第九章液压传动系统的设计计算

1、主要内容主要内容9.19.1 概述概述9.29.2液压传动系统设计液压传动系统设计9.1概述概述液压系统设计的步骤大致如下：液压系统设计的步骤大致如下：1.1.明确设计要求，进行工况分析。明确设计要求，进行工况分析。2.2.初定液压系统的主要参数。初定液压系统的主要参数。3.3.拟定液压系统原理图。拟定液压系统原理图。4.4.计算和选择液压元件。计算和选择液压元件。5.5.估算液压系统性能。估算液压系统性能。6.6.绘制工作图和编写技术文件。绘制工作图和编写技术文件。9.2液压传动系统设计液压传动系统设计9.2.19.2.1液压系统设计依据液压系统设计依据在设计液压系统时，首先应明确以下问题，

2、并将其作为设计依据。在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。1.1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。间尺寸的要求。2.2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。3.3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。和易

3、燃物质存在等情况。在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，9.2.29.2.2液压系统工况分析液压系统工况分析 工况分析就是分析主机在工作过程中工况分析就是分析主机在工作过程中速度速度和和负载负载的变化规律，即进行的变化规律，即进行运动分析和负载分析。对于动作复杂的机械需绘制运动分析和负载分析。对于动作复杂的机械需绘制速度循环图速度循环图和和负载负载循环图循环图，简单的系统可以不绘图，但需要找出其最大负载和最大速

4、度，简单的系统可以不绘图，但需要找出其最大负载和最大速度点。实际上，工况分析是进一步明确主机在性能方面的要求。点。实际上，工况分析是进一步明确主机在性能方面的要求。 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图位移循环图( (Lt)Lt)，速度循环图速度循环图(vt)(vt)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。分析。 1 1. .运动分析运动分析（1 1）位移循环图）位移循环图LtLt 图为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标图为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L L表示活塞位移，横坐标表示

5、活塞位移，横坐标t t表表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。慢回和快速回程六个阶段组成。（2 2）速度循环图速度循环图v vt(t(或或v vL)L) 2 2. .负载分析负载分析液压缸的负载分析液压缸的负载分析用液压缸带动主机执行机构作直线往复运动时，所需克服的外负载动力用液压缸带动主机执行机构作直线往复运动时，所需克服的外负载动力为：为： FL

6、=Fw+Ff + Fm(1) 工作负载工作负载F 不同机械的工作负载其形式各不同。对于金属切削机床，作用在运动不同机械的工作负载其形式各不同。对于金属切削机床，作用在运动部件运动方向上的切削力是工作负载；而对于提升机械，其重物的重量就部件运动方向上的切削力是工作负载；而对于提升机械，其重物的重量就是工作负载。工作负载可以是恒定的，也可以是变化的；可能是正值负载，是工作负载。工作负载可以是恒定的，也可以是变化的；可能是正值负载，也可能是负值负载。也可能是负值负载。（2）摩擦阻力负载）摩擦阻力负载Ff 摩擦阻力负载是指主机执行机构在运动时所需克服的支承面上的摩擦力摩擦阻力负载是指主机执行机构在运动

7、时所需克服的支承面上的摩擦力。 Ff=Nii 式中式中 N Ni i作用在第作用在第i i个支承面上的法向力；个支承面上的法向力； i i该支承面的摩擦系数。该支承面的摩擦系数。平导轨：平导轨： F Ff f= = Ni Ni V V形导轨：形导轨： F Ff f= = Ni/sin(/2)Ni/sin(/2)2.负载分析负载分析(续续1）（3）惯性负载）惯性负载F 惯性负载是指运动部件启动或制动过程中的惯性力。可按牛顿第二定惯性负载是指运动部件启动或制动过程中的惯性力。可按牛顿第二定律计算：律计算： F=ma=(G/g).(v/ t) 液压缸运动时还需克服密封装置的摩擦阻力，其大小与密封形式

