液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

1、（ 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！ ）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求液壓傳動(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)。1.1 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；

2、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。1.2 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(duì)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(duì)防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；8）對(duì)效率、成本等方面的要求。制定基本方

3、案和繪制液壓系統(tǒng)圖3.1 制定基本方案（1）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(duì)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(duì)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)

4、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

5、，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。（2）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(jí)或無級(jí) 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

6、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。（3）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(hào)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

7、。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(hào)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(hào)或 打開順序閥使壓力油通過，來啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。（4）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，溢流閥式中K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.2 ;為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供

8、油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)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(duì)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(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。3.2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。

9、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，以便意外事件發(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(hào)的常態(tài)位置繪制。對(duì)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(hào)以及各電磁鐵的代號(hào)，并附有電 磁鐵、行程閥及其他控制元件的動(dòng)作表。液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì)4.1液壓泵的選擇1） 確定液壓泵的最大工作壓力PpPp 卻計(jì)p（21）式中p 1 液壓缸或液壓

10、馬達(dá)最大工作壓力；SA p從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。牡p的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?、流速不大的，取SA p= （ 0.20.5 ） MPa管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)閥的，取SAp= （0.51.5 ） MPa2）確定液壓泵的流量 Q多液壓缸或液壓馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)，液壓泵的輸出流量應(yīng)為Q來（SU）（22）式中K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 K=1.11.3 ;SOx同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從（Q-t ）圖上查得。對(duì)于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取 0.5 X10-4m/s。系統(tǒng)使用蓄能

11、器作輔助動(dòng)力源時(shí)Qp事工十）Tt 液壓設(shè)備工作周期（s）;3V每一個(gè)液壓缸或液壓馬達(dá)在工作周期中的總耗油量（m）；z 液壓缸或液壓馬達(dá)的個(gè)數(shù)。3）選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的pp和Q值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%-60%4）確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，即（ p-t ）、（Q-t ）圖變化較平緩，則式中p p液壓泵的最大工作壓力（Pa）;3Q液壓泵的流量（m/s ）;n 液壓泵的總效率，參考表 9選擇。液壓泵類型齒輪泵螺桿泵葉片泵柱塞泵總效率0

12、.6 0.70.65 0.800.60 0.750.80 0.85表9液壓泵的總效率限壓式變量葉片泵的驅(qū)動(dòng)功率，可按流量特性曲線拐點(diǎn)處的流量、壓力值計(jì)算。一般情況下，可取pp=0.8p Pmax, Q=Q，貝UHP式中液壓泵的最大工作壓力（Pa）;3液壓泵的額定流量（m/s ）。在工作循環(huán)中，如果液壓泵的流量和壓力變化較大，即（算出各個(gè)動(dòng)作階段內(nèi)所需功率，驅(qū)動(dòng)功率取其平均功率(25)Q-t）, （p-t ）曲線起伏變化較大，則須分別計(jì)式中t 1、t2、tn一個(gè)循環(huán)中每一動(dòng)作階段內(nèi)所需的時(shí)間（ s）；P1、P2、 一個(gè)循環(huán)中每一動(dòng)作階段內(nèi)所需的功率（ VM。按平均功率選出電動(dòng)機(jī)功率后，還要驗(yàn)算一

13、下每一階段內(nèi)電動(dòng)機(jī)超載量是否都在允許范圍內(nèi)。電動(dòng)機(jī)允 許的短時(shí)間超載量一般為 25%4.2液壓閥的選擇1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些，必要時(shí)也允許有20%內(nèi)的短時(shí)間過流量。2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。4.3蓄能器的選擇根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類型和主要參數(shù)。1）液壓執(zhí)行元件短時(shí)間快速運(yùn)動(dòng)，由蓄能器來補(bǔ)充供油，其有效工作容積為(27)2 =工仆-卯2 式中A 液壓缸有效作用面積（m

