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1、第8章 液压系统设计,液压系统的设计步骤如下。 （1）明确设计原则和依据。 （2）进行工况分析，确定系统的主要参数。 （3）进行系统方案论证，拟定液压系统原理图。,（4）计算和选择液压元件。 （5）验算液压系统的主要性能。 （6）绘制工作图，编制技术文件。,8.1 液压系统的设计原则和依据,1液压系统的设计原则 注意吸收国内外先进技术，力求设计出重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、性能良好及操作方便的液压装置。,2液压系统的设计依据,（1）主机的用途、性能、工艺流程、作业环境及总体布局等。 （2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此间的联锁关系等。 （3）液压驱动机构的运动形式及运动速
2、度。,（4）各动作机构的载荷大小及其性质。 （5）对液压系统性能（如工作平稳性、转换精度等）、工作效率、自动化程度等方面的要求。,（6）自动化程序及操作控制方式的要求。 （7）对防尘、防爆、防寒、噪声及安全可靠性的要求。 （8）对效率及成本等方面的要求。,8.2 液压系统的工况分析和主要参数的确定,8.2.1 液压系统的工况分析 1运动分析,表8-1 液压执行元件的类型,续表,2负载分析,（1）液压缸的负载计算。 （8-1） 工作负载Fw 即Fwf（t），需根据具体情况分析决定。 惯性负载Fm （8-2）,式中，m为运动部件总质量；a为加速度；v为t时间内速度的变化量；t为启动或制动时间，一般
3、机械系统取0.10.5 s，行走机械系统取0.51.5 s，机床运动系统取0.250.5 s，机床进给系统取0.050.2s。工作部件较轻或运动速度较低时取小值。, 导向摩擦阻力Ff 对于平导轨 （8-3） 对于V形导轨 （8-4）, 重力负载Fg 当工作部件垂直或倾斜放置时，自重也是一种负载；当工作部件水平放置时，Fg=0。, 背压负载Fb 液压缸运动时还必须克服回油路压力形成的背压阻力Fb，其值为 （8-5）,中低压系统或轻载节流调速系统取0.20.5 MPa，回油路有调速阀或背压阀的系统取0.51.5 Mpa，采用补油泵补油的闭式系统取1.01.5 MPa，采用多路阀的复杂中高压工程机械
4、系统取1.23.0 MPa。,液压缸自身的密封阻力Fsf 液压缸工作时还必须克服其内部密封装置产生的摩擦阻力Fsf ，其值与密封装置的类型、油液工作压力，特别是液压缸的制造质量有关，计算比较繁琐，一般将它计入液压缸的机械效率m中考虑，通常取m0.900.97。,（2）液压缸运动循环各阶段的负载。 启动时 （8-6） 加速时 （8-7） 恒速运动时 （8-8） 减速制动时 （8-9）,3工作负载图,图8-1 某液压缸的速度图和负载图,8.2.2 液压系统主要参数的确定,1系统工作压力的确定,表8-2 按负载选择系统工作压力,表8-3 按主机类型选择系统工作压力,2执行元件参数的确定 3执行元件流
5、量的确定 （8-10） （8-11）,4执行元件的工况图,（1）液压泵和各种控制阀的规格是根据工况图中的最大压力和最大流量选定的。 （2）液压系统中的基本回路及其油源形式主要是根据工况图中不同阶段内的压力和流量变化情况选择出来后，再通过分析比较后确定的。,（3）将工况图所反映的情况与调研得来的参考方案进行对比，可以对原来设计参数的合理性作出鉴别、对各参数值进行调整。例如，在工艺情况允许的条件下，调整有关工作阶段的时间和速度，以减少所需的功率；当功率分布很不均匀时，适当修整参数，以避开或削减功率“峰值”等。,图8-2 液压缸的工况图,8.3 液压系统原理图的拟定和方案论证,1选择系统的类型 系统
6、有开式系统和闭式系统两种类型。 选择系统的类型主要取决于它的调速方式和散热要求。,2选择液压基本回路,选择基本回路时，首先要抓住各类机器的液压系统的主要矛盾。,3液压系统的合成,合成液压系统时应特别注意以下几点。 （1）防止回路间可能存在的相互干扰。 （2）系统应力求简单，并将作用相同或相近的回路合并，避免存在多余回路。系统要安全可靠，要有安全、联锁等回路，力求控制油路可靠。,（3）组成系统的元件要尽量少，并应尽量采用标准元件，减少自行设计的专用件。 （4）组成系统时还要考虑节省能源，提高效率，减少发热，防止液压冲击。 （5）测压点分布合理。,8.4 计算和选择液压元件,8.4.1 液压泵的确
7、定与驱动功率 的计算 1.确定液压泵的最大工作压力和流量 （8-12） 取p 0.51.5 MPa。 （8-13）,2确定原动机的功率 （8-14） 式中，p为液压泵的总效率，齿轮泵p0.60.8，叶片泵p0.70.8，柱塞泵p0.80.85。具体数值可参阅产品样本。 （8-15）,8.4.2 液压控制阀的选择,选择压力控制阀时，应考虑压力阀的压力调节范围、流量变化范围、所要求的压力灵敏度和平稳性等。 特别是溢流阀的额定流量必须满足液压泵最大流量的要求。,选择流量控制阀时，应考虑流量阀的流量调节范围、流量压力特性、最小稳定流量、压力补偿要求或温度补偿要求，以及对油液过滤精度的要求，同进还应考虑
