《液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》

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1、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1. 1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖見圖4—1。 1. 1. 1明確技術(shù)要求 設(shè)計(jì)新的液壓系統(tǒng)，首先要仔細(xì)查明機(jī)器對(duì)液壓系統(tǒng)究竟有哪些要求，要與用戶或主機(jī) 廠共同討論，力求定量地掌握這些技術(shù)要求，作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和依據(jù)。需要掌握的技術(shù)要 求可能有： 1 .機(jī)器的特性 （1） 用途及工作目的。 （2） 功能、性能及負(fù)載特性負(fù)載種類（恒定負(fù)載、變化負(fù)載及沖擊負(fù)載）及大??；運(yùn)動(dòng)方 式（直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)）及運(yùn)動(dòng)量（位移、速度、加速度），慣性力，摩擦力（靜摩擦、 動(dòng)摩擦、粘性摩擦），動(dòng)作特性、動(dòng)作時(shí)間，精度（定位精度、

2、跟蹤精度、同步精度）。 （3） 結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)、與被驅(qū)動(dòng)部分的連接條件、安裝上的限制條件等。 （4） 驅(qū)動(dòng)方式原動(dòng)機(jī)的種類（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）、容量（功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩）、穩(wěn)定性。 （5） 控制方式操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)）、信號(hào)處理方式（繼電器、邏輯電路、可編程控制 器、微計(jì)算機(jī)）。 （6） 循環(huán)時(shí)間系統(tǒng)中各種執(zhí)行器的動(dòng)作順序、動(dòng)作時(shí)間的相互關(guān)系。 2. 使用條件 （1） 工作時(shí)間。 （2） 設(shè)置場(chǎng)所（室內(nèi)、室外）。 - （3） 設(shè)置環(huán)境環(huán)境溫度、濕度（高溫、寒帶、熱帶），粉塵種類和濃度（防護(hù)、凈化等）， 腐蝕性氣體（所用元件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、表面處理、涂覆等），易爆氣體（防爆措施），機(jī)械振

3、動(dòng)（機(jī) 械強(qiáng)度、耐振結(jié)構(gòu)），噪聲限制（降低噪聲措施）。 (4) 維護(hù)條件 維護(hù)程度與周期，維護(hù)人員的技術(shù)水平；維護(hù)空間、作業(yè)性、互換性。 3. 適用標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī) 4. 安全性、可靠性 (1) 用戶在安全性方面有無特殊要求。 (2) 明確保用期、保用條件。 5. 經(jīng)濟(jì)性 不能只考慮投資費(fèi)用，還要考慮能源消耗、維護(hù)保養(yǎng)等運(yùn)行費(fèi)用。 1. 1. 2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 根據(jù)技術(shù)要求確定執(zhí)行器的種類、數(shù)量、動(dòng)作順序和動(dòng)作條件。根據(jù)動(dòng)作條件擬定驅(qū)動(dòng)執(zhí)行 器的基本回路。作為控制執(zhí)行器的方式，有用雙向變量泵的閉式回路和使用控制閥的開式回 路。當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)執(zhí)行器時(shí)，要繪制表示動(dòng)作順序的順序圖，擬定實(shí)

4、現(xiàn)動(dòng)作順序的控制回 路。此時(shí)如果有同步要求，還耍采用保證必要的同步精度的同步回路。然后再設(shè)計(jì)液壓源回 路。此時(shí)要考慮節(jié)能、維持液壓油液的清潔度、液壓油液的溫度控制、油箱的油量調(diào)節(jié)和氣 壓調(diào)節(jié)。綜合以上驅(qū)動(dòng)回路、控制回路、液壓源回路三個(gè)部分，即得到總的基本液壓系統(tǒng)。 然后再進(jìn)一步考慮安全性、減小沖擊、減小壓力脈動(dòng)、節(jié)能、壽命等因素，對(duì)此基本系統(tǒng)進(jìn) 行修改補(bǔ)充，使之臻于完善。 1.確定執(zhí)行器的種類、數(shù)量和動(dòng)作 執(zhí)行器是液壓系統(tǒng)的輸出部分，必須滿足機(jī)器設(shè)備的運(yùn)動(dòng)功能、性能的要求及結(jié) 構(gòu)、安裝上的限制。根據(jù)所要求的負(fù)載運(yùn)動(dòng)形態(tài)，選用不同的執(zhí)行器配置，見表4—1。 表4—1執(zhí)行器配置的選擇 運(yùn)動(dòng)形

