液壓系統(tǒng)的設計計算

1、第八章 液壓系統(tǒng)的設計計算第一節(jié) 明確設計要求,進行工況分析第二節(jié) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖第三節(jié) 計算和選擇液壓元件第四節(jié) 繪制工作圖，編寫技術文件第一節(jié) 明確設計要求，進行工況分析一、明確設計要求 液壓系統(tǒng)是主機的配套部分，設計液壓系統(tǒng)時首先要明確主機對液壓系統(tǒng)提出的要求，具體包括：1、主機的動作要求 這是指主機的哪些動作要求用液壓傳動來實現，這些動作間有無聯系以及要不要完成一定自動循環(huán)等。主機可能對液壓系統(tǒng)提出許多要求，設計這應在了解主機用途、工作過程和總體布局的基礎上對這些要求做出分析。2、主機的性能要求 指主機內采用液壓傳動的各執(zhí)行機構在力和運動方面的要求。各執(zhí)行機構在各工作階段所需的力和

2、速度的大小、調速的范圍、速度的平穩(wěn)性以及完成一個循環(huán)的時間等方面都必須有明確的數據?，F代化機械要求高精度、高生產力以及高度自動化，這不僅要求其液壓系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)指標，還常對其動態(tài)指標提出要求。3、液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境 工作環(huán)境的溫度和濕度，污染和振動沖擊情況以及是否有腐蝕性和易燃性物質存在等問題均應有明確答案。這涉及液壓元件和介質的選用。必要時設計中還應附加防護措施。4、其他要求 如液壓裝置在重量、外形尺寸方面的限制以及經濟性、能耗方面的要求等。二、工況分析 工況分析就是分析主機在工作過程中速度和負載的變化規(guī)律，即進行運動分析和負載分析。對于動作復雜的機械需繪制速度循環(huán)圖和負載循環(huán)圖，簡單的

3、系統(tǒng)可以不繪圖，但需要找出其最大負載和最大速度點。實際上，工況分析是進一步明確主機在性能方面的要求。1、運動分析 根據工作要求，將主機各執(zhí)行元件在一個完整的工作循環(huán)內各階段的速度用圖表示出來。一般用速度時間（v-t）或速度位移（v-s）曲線表示，稱為速度循環(huán)圖。圖a為組合機床動力滑臺的工作循環(huán)，圖b是速度-位移（v-s）曲線。2、負載分析 根據工況要求，將執(zhí)行元件在各階段所需克服的負載用圖表示出來。一般用負載時間（F-t）或負載位移（F-s）曲線表示，稱為負載循環(huán)圖。（1）液壓缸的負載分析 用液壓缸帶動主機執(zhí)行機構作直線往復運動時，所需克服的外負載動力為： FL=F+Ff=Faa.工作負載F

4、不同機械的工作負載其形式各不同。對于金屬切削機床，作用在運動部件運動方向上的切削力是工作負載；而對于提升機械，其重物的重量就是工作負載。工作負載可以是恒定的，也可以是變化的；可能是正值負載，也可能是負值負載。b.摩擦阻力負載Ff 摩擦阻力負載是指主機執(zhí)行機構在運動時所需克服的支承面上的摩擦力。 Ff=Nii 式中 ： Ni作用在第i個支承面上的法向力； i該支承面的摩擦系數。i=1kc. 慣性負載Fa 計算出工作循環(huán)中各階段的外負載后，便可作出負載循環(huán)圖。上述組合機床動力滑臺的負載循環(huán)圖如下。 慣性負載是指運動部件啟動或制動過程中的慣性力?？砂磁ｎD第二定律計算：Fa=ma=(G/g).(v/

5、t) 液壓缸運動時還需克服密封裝置的摩擦阻力，其大小與密封形式、液壓缸的制造質量和工作壓力有關。（2）液壓馬達負載分析 以液壓馬達為執(zhí)行元件時，液壓馬達需克服的外負載為： ML=M+Mf+Ms 式中：M工作負載折合到液壓馬達上的力矩； Mf執(zhí)行機構等的摩擦力折合到液壓馬達上的力矩； Ms執(zhí)行機構、運動裝置和液壓馬達等在啟動和制動時的慣性力折合到液壓馬達上的力矩的總和。3、執(zhí)行元件容量的確定（1）選定工作壓力 工作壓力的選定關系到設計和系統(tǒng)是否經濟合理；工作壓力低，則要求執(zhí)行元件的容量大，即尺寸大、重量重，系統(tǒng)所需流量也大；壓力過高，則對元件的制造精度和系統(tǒng)的使用維護要求提高，并使容積效率降低。

