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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2012/9/14,#,ZW,主编,第十八章液压系统设计,第一节明确设计要求和进行工况分析,第二节确定液压系统的主要参数,第三节拟定液压系统原理图,第四节液压元件的计算和选择,第五节液压系统性能验算,第六节液压装置的结构设计,第七节绘制工作图和编写技术文件第八节液压系统设计计算举例,第一节明确设计要求和进行工况分析,一、明确设计要求,二、进行工况分析,一、明确设计要求,(1)主机的动作要求主机的动作要求是指主机的哪些动作要求用液压传动来实现，采用哪种类型的执行元件，各执行元件间的动作循环及其动作时间是否需要同步、互锁等。,(2)主机的性能要求主机的性能要求是指主机对采用液压传动的各执行机构在力和运动方面的要求。,(3)主机的使用条件和工作环境如环境温度的变化范围、作业场地情况、灰尘状况等；周围有无易燃物质和腐蚀气体等，也应加以注意。,(4)其他要求如液压装置在质量、外形尺寸等方面的限制以及经济性、能耗方面的要求。,二、进行工况分析,图18-1负载循环图(F-t图),Fe,工作负载,Fa,惯性负载,F,fs,、,F,fd,静、动摩擦阻力负载,(1)位移循环图,(2)速度循环图,(1)位移循环图,图,18-2,位移循环图,(s-t,图,),(2)速度循环图,图18-3v-t图和F-t图,a)v-t图b)F-t图,第二节确定液压系统的主要参数,一、初选系统的工作压力,二、计算液压缸的工作面积和流量,三、计算液压马达的排量和流量,四、绘制执行元件工况图,一、初选系统的工作压力,二、计算液压缸的工作面积和流量,(18-1),(18-2),(18-3),三、计算液压马达的排量和流量,(18-4),(18-5),(18-6),四、绘制执行元件工况图,图18-4某液压缸的压力图、流量图和功率图,第三节拟定液压系统原理图,一、选择系统类型,二、选择执行元件,三、选择液压泵类型,四、选择调速方式,五、选择调压方式,六、选择换向回路,七、选择其他回路,一、选择系统类型,二、选择执行元件,1)用于实现连续回转运动的执行元件应选用液压马达。,2)若要求往复摆动，应选用摆动液压缸或齿轮齿条式液压缸。,3)若要求实现直线运动，应选用活塞式液压缸或柱塞式液压缸。,三、选择液压泵类型,1)依据初定的系统压力选择泵的结构形式。,2)若原动机为柴油机、汽油机，主机为行走机构，宜选用齿轮泵、双作用叶片泵。,3)若系统采用节流调速回路，或可通过改变原动机的转速调节流量，或系统对速度无调节要求，可选用定量泵或手动变量泵，此时手动变量泵一旦调定即相当于定量泵。,4)若系统要求高效节能，应选用变量泵。,5)若液压系统有多个执行元件，各工作循环所需的流量相差很大，应选用多泵供油，实现分级调节。,四、选择调速方式,1)定量泵节流调速回路，因调节方式简单，一次性投资少，在中小型液压设备，特别是机床中得到广泛应用。,2)若原动机为柴油机、汽油机，可采用定量泵变速调节流量，同时用手动多路换向阀实现微调，常用于液压汽车起重机、液压机和挖掘机等设备。,3)若原动机为柴油机，而柴油机的转速只能随主机运动的输出力要求调节，辅助运动又有一定的速度要求时，可设置流量分配阀优先满足辅助运动(如转向)的流量要求。,4)变量泵的容积调速按控制方式可分为手动变量调速和压力(压力差)适应变量调速。,五、选择调压方式,1)旁接在液压泵出口用以控制系统压力的溢流阀在进、回油路节流调速系统中保证系统压力恒定，在其他场合则为安全阀，限制系统的最高压力。,2)中低压小型液压系统为获得二次压力可选用减压阀的减压回路，高压系统宜选用单独的控制油源，以免在减压阀处出现过大的能量损失。,3)当系统中有垂直负载作用时应采用平衡阀平衡负载，以限制负载的下降速度。,4)为使执行元件不工作时液压泵在很小的输出功率下运行(卸荷)，定量泵系统一般通过换向阀的中位(M型或H型机能)或电磁溢流阀的卸荷位实现低压卸荷；变量泵则可实现压力卸荷或流量卸荷，流量卸荷时换向阀的中位选O型等滑阀机能。,六、选择换向回路,1)对装载机、起重机、挖掘机等工作环境恶劣的液压系统，主要考虑安全可靠，一般采用手动(脚踏)换向阀。,2)若液压设备要求的自动化程度较高，应选用电动换向，即小流量时选电磁换向阀，大流量时选电液换向阀或二通插装阀。,3)采用手动双向变量泵的换向回路，多用于起重卷扬、车辆马达等闭式回路。