《液壓與氣壓傳動(dòng)》（第二版）課件 第7章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)的分類液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.1液壓系統(tǒng)的分類液壓泵自油箱吸油，經(jīng)換向閥供給液壓缸或液壓馬達(dá)對(duì)外作功；液壓缸或液壓馬達(dá)的回油流回油箱。

7.1.1開式循環(huán)系統(tǒng)圖7-1開式系統(tǒng)7.1液壓系統(tǒng)的分類7.1.1開式循環(huán)系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而應(yīng)用較廣。（2）油箱除了作為油液循環(huán)的起點(diǎn)和終點(diǎn)外，還具有散熱、冷卻及沉淀雜質(zhì)的作用，因此需要有較大容積的油箱才能滿足要求。（3）為了保證工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，在系統(tǒng)的回路上將設(shè)置背壓閥，從而引起附加的能量損失，使油溫升高。（4）為避免產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，對(duì)自吸能力差的液壓泵，通常將其工作轉(zhuǎn)速限制在額定轉(zhuǎn)速的75%以內(nèi)，或增設(shè)一個(gè)輔助泵。（5）開式系統(tǒng)通過(guò)操縱換向閥使執(zhí)行元件換向，故換向時(shí)容易產(chǎn)生壓力沖擊。（6）如果執(zhí)行元件為液壓馬達(dá)，并且?guī)в休^大慣性負(fù)載時(shí)，在慣性負(fù)載的帶動(dòng)下，馬達(dá)將呈泵工況運(yùn)行，如果此時(shí)換向閥在中位，則原來(lái)的回油管中將產(chǎn)生很高的壓力，使液壓馬達(dá)急劇制動(dòng)，為了限制其產(chǎn)生過(guò)大的制動(dòng)力，需在馬達(dá)進(jìn)出油管之間設(shè)置雙向溢流閥

7.1液壓系統(tǒng)的分類7.1.2閉式循環(huán)系統(tǒng)圖7-2閉式系統(tǒng)

液壓泵A和液壓馬達(dá)B的進(jìn)出油管首尾相接，形成一個(gè)閉合回路。當(dāng)操縱泵A的變量機(jī)構(gòu)時(shí)，便可調(diào)節(jié)馬達(dá)B的速度或使馬達(dá)B換向。

7.1液壓系統(tǒng)的分類7.1.2閉式循環(huán)系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）閉式系統(tǒng)中油液基本在閉合回路內(nèi)循環(huán)，與油箱交換的流量?jī)H為系統(tǒng)的泄漏量，因而補(bǔ)油系統(tǒng)的油箱容積較小，結(jié)構(gòu)緊湊。（2）閉式系統(tǒng)回油有背壓，因而空氣不易滲入系統(tǒng)。又由于油箱容積小，油液與空氣接觸面小，從而使油中空氣含量較小。因此，閉式系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。（3）閉式系統(tǒng)中，馬達(dá)的回油直接流到泵的入口，液壓泵在回油壓力下吸油，因而對(duì)泵的自吸能力要求低。而開式系統(tǒng)對(duì)泵的自吸能力要求較高。（4）閉式系統(tǒng)中，是通過(guò)改變液壓泵的變量機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)換向和調(diào)速的，因而調(diào)速和制動(dòng)比較平緩，且調(diào)速與制動(dòng)中能量消耗小。

7.1液壓系統(tǒng)的分類7.1.3閱讀液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖的步驟（1）了解機(jī)械設(shè)備的功用、設(shè)備工況對(duì)液壓系統(tǒng)的要求以及設(shè)備的工作循環(huán)。明確各執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)技術(shù)性能具體指標(biāo)，如精度、調(diào)速方式、順序等；（2）初步閱讀液壓系統(tǒng)圖，了解系統(tǒng)中包含哪些元件，且以執(zhí)行元件為中心，將系統(tǒng)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，如主系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)等。（3）分析各個(gè)元件的功用及其相互間的關(guān)系，逐步分析各子系統(tǒng)。先主要部分，后輔助部分；先主油路，后控制油路；先由缸到泵倒看，理解油路再泵到缸順看；了解系統(tǒng)由哪些典型基本回路組成，分析特點(diǎn)，如差動(dòng)、卸荷、背壓等方面；找出特殊結(jié)構(gòu)，分析特點(diǎn)；根據(jù)運(yùn)動(dòng)工作循環(huán)和動(dòng)作要求，參照電磁鐵動(dòng)作順序表和有關(guān)資料等，讀懂液壓系統(tǒng)，搞清液流的流動(dòng)路線。（4）進(jìn)一步分析必須的主油路和控制油路，根據(jù)系統(tǒng)中對(duì)各執(zhí)行元件間的互鎖、同步、防干擾等要求，分析各個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)系以及如何實(shí)現(xiàn)這些要求，不得相互干擾，產(chǎn)生矛盾。（5）在全面讀懂液壓系統(tǒng)圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)所使用的基本回路的性能，對(duì)系統(tǒng)作出綜合分析，歸納總結(jié)出整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，以加深對(duì)系統(tǒng)的理解，為系統(tǒng)的調(diào)整、維護(hù)、使用打下基礎(chǔ)。

