完整版液壓系統(tǒng)設(shè)計方法

1、液壓系統(tǒng)設(shè)計方法液壓系統(tǒng)是液壓機械的一個組成局部,液壓系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行.著手設(shè)計時,必須從實際情況出發(fā),有機地結(jié)合各種傳動形式,充分發(fā)揮 液壓傳動的優(yōu)點,力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、本錢低、效率高、操作簡單、 維修方便的液壓傳動系統(tǒng).液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟并無嚴格的順序,各步驟間往往要相互穿插進行.一般來說,在明確設(shè)計要求之后,大致按如下步驟進行.確定液壓執(zhí)行元件的形式；進行工況分析,確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；制定根本方案,擬定液壓系統(tǒng)原理圖；選擇液壓元件；液壓系統(tǒng)的性能驗算：繪制工作圖,編制技術(shù)文件.1.明確設(shè)計要求設(shè)計要求是進行每項工程設(shè)計的依據(jù).在制定根本方

2、案并進一步著手液壓系統(tǒng)各局部設(shè)計之前,必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚.主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；液壓系統(tǒng)要完成哪些動作,動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；液壓驅(qū)動機構(gòu)的運動形式,運動速度；各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；對調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；自動化程度、操作限制方式的要求；對防塵、防爆、防寒、噪聲、平安可靠性的要求；對效率、本錢等方面的要求.2 .進行工況分析、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,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)

3、計液壓系統(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)行元件的運動速度和結(jié)構(gòu)尺寸.2.1 載荷的組成和計算2.1.1 液壓缸的載荷組成與計算個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖.圖1表不圖上,其中Fw是作用在活塞桿上的外部載荷. 套之間的密封阻力.作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷 化而產(chǎn)生的慣性力 Fa.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 如與活塞運動方向相同為負,相反為正.導(dǎo)軌摩擦載荷Ff對于平導(dǎo)軌Ff=( G + F n)對于V型導(dǎo)軌Ff=科(G+Fn) /sin ( a /2) 式中 G 運動部件所受的重力(N

4、);Fn外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力(N);摩擦系數(shù),見表 2 1;各有關(guān)參數(shù)已標注在Fm是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向Fg,導(dǎo)軌的摩擦力Ff和由于速度變 V型導(dǎo)軌的夾角,一般為 90.慣,住載荷Fa導(dǎo)軌 美型導(dǎo)軾材料話就狀瘠摩擦事政F G, ag t式中 g重力加速度；g= 9.81m/s2A v速度變化量m/s;At起動或制動時間so一般機械A(chǔ) t0.10.5s,對輕 載低速運動部件取小值,對重載高速制導(dǎo)輪碑鞍對傳快百幼時 何速 父UJ6向育速0.15-0,201 - 0*120,05-0.嬲般動 卬物鑄錢對策柱 時 外火耐導(dǎo)物 對壁柱.磔 5 0.02D.DOJ -fl.OtJfi部件取大值

5、.彳走機械般取A v/At0.5靜壓等酰姆軼0.0051.5m/s2.以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷F w.起動加速時F w =F g+ F f + Fa穩(wěn)態(tài)運動時F w =Fg+Ff減速制動時F w =F g+ F f Fa工作載荷Fg并非每階段都存在,如該階段沒有工作,那么Fg=0c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F m,由于各種缸的密封材質(zhì)和密封形成不向,密封阻力難以精確計算,一般估算為F m= ( 1 Ym) F式中 刀m液壓缸的機械效率,一般取0.900.95.FFW2.1.2 液壓馬達載荷力矩的組成與計算工作載荷力矩Tg常見的載荷力矩有被驅(qū)動輪的

6、阻力矩、液壓卷簡的阻力矩等.軸頸摩擦力矩TfTf= g Gr式中 G旋轉(zhuǎn)部件施加于軸頸上的徑向力 N;科一一摩擦系數(shù),參考表 2 一 1選用；r旋轉(zhuǎn)軸的半徑m.慣性力矩TaTaJ J 式中 -角加速度rad/s2; Aco角速度變化量rad/s;At起動或制動時間s; J回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量kg - m2.起動加速時 Tw = Tg+Tf+Ta穩(wěn)定運行時Tw = Tg+Tf減速制動時 Tw=Tg+Tf- Ta計算液壓馬達載荷轉(zhuǎn)矩T時還要考慮液壓馬達的機械效率Ym = 0.90.98.根據(jù)液壓缸或液壓馬達各階段的載荷,繪制出執(zhí)行元件的 載荷循環(huán)圖,以便進步選擇系統(tǒng)工作壓力和確定其他有關(guān)參數(shù).2.2

