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1、液压系统设计液压系统设计第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第1页，共37页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 液压系统设计步骤和内容液压系统设计步骤和内容明确液压系统设计要求明确液压系统设计要求执行元件运动负载分析执行元件运动负载分析确定执行元件主要参数确定执行元件主要参数拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图选择液压元件选择液压元件验算液压系统性能验算液压系统性能绘工作图，编技术文件绘工作图，编技术文件是是否否通通过过是是否否第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第2页，共37页，编辑于2022年，星期日一、明确液压系统设计要求一、明
2、确液压系统设计要求动作要求动作要求运动及方式运动及方式工作循环和动作周期工作循环和动作周期同步、互锁和配合要求同步、互锁和配合要求负载条件负载条件速度要求速度要求工作行程工作行程运动平稳性和精度运动平稳性和精度工作可靠性工作可靠性性能要求性能要求环境要求环境要求环境温度、湿度、尘埃、通风环境温度、湿度、尘埃、通风易燃易爆、振动、安装空间易燃易爆、振动、安装空间第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第3页，共37页，编辑于2022年，星期日二、执行元件工况分析二、执行元件工况分析l分析执行元件运动和负载分析执行元件运动和负载l了解执行元件速度和负载变化的规律了解执行元件
3、速度和负载变化的规律l绘制执行元件工况图（绘制执行元件工况图（v-sv-s、F-sF-s曲线）曲线）l确定系统主要参数（确定系统主要参数（p p、q q）的依据）的依据l拟定液压系统图的依据拟定液压系统图的依据运动分析运动分析负载分析负载分析第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第4页，共37页，编辑于2022年，星期日1.1.运动分析运动分析l研究执行元件的研究执行元件的工作要求和运动工作要求和运动规律规律l绘制执行元件的绘制执行元件的工作循环图和速工作循环图和速度循环图度循环图(v-s(v-s或或v-tv-t曲线曲线)第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液
4、压技术车辆液压技术第5页，共37页，编辑于2022年，星期日2.负载分析负载分析l研究执行元件的研究执行元件的负载要求负载要求l绘制执行元件绘制执行元件的负载循环图的负载循环图 (F-s(F-s或或F-tF-t曲线曲线)第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第6页，共37页，编辑于2022年，星期日液压缸负载分析：液压缸负载分析：F=F=FL+Ff+Fa工作负载工作负载FL机床：缸轴线方向的切向力机床：缸轴线方向的切向力液压机：工件的压制抗力液压机：工件的压制抗力摩擦阻力：运动部件与支承面间的摩擦阻力：运动部件与支承面间的摩擦力摩擦力Ff=f FN摩擦阻力负摩擦阻力负
5、载载Ff惯性负载惯性负载Fa惯性负载：运动部件速度变化时，惯性负载：运动部件速度变化时，由其惯性而产生的负载：由其惯性而产生的负载：第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第7页，共37页，编辑于2022年，星期日三、确定执行元件主要参数三、确定执行元件主要参数l初选执行元件的工作压力初选执行元件的工作压力l确定执行元件的几何参数确定执行元件的几何参数l确定执行元件的最大流量确定执行元件的最大流量l复算执行元件的工作压力复算执行元件的工作压力l绘制执行元件的工况图绘制执行元件的工况图第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第8页，共37页，编辑于
