液壓傳動系統設計計算（一）
工程機械 2009-07-29 14:42 閱讀89評論0
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● 液壓系統的設計步驟與設計要求
液壓傳動系統是液壓機械的乙個組成部分，液壓傳動系統的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際情況出發，有機地結合各種傳動形式，充分發揮液壓傳動的優點，力求設計出結構簡單、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。
1.1 設計步驟
液壓系統的設計步驟並無嚴格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設計要求之後，大致按如下步驟進行。
1）確定液壓執行元件的形式；
2）進行工況分析，確定系統的主要引數；
3）制定基本方案，擬定液壓系統原理圖；
4）選擇液壓元件；
5）液壓系統的效能驗算；
6）繪製工作圖，編制技術檔案。
1.2 明確設計要求
設計要求是進行每項工程設計的依據。在制定基本方案並進一步著手液壓系統各部分設計之前，必須把設計要求以及與該設計內容有關的其他方面了解清楚。
1）主機的概況：用途、效能、工藝流程、作業環境、總體布局等；
2）液壓系統要完成哪些動作，動作順序及彼此聯鎖關係如何；
3）液壓驅動機構的運動形式，運動速度；
4）各動作機構的載荷大小及其性質；
5）對調速範圍、運動平穩性、轉換精度等效能方面的要求；
6）自動化程式、操作控制方式的要求；
7）對防塵、防爆、防寒、雜訊、安全可靠性的要求；
8）對效率、成本等方面的要求。
制定基本方案和繪製液壓系統圖
3.1制定基本方案
（1）制定調速方案
液壓執行元件確定之後，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓迴路的核心問題。
方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現。對於一般中小流量的液壓系統，大多通過換向閥的有機組合實現所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統，現多採用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。
速度控制通過改變液壓執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現。相應的調整方式有節流調速、容積調速以及二者的結合——容積節流調速。
節流調速一般採用定量幫浦供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執行元件的流量來調節速度。此種調速方式結構簡單，由於這種系統必須用閃流閥，故效率低，發熱量大，多用於功率不大的場合。
容積調速是靠改變液壓幫浦或液壓馬達的排量來達到調速的目的。其優點是沒有溢流損失和節流損失，效率較高。但為了散熱和補充洩漏，需要有輔助幫浦。
此種調速方式適用於功率大、運動速度高的液壓系統。
容積節流調速一般是用變數幫浦供油，用流量控制閥調節輸入或輸出液壓執行元件的流量，並使其供油量與需油量相適應。此種調速迴路效率也較高，速度穩定性較好，但其結構比較複雜。
節流調速又分別有進油節流、回油節流和旁路節流三種形式。進油節流起動衝擊較小，回油節流常用於有負載荷的場合，旁路節流多用於高速。
調速迴路一經確定，迴路的迴圈形式也就隨之確定了。
節流調速一般採用開式迴圈形式。在開式系統中，液壓幫浦從油箱吸油，壓力油流經系統釋放能量後，再排回油箱。開式迴路結構簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。
容積調速大多採用閉式迴圈形式。閉式系統中，液壓幫浦的吸油口直接與執行元件的排油口相通，形成乙個封閉的迴圈迴路。其結構緊湊，但散熱條件差。
（2）制定壓力控制方案
液壓執行元件工作時，要求系統保持一定的工作壓力或在一定壓力範圍內工作，也有的需要多級或無級連續地調節壓力，一般在節流調速系統中，通常由定量幫浦供油，用溢流閥調節所需壓力，並保持恆定。在容積調速系統中，用變數幫浦供油，用安全閥起安全保護作用。
在有些液壓系統中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓迴路得到高壓，而不用單設高壓幫浦。液壓執行元件在工作迴圈中，某段時間不需要供油，而又不便停幫浦的情況下，需考慮選擇卸荷迴路。
在系統的某個區域性，工作壓力需低於主油源壓力時，要考慮採用減壓迴路來獲得所需的工作壓力。
（3）制定順序動作方案
主機各執行機構的順序動作，根據裝置型別不同，有的按固定程式執行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執行機構的順序動作多採用行程控制，當工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關發出電訊號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續的動作。
行程開關安裝比較方便，而用行程閥需連線相應的油路，因此只適用於管路聯接比較方便的場合。
另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓幫浦無載啟動，經過一段時間，當幫浦正常運轉後，延時繼電器發出電訊號使卸荷閥關閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的工具機、擠壓機壓力機等場合。
當某一執行元件完成預定動作時，迴路中的壓力達到一定的數值，通過壓力繼電器發出電訊號或開啟順序閥使壓力油通過，來啟動下乙個動作。
