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液壓機厂家如何设计液压系统

發布時間:2017-08-15浏覽量:103

液壓機厂家的液壓系統規劃的進程大致如下:

1.清晰規劃要求,進行工況剖析。
2.初定液壓體系的首要參數。
3.擬定液壓體系原理圖。
4.核算和挑選液壓元件。
5.預算液壓體系功能。
6.制作作業圖和編寫技術文件。

依據液壓體系的詳細內容,上述規劃進程可能會有所不同,下面對各進程的詳細內容進行介紹。

龙门式液壓機


一 。 清晰规划要求进行工況剖析
在規劃液壓體系時,首先應清晰以下問題,並將其作爲規劃依據。
1.主機的用處、工藝進程、總體布局以及對液壓傳動設備的方位和空間尺度的要求。
2.主機對液壓體系的功能要求,如主動化程度、調速規模、運動平穩性、換向定位精度以及對體系的功率、溫升等的要求。
3.液壓體系的作業環境,如溫度、濕度、振蕩沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質存在等狀況。
圖9-1位移循環圖
在上述作業的基礎上,應對主機進行工況剖析,工況剖析包含運動剖析和動力剖析,對雜亂的體系還需編制負載和動作循環圖,由此了解液壓缸或液壓馬達的負載和速度隨時刻改變的規則,以下對工況剖析的內容作詳細介紹。
一、運動剖析
主機的履行元件按工藝要求的運動狀況,能夠用位移循環圖(L—t),速度循環圖(v—t),或速度與位移循環圖表明,由此對運動規則進行剖析。
1.位移循環圖L—t
图9-1为液壓機的液压缸位移循环图,纵坐标L表明活塞位移,横坐标t表明从活塞發動到回来原位的时刻,曲线斜率表明活塞移动速度。该图清楚地表明液壓機的作业循环别离由快速下行、减速下行、限制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。
2.速度循環圖v—t(或v—L)
工程中液壓缸的運動特色可概括爲三種類型。圖9-2爲三種類型液壓缸的v—t圖,第一種如圖9-2中實線所示,液壓缸開端作勻加快運動,然後勻速運動,
图9-2 速度循环图
最終勻減速運動到結尾;第二種,液壓缸在總行程的前一半作勻加快運動,在另一半作勻減速運動,且加快度的數值持平;第三種,液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加快度作勻加快運動,然後勻減速至行程結尾。v—t圖的三條速度曲線,不僅清楚地表明晰三種類型液壓缸的運動規則,也直接地表明晰三種工況的動力特性。
二、動力剖析
動力剖析,是研討機器在作業進程中,其履行組織的受力狀況,對液壓體系而言,就是研討液壓缸或液壓馬達的負載狀況。
1.液壓缸的負載及負載循環圖
(1)液壓缸的負載力核算。作業組織作直線往複運動時,液壓缸有必要戰勝的負載由六部分組成:
F=Fc+Ff+Fi+FG+Fm+Fb (9-1)
式中:Fc爲切削阻力;Ff爲沖突阻力;Fi爲慣性阻力;FG爲重力;Fm爲密封阻力;Fb爲排油阻力。
圖9-3導軌方法
①切削阻力Fc:爲液壓缸運動方向的作業阻力,關于機床來說就是沿作業部件運動方向的切削力,此作用力的方向如果與履行元件運動方向相反爲正值,兩者同向爲負值。該作用力可能是恒定的,也可能是改變的,其值要依據詳細狀況核算或由實驗測定。
②沖突阻力Ff:
爲液壓缸帶動的運動部件所受的沖突阻力,它與導軌的形狀、放置狀況和運動狀況有關,其
核算方法可查有關的規劃手冊。圖9-3爲最常見的兩種導軌方法,其沖突阻力的值爲:
平导轨: Ff=f∑Fn (9-2)
V形导轨: Ff=f∑Fn/[sin(α/2)] (9-3)式中:f为冲突因数,参看表9-1选取;∑Fn为作用在导轨上总的正压力或沿V形导轨横截面中心线方向的总作用力;α为V形角,一般为90°。
