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1、项目六 液压系统的设计、安装与调试主要包括液压回路的设计（方案设计、元件选择、元件参数计算及元件强度校核）与绘图能力；各种元件的选择、日常维护、故障检测及故障排除能力；液压回路的故障检测及故障排除能力。主 要 内 容任务1 液压系统的设计任务2 液压系统的安装与调试任务3 液压系统的使用维护、故障诊断与排除任务1液压系统的设计l【任务描述】l 液压传动系统的设计是整机设计的一部分。通过简单液压传动系统的设计，可进一步了解液压传动系统的组成和工作原理，掌握液压传动系统设计的基本方法。l 本任务主要以卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统的设计为例，介绍液压传动系统的设计方法。任务1液压系统的
2、设计l【任务分析】l 卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统的设计要求是完成快速进给一工作进给一停留一快速退回四个工作循环。本任务重点学习掌握液压系统设计方法以及元件的选型。具体任务分解为：l 1.通过介绍设计步骤、方法使学生掌握设计过程。l 2.通过学习原理设计及其元件选型，达到具备液压系统设计的基本能力。任务1液压系统的设计l 1)明确系统设计要求与运动、负载分析；l 2)执行元件主要参数的确定；l 3)液压系统原理图的拟订；l 4)液压元件的计算和选择；l 5)液压系统技术性能的验算；l 6)绘制正式工作图和编制技术文件。1、设计步骤任务1液压系统的设计l 2、明确设计要求l 1）主
3、机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；l 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；l 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；l 4）各动作机构的载荷大小及其性质；l 5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；l 6）自动化程序、操作控制方式的要求；l 7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；l 8）对效率、成本等方面的要求。任务1液压系统的设计l 二、进行工况分析、确定液压系统的主要参数l 分析液压系统各执行元件在工作过程中速度和负载的变化规律，也称作工况分析。通过分析可以进一步明确主机在性能方面对液压系统的要求，为确定系统及各执行元件的参数
4、提供依据。任务1液压系统的设计6.1组合机床动作循环图6.2组合机床速度循环图任务1液压系统的设计l 2.负载分析l 一般情况下，液压执行元件带动工作部件作直线往复运动时，所需克服的外负载包括工作负载、摩擦负载和惯性负载。l 1)工作负载Fg。不同液压设备工作负载的形式各不相同。对于金属切削机床，工作负载是作用在工作部件运动方向上的切削力；对于提升机械，其重物的重量就是工作负载。工作负载的方向与活塞的运动方向相同的为负，相反的为正。l 2)摩擦负载Ff。液压缸驱动工作部件移动时，需要克服导轨或支承面上的摩擦力，这个摩擦力称为摩擦负载。任务1液压系统的设计l 3)惯性负载Fa。惯性负载是工作部件
5、在启动加速和制动减速时的惯性力。启动时为正值，制动时为负值。其大小可根据牛顿第二定律计算：l(6-3)l 式中，G工作部件的重量；l g重力加速度；l vt时间内速度的变化量；l t启动加速或减速的时间，一般机床t=0.1s0.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速运动部件取大值。任务1液压系统的设计l 液压缸的负载循环图6.3液压缸的负载循环图任务1液压系统的设计l 3、执行元件主要参数的确定l 液压执行元件的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的依据。压力决定于外负载，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。由此可见，液压执行元件主要参数的确定可通过以下步骤完成。
