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1、液压传动系统的设计是整机设计的一部分液压传动系统的设计是整机设计的一部分,它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单、工作安方面的要求外，还应当满足结构简单、工作安全可靠、效率高、寿命长、经济性好、使用维全可靠、效率高、寿命长、经济性好、使用维护方便等条件。护方便等条件。液压传动系统的设计没有固定的统一步骤液压传动系统的设计没有固定的统一步骤,根据系统的简繁、借鉴的多寡和设计人员经验根据系统的简繁、借鉴的多寡和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经
2、过多次反复才能完时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。成。第九章第九章液压系统的设计计算液压系统的设计计算目录目录9.1明确设计要求和进行工况分析明确设计要求和进行工况分析（一）明确液压系统的任务与要求：（一）明确液压系统的任务与要求：1、液压系统应该完成的运动方式（移动、转动或摆动）；、液压系统应该完成的运动方式（移动、转动或摆动）；2、液压执行元件承受负载的大小和性质、运动速度的大小和、液压执行元件承受负载的大小和性质、运动速度的大小和变化范围；变化范围；3、液压执行元件的动作顺序和联锁关系，各动作的同步要求；、液压执行元件的动作顺序和联锁关系，各动作的同步要求；4、液压系统的自动化
3、程度、运动平稳性、定位精度、工作效率、液压系统的自动化程度、运动平稳性、定位精度、工作效率、安全性和可维护性等；安全性和可维护性等；5、液压系统的工作环境（如环境的温度、湿度、尘埃和外界振、液压系统的工作环境（如环境的温度、湿度、尘埃和外界振动等）；动等）；6、液压系统的成本核算。、液压系统的成本核算。液压缸承受的负载由六部分组成：液压缸承受的负载由六部分组成：（1）工作负载）工作负载Fw（2）导轨摩擦负载导轨摩擦负载Ff（3）惯性负载惯性负载Fi（4）重力负载重力负载Fg（5）密封负载密封负载Fs（6）背压负载背压负载Fb（二）动力参数分析（二）动力参数分析不同的机器有不同的工作负载。工作负
4、载与液压缸不同的机器有不同的工作负载。工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力。轨摩擦阻力。惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出。力，其值可按牛顿第二定律求出。（1）工作负载）工作负载Fw（2）导轨摩擦负载导轨摩擦负载Ff（3）惯性负载惯性负载Fi密封负载是指液压缸密封装置的摩擦力，一般通过液密封负载是指液压缸密封装置的摩擦力，一般通过液压缸的机械效率加以考虑
5、，常取机械效率值为压缸的机械效率加以考虑，常取机械效率值为0.900.97。背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力。背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力。（4）重力负载重力负载Fg（5）密封负载密封负载Fs（6）背压负载背压负载Fb液压缸上行时重力取正直，反之取负值。液压缸上行时重力取正直，反之取负值。液压缸各个主要工作阶段的机械负载液压缸各个主要工作阶段的机械负载F可按下列公式计算可按下列公式计算空载启动加速阶段空载启动加速阶段:快速阶段快速阶段:工进阶段：工进阶段：制动减速：制动减速：（三）运动参数分析（三）运动参数分析结构参数的确定是指根据执行元件工作压力和最大流结构参数的确定是指
6、根据执行元件工作压力和最大流量确定执行元件的排量或油缸面积。量确定执行元件的排量或油缸面积。运动运动形式形式往复直线运动往复直线运动回转运动回转运动往复往复摆动摆动短行短行程程长行程长行程高速高速低速低速建议采建议采用的执用的执行元件行元件的形式的形式活塞活塞式液式液压缸压缸柱塞式液压缸柱塞式液压缸液压马达与齿液压马达与齿轮轮/齿条或螺齿条或螺母母/丝杠机构丝杠机构高速高速液压液压马达马达低速大扭矩液压低速大扭矩液压马达马达高速液压马达带高速液压马达带减速器减速器摆动摆动液压液压缸缸9.2 执行元件主要参数的确定确定执行元件的主要结构参数：确定执行元件的主要结构参数：以缸为例，主要结构尺寸指缸