7、 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, 對某些設(shè)備來說,尺寸要受到限制,從材料消耗角度看也 不經(jīng)濟；反之,壓力選得太高,對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要 求很高,必然要提升設(shè)備本錢.一般來說,對于固定的、尺寸不太受限的設(shè)備,壓力可以選低一些,行走機械、重載設(shè)備壓力要選得高一些.具體選擇可參考表2 一2和表23.注意,高壓化是液壓系統(tǒng)開展趨勢之一,因此壓力應(yīng)選得高一些, 以減小系統(tǒng) 的體積是可行的.此外,低壓閥已逐漸淘汰,即使是低壓系統(tǒng)也應(yīng)采用

8、高壓閥.* 2-2按tfc荷逸報工作壓力疑荷,kN50工柞EE力,MPa1.5-22.57：A44505賽2-3普靜機械常用的系統(tǒng)工柞壓力機修鬟型機庫農(nóng)機械 小加工程W建版機械橫甩電巖機赧服機 火中tnen機 寶衛(wèi)機德 送童后機械眠 床出臺機加AHttft粒球3-328a - io10-1820-322.3 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達的排量計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸主要設(shè)計參數(shù)見圖 2.圖a為液壓缸 活塞桿工作在受壓狀態(tài),圖b為活塞桿工作在受 拉狀態(tài).活塞桿受壓時, F p1Al p2 A2活塞桿受拉時,F p1A2 p2 Al式中 Ai無桿腔活塞有效作用面積(m2)；A2有桿腔活

9、塞有效作用t?12液壓缸主要設(shè)計參載P i 液壓缸工作腔壓力 (Pa);P2液壓缸回油腔壓力(Pa),即背 壓力.其值根據(jù)回路的具體情況而定, 初算時可參照表2 4取值.差動連接時 那么要另行考慮.D活塞直徑(m);d活塞桿直徑(m).一般,液壓缸在受壓狀態(tài)下工作, 其活塞面積為AiF2pi* 2-4執(zhí)行元件V壓力系統(tǒng)案整片壓力fMFi司單系燎或星藏節(jié)海皆謔廂統(tǒng)0,2-0,5回他型帶網(wǎng)速網(wǎng)的系統(tǒng)回油留設(shè)置身背霰閾的事坳0.5-1.5用補兩案的閉式回麻同袖躇較混雜的T界機械回神路較短,且直接回油箱可忽略不計面積(m2)；運用上式須事先確定 A|與A2的關(guān)系,或是活塞桿徑 d與活塞直徑D的關(guān)系,

10、令桿徑比d/D,其比值可按表 2 5和表2 6選取.4F2、Pl P2 (1)米用差動連接時,V1/V2 =D2d2 /d2.如要求往返速度 相同時,應(yīng)取d=0.71D.對行程與活塞桿直徑比1/d10的受壓柱塞或活塞桿,還 要做壓桿穩(wěn)定性驗算.當(dāng)工作速度很低時,還須按 最低速度要求驗算液壓缸尺寸工作壓力t MPa5.0-7.07,00.5-0.550.62-0-7U0.7* 2-5按工作壓力選取MD竄士/n11.151.251.331.46L6L一2 d/D0.30.40.50.550.620.71索2-6 按速比要求確定d. D注：為一無桿腔進超時消塞運動速度;V3-有桿腔邊油時活翼運動速度

11、:qminVmin式中 A液壓缸有效工作面積 m2；qmin 系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量m3/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.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,那么應(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)行元件安裝尺寸受到 限制,液壓缸的缸徑及活塞桿的直徑須 事先確定時,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 計算值要按國標規(guī)定的液壓缸的有關(guān) 標準進行圓整.如與標準液壓缸參數(shù)相 近,最好選用國產(chǎn)標準液壓缸,免于自行設(shè)計加工.常用液壓缸內(nèi)徑及活塞托 直徑