5、態(tài) 執(zhí)行器配置 直線運(yùn)動(dòng) 液壓缸 液壓馬達(dá)+齒輪齒條機(jī)構(gòu) 液壓馬達(dá)+螺旋機(jī)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 液壓馬達(dá) 擺動(dòng) 擺動(dòng)馬達(dá) 液壓缸+連桿機(jī)構(gòu) 液壓馬達(dá)+齒輪機(jī)構(gòu) 根據(jù)執(zhí)行器的種類和負(fù)載重量、位移量、速度、加速度、摩擦力等，經(jīng)過基本計(jì)算，確定所 需的壓力、流量。壓力可根據(jù)受壓面積與機(jī)械力求出，流量可用移動(dòng)體積與移動(dòng)時(shí)間的關(guān)系 求出。 2. 確定系統(tǒng)壓力 多數(shù)情況下壓力可以自由選定。適當(dāng)提高壓力可以降低成本。因此，系統(tǒng)壓力有逐漸提高的 趨勢(shì)，但液壓系統(tǒng)的壓力受到所用元件的限制。 提高系統(tǒng)壓力，可以使響應(yīng)速度提高、輸出力加大、功率密度提高、管路的壓力傳播速度提 高，并且不容易發(fā)生執(zhí)

6、行器低速爬行現(xiàn)象。但是提高壓力也帶來一些問題，如元件壽命縮短， 易于發(fā)生閥的卡死及自激振蕩，液壓油易變質(zhì)，內(nèi)泄漏加大，油溫升高，必須采取措施防止 漏油。 3. 確定循環(huán)時(shí)間 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的預(yù)定年產(chǎn)量和全年工作日數(shù)求出日產(chǎn)量，再根據(jù)機(jī)器的能力和每日開機(jī)時(shí)間 求出單位產(chǎn)量所需時(shí)間即循環(huán)時(shí)間。此循環(huán)時(shí)間要進(jìn)一步細(xì)分出各執(zhí)行器的順序動(dòng)作時(shí)間、 停歇時(shí)間等，要合理地分配循環(huán)中各個(gè)節(jié)拍所需要的時(shí)間。為此要把表示各執(zhí)行器動(dòng)作順序 的順序圖、表示動(dòng)作特性的工作圖及表示各節(jié)拍所需壓力流量的壓力流量圖綜合起來，繪制 出時(shí)間圖。 如果循環(huán)中僅個(gè)別節(jié)拍需要大流量時(shí)，設(shè)置作為輔助油源的蓄能器，可以提高系統(tǒng)效率，同

7、 時(shí)也降低成本。 4. 確定控制方式 執(zhí)行器的控制方式有泵控制方式和閥控制方式，泵控制方式采用雙向變量泵，通過控制泵的 流量實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的速度控制，通過控制泵的出流方向?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行器的方向控制。這種方式中每 個(gè)執(zhí)行器需要一個(gè)變量泵。重視能源的經(jīng)濟(jì)的場(chǎng)合或者負(fù)載慣性大、起動(dòng)停止沖擊成問題時(shí) 可以采用。 閥控制方式中，用方向控制閥實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的方向控制，用流量控制閥實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的速度控制。 這種方式應(yīng)用最廣泛，適用于一個(gè)液壓源同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)執(zhí)行器的場(chǎng)合或者輸入信號(hào)很復(fù)雜而 要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合。 5. 設(shè)計(jì)液壓回路 由于設(shè)計(jì)者的思路、經(jīng)驗(yàn)或?qū)λ性目紤]方法不同，即使針對(duì)同樣目的的設(shè)計(jì)出來的液 壓回

8、路也是千差萬別的。因此可以擬定幾種符合目的的液壓回路，再從成本、重量、使用方 便等方面進(jìn)行對(duì)比論證，確定最合適的液壓回路。 液壓回路包括油壓發(fā)生回路、執(zhí)行器控制回路、油液處理回路、其他輔助回路等。無論多么 復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，都則由實(shí)現(xiàn)種種功能的基本回路組成的。經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)積累，已經(jīng)形成 了許多簡便成熟、行之有效的基本回路。 用標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)繪制擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，并注明壓力控制閥、壓力繼電器等設(shè)定壓力和 液壓泵或蓄能器工作時(shí)各段路的流量，以便后面選定元件和確定管子口徑。 (1) 油壓發(fā)生回路此回路包括液壓泵部分和壓力控制部分，要設(shè)計(jì)成能在必要的時(shí)候最有 效地供給所需要的壓力和流量。 液

9、壓泵的功率在泵控制方式中根據(jù)執(zhí)行器的最大功率算出，在閥控制方式中根據(jù)各執(zhí)行器所 需的最大功率算出，在蓄能器驅(qū)動(dòng)的賣命根據(jù)蓄能器的最高工作壓力、一循環(huán)中消耗的全部 液量在充液過程中補(bǔ)充所需的泵流量和卸載時(shí)間算出。在實(shí)際的工作循環(huán)中，有時(shí)低速大負(fù) 載、有時(shí)高速小負(fù)載、有時(shí)卸載，可以求出平均功率并據(jù)以確定泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的容量。但是 循環(huán)中的峰值負(fù)載不得超過電動(dòng)機(jī)額定功率的1。5倍。 (2) 執(zhí)行器控制回路執(zhí)行器控制回路要根據(jù)負(fù)載特性，適當(dāng)?shù)乜刂品较?、速度等? 泵控制方式中，在雙向變量泵回路上加壓力控制回路即可組成執(zhí)行器控制回路。 閥控制方式中的執(zhí)行器控制回路，由方向控制回路、速度控制回路、壓力控