14、）；I 液壓缸行程（m）;K油液損失系數(shù)，一般取K=1.2 ;3QP液壓泵流量（m/s ）;t 動(dòng)作時(shí)間（s）2）作應(yīng)急能源，其有效工作容積為：2 =工咼 K (28)3式中一一要求應(yīng)急動(dòng)作液壓缸總的工作容積（m）。有效工作容積算出后，根據(jù)第8章中有關(guān)蓄能器的相應(yīng)計(jì)算公式，求出蓄能器的容積，再根據(jù)其他性能要求，即可確定所需蓄能器。4.4管道尺寸的確定（1）管道內(nèi)徑計(jì)算(29)3式中Q通過管道內(nèi)的流量（m/s ）;u內(nèi)允許流速（m/s）,見表10。計(jì)算出內(nèi)徑d后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。 （2 ）管道壁厚3的計(jì)算2Q表10允許流速推薦值管道推薦流速/ （m/s）液壓泵吸油管道0.51.5 ,

15、一般常取1以下液壓系統(tǒng)壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值液壓系統(tǒng)回油管道1.5 2.6式中p管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）；d管道內(nèi)徑（m）;z 管道材料的許用應(yīng)力 ；（Pa）, Z=；Z管道材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）;n安全系數(shù)，對(duì)鋼管來說，pv 7MPa時(shí)，取n=8; pv 17.5MPa時(shí)，取n=6; p 17.5MPa時(shí)，取n=4。4.5油箱容量的確定初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式（31）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為V=ccQ（31）3式中Qv液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m）；a驗(yàn)系數(shù)，見表11。表11經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)

16、鍛壓機(jī)械冶金機(jī)械a12245761210在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時(shí)，油箱不能溢出，以 及系統(tǒng)中最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于最低限度。液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對(duì)實(shí)際情況對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液 壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)某些不 合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。5.1液壓系統(tǒng)壓力損失壓力損失包括管路的沿程損失 p1,管路的局部壓力損

17、失 p2和閥類元件的局部損失 p3,總的壓力損失為 p=A p1+A p2+A p3（ 32）（33）（34）式中I 管道的長度（m）;d管道內(nèi)徑（m）;U 液流平均速度（m/s）;3P液壓油密度（kg/m ）；入一一沿程阻力系數(shù);Z 部阻力系數(shù)。入z的具體值可參考第 2章有關(guān)內(nèi)容。Ap3 = ApB（站3式中Qn閥的額定流量（m/s ）;3Q通過閥的實(shí)際流量（m/s ）; pn閥的額定壓力損失（Pa）（可從產(chǎn)品樣本中查到）。對(duì)于泵到執(zhí)行元件間的壓力損失，如果計(jì)算出的 p比選泵時(shí)估計(jì)的管路損失大得多時(shí)，應(yīng)該重新調(diào)整泵及其他有關(guān)元件的規(guī)格尺寸等參數(shù)。系統(tǒng)的調(diào)整壓力Pt 書i+A p（36）式中P

18、T液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力。5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算5.2.1計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率液壓系統(tǒng)工作時(shí)，除執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高液壓系統(tǒng)的功率損失主要有以下幾種形式：（1）液壓泵的功率損失1 $式中Tt工作循環(huán)周期（s）;z 投入工作液壓泵的臺(tái)數(shù)；戸一一液壓泵的輸入功率（ W;n各臺(tái)液壓泵的總效率；ti第i臺(tái)泵工作時(shí)間（s）。（2）液壓執(zhí)行元件的功率損失式中M液壓執(zhí)行元件的數(shù)量；Prj 液壓執(zhí)行元件的輸入功率（ W；n 液壓執(zhí)行元件的效率；t j 第j個(gè)執(zhí)行元件工作時(shí)間（s ）。（3）溢流閥的功率損失式中p y溢流閥的調(diào)整壓力（Pa）;