7、的内径以缸为例，主要结构尺寸指缸的内径D和活塞杆的直和活塞杆的直径径d，计算后按系列标准值确定计算后按系列标准值确定D和和d。对有低速运动要求的系统，尚需对液压缸有效工作面对有低速运动要求的系统，尚需对液压缸有效工作面积进行验算，即应保证：积进行验算，即应保证：（9.1）验算结果若不能满足式（验算结果若不能满足式（9.1），则说明按所设计的结），则说明按所设计的结构尺寸和方案达不到所需要的最低速度，必须修改设计构尺寸和方案达不到所需要的最低速度，必须修改设计。式中：式中：A液压缸工作腔的有效工作面积；液压缸工作腔的有效工作面积；控制执行元件速度的流量阀最小稳定流量控制执行元件速度的流量阀最小稳
8、定流量；液压缸要求达到的最低工作速度液压缸要求达到的最低工作速度。复算执行元件的工作压力：复算执行元件的工作压力：当液压缸的主要尺寸当液压缸的主要尺寸D、d计算出来以后，要按系列标准计算出来以后，要按系列标准圆整，有必要根据圆整值对工作压力进行一次复算。圆整，有必要根据圆整值对工作压力进行一次复算。在按上述方法确定的工作压力还没有计算回油路的背压，在按上述方法确定的工作压力还没有计算回油路的背压，所确定的工作压力只是执行元件为了克服机械总负载所需要所确定的工作压力只是执行元件为了克服机械总负载所需要的那部分压力，在结构参数的那部分压力，在结构参数D、d确定之后，取适当的背压估确定之后，取适当的
9、背压估算值，即可求出执行元件工作腔的压力。算值，即可求出执行元件工作腔的压力。对于单杆液压缸，其工作压力对于单杆液压缸，其工作压力P可按下列公式复算：可按下列公式复算：有杆腔进油阶段有杆腔进油阶段式中：式中：F液压缸在各工作阶段的最大机械总负载；液压缸在各工作阶段的最大机械总负载；、分别为缸无杆腔和有杆腔的有效面积；分别为缸无杆腔和有杆腔的有效面积；液压缸回油路的背压。液压缸回油路的背压。无杆腔进油工进阶段无杆腔进油工进阶段9.3系统原理图的拟定系统原理图的拟定在上述工作的基础上可以考虑拟定液压系在上述工作的基础上可以考虑拟定液压系统，其内容包括：油路循环方式的选择、调速统，其内容包括：油路循
10、环方式的选择、调速方案的选择、液压基本回路的选择与合成、液方案的选择、液压基本回路的选择与合成、液压系统原理图的拟定。这项工作是设计过程中压系统原理图的拟定。这项工作是设计过程中的重要一步。它涉及到设计者对液压传动基础的重要一步。它涉及到设计者对液压传动基础知识的掌握程度和经验的多少，是液压系统的知识的掌握程度和经验的多少，是液压系统的结构、功能、行为与最终设计要求之间的综合。结构、功能、行为与最终设计要求之间的综合。因此应该明确下列问题：因此应该明确下列问题：1.油路循环方式的选择主要取决于液压系油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。一般来说，统的调速方式和散热条件。一般
11、来说，凡可安放较大油箱、要求系统结构简单、凡可安放较大油箱、要求系统结构简单、采用节流调速或容积采用节流调速或容积-节流调速的系统，节流调速的系统，均宜采用开式系统；凡允许采用辅助泵均宜采用开式系统；凡允许采用辅助泵进行补油对工作效率有较高要求、采用进行补油对工作效率有较高要求、采用容积调速的系统，均宜采用闭式系统。容积调速的系统，均宜采用闭式系统。2.依据液压执行元件的负载特性、调速范依据液压执行元件的负载特性、调速范围和经济性选择调速方案。调速方案对围和经济性选择调速方案。调速方案对主机性能起着决定性的作用。主机性能起着决定性的作用。3.根据液压系统的工况分析选择液压基本回路根据液压系统的
12、工况分析选择液压基本回路(1)液压系统普遍具有的基本回路：液压系统普遍具有的基本回路：调压回路调压回路、换换向回路向回路、卸荷回路卸荷回路和和安全回路安全回路；(2)根据负载性质考虑设置根据负载性质考虑设置平衡回路平衡回路、制动回路制动回路和和缓冲回路缓冲回路等；等；(3)如果有多个执行元件，要考虑设置如果有多个执行元件，要考虑设置顺序动作回顺序动作回路路、同步回路同步回路、互锁回路互锁回路；(4)有些系统还需要设置有些系统还需要设置速度换接回路速度换接回路、增速回路增速回路、增（减）压回路增（减）压回路、锁紧回路锁紧回路、卸压回路卸压回路等；等；(5)辅助油路是必要的，如辅助油路是必要的，如
13、控制油回路控制油回路、润滑油回润滑油回路路、测压回路测压回路等。等。4.拟定液压系统原理图时应该考虑下面一些问题：拟定液压系统原理图时应该考虑下面一些问题：(1)整个系统合成后，各液压回路之间是否会产生干扰整个系统合成后，各液压回路之间是否会产生干扰(2)合成后有无重复的元件或回路可以去掉或合并合成后有无重复的元件或回路可以去掉或合并(3)拟定的系统能否实现所要求的各项功能拟定的系统能否实现所要求的各项功能(4)液压系统是否有工作介质的净化装置液压系统是否有工作介质的净化装置(5)液压系统是否需要冗余技术来提高可靠性液压系统是否需要冗余技术来提高可靠性(6)液压系统是否需要设置加热、冷却装置液
