液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求

1、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求液壓傳動系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。1.1 設(shè)計(jì)步驟液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來說，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。 1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；2）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； 3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖； 4）計(jì)算和選擇液壓元件； 5）液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算； 6）繪制工作圖，編制技術(shù)文件。1.2

2、明確設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。 1）主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境（溫度、濕度、振動沖擊）、總體布局（及液壓傳動裝置的位置和空間尺寸的要求）等； 2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；3）液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式，運(yùn)動速度； 4）各動作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)； 5）對調(diào)速范圍、運(yùn)動平穩(wěn)性、換向定位精度等性能方面的要求；6）自動化程度、操作控制方式的要求； 7）對防塵、防爆、防腐、防寒、噪聲、安全可靠性的要求； 8）對效率、成本等方面的要求。 主機(jī)的

3、工況分析通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的參數(shù)提供依據(jù)。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 主機(jī)工況分析包括運(yùn)動分析和動力分析，對復(fù)雜的系統(tǒng)還需編制負(fù)載和動作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載和速度隨時間變化的規(guī)律，以下對工況分析的內(nèi)容作具體介紹。2.1 運(yùn)動分析主機(jī)的執(zhí)行元件按工藝要求的運(yùn)動情況，可以用位移循環(huán)圖(Lt)，速度循環(huán)圖(vt)，或速度與位移循環(huán)圖表示，由此對運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行分析。1.位移循環(huán)圖Lt液壓機(jī)的液壓缸位移循環(huán)圖

4、縱坐標(biāo)L表示活塞位移，橫坐標(biāo)t表示從活塞啟動到返回原位的時間，曲線斜率表示活塞移動速度。該圖清楚地表明液壓機(jī)的工作循環(huán)分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個階段組成。2.速度循環(huán)圖vt(或vL)工程中液壓缸的運(yùn)動特點(diǎn)可歸納為三種類型。圖為三種類型液壓缸的vt圖，第一種如圖中實(shí)線所示，液壓缸開始作勻加速運(yùn)動，然后勻速運(yùn)動，最后勻減速運(yùn)動到終點(diǎn)；第二種，如圖中虛線所示，液壓缸在總行程的前一半作勻加速運(yùn)動，在另一半作勻減速運(yùn)動，且加速度的數(shù)值相等；第三種，液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運(yùn)動，然后勻減速至行程終點(diǎn)。vt圖的三條速度曲線，不僅清楚地表明了三種類型液

5、壓缸的運(yùn)動規(guī)律，也間接地表明了三種工況的動力特性。 位移循環(huán)圖 速度循環(huán)圖2.2 動力分析動力分析，是研究機(jī)器在工作過程中，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況，對液壓系統(tǒng)而言，就是研究液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載情況。1液壓缸的負(fù)載及負(fù)載循環(huán)圖(1)液壓缸的負(fù)載力計(jì)算。工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動時，液壓缸必須克服的負(fù)載由六部分組成：F=Fc+Ff+Fi+FG+Fm+Fb (1)式中：Fc為工作阻力；Ff為摩擦阻力；Fi為慣性阻力；FG為重力；Fm為密封阻力；Fb為排油阻力。工作阻力Fc：為液壓缸運(yùn)動方向的工作阻力，對于機(jī)床來說就是沿工作部件運(yùn)動方向的切削力，此作用力的方向如果與執(zhí)行元件運(yùn)動方向相反為正值，兩者同向?yàn)樨?fù)

6、值。該作用力可能是恒定的，也可能是變化的，其值要根據(jù)具體情況計(jì)算或由實(shí)驗(yàn)測定。摩擦阻力Ff：為液壓缸帶動的運(yùn)動部件所受的導(dǎo)軌摩擦阻力，它與導(dǎo)軌的形狀、放置情況和運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)，其計(jì)算方法可查有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊。圖為最常見的兩種導(dǎo)軌形式，其摩擦阻力的值為：平導(dǎo)軌： Ff=fFn (2)V形導(dǎo)軌： Ff=fFn/sin(/2) (3)式中：f為摩擦因數(shù)；Fn為作用在導(dǎo)軌上總的正壓力或沿V形導(dǎo)軌橫截面中心線方向的總作用力；為V形角，一般為90。導(dǎo)軌形式慣性阻力Fi。慣性阻力Fi為運(yùn)動部件在啟動和制動過程中的慣性力，可按下式計(jì)算： (4)式中：m為運(yùn)動部件的質(zhì)量(kg)；a為運(yùn)動部件的加速度(m/s2)；G