10、制回路適當(dāng)組合 而成： 1) 方向控制回路用方向控制閥來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器動(dòng)作方向的控制，掌握方向控制閥的通油時(shí)間 來控制執(zhí)行器的位移量。 調(diào)整換向閥的切換時(shí)間、設(shè)置二速回路、與行程減速閥并用，或者采用比例閥、伺服閥都可 以控制執(zhí)行器起動(dòng)、停止時(shí)的加速減速特性。 2) 速度控制回路用流量控制閥來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器速度的控制。根據(jù)負(fù)載變化情況和流量精度要 求選定采用節(jié)流閥還是調(diào)速閥來控制?？紤]對(duì)負(fù)載方向的適應(yīng)性，負(fù)載變化對(duì)精度的影響及 回路的效率等因素，決定采用進(jìn)口節(jié)流、出口節(jié)流還是旁通節(jié)流方式。 3) 壓力控制回路壓力控制回路不僅包括控制執(zhí)行器輸出力(或力矩)的回路，還包括用來 吸收?qǐng)?zhí)行器起停時(shí)的制動(dòng)

11、力、外負(fù)載引起的沖擊力的安全回路。作為輸出力控制回路，有用 溢流冷漠限制最高壓力的調(diào)壓回路，還有用減壓閥把某個(gè)執(zhí)行器限制到低于油源壓力的壓力 的減壓回路。制動(dòng)回路、平衡回路、安全回路等中所用的壓力控制閥，有直動(dòng)式、先導(dǎo)式、 內(nèi)控式、外控式等各種結(jié)構(gòu)，性能和特性也有多種不同，實(shí)際使用時(shí)必須十分注意。 (3) 液壓油處理回路液壓油處理回路包括進(jìn)行液壓油液污染控制的過濾回路和油液溫度控 制回路。在過濾回路中，要根據(jù)所用液壓元件和液壓油的種類確定過濾器的容量，過濾精度 和設(shè)置部位。當(dāng)環(huán)境溫度較高或液壓裝置內(nèi)部發(fā)熱較多，單靠油箱和管路系統(tǒng)自然散熱無法 維持與所用元件相適應(yīng)的溫度和精度時(shí)，必須設(shè)置油冷卻

12、器，環(huán)境溫度過低，液壓泵超支困 難時(shí)，必須考慮設(shè)置加熱器或其他暖機(jī)運(yùn)行方式。 （4）輔助回路輔助回路包括液壓系統(tǒng)維修所需的回路和作為安全措施專門設(shè)置的回路。在 保養(yǎng)維修方面，要考慮測(cè)壓口、油液取樣口、元件拆卸時(shí)防止油液外流的措施、易于組成沖 洗回路等，在安全方向，要考慮長期停機(jī)時(shí)防止自重引起下落的措施，防止誤動(dòng)作的措施， 雙重安全措施等。 1. 1. 3組成元件的設(shè)計(jì) 液壓回路中所用的元件分類四大類，即能量輸入元件，例如泵；控制元件，如閥；能量輸出 元件，如馬達(dá)；輔件，如管子、油箱、接頭等。前三類直接參與回路的能量傳遞功能，輔件 雖不直接參與能量傳遞，但是保證和改善回路功能所必須的。上述

13、元件的選擇順序是執(zhí)行器 -閥-泵-輔件，但首先要選定液壓油液。 1.選定液壓油 油液在液壓系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)潤滑與傳遞動(dòng)力的雙重功能，必須根據(jù)使用環(huán)境和目的慎重造反。油 液的正確選擇保證系統(tǒng)元件的工作與壽命。系統(tǒng)中工作最繁重的元件是泵和馬達(dá)，針對(duì)泵和 馬達(dá)造反的油液也適用于閥。 液壓油的種類可按圖所示的流程選擇。 油液與密封材料的相容性見下表 找4-4油液與密封材料的相容性 密封材料 礦物油 __ 難燃液壓液 低苯胺點(diǎn) 高苯胺點(diǎn) 水乙二醇 磷酸酯 磷酸酯基 鹵化谿 二酯 硅酸酯 浸蠟皮革 劣 劣 浸聚硫酸皮革

14、 劣 劣 浸聚氮酯皮革 ■丁橡膠 丁 11橡膠 丁苯橡膠 丁基橡膠 聚琉橡膠 硅橡膠 知橡膠 策塑料 聚氨酩 乙丙橡膠 劣一 劣 注：相容性分為優(yōu)、良、可、劣四檔 推薦的油液粘度范圍見下表。 泵與馬達(dá)類型 推

