液压系统的设计步骤与设计要求.docx

液压系统设计步骤和设计要求液压传动系统是液压机械一个组成部分，液压传动系统设计要同主机总体设计同时进行。着手设计时，必需从实际情况出发，有机地结合多种传动形式，充足发挥液压传动优点，努力争取设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便液压传动系统。1.1 设计步骤液压系统设计步骤并无严格次序，各步骤间往往要相互穿插进行。通常来说，在明确设计要求以后，大致按以下步骤进行。1）确定液压实施元件形式；2）进行工况分析，确定系统关键参数；3）制订基础方案，确定液压系统原理图；4）计算和选择液压元件；5）液压系统性能验算；6）绘制工作图，编制技术文件。1.2 明确设计要求设计要求是进行每项工程设计依据。在制订基础方案并深入着手液压系统各部分设计之前，必需把设计要求和和该设计内容相关其它方面了解清楚。1）主机概况：用途、性能、工艺步骤、作业环境（温度、湿度、振动冲击）、总体布局（及液压传动装置位置和空间尺寸要求）等；2）液压系统要完成哪些动作，动作次序及相互联锁关系怎样；3）液压驱动机构运动形式，运动速度；4）各动作机构载荷大小及其性质；5）对调速范围、运动平稳性、换向定位精度等性能方面要求；6）自动化程度、操作控制方法要求；7）对防尘、防爆、防腐、防寒、噪声、安全可靠性要求；8）对效率、成本等方面要求。主机工况分析经过工况分析，能够看出液压实施元件在工作过程中速度和载荷改变情况，为确定系统及各实施元件参数提供依据。液压系统关键参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件关键依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压实施元件运动速度和结构尺寸。主机工况分析包含运动分析和动力分析，对复杂系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达负载和速度随时间改变规律，以下对工况分析内容作具体介绍。2.1 运动分析主机实施元件按工艺要求运动情况，能够用位移循环图(Lt) ，速度循环图(vt) ，或速度和位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。1.位移循环图L t液压机液压缸位移循环图纵坐标L 表示活塞位移，横坐标t 表示从活塞开启到返回原位时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。2.速度循环图v t(或v L)工程中液压缸运动特点可归纳为三种类型。图为三种类型液压缸v t 图，第一个图中实线所表示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，最终匀减速运动到终点；第二种，图中虚线所表示，液压缸在总行程前二分之一作匀加速运动，在另二分之一作匀减速运动，且加速度数值相等；第三种，液压缸在总行程一大半以上以较小加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。v t 图三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸运动规律，也间接地表明了三种工况动力特征。位移循环图 速度循环图2.2 动力分析动力分析，是研究机器在工作过程中，其实施机构受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达负载情况。1液压缸负载及负载循环图(1)液压缸负载力计算。工作机构作直线往复运动时，液压缸必需克服负载由六部分组成：F=Fc+Ff+Fi+FG+Fm+Fb (1)式中：Fc 为工作阻力；Ff 为摩擦阻力；Fi 为惯性阻力；FG 为重力；Fm 为密封阻力；Fb 为排油阻力。工作阻力Fc ：为液压缸运动方向工作阻力，对于机床来说就是沿工作部件运动方向切削力，此作用力方向假如和实施元件运动方向相反为正值，二者同向为负值。该作用力可能是恒定，也可能是改变，其值要依据具体情况计算或由试验测定。摩擦阻力Ff ： 为液压缸带动运动部件所受导轨摩擦阻力，它和导轨形状、放置情况和运动状态相关，其计算方法可查相关设计手册。图为最常见两种导轨形式，其摩擦阻力值为：平导轨： Ff=fFn (2)V 形导轨： Ff=fFn/sin(/2) (3)式中：f 为摩擦因数；Fn 为作用在导轨上总正压力或沿V 形导轨横截面中心线方向总作用力；为V 形角，通常为90。导轨形式惯性阻力Fi 。