,七、选择其他回路,当液压系统有多个执行元件时，除分别满足各自的技术要求外，还要考虑它们之间的同步、互锁、顺序等要求，这些要求在结构方案设计时应综合考虑。,第四节液压元件的计算和选择,一、液压泵的选择,二、计算原动机的功率,三、液压控制阀的选择,四、蓄能器的选择,五、过滤器的选择,六、冷却器的选择,七、压力表与压力表开关的选择,八、列出液压元件明细表,一、液压泵的选择,p,p,q,p,p,p,液压泵的最大工作压力,p,p,的计算公式为,(18-7),q,p,液压泵流量,q,p,的计算公式为,(18-8),(18-9),根据所选定的液压泵类型、最大工作压力和流量，参照产品样本选取额定压力比系统最高工作压力高,10%30%,、额定流量不低于上述计算结果的液压泵。,二、计算原动机的功率,按工况图,P-t,中最大功率点选取原动机功率。即,若工况图中液压泵的功率变化较大，且最高功率点持续时间很短，则按式,(18-10),的计算结果选取原动机，其功率就会偏大，不经济。在这种情况下，应按平均功率选取。即,(18-10),(18-11),三、液压控制阀的选择,液压系统一般多选择板式连接或管式连接的普通液压控制阀。在采用板式连接时，为减少连接管路，需设计专用阀块，将阀集成安装在阀块上。,若液压系统为闭环控制，或要求连续地按比例控制液压参量，应选用电液比例阀。如液压系统无上述要求，应选用普通液压阀，以降低成本。,(1)阀的通径,(2)公称压力,(1)阀的通径,阀的通径大小是根据其在液压系统中的实际通流量及工作压力来选择的。分析流经某个阀的实际最大通流量时应注意油路的串并联关系、活塞往返运动速比、有无差动连接等因素。,(2)公称压力,液压控制阀的公称压力应大于阀的实际工作压力。液压控制阀的实际工作压力因其在液压系统中的安装位置不同而异，如安装在进油路上的液压阀的实际最高工作压力等于系统的最高压力，安装在回油路上的液压阀的最高工作压力一般低于系统的最高压力。,四、蓄能器的选择,目前常用的隔离式充气蓄能器包括活塞式和皮囊式两种，前者公称压力为,20MPa,，后者公称压力可达,32MPa,。蓄能器的性能参数除公称压力外，主要是蓄能器的容量，即充气容积,V,0,。,五、过滤器的选择,1)有足够的通流能力，压力损失要小。,2)过滤精度应满足设计要求。,3)过滤器的材质应与所选流体介质相容。,4)滤芯要有足够的强度。,5)滤芯更换、清洗及维护要方便。,六、冷却器的选择,根据计算的散热面积和安装方式从产品样本中选取冷却器的型号、规格。采用水冷式冷却器时，应保证冷却水在冷却器内的流速不超过，否则应增大冷却器的过流断面面积，同时应保证液压油通过冷却器时的压力损失小于。,七、压力表与压力表开关的选择,液压系统的静态压力测量一般采用弹簧管式压力表。测量单点压力时采用单点压力表开关；若要求一个压力表检测多点的压力，可用多点压力表开关。,八、列出液压元件明细表,在液压元件选定之后，应列出全部液压元件,(,包括电动机、检测仪表,),的明细表，表中应注明名称、型号、规格、数量等参数，以提供购货信息。,第五节液压系统性能验算,一、液压系统压力损失的验算,二、液压系统总效率的验算,三、液压系统发热温升的计算,一、液压系统压力损失的验算,(18-12),(18-13),(18-14),一、液压系统压力损失的验算,(18-15),(18-16),二、液压系统总效率的验算,1)根据系统的压力损失确定管路的压力效率，又称为管路的当量机械效率,Lp,。,2)管路系统中各个阀的泄漏量和溢流量之和称为管路系统的容积损失，用,q表示。,(18-17),(18-18),3),管路系统的总效率,L,为,4),液压传动系统的总效率，要考虑液压泵、管路系统、液压缸或液压马达各部分的能量损失，它们的总和用符号,P,表示，则系统的总效率,为,二、液压系统总效率的验算,(18-19),(18-20),三、液压系统发热温升的计算,三、液压系统发热温升的计算,(18-21),(18-22),(18-23),(18-24),第六节液压装置的结构设计,一、液压装置的结构形式,二、液压泵站的类型及其组件配置形式的选择,三、油箱,四、阀集成块,五、管路及管路布置,一、液压装置的结构形式,液压装置按配置形式可分为集中配置和分散配置两种形式。集中配置是将液压系统的动力源、控制及调节装置集中组成为液压泵站，并安装于主机之外。,二、液压泵站的类型及其组件配置形式的选择,图18-5上置式液压泵站,a)立式液压泵站b)卧式液压泵站,1、6电动机2联轴器3、7油箱4、5液压泵,图18-6非上置式液压泵站,a)旁置式液压泵站b)下置式液压泵站,1油箱2电动机3液压泵4过滤器,(1)箱体式在这种形式中，液压元件用螺钉固定在根据系统工作需要所设计的箱体上，件与件之间油路的连接由箱体上所钻的孔来实现，如图18-7所示。