要 回 路 ； 對(duì) 于 壓 力 機(jī) 液 壓 系 統(tǒng) ， 是 主 要 回 路 ； 有 垂 直 運(yùn) 動(dòng) 部 件 的 系 統(tǒng) 要 考 慮 ； 慣 性 負(fù) 載 較 大 的 系 統(tǒng) 要 考 慮 。 有 多 個(gè) 執(zhí) 行 元 件 的 系 統(tǒng) 可 能 要 考 慮 ； 有 空 載 運(yùn) 行 要 求 的 系 統(tǒng) 要 考 慮 等 。 10 將 挑 選 出 來(lái) 的 各 典 型 回 路 合 并 、 整 理 ， 增加 必 要 的 元 件 或 輔 助 回 路 ， 加 以 綜 合 ， 構(gòu) 成 一個(gè) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 工 作 安 全 可 靠 、 動(dòng) 作 平 穩(wěn) 、 效 率高 、 調(diào) 整 和 維 護(hù) 保 養(yǎng) 方 便 的 液 壓 系 統(tǒng) ， 形 成 系統(tǒng) 原 理 圖 。 11 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 的 確 定 是 指 根 據(jù) 執(zhí) 行 元 件 工 作 壓 力 和 最 大 流 量 確 定 執(zhí) 行 元 件的 排 量 或 油 缸 面 積 。運(yùn) 動(dòng)形 式 往 復(fù) 直 線 運(yùn) 動(dòng) 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 往 復(fù)擺 動(dòng)短 行程 長(zhǎng) 行 程 高 速 低 速建 議 采用 的 執(zhí)行 元 件的 形 式 活 塞式 液壓 缸 柱 塞 式 液 壓 缸液 壓 馬 達(dá) 與 齒輪 /齒 條 或 螺 母/絲 杠 機(jī) 構(gòu) 高 速液 壓馬 達(dá) 低 速 大 扭 矩 液 壓馬 達(dá)高 速 液 壓 馬 達(dá) 帶減 速 器 擺 動(dòng)液 壓缸表9.1選擇執(zhí)行元件的形式 12 工 作 壓 力 是 確 定 執(zhí) 行 元 件 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 的 主 要 依 據(jù) 。 它 的 大 小 影 響 執(zhí) 行 元件 的 尺 寸 和 成 本 ， 乃 至 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 性 能 ， 工 作 壓 力 選 得 高 ， 執(zhí) 行 元 件 和 系 統(tǒng)的 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 但 對(duì) 元 件 的 強(qiáng) 度 ， 剛 度 及 密 封 要 求 高 ， 且 要 采 用 較 高 壓 力 的 液壓 泵 。 反 之 ， 如 果 工 作 壓 力 選 得 低 ， 就 會(huì) 增 大 執(zhí) 行 元 件 及 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 尺 寸 ，使 結(jié) 構(gòu) 變 得 龐 大 ， 所 以 應(yīng) 根 據(jù) 實(shí) 際 情 況 選 取 適 當(dāng) 的 工 作 壓 力 。 13 以 缸 為 例 ， 主 要 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 指 缸 的 內(nèi) 徑 D和 活 塞 桿 的 直 徑 d， 計(jì) 算 后 按 系 列標(biāo) 準(zhǔn) 值 確 定 D和 d。 對(duì) 有 低 速 運(yùn) 動(dòng) 要 求 的 系 統(tǒng) ， 尚 需 對(duì) 液 壓 缸 有 效 工 作 面 積 進(jìn) 行 驗(yàn) 算 ， 即 應(yīng)保 證 ： minminvqA （ 9.8） 驗(yàn) 算 結(jié) 果 若 不 能 滿 足 式 （ ） ， 則 說(shuō) 明 按 所 設(shè) 計(jì) 的 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 和 方 案 達(dá) 不 到 所需 要 的 最 低 速 度 ， 必 須 修 改 設(shè) 計(jì) 。