7、為運(yùn)動部件的重量(N)；g為重力加速度，g=9.81(m/s2)；v為速度變化值(m/s)；t為啟動或制動時間(s)，一般機(jī)床t0.10.5s，對輕載低速運(yùn)動部件取小值，對重載高速部件取大值。重力FG：垂直放置和傾斜放置的移動部件，其本身的重量也成為一種負(fù)載，當(dāng)上移時，負(fù)載為正值，下移時為負(fù)值。密封阻力Fm：密封阻力指裝有密封裝置的零件在相對移動時的摩擦力，其值與密封裝置的類型、液壓缸的制造質(zhì)量和油液的工作壓力有關(guān)。在初算時，可按缸的機(jī)械效率(m=0.9)考慮；驗(yàn)算時，按密封裝置摩擦力的計(jì)算公式計(jì)算。排油阻力Fb：排油阻力為液壓缸回油路上的阻力，該值與調(diào)速方案、系統(tǒng)所要求的穩(wěn)定性、執(zhí)行元件等因

8、素有關(guān)，在系統(tǒng)方案未確定時無法計(jì)算，可放在液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算中考慮。（2）液壓缸運(yùn)動循環(huán)各階段的總負(fù)載力。液壓缸運(yùn)動循環(huán)各階段的總負(fù)載力計(jì)算，一般包括啟動加速、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、減速制動等幾個階段，每個階段的總負(fù)載力是有區(qū)別的。啟動加速階段：這時液壓缸或活塞處于由靜止到啟動并加速到一定速度，其總負(fù)載力包括導(dǎo)軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機(jī)械效率m=0.9計(jì)算)、重力和慣性力等項(xiàng)，即：F=Ff+FiFG+Fm+Fb (5)快速階段： F=FfFG+Fm+Fb(6)工進(jìn)階段： F=Ff+FcFG+Fm+Fb(7)減速： F=FfFG-Fi+Fm+Fb(8)對簡單液壓系統(tǒng)，上述計(jì)算過程可簡化。例

9、如采用單定量泵供油，只需計(jì)算工進(jìn)階段的總負(fù)載力，若簡單系統(tǒng)采用限壓式變量泵或雙聯(lián)泵供油，則只需計(jì)算快速階段和工進(jìn)階段的總負(fù)載力。（3）液壓缸的負(fù)載循環(huán)圖。對較為復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，為了更清楚的了解該系統(tǒng)內(nèi)各液壓缸(或液壓馬達(dá))的速度和負(fù)載的變化規(guī)律，應(yīng)根據(jù)各階段的總負(fù)載力和它所經(jīng)歷的工作時間t或位移L按相同的坐標(biāo)繪制液壓缸的負(fù)載時間(Ft)或負(fù)載位移(FL)圖，然后將各液壓缸在同一時間t(或位移)的負(fù)載力疊加。負(fù)載循環(huán)圖圖中所示為一部機(jī)器的Ft圖，其中：0t1為啟動過程；t1t2為加速過程；t2t3為恒速過程；t3t4為制動過程。它清楚地表明了液壓缸在動作循環(huán)內(nèi)負(fù)載的規(guī)律。圖中最大負(fù)載是初選液壓缸

10、工作壓力和確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的依據(jù)。2.液壓馬達(dá)的負(fù)載工作機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，液壓馬達(dá)必須克服的外負(fù)載為：M=Me+Mf+Mi (9)(1)工作負(fù)載力矩Me。工作負(fù)載力矩可能是定值，也可能隨時間變化，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作條件進(jìn)行具體分析。常見的載荷力矩有被驅(qū)動輪的阻力矩、液壓卷筒的阻力矩等。(2)摩擦力矩Mf。為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩，其計(jì)算公式為： Mf=fGR (Nm)(10)式中：G為旋轉(zhuǎn)部件的重量(施加于軸頸上的徑向力)(N)；f為摩擦因數(shù)，啟動時為靜摩擦因數(shù)，啟動后為動摩擦因數(shù)；R為軸頸半徑(m)。(3)慣性力矩Mi。為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時產(chǎn)生的慣性力矩，其計(jì)算公式為： （11）式中：為角