6、任务1液压系统的设计l 表6-1按负载选择执行元件工作压力载荷kN50工作压力MPa0.81 1.52 2.53 35 45 5任务1液压系统的设计l 表6-2按主机类型选择执行元件工作压力主机类型机床农业机械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机液压机、中、大型挖掘机、重型机械、起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力MPa0.8235 28 810 1018 2032任务1液压系统的设计l 2）确定执行元件的主要尺寸l 液压缸的主要尺寸是指缸筒内径D、活塞杆直径d和缸筒长度L等。根据液压缸的负载、运动速度、行程长度和选取的工作压力，即可将上述尺寸确定。任务1液压系统的设计l 当工作速度很
7、低时，需按液压缸最低运动速度的要求，验算液压缸的有效作用面积Ac，使其应满足：（6-4）l 式中，qvmin流量阀的最小稳定流量，可从流量阀产品目录上查得；l vcmin为液压缸的最低运动速度。任务1液压系统的设计l 3）绘制执行元件工况图l 液压系统执行元件的工况图是在执行元件结构参数确定之后，根据设计任务要求，算出不同阶段中的实际工作压力、流量和功率之后作出的。l 工况图显示液压系统在实现整个工作循环时这三个参数的变化情况，它包括压力循环图、流量循环图和功率循环图。l 图4.4所示为组合机床动力滑台液压缸的工况图。将系统中各执行元件的工况图相叠加，就可得到整个系统的工况图。任务1液压系统的
8、设计l 三、制定基本方案和绘制液压系统图l 1、制定基本方案l 1）制定调速方案l 2）制定压力控制方案l 3）制定顺序动作方案l 4）选择液压动力源任务1液压系统的设计l 2、绘制液压系统图l 1）整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。l 各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。任务1液压系统的设计l 2）各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。l 3）系统图中应注明各液压执行元件的名称和动
9、作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。任务1液压系统的设计l 式中，pc液压缸的最高工作压力，可以从工况图中找到；l p总压力损失。一般节流调速和简单的系统，取p=0.2MPa0.5MPa，进油路上有调速阀和复杂的系统，取p=0.5MPa1.5MPa任务1液压系统的设计l 2）确定液压泵的最大流量液压泵的流量必须等于或超过几个同时工作的液压执行元件总流量的最大值以及回路中泄漏量这两者之和，即qpmaxKqcmax（6-6）式中，K系统泄露系数，一般取K=1.11.3，小流量取大值，大流量取小值；qcmax同时动作的各液压缸所需流量之和的最大值，
10、可由流量循环图中查出。任务1液压系统的设计l 4）驱动液压泵的电动机功率的选择l 驱动液压泵的电动机功率Pp的计算公式为：l（67）l 式中，pp液压泵实际工作压力；l qp额定流量（实际输出流量）；l p液压泵总效率，齿轮泵取p=0.650.8，叶片泵取p=0.70.85，柱塞泵取p=0.850.9。任务1液压系统的设计l 2.液压阀的选择按照所拟定的液压系统原理图，并根据系统的最高工作压力和通过该阀的最大流量，从产品样本中选取标准液压控制阀。要求阀的额定压力和额定流量，一般应大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量。必要时允许通过阀的最大流量可超过流量的20%，但不能过大，以免引起发热、噪
11、声、压力损失增大等。溢流阀应按泵的最大流量选取；流量阀应按系统中流量调节范围选取，其最小稳定流量应能满足工作部件最低稳定速度的要求。对于可靠性要求特别高的系统来说，阀类元件的额定压力应高出其工作压力较多。任务1液压系统的设计l 3.液压辅助元件的选择l 过滤器、蓄能器、管道和管接头等辅助元件可按照项目三中有关内容选用。选择油管和管接头的简便方法，是使它们的规格与它所连接的液压元件油口的尺寸一致。l 油箱容积的确定一般根据泵的额定流量qp进行，对低压系统(02.5MPa)，V=(24)qp；中压系统(2.56.3MPa)，V=(57)qp；高压系统(大于6.3MPa)，V=(612)qp。任务1