12、見表2 7和表28.計算液壓馬達的排量 液壓馬達的排量為3%JOG220no250囊2-7常用液壓缸內(nèi)徑DtnmO速比制 粒如50I 63鼬90L0055110L.4632228354545 a50*0 速比缸柱1251401W1麗21)0切250j70901009011010012511014(125 L.J40A 2-8 居塞桿直徑d TWT1IVmin運動機構(gòu)要求的最小工作速度m/s.式中T液壓馬達的載荷轉(zhuǎn)矩N m; A p液壓馬達的進出口壓差Pa.液壓馬達的排量也應(yīng)滿足最低轉(zhuǎn)速要求qminV M nmin式中qmin通過液壓馬達的最小流量；nmin液壓馬達工作時的最低轉(zhuǎn)速.2.4 計算

13、液壓缸或液壓馬達所需流量液壓缸工作時所需流量q = Av式中 A液壓缸有效作用面積 m2； v活寨與缸體的相對速度 m/s.液壓馬達的流量q = VMnM式中Vm 液壓馬達排量m3/r; nM 液壓馬達的轉(zhuǎn)速r/s.2.5 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).壓力循環(huán)圖一一pt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)實際載荷的大小,倒求出液壓執(zhí)行元件在其動作循環(huán)各階段的工作壓力,然后把它們繪制成pt圖.流量循環(huán)圖一一qt圖根據(jù)已確定的液壓缸有效工作面積或液壓馬達的排量,結(jié)合其運動速度算出它在工作循環(huán)中每一階段的

14、實際流量,把它繪制成qt圖.假設(shè)系統(tǒng)中有多個液壓執(zhí)行元件同時工作,要把各自的流量圖疊加起來繪出總的流量循環(huán)圖.功率循環(huán)圖一一Pt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.3 .制定根本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖3.1 制定根本方案制定調(diào)速方案液壓執(zhí)行元件確定之后,其運動方向和運動速度的限制是擬定液壓回路的核心 問題.方向限制用換向閥或邏輯限制單元來實現(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組合實現(xiàn)所要求的動作.對高壓大流量的液壓系統(tǒng),現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)限制閥的邏輯組合來實現(xiàn).速度限制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積 變化來實現(xiàn)

15、；相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合一一容積節(jié)流調(diào)速.節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油, 配以溢流閥,用流量限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)必須用溢流 閥溢流恒壓,有節(jié)流損失和溢流損失, 故效率低,發(fā)熱量大,用于功率不大的場合.容積調(diào)速 是靠改變變量泵或變量馬達的排量來到達調(diào)速的目的.其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失,效率較高.但為了散熱和補充泄漏,需要有輔助泵.此種調(diào) 速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng).容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油,用流量限制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元 件的流量,流量限制閥是泵的負載, 使泵的供油量與需油量

16、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)速又分別有進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式.進油節(jié)流起動沖擊較小,回油節(jié)流常用于有負值負載的場合,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,形成一個封閉的循環(huán)回路.其結(jié)構(gòu)緊湊,但散熱條件差.制定壓力限制方案液壓執(zhí)行元件工作時,要求系統(tǒng)保持一定的工

17、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, 用平安閥起平安保護作用.需要無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力時,可用比例溢流閥.在有些液壓系統(tǒng)中, 有時需要流量不大的高壓油, 這時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)的某個局部, 工作壓力需低于主油源壓力時,要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力.制定順序動作方案主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作,根據(jù)設(shè)備類型不同, 有的按固定程序運

18、行, 有的那么是隨機的或人為的.工程機械的操縱機構(gòu)多為手動,一般用手動多路換向閥限制.加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程限制,當(dāng)工作部件移動到一定位置 時,通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來限制接 續(xù)的動作.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.另外還有時間限制、壓力限制等.例如液壓泵無載啟動,經(jīng)過一段時間,當(dāng)泵 正常運轉(zhuǎn)后,延時繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關(guān)閉,建立起正常的工作壓力. 壓力限制多用在帶有液壓夾具的機床,擠壓機、壓力機等場合.當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動作時,回路中的壓力到達一定的數(shù)值,通過壓力繼電器發(fā)出

19、電信號或翻開順序閥使壓力油通過,來啟動下一個動作.選擇液壓動力源液壓系統(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, 溢流閥同時起到限制并穩(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,用平安閥限定系統(tǒng)的最高壓力.為節(jié)省能源提升效率,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

20、,進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求,通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾.為預(yù)防系統(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、冷卻等舉措.3.2 繪制液壓系統(tǒng)原理圖整機的液壓系統(tǒng)原理圖由擬定好的限制回路及液壓源組合而成.各回路相互組合時要去掉重復(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,預(yù)防 誤動作發(fā)生.要盡量減少能量損失環(huán)節(jié),提升系統(tǒng)的工作效率.為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(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)生時能迅速更換,保證主機連續(xù)工作.

