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淺談液壓機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用研究論文
1 前言
該液壓壓力機(jī)工作壓力、壓制速度、空載快速下行和減速的行程范圍可根據(jù)工藝進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，該液壓機(jī)能完成一般壓制制造工作。該液壓機(jī)系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)傳動(dòng)，采用緊湊、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，動(dòng)作靈敏且可靠。
液壓機(jī)有主機(jī)和液壓系統(tǒng)兩大組成部分，技術(shù)發(fā)展成熟，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)都采用集成化、插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)封閉式設(shè)計(jì)，采用集成塊可以進(jìn)行專業(yè)化的生產(chǎn)，質(zhì)量好、性能可靠同時(shí)設(shè)計(jì)的周期也比較短。
2 液壓壓力機(jī)控制系統(tǒng)
根據(jù)實(shí)際工作要求，進(jìn)行液壓機(jī)工作壓力、流量確定，以滿足實(shí)際工作要求。首先進(jìn)行壓力機(jī)的工況分析完成壓力工作過程圖分析，其次要進(jìn)行壓力機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)，最后根據(jù)實(shí)際工作要求進(jìn)行相應(yīng)的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以滿足壓力機(jī)自動(dòng)控制。
2。1 工況分析
該液壓系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)：快速空程下行—慢速加壓—保壓—快速回程—停止工作循環(huán)。加壓速度為40—250mm/min，工作行程400mm，快速往返速度為3m/min，運(yùn)動(dòng)部件總重力為25000N，壓制力為300000N。液壓缸外負(fù)載：F= F壓+ F磨+F慣+F密+G式中，F(xiàn) 壓：工作負(fù)載；F 慣：運(yùn)動(dòng)部件慣性負(fù)載，液壓缸垂直安裝，摩擦力相對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件自重，可忽略不計(jì)，F(xiàn)磨：導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力；F 密：由于液壓缸密封所造成的運(yùn)動(dòng)阻力；G：運(yùn)動(dòng)部件自重。
液壓缸各種外負(fù)載值：
�。�1）工作負(fù)載：液壓機(jī)壓制力F壓=300000N
（2）慣性負(fù)載：F慣= GΔVgΔt = 295。080×00×。33 ≈25510。20N
�。�3）運(yùn)動(dòng)部件自重：G=25000N
�。�4）密封阻力F密=0。1F（F為總的負(fù)載）
�。�5）摩擦力液壓缸垂直安裝，摩擦力較小，可忽略不計(jì)。
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載。按照給定要求計(jì)算所得外負(fù)載表完成速度循環(huán)圖與負(fù)載循環(huán)圖。
2。2 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖
2。3 機(jī)電氣控制原理圖
3 液壓元件選擇計(jì)算
液壓元件中液壓缸屬于計(jì)算元件，根據(jù)負(fù)載及實(shí)際工作狀況進(jìn)行計(jì)算確定的元件，液壓閥及液壓管件根據(jù)實(shí)際工作壓力，流量選擇標(biāo)準(zhǔn)件，具體設(shè)計(jì)步驟如下所示。
3。1 液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算
液壓缸設(shè)計(jì)可以先通過計(jì)算獲得基本尺寸，尺寸確定后還必須做相應(yīng)的壓力載荷校驗(yàn)，確保該液壓缸可以滿足一定的負(fù)載需求，能夠可靠的工作。
3。1。1 主要尺寸的確定
工作壓力p 可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器類型初步確定，先查表取液壓缸工作壓力為25MPa。液壓缸缸筒內(nèi)徑D和液壓缸活塞桿外徑d 的確定：由負(fù)載圖知最大負(fù)載F 為305555。56N，按表可取p2 為0MPa，ηcm 為0。95，考慮到快進(jìn)、快退速度相等，取d/D 為0。7。將上述數(shù)據(jù)代入液壓缸缸筒內(nèi)徑計(jì)算公式，可得液壓缸缸筒內(nèi)徑：D = 4Fπ= 4×305555。563。14×25×106 ×0。95{1— 2000[1—（0。7）2]} =128。02mm由液壓缸缸筒內(nèi)徑（缸徑）尺寸系列表查得D=160mm�；钊睆絛，按d/D=0。7，d=112mm。