15、薦粘度范圍(mm2/S) 40 °C下的粘度 運(yùn)行粘度 起動(dòng)時(shí)最高粘度 直軸柱塞式 32?68 13~54 220 齒輪式、葉片式、斜軸式 860 低速大扭矩葉片馬達(dá) 110 起動(dòng)時(shí)粘度過度會(huì)引起泵氣蝕和噪聲；連續(xù)工作在較高粘度下會(huì)使空氣懸浮在油液中，從而 引起泵、馬達(dá)的提前失效和閥的沖刷磨損；粘度過低會(huì)造成系統(tǒng)效率降低和動(dòng)力潤滑破壞。 不同粘度等級(jí)的油液，其精度為表5的推薦值時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度見表6 粘度等級(jí) (40C以下) (mm2/s) 起動(dòng)時(shí)最高粘度(mm2/s) 運(yùn)行粘度(mm2/s) 860 220 110 54 13 32 -12C

16、 6C 14C 27 C 62 C 46 -6C 12C 22 C 34 C 71C 68 0C 19C 29 C 42 C 81C 2.確定液壓執(zhí)行器 在前面的系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)中，已經(jīng)確定了執(zhí)行器的種類、數(shù)量和動(dòng)作?，F(xiàn)在要確定具體的 結(jié)構(gòu)形式，規(guī)格及安裝方式。 (1) 液壓缸 單作用液壓缸僅在靠自重、外負(fù)載或彈簧力等機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)回程時(shí)才使用， 一般多使用雙作用缸。需要以較短的安裝長度來實(shí)現(xiàn)很長的工作行程時(shí)，可考慮使用多級(jí)伸 縮缸或增設(shè)能放大行程的倍增機(jī)構(gòu)(圖4—8)。 缸的行程取決于負(fù)載運(yùn)動(dòng)距離。行程較長時(shí)需要活塞桿較粗，可能還要在缸內(nèi)裝有止動(dòng) 套管，以提高

17、抗縱彎能力。 缸筒的結(jié)構(gòu)，一般機(jī)械設(shè)備多用拉桿式和螺紋式，冶金工業(yè)、鍛壓機(jī)械等的重型缸及 高壓大直徑缸用焊接式。 安裝方式要根據(jù)負(fù)載特性和運(yùn)動(dòng)形式妥善選擇，要使液壓缸所受載荷沿動(dòng)作方向而在 徑向不受載荷。常用的安裝方式見圖4—9。 法蘭安裝提供高強(qiáng)度的中線支座，但對(duì)找正的要求較高?？梢杂糜袟U端法蘭或無仟端法 蘭來安裝缸，有桿端法蘭比較適合于拉力負(fù)載；水平安裝的長缸可能需要億自由端設(shè)置附加 支座以防止下垂(圖4 —10)。 中線凸耳沿活塞桿中心線所在平面支承缸體。這種安裝使安裝螺栓只受單純的拉伸或剪 切，不受復(fù)合力。要求精確找正，但精確找正后是很牢固的。 耳軸安裝使缸可以驅(qū)動(dòng)曲線運(yùn)動(dòng)的

18、負(fù)載。耳軸通常布置在活塞桿中心線所在平面內(nèi)， 并且只承受剪切載荷。由于它是一-種鉸接安裝所以有助于補(bǔ)償不對(duì)正度。 耳環(huán)安裝的整體式耳環(huán)是缸底蓋的一部分。由于支點(diǎn)在缸體以外，所以這種安裝 的杠桿臂較長。 加長拉桿安裝象法蘭安裝一樣也提供中線支座，但剛度較低。 腳架安裝由于腳架低于活塞桿的中心線而使缸承受傾翻力矩。應(yīng)力值高于中線凸耳安 裝而剛度較低。腳架安裝式能允許稍大的不對(duì)正度。往往用鍵或銷來承受剪切載荷以便安裝 螺栓僅受拉力。 缸內(nèi)徑根據(jù)所需缸力F和可利用的系統(tǒng)壓力p來確定。以單桿雙作用液壓缸為例，其 推力F1和拉力F2分別為 F1=A1pP =n D2pP /4 F2=A2pP

19、=n (D2-d2)pP /4 式中A1為無桿腔活塞受壓面積 A2為有桿腔活塞受壓面積 D為缸內(nèi)徑 d為活塞桿外徑 F1為推力 F2為拉力 p為工作壓力 P考慮滑動(dòng)部分的阻力、管路及元件的壓力損失的系數(shù)。慣性力小時(shí)取為0.6?0.8, 慣性力大時(shí)取為0.25?0.35。 根據(jù)上式算出受壓面積后，再從受壓面積表中選出合適的缸內(nèi)徑。 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 3.14 4.91 8.04 12-6 19.6 31.2 50. 3 63.6 78.5 95.