11、加速度(rad/s2)；為角速度的變化(rad/s)；t為加速或減速時間(s)；J為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量(kg.m2)，J=1GD2/4g。式中：GD2為回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)(Nm2)。各種回轉(zhuǎn)體的GD2可查機(jī)械設(shè)計(jì)手。根據(jù)式(9)，分別算出液壓馬達(dá)在一個工作循環(huán)內(nèi)各階段的負(fù)載大小，便可繪制液壓馬達(dá)的負(fù)載循環(huán)圖。2.2 初選系統(tǒng)工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看出不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、

12、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖3.1制定基本方案 （1）制定調(diào)速方案 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動方向和運(yùn)動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合容積節(jié)流調(diào)速。

13、節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。 容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動速度高的液壓系統(tǒng)。 容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動沖擊較小，

14、回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。 調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。 節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。 容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。（2）制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力。一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在

15、容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。（3）制定順序動作方案 主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推

16、動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場合。另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經(jīng)過一段時間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動作時，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。（4）選擇液壓動力源 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大

17、于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3

18、.2 繪制液壓系統(tǒng)原理圖整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時能迅速更換，保證主要連續(xù)工作。各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號

19、，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì)4.1 液壓泵的選擇 1）確定液壓泵的最大工作壓力pp ppp1+p （21）式中 p1液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力；p從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。 p的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時才能進(jìn)行，初算時可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵巍⒘魉俨淮蟮?，取p=（0.20.5）MPa；管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)閥的，取p=（0.51.5）MPa。 2）確定液壓泵的流量QP 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時工作時，液壓泵的流量要大于同時動作的幾個液壓缸(或馬達(dá))所需的最大流量，并應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄漏和液壓泵磨損后容積效率的下降，液壓泵

20、的輸出流量應(yīng)為 QPK(Qmax）m3/s （22） 式中 K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.11.3，大流量取小值，小流量取大值；Qmax同時動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從（Q-t）圖上查得。對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取0.510-4 m3/s。系統(tǒng)使用蓄能器作輔助動力源時 式中 K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.2； Ti液壓設(shè)備工作周期（s）； Vi每一個液壓缸或液壓馬達(dá)在工作周期中的總耗油量（m3）；z液壓缸或液壓馬達(dá)的個數(shù)。采用差動液壓缸回路時，液壓泵所需流量為：式中：A1，A2為分別為液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積(m2)；vmax為活塞的

21、最大移動速度(m/s)。3）選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的pp和Qp值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵。上面所計(jì)算的最大壓力pp是系統(tǒng)靜態(tài)壓力，系統(tǒng)工作過程中存在著過渡過程的動態(tài)壓力，而動態(tài)壓力往往比靜態(tài)壓力高得多，所以泵的額定壓力pp應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%60%，使液壓泵有一定的壓力儲備。若系統(tǒng)屬于高壓范圍，壓力儲備取小值；若系統(tǒng)屬于中低壓范圍，壓力儲備取大值。4）確定液壓泵的驅(qū)動功率 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，即（p-t）、（Q-t）圖變化較平緩，則式中 pp液壓泵的最大工作壓力（Pa）；QP液壓泵的流量（m3/s）；P液壓泵的總效

22、率。 各種形式液壓泵的總效率可參考下表估取，液壓泵規(guī)格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，變量泵取小值。限壓式變量葉片泵的驅(qū)動功率，可按流量特性曲線拐點(diǎn)處的流量、壓力值計(jì)算。一般情況下，可取pP=0.8pPmax，QP=Qn，pPmax 液壓泵的最大工作壓力（Pa）；Qn液壓泵的額定流量（m3/s）。 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的流量和壓力變化較大，即（Q-t），（p-t）曲線起伏變化較大，則須分別計(jì)算出各個動作階段內(nèi)所需功率，驅(qū)動功率取其平均功率 式中， t1、t2、tn一個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的時間（s）； P1、P2、Pn一個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的功率（W）。按平均功率選出電動機(jī)

23、功率后，還要驗(yàn)算一下每一階段內(nèi)電動機(jī)超載量是否都在允許范圍內(nèi)。電動機(jī)允許的短時間超載量一般為25%。按上述功率和泵的轉(zhuǎn)速，可以從產(chǎn)品樣本中選取標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)，再進(jìn)行驗(yàn)算，使電動機(jī)發(fā)出最大功率時，其超載量在允許范圍內(nèi)。4.2 液壓閥的選擇 1.選擇依據(jù)選擇依據(jù)為：額定壓力，最大流量，動作方式，安裝固定方式，操作方式、壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等。2.選擇閥類元件應(yīng)注意的問題(1)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，除非不得已時才自行設(shè)計(jì)專用件。(2)閥類元件的規(guī)格主要根據(jù)流經(jīng)該閥油液的最大壓力和最大流量選取。選擇溢流閥時，應(yīng)按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，應(yīng)考慮其最小穩(wěn)定流量滿足機(jī)器低速

