第九章 液压系统的设计与计算

1、2022-2-412022-2-4机械工程学院机自教研室机械工程学院机自教研室1第九章液压系统的设计与计算第九章液压系统的设计与计算液压传动及控制液压传动及控制 9 9.1.1液压系统的设计原则和依据液压系统的设计原则和依据 概述概述 液压系统设计是整机设计的重要组成部分，是实现整个系统液压系统设计是整机设计的重要组成部分，是实现整个系统液压控制部分的关键。设计主要包括液压控制部分的关键。设计主要包括液压系统工况分析和系统的确液压系统工况分析和系统的确定定、液压系统参数的确定液压系统参数的确定、液压系统图的拟定液压系统图的拟定、液压元件的计算和液压元件的计算和选取选取等。等。要求要求：系统的设

2、计除应满足主机要求的功能和性能外，还必：系统的设计除应满足主机要求的功能和性能外，还必须符合须符合质量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、使用维护方质量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、使用维护方便便等一般要求及工作可靠这一特别重要的要求。等一般要求及工作可靠这一特别重要的要求。出发点出发点：可以是充分发挥其组成元件的工作性能，也可以是：可以是充分发挥其组成元件的工作性能，也可以是着重追求其工作状态的绝对可靠。前者着眼于效能，后者着眼于安着重追求其工作状态的绝对可靠。前者着眼于效能，后者着眼于安全；实际的设计工作则常常是这两观点不同程度的组合，视具体要全；实际的设计工作则常常是这两观点不

3、同程度的组合，视具体要求不同而有所侧重。求不同而有所侧重。 9 9.1.1液压系统的设计原则和依据液压系统的设计原则和依据 设计原则设计原则 资源最佳利用率原则资源最佳利用率原则能量损耗最少原则能量损耗最少原则环保原则环保原则（1 ）尽量不用有毒有害的原材料。）尽量不用有毒有害的原材料。（2 ）工作介质污染控制。）工作介质污染控制。（3 ）液压系统噪声控制。）液压系统噪声控制。技术先进性原则技术先进性原则集成化、模块化原则集成化、模块化原则 9 9.1.1液压系统的设计原则和依据液压系统的设计原则和依据 设计依据设计依据 设计要求是进行工程设计的主要依据。设计前必须把主机对液压系统的设计要求是

4、进行工程设计的主要依据。设计前必须把主机对液压系统的设计要求和与设计相关的情况了解清楚，一般要明确下列主要问题：设计要求和与设计相关的情况了解清楚，一般要明确下列主要问题： （1）主机用途、总体布局与结构、主要技术参数与性能要求、工艺流）主机用途、总体布局与结构、主要技术参数与性能要求、工艺流程或工作循环、作业环境与条件等。程或工作循环、作业环境与条件等。 （2）液压系统应完成哪些动作，各个动作的工作循环及循环时间；负）液压系统应完成哪些动作，各个动作的工作循环及循环时间；负载大小及性质、运动形式及速度快慢；各动作的顺序要求及互锁关系，各动载大小及性质、运动形式及速度快慢；各动作的顺序要求及互

5、锁关系，各动作的同步要求及同步精度；液压系统的工作性能要求，如运动平稳性、调速作的同步要求及同步精度；液压系统的工作性能要求，如运动平稳性、调速范围、定位精度、转换精度、自动化程度、效率与温升、振动与噪声、安全范围、定位精度、转换精度、自动化程度、效率与温升、振动与噪声、安全性与可靠性等。性与可靠性等。 （3）液压系统的工作温度及其变化范围，湿度大小，风沙与粉尘情况，）液压系统的工作温度及其变化范围，湿度大小，风沙与粉尘情况，防火与防爆要求，安装空间的大小、外廓尺寸与质量限制等。防火与防爆要求，安装空间的大小、外廓尺寸与质量限制等。 （4）节能、环保方面的要求，如油液污染、系统噪声污染等。）节

6、能、环保方面的要求，如油液污染、系统噪声污染等。 （5）经济性与成本等方面的要求。）经济性与成本等方面的要求。 只有明确了设计要求及工作环境，只有明确了设计要求及工作环境，才能使设计的系统不仅满足性能要求，并且具有较高的可靠性、良好的空间才能使设计的系统不仅满足性能要求，并且具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。布局及造型。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法概述概述 液压传动系统的设计迄今仍没有液压传动系统的设计迄今仍没有一个公认的统一步骤，常常随着系统一个公认的统一步骤，常常随着系统的繁简、借鉴的多寡、设计人员经验的繁简、借鉴的多寡、设计人员经验的不同而在具体做法上有所差异。的不