由液壓缸活塞桿外徑（桿徑）尺寸系列表，取d=125mm。由此求得液壓缸的實(shí)際有效面積為：A1 = πD24 = π×0。1624 =0。0201m2A2 = π× （ ） D2 —d24 = π×0。162 —0。12524 =0。0078m2初步計(jì)算液壓缸最大工作壓力：Pn = FA1 = 3005。505250。156 =15。20MPa按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式：A > Qminvmin = 0。1×1034 =25cm2式中，Qmin是調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為0。1 L/min 液壓缸節(jié)流腔有效面積取無桿腔面積，即A1 =π4D2 = 3。414 ×162 =200。96cm2，200。96>25 不等式滿足，故液壓缸能夠達(dá)到所需穩(wěn)定工進(jìn)速度。
3。1。2 液壓缸尺寸校核
�。�1）液壓缸工作壓力的確定：根據(jù)設(shè)備的類型初選工作壓力P=25MPa
�。�2）液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿d 的確定：前面的計(jì)算以得出D=16cm，d=12。5cm
（3）液壓缸壁厚的確定和外徑的確定：a。 起重運(yùn)輸機(jī)械的液壓缸，一般采用無縫鋼管制造，無縫鋼管大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算：
δ py D2[σ]，py =1。5pn =1。5×16。58=24。87MPa現(xiàn)取[σ]=100MPa：δ 242。8×71×01060 =19。90mm查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)系列取δ =20mm 。缸體的外徑為：D1 袲 +2δ =160+2×20=200mm ，選取D1=200mm，壁厚δ =20mm 的無縫鋼管。
（4）液壓缸工作行程為400mm。
�。�5）缸蓋厚度的確定：有效厚度t 按強(qiáng)度用以下公式近似計(jì)算：t 0。433D2py D2[σ]（D2 —d0），t 0。433×0。16× 24。87×106 ×0。16100× （0。16—0。035）
�。�6）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度從活塞支撐面到缸蓋滑動(dòng)軸承支撐面中點(diǎn)的距離，導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，影響液壓缸的穩(wěn)定性。對(duì)一般液壓缸，要求最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求：H l20 + D2H l20 + D2= 42000 + 1620 =100mm活塞寬度B 一般取B=（0。6~1。0）D，B=96~160mm，現(xiàn)取B=130mm。缸蓋的滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度A，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而確定，當(dāng)D<80mm a="（0。6~1。0）D，當(dāng)D">80mm 時(shí)，取A=（0。6~1。0）d，因?yàn)镈=160mm>80mm，故A=（0。6~1。0）d=75~125mm，現(xiàn)取A=90mm。A +B2 = 1302+90 =1100mm>H 可滿足導(dǎo)向要求。3。1。3 計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量Q=π4d2 v =π4×0。1252 ×3=36。80L/minQ 1 =π4D2 v =π4×0。162 ×0。25=5。02L/min 2 =π4D2 v =π4×0。162 ×0。04=0。80L/minQ =π4 D2 —d2 v =π4× （0。162 —0。1252） ×3=23。49L/min
3。2 選擇泵
3。2。1 泵的壓力
考慮正常工作油路有壓力損失， 故泵的工作壓力為pp =p1 +ΣΔp ，ΣΔp —進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0。8MPa。pp =p1 +ΣΔp =16。58+0。8=17。38MPa ，在本系統(tǒng)中靜壓力pn =1。4pp =24。33MPa 。取Pn=25MPa
3。2。2 泵的流量的確定
液壓泵的最大流量為：qp 袺L（Σq）max =1。2×36。8=44。12 L/min，取qp=45L/min。以上計(jì)算得出的qp和pp，查液壓有關(guān)手冊(cè)，選擇CY14—1B 型斜盤式軸向柱塞泵，泵的參數(shù)為：每轉(zhuǎn)的排量q0 =2。5~250mL/r ，泵的額定壓力，pn=32MPa，轉(zhuǎn)速1470r/min。與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定：由手冊(cè)選擇Y100L2—4 型三相異步電動(dòng)機(jī)，功率3kw，額定轉(zhuǎn)速1470r/min 。
3。3 液壓閥的選擇
3。4 壓力機(jī)管道尺寸
