液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算

1、液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求液壓傳動系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個組成局部， 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機(jī)的總體設(shè)計同時 進(jìn)行。 著手設(shè)計時， 必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動形式， 充分發(fā)揮液壓傳動的 優(yōu)點(diǎn)，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)。1.1 設(shè)計步驟液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟并無嚴(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制定根本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；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)

2、文件。1.2 明確設(shè)計要求設(shè)計要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計的依據(jù)。 在制定根本方案并進(jìn)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。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)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；3液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式，運(yùn)動速度；4各動作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；5對調(diào)速范圍、運(yùn)動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；6自動化程序、操作控制方式的要求；7對防塵、防爆、防寒、噪聲、平安可靠性的要求；8對效率、本錢等方面的要求。制定根本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖3.1 制定根本方案 1制定調(diào)速方案 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)

3、動方向和運(yùn)動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)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)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

4、來到達(dá)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)比擬 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， 液壓泵從油箱吸油， 壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋

5、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。 2制定壓力控制方案液壓執(zhí)行元件工作時， 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(hù)作用。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

6、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。 3制定順序動作方案主 機(jī)各執(zhí)行機(jī)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(yùn)行，有的那么是隨機(jī) 的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加 工機(jī)械的 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作多采用行程控制， 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控制接續(xù)的 動作。行程開關(guān)安裝比擬 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)接比擬方便的場合。另

7、 外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經(jīng)過一段時間，當(dāng)泵正常運(yùn)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)定動作時， 回路中的壓力達(dá) 到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或翻開順序閥使壓力 油通過，來啟動下一個動 作。4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，多余容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是對在工作循環(huán)各階的油經(jīng)溢流閥流回油箱， 溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力

8、的作用。用變量泵供油，用平安閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率， 液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，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，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。 各回路相互組合時要去掉重復(fù)

9、 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， 防止誤動作發(fā)生。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的常態(tài)位 置繪制。對于自行設(shè)計的非標(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、行程閥及其他控制元件的動作表。液壓元件的選擇與專用件設(shè)計4.1 液壓

10、泵的選擇1確定液壓泵的最大工作壓力pppppi + lA p21式中 p 1 液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力；lA 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。lA p的準(zhǔn)確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進(jìn)行， 初算時可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。?管路簡單、 流速不大的， 取lA p= 0.20.5 MPa管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)閥的，取lA p= 0.51.5 MPa2確定液壓泵的流量 QP 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時工作時，液壓泵的輸出流量應(yīng)為Q來(lQnax)( 22 )式中K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.11.3 ;Q-t 圖上查得。對于在工-4 30.5 X10 m/s 。lQmax 同時動作

11、的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取系統(tǒng)使用蓄能器作輔助動力源時式中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；3V每一個液壓缸或液壓馬達(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藏， 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)動功率在工作循環(huán)中， 如果液壓泵的壓力和流量比擬恒定， 即 p-t 、Q-t 圖變化較平緩，那么式中p p液

12、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。表9液壓泵的總效率液壓泵類型齒輪泵螺桿泵葉片泵柱塞泵總效率0.6 0.70.65 0.800.60 0.750.80 0.85限壓式變量葉片泵的驅(qū)動功率，可按流量特性曲線拐點(diǎn)處的流量、壓力值計算。一般情況下，可取pp=0.8p Pmax， Q=Q，那么式中 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 Q-t， p-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式中tt2、tn一個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的時間S ；P

13、、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(jī)功率后，還要驗(yàn)算一下每一階段內(nèi)電動機(jī)超載量是否都在允許范圍內(nèi)。電動機(jī)允許的短時間超載量一般為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，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?？刂崎y的流量一般要選得比實(shí)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。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)行元件短時間快速

14、運(yùn)動，由蓄能器來補(bǔ)充供油，其有效工作容積為2式中A 液壓缸有效作用面積m；I 液壓缸行程m;K油液損失系數(shù)，一般取 K=1.2 ;3Q液壓泵流量m/s ；t 動作時間s2作應(yīng)急能源，其有效工作容積為：3式中 一一要求應(yīng)急動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(shí)定1管道內(nèi)徑計算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的計算表10允許流速推薦值管道推薦流速/ m/s液壓泵吸油管道0.51.5，一般常

15、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 ；司一一管道材料的許用應(yīng)力Pa,卡ob管道材料的抗拉強(qiáng)度Pa；n平安系數(shù)，對鋼管來說，pv 7MPa時，取n=8; pv 17.5MPa時，取n=6; p > 17.5MPa 時，取n=4。4.5油箱容量確實(shí)定初始設(shè)計時，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=ax 313式中Qv液壓泵每分鐘排出壓力油的容積m；a經(jīng)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)鍛壓機(jī)械冶金機(jī)械a12

