1、液壓與氣壓傳動第9章 液壓系統的設計計算29.1 液壓傳動的設計步驟液壓傳動的設計步驟9.2 液壓傳動的設計計算舉例液壓傳動的設計計算舉例 第9章 液壓系統的設計計算39.1液壓系統的設計步驟液壓系統的設計步驟9.1.1明確系統的設計要求明確系統的設計要求9.1.2分析系統工況，確定主要參數分析系統工況，確定主要參數9.1.3擬定液壓系統圖擬定液壓系統圖9.1.4液壓元件計算與選擇液壓元件計算與選擇9.1.5液壓系統的性能驗算液壓系統的性能驗算9.1.6繪制工作圖、編制技術文件繪制工作圖、編制技術文件第9章 液壓系統的設計計算4 設計液壓系統時應首先明確主機對液壓系統在動作、性能、工作環境等方

2、面的要求，液壓系統設計步驟大體上可按圖9-1所示的內容和流程進行。 圖圖9-1 液壓傳動系統的一般設計流程液壓傳動系統的一般設計流程 第9章 液壓系統的設計計算59.1.1 明確系統的設計要求明確系統的設計要求 設計液壓系統時，首先要對液壓主機的工況進行分析，具體包括：1主機的用途、總體布局、對液壓裝置的位置和空間尺寸的限制。2主機的工作循環，液壓系統應完成的動作，動作順序或互鎖要求，以及自動化程度的要求。3液壓執行元件的負載和運動速度的大小及其變化范圍，運動平穩性、定位精度及轉換精度等的要求。4液壓系統的工作環境和工作條件。5工作效率、安全性、可靠性以及經濟性等的要求。第9章 液壓系統的設計

3、計算69.1.2 分析系統工況，確定主要參數分析系統工況，確定主要參數1.1. 工況分析工況分析包括動力參數分析和運動參數分析兩個部分。 1 1）動力參數分析）動力參數分析 將各執行元件在各階段所需克服的負載用圖9-2a所示的負載-位移（F-l）曲線表示，稱為負載圖。 第9章 液壓系統的設計計算7 a) a) 負載圖負載圖 b) b) 速度圖速度圖圖圖9-2 液壓系統執行元件的負載圖和速度圖液壓系統執行元件的負載圖和速度圖 1- 啟動加速啟動加速 2- 快進快進 3- 工進工進 4- 制動制動 5- 摩擦力摩擦力 6- 切削力切削力 7- 密封及背壓阻力密封及背壓阻力 8- 慣性力慣性力 第9

4、章 液壓系統的設計計算82）運動參數分析）運動參數分析 其在各階段的速度用9-2b所示的速度-位移（v-l）曲線表示，稱為速度圖。 液壓缸驅動執行機構進行直線往復運動時，所受到的外負載為:afLFFFF(9-1)（1）工作負載LF第9章 液壓系統的設計計算9（2）摩擦阻力負載fFNfFfF （9-29-2） （3）慣性負載aFaGvFmagt (9-3) 除以上的負載力外，液壓缸的受力還有粘性阻力、密封阻力和背壓阻力等。液壓馬達的負載力矩的計算方法與液壓缸相似。第9章 液壓系統的設計計算102. 確定主要參數確定主要參數 執行元件的工作壓力，可以根據負載圖中的最大負載來選擇 （見表9-1），也

5、可以根據主機類型來選擇（見表9-2）；而最大流量則由執行元件速度圖中的最大速度計算出來。一般的做法是，先選定工作壓力p，再按最大負載和預估的機械效率求出A或 ，并進行驗算、修正和圓整最后再算出最大流量。minminminmin (2/60)vn或 在本步驟的驗算中，必須使執行元件的最低工作速度符合下述要求：minminvAqminminMVq液壓缸 液壓馬達 MV第9章 液壓系統的設計計算11表9-1 按負載選擇執行元件工作壓力負載F（N）50000 工作壓力p（MPa）0.81 1.52 2.53 3445 57 表表9-2 9-2 按主機類型選擇執行元件工作壓力按主機類型選擇執行元件工作壓

6、力主機類型 機床農業機械、小型工程機械、工程機械輔助機構液壓機、大型挖掘機、重型機械、起重運輸機械 磨床組合機床 龍門刨床 拉床 工作壓力 p（MPa） 235 8810 1016 2032 這些執行元件的結構參數最后還必須圓整成標準值（見國標GB2347-80和GB/T2348-93）。 第9章 液壓系統的設計計算123. 繪制液壓執行元件工況圖繪制液壓執行元件工況圖 在執行元件結構參數確定之后，根據設計任務要求，算出工作循環各階段中的實際工作壓力、流量和功率。這時就可繪制出工況圖 ，如圖9-3所示。圖9-3 執行元件的工況圖 1-啟動加速啟動加速2- 快進快進3- 工進工進4- 制動制動

