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    液壓系統設計的步驟

    來源:http://www.alemdascurvas.com/ 人氣: 發表時間:2017-02-16 20:38:46

    液壓系統設計的步驟大致如下:

    1.明確設計要求,進行工況分析。

    2.初定液壓系統的主要參數。

    3.擬定液壓系統原理圖。

    4.計算和選擇液壓元件。

    5.估算液壓系統性能。

    6.繪制工作圖和編寫技術文件。

    根據液壓系統的具體內容,上述設計步驟可能會有所不同,下面對各步驟的具體內容進行介紹。


      明確設計要求進行工況分析

    在設計液壓系統時,首先應明確以下問題,并將其作為設計依據。

    1.主機的用途、工藝過程、總體布局以及對液壓傳動裝置的位置和空間尺寸的要求。

    2.主機對液壓系統的性能要求,如自動化程度、調速范圍、運動平穩性、換向定位精度以及對系統的效率、溫升等的要求。

    3.液壓系統的工作環境,如溫度、濕度、振動沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質存在等情況。

     

     

    在上述工作的基礎上,應對主機進行工況分析,工況分析包括運動分析和動力分析,對復雜的系統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間變化的規律,以下對工況分析的內容作具體介紹。

    一、運動分析

    主機的執行元件按工藝要求的運動情況,可以用位移循環圖(L—t),速度循環圖(v—t),或速度與位移循環圖表示,由此對運動規律進行分析。

    1.位移循環圖L—t

    圖9-1為液壓機的液壓缸位移循環圖,縱坐標L表示活塞位移,橫坐標t表示從活塞啟動到返回原位的時間,曲線斜率表示活塞移動速度。該圖清楚地表明液壓機的工作循環分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個階段組成。


    2.速度循環圖v—t(或v—L) 

    工程中液壓缸的運動特點可歸納為三種類型。圖9-2為三種類型液壓缸的v—t圖,第一種如圖9-2中實線所示,液壓缸開始作勻加速運動,然后勻速運動,最后勻減速運動到終點;第二種,液壓缸在總行程的前一半作勻加速運動,在另一半作勻減速運動,且加速度的數值相等;第三種,液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運動,然后勻減速至行程終點。v—t圖的三條速度曲線,不僅清楚地表明了三種類型液壓缸的運動規律,也間接地表明了三種工況的動力特性。

     

     

    二、動力分析

    動力分析,是研究機器在工作過程中,其執行機構的受力情況,對液壓系統而言,就是研究液壓缸或液壓馬達的負載情況。

    1.液壓缸的負載及負載循環圖

    (1)液壓缸的負載力計算。工作機構作直線往復運動時,液壓缸必須克服的負載由六部分組成:

    F=Fc+Ff+Fi+FG+Fm+Fb (9-1)

    式中:Fc為切削阻力;Ff為摩擦阻力;Fi為慣性阻力;FG為重力;Fm為密封阻力;Fb為排油阻力。

     

    ①切削阻力Fc:為液壓缸運動方向的工作阻力,對于機床來說就是沿工作部件運動方向的切削力,此作用力的方向如果與執行元件運動方向相反為正值,兩者同向為負值。該作用力可能是恒定的,也可能是變化的,其值要根據具體情況計算或由實驗測定。

    ②摩擦阻力Ff

    為液壓缸帶動的運動部件所受的摩擦阻力,它與導軌的形狀、放置情況和運動狀態有關,其

    計算方法可查有關的設計手冊。圖9-3為最常見的兩種導軌形式,其摩擦阻力的值為:

    平導軌: Ff=f∑Fn (9-2)

    V形導軌: Ff=f∑Fn/[sin(α/2)] (9-3)

    式中:f為摩擦因數,參閱表9-1選取;∑Fn為作用在導軌上總的正壓力或沿V形導軌橫截面中心線方向的總作用力;α為V形角,一般為90°。

     

    ③慣性阻力Fi。慣性阻力Fi為運動部件在啟動和制動過程中的慣性力,可按下式計算

     

    表9-1 摩擦因數f

    導軌類型

    導軌材料

    運動狀態

    摩擦因數(f)

    滑動導軌

    鑄鐵對鑄鐵

    啟動時

    低速(v<0.16m/s) 高速(v>0.16m/s)

    0.15~0.20 0.1~0.12 0.05~0.08

    滾動導軌

    鑄鐵對滾柱(珠) 淬火鋼導軌對滾柱(珠)


    0.005~0.020.003~0.006

     

    靜壓導軌

    鑄鐵


    0.005

    式中:m為運動部件的質量(kg);a為運動部件的加速度(m/s2);G為運動部件的重量(N);g為重力加速度,g=9.81 (m/s2);Δv為速度變化值(m/s);

    Δt為啟動或制動時間(s),一般機床Δt=0.1~0.5s,運動部件重量大的取大值。

    ④重力FG:垂直放置和傾斜放置的移動部件,其本身的重量也成為一種負載,當上移時,負載為正值,下移時為負值。

    ⑤密封阻力Fm:密封阻力指裝有密封裝置的零件在相對移動時的摩擦力,其值與密封裝置的類型、液壓缸的制造質量和油液的工作壓力有關。在初 算 時,可按缸的機械效率(ηm=0.9)考慮;驗算時,按密封裝置摩擦力的計算公式計算。

    ⑥排油阻力Fb:排油阻力為液壓缸回油路上的阻力,該值與調速方案、系統所要求的穩定性、執行元件等因素有關,在系統方案未確定時無法計算,可放在液壓缸的設計計算中考慮。

    (2)液壓缸運動循環各階段的總負載力。液壓缸運動循環各階段的總負載力計算,一般包括啟動加速、快進、工進、快退、減速制動等幾個階段,每個階段的總負載力是有區別的。 ①啟動加速階段:這時液壓缸或活塞處于由靜止到啟動并加速到一定速度,其總負載力包括導軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機械效率ηm=0.9計算)、重力和慣性力等項,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減速:

    F=Ff±FG-Fi+Fm+Fb (9-8)

    對簡單液壓系統,上述計算過程可簡化。例如采用單定量泵供油,只需計算工進階段的總負載力,若簡單系統采用限壓式變量泵或雙聯泵供油,則只需計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。

    對較為復雜的液壓系統,為了更清楚的了解該系統內各液壓缸(或液壓馬達)的速度和負載的

     

    變化規律,應根據各階段的總負載力和它所經歷的工作時間t或位移L按相同的坐標繪制液壓缸的負載時間(F—t)或負載位移(F—L)圖,然后將各液壓缸在同一時間t(或位移)的負載力疊加。

    此文關鍵字: 液壓系統設計
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