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1、第10章 液压系统设计与计算,液压系统的设计与计算是液压机械总设计的一部分，也是对前面各章内容的综合运用。设计液压系统时应首先明确主机对液压系统在动作、性能、工作环境等方面的要求，如运动方式、行程、调速范围、负载条件、运行平稳性和精度、工作环境及周期、工作环境的温度和湿度、安装空间大小等等。此外，还应该满足结构简单、工作安全可靠、效率高、寿命长、经济性好、使用维修方便等设计原则。,10.1 液压系统的设计步骤,液压系统的设计步骤：,1明确液压系统的设计要求2分析系统工况、初步确定液压系统的性能和参数3拟定液压系统原理图4计算和选择液压元件5估算液压系统性能6绘制正式液压系统原理图并液压装置,一
2、、明确系统设计要求,1确定哪些运动由液压传动来完成。2确定各运动的工作顺序或自动循环，液压元件的运动方式及工作范围，各元件之间顺序动作、转换和互锁要求。3执行元件的运动速度、调速范围。4执行元件的负载大小及性质。5工作性能（平稳性、可靠性、转换精度等）要求。,（一）分析工况1液压缸的负载分析，包括：切削阻力、摩擦阻力、惯性力、重力、密封阻力、背压阻力等。2绘制负载图和速度图。（二）确定主要参数：指执行元件的工作压力和最大流量。1初选液压缸的工作压力 1）根据负载图中最大负载来选取。2）根据主机的类型选取。2确定液压缸主要结构尺寸3确定最大流量：按照速度图中的最大速度计算出来。4绘制工况图：包括
3、压力、流量和功率图。,二、三、分析工况，确定主要参数,液压系统要根据所要求的液压传动特点来拟定，可以根据各个运动的要求分别选择和拟定基本回路，然后将各个回路组合成液压系统。在机床液压系统中，调速回路往往是液压系统的核心，所以选择回路时，首先从调速回路开始。,四、拟定液压系统原理图,节流阀调速回路：压力较小、功率较小（2-3kw），工作平稳性要求不高。调速阀调速回路：负载变化较大，速度稳定性要求较高的场合。节流、容积、容积-节流调速回路：功率中等（3-5KW）容积调速回路：功率较大（5KW），温升小，稳定性要求不太高。节流、容积节流调速回路一般采用开式油路。（定、变量泵）容积调速回路采用闭式油路
4、。（变量泵）,1调速回路：可以根据压力、流量、功率以及对系统温升、工作平稳性等方面要求选择。,速度换接的结构形式基本上由系统中调速回路和快速运动回路形式决定，可以采用机、电、液不同的换接形式：机械控制换接精度高，换接平稳，工作可靠电气控制结构简单，调整方便，控制灵活压力继电器位置应放在动作变换时压力变化显著的地方。,2快速运动回路和速度换接回路,压力控制回路一般都已包含在调速回路中，特殊的可进行专门选择。在选择卸荷回路时，要考虑卸荷时造成的功率损失、温升、流量、压力变化。多缸回路与单缸回路相比，须多考虑一个多缸之间的相互关系问题，即同步、互不干扰问题、先后动作的顺序问题和不动作时的卸荷问题。,
5、3压力控制回路和多缸回路,必须注意：1）尽可能合并掉作用相同或相近的元件，避免多余油路，以使系统的结构简单、紧凑。2）合并出来的系统应保证其工作循环中每一个动作都安全可靠，相互之间无干扰。3）归并出来的系统效率高，发热少；工作平稳，冲击小。4）系统中各种元件的安放位置应正确，以便充分发挥其工作性能。5）归并出来的系统应经济合理，不可盲目追求先进、脱离实际。,4液压系统的合成：将满足系统要求的各个液压回路配上辅助元件、辅助油路，将液压系统合成。,1选择液压泵1）计算液压泵的工作压力：由执行元件的工作性质来定：执行元件停止、夹紧、返程结束才需要最大压力，则泵的工作压力为执行元件最大压力；执行元件在