③慣性阻力Fi。慣性阻力Fi爲運動部件在發動和制動進程中的慣性力,可按下式核算:9-4)
表9-1 冲突因数f
導軌類型
導軌資料
運動狀況
沖突因數(f)
滑動導軌
鑄鐵對鑄鐵
發動時
低速(v<0.16m/s) 高速(v>0.16m/s)
0.15~0.20 0.1~0.12 0.05~0.08
翻滾導軌
鑄鐵对滚柱(珠) 淬火钢导轨对滚柱(珠)
0.005~0.020.003~0.006
靜壓導軌
鑄鐵
0.005式中:m为运动部件的质量(kg);a为运动部件的加快度(m/s2);G为运动部件的分量(N);g为重力加快度,g=9.81 (m/s2);Δv为速度改变值(m/s);
Δt爲發動或制動時刻(s),一般機床Δt=0.1~0.5s,運動部件分量大的取大值。
④重力FG:筆直放置和歪斜放置的移動部件,其自身的分量也成爲一種負載,當上移時,負載爲正值,下移時爲負值。
⑤密封阻力Fm:密封阻力指装有密封设备的零件在相对移动时的冲突力,其值与密封设备的类型、液压缸的制作质量和油液的作业压力有关。在初 算 时,可按缸的机械功率(ηm=0.9)考虑;验算时,按密封设备冲突力的核算公式核算。
⑥排油阻力Fb:排油阻力爲液壓缸回油路上的阻力,該值與調速計劃、體系所要求的安穩性、履行元件等要素有關,在體系計劃未斷定時無法核算,可放在液壓缸的規劃核算中考慮。
(2)液压缸运动循环各阶段的总负载力。液压缸运动循环各阶段的总负载力核算,一般包含發動加快、快進、工進、快退、减速制動等几个阶段,每个阶段的总负载力是有差异的。 ①發動加快阶段:这时液压缸或活塞处于由中止到發動并加快到必定速度,其总负载力包含导轨的冲突力、密封设备的冲突力(按缸的机械功率ηm=0.9核算)、重力和惯性力等项,即:F=Ff+Fi±FG+Fm+Fb (9-5)
②快速階段:
F=Ff±FG+Fm+Fb (9-6)
③工進階段:
F=Ff+Fc±FG+Fm+Fb (9-7)
④减速:F=Ff±FG-Fi+Fm+Fb (9-8)
對簡略液壓體系,上述核算進程可簡化。例如選用單定量泵供油,只需核算工進階段的總負載力,若簡略體系選用限壓式變量泵或雙聯泵供油,則只需核算快速階段和工進階段的總負載力。
(3)液壓缸的負載循環圖。
對較爲雜亂的液壓體系,爲了更清楚的了解該體系內各液壓缸(或液壓馬達)的速度和負載的
改變規則,應依據各階段的總負載力和它所閱曆的作業時刻t或位移L按相同的坐標制作液壓缸的負載時刻(F—t)或負載位移(F—L)圖,然後將各液壓缸在同一時刻t(或位移)的負載力疊加。
圖9-4負載循環圖
图9-4为一部机器的F—t图,其间:0~t1为發動进程;t1~t2为加快進程;t2~t3为恒速进程; t3~t4为制動进程。它清楚地表明晰液压缸在动作循环内负载的规则。图中最大负载是初选液压缸作业压力和断定液压缸结构尺度的依据。
2.液壓馬達的負載
作业组织作旋转运动时,液压马达有必要战胜的外负载为:M=Me+Mf+Mi (9-9)
(1)作業負載力矩Me。作業負載力矩可能是定值,也可能隨時刻改變,應依據機器作業條件進行詳細剖析。
(2)沖突力矩Mf。爲旋轉部件軸頸處的沖突力矩,其核算公式爲:
Mf=GfR(N·m) (9-10)式中:G为旋转部件的分量(N);f为冲突因数,發動時为静冲突因数,發動后为动冲突因数;R为轴颈半径(m)。
(3)慣性力矩Mi。爲旋轉部件加快或減速時發生的慣性力矩,其核算公式爲:(9-11)
式中:ε爲角加快度(r/s2);Δω爲角速度的改變(r/s);Δt爲加快或減速時刻(s);J爲旋轉部件的轉動慣量(kg·m2),J=1GD2/4g。
式中:GD2爲反轉部件的飛輪效應(Nm2)。
各種反轉體的GD2可查《機械規劃手冊》。
依據式(9-9),別離算出液壓馬達在一個作業循環內各階段的負載大小,便可制作液壓馬達的負載循環圖。