惯性阻力Fi 为运动部件在开启和制动过程中惯性力，可按下式计算：(4)式中：m 为运动部件质量(kg)；a 为运动部件加速度(m/s2) ；G 为运动部件重量(N)；g 为重力加速度，g=9.81 (m/s2) ；v 为速度改变值(m/s)；t 为开启或制动时间(s)，通常机床t 0.10.5s ，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。重力F G ：垂直放置和倾斜放置移动部件，其本身重量也成为一个负载，当上移时，负载为正值，下移时为负值。密封阻力F m ：密封阻力指装有密封装置零件在相对移动时摩擦力，其值和密封装置类型、液压缸制造质量和油液工作压力相关。在初 算 时，可按缸机械效率(m =0.9)考虑；验算时，按密封装置摩擦力计算公式计算。排油阻力F b ：排油阻力为液压缸回油路上阻力，该值和调速方案、系统所要求稳定性、实施元件等原因相关，在系统方案未确定时无法计算，可放在液压缸设计计算中考虑。（2）液压缸运动循环各阶段总负载力。液压缸运动循环各阶段总负载力计算，通常包含开启加速、快进、工进、快退、减速制动等多个阶段，每个阶段总负载力是有区分。开启加速阶段：这时液压缸或活塞处于由静止到开启并加速到一定速度，其总负载力包含导轨摩擦力、密封装置摩擦力(按缸机械效率m =0.9计算) 、重力和惯性力等项，即：F=Ff+FiFG+Fm+Fb (5)快速阶段： F=FfFG+Fm+Fb (6)工进阶段： F=Ff+FcFG+Fm+Fb (7)减速： F=FfFG-Fi+Fm+Fb (8)对简单液压系统，上述计算过程可简化。比如采取单定量泵供油，只需计算工进阶段总负载力，若简单系统采取限压式变量泵或双联泵供油，则只需计算快速阶段和工进阶段总负载力。（3）液压缸负载循环图。对较为复杂液压系统，为了更清楚了解该系统内各液压缸(或液压马达) 速度和负载改变规律，应依据各阶段总负载力和它所经历工作时间t 或位移L 按相同坐标绘制液压缸负载时间(Ft) 或负载位移(FL) 图，然后将各液压缸在同一时间t(或位移) 负载力叠加。负载循环图图中所表示为一部机器F t 图，其中：0t1为开启过程；t1t2为加速过程；t2t3为恒速过程； t3t4为制动过程。它清楚地表明了液压缸在动作循环内负载规律。图中最大负载是初选液压缸工作压力和确定液压缸结构尺寸依据。2. 液压马达负载工作机构作旋转运动时，液压马达必需克服外负载为：M=Me+Mf+Mi (9)(1)工作负载力矩Me 。工作负载力矩可能是定值，也可能随时间改变，应依据机器工作条件进行具体分析。常见载荷力矩有被驱动轮阻力矩、液压卷筒阻力矩等。(2)摩擦力矩Mf 。为旋转部件轴颈处摩擦力矩，其计算公式为：Mf=fGR (Nm) (10)式中：G 为旋转部件重量(施加于轴颈上径向力)(N)；f 为摩擦因数，开启时为静摩擦因数，开启后为动摩擦因数；R 为轴颈半径(m)。(3)惯性力矩Mi 。为旋转部件加速或减速时产生惯性力矩，其计算公式为：（11）式中：为角加速度(rad/s2) ；为角速度改变(rad/s)；t 为加速或减速时间(s)；J 为旋转部件转动惯量(kg.m2) ，J=1GD2/4g。 式中：GD 2为回转部件飞轮效应(Nm2) 。 多种回转体GD 2可查机械设计手。依据式(9)，分别算出液压马达在一个工作循环内各阶段负载大小，便可绘制液压马达负载循环图。2.2 初选系统工作压力压力选择要依据载荷大小和设备类型而定。还要考虑实施元件装配空间、经济条件及元件供给情况等限制。在载荷一定情况下，工作压力低，势必需加大实施元件结构尺寸，对一些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看出不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件材质、密封、制造精度也要求很高，肯定要提升设备成本。通常来说，对于固定尺寸不太受限设备，压力能够选低部分，行走机械重载设备压力要选得高部分。制订基础方案和绘制液压系统图3.1制订基础方案（1）制订调速方案液压实施元件确定以后，其运动方向和运动速度控制是确定液压回路关键问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于通常中小流量液压系统，大多经过换向阀有机组合实现所要求动作。对高压大流量液压系统，现多采取插装阀和先导控制阀逻辑组合来实现。速度控制经过改变液压实施元件输入或输出流量或利用密封空间容积改变来实现。对应调整方法有节流调速、容积调速和二者结合容积节流调速。节流调速通常采取定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压实施元件流量来调整速度。此种调速方法结构简单，因为这种系统必需用闪流阀，故效率低，发烧量大，多用于功率不大场所。容积调速是靠改变液压泵或液压马达排量来达成调速目标。