液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

1、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； 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、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）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求； 8）對效率、成本等方面的要求。 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖 3.1制定基本方案 （1）制定調(diào)速方案

3、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

4、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，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。

5、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

6、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。 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)

7、泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)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(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，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(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，用安全閥限定系統(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

8、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(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。要盡量減少能量損失

9、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的常態(tài)位置繪制。對于自行設(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(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pp ppp1+p （21） 式中 p1液壓缸或液壓馬達(dá)最

10、大工作壓力； 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。 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?。汗苈泛唵巍⒘魉俨淮蟮?，取p=（0.20.5）MPa；管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)閥的，取p=（0.51.5）MPa。 2）確定液壓泵的流量QP 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 QPK（Qmax） （22） 式中 K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.11.3； Qmax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0.510-4m3/s。 系統(tǒng)使用蓄能器作輔助動(dòng)力源時(shí)

11、 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(gè)液壓缸或液壓馬達(dá)在工作周期中的總耗油量（m3）； 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Qp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 pp液壓泵的最大工作壓力（Pa）； QP液壓泵的流量（m3/s）； P液壓泵的總效率，參考表9選擇。 表9液壓泵的總效率

12、 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.60.7 0.650.80 0.600.75 0.800.85 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=0.8pPmax，QP=Qn，則 式中 液壓泵的最大工作壓力（Pa）； 液壓泵的額定流量（m3/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，則須分別計(jì)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 式中 t1、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、Pn一個(gè)循環(huán)中每一動(dòng)作階段內(nèi)所需的功率（W）。 按平均功

13、率選出電動(dòng)機(jī)功率后，還要驗(yàn)算一下每一階段內(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%以內(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 式中

14、A液壓缸有效作用面積（m2）； l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/s）； t動(dòng)作時(shí)間（s） 2）作應(yīng)急能源，其有效工作容積為： 式中 要求應(yīng)急動(dòng)作液壓缸總的工作容積（）。 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 式中 Q通過管道內(nèi)的流量（m/s）； 管內(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）管道壁厚的計(jì)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

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 1.52.6 式中 p管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）； d管道內(nèi)徑（m）； 管道材料的許用應(yīng)力（Pa），= ； b管道材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）； n安全系數(shù)，對鋼管來說，p7MPa時(shí)，取n=8；p17.5MPa時(shí)，取n=6；p17.5MPa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=QV （31） 式中 QV液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）； 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表11。 表11 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 系統(tǒng)類型 行走機(jī)

16、械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機(jī)械 冶金機(jī)械 12 24 57 612 10 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，針對實(shí)際情況對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對一般液壓傳動(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

17、括管路的沿程損失p1，管路的局部壓力損失p2和閥類元件的局部損失p3，總的壓力損失為 p=p1+p2+p3 （32） （33） （34） 式中 l管道的長度（m）； d管道內(nèi)徑（m）； 液流平均速度（m/s）； 液壓油密度（kg/m3）； 沿程阻力系數(shù)； 局部阻力系數(shù)。 、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（m3/s）； Q通過閥的實(shí)際流量（m3/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(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 pTp1+pQ （40） 式

18、中 T （45） 式中 K1油箱散熱系數(shù)，見表12； K2管路散熱系數(shù)，見表13； A1、A2分別為油箱、管道的散熱面積（m2）； T油溫與環(huán)境溫度之差（）。 表12 油箱散熱系數(shù)K1 （W/（m2） 冷卻條件 K1 通風(fēng)條件很差 89 通風(fēng)條件良好 1517 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/（m2） 風(fēng)速/ms-1 管道外徑/m 0.01 0.05 0.1 0 8 6 5 1 25 14 10 5 69 40 23 若系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則Phr=Phc，油溫不再升高，此時(shí)，最大溫差 環(huán)境溫度為T0，則油溫T=T0+T。如果計(jì)算出的油溫超過該液壓設(shè)

19、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（） 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 3050 5570 一般機(jī)床 3055 5570 機(jī)車車輛 4060 7080 船舶 3060 8090 冶金機(jī)械、液壓機(jī) 4070 6090 工程機(jī)械、礦山機(jī)械 5080 7090 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（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)閉或打開液流通道的時(shí)間（s）； = 管

20、道長度為l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 式中 E0液壓油的體積彈性模量（Pa），其推薦值為E0=700MPa； 、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=2.11011Pa，紫銅E=1.181011Pa。 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 式中 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(dòng)的運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量（kg）； 液壓缸的速度變化量

21、（m/s）； t液壓缸速度變化速度變化量（m/s）； t起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）。一般機(jī)械角速度變化量（rad/s）； t起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）； J回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）。 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m（m=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，

22、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)備成本。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(jì)算液壓缸的主要結(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)。 活塞桿受壓時(shí) （15） 活塞桿受壓時(shí) （16） 式中 無桿腔活塞有效作用面積（m2）； 有桿腔活塞有效作用面積（m2）； p1液壓

23、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(shí)可參照表4取值。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）。 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/kN 5 510 1020 2030 3050 50 工作壓力/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 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/MPa 0.82 35 28 810 1018 2032 表

24、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) 0.20.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.40.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.51.5 用補(bǔ)油泵的閉式回路 0.81.5 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.23 回油路較短，且直接回油箱 可忽略不計(jì) 一般，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A1與A2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=d/D，其比值可按表5和表6選取。 （18） 采用差動(dòng)連接時(shí)，1/2=（D2-d2）/d2。如果求往返速度相同時(shí)，應(yīng)取d=0.71D。 對行程與活塞桿直徑比l/d10的受壓柱塞或活塞桿，還要

25、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 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。 min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)

26、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 5.0 5.07.0 7.0 d/D 0.50.55 0.620.70 0.7 表6 按速比要求確定d/D 2/1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度； 2有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。 表7 常用液壓缸內(nèi)徑D（mm） 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 表8 活塞桿直徑d（m

27、m） 速比 缸徑 40 50 63 80 90 100 110 1.46 22 28 35 45 50 55 63 3 45 50 60 70 80 速比 缸徑 125 140 160 180 200 220 250 1.46 70 80 90 100 110 125 140 2 90 100 110 125 140 （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（Nm）； 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； nmin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)所需流量 （1

28、）液壓缸工作時(shí)所需流量 Q=A （19） 式中 A液壓缸有效作用面積（m2）； 活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（m3/r）； nm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、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（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

29、運(yùn)動(dòng)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

30、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，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何弧?2）吸油管及回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100m左右的網(wǎng)式或線隙

31、式過濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過濾器?；赜凸芸谝鼻?5角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時(shí)也有利于散熱。 3）吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠(yuǎn)些，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/33/4。 圖10 油箱 1液位計(jì)；2吸油管；3空氣過濾器；4回油管；5側(cè)板；6入孔蓋；7放油塞；8地腳；9隔板；10底板；11吸油過濾器；12蓋板； 4）為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過濾器，注油及通氣一般都由一個(gè)空氣過濾器來完成。為便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥。對于不易開蓋的油箱，要設(shè)置清洗孔，以便于油箱內(nèi)部的清理