,(2)组合块式这种形式是根据液压系统完成一定功能的各种回路，做成通用化的六面体集成块，块的上下两面作为块与块的结合面，四周除一面安装通向执行部件的管接头外，其余供固定标准元件用。,(3)叠加阀式这种形式是在组合块式基础上发展起来的，不需要另外的连接块，而是以自身阀体作为连接体，通过螺钉将控制阀等元件直接叠加而成，如图18-9所示。,(1)箱体式,图18-7液压元件的箱体式配置,(2)组合块式,图18-8液压元件的集成块式配置,(3)叠加阀式,图,18-9,液压元件的叠加阀式配置,三、油箱,油箱的用途主要是储存液压系统所需要的液体介质，起散热、分离液体介质中的空气以及沉淀杂质的作用。关于油箱容量的计算及结构设计，详见本书第二十一章第三节。,四、阀集成块,1)合理选择集成阀的个数，若集成的阀太多，会使阀块的体积过大，导致设计、加工困难；集成的阀太少，则集成的意义又不大。,2)在阀块设计时，块内的油路应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔，阀块中的孔径要与通过的流量相匹配，特别要注意相贯通的孔必须有足够的通流面积。,3)阀块设计时应注意进出油口的方向和位置，应与系统的总体布置及管道连接形式匹配，并考虑安装操作便利。,4)阀块设计时还要考虑有水平或垂直安装要求的阀，这些阀的布置方向必须符合要求。,5)阀块设计时要设置足够数量的测压点，以供系统调试用。,6)质量较大的阀块应设置起吊螺钉孔。,五、管路及管路布置,液压系统所用的管路分为硬管和软管。硬管有无缝钢管、有缝钢管、铜管等；软管有耐油橡胶软管、塑料管、尼龙管等。,管路的尺寸指管路的通径、壁厚和长度。,根据我国有关标准规定，耐油橡胶软管以内径为标准，无缝钢管以外径为标准。,第七节绘制工作图和编写技术文件,一、绘制工作图,二、编写技术文件,一、绘制工作图,(1)液压系统工作原理图图上应注明各种元件的规格、型号以及压力调整值，画出执行元件完成的工作循环图，列出相应电磁铁和压力继电器的工作状态表。,(2)元件集成块装配图和零件图液压件厂能提供各种功能的集成块，设计者只需选用并绘制集成块组合装配图。,(3)液压泵站装配图和零件图小型液压泵站有标准化产品可供选用，但大中型液压泵站通常需进行单独设计，并绘出其装配图和零件图。,(4)液压缸和其他采用件的装配图和零件图,(5)管路装配图在管路的装配图上应表示各液压部件和元件在设备和工作场所的位置和固定方式，应注明管道的尺寸和布置位置、各种管接头的形式和规格、管路装配技术等。,二、编写技术文件,需编写的技术文件一般包括设计计算说明书，零部件目录表，标准件、通用件和外购件总表，技术说明书，操作使用说明书等内容。此外，还应提出电气系统设计任务书，供电气设计者使用。,第八节液压系统设计计算举例,一、工况分析,二、液压缸主要参数的确定,三、液压系统图的拟定,四、液压元件的选择,五、液压系统的性能验算,一、工况分析,表18-4液压缸在各工作阶段的负载值,二、液压缸主要参数的确定,图18-10组合机床动力滑台液压缸工况图,三、液压系统图的拟定,首先选择调速回路。由工况图,(,图,18-10),可知，该机床液压系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流的调速回路。为了解决进口节流调速回路在孔钻通时出现滑台突然前冲现象，回油路应设置背压阀。,图18-11整理后的液压系统图,1双联叶片泵2三位五通电液阀3行程阀4调速阀5、6、10、13、16单向阀7顺序阀8背压阀,9溢流阀11过滤器12压力表开关14、19、20压力继电器15减压阀17二位四通电磁阀18单向顺序阀,四、液压元件的选择,液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为，根据经验取进油路上的压力损失为，压力继电器调整压力应比系统最大工作压力高出，则高压小流量泵的最大工作压力应为,五、液压系统的性能验算,由于系统的具体管路布置尚未确定，整个回路的压力损失无法估算，仅能根据阀类元件对系统产生的压力损失作出初步估算，供调定系统中某些压力值时参考。这里估算从略。,在所设计的系统中，工进在整个工作循环中所占的时间比例达,96%,，所以系统发热和油液温升可用工进时的状况来计算。,(18-25),
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