7、第9章 液壓系統的設計計算139.1.3 擬定液壓系統圖擬定液壓系統圖1.液壓系統類型的分析與選擇 2.液壓回路的分析與選擇 3.液壓系統圖的擬定 第9章 液壓系統的設計計算149.1.4 液壓元件計算與選擇液壓元件計算與選擇1.1.液壓泵的選擇液壓泵的選擇 根據液壓泵最大工作壓力和最大供油流量，從產品樣本中選取合適的型號和規格。為了工作安全可靠，通常泵的額定壓力應選得比上述最大工作壓力高20%60%，額定流量則只須選得能滿足上需要即可。其驅動電機的功率一般可以直接從產品樣本上查到。 2.2.閥類元件的選擇閥類元件的選擇第9章 液壓系統的設計計算15表9-3 進油路壓力損失經驗值系統結構情況總

8、壓力損失 (MPa）一般節流調速及管路簡單的系統0.20.5進油路有調速閥及管路復雜的系統0.51.5p3. 液壓閥配置形式的選擇液壓閥配置形式的選擇閥類元件在液壓站上的配置形式主要有三種： （1）疊加閥式 （2）油路板式 （3）集成塊式 第9章 液壓系統的設計計算169.1.5 液壓系統的性能驗算液壓系統的性能驗算1. 液壓系統壓力損失的驗算液壓系統壓力損失的驗算 壓力損失包括管道內的沿程損失和局部損失以及閥類元件的局部損失三項。管道內的壓力損失可通過公式計算，閥類的壓力損失可從產品樣本中查。 當通過閥類元件的實際流量q不是其公稱流量 時，nq2)(nnqqpp（9-4）第9章 液壓系統的設

9、計計算172. 液壓系統發熱溫升驗算液壓系統發熱溫升驗算 利用熱平衡原理，例如，當油箱三個邊的尺寸比例在1:1:1到1:2:3之間、油面高度是油箱高度的80%且油箱通風情況良好時，有 ：2o3210 ( C)QTV（9-5） 當驗算出來的油液溫升值超過允許數值時，系統中必須考慮設置適當的冷卻器。 油箱中油液的允許的溫升隨主機而異。第9章 液壓系統的設計計算189.1.6 繪制工作圖、編制技術文件繪制工作圖、編制技術文件 工作圖一般包括液壓系統圖、液壓系統裝配圖，液壓缸等非標準元件裝配圖及零件圖。液壓系統圖應附有液壓元件明細表。液壓系統裝配圖是液壓系統的安裝施工圖。編制技術文件一般包括設計計算說

10、明書、液壓系統使用及維修技術說明書，零部件目錄表、標準件、通用件及外購件匯總表等。第9章 液壓系統的設計計算199.2.1工況分析工況分析9.2.2確定執行元件主要參數確定執行元件主要參數9.2.3液壓系統圖的擬定液壓系統圖的擬定9.2.4液壓元件的選擇液壓元件的選擇9.2.5液壓系統的性能驗算液壓系統的性能驗算第9章 液壓系統的設計計算20 本節以一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統設計實例來說明組合機床液壓系統的設計過程。已知機床各參數如下： 軸向切削力 移動部件總重力 G（N）快進行程長 工進行程長 快進、快退速度 工進速度 加速、減速時間 靜摩擦系數 動摩擦系數 液壓缸的機械效率 30

11、00095001005050.050.20.20.10.9mdfsf( )t s2(/min)vm13(/min)vvm、2()l mmLtFF N、（ ）1l mm()設計要求滑臺實現“快進工進死擋鐵停留快退原位停止”的工作循環。第9章 液壓系統的設計計算219.2.1工況分析工況分析因為工作部件是臥式裝置 ，則慣性力 ，導軌的靜摩擦力和動摩擦力 轉化到水平方向分別為：NNtvgGtvmFa404602 . 08 . 959500NNFfFNsfs190095002 . 0NNFfFNdfd95095001 . 0第9章 液壓系統的設計計算22表9-4 液壓缸在各工作階段的負載值工況 負載組