20、0 123 154 201 254 314 380 491 10 2- 35 4.12 7- 25 11.8 12. 2.01 3.78 11.4 1&5 14 1.60 3-37 6.50 16 2. 90 & 03 17. 6 29.2 18 2.36 5. 50 10- 0 20 - 1.77 4.90 9. 42 28.0 47.1 22 , , 4.24 8.77 15.8 59- 8 \ 25 f 3.13 7. 66 14.7 25.0 45.4 73.6 28 6.41 13.5 57.5 88. 9 32. 4.52 1L6 23.1

21、70.5 115 36 9.46 21.0 40.1 84.9 144 4Q 7.07 18.6 37.7 51.1 110 188 45 3.73 15.3 34.4 47.7 62.6 138 293 50 11.5 3(X6 44.0 58.9 75. 4 181 195 56 ??' 6.54 25. 6 39.0 53. 9 70.4 98.1 230 356 .63 . 19. 1 32.4 47. 4 63.9 91.5 123 283 460 70 - 11.8 25.1 40.1 56.5 84.2 115 163 342 80 . 13.4

22、2&3 44.8 72.5 104 151 204 441 90 14.9 31.4 59.1 90.3 137 191 251 100 16.5 44.2 75.4 123 176 235 302 110 27.7 58.9 106 159 219 285 396 13S 31.2 78- 3 132 191 257 368 140 47. 1 101 160 226 337 160 e 53.4 113 179 290 180 - - 60 - 126 236 200. ；. 66.0 117 懿4楠蒸中泗漆S洋牛 缸速的確定涉及循環(huán)時(shí)間和缸的行程。

23、一般推薦的速度范圍是15—300m/ s。缸速 過高時(shí)，密封的壽命縮短。速度過低時(shí)還容易發(fā)生爬行現(xiàn)象，無法平穩(wěn)地動(dòng)作。 有些缸帶有內(nèi)裝式緩沖裝置，以便在活塞接近行程末端時(shí)，使活塞逐漸減速，防 止活塞撞擊缸頭。但是，如果使很大的負(fù)載高速動(dòng)作，則進(jìn)入緩沖段時(shí)產(chǎn)生的沖擊壓力有時(shí) 會(huì)使機(jī)械裝置或液壓缸損壞。當(dāng)缸速超過200mm/ s且運(yùn)動(dòng)質(zhì)量較大時(shí)，單靠缸內(nèi)的緩沖裝 置無法吸收全部慣性能量，所以還必須考慮液壓回路上的減速措施。 油口直徑要根據(jù)缸速及活塞面積加以確認(rèn)，油口流速不應(yīng)超過7m/s,以免壓力損 失過大影響缸的出力。 活塞桿直徑必須足夠大，以承受負(fù)載和缸所施加的應(yīng)力?；钊麠U受拉力時(shí)，活塞

24、桿面積等于活塞受力除以活塞桿屈服強(qiáng)度再乘以安全系數(shù)。但活塞桿受推力時(shí)，必須有足夠 的縱彎強(qiáng)度。當(dāng)縱彎強(qiáng)度不夠面生產(chǎn)較大的撓度時(shí)，由于滑動(dòng)面的摩擦等引起導(dǎo)向套及活塞 上有較大的偏載荷，造成卡咬、爬行、密封件導(dǎo)常磨損等問題。防止縱向彎曲所需的附加強(qiáng) 度取決于行程及支點(diǎn)連接方式。 密封材料的選擇，要考慮材料與油液的相容性、適用溫度范圍及速度范圍。相容 性參見表4—4。適用溫度及速度范圍見表4—8。 表4—8密封材料的適用范圍 密封材料 溫度范圍（°C） 速度范圍（mm/s） 丁月青橡膠 -10~+85 8~500 聚氨酯橡膠 -10~+85 8~500 氟橡膠 0~100

25、 8~300 高溫用丁青橡膠 -10~+120 8~500 （2）液壓馬達(dá)選定液壓馬達(dá)時(shí)要考慮的因素有工作壓力、轉(zhuǎn)速范圍、堵轉(zhuǎn)扭矩、運(yùn)行 扭矩、總效率、容積效率、滑差特性、壽命等機(jī)械性能及在機(jī)械設(shè)備上的安裝條件、外觀等。 液壓馬達(dá)種類很多，特性顯著不同，應(yīng)針對(duì)具體用途選擇最合適的馬達(dá)。典型液壓馬達(dá)的特 性對(duì)比見表4—9。低速場(chǎng)合可以用低速馬達(dá)，也可以用帶減速裝置的高速馬達(dá)。二者在結(jié) 構(gòu)布置、占用空間、成本、效率等方面各有優(yōu)點(diǎn)，必須仔細(xì)論證。 確定了所用液壓馬達(dá)的種類之后，可根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)速和扭矩從產(chǎn)品系列中選出 能滿足需要的若干種規(guī)格，然后利用各種規(guī)格的特性曲線查出（或算出）相應(yīng)的壓