（4）選擇液壓動力源
液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓幫浦。節流調速系統一般用定量幫浦供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓幫浦的供油量要大於系統的需油量，多餘的油經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制並穩定油源壓力的作用。容積調速系統多數是用變數幫浦供油，用安全閥限定系統的最高壓力。
為節省能源提高效率，液壓幫浦的供油量要盡量與系統所需流量相匹配。對在工作迴圈各階段中系統所需油量相差較大的情況，一般採用多幫浦供油或變數幫浦供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設蓄能器做輔助油源。
油液的淨化裝置是液壓源中不可缺少的。一般幫浦的入口要裝有粗過濾器，進入系統的油液根據被保護元件的要求，通過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設定磁性過濾器或其他型式的過濾器。
根據液壓裝置所處環境及對溫公升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
3.2 繪製液壓系統圖
整機的液壓系統圖由擬定好的控制迴路及液壓源組合而成。各迴路相互組合時要去掉重複多餘的元件，力求系統結構簡單。注意各元件間的聯鎖關係，避免誤動作發生。
要儘量減少能量損失環節。提高系統的工作效率。
為便於液壓系統的維護和監測，在系統中的主要路段要裝設必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。
大型裝置的關鍵部位，要附裝置用件，以便意外※※發生時能迅速更換，保證主要連續工作。
各液壓元件盡量採用國產標準件，在圖中要按國家標準規定的液壓元件職能符號的常態位置繪製。對於自行設計的非標準元件可用結構原理圖繪製。
系統圖中應註明各液壓執行元件的名稱和動作，註明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，並附有電磁鐵、行程閥及其他控制項的動作表。
液壓元件的選擇與專用件設計
4.1 液壓幫浦的選擇
1）確定液壓幫浦的最大工作壓力pp
pp≥p1+σ△p （21）
式中 p1——液壓缸或液壓馬達最大工作壓力；
σ△p——從液壓幫浦出口到液壓缸或液壓馬達入口之間總的管路損失。 σ△p的準確計算要待元件選定並繪出管路圖時才能進行，初算時可按經驗資料選取：管路簡單、流速不大的，取σ△p=（0.
2～0.5）mpa；管路複雜，進口有調閥的，取σ△p=（0.5～1.
5）mpa。
2）確定液壓幫浦的流量qp 多液壓缸或液壓馬達同時工作時，液壓幫浦的輸出流量應為
qp≥k（σqmax） （22）
式中 k——系統洩漏係數，一般取k=1.1～1.3；
σqmax——同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量，可從（q-t）圖上查得。對於在工作過程中用節流調速的系統，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3/s。
系統使用蓄能器作輔助動力源時
式中 k——系統洩漏係數，一般取k=1.2；
tt——液壓裝置工作週期（s）；
vi——每乙個液壓缸或液壓馬達在工作週期中的總耗油量（m3）；
z——液壓缸或液壓馬達的個數。
3）選擇液壓幫浦的規格根據以上求得的pp和qp值，按系統中擬定的液壓幫浦的形式，從產品樣本或本手冊中選擇相應的液壓幫浦。為使液壓幫浦有一定的壓力儲備，所選幫浦的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。
4）確定液壓幫浦的驅動功率在工作迴圈中，如果液壓幫浦的壓力和流量比較恆定，即（p-t）、（q-t）圖變化較平緩，則
式中 pp——液壓幫浦的最大工作壓力（pa）；
qp——液壓幫浦的流量（m3/s）；
ηp——液壓幫浦的總效率，參考表9選擇。
表9液壓幫浦的總效率
限壓式變數葉片幫浦的驅動功率，可按流量特性曲線拐點處的流量、壓力值計算。一般情況下，可取pp=0.8ppmax，qp=qn，則
式中 ——液壓幫浦的最大工作壓力（pa）；
——液壓幫浦的額定流量（m3/s）。
在工作迴圈中，如果液壓幫浦的流量和壓力變化較大，即（q-t），（p-t）曲線起伏變化較大，則須分別計算出各個動作階段內所需功率，驅動功率取其平均功率
式中 t1、t2、…tn——乙個迴圈中每一動作階段內所需的時間（s）；
p1、p2、…pn——乙個迴圈中每一動作階段內所需的功率（w）。
按平均功率選出電動機功率後，還要驗算一下每一階段內電動機超載量是否都在允許範圍內。電動機允許的短時間超載量一般為25%。
4.2 液壓閥的選擇
1）閥的規格，根據系統的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產品的閥件。溢流閥按液壓幫浦的最大流量選取；選擇節流閥和調速閥時，要考慮最小穩定流量應滿足執行機構最低穩定速度的要求。
液壓系統設計
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原創 2006 04 09 12 49 44 發表者 yzc741229 液壓系統設計的步驟大致如下 1.明確設計要求，進行工況分析。2.初定液壓系統的主要引數。3.擬定液壓系統原理圖。4.計算和選擇液壓元件。5.估算液壓系統效能。6.繪製工作圖和編寫技術檔案。根據液壓系統的具體內容，上述設計步驟可...
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