二 断定液压體系首要参数
一、液壓缸的規劃核算
1.初定液压缸作业压力 液压缸作业压力首要依据运动循环各阶段中的最大总负载力来断定,此外,还需要考虑以下要素:
(1)各類設備的不同特色和運用場合。
(2)考慮經濟和分量要素,壓力選得低,則元件尺度大,分量重;壓力選得高一些,則元件尺度小,分量輕,但對元件的制作精度,密封功能要求高。
所以,液壓缸的作業壓力的挑選有兩種方法:一是依據機械類型選;二是依據切削負載選。
如表9-2、表9-3所示。
表9-2 按负载选履行文件的作业压力
負載/N
<5000
500~10000
10000~20000
20000~30000
30000~50000
>50000
作業壓力/MPa
≤0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
>5
表9-3 按機械類型选履行文件的作业压力
機械類型
机 床
農業機械
工程機械
磨床
組合機床
龍門刨床
拉床
作業壓力/MPa
a≤2
3~5
≤8
8~10
10~16
20~32
2.液壓缸首要尺度的核算
缸的有用面積和活塞杆直徑,可依據缸受力的平衡聯系詳細核算,詳見第四章第二節。
3.液壓缸的流量核算
液壓缸的最大流量:
qmax=A·vmax (m3/s) (9-12)
式中:A爲液壓缸的有用面積A1或A2(m2);vmax爲液壓缸的最大速度(m/s)。

液壓缸的最小流量:
qmin=A·vmin(m3/s) (9-13)
式中:vmin爲液壓缸的最小速度。
液壓缸的最小流量qmin,應等于或大于流量閥或變量泵的最小安穩流量。若不滿意此要求時,則需從頭選定液壓缸的作業壓力,使作業壓力低一些,缸的有用作業面積大一些,所需最小流量qmin也大一些,以滿意上述要求。流量閥和變量泵的最小安穩流量,可從産品樣本中查到。

二、液壓馬達的規劃核算

1.核算液压马达排量 液压马达排量依据下式决议:
vm=6.28T/Δpmηmin(m3/r) (9-14)
式中:T爲液壓馬達的負載力矩(N·m);Δpm爲液壓馬達進出口壓力差(N/m3);ηmin爲液壓馬達的機械功率,一般齒輪和柱塞馬達取0.9~0.95,葉片馬達取0.8~0.9。
2.核算液壓馬達所需流量液壓馬達的最大流量:
qmax=vm·nmax(m3/s)
式中:vm爲液壓馬達排量(m3/r);nmax爲液壓馬達的最高轉速(r/s)。
液壓機的液压元件的挑選
一、液壓泵的斷定與所需功率的核算
1.液壓泵的斷定
(1)断定液压泵的最大作业压力。液压泵所需作业压力的断定,首要依据液压缸在作业循环各阶段所需最大压力p1,再加上油泵的出油口到缸进油口处总的压力丢失ΣΔp,即pB=p1+ΣΔp (9-15)
ΣΔp包含油液流經流量閥和其他元件的部分壓力丟失、管路沿程丟失等,在體系管路未規劃之前,可依據同類體系經曆估量,一般管路簡略的節省閥調速體系ΣΔp爲(2~5)×105Pa,用調速閥及管路雜亂的體系ΣΔp爲(5~15)×105Pa,ΣΔp也可只考慮流經各控制閥的壓力丟失,而將管路體系的沿程丟失忽略不計,各閥的額外壓力丟失可從液壓元件手冊或産品樣本中查找,也可參照表9-4選取。
表9-4 常用中、低压各类阀的压力丢失(Δpn)
閥名
Δpn(×105Pa)
閥名
Δpn(×105Pa)
閥名
Δpn(×105Pa)
閥名
Δpn(×105Pa)