19、(39)3Qy經(jīng)溢流閥流回油箱的流量（ m/s ）。（4 ）油液流經(jīng)閥或管路的功率損失Ph4= pQ(40)式中 p通過閥或管路的壓力損失（Pa）;3Q 通過閥或管路的流量（m/s ）。由以上各種損失構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的功率損失，即液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率Rir=Ri1+ P h2+ Ph3+Ph4(41)式（41）適用于回路比較簡單的液壓系統(tǒng)，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng),由于功率損失的環(huán)節(jié)太多，計(jì)算較麻煩,通常用下式計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率(42)Pir = Pr -P c式中Pr是液壓系統(tǒng)的總輸入功率，PC是輸出的有效功率。(44)其中Tt工作周期（s）；z、n、m分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)的數(shù)量；Pi、Q、n

20、第i臺(tái)泵的實(shí)際輸出壓力、流量、效率；t i第i臺(tái)泵工作時(shí)間（s）;Tw、t j液壓馬達(dá)的外載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、工作時(shí)間（ Nm rad/s、s）;Fw、si液壓缸外載荷及驅(qū)動(dòng)此載荷的行程（Nm）。5.2.2計(jì)算液壓系統(tǒng)的散熱功率液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱表面，但如果系統(tǒng)外接管路較長，而且用式（41）計(jì)算發(fā)熱功率時(shí)，也應(yīng)考慮管路表面散熱。Phc= （ K1A1+K2A） T（45）式中K1油箱散熱系數(shù)，見表 12 ;K 2管路散熱系數(shù)，見表 13 ;2A 1、A分別為油箱、管道的散熱面積（m）； T油溫與環(huán)境溫度之差（C）。表12油箱散熱系數(shù)K1（W/ （ mhc）冷卻條件通風(fēng)條件很差89通風(fēng)條件良

21、好15 17用風(fēng)扇冷卻23循環(huán)水強(qiáng)制冷卻110170表13管道散熱系數(shù)K2（W/ （ mf：C）風(fēng)速/m s-1管道外徑/m0.010.050.1086512514105694023AT-(46)若系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則R=Rc,油溫不再升高，此時(shí)，最大溫差+ a?冬環(huán)境溫度為T。，則油溫=?）+ T。如果計(jì)算出的油溫超過該液壓設(shè)備允許的最高油溫（各種機(jī)械允許油 溫見表14），就要設(shè)法增大散熱面積，如果油箱的散熱面積不能加大，或加大一些也無濟(jì)于事時(shí)，需要裝設(shè)冷卻器。冷卻器的散熱面積表14各種機(jī)械允許油溫（C）液壓設(shè)備類型正常工作溫度最高允許溫度數(shù)控機(jī)床30 5055 70一般機(jī)床30 5555 7

22、0機(jī)車車輛40 6070 80船舶30 6080 90冶金機(jī)械、液壓機(jī)40 7060 90工程機(jī)械、礦山機(jī)械50 8070 90(47)式中K冷卻器的散熱系數(shù)，見本篇第 8章液壓輔助元件有關(guān)散熱器的散熱系數(shù); tm平均溫升（C）,、T2液壓油入口和出口溫度；tl、t2冷卻水或風(fēng)的入口和出口溫度。5.2.3根據(jù)散熱要求計(jì)算油箱容量式（46）是在初步確定油箱容積的情況下，驗(yàn)算其散熱面積是否滿足要求。當(dāng)系統(tǒng)的發(fā)熱量求出之后, 可根據(jù)散熱的要求確定油箱的容量。由式（46）可得油箱的散熱面積為A =（若一広2冬）/ 如不考慮管路的散熱，式（48）可簡化為(49)油箱主要設(shè)計(jì)參數(shù)如圖 3所示。一般油面的高

