液压系统设计

第七章液压系统设计《车辆液压技术》第一节液压系统设计步骤和内容明确液压系统设计要求执行元件运动负载分析确定执行元件主要参数拟定液压系统原理图选择液压元件验算液压系统性能绘工作图，编技术文件是否通过是否第七章液压系统设计《车辆液压技术》一、明确液压系统设计要求动作要求运动及方式工作循环和动作周期同步、互锁和配合要求负载条件速度要求工作行程运动平稳性和精度工作可靠性性能要求环境要求环境温度、湿度、尘埃、通风易燃易爆、振动、安装空间第七章液压系统设计《车辆液压技术》二、执行元件工况分析分析执行元件运动和负载了解执行元件速度和负载变化的规律绘制执行元件工况图（v-s、F-s曲线）确定系统主要参数（p、q）的依据拟定液压系统图的依据运动分析负载分析第七章液压系统设计《车辆液压技术》1.运动分析研究执行元件的工作要求和运动规律绘制执行元件的工作循环图和速度循环图(v-s或v-t曲线)第七章液压系统设计《车辆液压技术》2.负载分析研究执行元件的负载要求绘制执行元件的负载循环图(F-s或F-t曲线)第七章液压系统设计《车辆液压技术》液压缸负载分析：F=FL+Ff+Fa工作负载FL机床：缸轴线方向的切向力液压机：工件的压制抗力摩擦阻力：运动部件与支承面间的摩擦力Ff=f·FN摩擦阻力负载Ff惯性负载Fa惯性负载：运动部件速度变化时，由其惯性而产生的负载：tvgGmaFa第七章液压系统设计《车辆液压技术》三、确定执行元件主要参数初选执行元件的工作压力确定执行元件的几何参数确定执行元件的最大流量复算执行元件的工作压力绘制执行元件的工况图第七章液压系统设计《车辆液压技术》1.初选执行元件的工作压力工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，影响执行元件的尺寸和成本，及液压系统性能工作压力选高：执行元件和系统的结构紧凑，但元件的强度、刚度及密封要求高，要用高压泵工作压力选底：增大执行元件及系统尺寸，结构变得庞大。根据总负载值初选根据主机设备类型初选第七章液压系统设计《车辆液压技术》（1）负载与工作压力的关系负载F/kN﹤1010~2020~3030~50﹥50p/MPa0.8~1.21.5~2.53.0~4.04.0~5.0≥5.0（2）各类液压设备常用工作压力设备类型精加工机床半精加工机床粗加工或重型机床农业机械、小型工程机械液压机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输机械p/MPa0.8~23~55~1010~1620~32第七章液压系统设计《车辆液压技术》2.确定执行元件的几何参数pFAcm（1）液压缸有效工作面积：根据A确定液压缸的D和d最低稳定速度验算：若验算结果不满足，则说明所设计的结构尺寸和方案达不到所需低速，必须修改minminvqAF-负载ηom-机械效率P-工作压力qmin-流量阀的最小稳定流量Vmin-液压缸所需的最低稳定速度第七章液压系统设计《车辆液压技术》（2）液压马达pT2VMm计算马达排量：从产品样本中选型号最低稳定转度验算：若验算结果不满足，则说明所设计的结构尺寸和方案达不到所需低速，必须修改minminnqVT-总负载转矩ηMm-机械效率P-工作压力qmin-输入马达最低稳定流量nmin-马达所需最低稳定速度第七章液压系统设计《车辆液压技术》3.确定执行元件的最大流量maxmaxAvq（1）液压缸（2）液压马达maxmaxVnq选择液压泵和其它液压元件型号中流量参数的依据第七章液压系统设计《车辆液压技术》4.