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液压系统的设计与计算--液压元件的计算和选择

所谓液压元件的计算,是要计算该元件在工作中承受的压力和通过的流量,以便确定元件的规格和型号。
一、液压泵的选择
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高供油压力和最大供油量来选择液压泵的规格。
1.确定液压泵的最高工作压力pp
液压泵的最高工作压力就是在系统正常工作时泵所能提供的最高压力,对于定量泵系统来说这个压力是由溢流阀调定的,对于变量泵系统来说这个压力是与泵的特性曲线上的流量相对应的。液压泵的最高工作压力是选择液压泵型号的重要依据。
泵的最高工作压力的确定要分两种情况,其一是,执行机构在运动行程终了,停止时才需要最高工作压力的情况(如液压机和夹紧机构中的液压缸);其二是最高工作压力是在执行机构的运动行程中出现的(如机床及提升机等)。对于第一种情况,泵的最高工作压力pp也就是执行机构的所需的最大压力p1。而对于第二种情况,除了考虑执行机构的压力外还要考虑油液在管路系统中流动时产生的总压力损失,即
Pp≥p1+∑∆p1            (9-10)
式中,∑∆p1为液压泵的出口至执行机构进口之间的总的压力损失,它包括沿程压力损失和局部压力损失两部分,要准确地估算必须等管路系统及其安装形式完全确定后才能做到,在此只能进行估算,估算时可参考下述经验数据;一般节流调速和管路简单的系统取∑∆p1=0.2-0.5MPa;有调速阀和管路较复杂的系统取∑∆p1=0.5-1.5MPa。
2.确定液压泵的最大供油量qp
液压泵的最大供油流量qp按执行元件工况图上的最大工作流量及回路系统中的泄漏量来确定,即
qp≥K∑qmax          (9-11)
式中,K为考虑系统中有泄漏等因素的修正系数,一般K=1.1-1.3,小流量取大值,大流量取小值;∑qmax为同时动作的各缸所需流量之和的最大值。
若系统中采用了蓄能器供油时,泵的流量按一个工作循环中的平均流量来选取,取
           (9-12)
式中,T为工作循环的周期时间;qi为工作循环中第i个阶段所需的流量;∆ti为第i阶段持续的时间;n为循环中的阶段数。
3.选择液压泵的规格
根据前面设计计算过程中计算的pp和qp值,即可从产品样本中选择出合适的液压泵的型号和规格。为了使液压泵工作安全可靠,液压泵应有一定的压力储备量,通常泵的额定压力可比pp高25%-60%。泵的额定流量则宜与qp相当,不要超过太多,以免造成过大的功率损失。
4.确定液压泵的驱动功率
当系统中使用定量泵时,视具体工况不同,其驱动功率的计算是不同的。
1)在整个工作循环中,液压泵的功率变化较小时,可按下式计算液压泵所需驱动功率,即p=ppqp/ηp            (9-13)
式中,pp为液压泵的最大工作压力(Pa);qp为液压泵的输出流量(m3/s);ηp为液压泵的总效率。
2)当在整个工作循环中,液压泵的功率变化较大,且在功率循环图中最高功率所持续的时间很短时,则可按式(9-13)分别计算出工作循环各阶段的功率Pi,然后用下式计算其所需电动机的平均功率
(9-14)
式中,ti为一个工作循环中的第i阶段持续的时间。
求出了平均功率后,还要验算每一个阶段电动机的超载量是否在允许的范围内,一般电动机允许短期超载量为25%。如果在允许超载范围内,即可根据平均功率P与泵的转速n从产品样本中选取电动机。
对于限压式变量系统来说,可按式(9-13)分别计算快速与慢速两种工况时所需驱动功率,计算后,取两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于限压式变量泵在快速与慢速的转换过程中,必须经过泵流量特性曲线最大功率点(拐点),为了使所选择的电动机在经过Pmax点时不致停转,需进行验算,即
Pmax=pBqB/ηp≤2Pn         (9-15)
式中,pB为限压式变量泵调定的拐点压力,qB是压力为时,泵的输出流量;Pn为所选电动机的额定功率;ηp为限压式变量叶片泵的效率。在计算过程中要注意,对于限压式变量叶片泵在输出流量较小时,其效率ηp将急剧下降,一般当其输出流量为0.2-1L/min时,
ηp=0.03-0.14,流量大者取大值。
二、阀类元件的选择
阀类元件的选择是根据阀的最大工作压力和流经阀的最大流量来选择控制阀的规格。即所选用的阀类元件的额定压力和额定流量要大于系统的最高工作压力及实际通过阀的最大流量。在条件不允许时,可适当增大通过阀的流量,但不得超过阀额定流量的20%,否则会引起压力损失过大。具体地讲,选择压力阀时应考虑调压范围,选择流量阀时应注意其最小稳定流量,选择换向阀时除考虑压力,流量外,还应考虑其中位机能及操纵方式。
三、液压辅助元件的选择
油箱、过滤器、蓄能器、油管、管接头、冷却器等液压辅助元件可按第五章的有关原则选取。

 

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