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1、液压系统的设计计算液压系统设计计算是液压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 设计要求工况分析设计要求要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进T工进T快退T停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻力 F二42000N ;运动部件所受重力G二7200N ;快进、快退速度Lv = v =0.1m/s，工进速度v =0.85x10-3m/s ;快进行程L = 260mm，工进行程L = 130mm ； 1321
2、2往复运动的加速时间At = 0.2s ;动力滑台采用平导轨，静摩擦系数 卩=0.2，动摩擦系数 s卩=0.1。液压系统执行元件选为液压缸。d负载与运动分析（1）工作负载 工作负载即为切削阻力 F = 42000N 。L（2）摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力F 二卩 G = 0.2 x 7200 = 1440N fs s动摩擦阻力F 二卩 G = 0.1 x 7200 = 720N fd d（3）惯性负载G Av 7200 0.1F -xN - 360Ni g At100.24）运动之间快进L260 x10-3t - 1 -s - 2.6s1 v0.11工进L130x10-3t
3、 2 s 152.94s2 v0.85 x10-32快退L（260 +130）x10- 3t = 3 =s = 3.9s3 v0.13设液压缸的机械效率耳=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。 cm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F = F /耳/ N0cm启 动 加 速 快 进 工 进 反向启动 加 速 快 退F = FfsF = F + FfdiF = FfdF = F + FfdLF = FfsF = F + FfdiF = Ffd144010807204272014401080720160012008001600120080
4、0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-1和速度循环 图v- t，如图1所示。2 确定液压系统主要参数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 选液压缸工作压力 p = 4.5MPa 。1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（），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选此背压为卩2 = 1.0MPa。表 2 按负载选择工作压力负载/KN50工作压力/MPa 5表 3 各种机械常用的系统工作压力
5、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/MPa2352881010182032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回油路带调速阀的系统回油路设置有背压阀的系统用补油泵的闭式回路回油路较复杂的工程机械3回油路较短且直接回油可忽略不计工作压力/MPad/D表5按工作压力选取d/D工作压力/MPa表 6 按速比要求确定 d/DV /v2 12d/D注：V1 无杆腔进油时活塞运动速度;v2有杆腔进油时活塞运动速度。F由式p A - p A = 得 112 2 耳cmF 42720
6、:p-企0.9 xf 4.5 -1.。x106cmI 1 2丿1 2丿1m 2 = 119 xlO-4 m 2则活塞直径4 x119 x10-4冗m = 0.123m = 123mm参考表5及表6,得d u 0.71D = 87mm，圆整后取标准数值得D = 125mm, d = 90mm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为兀 x 0.12524m2 =123x10-4m2A2 =冷 62 - d J冷 x(0.1252 - 0.092 )m2 = 59.1x 10-4 m2根据计算出的液压缸的尺寸，可估计出液压缸在工作循环中各个阶段的压力、流量和功率，如表 7 所列，由此绘制的液压缸工况如图
7、 2 所示。表 7 液压缸在各个阶段的压力、流量和功率值工况推力F / N0回油腔压力p / MPa2进油腔压力 p / MPa1输入流量q x 10-3 / m3 / s输入功率P / KW计算公式快进启动1600F + A APp =21A - A12q = ( A - A h121加速1200p +Ap1恒速800p + App=p1qP1F + p A= 22工进427201.05 x 10 -2q = A u1 2p = pq启动1600pF + p A= 2_1q = A u2 3快退加速12001恒速800p = pq注: 1. AP为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损
8、失，取Ap=.5MPa。2快退时，液压缸有杆腔进油，压力为P，无杆腔回油，压力为P2。3 拟定液压系统原理图选择基本回路(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，系统必须为开式循 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 q /q = 0.64/(L.05xlO一2L
9、61 ；其相应的时间之比(t +t ) /t =(2.6 + 3.9)/152.94 = 0.043。max min132这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量 角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为 油源。考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供 油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图 2a 所示。（3）选择快速运动和幻换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动 回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换 向阀式
10、换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换 向阀，如图 2b 所示。（4 ）选 择 速度 换接 回路 由 于本 系统 滑台 由 快进 转 为工进 时 ，速 度 变化大（o /u二0.1/（0.85xlO一3）u 118 ）,为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回12 路，如图 2c 所示。（5）选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷回路问题都已经基 本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回 路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时 虽未卸荷，但功率损失
11、较小，故可不需再设卸荷回路。图 2 选择的基本回路组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工 作原理图，如图 3 所示。在图 3 中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建 立的问题，增设了单向阀 6。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进 入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀13。考虑到这台机床用于钻孔（通 孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器 14。当滑台碰上 死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。图 3 整理后的液压系统原理图4 计算和选择液压件确定液
12、压泵的规格和电动机功率（1）计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表 7 可知，液压缸在工进时工作压力最大， 最大压力为p二3.95MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失1EAp = 1.0MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Ap二0.5MPa，则小流量泵的最高工 e作压力估算为p p + S Ap + Ap = (3.95 +1.0 + 0.5)MPa = 5.45MPap11e大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表 7 可见，快退时液压缸的工作压力为p二1.24MPa，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比
13、前者 1小，现取进油路上的总压力损失SAp = 0.3MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为p p +SAp 二(1.24 + 0.3)MPa = 1.54MPa p 212)计算液压泵的流量由表7可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.64 x10-3 m3 / s , 若取回路泄漏系数K二1.1,则两个泵的总流量为q Kq = 1.1x 0.64x10-3m3 / s = 0.704x10-3m3 / s = 42.24L/ min p1考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为1.05x10-5m3 /s = 0.63L/min，则小流量泵的流量最少应为3.63L/min。(3)确定液压泵的规格和电动机功率根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取YB-6/40型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和40mL/r，当液压泵的转速n = 960r/min时，其理论流量分别为5.76L/min和38.4L/min，若取液压泵容积效率pn = 0.9，则液压泵的实际输出流量为v=q + qp1p 2min=(6 x 960 x 0.9/1000 + 40 x 960 x 0.9/1000 ) L /=(5.18 + 34.56) L /