14、压系统是否需要设置加热、冷却装置9.4元件的计算和选择元件的计算和选择1.动力元件的选择动力元件的选择（1）确定液压泵的最大工作压力）确定液压泵的最大工作压力pp式中，式中，p1执行元件的最高工作压力；执行元件的最高工作压力；p从液压泵的出口到执行元件入口总的管路从液压泵的出口到执行元件入口总的管路损失。简单系统可取损失。简单系统可取p=（0.20.5）MPa，复杂系统复杂系统可取可取p=（0.51.5）MPa。（2）确定液压泵的最大流量）确定液压泵的最大流量qp式中，式中，K考虑系统泄漏和溢流阀保留最小溢流量考虑系统泄漏和溢流阀保留最小溢流量（约为额定流量的（约为额定流量的15%）的系数，一
15、般取）的系数，一般取K=1.11.3.qmax同时动作的各执行元件所需流量之和的最同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。当系统中有蓄能器时，泵的最大供油量为一个大值。当系统中有蓄能器时，泵的最大供油量为一个工作循环中执行元件的平均流量与回路泄漏量之和。工作循环中执行元件的平均流量与回路泄漏量之和。（3）确定液压泵的规格型号和驱动电机功率）确定液压泵的规格型号和驱动电机功率液压泵的类型可以根据实际工况和液压泵的最大工作压力选液压泵的类型可以根据实际工况和液压泵的最大工作压力选取，然后根据液压泵的最大流量确定其型号。值得注意的是，取，然后根据液压泵的最大流量确定其型号。值得注意的是，泵的额定压
16、力应该比上述最大工作压力高泵的额定压力应该比上述最大工作压力高25%50%，以留有压，以留有压力储备。额定流量则只需满足上述最大流量即可。力储备。额定流量则只需满足上述最大流量即可。液压泵的规格型号确定以后，驱动液压泵的电机功率可以液压泵的规格型号确定以后，驱动液压泵的电机功率可以按下式计算：按下式计算：式中，式中，pp液压泵的进、出口压力之差；液压泵的进、出口压力之差；qp液压泵的实际流量；液压泵的实际流量；p液压泵的总效率。液压泵的总效率。限压式变量叶片泵驱动电机的功率可按该泵流量限压式变量叶片泵驱动电机的功率可按该泵流量-压力曲线拐点处的流量和压力计算。压力曲线拐点处的流量和压力计算。应
17、该注意，驱动液压泵的电机除了在功率上要满应该注意，驱动液压泵的电机除了在功率上要满足泵的需要以外，电机的转速也要与泵的额定转速相足泵的需要以外，电机的转速也要与泵的额定转速相符合，即泵的实际转速不应高于其额定转速。符合，即泵的实际转速不应高于其额定转速。2.控制调节元件的选择控制调节元件的选择（1）溢流阀的选择）溢流阀的选择直动式溢流阀的响应快，宜作制动阀、安全阀用；先直动式溢流阀的响应快，宜作制动阀、安全阀用；先导式溢流阀的启闭特性好，宜作调压阀、背压阀用；导式溢流阀的启闭特性好，宜作调压阀、背压阀用；先导式溢流阀的最低调定压力一般只能在先导式溢流阀的最低调定压力一般只能在0.51MPa范围
18、内；范围内；溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，并注意其溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，并注意其最小稳定流量。一般来说，溢流阀的最小稳定流量为额定最小稳定流量。一般来说，溢流阀的最小稳定流量为额定流量的流量的15%以上。以上。（2）流量阀的选择）流量阀的选择中、低压流量阀的最小稳定流量一般为中、低压流量阀的最小稳定流量一般为50100mL/min；高压流量阀为高压流量阀为2.520L/min；流量阀的进、出口需要有一定的流量阀的进、出口需要有一定的压差，高精度流量阀约需压差，高精度流量阀约需1MPa的压差；要求速度稳定性高的系的压差；要求速度稳定性高的系统，可选用温度补偿型调速阀。统，
19、可选用温度补偿型调速阀。（3）单向阀的选择）单向阀的选择选择开启压力小的作为单向阀；开启压力较大选择开启压力小的作为单向阀；开启压力较大（0.30.5MPa）的单向阀可作背压阀用；外泄式液控单向阀与的单向阀可作背压阀用；外泄式液控单向阀与内泄式相比，其控制压力低，工作可靠，可优先选用。内泄式相比，其控制压力低，工作可靠，可优先选用。（4）换向阀的选择）换向阀的选择按通过阀的流量来选择换向阀类型。一般来说，流量在按通过阀的流量来选择换向阀类型。一般来说，流量在190L/min以上时宜用二通插装阀；以上时宜用二通插装阀；190L/min以下时可采用滑以下时可采用滑阀型换向阀。阀型换向阀。70L/m