复算执行元件的工作压力当液压缸的D、d和液压马达的V计算出来后，根据系列标准经过圆整，应根据圆整值对工作压力进行复算因没有考虑回油路背压，在结构参数D、d、V确定后，选取适当的背压估算值复算工作压力第七章液压系统设计《车辆液压技术》执行元件背压的估算值：液压系统类型背压/MPa中低压系统(0~8MPa)简单系统，一般轻载节流调速系统0.2~0.5回油路带调速阀的调速系统0.5~0.8回油路带背压阀0.5~1.5带补油路的闭式回路0.8~1.5中高压系统(8~16MPa)同上比中低压系统高50%~100%高压系统(16~32MPa)如锻压机械等初算时背压可忽略不计第七章液压系统设计《车辆液压技术》5.绘制执行元件的工况图（1）绘制工况图压力图流量图功率图（2）工况图作用直观方便找出最大压力、流量、功率，选择泵和原动机的依据指导选择系统中液压元件有助于选择基本回路为修正设计提供依据第七章液压系统设计《车辆液压技术》四、拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图是整个液压系统设计中最重要的一环一般方法：根据设备的性能要求选择合理的液压基本回路；再将基本回路有机地组合成一个完整的液压系统液压回路的选择液压回路的综合第七章液压系统设计《车辆液压技术》1.液压回路的选择（1）确定供油方式一般根据液压系统的工作压力、流量、转速、效率、定量或变量等来选择液压泵定量泵与变量泵比较定量泵变量泵结构简单复杂功率损失小损失大效率低高温升大小价格便宜贵第七章液压系统设计《车辆液压技术》液压泵种类与特性齿轮泵叶片泵柱塞泵轴向式径向式额定压力/MPa252835100排量/mL·r-11~5001~3504~10006~500最高转速/r·min-1900~40001200~300050001800总效率/%75~9075~9085~9580~92适用粘度/·mm2·s-120~50020~20020~200自吸能力非常好好差变量能力不能能好输出压力脉动大小中污染敏感度大小小噪声小~大小~中中~大适用场合工程机械、车辆机床冶金、锻压、建筑机械第七章液压系统设计《车辆液压技术》（2）确定调速方法除满足速度要求外，还应考虑液压系统的功率、调速范围、速度刚度、温升、经济性等要求定量泵与变量泵比较调速方法节流调速容积调速联合调速进油路回油路适用中小功率、速度不高功率较大调速范围大中等功率温升小效率高速度刚度好压力控制方便承受负值负载应用组合机床机床类：车、镗、钻、磨组合机床，刨、拉、液压机、注塑机组合机床第七章液压系统设计《车辆液压技术》（3）速度换接回路选择速度换接回路的形式常用行程阀或电磁阀来实现行程阀与电磁阀比较阀类行程阀电磁阀特点换接平稳工作可靠换接位置精度较高结构简单控制灵活调整方便第七章液压系统设计《车辆液压技术》（4）换向回路选择根据执行元件对换向性能要求，选择换向阀机能和控制方式换向阀控制方式比较控制方式电磁阀电液阀行程阀手动阀特点操作方便便于布置低速换向部件重流量大换向速度可调换向平稳换向精度高换向动作频繁工作持续时间短操作安全第七章液压系统设计《车辆液压技术》（5）压力控制回路选择节流调速中：常用溢流阀组成恒压控制回路容积调速和容积节流调速中：常用溢流阀组成限压安全保护回路（6）其它回路的设置根据液压系统要求可设置卸荷回路、减压回路、增压回路、多级调压回路、远程调压回路、顺序动作回路、同步回路等第七章液压系统设计《车辆液压技术》2.液压回路的综合液压基本回路确定后，即可综合成完整的液压系统。注意如下几点：综合成的液压系统应保证其循环时的每一个动作要求都安全可靠、相互间互不干涉综合成的液压系统应尽量选用标准元件，力求做到系统结构简单尽可能使液压系统经济合理，便于维修检测第七章液压系统设计《车辆液压技术》五、液压元件的计算和选择通过计算各液压元件在工作中承受的压力和通过的流量，来确定各元件的规格和型号液压泵的选择阀类元件的选择液压辅助元件的选择第七章液压系统设计《车辆液压技术》1.液压泵的选择•首先选择泵的类型，•然后再计算确定泵的规格（1）确定泵的最高工作压力pP•pmax—执行元件的最大工作压力•∑△p—管路总压力损失。