26、降、流量和 總效率。接下去進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)來確定某個(gè)規(guī)格。如果原始成本最重要，則應(yīng)選擇流 量最小的，這樣泵、閥、管路等都最小，如果運(yùn)行成本最重要，則應(yīng)選擇總效率最高的：如 果工作壽命最重要，則應(yīng)選擇壓降最小的，也許最佳選擇是上述方案的折衷。 需要低速運(yùn)行的馬達(dá)，要核對(duì)其最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。如果缺乏數(shù)據(jù)，應(yīng)在有關(guān)系統(tǒng)的 所需工況下實(shí)際試驗(yàn)后再定取舍。為了在極低轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)運(yùn)行，馬達(dá)的泄漏必須恒定，負(fù)載 要恒定，要有一定的回油背壓（如0.2~0.5MPa）和至少35mm2/s的油液粘度。 表4-9典型字 反壓馬達(dá)的比較 高速馬達(dá) 低速馬達(dá) 齒輪式 葉片式 柱塞式 徑向

27、柱塞式 額定壓力（MPa） 21 17. 5 35 21 排量(mL/r) 4~300 25~300 10~1000 125~38000 轉(zhuǎn)速(r/min) 300~5000 400~3000 10~5000 1~500 總效率（%） 75~90 75~90 85~95 80~92 堵轉(zhuǎn)效率（%） 50~85 70~85 80~90 75~85 堵轉(zhuǎn)泄漏 大 大 小 小 污染敏感度 大 小 小 小 變量能力 不能 困難 可 可 軸承壽命與轉(zhuǎn)速、載荷有關(guān) L new L ? 瀏n new L ne

28、w 式中Lnew—軸承實(shí)際壽命(h) Lref—額定工況下的軸承B10壽命(h) nnew—實(shí)際轉(zhuǎn)速(r/min) nref—額定轉(zhuǎn)速(r/min) P：w一實(shí)際軸上載荷(N) P：f—額定軸上載荷(N) 根據(jù)這些關(guān)系，如果轉(zhuǎn)速減半則軸承壽命延長為原來的2倍，軸上載荷每減小10%由 軸承壽命加長40%。 需要馬達(dá)帶載起動(dòng)時(shí)，要核對(duì)堵轉(zhuǎn)扭矩。 用液壓馬達(dá)制動(dòng)時(shí)，例如起重機(jī)放重物或靜液傳動(dòng)系在溜坡時(shí)，馬達(dá)工作于泵工況。 這時(shí)在給定的壓降下，制動(dòng)扭矩與馬達(dá)的有效扭矩關(guān)系如下： M =( 峨 hm M一制動(dòng)扭矩 br Mmot--馬達(dá)的有效扭矩 D：一液壓機(jī)械效率 km

29、 按上式算出的制動(dòng)扭矩不得大于馬達(dá)的最大工作扭矩。 為了防止作為泵工作的制動(dòng)馬達(dá)發(fā)生氣蝕或喪失制動(dòng)能力，應(yīng)保證這時(shí)馬達(dá)的“吸油 口”有足夠的補(bǔ)油壓力。這可以靠閉式回路中的補(bǔ)油泵或開式回路中的背壓閥來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)液 壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)大慣量負(fù)載時(shí)，為了防止停車過程中慣性運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)缺油，應(yīng)設(shè)置與馬達(dá)并聯(lián)的 旁通單向閥補(bǔ)油。 需要長時(shí)間防止負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)使用在馬達(dá)軸上的液壓釋放機(jī)械制動(dòng)器。 3. 確定液壓控制閥 選定液壓控制閥時(shí)，要考慮的因素有壓力、流量、工作方式、連接方式、節(jié)流特 性、控制性、穩(wěn)定性、油口尺寸、外形尺寸、重量等，但價(jià)格、壽命、維修性等也須考慮。 閥的容量要參考制造廠樣本卜的最大流量值及

30、壓力損失值來確定。樣本上沒有給出壓力損失 曲線時(shí)，可用額定流量時(shí)的壓力損失按下式估算其他流量的壓力損失。 Ap=Apr(Q/Q2)2 式中△?——流量為Q時(shí)的壓力損失； △pr 一一額定流量Q，時(shí)的壓力損失。 另外，如果粘度變化時(shí)，要乘以表4—lo中給出的系數(shù)。 表4—10粘度修正系數(shù) 運(yùn)動(dòng)粘度 (mm2/s) 14 32 43 54 65 76 87 系數(shù) 0.93 1.11 1.19 1.26 1.32 1.37 1.41 閥的連接方式如果用板式連接，則更換閥時(shí)不用拆卸油管。另外，板式連接的閥 可以裝在油路塊或集成塊上，使液壓裝置的整體設(shè)計(jì)合理

