第8章 液壓系統(tǒng)設(shè)計

第8章液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓系統(tǒng)的設(shè)計原則和依據(jù)8.1液壓系統(tǒng)的工況分析和主要參數(shù)的確定8.2液壓系統(tǒng)原理圖的擬定和方案論證8.3

液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟如下。

（1）明確設(shè)計原則和依據(jù)。

（2）進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)。

（3）進行系統(tǒng)方案論證，擬定液壓系統(tǒng)原理圖。（4）計算和選擇液壓元件。（5）驗算液壓系統(tǒng)的主要性能。（6）繪制工作圖，編制技術(shù)文件。8.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計原則和依據(jù)1．液壓系統(tǒng)的設(shè)計原則

注意吸收國內(nèi)外先進技術(shù)，力求設(shè)計出重量輕、體積小、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、性能良好及操作方便的液壓裝置。2．液壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)

（1）主機的用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境及總體布局等。

（2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此間的聯(lián)鎖關(guān)系等。

（3）液壓驅(qū)動機構(gòu)的運動形式及運動速度。

（4）各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)。

（5）對液壓系統(tǒng)性能（如工作平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等）、工作效率、自動化程度等方面的要求。

（6）自動化程序及操作控制方式的要求。

（7）對防塵、防爆、防寒、噪聲及安全可靠性的要求。

（8）對效率及成本等方面的要求。8.2液壓系統(tǒng)的工況分析和主要參數(shù)的確定8.2.1液壓系統(tǒng)的工況分析1．運動分析名稱特點應(yīng)用場合雙桿活塞缸雙向輸出力、輸出速度相同，桿受力狀態(tài)相同雙向工作的往復(fù)運動單桿活塞缸雙向輸出力、輸出速度不相同，桿受力狀態(tài)不同。差動連接時可實現(xiàn)快速運動往復(fù)不對稱直線運動表8-1

液壓執(zhí)行元件的類型

名稱特點應(yīng)用場合柱塞缸結(jié)構(gòu)簡單長行程、單向工作擺動缸單葉片缸轉(zhuǎn)角小于300°，雙葉片缸轉(zhuǎn)角小于150°往復(fù)擺動運動齒輪、葉片馬達結(jié)構(gòu)簡單、體積小、慣性小高速小轉(zhuǎn)矩回轉(zhuǎn)運動軸向柱塞馬達運動平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬大轉(zhuǎn)矩回轉(zhuǎn)運動徑向柱塞馬達結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低低速大轉(zhuǎn)矩回轉(zhuǎn)運動續(xù)表2．負載分析

（1）液壓缸的負載計算。（8-1）

①工作負載Fw

即Fw＝f（t），需根據(jù)具體情況分析決定。

②慣性負載Fm

（8-2）

式中，m為運動部件總質(zhì)量；a為加速度；Δv為Δt時間內(nèi)速度的變化量；Δt為啟動或制動時間，一般機械系統(tǒng)取0.1～0.5s，行走機械系統(tǒng)取0.5～1.5s，機床運動系統(tǒng)取0.25～0.5s，機床進給系統(tǒng)取0.05～0.2s。工作部件較輕或運動速度較低時取小值。

③導(dǎo)向摩擦阻力Ff

對于平導(dǎo)軌（8-3）

對于V形導(dǎo)軌（8-4）

④重力負載Fg

當工作部件垂直或傾斜放置時，自重也是一種負載；當工作部件水平放置時，F(xiàn)g=0。

⑤背壓負載Fb

液壓缸運動時還必須克服回油路壓力形成的背壓阻力Fb，其值為（8-5）

中低壓系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)取0.2～0.5MPa，回油路有調(diào)速閥或背壓閥的系統(tǒng)取0.5～1.5Mpa，采用補油泵補油的閉式系統(tǒng)取1.0～1.5MPa，采用多路閥的復(fù)雜中高壓工程機械系統(tǒng)取1.2～3.0MPa。

⑥液壓缸自身的密封阻力Fsf

液壓缸工作時還必須克服其內(nèi)部密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力Fsf，其值與密封裝置的類型、油液工作壓力，特別是液壓缸的制造質(zhì)量有關(guān)，計算比較繁瑣，一般將它計入液壓缸的機械效率ηm中考慮，通常取ηm＝0.90～0.97。

（2）液壓缸運動循環(huán)各階段的負載。

啟動時

（8-6）

加速時

（8-7）

恒速運動時

（8-8）

減速制動時

（8-9）3．工作負載圖圖8-1某液壓缸的速度圖和負載圖

8.2.2液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定1．系統(tǒng)工作壓力的確定負載/kN＜55～1010～2020～3030～50＞50系統(tǒng)壓力/MPa＜0.8～l1.6～22.5～33～44～5＞5～7表8-2 按負載選擇系統(tǒng)工作壓力設(shè)備類型機床農(nóng)業(yè)機械汽車工業(yè)小型工程機械及輔助機械工程機械重型機械鍛壓設(shè)備液壓支架船用系統(tǒng)磨床組合機床牛頭刨床插床齒輪加工機床車床銑床鏜床珩磨機床拉床龍門刨床壓力/MPa＜2.5＜6.32.5～6.3＜1010～1616～3214～25表8-3 按主機類型選擇系統(tǒng)工作壓力2．執(zhí)行元件參數(shù)的確定3．執(zhí)行元件流量的確定（8-10）（8-11）4．執(zhí)行元件的工況圖