21、各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標準件,在圖中要按國家標準規(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)計的非標準元件可用結(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、行程閥及其他限制元件的動作表.4 .液壓元件的選擇與專用件設(shè)計4.1 液壓泵的選擇確定液壓泵的最大工作壓力pppp pi + E A p式中 pi液壓缸或液壓馬達最大工作壓力；EA p從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達入口之間總的管路損失.EA p的準確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進行,初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。?管路簡單、流速不大的,取匯Ap=(0.20.5)MPa；管

22、路復(fù)雜,進口有調(diào)速閥的,取匯A p= 0.51.5 MPa.回油背壓應(yīng)折算到進油路.確定液壓泵的流量 qp多個液壓缸或液壓馬達同時工作時,液壓泵的輸出流量應(yīng)為qp K qm qmax 式中 K系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取 K= 1.11.3;Z2 qmax同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量,可從q t圖上查得.對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 0.5X 10 4m3/s.系統(tǒng)使用蓄能器作輔助動力源時qpz ViKi 1 Tt式中 K系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取 K=1.2;Tt液壓設(shè)備工作周期s;Vi 每一個液壓缸或液壓馬達在工作周期中的總耗油量m3;Z液壓缸或液壓馬

23、達的個數(shù).選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上求得的Pp和qP值,按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式,從產(chǎn)品樣本或手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵.為使液壓泵有一定的壓力儲藏,所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大確定液壓泵的驅(qū)動功率在工作循環(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,那么P PpQp聶4-1 液壓墓的總效率忻輪某嘿桿泵.一柱竄口總敢率0.6070.65 -0,801 5的一0.750.80 -0,8$25% 60%.式中 pp液壓泵的最大工作壓力 Pa; qp液壓泵的流量m3/s;刀p液壓泵的總效率,參考表41選擇.限壓式變量葉片泵的驅(qū)動功率,可按流量特性曲線拐點處的流量、壓

24、力值計算. 一般情況下,可取 pP=0.8pPmax, qp=qn,那么p08pP max qn式中ppmax液壓泵的最大I作壓力Pa; qn液壓泵的額定流量m3/s.在I作循環(huán)中,如果液壓泵的流量和壓力變化較大,即 p t、q t曲線起伏變化較大,那么須分別計算出各個動作階段內(nèi)所需功率,驅(qū)動功率取其平均功率P PC：Pl2tlP22 t2t1t2Pn2tntn式中ti、t2、tn個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的時間S；Pl、P2、Pn一個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的功率W.按平均功率選出電動機功率后,還要驗算一下每一階段內(nèi)電動機超載量是否都在允許范圍內(nèi).電動機允許白短時間超載量一般為25%.4.2

25、 液壓閥的選擇閥的規(guī)格,根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實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, 要考慮其最 小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求.限制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些,必要時也允許有20%以內(nèi)的短時間過流量.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).液壓執(zhí)行元件短時間快速運動,由蓄能器來補充供油,其有效工作容積為A V = E Ai liK qPt式中 A液壓缸有效作用面積m2； 1液壓缸行程m;K 油液損失系數(shù),一般取K=1.2; qP液壓泵流量m3/

26、s;t動作時間s.作應(yīng)急能源,其有效工作容積為：AV=E Ai liK式中 匯Ai li一要求應(yīng)急動作液壓缸總的工作容積m3.有效工作容積算出后,根據(jù) 有關(guān)蓄能器的相應(yīng)計算公式,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管道尺寸確實定管道內(nèi)徑計算 4-2 允許流速推薦值Iff _ifi液壓泵吸油管道液樂系統(tǒng)跟油管道液壓系統(tǒng)同油管道d0,5-1.5, 一般常取1以下3二6T而力高,管痛短.粘度小取大值1.5-26式中q通過管道內(nèi)的流量m3/s； v管內(nèi)允許流速m/s,見表42.計算出內(nèi)徑d后,按標準系列選取相應(yīng)的管子.管道壁厚8的計算Pd2式中 p管道內(nèi)最高工作壓力 P