16、245761210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。液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)初步設(shè)計是在某些估計參數(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，針對實(shí)際情況對所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)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(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厶p1,管路的局部壓力損失 p2和閥類兀件的局部

17、損失厶 p3,總的壓力損失為 p=A p1+A p2+A p3 323334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。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)。對于泵到執(zhí)行元件間的壓力損失，如果計算出的厶p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 卻+ p(36)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

18、 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液壓泵的輸入功率( W)；nPi 各臺液壓泵的總效率；ti第 i 臺泵工作時間( 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個執(zhí)行元件工作時間(s)。( 3)溢流閥的功率損失( 39)式中py溢流閥的調(diào)整壓力(Pa)；3Qy經(jīng)溢流閥流回油箱的流量(m/s

19、 )。( 4)油液流經(jīng)閥或管路的功率損失Fh4= 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)成了整個系統(tǒng)的功率損失，即液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率Phr=Ph1+ P h2+ Ph3+Ph4( 41)式( 41)適用于回路比擬簡單的液壓系統(tǒng)，對于復(fù)雜系統(tǒng)，由于功率損失的環(huán)節(jié)太多， 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(42)式中Pr是液壓系統(tǒng)的總輸入功率，巳是輸出的有效功率。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；p、Q、n 第i臺泵的實(shí)際輸出壓力、流量、效率；t i第i臺泵工作時

20、間s;Twj、tj液壓馬達(dá)的外載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、工作時間 Nm rad/s、s;F w、si液壓缸外載荷及驅(qū)動此載荷的行程 N m。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，但如果系統(tǒng)外接管路較長，而且用式41計算發(fā)熱功率時，也應(yīng)考慮管路外表散熱。Phc= /+« T45式中K1油箱散熱系數(shù)，見表 12;K2管路散熱系數(shù)，見表 13;2A、A2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) 冷W/ ntc冷卻條件K通風(fēng)條件很差89通風(fēng)條件良好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) &W/ 卅：C風(fēng)速/m s

21、管道外徑/m0.010.050.1086512514105694023假設(shè)系統(tǒng)到達(dá)熱平衡，那么Phr=Phc,油溫不再升高，此時，最大溫差環(huán)境溫度為T。，那么油溫T=T+To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(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，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 70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式中

22、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；t 1、t 2 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如不考慮管路的散熱，式 48可簡化為油箱主要設(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，與油直接接觸的表面算全散熱面， 與油不直接接觸的外表算半散熱面， 圖示油箱的有效容積和散熱面積分別為圖 3 油箱結(jié)構(gòu)尺寸V=0.8 obh

23、50A=1.6h a+b +1.5 a 51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(yuǎn)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)其他散熱措施。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而形成的。 例如液壓執(zhí)行元件在高速運(yùn)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 為以下兩種形式：1 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

24、。直接沖擊即t v T時，管道內(nèi)壓力增大值 52間接沖擊即t > T時，管道內(nèi)壓力增大值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)閉或翻開液流通道的時間s；T 管道長度為I時，沖擊波往返所需的時間S； 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)的傳播速度式中Eo液壓油的體積彈性模量Pa,其推薦值為 E=700MPa& d 管道的壁厚和內(nèi)徑m ；11E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11E=1.18 X10 Pa。2急劇改變液壓缸運(yùn)動速度時,由于液體及運(yùn)動機(jī)

25、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 液流第 i 段管道的長度 m；2A第i段管道的截面積m；2A 液壓缸活塞面積m；M與活塞連動的運(yùn)動部件質(zhì)量kg ； u 液壓缸的速度變化量m/s;t 液壓缸速度變化厶u所需時間S 。計算出沖擊壓力后， 此壓力與管道的靜態(tài)壓力之和即為此時管道的實(shí)際壓力。 實(shí)際壓力假設(shè) 比初始設(shè)計壓力大得多時， 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。設(shè)計液壓裝置，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)是將整個設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥局部獨(dú)立設(shè)置于主機(jī)之外或安裝在地 下，組成液壓站

26、。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)臺等普遍采用這種配置。2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

27、成塊設(shè)計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。對于較簡單的液壓系統(tǒng)，其閥件較少， 可安裝在同一個集成塊上。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。集成塊的其余四個外表，一般后面接通液壓執(zhí)

28、行元件的油管，另三個面用以安裝液壓閥。 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)尺寸確實(shí)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。對于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，需要多個集成塊疊積時，一定要保證三個公用油 孔的坐標(biāo)相同，使之疊積起來后形成三個主通道。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)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，

29、因油孔的偏斜而誤通。對于中低壓系統(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。 除用元件圖形符號表示的原理圖外，還包括動作循環(huán)表和元件的規(guī)格型號表。圖中各元件一般按系統(tǒng)停止位置表示，如特殊需要， 也可以按某時刻運(yùn)動狀態(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)計任務(wù)書、設(shè)計說明書和設(shè)備的使用、維護(hù)說明書等。進(jìn)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，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