12、成 負載值 F（N） 推力起動 19002111加速 13541504快進 9501056工進 3095034389快退 9501056fsFF mfdFFFfdFF fdtFFFfdFF)(NFm 這里暫不考慮回油腔的背壓力。因此液壓缸在各個工作階段的負載如表9-4所示。負載圖、速度圖分別見圖9-4a、9-4b。第9章 液壓系統的設計計算23 a) 負載圖負載圖 b) 速度圖速度圖 圖圖9-4 組合機床液壓缸負載圖和速度圖組合機床液壓缸負載圖和速度圖 第9章 液壓系統的設計計算249.2.2確定執行元件主要參數確定執行元件主要參數211122112pApApApAFm1 1）系統壓力）系統壓

13、力3 3）液壓缸面積）液壓缸面積2 2）背壓）背壓由工進時的推力計算液壓缸面積：第9章 液壓系統的設計計算25故有：226211960096. 010)28 . 04(34389)2(cmmppFAm1411.06,0.7077.82ADcm dDcm將這些直徑按GB2348-80圓整成就近標準值得： 11,8Dcm dcm由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為2222212()95.00,44.7544DDdAcmAcm 則液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率值，如表9-5所示，工況圖如圖9-5所示。第9章 液壓系統的設計計算26表表9-5 液壓缸在不同階段的壓力、流量和功率值液壓缸在不同階

14、段的壓力、流量和功率值 第9章 液壓系統的設計計算27圖圖9-5 液壓缸工況圖液壓缸工況圖 第9章 液壓系統的設計計算289.2.3液壓系統圖的擬定液壓系統圖的擬定1. 液壓回路的選擇液壓回路的選擇2. 擬定液壓系統圖擬定液壓系統圖3. 液壓閥配置形式的選擇液壓閥配置形式的選擇 第9章 液壓系統的設計計算29圖圖9-6 液壓系統原理圖液壓系統原理圖 第9章 液壓系統的設計計算30圖圖9-7 疊加閥式液壓系統原理疊加閥式液壓系統原理圖圖 第9章 液壓系統的設計計算319.2.4 液壓元件的選擇液壓元件的選擇1. 液壓泵液壓泵1）壓力）壓力2）流量）流量 兩個液壓泵應向液壓缸提供的最大流量為25.

15、13 L/min,若回路中的泄漏按液壓缸輸入流量的10%估計，則兩個泵的總流量為:min/64.27min/13.251 . 1LLqp第9章 液壓系統的設計計算32 根據以上壓力和流量的數值查閱產品目錄，最后確定選取最后確定選取PV2R12-6/26型雙聯葉片泵型雙聯葉片泵，其小液壓泵和大液壓泵的排量分別為6mL/r和26mL/r 3）驅動電機）驅動電機 根據計算的來的數值查閱電機產品目錄，選取選取Y100L-6型電動機。型電動機。 第9章 液壓系統的設計計算332. 閥類元件及輔助元件閥類元件及輔助元件各元件見表9-6與表9-7所示3. 油管油管 壓缸無桿腔與有桿腔相連的油管都按YB231

16、-70選用內徑15mm、外徑18.2mm的15號冷拔無縫鋼管。第9章 液壓系統的設計計算34序號元件名稱估計通過流量（L.min-1）型號及規格1過濾器30XU-J63X80 2雙聯葉片泵5.1+22PV2R-6/263壓力表開關-KF3-E3B4單向閥25AF3-Ea10B 5溢流閥5YF3-E10B 6三位五通電磁閥 6035DY-E10B 7單向閥 60AF3-Ea10B 8壓力繼電器-PF-B8L 9行程閥50AXQ-E10B 10調速閥0.511單向閥 6012單向閥 25AF3-Ea10B 13背壓閥 0.5YF3-E10B 14液控順序閥 25XF3-E10B 表表9-6 元件的

17、型號及規格元件的型號及規格 第9章 液壓系統的設計計算35序號元件名稱估計通過流量（L.min-1）型號及規格1過濾器30XU-J63X80 2雙聯葉片泵5.1+22PV2R-6/263底板塊 27.1EDKA-10 4壓力表 Y-100T 5壓力表開關 -4K-F10D3 6壓力繼電器 -PD-F10D3-A 7液控順序閥 25X-F10D3-P/T(P1) 8溢流閥 5Y1-F10D3-P/T 9電磁單向調速閥 -Q1AD-F6/10D3-B 10單向閥 25A-F10D3-T 11背壓閥 0.5PA-Fa6/10D3-B(A) 12單向閥 25A-F10D3-T 13單向閥 60A-F10D3-T 14三位五通電磁閥 6035DY-E10B 表表9-7 元件的型號及規格（疊加閥系列）元件的型號及規