12、液压系统的设计l 4.液压元件配置形式的选择l 液压系统中，液压元件的配置形式常有板式配置和集成式配置两种。其中，集成式配置形式结构紧凑、油管少、安装方便、压力损失小、应用广泛。具体内容可参考有关设计手册。任务1液压系统的设计l 五、液压系统技术性能的验算l 液压系统初步确定之后，就需对系统的有关性能加以验算，以判别系统的设计质量，并对液压系统进行完善和改进。液压系统技术性能的验算是一个复杂的问题，目前只是采用一些简化公式进行近似估算，以便定性地说明情况。液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算和发热温升验算。任务1液压系统的设计l 1.回路压力损失验算l 压力损失包括管道内的沿程
13、压力损失和局部压力损失以及阀类元件处的局部压力损失三项。管道内的两种损失可用项目一中的有关公式估算；阀类元件处的局部压力损失则需从产品样本中查出。任务1液压系统的设计l 2.系统发热温升的验算l 液压系统工作时，液压泵和执行元件存在着容积损失和机械损失，管路和各种阀类元件通过液流时要产生压力损失和泄漏。所有的这些损失所消耗的能量均变成热能，使油温升高。不同的主机，因工作条件与工况的不同，最高允许油温是不同的，系统发热温升的验算，就是计算系统的实际油温，如果实际油温小于最高允许温度，则系统满足要求。l 一般机床T3035，数控机床T25，工程机械T3540 任务1液压系统的设计l 当通过阀类元件
14、的实际流量q不是其公称流量qn时，它的实际压力损失p户与其额定压力损失pn间将呈如下的近似关系l（68）l 计算液压系统的回路压力损失时，不同的工作阶段要分开来计算。回油路上的压力损失一般都折算到进油路上去。如果算出的管路压力损失p与初算时假定值相差太大，则必须以此p值代替假定值，进行重新计算，或对原设计进行修改，以降低p值。对于较简单的液压系统，压力损失的验算可以省略。任务1液压系统的设计l 六、绘制正式工作图和编制技术文件l 所设计的液压系统经过验算后，即可对初步拟定的液压系统进行修改，并绘制正式的工作图和编制技术文件。l 1.绘制正式工作图l 正式工作图包括液压系统原理图、液压系统装配图
15、、非标准元件的零件图和装配图。l 2.编制技术文件l 编制技术文件是液压系统设计的最后一个内容。技术文件主要包括设计任务书、设计计算书、使用说明书、易损件明细表、标准件、通用件及外购件总表等。任务2 液压系统的安装与调试l一、液压系统的安装l 液压系统安装质量的好坏是关系到液压系统能否可靠工作的关键，必须科学、正常、合理地完成安装过程中的每个环节，才能使液压系统能够正常运行，充分发挥其效能l 1、安装前的准备工作任务2 液压系统的安装与调试l 1）明确安装现场施工程序及施工进度方案；l 2）熟悉安装图样，掌握设备分布及设备基础情况；l 3）落实好安装所需人员、机械、物资材料的准备工作；l 4）
16、做好液压设备的现场交货验收工作，根据设备清单进行验收。通过验收掌握设备名称、数量、随机备件、外观质量等情况，发现问题及时处理；l 5）根据设计图纸对设备基础和预埋件进行曲检查，对液压设备地脚尺寸进行复核，对不符合要求的地方进行处理，防止影响施工进度。任务2 液压系统的安装与调试l 2、安装注意事项l 安装液压系统时，应注意以下事项。l 1）安装前检查各油管是否完好无损并进行清洗。对液压元件要用煤油或柴油进行清洗，自制重要元件应进行密封和耐压试验。试验压力可取工作压力的两倍或最高工作压力的1.5倍。l 任务2 液压系统的安装与调试l 2）液压泵、液压马达与电动机、工作机构间的同轴度偏差应在0.1
17、mm以内，轴线间倾角不大于10。避免用过大的力敲击泵轴和液压马达轴，以免损伤转子。同时泵与马达的旋转方向及进出油口方向不得接反。l 3）液压缸安装时，要保证符合活塞杆的轴线与运动部件导轨面平行度的要求。活塞杆轴线对两端支座的安装基面，其平行度误差不得大于0.05mm。任务2 液压系统的安装与调试l 4）电磁阀的回油、减压阀和顺序阀等的卸油与回油管连通时不应有背压，否则应单设回油管；溢流阀的回油管口与液压泵的吸油口不能靠得太近，以免吸入温度较高的油液；方向阀一般应保持轴线水平安装。l 5）辅助元件的安装应严格按设计要求的位置安装，并注意整齐、美观，在符合设计要求的情况下，尽量考虑使用、维护和调整