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方法适适用于功率大、运动速度高液压系统。容积节流调速通常是用变量泵供油，用流量控制阀调整输入或输出液压实施元件流量，并使其供油量和需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性很好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常见于有负载荷场所，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路循环形式也就随之确定了。节流调速通常采取开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，轻易混入空气。容积调速大多采取闭式循环形式。闭式系统中，液压泵吸油口直接和实施元件排油口相通，形成一个封闭循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。（2）制订压力控制方案液压实施元件工作时，要求系统保持一定工作压力或在一定压力范围内工作，也有需要多级或无级连续地调整压力。通常在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调整所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压实施元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采取减压回路来取得所需工作压力。（3）制订次序动作方案 主机各实施机构次序动作，依据设备类型不一样，有按固定程序运行，有则是随机或人为。工程机械操纵机构多为手动，通常见手动多路换向阀控制。加工机械各实施机构次序动作多采取行程控制，当工作部件移动到一定位置时，经过电气行程开关发出电信号给电磁铁推进电磁阀或直接压下行程阀来控制接续动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接对应油路，所以只适适用于管路联接比较方便场所。另外还有时间控制、压力控制等。比如液压泵无载开启，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常工作压力。压力控制多用在带有液压夹具机床、挤压机压力机等场所。当某一实施元件完成预定动作时，回路中压力达成一定数值，经过压力继电器发出电信号或打开次序阀使压力油经过，来开启下一个动作。（4）选择液压动力源液压系统工作介质完全由液压源来提供，液压源关键是液压泵。节流调速系统通常见定量泵供油，在无其它辅助油源情况下，液压泵供油量要大于系统需油量，多出油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统最高压力。为节省能源提升效率，液压泵供油量要尽可能和系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大情况，通常采取多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液净化装置是液压源中不可缺乏。通常泵入口要装有粗过滤器，进入系统油液依据被保护元件要求，经过对应精过滤器再次过滤。为预防系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其它型式过滤器。依据液压设备所处环境及对温升要求，还要考虑加热、冷却等方法。3.2 绘制液压系统原理图整机液压系统图由确定好控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉反复多出元件，努力争取系统结构简单。注意各元件间联锁关系，避免误动作发生。要尽可能降低能量损失步骤。提升系统工作效率。为便于液压系统维护和监测，在系统中关键路段要装设必需检测元件（如压力表、温度计等）。大型设备关键部位，要附设备用件，方便意外事件发生时能快速更换，确保关键连续工作。各液压元件尽可能采取国产标准件，在图中要按国家标准要求液压元件职能符号常态位置绘制。对于自行设计非标准元件可用结构原理图绘制。系统图中应注明各液压实施元件名称和动作，注明各液压元件序号和各电磁铁代号，并附有电磁铁、行程阀及其它控制元件动作表。液压元件选择和专用件设计4.1 液压泵选择1）确定液压泵最大工作压力p pp p p1+p （21）式中 p 1液压缸或液压马达最大工作压力；p 从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总管路损失。 