液压系统设计

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1、第七章 液压系统设计液压系统设计步骤和内容液压系统设计计算示例（自学） 车辆液压技术第一节 液压系统设计步骤和内容明确液压系统设计要求执行元件运动负载分析确定执行元件主要参数拟定液压系统原理图选择液压元件验算液压系统性能绘工作图，编技术文件是否通 过是否车辆液压技术一、明确液压系统设计要求动作要求运动及方式 工作循环和动作周期 同步、互锁和配合要求 负载条件 速度要求 工作行程 运动平稳性和精度 工作可靠性性能要求环境要求环境温度、湿度、尘埃、通风 易燃易爆、振动、安装空间车辆液压技术二、执行元件工况分析l分析执行元件运动和负载l了解执行元件速度和负载变化的规律l绘制执行元件工况图（v-s、F

2、-s曲线）l确定系统主要参数（p、q）的依据l拟定液压系统图的依据运动分析负载分析车辆液压技术1.运动分析l研究执行元件 的工作要求和 运动规律l绘制执行元件 的工作循环图 和速度循环图 (v-s或v-t曲线 )车辆液压技术2.负载分析l研究执行元件 的负载要求l绘制执行元件 的负载循环图(F-s或F-t曲线) 车辆液压技术 液压缸负载分析：F=FL+Ff+Fa工作负载FL机床：缸轴线方向的切向力 液压机：工件的压制抗力摩擦阻力：运动部件与支承面间 的摩擦力 Ff=f FN摩擦阻力 负载Ff惯性负载Fa惯性负载：运动部件速度变化时 ，由其惯性而产生的负载：车辆液压技术三、确定执行元件主要参数l

3、初选执行元件的工作压力l确定执行元件的几何参数l确定执行元件的最大流量l复算执行元件的工作压力l绘制执行元件的工况图车辆液压技术1. 初选执行元件的工作压力l工作压力是确定执行元件结构参数的主 要依据，影响执行元件的尺寸和成本， 及液压系统性能l工作压力选高：执行元件和系统的结构 紧凑，但元件的强度、刚度及密封要求 高，要用高压泵l工作压力选底：增大执行元件及系统尺 寸，结构变得庞大。根据总负载值初选根据主机设备类型初选车辆液压技术（1）负载与工作压力的关系负载 F/kN 10102020303050 50p/MPa0.81.21.52.53.04.04.05.05.0（2）各类液压设备常用工

4、作压力设备 类型精加工 机床半精加 工机床粗加工 或重型 机床农业机 械、小 型工程 机械液压机、重型 机械、大中型 挖掘机、起重 运输机械p/MPa0.823551010162032车辆液压技术2. 确定执行元件的几何参数（1）液压缸l有效工作面积：l根据A确定液压缸的 D和dl最低稳定速度验算：l若验算结果不满足， 则说明所设计的结构 尺寸和方案达不到所 需低速，必须修改lF-负载lom-机械效率lP-工作压力lqmin-流量阀的 最小稳定流量lVmin-液压缸所 需的最低稳定 速度车辆液压技术（2）液压马达l计算马达排量：l从产品样本中选型号l最低稳定转度验算：l若验算结果不满足， 则说

5、明所设计的结构 尺寸和方案达不到所 需低速，必须修改lT-总负载转矩lMm-机械效率lP-工作压力lqmin-输入马达 最低稳定流量lnmin-马达所需 最低稳定速度车辆液压技术3. 确定执行元件的最大流量（1）液压缸（2）液压马达选择液压泵和 其它液压元件 型号中流量参 数的依据车辆液压技术4. 复算执行元件的工作压力l当液压缸的D、d和液压马达的V计算出 来后，根据系列标准经过圆整，应根据 圆整值对工作压力进行复算l因没有考虑回油路背压，在结构参数D、 d、V确定后，选取适当的背压估算值复 算工作压力车辆液压技术 执行元件背压的估算值：液压系统类型背压/MPa中低压系统 (08 MPa)简