7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1機(jī)床滑臺(tái)液壓系統(tǒng)7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1機(jī)床滑臺(tái)液壓系統(tǒng)（1）快進(jìn)?？爝M(jìn)前，電液換向閥6的1YA、2YA均斷電，其先導(dǎo)閥處于中位，則主閥也處于中位，變量泵1卸荷，外控式順序閥4為關(guān)閉狀態(tài)；按下啟動(dòng)按鈕，使電磁鐵1YA通電，進(jìn)行“快進(jìn)”：1Y通電，電液換向閥6的先導(dǎo)閥處于左位，此時(shí)主閥右腔油液經(jīng)節(jié)流器和先導(dǎo)閥的左位回油箱，則控制油液使得主閥左位接入系統(tǒng)，順序閥4因動(dòng)力滑臺(tái)空載，系統(tǒng)壓力低仍為關(guān)閉狀態(tài)，這時(shí)液壓缸13形成差動(dòng)連接，變量泵1輸出最大流量，因液壓缸13活塞桿固定，因此滑臺(tái)隨缸體向左運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。此時(shí)主油路如下：進(jìn)油路：油箱→過(guò)濾器→變量泵1→單向閥2→電液換向閥主閥6左位→行程閥11常位（下位）→液壓缸13左腔?；赜吐罚阂簤焊?3右腔→電液換向閥主閥6左位→單向閥5→行程閥11常位（下位）→液壓缸13左腔。7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1機(jī)床滑臺(tái)液壓系統(tǒng)（2）一工進(jìn)?；_(tái)隨液壓缸13缸體向左運(yùn)動(dòng)，到位后其行程擋塊壓下行程閥11，閥11切換為上位狀態(tài)，使原來(lái)通過(guò)閥11下位進(jìn)入液壓缸13左腔的油路切斷。此時(shí)電磁閥12處于常位，即3YA為斷電，則調(diào)速閥7接入系統(tǒng)，液壓油進(jìn)入液壓缸13左腔，系統(tǒng)壓力升高，進(jìn)行“一工進(jìn)”。系統(tǒng)壓力升高一方面使液控順序閥4打開（順序閥4的調(diào)定壓力略低于一工進(jìn)的工作壓力），另一方面使限壓式變量泵的流量減小，直到與經(jīng)過(guò)調(diào)速閥7的流量相匹配，此時(shí)液壓缸13的速度由調(diào)速閥7的開口決定。溢流閥3的調(diào)定壓力低于或等于順序閥4的出口壓力，起到背壓閥的作用，單向閥5有效地隔開了工進(jìn)的高壓腔與回油的低壓腔。主油路如下：進(jìn)油路：油箱→過(guò)濾器→變量泵1→單向閥2→電液換向閥主閥6左位→調(diào)速閥7→電磁閥12常位（右位）→液壓缸13左腔?；赜吐罚阂簤焊?3右腔→電液換向閥主閥6左位→液控順序閥4→背壓閥3→油箱。7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1機(jī)床滑臺(tái)液壓系統(tǒng)（3）二工進(jìn)。當(dāng)滑臺(tái)一工進(jìn)到一定位置時(shí)，擋塊壓下行程開關(guān)，使得3YA通電，電磁閥12切換至左位工作狀態(tài)，經(jīng)閥12的通路被切斷，壓力油須經(jīng)調(diào)速閥7和調(diào)速閥8才能進(jìn)入缸的左腔。由于調(diào)速閥8的開口比調(diào)速閥7小，所以滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度減小，為“二工進(jìn)”，速度大小由調(diào)速閥8的開口決定。主油路如下：進(jìn)油路：油箱→過(guò)濾器→變量泵1→單向閥2→電液換向閥主閥6左位→調(diào)速閥7→調(diào)速閥8→液壓缸13左腔?；赜吐罚阂簤焊?3右腔→電液換向閥主閥6左位→液控順序閥4→背壓閥3→油箱。7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1機(jī)床滑臺(tái)液壓系統(tǒng)（4）停留。當(dāng)滑臺(tái)二工進(jìn)到碰上死擋鐵后，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，在終端位置“停留”。液壓缸左腔壓力升高，直到壓力繼電器9動(dòng)作，把壓力信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，給時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使滑臺(tái)在停留一段時(shí)間后開始下一動(dòng)作?！巴Ａ簟彪A段，泵的供油壓力升高，流量減少，直到限壓式變量泵流量減小到僅能滿足補(bǔ)償泵和系統(tǒng)的泄漏為止，系統(tǒng)處于保壓和流量近似為零的狀態(tài)。（5）快退。當(dāng)滑臺(tái)停留一定時(shí)間后，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，使1YA斷電，而2YA通電，電液換向閥6主閥處于右位，由于此時(shí)空載，系統(tǒng)壓力很低，泵輸出的流量很大，滑臺(tái)向右“快退”。主油路如下：進(jìn)油路：油箱→過(guò)濾器→變量泵1→單向閥2→電液換向閥主閥6右位→液壓缸13右腔?；赜吐罚阂簤焊?3左腔→單向閥10→電液換向閥主閥6右位→油箱。7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1機(jī)床滑臺(tái)液壓系統(tǒng)（6）原位停止。當(dāng)滑臺(tái)快退到位，擋塊壓下原位行程開關(guān)，使得1YA、2YA、3YA都斷電，電液換向閥6處于中位（常態(tài)）、電磁閥12處于右位（常態(tài)），滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，滑臺(tái)“原位停止”，此時(shí)變量泵1利用電液換向閥6中位的機(jī)能實(shí)現(xiàn)卸荷。

卸荷油路：油箱→過(guò)濾器→變量泵1→單向閥2→電液換向閥主閥6中位→油箱7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1機(jī)床滑臺(tái)液壓系統(tǒng)7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1機(jī)床滑臺(tái)液壓系統(tǒng)該液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）采用限壓式變量葉片泵+調(diào)速閥+背壓閥構(gòu)成的調(diào)速回路，能保證穩(wěn)定的低速運(yùn)動(dòng)、較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。（2）采用限壓式變量葉片泵和差動(dòng)連接式液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，能源利用比較合理。（3）采用行程閥和順序閥實(shí)現(xiàn)快進(jìn)與工進(jìn)的換接，不僅簡(jiǎn)化了電器線路，而且使動(dòng)作可靠，換接精度也比電氣控制好。至于兩個(gè)工進(jìn)之間的換接，由于兩者速度都較低，采用電磁閥完全可以保證換接精度。（4）采用三位五通電液動(dòng)換向閥的M型中位機(jī)能與單向閥13串聯(lián)，在滑臺(tái)停止時(shí)，使液壓泵通過(guò)M型機(jī)能在低壓下卸荷，減少了能量損耗。為了保證啟動(dòng)時(shí)，電液動(dòng)換向閥有一定的先導(dǎo)控制油壓力，控制油路必須從液壓泵出口、單向閥2之前引出。7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.2注塑機(jī)液壓系統(tǒng)圖7-5注塑機(jī)的工作循環(huán)7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.2注塑機(jī)液壓系統(tǒng)7.2典型液壓系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.3履帶式單斗挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)7.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)步驟：（1）明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；（2）分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)；（3）擬定液壓系統(tǒng)原理圖；（4）液壓元件的計(jì)算與選擇；（5）液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；（6）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，編寫技術(shù)文件。7.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算7.3.1明確設(shè)計(jì)要求（1）主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總體布局，主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置和空間尺寸上的限制。（2）主機(jī)的工作循環(huán)，液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式（移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)）及其工作范圍。（3）液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度的大小及其變化范圍。（4）主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序或互鎖要求。（5）對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能（如工作平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等）、工作效率、自動(dòng)化程度等方面要求。（6）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動(dòng)等。（7）其它方面的要求，如液壓裝置在重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定或限制。7.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算7.3.2分析工況，確定主參數(shù)（1）運(yùn)動(dòng)分析運(yùn)動(dòng)分析就是研究工作機(jī)構(gòu)根據(jù)工藝要求應(yīng)以什么樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完成工作循環(huán)，運(yùn)動(dòng)速度的大小，加速度是恒定的還是變化的，行程大小及循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)短等。為此必須確定執(zhí)行元件的類型，并繪制位移一時(shí)間循環(huán)圖或速度一時(shí)間循環(huán)圖。（2）負(fù)載分析負(fù)載分析就是通過(guò)計(jì)算確定各液壓執(zhí)行元件的負(fù)載大小和方向，并分析各執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)、沖擊及過(guò)載能力等情況。1.工況分析7.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算7.3.2分析工況，確定主參數(shù)（1）初選液壓缸的工作壓力（2）液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定（3）作執(zhí)行元件工況圖2.確定主要參數(shù)7.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算7.3.3擬定液壓系統(tǒng)圖1.基本回路的選擇

2.液壓系統(tǒng)的合成

在合成液壓系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意如下問(wèn)題：①合理調(diào)整系統(tǒng)，排除各回路各元件間的相互干擾，保證正常工作循環(huán)安全可靠。②合并或去掉作用重復(fù)元件和管路，功能相近的元件應(yīng)盡可能統(tǒng)一規(guī)格和類型，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元件數(shù)量和類型盡量少。③合理布置各元件的安裝位置，保證各元件能正常發(fā)揮作用。④注意防止液壓振動(dòng)和液壓沖擊，必要時(shí)應(yīng)增加蓄能器、緩沖裝置或緩沖回路。⑤合理布置并預(yù)留測(cè)壓點(diǎn)，以方便調(diào)試系統(tǒng)，并在正常使用中對(duì)系統(tǒng)實(shí)施有效的監(jiān)控。⑥盡量選用標(biāo)準(zhǔn)元件

7.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算7.3.4液壓元件的計(jì)算選擇1.液壓泵和電機(jī)規(guī)格的選擇2.液壓閥的選擇3.選擇液壓輔件7.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算7.3.5液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算2.液壓系統(tǒng)效率計(jì)算

3.液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升驗(yàn)算1.液壓系統(tǒng)壓力損失計(jì)算4.液壓沖擊驗(yàn)算7.3液壓系