液压系统设计方法

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1、液压系统设计方法液压系统是液压机械的一个组成部分液压系统的设计要同主机的总体设计同 时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥 液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、 维修方便的液压传动系统。液压系统的设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来 说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。确定液压执行元件的形式；进行工况分析，确定系统的主要参数；制定基本方案，拟定液压系统原理图；选择液压元件；液压系统的性能验算：绘制工作图，编制技术文件。1. 明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基

2、本方案并进一步着手液压系统 各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；液压驱动机构的运动形式，运动速度；各动作机构的载荷大小及其性质；对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；自动化程度、操作控制方式的要求；对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；对效率、成本等方面的要求。2. 进行工况分析、确定液压系统的主要参数通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。液压系统的主要参数是压力和流量，

3、它们是设计液压系统，选择液压元件的主 要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。2.1载荷的组成和计算2.1.1液压缸的载荷组成与计算图1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数已标注在 图上，其中FW是作用在活塞杆上的外部载荷。Fm是活塞与缸壁以及活塞杆与导向 套之间的密封阻力。 m作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷F，导轨的摩擦力Ff和由于速度变 化而产生的惯性力Fa。工作载荷F 3g常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的 重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向 如与活塞运动方向相同为负，相反为正。导轨摩擦载荷Ff对于平导轨Ff=p（G+Fn）

4、对于V型导轨Ff=M（6+%）而（。/2） 式中G运动部件所受的重力（N）； fn外载荷作用于导轨上的 正压力（N）；M 摩擦系数，见表21；图1液压系统计箕筒阳a V型导轨的夹角，一般为90。惯性载荷FaF = G生 a g At式中g重力加速度；g = 9.81m/s2 v速度变化量(m/s)； t起动或制动时间(s)。一般机械 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。行走机械一般取 vIN t=0.5导轨类型导纳为料运此状态承擦丢数导轨畴快对铸帙垂动F寸傲迎:y （j. 1 6M）:n. Ihr心0.15 - i）r2（）妙.1 -U, IN（j.05

5、-U.W德动柱对履柱0.003-0.OOfi静压1.（1051.5m/s2。以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷F。 W起动加速时Fw=Fg+Ff+Fa稳态运动时Fw=F：+Ff3减速制动时Fw=,+FfFa工作载荷Fg并非每阶段都存在，女如该阶段没有工作，则Fg=0。除外载荷Fw外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm， 由于各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为mFm=(1 n m)F式中n m液压缸的机械效率，一般取0.900.95。F = M门m2.1.2液压马达载荷力矩的组成与计算工作载荷力矩Tg常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷简的阻力

6、矩等。轴颈摩擦力矩TfTf=p Gr式中G旋转部件施加于轴颈上的径向力(N)； p 摩擦系数，参考表2- 1选用；r旋转轴的半径(m)。惯性力矩TaET = Jg = J aAt式中 角加速度(rad/s2)； A w角速度变化量(rad/s)； t起动或制动时间(s)； J回转部件的转动惯量(kg - m2)。起动加速时Tw=T +Tf+Ta稳定运行时Tw=T：+Tf3减速制动时Tw=T：+TfTa计算液压马达载荷转矩T时还要考虑液压马达的机械效率n m=0.90.98。T = m门 m根据液压缸或液压马达各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进 一步选择系统工作压力和确定其他有关参

7、数。2.2初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、 经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加 大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也 不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要 求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的、尺寸不太受限的设备，压 力可以选低一些，行走机械、重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表2一 2和表23。注意，高压化是液压系统发展趋势之一，因此压力应选得高一些，以减小系统的体积是可行的。此外，低压阀已逐渐淘汰，即使是低压系统

8、也应采用高压阀。* 2-2 按栽荷选择工作任力貌制kN50工作催力/心1.5-22.5-34T*5* 2-3备神机械常用的系茨工作压力机械类凿机*北机械 小型工差机械 建舞机械液&机 大中型挖服机 页野机酰 起重运输机械磨 席也合PI床业口刨床拉床匚件压加MI%0.&-23-58-10JO-1820-322.3计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量计算液压缸的主要结构尺寸液压缸主要设计参数见图2。图a为液压缸 活塞杆工作在受压状态，图b为活塞杆工作在受 拉状态。活塞杆受压时，F = p A - p A1 12 2活塞杆受拉时，F = p A p A1 22 1式中A1无杆腔活塞有效作用 面积

