東北大學(xué)機(jī)械考研液壓試題加回憶-

1、東北大學(xué)權(quán)威復(fù)試初試資料，大家加油一、計(jì)算題1、以臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床為例，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)。 ：機(jī)床上有主軸l6個(gè)，加工13.9mm的孔l4個(gè)、8.5mm的孔 2個(gè)。刀具材料為高速鋼，工件材料為鑄鐵，硬度為240HBS；機(jī)床工件、部件總質(zhì)量m=100kg；快進(jìn)、快退、均為5.5mmin，快進(jìn)行程長度l1=0.1m，工進(jìn)行程長度l2=0.05m，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間小于0.2s；動(dòng)力滑臺(tái)采用平導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1，液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使用液壓缸。 設(shè)計(jì)要求動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)工進(jìn)快退停止的工作循環(huán)。1液壓系統(tǒng)的工況分析 一、負(fù)載分析 系統(tǒng)的負(fù)載包

2、括切削負(fù)載、慣性負(fù)載及摩擦阻力負(fù)載。 1切削負(fù)載(確定切削負(fù)載應(yīng)具備機(jī)械切削加工方面的知識(shí)) 用高速鋼鉆頭(單個(gè))鉆鑄鐵孔時(shí)的軸向切削力Ft(單位為N)為 (81)式中：D鉆頭直徑，單位為mm； s每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為mmr； HBS鑄件硬度。根據(jù)組合機(jī)床加工特點(diǎn)，鉆孔時(shí)主軸轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s按“組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)?。簩?duì)139mm的孔：n1=360rmin，s l=0.147mmr；對(duì)85mm的孔：n2=550rmin，s 2=0.096mmr；所以，系統(tǒng)總的切削負(fù)載Fq為：2慣性負(fù)載3阻力負(fù)載機(jī)床工作部件對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌的法向力為：靜摩擦阻力：動(dòng)摩擦阻力：由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表所列

3、。表81 液壓缸在各工作階段的負(fù)載R工況負(fù)載組成負(fù)載值F工況負(fù)載組成負(fù)載值F啟動(dòng)1962工進(jìn)31449加速1439快退98l快進(jìn)981注：在負(fù)載分析中，沒有考慮動(dòng)力滑臺(tái)上傾翻力矩的作用按表8-1數(shù)值繪制的動(dòng)力滑臺(tái)負(fù)載圖如圖8-1(a)所示。二、運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)工作循環(huán)(總行程，工進(jìn)速度)，繪制動(dòng)力滑臺(tái)速度圖(如圖8-1(b)所示)。2液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確實(shí)定由教材表8-2、8-3可知，當(dāng)組合機(jī)床在最大負(fù)載約為32000N時(shí)，取液壓系統(tǒng)工作壓力。 鑒于要求動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)、快退速度相等，液壓缸可選用雙作用單活塞桿式，并在快進(jìn)時(shí)作差動(dòng)連接。在種情況下，通常液壓缸無桿腔的工作面積A1為有桿腔工作面積A2的兩倍

4、，即速比在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須具有背壓，以防止孔鉆通時(shí)滑臺(tái)突然前沖。按教材P252液壓缸回油背壓推薦值取?？爝M(jìn)時(shí)，液壓缸作差動(dòng)連接，管路中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按0.3MPa考慮?？焱藭r(shí)回油腔中也應(yīng)具有背壓，這時(shí)也可按0.6MPa估算。用工進(jìn)時(shí)的負(fù)載值計(jì)算液壓缸面積(取液壓缸的機(jī)械效率； 將直徑按圓整得：；由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為根據(jù)上述液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積值，可估算出液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓期流量和功率，如表8-2所示，并據(jù)此繪出工況圖如圖8-2所示。表8-2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工況負(fù)載FL/N回油腔壓力P2

5、/MPa進(jìn)油腔壓力P1/MPa輸入理論流量q×10-3/(m3/s)輸入功率P/kW計(jì)算式快迸(差動(dòng))啟動(dòng)196200.407-加速14390.565-恒速98l0.47l0.46070.217工進(jìn)314490.63.730.00840.031快退啟動(dòng)196200.457-加速14390.61.60-恒速9811.500.41040.616圖8-2組合機(jī)床液壓系統(tǒng)工況圖3確定液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)原理圖 一、確定液壓系統(tǒng)方案由于該機(jī)床是固定機(jī)械，且不存在外負(fù)載對(duì)系統(tǒng)做功的工況，并由圖8-2知，液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流調(diào)速方式和開式系統(tǒng)

6、為宜。從工況圖中可以清楚地看到，在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流油液。最大流量約為最小流量的55倍，而快進(jìn)加快退所需的時(shí)間和工進(jìn)所需的時(shí)間分別為：亦即是。因此從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量的角度來看，采用單個(gè)定量液壓泵作為油源顯然是不適宜的，故采用由大、小兩個(gè)液壓泵供油的油源方案(如圖8-3(a) 所示)。(a) (b) (c)圖8-3動(dòng)力源及根本回路(a)動(dòng)力源；(b)換向回路；(c)速度換接回路。 系統(tǒng)油源還可以采用小流量泵+蓄能器補(bǔ)充的供油方案(方案比擬省略)。 二、確定根本回路由于不存在負(fù)載對(duì)系統(tǒng)作功的工況，也不存在負(fù)載制動(dòng)過程，故不需要設(shè)置平衡及制動(dòng)