p 正确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选择：管路简单、流速不大，取p=（0.20.5）MPa ；管路复杂，进口有调阀，取p=（0.51.5）MPa 。2）确定液压泵流量Q P多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵流量要大于同时动作多个液压缸(或马达) 所需最大流量，并应考虑系统泄漏和液压泵磨损后容积效率下降，液压泵输出流量应为Q P K(Qmax）m 3/s （22）式中 K 系统泄漏系数，通常取K=1.11.3，大流量取小值，小流量取大值；Qmax同时动作液压缸或液压马达最大总流量，可从（Q-t ）图上查得。对于在工作过程中用节流调速系统，还须加上溢流阀最小溢流量，通常取0.510-4 m 3/s。系统使用蓄能器作辅助动力源时Q P =V i K /T ii =1Z式中 K 系统泄漏系数，通常取K=1.2； T i 液压设备工作周期（s ）； V i 每一个液压缸或液压马达在工作周期中总耗油量（m3）；z 液压缸或液压马达个数。采取差动液压缸回路时，液压泵所需流量为：Q P K (A 1-A 2) v max m 3/s式中：A 1，A 2为分别为液压缸无杆腔和有杆腔有效面积(m2) ；vmax 为活塞最大移动速度(m/s)。3）选择液压泵规格 依据以上求得p p 和Qp 值，按系统中确定液压泵形式，从产品样本或本手册中选择对应液压泵。 上面所计算最大压力p p 是系统静态压力，系统工作过程中存在着过渡过程动态压力，而动态压力往往比静态压力高得多，所以泵额定压力p p 应比系统最高压力大25%60%，使液压泵有一定压力贮备。若系统属于高压范围，压力贮备取小值；若系统属于中低压范围，压力贮备取大值。4）确定液压泵驱动功率P =P p Q p /1000p KWQ P 液压泵流量（m 3/s）；P 液压泵总效率。 在工作循环中，假如液压泵压力和流量比较恒定，即（p-t ）、（Q-t ）图改变较平缓，则式中 p p 液压泵最大工作压力（Pa ）；多种形式液压泵总效率可参考下表估取，液压泵规格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，变量泵取小值。限压式变量叶片泵驱动功率，可按流量特征曲线拐点处流量、压力值计算。通常情况下，可取p P =0.8pPmax ，Q P =Qn，p Pmax 液压泵最大工作压力（Pa ）；Qn 液压泵额定流量（m3/s）。在工作循环中，假如液压泵流量和压力改变较大，即（Q-t ），（p-t ）曲线起伏改变较大，则须分别计算出各个动作阶段内所需功率，驱动功率取其平均功率P =式中， t1、t2、tn一个循环中每一动作阶段内所需时间（s ）； P1、P2、Pn一个循环中每一动作阶段内所需功率（W ）。按平均功率选出电动机功率后，还要验算一下每一阶段内电动机超载量是否全部在许可范围内。电动机许可短时间超载量通常为25%。按上述功率和泵转速，能够从产品样本中选择标准电动机，再进行验算，使电动机发出最大功率时，其超载量在许可范围内。4.2 液压阀选择1. 选择依据选择依据为：额定压力，最大流量，动作方法，安装固定方法，操作方法、压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。2. 选择阀类元件应注意问题(1)应尽可能选择标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。(2)阀类元件规格关键依据流经该阀油液最大压力和最大流量选择。选择溢流阀时，应按液压泵最大流量选择；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能要求。(3)通常选择控制阀额定流量应比系统管路实际经过流量大部分，必需时，许可经过阀最大流量超出其额定流量20%4.3 蓄能器选择依据蓄能器在液压系统中功用，确定其类型和关键参数。1）液压实施元件短时间快速运动，由蓄能器来补充泵供油不足时，其有效工作容积为V=Ai L i K-Q P t (m3）式中 A 液压缸有效作用面积（m 2）；L 液压缸行程（m ）； K 油液损失系数，通常取K=1.2； Q P 液压泵流量（m3/s）； t 动作时间（s ）2）作应急能源，其有效工作容积为：V=Ai L i K (m3）有效工作容积算出后，依据相关蓄能器对应计算公式，求出蓄能器容积，再依据其它性能要求，即可确定所需蓄能器。4.4 管道尺寸确实定1. 油管类型选择液压系统中使用油管分硬管和软管，选择油管应有足够通流截面和承压能力，同时，应尽可能缩短管路，避免急转弯和截面突变。