30、壓力和流量，它們是設(shè)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(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。2.1載荷的組成和計算液壓缸的載荷組成與計算圖1表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖。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)動方向相同為負(fù)，相反為正。2導(dǎo)軌摩擦載荷Ff對于平導(dǎo)軌1對于V型導(dǎo)軌

31、2式中G 運(yùn)動部件所受的重力N；Fn外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力N;卩摩擦系數(shù)，見表1 ;a V型導(dǎo)軌的夾角，一般為 90 °3慣性載荷Fa表1摩擦系數(shù)卩導(dǎo)軌類型導(dǎo)軌材料運(yùn)動狀態(tài)摩擦系數(shù)起動時0.15 0.20滑動導(dǎo)軌鑄鐵對鑄鐵低速(U< 0.16m/s)0.1 0.12高速(u> 0.16m/s )0.05 0.08滾動導(dǎo)軌鑄鐵對滾柱珠0.005 0.02淬火鋼導(dǎo)軌對滾柱0.003 0.006靜壓導(dǎo)軌鑄鐵0.0052式中g(shù)重力加速度；g=9.81m/s ； u度變化量m/s; t 起動或制動時間s。一般機(jī)械厶t=0.10.5s，對輕載低速運(yùn)動=0.51.5部件取小值，對重

32、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。起動加速時 F W=Fg+Ff +Fa4穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時 F W=Fg+Ff5減速制動時 F W=Fg+Ff -F a6工作載荷Fg并非每階段都存在，如該階段沒有工作，那么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算，一般估算為( 7 )式中n液壓缸的機(jī)械效率，一般取0.90 0.95 。2.1.2 液壓馬達(dá)載荷力矩的組成與計算 1 工作載荷力矩Tg( 8 )常見的載荷力矩有被驅(qū)動輪的阻力矩、液壓卷筒的阻力矩等。 2軸頸摩擦力矩

33、 TfTf=Q9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 102式中£加速度rad/s ; 3角速度變化量rad/s ; t起動或制動時間s;2J回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量kg m°起動加速時 11 穩(wěn)定運(yùn)行時 12 減速制動時13計算液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩 T時還要考慮液壓馬達(dá)的機(jī)械效率nm n=0.90.99 。 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

34、間、經(jīng)濟(jì)條件 及元件供給情況等的限制。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,從材料消耗角度看出不經(jīng)濟(jì);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,必然要提高設(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(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計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)的排量1計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸有關(guān)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活塞桿工作在受拉狀態(tài)?；钊麠U受壓時15活塞桿受壓時16式中無桿腔活塞有效作用面

35、積mi；有桿腔活塞有效作用面積mi；pi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4取值。差動連接時要另行考慮；D活塞直徑m；d活塞桿直徑m。圖2液壓缸主要設(shè)計參數(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 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 小型工程機(jī)械建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門創(chuàng)床拉床工作壓力/MPa0.8 2352881010 1820 32表4執(zhí)行元件背壓力

36、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，般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為運(yùn)用式17須事先確定 A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 忙d/D，其比值可按表 5和表6選取。18采用差動連接時，u/ u=丘-d2 /d 2。如果求往返速度相同時，應(yīng)取d=0.71D。對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，還須按最

37、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)定流量斥怡，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。Umin運(yùn)動機(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，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(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)計加工。 常用

38、液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑見表7和表&表5按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa<5.05.0 -7.0富0d/D0.5 0.550.62 -0.700.7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)油時活塞運(yùn)動速度；u有桿腔進(jìn)油時活塞運(yùn)動速度。表7常用液壓缸內(nèi)徑 D mm4050638090100110125140160180200220250表8活塞桿直徑d mm速比缸徑40506380901001101.462228354550556334550607080速比缸徑12514016018

39、02002202501.467080901001101251402901001101251402計算液壓馬達(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Nn; p=p1-p2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 Qmin 通過液壓馬達(dá)的最小流量；n min 液壓馬達(dá)工作時的最低轉(zhuǎn)速。2.4 計算液壓缸或液壓馬達(dá)所需流量 1液壓缸工作時所需流量Q=Au192式中 A 液壓缸有效作用面積 m2；U 塞與缸體的相對速度m/s。 2液壓馬達(dá)的流量Q=qnm 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 。2.5 繪制液壓系統(tǒng)工況圖 工況圖包括壓力循環(huán)圖、

40、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)圖一一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。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。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)計要點(diǎn)油箱油箱在液壓系

41、統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱、別離油液中的氣泡、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)計要點(diǎn)圖 10為油箱簡圖。設(shè)計油箱時應(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，另一方面在液壓系統(tǒng)停 止工作時應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工作時又能保持適當(dāng)?shù)囊何弧?吸油管及回油管應(yīng)插入最