7、回路。但必須具有快速運(yùn)動(dòng)、換向、調(diào)速、速度換接、調(diào)壓及卸荷等根本回路。1確定調(diào)速回路系統(tǒng)采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路(設(shè)置調(diào)速閥)，為解決孔鉆通時(shí)滑臺(tái)會(huì)突然前沖的問題，在回油路上設(shè)置了背壓閥。2確定換向、快速運(yùn)動(dòng)及速度換接回路由工況圖中的ql曲線可知，當(dāng)滑臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，輸入液壓缸的流量由2764L/min降至0.5L/min滑臺(tái)的速度變化較大，可選用行程閥來控制(緩沖制動(dòng))速度的換接，以減小液壓沖擊(見圖8-3(c)。當(dāng)滑臺(tái)由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，回路中通過的流量很大進(jìn)油路中通過2462L/min，回油路中通過2462×(95.03/44.77)L/min=52.26 L/min。為了保證

8、換向平穩(wěn)起見，宜采用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥構(gòu)成速度換接回路(如圖8-3(c)所示)。如圖8-3(b)所示，在本系統(tǒng)中采用三位五通閥實(shí)現(xiàn)換向及快進(jìn)、快退速度換接。當(dāng)換向閥處在左工位時(shí)，液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)。3選擇調(diào)壓和卸荷回路油源中設(shè)有溢流閥(見圖8-3(a)由溢流閥調(diào)定系統(tǒng)工作壓力(由定量泵與溢流閥構(gòu)成恒壓油源)。由于系統(tǒng)采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，故溢流同常開，即便滑臺(tái)被卞任，系統(tǒng)壓力也不會(huì)超過溢流閥的調(diào)定值，所以又起平安作用。 在雙泵供油油源中設(shè)有液控順序閥作卸荷閥，當(dāng)滑臺(tái)工進(jìn)和停止時(shí)，低壓、大流量液壓泵可經(jīng)此閥卸荷。由于高壓、小流量液壓泵的功率較小，在系統(tǒng)中不再為其單獨(dú)設(shè)置卸荷回路(也可以單獨(dú)設(shè)置

9、卸荷回路)。三、將液壓回路綜合成液壓系統(tǒng)把上述液壓回路組合在一起，就可以得到如圖8-4所示的液壓系統(tǒng)原理圖(不包括點(diǎn)劃線圓框內(nèi)的元件)。將此圖仔細(xì)檢查一遍，可以發(fā)現(xiàn)，該圖所示系統(tǒng)在工作中還存在一些問題。為了防止干擾、簡化系統(tǒng)并使其功能更加完善，必須對(duì)圖8-4所示系統(tǒng)進(jìn)行如下整合：圖8-4 液壓回路的整合1雙聯(lián)葉片泵；1A小流量液壓泵；lB大流量敞壓泵；2三位五通電頹惻；3行程閥；4調(diào)速閥；5單向閥；6液壓缸；7卸荷閥；8背壓閥；9一溢流閥；10單向閥；11過濾器；l2壓力表接點(diǎn)；a單向閥；b順序閥；c單向閥；d壓力繼電器。(1)為了解決滑臺(tái)工進(jìn)(閥2在左位)時(shí)進(jìn)、回油路相互接通，系統(tǒng)無法建立起

10、工作壓力的問題，必須在換向回路中串接一個(gè)單向閥口，將進(jìn)、回油路隔斷。 (2)為了解決滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)其回油路接通油箱，無法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問題，必須在回路上串接一個(gè)液控順序閥b。這樣，當(dāng)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，因負(fù)載較小而系統(tǒng)壓力較低，閥b關(guān)閉，從而阻止了油液返回油箱。 (3)為了解決機(jī)床停止工作后，因回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，從而影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的問題，在電液換向閥的回油口增設(shè)單向閥c。(4)為了在滑臺(tái)工進(jìn)后完成后，系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出快退信號(hào)，在調(diào)速閥輸出端增設(shè)一個(gè)壓力繼電器(5)將順序閥b和背壓閥8的位置對(duì)調(diào)一下，可以將順序閥與油源處的液控順序閥合并。經(jīng)過修改、整合后的液壓系統(tǒng)原理圖如圖8-