20、in以下时可用电磁换向阀，否则需用电以下时可用电磁换向阀，否则需用电液换向阀（换向平稳）；液换向阀（换向平稳）；按换向性能等来选择电磁铁类型。直流湿式电磁铁寿命按换向性能等来选择电磁铁类型。直流湿式电磁铁寿命长，可靠性高，尽可能选用直流湿式电磁换向阀。此外，在长，可靠性高，尽可能选用直流湿式电磁换向阀。此外，在某些场合还应考虑选用安全防爆型、无冲击型等电磁铁。某些场合还应考虑选用安全防爆型、无冲击型等电磁铁。3.辅助元件的选择辅助元件的选择（1）蓄能器的选择）蓄能器的选择蓄能器是依据其容量和工作压力来选用的。在液压系统中，蓄能器是依据其容量和工作压力来选用的。在液压系统中，蓄能器可用作辅助动力
21、源以及贮存压力能、减小压力冲击或蓄能器可用作辅助动力源以及贮存压力能、减小压力冲击或压力脉动。可以根据其不同作用来确定其工作容积。蓄能器压力脉动。可以根据其不同作用来确定其工作容积。蓄能器的选择可以参阅相关手册。的选择可以参阅相关手册。（2）过滤器的选择）过滤器的选择过滤器是保持工作介质清洁、使液压系统正常工作所不过滤器是保持工作介质清洁、使液压系统正常工作所不可缺少的辅助元件。过滤器是依据其通流能力、过滤精度、可缺少的辅助元件。过滤器是依据其通流能力、过滤精度、承压能力等性能来选择的。选择时应注意以下问题：承压能力等性能来选择的。选择时应注意以下问题：1、过滤器的通流能力应为液压泵流量的两倍
22、，过滤器应在较、过滤器的通流能力应为液压泵流量的两倍，过滤器应在较长时间内保持这种通流能力。当通流能力过低时能自动显示长时间内保持这种通流能力。当通流能力过低时能自动显示或报警；或报警；2、滤心要有足够的耐压强度和抗腐蚀性，要方便清洗和更换。、滤心要有足够的耐压强度和抗腐蚀性，要方便清洗和更换。（3）热交换器的选择）热交换器的选择热交换器指的是冷却器和加热器，它们的作用是把油热交换器指的是冷却器和加热器，它们的作用是把油温控制在规定范围之内。冷却器、加热器分别根据其散热温控制在规定范围之内。冷却器、加热器分别根据其散热面积和加热功率来选择，选择时可参阅有关技术手册和产面积和加热功率来选择，选择
23、时可参阅有关技术手册和产品样本。值得注意的是，单个加热器的功率不能选的太大，品样本。值得注意的是，单个加热器的功率不能选的太大，防止局部油温上升太快造成变质。如果功率不够，可以多防止局部油温上升太快造成变质。如果功率不够，可以多装几个加热器。加热管部分应全部浸入液压油中。装几个加热器。加热管部分应全部浸入液压油中。（4）管件的选择）管件的选择管件包括油管和管接头，它们关系到液压系统的工作管件包括油管和管接头，它们关系到液压系统的工作性能和能量损失的大小。管件的选择要考虑强度和允许流性能和能量损失的大小。管件的选择要考虑强度和允许流速两方面的问题。一般情况下，油管的直径多由所连接的速两方面的问题
24、。一般情况下，油管的直径多由所连接的液压元件接口处尺寸决定。强度校核只用于一些重要管路。液压元件接口处尺寸决定。强度校核只用于一些重要管路。选择管接头时，除了要求有合适的通流能力和较小的压力选择管接头时，除了要求有合适的通流能力和较小的压力损失外，还应考虑便于装卸、连接牢固、密封可靠等问题。损失外，还应考虑便于装卸、连接牢固、密封可靠等问题。（5）密封件的选择）密封件的选择密封元件是用来防止工作介质泄漏及外界灰尘和异物密封元件是用来防止工作介质泄漏及外界灰尘和异物的侵入，对于提高液压系统的工作性能和使用寿命具有重的侵入，对于提高液压系统的工作性能和使用寿命具有重要作用。由于影响密封性能的因素很
25、多，致使在选择密封要作用。由于影响密封性能的因素很多，致使在选择密封件时要考虑很多问题，比如工作介质的温度、压力、种类、件时要考虑很多问题，比如工作介质的温度、压力、种类、粘度、密封结合面的相对运动速度、密封部位的加工质量粘度、密封结合面的相对运动速度、密封部位的加工质量和装配质量等。密封装置的设计和密封件选择的基本要求和装配质量等。密封装置的设计和密封件选择的基本要求如下：如下：1、能随着工作压力的增大自动提高其密封性能；、能随着工作压力的增大自动提高其密封性能；2、密封件物性稳定，耐磨，使用寿命长；、密封件物性稳定，耐磨，使用寿命长；3、动密封的动、静摩擦系数小且稳定；、动密封的动、静摩擦