(1)钢管：中高压系统选择无缝钢管，低压系统选择焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。(2)铜管：紫铜管工作压力在6.510MPa 以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa ，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽可能少用，只用于液压装置配接不方便部位。(3)软管：用于两个相对运动件之间连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.58MPa ，多用于低压管道。因软管弹性变形大，轻易引发运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。2道内径计算d =1.13103 式中 Q 经过管道内流量（m /s）； 管内许可流速（m/s），通常液压泵吸油管取0.55(m/s)，通常常取1以下；液压系统压力油管取2.56(m/s)，压力高、管道短，粘度小取大值；液压系统回油管取1.52.6(m/s)。计算出内径d 后，按标准系列选择对应管子。（2）管道壁厚计算=p 2d /2式中 p 管道内最高工作压力（Pa ）； d 管道内径（m ）； 管道材料许用应力（Pa ），= b /n； b 管道材料抗拉强度（Pa ）； n 安全系数，对钢管来说，p 7MPa 时，取n=8；p 17.5MPa 时，取n=6；p 17.5MPa 时，取n=4。4.5 油箱容量确实定油箱作用是储油，散发油热量，沉淀油中杂质，逸出油中气体。油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。其形式有开式和闭式两种：开式油箱油液液面和大气相通, 在油箱盖上装有空气过滤器，开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采取这种形式。闭式油箱油液液面和大气隔绝，通常见于压力油箱，内充一定压力惰性气体，充气压力可达0.05MPa 。假如按油箱形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造轻易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采取；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但制造较难，占地空间较大，在大型冶金设备中常常采取。1. 油箱设计关键点（1）油箱应有足够容积以满足散热，同时其容积应确保系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超出油箱高度80%。（2）吸箱管和回油管应插入最低液面以下，以预防吸空和回油飞溅产生气泡。 管口和箱底、箱壁距离通常大于管径3倍。吸油管可安装100m左右网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切45角并面向箱壁，以预防回油冲击油箱底部沉积物，同时也有利于散热。（3）吸箱管和回油管间距应尽可能大。它们之间应设置隔板，以加大液流循环路径，这么能提升散热、分离空气及沉淀杂质效果。隔板高度为液面高度2/33/4。（4）为便于放油和清理，油箱底要有一定斜度，泄油口置于最低处，设置放油阀，方便排油。对于不易开盖油箱，要设置清洗孔，方便于油箱内部清理。（5）为了保持油液清洁，油箱应有周围密封盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气通常全部由一个空气过滤器来完成。注油器上应装滤网。（6）油箱底部应距地面150mm 以上，方便于搬运、放油和散热。在油箱合适位置要设吊耳，方便吊运，还要设置液位计，以监视液位。（7）油箱箱壁应涂耐油防锈涂料。 对油箱内表面防腐处理要给充足注意。常见方法有： 酸洗后磷化。适适用于全部介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。 喷丸后直接涂防锈油。适适用于通常矿物油和合成液压油，不适合含水液压液。因不受处理条件限制，大型油箱较多采取此方法。 喷砂后热喷涂氧化铝。适适用于除水-乙二醇外全部介质。 喷砂后进行喷塑。适适用于全部介质。但受烘干设备限制，油箱不能过大。考虑油箱内表面防腐处理时，不仅要顾及和介质相容性，还要考虑处理后可加工性、制造到投入使用之间时间间隔和经济性，条件许可时采取不锈钢制油箱无疑是最理想选择。2. 油箱容量计算油箱有效容量V 可近似用液压泵单位时间内排出油液体积确定。V=Kq (25)式中：K 为系数，低压系统取24，中、高压系统取57；q 为同一油箱供油各液压泵流量总和。