（1）液壓泵和各種控制閥的規(guī)格是根據(jù)工況圖中的最大壓力和最大流量選定的。

（2）液壓系統(tǒng)中的基本回路及其油源形式主要是根據(jù)工況圖中不同階段內(nèi)的壓力和流量變化情況選擇出來后，再通過分析比較后確定的。

（3）將工況圖所反映的情況與調(diào)研得來的參考方案進行對比，可以對原來設(shè)計參數(shù)的合理性作出鑒別、對各參數(shù)值進行調(diào)整。例如，在工藝情況允許的條件下，調(diào)整有關(guān)工作階段的時間和速度，以減少所需的功率；當功率分布很不均勻時，適當修整參數(shù)，以避開或削減功率“峰值”等。圖8-2液壓缸的工況圖8.3液壓系統(tǒng)原理圖的擬定和方案論證1．選擇系統(tǒng)的類型

系統(tǒng)有開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩種類型。

選擇系統(tǒng)的類型主要取決于它的調(diào)速方式和散熱要求。2．選擇液壓基本回路

選擇基本回路時，首先要抓住各類機器的液壓系統(tǒng)的主要矛盾。3．液壓系統(tǒng)的合成

合成液壓系統(tǒng)時應(yīng)特別注意以下幾點。

（1）防止回路間可能存在的相互干擾。

（2）系統(tǒng)應(yīng)力求簡單，并將作用相同或相近的回路合并，避免存在多余回路。系統(tǒng)要安全可靠，要有安全、聯(lián)鎖等回路，力求控制油路可靠。

（3）組成系統(tǒng)的元件要盡量少，并應(yīng)盡量采用標準元件，減少自行設(shè)計的專用件。

（4）組成系統(tǒng)時還要考慮節(jié)省能源，提高效率，減少發(fā)熱，防止液壓沖擊。

（5）測壓點分布合理。8.4計算和選擇液壓元件8.4.1液壓泵的確定與驅(qū)動功率的計算 1.確定液壓泵的最大工作壓力和流量（8-12）

取ΣΔp

＝0.5～1.5MPa。（8-13） 2．確定原動機的功率（8-14）

式中，ηp為液壓泵的總效率，齒輪泵ηp＝0.6～0.8，葉片泵ηp＝0.7～0.8，柱塞泵ηp＝0.8～0.85。具體數(shù)值可參閱產(chǎn)品樣本。（8-15）8.4.2液壓控制閥的選擇

選擇壓力控制閥時，應(yīng)考慮壓力閥的壓力調(diào)節(jié)范圍、流量變化范圍、所要求的壓力靈敏度和平穩(wěn)性等。

特別是溢流閥的額定流量必須滿足液壓泵最大流量的要求。

選擇流量控制閥時，應(yīng)考慮流量閥的流量調(diào)節(jié)范圍、流量—壓力特性、最小穩(wěn)定流量、壓力補償要求或溫度補償要求，以及對油液過濾精度的要求，同進還應(yīng)考慮閥進、出口壓差大小及閥內(nèi)泄漏量的大小等。

選擇方向控制閥時，應(yīng)考慮方向閥的換向頻率、響應(yīng)時間、操作方式、滑閥機能、閥口壓力損失及閥內(nèi)泄漏量的大小等。

對于單桿液壓缸系統(tǒng)，若無桿腔有效作用面積為有桿腔有效作用面積的幾倍，當有桿腔進油時，則回油流量為進油流量的幾倍，此時，應(yīng)以幾倍的流量來選擇方向控制閥。

通過各類閥件的實際流量最多不應(yīng)超過其公稱流量的120%，以免引起發(fā)熱、噪聲和過大的壓降損失。8.4.3液壓輔件的計算與選擇1．確定管道尺寸

（1）管內(nèi)油液的推薦流速。對于液壓泵吸油管道一般取1m/s以下；系統(tǒng)壓力管道一般取3～6m/s，壓力高、管道短、黏度小時取大值；系統(tǒng)回油管道一般取1.5～2.6m/s。（2）管道內(nèi)徑的計算。（8-16）（3）管道壁厚的計算。（8-17）2．確定油箱容量V=αqp

（8-18）8.5液壓系統(tǒng)性能驗算8.5.1液壓系統(tǒng)壓力損失驗算（8-19）8.5.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗算1．液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率

（1）液壓泵的損失功率為（8-20）

（2）液壓執(zhí)行元件的損失功率為（8-21）

（3）溢流閥的損失功率為（8-22）

（4）節(jié)流功率損失為（8-23）

（5）液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為（8-24）（8-25）或2．液壓系統(tǒng)的散熱功率（8-26）

式中，

為油溫與環(huán)境溫度之差（℃）；A為油箱散熱面積（m2）；K為油箱散熱系數(shù)（W/m2·℃），其值按表8-4選擇。散熱條件通風(fēng)條件較差通風(fēng)條件良好用風(fēng)扇冷卻循環(huán)水強制冷卻散熱系數(shù)8～915～1723110～175表8-4 油箱散熱系數(shù)K值8.6繪制正式工作圖、編制技術(shù)文件

經(jīng)過對液壓系統(tǒng)性能的驗算和必要的修改之后，便可繪制正式工作圖，它包括正式的液壓系統(tǒng)原理圖、液壓站裝配圖（包括油箱裝配圖、液壓泵機架、集成塊裝配圖等）、液壓裝置的總體結(jié)構(gòu)圖、管路布置圖以及各種非標準元件的零件圖等。8.7液壓系統(tǒng)設(shè)計計算實例8.7.1負載分析1．工作負載（8-28）

對

13.9mm的孔來說

n1＝360r/min，s1＝0.147mm/r

對

8