液压传动与液压机设计

1. 液压传动概述

1.1 液压传动原理

1.1.1 液压传动的工作原理

• 液压传动是利用液体作为介质来传递能量的。在液压系统中，动力元件（如液压泵）将机械能转换为液压能，通过压力和流量来传递能量。
• 液压介质在压力作用下，通过管道和控制元件（如液压阀）流向执行元件（如液压缸），执行元件将液压能转换为机械能，从而实现各种机械动作。

1.1.2 液压传动的特点

• 液压传动具有易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速等优点。
• 液压传动在传递运动时较为平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故。
• 液压传动具有自动润滑、元件寿命较长的特点，易于实现标准化、系列化。

1.2 液压传动的应用

1.2.1 工业领域

• 液压传动在工业领域中的应用非常广泛，如机床、工程机械、矿山机械等。
• 在机床中，液压传动用于实现各种加工动作，如切削、钻孔、磨削等。
• 在工程机械中，液压传动用于实现挖掘、起重、装载等动作。

1.2.2 交通运输

• 液压传动在交通运输领域也有广泛的应用，如汽车、船舶、航空等。
• 在汽车中，液压传动用于实现制动、转向、悬挂等动作。
• 在船舶中，液压传动用于实现舵机控制、甲板机械等动作。

2. 液压机设计

2.1 设计要求

2.1.1 设计目的

• 液压机设计是液压传动课程的一个综合实践性教学环节，通过该教学环节，巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤。
• 培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件。

2.1.2 设计题目

• 本次设计一台小型液压压力的液压系统，工作循环为：快速空程下行→慢速加压→保压→快速回程→停止。
• 快速往返的速度为3m/min，加压速度为40~250mm/min。压制力为220kN，运动部件的自重为25000N。

2.2 负载工况分析

2.2.1 工作负载

• 液压机的液压系统中，液压机的压制力即为工件的负载力为Ft。根据题意，最大负载力为220kN。

2.2.2 惯性负载

• 惯性负载是运动部件的速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算。
• 启动、制动换向时间本次设计拟取为0.2s，最大移动速度，即快进、快退速度为3.0m/min。

2.2.3 阻力负载

• 在本次的设计中拟取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1；取静摩擦；动摩擦阻力。
• 取运动部件对导轨的法向作用力等于运动部件的自重。

2.2.4 绘制速度负载循环图

• 由此可得出液压缸的在各工作阶段的负载如表2-1以及负载循环图如图2.1。

2.3 液压缸主要参数的确定

2.3.1 液压缸的选型

• 液压缸选用双作用单活塞杆液压缸，活塞在行程终了时缓冲。因为工作过程中需要往复运动，油缸被活塞头分隔为两腔，侧面有两个进油口。

2.3.2 初选液压缸工作压力

• 液压系统的压力可以根据表3.1和3.2进行初选。

2.3.3 确定液压缸主要尺寸

• 初步计算液压缸的内径D和活塞杆的直径d。

2.3.4 活塞杆的稳定性校核

• 对于活塞杆的行程不会超过600mm，活塞杆的直径为80mm的情况，无需进行稳定性校核。

2.3.5 计算液压缸各个阶段压力和流量

• 计算快速下行阶段的压力、慢速加压阶段的压力、快速回程阶段的流量。

2.3.6 绘制液压系统的工况图

• 根据以上的计算的结果，完善一下的工况表3-6。

2.3.7 液压缸壁厚和外径的计算

• 计算液压缸壁厚和外径。

2.3.8 确定液压缸活塞的宽度

• 确定液压缸活塞的宽度。

2.4 拟订液压系统原理图

2.4.1 调速回路的选择

• 进油节流调速回路在停止后启动的时候，由于进油路上的节流阀控制流量，活塞前冲很小，甚至没有冲击。

2.4.2 换向回路的选择

• 液压缸的运动方向采用三位四通O型中位机能的电磁换向阀，停机时，换向阀处于中位。

2.4.3 速度换接回路的选择

• 当液压机部件从快速下行转为慢速加压时，为了换接平稳，可选用二位二通电磁换向阀来控制速度换接。

2.4.4 保压回路的选择

• 根据系统的工作循环要求，在液压机慢速加压完成以后，液压机要求能够保压一定的时间。

2.4.5 平衡回路的选择

• 自控式单向顺序阀的平衡回路，当换向阀1切换至左位时，液压缸3的活塞向下运动，缸下腔的油液经单向顺序阀2中的顺序阀流回油箱。

2.4.6 绘制液压原理图

• 选定调速方案和液压基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路，如控制油路、润滑油路、测压油路等。

2.4.7 电磁铁动作顺序列表

• 根据以上分析可以列出如下表4-1所示的电磁铁动作顺序列表。

2.4.8 液压系统工作原理

• 结合以上分析，液压系统工作原理为：快速下行、慢速加压、保压、快速回程、停止。

2.5 选择液压元件

2.5.1 液压泵的确定

• 计算系统的压力和泵的流量的确定，选择液压泵的规格。

2.5.2 驱动电机的选择

• 根据液压泵的功率，选择驱动电机的功率。

2.5.3 选择液压控制阀

• 选择液压控制阀的型号和规格。

2.5.4 油管的计算和选择

• 根据液压系统的工作压力和流量，计算油管的直径和长度。

2.5.5 油箱容量的确定

• 根据液压系统的流量和油液的体积，确定油箱的容量。

2.5.6 选择液压油

• 根据液压系统的温度和工作环境，选择合适的液压油。

2.6 液压系统性能的验算

2.6.1 油路压力损失的计算

• 计算油路压力损失，确保液压系统正常工作。

2.6.2 验算系统的温升

• 验算系统的温升，确保液压系统的工作温度在允许范围内。

2.7 结论

2.7 结论

• 通过本次设计，掌握了液压传动的基本原理和液压机设计的一般方法。
• 学会了计算液压系统的主要参数，绘制液压系统原理图，选择液压元件。
• 对液压系统的性能进行了验算，提高了液压系统设计的实践能力。