31、化。控制回路有時(shí)要用很多控制閥， 可考慮采用插裝式、疊加式等集成式控制閥，集成化有配管少、漏油少、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。 螺紋插裝閥、疊加閥和蓋板插裝閥統(tǒng)稱為集成式閥。各種集成式閥的適用范圍見 圖 4—13。 (1)換向閥 換向閥使用時(shí)的壓力、流量不要超過制造廠樣本上的額定壓力、額定 流量，否則液壓卡緊現(xiàn)象和液動(dòng)力的影響往往引起動(dòng)作不良。尤其在液壓缸回路中，活塞桿 外伸和內(nèi)縮時(shí)回油流量是不同的。內(nèi)縮時(shí)回油流量比泵的輸出流量還大，流量放大倍數(shù)等于 缸兩腔活塞面積之比，要特別汴意。另外還要注意的是，四通閥堵住A 口或B 口只用一側(cè) 流動(dòng)時(shí)，額定流量顯著減小。壓力損失對(duì)液壓系統(tǒng)的回路效率有很大影響，所

32、以確定閥的通 徑時(shí)不僅考慮換向閥本身，而且要綜合考慮回路中所有閥的壓力損失、油路塊的內(nèi)部阻力、 管路阻力等。 40- - 30- 工 d ? T 蓋板描裝冏 只為- 螺紋插裝閥 和加閥. '田 10- n I | I i 1 一 ? 1 10 100 1000 流量(L/min) 電磁閥及電液換向閥中的電磁鐵，有直流式、交流式、自整流式、而結(jié)構(gòu)上有干 式和濕式之分。各種電磁鐵的吸力特性、勵(lì)磁電流、最高切換頻率、機(jī)械強(qiáng)度、沖擊電壓、 吸合沖擊、切換時(shí)間等特性不同，必須選用合適的電磁鐵。特殊的電磁鐵有安全防爆式、耐 壓防爆式。而高濕度環(huán)境使用時(shí)要進(jìn)行熱帶處理，高溫環(huán)

33、境使用時(shí)要注意絕緣性。 換向閥的中位滑閥機(jī)能關(guān)系到執(zhí)行器停止?fàn)顟B(tài)下位置保持的安全性，必須考慮內(nèi) 泄漏和背壓情況，從回路上充分論證。另外，最大流量值隨滑閥機(jī)能的不同會(huì)有很大變化， 應(yīng)予注意。 換向閥的閥芯形狀，影響閥芯開口面積隨閥心位移的變化規(guī)律、閥的切換時(shí)間及 過渡位置時(shí)執(zhí)行器的動(dòng)作情況，必須認(rèn)真選擇。 換向閥的切換時(shí)間，受電磁閥中電磁鐵的類型和閥的結(jié)構(gòu)、電液換向閥中控制壓 力和控制流量的影響。用節(jié)流閥控制流量，可以調(diào)整電液換向閥的切換時(shí)間。 有些回路里，如在行走設(shè)備的液壓系統(tǒng)中，用換向閥切換流動(dòng)并調(diào)節(jié)流量。選用 這類換向閥時(shí)要注意其節(jié)流特性，即不同的閥心位移下流量與壓降的關(guān)系。 (

34、2) 單向閥和液控單向閥 單向閥的開啟壓力取決于內(nèi)裝彈簧的剛度；一般來說為 減小流動(dòng)阻力可使用開啟壓力低的單向閥。但是閥歸座遲鈍引起逆流時(shí)或用于保待電液換向 閥的控制壓力或馬達(dá)背壓時(shí)，應(yīng)選用開啟壓力高的單向閥。過濾器旁通用的單向閥，其開啟 壓力由濾芯堵塞壓力確定。 當(dāng)流過單向閥的流量遠(yuǎn)小于額定流量時(shí)，單向閥有時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。流量越小，開啟 壓力越高，油中含氣越多，則越容易振動(dòng)。 打開液控單向閥所需要的控制壓力取決于負(fù)載壓力、閥芯受壓面積及控制活塞的 受壓面積。卸掉控制壓力時(shí)，如果閥芯歸座遲鈍，則需要研究液控單向閥的背壓和開啟壓力。 外泄式液控單向閥的泄油口必須無壓回油，否則會(huì)抵消一部分控制壓

