液壓傳動系統設計與計算1明確設計要求進行工況分析在設計液壓系統時，首先應明確以下問題，并將其作為設計依據。主機的用途、工藝過程、總體布局以及對液壓傳動裝置的位置和空間尺寸的要求；主機對液壓系統的性能要求，如自動化程度、調速范圍、運動平穩性、換向定位精度以及對系統的效率、溫升等的要求；液壓系統的工作環境，如溫度、濕度、振動沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質存在等情況。在上述工作的基礎上，應對主機進行工況分析，工況分析包括運動分析和動力分析，對復雜的系統還需編制負載和動作循環圖，由此了解液壓缸或液壓馬達的負載和速度隨時間變化的規律，以下對工況分析的內容作具體介紹。1.1運動分析主機的執行元件按工藝要求的運動情況，可以用位移循環圖(Lt)，速度循環圖(vt)，或速度與位移循環圖表示，由此對運動規律進行分析。1.1.1位移循環圖Lt圖1.1為液壓機的液壓缸位移循環圖，縱坐標L表示活塞位移，橫坐標t表示從活塞啟動到返回原位的時間，曲線斜率表示活塞移動速度。圖1.1位移循環圖1.1.2速度循環圖vt(或vL)工程中液壓缸的運動特點可歸納為三種類型。圖1.2為三種類型液壓缸的vt圖，第一種如圖1.2中實線所示，液壓缸開始作勻加速運動，然后勻速運動，圖1.2速度循環圖最后勻減速運動到終點；第二種，液壓缸在總行程的前一半作勻加速運動，在另一半作勻減速運動，且加速度的數值相等；第三種，液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運動，然后勻減速至行程終點。vt圖的三條速度曲線，不僅清楚地表明了三種類型液壓缸的運動規律，也間接地表明了三種工況的動力特性。1.2動力分析動力分析，是研究機器在工作過程中，其執行機構的受力情況，對液壓系統而言，就是研究液壓缸或液壓馬達的負載情況。1.2.1液壓缸的負載及負載循環圖1.2.1.1液壓缸的負載力計算工作機構作直線往復運動時，液壓缸必須克服的負載由六部分組成：bmgifcFFFFFFF(1.1)式中：Fc為切削阻力；Ff為摩擦阻力；Fi為慣性阻力；Fg為重力；Fm為密封阻力；Fb為排油阻力。1.2.1.2液壓缸運動循環各階段的總負載力液壓缸運動循環各階段的總負載力計算，一般包括啟動加速、快進、工進、快退、減速制動等幾個階段，每個階段的總負載力是有區別的。(1)啟動加速階段：這時液壓缸或活塞處于由靜止到啟動并加速到一定速度，其總負載力包括導軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機械效率m=0.9計算)、重力和慣性力等項，即：bmgifFFFFFF(1.2)(2)快速階段：bmgfFFFFF(1.3)(3)工進階段：bmgfcFFFFFF(1.4)(4)減速：bmgifFFFFFF(1.5)對簡單液壓系統，上述計算過程可簡化。例如采用單定量泵供油，只需計算工進階段的總負載力，若簡單系統采用限壓式變量泵或雙聯泵供油，則只需計算快速階段和工進階段的總負載力。1.2.2液壓馬達的負載工作機構作旋轉運動時，液壓馬達必須克服的外負載為：ifeMMMM(1.6)1.2.2.1工作負載力矩Me。工作負載力矩可能是定值，也可能隨時間變化，應根據機器工作條件進行具體分析。1.2.2.2摩擦力矩Mf。為旋轉部件軸頸處的摩擦力矩，其計算公式為：)(MNGFRMf(1.7)式中：G為旋轉部件的重量(N)；f為摩擦因數，啟動時為靜摩擦因數，啟動后為動摩擦因數；R為軸頸半徑(m)。1.2.2.3慣性力矩Mi。為旋轉部件加速或減速時產生的慣性力矩，其計算公式為：)(MNtJMi(1.8)式中：為角加速度(r/s2)；為角速度的變化(r/s)；t為加速或減速時間(s)；J為旋轉部件的轉動慣量(2mKg)，。GGDJ412式中：2GD為回轉部件的飛輪效應(2MN)。各種回轉體的2GD可查機械設計手冊。根據式(1.6)，分別算出液壓馬達在一個工作循環內各階段的負載大小，便可繪制液壓馬達的負載循環圖2確定液壓系統主要參數2.1液壓缸的設計計算2.1.1初定液壓缸工作壓力液壓缸工作壓力主要根據運動循環各階段中的最大總負載力來確定，此外，還需要考慮以下因素：2.1.1.1各類設備的不同特點和使用場合。2.1.1.2考慮經濟和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重；壓力選得高一些，則元件尺寸小，重量輕，但對元件的制造精度，密封性能要求高。所以，液壓缸的工作壓力的選擇有兩種方式：一是根據機械類型選；二是根據切削負載選。如表2.1、表2.2所示。表2.1按負載選執行文件的工作壓力負載/N50005001000010000200002000030000300005000050000工作壓力/M