式 中 ： A液 壓 缸 工 作 腔 的 有 效 工 作 面 積 ； 控 制 執(zhí) 行 元 件 速 度 的 流 量 閥 最 小 穩(wěn) 定 流 量 ； 液 壓 缸 要 求 達(dá) 到 的 最 低 工 作 速 度 。minqminv 14 當(dāng) 液 壓 缸 的 主 要 尺 寸 D、 d計(jì) 算 出 來(lái) 以 后 ， 要 按 系 列 標(biāo) 準(zhǔn) 圓 整 ， 有 必 要 根據(jù) 圓 整 值 對(duì) 工 作 壓 力 進(jìn) 行 一 次 復(fù) 算 。 在 按 上 述 方 法 確 定 的 工 作 壓 力 還 沒(méi) 有 計(jì) 算 回 油 路 的 背 壓 ， 所 確 定 的 工 作壓 力 只 是 執(zhí) 行 元 件 為 了 克 服 機(jī) 械 總 負(fù) 載 所 需 要 的 那 部 分 壓 力 ， 在 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) D、d確 定 之 后 ， 取 適 當(dāng) 的 背 壓 估 算 值 ， 即 可 求 出 執(zhí) 行 元 件 工 作 腔 的 壓 力 。 15 對(duì) 于 單 桿 液 壓 缸 ， 其 工 作 壓 力 P可 按 下 列 公 式 復(fù) 算 。有 桿 腔 進(jìn) 油 階 段 bpAAAFp 212 （ 9.10）式 中 ： F液 壓 缸 在 各 工 作 階 段 的 最 大 機(jī) 械 總 負(fù) 載 ； 、 分 別 為 缸 無(wú) 桿 腔 和 有 桿 腔 的 有 效 面 積 ； 液 壓 缸 回 油 路 的 背 壓 。1A 2Abp bpAAAFp 121 （ 9.9）無(wú) 桿 腔 進(jìn) 油 工 進(jìn) 階 段 16 即 執(zhí) 行 元 件 在 一 個(gè) 工 作 循 環(huán) 中 的 壓 力 、 流 量 、 功 率 對(duì) 時(shí) 間 或 位 移 的 變 化曲 線 圖 。 將 系 統(tǒng) 中 各 執(zhí) 行 元 件 的 工 況 圖 加 以 合 并 ， 便 得 到 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 工 況 圖 。 液 壓 系 統(tǒng) 的 工 況 圖 可 以 顯 示 整 個(gè) 工 作 循 環(huán) 中 的 系 統(tǒng) 壓 力 、 流 量 和 功 率 的最 大 值 及 其 分 布 情 況 ， 為 后 續(xù) 設(shè) 計(jì) 步 驟 中 選 擇 元 件 、 選 擇 回 路 或 修 正 設(shè) 計(jì) 提 供合 理 的 依 據(jù) 。 對(duì) 于 簡(jiǎn) 單 系 統(tǒng) ， 其 工 況 圖 的 繪 制 可 省 略 。 17 先 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 和 系 統(tǒng) 工 況 確 定 泵 的 類 型 ，然 后 根 據(jù) 液 壓 泵 的 最 大 供 油 量 和 系 統(tǒng) 工 作 壓 力 來(lái)選 擇 液 壓 泵 的 規(guī) 格 。 （ 9.11） lp ppp式 中 : 執(zhí) 行 元 件 的 最 高 工 作 壓 力 ； 進(jìn) 油 路 上 總 的 壓 力 損 失 。p lp 18 液 壓 泵 的 最 大 供 油 量 為 ： （ 9.11） maxqkqp式 中 : K系 統(tǒng) 的 泄 漏 修 正 系 數(shù) ， 一 般 取 K=1.11.3； 同 時(shí) 動(dòng) 作 的 各 執(zhí) 行 元 件 所 需 流 量 之和 的 最 大 值 。 maxq 19 液 壓 泵 的 規(guī) 格 型 號(hào) 按 計(jì) 算 值 在 產(chǎn) 品 樣 本 選 取 ，為 了 使 液 壓 泵 工 作 安 全 可 靠 ， 液 壓 泵 應(yīng) 有 一 定 的壓 力 儲(chǔ) 備 量 ， 通 常 泵 的 額 定 壓 力 可 比 工 作 壓 力 高25%60%。 