液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算

1、第九章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算,第九章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算,液壓系統(tǒng)設(shè)計計算實例,,液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和方法,,,第一節(jié) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和方法方法,,,,液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計步驟如下: ⑴　明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求； ⑵　選定執(zhí)行元件，進(jìn)行工況分析，明確系統(tǒng)的主參數(shù)； ⑶　擬定液壓系統(tǒng)原理圖； ⑷　計算和選擇液壓元件； ⑸　液壓系統(tǒng)性能驗算和繪制工作圖、編制技術(shù)文件。,一、 液壓系統(tǒng)設(shè)

2、計要求,在設(shè)計液壓系統(tǒng)前需明確以下幾方面的內(nèi)容：1. 明確主機(jī)哪些動作需要液壓系統(tǒng)來完成。2. 對液壓系統(tǒng)的動作和運(yùn)動要求。根據(jù)主機(jī)的設(shè)計要求，確定液壓執(zhí)行元件的數(shù)量、運(yùn)動形式、工作循環(huán)、行程范圍及各執(zhí)行元件動作的順序、同步、聯(lián)鎖等要求。3. 確定液壓執(zhí)行元件承受的負(fù)載和運(yùn)動速度的大小及其變化范圍。4. 對液壓系統(tǒng)的性能要求，如調(diào)速性能、運(yùn)動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換位置精度、效率、溫升、自動化程度、可靠性程度、使用與維修的方便性。5. 液

3、壓系統(tǒng)的工作條件，如溫度、濕度、振動干擾，外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等要求。,,,,二、液壓系統(tǒng)的工況分析和系統(tǒng)的確定 對執(zhí)行元件負(fù)載分析與運(yùn)動分析，也稱為液壓系統(tǒng)的工況分析。工況分析就是分析每個液壓執(zhí)行元件在各自工作過程中負(fù)載與速度的變化規(guī)律，一般執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)內(nèi)負(fù)載、速度隨時間或位移而變化的曲線——用負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖表示。 1. 負(fù)載分析 液壓缸與液壓馬達(dá)運(yùn)動方式不同，但他們的負(fù)載都是由工作負(fù)載、慣性負(fù)載、摩擦負(fù)

4、載、背壓負(fù)載等組成的。(1) 工作負(fù)載FW包括切削力、夾緊力、擠壓力、重力等，其方向與液壓缸運(yùn)動方向相反時為正，相同時為負(fù)；,,,(2) 慣性負(fù)載Fa為運(yùn)動部件在啟動和制動時的慣性力，加速時為正，減速時為負(fù)； (3) 摩擦負(fù)載包括導(dǎo)軌摩擦阻力Ff和密封裝置處的摩擦力Fs，前者在確定摩擦系數(shù)后即可計算，后者與密封裝置類型、液壓缸制造質(zhì)量和液壓油壓力有關(guān)，一般通過取機(jī)械效率ηm =（0.90～0.97）來考慮； (4) 背壓負(fù)載

5、Fb是液壓缸回油路上壓力pb所產(chǎn)生的阻力，初算時可暫不考慮，需要估算時背壓力pb 2. 運(yùn)動分析 按各執(zhí)行元件在工作中的速度v以及位移s或經(jīng)歷的時間t繪制v－s或v－t速度循環(huán)圖。,,,,,三、確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)——工作壓力和流量是選擇液壓元件的主要依據(jù)，而系統(tǒng)的工作壓力和流量分別取決于液壓執(zhí)行元件工作壓力、回路上壓力損失和液壓執(zhí)行元件所需流量、回路泄漏，所以確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)實質(zhì)上是確定

6、液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)。 1. 初選液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 執(zhí)行元件工作壓力是確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)的重要依據(jù)。工作壓力選得低一些，對液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)性、可靠性和降低噪聲等都有利，但對液壓系統(tǒng)和元件的體積、重量就相應(yīng)增大；工作壓力選得過高，雖然液壓元件結(jié)構(gòu)緊湊，但對液壓元件材質(zhì)、制造精度和密封要求都相應(yīng)提高，制造成本也相應(yīng)提高。執(zhí)行元件的工作壓力一般可根據(jù)負(fù)載進(jìn)行選擇。,,,2. 確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) （1）確定液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

7、根據(jù)負(fù)載分析得到的最大負(fù)載Fmax和初選的液壓缸工作壓力p，再設(shè)定液壓缸回油腔背壓pb以及桿徑比d/D，即可由第四章中液壓缸的力平衡公式來求出缸的內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸的有效工作面積A,其中D、d值應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 。（2）確定液壓馬達(dá)排量VM 由馬達(dá)的最大負(fù)載扭矩Tmax、初選的工作壓力p和預(yù)估的機(jī)械效率ηMm ，即可計算馬達(dá)排量VM,,,四、液壓系統(tǒng)圖的擬定 擬定液壓系統(tǒng)圖是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中最重要的一步。它是從油路原理上來

8、具體體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)中提出的各項性能要求的。擬定液壓系統(tǒng)包括兩項內(nèi)容： ⑴　分析、對比選出合適的液壓回路；⑵　把選出的回路組成液壓系統(tǒng)：常采用經(jīng)驗法，也可用邏輯法。1. 液壓回路的選擇 選擇液壓回路的依據(jù)是前面的設(shè)計要求和工況圖，這一步往往會出現(xiàn)多種方案，因為滿足同一種設(shè)計要求的液壓回路往往不只一種；為此選擇必須與分析、對比緊密結(jié)合起來進(jìn)行，在這里，收集、整理和參考同種類型液壓系統(tǒng)先進(jìn)回路的成熟經(jīng)驗是十分必要的。,,,例如在機(jī)床液壓