單向閥
0.3~0.5
背壓閥
3~8
行程閥
1.5~2
轉閥
1.5~2

換向閥
1.5~3
節省閥
2~3
次序閥
1.5~3
調速閥
3~5
(2)斷定液壓泵的流量qB。泵的流量qB依據履行元件動作循環所需最大流量qmax和體系的走漏斷定。

①多液壓缸一起動作時,液壓泵的流量要大于一起動作的幾個液壓缸(或馬達)所需的最大流量,並應考慮體系的走漏和液壓泵磨損後容積功率的下降,即
qB≥K(Σq)max(m3/s) (9-16)式中:K为體系走漏系数,一般取1.1~1.3,大流量取小值,小流量取大值;(Σq)max为一起动作的液压缸(或马达)的最大总流量(m3/s)。
②选用差动液压缸回路时,液压泵所需流量为:qB≥K(A1-A2)vmax(m3/s) (9-17)
式中:A 1,A 2为别离为液压缸无杆腔与有杆腔的有用面积(m2);vmax为活塞的最大移动速度(m/s)。
③当體系运用蓄能器时,液压泵流量按體系在一个循环周期中的均匀流量选取,即 (9-18)
式中:Vi爲液壓缸在作業周期中的總耗油量(m3);Ti爲機器的作業周期(s);Z爲液壓缸的個數。
(3)挑選液壓泵的規範:依據上面所核算的最大壓力pB和流量qB,查液壓元件産品樣本,挑選與PB和qB恰當的液壓泵的規範類型。
上面所核算的最大壓力pB是體系靜態壓力,體系作業進程中存在著過渡進程的動態壓力,而動態壓力往往比靜態壓力高得多,所以泵的額外壓力pB應比體系最高壓力大25%~60%,使液壓泵有必定的壓力儲藏。若體系歸于高壓規模,壓力儲藏取小值;若體系歸于中低壓規模,壓力儲藏取大值。
(4)斷定驅動液壓泵的功率。
①当液压泵的压力和流量比较衡定时,所需功率为:p=pBqB/103ηB (kW) (9-19)
式中:pB爲液壓泵的最大作業壓力(N/m2);qB爲液壓泵的流量(m3/s);ηB爲液壓泵的總功率,各種方法液壓泵的總功率可參看表9-5估取,液壓泵規範大,取大值,反之取小值,定量泵取大值,變量泵取小值。
表9-5 液压泵的總功率

液壓泵類型
齒輪泵
螺杆泵
葉片泵
柱塞泵

總功率
0.6~0.7
0.65~0.80
0.60~0.75
0.80~0.85
②在作业循环中,泵的压力和流量有明显改变时,可别离核算出作业循环中各个阶段所需的驱动功率,然后求其均匀值,即 (9-20)
式中:t1,t2,…,tn爲一個作業循環中各階段所需的時刻(s);P1,P2,…,Pn爲一個作業循環中各階段所需的功率(kW)。
按上述功率和泵的轉速,能夠從産品樣本中選取規範電動機,再進行驗算,使電動機宣布最大功率時,其超載量在答應規模內。
二、阀类元件的挑選
1.挑選依據
挑選依據爲:額外壓力,最大流量,動作方法,裝置固定方法,壓力丟失數值,作業功能參數和作業壽數等。
2.挑選閥類元件應留意的問題
(1)應盡量選用規範定型産品,除非不得已時才自行規劃專用件。
(2)阀类元件的规范首要依据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。挑选溢流阀时,应按液压泵的最大流量选取;挑选節省閥和調速閥时,应考虑其最小安稳流量满意机器低速功能的要求。
(3)一般挑選控制閥的額外流量應比體系管路實踐通過的流量大一些,必要時,答應通過閥的最大流量超越其額外流量的20%。

三、蓄能器的挑選

1.蓄能器用于弥补液压泵供油缺乏时,其有用容积为:V=ΣAiLiK-qBt(m3) (9-21)

式中:A爲液壓缸有用面積(m2);L爲液壓缸行程(m);K爲液壓缸丟失系數,預算時可取K=1.2;qB爲液壓泵供油流量(m3/s);t爲動作時刻(s)。

2.蓄能器作應急能源時,其有用容積爲:

