液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí),必須從實(shí)際情況出發(fā),有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式,充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
1.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無嚴(yán)格的順序,各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來說,在明確設(shè)計(jì)要求之后,大致按如下步驟進(jìn)行。
1)確定液壓執(zhí)行元件的形式;
2)進(jìn)行工況分析,確定系統(tǒng)的主要參數(shù);
3)制定基本方案,擬定液壓系統(tǒng)原理圖;
4)選擇液壓元件;
5)液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算;
6)繪制工作圖,編制技術(shù)文件。
2.明確設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前,必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。
1)主機(jī)的概況:用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等;
2)液壓系統(tǒng)要完成哪些動(dòng)作,動(dòng)作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何;
3)液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式,運(yùn)動(dòng)速度;
4)各動(dòng)作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì);
5)對調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求;
6)自動(dòng)化程序、操作控制方式的要求;
7)對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求;
8)對效率、成本等方面的要求。
3.制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖
1)制定基本方案
a、制定調(diào)速方案
液壓執(zhí)行元件確定之后,其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng),大多通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng),現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。
速度控制通過改變液壓執(zhí)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(shí)現(xiàn)。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。
b、制定壓力控制方案
液壓執(zhí)行元件工作時(shí),要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作,也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力,一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中,通常由定量泵供油,用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力,并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中,用變量泵供油,用安全閥起安全保護(hù)作用。
在有些液壓系統(tǒng)中,有時(shí)需要流量不大的高壓油,這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓,而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中,某段時(shí)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(tǒng)的某個(gè)局部,工作壓力需低于主油源壓力時(shí),要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。
c、制定順序動(dòng)作方案
主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作,根據(jù)設(shè)備類型不同,有的按固定程序運(yùn)行,有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng),一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制,當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí),通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開關(guān)安裝比較方便,而用行程閥需連接相應(yīng)的油路,因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場合。
另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動(dòng),經(jīng)過一段時(shí)間,當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后,延時(shí)繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關(guān)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(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí),回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值,通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過,來啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。
d、選擇液壓動(dòng)力源
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)境及對溫升的要求,還要考慮加熱、冷卻等措施。
4.繪制液壓系統(tǒng)圖
整機(jī)的液壓系統(tǒng)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(shí)要去掉重復(fù)多余的元件,力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系,避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。
為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測,在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件(如壓力表、溫度計(jì)等)。
大型設(shè)備的關(guān)鍵部位,要附設(shè)備用件,以便意外發(fā)生時(shí)能迅速更換,保證主要連續(xù)工作。
各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件,在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。
系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)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(dòng)作表。