液压系统设计与计算

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1、第九章液压系统设计与计算[重点要求]液压系统的设计与计算的方法及步骤[具体要求]掌握液压系统的设计与计算的方法及步骤。设计方法：经验法具体步骤：明确任务、工况分析→拟定系统原理图→计算、选择液压元件→验算→绘制工作图、编制技术文件◎液压系统设计流程◎§9.1明确任务、工况分析一、明确设计任务（1）液压系统的动作和性能要求，如：执行元件的运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动的平稳性和精度、工作循环和动作周期、同步或联锁要求、工作可靠性要求等。（2）液压系统的工作环境，如：环境温度、湿度尘埃、通风情况、是否易燃、外界冲

2、击振动的情况及安装空间的大小等。二、工况分析——分析液压执行元件的工作情况。目的：了解其工作时的速度、负载变化的规律，并将此曲线表示出来，做为拟定液压系统方案确定系统主要参数（压力和流量）的依据。注意：若动作简单，可不作图，只需找出最大负载和最大速度即可。1.运动速度分析按设备的工艺要求，把所研究的执行元件在完成一个工作循环时的运动规律用图表示出来，称速度图。以图9-1a）所示的液压缸驱动的组合机床滑台为例来说明。图9-1a）是机床的动作循环图。由图可见，工作循环为快进→工进→快退；图9-1b）是完成一个工作循环的速度

3、→位移曲线，即速度图。图9-1c）是该组合机床的负载图。2.负载分析图9-1c）是该组合机床的负载图，按设备的工艺要求，把执行元件在各阶段的负载用曲线表示出来，可直观地看出在运动过程中何时受力最大、最小等各种情况，作为以后的设计依据。负载的具体分析液压缸驱动执行机构进行直线往复运动时，所受到的外负载为：式中FL—工作负载；Ff—摩擦阻力负载；Fa—惯性负载;Fg—执行元件重力负载（有时要考虑）。（9-1）（1）工作负载FL工作负载与设备的工况有关。有效负载是在运动方向上的分力；垂直方向的负载与摩擦有关。（2）摩擦阻力负

4、载Ff摩擦阻力是指运动部件与支承面间的摩擦力，它与支承面的形状、放置情况、润滑条件以及运动状态有关（9-2）式中FN——运动部件及外负载对支撑面的正压力；f——摩擦系数，分静摩擦系数（fS≤0.2~0.3）和动摩擦系数（fd≤0.05~0.1）。（3）惯性负载Fa惯性负载是运动部件的速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算：式中m—运动部件的质量（kg）；a—运动部件的加速度（m/s2）；G—运动部件的重力（N）；g—重力加速度（m/s2）；⊿v—速度的变化量（m/s）；⊿t—速度变化所需的时间（s）。（

5、9-3）（4）执行元件重力负载Fg（有时要考虑）当执行元件的重力不与运动方向垂直时，要考虑其作用力。除上述的以外，液压缸的受力还有密封阻力（一般用效率η=0.85~0.9来表示）、背压力（指液压缸回油腔压力所造成的阻力，在系统方案和缸结构确定前无法计算，可在最后计算时确定）。若执行机构为液压马达，其负载力矩计算方法与液压缸相类似。液压缸各阶段中的负载计算公式工况计算公式F（N）液压缸推力F（N）启动F=Ffs+FL±FgF=(Ffs+FL±Fg)/ηm加速F=Ffd+FL+Fa±FgF=(Ffd+FL+Fa±Fg)/η

6、m快速（快进）F=Ffd+FL±FgF=(Ffd+FL±Fg)/ηm减速F=Ffd+FL—Fa±FgF=(Ffd+FL—Fa±Fg)/ηm慢速（工进）F=Ffd+FL±FgF=(Ffd+FL±Fg)/ηm制动F=Ffd+FL—Fa±FgF=(Ffd+FL—Fa±Fg)/ηm反向加速F=Ffs+Fa±FgF=(Ffs+Fa±Fg)/ηm快退F=Ffd±FgF=(Ffd±Fg)/ηm制动（使停止）F=Ffd—Fa±FgF=(Ffd—Fa±Fg)/ηm3.执行元件的参数确定（1）初算工作压力当负载确定后，工作压力就决定了系统

7、的经济性和合理性。根据（F为负载）若p↑，则执行元件的尺寸D↓，则密封要求就高，元件的制造精度也就更高，容积效率也就会降低；若p↓，则执行元件的尺寸D↑，重量大，完成给定速度所需的流量也大。所以应根据实际情况选取适当的工作压力。执行元件工作压力可以根据总负载值或主机设备类型选取。见表9-1和表9-2。表9-1按负载选择执行元件工作压力设备类型粗加工机床半精加工机床粗加工或重型机床农业机械、小工程机械重大型机械工作压力p（Mpa）0.8~2.03.0~5.05.0~10.010.0~16.020.0~32.0负载F（kN

8、）<55~1010~2020~3030~50>50工作压力p（Mpa）<0.8~1.01.5~2.02.5~3.03.0~4.04.0~5.0>5.0~7.0表9-2各类液压设备常用工作压力（2）确定执行元件的几何参数液压缸：它的几何参数就是有效工作面积A，对液压马达来说就是排量V。液压缸有效面积A可由下式求得式中F——液压缸上的