液压系统的设计与计算

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1、第九章液压系统的设计与计算第一节液压系统的设计步骤和方法液压系统设计是整机设计的重要组成部分，其设计与计算方法因人而异。本章介绍液压系统常见的设计计算方法及实例。液压系统设计的主要步骤如下：1）明确液压系统的设计要求；2）选定执行元件，进行工况分析，明确系统的主参数；3）拟定液压系统原理图；4）计算和选择液压元件；5）液压系统性能验算和绘制工作图、编制技术文件。上述设计步骤是一般的程序，在实际工作中，这些步骤并不是一成不变的，应视具体情况灵活掌握。一、液压系统设计要求在设计液压系统前需明确以下几方面的内容：1.明确主机哪些动作需要液压系统来完成。2.对液压系统的动作和运动要求。根据主机的设

2、计要求，确定液压执行元件的数量、运动形式、工作循环、行程范围及各执行元件动作的顺序、同步、联锁等要求。3.确定液压执行元件承受的负载和运动速度的大小及其变化范围。4.对液压系统的性能要求，如调速性能、运动平稳性、转换位置精度、效率、温升、自动化程度、可靠性程度、使用与维修的方便性。5.液压系统的工作条件，如温度、湿度、振动干扰，外形尺寸、经济性等要求。二、液压系统的工况分析和系统的确定对执行元件负载分析与运动分析，也称为液压系统的工况分析。工况分析就是分析每个液压执行元件在各自工作过程中负载与速度的变化规律，一般执行元件在一个工作循环内负载、速度随时间或位移而变化的曲线——用负载循环图和速

3、度循环图表示。1.负载分析液压缸与液压马达运动方式不同，但他们的负载都是由工作负载、惯性负载、摩擦负载、背压负载等组成的。工作负载FW包括切削力、夹紧力、挤压力、重力等，其方向与液压缸运动方向相反时为正，相同时为负；惯性负载Fa为运动部件在启动和制动时的惯性力，加速时为正，减速时为负；摩擦负载包括导轨摩擦阻力Ff和密封装置处的摩擦力Fs，前者在确定摩擦系数后即可计算，后者与密封装置类型、液压缸制造质量和液压油压力有关，一般通过取机械效率ηm=（0.90~0.97）来考虑；背压负载Fb是液压缸回油路上压力pb所产生的阻力，初算时可暂不考虑，需要估算时背压力pb可按表9－1选取。液压缸在各工作

4、阶段中负载按表9－2中表达式来计算，再以液压缸所经历的时间t或行程S为横坐标作出F-t或F-S负载循环图。对于简单液压系统可只计算快速运动阶段和工作阶段。在负载难以计算时可通过实验来确定，也可以根据配套主机的规格确定液压系统的承载能力。表9－1液压系统背压力系统结构情况背压力pb(MPa)用节流阀的回路节流调速系统0.3~0.5用调速阀的回路节流调速系统0.5~0.8对中高压液压系统背压力数值回有路上有背压阀的系统0.5~1.5应放大50%~100%采用辅助泵补油的闭式回路0.8~1.5表9－2液压缸各工作阶段负载计算工作阶段负载F启动加速阶段F=(Ff+Fa±FG)/ηmFG为运动部件自

5、重在液压缸运动快进、快退阶段F=(Ff±FG)/ηm方向的分量，液压缸上行时取正，工进阶段F=(Ff±FW±FG)/ηm下行时取负减速制动阶段F=(Ff-Fa±FG)/ηm2.运动分析按各执行元件在工作中的速度v以及位移s或经历的时间t绘制v－s或v－t速度循环图。图9－1即为某一组合机床液压滑台的负载和速度循环图。图9-1组合机床滑台负载和速度循环图三、确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数——工作压力和流量是选择液压元件的主要依据，而系统的工作压力和流量分别取决于液压执行元件工作压力、回路上压力损失和液压执行元件所需流量、回路泄漏，所以确定液压系统的主要参数实质上是确定液压执行元件的

6、主要参数。1.初选液压系统的主要参数执行元件工作压力是确定其结构参数的重要依据。工作压力选得低一些，对液压系统工作平稳性、可靠性和降低噪声等都有利，但对液压系统和元件的体积、重量就相应增大；工作压力选得过高，虽然液压元件结构紧凑，但对液压元件材质、制造精度和密封要求都相应提高，制造成本也相应提高。执行元件的工作压力一般可根据负载进行选择，见表9-3。有时也可参照或类比相同的主机选定执行元件的压力，详见第四章第四节表4-5。表9-3按负载选择执行元件工作压力负载F（kN）<55~1010~2020~3030~50>50工作压力p（MPa）<0.8~11.5~22.5~33~44~5>52.确

7、定执行元件的主要结构参数（1）确定液压缸主要结构参数根据负载分析得到的最大负载Fmax和初选的液压缸工作压力p，再设定液压缸回油腔背压pb以及杆径比d/D，即可由第四章中液压缸的力平衡公式来求出缸的内径D、活塞杆直径d和缸的有效工作面积A,其中D、d值应圆整为标准值（参见第四章表4-3，表4-5）。对于工作速度低的液压缸，要校验其有效面积A，即要满足A≥qmin/vmin（9-1）式中qmin——回路中所用流量阀的最小稳