27、a; d管道內(nèi)徑m；T 管道材料的許用應(yīng)力 Pa, r=T b/nbb管道材料的抗拉強度Pa;n平安系數(shù),鋼管來說,p7MPa時,取n=8; pv17.5MPa,取n =6; p 17.5MPa 時,取 n= 4.4.5油箱容量確實定初設(shè)計時,先按下式確定油箱的容量, 待系統(tǒng)確定后,再按散熱的要求進行校 核.油箱容量的經(jīng)驗公式為V= aqv式中,qV液壓泵每分鐘排出,蛆+,R.中壓力油白容積m3； a經(jīng)驗 =；亍物 A系統(tǒng)類型行走機械低壓系統(tǒng)中壓系坑城壓機彼冶金機幢系數(shù),見表43.a 1-22-4576-12 W在確定油箱尺寸時,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,油箱

28、不能溢出,以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時,油箱的油位不低于最低限度.5.液壓系統(tǒng)性能驗算液壓系統(tǒng)初步設(shè)計是在某些估計參數(shù)情況下進行的,當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后,針對實際情況對所設(shè)計的系統(tǒng)進行各項性能分析.對一般液壓傳動系統(tǒng)來說,主要是進一步確切地計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)分析計算發(fā)現(xiàn)問題, 對某些不合理的設(shè) 計要進行重新調(diào)整,或采取其他必要的舉措.5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失p2和閥類元件的局2qqn壓力損失包括管路的沿程損失Ap,管路的局部壓力損失A部損失A p3,總的壓力損失為A p = A p1 + A p2+ A p3l vp

29、id 22v,p2 一 , p3pn2式中l(wèi)管道的長度m; d管道內(nèi)徑m; v液流平均速度v/s; 油密度kg/m3；入一一沿程阻力系數(shù)；局部阻力系數(shù).入、I的具體值可參考液壓流體力學(xué)有關(guān)內(nèi)容.qn閥的額定流量m3/s; q通過閥的實際流量m3/s;A pn閥的額定壓力損失Pa,可從產(chǎn)品樣本中查到.對于泵到執(zhí)行元件間的壓力損失,如果計算出的Ap比選泵時估計的管路損失大得多時,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 pi+ A p式中 pt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)熱溫升計算5.2.1 計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率液壓系統(tǒng)工作時,除執(zhí)行元件驅(qū)動外載

30、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：液壓泵的功率損失1 zPhiPri 1Pi tiTt i 1式中 Tt工作循環(huán)周期s; z投入工作液壓泵的臺數(shù)；Pri液壓泵白輸入功率W ； Y Pi各臺液壓泵的總效率；ti第i臺泵工作時間s.液壓執(zhí)行元件的功率損失1 MPh2-Prj1 jtjTt j 1式中M 液壓執(zhí)行元件的數(shù)量；Prj 液壓執(zhí)行元彳的輸人功率W；Y j 液壓執(zhí)行元件的效率；tj第j個執(zhí)行元件工作時間so溢流閥的功率損失Ph3= pyqy式中py溢流閥白調(diào)整壓力Pa; qy經(jīng)溢流閥流回油箱的流量m3/s.4油液流經(jīng)閥或管路的功率

31、損失Ph4= A pq式中 Ap通過閥或管路的壓力損失Pa; q通過閥或管路的流量m3/s.由以上各種損失構(gòu)成了整個系統(tǒng)的功率損失,即液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率Phr= Phl+ Ph2 + Ph3 + Ph4上式適用于回路比較簡單的液壓系統(tǒng),對于復(fù)雜系統(tǒng),由于功率損失的環(huán)節(jié)太多,一一計算較麻煩,通常用下式計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率Phr= Pr Pc式中Pr是液壓系統(tǒng)的總輸入功率,Pc是輸出的有效功率.1 z PiQitiPr-Tt i 1 Pi1 nmPC-FwiSiTwj jtjTt i 1j 1式中 Tt工作周期s;z、n、m分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達的數(shù)量；Pi、qn r Pi第i臺泵的實際

32、輸出壓力、流量、效率；ti第i臺泵工作時間s;Twj、3 j、tj液壓馬達的外載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、工作時間N m、rad/s、s;Fwi、si液壓缸外載荷及驅(qū)動此載荷的行程N、mo5.2.2 計算液壓系統(tǒng)的散熱功率液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱外表, 熱功率時,也應(yīng)考慮管路外表散熱.Phc= KiAi+K2A2AT式中 Ki油箱散熱系數(shù),見表 51；K2管路散熱系數(shù),見表52;Al、A2 分別為油箱、管道的散熱面積m2；A T油溫與環(huán)境溫度之差 C .假設(shè)系統(tǒng)到達熱平衡,那么Phr=Phc,油溫不再升高,此時,最大溫差T PhrK1A1 K2A2$5-1油箱散熱系數(shù)抬叫而8冷捋事件誦同柒杵范播8-9通