�。�1）一般油路管道內(nèi)可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可計(jì)算得到，即可按照管路允許的流速、流量進(jìn)行。本系統(tǒng)壓油管的允許流速取v=5m/s，主油路差動(dòng)時(shí)流量q=60。29L/min。d =4。6 qv =4。6× 605。29 =15。97mm ，d=16mm。綜合諸因素及系統(tǒng)上面各閥的通徑取d=16mm，吸油管的直徑參照CY14—1B 變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d=42mm。
�。�2）液油箱容積的確定：本系統(tǒng)供油壓力為高壓系統(tǒng)，所以液壓油箱有效容量取泵額定流量的5～7 倍，經(jīng)分析該液壓機(jī)選用容量為400L的油箱。
4 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)驗(yàn)算
根據(jù)壓力的工作需求必須進(jìn)行壓力機(jī)的系統(tǒng)驗(yàn)算，以保證壓力機(jī)能可靠穩(wěn)定的完成設(shè)備正常運(yùn)行，確保壓力機(jī)的壓力損失在正常范圍。
4。1 工進(jìn)進(jìn)油路的壓力損失
運(yùn)動(dòng)部件快進(jìn)時(shí)的最大速度為0。25 mm/s，最大流量為5。02L/min，流速為：V1 = qπ4d2 = 4×5。02×103π×1。62 =2498。01cm/min=416。3mm/s管道的雷諾數(shù)Re1 為Re1 = V1dυ = 41。613。5×1。6 =44。41 ，Re1<2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程壓力損失Δp1—1為Δp1—1 =λldρV 22 =1。69× 0。70。+0116+1 × 920×0。416322 =0。023MPa液壓元件換向閥產(chǎn)生的壓力損失Δp1—2=0。05MPa，忽略油液通過油路板處及管接頭處產(chǎn)生的局部壓力損失，最終計(jì)算進(jìn)油路的總壓力損失Δp1為：Δp1=Δp1—1+Δp1—2=0。023+0。05=0。073MPa。
4。2 工進(jìn)回油路的壓力損失
V2 = V1 2 = 4126。3 =208。15mm/s ，管 道 的 雷諾 數(shù) Re2 為Re2 = V2dυ = 20。8115。5×1。6 =22。20 ，Re2<2300，油液在管道內(nèi)的流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)λ = 75 Re2 = 227。520 =3。38 ，回油路管道沿程壓力損失Δp2—1為：Δp2—1 =λldρV 22 =3。38× 0。20。156 × 920×0。2081522 =0。0105MPa換向閥壓力損失Δp2—2=0。025MPa；調(diào)速閥的壓力損失Δp2—3=1MPa�；赜吐返目倝毫p失：Δp2=Δp2— 1+Δp2— 2+Δp2— 3=0。0105+0。025+1=1。036MPa變量泵出口處的壓力Pp：pp = F/ηcm +A2Δp2A1 +Δp1 = 300000/0。95+7。83×10—3 ×1。036620。10×10—3 +0。073×106 =16。19MPa
4。3 快進(jìn)進(jìn)油路的壓力損失
快進(jìn)時(shí)液壓缸為差動(dòng)連接，流量60。29L/min，V1 = qπ4d2 = 4×60。29×1033。14×1。62 ×60 =5000mm/s ，管道的雷諾數(shù)Re1 為：Re1 = V1dυ = 5001�！�51。6 =533。3 ，Re1<2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)λ = 75 Re1 = 53735。3 =0。141。進(jìn)油管DE的沿程壓力損失Δp1—1為：Δp1—1 =λldρv2 =0。141× 0。0116 × 920×522 =0。101MPa 。同樣可求主要管道段的沿程壓力損失Δp1—2，Δp1—3。V2 = qπ4d2 = 4×36。8×1033。14×1。62 ×60 =3052mm/sV3 = qπ4d2 = 4×23。49×1033。14×1。62 ×60 =1948mm/s管道的雷諾數(shù)Re2，Re3為：Re2 = V2dυ = 305。12。5×1。6 =325 ；Re3 = V3dυ = 194。18。5×1。6 =208 ，e2、Re3<2300，油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)：λ2 = 75 Re2 = 37255 =0。23；λ3 = 75 Re3 = 27058 =0。36。Δp1—2 =λ2ldρv22 =0。23× 01。0。716 × 920×3。0522 =0。105MPaΔp1—3 =λ3ldρv22 =0。36× 01。0。516 × 920×1。9422 =0。058MPa換向閥壓力損失為Δp1—4=0。17MPa，Δp1—5=0。17MPa。泵的出口壓力為：Δpp=Δp1—1+Δp1—2+Δp1—3+Δp1—4+Δp1—5=0。101+0。105+0。058+0。17+0。17=0。604MPa快退時(shí)壓力損失驗(yàn)算從略。
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