泵 的 額 定 流 量 則 宜 與 相 當(dāng) ， 不 要 超過(guò) 太 多 ， 以 免 造 成 過(guò) 大 的 功 率 損 失 。 20 驅(qū) 動(dòng) 泵 的 電 機(jī) 根 據(jù) 驅(qū) 動(dòng) 功 率 和 泵 的 轉(zhuǎn) 速 來(lái) 選 擇 。 在 整 個(gè) 工 作 循 環(huán) 中 ， 泵 的 壓 力 和 流 量 在 較 多 時(shí) 間 內(nèi) 皆 達(dá) 到 最 大 工 作 值時(shí) ， 驅(qū) 動(dòng) 泵 的 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 為 ： p ppqpP （ 9.13） 式 中 ： 液 壓 泵 的 總 效 率 ， 數(shù) 值 可 見 產(chǎn) 品 樣 本 。 限 壓 式 變 量 葉 片 泵 的 驅(qū) 動(dòng) 功 率 ， 可 按 泵 的 實(shí) 際 壓 力 流 量 特 性 曲 線 拐 點(diǎn) 處的 功 率 來(lái) 計(jì) 算 。 工 作 中 泵 的 壓 力 和 流 量 變 化 較 大 時(shí) ， 可 分 別 計(jì) 算 出 各 個(gè) 階 段 所 需 的 驅(qū) 動(dòng)功 率 ， 然 后 求 其 均 方 根 值 即 可 。 p 21 各 種 閥 類 元 件 的 規(guī) 格 型 號(hào) ， 按 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖 和 系 統(tǒng) 工 況 提 供 的 情 況從 產(chǎn) 品 樣 本 中 選 取 ， 各 種 閥 的 額 定 壓 力 和 額 定 流 量 ， 一 般 應(yīng) 與 其 工 作 壓 力和 最 大 通 過(guò) 流 量 相 接 近 。 具 體 選 擇 時(shí) ， 應(yīng) 注 意 溢 流 閥 按 液 壓 泵 的 最 大 流 量 來(lái) 選 取 ； 流 量 閥 還 需考 慮 最 小 穩(wěn) 定 流 量 ， 以 滿 足 低 速 穩(wěn) 定 性 要 求 。 22 油 管 的 規(guī) 格 尺 寸 大 多 由 所 連 接 的 液 壓 元 件 接 口 處 尺 寸 決 定 ， 只 有 對(duì)一 些 重 要 的 管 道 才 驗(yàn) 算 其 內(nèi) 徑 和 壁 厚 。 對(duì) 于 固 定 式 的 液 壓 設(shè) 備 ， 常 將 液 壓 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 力 源 ， 閥 類 元 件 集 中 安裝 在 主 機(jī) 外 的 液 壓 站 上 ， 這 樣 能 使 安 裝 與 維 修 方 便 ， 并 消 除 了 動(dòng) 力 源 的振 動(dòng) 與 油 溫 變 化 對(duì) 主 機(jī) 工 作 精 度 的 影 響 。 23 液 壓 系 統(tǒng) 初 步 設(shè) 計(jì) 完 成 之 后 ， 需 要 對(duì) 它 的 主 要 性 能 加 以 驗(yàn) 算 ， 以 便 評(píng) 判其 設(shè) 計(jì) 質(zhì) 量 ， 并 改 進(jìn) 和 完 善 液 壓 系 統(tǒng) 。 畫 出 管 路 裝 配 草 圖 后 ， 即 可 計(jì) 算 管 路 的 沿 程 壓 力 損 失 ， 局 部 壓 力 損 失 ，管 路 總 的 壓 力 損 失 為 沿 程 損 失 與 局 部 損 失 之 和 。 在 系 統(tǒng) 的 具 體 管 道 布 置 情 況 沒(méi) 有 明 確 之 前 ， 通 常 用 液 流 通 過(guò) 閥 類 元 件 的局 部 壓 力 損 失 來(lái) 對(duì) 管 路 的 壓 力 損 失 進(jìn) 行 概 略 地 估 算 。 