24、性能的要求。(3)一般選擇控制閥的額定流量應(yīng)比系統(tǒng)管路實(shí)際通過的流量大一些，必要時，允許通過閥的最大流量超過其額定流量的20%4.3 蓄能器的選擇根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類型和主要參數(shù)。 1）液壓執(zhí)行元件短時間快速運(yùn)動，由蓄能器來補(bǔ)充泵供油不足時，其有效工作容積為 V=AiLiK-QPt (m3）式中 A液壓缸有效作用面積（m2）；L液壓缸行程（m）； K油液損失系數(shù)，一般取K=1.2； QP液壓泵流量（m3/s）； t動作時間（s） 2）作應(yīng)急能源，其有效工作容積為： V=AiLiK (m3）有效工作容積算出后，根據(jù)有關(guān)蓄能器的相應(yīng)計(jì)算公式，求出蓄能器的容積，再根據(jù)其他性能要求，

25、即可確定所需蓄能器。4.4 管道尺寸的確定1.油管類型的選擇液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，同時，應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。(1)鋼管：中高壓系統(tǒng)選用無縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價格低，性能好，使用廣泛。(2)銅管：紫銅管工作壓力在6.510MPa以下，易變曲，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達(dá)25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應(yīng)盡量少用，只用于液壓裝置配接不方便的部位。(3)軟管：用于兩個相對運(yùn)動件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；低壓橡膠軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，

26、承壓能力為2.58MPa，多用于低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運(yùn)動部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調(diào)速閥之間。2道內(nèi)徑計(jì)算式中 Q通過管道內(nèi)的流量（m/s）； 管內(nèi)允許流速（m/s），一般液壓泵吸油管取0.55(m/s)，一般常取1以下；液壓系統(tǒng)壓力油管取2.56(m/s)，壓力高、管道短，粘度小取大值；液壓系統(tǒng)回油管取1.52.6(m/s)。計(jì)算出內(nèi)徑d后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。（2）管道壁厚的計(jì)算 式中 p管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）； d管道內(nèi)徑（m）； 管道材料的許用應(yīng)力（Pa），= b /n； b管道材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）； n安全系數(shù)，對鋼管來說，p7MPa時，取n=8；

27、p17.5MPa時，取n=6；p17.5MPa時，取n=4。 4.5 油箱容量的確定 油箱的作用是儲油，散發(fā)油的熱量，沉淀油中雜質(zhì)，逸出油中的氣體。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計(jì)等。其形式有開式和閉式兩種：開式油箱油液液面與大氣相通, 在油箱蓋上裝有空氣過濾器，開式油箱結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱油液液面與大氣隔絕，一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達(dá)0.05MPa。如果按油箱的形狀來分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強(qiáng)度高，重量輕，易于清掃，但制造較難

28、，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。1.油箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）油箱應(yīng)有足夠的容積以滿足散熱，同時其容積應(yīng)保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時不滲出，油液液面不應(yīng)超過油箱高度的80%。（2）吸箱管和回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100m左右的網(wǎng)式或線隙式過濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過濾器。回油管口要斜切45角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時也有利于散熱。（3）吸箱管和回油管間距應(yīng)盡量大。它們之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/33/4。

29、（4）為便于放油和清理，油箱底要有一定的斜度，泄油口置于最低處，設(shè)置放油閥，以便排油。對于不易開蓋的油箱，要設(shè)置清洗孔，以便于油箱內(nèi)部的清理。（5）為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過濾器，注油及通氣一般都由一個空氣過濾器來完成。注油器上應(yīng)裝濾網(wǎng)。（6）油箱底部應(yīng)距地面150mm以上，以便于搬運(yùn)、放油和散熱。在油箱的適當(dāng)位置要設(shè)吊耳，以便吊運(yùn)，還要設(shè)置液位計(jì)，以監(jiān)視液位。（7）油箱的箱壁應(yīng)涂耐油防銹涂料。對油箱內(nèi)表面的防腐處理要給予充分的注意。常用的方法有： 酸洗后磷化。適用于所有介質(zhì)，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。 噴丸后直接涂防銹油。適用于一般礦物油和合成液壓油，

