液壓馬達制定液壓系統的基本方案和草圖
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       (1)制定調速方案
    液壓執行元件確定之后,其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。
    方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現。對于一般中小流量的液壓系統,大多通過換向閥的有機組合實現所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統,現多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。
    速度控制通過改變液壓執行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現。相應的調速方式有節流調速、容積調速以及二者的結合——容積節流調速。
    節流調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行元件的流量來調節速度。此種調速方式結構簡單,由于這種系統必須用溢流閥,故效率低,發熱量大,多用于功率不大的場合。
    容積調速是靠改變液壓泵或火影忍者博人传日语中字的排量來達到調速的目的。其優點是沒有溢流損失和節流損失,效率較高。但為了散熱和補充泄漏,需要有輔助泵。此種調速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統。
    容積節流調速一般是用變量泵供油,用流量控制閥調節輸入或輸出液壓執行元件的流量,并使其供油量與需油量相適應。此種調速回路效率也較高,速度穩定性較好,但其結構比較復雜。
    節流調速又分別有進油節流、回油節流和旁路節流三種形式。進油節流起動沖擊較小,回油節流常用于有負載荷的場合,旁路節流多用于高速。
    調速回路一經確定,回路的循環形式也就隨之確定了。
    節流調速一般采用開式循環形式。在開式系統中,液壓泵從油箱吸油,壓力油流經系統釋放能量后,再排回油箱??交羋方峁辜虻?,散熱性好,但油箱體積大,容易混入空氣。
    容積調速大多采用閉式循環形式。閉式系統中,液壓泵的吸油口直接與執行元件的排油口相通,形成一個封閉的循環回路。其結構緊湊,但散熱條件差。
    (2)制定壓力控制方案
    液壓執行元件工作時,要求系統保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內工作,也有的需要多級或無級連續地調節壓力,一般在節流調速系統中,通常由定量泵供油,用溢流閥調節所需壓力,并保持恒定。在容積調速系統中,用變量泵供油,用安全閥起安全?;ぷ饔?。
    在有些液壓系統中,有時需要流量不大的高壓油,這時可考慮用增壓回路得到高壓,而不用單設高壓泵。液壓執行元件在工作循環中,某段時間不需要供油,而又不便停泵的情況下,需考慮選擇卸荷回路。
    在系統的某個局部,工作壓力需低于主油源壓力時,要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。
    (3)制定順序動作方案
    主機各執行機構的順序動作,根據設備類型不同,有的按固定程序運行,有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構多為手動,一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執行機構的順序動作多采用行程控制,當工作部件移動到一定位置時,通過電氣行程開關發出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續的動作。行程開關安裝比較方便,而用行程閥需連接相應的油路,因此只適用于管路聯接比較方便的場合。
    另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動,經過一段時間,當泵正常運轉后,延時繼電器發出電信號使卸荷閥關閉,建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機床,擠壓機壓力機等場合。當某一執行元件完成預定動作時,回路中的壓力達到一定的數值,通過壓力繼電器發出電信號或打開順序閥使壓力油通過,來啟動下一個動作。
    (4)選擇液壓動力源
    液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供,液壓源的核心是液壓泵。節流調速系統一般用定量泵供油,在無其他輔助油源的情況下,液壓泵的供油量要大于系統的需油量,多余的油經溢流閥流回油箱,溢流閥同時起到控制并穩定油源壓力的作用。容積調速系統多數是用變量泵供油,用安全閥限定系統的最高壓力。
    為節省能源提高效率,液壓泵的供油量要盡量與系統所需流量相匹配。對在工作循環各階段中系統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。對長時間所需流量較小的情況,可增設蓄能器做輔助油源。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的人口要裝有粗過濾器,進入系統的油液根據被?;ぴ囊?,通過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱,可在回油路上設置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據液壓設備所處環境及對溫升的要求,還要考慮加熱、冷卻等措施。
        繪制液壓系統圖
    整機的液壓系統圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復多余的元件,力求系統結構簡單。注意各元件間的聯鎖關系,避免誤動作發生。要盡量減少能量損失環節。提高系統的工作效率。
    為便于液壓系統的維護和監測,在系統中的主要路段要裝設必要的檢測元件(如壓力表、溫度計等)。
    大型設備的關鍵部位,要附設備用件,以便意外事件發生時能迅速更換,保證主機連續工作。
    各液壓元件盡量采用國產標準件,在圖中要按國家標準規定的液壓元件職能符號的常態位置繪制。對于自行設計的非標準元件可用結構原理圖繪制。
系統圖中應注明各液壓執行元件的名稱和動作,注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號,并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。
2.4液壓元件的選擇與專用件設計
2.4.1液壓泵的選擇
1)確定液壓泵的最大工作壓力Pp
Ppp1+∑Δp
式中 P1——液壓缸或液壓馬達最大工作壓力;
∑Δp——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達入口之間總的管路損失。∑Δp的計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進行,初算時可按經驗數據選?。汗藶芳虻?、流速不大的,取∑Δp =(0.2~0.5) MPa;管路復雜,進口有調速閥的,取∑Δp =(0.5—1.5)MPa。
    2)確定液壓泵的流量Qp多液壓缸或液壓馬達同時工作時,液壓泵的輸出流量應為
           Qp≥K (Qmax)
式中 K——系統泄漏系數,一般取K=1.1~1.3;
Qmax——同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量,可從( Q-t)圖上查得。對于在工作過程中用節流調速的系統,還須加上溢流閥的最小溢流量,一般取0.5×10-4m3/s。
    系統使用蓄能器作輔助動力源時
    QP∑ViK/Tt
式中K——系統泄漏系數,一般取K=1.2:
    Tt——液壓設備工作周期(s);
    Vi——每一個液壓缸或液壓馬達在工作周期中的總耗油量(m3);  ‘
     z——液壓缸或液壓馬達的個數。
    3)選擇液壓泵的規格根據以上求得的pP,和Qp值,按系統中擬定的液壓泵的形式,從產品樣本或手冊中選擇相應的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備,所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%~60%。
    4)確定液壓泵的驅動功率在工作循環中,如果液壓泵的壓力和流量比較恒定,即( p-t)、(Q-t)圖變化較平緩,則
p=pPQpp
式中pP——液壓泵的最大工作壓力(Pa);
QP——液壓泵的流量(m^3/s);
ηp——液壓泵的總效率,參考表2.4-1選擇。
    表2.4-1液壓泵的總效率
液壓泵類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.60.7
0.650.80
0.600.75
0.800.85
    限壓式變量葉片泵的驅動功率,可按流量特性曲線拐點處的流量、壓力值計算。一般情況下,可取pP= 0.8pPmax,QP=Qn,
    pP=0.8pPmaxQn/ηp
式中pPmax——液壓泵的最大工作壓力(Pa);
        Qn——液壓泵的額定流量(m3/s)。
    在工作循環中,如果液壓泵的流量和壓力變化較大,即( Q-t),(p-t)曲線起伏變化較大,則須分別計算出各個動作階段內所需功率,驅動功率取其平均功率
   
