液压传动.docx
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液压传动
液压传动课程设计
题目三：
设计一卧式单面多轴钻孔组合动力滑台的液压系统，要求滑台实现“快进——工进——快退——停止”的工作循环。
已知：
轴向切削力为30KN，机床工作部件总质量1000Kg，快进V1、快退V3均为5.5m/min,快进行程L1=100mm，工进行程L2=50mm，工进速度V3=53mm/min，往复运动的加速、减速时间不超过0.2s;动力滑台采用V型导轨，其静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1;执行元件采用液压缸。
一负载分析
1：
工作负载30KN
2：
摩擦负载（取g=9.81m/s2）Ff=f·FN
FN=m·g=（1000×9.81）N=9810N
静摩擦负载Ffs=fs·FN=1962N
动摩擦负载Ffd=fd·FN=981N
3：
惯性负载分析
加速：
F1=m·△v/△t=458.5N
减速：
F2=m·△v/△t=454.1N
制动：
F3=m·△v/△t=4.4N
反向加速：
F4=m·△v/△t=458.5N
反向制动：
F5=m·△v△t=458.5N
4：
总负载分析：
启动：
F=Ffs=1962N
加速：
F=Ffd+F1=1439.5N
快进：
F=Ffd=981N
减速：
F=Ffd-F2=526.9N
工进：
F=Ffd+FL=30981N
制动：
F=Ffd-F3=976.6N
反向启动：
F=Ffs=1962N
反向加速：
F=Ffd+F4=1439.5N
快退：
F=Ffd=981N
反向制动：
F=F5-Ffd=-522.5N
表一：
液压缸各运动阶段负载表
工况
计算公式
总负载F/N
行程L/mm
启动
F=Ffs
1962
加速
F=Ffd+F1
1439.5
9.17
快进
F=Ffd
981
100
减速
F=Ffd-F2
526.9
9.082
工进
F=Ffd+FL
30981
50
制动
F=Ffd-F3
976.6
0.088
反向启动
F=Ffs
1962
反向加速
F=Ffd+F4
1439.5
9.17
快退
F=Ffd
981
150
制动
F=F4-Ffd
-522.5
9.17
二负载图和速度图的绘制
三确定液压系统参数
1：
液压缸的工作压力
因为最大负载压力为30981N，所以由下表可初选P=4MP
负载F/KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作压力p/MPa
<0.8~1.0
1.5~2.0
2.5~3.0
3.0~4.0
4.0~5.0
>5.0~7.0
2：
液压缸的主要尺寸（活塞杆直径d、液压缸直径D）
活塞杆直径系列:
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
35
40
45
50
55
63
70
80
90
100
110
125
140
160
活塞直径系列:
20
25
32
40
50
55
63
70
80
90
100
110
125
140
160
对于差动缸∵F=P·d2·π／4且Fmax=30981N
∴d=99.305mm按标准取d=100mm
对于差动缸，当V快进=V快退时，D=√2d∴D=141mm按标准取D=140mm
由上可得活塞杆面积：
A1=π（d／2）2=78.54cm2
有杆腔面积：
A2=π（D／2）2-π（d／2）2=75.40cm2
3：
复算系统及各个阶段的压力
对于快进、工进时为差动连接F=p·πd2/4
p启动=F/A1=（1962÷78.54÷100）MPa=0.250MPa
p加速=F/A1=（1439.5÷78.54÷100）MPa=0.183MPa
p快进=F/A1=（981÷78.54÷100）MPa=0.125MPa
p工进=F/A1=（30981÷78.54÷100）MPa=3.945MPa
对于快退时为非差动连接F=p·（πD2/4－πd2/4）MPa
p反向启动=F/A2=（1962÷75.40÷100）MPa=0.260MPa
p反向加速=F/A2=（1439.5÷75.40÷100）MPa=0.191MPa
p快退=F/A2=（981÷75.40÷100）MPa=0.130MPa
因为活塞杆的总行程
L=L加速+L快进+L减速+L工进+L制动=168.34mm
且L／d=1.68＜10
所以无需进行稳定性校核
4：
液压缸主要阶段的流量（对于差动缸V=4q/πd2）
q快进=A1V进快=（78.45×10-4×91.67×10-3）×103×60L/min=43.15L/min
q工进=A1V工进=（78.45×10-4×0.88×10-3）×103×60L/min=0.414L/min
q快退=A2V快退=（75.40×10-4×91.67×10-3）×103×60L/min=41.3L/min
液压缸各主要工作阶段的压力流量和功率
工况
压力p/MPa
流量q/L·min-1
功率P/W
快进
0.125
43.15
89.9
工进
3.945
0.414
27.22
快退
0.130
41.3
89.48
四液压系统图的拟定
五液压元件的选择
1确定液压泵的型号及功率
因为此液压系统的最高工作压力为3.945MPa，且此系统比较简单，因此取回路压力损失为0.4MPa,因此液压泵工作压力应为：
Pp=（3.945+0.4）MPa=4.345MPa。
若回路中的损失按0.1计算，则液压泵的输出流量为：
qp=（43.15×1.1）L/min=47.47L/min