24 液 壓 系 統(tǒng) 在 工 作 時(shí) ， 有 壓 力 損 失 ， 容 積 損 失 和 機(jī) 械 損 失 ， 這 些 損 耗 能量 的 大 部 分 轉(zhuǎn) 化 為 熱 能 ， 使 油 溫 升 高 從 而 導(dǎo) 致 油 的 粘 度 下 降 ， 油 液 變 質(zhì) ，機(jī) 器 零 件 變 形 ， 影 響 正 常 工 作 。 為 此 ， 必 須 將 溫 升 控 制 在 許 可 范 圍 內(nèi) 。 單 位 時(shí) 間 的 發(fā) 熱 量 為 液 壓 泵 的 輸 入 功 率 與 執(zhí) 行 元 件 的 輸 出 功 率 之 差 。 25 一 般 情 況 下 ， 液 壓 系 統(tǒng) 的 工 作 循 環(huán) 往 往 有 好 幾 個(gè) 階 段 ， 其 平 均 發(fā) 熱 量為 各 個(gè) 工 作 周 期 發(fā) 熱 量 的 時(shí) 均 值 ， 即 ini oiii tPPt 1 )(1 （ 9.14） 式 中 第 個(gè) 工 作 階 段 系 統(tǒng) 的 輸 入 功 率 ；第 個(gè) 工 作 階 段 系 統(tǒng) 的 輸 出 功 率 ； 工 作 循 環(huán) 周 期 ；第 個(gè) 工 作 階 段 的 持 續(xù) 時(shí) 間 ；總 的 工 作 階 段 數(shù) 。 iiPoiPtitn 26 液 壓 系 統(tǒng) 在 工 作 中 產(chǎn) 生 的 熱 量 ， 主 要 經(jīng) 油 箱 散 發(fā) 到 空 氣 中 去 ， 油 箱 在單 位 時(shí) 間 散 發(fā) 熱 量 的 可 按 下 式 計(jì) 算 （ 9.15） tAkh 式 中 : A油 箱 的 散 熱 面 積 ； 液 壓 系 統(tǒng) 的 溫 升 ； 油 箱 的 散 熱 系 數(shù) ， 其 值 可 查 閱 液 壓 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 。t hk系 統(tǒng) 的 溫 升 為 （ 9.16） Akt h計(jì) 算 溫 升 值 如 果 超 過(guò) 允 許 值 ， 應(yīng) 采 取 適 當(dāng) 的 冷 卻 措 施 。 27 正 式 工 作 圖 包 括 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖 、 液 壓 系 統(tǒng) 裝 配 圖 、 液 壓 缸 等 非 標(biāo) 準(zhǔn)元 件 裝 配 圖 及 零 件 圖 。 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 中 應(yīng) 附 有 液 壓 元 件 明 細(xì) 表 ， 表 中 標(biāo) 明各 液 壓 元 件 的 型 號(hào) 規(guī) 格 、 壓 力 和 流 量 等 參 數(shù) 值 ， 一 般 還 應(yīng) 繪 出 各 執(zhí) 行 元 件的 工 作 循 環(huán) 圖 和 電 磁 鐵 的 動(dòng) 作 順 序 表 。 液 壓 系 統(tǒng) 裝 配 圖 是 液 壓 系 統(tǒng) 的 安 裝 施 工 圖 ， 包 括 油 箱 裝 配 圖 ， 管 路 安裝 圖 等 。 28 技 術(shù) 文 件 一 般 包 括 液 壓 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 說(shuō) 明 書 ， 液 壓 系 統(tǒng) 使 用 及 維 護(hù) 技術(shù) 說(shuō) 明 書 ， 零 、 部 件 目 錄 表 及 標(biāo) 準(zhǔn) 件 、 通 用 件 、 外 購(gòu) 件 表 等 。 29 某 廠 要 設(shè) 計(jì) 制 造 一 臺(tái) 雙 頭 車 床 ， 加 工 壓 縮 機(jī) 拖 車 上 一 根 長(zhǎng) 軸 兩 端 的 軸頸 。 由 于 零 件 較 長(zhǎng) ， 擬 采 用 零 件 固 定 ， 刀 具 旋 轉(zhuǎn) 和 進(jìn) 給 的 加 工 方 式 。 其 加工 動(dòng) 作 循 環(huán) 是 快 進(jìn) 工 進(jìn) 快 退 停 止 。 同 時(shí) 要 求 各 個(gè) 車 削 頭 能 單 獨(dú) 調(diào) 整 。