23、度為油箱高 h的0.8倍，與油直接接觸的表面算全散熱面, 與油不直接接觸的表面算半散熱面，圖示油箱的有效容積和散熱面積分別為A=1.6h （ a+b） +1.5 a（ 51）若Ai求出，再根據(jù)結(jié)構(gòu)要求確定a b、h的比例關(guān)系，即可確定油箱的主要結(jié)構(gòu)尺寸。如按散熱要求求出的油箱容積過大，遠(yuǎn)超出用油量的需要，且又受空間尺寸的限制，則應(yīng)適當(dāng)縮小油箱 尺寸，增設(shè)其他散熱措施。5.3計(jì)算液壓系統(tǒng)沖擊壓力壓力沖擊是由于管道液流速度急劇改變而形成的。例如液壓執(zhí)行元件在高速運(yùn)動(dòng)中突然停止，換向閥的 迅速開啟和關(guān)閉，都會(huì)產(chǎn)生高于靜態(tài)值的沖擊壓力。它不僅伴隨產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，而且會(huì)因過高的沖擊壓 力而使管路、液壓元

24、件遭到破壞。對(duì)系統(tǒng)影響較大的壓力沖擊常為以下兩種形式：1）當(dāng)迅速打開或關(guān)閉液流通路時(shí)，在系統(tǒng)中產(chǎn)生的沖擊壓力。直接沖擊（即t v n時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值（52）間接沖擊（即t n時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值A(chǔ)jr? = acpo（53）3式中 p液體密度（kg/m u閉或開啟液流通道前后管道內(nèi)流速之差（ m/s）;t 關(guān)閉或打開液流通道的時(shí)間（s）；n 管道長度為I時(shí)，沖擊波往返所需的時(shí)間（s）；管道內(nèi)液流中沖擊波的傳播速度（m/s）。若不考慮粘性和管徑變化的影響，沖擊波在管內(nèi)的傳播速度(54)式中Eo液壓油的體積彈性模量（Pa）,其推薦值為Ec=700MPa& d管道的壁厚和內(nèi)徑（m；11 11 E

25、管道材料的彈性模量（Pa）,常用管道材料彈性模量：鋼E=2.1 X10 Pa,紫銅E=1.18 XI0 Pa。2）急劇改變液壓缸運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，由于液體及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性作用而引起的壓力沖擊，其壓力的增大值為Ap =（工+ 三）7（式中液流第i段管道的長度（m）;2A第i段管道的截面積（m）;A 液壓缸活塞面積（m）；M與活塞連動(dòng)的運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量（kg）; U 液壓缸的速度變化量（m/s）;t 液壓缸速度變化 u所需時(shí)間（s ）。計(jì)算出沖擊壓力后，此壓力與管道的靜態(tài)壓力之和即為此時(shí)管道的實(shí)際壓力。實(shí)際壓力若比初始設(shè)計(jì)壓 力大得多時(shí)，要重新校核一下相應(yīng)部件管道的強(qiáng)度及閥件的承壓能力，如不滿足，要重新調(diào)整

26、。設(shè)計(jì)液壓裝置，編制技術(shù)文件6.1液壓裝置總體布局液壓系統(tǒng)總體布局有集中式、分散式。集中式結(jié)構(gòu)是將整個(gè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨(dú)立設(shè)置于主機(jī)之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機(jī)、鍛壓機(jī)、電弧爐等有強(qiáng)烈熱源和煙塵污染的冶金設(shè)備，一般都是采用集中供油方式。分散式結(jié)構(gòu)是把液壓系統(tǒng)中液壓泵、控制調(diào)節(jié)裝置分別安裝在設(shè)備上適當(dāng)?shù)牡胤健C(jī)床、工程機(jī)械等可 移動(dòng)式設(shè)備一般都采用這種結(jié)構(gòu)。6.2液壓閥的配置形式1）板式配置 板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對(duì)應(yīng)的孔，通過管接頭 聯(lián)接油管而將各閥按系統(tǒng)圖接通。這種配置可根據(jù)需要靈活改變回路形式。液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)等普遍采用這種配 置。2）