8、阀进、出口压差大小及阀内泄漏量的大小等。,选择方向控制阀时，应考虑方向阀的换向频率、响应时间、操作方式、滑阀机能、阀口压力损失及阀内泄漏量的大小等。,对于单杆液压缸系统，若无杆腔有效作用面积为有杆腔有效作用面积的几倍，当有杆腔进油时，则回油流量为进油流量的几倍，此时，应以几倍的流量来选择方向控制阀。,通过各类阀件的实际流量最多不应超过其公称流量的120%，以免引起发热、噪声和过大的压降损失。,8.4.3 液压辅件的计算与选择,1确定管道尺寸 （1）管内油液的推荐流速。对于液压泵吸油管道一般取1 m/s以下；系统压力管道一般取36 m/s，压力高、管道短、黏度小时取大值；系统回油管道一般取1.5
9、2.6 m/s。,（2）管道内径的计算。 （8-16） （3）管道壁厚的计算。 （8-17）,2确定油箱容量,V=qp （8-18）,8.5 液压系统性能验算,8.5.1 液压系统压力损失验算 （8-19）,8.5.2 液压系统发热和温升验算,1液压系统的发热功率 （1）液压泵的损失功率为 （8-20） （2）液压执行元件的损失功率为 （8-21）,（3）溢流阀的损失功率为 （8-22） （4）节流功率损失为 （8-23） （5）液压系统的发热功率为 （8-24） （8-25）,或,2液压系统的散热功率,（8-26） 式中， 为油温与环境温度之差（）；A为油箱散热面积（m2）；K为油箱散热系数
10、（W/m2），其值按表8-4选择。,表8-4 油箱散热系数K值,8.6 绘制正式工作图、编制技术文件,经过对液压系统性能的验算和必要的修改之后，便可绘制正式工作图，它包括正式的液压系统原理图、液压站装配图（包括油箱装配图、液压泵机架、集成块装配图等）、液压装置的总体结构图、管路布置图以及各种非标准元件的零件图等。,8.7 液压系统设计计算实例,8.7.1 负载分析 1工作负载 （8-28） 对13.9 mm的孔来说 n1360 r/min，s10.147 mm/r 对8.5 mm的孔来说 n2550 r/min， s20.096 mm/r,2惯性负载,（N）,3阻力负载,静摩擦阻力 （N） 动
11、摩擦阻力 （N） 液压缸的机械效率取m = 0.9，由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表8-5所示。,4负载图和速度图的绘制,图8-3 组合机床液压缸的负载图和速度图,表8-5 液压缸在各工作阶段的负载值,8.7.2 液压缸主要参数的确定,表8-6 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值,8.7.3 液压系统图的拟定,1液压回路的选择 （1）调速回路的选择。 （2）快速运动和换向回路的选择。 （3）速度换接回路的选择 （4）压力控制回路的选择。,2液压回路的综合,（1）为了解决滑台工进时图中进油路、回油路相互接通，无法建立压力的问题，必须在液动换向回路中串接一个单向阀a，将工进时的进油路、回
12、油路隔断。,（2）为了解决滑台快速前进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串接一个液控顺序阀b，以阻止油液在快进阶段返回油箱。,（3）为了解决机床停止工作时系统中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动平稳性的问题，另外考虑到电液换向阀的启动问题，必须在电液换向阀的出口处增设一个单向阀c。在泵卸荷时，使电液换向阀的控制油路保持满足换向要求的压力。,（4）为了便于系统自动发出快速退回信号，在调速阀输出端需增设一个压力继电器d。,（5）如果将顺序阀b和背压阀的位置对调一下，就可以将顺序阀与油源处的卸荷阀合并。经过修改、整理后的液压系统原理图如图8-7所示。,图8-6
13、 液压回路的综合和整理 1双联叶片泵（1A小流量泵 1B大流量泵）；2电液换向阀；3行程阀；4调速阀；5单向阀； 6液压缸；7卸荷阀；8背压阀；9溢流阀；10单向阀；11过滤器；12压力表开关； a单向阀；b顺序阀；c单向阀；d压力继电器,图8-7 整理后的液压系统图 1双联叶片泵；2三位五通电液换向阀；3行程阀；4调速阀；5单向阀；6单向阀；7液控顺序阀；8背压阀； 9溢流阀；10单向阀；11过滤器；12压力表开关；13单向阀；14压力继电器；15液压缸,8.7.4 液压元件的选择,1液压泵 （MPa） （MPa） （L/min） （kW）,2阀类元件及辅助元件,表8-7 元件的型号及规格,
14、续表,3油管,表8-8 液压缸的进、出流量,4油箱,油箱容积估算，当取为6时，求得其容积为V6 40240 L，按GB2876规定，取最接近的标准值V = 250 L。,8.7.5 液压系统的性能验算,1回路压力损失验算 2油液升温验算 （kW） （kW）,（kW）,本章小结,本章主要讲述了液压传动系统设计的原则和依据、工况分析和主要参数的确定、系统原理图的拟定和方案论证、液压元件的计算和选择、系统性能验算等。 最后通过一个单面多轴钻孔组合机床液压传动系统的设计计算实例，详细说明了液压传动系统设计的方法和步骤。,本章是液压传动部分的综合应用，重点应掌握液压系统设计方法与步骤，并能够根据设备的原始参数及工况要求选择合适的液压元件及回路，并会进行必要的计算分析。,