6、2022年，星期日1.初选执行元件的工作压力初选执行元件的工作压力l工作压力是确定执行元件结构参数的主要工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，影响执行元件的尺寸和成本，及液依据，影响执行元件的尺寸和成本，及液压系统性能压系统性能l工作压力选高：执行元件和系统的结构紧凑，工作压力选高：执行元件和系统的结构紧凑，但元件的强度、刚度及密封要求高，要用高但元件的强度、刚度及密封要求高，要用高压泵压泵l工作压力选底：增大执行元件及系统尺寸，工作压力选底：增大执行元件及系统尺寸，结构变得庞大。结构变得庞大。根据总负载值初选根据总负载值初选根据主机设备类型初选根据主机设备类型初选第七章第七章 液压系统设
7、计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第9页，共37页，编辑于2022年，星期日（1 1）负载与工作压力的关系）负载与工作压力的关系负载F/kN1010202030305050p/MPa0.81.21.52.53.04.04.05.05.0（2 2）各类液压设备常用工作压力）各类液压设备常用工作压力设备类型精加工机床半精加工机床粗加工或重型机床农业机械、小型工程机械液压机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输机械p/MPa0.823551010162032第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第10页，共37页，编辑于2022年，星期日2.确定执行元件的几何参数确定执行
8、元件的几何参数（1）液压缸）液压缸l有效工作面积：有效工作面积：l根据根据A确定液压缸的确定液压缸的D和和dl最低稳定速度验算：最低稳定速度验算：l若验算结果不满足，若验算结果不满足，则说明所设计的结构则说明所设计的结构尺寸和方案达不到所尺寸和方案达不到所需低速，必须修改需低速，必须修改lF-负载负载lom-机械效率机械效率lP-工作压力工作压力lqmin-流量阀的最流量阀的最小稳定流量小稳定流量lVmin-液压缸所液压缸所需的最低稳定需的最低稳定速度速度第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第11页，共37页，编辑于2022年，星期日（2）液压马达）液压马达l计算马
9、达排量：计算马达排量：l从产品样本中选型号从产品样本中选型号l最低稳定转度验算：最低稳定转度验算：l若验算结果不满足，若验算结果不满足，则说明所设计的结构则说明所设计的结构尺寸和方案达不到所尺寸和方案达不到所需低速，必须修改需低速，必须修改lT-总负载转矩总负载转矩lMm-机械效率机械效率lP-工作压力工作压力lqmin-输入马达最输入马达最低稳定流量低稳定流量lnmin-马达所需最马达所需最低稳定速度低稳定速度第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第12页，共37页，编辑于2022年，星期日3.确定执行元件的最大流量确定执行元件的最大流量（1）液压缸）液压缸（2）液
10、压马达）液压马达选择液压泵和其它选择液压泵和其它液压元件型号中流液压元件型号中流量参数的依据量参数的依据第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第13页，共37页，编辑于2022年，星期日4.复算执行元件的工作压力复算执行元件的工作压力l当液压缸的当液压缸的D、d和液压马达的和液压马达的V计算出来后，计算出来后，根据系列标准经过圆整，应根据圆整值对根据系列标准经过圆整，应根据圆整值对工作压力进行复算工作压力进行复算l因没有考虑回油路背压，在结构参数因没有考虑回油路背压，在结构参数D、d、V确定后，选取适当的背压估算值复算工确定后，选取适当的背压估算值复算工作压力作压力第
11、七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第14页，共37页，编辑于2022年，星期日执行元件背压的估算值：执行元件背压的估算值：液压系统类型背压/MPa中低压系统(08 MPa)简单系统，一般轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的调速系统0.50.8回油路带背压阀0.51.5带补油路的闭式回路0.81.5中高压系统(816MPa)同上比中低压系统高50%100%高压系统(1632MPa)如锻压机械等初算时背压可忽略不计第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第15页，共37页，编辑于2022年，星期日5.绘制执行元件的工况图绘制执行元件的工况