11、5所示。圖8-5整合后的液壓系統(tǒng)原理圖 1雙聯(lián)葉片液壓泵；2三位五通電液闊；3行程閥；4調(diào)速閥；5單向閥； 6單向閥；7順序閥；8背壓閥；9溢流閥；10單向閥；ll過濾器； 12壓力表接點(diǎn)；13單向閥；l4壓力繼電器。4選擇液壓元件 一、液壓泵在整個(gè)工作循環(huán)中液壓缸的最大工作壓力為。如假設(shè)進(jìn)油路上的壓力損失為0.8MPa，為使壓力繼電器能可靠地工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力0.5MPa，那么小流量液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為 大流量液壓泵在快進(jìn)、快速運(yùn)動(dòng)時(shí)才向液壓缸輸油，由工況圖可知，快退時(shí)液壓缸的工作壓力比快進(jìn)時(shí)大，如假設(shè)油路上的壓力損失為0.5MPa(因此時(shí)進(jìn)油不經(jīng)調(diào)速閥，故壓力損失減

12、小)，那么大流量液壓泵的最高工作壓力為由工況圖可知，兩液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為27.64L/min，因系統(tǒng)較簡單，取泄漏系數(shù)，那么兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為假設(shè)溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3L/min，而工進(jìn)時(shí)輸入液壓缸的流量為0.5L/min，那么由小流量泵單獨(dú)供油時(shí)，其流量規(guī)格最少應(yīng)為3.5L/min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取型雙聯(lián)葉片液壓泵，其小泵和大泵的排量分別為6mL/r和。當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速時(shí)該液壓泵的理論流量為30.08 L/min，假設(shè)取液壓泵的容積效率，那么液壓泵的實(shí)際輸出流量為由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為2MPa、流量為27.

13、1 L/min。取液壓泵的總效率，那么液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為根據(jù)此數(shù)值查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取Yl00L一型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。二、閥類元件及輔助元件根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實(shí)際流量，可選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格如表8-3所列。表8-3液壓元件及輔件的型號(hào)及規(guī)格序號(hào)元件名稱估計(jì)通過流量/( L/min)額定流量/L/ain)額定壓力/Pa額定壓降/Pa型號(hào)、規(guī)格1雙聯(lián)葉片泵-(5.1+22)17.5-PV2R126/6k=(6+26)mL/2三位五通電磁閥608016<0.535DYF3YEl0B3行程閥506316<0.3AXQF

14、-EIOB(單向行程調(diào)速閥)qmax=80L/min4調(diào)速閥0.50.075016-5單向閥6063160.26單向閥256316<0.2AF3一Eal0Bqmax=80L/min7液控順序閥256316<0.3XF3一El0B8背壓閥0.56316-YF3一El0B9溢流閥56316-YF3一El010單向閥256316<0.2AF3一Eal0qmax=80L/min11濾油器306316<0.02XUJ63X8012壓力表開關(guān)-16-KF3一E3B3測(cè)點(diǎn)13單向閥606316<0.2AF3一Eal0Bqmax=80L/min14壓力繼電器-14-PFB8L8通

15、徑此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速n。=940rmin時(shí)液壓泵輸出的實(shí)際流量三、油管 各元件間連接管道的規(guī)格按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管那么按輸人、排出的最大流量計(jì)算(假設(shè)液壓缸是標(biāo)準(zhǔn)缸，那么接口處的尺寸根本確定)。 由于液壓泵選定之后液壓缸在各個(gè)工作階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算如表84所列。表804液壓缸的進(jìn)、出流量及運(yùn)動(dòng)速度快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量/(L/min)排出流量/(L/min)運(yùn)動(dòng)速度/(m/min)由表l04可以看出，液壓缸在各個(gè)工作階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)表8一4中數(shù)值，取推薦流速穢v=3m/s，計(jì)算得與液壓缸無桿腔及有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為液

16、壓缸進(jìn)、出兩根油管都選用內(nèi)徑、外徑的15號(hào)冷拔無縫鋼管。四、油箱取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，油箱估算容積為按GB 28761981規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值。5驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能一、驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。1 快進(jìn)時(shí)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，由表8-3和表8-4可知，進(jìn)油路上油液通過單向閥8的流量是22L/min、通過電液換向閥2的流量是27.1 L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油集合，以流量51.25 L/min通過行

17、程閥3并進(jìn)入無桿腔。因此進(jìn)油路上的總壓降為回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是24.15 L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流人無桿腔。由此可算出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力與無桿腔壓力之差：此值與設(shè)計(jì)估算值0.3 MPa根本相符。2工進(jìn)時(shí)工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過電液換向閥2的流量為0.5 L/min，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa；油液在回油路上通過換向閥2的流量是0.24 L/min ，在背壓閥8處的壓力損失為0.6MPa，通過順序閥7的流量為，折算到進(jìn)油路上因閥類元件造成的總壓力損失為 液壓缸回油控的壓力為可見此值略大于原估計(jì)值。重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力即考慮到壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓差，故工進(jìn)時(shí)溢流閥9的調(diào)壓應(yīng)為3. 快退時(shí)快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過單向閥10的流量22L/min、通過換向閥2的流量為27.1L/min；油液在回路上通過單向閥5、換向閥2和單向閥13的流量都是57.5L/min。因此進(jìn)油路上總壓降為此值小于估計(jì)值，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是