初始设计时，先按经验公式（26）确定油箱容量，待系统确定后，再按散热要求进行校核。油箱容量经验公式为V=QV （26）式中 Q V 液压泵每分钟排出压力油容积（m 3）；经验系数，见下表。系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 锻压机械 冶金机械 12 24 57 612 10在确定油箱尺寸时，首先要满足系统供油要求，还要确保实施元件全部排油时，油箱不能溢出，和系统中最大可能充满油时，油箱油位不低于最低程度。液压泵站油箱公称容量系列（JB/T7938-1995）4 6.3 10 25 40 63 100 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 3150 4000 5000 6300 （L ）4.6 滤油器选择选择滤油器依据有以下几点：(1)承载能力：按系统管路工作压力确定。(2)过滤精度：按被保护元件精度要求确定，选择时可参阅下表。(3)通流能力：按经过最大流量确定。(4)阻力压降：应满足过滤材料强度和系数要求。液压系统性能验算液压系统初步设计是在一些估量参数情况下进行，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计系统进行各项性能分析。对通常液压传动系统来说，关键是深入确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发烧温升等。依据分析计算发觉问题，对一些不合理设计要进行重新调整，或采取其它必需方法。为了判定液压系统设计质量，需要对系统压力损失、发烧温升、效率和系统动态特征等进行验算。因为液压系统验算较复杂，只能采取部分简化公式近似地验算一些性能指标，假如设计中有经过生产实践考验同类型系统供参考或有较可靠试验结果能够采取时，能够不进行验算。5.1管路系统压力损失验算当液压元件规格型号和管道尺寸确定以后，就能够较正确计算系统压力损失，压力损失p 包含：油液流经管道沿程压力损失p L 、管路局部压力损失p c 和流经阀类元件压力损失p V ，即：p=p L +pc+p V (26)计算沿程压力损失时，假如管中为层流流动，可按下经验公式计算：p L =4.3qL106/d4 (Pa) (27)式中：q 为经过管道流量(m3/s)；L 为管道长度(m)；d 为管道内径(mm)；为油液运动粘度(m2) 。局部压力损失可按下式估算：p c =(0.050.15) p L (28)阀类元件p V 值可按下式近似计算：p V =p n （q V /qVn ）2 (Pa) (29)式中：q Vn 为阀额定流量(m3/s)；q V 为经过阀实际流量(m3/s)；p n 为阀额定压力损失(Pa)。计算系统压力损失目标，是为了正确确定系统调整压力和分析系统设计好坏。对于泵到实施元件间压力损失，假如计算出p 比选泵时估量管路损失大得多时，应该重新调整泵及其它相关元件规格尺寸等参数。系统调整压力：p 0p 1+p (30)式中：p 0为液压泵工作压力或支路调整压力；p 1为实施件工作压力。假如计算出来p 比在初选系统工作压力时粗略选定压力损失大得多，应该重新调 整相关元件、辅件规格，重新确定管道尺寸。5.2 系统发烧温升验算液压系统工作时，除实施元件驱动外载荷输出有效功率外，其它功率损失全部转化为热量，使油温升高。系统发烧起源于系统内部能量损失，如液压泵和实施元件功率损失、溢流阀溢流损失、液压阀及管道压力损失等。这些能量损失转换为热能，使油液温度升高。油液温升使粘度下降，泄漏增加，同时，使油分子裂化或聚合，产生树脂状物质，堵塞液压元件小孔，影响系统正常工作，所以必需使系统中油温保持在许可范围内。通常机床液压系统正常工作油温为3050；矿山机械正常工作油温5070；最高许可油温为7090。1. 系统发烧功率P 计算P P B (1-) (W) (31)式中：P B 为液压泵输入功率(W)；为液压泵总效率。若一个工作循环中有多个工序，则可依据各个工序发烧量，求出系统单位时间平均发烧量：（w ） (32)式中：T 为工作循环周期(s)；t i 为第i 个工序工作时间(s)；P i 为循环中第i 个工序输入功率(W)。2. 系统散热和温升系统散热量可按下式计算：(W) (33)式中：Kj 为散热系数(W/m2) ，当周围通风很差时，K 89；周围通风良好时，K 15；用风扇冷却时，K 23；用循环水强制冷却时冷却器表面K 110175；Aj 为散热面积(m2) ，当油箱长、宽、高百分比为111或123，油面高度为油箱高度80%时，油箱散热面积近似看成为散热面积次序号。 ，式中V 为油箱体积(L)； t 为液压系统温升() ，即液压系统比周围环境温度升高值； j当液压系统工作一段时间后，达成热平衡状态，则：P P 所以液压系统温升为：() (34)计算所得温升t ，加上环境温度，不应超出油液最高许可温度。 当系统许可温升确定后，也能利用上述公式来计算油箱容量。5.3系统效率验算液压系统效率是由液压泵、实施元件和液压回路效率来确定。 液压回路效率c 通常可用下式计算：(35)式中：p1，q1；p2，q2；为每个实施元件工作压力和流量；p b1，q b1；p b2，q b2为每个液压泵供油压力和流量。液压系统总效率：B C 式中：m (9-36) B 为液压泵总效率；m 为实施元件总效率；C 为回路效率。绘制液压系统正式工作图经过对液压系统性能验算和必需修改以后，便可绘制正式工作图，它包含绘制液压系统原理图、系统管路装配图和多种非标准元件设计图。 正式液压系统原理图上要标明各液压元件型号规格。对于自动化程度较高机床，还应包含运动部件运动循环图和电磁铁、压力继电器工作状态。管道装配图是正式施工图，多种液压部件和元件在机器中位置、固定方法、尺寸等应表示清楚。自行设计非标准件，应绘出装配图和零件图。编写技术文件包含设计计算书，使用维护说明书，专用件、通用件、标准件、外购件明细表，和试验纲领等。6.1 液压装置总体布局液压系统总体布局有集中式、分散式。集中式结构是将整个设备液压系统油源、控制阀部分独立设置于主机之外或安装在地下，组成液压站。如冷轧机、锻压机、电弧炉等有强烈热源和烟尘污染冶金设备，通常全部是采取集中供油方法。分散式结构是把液压系统中液压泵、控制调整装置分别安装在设备上合适地方。机床、工程机械等可移动式设备通常全部采取这种结构。6.2 液压阀配置形式1）板式配置 板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上，板上钻有和阀口对应孔，经过管接头联接油管而将各阀按系统图接通。这种配置可依据需要灵活改变回路形式。液压试验台等普遍采取这种配置。2）集成式配置 现在液压系统大多数全部采取集成形式。它是将液压阀件安装在集成块上，集成块首先起安装底板作用，其次起内部油路作用。这种配置结构紧凑、安装方便。6.3 集成块设计1）块体结构集成块材料通常为铸铁或锻钢，低压固定设备可用铸铁，高压强振场所要用锻钢。块体加工成正方体或长方体。 对于较简单液压系统，其阀件较少，可安装在同一个集成块上。假如液压系统复杂，控制阀较多，就要采取多个集成块叠积形式。相互叠积集成块，上下面通常为叠积接合面，钻有公共压力油孔P ，公用回油孔T ，泄漏油孔L 和4个用以叠积紧固螺栓孔。 P 孔，液压泵输出压力油经调压后进入公用压力油孔P ，作为供给各单元回路压力油公用油源。 T 孔，各单元回路回油均通到公用回油孔T ，流回到油箱。 L 孔，各液压阀泄漏油，统一经过公用泄漏油孔流回油箱。 集成块其它四个表面，通常后面接通液压实施元件油管，另三个面用以安装液压阀。块体内部按系统图要求，钻有沟通各阀孔道。2）集成块结构尺寸确实定外形尺寸要求满足阀件安装，孔道部署及其它工艺要求。为降低工艺孔，缩短孔道长度，阀安装位置要仔细考虑，使相通油孔尽可能在同一水平面或是同一竖直面上。对于复杂液压系统，需要多个集成块叠积时，一定要确保三个公用油孔坐标相同，使之叠积起来后形成三个主通道。各通油孔内径要满足许可流速要求。通常来说，和阀直接相通孔径应等于所装阀油孔通径。油孔之间壁厚不能太小，首先预防使用过程中，因为油压力而击穿，其次避免加工时，因油孔偏斜而误通。对于中低压系统，不得小于5mm ，高压系统应更大些。6.4 绘制正式工作图，编写技术文件液压系统完全确定后，要正规地绘出液压系统图。除用元件图形符号表示原理图外，还包含动作循环表和元件规格型号表。图中各元件通常按系统停止位置表示，如特殊需要，也能够按某时刻运动状态画出，但要加以说明。装配图包含泵站装配图，管路部署图，操纵机构装配图，电气系统图等。技术文件包含设计任务书、设计说明书和设备使用、维护说明书等。6.5 编写循环图1）压力循环图（p-t ）图 经过最终确定液压实施元件结构尺寸，再依据实际载荷大小，倒求出液压实施元件在其动作循环各阶段工作压力，然后把它们绘制成（p-t ）图。2）流量循环图（Q-t ）图 依据已确定液压缸有效工作面积或液压马达排量，结合其运动速度算出它在工作循环中每一阶段实际流量，把它绘制成（Q-t ）图。若系统中有多个液压实施元件同时工作，要把各自流量图叠加起来绘出总流量循环图。3）功率循环图（P-t ）图 绘出压力循环图和总流量循环图后，依据P=pQ，即可绘出系统功率循环图。本文档下载自文档之家，.com-无偿文档分享平台，众多试卷、习题答案、公务员考试、英语学习、法语学习、人力资源管理、电脑基础知识、学习计划、工作计划、工作总结、活动策划、企业管理等文档分类无偿下载；乐于分享，共同进步，转载请保留出处: