液壓系統(tǒng)設計

液壓系統(tǒng)設計第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)液壓系統(tǒng)設計步驟和內(nèi)容明確液壓系統(tǒng)設計要求執(zhí)行元件運動負載分析確定執(zhí)行元件主要參數(shù)擬定液壓系統(tǒng)原理圖選擇液壓元件驗算液壓系統(tǒng)性能繪工作圖，編技術(shù)文件是否通過是否第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六一、明確液壓系統(tǒng)設計要求動作要求運動及方式工作循環(huán)和動作周期同步、互鎖和配合要求負載條件速度要求工作行程運動平穩(wěn)性和精度工作可靠性性能要求環(huán)境要求環(huán)境溫度、濕度、塵埃、通風易燃易爆、振動、安裝空間第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六二、執(zhí)行元件工況分析分析執(zhí)行元件運動和負載了解執(zhí)行元件速度和負載變化的規(guī)律繪制執(zhí)行元件工況圖（v-s、F-s曲線）確定系統(tǒng)主要參數(shù)（p、q）的依據(jù)擬定液壓系統(tǒng)圖的依據(jù)運動分析負載分析第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1.運動分析研究執(zhí)行元件的工作要求和運動規(guī)律繪制執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和速度循環(huán)圖(v-s或v-t曲線)第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2.負載分析研究執(zhí)行元件的負載要求繪制執(zhí)行元件的負載循環(huán)圖

(F-s或F-t曲線)第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六液壓缸負載分析：F=FL+Ff+Fa工作負載FL機床：缸軸線方向的切向力液壓機：工件的壓制抗力摩擦阻力：運動部件與支承面間的摩擦力Ff=f·FN摩擦阻力負載Ff慣性負載Fa慣性負載：運動部件速度變化時，由其慣性而產(chǎn)生的負載：第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六三、確定執(zhí)行元件主要參數(shù)初選執(zhí)行元件的工作壓力確定執(zhí)行元件的幾何參數(shù)確定執(zhí)行元件的最大流量復算執(zhí)行元件的工作壓力繪制執(zhí)行元件的工況圖第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1.初選執(zhí)行元件的工作壓力工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)，影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，及液壓系統(tǒng)性能工作壓力選高：執(zhí)行元件和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，但元件的強度、剛度及密封要求高，要用高壓泵工作壓力選底：增大執(zhí)行元件及系統(tǒng)尺寸，結(jié)構(gòu)變得龐大。根據(jù)總負載值初選根據(jù)主機設備類型初選第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（1）負載與工作壓力的關系負載F/kN﹤1010~2020~3030~50﹥50p/MPa0.8~1.21.5~2.53.0~4.04.0~5.0≥5.0（2）各類液壓設備常用工作壓力設備類型精加工機床半精加工機床粗加工或重型機床農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械液壓機、重型機械、大中型挖掘機、起重運輸機械p/MPa0.8~23~55~1010~1620~32第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2.確定執(zhí)行元件的幾何參數(shù)（1）液壓缸有效工作面積：根據(jù)A確定液壓缸的D和d最低穩(wěn)定速度驗算：若驗算結(jié)果不滿足，則說明所設計的結(jié)構(gòu)尺寸和方案達不到所需低速，必須修改F-負載ηom-機械效率P-工作壓力qmin-流量閥的最小穩(wěn)定流量Vmin-液壓缸所需的最低穩(wěn)定速度第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（2）液壓馬達計算馬達排量：從產(chǎn)品樣本中選型號最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)度驗算：若驗算結(jié)果不滿足，則說明所設計的結(jié)構(gòu)尺寸和方案達不到所需低速，必須修改T-總負載轉(zhuǎn)矩ηMm-機械效率P-工作壓力qmin-輸入馬達最低穩(wěn)定流量nmin-馬達所需最低穩(wěn)定速度第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六3.確定執(zhí)行元件的最大流量（1）液壓缸（2）液壓馬達選擇液壓泵和其它液壓元件型號中流量參數(shù)的依據(jù)第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六4.復算執(zhí)行元件的工作壓力當液壓缸的D、d和液壓馬達的V計算出來后，根據(jù)系列標準經(jīng)過圓整，應根據(jù)圓整值對工作壓力進行復算因沒有考慮回油路背壓，在結(jié)構(gòu)參數(shù)D、d、V確定后，選取適當?shù)谋硥汗浪阒祻退愎ぷ鲏毫Φ谄哒乱簤合到y(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六執(zhí)行元件背壓的估算值：液壓系統(tǒng)類型背壓/MPa中低壓系統(tǒng)(0~8MPa)簡單系統(tǒng)，一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2~0.5回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.5~0.8回油路帶背壓閥0.5~1.5帶補油路的閉式回路0.8~1.5中高壓系統(tǒng)(8~16MPa)同上比中低壓系統(tǒng)高50%~100%高壓系統(tǒng)(16~32MPa)如鍛壓機械等初算時背壓可忽略不計第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六5.繪制執(zhí)行元件的工況圖（1）繪制工況圖壓力圖流量圖功率圖（2）工況圖作用直觀方便找出最大壓力、流量、功率，選擇泵和原動機的依據(jù)指導選擇系統(tǒng)中液壓元件有助于選擇基本回路為修正設計提供依據(jù)第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六四、擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖是整個液壓系統(tǒng)設計中最重要的一環(huán)一般方法：根據(jù)設備的性能要求選擇合理的液壓基本回路；再將基本回路有機地組合成一個完整的液壓系統(tǒng)液壓回路的選擇液壓回路的綜合第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1.液壓回路的選擇（1）確定供油方式一般根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率、定量或變量等來選擇液壓泵定量泵與變量泵比較定量泵變量泵結(jié)構(gòu)簡單復雜功率損失小損失大效率低高溫升大小價格便宜貴第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六液壓泵種類與特性齒輪泵葉片泵柱塞泵軸向式徑向式額定壓力/MPa252835100排量/mL·r-11~5001~3504~10006~500最高轉(zhuǎn)速/r·min-1900~40001200~300050001800總效率/%75~9075~9085~9580~92適用粘度/·mm2·s-120~50020~20020~200自吸能力非常好好差變量能力不能能好輸出壓力脈動大小中污染敏感度大小小噪聲小~大小~中中~大適用場合工程機械、車輛機床冶金、鍛壓、建筑機械第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（2）確定調(diào)速方法除滿足速度要求外，還應考慮液壓系統(tǒng)的功率、調(diào)速范圍、速度剛度、溫升、經(jīng)濟性等要求