7、同而在具体做法上有所差异。实际设计工作中，大体上可按右实际设计工作中，大体上可按右图所示的内容和流程来进行。这里除图所示的内容和流程来进行。这里除了最后一项外全部属于性能设计的范了最后一项外全部属于性能设计的范围。这些步骤是相互关联的，常须穿围。这些步骤是相互关联的，常须穿插进行，并经反复修改才能逐步完成。插进行，并经反复修改才能逐步完成。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法 明确设计要求明确设计要求 。因此设计开始，首先必须搞清下列问题：因此设计开始，首先必须搞清下列问题：设备的用途、总体布局、主要结构、技术参数与性能设备的用途、总体布局、主要结构、技术参数与性能要求。要求。设备对液

8、压装置在位置布置和空间尺寸以及质量上的设备对液压装置在位置布置和空间尺寸以及质量上的限制。限制。设备的工艺流程或工作循环、作业环境等。设备的工艺流程或工作循环、作业环境等。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法 明确设计要求明确设计要求 1 1）液压系统应完成的动作，液压执行元件的运动方式（移动、）液压系统应完成的动作，液压执行元件的运动方式（移动、转动或摆动）及其工作范围。转动或摆动）及其工作范围。2 2）液压执行元件的负载大小及负载性质，运动速度的大小及其）液压执行元件的负载大小及负载性质，运动速度的大小及其变化范围。变化范围。3 3）液压执行元件的动作顺序及联锁关系，各动作的同步要

9、求及）液压执行元件的动作顺序及联锁关系，各动作的同步要求及同步精度。同步精度。4 4）对液压系统工作性能的要求，如运动平稳性、定位精度、转）对液压系统工作性能的要求，如运动平稳性、定位精度、转换精度、自动化程度、工作效率、温升、振动、冲击与噪声、换精度、自动化程度、工作效率、温升、振动、冲击与噪声、安全性与可靠性等。安全性与可靠性等。5 5）对液压系统的工作方式及控制方式的要求。）对液压系统的工作方式及控制方式的要求。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法 明确设计要求明确设计要求 1 1）周围介质、环境温度、湿度大小、风砂与尘埃情况、外界冲）周围介质、环境温度、湿度大小、风砂与尘埃情况

10、、外界冲击振动等。击振动等。2 2）防火与防爆要求。）防火与防爆要求。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法执行元件的工况分析执行元件的工况分析 是拟定液压系统方案、选择或设计液是拟定液压系统方案、选择或设计液压元件的依据。压元件的依据。液压系统承受的负载可液压系统承受的负载可，可，可，也可以，也可以。当用理论分析确定系统的。当用理论分析确定系统的实际负载时，必须仔细考虑它所有的实际负载时，必须仔细考虑它所有的，例如：，例如：（切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、质量等）、（切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、质量等）、和和（摩擦力、背压力）等。（摩擦力、背压力）等。此外必须注意此外必须注意

11、：是：是还是还是，是，是还是还是；是否存在；是否存在，是否有，是否有。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法 执行元件的工况分析执行元件的工况分析 即对液压执行件一个工作循环中各阶即对液压执行件一个工作循环中各阶段的运动速度变化情况进行分析，并画出速度循环图。段的运动速度变化情况进行分析，并画出速度循环图。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法执行元件主要参数执行元件主要参数 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法系统原理图的拟定系统原理图的拟定 ：的分析与选择的分析与选择的分析与选择的分析与选择的分析与选择的分析与选择的分析、选择与合并的分析、选择与合并 9 9.2.2设计步

12、骤和方法设计步骤和方法执行元件的形式执行元件的形式 液压系统采用的液压系统采用的，视主机所要实现的，视主机所要实现的而定，可按下表来选择。而定，可按下表来选择。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法执行元件的形式执行元件的形式 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法油路循环方式的分析与选择油路循环方式的分析与选择 液压系统液压系统为为和和两种，它们各自的两种，它们各自的特点及其相互比较见下特点及其相互比较见下 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法油源类型的分析与选择油源类型的分析与选择 根据系统工作压力的高低，选择液压泵的压力等级和结根据系统工作压力的高低，选择液压泵的压力等级

13、和结构形式。构形式。根据油源输出流量变化的大小和系统节能的要求，选择根据油源输出流量变化的大小和系统节能的要求，选择用定量泵还是变量泵。用定量泵还是变量泵。根据执行元件的多寡和系统工作循环中压力、流量的变根据执行元件的多寡和系统工作循环中压力、流量的变化情况，选择单泵供油还是多泵供油。化情况，选择单泵供油还是多泵供油。根据系统对油源综合性能的要求，选择泵的控制方式，根据系统对油源综合性能的要求，选择泵的控制方式，是限压式、恒压式、恒流量式，还是恒功率式等等。是限压式、恒压式、恒流量式，还是恒功率式等等。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法调速方案的分析与选择调速方案的分析与选择 对主机

