目錄
前言 1
1 概述 2
1.1 液壓傳動(dòng)的現(xiàn)狀及展望 2
1.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn) 2
2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5
2.1技術(shù)要求 5
2.2動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析 5
2.2.1 Ⅰ工位夾緊缸的負(fù)載計(jì)算 5
2.2.2 Ⅱ工位夾緊缸的負(fù)載計(jì)算 6
2.3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 8
2.3.1系統(tǒng)工作壓力的確定 8
2.4液壓執(zhí)行器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 9
2.4.1Ⅰ工位夾緊缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 9
2.4.2Ⅱ工位夾緊缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 10
2.4.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率 11
3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定和方案論證 13
3.1 制定基本方案 13
3.2 油路循環(huán)方式的分析和選擇 13
3.3調(diào)速方案的分析和選擇 14
3.4液壓動(dòng)力源的分析與選擇 15
3.5 液壓回路的分析、選擇與合成 16
3.6液壓原理圖的擬定與設(shè)計(jì) 16
4 計(jì)算和選擇液壓元件 18
4.1 液壓泵的選擇 18
4.1.2 液壓泵站組件的選擇 18
4.1.3 液壓泵的計(jì)算與選擇 18
4.2 液壓控制閥的選擇 21
4.2.1 選擇依據(jù) 21
4.2.2 選擇閥類元件應(yīng)注意的問題 21
4.3 液壓附件的計(jì)算和選擇 22
4.3.1 確定管件的尺寸 22
4.3.2 確定油箱容積 24
5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 26
5.1液壓系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 26
5.1.1Ⅰ工位夾緊缸的壓力損失驗(yàn)算 26
5.2 估算系統(tǒng)效率 27
5.3 系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升 29
6 液壓動(dòng)力源裝置的設(shè)計(jì) 31
7 液壓裝置的總體配置 33
7.1液壓控制閥的塊式集成 33
7.2集成塊設(shè)計(jì) 33
8 液壓系統(tǒng)的污染控制 35
8.1污染物的形態(tài)和來源 35
8.2油液污染對(duì)液壓系統(tǒng)的危害 35
8.3污染控制措施 36
8.4油液的過濾 37
9 液壓系統(tǒng)泄露控制與密封 38
9.1泄露及其危害 38
9.2 液壓系統(tǒng)防漏與治漏的主要措施 38
9.3液壓裝置泄露控制的基本準(zhǔn)則 39
9.4 密封裝置的選擇 40
10 液壓系統(tǒng)噪聲的控制 41
11液壓介質(zhì)的選擇 42
11.1液壓油的主要性能 42
11.2液壓油的質(zhì)量要求 42
11.3液壓油的選用 43
12 液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維護(hù)和檢修 44
12.1 液壓系統(tǒng)的安裝 44
12.1.1在液壓系統(tǒng)中安裝液壓元件時(shí)的注意事項(xiàng) 44
12.1.2在液壓系統(tǒng)中安裝液壓泵時(shí)的注意事項(xiàng) 44
12.2液壓系統(tǒng)調(diào)試 44
12.2.1 調(diào)試前的檢查 45
12.2.2 使用液壓系統(tǒng)要注意的問題 45
12.2.3 系統(tǒng)耐壓試驗(yàn) 46
12.3液壓系統(tǒng)的維護(hù)和檢修 47
12.3.1液壓站使用中的注意事項(xiàng) 48
12.3.2檢修液壓系統(tǒng)時(shí)的注意事項(xiàng) 48
13 結(jié)論 50
致謝 51
參考文獻(xiàn) 52
附錄A 譯文 53
附錄Ｂ 外文文獻(xiàn) 66
前言
與其他傳動(dòng)方式相比較，液壓傳動(dòng)具有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，其應(yīng)用領(lǐng)域幾乎囊括了國民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)部門。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜。產(chǎn)品的精度要求越來越高、更新?lián)Q代的周期也越來越短，從而促進(jìn)了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。用普通的機(jī)床加工精度低，效率低，勞動(dòng)度大，已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)要求，從而一種新型的數(shù)字程序控制的機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種機(jī)床是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測量和機(jī)械設(shè)計(jì)等新技術(shù)的機(jī)電一體化的產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，它對(duì)加工精度和自動(dòng)化都有嚴(yán)格的要求。數(shù)控車床上的工位夾緊裝置對(duì)于加工的精度有著直接的關(guān)系，以往的機(jī)床的工位夾緊裝置使用簡單的機(jī)械裝置，在加工時(shí)容易產(chǎn)生大的加工誤差。隨著數(shù)控車床自動(dòng)化程度的提高，使用液壓系統(tǒng)控制這一過程已經(jīng)大大提高了自動(dòng)化和加工精度。液壓傳動(dòng)在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛。有的設(shè)備是利用其能傳遞大的動(dòng)力，且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，如工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械等；有的設(shè)備是利用它操縱控制方便，能較容易地實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜工作循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，如各類金屬切削機(jī)床、輕工機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、軍工機(jī)械、各類裝載機(jī)等。所以研究液壓系統(tǒng)有很好的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的前景。我國進(jìn)入世界貿(mào)易組織之后，對(duì)我國的機(jī)械行業(yè)是個(gè)機(jī)遇，更是一個(gè)艱難的挑戰(zhàn)。因此作為二十一世紀(jì)的主人，我們更應(yīng)該通過作大量的設(shè)計(jì)制造和廣泛地使用各種先進(jìn)的機(jī)器，以便能加快我國國民經(jīng)濟(jì)的增長速度，加快我國現(xiàn)代化建設(shè)。
