1、第八章典型的液压与气压传动系统第八章典型的液压与气压传动系统第九章液压与气压传动系统的设计计算第九章液压与气压传动系统的设计计算液压与气动技术液压与气动技术主讲教师：莫秋云主讲教师：莫秋云第八章典型的液压与气压传动系统 通常，机器或机械设备中的液压与气压传动部分称为液压与气压传动系统。当机器或设备的工作主体是用液压或气压来传动时，则它称为液压与气压设备。 阅读和分析液压与气动传动系统图的大致步骤和方法是： （1）了解设备的用途及对液压与气压传动系统的要求； （2）初步浏览各执行元件的工作循环过程，所含元件的类型、规格、性能、功用和各元件之间的关系； （3）分析每一执行元件的子系统，搞清楚基本回
2、路参照动作顺序表读懂子系统； （4）分析各子系统之间的联系，并读懂在系统中是如何实现。 （5）在全面读懂系统的基础上，归纳总结整个系统有哪些特点，以便加深对系统的理解。本章主要内容：本章主要内容：1 1、YT4543 YT4543 型动力滑台液压系统型动力滑台液压系统2 2、气压传动机械手气压系统、气压传动机械手气压系统8383、剪板机液压系统、剪板机液压系统4 4、 Q Q2 2型汽车起重机液压系统型汽车起重机液压系统概述概述 组合机床是适用于大批大量零件加工的一种金属切削机床。组合机床能完成钻、扩、铰、镗、铣、攻丝钻、扩、铰、镗、铣、攻丝等加工工序。动力滑台是组合机床的通用部件，根据加工工
3、艺要求，可在滑台台面上安装动力箱、多轴箱及各种专用切削头等动力部件，按一定动作循环完成进给运动。 动力滑台有机械和液压两类。由于液压动力滑台的机械结构简单，配上电器后实现进给运动的自动工作循环容易，又可以方便地对工进速度进行调节，因此它的应用比较广泛。 8.1YT45438.1YT4543型组合机床动力滑台液压系统的工作原型组合机床动力滑台液压系统的工作原理理1 1、YT4543YT4543型组合机床动力滑台液压系统的工作原理型组合机床动力滑台液压系统的工作原理YT4543YT4543型动力滑台液压系统工作原理动画型动力滑台液压系统工作原理动画滑台动作循环：滑台动作循环：快进快进一工进一工进二
4、工进二工进停停留留快退快退原位停止原位停止2 2、YT4543YT4543型动力滑台液压系统控制元件的动作顺序表如下型动力滑台液压系统控制元件的动作顺序表如下 电磁铁、压力继电器和行程阀动作顺序表电磁铁、压力继电器和行程阀动作顺序表 根据以上液压系统不同工作循环时的回路，得到相应的进油路和回油路、控制元件动作顺序。1）快进）快进进油路进油路：过滤器泵14单向阀13液动换向阀12左位行程阀8 液压缸7左腔回油路回油路：液压缸7右腔液动换向阀12左位单向阀3行程阀8液压缸7左腔2）第一工进）第一工进进油路进油路：过滤器泵14单向阀13液动换向阀12左位调速阀4电磁换向阀9右位液压缸7左腔回油路回油
5、路：液压缸7右腔液动换向阀12左位液压顺序阀2背压阀1油箱3）第二次工进）第二次工进第二次工作进给的油路基本与第一次工作进给的油路相同，不同的是当第一次工作进给到指定位置时，滑台上行程挡铁压下行程开关，发出电信号使电磁铁3YA得电，电磁换向阀9左位接入油路，这时液压油必须通过调速阀4和调速阀10进入液压缸7的左腔。回油路和第一次工作进给完全相同。4）死挡铁停留）死挡铁停留当滑台完成第二次工作进给后，碰上死挡铁，滑台停止运动，使液压缸7左腔压力升高，当压力升高到根据工艺要求的压力继电器5的调定值时，压力继电器发出信号给时间继电器，使滑台在死挡铁停留一定时间后再开始下一动作。停留时间由时间继电器来
6、调定。5）快退）快退 滑台停留时间结束后，时间继电器发出滑台快退信号，使电磁铁1YA断电，2YA通电，先导电磁阀右位接入系统，液动换向阀右位也接入系统。进油路过滤器泵14单向阀13液动换向阀12右位液压缸7右腔回油路液压缸7左腔单向阀6阀液动换向12右位油箱6）原位停止）原位停止 滑台快速退回到原位，挡块压下行程开关，发出信号，使电磁铁1YA、2YA和3YA全部断电，先导电磁阀11和液动换向阀12处在中位，滑台停止运动。此时液压泵输出的液压油经单向阀13和液动换向阀12中位流回油箱，在低压下卸荷（维持低压为了下次启动时能使液动换向阀12动作）。3 3、YT4543YT4543型组合机床动力滑台
