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现代液压控制技术
宋锦春主编
液压与气动研究所
第八章液压传动系统的设计计算
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。
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
成。
下面对液压系统的设计步骤予以介绍。
明确设计要求、工作环境,进行工况分析
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。
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。
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。
(1) 工作负载 Fw
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 Fa
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。
(4) 重力负载 Fg
(5) 密封负载 Fs
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,~。
(6) 背压负载 Fb
背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力。
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 (Ff  Fa  Fg ) /m (8-1)

快速阶段: ( )
F (Ff  Fg ) /m 8-2

工进阶段
: F (Ff  Fw  Fg ) / m (8-3)

制动减速:
F (Ff  Fw  Fa  F g )/m (8-4)
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。
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。
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。
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。