1 概述
1.1 液壓傳動(dòng)的現(xiàn)狀及展望
目前，液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)不僅用于傳統(tǒng)的機(jī)械操縱、助力裝置，也用于機(jī)械的模擬加工、轉(zhuǎn)速控制、發(fā)動(dòng)機(jī)燃料進(jìn)給控制，以及車輛動(dòng)力轉(zhuǎn)向、主動(dòng)懸掛裝置和制動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)也能夠擴(kuò)展到航空航天和海洋作業(yè)等領(lǐng)域。當(dāng)前液壓技術(shù)正在繼續(xù)向以下幾個(gè)方面發(fā)展。
1）節(jié)能
近年來，由于世界能源的緊缺，各國都把液壓傳動(dòng)的節(jié)能問題作為液壓技術(shù)發(fā)展的重要課題。20世紀(jì)70年代后期，德、美等國相繼研制成功負(fù)載敏感泵及低功率電磁鐵等。最近美國威克斯公司又研制成功用于功率匹配系統(tǒng)的CMX閥。
2）液壓與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合
20世紀(jì)80年代以來，逐步完善和普及的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和集成傳感技術(shù)為液壓技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合創(chuàng)造了條件。隨著微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種數(shù)字閥和數(shù)字泵，并出現(xiàn)了把單片機(jī)直接裝在液壓組件上的具有位置或力反饋的閉環(huán)控制液壓元件及裝置。
3）提高液壓傳動(dòng)的可靠性
由于有限元法在液壓元件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可靠性實(shí)驗(yàn)、研究工作的廣泛開展以及新材料、新工藝的發(fā)展等，是液壓元件的壽命得到提高。由于對(duì)飛機(jī)、船舶、冶金等一些重要液壓系統(tǒng)采用多裕度設(shè)計(jì)，并在系統(tǒng)中設(shè)置旁路凈化回路及具有初級(jí)智能的自動(dòng)故障檢測儀表等，加強(qiáng)了油液的污染度控制。上述領(lǐng)域內(nèi)的一些重要成果，使液壓系統(tǒng)的可靠性逐年提高。
4）高度集成化
疊加閥、集成塊、插裝閥的應(yīng)用以及把各種控制閥集成于液壓泵及液壓執(zhí)行元件上形成組合元件，有些還把單片機(jī)等集成在其控制機(jī)構(gòu)上，達(dá)到了集機(jī)、電、液于一體的高度集成化。
此外，高壓、高轉(zhuǎn)速、低噪聲組件的研究，高效濾材的研究，環(huán)保型工作介質(zhì)及其相應(yīng)高壓液壓組件的研究等也是值得關(guān)注的動(dòng)向。
1.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)
工程機(jī)械廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)方式主要有機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。它們各有優(yōu)缺。
機(jī)械傳動(dòng)是發(fā)展最早而且應(yīng)用最普遍的一種傳動(dòng)方式。具有傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，操作簡單，機(jī)構(gòu)直觀易掌握，負(fù)荷變化對(duì)傳動(dòng)比影響小等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)自動(dòng)控制的情況，單純靠機(jī)械傳動(dòng)來完成就顯得結(jié)構(gòu)復(fù)雜而笨重，而且遠(yuǎn)距離操縱困難、操作力度大、安裝位置變化的自由度小等缺點(diǎn)。
電氣傳動(dòng)是通過電來進(jìn)行傳動(dòng)和控制的，利用交流電機(jī)來傳動(dòng)，簡單而且價(jià)廉，應(yīng)用最廣，也是各種傳動(dòng)的組成部分。但交流電機(jī)一般難于進(jìn)行無級(jí)變速，而直流電機(jī)雖然可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，但支流電源價(jià)格比較昂貴。電氣控制，特別是電子計(jì)算機(jī)控制，具有信號(hào)變化方便，遠(yuǎn)距離操縱容易等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化程度要求高的場合是必不可少的。
氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣為傳動(dòng)介質(zhì)，可通過調(diào)節(jié)氣量很容易的實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。同時(shí)有傳遞及變換信號(hào)方便、反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、無污染等優(yōu)點(diǎn)?？諝怵ざ刃?，故管道壓力損失小，流速大，而且可獲得高速度。但是氣動(dòng)傳動(dòng)的致命弱點(diǎn)是空氣壓縮性大，無法獲得均勻而穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。此外為減少泄漏，提高效率，氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力不能太高。這使其不能用于大功率場合。
液壓傳動(dòng)是用液體作為介質(zhì)來傳遞能量的，液壓傳動(dòng)與上述三種傳動(dòng)比較有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
1）液壓傳動(dòng)可在運(yùn)行過程中方便地實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1000：1。液壓傳動(dòng)裝置可在極低的速度下輸出很大的力，如果采用機(jī)械傳動(dòng)裝置減速，其減速器結(jié)構(gòu)往往十分龐大；