6、一般是根據機械的類型來選擇工作壓力。（2）液壓缸有效面積的確定 從滿足負載力的要求出發(fā) A=FL/cmp 當工作速度很低時，按上式計算出的工作面積不一定能滿足最低穩(wěn)定速度的要求，因此應按最低運動速度來進行驗算，即液壓缸的有效工作面積應滿足下式：A=Qmin/vmin 如驗算結果不能滿足要求，則液壓缸有效工作面積按上式選取。（3）液壓馬達每轉排量的確定從滿足負載力矩的要求出發(fā)V=2ML/p.Mm必要時，也需按最低轉速要求進行驗算，即V=Qmin/nmin4.繪制液壓執(zhí)行元件工況圖 應繪制的液壓執(zhí)行元件工況圖包括壓力循環(huán)圖、流量循環(huán)圖以及功率循環(huán)圖。根據負載循環(huán)圖，將各階段的負載除以液壓缸的面積或

7、液壓馬達的容量，即可作出流量循環(huán)圖。在根據N=pQ可繪制出功率循環(huán)圖。組合機床動力滑臺液壓缸的工況圖如下。工況圖的作用如下：（1）可以很方便地找出最高壓力點、最大流量點和最大功率點。（2）對合理地選擇系統(tǒng)的主機回路有知道意義。一、執(zhí)行元件的類型 根據主機部件所要求的運動形式，確定采用液壓缸還是液壓馬達作為執(zhí)行元件。主機要求往復運動，則選用液壓缸；主機要求連續(xù)的旋轉運動，則應選用液壓馬達。至于液壓缸或液壓馬達的具體結構形式，可參照第三、四章提出的原則選用。實際上它們的選用還和工廠的慣例以及貨源有關。第二節(jié) 擬定液壓系統(tǒng)原理圖二、調速方案 調速方案主要是根據調速范圍、功率大小、低速穩(wěn)定性、允許的溫

8、升以及投資的多少等因素來考慮選用。節(jié)流調速結果簡單，投資少，調速范圍大，低速穩(wěn)定性好，但系統(tǒng)效率低。故在功率不大，溫升限制不嚴的情況下優(yōu)先考慮。在功率較大的中高壓系統(tǒng)中，以采用容積調速為宜。但在某些功率不大的系統(tǒng)中，也常用容積調速。如果同時對低速穩(wěn)定性有較高要求，則可采用容積節(jié)流調速。三、控制方案 控制方式主要根據主機工藝要求來確定。執(zhí)行機構較多的工程機械、工程船舶以及起重機械等設備則可采用多路閥。一般說來行程控制動作可靠，是一種最通用的控制方式；合理地使用壓力控制可以簡化系統(tǒng)，但在一個系統(tǒng)內不宜多次使用；時間控制不單獨使用，往往和行程或壓力控制組合使用。按不同控制方式設計出的系統(tǒng)、其繁簡程度

9、可能差別很大。四、系統(tǒng)安全可靠性 擬定液壓系統(tǒng)圖時，應對系統(tǒng)的安全性和可靠性予以足夠的重視。為防止過載，安全閥是必不可少的。為避免垂直運動部件在系統(tǒng)失壓情況下自由下落，在回油路中增加平衡閥或液控單向閥是常用措施。用于起重機的液壓馬達除了有平衡回路外，還有機械制動裝置以確保安全。在用一個泵供給兩個以上執(zhí)行元件運動時，系統(tǒng)設計中應防止互相干擾。在系統(tǒng)中合理地配置濾油器，是其長期工作重要保證。五、節(jié)約能量 容積調速固然減少能耗，但雙泵供油及增加蓄能器等也能達到相當好的效果。為了減少能耗，有時需增加一些投資，但考慮到長期運行所需的費用及社會效益，這樣做仍是可取的。六、其它如盡量采用標準元件以縮短設計和