Ppc=(P1^2*t1+P2^2*t2+……Pn^2*tn)/(t1+t2+……tn)
式中t1、t2、…tn—— 一個循環中每一動作階段內所需的時間(s);
     P1、P2、…Pn——一個循環中每一動作階段內所需的功率(W)。
按平均功率選出電動機功率后,還要驗算一下每一階段內電動機超載量是否都在允許范圍內。電動機允許的短時間超載量一般為25%。
2.4.2液壓閥的選擇
    1)閥的規格,根據系統的工作壓力和實際通過該閥的最大流量,選擇有定型產品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選??;選擇節流閥和調速閥時,要考慮最小穩定流量應滿足執行機構最低穩定速度的要求。
    控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些,必要時也允許有20%以內的短時間過流量。
2)閥的型式,按安裝和操作方式選擇。
2.4.3蓄能器的選擇
    根據蓄能器在液壓系統中的功用,確定其類型和主要參數。
    1)液壓執行元件短時間快速運動,由蓄能器來補充供油,其有效工作容積為
   ΔV=AiliK - QPt
式中A-液壓缸有效作用面積(m^2);
     l-液壓缸行程(m);
     K-油液損失系數,一般取K=1.2;
    QP-液壓泵流量(m^3/s);
     t-動作時間(s)。
  2)作應急能源,其有效工作容積為:
    .    △V=AiliK
式中∑Aili——要求應急動作液壓缸總的工作容積(m^3)。
有效工作容積算出后,根據有關蓄能器的相應計算公式,求出蓄能器的容積,再根據其他性能要求,即可確定所需蓄能器。
2.4.4管道尺寸的確定
    (1)管道內徑計算
    d=4Q/πv
式中  Q-通過管道內的流量( m^3/s);
v-管內允許流速(m/s),見表2.4-2。
  表2.4-2允許流速推薦值
  
推薦流速/(m/s)
液壓泵吸油管道
0.51.5,一般常取1以下
液壓系統壓油管道
36,壓力高,管道短,粘度小取大值
液壓系統回油管道
1.52.6
    計算出內徑d后,按標準系列選取相應的管子。
    (2)管道壁厚δ的計算
    δ=pd/2[σ]
式中  p-管道內最高工作壓力(Pa);
      d-管道內徑(m);
   [σ]-管道材料的許用應力(Pa),[σ]= σb/n;
    σb-管道材料的抗拉強度(Pa);
      n-安全系數,對鋼管來說,p< 7MPa時,取n=8;p<17.5MPa時,取n=6;p>17.5MPa時,取n=4。
2.4.5油箱容量的確定
    初始設計時,先按下式確定油箱的容量,待系統確定后,再按散熱的要求進行校核。
    油箱容量的經驗公式為
    V =aQv
式中Qv——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積(m^3);
     a——經驗系數,見表2.4-3。
2.4-3經驗系數Ⅱ
系統類型
行走機械
低壓系統
中壓系統
鍛壓機械
冶金機械
a
1~2
2~4
5~7
6~12
10
在確定油箱尺寸時,一方面要滿足系統供油的要求,還要保證執行元件全部排油時,油箱不能溢出,以及系統中最大可能充滿油時,油箱的油位不低于最低限度。

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