9、系統(tǒng)中，調(diào)速回路是核心，它一旦確定，其它回路就對應(yīng)確定下來了。因為液壓回路的選擇工作必須從調(diào)速回路開始。選擇各種回路一般考慮如下事項：（1）調(diào)速回路 根據(jù)工況圖上壓力、流量和功率的大小以及系統(tǒng)對溫升、工作平穩(wěn)性等方面的要求選擇調(diào)速回路。（2）快速運(yùn)動回路和速度換接回路 快速運(yùn)動回路與調(diào)速回路密切相關(guān)，它在調(diào)速回路考慮油源形式和系統(tǒng)效率、溫升等因素時已考慮進(jìn)去了，調(diào)速回路一經(jīng)確定，快速回路基本上也就確定了。,,,（3）壓力控制回路

10、 壓力控制回路種類很多，有的已包含在調(diào)速回路中，有的則須根據(jù)系統(tǒng)要求專門進(jìn)行選擇（如卸壓、保壓回路）。 選擇各種壓力控制回路時，應(yīng)仔細(xì)推敲這種回路在選用時所須考慮的問題以及各種方案的特點和適用場合。以卸荷回路為例：選擇時要考慮卸荷所造成的功率損失、溫升、流量和壓力的瞬間變化等，為此系統(tǒng)壓力不高，流量不大，或油箱容量較大，系統(tǒng)間隙工作（因而有可能使液壓缸停止運(yùn)轉(zhuǎn)）的場合只設(shè)置溢流回路就可以了，在其它的場合則須采用二位二通換向閥式卸荷回

11、路或先導(dǎo)型溢流閥式卸荷回路等等。（4）多缸回路 多缸回路與單缸回路相比，須多考慮一個多缸之間的相互關(guān)系問題，這項關(guān)系不外是同時動作時的同步問題，互不干擾問題，先后動作時的順序問題和不動作時的卸荷問題。,,,2. 液壓系統(tǒng)的合成液壓系統(tǒng)要求的各個液壓回路選好之后，再配上一些測壓，潤滑之類的輔助油路，就可以進(jìn)行液壓系統(tǒng)的合成了，進(jìn)行這步工作時須注意以下幾點：（1）盡可能多的歸并掉作用相同或相近的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。（2）并出來

12、的系統(tǒng)應(yīng)保證其循環(huán)中的每一個動作都安全可靠，相互之間沒有干擾。（3）盡可能使歸并出來的系統(tǒng)保持效率高，發(fā)熱少。（4）系統(tǒng)中各種元件的安放位置應(yīng)正確，以便充分發(fā)揮其工作性能。（5）歸并出來的系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，不可盲目追求先進(jìn)，脫離實際。,,,五、液壓元件的計算和選擇 液壓元件的計算主要是計算元件工作壓力和通過的流量，此外還有電機(jī)效率和油箱容量。元件應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)元件，只有在特殊情況下才設(shè)計專用元件。1. 確定液壓泵的容量及驅(qū)動電

13、機(jī)的功率（1）計算液壓泵的工作壓力 液壓泵的工作壓力是根據(jù)執(zhí)行元件的工作性質(zhì)來確定的：若執(zhí)行元件在工作行程終點，運(yùn)動停止時才需要最大壓力，這時液壓泵的工作壓力就等于執(zhí)行元件的最大壓力。（2）計算液壓泵的流量 分單液壓泵供油 、差動連接 、蓄能器儲存油液三種情況。,,,2. 選擇液壓泵的規(guī)格前面計算的pp僅是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力。系統(tǒng)在工作過程中常因過渡過程內(nèi)的壓力超調(diào)或周期性的壓力脈動而存在著動態(tài)壓力，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過靜態(tài)壓力。所以液

14、壓泵的額定壓力應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大出25%～60%。至于液壓泵的q應(yīng)與系統(tǒng)所需的最大流量相適應(yīng)。 3.驅(qū)動電機(jī)的功率 4.確定其它元件的規(guī)格（1）選擇控制閥 控制閥的規(guī)格是根據(jù)系統(tǒng)最高壓力和通過該閥的實際流量在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取的。 （2）確定管道尺寸 （3）確定油箱容量,,,,,六、液壓系統(tǒng)性能的估算液壓系統(tǒng)設(shè)計完成之后，需要對它的技術(shù)性能進(jìn)行驗算，以便判斷其設(shè)計質(zhì)量或從幾個方案中選出最好的設(shè)計方案。1.系統(tǒng)壓力

15、損失驗算 在系統(tǒng)管路布置確定后，即可計算管路的沿程壓力損失⊿pλ、局部壓力損失⊿pξ和液流流過閥類元件的局部壓力損失⊿pv，他們的計算公式詳見第二章。管路中總的壓力損失為 ∑⊿p=⊿pλ+⊿pξ+⊿pv,,,2.系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算液壓系統(tǒng)中所有的能量損失將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使油溫升高、系統(tǒng)泄漏增大，影響系統(tǒng)正常工作。若系統(tǒng)的輸入功率為Pi，輸出功率為Po，則單位時間的發(fā)熱量Hi為 Hi=Pi-Po= Pi(1-η) 系統(tǒng)中產(chǎn)