液压元件的选择与专用件设计

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1、液压元件的选择与专用件设计液压元件的选择与专用件设计 4.1 液压泵的选择 1）确定液压泵的最大工作压力ppppp1+p （21） 式中 p1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的管路损失。 p的准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取： 管路简单、 流速不大的，取 p=（0.20.5）MPa；管路复杂，进口有调阀的，取 p=（0.51.5）MPa。 2）确定液压泵的流量QP 多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为 QPK（Qmax） （22） 式中 K系统泄漏系数，一般取 K=1.11.3； Qmax同时动作的液

2、压缸或液压马达的最大总流量，可从（Q-t）图上查得。对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取 0.510-4m3/s。 系统使用蓄能器作辅助动力源时 式中 K系统泄漏系数，一般取 K=1.2； Tt液压设备工作周期（s） ； Vi每一个液压缸或液压马达在工作周期中的总耗油量（m3） ； z液压缸或液压马达的个数。 3）选择液压泵的规格 根据以上求得的pp和Qp值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或本手册中选择相应的液压泵。 为使液压泵有一定的压力储备， 所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25%60%。 4）确定液压泵的驱动功率 在工作循环中，如果液压泵的

3、压力和流量比较恒定，即（p-t） 、（Q-t）图变化较平缓，则 式中 pp液压泵的最大工作压力（Pa） ； QP液压泵的流量（m3/s） ； P液压泵的总效率，参考表 9 选择。 表 9 液压泵的总效率 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.60.7 0.650.80 0.600.75 0.800.85 限压式变量叶片泵的驱动功率，可按流量特性曲线拐点处的流量、压力值计算。一般情况下，可取pP=0.8pPmax，QP=Qn，则 式中 液压泵的最大工作压力（Pa） ； 液压泵的额定流量（m3/s） 。 在工作循环中，如果液压泵的流量和压力变化较大，即（Q-t） ， （p-t）曲

4、线起伏变化较大，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 式中 t1、t2、tn一个循环中每一动作阶段内所需的时间（s） ； P1、P2、Pn一个循环中每一动作阶段内所需的功率（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都在允许范围内。电动机允许的短时间超载量一般为 25%。 4.2 液压阀的选择 1）阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取； 选择节流阀和调速阀时， 要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允

5、许有 20%以内的短时间过流量。 2）阀的型式，按安装和操作方式选择。 4.3 蓄能器的选择 根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。 1）液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为 式中 A液压缸有效作用面积（m2） ； l液压缸行程（m） ； K油液损失系数，一般取 K=1.2； QP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： 式中 要求应急动作液压缸总的工作容积（m3） 。 有效工作容积算出后，根据第 8 章中有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄能器的容积，再根据其他性能要求，即可确定所需蓄能器。 4.4 管道尺寸的确定

6、 （1）管道内径计算 式中 Q通过管道内的流量（m3/s） ； 管内允许流速（m/s） ，见表 10。 计算出内径 d 后，按标准系列选取相应的管子。 （2）管道壁厚 的计算 表 10 允许流速推荐值 管道 推荐流速/（m/s） 液压泵吸油管道 0.51.5，一般常取 1 以下 液压系统压油管道 36，压力高，管道短，粘度小取大值 液压系统回油管道 1.52.6 式中 p管道内最高工作压力（Pa） ； d管道内径（m） ； 管道材料的许用应力（Pa） ，= ； b管道材料的抗拉强度（Pa） ； n安全系数， 对钢管来说， p7MPa 时， 取 n=8； p17.5MPa 时， 取 n=6； p

7、17.5MPa时，取 n=4。 4.5 油箱容量的确定 初始设计时，先按经验公式（31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。 油箱容量的经验公式为 V=QV （31） 式中 QV液压泵每分钟排出压力油的容积（m3） ； 经验系数，见表 11。 表 11 经验系数 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，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。 液压系统性能验算液压系统性能验算 液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，

8、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的系统进行各项性能分析。 对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、 容积损失及系统效率， 压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。 5.1 液压系统压力损失 压力损失包括管路的沿程损失p1， 管路的局部压力损失p2和阀类元件的局部损失p3， 总的压力损失为 p=p1+p2+p3 （32） （33） （34） 式中 l管道的长度（m） ； d管道内径（m） ； 液流平均速度（m/s） ； 液压油密度（kg/m3） ； 沿程阻力系数； 局部阻

9、力系数。 、 的具体值可参考第 2 章有关内容。 式中 Qn阀的额定流量（m3/s） ； Q通过阀的实际流量（m3/s） ； pn阀的额定压力损失（Pa） （可从产品样本中查到） 。 对于泵到执行元件间的压力损失，如果计算出的p 比选泵时估计的管路损失大得多时，应该重新调整泵及其他有关元件的规格尺寸等参数。 系统的调整压力 pTp1+p （36） 式中 pT液压泵的工作压力或支路的调整压力。 5.2 液压系统的发热温升计算 5.2.1 计算液压系统的发热功率 液压系统工作时， 除执行元件驱动外载荷输出有效功率外， 其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有以下几种形式：