14、主要性能起决定性的作用。选择调速方案时，应依据对主机主要性能起决定性的作用。选择调速方案时，应依据液压执行元件的液压执行元件的和和以及以及等因素，参考下表进行分等因素，参考下表进行分析比较，最后选出合适的调速方案。析比较，最后选出合适的调速方案。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法液压基本回路的分析与选择液压基本回路的分析与选择 这里是指除调速回路以外的液压基本回路。这里是指除调速回路以外的液压基本回路。选择液压回路是选择液压回路是，从众多成熟的方案中经过分析、评比挑选出来的。，从众多成熟的方案中经过分析、评比挑选出来的。选择液压回路一般可按如下步骤进行：选择液压回路一般可按如下步骤进

15、行： 通常液压系统都必须设通常液压系统都必须设置置、及及等。等。 液压执行元件存在外负载对液压执行元件存在外负载对系统作功的工况（例如有垂直运动部件的系统）时，要设置系统作功的工况（例如有垂直运动部件的系统）时，要设置，以，以防止外负载使液压执行元件超速运动。在外负载惯性较大的系统中，为防防止外负载使液压执行元件超速运动。在外负载惯性较大的系统中，为防止产生液压冲击，要设置止产生液压冲击，要设置。对有快速运动部件的系统或要求精确。对有快速运动部件的系统或要求精确换向的系统，要设置换向的系统，要设置或或，等等。，等等。 如有多个液压执行元件的系如有多个液压执行元件的系统，根据需要设置统，根据需要

16、设置、或或。有些系统还要设。有些系统还要设置置、等。对液压机而言，等。对液压机而言，是必不可少的。对闭式系统而言，必须有是必不可少的。对闭式系统而言，必须有。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法液压基本回路的分析与选择液压基本回路的分析与选择 选择一些主要液压回路时，还需注意以下几点：选择一些主要液压回路时，还需注意以下几点：调压回路的选择主要决定于系统的调速方案。在节流调速系统中，调压回路的选择主要决定于系统的调速方案。在节流调速系统中，一般采用调压回路；在容积调速和容积节流调速或旁路节流调速系统一般采用调压回路；在容积调速和容积节流调速或旁路节流调速系统中，则均采用限压回路。中，则

17、均采用限压回路。 一个油源同时提供两种不同工作压力时，可以采用减压回路。对一个油源同时提供两种不同工作压力时，可以采用减压回路。对于工作时间相对辅助时间较短而功率又较大的系统，可以考虑增加一于工作时间相对辅助时间较短而功率又较大的系统，可以考虑增加一个卸荷回路。个卸荷回路。速度换接回路的选择主要依据换接时位置精度和平稳性的要求。速度换接回路的选择主要依据换接时位置精度和平稳性的要求。同时还应结构简单、调整方便、控制灵活。同时还应结构简单、调整方便、控制灵活。多个液压缸顺序动作回路的选择主要考虑顺序动作的可变换性、多个液压缸顺序动作回路的选择主要考虑顺序动作的可变换性、行程的可调性、顺序动作的可

18、靠性等。行程的可调性、顺序动作的可靠性等。多个液压缸同步动作回路的选择主要考虑同步精度、系统调整、多个液压缸同步动作回路的选择主要考虑同步精度、系统调整、控制和维护的难易程度等。控制和维护的难易程度等。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法动力元件的动力元件的选择选择 液压泵的最大供油量液压泵的最大供油量 由液压缸工况图中的最大流量由液压缸工况图中的最大流量 确定，确定， 计算公式如下。计算公式如下。1 1）一般情况下）一般情况下2 2）采用节流调速时）采用节流调速时3 3）采用蓄能器时）采用蓄能器时确定液压泵最高工作压力，计算公式如下。确定液压泵最高工作压力，计算公式如下。液压泵电动机

19、的功率可以按下式计算：液压泵电动机的功率可以按下式计算： 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法阀类元件的阀类元件的选择选择 一个设计得好的液压系统应尽可能多地由标准液压控制元件组成，使一个设计得好的液压系统应尽可能多地由标准液压控制元件组成，使自行设计的专用液压控制元件减少到最低限度。自行设计的专用液压控制元件减少到最低限度。选择液压控制元件的主要依据和应考虑的问题见下表。其中最大流量选择液压控制元件的主要依据和应考虑的问题见下表。其中最大流量必要时允许短期超过额定流量的必要时允许短期超过额定流量的20%，否则会引起发热、噪声、压力损失，否则会引起发热、噪声、压力损失等增大和阀性能的下降