2）在輸出相同功率的情況下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。由于液壓系統(tǒng)中的壓力比電樞磁場中單位面積上的磁力大30倍～40倍，液壓傳動(dòng)裝置的體積和質(zhì)量只占相同功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。因此，液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)及頻繁幻想，每分鐘的換向次數(shù)可達(dá)500次（左右擺動(dòng)）、1000次（往復(fù)移動(dòng)）；
3）液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，特別是采用電液和氣液傳動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)控制；
4）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。當(dāng)液壓系統(tǒng)超負(fù)荷（或系統(tǒng)承受液壓沖擊）時(shí)，液壓油可以經(jīng)溢流閥排回油箱，系統(tǒng)得到過載保護(hù)；
5）易于設(shè)計(jì)、制造。液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也有很大的靈活性。
液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：
1）不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。著是由于液壓介質(zhì)的可壓縮性和不可避免的泄露等因素引起的；
2） 系統(tǒng)工作時(shí)，對(duì)溫度的變化較為敏感。液壓截至的粘性隨溫度變化而變化，從而使液壓系統(tǒng)不易保證在高溫和低溫下都具有良好的工作穩(wěn)定性；
3） 在液壓傳動(dòng)中，能量需經(jīng)過兩次變換，且液壓能在傳遞過程中有流量和壓力的損失，所以系統(tǒng)能量損失較大，傳動(dòng)效率較低；
4） 元件的制造精度高、造價(jià)高，對(duì)其使用和維護(hù)提出了較高的要求；
5） 出現(xiàn)故障時(shí)，比較難于查找和排除，對(duì)維修人員的技術(shù)水平要求較高。
從液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)來看，優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。采用液壓傳動(dòng)符合本次設(shè)計(jì)的工位夾緊裝置的工作條件。
2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1技術(shù)要求
本設(shè)計(jì)是完成某機(jī)床需要對(duì)零件進(jìn)行兩工位裝夾裝置（裝夾裝置靜動(dòng)摩擦因數(shù)，）的設(shè)計(jì)，擬采用缸筒固定的液壓缸驅(qū)動(dòng)夾緊裝置，完成工件裝夾運(yùn)動(dòng)。夾緊裝置由液壓與電氣配合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)循環(huán)要求為：Ⅰ工位夾緊缸夾緊→Ⅰ工位夾緊缸松開→Ⅱ工位夾緊缸夾緊→Ⅱ工位夾緊缸松開。機(jī)床工位夾緊裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)如表2-1所列。
表2-1 機(jī)床工位夾緊裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)
Tab.2-1 The movement and dynamic parameters of Machinist - clamping device
工況
行程
/mm
速度
時(shí)間
/
運(yùn)動(dòng)部件重力
G/N
負(fù)載
/N
啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間
Ⅰ工位夾緊缸
夾緊
35
0.012
2450
5000
0.05
3
松開
0.035
—
1
Ⅱ工位夾緊缸
夾緊
25
0.125
1500
2000
0.05
0.2
松開
0.25
—
0.1
2.2動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析
2.2.1 Ⅰ工位夾緊缸的負(fù)載計(jì)算
慣性負(fù)載
夾緊：
=2450/9.81×0.012/0.05
=59N
松開：
=2450/9.81×0.035/0.05
=175N
靜摩擦負(fù)載
=0.2×（2450+0）
= 490N
動(dòng)摩擦負(fù)載
=0.1×（2450+0）
=245N
2.2.2 Ⅱ工位夾緊缸的負(fù)載計(jì)算
慣性負(fù)載
夾緊：
=1500/9.81×0.125/0.05
=382N
松開：
=1500/9.81×0.25/0.05
=765
靜摩擦負(fù)載
=0.2×（1500+0）
= 300N
動(dòng)摩擦負(fù)載
=0.1×（1500+0）
=150N
由此得Ⅰ工位夾緊缸和Ⅱ工位夾緊缸在工作的各個(gè)階段所受的負(fù)載，由表2-2所示
表2-2Ⅰ工位夾緊缸的外負(fù)載計(jì)算結(jié)果
Tab.2-2 The load calculation results of clamping cylinderⅠ
工況
負(fù)載組成
外負(fù)載F/N
啟動(dòng)
490
加速
304
夾緊
5245
反向啟動(dòng)
490
加速
420
松開
245
表2-3Ⅱ工位夾緊缸的外負(fù)載計(jì)算結(jié)果
Tab.2-3 The load calculation results of clamping cylinderⅡ
工況
負(fù)載組成
外負(fù)載F/N
啟動(dòng)
300
加速
532
夾緊
2150
工況
負(fù)載組成
外負(fù)載F/N
反向啟動(dòng)
300
加速
915
松開
150
2.3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定
2.3.1系統(tǒng)工作壓力的確定
根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載表可以確定系統(tǒng)的最大負(fù)載數(shù)，在充分考慮系統(tǒng)所需的流量、性能等因素后，可參照表2-4或者2-5選擇系統(tǒng)的工作壓力
表2-4按負(fù)載選擇工作壓力
Tab.2-4 Choose actuating pressure according to the loads
負(fù)載 /kN
<5
5-10
10-20
20-30
30-50
>50
系統(tǒng)壓力/MPa
<0.8-1
1.6-2
2.5-3
3-4
4-5
>5-7
表2-5 按主機(jī)類型選擇系統(tǒng)工作壓力
Tab.2-5 Select system pressure By the types
主機(jī)類型
設(shè)計(jì)壓力/MPa
機(jī)床
精加工機(jī)床
0.8～2
半精加工機(jī)床
3～5
龍門刨床
2～8
拉床
8～10
農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)
10～16
液壓機(jī)、大中型挖掘機(jī)、中型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械
20～32