6、单系统，一般轻载节 流 调速系统0.20.5回油路带调速阀的调速系 统0.50.8回油路带背压阀0.51.5带补油路的闭式回路0.81.5中高压系统 (816MPa)同上比中低压系统高 50%100% 高压系统 (1632MPa)如锻压机械等初算时背压 可忽略不计车辆液压技术5. 绘制执行元件的工况图（1）绘制工况图l压力图l流量图l功率图 （2）工况图作用l直观方便找出最大压力、 流量、功率，选择泵和原 动机的依据l指导选择系统中液压元件l有助于选择基本回路l为修正设计提供依据车辆液压技术四、拟定液压系统原理图l拟定液压系统原理图是整个液压系统设 计中最重要的一环l一般方法：根据设备的性能要

7、求选择合 理的液压基本回路；再将基本回路有机 地组合成一个完整的液压系统液压回路的选择液压回路的综合车辆液压技术1. 液压回路的选择（1）确定供油方式l 一般根据液压系统的工作压力、流量、转速、效率、定量或变量等来选择液压泵 定量泵与变量泵比较定量泵变量泵 结构简单复杂 功率损失小损失大 效率低高 温升大小 价格便宜贵车辆液压技术 液压泵种类与特性齿轮泵叶片泵柱塞泵 轴向式径向式 额定压力/MPa252835100 排量/mLr-115001350410006500 最高转速/rmin-190040001200300050001800 总效率/%7590759085958092 适用粘度/mm

8、2s-1205002020020200 自吸能力非常好好差 变量能力不能能好 输出压力脉动大小中 污染敏感度大小小 噪声小大小中中大 适用场合工程机械、车辆机床冶金、锻压 、建筑机械车辆液压技术（2）确定调速方法l 除满足速度要求外，还应考虑液压系统的功率、 调速范围、速度刚度、温升、经济性等要求 定量泵与变量泵比较调速 方法节流调速容积调 速联合调速进油路回油路 适用中小功率、速度不高功率较大 调速范围大中等功率 温升小效率高 速度刚度好压力控制方便承受负值负 载应用组合机床 机床类：车、镗、钻、磨组合机床，刨、拉、 液压机、注塑机组合机床车辆液压技术（3）速度换接回路选择l 速度换接回路的

9、形式常用行程阀或电磁阀来实现 行程阀与电磁阀比较阀类行程阀电磁阀特点换接平稳 工作可靠 换接位置精度较高结构简单 控制灵活 调整方便车辆液压技术（4）换向回路选择l 根据执行元件对换向性能要求，选择换向阀机能和控制方式 换向阀控制方式比较控制 方式电磁阀电液阀行程阀手动阀特点操作方便 便于布置 低速换向部件重 流量大 换向速度可调换向平稳 换向精度高换向动作频繁 工作持续时间 短 操作安全车辆液压技术（5）压力控制回路选择l 节流调速中：常用溢流阀组成恒压控制回路l 容积调速和容积节流调速中：常用溢流阀组成限压安全保护回路（6）其它回路的设置l 根据液压系统要求 l 可设置卸荷回路、减压回路、

10、增压回路、多级调压回路、远程调压回路、顺序动 作回路、同步回路等车辆液压技术2. 液压回路的综合液压基本回路确定后，即可综合成完整的液压系统。注意 如下几点：l 综合成的液压系统应保证其循环时的每一个动作要求都安全可靠、相互间互不干涉l 综合成的液压系统应尽量选用标准元件，力求做到系统结构简单l 尽可能使液压系统经济合理，便于维修检测车辆液压技术五、液压元件的计算和选择l通过计算各液压元件在工作中承受的压 力和通过的流量，来确定各元件的规格 和型号液压泵的选择阀类元件的选择液压辅助元件的选择车辆液压技术1. 液压泵的选择 首先选择泵的类型， 然后再计算确定泵的规格 （1）确定泵的最高工作压力p

