液压传动系统的设计计算R.doc

PAGE  PAGE 22 第9章 液压传动系统的设计 液压系统是机械设备的动力传动系统。因此，它的设计是主机设计的一部分，必须与主机的总体设计同时进行。一般在分析主机的工作循环、性能要求等基础上，经过认真分析比较，在确定全部或局部采用液压传动方案之后，才会提出液压传动系统的设计任务。 液压系统设计必须采用现代设计思想，从实际出发，注重调查研究，吸收国内外先进设计经验，在满足工作性能要求、工作可靠的前提下，力求使系统结构简单、成本低、效率高、操作维护方便、使用寿命长。 液压系统的设计步骤并没有严格的顺序，各步骤之间往往要相互穿插进行。一般地，液压系统的设计步骤如下： ⑴明确液压系统的设计要求及工况分析； ⑵主要参数的确定； ⑶进行系统方案论证，拟定液压系统原理图； ⑷通过计算，选择液压元件； ??对液压系统主要性能进行验算； ⑹设计液压装置，编制液压系统技术文件。 9.1液压系统的设计依据和工况分析 9.1.1液压系统的设计依据 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和与设计相关的情况了解清楚，一般要明确下列主要问题： ⑴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。 ⑵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、安全性与可靠性等。 ⑶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。 ⑷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，才能使设计的系统不仅满足性能要求，且具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。 9.1.2液压系统的工况分析 工况分析的目的是明确在工作循环中执行元件的负载和运动的变化规律，它包括运动分析和负载分析。 1、运动分析 运动分析，就是研究工作机构根据工艺要求应以什么样的运动规律完成工作循环，运动速度的大小、加速度是恒定的还是变化的、行程大小及循环时间长短等。为此必须确定执行元件的类型，并绘制位移一时间循环图或速度一时间循环图。 液压执行元件的类型可按表10.l进行选择。 表10.1液压执行元件的类型 名 称特 点应用场合双杆活塞缸双向输出力、输出速度一样，杆受力状态一样 双向工作的往复运动单杆活塞缸双向输出力、输出速度不一样，杆受力状态不同。差动连接时可实现快速运动往复不对称直线运动柱塞缸结构简单长行程、单向工作摆动缸单叶片缸转角小于300°，双叶片缸转角小于150°往复摆动运动齿轮、叶片马达结构简单、体积小、惯性小高速小转矩回转运动轴向柱塞马达运动平稳、转大、转速范围宽大转矩回转运动径向柱塞马达结构复杂、转大、转速低低速大转矩回转运动 2、负载分析 负载分析，就是通过计算，确定各液压执行元件的负载大小和方向，并分析各执行元件运动过程中的振动、冲击及过载能力等情况。 作用在执行元件上的负载有约束性负载和动力性负载两类。 约束性负载的特征是其方向与执行元件运动方向永远相反，对执行元件起阻止作用，而不会起驱动作用。例如库仑固体摩擦阻力、粘性摩擦阻力是约束性负载。 动力性负载的特征是其方向与执行元件的运动方向无关，其数值由外界规律所决定。执行元件承受动力性负载时可能会出现两种情况：一种情况是动力性负载方向与执行元件运动方向相反，起着阻止执行元件运动的作用，称为阻力负载(正负载)；另一种情况是动力性负载方向与执行元件运动方向一致，称为超越负载(负负载)。超越负载变成驱动执行元件的驱动力，执行元件要维持匀速运动，其中的流体要产生阻力功，形成足够的阻力来平衡超越负载产生的驱动力，这就要求系统应具有平衡和制动功能。重力是一种动力性负载，重力与执行元件运动方向相反时是阻力负载；与执行元件运动方向一致时是超越负载。 对于负载变化规律复杂的系统必须画出负载循环图。不同工作目的的系统，负载分析的着重点不同。例如，对于工程机械的作业机构，着重点为重力在各个位置上的情况，负载图以位置为变量；机床工作台着重点为负载与各工序的时间关系。 ⑴液压缸的负载计算 一般说来，液压缸承受的动力性负载有工作负载Fw、惯性负载Fm、重力负载Fg，约束性负载有摩擦阻力Ff、背压负载Fb、液压缸自身的密封阻力Fsf。即作用在液压缸上的外负载为