地質(zhì)機(jī)械、冶金機(jī)械、鐵道車輛維護(hù)機(jī)械、各類液壓機(jī)具等
25～100
本設(shè)計(jì)根據(jù)主機(jī)類型是數(shù)控銑床，初步選擇系統(tǒng)壓力為4MPa。
為了防止夾緊時(shí)發(fā)生沖擊，液壓缸需保持一定回油背壓。參考表2-6液壓執(zhí)行器的背壓力取0.2
表2-6液壓執(zhí)行器的背壓力
Tab.2-6 The selection of the Backpressure value
系統(tǒng)類型
背壓力(MPa)
中低壓系統(tǒng)
簡單系統(tǒng)和和一般輕栽節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
0.20.5
回油帶背壓閥
調(diào)整壓力一般為0.51.5
回油路設(shè)流量調(diào)節(jié)閥的進(jìn)給系統(tǒng)滿載工作時(shí)
0.5
設(shè)補(bǔ)油泵的閉式系統(tǒng)
0.81.5
高壓系統(tǒng)
初算是可忽略不計(jì)
2.4液壓執(zhí)行器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算
2.4.1Ⅰ工位夾緊缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
本設(shè)計(jì)將Ⅰ工位夾緊缸的有桿腔作為主工作腔，則有公式：
（2－1）
公式中 ——液壓缸無桿腔的有效面積；
——液壓缸有桿腔的有效面積；
——液壓缸的最大負(fù)載力；
——液壓缸的機(jī)械效率（一般取0.9-0.97）本設(shè)計(jì)取0.95；
——液壓缸工作腔壓力；
——系統(tǒng)的背壓，本設(shè)計(jì)取0.2Mpa。
當(dāng)計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，還需確定活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑的關(guān)系，以便在計(jì)算出液壓缸內(nèi)徑D時(shí)，利用這一關(guān)系獲得活塞桿的直徑d。通常是由液壓缸的往返速比確定這一關(guān)系，即，按這一關(guān)系得到的d的計(jì)算公式入如下表
表2-7根據(jù)往返速度比計(jì)算活塞桿直徑d的公式
Tab.2-7 The recommended values of The piston rod diameter d
往返速度比
1.1
1.2
1.33
1.46
1.61
2
活塞桿直徑d
0.3D
0.4D
0.5D
0.55D
0.62D
0.7D
油缸的速比，可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得。本設(shè)計(jì)取=1.33。
則由上表查得d=0.5D。
得D=49.9（mm）
按GB/T2348-1980 ,取標(biāo)準(zhǔn)值： D=50（mm）
又d=0.5D，得d=25（mm），取標(biāo)準(zhǔn)值d=28（mm）
則液壓缸無桿腔實(shí)際有效面積為：
=19.6
有桿腔實(shí)際有效面積為：
=13.5
2.4.2 Ⅱ工位夾緊缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
Ⅱ工位夾緊缸的無桿腔作為主工作腔，則有公式：
則有
得 D=27.9（mm）
按GB/T2348—1980 ,取標(biāo)準(zhǔn)值： D=32（mm）
又 d=0.5D，
得 d=16（mm），
取標(biāo)準(zhǔn)值 d=20（mm）
則液壓缸無桿腔實(shí)際有效面積為：
=8.04
有桿腔實(shí)際有效面積為：
=4.89
2.4.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率
根據(jù)上述假定條件經(jīng)計(jì)算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如下表所示：
表2-8 Ⅰ工位夾緊缸工作循環(huán)個(gè)階段的壓力、流量和功率
Tab.2-8 The pressure, rate of flow and power of the clamping cylinderⅠat different stage
工作階段
計(jì)算公式
負(fù)載
/N
回油腔壓力
/MPa
工作腔壓力
/MPa
輸入流量
Q
輸入功率
/w
啟動(dòng)
490
—
0.98
—
—
加速
304
0.2
0.53
—
—
夾緊
5245
0.2
4.38
0.972
70..96
反向啟動(dòng)
490
—
0.40
—
—
加速
420
0.2
0.30
—
—
松開
245
0.2
0.27
4.116
18.52
表2-9 Ⅱ工位夾緊缸工作循環(huán)各個(gè)階段的壓力、流量和功率
Tab.2-9 The pressure, rate of flow and power of the clamping cylinderⅡat different stage
工作階段
計(jì)算公式
負(fù)載
/N
回油腔壓力
/MPa
工作腔壓力
/MPa
輸入流量
Q
輸入功率
/w
啟動(dòng)
300
—
0.39
—
—
加速
532
0.2
0.44
—
—
夾緊
2150
0.2
3.06
6.03
307.53
反向啟動(dòng)
300
—
0.65
—
—
加速
915
0.2
0.85
—
—
松開
150
0.2
0.65
4.116
79.46
3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定和方案論證
3.1 制定基本方案
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了滿足主機(jī)在動(dòng)作和性能方面規(guī)定的要求外，還必須符合體積小、重量輕、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用和維修方便等一些公認(rèn)的普遍設(shè)計(jì)原則。本液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致為：
1）油路循環(huán)方式的分析與選擇；
2）調(diào)速方案的分析和選擇；
3）液壓動(dòng)力源的分析與選擇；
4）液壓回路的分析、選擇與合成；
5）液壓系統(tǒng)原理圖的擬訂。
3.2 油路循環(huán)方式的分析和選擇
液壓系統(tǒng)油路循環(huán)方式分為開式和閉式兩種，他們各自的特點(diǎn)及相互比較見下表
表3-1開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較
Tab.3-1 Compare of Hold dyadic system and Shut dyadic system
油液循
環(huán)方式
開式
閉式
散熱
條件
較方便，但是油箱較大
較復(fù)雜，需要用輔泵來換油冷卻
抗污
染性
較差，但可采用壓力油
箱或者油箱呼吸器來改善
較好，但是油液過濾要求較高
系統(tǒng)
效率
管路壓力損失較大，用節(jié)
流調(diào)速時(shí)效率低
管路腰里損失較小，容積調(diào)速時(shí)效率較高
限速
制動(dòng)
形式
用平衡閥進(jìn)行能耗限速，
用制動(dòng)閥進(jìn)行能耗制動(dòng)，
