液压系统的设计与计算

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负载图
速度图
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(1) 工作负载 F w 不同的机器有不同的工作负载。工作负载与液压
缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。
(2) 导向摩擦负载 F f
导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导 轨摩擦阻力。
(3) 惯性负载 F a
惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性 力，其值可按牛顿第二定律求出。
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（2）确定执行元件的主要结构参数
以缸为例，主要结构尺寸指缸的内径D和活塞杆的直 径d，计算后按系列标准值确定D和d。
对有低速运动要求的系统，尚需对液压缸有效工作面
积进行验算，即应保证：
式中 量；
A q min v min
（10.8）
：A—液压缸工作腔的有效工作面积；
vmin— 控 制执 行 元 件速 度 的 流量 阀 最 小稳 定 流
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10.1 液压传动系统的设计计算
液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了
应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，
还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性
好，使用维护方便等条件。
液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多
少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分
的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完
10.1.2.1 确定油路类型
一般具有较大空间可以存放油箱的系统，都采用开 式油路；相反，凡允许采用辅助泵进行补油，并借此进 行冷却交换来达到冷却目的的系统，可采用闭式油路。 通常节流调速系统采用开式油路，容积调速系统采用闭 式回路。
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10.1.2.2 选择液压回路 根据各类主机的工作特点、负载性质和性能要求，先确
定对主机主要性能起决定性影响的主要回路，然后再考虑其 它辅助回路。例如:
对于机床液压系统,调速和速度换接回路是主要回路； 对于压力机液压系统，调压回路是主要回路； 有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路； 惯性负载较大的系统要考虑缓冲制动回路。 有多个执行元件的系统可能要考虑顺序动作、同步回路； 有空载运行要求的系统要考虑卸荷回路等。
成。
下面对液压系统的设计步骤予以介绍。
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10.1.1 明确设计要求、工作环境，进行工况分析
10.1.1.1 明确设计要求及工作环境
液压系统的动作和性能要求主要有： 运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动
平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联 锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘 埃、防火要求及安装空间的大小等。
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（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。它 的大小影响执行元件的尺寸和成本，乃至整个系统的性 能，工作压力选得高，执行元件和系统的结构紧凑，但 对元件的强度，刚度及密封要求高，且要采用较高压力 的液压泵。
反之，如果工作压力选得低，就会增大执行元件及 整个系统的尺寸，使结构变得庞大，所以应根据实际情 况选取适当的工作压力。
快速阶段: F(Ff Fg)/m
工进阶段: F(F f F wF g)/m
（10.5） （10.6）
制动减速: F (F f F w F aF g)/ m （10.7）
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10.1.2 液压系统原理图的拟定
液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理 的重要技术文件。拟定液压系统原理图是设计液压系统 的第一步，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济 性具有决定性的影响。
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10.1.2.3 绘制液压系统原理图
将挑选出来的各典型回路合并、整理，增 加必要的元件或辅助回路，加以综合，构成一 个结构简单，工作安全可靠、动作平稳、效率 高、调整和维护保养方便的液压系统，形成系 统原理图。
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10.1.3 液压元件的计算和选择
10.1.3.1 执行元件的结构形式及参数的确定 结构参数的确定是指根据执行元件工作压力和最大流
要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求， 还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。
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10.1.1.2 执行元件的工况分析
工况分析，就是查明每个执行元件的速度和负 载的变化规律，必要时还应作出速度、负载随时间 或位移变化的曲线图。
就缸而言，负载主要由六部分组成，即工作负 载，导向摩擦负载，惯性负载，重力负载，密封负 载和背压负载。
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(4) 重力负载 F g
(5) 密封负载 F s
密封负载是指液压缸密封装置的摩擦力，一般通过液 压缸的机械效率加以考虑，常取机械效率值为0.90~0.97。
(6) 背压负载 F b
背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力。
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液压缸各个主要工作阶段的机械负载F可按下列公式计算
空载启动加速阶段: F(F f F aF g)/ m （10.4）
本章提要
本章介绍设计液压传动系统的基本步骤和方法，对于 一般的液压系统，在设计过程中应遵循以下几个步骤：
①明确设计要求，进行工况分析； ②拟定液压系统原理图； ③计算和选择液压元件； ④发热及系统压力损失的验算； ⑤绘制工作图，编写技术文件。
上述工作大部分情况下要穿插、交叉进行，对于比较 复杂的系统，需经过多次反复才能最后确定；在设计简单 系统时，有些步骤可以合并或省略。通过本章学习，要求 对液压系统设计的内容、步骤、方法有一个基本的了解。
量确定执行元件的排量或油缸面积。
运动 形式
表10.1 选择执行元件的形式
往复直线运动
回转运动
往复 摆动
短行 程
长行程
高速
低速
建议采 用的执 行元件 的形式
活塞 式液 压缸
柱塞式液压缸 高速 液压马达与齿 液压 轮/齿条或螺母 马达 /丝杠机构
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低速大扭矩液压 马达 高速液压马达带 减速器
摆动 液压 缸
q m in—液压缸要求达到的最低工作速度。
验算结果若不能满足式（10.8），则说明按所设计的结 构尺寸和方案达不到所需要的最低速度，必须修改设计。
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（3）复算执行元件的工作压力
当液压缸的主要尺寸D、d计算出来以后，要按系列标 准圆整，有必要根据圆整值对工作压力进行一次复算。
在按上述方法确定的工作压力还没有计算回油路的背 压，所确定的工作压力只是执行元件为了克服机械总负载 所需要的那部分压力，在结构参数D、d确定之后，取适当 的背压估算值，即可求出执行元件工作腔的压力。