10、（1）液压泵的功率损失 式中 Tt工作循环周期（s） ； z投入工作液压泵的台数； Pri液压泵的输入功率（W） ； Pi各台液压泵的总效率； ti第i台泵工作时间（s） 。 （2）液压执行元件的功率损失 式中 M液压执行元件的数量； Prj液压执行元件的输入功率（W） ； j液压执行元件的效率； tj第j个执行元件工作时间（s） 。 （3）溢流阀的功率损失 （39） 式中 py溢流阀的调整压力（Pa） ； Qy经溢流阀流回油箱的流量（m3/s） 。 （4）油液流经阀或管路的功率损失 Ph4=pQ （40） 式中 p 通过阀或管路的压力损失（Pa） ； Q通过阀或管路的流量（m3/s） 。 由

11、以上各种损失构成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率 Phr=Ph1+ Ph2+ Ph3+Ph4 （41） 式（41）适用于回路比较简单的液压系统，对于复杂系统，由于功率损失的环节太多，一一计算较麻烦，通常用下式计算液压系统的发热功率 Phr=Pr-Pc （42） 式中Pr是液压系统的总输入功率，PC是输出的有效功率。 其中 Tt工作周期（s） ； z、n、m分别为液压泵、液压缸、液压马达的数量； pi、Qi、Pi第i台泵的实际输出压力、流量、效率； ti第i台泵工作时间（s） ； TWj、j、tj液压马达的外载转矩、转速、工作时间（Nm、rad/s、s） ； FWi、si液压缸外载荷及

12、驱动此载荷的行程（Nm） 。 5.2.2 计算液压系统的散热功率 液压系统的散热渠道主要是油箱表面，但如果系统外接管路较长，而且用式（41）计算发热功率时，也应考虑管路表面散热。 Phc=（K1A1+K2A2）T （45） 式中 K1油箱散热系数，见表 12； K2管路散热系数，见表 13； A1、A2分别为油箱、管道的散热面积（m2） ； T 油温与环境温度之差（） 。 表 12 油箱散热系数K1 （W/（m2） ） 冷却条件 K1通风条件很差 89 通风条件良好 1517 用风扇冷却 23 循环水强制冷却 110170 表 13 管道散热系数K2 （W/（m2） ） 管道外径/m 风速/m

13、s-1 0.01 0.05 0.1 0 8 6 5 1 25 14 10 5 69 40 23 若系统达到热平衡，则Phr=Phc，油温不再升高，此时，最大温差 环境温度为T0， 则油温T=T0+T 。 如果计算出的油温超过该液压设备允许的最高油温 （各种机械允许油温见表 14） ，就要设法增大散热面积，如果油箱的散热面积不能加大，或加大一些也无济于事时，需要装设冷却器。冷却器的散热面积 表 14 各种机械允许油温（） 液压设备类型 正常工作温度 最高允许温度 数控机床 3050 5570 一般机床 3055 5570 机车车辆 4060 7080 船舶 3060 8090 冶金机械、液压机

14、4070 6090 工程机械、矿山机械 5080 7090 式中 K冷却器的散热系数，见本篇第 8 章液压辅助元件有关散热器的散热系数； tm平均温升（） ， T1、T2液压油入口和出口温度； t1、t2冷却水或风的入口和出口温度。 5.2.3 根据散热要求计算油箱容量 式（46）是在初步确定油箱容积的情况下，验算其散热面积是否满足要求。当系统的发热量求出之后，可根据散热的要求确定油箱的容量。 由式（46）可得油箱的散热面积为 如不考虑管路的散热，式（48）可简化为 油箱主要设计参数如图 3 所示。一般油面的高度为油箱高 h 的 0.8 倍，与油直接接触的表面算全散热面， 与油不直接接触的表面

15、算半散热面， 图示油箱的有效容积和散热面积分别为 图 3 油箱结构尺寸 V=0.8bh （50） A1=1.6h（+b）+1.5b （51） 若A1求出，再根据结构要求确定、b、h的比例关系，即可确定油箱的主要结构尺寸。 如按散热要求求出的油箱容积过大，远超出用油量的需要，且又受空间尺寸的限制，则应适当缩小油箱尺寸，增设其他散热措施。 5.3 计算液压系统冲击压力 压力冲击是由于管道液流速度急剧改变而形成的。 例如液压执行元件在高速运动中突然停止，换向阀的迅速开启和关闭，都会产生高于静态值的冲击压力。它不仅伴随产生振动和噪声，而且会因过高的冲击压力而使管路、液压元件遭到破坏。对系统影响较大的压力冲击常为以下两种形式： 1）当迅速打开或关闭液流通路时，在系统中产生的冲击压力。 直接冲击（即 t）时，管道内压力增大值 （52） 间接冲击（即 t）时，管道内压力增大值