11、P pmax执行元件的最大工作压力 p 管路总压力损失。初步估算时，一般 节流调速和管路简单的系统取0.20.5MPa； 有调速阀和管路较复杂的系统取0.51.5MPa 。车辆液压技术（2）确定泵的最大供油量qP K系统泄漏系数，一般取1.11.3 qmax 同时工作的执行元件流量之和的最大值。（3）选择液压泵规格 液压泵的额定压力 pn 液压泵的额定流量 qn车辆液压技术（4）确定泵驱动功率 使用定量泵时的驱动功率Pn p 液压泵的工作压力(Pa) q 液压泵流量(m3/s) p液压泵的总效率 使用限压式变量泵时的驱动功 率Pn pB 变量泵的拐点压力(Pa) qB 变量泵拐点流量(m3/s

12、) p变量泵的总效率车辆液压技术2. 阀类元件的选择 根据阀的最大工作压力和流经阀的最大流 量来选择阀的规格 阀的额定压力系统最高工作压力 阀的额定流量系统实际通过阀的最大流量 选择压力阀时应考虑调压范围 选择流量阀时应注意其最小稳定流量 选择换向阀时除考虑压力、流量外，还应 考虑中位机能及操纵方式车辆液压技术六、液压系统的性能验算液压系统压力损失的验算液压系统发热温升的验算车辆液压技术1. 液压系统压力损失验算 前面确定泵最高压力时压力损失作粗略估算 现在液压系统已完全确定，需验算管路总压力损失 若验算与估算相差较大，则应对原设计进行修正 对较简单液压系统，压力损失验算可忽略不计（1）执行元

13、件为液压缸时lF-负载lcm-机械效率lA1-进油腔面积lA2-回油腔面积lp1-进油管总压 力损失lp2-回油管总压 力损失车辆液压技术（2）执行元件为液压马达时lT-马达输出转矩lMm-机械效率lV-液压马达排量lp1-进油管总压 力损失lp2-回油管总压 力损失（3）总压力损失 总压力损失=管路沿程压力损失+管路局部压力损 失+阀类元件局部压力损失车辆液压技术2. 液压系统发热温升验算 系统压力损失、机械损失、容积损失大都 转变为热能，使系统发热，油温升高，产 生不良后果、影响正常工作 必需控制油液温升t在许可范围之内：机床系统： t2530工程机械： t3540精密机床： t1015

14、散热元件：主要为油箱和冷却装置车辆液压技术（1）系统发热量计算lP-液压泵的输入功率l-液压系统的总效率=PCM (泵、回路、执 行元件效率的乘积) 如在工作循环中泵输出的功率不一样，则 可按各阶段的发热量求出系统单位时间的 平均发热量：lT-工作循环周期时间lti-第i工作段时间lPi-第i工作段泵输入 功率li-第i工作段系统总 效率车辆液压技术（2）系统散热量计算lh-散热系数lA-油箱的散热面积lt-系统温升l当油箱边长之比为 1:1:1到1:2:3范围内， 且油位是油箱高度的 0.8倍时，A可由左式 近似计算lV-油箱有效容积(L)lA-散热面积(m2)（3）系统热平衡温度验算t过大，可增大 油箱散热面积或增 设冷却装置车辆液压技术七、绘制工作图和编制技术文件l液压系统原理图l非标准件的装配 图和零件图l液压系统装配图绘制 工作图l液压元件明细表l工作循环图l电磁铁或压力继 电器工作状态表l泵站装配图l集成油路装配图l管路装配图l电气线路图l液压系统设计计算说明书l液压系统使用及维护技术说明书l零部件目录表、标准件通用件及外 购件总表编制 技术文件车辆液压技术学习要求：1. 了解液压传动系统设计计算过程车辆液压技术