液压大作业--8-2系统设计.doc

1、液压与气压传动 液压系统设计11学院： 物理与机电工程学院系别： 机电工程系年级： 2010 级班级： 机械一班组员： 陈梦月 19920102203381刘元卉 19920102203416梁楚尉 19920102203409液压系统设计液压与气压传动 液压系统设计22目录题目选择一、 负载分析 3二、 液压系统方案设计 4三、 液压系统参数计算 6四、 液压元件的选择 9五、 验算液压系统的性能 10六、 FluidSIM 仿真及结果 13液压与气压传动 液压系统设计33选择题目：一台卧式单面多轴钻孔组合机床，动力滑台的工作循环是：快进工进快退停止。液压系统的主要性能参数要求如下：轴向切削

2、力 Ft=24000N;滑台移动部件总重 5000N；加、减速时间为 0.2s 采用平导轨，静摩擦因数 s=0.2,动摩擦因数 a=0.1;快进行程为 200mm，工进行程为 100mm；快进与快退速度相等，均为 3.5m/min,工进速度为 3050mm/min.工作时要求运动平稳，且可随时停止运动。试设计动力滑台的液压系统。一、 负载分析：负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效中加以考虑。因工作部件是卧室放置，重力的水平分力为零，所以需要考虑的力：切削力、导轨摩擦力、惯性力。静摩擦力：动摩擦力：惯性力：如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设

3、液压缸的机械效率 m =0.95，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出：表 1-1 液压缸各运动阶段负载表运动阶段 计算公式 总机械负载 F/N起动 /fsF1052加速 ()dm683快进 /f 526工进 ()tfdmF25789快退 /f 52610fsNsF5faa48.mvGNtgt液压与气压传动 液压系统设计44根据负载计算结果和已知各阶段的速度，可绘出负载图（F-l）和速度图（v-l ） ，见下图 1。横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸活塞退回时的曲线。(a) 负载图 (b)速度图图 1 速度负载图二、 液压系统方案设计1、 确定液压泵类型及调速方式参考同类型组

4、合机床，选用双作用叶片泵（定量泵）双泵供油、调速阀进油节流调速开式回路、溢流阀作定压阀。为防止钻通孔时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀，初定背压值 pb =0.8MPa。2、 选用执行元件因为系统动作循环要求正向快进和工进，反向快退，故选用单活塞杆液压缸，快进时选用差动连接；且要求差动液压缸活塞快进和非差动连接时活塞快退的速度相等，无杆腔面积 A1 是有杆腔面积 A2 的二倍。3、 快速运动回路和速度换接回路根据题目要求，本系统快速运动由差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现，即快进时，大小泵同时供油，液压缸实现差动连接；本系统采用两位两通换向电磁阀的速度换接回路控制由快进转为工进

5、。另外，采用液控顺序阀切断工进时的差动油路，采用单向阀切断快退时的差动油路。液压与气压传动 液压系统设计554、 换向回路的选择本系统采用电磁换向阀的换向回路。为便于实现快进时的差动连接，选用三位五通换向阀。为提高换向位置精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点返程控制。5、 液压系统原理图绘制将前面所述选定的液压回路进行组合，并根据要求做必要的修改补充，组成如图2 所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设置侧压点，并设置多点压力表开关，只需一个压力表即可观测各点压力。液压系统中各电磁铁的动作顺序如表 1-2 所示。表 1-2 电磁铁动作顺序表1Y 2

6、Y 3Y快进 + 工进 + +快退 + 停止 图 2 液压系统图液压与气压传动 液压系统设计66三、 液压系统的参数计算（一） 液压缸参数计算1、 初选液压缸的工作压力参考同类型的组合机床，初定液压缸工作压力为 p1=40105Pa。2、 确定液压缸的主要结构尺寸本系统采用缸固定的单杆式液压缸。快进时采用差动连接，且无杆腔有效面积 A1 是有杆腔有效面积 A2 的两倍,A 1=2A2。为防止钻孔钻通时滑台突然向前冲，在回油路装有背压阀，初选背压 pb=8105 Pa。由表 1-1 可知最大负载为工进阶段的负载 F=25789N。由 A 2pb + F= A1 p1，32215527897.16

7、071.640bFmcP液压缸直径 1.Dc由 A1=2A2 知活塞杆直径 d=0.707D=6.75cm按 GB/T 2348-1993 将 D 与 d 圆整到相似的标准直径，D=10cm d=7cm按标准直径算出， 22211078.54Acm2 43Dd按最低工进速度验算液压缸尺寸，v min=0.03m/min，调速阀最小稳定流量qmin=0.05L/min， 32min120.516.7qAcmv本题 A1=78.5cm216.7cm2，满足最低速度的要求。3、 计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率计算工进时背压按 pb=8105 Pa 代入，快退时背压按 pb=5105 Pa

8、 代入计算公式，结果列于表 1-3 中。液压与气压传动 液压系统设计77表 1-3 液压缸所需的实际流量、压力和功率负载 F 进油压力 pj 回油压力pb所需流量 输入功率 P工作循环 计算公式N Pa Pa L/min kW差动快进 21()jjFPAqvp565.71011.571053.460.147工进 21bjjFAqvPp5789536.1058.2360.9.140.2快退 12bjjFAqvPp5651.05140.259注：差动连接时，液压缸回油口到进油口之间的压力损失 p=5105 Pa，而 pb=pj+ p。快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 pj，无杆腔回油，压力为 pb

