液压系统设计方法.docx

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⑴确定液压执行元件的形式；⑵进行工况分析，确定系统的主要参数；⑶制定基本方案，拟定液压系统原理图；⑷选择液压元件；⑸液压系统的性能验算：⑹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⑴主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；⑵液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；⑶液压驱动机构的运动形式，运动速度；⑷各动作机构的载荷大小及其性质；⑸对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；⑹自动化程度、操作控制方式的要求；⑺对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；⑻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，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rd图1成压系统计算商图图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导轨的摩擦力Ff和由于速度变作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷Fg，化而产生的惯性力Fa⑴工作载荷Fg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⑵导轨摩擦载荷Ff对于平导轨Ff=u（G+FN）对于V型导轨Ff=U（G+FN）/sin （a/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）；u——摩擦系数，见表2—1；a——V型导轨的夹角，一般为90°⑶惯性载荷Fa日 G AvF =a g At式中g——重力加速度；g = 9.81m/s2△v 速度变化量（m/s）；At 起动或制动时间（s）。

一般机械^ t = 0.1〜0.5s，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A v/ A t=0.5〜导轨美型#轴廿料摩撩条数导辑访被对铸铁起幼时低速高速（曾〉IL 16nVs}U.15 - 1),20i'.l- 0,120.05-(! .1)3醐动导轨爵铁可禳柱（珠；评火钢楙 消雌柱0.005-0.02ll.DOl -n.ndr；静F针坎n .(1051.5m/s2以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷FW起动加速时FW=Fg+Ff+Fa稳态运动时FW=Fg+Ff减速制动时FW=F：+Ff—Fa工作载荷Fg并非每阶段都存在，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，一般估算为孩二"一^）^式中 nm——液压缸的机械效率，一般取0.90〜0.95F = ^w门m2.1.2液压马达载荷力矩的组成与计算⑴工作载荷力矩Tg常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷简的阻力矩等⑵轴颈摩擦力矩TfTf=u Gr式中G——旋转部件施加于轴颈上的径向力（N）；u——摩擦系数，参考表2- 1选用；r 旋转轴的半径（m）。

⑶惯性力矩Ta△①T = J8 = J —— a At式中 £——角加速度(rad/s2)；^3——角速度变化量(rad/s)；kt——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=Tg+Tf+Ta稳定运行时Tw=Tg+Tf减速制动时Tw=Tg+Tf-Ta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nm=0.9〜0.98T =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 步选择系统工作压力和确定其他有关参数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2—3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，即使是低压系统也应采用高压阀A=* 2-2 按戳荷选择工作压方裁荷/kN<55-1010 〜2020-3030-50>50工单压力<0.8-11.5-22,5-33-44-5* 2-3 各种机械常用的系统工蚱压力机德英型机床农业机植 小型工宣削廉 建筑机统 植氏凿岩机大中SHE搦机 xm械 最重垢辕机械磨 度甄音机康览门刨床拉床匚作压.力FMPm0.S-23-J2-88-1-010-1820-322.3计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排.⑴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 1 2 2活塞杆受拉时，F = p A — p A1 2 2 1式中A1——无杆腔活塞有效作用面积(m2)；a2——有杆腔活塞有效作用图2液压^主要云计豪数P1——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2—4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_ 系统炎或背 lEJj.MPk崎隼系统或轻载节Hi调速系统0.2-0^5回汨路带嗣魄阀的系统C,4-(),6回油骼设置有背压阀的系巍D+5 J.5用补袖至的朔式P1期D.8-- L.5回油麻较复杂的匚程机械L2-3回油路较蛎，且直接回油箱町忽略不叶表2-4 执行元件背压力面积(m2)；F + p A 2―2p1运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e=d / D，其比值可按表2—5和表2—6选取。

工作压如MPa*05.0-7.0加0.5-U.550.71.151.25 'L331 Af>顷 20 30,40.50,J30.620.7]D =：—丸#2-5 按工作匝力逃取由D表2-6 按坤比要求确定由D注；<■]-无忏腔迸油时活客运动速度； 轻-有肝腔进油时镭塞运动速度■:4 F1 - P 2(1-甲 2)」采用差动连接时，vl/v2 (D2 —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1/ d>10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A >- 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vmin 运动机构要求的最小工作速度(m/s)o5063809010*)!25140侦1RO濒220250表2-7 常用液压虹内径Dimin)A 活塞籽直径d (mm)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。

速比140so—_ 163so 190LOO1101.462228 .35455055■6334550607080速比径-140160180200220250L.46K09010011012514029D100no125uo1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2—7和表2—8⑵计算液压马达的排量液压马达的排量为V M Ap式中T——液压马达的载荷转矩(N - m)；Ap——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 'minM nmin式中q^n——通过液压马达的最小流量；孩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⑴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)⑵液压马达的流量q=E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⑴压力循环图——(p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—Q图⑵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(q—t)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⑶功率循环图一一(P—t)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⑴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。