引起油液發(fā)熱
液壓泵由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)，限速及制動(dòng)
過程中拖動(dòng)電能向電網(wǎng)輸電，回收部分能量，即是再生限速和再生制動(dòng)
其他
對(duì)泵的自吸性能要求高
對(duì)主泵的自吸性能要求低
油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件。一般來說，凡是有較大空間可以存放油箱而且不需要另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)，要求結(jié)構(gòu)盡可能簡單的系統(tǒng)，采用節(jié)流調(diào)速或者容積節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，均宜采用開式系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，油泵向兩個(gè)液壓執(zhí)行元件供油而且功率較小，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較簡單，所以本設(shè)計(jì)采用開式系統(tǒng)。
3.3調(diào)速方案的分析和選擇
調(diào)速方案對(duì)主機(jī)的性能起到?jīng)Q定性的作用。
相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合—容積節(jié)流調(diào)速。
??? 節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。
????容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。
????容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
????節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。
????調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。
????節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。
容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。
表3-2各種調(diào)速方式的性能比較
Tab.3-2 various forms of Speed Performance Comparison
主要
性能
節(jié)流調(diào)速
容積調(diào)速回路
容積節(jié)流調(diào)速回路
簡式節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
帶壓力補(bǔ)償閥的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
變量泵 定量馬達(dá)
流量適應(yīng)
功率適應(yīng)
進(jìn)油節(jié)流及回油節(jié)流
旁路節(jié)流
調(diào)速閥在進(jìn)油路
調(diào)速閥在旁油路及溢流節(jié)流調(diào)速回路
負(fù)載
速度剛度
差
很差
好
較好
好
特性
承載能力
好
較差
好
較好
好
調(diào)速范圍
大
小
大
較大
大
功率特性
效率
低
較低
低
較低
最高
較高
高
發(fā)熱
大
較大
大
較大
最小
較小
小
成本
低
較低
高
最高
適用范圍
小功率 輕載或者低速的中 低壓系統(tǒng)及工程機(jī)械非經(jīng)常性調(diào)速的場合
大功率高速中高壓系統(tǒng)
負(fù)載變化小，速度剛度要大的中小功率，中壓系統(tǒng)
負(fù)載變化大速度剛度較大的中高壓系統(tǒng)
考慮到系統(tǒng)本身的性能要求和一些使用要求以及負(fù)載特性，本設(shè)計(jì)決定采用節(jié)流調(diào)速。
3.4液壓動(dòng)力源的分析與選擇
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。
????為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
本設(shè)計(jì)采用節(jié)流調(diào)速，所以使用定量泵供油。
3.5 液壓回路的分析、選擇與合成
1）選擇系統(tǒng)一般都必須設(shè)置的基本回路，包括調(diào)壓回路、向回路、卸荷回路及安全回路等。
2）根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載特性和特殊要求選擇基本回路，在本系統(tǒng)中考慮到安全的要求，設(shè)置了背壓回路，同時(shí)由于是兩個(gè)執(zhí)行元件先后動(dòng)作，且沒有順序聯(lián)動(dòng)關(guān)系，所以設(shè)置了互不干擾回路。
3）合成系統(tǒng) 選定液壓基本回路之后，配以輔助性回路，如控制油路，潤滑油路、測壓油路等，可以組成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)。
在合成液壓系統(tǒng)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：防止油路間可能存在的相互干擾；系統(tǒng)應(yīng)力求簡單，并將作用相同或者相近的回路合并，避免存在多余回路；系統(tǒng)要安全可靠，力求控制油路可靠；組成系統(tǒng)的元件要盡量少，并應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元件；組成系統(tǒng)時(shí)還要考慮節(jié)省能源，提高效率減少發(fā)熱，防止液壓沖擊；測壓點(diǎn)分布合理等。
3.6液壓原理圖的擬定與設(shè)計(jì)
根據(jù)上述分析，可以擬定整個(gè)液壓系統(tǒng)的原理圖如下：
1－油箱 2－空氣濾清器 3－液位計(jì) 4－吸油過濾器 5－液壓泵
6－單向閥 7－壓力表開關(guān) 8－壓力表 9－通道體10－疊加式溢流閥
11－疊加式減壓閥 12－疊加式雙單向節(jié)流閥13－電磁換向閥
14－疊加式雙液控單向閥 15－壓力繼電器 16－電動(dòng)機(jī)
圖3-1 液壓系統(tǒng)的原理圖
Fig.4-1 Hydraulic system diagram
4 計(jì)算和選擇液壓元件
液壓元件的計(jì)算是指計(jì)算元件在工作中承受的壓力和流量，以便選擇零件的規(guī)格和型號(hào)，此外還要計(jì)算原動(dòng)機(jī)的功率和油箱的容量。選擇元件時(shí)應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)件。
4.1 液壓泵的選擇
4.1.2 液壓泵站組件的選擇
液壓泵站一般由液壓泵組、油箱組件、過濾器組件和蓄能器組件等組成。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，本設(shè)計(jì)選擇液壓泵組、油箱組件、過濾器組件。液壓泵組由液壓泵，原動(dòng)機(jī)，連軸器及管路附件等組成。油箱組件由油箱面板，空氣濾清器，，液位顯示計(jì)等組成。過濾器組將是保持工作介質(zhì)清潔度必備的組將，可根據(jù)系統(tǒng)對(duì)介質(zhì)清潔度的不同要求設(shè)置不同等級(jí)的粗過濾器，精過濾器等。
