液压大作业--8-2系统设计

《液压与气压传动》液压系统设计111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222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333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μs=0.2,动摩擦因数μa=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30~50mm/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，并设液压缸的机械效率ηm=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/fsFF1052加速()/dmmFFF683快进/fdmFF526工进()/tfdmFFF25789快退/fdmFF5261000fsNsFFN500faNaFFN148.8mvGvFmNtgt《液压与气压传动》液压系统设计444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。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5554、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1Y2Y3Y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666三、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=40×105Pa。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,A1=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=8×105Pa。由表1-1可知最大负载为工进阶段的负载F=25789N。由A2×pb+F=A1p1，3221551257897.161071.611401081022bFAmcmPP液压缸直径149.55ADcm由A1=2A2知活塞杆直径d=0.707D=6.75cm按GB/T2348-1993将D与d圆整到相似的标准直径，D=10cmd=7cm按标准直径算出，22211078.544ADcm22222210740.03544ADdcm按最低工进速度验算液压缸尺寸，vmin=0.03m/min，调速阀最小稳定流量qmin=0.05L/min，32min12min0.051016.70.0310qAcmv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=8×105Pa代入，快退时背压按pb=5×105Pa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777表1-3液压缸所需的实际流量、压力和功率工作循环计算公式负载F进油压力pj回油压力pb所需流量输入功率PNPaPaL/minkW差动快进21212()jjFPAPAAqvAAPpq52656.571011.57×10513.460.147工进211bjjFpApAqAvPpq25789536.91058100.236~0.390.014~0.024快退122bjjFpApAqAvPpq526511.1105510140.259注：差动连接时，液压缸回油口到进油口之间的压力损失Δp=5×105Pa，而pb=pj+Δp。快退时，液压缸有杆腔进油，压力为pj，无杆腔回油，压力为pb。（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∑Δp=5×105Pa，压力继电器可靠动作需要压力差为5×105Pa，则液压泵的最高工作压力为55555151036.91051051046.910pPPPPaPa故泵的额定压力可取551.2546.91058.610rPPaPa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11.10.2362.52.76minpLq选择YB1-2.5，排量2.5mL/r，转速为1450r/min。qmax=2.5mL/r×1450r/min=3.265L/min。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=1.1×14L/min=15.4L/min《液压与气压传动》液压系统设计888即大流量泵的流量2115.42.7612.64minminpppLLqqq选择YB1-16，排量16mL/r，转速为960r/min。qmax=16mL/r×960r/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1450r/min。（三）电动机的选择系统为双泵供油，小泵流量qp1=[(3.625×10-3)/60]m3/s≈0.06×10-3m3/s大泵流量qp2=（15.36×10-3/60）m3/s=0.256×10-3m3/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=6.57×105Pa，小泵的出口压力损失Δp1=4.5×105Pa，大泵出口到小泵出口的压力损失Δp2=1.5×105Pa。所以，小泵的出口压力pp1=11.67×105Pa（总效率η1=0.5），大泵的出口压力pp2=12.57×105Pa（总效率η2=0.5）。电动机功率：1253531211211.07100.061012.57100.25610776.4240.50.5pppqpqpWW2、工进考虑到调速阀所需最小压力差Δp1=5×105Pa。压力继电器可靠动作需要压力差Δp2=5×105Pa。因此工进时的小泵的出口压力pp1=p1+Δp1+Δp2=46.9×105Pa。大泵的卸载压力取pp2=2×105Pa（小泵总效率η1=0.565，大泵总效率η2=0.3）。电动机功率1253531221246.9100.06102100.25610668.70.5650.3pppqpqpWW3、快退《液压与气压传动》液压系统设计999类似差动分析知：小泵的出口压力pp1=14.5×105Pa(总效率η1=0.5)；大泵出口压力pp2=16×105Pa(总效率η1=0.51)。电动机功率1253531231214.5100.061016100.256109770.50.51pppqpqpWW综合比较，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63×105Pa，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型线隙式过滤器：XU-B32×100，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18.985YB1-2.5/162单向阀18.985I-25B3三位五通电磁阀37.9735D1-63BY4二位二通电磁阀37.9722D1-63BH5调速阀0.39Q-10B6压力继电器DP1-63B7单向阀18.985I-25B8液控顺序阀0.16XY-25B9背压阀0.16B-10B10液控顺序阀（卸载用）15.36XY-25B11单向阀15.36I-25B12溢流阀3.625Y-10B13过滤器32XU-B32x10014压力表开关K-6B《液压与气压传动》液压系统设计1010102.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=（5×18.985）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Δp1=5×105Pa，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Δp1，并考虑压力继电器动作需要，则pp=p1+Δp1+5×105Pa=46.9×105Pa即小流量泵的溢