20、。等增大和阀性能的下降。 选择阀时还应注意下列的问题：选择阀时还应注意下列的问题：、及及等。等。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法辅助元件的辅助元件的选择选择 蓄能器的选择蓄能器的选择过滤器的选择过滤器的选择油箱的设计油箱的设计冷却器的选择冷却器的选择加热器的选择加热器的选择管件的选择管件的选择 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法阀类元件配置形式的阀类元件配置形式的选择选择 目前，阀类元件的配置形式广泛采用集成式配置的形式。目前，阀类元件的配置形式广泛采用集成式配置的形式。1 1、箱体式配置、箱体式配置2 2、集成块式配、集成块式配置置3 3、叠加阀式配置、叠加阀式配置 9

21、9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法系统性能验算系统性能验算（1 1）系统压力损失系统压力损失的的验算验算 液压系统液压系统包括包括和和以及以及三项。三项。 计算系统压力损失时，不同的工作阶段要分开来计算。计算系统压力损失时，不同的工作阶段要分开来计算。的压力损失要折算到的压力损失要折算到去。去。（2 2）系统发热与温升的验算系统发热与温升的验算液压系统的各种能量损失都将转化为热量，使系统工作温度液压系统的各种能量损失都将转化为热量，使系统工作温度升高，从而产生一系列不利影响。升高，从而产生一系列不利影响。系统中的系统中的主要来自于主要来自于、和和等功率损失。等功率损失。损失一般较小，通常可

22、以忽略不计。损失一般较小，通常可以忽略不计。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法绘制工作图绘制工作图 一、绘制工作图一、绘制工作图（一）绘制液压系统图（一）绘制液压系统图 在图上应注明各元件的规格、型号以及压力、流量调整值，并在图上应注明各元件的规格、型号以及压力、流量调整值，并附有执行元件的工作循环图，控制元件的动作顺序表和简要说明。附有执行元件的工作循环图，控制元件的动作顺序表和简要说明。（二）绘制液压系统装配图（二）绘制液压系统装配图 液压系统的装配图是正式安装、施工的图样，包括油箱装配图、液压系统的装配图是正式安装、施工的图样，包括油箱装配图、液压泵装置图、油路装配图和管路装配

23、图等。在管路装配图中要标液压泵装置图、油路装配图和管路装配图等。在管路装配图中要标明液压元、部件的位置和固定方式、油管的规格尺寸和布管情况以明液压元、部件的位置和固定方式、油管的规格尺寸和布管情况以及各种管接头的形式和规格等。液压专用件或阀块须画出装配图和及各种管接头的形式和规格等。液压专用件或阀块须画出装配图和专用零件图。专用零件图。二、编制技术文件二、编制技术文件 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法绘制工作图绘制工作图 完成液压系统设计时，应考虑以下几个问题：完成液压系统设计时，应考虑以下几个问题： 这个系统能否完满地实现所要求的各项功能？是否要这个系统能否完满地实现所要求的各项功

24、能？是否要进行补充或修正？进行补充或修正？有无多余或重复的元件和油路可以去掉或合并？有无多余或重复的元件和油路可以去掉或合并？各液压回路之间是否会产生干扰？各液压回路之间是否会产生干扰？系统会不会产生液压冲击？有没有防止液压冲击的措系统会不会产生液压冲击？有没有防止液压冲击的措施？施？控制油路是否可靠？当直接从主油路上引出控制油路控制油路是否可靠？当直接从主油路上引出控制油路时，应保证控制油路始终具有一定的压力（包括系统卸荷时）。时，应保证控制油路始终具有一定的压力（包括系统卸荷时）。 9 9.2.2设计步骤和方法设计步骤和方法绘制工作图绘制工作图 系统测压点的分布是否合理、正确？通常，测压点应设系统测压点的分布是否合理、正确？通常，测压点应设在：液压泵的出口、溢流阀的入口油路上；减压阀或增压器的出在：液压泵的出口、溢流阀的入口油路上；减压阀或增压器的出口油路上；顺序阀或背压阀入口油路上；压力继电器或过滤器的口油路上；顺序阀或背压阀入口油路上；压力继电器或过滤器的前油路上；液压执行元件的进、出油口处；润滑油路、控制油路前油路上；液压执行元件的进、出油口处；润滑油路、控制油路上。上。系统是否有工作介质的净