30、不適合含水液壓液。因不受處理?xiàng)l件限制，大型油箱較多采用此方法。 噴砂后熱噴涂氧化鋁。適用于除水-乙二醇外的所有介質(zhì)。 噴砂后進(jìn)行噴塑。適用于所有介質(zhì)。但受烘干設(shè)備限制，油箱不能過大。 考慮油箱內(nèi)表面的防腐處理時，不但要顧及與介質(zhì)的相容性，還要考慮處理后的可加工性、制造到投入使用之間的時間間隔以及經(jīng)濟(jì)性，條件允許時采用不銹鋼制油箱無疑是最理想的選擇。2.油箱容量計(jì)算油箱的有效容量V可近似用液壓泵單位時間內(nèi)排出油液的體積確定。V=Kq (25)式中：K為系數(shù)，低壓系統(tǒng)取24，中、高壓系統(tǒng)取57；q為同一油箱供油的各液壓泵流量總和。初始設(shè)計(jì)時，先按經(jīng)驗(yàn)公式（26）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散

31、熱的要求進(jìn)行校核。 油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為 V=QV （26） 式中 QV液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見下表。系統(tǒng)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機(jī)械 冶金機(jī)械 12 24 57 612 10 在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。 液壓泵站的油箱公稱容量系列（JB/T7938-1995）4 6.3 10 25 40 63 100 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 3150 4000 5000 6300

32、（L）4.6 濾油器的選擇選擇濾油器的依據(jù)有以下幾點(diǎn)：(1)承載能力：按系統(tǒng)管路工作壓力確定。(2)過濾精度：按被保護(hù)元件的精度要求確定，選擇時可參閱下表。(3)通流能力：按通過最大流量確定。(4)阻力壓降：應(yīng)滿足過濾材料強(qiáng)度與系數(shù)要求。液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實(shí)際情況對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。為了判斷液壓系統(tǒng)的設(shè)

33、計(jì)質(zhì)量，需要對系統(tǒng)的壓力損失、發(fā)熱溫升、效率和系統(tǒng)的動態(tài)特性等進(jìn)行驗(yàn)算。由于液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算較復(fù)雜，只能采用一些簡化公式近似地驗(yàn)算某些性能指標(biāo)，如果設(shè)計(jì)中有經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的同類型系統(tǒng)供參考或有較可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以采用時，可以不進(jìn)行驗(yàn)算。5.1管路系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算當(dāng)液壓元件規(guī)格型號和管道尺寸確定之后，就可以較準(zhǔn)確的計(jì)算系統(tǒng)的壓力損失，壓力損失p包括：油液流經(jīng)管道的沿程壓力損失pL、管路局部壓力損失pc和流經(jīng)閥類元件的壓力損失pV，即： p=pL+pc+pV(26)計(jì)算沿程壓力損失時，如果管中為層流流動，可按下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： pL=4.3qL106/d4 (Pa)(27)式中：q為通過管道的流量

34、(m3/s)；L為管道長度(m)；d為管道內(nèi)徑(mm)；為油液的運(yùn)動粘度(m2)。局部壓力損失可按下式估算： pc=(0.050.15)pL (28)閥類元件的pV值可按下式近似計(jì)算： pV=pn（qV/qVn）2 (Pa) (29)式中：qVn為閥的額定流量(m3/s)；qV為通過閥的實(shí)際流量(m3/s)；pn為閥的額定壓力損失(Pa)。計(jì)算系統(tǒng)壓力損失的目的，是為了正確確定系統(tǒng)的調(diào)整壓力和分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞。對于泵到執(zhí)行元件間的壓力損失，如果計(jì)算出的p比選泵時估計(jì)的管路損失大得多時，應(yīng)該重新調(diào)整泵及其他有關(guān)元件的規(guī)格尺寸等參數(shù)。系統(tǒng)的調(diào)整壓力： p0p1+p(30)式中：p0為液壓泵的工作