其 最 大 切 削 力 在 導(dǎo) 軌 中 心 線 方 向 估 計(jì) 為 12000N， 所 要 移 動(dòng) 的 總 重 量 估 計(jì) 為15000N， 工 作 進(jìn) 給 要 求 能 在 min范 圍 內(nèi) 進(jìn) 行 無(wú) 級(jí) 調(diào) 速 ， 快 速 進(jìn) 、 退 速度 一 致 ， 為 4 m min， 試 設(shè) 計(jì) 該 液 壓 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 。 30 圖 為 該 機(jī) 床 的 外 形 示 意 圖 。 1-左 主 軸 頭 ； 2-夾 具 ； 3-右 主 軸 頭 ； 4-床 身 ； 5-工 件 31 根 據(jù) 加 工 要 求 ， 刀 具 旋 轉(zhuǎn) 由 機(jī) 械 傳 動(dòng) 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) ； 主 軸 頭 沿 導(dǎo) 軌 中 心 線 方 向的 “ 快 進(jìn) 一 工 進(jìn)快 退停 止 ” 工 作 循 環(huán) 擬 采 用 液 壓 傳 動(dòng) 方 式 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 。 故 擬 選 定液 壓 缸 作 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 。 考 慮 到 車 削 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 傳 動(dòng) 功 率 不 大 ， 且 要 求 低 速 穩(wěn) 定 性 好 ， 粗 加 工 時(shí) 負(fù)載 有 較 大 變 化 ， 故 擬 選 用 調(diào) 速 閥 、 變 量 泵 組 成 的 容 積 節(jié) 流 調(diào) 速 方 式 。 為 了 自 動(dòng) 實(shí) 現(xiàn) 上 述 工 作 循 環(huán) ， 并 保 證 零 件 一 定 的 加 工 長(zhǎng) 度 （ 該 長(zhǎng) 度 并 無(wú) 過(guò)高 的 精 度 要 求 ） ， 擬 采 用 行 程 開 關(guān) 及 電 磁 換 向 閥 實(shí) 現(xiàn) 順 序 動(dòng) 作 。 32 系 統(tǒng) 同時(shí) 驅(qū) 動(dòng) 兩 個(gè) 車削 頭 ， 且 動(dòng) 作相 同 。 為 保 證快 速 進(jìn) 、 退 速度 相 等 ， 并 減小 液 壓 泵 的 流量 規(guī) 格 ， 擬 選用 差 動(dòng) 連 接 回路 。 33 由 快 進(jìn) 轉(zhuǎn) 工 進(jìn) 時(shí) ， 采 用 機(jī) 動(dòng) 滑 閥 。 工 進(jìn) 終 了 時(shí) 。 壓下 電 器 行 程 開 關(guān) 返 回 。 快 退 到 終 點(diǎn) ， 壓 下 電 器 行 程 開 關(guān) ，運(yùn) 動(dòng) 停 止 。 分 別 調(diào) 節(jié) 兩 個(gè) 調(diào) 速 閥 ， 可使 兩 車 削 頭 有 較 高 的 同 步精 度 。 快 進(jìn) 轉(zhuǎn) 工 進(jìn) 后 ， 系 統(tǒng) 壓 力 升 高 ， 遙 控 順 序 閥 打 開 ， 回 油 經(jīng) 背 壓 閥回 油 箱 。 背 壓 閥 使 工 進(jìn) 時(shí) 運(yùn) 動(dòng) 平 穩(wěn) 。 34圖 9.2雙 頭 車 床 液 壓 系 統(tǒng) 工 作 原 理 圖 35 9.3液 壓 缸 受 力 圖 36 工 作 負(fù) 載 ： N油 缸 所 要 移 動(dòng) 負(fù) 載 總 重 量 ： N選 取 工 進(jìn) 時(shí) 速 度 的 最 大 變 化 量 ： m/s選 取 ： s 12000wF 15000G 02.0v2.0t )(153 2.002.081.915000N tvgGFa 則 慣 性 力 為 37 缸 的 密 封 阻 力 通 常 折 算 為 克 服 密 封 阻 力 所 需 的 等 效 壓 力 乘 以 液 壓 缸 的有 效 面 積 。 