初步估算时，一般节流调速和管路简单的系统取0.2～0.5MPa；有调速阀和管路较复杂的系统取0.5～1.5MPa。pppPmax第七章液压系统设计《车辆液压技术》（2）确定泵的最大供油量qPmaxqKqPPnpp)6.1~25.1(•K—系统泄漏系数，一般取1.1～1.3•∑qmax—同时工作的执行元件流量之和的最大值。（3）选择液压泵规格Pnqq•液压泵的额定压力pn•液压泵的额定流量qn第七章液压系统设计《车辆液压技术》（4）确定泵驱动功率pnpqpPBBnqpp•使用定量泵时的驱动功率Pnp—液压泵的工作压力(Pa)q—液压泵流量(m3/s)ηp—液压泵的总效率•使用限压式变量泵时的驱动功率PnpB—变量泵的拐点压力(Pa)qB—变量泵拐点流量(m3/s)ηp—变量泵的总效率第七章液压系统设计《车辆液压技术》2.阀类元件的选择•根据阀的最大工作压力和流经阀的最大流量来选择阀的规格•阀的额定压力系统最高工作压力•阀的额定流量系统实际通过阀的最大流量•选择压力阀时应考虑调压范围•选择流量阀时应注意其最小稳定流量•选择换向阀时除考虑压力、流量外，还应考虑中位机能及操纵方式第七章液压系统设计《车辆液压技术》六、液压系统的性能验算液压系统压力损失的验算液压系统发热温升的验算第七章液压系统设计《车辆液压技术》1.液压系统压力损失验算•前面确定泵最高压力时压力损失作粗略估算•现在液压系统已完全确定，需验算管路总压力损失•若验算与估算相差较大，则应对原设计进行修正•对较简单液压系统，压力损失验算可忽略不计（1）执行元件为液压缸时1212cm1maxppAAAFpppPF-负载ηcm-机械效率A1-进油腔面积A2-回油腔面积△p1-进油管总压力损失△p2-回油管总压力损失第七章液压系统设计《车辆液压技术》（2）执行元件为液压马达时12MmmaxppVT2pppPT-马达输出转矩ηMm-机械效率V-液压马达排量△p1-进油管总压力损失△p2-回油管总压力损失（3）总压力损失pppp•总压力损失=管路沿程压力损失+管路局部压力损失+阀类元件局部压力损失第七章液压系统设计《车辆液压技术》2.液压系统发热温升验算•系统压力损失、机械损失、容积损失大都转变为热能，使系统发热，油温升高，产生不良后果、影响正常工作•必需控制油液温升△t在许可范围之内：机床系统：△t≤25~30℃工程机械：△t≤35~40℃精密机床：△t≤10~15℃•散热元件：主要为油箱和冷却装置第七章液压系统设计《车辆液压技术》（1）系统发热量计算)1(PHP-液压泵的输入功率η-液压系统的总效率η=ηPηCηM(泵、回路、执行元件效率的乘积)如在工作循环中泵输出的功率不一样，则可按各阶段的发热量求出系统单位时间的平均发热量：iin1iit)1(PT1HT-工作循环周期时间ti-第i工作段时间Pi-第i工作段泵输入功率ηi-第i工作段系统总效率第七章液压系统设计《车辆液压技术》（2）系统散热量计算hAHtHH0thAH0h-散热系数A-油箱的散热面积△t-系统温升当油箱边长之比为1:1:1到1:2:3范围内，且油位是油箱高度的0.8倍时，A可由左式近似计算V-油箱有效容积(L)A-散热面积(m2)（3）系统热平衡温度验算32V065.0A△t过大，可增大油箱散热面积或增设冷却装置第七章液压系统设计《车辆液压技术》七、绘制工作图和编制技术文件液压系统原理图非标准件的装配图和零件图液压系统装配图绘制工作图液压元件明细表工作循环图电磁铁或压力继电器工作状态表泵站装配图集成油路装配图管路装配图电气线路图液压系统设计计算说明书液压系统使用及维护技术说明书零部件目录表、标准件通用件及外购件总表编制技术文件第七章液压系统设计《车辆液压技术》学习要求：1.了解液压传动系统设计计算过程