33、風(fēng)條村良好7?陰風(fēng)那么伸卻23諭笄事遑制痔鄴110-170但如果系統(tǒng)外接管路較長,而且計算發(fā)風(fēng)速者常撲林,m/皿J,0.051 01065125141056923*5-2管道融熱系數(shù)機w/環(huán)境溫度為 To,那么油溫T= T0+AT.如果計算出的油溫超過該液壓設(shè)備允許的最高油溫各種機械允許油溫見表53,就要設(shè)法增大散熱面積,如果油箱的散熱面積不能加大,或加大一些也無濟于事時,那么需要裝設(shè)冷卻器.冷卻器的散熱面積為APhrPhc式中,K冷卻器的散熱系數(shù),見液壓 設(shè)計手冊有關(guān)散熱器的散熱系數(shù)；Atm一平均溫升C；+ TlT2tit2tm -22* 57各辨機械允許油殂距京T件祖度舞鬲能許祖矍繳整磯床

34、30-305S-7V般一M 30-5555-70機車*橫40 - 60船喇13U -60用命機械薄壓機40-70腳領(lǐng)工程機械、獷山機彼50-RO70-90Ti、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.如不考慮管路的散熱,上式可簡化為AiPhrTKi5.2.3 根據(jù)散熱要求計算油箱容量最大溫差A(yù)T是在初步確定油箱容積的情況下,驗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A T公式可得油箱的散熱面積為Ai與 K2A2 Ki油箱主要設(shè)計參數(shù)如圖3所示.一般油面的高度為油箱高h的0.8倍,與油直接接觸的 外表算全散熱面,與油不直接接觸

35、的外表算半 散熱面,圖示油箱的有效容積和散熱面積分別 為V= 0.8abhAi=i.8ha+b+i.5ab假設(shè)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,遠超出用油量的需要,且又受空間尺寸的 限制,那么應(yīng)適當(dāng)縮小油箱尺寸,增設(shè)其他散熱舉措.5.3計算液壓系統(tǒng)沖擊壓力壓力沖擊是由于管道液流速度急劇改變或管道液流方向急劇改變而形成的.例如液壓執(zhí)行元件在高速運動中突然停止,換向閥的迅速開啟和關(guān)閉, 都會產(chǎn)生高于靜態(tài)值的沖擊壓力.它不僅伴隨產(chǎn)生振動和噪聲,而且會因過高的沖擊壓力而使管 路、液壓元件遭到破壞；對系統(tǒng)影響較大的壓力沖擊常

36、為以下兩種形式：當(dāng)迅速翻開或關(guān)閉液流通路時,在系統(tǒng)中產(chǎn)生的沖擊壓力.直接沖擊,即tV.時,管道內(nèi)壓力增大值A(chǔ) p=ac p Av間接沖擊即t T 時,管道內(nèi)壓力增大值Pacv-t式中 一液體密度kg/m3； Av關(guān)閉或開啟液流通道前后管道內(nèi)流速之差m/s;t關(guān)閉或翻開液流通道的時間s; t = 2l/ac管道長度為l時,沖擊波往返所需的時間s; ac管道內(nèi)液流中沖擊波的傳播速度m/s.假設(shè)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ac式中E0液壓油的體積彈性模量Pa,其推薦值為 E0= 700MPa； 8、d管道的壁厚和內(nèi)徑m; E管道材料的彈性模量Pa,常用管道材料彈性模量：鋼 E=2.1 x 1011Pa,紫銅 E= 1.18X 1011Pao急劇改變液壓缸運動速度時,由于液體及運動機構(gòu)的慣性作用而引起的壓力 沖擊,其壓力的增大值為式中l(wèi)i液流第i段管道的長度m; Ai第i段管道的截面積m2;A液壓缸活塞面積m2; M 與活塞連動的運動部件質(zhì)量kg;Av液壓缸的速度變化量 m/s; t 液壓缸速度變化A v所需時間s.計算出沖擊壓力后,此壓力與管道的靜態(tài)壓力之和即為此