1．工况分析………………………………………………………………………………1

2．拟定液压系统原理图……………………………………………………………………2

3．液压系统的计算和选择液压元件  ……………………………………………………8

    3.1液压缸主要尺寸的确定……………………………………………………………4

3.2确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格………………………………………5

3.3液压阀的选择………………………………………………………………………5

3.4确定管道尺寸………………………………………………………………………6

3.5液压油箱容积的确定………………………………………………………………7

4．液压系统的验算……………………………………………………………………6

4.1压力损失的验算……………………………………………………………………6

4.2系统温升的验算……………………………………………………………………8

1．工况分析

    首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1.5所示，然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。

    液压缸所受外负载F包括三种类型，即

    Fw为工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本例中为24000；

Fa—运动部件速度变化时的惯性负载；

Ff—导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨可由下式求得

G—运动部件重力； 

FRn—垂直于导轨的工作负载，事例中为零；

f—导轨摩擦系数，本例中取静摩擦系数0.2，动摩擦系数为0.1。求得：

Ffs=0.2*9800N=3240N

Ffa=0.1*9800N=1620N

上式中Ffs为静摩擦阻力，Ffa为动摩擦阻力。

g—重力加速度；

△t—加速度或减速度，△t=0.2s；

△v—△t时间内的速度变化量。在本例中

根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载(见表1.4)，并画出如图1.5所示的负载循环图.

图1.1速度和负载循环图

表1.4

    (1)确定供油方式

        考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。

(2)调速方式的选择

        在中小型专用机床的液压系统中，给进速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。

 (3)速度换接方式的选择

        本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。

最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成图1.2所示的液压系统原理图。

图1.2  液压系统原理图

3．液压系统的计算和选择液压元件

3.1液压缸主要尺寸的确定

  1)工作压力p的确定。工作压力p可根据负载大小及机器的类型来初步确定，表1.1取液压缸工作压力为3MPa。

2)计算液压缸内径D和活塞杆直径d。由负载图知最大负载F为30000N，按表1.2可取p2为0.5Mpa，ηcm为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取d／D为0.7。将上述数据代入式可得

     根据指导书表2.1，将液压缸内径圆整为标准系列直径D=125mm；活塞杆直径d，按d／D= 0.7及表2.2活塞杆直径系列取d=90mm。    

3)计算在各工作阶段液压缸所需的流量

3.2确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格

 1)泵的工作压力的确定  考虑到正常工作中进路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 

  pp—液压泵最大工作压力；

  p1—执行元件最大工作压力；

  ∑△p—进路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2～0.5MPa，复杂系统取    0.5～1.5MPa，本例取0.5MPa。

上述计算所得的pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pn应满足pn≥(1.25～1.6) pp。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本例中pn =1.25 pp=4.4MPa。

 2)泵的流量确定  液压泵的最大流量应为

qp—液压泵的最大流量；

(∑q)min同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2～3L／min；

 KL—系统泄漏系数，一般取KL=1.1～1.3，现取KL=1.2。

3)选择液压泵的规格  根据以上算得的pp和qp，再查阅有关手册，现选用YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量16mL／r，泵的额定压力6．3MPa，电动机转速1450r／min，容积效率0.85，总效率0.7。

 3.3液压阀的选择                              

本液压系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。方案一：控制液压缸部分选用力士乐系列的阀，其夹紧部分选用叠加阀。方案二：均选用GE系列阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表1.5所示。

表1.5                              液压元件明细表

内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=40L／min，压的允许流速取u=4m／s，则内径d为

若系统主油路流量按快退时取q=29.54L／min，则可算得内径d=12.5mm。

综合诸因素，现取的内径d为13mm。吸同样可按上式计算(q=24L／min、v=1.5m／s)，现参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸内径d为25mm。

3.5液压油箱容积的确定

本例为中压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的5～7倍来确定，现选用容量为160L的油箱。

 4．液压系统的验算    

 已知该液压系统中进、回的内径均为13mm，各段管道的长度分别为：AB=0.3m，AC=1.7m，AD=1.7m，DE=2m。选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15℃，查得15℃时该液压油的运动粘度ν=150cst=1.5cm2／s，油的密度ρ=920kg／m3。

 4.1压力损失的验算

 1)工作进给时进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为1.2m／min，进给时的最大流量为9.42L／min，则液压油在管内流速v1为

管道流动雷诺数Rel为

Rel<2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数

进道BC的沿程压力损失△pl-1为

查得换向阀4WE6E50／AG24的压力损失△pl-2=0.05×106pa

忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失△p1为

 2)工作进给时回油路的压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔工作面积的二分之一，则回道的流量为进道的二分之一，则

回道的沿程压力损失△p2-1为

查产品样本知换向阀3WE6A50／AG24的压力损失△p2-2=0.025 X 106pa，换向阀4WE6E50／AG24的压力损失△p2-3=0.025×106pa，调速阀2FRM5—20／6的压力损失△p2-4= 0.5×106pa。

回油路总压力损失△p2为

    3)变量泵出口处的压力pp

4)快进时的压力损失。快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进油口C之间的管路AC中，流量为液压泵出口流量的两倍即40L／min，AC段管路的沿程压力损失△p1-l为

同样可求管道AB段及AD段的沿程压力损失△pl-2和△pl-3为

查产品样本知,流经各阀的局部压力损失为4EW6E50/AG24的压力损失△p2-1=0.17×106pa；3EW6E50/AG24的压力损失△p2-2=0.17×106pa。

据分析在差动连接中，泵的出口压力pp为

快退时压力损失验算从略。上述验算表明无需修改原设计。

4.2系统温升的验算

在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大、最小时的发热量，然后加以比较，取数值大者进行分析。

当v=4cm／min时

此时泵的效率为0.1，泵的出口压力为3.2MPa，则有

此时的功率损失为

当v=14cm／min时，q=1.78L／min，总效率η=0.62

则

可见在工进速度低时，功率损失为0.24kW，发热量最大。

假定系统的散热状况一般取K=10×10-3kW/（cm2.℃），油箱的散热面积A为

系统的温升为

    验算表明系统的温升在许可范围内。下载本文