4.1.3 液壓泵的計(jì)算與選擇
液壓泵的最大工作壓力：
>=＋ （4－1）
其中 ——液壓執(zhí)行元件最大工作壓力；
——液壓泵出口大執(zhí)行元件入口之間所有的沿程壓力損失和局部壓力損失之和。初算時(shí)按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：管路簡單，管中流速不大時(shí)，取 ＝0.2Mpa～0.5Mpa；管路復(fù)雜而且管中流速較大或者有調(diào)速元件時(shí)，?。?.5MPa～1.5MPa。
由上述選取＝0.5MPa，然后帶入公式（4-1）計(jì)算得：
≥4.38+0.5＝4.88MPa
在選擇泵的額定壓力時(shí)應(yīng)考慮到動(dòng)態(tài)過程和制造質(zhì)量等因素，要使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備。一般泵的額定工作壓力應(yīng)比上述最大工作壓力高20％－60％，所有最后算得的液壓泵的額定壓力應(yīng)為：
4.88×（1+0.25）＝6.1MPa
表4-1 液壓泵的總效率
Tab.4-1 The total efficiency of hydraulic pumps
液壓泵類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.65～0.90
0.70～0.85
0.55～0.85
0.80～0.90
液壓泵的流量按下式計(jì)算
＝K （4－2）
式中 K——考慮系統(tǒng)泄漏和溢流閥保持最小溢流量的系數(shù)，一般取K＝1.1～1.3，
——同時(shí)工作的執(zhí)行元件的最大總流量（4.1163=12.348L/min）
本設(shè)計(jì)取泄漏系數(shù)為1.1，所以：
＝1.1×12.348＝13.583L/min
由液壓元件產(chǎn)品樣本查得CBN-E312齒輪泵滿足上述估算得到的壓力和流量要求：該泵的額定壓力為16MPa，公稱排量V＝12 mL/rev，額定轉(zhuǎn)速為1800r/min?，F(xiàn)取泵的容積效率＝0.85，當(dāng)選用轉(zhuǎn)速n＝1400 r/min的驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，泵的流量為：
＝Vn
＝12 mL/rev×0.85×1400r/min×
＝14L/min
由前面的計(jì)算可知泵的最大功率出現(xiàn)在Ⅱ工位夾緊階段，現(xiàn)取泵的總效率為 ＝0.85，則：
＝
＝
＝840W
選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y90S—4B5型封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)滿足上述要求，其轉(zhuǎn)速為1400r/min，額定功率為1.5kW。電動(dòng)機(jī)與泵之間采用連軸器聯(lián)結(jié)。
根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，可計(jì)算出液壓缸在各個(gè)階段的實(shí)際進(jìn)出流量，運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)時(shí)間，從而為其他液壓元件的選擇及系統(tǒng)的性能計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。計(jì)算結(jié)果如下表所示：
表4-2Ⅰ工位夾緊缸的實(shí)際工況
Tab.4-2 The actual working conditions of the clamping cylinderⅠ
工作階段
流量
/
速度
/
時(shí)間
/s
無桿腔
有桿腔
夾緊
＝
=
=1.41
＝0.972
＝
=
=0.012
=
=3
松開
=
=
=4.67
=
=4.67×
＝3.21
＝
=
=0.039
=
＝1
表4-3Ⅱ工位夾緊缸的實(shí)際工況
Tab.4-3 The actual working conditions of the clamping cylinderⅡ
工作階段
流量
/
速度
/
時(shí)間
/s
無桿腔
有桿腔
夾緊
＝6.03
＝
=
=3.67
＝
=
=0.125
=
=0.2
松開
=
=14×
＝23.02
=
=14
＝
=
=0.48
=
＝0.05
上表中——油缸的工作腔面積；
——油缸回油腔面積；
——進(jìn)油缸流量；
——出油缸流量；
——油缸的運(yùn)動(dòng)速度；
——油缸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。
4.2 液壓控制閥的選擇
4.2.1 選擇依據(jù)
選擇依據(jù)為：額定壓力，最大流量，動(dòng)作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等。
4.2.2 選擇閥類元件應(yīng)注意的問題
1)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，除非不得已時(shí)才自行設(shè)計(jì)專用件；
2)閥類元件的規(guī)格主要根據(jù)流經(jīng)該閥油液的最大壓力和最大流量選取。選擇溢流閥時(shí)，應(yīng)按液壓泵的最大流量選取。選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，應(yīng)考慮其最小穩(wěn)定流量滿足機(jī)器低速性能的要求；
3)一般選擇控制閥的額定流量應(yīng)比系統(tǒng)管路實(shí)際通過的流量大一些，必要時(shí)，允許通過閥的最大流量超過其額定流量的20%；
根據(jù)以上要求，現(xiàn)選定各類閥和組將的型號(hào)如表4-4所示：
表4-4 各種液壓元件的類型選擇
Tab.4-4 Various types of hydraulic components of choice
序號(hào)
名稱
通過流量/L
額定流量/
額定壓力
/MPa
額定壓降
/MPa
型號(hào)規(guī)格
1
吸油過濾器
14
20
—
—
MF-02
2
單向閥
14
40
25
<0.1
CIT-03-A1
3
壓力繼電器
—
—
25
—
MJCS-02B-HH
4
壓力表
—
—
0～10
—
W-2-1/2-100-A1
5
壓力表開關(guān)
14
21
10
—
GCT-02
6
疊加式溢流閥
14
35
25
<0.12
MRF-02P-K1-20
7
疊加式減壓閥
14
35
25
<0.2
MPR-02P-K1-02
8
疊加式單向閥
14
35
21
<0.1
MPC-02W-05-30
9
二位四通換向閥
23.02
80
25
<0.2
D5-02-3N2-D2
10
疊加式單向節(jié)流閥
23.02
35
21
<0.15
MTC-02W-K-I-20
11
二位四通換向閥
14
80
25
<0.2
D5-02-3N2-D2
12
疊加式單向節(jié)流閥
14
35
21
<0.15
MTC-02W-K-I-20
13
空氣濾清器
—
—
—
—
AB-1162
14
液位計(jì)
—
—
—
—
LS-3”
