液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、第九章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,第九章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例,,液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和方法,,,第一節(jié) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和方法方法,,,,液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)步驟如下: ⑴　明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求； ⑵　選定執(zhí)行元件，進(jìn)行工況分析，明確系統(tǒng)的主參數(shù)； ⑶　擬定液壓系統(tǒng)原理圖； ⑷　計(jì)算和選擇液壓元件； ⑸　液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算和繪制工作圖、編制技術(shù)文件。,一、 液壓系統(tǒng)設(shè)

2、計(jì)要求,在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)前需明確以下幾方面的內(nèi)容：1. 明確主機(jī)哪些動(dòng)作需要液壓系統(tǒng)來完成。2. 對(duì)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求。根據(jù)主機(jī)的設(shè)計(jì)要求，確定液壓執(zhí)行元件的數(shù)量、運(yùn)動(dòng)形式、工作循環(huán)、行程范圍及各執(zhí)行元件動(dòng)作的順序、同步、聯(lián)鎖等要求。3. 確定液壓執(zhí)行元件承受的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速度的大小及其變化范圍。4. 對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求，如調(diào)速性能、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換位置精度、效率、溫升、自動(dòng)化程度、可靠性程度、使用與維修的方便性。5. 液

3、壓系統(tǒng)的工作條件，如溫度、濕度、振動(dòng)干擾，外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等要求。,,,,二、液壓系統(tǒng)的工況分析和系統(tǒng)的確定 對(duì)執(zhí)行元件負(fù)載分析與運(yùn)動(dòng)分析，也稱為液壓系統(tǒng)的工況分析。工況分析就是分析每個(gè)液壓執(zhí)行元件在各自工作過程中負(fù)載與速度的變化規(guī)律，一般執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)負(fù)載、速度隨時(shí)間或位移而變化的曲線——用負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖表示。 1. 負(fù)載分析 液壓缸與液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)方式不同，但他們的負(fù)載都是由工作負(fù)載、慣性負(fù)載、摩擦負(fù)

4、載、背壓負(fù)載等組成的。(1) 工作負(fù)載FW包括切削力、夾緊力、擠壓力、重力等，其方向與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)為正，相同時(shí)為負(fù)；,,,(2) 慣性負(fù)載Fa為運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的慣性力，加速時(shí)為正，減速時(shí)為負(fù)； (3) 摩擦負(fù)載包括導(dǎo)軌摩擦阻力Ff和密封裝置處的摩擦力Fs，前者在確定摩擦系數(shù)后即可計(jì)算，后者與密封裝置類型、液壓缸制造質(zhì)量和液壓油壓力有關(guān)，一般通過取機(jī)械效率ηm =（0.90～0.97）來考慮； (4) 背壓負(fù)載

5、Fb是液壓缸回油路上壓力pb所產(chǎn)生的阻力，初算時(shí)可暫不考慮，需要估算時(shí)背壓力pb 2. 運(yùn)動(dòng)分析 按各執(zhí)行元件在工作中的速度v以及位移s或經(jīng)歷的時(shí)間t繪制v－s或v－t速度循環(huán)圖。,,,,,三、確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)——工作壓力和流量是選擇液壓元件的主要依據(jù)，而系統(tǒng)的工作壓力和流量分別取決于液壓執(zhí)行元件工作壓力、回路上壓力損失和液壓執(zhí)行元件所需流量、回路泄漏，所以確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)實(shí)質(zhì)上是確定

6、液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)。 1. 初選液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 執(zhí)行元件工作壓力是確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)的重要依據(jù)。工作壓力選得低一些，對(duì)液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)性、可靠性和降低噪聲等都有利，但對(duì)液壓系統(tǒng)和元件的體積、重量就相應(yīng)增大；工作壓力選得過高，雖然液壓元件結(jié)構(gòu)緊湊，但對(duì)液壓元件材質(zhì)、制造精度和密封要求都相應(yīng)提高，制造成本也相應(yīng)提高。執(zhí)行元件的工作壓力一般可根據(jù)負(fù)載進(jìn)行選擇。,,,2. 確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) （1）確定液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

7、根據(jù)負(fù)載分析得到的最大負(fù)載Fmax和初選的液壓缸工作壓力p，再設(shè)定液壓缸回油腔背壓pb以及桿徑比d/D，即可由第四章中液壓缸的力平衡公式來求出缸的內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸的有效工作面積A,其中D、d值應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 。（2）確定液壓馬達(dá)排量VM 由馬達(dá)的最大負(fù)載扭矩Tmax、初選的工作壓力p和預(yù)估的機(jī)械效率ηMm ，即可計(jì)算馬達(dá)排量VM,,,四、液壓系統(tǒng)圖的擬定 擬定液壓系統(tǒng)圖是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一步。它是從油路原理上來

8、具體體現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中提出的各項(xiàng)性能要求的。擬定液壓系統(tǒng)包括兩項(xiàng)內(nèi)容： ⑴　分析、對(duì)比選出合適的液壓回路；⑵　把選出的回路組成液壓系統(tǒng)：常采用經(jīng)驗(yàn)法，也可用邏輯法。1. 液壓回路的選擇 選擇液壓回路的依據(jù)是前面的設(shè)計(jì)要求和工況圖，這一步往往會(huì)出現(xiàn)多種方案，因?yàn)闈M足同一種設(shè)計(jì)要求的液壓回路往往不只一種；為此選擇必須與分析、對(duì)比緊密結(jié)合起來進(jìn)行，在這里，收集、整理和參考同種類型液壓系統(tǒng)先進(jìn)回路的成熟經(jīng)驗(yàn)是十分必要的。,,,例如在機(jī)床液壓