7、液压系统的特点型组合机床动力滑台液压系统的特点1）采用了限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路容积节流调速回路，保证了稳定的低速运动，有较好的速度刚性和较大的调速范围。回油路上的背压阀背压阀使滑台能承受负值负载。2）采用了限压式变量泵限压式变量泵和液压缸的差动连接差动连接实现快进，能量利用合理。3）采用了行程阀行程阀和顺序阀顺序阀实现快进和工进的换接，动作可靠，转换位置精度高。4）采用了三位五通三位五通M型中位机能型中位机能的电液换向阀换向，提高了换向平稳性，减少了能量损失。8.28.2气压传动机械手气压系统气压传动机械手气压系统 气压传动在工业机械手、特别是在高速机械手中应用较多。它的压力一
8、般在0.4-0.6MPa之内，个别的气压系统的压力可达0.8-1.0MPa，其臂力压力一般在3.0MPa以下。下面介绍160t冷压机上气压传动机械手。 气压传动机械手结构示意图气压传动机械手结构示意图 气压传动机械手气压系统的工作原理动画气压传动机械手气压系统的工作原理动画 气压传动机械手气压系统的特点：气压传动机械手气压系统的特点： 1、不用增速机构即能获得较高的运动速度，使其能快速自动完成上料、下料动作。2、结构简单、刚性好、成本低。3、对环境无污染，对管路要求低。4、驱动立柱旋转的气缸采用气液联动缸气液联动缸。8. 38. 3剪板机液压系统剪板机液压系统 剪板机主要用于剪裁金属板，目前大
9、、中型剪板机主传动系统一般采用液压传动。 剪板机主要动作剪板机主要动作是：主液压缸带动刀片运动对板料进行剪切；其辅助动作有压料脚压住板料，防止剪切时产生的力矩使钢板翘起，剪切后托料球抬起，以减小养料时的磨擦力等。 剪板机液压系统工作原理动画剪板机液压系统工作原理动画 液压系统的特点：液压系统的特点： 1、液压系统采用了插装阀插装阀，使系统结构简单，动作快，冲击小。2、在压力调节回路中采用了两级调压回路两级调压回路，并可实现液压系统的卸荷，节省功率。3、由四组插装阀和电磁换向阀组成的换向回路换向回路可实现一个三位五通阀的功能。8.4 8.4 汽车起重机液压系统汽车起重机液压系统1 1、概述、概述
10、 Q28汽车起重机由汽车1、回转机构2、前后支腿3、吊臂变幅缸4、吊臂伸缩缸5、起升机构6和基本臂7组成。能较高速度行走，机动性好；又能用于起重。 起重时，动作顺序为： 放下后支腿放下前支腿调整吊臂长度调整吊臂起重角度起吊回转落下载重收前支腿收后支腿起吊作业结束。 上车部分上车部分( (下车部分下车部分) )回转接头回转接头变幅变幅起升起升伸缩伸缩回转回转前肢退前肢退后肢腿后肢腿2、Q2-8起重机液压系统工作原理起重机液压系统工作原理图图3、Q28汽车起重机液压系统特点汽车起重机液压系统特点1、这是多路换向阀控制系统，油路为串联油路串联油路，各执行元件可以单动，也可以同时动作2、支腿回路采用了
11、双向液压锁双向液压锁，可防止发生“软腿软腿”和支腿自行下落的现象。3、在起升、吊臂伸缩和变幅回路中都设有平衡阀平衡阀，可有效地防止重物因自重自行下落。4、起升马达上设有制动缸，可防止马达因泄漏严重而产生“溜车溜车”现象。第九章液压与气压传动系统第九章液压与气压传动系统的设计计算的设计计算设计计算步骤设计计算步骤1 1 明确设计要求明确设计要求2 2 进行工况分析进行工况分析3 3 确定确定p qp q和排量和排量4 4 拟订系统草图拟订系统草图5 5 选择元件附件选择元件附件6 6 系统性能验算系统性能验算7 7 完成图纸文件完成图纸文件明确设计要求明确设计要求进行工况分析进行工况分析确定确定
12、p ,q p ,q 和排量和排量拟订系统草图拟订系统草图选择元件附件选择元件附件系统性能验算系统性能验算完成图纸文件完成图纸文件通过否通过否? ?Y YN N本章的主要内容本章的主要内容：1 1、明确设计要求、进行工况分析、明确设计要求、进行工况分析2 2、执行元件主要参数的确定、执行元件主要参数的确定3 3、系统原理图的确定、系统原理图的确定4 4、元件的计算和选择、元件的计算和选择5 5、系统性能验算、系统性能验算6 6、绘制正式工作图和编制技术文件、绘制正式工作图和编制技术文件7 7、系统设计计算举例、系统设计计算举例1 1、明确设计要求、明确设计要求 设计要求地任何设计的依据，液压与气