所以此液压系统所选液压泵的型号为YB1-40/16压力6.3MPa转速960r/min
YB1-40容积效率为0.92；YB1-16容积效率为0.88；
双泵同时输出时的最大流量为：
qp=（16×960×0.88+40×960×0.92）÷1000L/min=48.845L/min
∵此泵为叶片泵，∴取总效率η=0.75
∴电动机的功率为Pp=pp·qp/η=3537.2W
2液压元件及辅助元件的选择
序号
名称
通过流量
qmax（L/min）
型号
额定流量
q/L·min-1
额定压力
P/MPa
1
过滤器
38.4
WU-63×180
63
2
过滤器
15.34
WU-16×180
16
3
溢流阀
13.086
YF-L10B
40
0.5~7
4
溢流阀
35.33
YF3-10B
63
0.5~6.30
5
三位四通电磁换向阀
99.7
SWH-G03-20（10）-LS
120
31.5
6
两位两通电磁换向阀
99.7
SWH-G03-20（10）-LS
120
31.5
7
调速阀
0.414
2FRM1021/2L
0~2
31.5
8
单向阀
35.33
I-63
63
6.3
9
单向阀
13.5
I-25
25
6.3
10
双联叶片泵
48.83
YB1-40/16
48.83
6.3
（1）油箱容积根据液压泵的流量计算，取体积V=（5~7）qp，即V=342L
（2）此系统油管取内径为20mm钢管（雷诺数2320）
六：
液压系统的性能验算
1：
压力损失及其调定压力的确定
由于工进时需要的流量小，而且油液的流动速度小，主要压力损失为调速阀两端的压降，此时功率损失最大；可选择快退或快进为依据来计算溢流阀的调定压力。
若选快退时为依据计算溢流阀的调定压力
油管截面积：
A管=（π×202×10-6/4）m2=3.14×10-4m2
液压缸速度：
V快退=qp/A2=48.83×10-3/（60×75.40×10-4）m/s=0.108m/s
油液在进油管中的流速为：
V=qp/A管=48.83×10-3/60×3.14×10-4m/s=2.59m/s
若选快进时为依据计算溢流阀的调定压力
油管截面积：
A管=（π×202×10-6/4）m2=3.14×10-4m2
液压缸速度：
V快进=qp/A1=48.83×10-3/（60×78.54×10-4）m/s=0.104m/s
油液在进油管中的流速为：
V=qp/A管=48.83×10-3/60×3.14×10-4m/s=2.59m/s
（1）由上可知快进和快退的沿程压力损失相同
若系统采用N32型液压油，取室温20℃，ν=1.0×10-4m2/s。
所以有：
Re=V·d/v=2.59×0.02/1.0×10-4=518<2320，管中为层流，
∴阻力损失系数λ=75/Re=0.145取进回油管长度均为2m，油液密度为ρ=890kg/m3，∴进油管中沿程压力损失为：
P=λ×l×ρ×v2/2d=43284Pa=0.043MPa
（2）局部压力损失
局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者去沿程压力损失的0.1.后者则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失为qn和pn，通过的流量为q时的压力损失为pv且pv=pn（q/qn）2，对于快退和快进，通过压力阀的流量很小，因此可以忽略不计。
对于快退时回油油路上的流量为q回=qp×（A1+A2）/A2=99.7L/min
所以回油管中流速为v=q回×10-3/（60×A管）=5.29m/s
Re==Vd/v=5.29×0.02/1.0×10-4=1058<2320（层流），λ=75/Re=0.071
所以回油路上压力损失为P回=λ×l×ρ×v2/2d=88415pa=0.088MPa
对于快进时回油油路上的流量为q回=qp×A2/A1=46.88L/min
所以回油管中流速为v=q回×10-3/（60×A管）=2.49m/s
Re==Vd/v=2.49×0.02/1.0×10-4=498<2320（层流），λ=75/Re=0.151
所以回油路上压力损失为P回=λ×l×ρ×v2/2d=41662Pa=0.042MPa
（3）总的压力损失
快退时：
P2=p+（A2+A1）·P回/A2=[（0.043+0.0043）+153.94·（0.088+0.0088）/75.40]
即P2=0.245MPa
快进时：
P1=p+A2·P回/（A2+A1）=[（0.043+0.0043）+75.40·（0.042+0.0042）/153.94]
即P1=0.070MPa
比较快进与快退时的压力损失可取较大值，即P2=0.245MPa
（4）压力阀的调定值
大流量泵的溢流阀调定值应略大于快退时需要的压力与压力损失P2之和，所以p=（0.130+0.245+0.3）MPa=0.675MPa
小流量泵的溢流阀调定值应略大于工进时需要的压力与压力损失P2之和，所以p=（3.945+0.245+0.3）MPa=4.49MPa
2：
系统的发热量
（1）系统的发热量H=P（1-η），若取H=Pmax，则
则H=Pmax=0.0899kw
（2）系统的温升t=H/hA
当油箱的三边长之比在1:
1:
1:
和1:
2:
3范围内时，散热面积A=0.065V2/3
当自然通风良好时，h=0.015kW/（m2/℃）
∵A=0.065·3422/3=3.18m2
∴温升t=（0.0899/0.015×3.18）℃=1.91℃，因为室温为20℃，所以系统温度为20.91℃，没有超出允许范围。
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