液压系统设计步骤

第7章液压系统的设计

7.1液压系统简介

液压传动系统主要由以下五部分组成：

1、能源装置------把机械能转换成流体的压力能的装置，一常见的就是液压泵。

2、执行元件------把流体的压力能转换成机械能输出的装置，可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。

3、控制元件------对液压系统中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置，以及进行信号转换，逻辑运算和放大等功能的信号控制元件。如溢流阀、节流阀、换向阀等。

4、辅助元件------保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置。如油箱、过滤器、管件等。

5、工作介质------传递能量和信号的介质。液压系统以液压油为工作介质。

7.2液压系统的优点

与机械传动、电力拖动系统相比，液压传动具有以下优点：

1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。

2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。

4、可自动实现过载保护。

5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；

6、很容易实现直线运动。

7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

8、液压元件属于机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。

7.3液压系统的使用要求及速度负载特性分析

7.3.1使用要求

砂轮回转试验机是用来检查砂轮回转强度的设备，在砂轮回转试验过程中需要保证开关门可靠的关紧。

由于砂轮回转试验机需要自动化控制，要求开关门能够自动关紧和打开。因此要求

液压系统具备电磁换向阀，而非手动换向阀。要求换向信号发出后，阀芯能够灵敏地移到预定的工作位置；换向信号撤出后，阀芯能在弹簧力的作用下自动恢复到常位。

液压系统工作在室内、噪声大、以及粉尘多的环境。液压系统执行元件选为液压缸。 开关门行程为870mm ，开门速度为0.01m/s ，关门速度为0.02m/s 。

7.3.2负载特性分析

开关门的材料为Q235钢，其密度3/7850m Kg =ρ。

开关门的体积为：303.003.0952.0045.1m m m m V ≈⨯⨯=

开关门的质量为：235.5Kg 0.03m 7850Kg/m m 33=⨯=⨯=V ρ

开关门的重量为：2355N 10N/Kg 235.5Kg g m G =⨯=⨯=

由于工作时液压杆推动门往水平方向往复运动，故液压缸的外负载为摩擦负载。

摩擦负载：摩擦负载即为开关门运动时候的摩擦阻力：

静摩擦阻力 N 5.0672355N 3.0μs =⨯==G F fs

动摩擦阻力 N 4712355N 2.0μd =⨯==G F fd

其中：静摩擦系数：3.0=s μ，动摩擦系数：2.0=d μ。

故液压缸的外负载.5N 1771471N 06.5N 7F =+=

设液压缸的机械效率9.0cm =η，

则液压缸的驱动力为：N N F F cm 3.13089.0/5.1177/===η总，为安全和方便计算，取N F 1310=总。

由于该回转试验机的开关门机构采用双根活塞杆推动，故单个液压缸的驱动力为： N N F F F 65521310221====总。

7.4液压系统的方案设计

7.4.1确定回路方式

选用开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀冷却后再进入液压泵的进

口。

7.4.2选用液压油液

普通液压系统选用矿物型液压油作工作介质，该系统为室内设备，选用普通液压油。L-HL液压油（2003

GB）。

/-

T

2.

7631

7.4.3选择执行元件

系统要求实现直线运动，并且运动为水平方向，故选用活塞式液压缸。由于液压系统工作时只要求一个方向工作，反向退回，应选用单活塞液压缸。

7.4.4确定液压泵类型及调速方式

系统压力MPa

<，选用外啮合齿轮泵。采用节流调速的方式，所以选用节流调

P21

速回路。

7.4.5选择换向回路

本系统液压设备自动化程度较高，且对换向的平稳性没有严格要求。所以选用O型三位四通的电磁换向阀的换向回路。

7.4.6绘制液压系统原理图

将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充。即组成如图7.1所示的液压系统图。为了便于观察调整压力，在液压泵的进口处设置测压点。图7.2为电磁铁动作顺序图。

图7.2 电磁铁动作顺序

图7.1液压系统传动图

7.5液压系统的主要参数计算

7.5.1执行元件主要结构尺寸计算

液压系统主要参数的设计、计算过程见第5章。

各参数的计算结果如下：液压缸的内径mm D 50=，活塞的直径mm d 32=，缸筒壁

厚mm 5=δ，缸筒外径mm 60D 1=，缸底厚度mm h 15=。

7.5.2计算液压缸所需的流量

液压缸的最大流量m ax q

A v q ⨯=max max （7-1） 式中：A —液压缸的有效面积（2m ）；

max v —液压缸的最大速度（s m /）

。 代入数据，得：s m m s m A v q /1024.01012.0/02.034222max max --⨯=⨯⨯=⨯=

7.5.3液压泵的性能参数计算

1.确定液压泵的最高工作压力p P

∑∆+≥P P P p 1 （7-2） 式中：1P —执行元件的最高工作压力；

∑∆P —执行元件进油路上的压力损失，简单系统Pa P 510

)5~2(⨯=∆∑，这里

取Pa P 5105⨯=∆∑。 MPa m N A A P F

P cm 55.01012.06552

221

21≈⨯=+=-η 因此，由公式（7-9）可得：MPa MPa MPa P P P p 05.15.055.01=+=∆+≥∑

2.确定液压泵的最大流量p q

∑≥max q K q p （7-3） 式中：∑max q —同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值；对于工作过程中始终用流量阀节流调速的系统，还需加上溢流阀的最小溢流量，一般取()s

m /1005.0~033.033-⨯