9、。（二） 液压泵的参数计算及选择由表 1-3 知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失p=5 105Pa，压力继电器可靠动作需要压力差为 5105Pa，则液压泵的最高工作压力为 555551036.9101046.9pPPa Pa故泵的额定压力可取 .24.8.r Pa由表 1-3 可知，工进时所需流量最小是 0.236L/min，设溢流阀最小溢流量为2.5L/min，则小流量泵的流量 1.0236.52.76minp Lq选择 YB1-2.5，排量 2.5mL/r，转速为 1450r/min 。q max=2.5mL/r1450r/min=3.265L/min。液压与气压传动 液压

10、系统设计88快进快退时液压缸所需最大流量为 14L/min，则泵的总流量为 qp=1.114 L/min=15.4 L/min即大流量泵的流量 215.427612.64mininppLq选择 YB1-16，排量 16mL/r，转速为 960r/min 。q max=16mL/r960r/min=15.36L/min。根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用 YB1-2.5/16 型双联叶片泵，大泵额定压力为 6.3MPa，额定转速为 960r/min；小泵额定压力为 6.3MPa，额定转速为1450 r/min。（三） 电动机的选择系统为双泵供油，小泵流量 qp1=(3.62510-3)/

11、60m3/s0.0610-3 m3/s大泵流量 qp2=（15.3610 -3/60）m 3/s=0.25610-3 m3/s。差动快进、快退时两个泵同时向系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。下面分别计算三个阶段所需要的电动机功率 P。1、 差动快进差动快进时，大泵的出口压力油经单向阀 11 后与小泵汇合，然后经单向阀 2，三位五通阀 3，二位二通阀 4 进入液压缸大腔，大腔的压力 p1=pj=6.57105Pa，小泵的出口压力损失 p 1=4.5105Pa，大泵出口到小泵出口的压力损失p 2=1.5105Pa。所以，小泵的出口压力 pp1=11.67105Pa（总效率 1=0.5）

12、，大泵的出口压力 pp2=12.57105Pa（总效率 2=0.5） 。电动机功率： 1253531.07.610.710.2676.42pq W 2、 工进考虑到调速阀所需最小压力差 p 1=5105Pa。压力继电器可靠动作需要压力差p 2=5105Pa。因此工进时的小泵的出口压力 pp1=p1+p 1+p 2=46.9105Pa。大泵的卸载压力取 pp2=2105Pa（小泵总效率 1=0.565，大泵总效率 2=0.3） 。液压与气压传动 液压系统设计99电动机功率 125353246.910.210.668.7pq W 3、 快退类似差动分析知：小泵的出口压力 pp1=14.5105Pa

13、(总效率 1=0.5)；大泵出口压力 pp2=16105Pa(总效率 1=0.51) 。电动机功率综合比12535334.0.610.26971pq W 较，快退时所需功率最大。据此选用 Y90L-6 异步电动机，电动机功率 1.1kW，额定转速 910r/min。四、 液压元件的选择1、 液压阀以及过滤器的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。本题中所有阀的压力都为 63105Pa，额定流量根据各阀通过的流量，确定为10，25，63L/min 三种规格，所有元件的规格型号列于表 1-4 中。过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用 XU 型线隙式

14、过滤器：XU-B32100，流量为 32L/min，压力 2.5MPa，压降0.5MPa 。表 1-4 液压元件明细表序号 元件名称 最大通过流量 1/minL型号1 双联叶片泵 18.985 YB1-2.5/162 单向阀 18.985 I-25B3 三位五通电磁阀 37.97 35D1-63BY4 二位二通电磁阀 37.97 22D1-63BH5 调速阀 0.39 Q-10B6 压力继电器 DP1-63B7 单向阀 18.985 I-25B8 液控顺序阀 0.16 XY-25B9 背压阀 0.16 B-10B10 液控顺序阀（卸载用） 15.36 XY-25B液压与气压传动 液压系统设计1

15、01011 单向阀 15.36 I-25B12 溢流阀 3.625 Y-10B13 过滤器 32 XU-B32x10014 压力表开关 K-6B2.油管的选择由于本系统液压缸差动连接快进快退时油管通油量最大，其实际流量为 32L/min，则液压缸进、出油管直径 d 按产品样本，选用内径为 15mm，外径为 19mm 的 10 号冷拔钢管。3.油箱容积的确定本题取油箱容积为液压泵额定流量的 5 倍，油箱容积为 V=（518.985）L=94.925L,查油箱容量 JB/T7938-1999 标准，取 V=100L。五、 验算液压系统性能（一） 压力损失的验算及泵压力的调整1. 工进时压力损失验算

16、和小流量泵压力的调整工进时管路中的流量仅为 0.39L/min，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失 p 1=5105Pa，回油路上仅有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力应等于工进时液压缸的工作压力加上进油路的压差 p 1，并考虑压力继电器动作需要，则pp=p1+p 1+5105Pa=46.9105Pa即小流量泵的溢流阀 12 应按此压力调整。2. 快退时压力损失验算及大流量泵卸载压力的调整因快退时，液压缸无杆腔的回油量是进油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。已知：l=1.8m ，d=15mm ， q1=18.985L/min=0.31610-3m3/s，q2=37.97 L/min=0.63310-3m3/s，液压系统选用 N32 号液压油，考虑最低工作温度 15C，由手册查出此时油的运动粘度 =1.5cm 2/s,油的密度是 =900kg/m 3，液压系统元件采用集成块式的配置形式。（1） 确定油的运动状态 44441.27Re1000vdqqqAdd其中， v -平均流速（m/s） ；