8、、液液压缸运动时还需克服密封装置的摩擦阻力，其大小与密封形式、液压缸的制造质量和工作压力有关。压缸的制造质量和工作压力有关。2.负载分析负载分析(续续2）2.负载分析负载分析(续续3） 计算出工作循环中各阶段的外负载后，便可作出负载循环图。组合机床动力滑台的负载循环图如下。启动快进减速工进制动快退制动反向制动组合机床滑台负载循环图9.2.39.2.3液压系统主要参数确定液压系统主要参数确定液压缸的设计计算液压缸的设计计算1.1.初定液压缸工作压力初定液压缸工作压力1.初定液压缸工作压力初定液压缸工作压力 表表 按负载选执行文件的工作压力按负载选执行文件的工作压力负载/N500050010000

9、10000200002000030000300005000050000工作压力/MPa0.811.522.5334455表表 按机械类型选执行文件的工作压力按机械类型选执行文件的工作压力机械类型机 床农业机械工程机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPaa2358810101620322.2.液压缸主要尺寸的计算液压缸主要尺寸的计算 缸的有效面积和活塞杆直径，可根据缸受力的平衡关系具体计算，详缸的有效面积和活塞杆直径，可根据缸受力的平衡关系具体计算，详见第四章。见第四章。3.液压缸的流量计算液压缸的流量计算流量阀和变量泵的最小稳定流量，可从产品样本中查到流量阀和变量泵的最小稳定流量，可从产品

10、样本中查到。9.2.49.2.4拟定液压系统原理拟定液压系统原理确定执行元件的类型和形式。确定执行元件的类型和形式。注意调速方案。注意调速方案。注意控制方案。注意控制方案。考虑系统安全可靠性。考虑系统安全可靠性。组成系统。组成系统。9.2.59.2.5计算和选择液压元件计算和选择液压元件1.1.液压泵的确定与所需功率的计算液压泵的确定与所需功率的计算（1）液压泵的确定液压泵的确定 ）确定液压泵的最大工作压力）确定液压泵的最大工作压力。p=p1+p1.1.液压泵的确定与所需功率的计算液压泵的确定与所需功率的计算2) 2) 确定液压泵的流量确定液压泵的流量q q。3) 3) 选择液压泵的规格：选择

11、液压泵的规格： 4) 4) 确定驱动液压泵的功率确定驱动液压泵的功率2.2.阀类元件的选择阀类元件的选择（1）选择依据选择依据（2）选择阀类元件应注意的问题选择阀类元件应注意的问题 1) 1)应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。 2)2)阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。和调速阀时，应

12、考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。 3)3)一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%20%。3.3.管道的选择管道的选择（1）油管类型的选择油管类型的选择 液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。1)1)钢管钢管：中高压系统选

13、用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。性能好，使用广泛。2)2)铜管铜管：紫铜管工作压力在：紫铜管工作压力在6.56.510MPa10MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达承受压力较高，达25MPa25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。3)3)软管软管：用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管

14、中夹有钢丝编织用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为承压能力为2.52.58MPa8MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间2.2.管道的选择管道的选择( (续）续）（2）油管尺寸的确定油管尺寸的确定1) 油管内径油管内径d按下式计算：按下式计算： d=式中：式中：q为通过油管的最大流量为通过

15、油管的最大流量(m3/s)；v为管道内允许的流速为管道内允许的流速(m/s)。一。一般吸油管取般吸油管取0.55(m/s)；压力油管取；压力油管取2.55(m/s)；回油管取；回油管取1.52(m/s)。2) 油管壁厚油管壁厚按下式计算：按下式计算：pd/234qq1.13 10vv4.4.油箱的设计油箱的设计（1）油箱设计要点油箱设计要点1)1) 油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油 液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的80%80%2) 2) 吸箱管和回油管的间距应尽量大。吸箱管和回油管的间距应尽量大。3) 3) 油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。4) 4) 注油器上应装滤网。注油器上应装滤网。5) 5) 油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。4.4.油箱的设计（续）油箱的设计（续）（2）油箱容量计算油箱容量计算5.5.滤油器的选择滤油器的选择选择滤油器的依据有以下几点：选择滤油器的依据有以下几点：5.5.滤油器的选择（续）滤油器的选择（续）系统系统过滤精度过滤精度(m(m) )元件