26、系数小且稳定；4、密封装置工艺性好，维护方便。、密封装置工艺性好，维护方便。（6）压力检测元件的选择）压力检测元件的选择压力表和压力表开关是常用的压力检测元件，可以提供压力表和压力表开关是常用的压力检测元件，可以提供系统工作状态信息和压力指令信号。压力表按工作压力和精系统工作状态信息和压力指令信号。压力表按工作压力和精度选择。实际压力在压力表满量程的度选择。实际压力在压力表满量程的2/3处比较合适，精度根处比较合适，精度根据实际需要确定。压力表开关的选择除了考虑工作压力范围据实际需要确定。压力表开关的选择除了考虑工作压力范围以外还应考虑灵敏度、重复精度等。以外还应考虑灵敏度、重复精度等。（7）
27、油箱的设计）油箱的设计油箱在液压系统中起着重要作用。它不仅贮存供液压系油箱在液压系统中起着重要作用。它不仅贮存供液压系统循环使用的油液，还有散热、释放混在油液中的气体、为统循环使用的油液，还有散热、释放混在油液中的气体、为液压元件的安装提供位置等功能。油箱的结构和容积计算在液压元件的安装提供位置等功能。油箱的结构和容积计算在已做过说明，这里只说明设计过程中值得注意的一些问题。已做过说明，这里只说明设计过程中值得注意的一些问题。1、油箱容积是指油面高度为油箱高度、油箱容积是指油面高度为油箱高度80%时的油箱有效时的油箱有效容积；容积；2、油箱中的最低液面应高于泵的吸油口、油箱中的最低液面应高于泵
28、的吸油口75mm或或1.5倍管倍管径（取二者中的最大值）；油箱中的最高液面不应超过径（取二者中的最大值）；油箱中的最高液面不应超过油箱高度的油箱高度的80%；3、在吸油管和回油管之间设置隔板，以增加油液循环距、在吸油管和回油管之间设置隔板，以增加油液循环距离，使油液有足够的时间和空间来分离气泡和散热。隔离，使油液有足够的时间和空间来分离气泡和散热。隔板高度约为油箱中最低液面的板高度约为油箱中最低液面的2/3。吸油管离油箱底的距。吸油管离油箱底的距离应大于其管径的二倍，距油箱壁不小于其管径的三倍。离应大于其管径的二倍，距油箱壁不小于其管径的三倍。回油管切成回油管切成450，且面向箱壁；，且面向箱
29、壁；4、为防止油液污染，油箱上的盖板、管口都要妥善密封。、为防止油液污染，油箱上的盖板、管口都要妥善密封。注油器上要加过滤网。通气口上要加空气滤清器，其容注油器上要加过滤网。通气口上要加空气滤清器，其容量至少为液压泵额定流量的量至少为液压泵额定流量的2倍；倍；5、为了便于散热和搬移，油箱底部离地面至少有、为了便于散热和搬移，油箱底部离地面至少有150mm。箱底要适当倾斜，在最底部设置放油阀排放污油。要考箱底要适当倾斜，在最底部设置放油阀排放污油。要考虑便于各部件的更换、维护，便于油箱的清洗虑便于各部件的更换、维护，便于油箱的清洗;6、油箱内壁应涂防锈涂料。、油箱内壁应涂防锈涂料。4.阀类元件的
30、配置阀类元件的配置9.5系统性能验算系统性能验算1.压力损失验算压力损失验算式中，式中，p1、p2分别为系统进、回油路上总的压分别为系统进、回油路上总的压力损失；力损失；A1、A2分别为液压缸进、回油腔的有效工作面积，分别为液压缸进、回油腔的有效工作面积，其中其中pi、pi和和piv(i=1，2)分别为进、回油路上的沿分别为进、回油路上的沿程损失、局部损失和阀口损失。程损失、局部损失和阀口损失。式中，式中，pin(i=1，2)分别为进、回油路上阀的额定压分别为进、回油路上阀的额定压力损失，由产品样本中查到；力损失，由产品样本中查到；qi、qin(i=1，2)分别为进、回油路上阀的实际分别为进、
31、回油路上阀的实际流量和额定流量。流量和额定流量。阀口上的压力损失为阀口上的压力损失为：由此得出系统压力（泵的出口压力）为由此得出系统压力（泵的出口压力）为：式中，式中，p1液压缸工作腔压力。液压缸工作腔压力。2.总效率的验算总效率的验算 液压系统的总效率液压系统的总效率是液压泵的效率是液压泵的效率p、回路效率回路效率c和液压执行元件效率和液压执行元件效率m的乘积，即的乘积，即液压泵和液压执行元件的效率可从手册中查到，回液压泵和液压执行元件的效率可从手册中查到，回路效率计算如下路效率计算如下:式中，式中，p1、q1同时动作的液压执行元件的工作压力和同时动作的液压执行元件的工作压力和输入流量；输入
32、流量；pp、qp同时供油的液压泵的工作压力和输出流量。同时供油的液压泵的工作压力和输出流量。3.发热升温的验算发热升温的验算 液压系统中的各种能量损失都将转化为热量，使系统液压系统中的各种能量损失都将转化为热量，使系统工作温度升高，从而产生很多不利影响。系统中的热源主工作温度升高，从而产生很多不利影响。系统中的热源主要来自液压泵、液压执行元件和一些阀口，管路的功率损要来自液压泵、液压执行元件和一些阀口，管路的功率损失通常可以忽略不计。液压系统总的发热功率失通常可以忽略不计。液压系统总的发热功率P为为或或式中，式中，Pp、Pe分别为液压泵的输入功率和液压执行元件的分别为液压泵的输入功率和液压执行
