第章液压传动系统的设计方案计算R.docVIP

第9章 液压传动系统的设计 液压系统是机械设备的动力传动系统。因此，它的设计是主机设计的一部分，必须与主机的总体设计同时进行。一般在分析主机的工作循环、性能要求等基础上，经过认真分析比较，在确定全部或局部采用液压传动方案之后，才会提出液压传动系统的设计任务。 液压系统设计必须采用现代设计思想，从实际出发，注重调查研究，吸收国内外先进设计经验，在满足工作性能要求、工作可靠的前提下，力求使系统结构简单、成本低、效率高、操作维护方便、使用寿命长。 液压系统的设计步骤并没有严格的顺序，各步骤之间往往要相互穿插进行。一般地，液压系统的设计步骤如下： ⑴明确液压系统的设计要求及工况分析； ⑵主要参数的确定； ⑶进行系统方案论证，拟定液压系统原理图； ⑷通过计算，选择液压元件； ⑸对液压系统主要性能进行验算； ⑹设计液压装置，编制液压系统技术文件。 9.1液压系统的设计依据和工况分析 9.1.1液压系统的设计依据 设计要求是进行工程设计的主要依据。设计前，必须把主机对液压系统的设计要求和与设计相关的情况了解清楚，一般要明确下列主要问题： ⑴主机用途，总体布局与结构，主要技术参数与性能要求，工艺流程或工作循环，作业环境与条件等。 ⑵液压系统应完成哪些动作，各个动作的工作循环及循环时间；负载大小及性质、运动形式及速度快慢；各动作的顺序要求及互锁关系，各动作的同步要求及同步精度；液压系统的工作性能要求，如运动平稳性、调速范围、定位精度、转换精度，自动化程度、效率与温升、振动与噪声、安全性与可靠性等。 ⑶液压系统的工作温度及其变化范围，湿度大小，风沙与粉尘情况，防火与防爆要求，安装空间的大小、外廓尺寸与质量限制等。 ⑷经济性与成本等方面的要求。 只有明确了设计要求及工作环境，才能使设计的系统不仅满足性能要求，且具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。 9.1.2液压系统的工况分析 工况分析的目的是明确在工作循环中执行元件的负载和运动的变化规律，它包括运动分析和负载分析。 1、运动分析 运动分析，就是研究工作机构根据工艺要求应以什么样的运动规律完成工作循环，运动速度的大小、加速度是恒定的还是变化的、行程大小及循环时间长短等。为此必须确定执行元件的类型，并绘制位移一时间循环图或速度一时间循环图。 液压执行元件的类型可按表10.l进行选择。 表10.1液压执行元件的类型 （9.1） ①工作负载Fw 工作负载与主机的工作性质有关，它可能是定值，也可能是变值。 一般工作负载是时间的函数，即Fw＝f(t)，需根据具体情况分析决定。 ②惯性负载Fm 惯性负载是运动部件在启动加速或减速制动过程中产生的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出： （9.2） 式中 m——运动部件总质量； a——加速度； Δv——Δt时间内速度的变化量； Δt——启动或制动时间。一般机械系统取0.1s～0.5s ；行走机械系统取0.5s～1.5s；机床运动系统取0.25s～0.5s；机床进给系统取0.05s～0.2s。工作部件较轻或运动速度较低时取小值。 ③导向摩擦阻力Ff 摩擦阻力是指液压缸驱动工作机构所需克服的导轨摩擦阻力，其值与导轨形状、安放位置和工作部件的运动状态有关。 对于平导轨 （9.3） 对于V形导轨 （9.4） 式中 FN——作用在导轨上的垂直载荷； α——V形导轨夹角，通常取α＝90°； μ——导轨摩擦系数，其值可参阅相关设计手册。 ④重力负载Fg 当工作部件垂直或倾斜放置时，自重也是一种负载，当工作部件水平放置时，Fg＝0。 ⑤背压负载Fb 液压缸运动时还必须克服回油路压力形成的背压阻力Fb，其值为 （9.5） 式中 A2——液压缸回油腔有效工作面积； pb——液压缸背压。在液压缸结构参数尚未确定之前，一般按经验数据估计一个数 值。系统背压的一般经验数据为：中低压系统或轻载节流调速系统取0.2MPa～0.5MPa；回油路有调速阀或背压阀的系统取0.5MPa～1.5MPa；采用补油泵补油的闭式系统取1.0MPa～1.5MPa；采用多路阀的复杂的中高压工程机械系统取1.2MPa～3.0MPa。 ⑥液压缸自身的密封阻力Fsf 液压缸工作时还必须克服其内部密封装置产生的摩擦阻力Fsf，其值与密封装置