9、系統(tǒng)中，調(diào)速回路是核心，它一旦確定，其它回路就對(duì)應(yīng)確定下來了。因?yàn)橐簤夯芈返倪x擇工作必須從調(diào)速回路開始。選擇各種回路一般考慮如下事項(xiàng)：（1）調(diào)速回路 根據(jù)工況圖上壓力、流量和功率的大小以及系統(tǒng)對(duì)溫升、工作平穩(wěn)性等方面的要求選擇調(diào)速回路。（2）快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路 快速運(yùn)動(dòng)回路與調(diào)速回路密切相關(guān)，它在調(diào)速回路考慮油源形式和系統(tǒng)效率、溫升等因素時(shí)已考慮進(jìn)去了，調(diào)速回路一經(jīng)確定，快速回路基本上也就確定了。,,,（3）壓力控制回路

10、 壓力控制回路種類很多，有的已包含在調(diào)速回路中，有的則須根據(jù)系統(tǒng)要求專門進(jìn)行選擇（如卸壓、保壓回路）。 選擇各種壓力控制回路時(shí)，應(yīng)仔細(xì)推敲這種回路在選用時(shí)所須考慮的問題以及各種方案的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。以卸荷回路為例：選擇時(shí)要考慮卸荷所造成的功率損失、溫升、流量和壓力的瞬間變化等，為此系統(tǒng)壓力不高，流量不大，或油箱容量較大，系統(tǒng)間隙工作（因而有可能使液壓缸停止運(yùn)轉(zhuǎn)）的場(chǎng)合只設(shè)置溢流回路就可以了，在其它的場(chǎng)合則須采用二位二通換向閥式卸荷回

11、路或先導(dǎo)型溢流閥式卸荷回路等等。（4）多缸回路 多缸回路與單缸回路相比，須多考慮一個(gè)多缸之間的相互關(guān)系問題，這項(xiàng)關(guān)系不外是同時(shí)動(dòng)作時(shí)的同步問題，互不干擾問題，先后動(dòng)作時(shí)的順序問題和不動(dòng)作時(shí)的卸荷問題。,,,2. 液壓系統(tǒng)的合成液壓系統(tǒng)要求的各個(gè)液壓回路選好之后，再配上一些測(cè)壓，潤(rùn)滑之類的輔助油路，就可以進(jìn)行液壓系統(tǒng)的合成了，進(jìn)行這步工作時(shí)須注意以下幾點(diǎn)：（1）盡可能多的歸并掉作用相同或相近的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（2）并出來

12、的系統(tǒng)應(yīng)保證其循環(huán)中的每一個(gè)動(dòng)作都安全可靠，相互之間沒有干擾。（3）盡可能使歸并出來的系統(tǒng)保持效率高，發(fā)熱少。（4）系統(tǒng)中各種元件的安放位置應(yīng)正確，以便充分發(fā)揮其工作性能。（5）歸并出來的系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，不可盲目追求先進(jìn)，脫離實(shí)際。,,,五、液壓元件的計(jì)算和選擇 液壓元件的計(jì)算主要是計(jì)算元件工作壓力和通過的流量，此外還有電機(jī)效率和油箱容量。元件應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)元件，只有在特殊情況下才設(shè)計(jì)專用元件。1. 確定液壓泵的容量及驅(qū)動(dòng)電

13、機(jī)的功率（1）計(jì)算液壓泵的工作壓力 液壓泵的工作壓力是根據(jù)執(zhí)行元件的工作性質(zhì)來確定的：若執(zhí)行元件在工作行程終點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)停止時(shí)才需要最大壓力，這時(shí)液壓泵的工作壓力就等于執(zhí)行元件的最大壓力。（2）計(jì)算液壓泵的流量 分單液壓泵供油 、差動(dòng)連接 、蓄能器儲(chǔ)存油液三種情況。,,,2. 選擇液壓泵的規(guī)格前面計(jì)算的pp僅是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力。系統(tǒng)在工作過程中常因過渡過程內(nèi)的壓力超調(diào)或周期性的壓力脈動(dòng)而存在著動(dòng)態(tài)壓力，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過靜態(tài)壓力。所以液

14、壓泵的額定壓力應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大出25%～60%。至于液壓泵的q應(yīng)與系統(tǒng)所需的最大流量相適應(yīng)。 3.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率 4.確定其它元件的規(guī)格（1）選擇控制閥 控制閥的規(guī)格是根據(jù)系統(tǒng)最高壓力和通過該閥的實(shí)際流量在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取的。 （2）確定管道尺寸 （3）確定油箱容量,,,,,六、液壓系統(tǒng)性能的估算液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，需要對(duì)它的技術(shù)性能進(jìn)行驗(yàn)算，以便判斷其設(shè)計(jì)質(zhì)量或從幾個(gè)方案中選出最好的設(shè)計(jì)方案。1.系統(tǒng)壓力

15、損失驗(yàn)算 在系統(tǒng)管路布置確定后，即可計(jì)算管路的沿程壓力損失⊿pλ、局部壓力損失⊿pξ和液流流過閥類元件的局部壓力損失⊿pv，他們的計(jì)算公式詳見第二章。管路中總的壓力損失為 ∑⊿p=⊿pλ+⊿pξ+⊿pv,,,2.系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算液壓系統(tǒng)中所有的能量損失將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚褂蜏厣?、系統(tǒng)泄漏增大，影響系統(tǒng)正常工作。若系統(tǒng)的輸入功率為Pi，輸出功率為Po，則單位時(shí)間的發(fā)熱量Hi為 Hi=Pi-Po= Pi(1-η) 系統(tǒng)中產(chǎn)