33、元件的有效功率。有效功率。式中，式中，K油箱的散热系数；油箱的散热系数；A油箱的散热面积；油箱的散热面积；t1、t2分别为工作介质温度和环境温度。分别为工作介质温度和环境温度。由于管路的发热量与其散热量基本平衡，所以，液压由于管路的发热量与其散热量基本平衡，所以，液压系统的自然散热主要由油箱表面实现。因此，散热功率可系统的自然散热主要由油箱表面实现。因此，散热功率可以计算如下以计算如下:当上式的计算结果高出表中数值时，就要设法增大油箱当上式的计算结果高出表中数值时，就要设法增大油箱散热面积或增设冷却装置。散热面积或增设冷却装置。当系统的发热功率等于其散热功率时，系统达到热平衡。当系统的发热功率
34、等于其散热功率时，系统达到热平衡。此时系统的温升为此时系统的温升为油箱的散热面积油箱的散热面积A为为当油箱三个边的比例在当油箱三个边的比例在1：1：1到到1：2：3之间、液面之间、液面高度为油箱高度的高度为油箱高度的80%、且油箱通风良好时，油箱散、且油箱通风良好时，油箱散热面积还可以估算如下：热面积还可以估算如下：式中，式中，V油箱的有效容积。油箱的有效容积。当系统需要设置冷却装置时，冷却器的散热面积当系统需要设置冷却装置时，冷却器的散热面积Ac为为式中，式中，Kc冷却器的散热系数，由产品样本查出；冷却器的散热系数，由产品样本查出；tm平均温升，平均温升，tj1、tj2工作介质的进、出口温度
35、工作介质的进、出口温度;tw1、tw2冷却水（或风）的进、出口温度。冷却水（或风）的进、出口温度。9.6绘制正式工作图和编制技术绘制正式工作图和编制技术 所设计的液压系统经过验算和修改后，可以所设计的液压系统经过验算和修改后，可以绘制正式的工程图和编制技术文件。绘制正式的工程图和编制技术文件。工程图包括按国家标准绘制的液压系统原理工程图包括按国家标准绘制的液压系统原理图、液压系统装配图、非标准件的装配图和零件图、液压系统装配图、非标准件的装配图和零件图。在液压系统原理图中应有液压元件明细表，图。在液压系统原理图中应有液压元件明细表，表中表明各液压元件的规格、型号和相应的调整表中表明各液压元件的
36、规格、型号和相应的调整值。一般还应绘出各执行元件的工作循环图和电值。一般还应绘出各执行元件的工作循环图和电磁铁动作顺序表。磁铁动作顺序表。液压系统装配图关系到整个系统的布置和管路液压系统装配图关系到整个系统的布置和管路施工。要有油箱的装配图、液压泵站的装配图和管施工。要有油箱的装配图、液压泵站的装配图和管路安装图等。在管路安装图中应标明油管走向、固路安装图等。在管路安装图中应标明油管走向、固定装置结构、各管接头的形式和规格等。定装置结构、各管接头的形式和规格等。标准件、工作介质的品牌和数量等通常以表格标准件、工作介质的品牌和数量等通常以表格形式给出。液压系统对其它配置的要求（如厂房、形式给出。
37、液压系统对其它配置的要求（如厂房、电线布置和基础施工条件等）也应明确说明。电线布置和基础施工条件等）也应明确说明。技术文件包括设计任务书、液压系统设计计算技术文件包括设计任务书、液压系统设计计算说明书、液压系统安装与调试规程、液压系统使用说明书、液压系统安装与调试规程、液压系统使用与维护说明书、标准件与非标准件明细表、液压系与维护说明书、标准件与非标准件明细表、液压系统有关的其它注意事项等。统有关的其它注意事项等。9.7系统设计计算举例系统设计计算举例 本节以一台卧式单面多轴钻孔组合机床为例，设计出驱本节以一台卧式单面多轴钻孔组合机床为例，设计出驱动动力滑台的液压系统。设计要求滑台实现动动力滑
38、台的液压系统。设计要求滑台实现“快进快进工进工进快退快退停止停止”的工作循环。已知：机床上有主轴的工作循环。已知：机床上有主轴16个，加工个，加工13.9mm的孔的孔14个、个、8.5mm的孔的孔2个。刀具材料为高速钢，个。刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为工件材料为铸铁，硬度为240HBS；机床工作部件总质量机床工作部件总质量m=1000kg；快进、快退快进、快退v1、v2均为均为5.5m/min，快进行程长度快进行程长度l1=100mm，工进行程长度工进行程长度l2=50mm，往复运动的加速度、速往复运动的加速度、速度时间不希望超过度时间不希望超过0.2s；动力滑台采用平导轨，其静摩