27、集成式配置 目前液壓系統(tǒng)大多數(shù)都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面 起安裝底板作用，另一方面起內(nèi)部油路作用。這種配置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便。6.3 集成塊設(shè)計(jì)1）塊體結(jié)構(gòu) 集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設(shè)備可用鑄鐵，高壓強(qiáng)振場合要用鍛鋼。塊體 加工成正方體或長方體。對(duì)于較簡單的液壓系統(tǒng)，其閥件較少，可安裝在同一個(gè)集成塊上。如果液壓系統(tǒng)復(fù)雜，控制閥較多，就 要采取多個(gè)集成塊疊積的形式。相互疊積的集成塊，上下面一般為疊積接合面，鉆有公共壓力油孔P,公用回油孔 T,泄漏油孔L和4個(gè)用以疊積緊固的螺栓孔。P孔，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)壓后進(jìn)入公用壓力油孔P,作為供給各單元回路壓

28、力油的公用油源。T孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔 T,流回到油箱。L 孔，各液壓閥的泄漏油，統(tǒng)一通過公用泄漏油孔流回油箱。 集成塊的其余四個(gè)表面，一般后面接通液壓執(zhí)行元件的油管，另三個(gè)面用以安裝液壓閥。塊體內(nèi)部按系 統(tǒng)圖的要求，鉆有溝通各閥的孔道。2）集成塊結(jié)構(gòu)尺寸的確定 外形尺寸要求滿足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求。為減少工藝孔， 縮短孔道長度，閥的安裝位置要仔細(xì)考慮，使相通油孔盡量在同一水平面或是同一豎直面上。對(duì)于復(fù)雜的 液壓系統(tǒng)，需要多個(gè)集成塊疊積時(shí)，一定要保證三個(gè)公用油孔的坐標(biāo)相同，使之疊積起來后形成三個(gè)主通 道。各通油孔的內(nèi)徑要滿足允許流速的要求，具體參照本章 4.4 節(jié)

29、確定孔徑。一般來說，與閥直接相通的孔 徑應(yīng)等于所裝閥的油孔通徑。油孔之間的壁厚 3不能太小，一方面防止使用過程中，由于油的壓力而擊穿，另一方面避免加工時(shí)，因 油孔的偏斜而誤通。對(duì)于中低壓系統(tǒng)，3不得小于5mm高壓系統(tǒng)應(yīng)更大些。6.4 繪制正式工作圖，編寫技術(shù)文件 液壓系統(tǒng)完全確定后，要正規(guī)地繪出液壓系統(tǒng)圖。除用元件圖形符號(hào)表示的原理圖外，還包括動(dòng)作循環(huán) 表和元件的規(guī)格型號(hào)表。圖中各元件一般按系統(tǒng)停止位置表示，如特殊需要，也可以按某時(shí)刻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)畫 出，但要加以說明。裝配圖包括泵站裝配圖，管路布置圖，操縱機(jī)構(gòu)裝配圖，電氣系統(tǒng)圖等。 技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)說明書和設(shè)備的使用、維護(hù)說明書等。進(jìn)行

30、工況分析、確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的 參數(shù)提供依據(jù)。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載 荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。2.1 載荷的組成和計(jì)算2.1.1 液壓缸的載荷組成與計(jì)算圖1表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡圖。各有關(guān)參數(shù)標(biāo)注圖上， 其中Fw是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m中活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。圖1液壓系統(tǒng)計(jì)算簡圖作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷Fg，導(dǎo)軌的摩擦力Ff和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力

31、Fa。（1 ）工作載荷Fg常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、擠壓力等。這些作用力的方向如與活塞運(yùn)動(dòng)方 向相同為負(fù)，相反為正。（2）導(dǎo)軌摩擦載荷Ff對(duì)于平導(dǎo)軌（1） 對(duì)于V型導(dǎo)軌（2） 式中G 運(yùn)動(dòng)部件所受的重力（N）;F外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力（N）;卩摩擦系數(shù)，見表1 ;aV型導(dǎo)軌的夾角，一般為 90（3 ）慣性載荷FaG ZF尸g Af表1摩擦系數(shù)卩導(dǎo)軌類型導(dǎo)軌材料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)摩擦系數(shù)滑動(dòng)導(dǎo)軌鑄鐵對(duì)鑄鐵起動(dòng)時(shí)0.15 0.20低速(U 0.16m/s )0.05 0.08滾動(dòng)導(dǎo)軌鑄鐵對(duì)滾柱（珠）0.005 0.02淬火鋼導(dǎo)軌對(duì)滾柱0.003 0.006靜壓導(dǎo)軌鑄鐵0.0052