9、(m2)；a2有杆腔活塞有效作用图2波压机主要设计参数P液压缸工作腔压力(Pa)；P2液压缸回油腔压力(Pa)，即背 压力。其值根据回路的具体情况而定， 初算时可参照表24取值。差动连接时 则要另行考虑。D活塞直径(m)；d活塞杆直径(m)。一般，液压缸在受压状态下工作， 其活塞面积为系簇类型背压方/Mi弟蔺单系统或轻栽节洗调逮系统0.2-0.5回油路指圆速罔的系统0,4-0.6回演略设置有背压冏的紊统D.5-J.5用补抽杲的闭式何府0,8- L.5国油踌较SJ奈的E程批械1,2-5回？IU路较陶.且直接回油箱可恕略本计表2Y执行元件背压力面积(m2)；A = F + P 2 A21 P 1运

10、用上式须事先确定气与A2的关系，或是活塞杆径d与活塞直径D的关系， 令杆径比p=d/D，其比值可按表25和表26选取。4 F1 -号1-甲2)采用差动连接时，vl/v2*2-5 按工作摩力选职40)工作压内脸a5.05.O-7.DdlD0.5-0.550.7表2-6按速比要求确定叫D(D2 d2)/。如要求往返速度 相同时，应取d=0.71D。对行程与活塞杆直径比H d10的受压柱塞或活塞杆，还 要做压杆稳定性验算。当工作速度很低时，还须按 最低速度要求验算液压缸尺寸曷机1.L51.25 M3U46LG12440.50.550.620.71注：凹一无杆腔进油时活塞承说速度：，厂有忏腔诳摘时活塞

11、运动速度口q.minVmin式中A液压缸有效工作面积(m2)；qmin系统最小稳定流量(m3/s),在节流调速中取决于回路中所设调速阀或 节流阀I的最小稳定流量。容积调速中决定于变量泵的最小稳定流量。V .运动机构要求的最小工作速度(m/s)o如果液压缸的有效工作面积A不 能满足最低稳定速度的要求，则应按最 低稳定速度确定液压缸的结构尺寸。另外，如果执行元件安装尺寸受到 限制，液压缸的缸径及活塞杆的直径须 事先确定时，可按载荷的要求和液压缸 的结构尺寸来确定系统的工作压力。液压缸直径D和活塞杆直径d的 计算值要按国标规定的液压缸的有关 标准进行圆整。如与标准液压缸参数相 近，最好选用国产标准液

12、压缸，免于自 行设计加工。常用液压缸内径及活塞抨 直径见表27和表28。计算液压马达的排量液压马达的排量为4fl5080知100no12S14ft160IHfl200220250表2-7常用液压缸内径D(mm)速比转5063SO90100110-1354550556334550160TO80速比敏校125160ISO21)0220250L.46708090toono12514(12901(101L0125140媛活塞杆直役d (mnil2兀TAp式中T液压马达的载荷转矩(N - m)； p液压马达的进出口压差(Pa)。液压马达的排量也应满足最低转速要求V minmin式中qmin通过液压马达的

13、最小流量；min液压马达工作时的最低转速。2.4计算液压缸或液压马达所需流量液压缸工作时所需流量q=Av式中A一液压缸有效作用面积(m2)； v活寨与缸体的相对速度(m/s)。液压马达的流量q=S式中 VM液压马达排量(m3/r) ； nM液压马达的转速(r/s)。2.5绘制液压系统工况图工况图包括压力循环图、流量循环图和功率循环图。它们是调整系统参数、选 择液压泵、阀等元件的依据。压力循环图一一(?一矽图通过最后确定的液压执行元件的结构尺寸，再根据实际载荷的大小，倒求出液 压执行元件在其动作循环各阶段的工作压力，然后把它们绘制成p一)图。流量循环图一一(q一矽图根据已确定的液压缸有效工作面积或液压马达的排量，结合其运动速度算出它 在工作循环中每一阶段的实际流量，把它绘制成(qf)图。若系统中有多个液压执 行元件同时工作，要把各自的流量图叠加起来绘出总的流量循环图。功率循环图一一(Pf)图绘出压力循环图和总流量循环图后，根据P=pq，即可绘出系统的功率循环图。3. 制定基本方案和绘制液压系统图3.1制定基本方案制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心 问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大 多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用 插装阀与先导控制阀的逻辑组