4.3 液壓附件的計(jì)算和選擇
4.3.1 確定管件的尺寸
表4-5 油管中的允許流速
Tab.4-5 Allow the pipeline flow
油液流經(jīng)油管
吸油管
高壓管
回油管
短管及局部收縮處
允許速度（m/s）
0.5－1.5
2．5－5
1.5－2.5
5－7
表4-6 安全系數(shù)
Tab.4-6 Safety Factor
管內(nèi)最高工作壓力
<7
7－17.5
17.5
安全系數(shù)
8
6
4
由表4-2和4-3 得知Ⅰ工位夾緊液壓缸有桿腔和無桿腔油管的實(shí)際最大流量分別為3.21L/min和4.67L/min，Ⅱ工位夾緊液壓缸有桿腔和無桿腔油管的實(shí)際最大流量分別為14L/min和23.02L/min，按照表4-5的推薦值取油管內(nèi)油液的允許流速為4m/min，按計(jì)算公式：
d＝ （4－3）
式中q——通過油管的最大流量；
V——油管中允許流速；
d——油管內(nèi)徑。
將數(shù)值代入公式（4-3）得
Ⅰ工位夾緊液壓缸：
＝
＝4.9mm
＝
＝4.1mm
Ⅱ工位夾緊液壓缸：
＝
＝11.1mm
＝
＝8.6mm
根據(jù)JB827－66，同時(shí)考慮到制作方便，Ⅰ工位夾緊液壓缸兩根油管同時(shí)選用10×1（外徑10mm，壁厚1mm）的10號(hào)冷拔無縫鋼管。Ⅱ工位夾緊液壓缸兩根油管同時(shí)選用14×1（外徑14mm，壁厚1mm）的10號(hào)冷拔無縫鋼管。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得管材的抗拉強(qiáng)度為412MPa，由表4-6取安全系數(shù)為8，按公式對(duì)管子的強(qiáng)度進(jìn)行校核：
≥ （4－4）
式中 p——管內(nèi)最高工作壓力；
d——油管內(nèi)徑；
n——安全系數(shù)；
——管材抗拉強(qiáng)度；
——油管壁厚。
將數(shù)值代入公式（4-4）得：
＝1mm≥=
＝0.5mm
＝1mm≥=
＝0.7mm
所以選的管子壁厚安全。
其他油管，可直接按所連接的液壓元、輔件的接口尺寸決定其管徑的大小。
4.3.2 確定油箱容積
油箱的作用是儲(chǔ)油，散發(fā)油的熱量，沉淀油中雜質(zhì)，逸出油中的氣體。其形式有開式和閉式兩種：開式油箱油液液面與大氣相通；閉式油箱油液液面與大氣隔絕。開式油箱應(yīng)用較多。
油箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
1）油箱應(yīng)有足夠的容積以滿足散熱，同時(shí)其容積應(yīng)保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時(shí)不滲出，油液液面不應(yīng)超過油箱高度的80%；
2）吸箱管和回油管的間距應(yīng)盡量大，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/3～3/4。吸油管及回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100μm左右的網(wǎng)式或線隙式過濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過濾器?；赜凸芸谝鼻?5°角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時(shí)也有利于散熱；
3）油箱底部應(yīng)有適當(dāng)斜度，泄油口置于最低處，以便排油；
4）注油器上應(yīng)裝濾網(wǎng)；
5）油箱的箱壁應(yīng)涂耐油防銹涂料。
油箱的容積可以按照下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：
V＝ （4－5）
式中 V——油箱的有效容積/L；
——液壓泵的總額定流量/；
——與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)：低壓系統(tǒng)取=2～4，中壓系統(tǒng)=5～7，高壓系統(tǒng)取=10～12，對(duì)對(duì)于行走機(jī)械取或經(jīng)常間斷作業(yè)的設(shè)備，系數(shù)取較小值；對(duì)于安裝空間允許的固定機(jī)械，或需藉助油箱頂蓋安裝液壓泵及電動(dòng)機(jī)和液壓閥集成裝置時(shí)，系數(shù)可適當(dāng)取較大值。
本設(shè)計(jì)取=6，將數(shù)值代如公式（4-5）得：
V＝6×14
＝84 L
5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算
5.1液壓系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算
由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法全面的計(jì)算，故只能先估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布置圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。
5.1.1Ⅰ工位夾緊缸的壓力損失驗(yàn)算
在油缸夾緊時(shí)，油液依次經(jīng)過單向閥，疊加式減壓閥，疊加式溢流閥，電磁換向閥，疊加式雙單向節(jié)流閥，。所以進(jìn)油路上的壓力損失為
＝ （5－1）
=0.0009MPa
式中 ——總的壓力損失；
——各種閥的壓降；
——流經(jīng)閥的設(shè)計(jì)流量；
——閥的額定流量。
在油缸松開時(shí)，退油路上的壓力損失為
＝）
＝0.0097MPa
由此可以看出，系統(tǒng)閥的壓力損失都小于原先的估計(jì)值，所以滿足系統(tǒng)的使用要求。因?yàn)棰蚬の粖A緊缸的運(yùn)動(dòng)過程是一樣的，使用對(duì)此油缸的壓力校驗(yàn)過程和上面的計(jì)算過程是一樣的。如下所示
在油缸夾緊時(shí)，油液依次經(jīng)過單向閥，電磁換向閥，疊加式雙單向閥，疊加式雙單項(xiàng)節(jié)流閥。進(jìn)油路上的壓力損失為：
＝
=0.017MPa
在油缸松開時(shí)，退油路上的壓力損失為：
＝
＝0.2Mpa
由此看出各種閥同樣滿足使用要求。
5.2 估算系統(tǒng)效率
由表4-2和4-3可以看出，本液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過程中，液壓缸夾緊是主要的工作過程，所以系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升等可一概用夾緊時(shí)的數(shù)值計(jì)算。
系統(tǒng)效率的計(jì)算公式為：
＝ （5－2）
式中 ——執(zhí)行元件的負(fù)載壓力；
——執(zhí)行元件的負(fù)載流量；
——液壓泵的供油壓力；
——液壓泵的供油流量。
Ⅰ工位夾緊缸夾緊時(shí)，將數(shù)值代如公式（5-2）得：
＝
＝0.06
Ⅱ工位夾緊缸夾緊時(shí)，將數(shù)值代入公式（5-2）得：
＝
＝0.27
系統(tǒng)在一個(gè)完整的循環(huán)周期內(nèi)的平均回路效率可按下式計(jì)算：
＝ （5－3）
式中 —— 一個(gè)周期的平均回路效率；
——各工作階段的液壓回路效率；
——各個(gè)工作階段的持續(xù)時(shí)間；