若 密 封 結(jié) 構(gòu) 為 Y型 ， 可 取 Peq=MPa， 缸 的 有 效 面積 初 估 值 為 A1=80mm,則 密 封 力 為 ： 1600008.0102 5 1 ApF eqs （ N） 啟 動(dòng) 時(shí) ： 800%50008.01022 51 ApF eqs （ N）運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ： 3890 圖 9.4導(dǎo) 軌 結(jié) 構(gòu) 受 力 示 意 圖 N fFGfFGF zzf 6640 2sin)2()2( 39 回 油 背 壓 ， 一 般 為 ， 取 回 油 背 壓 Pb=0.3MPa,考 慮 兩 邊 差 動(dòng)比 為 2,且 已 知 液 壓 缸 進(jìn) 油 腔 的 活 塞 面 積 A1=80 mm,取 有 桿 腔 活 塞 面 積 A2=40 mm， 將 上 述 值 代 入 公 式 得 ： 1200004.0103 5 2 ApF bb （ N）（ N）20793 1200664080015312000 bfsaw FFFFFF 分 析 液 壓 缸 各 工 作 階 段 中 受 力 情 況 ， 得 知 在 工 進(jìn) 階 段 受 力 最 大 ， 作 用在 活 塞 上 的 總 載 荷 ： 40 根 據(jù) 經(jīng) 驗(yàn) 確 定 系 統(tǒng) 工 作 壓 力 ， 選 取 P=3MPa， 則 工 作 腔 的 有 效 工 作 面 積和 活 塞 直 徑 分 別 為 ： 251 00693.0103020793 mpFA mAD 094.000693.044 1 因 為 液 壓 缸 的 差 動(dòng) 比 為 2， 所 以 活 塞 桿 直 徑 為 ： mDd 066.0094.07.02 41 根 據(jù) 液 壓 技 術(shù) 行 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) ， 選 取 標(biāo) 準(zhǔn) 直 徑mmmD 9009.0 mmmd 63063.0 PaDFp 522 107.3209.02079344 則 液 壓 缸 實(shí) 際 計(jì) 算 工 作 壓 力 為 :Pap 51033實(shí) 際 選 取 的 工 作 壓 力 為 : 42 由 于 左 右 兩 個(gè) 切 削 頭 工 作 時(shí) 需 做 低 速 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) ， 在 確 定 油 缸 活 塞 面 積 A1之 后 ， 還 必 須 按 最 低 進(jìn) 繪 速 度 驗(yàn) 算 油 缸 尺 寸 。 即 應(yīng) 保 證 油 缸 有 效 工 作 面 積 A1為 ：minmin1 vqA qmin流 量 閥 最 小 穩(wěn) 定 流 量 ， 在 此 取 調(diào) 速 閥 最 小 穩(wěn) 定 流 量 為 50ml/min； vmin活 塞 最 低 進(jìn) 繪 速 度 ， 本 題 給 定 為 20mm min。式 中 ： 43 根 據(jù) 上 面 確 定 的 液 壓 缸 直 徑 ， 油 缸 有 效 工 作 面 積 為 ： 2322 1 1036.609.044 mDA 234minmin 105.210250 mvq 驗(yàn)算說(shuō)明活塞面積能滿足最小穩(wěn)定速度要求。 