32、式中 g 重力加速度； g=9.81m/s ； u度變化量（m/s）; t 起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s ）。一般機(jī)械 t=0.10.5s，對(duì)輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取小值，=0.51.5對(duì)重載高速部件取大值。行走機(jī)械一般取m/s2。以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷FW。起動(dòng)加速時(shí)F v=Fg+Ff+Fa( 4)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)F w=Fg+Ff( 5)減速制動(dòng)時(shí)F v=Fg+Ff-F a( 6)工作載荷Fg并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則Fg=O。除外載荷Fw外,作用于活塞上的載荷 F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力Fm,由于各種缸的密封材質(zhì)和密封形成不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算為（ 7）式中 n液壓缸

33、的機(jī)械效率，一般取 0.900.95。（ 8 ）2.1.2 液壓馬達(dá)載荷力矩的組成與計(jì)算（ 1 ）工作載荷力矩 Tg常見的載荷力矩有被驅(qū)動(dòng)輪的阻力矩、液壓卷筒的阻力矩等。（ 2）軸頸摩擦力矩 TfTf=pGr（9）式中G旋轉(zhuǎn)部件施加于軸勁上的徑向力（ N ；卩一一摩擦系數(shù)，參考表1選用；r 旋轉(zhuǎn)軸的半徑（ m）。（ 3）慣性力矩 Ta（ 10）2式中 加速度（rad/s ）； 3角速度變化量（rad/s ）; t起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）;2J回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg m）起動(dòng)加速時(shí)（ 11）穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)（ 12）減速制動(dòng)時(shí)（13）計(jì)算液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩 T時(shí)還要考慮液壓馬達(dá)的機(jī)械效率n （ n=0.9

34、0.99 ）（ 14）根據(jù)液壓缸或液壓馬達(dá)各階段的載荷，繪制出執(zhí)行元件的載荷循環(huán)圖，以便進(jìn)一步選擇系統(tǒng)工作壓力和 確定其他有關(guān)參數(shù)。2.2初選系統(tǒng)工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來說，尺寸 要受到限制，從材料消耗角度看出不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制 造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對(duì)于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一 些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。具體選擇可參考表2和表3。2.3計(jì)算

35、液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)的排量（1）計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見圖2。圖a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖b活塞桿工作在受拉狀態(tài)?；钊麠U受壓時(shí)(15)活塞桿受壓時(shí)(16)2 無桿腔活塞有效作用面積（m）;有桿腔活塞有效作用面積（mi）；pi液壓缸工作腔壓力（Pa）;Pa）,即背壓力。其值根據(jù)回路的具體情況而定，初算時(shí)可參照表4取值。p2液壓缸回油腔壓力差動(dòng)連接時(shí)要另行考慮；D 活塞直徑（m）；d 活塞桿直徑（m）o圖2液壓缸主要設(shè)計(jì)參數(shù)表2按載荷選擇工作壓力載荷/kNV 551010 2020 3030 50 50工作壓力/MPaV 0.8 11.5 22.5 3344

36、5表3各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī)床家業(yè)機(jī)械液壓機(jī)磨床組合機(jī)床龍門創(chuàng)床拉床小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī)大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力/MPa0.8 2352881010 1820 32表4執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2 0.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.4 0.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.5 1.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.8 1.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.2 3回油路較短，且直接回油箱可忽略不計(jì)，般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為（17）運(yùn)用式（17）須事先確定 Ai與A的關(guān)系，或是活塞桿徑d與活塞直徑D的關(guān)系，令桿徑比 歸d