12、图（1）绘制工况图）绘制工况图l压力图压力图l流量图流量图l功率图功率图（2）工况图作用）工况图作用l直观方便找出最大压力、流量、直观方便找出最大压力、流量、功率，选择泵和原动机的依据功率，选择泵和原动机的依据l指导选择系统中液压元件指导选择系统中液压元件l有助于选择基本回路有助于选择基本回路l为修正设计提供依据为修正设计提供依据第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第16页，共37页，编辑于2022年，星期日四、拟定液压系统原理图四、拟定液压系统原理图l拟定液压系统原理图是整个液压系统设计拟定液压系统原理图是整个液压系统设计中最重要的一环中最重要的一环l一般方法：根
13、据设备的性能要求选择合理的液一般方法：根据设备的性能要求选择合理的液压基本回路；再将基本回路有机地组合成一个压基本回路；再将基本回路有机地组合成一个完整的液压系统完整的液压系统液压回路的选择液压回路的选择液压回路的综合液压回路的综合第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第17页，共37页，编辑于2022年，星期日1.液压回路的选择液压回路的选择（1）确定供油方式）确定供油方式l 一般根据液压系统的工作压力、流量、转速、一般根据液压系统的工作压力、流量、转速、效率、定量或变量等来选择液压泵效率、定量或变量等来选择液压泵 定量泵与变量泵比较定量泵与变量泵比较定量泵变量泵结
14、构简单复杂功率损失小损失大效率低高温升大小价格便宜贵第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第18页，共37页，编辑于2022年，星期日液压泵种类与特性液压泵种类与特性齿轮泵叶片泵柱塞泵轴向式径向式额定压力/MPa252835100排量/mLr-115001350410006500最高转速/rmin-190040001200300050001800总效率/%7590759085958092适用粘度/mm2s-1205002020020200自吸能力非常好好差变量能力不能能好输出压力脉动大小中污染敏感度大小小噪声小大小中中大适用场合工程机械、车辆机床冶金、锻压、建筑机械第
15、七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第19页，共37页，编辑于2022年，星期日（2）确定调速方法）确定调速方法l 除满足速度要求外，还应考虑液压系统的功率、调速范围、除满足速度要求外，还应考虑液压系统的功率、调速范围、速度刚度、温升、经济性等要求速度刚度、温升、经济性等要求 定量泵与变量泵比较定量泵与变量泵比较调速方法节流调速容积调速联合调速进油路回油路适用中小功率、速度不高功率较大调速范围大中等功率温升小效率高速度刚度好压力控制方便承受负值负载应用组合机床机床类：车、镗、钻、磨组合机床，刨、拉、液压机、注塑机组合机床第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压
16、技术车辆液压技术第20页，共37页，编辑于2022年，星期日（3）速度换接回路选择）速度换接回路选择l 速度换接回路的形式常用行程阀或电磁阀速度换接回路的形式常用行程阀或电磁阀来实现来实现 行程阀与电磁阀比较行程阀与电磁阀比较阀类行程阀电磁阀特点换接平稳工作可靠换接位置精度较高结构简单控制灵活调整方便第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第21页，共37页，编辑于2022年，星期日（4）换向回路选择）换向回路选择l 根据执行元件对换向性能要求，选择换向阀根据执行元件对换向性能要求，选择换向阀机能和控制方式机能和控制方式 换向阀控制方式比较换向阀控制方式比较控制方式电磁
17、阀电液阀行程阀手动阀特点操作方便便于布置低速换向部件重流量大换向速度可调换向平稳换向精度高换向动作频繁工作持续时间短操作安全第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第22页，共37页，编辑于2022年，星期日（5）压力控制回路选择）压力控制回路选择l 节流调速中：常用溢流阀组成恒压控制回路节流调速中：常用溢流阀组成恒压控制回路l 容积调速和容积节流调速中：常用溢流阀组容积调速和容积节流调速中：常用溢流阀组成限压安全保护回路成限压安全保护回路（6）其它回路的设置）其它回路的设置l 根据液压系统要求根据液压系统要求 l 可设置卸荷回路、减压回路、增压回路、可设置卸荷回路、减