T——一個(gè)完整循環(huán)的時(shí)間。
分別將Ⅰ、Ⅱ工位夾緊缸夾緊時(shí)的數(shù)值代入公式（5-3）得：
＝
＝0.073
則系統(tǒng)的總效率為：
＝ （5－4）
式中 ——液壓泵的總效率，取0.85；
——液壓回路的效率；
——液壓執(zhí)行元件的總效率，取0.95。
所以：
＝0.85×0.95×0.073
＝0.06
本系統(tǒng)的效率是0.06。
整個(gè)系統(tǒng)的效率很低，主要是由于溢流損失和節(jié)流損失造成的。
5.3 系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升
液壓系統(tǒng)的壓力、容積和機(jī)械損失構(gòu)成總的能量損失，這些能量損失都將轉(zhuǎn)化為熱量，是系統(tǒng)的油溫升高，產(chǎn)生一系列不良的影響。為此，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)熱和溫升計(jì)算，以便對(duì)系統(tǒng)溫升進(jìn)行控制。可按下式估算系統(tǒng)的發(fā)熱能量：
H＝（1－） （5－5）
式中 H——系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量；
——液壓泵的輸入功率。
將數(shù)值代入公式（5-5）得：
H＝
＝1264w
表5-1各種機(jī)械允許油溫
Tab.5-1 The allowing temperature of the Machinery
液壓設(shè)備類型
正常工作溫度/
最高允許溫度/
數(shù)控機(jī)床
30～50
55～70
一般機(jī)床
30～55
55～70
機(jī)車車輛
40～60
70～80
船舶
30～60
80～90
冶金機(jī)械、液壓機(jī)
407～0
60～90
工程機(jī)械、礦山機(jī)械
50～80
70～90
液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，由系統(tǒng)中各個(gè)散熱面散發(fā)至空氣中，其中油箱是主要散熱面。因?yàn)楣艿赖纳崦嫦鄬?duì)較小，且與其自身的壓力損失產(chǎn)生的熱量基本平衡，故一般濾去不計(jì)。當(dāng)只考慮油箱散熱時(shí)，其散熱量可按下式計(jì)算：
＝KA （5－6）
式中 K——散熱系數(shù)（），計(jì)算時(shí)可選用推薦值：通風(fēng)很差K＝8；通風(fēng)良好 K＝14－20；風(fēng)扇冷卻時(shí)，K＝20－25；用循環(huán)水冷卻時(shí)，K＝110－175；
A——油箱散熱面積；
——系統(tǒng)溫升。
當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量H等于其散發(fā)出去的熱量時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡，此時(shí)：
＝H/KA
當(dāng)六面體油箱長、寬、高比例為1：1：1－1：2：3 且液面高度是油箱高度的0.8倍時(shí)，其散熱面積的近似計(jì)算公式為：
A=0.056
所以可以導(dǎo)出：
＝ （5－7）式中 V——油箱的有效容量。
取散熱系數(shù)K=15，將數(shù)值代入公式（5-7）得：
＝
＝67.6
此溫升超過了許用范圍，＝30－50，增大油箱面積，取V＝8×14＝112L，并且取系數(shù)K=20，重新帶入數(shù)值計(jì)算得：
＝
＝41.8
所以滿足了許用溫升要求。至此，系統(tǒng)校核完畢，從整個(gè)過程來看，此設(shè)計(jì)滿足使用需求。
6 液壓動(dòng)力源裝置的設(shè)計(jì)
液壓動(dòng)力源（即液壓泵站）是多種元、附件組合而成的整體。是為一個(gè)或幾個(gè)系統(tǒng)存放一定清潔度的工作介質(zhì)，并輸出一定壓力、流量的液體動(dòng)力，兼作整體式液壓站安放液壓控制裝置基座的整體裝置。，液壓動(dòng)力源是整個(gè)液壓系統(tǒng)或液壓站的一個(gè)重要部件，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣，對(duì)液壓設(shè)備性能關(guān)系很大。
6.1 液壓泵站的結(jié)構(gòu)形式
????液壓泵站上泵組的布置方式分成上置式和非上置式。泵組置于油箱上的上置式液壓泵站中，采用立式電動(dòng)機(jī)并將液壓泵置于油箱之內(nèi)時(shí)，稱為立式（圖6-1）；采用臥式電動(dòng)機(jī)時(shí)稱為臥式（圖6-2）。非上置式液壓泵站中，泵組與油箱并列布置的為旁置式（圖6-3）；泵組置于油箱下面時(shí)為下置式（圖6-4）；
????????????????
圖6-1???????????????? ?圖6-2?
Fig.6-1 Fig.6-2
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圖6-3???????????????????? 圖6-4?
Fig.6-1 Fig.6-1
按泵組流量特性分為定量型和變量型；按泵組驅(qū)動(dòng)方式分為電動(dòng)型、機(jī)動(dòng)型和手動(dòng)型。
本設(shè)計(jì)采用上置式液壓動(dòng)力源，即泵組布置在油箱之上的動(dòng)力源，當(dāng)電動(dòng)機(jī)臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時(shí)，稱為臥式液壓動(dòng)力源。當(dāng)電動(dòng)機(jī)立式安裝，液壓泵置于油箱內(nèi)時(shí)，稱為立式液壓動(dòng)力源。上置式液壓動(dòng)力源站地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置于油箱內(nèi)的立式安裝動(dòng)力源，噪聲低且便于收集漏油。這種結(jié)構(gòu)在中、小功率液壓站中被廣泛采用。本次設(shè)計(jì)即采用這種結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用臥式動(dòng)力源時(shí)，由于液壓泵置于油箱之上，必須注意各類液壓泵的吸油高度，以防液壓泵進(jìn)油口產(chǎn)生過大的真空度，造成吸空或氣穴現(xiàn)象。而立式安裝的動(dòng)力源則可避免這種情況的發(fā)生。
7 液壓裝置的總體配置
液壓裝置按其總體配置分為分散配置型和集中配置型兩種主要結(jié)構(gòu)類型。
集中配置型液壓裝置通常是將系統(tǒng)的執(zhí)行器安放在主機(jī)上，而將液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助元件等獨(dú)立安裝在主機(jī)之外，即集中設(shè)置所謂液壓站。
液壓站按控制裝置位置和液壓站功能分為動(dòng)力型和復(fù)合型。其中復(fù)合型又分為整體式和分離式；按液壓站規(guī)模分為單機(jī)型、機(jī)組型和中央型；按通用化程度分為專用型和通用型。本次設(shè)計(jì)采用復(fù)合型整體液壓站設(shè)計(jì)。
復(fù)合型液壓站是將系統(tǒng)中液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、油箱及其附件、液壓控制裝置及其他輔助元件等均安