流体传动与控制教案-液压系统的设计计算.docVIP

液压系统的设计计算 内容提要 系统的设计和计算是在学习了前面各章之后进行的，是对前面各章内容的综合运用，本章主要介绍了液压传动系统设计的一般步骤和方法，并用实例加以说明。 基本要求 重点难点 基本要求：了解液压传动系统设计的一般步骤，基本掌握系统计算的内容、方法。 重点：根据工况要求搭建系统图，并进行各项计算。 难点：搭建系统图。 10.1 液压系统的设计方法与步骤 液压系统是整机的重要组成部分，液压系统的设计和主机的设计往往是同时进行，互相协调的。要满足各项性能的要求，液压传动系统往往不是唯一的。但在设计过程中，必须结合各种传动形式，借鉴前人的设计经验，进行深入地分析比较。各步骤之间是相互关联的，常常须穿插进行，经反复修改才能完成，要力求设计出结构简单、操作方便、工作可靠、成本低、效率高、维修方便的液压系统。 10.1.1 明确液压系统的设计要求 主机对液压系统的要求是完成液压系统设计的主要根据，是设计中必须达到的要求。主要包括以下几个方面。 1）主机的用途、性能指标、工艺流程、工作特点、总体布局，主机对液压系统执行元件在位置和空间尺寸的限制； 2）主机的工作循环、系统须完成的动作形式、工作范围、动作顺序、动作间的互锁关系、负载和运动速度的大小、变化范围； 3）执行元件动作控制方式、控制精度要求； 4）综合考虑主机的总体设计，做到机、电、液相互配合，满足系统各方面的要求； 5）液压系统的工作环境和条件； 6）经济性和成本、效率等方面的要求。 10.1.2 负载特性分析、确定主要参数 1．负载特性分析 负载特性分析是指执行元件的负载分析和运动分析，是分析主机在工作过程中各执行元件的负载和运动速度的变化规律。液压系统承受的负载可由主机的规格确定，可由样机通过实验测定，也可由理论分析确定。在分析负载组成时，必须做到理论分析与实际相吻合。 图10-1 液压系统执行元件的负载图和速度图 a) 负载图 b)速度图 负载一般包括：工作负载（切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、重力等）、阻力负载（摩擦力、背压力）和惯性力等。对复杂的液压系统，根据工艺要求，需绘制出如图10-1（a）所示的负载图（负载——位移曲线）和如图10-1（b）所示的速度图（速度－位移曲线）。以确定系统的工作压力和流量。当然也可以用表格表示负载图和速度图。 2．确定主要参数 液压系统的主要参数是指液压执行元件的工作压力和最大流量。 执行元件的工作压力，可以根据负载图中的最大负载来选取（见表10-1），也可根据主机的类型来选取（见表10-2）。最大流量可由液压执行元件速度图中的最大速度计算出来。工作压力和最大流量的确定都与液压执行元件的结构参数（指液压缸的有效工作面积液压马达的排量）有关。一般的做法是先选定液压执行元件的工作压力，再按最大负载和预估的液压执行元件的机械效率求出和，通过各种必要的验算、修正和圆整成标准值后定下这些结构参数，最后再算出最大流量来。在机床的液压系统中，工作压力需选得小些，这对提高系统的可靠性、低速稳定性和降低噪声非常有利，但会造成结构尺寸变大，使造价升高。 表10-1 按负载选择液压执行元件的工作压力 负载F/(kN) ＜5 5~10 10~20 20~30 30~50 ＞50 工作压力p/(MPa） ＜0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ＞5~7 表10-2 按主机类型选择液压执行元件的工作压力 主机类型 机床 农业机械小型工程机械工程机械辅助机构 塑料机械 液压机中、大型工程机械起重运输机械 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力p/(MPa） ≤2 3~5 ≤8 8~10 10~16 6~25 20~32 有些主机（比如机床）的液压系统对液压执行元件有最低稳定速度要求，这时需使液压缸或马达的结构参数和符合下述要求： （10-1） 式中 ——节流阀、调速阀或变量泵的最小稳定流量，由产品性能表查出； ——液压缸应达到的最低运动速度； ——液压马达应达到的最低运动速度。 当验算结果不能满足要求时，就必须修改和的值，这些执行元件的结构参数（如活塞直径、活塞杆等）需圆整成标准值（见国标和）。 在执行元件主要结构参数确定后，就可由负载图和速度图画出执行元件的工况图，即执行元件的在一个工作循环中的工作压力、输入流量、输入功率对位移或时间的变化曲线图，如图10-2所示。当系统中有多个执行元件时，把各个执行元件的流量图、功率图按系统总的工作循环综合得到流量图和总功率图。执行元件的工况图显示系统在整个循环回路中压力、流量、功率的分布情况及最大值所在的位置，是选择液压元件、液压基本回路的依据，也是拟定液压系统方案的依据。 这是因为 1）液压泵和各种控制阀的规格是