V=ΣAiLiK(m3) (9-22)
當蓄能器用于吸收脈動平緩液壓沖擊時,應將其作爲體系中的一個環節與其相關部分一起綜合考慮其有用容積。

依據求出的有用容積並考慮其他要求,即可挑選蓄能器的方法。

四、管道的挑選

1.油管类型的挑選
液壓體系中運用的油管分硬管和軟管,挑選的油管應有滿意的通流截面和承壓才能,一起,應盡量縮短管路,避免急轉彎和截面驟變。

(1)鋼管:中高壓體系選用無縫鋼管,低壓體系選用焊接鋼管,鋼管價格低,功能好,運用廣泛。
(2)銅管:紫銅管作業壓力在6.5~10MPa以下,易變曲,便于裝配;黃銅管承受壓力較高,達25MPa,不如紫銅管易曲折。銅管價格高,抗震才能弱,易使油液氧化,應盡量少用,只用于液壓設備配接不方便的部位。
(3)软管:用于两个相对运动件之间的衔接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物;低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物;尼龙管是乳白色半透明管,承压才能为2.5~8MPa,多用于低压管道。因软管弹性变形大,简单引起运动部件匍匐,所以软管不宜装在液压缸和調速閥之间。

2.油管尺度的斷定

(1)油管内径d按下式核算: (9-23)

式中:q爲通過油管的最大流量(m3/s);v爲管道內答應的流速(m/s)。一般吸油管取0.5~5(m/s);壓力油管取2.5~5(m/s);回油管取1.5~2(m/s)。

(2)油管壁厚δ按下式核算:

δ≥p·d/2〔σ〕 (9-24)

式中:p爲管內最大作業壓力;〔σ〕爲油管資料的許用壓力,〔σ〕=σb/n;σb爲資料的抗拉強度;n爲安全系數,鋼管p<7MPa時,取n=8;p<17.5MPa時,取n=6;p>17.5MPa時,取n=4。

依據核算出的油管內徑和壁厚,查手冊選取規範規範油管。

五、油箱的規劃

油箱的作用是儲油,散發油的熱量,沈積油中雜質,逸出油中的氣體。其方法有開式和閉式兩種:開式油箱油液液面與大氣相通;閉式油箱油液液面與大氣阻隔。開式油箱運用較多。

1.油箱規劃要點

(1)油箱應有滿意的容積以滿意散熱,一起其容積應確保體系中油液悉數流回油箱時不滲出,油液液面不該超越油箱高度的80%。

(2)吸箱管和回油管的距離應盡量大。

(3)油箱底部應有恰當斜度,泄油口置于最低處,以便排油。

(4)注油器上應裝濾網。

(5)油箱的箱壁應塗耐油防鏽塗料。

2.油箱容量核算油箱的有用容量V可近似用液壓泵單位時刻內排出油液的體積斷定。

V=KΣq (9-25)

式中:K爲系數,低壓體系取2~4,中、高壓體系取5~7;Σq爲同一油箱供油的各液壓泵流量總和。

六、滤油器的挑選

挑選濾油器的依據有以下幾點:

(1)承載才能:按體系管路作業壓力斷定。

(2)過濾精度:按被保護元件的精度要求斷定,挑選時可參看表9-6。

(3)通流才能:按通過最大流量斷定。

(4)阻力壓降:應滿意過濾資料強度與系數要求。

表9-6 滤油器过滤精度的挑選

體系
過濾精度(μm)
元件
過濾精度(μm)

低压體系
100~150
滑閥
1/3最小空隙

70×105Pa體系
50
節省孔
1/7孔徑(孔徑小于1.8mm)

100×105Pa體系
25
流量控制閥
2.5~30

140×105Pa體系
10~15
安全閥溢流閥
15~25

电液伺服體系
5



高精度伺服體系
2.5


四 液压體系功能的验算

为了判别液压體系的规划质量,需要对體系的压力丢失、发热温升、功率和體系的动态特性等进行验算。因为液压體系的验算较杂乱,只能选用一些简化公式近似地验算某些功能指标,如果规划中有通过生产实践考验的同类型體系供参看或有较牢靠的实验成果能够选用时,能够不进行验算。

