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液压系统的设计步骤与设计要求

 

发表于 2007-1-14 13:12:54

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液压系统的设计步骤与设计要求
    液压传动系统是液压[wiki]机械[/wiki]的一个组成部分,液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时,必须从实际情况出发,有机地结合各种传动形式,充分发挥液压传动的优点,力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。
    1.1 设计步骤
    液压系统的设计步骤并无严格的顺序,各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说,在明确设计要求之后,大致按如下步骤进行。
    1)确定液压执行元件的形式;
    2)进行工况分析,确定系统的主要参数;
    3)制定基本方案,拟定液压系统原理图;
    4)选择液压元件;
    5)液压系统的性能验算;
    6)绘制工作图,编制技术文件。
    1.2 明确设计要求
    设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前,必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。
    1)主机的概况:用途、性能、工艺流程、作业[wiki]环境[/wiki]、总体布局等;
    2)液压系统要完成哪些动作,动作顺序及彼此联锁关系如何;
    3)液压驱动机构的运动形式,运动速度;
    4)各动作机构的载荷大小及其性质;
    5)对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求;
    6)自动化程序、操作控制方式的要求;
    7)对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求;
    8)对效率、成本等方面的要求。
进行工况分析、确定液压系统的主要参数
    通过工况分析,可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况,为确定系统及各执行元件的参数提供依据。
    液压系统的主要参数是压力和流量,它们是设计液压系统,选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。
    2.1 载荷的组成和计算
    2.1.1 液压缸的载荷组成与计算
    图1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注图上,其中FW是作用在活塞杆上的外部载荷,Fm中活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。

图1液压系统计算简图
    作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷Fg,导轨的摩擦力Ff和由于速度变化而产生的惯性力Fa。
    (1)工作载荷Fg
    常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向如与活塞运动方向相同为负,相反为正。
    (2)导轨摩擦载荷Ff
    对于平导轨
               (1)
    对于V型导轨
         (2)
    式中 G——运动部件所受的重力(N);
        FN——外载荷作用于导轨上的正压力(N);
        μ——摩擦系数,见表1;
        α——V型导轨的夹角,一般为90°。
    (3)惯性载荷Fa

表1 摩擦系数μ
导轨类型        导轨材料        运动状态        摩擦系数
滑动导轨        铸铁对铸铁        起动时        0.15~0.20
                低速(υ<0.16m/s)        0.1~0.12
                高速(υ>0.16m/s)        0.05~0.08
滚动导轨        铸铁对滚柱(珠)                 0.005~0.02
        淬火钢导轨对滚柱                0.003~0.006
静压导轨        铸铁                 0.005
    式中  g——重力加速度;g=9.81m/s2;
       △υ——速度变化量(m/s);
     △t——起动或制动时间(s)。一般机械△t=0.1~0.5s,对轻载低速运动部件取小值,对重载高速部件取大值。行走机械一般取         
=0.5~1.5 m/s2。
    以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷FW。
    起动加速时 FW=Fg+Ff+Fa                                        (4)
    稳态运动时 FW=Fg+Ff                                           (5)
    减速制动时 FW=Fg+Ff-Fa                                        (6)
    工作载荷Fg并非每阶段都存在,如该阶段没有工作,则 Fg=0。
    除外载荷FW外,作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm,由于各种缸的密封材质和密封形成不同,密封阻力难以精确计算,一般估算为
                (7)
    式中 ηm——液压缸的机械效率,一般取0.90~0.95。
                       (8)
    2.1.2 液压马达载荷力矩的组成与计算
    (1)工作载荷力矩Tg
    常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻力矩等。
    (2)轴颈摩擦力矩Tf
Tf=μGr                       (9)
    式中 G——旋转部件施加于轴劲上的径向力(N);
        μ——摩擦系数,参考表1选用;
         r——旋转轴的半径(m)。
    (3)惯性力矩Ta
               (10)
    式中 ε——角加速度(rad/s2);
       △ω——角速度变化量(rad/s);
        △t——起动或制动时间(s);
         J——回转部件的转动惯量(kg•m2)。
    起动加速时                                   (11)
    稳定运行时                                       (12)
    减速制动时                                   (13)  
    计算液压马达载荷转矩T时还要考虑液压马达的机械效率ηm(ηm=0.9~0.99)。
                      (14)

 

发表于 2008-5-8 14:03:50

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Peterpaul彼得保罗
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