37、/D，其比值可按表5和表6選取。（18）采用差動(dòng)連接時(shí)，u/ u= （ D2-d 2） /d2。如果求往返速度相同時(shí)，應(yīng)取d=0.71D。對(duì)行程與活塞桿直徑比l/d 10的受壓柱塞或活塞桿，還要做壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。當(dāng)工作速度很低時(shí)，還須按最低速度要求驗(yàn)算液壓缸尺寸2式中A 液壓缸有效工作面積（m）；Qmin系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量（m/S ）,在節(jié)流調(diào)速中取決于回路中所設(shè)調(diào)速閥或節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量。 容積調(diào)速中決定于變量泵的最小穩(wěn)定流量。uin運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求的最小工作速度（m/s ）。如果液壓缸的有效工作面積A不能滿足最低穩(wěn)定速度的要求，則應(yīng)按最低穩(wěn)定速度確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸。另外，如果執(zhí)行元件安裝尺寸

38、受到限制，液壓缸的缸徑及活塞桿的直徑須事先確定時(shí)，可按載荷的要求 和液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸來確定系統(tǒng)的工作壓力。液壓缸直徑D和活塞桿直徑d的計(jì)算值要按國標(biāo)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。如與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參 數(shù)相近，最好選用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。常用液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑見表7和表8。表5按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa詬.05.0 -7.0富0d/D0.5 0.550.62 -7.700.7表6按速比要求確定 d/Du/ u1.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：u 無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度; u有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。表7常用液

39、壓缸內(nèi)徑D (mm4050638090100110125140160180200220250表8活塞桿直徑d( mm速比缸徑40506380901001101.462228354550556334550607080速比缸徑1251401601802002202501.46708090100110125140290100110125140(2)計(jì)算液壓馬達(dá)的排量液壓馬達(dá)的排量為式中T 液壓馬達(dá)的載荷轉(zhuǎn)矩(N m); p=pi-p 2液壓馬達(dá)的進(jìn)出口壓差(Pa)。液壓馬達(dá)的排量也應(yīng)滿足最低轉(zhuǎn)速要求式中Qnin通過液壓馬達(dá)的最小流量；n min液壓馬達(dá)工作時(shí)的最低轉(zhuǎn)速。2.4計(jì)算液壓缸或液壓馬達(dá)所需

40、流量(1 )液壓缸工作時(shí)所需流量Q=Au(19)2式中A 液壓缸有效作用面積(m)；u 塞與缸體的相對(duì)速度(m/s)。(2 )液壓馬達(dá)的流量Q=qrm(20)式中q液壓馬達(dá)排量(m/r );n液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速(r/s ) o2.5繪制液壓系統(tǒng)工況圖工況圖包括壓力循環(huán)圖、流量循環(huán)圖和功率循環(huán)圖。它們是調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、選擇液壓泵、閥等元件的依 據(jù)。1)壓力循環(huán)圖(p-t )圖通過最后確定的液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)實(shí)際載荷的大小，倒求出液壓執(zhí)行元件在其動(dòng)作循環(huán)各階段的工作壓力，然后把它們繪制成（p-t）圖。2）流量循環(huán)圖 一一（Q-t ）圖根據(jù)已確定的液壓缸有效工作面積或液壓馬達(dá)的排量，結(jié)合其運(yùn)動(dòng)

41、速度算出它在工作循環(huán)中每一階段的實(shí)際流量，把它繪制成（Q-t ）圖。若系統(tǒng)中有多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)工作，要把各自的流量圖疊加起來繪出總的流量循環(huán)圖。3） 功率循環(huán)圖（P-t ）圖繪出壓力循環(huán)圖和總流量循環(huán)圖后，根據(jù)P=pQ即可繪出系統(tǒng)的功率循環(huán)圖。油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)油箱油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多 輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計(jì)等。油箱可分為開式油箱和閉式油箱二種。開式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器。 開式油箱結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定 壓力的惰性氣體，充氣壓力可達(dá)0.05MPa。如果按油箱的形狀來分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強(qiáng)度高，重量輕，易于清掃，但 制造較難，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。2.1油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)圖10為油箱簡圖。設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)。1）油箱必須有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面在液