一、管路體系压力丢失的验算

当液压元件规范类型和管道尺度断定之后,就能够较精确的核算體系的压力丢失,压力丢失包含:油液流经管道的沿程压力丢失ΔpL、部分压力丢失Δpc和流经阀类元件的压力丢失ΔpV,即:

Δp=ΔpL+Δpc+ΔpV (9-26)

核算沿程壓力丟失時,如果管中爲層流活動,可按下經曆公式核算:

ΔpL=4.3V·q·L×106/d4(Pa) (9-27)

式中:q爲通過管道的流量(m3/s);L爲管道長度(m);d爲管道內徑(mm);υ爲油液的運動粘度(m2)。

部分壓力丟失可按下式預算:

Δpc=(0.05~0.15)ΔpL (9-28)

閥類元件的ΔpV值可按下式近似核算:

ΔpV=Δpn(qV/qVn)2(Pa) (9-29)

式中:qVn爲閥的額外流量(m3/s);qV爲通過閥的實踐流量(m3/s);Δpn爲閥的額外壓力丟失(Pa)。

核算體系压力丢失的意图,是为了正确断定體系的调整压力和剖析體系规划的好坏。

體系的调整压力:p0≥p1+Δp (9-30)

式中:p0爲液壓泵的作業壓力或支路的調整壓力;p1爲履行件的作業壓力。

如果核算出来的Δp比在初选體系作业压力时大略选定的压力丢失大得多,应该从头调

整有關元件、輔件的規範,從頭斷定管道尺度。

二、體系发热温升的验算

體系发热来源于體系内部的能量丢失,如液压泵和履行元件的功率丢失、溢流阀的溢流丢失、液压阀及管道的压力丢失等。这些能量丢失转换为热能,使油液温度升高。油液的温升使粘度下降,走漏添加,一起,使油分子裂化或聚合,发生树脂状物质,堵塞液压元件小孔,影响體系正常作业,因此有必要使體系中油温保持在答应规模内。一般机床液压體系正常作业油温为30~50℃;矿山机械正常作业油温50~70℃;最高答应油温为70~90℃。

1.體系发热功率P的核算

P=PB(1-η) (W) (9-31)

式中:PB为液压泵的输入功率(W);η为液压泵的總功率。

若一个作业循环中有几个工序,则可依据各个工序的发热量,求出體系单位时刻的均匀发热量: (9-32)

式中:T爲作業循環周期(s);ti爲第i個工序的作業時刻(s);Pi爲循環中第i個工序的輸入功率(W)。

2.體系的散热和温升體系的散热量可按下式核算: (9-33)

式中:Kj爲散熱系數(W/m2℃),當周圍通風很差時,K≈8~9;周圍通風傑出時,K≈15;用電扇冷卻時,K≈23;用循環水強制冷卻時的冷卻器外表K≈110~175;Aj爲散熱面積(m2),當油箱長、寬、高比例爲1∶1∶1或1∶2∶3,油面高度爲油箱高度的80%時,油箱散熱面積近似當作,式中V爲油箱體積(L);

Δt为液压體系的温升(℃),即液压體系比周围环境温度的升高值;

j爲散熱面積的次序號。

当液压體系作业一段时刻后,到达热平衡状况,则:

P=P′

所以液压體系的温升为:

  (9-34)

核算所得的溫升Δt,加上環境溫度,不該超越油液的最高答應溫度。

当體系答应的温升断定后,也能运用上述公式来核算油箱的容量。

三、體系功率验算

液压體系的功率是由液压泵、履行元件和液压回路功率来断定的。

液压回路功率ηc一般可用下式核算: (9-35)

式中:p1,q1;p2,q2;……爲每個履行元件的作業壓力和流量;pB1,qB1;pB2,qB2爲每個液壓泵的供油壓力和流量。

液压體系總功率:η=ηBηCηm (9-36)