13、压传动系统设计时要明确液压与气压传动系统的动作和性能要求，这里一般需要考虑以下几个方面：1）设备中液压与气压传动的运动及各执行机；2）装置的空间布置、安装形式、重量、外形尺寸的限制等；3）执行机构的载荷形式和大小；4）运动速度及其范围、对平稳性的要求；5）各执行机构的动作、相互关系及操作；6）自动化程度、效率、温升、安全保护、制造成本等要求7）工作环境方面的要求。9.19.1明确设计要求、进行工况分析明确设计要求、进行工况分析对于元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律。通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值列表表示。一般情况下，液压传动系统中液压缸
14、承受的负载由六部分组成，即工作负载、导轨摩擦负载 、惯性负载、重力负载、密封负载、背压负载，前五项构成了液压缸所要克服的机械总负载。1）工作负载工作负载 对于液压机来说，工件的压制抗力为工作负载。对于金属切削机床来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。2）导轨摩擦负载导轨摩擦负载 平导轨：、V形导轨：式中：摩擦系数G运动部件的重力垂直导轨的工作负载V形导轨面的夹角，一般2 2、执行元件的工况分析、执行元件的工况分析WFfF)(NfFGfF2sin)(NfFGfFfNF 903）惯性负载惯性负载4）重力负载重力负载垂直或倾斜放置的运动部件，在没有平衡的情况下，自重也成为一种负载。5）密封负载
15、密封负载密封负载是指密封装置的摩擦力，其值与密封装置的类型和尺寸、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关，计算公式见有关手册。6）背压负载背压负载fF。，轻载低速时取较小值换时间。可取启动、制动或速度转时间内的速度变化值重力加速度式中：stttvgtvgGmaFf5 . 001. 0;gFsFbFcmgiwkbcmgwkbcmgkbcmgikbcmgsbFFFFFFFFFFFFFFFFFFF/）（制动减速阶段：）（工进阶段：）（快速阶段：）（加速阶段：）（启动阶段： 执行元件的主要参数是指其工作压力工作压力和最大流量最大流量。液压传动系统采用的执行元件形式可视主机所要实现的运动种类和性质而定，如
16、下表运动形式运动形式往复直线运动往复直线运动回转运动回转运动往复摆动往复摆动短行程短行程长行程长行程高速高速低速低速摆动马达建议采用的执行元件形式活塞缸柱塞缸液压马达与齿轮齿条机构液压马达与丝杆螺母机构高速液压马达低带液压马达高速液压马达与减速机构9.29.2执行元件主要参数的确定执行元件主要参数的确定根据实际情况选取适当的工作压力，执行元件工作压力可以根据总负载的大小或主机设备类型选取，可参照下表。气压传动控制系统的工作压力一般为0.5MPa左右。按负载选择工作压力按负载选择工作压力各种设备常用系统工作压力各种设备常用系统工作压力负载力负载力/ /kNkN50工作压力工作压力/ /MPaMP
17、a0.811.522.533 44557设备类型设备类型磨床磨床 车、铣、车、铣、镗床镗床组合组合机床机床龙门刨龙门刨床、拉床、拉床床汽车、矿汽车、矿山机械、山机械、农业机械农业机械大中型挖掘机大中型挖掘机械、起重机械、械、起重机械、液压机液压机工作压力/MPa0.82243510101620301 1、初选执行元件的工作压力、初选执行元件的工作压力1）液压缸主要结构尺寸2）液压马达主要参数的确定3 3、复算执行元件的工作压力、复算执行元件的工作压力执行元件背压的估计执行元件背压的估计值值系统类型系统类型背压背压中、低压中、低压系统系统0 8简单系统，一般轻载节流调速系统出口带调速阀的调速系统
18、出口带背压阀带补油泵的闭式回路0.2 0.50.50.80.51.50.81.5中高压系中高压系统统816同上比中低压系统高50100%高压系统高压系统1632如锻压机械等初算时背压可忽略不计2 2、确定执行元件的主要结构参数、确定执行元件的主要结构参数4 4、执行元件的工况图、执行元件的工况图 机床进给液压缸工况机床进给液压缸工况 流量循环图流量循环图压力循环图功率循环图压力循环图功率循环图9.39.3系统原理图的确定系统原理图的确定 系统原理图是表示系统的组成和工作原理的图样，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。拟定系统原理图包含两项内容：一是通过分析、对比选出合适的