10、制造周期降低成本等。一、選擇液壓泵1、計算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力是執(zhí)行元件工作壓力以及管道壓力損失之和。對液壓馬達或兩腔工作面積相等的液壓缸，則有： ps=p+p式中： ps泵的工作壓力； p液壓缸或液壓馬達的工作壓力，實際上p是壓差； p油流經管道和各閥類時的全部壓力損失。第三節(jié) 計算和選擇液壓元件 對于兩腔工作面積不等的液壓缸（如圖），則有:Ps=FL/cm+pi+(A2/A1)p0管道中的壓力損失包括沿程損失和局部損失兩中。而流經各種閥類的壓力損失則以局部損失為主，并且它在全部壓力損失中占有較大的比重。 在額定流量下流各種閥類的壓力損失可由產品樣本查得。當流經閥的實際流量為時，其

11、實際壓力損失可按下式估算。 p= pr(Q/Qr)2 對于壓力損失較為準確的估算，只有在系統(tǒng)的閥類元件規(guī)格以及管道尺寸選定后才能進行。現階段只能進行粗細估算。2、計算泵的流量 液壓泵的流量Qp為：QpK(Q)max對于節(jié)流調速系統(tǒng)，如果最大流量點處于調速狀態(tài)，則泵的供油量中還要增加溢流閥的最小溢流量。系統(tǒng)中有蓄能器時，則泵的流量按一個工作循環(huán)的平均流量選取，即：Qp(K/T). Qitii=1n3、選取液壓泵規(guī)格 參照產品樣本選取其額定壓力比p，高2560%，其流量與上述計算結果一致的液壓泵。4、計算功率，選用原動機（1）按工作循環(huán)中最高功率點選用，即 N=(psQp)max/p 式中 ：N原

12、動機功率； (psQp)max泵的壓力和流量乘積的最大值； p泵的總效率。對齒輪泵取0.600.75，柱塞泵取0.800.85。（2）如果帶動泵的原動機為電動機，而在一個循環(huán)中泵的功率變化較大，且最高功率點持續(xù)的時間很短，則按前式的計算結果來選電動機，功率就會偏大，不經濟。在在這種情況下，可根據電動機允許的發(fā)熱來選取電動功率。先算出循環(huán)中各階段所需功率，即： N1=p1Q1/p1 N2=p2Q2/p2 Nn=pnQn/pn則電動機功率為：N=(N12t1+N22t2+Nn2tn)/(t1+t2+tn)1/2 將兩式的計算結果進行比較，如果最大功率在電動機超載能力范圍內（一般為25%）。則可按第

13、二式選取電機。二、選擇控制閥 一般要求控制閥的額定壓力和額定流量大于系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量。必要時，通過的流量可略大于該閥的額定流量，但一般不超過20%，以避免壓力損失過大，引起油液發(fā)熱、噪聲和其它性能惡化。流量閥按系統(tǒng)中流量調節(jié)范圍來選取，其最小穩(wěn)定流量應能滿足機器性能的要求。三、選取液壓附件 濾油器、蓄能器、和管接頭等可按第五章中有關原則選取。選取油管和管接頭時比較簡便的辦法是使它們的通徑和閥的通徑一致。 油箱既有儲油又有散熱的作用，因此必須有足夠容積和散熱面積。油箱容積的推薦數值如下：低壓系統(tǒng)（p2.5MPa, V=(2-4)Qp 中壓系統(tǒng) (p6.3MPa), V=(6-12)Qp第四節(jié) 繪制工作圖，編寫技術文件一、繪制工作圖工作圖包括：1、液壓系統(tǒng)圖 圖上應注明各種元件的規(guī)格、型號以及壓力的調整值，畫出執(zhí)行元件完成的工作循環(huán)圖，列出相應電磁鐵和壓力繼電器的工作狀態(tài)圖。2、元件集成塊裝配圖 通常用板將部分控制元件組合起來，稱為集成板。液壓件廠生產能完成各種功能的集成塊，設計者只需選用并繪制集成塊組合裝配圖。如沒有合適的集成可供選用，則需專門設計。3、泵站