式中:ηB为液压泵總功率;ηm为履行元件總功率;ηC为回路功率。


五 制作正式作业图和编写技术文件

通过对液压體系功能的验算和必要的修改之后,便可制作正式作业图,它包含制作液压體系原理图、體系管路装配图和各种非规范元件规划图。

正式液压體系原理图上要标明各液压元件的类型规范。关于主动化程度较高的机床,还应包

括運動部件的運動循環圖和電磁鐵、壓力繼電器的作業狀況。

管道裝配圖是正式施工圖,各種液壓部件和元件在機器中的方位、固定方法、尺度等應表明清楚。

自行規劃的非規範件,應繪出裝配圖和零件圖。

編寫的技術文件包含規劃核算書,運用保護說明書,專用件、通用件、規範件、外購件明細表,以及實驗綱要等。




六 液压體系规划核算举例

某厂汽缸加工主动线上要求规划一台卧式单面多轴钻孔組合機床,机床有主轴16根,钻14个φ13.9mm的孔,2个φ8.5mm的孔,要求的作业循环是:快速挨近工件,然后以工

作速度钻孔,加工结束后快速退回原始方位,最终主动中止;工件资料:鑄鐵,硬度HB为240;假定运动部件重G=9800N;快進快退速度v1=0.1m/s;动力滑台选用平导轨,静、动冲突因数μs=0.2,μd=0.1;往复运动的加快、减速时刻为0.2s;快進行程L1=100mm;工進行程L2=50mm。试规划核算其液压體系。

一、作F—t與v—t圖

1.核算切削阻力钻鑄鐵孔时,其轴向切削阻力可用以下公式核算:

Fc=25.5DS0.8硬度0.6 (N)

式中:D爲鑽頭直徑(mm);S爲每轉進給量(mm/r)。

挑選切削用量:鑽φ13.9mm孔時,主軸轉速n1=360r/min,每轉進給量S1=0.147mm/r;鑽8.5mm孔時,主軸轉速n2=550r/min,每轉進給量S2=0.096mm/r。則

Fc=14×25.5D1S0.81硬度0.6+2×25.5D2S0.82硬度0.6=14×25.5×13.9×0.1470.8×2400.6+2×25.5×8.5×0.0960.8×2400.6=30500(N)

2.核算沖突阻力

靜沖突阻力:Fs=fsG=0.2×9800=1960N

動沖突阻力:Fd=fdG=0.1×9800=980N

3.核算慣性阻力
4.核算工進速度

工進速度可按加工φ13.9的切削用量核算,即:

v2=n1S1=360/60×0.147=0.88mm/s=0.88×10-3m/s

5.依據以上剖析核算各工況負載如表9-7所示。

表9-7 液压缸负载的核算

工 况
核算公式
液壓缸負載F/N
液壓缸驅動力F0/N

启 动
F=faG
1960
2180

加 速
F=fdG+G/gΔv/Δt
1480
1650

快 进
F=fdG
980
1090

工 进
F=Fc+fdG
31480
35000

反向發動
F=fsG
1960
2180

加 速
F=fdG+G/gΔv/Δ
1480
1650

快 退
F=fdG
980
1090

制 动
F=fdG-G/gΔv/Δt
480
532


其間,取液壓缸機械功率ηcm=0.9。

6.核算快進、工進時刻和快退時刻

快進: t1=L1/v1=100×10-3/0.1=1s

工進: t2=L2/v2=50×10-3/0.88×10-3=56.6s

快退: t3=(L1+L2)/v1= (100+50)×10-3/0.1=1.5s

7.依據上述數據繪液壓缸F—t與v—t圖見圖9-5。




图9-5 F—t与v—t图

二、断定液压體系参数

1.初選液壓缸作業壓力
由工況剖析中可知,工進阶段的负载力最大,所以,液压缸的作业压力按此负载力核算,依据液压缸与负载的联系,选p1=40×105Pa。本机床为钻孔組合機床,为避免钻通时发生前冲现象,液压缸回油腔应有背压,设背压p2=6×105Pa,为使快進快退速度持平,选用A1=2A2差动油缸,假定快進、快退的回油压力丢失为Δp=7×105Pa。
2.核算液壓缸尺度由式(p1A1-p2A2)ηcm=F得:
液壓缸直徑:
取规范直径:D=110 mm