18、压回路、增压回路、多级调压回路、远程调压回路、顺序动作回多级调压回路、远程调压回路、顺序动作回路、同步回路等路、同步回路等第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第23页，共37页，编辑于2022年，星期日2.液压回路的综合液压回路的综合 液压基本回路确定后，即可综合成完整的液压液压基本回路确定后，即可综合成完整的液压系统。注意系统。注意 如下几点：如下几点：l 综合成的液压系统应保证其循环时的每一个动综合成的液压系统应保证其循环时的每一个动作要求都安全可靠、相互间互不干涉作要求都安全可靠、相互间互不干涉l 综合成的液压系统应尽量选用标准元件，力求综合成的液压系统应尽量
19、选用标准元件，力求做到系统结构简单做到系统结构简单l 尽可能使液压系统经济合理，便于维修检测尽可能使液压系统经济合理，便于维修检测第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第24页，共37页，编辑于2022年，星期日五、液压元件的计算和选择五、液压元件的计算和选择l通过计算各液压元件在工作中承受的压力通过计算各液压元件在工作中承受的压力和通过的流量，来确定各元件的规格和型和通过的流量，来确定各元件的规格和型号号液压泵的选择液压泵的选择阀类元件的选择阀类元件的选择液压辅助元件的选择液压辅助元件的选择第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第25页，共
20、37页，编辑于2022年，星期日1.液压泵的选择液压泵的选择首先选择泵的类型，首先选择泵的类型，然后再计算确定泵的规格然后再计算确定泵的规格（1）确定泵的最高工作压力）确定泵的最高工作压力pPpmax执行元件的最大工作压力执行元件的最大工作压力p 管路总压力损失。初步估算时，一管路总压力损失。初步估算时，一般节流调速和管路简单的系统取般节流调速和管路简单的系统取0.20.5MPa；有调速阀和管路较复杂的系统取；有调速阀和管路较复杂的系统取0.51.5MPa。第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第26页，共37页，编辑于2022年，星期日（2）确定泵的最大供油量）确定
21、泵的最大供油量qPK系统泄漏系数，一般取系统泄漏系数，一般取1.11.3qmax 同时工作的执行元件流量之和的最大值。同时工作的执行元件流量之和的最大值。（3）选择液压泵规格）选择液压泵规格液压泵的额定压力液压泵的额定压力pn液压泵的额定流量液压泵的额定流量qn第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第27页，共37页，编辑于2022年，星期日（4）确定泵驱动功率）确定泵驱动功率 使用定量泵时的驱动功率使用定量泵时的驱动功率Pnp 液压泵的工作压力液压泵的工作压力(Pa)q 液压泵流量液压泵流量(m3/s)p液压泵的液压泵的总效率总效率 使用限压式变量泵时的驱动功使用限
22、压式变量泵时的驱动功率率PnpB 变量泵的拐点压力变量泵的拐点压力(Pa)qB 变量泵拐点流量变量泵拐点流量(m3/s)p变量泵的变量泵的总效率总效率第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第28页，共37页，编辑于2022年，星期日2.阀类元件的选择阀类元件的选择根据阀的最大工作压力和流经阀的最大流量根据阀的最大工作压力和流经阀的最大流量来选择阀的规格来选择阀的规格阀的额定压力阀的额定压力系统最高工作压力系统最高工作压力阀的额定流量阀的额定流量系统实际通过阀的最大流量系统实际通过阀的最大流量选择压力阀时应考虑调压范围选择压力阀时应考虑调压范围选择流量阀时应注意其最小稳
23、定流量选择流量阀时应注意其最小稳定流量选择换向阀时除考虑压力、流量外，还应考虑选择换向阀时除考虑压力、流量外，还应考虑中位机能及操纵方式中位机能及操纵方式第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第29页，共37页，编辑于2022年，星期日六、液压系统的性能验算六、液压系统的性能验算液压系统压力损失的验算液压系统压力损失的验算液压系统发热温升的验算液压系统发热温升的验算第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第30页，共37页，编辑于2022年，星期日1.液压系统压力损失验算液压系统压力损失验算前面确定泵最高压力时压力损失作粗略估算前面确定泵最高压
