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液压系统设计的步骤

来源:/ 人气: 发表时间:2017-02-16 20:38:46

液压系统设计的步骤大致如下:

1.明确设计要求,进行工况分析。

2.初定液压系统的主要参数。

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.绘制工作图和编写技术文件。

根据液压系统的具体内容,上述设计步骤可能会有所不同,下面对各步骤的具体内容进行介绍。


  明确设计要求进行工况分析

在设计液压系统时,首先应明确以下问题,并将其作为设计依据。

1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。

2.主机对液压系统的性能要求,如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。

3.液压系统的工作环境,如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。

 

 

在上述工作的基础上,应对主机进行工况分析,工况分析包括运动分析和动力分析,对复杂的系统还需编制负载和动作循环图,由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律,以下对工况分析的内容作具体介绍。

一、运动分析

主机的执行元件按工艺要求的运动情况,可以用位移循环图(L—t),速度循环图(v—t),或速度与位移循环图表示,由此对运动规律进行分析。

1.位移循环图L—t

图9-1为液压机的液压缸位移循环图,纵坐标L表示活塞位移,横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间,曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。


2.速度循环图v—t(或v—L) 

工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图9-2为三种类型液压缸的v—t图,第一种如图9-2中实线所示,液压缸开始作匀加速运动,然后匀速运动,最后匀减速运动到终点;第二种,液压缸在总行程的前一半作匀加速运动,在另一半作匀减速运动,且加速度的数值相等;第三种,液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动,然后匀减速至行程终点。v—t图的三条速度曲线,不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律,也间接地表明了三种工况的动力特性。

 

 

二、动力分析

动力分析,是研究机器在工作过程中,其执行机构的受力情况,对液压系统而言,就是研究液压缸或液压马达的负载情况。

1.液压缸的负载及负载循环图

(1)液压缸的负载力计算。工作机构作直线往复运动时,液压缸必须克服的负载由六部分组成:

F=Fc+Ff+Fi+FG+Fm+Fb (9-1)

式中:Fc为切削阻力;Ff为摩擦阻力;Fi为惯性阻力;FG为重力;Fm为密封阻力;Fb为排油阻力。

 

①切削阻力Fc:为液压缸运动方向的工作阻力,对于机床来说就是沿工作部件运动方向的切削力,此作用力的方向如果与执行元件运动方向相反为正值,两者同向为负值。该作用力可能是恒定的,也可能是变化的,其值要根据具体情况计算或由实验测定。

②摩擦阻力Ff

为液压缸带动的运动部件所受的摩擦阻力,它与导轨的形状、放置情况和运动状态有关,其

计算方法可查有关的设计手册。图9-3为最常见的两种导轨形式,其摩擦阻力的值为:

平导轨: Ff=f∑Fn (9-2)

V形导轨: Ff=f∑Fn/[sin(α/2)] (9-3)

式中:f为摩擦因数,参阅表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惯性阻力Fi。惯性阻力Fi为运动部件在启动和制动过程中的惯性力,可按下式计算

 

表9-1 摩擦因数f

导轨类型

导轨材料

运动状态

摩擦因数(f)

滑动导轨

铸铁对铸铁

启动时

低速(v<0.16m/s) 高速(v>0.16m/s)

0.15~0.20 0.1~0.12 0.05~0.08

滚动导轨

铸铁对滚柱(珠) 淬火钢导轨对滚柱(珠)


0.005~0.020.003~0.006

 

静压导轨

铸铁


0.005

式中:m为运动部件的质量(kg);a为运动部件的加速度(m/s2);G为运动部件的重量(N);g为重力加速度,g=9.81 (m/s2);Δv为速度变化值(m/s);

Δt为启动或制动时间(s),一般机床Δt=0.1~0.5s,运动部件重量大的取大值。

④重力FG:垂直放置和倾斜放置的移动部件,其本身的重量也成为一种负载,当上移时,负载为正值,下移时为负值。

⑤密封阻力Fm:密封阻力指装有密封装置的零件在相对移动时的摩擦力,其值与密封装置的类型、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关。在初 算 时,可按缸的机械效率(ηm=0.9)考虑;验算时,按密封装置摩擦力的计算公式计算。

⑥排油阻力Fb:排油阻力为液压缸回油路上的阻力,该值与调速方案、系统所要求的稳定性、执行元件等因素有关,在系统方案未确定时无法计算,可放在液压缸的设计计算中考虑。

(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计算,一般包括启动加速、快进、工进、快退、减速制动等几个阶段,每个阶段的总负载力是有区别的。 ①启动加速阶段:这时液压缸或活塞处于由静止到启动并加速到一定速度,其总负载力包括导轨的摩擦力、密封装置的摩擦力(按缸的机械效率ηm=0.9计算)、重力和惯性力等项,即:

F=Ff+Fi±FG+Fm+Fb (9-5)

②快速阶段:

F=Ff±FG+Fm+Fb (9-6)

③工进阶段:

F=Ff+Fc±FG+Fm+Fb (9-7)

④减速:

F=Ff±FG-Fi+Fm+Fb (9-8)

对简单液压系统,上述计算过程可简化。例如采用单定量泵供油,只需计算工进阶段的总负载力,若简单系统采用限压式变量泵或双联泵供油,则只需计算快速阶段和工进阶段的总负载力。

(3)液压缸的负载循环图。

对较为复杂的液压系统,为了更清楚的了解该系统内各液压缸(或液压马达)的速度和负载的

 

变化规律,应根据各阶段的总负载力和它所经历的工作时间t或位移L按相同的坐标绘制液压缸的负载时间(F—t)或负载位移(F—L)图,然后将各液压缸在同一时间t(或位移)的负载力叠加。

此文关键字: 液压系统设计

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