因爲A1=2A2,所以

則液壓缸有用面積:

A1=πD2/4=π×112/4=2375px2

A2=π/4 (D2-d2)=π/4 (112-82)=1175px2

3.核算液壓缸在作業循環中各階段的壓力、流量和功率液壓缸作業循環各階段壓力、流量和功率核算表。

表9-8 液压缸作业循环各阶段压力、流量和功率核算表

工況
核算公式
F0/n
P2/pa
P1/pa
Q/(10-3m3/s)
P/kw

快進
發動
P1=F0/A+p2
2180
P2=0
4.6*105
0.5



加快
Q=av1
1650
P2=7x105
10.5*105


快進
P=10-3p1q
1090

9x105
0.5


工進

p1=F0/a1+p2/2

q=A1V1

p=10-3p1q
3500
P2=6x105
40x105
0.83x105
0.033
快退
反向發動
P1=F0/a1+2p2
2180
P2=0
4.6x105
加快

1650

17.5x105



快退
Q=A2V2
1090
P2=7*105
16.4x105
0.5
0.8

制動
P=10-3p1q
532

15.2x105

图9—6 液压缸工況图

4.制作液压缸工況图见图9-6。

三、拟定液压體系图

1.挑選液壓回路

(1)调速方法;由工況图知,该液压體系功率小,作业负载改变小,可选用进油路节省调速,为避免钻通孔时的前冲现象,在回油路上加背壓閥。
(2)液压泵方法的挑選;从q—t图清楚的看出,體系作业循环首要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成,最大流量与最小流量之比qmax/qmin=0.5/0.83×10-2≈60,其相应的时刻之比t2/t1=56。依据该状况,选葉片泵较适合,在本计划中,选用双联葉片泵。
(3)速度换接方法:因钻孔工序对方位精度及作业平稳性要求不高,可选用行程調速閥或电磁換向閥。
(4)快速回路与工進转快退控制方法的挑選:为使快進快退速度持平,选用差动回路作快速回路。

2.组成體系在所选定根本回路的基础上,再考虑其他一些有关要素组成图9-7所示液压體系图。

四、挑選液壓元件

1.挑選液壓泵和電動機

(1)断定液压泵的作业压力。前面已断定液压缸的最大作业压力为40×105Pa,选取进油管路压力丢失Δp=8×105Pa,其调整压力一般比體系最大作业压力大5×105Pa,所以泵的作业压力pB=(40+8+5)×105=53×105Pa
這是高壓小流量泵的作業壓力。
由图9-7可知液压缸快退时的作业压力比快進时大,取其压力丢失Δp′=4×105Pa,则快退时泵的作业压力为:
pB=(16.4+4)×105=20.4×105Pa
這是低壓大流量泵的作業壓力。

(2)液压泵的流量。由图9-7可知,快進时的流量最大,其值为30L/min,最小流量在工進时,其值为0.51L/min,依据式9-20,取K=1.2,
则: qB=1.2×0.5×10-3=36L/min因为溢流阀安稳作业时的最小溢流量为3L/min,故小泵流量取3.6L/min。
依据以上核算,选用YYB-AA36/6B型双联葉片泵。

(3)挑選電動機:
由P-t图可知,最大功率出现在快退工況,其数值如下式核算:
式中:ηB为泵的總功率,取0.7;q1=36L/min=0.6×10-3m3/s,为大泵流量;q2=6L/min=0.1×10-3m3/s,为小泵流量。
依據以上核算成果,查電動機産品目錄,選與上述功率和泵的轉速相適應的電動機。

2.选其他元件 依据體系的作业压力和通过阀的实践流量挑选元、辅件,其类型和参数如表9-9所示。
表9-9 所选液压元件的类型、规范
3.斷定管道尺度
依據作業壓力和流量,按式(9-27)、式(9-28)斷定管道內徑和壁厚。(從略)
4.斷定油箱容量油箱容量可按經曆公式預算,取V=(5~7)q。
本例中:V=6q=6(6+36)=252L有关體系的功能验算从略。

 

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