24、力时压力损失作粗略估算现在液压系统已完全确定，需验算管路总压力损失现在液压系统已完全确定，需验算管路总压力损失若验算与估算相差较大，则应对原设计进行修正若验算与估算相差较大，则应对原设计进行修正对较简单液压系统，压力损失验算可忽略不计对较简单液压系统，压力损失验算可忽略不计（1）执行元件为液压缸时）执行元件为液压缸时lF-负载负载lcm-机械效率机械效率lA1-进油腔面积进油腔面积lA2-回油腔面积回油腔面积lp1-进油管总压力进油管总压力损失损失lp2-回油管总压力回油管总压力损失损失第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第31页，共37页，编辑于2022年，星期日
25、（2）执行元件为液压马达时）执行元件为液压马达时lT-马达输出转矩马达输出转矩lMm-机械效率机械效率lV-液压马达排量液压马达排量lp1-进油管总压力进油管总压力损失损失lp2-回油管总压力回油管总压力损失损失（3）总压力损失）总压力损失总压力损失总压力损失=管路沿程压力损失管路沿程压力损失+管路局部压力损失管路局部压力损失+阀类阀类元件局部压力损失元件局部压力损失第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第32页，共37页，编辑于2022年，星期日2.液压系统发热温升验算液压系统发热温升验算系统压力损失、机械损失、容积损失大都转系统压力损失、机械损失、容积损失大都转变
26、为热能，使系统发热，油温升高，产生不变为热能，使系统发热，油温升高，产生不良后果、影响正常工作良后果、影响正常工作必需控制油液温升必需控制油液温升t在许可范围之内：在许可范围之内：机床系统：机床系统：t2530 工程机械：工程机械：t3540 精密机床：精密机床：t1015散热元件：主要为油箱和冷却装置散热元件：主要为油箱和冷却装置第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第33页，共37页，编辑于2022年，星期日（1）系统发热量计算）系统发热量计算lP-液压泵的输入功率液压泵的输入功率l-液压系统的总效率液压系统的总效率 =PCM(泵、回路、执行泵、回路、执行元件效率
27、的乘积元件效率的乘积)如在工作循环中泵输出的功率不一样，则如在工作循环中泵输出的功率不一样，则可按各阶段的发热量求出系统单位时间的平可按各阶段的发热量求出系统单位时间的平均发热量：均发热量：lT-工作循环周期时间工作循环周期时间lti-第第i工作段时间工作段时间lPi-第第i工作段泵输入功工作段泵输入功率率li-第第i工作段系统总效工作段系统总效率率第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第34页，共37页，编辑于2022年，星期日（2）系统散热量计算）系统散热量计算lh-散热系数散热系数lA-油箱的散热面积油箱的散热面积lt-系统温升系统温升l当油箱边长之比为当油箱边
28、长之比为1:1:1到到1:2:3范围内，且油位是范围内，且油位是油箱高度的油箱高度的0.8倍时，倍时，A可由左式近似计算可由左式近似计算lV-油箱有效容积油箱有效容积(L)lA-散热面积散热面积(m2)（3）系统热平衡温度验算）系统热平衡温度验算t过大，可增大油箱过大，可增大油箱散热面积或增设冷却散热面积或增设冷却装置装置第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第35页，共37页，编辑于2022年，星期日七、绘制工作图和编制技术文件七、绘制工作图和编制技术文件l液压系统原理图液压系统原理图l非标准件的装配图非标准件的装配图和零件图和零件图l液压系统装配图液压系统装配图绘
29、制绘制工作图工作图l液压元件明细表液压元件明细表l工作循环图工作循环图l电磁铁或压力继电器电磁铁或压力继电器工作状态表工作状态表l泵站装配图泵站装配图l集成油路装配图集成油路装配图l管路装配图管路装配图l电气线路图电气线路图l液压系统设计计算说明书液压系统设计计算说明书l液压系统使用及维护技术说明书液压系统使用及维护技术说明书l零部件目录表、标准件通用件及外购件零部件目录表、标准件通用件及外购件总表总表编制编制技术文件技术文件第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第36页，共37页，编辑于2022年，星期日学习要求：学习要求：1.了解液压传动系统设计计算过程了解液压传动系统设计计算过程第七章第七章 液压系统设计液压系统设计 车辆液压技术车辆液压技术第37页，共37页，编辑于2022年，星期日