39、擦系动力滑台采用平导轨，其静摩擦系数数fo=0.2，动摩擦系数动摩擦系数fd=0.1；液压系统中的执行元件使用液液压系统中的执行元件使用液压缸。压缸。液压系统的设计过程如下：液压系统的设计过程如下：(1)分析负载分析负载(2)确定执行元件主要参数确定执行元件主要参数(3)确定液压系统方案和拟定液压系统原理图确定液压系统方案和拟定液压系统原理图(4)选择液压元件选择液压元件(5)验算液压系统性能验算液压系统性能(6)绘制工作图和编制技术文件绘制工作图和编制技术文件 1.分析负载分析负载1.1外负载外负载高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力Ft（单位为单位为N）为为式中
40、，式中，D钻头直径，单位为钻头直径，单位为mm；s每转进给量，单位为每转进给量，单位为mm/r；HBS铸件硬度，铸件硬度，HBS=240。根据组合机床加工特点，钻孔时主轴转速根据组合机床加工特点，钻孔时主轴转速n n和每和每转进给量转进给量s s按按 组合机床设计手册组合机床设计手册 取取对对13.9mm的孔：的孔：n1=360r/min，s1=0.147mm/r；对对8.5mm的孔：的孔：n2=550r/min=550r/min，s s2=0.096mm/r=0.096mm/r。代入式（代入式（9.189.18），得外负载），得外负载F Fg为为 1.2惯性负载惯性负载机床工作部件的总质量机
41、床工作部件的总质量m=1000kgm=1000kg1.3阻力负载阻力负载机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为 静摩擦阻力静摩擦阻力 动摩擦阻力动摩擦阻力 2.确定执行元件的主要参数确定执行元件的主要参数 由相关表可知，组合机床在最大负载约为由相关表可知，组合机床在最大负载约为3200032000N N时液压系统压力取时液压系统压力取p1=4MPa比较合适。比较合适。鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式的，并在快进时作差动连接。的液压缸可选用单活塞杆式的，并在快进时作差动连接。这种情况下液压缸
42、无杆腔的工作面积这种情况下液压缸无杆腔的工作面积A1A1应为有杆腔工作面应为有杆腔工作面积积A A2 2的两倍，即的两倍，即=A1/A2=2，而活塞杆直径而活塞杆直径d与缸筒直径与缸筒直径D D成成d=0.707D关系。关系。在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2 2，以防止孔钻通时滑台突然前冲。根据要求可取以防止孔钻通时滑台突然前冲。根据要求可取p2 2=0.6MPa。快进时液压缸作差动连接，管路中有压力损快进时液压缸作差动连接，管路中有压力损失，有杆腔的压力应略大于无杆腔，但其差值较小，可先失，有杆腔的压力应略大于无杆腔，但其差值较小，可先按按
43、0.3MPa考虑。快退时回油腔中是有背压的，这时考虑。快退时回油腔中是有背压的，这时p2也可也可按按0.6MPa估算。估算。由工进时的负载值按公式计算液压缸面积由工进时的负载值按公式计算液压缸面积 将这些直径按将这些直径按GB2348-80圆整成就近标准值得：圆整成就近标准值得：D=0.11mm、d=0.08mm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为由此求得液压缸两腔的实际有效面积为经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。经验算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。3.确定液压系统方案和拟定液压系统原理图确定液压系统方案和拟定液压系统原理图3.1确定液压系统方案确定液压系统方案 由于该机床是固定式机械
44、，且不存在外负载由于该机床是固定式机械，且不存在外负载对系统作功的工况，这台机床液压系统的功率小，滑台对系统作功的工况，这台机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小。该液压系统以采用节流运动速度低，工作负载变化小。该液压系统以采用节流调速方式和开式循环为佳。现采用节流调速回路，为解调速方式和开式循环为佳。现采用节流调速回路，为解决孔钻通时滑台突然前冲的问题，回油路上要设置背压决孔钻通时滑台突然前冲的问题，回油路上要设置背压阀。阀。从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸要求油源交替地提供低压大流统的工作循环内，液压缸要求油源