35、壓力或支路的調(diào)整壓力；p1為執(zhí)行件的工作壓力。如果計(jì)算出來的p比在初選系統(tǒng)工作壓力時粗略選定的壓力損失大得多，應(yīng)該重新調(diào)整有關(guān)元件、輔件的規(guī)格，重新確定管道尺寸。5.2 系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅(qū)動外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。系統(tǒng)發(fā)熱來源于系統(tǒng)內(nèi)部的能量損失，如液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失、溢流閥的溢流損失、液壓閥及管道的壓力損失等。這些能量損失轉(zhuǎn)換為熱能，使油液溫度升高。油液的溫升使粘度下降，泄漏增加，同時，使油分子裂化或聚合，產(chǎn)生樹脂狀物質(zhì)，堵塞液壓元件小孔，影響系統(tǒng)正常工作，因此必須使系統(tǒng)中油溫保持在允許范圍內(nèi)。一般機(jī)床液壓系統(tǒng)正常工作

36、油溫為3050；礦山機(jī)械正常工作油溫5070；最高允許油溫為7090。1.系統(tǒng)發(fā)熱功率P的計(jì)算PPB(1-)(W) (31)式中：PB為液壓泵的輸入功率(W)；為液壓泵的總效率。若一個工作循環(huán)中有幾個工序，則可根據(jù)各個工序的發(fā)熱量，求出系統(tǒng)單位時間的平均發(fā)熱量：（w）(32)式中：T為工作循環(huán)周期(s)；ti為第i個工序的工作時間(s)；Pi為循環(huán)中第i個工序的輸入功率(W)。2.系統(tǒng)的散熱和溫升系統(tǒng)的散熱量可按下式計(jì)算：(W)(33)式中：Kj為散熱系數(shù)(W/m2)，當(dāng)周圍通風(fēng)很差時，K89；周圍通風(fēng)良好時，K15；用風(fēng)扇冷卻時，K23；用循環(huán)水強(qiáng)制冷卻時的冷卻器表面K110175；Aj為散

37、熱面積(m2)，當(dāng)油箱長、寬、高比例為111或123，油面高度為油箱高度的80%時，油箱散熱面積近似看成 ，式中V為油箱體積(L)；t為液壓系統(tǒng)的溫升()，即液壓系統(tǒng)比周圍環(huán)境溫度的升高值；j為散熱面積的次序號。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作一段時間后，達(dá)到熱平衡狀態(tài)，則：PP所以液壓系統(tǒng)的溫升為： () (34)計(jì)算所得的溫升t，加上環(huán)境溫度，不應(yīng)超過油液的最高允許溫度。當(dāng)系統(tǒng)允許的溫升確定后，也能利用上述公式來計(jì)算油箱的容量。5.3系統(tǒng)效率驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的效率是由液壓泵、執(zhí)行元件和液壓回路效率來確定的。液壓回路效率c一般可用下式計(jì)算： (35)式中：p1，q1；p2，q2；為每個執(zhí)行元件的工作壓力和流量；p

38、b1，qb1；pb2，qb2為每個液壓泵的供油壓力和流量。液壓系統(tǒng)總效率：BCm(9-36)式中：B為液壓泵總效率；m為執(zhí)行元件總效率；C為回路效率。繪制液壓系統(tǒng)正式工作圖經(jīng)過對液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算和必要的修改之后，便可繪制正式工作圖，它包括繪制液壓系統(tǒng)原理圖、系統(tǒng)管路裝配圖和各種非標(biāo)準(zhǔn)元件設(shè)計(jì)圖。正式液壓系統(tǒng)原理圖上要標(biāo)明各液壓元件的型號規(guī)格。對于自動化程度較高的機(jī)床，還應(yīng)包括運(yùn)動部件的運(yùn)動循環(huán)圖和電磁鐵、壓力繼電器的工作狀態(tài)。管道裝配圖是正式施工圖，各種液壓部件和元件在機(jī)器中的位置、固定方式、尺寸等應(yīng)表示清楚。自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)繪出裝配圖和零件圖。編寫的技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)計(jì)算書，使用維護(hù)說明書，專用件、通用件、標(biāo)準(zhǔn)件、外購件明細(xì)表，以及試驗(yàn)大綱等。6.1 液壓裝置總體布局 液壓系統(tǒng)總體布局有集中式、分散式。集中式結(jié)構(gòu)是將整個設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨(dú)立設(shè)置于主機(jī)之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機(jī)、鍛壓機(jī)、電弧爐等有強(qiáng)烈熱源和煙塵污染的冶金設(shè)備，一般都是采用集中供油方式。 分散式結(jié)構(gòu)是把液壓系統(tǒng)中液壓泵、控制