6、工作过程中需要最大压力，则泵的工作压力 P P1max+P1 P1max-执行元件的最大工作压力；P1-进油路上的压力损失，一般可以估算。2）计算液压泵的流量3）选择液压泵规格,五、计算和选择液压元件,2电机的选择3选择控制阀，控制阀的规格根据液压系统最高压力和通过该阀的实际流量在产品样本上选取。溢流阀：按照泵的最大流量选取。流量阀：按回路上的流量范围选取，公称流量应大于控制调速范围所需要的最大通过流量，最小稳定流量应小于调速范围所要求的最小稳定流量。4确定管道尺寸：取决于所需通过的最大流量和管内许用的流速。5确定油箱的容量,五、计算和选择液压元件,1回路压力损失验算2发热温升验算3冲击消震验
7、算4动态性能验算,六、验算液压系统性能,液压仿真技术迅速发展，相应的仿真软件相继出现。液压仿真技术可以通过仿真对所设计的系统进行整体分析和性能评估，从而进行优化系统、缩短设计周期解决液压系统设计存在的某些问题。目前,主要有 MSC.ADAMS，AMESim，MATLAB/Simulink等仿真软件。,七、液压系统仿真与性能分析,液压系统图由液压系统草图经修改、补充、完善而成，图中要标明液压元件的规格、型号、动作循环图，动作顺序表和其它需要说明的问题。各种装配图是正式施工和安装的图纸，包括：管路装配图，图中要标明各液压元件的位置、固定方式、油管的规格、尺寸、管子的连接位置，管件端部要标上号码，与
8、其相连的元件油口也要标上相对应的号码。此外，装配图中还应包括非通用泵站装配图、电路系统图、各种非标准件的装配图。有装配图的各件，也应画出全套的零件图。技术文件一般包括设计计算书，零部件目录表，标准件、通用件和外购件总表，技术说明书，试车要求，操作使用说明书等项内容。,八、绘制系统工作图、编制技术文件,10.2 液压传动系统设计实例,设计要求：,某厂要设计制造一台双头车床，加工压缩机拖车长轴两端轴颈。由于零件较长，采用零件固定、刀具旋转和进给的加工方式。动作循环是快进-工进-快退-停止。要求各个车削头能单独调整。其最大切削力在导轨中心线方向为12000N，移动部件的总重量为15000N，工作进给
9、速度为20-1200mmmin范围内且可无级调速，快速进、退速度为4mmin，试设计该液压传动系统。,一、确定液压系统工作要求,根据加工要求，刀具旋转采用机械传动，主轴头沿导轨中心线方向的“快进工进快退停止”工作循环采用液压传动方式，选用液压缸做执行机构。考虑到车削进给系统传动功率不大，且要求低速稳定性好，粗加工时负载有较大变化，故拟选用调速阀、变量泵组成的容积节流调速方式。为自动实现上述工作循环，并保证零件的加工长度(该长度并无过高的精度要求)，拟采用行程开关及电磁换向阀组成行程控制顺序动作回路，实现顺序动作。,二、拟定液压系统原理,系统同时驱动两个车削头，动作循环完全相同。为保证快速进退速
10、度相等，并减小液压泵流量规格，选用差动连接回路。在行程控制中，由快进转工进时，采用机动滑阀，速度转换平稳，且安全可靠。工进终了，压下行程开关返回。快退到终点，压下电气行程开关，运动停止。快进转工进后，系统压力升高，顺序阀打开，回油经背压阀回油箱，系统不再差动连接。此处设置背压阀使工进运动平稳，若系统压力升高，则变量泵自动减少输出流量。两车削头可分别进行调节。在调整一个时，另一个应停止(即三位五通阀处于中位)。分别调节两个调速阀得到不同进给速度；同时，还可使两车削头有较高的同步精度。,三、计算和选择液压元件,1.液压缸的计算（1）计算液压缸的总机械载荷F,（2）确定液压缸的结构尺寸和工作压力,2.液压泵的计算（1）确定液压泵的实际工作压力（2）确定液压泵的流量（3）确定液压泵电机的功率,三、计算和选择液压元件,3.选择控制元件 根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，在标准元件的产品样本中选取控制元件规格。（1）方向阀（2）单向阀（3）调速阀（4）背压阀（5）顺序阀（6）行程阀4.油管及其它辅助装置的选择,四、液压系统性能验算,绘制液压系统装配管路图后，进行压力损失验算。本系统采用限压式变量泵，效率高，功率小，发热少，油箱容量较大，不再进行温升验算。,
