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第五章 液压系统设计基础 基本步骤： 一、对应用场合工况和其他使用要求的调查研究，取得原始参数，明确结构和使用的限制条件； 二、拟定液压系统原理图； 三、选择压力和流量等级、液动机、泵和原动机；选择工作液体； 四、选择控制元件及辅助元件； 五、结构设计。 §5-1对应用场合工况和其他使用条件的调查研究 负载阻力矩或阻力的动力学特性； 负载运动学特性。 一、液动机负载阻力矩或阻力的动力学特性 液动机所承受的负载阻力矩、阻力 ——直接来自负载。 液动机的负载阻力矩或阻力分两类： 1、约束性负载阻力矩、阻力 特征： 其方向与液动机的运动方向永远相反，其数值则由不同的外界规律所决定。 任何时候都是对液动机运动起阻止作用，即任何时候不会形成对液动机起驱动作用。 (一)库仑固体摩擦力矩、阻力 (二)外界静止流体形成的约束性阻力矩、阻力 2、动力性负载阻力矩、阻力 特征： 其方向与液动机的运动方向无关，而有其自身的方向，不随液动机运动方向而改变其方向。 动力性负载阻力矩、阻力的数值，由外界规律所决定。 液动机承受动力性负载阻力矩或阻力可能出现两种稳态工况： 1）常规工况： 当动力性负载阻力矩或阻力的方向与液动机运动方向相反，它们的作用和约束性阻力矩、阻力相同，起着阻止液动机运动的作用。 要维持稳定匀速运动，液动机必须从液压系统取得液压能转换成机械能，以足够的驱动力矩、驱动力来与动力性负载阻力矩、阻力平衡。 2）非常规工况——制动工况： 动力性负载阻力矩、阻力的方向与液动机给出的驱动力、力矩方向相同——也称为具有负值负载。 这时负载阻力矩或阻力就变成了驱动液动机的驱动力矩或驱动力。要维持稳定匀速运动，液动机中液体要产生阻力功来形成足够的阻力矩、阻力来平衡负载产生的驱动力矩或驱动力，这就是需要液动机起着泵的作用，称之为液动机的“泵工况”。这样液压系统是起着阻止泵工况下液动机运动的作用——制动作用。 制动并不是所有液压系统都具有的功能： 液动机在泵工况是否能有足够的阻力矩、阻力来平衡负载的驱动力矩或驱动力，取决于液压系统是否有“制动功能”。 例如： 是否以压力阀来形成足够压力，以形成“泵工况”的阻力矩或阻力。 是否以系统中原来的泵形成液动机(称为泵的“液动机工况)，而机器原动机又产生阻力矩来支持“液动机工况”的泵使系统产生足够的压力，这样也可以使液动机在泵工况产生足够的阻力矩或阻力。 要形成制动功能，就要在液动机排出口造成高压，形成液动机的“泵工况”。 例 平衡阀系统 举重上升工况： 系统的力方向与液动机运动反向——常规工况。 负重下降： ——即为制动工况，重力与液动机运动同向。 系统以平衡阀产生足够压力来支持液动机的泵工况。如果系统不设置平衡阀，也没有其它措施，这一系统就没有制动功能，重物将加速下降，不再能维持匀速运动。 二、负载运动学特性。 旋转运动、摆动、往复直线运动等； 速度大小、变化范围； 行程的大小、变化规律； ……. §5-2拟定液压系统原理图 初步设计 选定合适功能的液压元件 用合理的方式连接，组成能够完成设计任务和指标的系统——系统原理图。 精确计算、选定元件 方法： 1、参考同类成熟的设计 2、参考手册等资料，选定基本回路，综合完善 3、全新设计 一、拟定单一负载系统原理图应重点考虑的问题 1、调速方式的选择 根据实际情况加以合理选择： (一)大功率系统(液动机功率100kW以上) 采用容积调速方式，可以节省大量能量。 在要求速比较大时，可以采用两个变量泵并联组成的泵组，在液动机要求最低速时，只将一台泵以相应于最小排量的流量压入液动机，这时将另一台泵排量调至零。 在液动机要求最高速时，将两个泵都调至最大排量同时压入液动机。 例 如果要达到更大的速比可以用图8．8上的系统，将两台液动机轴并接起来驱动同一负载。 这样在要求最低速时，用一台泵在最小排量下，以泵组的最小流量供给并联的两个液动机，同时驱动负载，换向阀左位——两个液动机并联，相当于一个排量增大一倍的液动机，故液动机速度就比单个液动机低一倍； 在要求高速时，以两个泵在最大排量下压出最大流量，并联地供给串联的两个液动机（换向阀中位），其速度相当于两个泵的流量供给一个液动机。居于