18、的方便任务2 液压系统的安装与调试l 6）液压元件在安装时用力要恰当，防止用力过大使元件变形，从而造成漏油或某些零件不能运动。l 7）各油管接头处要装紧和密封良好，管道尽可能短，避免急拐弯，拐弯的位置越少越好，以减少压力损失。任务2 液压系统的安装与调试l 8）系统全部管道应进行两次安装，即第一次配管试装合适后拆下管路，用20的硫酸或盐酸溶液进行酸洗，再用10的苏打水中15min，最后再用温水冲洗，待干燥涂油后进行第二次正式安装。l 9）系统安装完毕后，应采用清洗油对内部进行清洗，油温在5080。清洗时在回油路上设置滤油器，开始使液压泵间歇运转，然后长时间运转812h，清洗到滤油器的滤芯上不再
19、有杂质时为止。复杂系统可分区清洗。任务2 液压系统的安装与调试l 二、液压系统的调试l 新设备在安装以后以及设备经过修理之后，必须对液压设备按有关标准进行调试，以保证系统能够安全可靠地工作。l 在调试前，应弄清液压系统的工作原理和性能要求；明确机械、液压和电气三者的功能和彼此联系；熟悉系统的各种操作和调节手柄的位置及旋向等；检查各液压元件的连接是否正确可靠，液压泵的转向、进出油口是否正确，油箱中是否有足够的油液，检查各控制手柄是否在关闭或卸荷的位置，各行程挡块是否紧固在合适的位置等。检查无问题时，可按照以下步骤进行试车任务2 液压系统的安装与调试l 1空载试车l 空载试车时先启动液压泵，检查泵
20、在卸荷状态下的运转。正常后，即可使其在工作状态下运转。一般运转开始要点动三、五次，每次点动时间可逐渐延长，直到使液压泵在额定转速下运转。l 液压泵运转正常后，可调节压力控制元件。各压力阀应按其实际所处位置，从溢流阀依次调整，将溢流阀逐渐调到规定的压力值，使泵在工作状态下运转，检查溢流阀在调节过程中有无异常声响，压力是否稳定，必须检查系统各管道接头、元件结合面处有无漏油。其他压力阀可根据工作需要进行调整。压力调定后，应将压力阀的调整螺杆锁紧。任务2 液压系统的安装与调试l 2负载试车l 负载后，是否能实现预定的工作要求。为避免设备损坏，一般先低负载试车，若正常，则在额定负载下试车。l 负载试车时
21、，应检查系统在发热、噪声、振动、冲击和爬行等方面的情况，并做出书面记录，以便日后查对；检查各部分的漏油情况，发现问题，及时排除。若系统工作正常，便可正式投入使用。任务3 液压系统的使用维护、故障诊断与排除l 一、液压系统的使用和维护l 1.使用时应注意的事项l 1)使用前必须熟悉液压设备的操作要领，对各液压元件所控制的相应执行元件和调节旋钮的转动方向与压力、流量大小变化的关系等要充分弄清楚，防止调节错误造成事故。对导轨及活塞杆外露部分进行擦拭。l 2)液压系统在运行时，应密切注意油温的变化。l 3)停机4h以上的设备应先使液压泵空载运行5min，然后起动执行机构工作。l 4)设备若长时间不用，
22、应将各调节手轮放松，防止弹簧产生永久变形（弹簧力丧失）而影响元件性能。任务3 液压系统的使用维护、故障诊断与排除l 2.设备的维护l 设备的维护主要分为日常维护、定期维护和综合维护。l 1)日常维护l 日常维护保养是指液压设备的操作人员每天在设备使用前、使用中及使用后对设备进行的例行检查。l(1)使用前的检查主要包括：油箱内油量的检查、室温与油温的检查和压力表的检查。任务3 液压系统的使用维护、故障诊断与排除l(2)使用中的检查主要包括：溢流阀调节压力的检查，油温、泵壳温度、电磁铁温度的检查，漏油情况检查，噪声振动检查和压力表检查。l(3)停机后的检查主要包括：油箱油面检查，油箱、各液压元件、
23、油缸等裸露表面污物的清扫和擦洗，各阀手柄位置应恢复到“卸荷”、“停止”、“后退”等位置上，关闭电源并填写交接班记录。任务3 液压系统的使用维护、故障诊断与排除l 2)定期维护l 这一工作以专业维修人员为主，生产工人参与的一种有计划的预防性检查。l 3)综合检查l 综合检查大约12年进行一次。检查的内容和范围力求广泛，尽量做彻底的全面性的检查。任务3 液压系统的使用维护、故障诊断与排除l 二、液压系统故障诊断和排除l 液压系统和液压元件在运转状态下，出现丧失其规定性能的状态，称为故障。l 下面介绍主要的常见故障及其排除方法。l 1.运动部件速度不够l 2.液压系统流量不足l 3.液压系统无压力或压力不足任务3 液压系统的使用维护、故障诊断与排除l 4.液压系统产生噪声和振动l 5.液压系统发热和油温过高l 6.工作台爬行l 7.压力波动及冲击