19、基本回基本回路路；二是把选出的基本回路进行有机组合，构成完整的系统原理系统原理图图。系统原理图的确定步骤系统原理图的确定步骤： 1、确定执行元件的形式 2、确定回路类型 3、选择合适回路：制订调速控制方案，制订压力控制方案，制订顺序动作控制方案 4、编制整机的系统原理图9.49.4元件的计算和选择元件的计算和选择1 1、动力元件的选择、动力元件的选择 执行元件的尺寸规格及其工作压力与流量确定后，再结合所拟定的液压系统原理图，就可以对系统中的其它元件进行选择或设计。 首先先根据设计要求和系统工况确定液压泵的类型，然后根据液压泵的最大供油量来选择液压泵的规格。2 2、阀类元件的选择、阀类元件的选择
20、 各种阀的额定压力和额定流量，一般应与其工作压力和最大通过流量相接近，必要时，可允许其最大通过流量超过额定流量20%。9.59.5系统性能验算系统性能验算1 1、系统压力损失的计算、系统压力损失的计算管路总的压力损失为：2 2、系统发热温升的验算、系统发热温升的验算系统在工作时所水泵的能量多数转化为热能。必须控制温升在许可范围内，如一般机床;数控机床;粗加工机械、工程机械和机车车辆。根据各阶段的发热量求出系统的平均发热量：油（气）路压力损失回进油（气）路压力损失ppppp;CT3025CT25CT4035;t ;i ;T;W)(1i121各工作阶段持续的时间工作阶段序号工作循环周期与输出功率的
21、差值），等于系统输入功率单位时间发热量（式中：ktPPTniiii9.69.6绘制正式工作图和编制技术文件绘制正式工作图和编制技术文件1 1、绘制正式工作图、绘制正式工作图正式工作图包括按国家标准绘制正规的系统原理图，系统装配图，阀块等非标准无、辅件的装配图及零件图。系统原理图中应附有元件明细表，表中标明各元件的规格、型号和压力、流量调速值。一般还应给出各执行元件的工作循环图和电磁铁动作顺序表。系统装配图是系统布置全貌的总布置图和管路施工图，对液压系统应包括油箱装配图、液压泵站装配图、集成油路块装配图和管路安装图等。2 2、编制技术文件、编制技术文件必须明确设计任务书，据此检查、考核液压系统是
22、否达到设计要求。技术文件包括系统设计计算说明书;系统使用及维护技术说明书; 零部件明细表及标准件、通用件及外购件明细表等;系统有关的其它注意事项。9.79.7系统设计计算举例系统设计计算举例以一台钻镗两用机床液压系统的设计计算为例，对液压与气压传动系统的设计计算进行说明，所要设计的液压系统，要8个14mm孔的加工进给运动。其设计过程如下：1 1、明确系统设计要求、明确系统设计要求该系统工作循环是：快速前进工作进给快速退回原位停止快进、快退速度约为4.5m/min,工进速度在20120mm/min内无级调速，最大行程为400mm（其中工进行程180mm），在进给方向最大切削力18kN，运动部件自
23、重25kN，启动换向时间0.05s，采用水平放置的平导轨，静、动摩擦系数0.2、0.1，油缸机械效率取0.9。2 2、分析系统工况、分析系统工况液压缸在工作过程各阶段的负载经计算如下表3 3、确定工作元件的工作压力、确定工作元件的工作压力 初选液压缸的工作压力：由于负载值大小查表，取p为3MPa。 确定液压缸的主要结构参数：圆整取D=100mm。为了实现快进速度与快退速度相等，采用差动连接，则d=0.707D，所以d=70mm。计算液压缸的工作压力、流量和功率如下表：工作阶段速度v(m/s)负载F/N工作阶段速度v(m/s)负载F/N启动加速9807工进0.003-0.00222778快进0.0752778快退0.0752778mmD261083. 910314. 3227784pF44 4、拟定系统原理图、拟定系统原理图5 5、选择元件、选择元件6 6、系统性能验算、系统性能验算工作阶段工作压力 /MPa输入流量 /(L/min)输入功率P/kW快速进给1.2417.40.36工作进给3.310.960.05快速退回1.67180.51p1q