定量泵與變量泵比較調(diào)速方法節(jié)流調(diào)速容積調(diào)速聯(lián)合調(diào)速進油路回油路適用中小功率、速度不高功率較大調(diào)速范圍大中等功率溫升小效率高速度剛度好壓力控制方便承受負值負載應用組合機床機床類：車、鏜、鉆、磨組合機床，刨、拉、液壓機、注塑機組合機床第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（3）速度換接回路選擇速度換接回路的形式常用行程閥或電磁閥來實現(xiàn)行程閥與電磁閥比較閥類行程閥電磁閥特點換接平穩(wěn)工作可靠換接位置精度較高結(jié)構(gòu)簡單控制靈活調(diào)整方便第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（4）換向回路選擇根據(jù)執(zhí)行元件對換向性能要求，選擇換向閥機能和控制方式換向閥控制方式比較控制方式電磁閥電液閥行程閥手動閥特點操作方便便于布置低速換向部件重流量大換向速度可調(diào)換向平穩(wěn)換向精度高換向動作頻繁工作持續(xù)時間短操作安全第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（5）壓力控制回路選擇節(jié)流調(diào)速中：常用溢流閥組成恒壓控制回路容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速中：常用溢流閥組成限壓安全保護回路（6）其它回路的設置根據(jù)液壓系統(tǒng)要求可設置卸荷回路、減壓回路、增壓回路、多級調(diào)壓回路、遠程調(diào)壓回路、順序動作回路、同步回路等第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2.液壓回路的綜合液壓基本回路確定后，即可綜合成完整的液壓系統(tǒng)。注意如下幾點：綜合成的液壓系統(tǒng)應保證其循環(huán)時的每一個動作要求都安全可靠、相互間互不干涉綜合成的液壓系統(tǒng)應盡量選用標準元件，力求做到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單盡可能使液壓系統(tǒng)經(jīng)濟合理，便于維修檢測第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六五、液壓元件的計算和選擇通過計算各液壓元件在工作中承受的壓力和通過的流量，來確定各元件的規(guī)格和型號液壓泵的選擇閥類元件的選擇液壓輔助元件的選擇第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1.液壓泵的選擇首先選擇泵的類型，然后再計算確定泵的規(guī)格（1）確定泵的最高工作壓力pPpmax—執(zhí)行元件的最大工作壓力∑△p—管路總壓力損失。初步估算時，一般節(jié)流調(diào)速和管路簡單的系統(tǒng)取0.2～0.5MPa；有調(diào)速閥和管路較復雜的系統(tǒng)取0.5～1.5MPa。第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（2）確定泵的最大供油量qPK—系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.1～1.3∑qmax—同時工作的執(zhí)行元件流量之和的最大值。（3）選擇液壓泵規(guī)格液壓泵的額定壓力pn液壓泵的額定流量qn第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（4）確定泵驅(qū)動功率使用定量泵時的驅(qū)動功率Pnp—液壓泵的工作壓力(Pa)q—液壓泵流量(m3/s)ηp—液壓泵的總效率使用限壓式變量泵時的驅(qū)動功率PnpB

—變量泵的拐點壓力(Pa)qB—變量泵拐點流量(m3/s)ηp—變量泵的總效率第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2.閥類元件的選擇根據(jù)閥的最大工作壓力和流經(jīng)閥的最大流量來選擇閥的規(guī)格閥的額定壓力>系統(tǒng)最高工作壓力閥的額定流量>系統(tǒng)實際通過閥的最大流量選擇壓力閥時應考慮調(diào)壓范圍選擇流量閥時應注意其最小穩(wěn)定流量選擇換向閥時除考慮壓力、流量外，還應考慮中位機能及操縱方式第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六六、液壓系統(tǒng)的性能驗算液壓系統(tǒng)壓力損失的驗算液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1.液壓系統(tǒng)壓力損失驗算前面確定泵最高壓力時壓力損失作粗略估算現(xiàn)在液壓系統(tǒng)已完全確定，需驗算管路總壓力損失若驗算與估算相差較大，則應對原設計進行修正對較簡單液壓系統(tǒng)，壓力損失驗算可忽略不計（1）執(zhí)行元件為液壓缸時F-負載ηcm-機械效率A1-進油腔面積A2-回油腔面積△p1-進油管總壓力損失△p2-回油管總壓力損失第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（2）執(zhí)行元件為液壓馬達時T-馬達輸出轉(zhuǎn)矩ηMm-機械效率V-液壓馬達排量△p1-進油管總壓力損失△p2-回油管總壓力損失（3）總壓力損失總壓力損失=管路沿程壓力損失+管路局部壓力損失+閥類元件局部壓力損失第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2.液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升驗算系統(tǒng)壓力損失、機械損失、容積損失大都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使系統(tǒng)發(fā)熱，油溫升高，產(chǎn)生不良后果、影響正常工作必需控制油液溫升△t在許可范圍之內(nèi)：機床系統(tǒng)：△t≤25~30℃

工程機械：△t≤35~40℃

精密機床：△t≤10~15℃散熱元件：主要為油箱和冷卻裝置第七章液壓系統(tǒng)設計車輛液壓技術(shù)》第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（1）系統(tǒng)發(fā)熱量計算P-液壓泵的輸入功率η-液壓系統(tǒng)的總效率

η=ηPηCηM(泵、回路、執(zhí)行元件效率的乘積)如在工