44)(1043 10101033 5 55 Pappp lp 對(duì) 于 調(diào) 速 閥 進(jìn) 油 節(jié) 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) ， 管 路 的 局 部 壓 力 損 失 一 般取 ， 取 總 壓 力 損 失 , 則 液 壓 泵 的 實(shí) 際 計(jì)算 工 作 壓 力 ： Pa510)155( Papl 51010 45 取 液 壓 系 統(tǒng) 的 泄 露 系 數(shù) kl= 1.1 ， 則 液 壓 泵 的 流 量 為 ： min)/(5.27251.1max lqkq lp 根 據(jù) 求 得 的 液 壓 泵 的 流 量 和 壓 力 ， 又 要 求 泵 變 量 , min)/(254063.04242 2max2max lvdq 當(dāng) 液 壓 缸 左 右 兩 個(gè) 切 削 頭 快 進(jìn) 時(shí) ， 所 需 的 最 大 流 量 之 和 為 ： 46 因 該 系 統(tǒng) 選 用 變 量 泵 ， 所 以 應(yīng) 算 出 空 載 快 速 、 最 大 工 進(jìn) 時(shí) 所 需 的 功 率 ，按 兩 者 的 最 大 值 選 取 電 機(jī) 的 功 率 。最 大 工 進(jìn) ： 此 時(shí) 所 需 的 最 大 流 量 為 ： min)/(6.7129.044 2max2max lvDq ww 選 取 液 壓 泵 的 總 效 率 為 ： =0.8， 則 工 進(jìn) 時(shí) 所 需 的 液 壓 泵 的 最 大 功 率 為 ： )(36.1108.060 6.7104322 65max KWqpP wpw 47 導(dǎo) 軌 摩 擦 力 ： )(180045sin 1.02150001.0215000 2sin22 NfGfGFf 空 載 條 件 下 的 總 負(fù) 載 ： )(24651800155510 NFFFF fsae 48空 載 快 速 時(shí) 液 壓 泵 所 需 的 最 大 功 率 為 ： 選 取 空 載 快 速 條 件 下 的 系 統(tǒng) 壓 力 損 失 ， 則 空 載 快 速 條 件 下 液 壓 泵 的 輸 出 壓力 為 ： )(109.12105063.024654.4 5522 PapdFp eleep )(74.0108.060 5.27109.12 65 KWqpP ppe 故 應(yīng) 按 最 大 工 進(jìn) 時(shí) 所 需 功 率 選 取 電 機(jī) 。 49 控 制 元 件 的 規(guī) 格 應(yīng) 根 據(jù) 系 統(tǒng) 最 高 工 作 壓 力 和 通 過(guò) 該 閥 的 最 大 流 量 ， 在 標(biāo)準(zhǔn) 元 件 的 產(chǎn) 品 樣 本 中 選 取 。 方 向 閥 ： 按 ， 選 35D25B（ 滑 閥 機(jī) 能 O型 ） 。Pap 51043 min/5.12 lq 單 向 閥 ： 按 ， 選 I 25B。 Pap 51033 min/25lq 調(diào) 速 閥 ： 按 工 進(jìn) 最 大 流 量 ， 工 作 壓 力 選 Q 10B。 min/6.7 lq Pap 51033 50 背 壓 閥 ： 調(diào) 至 ， 流 量 為 選 B 10。 Pap 51033 min/6.7 lq 行 程 閥 ： 按 ， 選 22C 25B。 Pap 5109.12 min/5.12 lq 調(diào) 速 閥 ： 按 工 進(jìn) 最 大 流 量 ， 工 作 壓 力 選 Q 10B。 min/6.7 lq Pap 51033順 序 閥 ： 調(diào) 至 大 于 ， 保 證 快 進(jìn) 時(shí) 不 打 開 。 選 X B10B。 Pap 51033min/6.7 lq 51 本 系 統(tǒng) 的 功 率 小 ， 又 采 用 限 壓 式 變 量 泵 ， 發(fā) 熱 少 ， 所 取 油 箱 容 量 又 較 大 ，故 不 必 進(jìn) 行 系 統(tǒng) 溫 升 的 驗(yàn) 算 。 )(1105.2744 lqV pt 確 定 鋼 管 通 經(jīng) 、 外 徑 、 壁 厚 、 連 接 螺 紋 及 推 薦 流 量 。 在 液 壓 泵 的 出 口 ， 按 流 量 min， 查 表 取 管 路 通 徑 為 10； 在 液 壓 泵 的 入 口 ,選 擇 較 粗 的 管 道 ， 選 取 管 徑 為 12； 其 余 油 管 按 流 量 min， 查 表 取 8。 對(duì) 于 一 般 低 壓 系 統(tǒng) ， 油 箱 的 容 量 一 般 取 泵 流 量 的 3 5倍 ， 本 題 取 4倍 ， 其有 效 容 積 ：