45、交替地提供低压大流量和高压小流量的油液。最大流量约为最小流量的量和高压小流量的油液。最大流量约为最小流量的55倍，倍，而快进加快退所需的时间而快进加快退所需的时间t t1 1和工进所需的时间和工进所需的时间t t2 2分别为分别为 即即t2t1。因此从提高系统效率、节省能量的角度来看因此从提高系统效率、节省能量的角度来看,采用单个定量液压泵作为油源显然是不合适的，而应采采用单个定量液压泵作为油源显然是不合适的，而应采用大、小两个液压泵自动两级并联供油的油源方案用大、小两个液压泵自动两级并联供油的油源方案.3.2选择基本回路选择基本回路 由于不存在负载对系统作功的工况，也不存在负由于不存在负载对
46、系统作功的工况，也不存在负载制动过程，故不需要设置平衡及制动回路。但必须具有快载制动过程，故不需要设置平衡及制动回路。但必须具有快速运动、换向、速度换接以及调压、卸荷等回路。速运动、换向、速度换接以及调压、卸荷等回路。(1)(1)选择快速运动和换向回路选择快速运动和换向回路 系统中采用节流调速回路后，不管采用何种油源系统中采用节流调速回路后，不管采用何种油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。在本系统中，快进、快退换向回路应采用运动。在本系统中，快进、快退换向回路应采用b b所示的形所示的形式。式。(2)(2)选择速度换
47、接回路选择速度换接回路 当滑台从快进转为工进时，输入液压缸的流量由当滑台从快进转为工进时，输入液压缸的流量由27.64L/min降至降至0.5L/min，滑台的速度变化较大，可选用行滑台的速度变化较大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减少液压冲击，如程阀来控制速度的换接，以减少液压冲击，如c c所示。当滑所示。当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大。为了保证换台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大。为了保证换向平稳起见，应采用换向时间可调的电液换向阀式换接回路，向平稳起见，应采用换向时间可调的电液换向阀式换接回路，如如b b所示。由于这一回路还要实现液压缸的差动连接，所以所示。由于这一
48、回路还要实现液压缸的差动连接，所以换向阀必须是五通的。换向阀必须是五通的。(3)(3)选择调压和卸荷回路选择调压和卸荷回路 油源中的溢流阀可以调定系统工作压力，无须油源中的溢流阀可以调定系统工作压力，无须另设调压回路。由于系统采用进油节流调速，故溢流阀常另设调压回路。由于系统采用进油节流调速，故溢流阀常开，同时也起到安全作用。开，同时也起到安全作用。在在a a所示的双液压泵自动两级供油的油源中设有所示的双液压泵自动两级供油的油源中设有卸荷阀，当滑台工进和停止时，低压、大流量液压泵都可卸荷阀，当滑台工进和停止时，低压、大流量液压泵都可经此阀卸荷。由于工进在整个工作循环周期中占了绝大部经此阀卸荷。
49、由于工进在整个工作循环周期中占了绝大部分时间，且高压、小流量液压泵的功率较小，故可以认为分时间，且高压、小流量液压泵的功率较小，故可以认为卸荷问题已基本解决，就不需要再设置卸荷回路。卸荷问题已基本解决，就不需要再设置卸荷回路。3.3将液压回路综合成液压系统将液压回路综合成液压系统把上面选出的各种液压回路组合画在一起，就把上面选出的各种液压回路组合画在一起，就可以得到一张液压系统原理图（不包括点划线圆框内的可以得到一张液压系统原理图（不包括点划线圆框内的元件）。将此图仔细检查一遍，可以发现，该图所示系元件）。将此图仔细检查一遍，可以发现，该图所示系统在工作中还存在问题。为了防止干扰、简化系统并使
50、统在工作中还存在问题。为了防止干扰、简化系统并使其功能更加完善，必须对所示系统进行如下修整：其功能更加完善，必须对所示系统进行如下修整：1）为了解决滑台工进（阀）为了解决滑台工进（阀2在左位）时图中进、在左位）时图中进、回油路相互接通，系统无法建立压力的问题，必须在换回油路相互接通，系统无法建立压力的问题，必须在换向回路中串接一个单向阀向回路中串接一个单向阀a，将进、回油路隔断。将进、回油路隔断。2）为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法）为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串接一个实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上串接一个液控顺序阀液控顺序阀b