35、力。 (3) 流量控制閥 流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流集流閥等，這里介紹調(diào)速閥 的使用注意事項(xiàng)。 選定流量控制閥時(shí)，首先要考慮負(fù)載類型。如果系統(tǒng)要移動(dòng)的是阻力負(fù)載，宜采 用進(jìn)口節(jié)流控制回路。出口節(jié)流回路宜用于超越負(fù)載。有些情況下應(yīng)采用旁通節(jié)流控制，雖 然僅用流量控制處理一部分流量，卻能收到節(jié)能的效果。 負(fù)載壓力循環(huán)影響閥的選擇，負(fù)載流量循環(huán)則決定系統(tǒng)中哪里和什么時(shí)候需要流 量控制閥。例如機(jī)床工作臺(tái)的“工進(jìn)”階段需要用調(diào)速閥保持穩(wěn)定流量，”快進(jìn)”轉(zhuǎn)。工進(jìn)之 前可以用行程節(jié)流閥減速。環(huán)境溫度變化較大時(shí)可能要用帶溫度補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速閥。 應(yīng)用場(chǎng)合所需的流量調(diào)節(jié)精度，應(yīng)由所選的調(diào)速閥在整個(gè)調(diào)節(jié)

36、范圍內(nèi)加以保證。 注意，樣本上的精度值一般是針對(duì)額定壓力、最大流量時(shí)的調(diào)節(jié)精度，實(shí)際使用壓力、流量 不同時(shí)精度也不同。 ； 對(duì)流量進(jìn)行控制需要一定的壓差，高精度的流量控制約需1MPa的壓差。 普通調(diào)速閥存在著流量跳動(dòng)現(xiàn)象，這是因?yàn)辇R始調(diào)節(jié)時(shí)調(diào)速閥中的壓力補(bǔ)償器尚處于 開啟位置，全部壓降都作用在節(jié)流口上，致使流量過大。為了克服它的不良影響，可選用手 調(diào)補(bǔ)償器初始開度的調(diào)速閥或帶外控關(guān)閉功能的調(diào)速閥。 ^ (4) 溢流閥溢流閥有直動(dòng)式和先導(dǎo)式。一般來說直動(dòng)式響應(yīng)較快，宜用作安全閥， 先導(dǎo)式啟閉特性較好，宜用作調(diào)壓閥。 啟閉特性是選用溢流閥時(shí)要考慮的重婁因素。如果啟閉特性太差，則負(fù)載壓力低于

37、 設(shè)定壓力時(shí)溢流閥開始溢流，隨著壓力升高溢流量加大，執(zhí)行器速度減慢，達(dá)到設(shè)定壓力時(shí) 執(zhí)行器停止。因此，執(zhí)行器速度在負(fù)載力大時(shí)變得不穩(wěn)定，回路效率也顯著降低。 溢流閥的動(dòng)態(tài)特性是很重要的。在負(fù)載激烈變化下;，希望溢002閥既響應(yīng)快又穩(wěn)定。 直動(dòng)式響應(yīng)很快，；沖擊壓力較低；但是穩(wěn)定性比先導(dǎo)式稍差。 溢流閥的調(diào)壓范圍可通過更換調(diào)壓彈簧改變，但所用的彈簧的設(shè)定壓力可能改變啟 閉特性。先導(dǎo)式溢流閥最低壓力為0.5?1MPa (6)減壓閥啟閉特性的變化趨勢(shì)與溢流閥相反，即通過減壓閥的流量加大時(shí)二次壓力 有所降低。必須注意減壓閥設(shè)定壓力與執(zhí)行器工作壓力的關(guān)系。 先導(dǎo)式減壓閥的泄油量比其他控制閥多。始

38、終有油液從先導(dǎo)閥流出來，可能多達(dá) 1L/min以上，影響到泵容量的選擇。 二次壓力的調(diào)節(jié)范圍取決于所用彈簧和通過閥的流量。最低調(diào)節(jié)壓力要保證一次 壓力與二次壓力之差為0.3?1MPa。 通過閥的流量遠(yuǎn)小于額定流量時(shí)，容易產(chǎn)生振動(dòng)或其他不穩(wěn)定現(xiàn)象。此時(shí)要在回 路上采取措施。 (6) 順序閥順序閥根舉裝配結(jié)構(gòu)的不同，可以實(shí)現(xiàn)不同的回路功能，如溢流閥、順 序閥和平衡閥的功能。 順序閥的啟閉特性如果太差，則流量較大時(shí)一次壓力過高，回路效率降低。 啟閉特性帶有滯環(huán)，開啟壓力低于閉合壓力，負(fù)載流量變化時(shí)應(yīng)予注意， 開啟壓力過低的閥，在壓力低于設(shè)定壓力時(shí)發(fā)生前漏，引起執(zhí)行器誤動(dòng)作。 通過閥的流

39、量遠(yuǎn)小于額定流量時(shí)，產(chǎn)生振動(dòng)或其他不穩(wěn)定現(xiàn)象。此時(shí)要在回路上 采取措施； (7) 卸荷溢流閥 卸荷溢流閥主要用于裝有蓄能器的液壓回路中，當(dāng)蓄能器充液壓 力達(dá)到閥的設(shè)定壓力時(shí)自動(dòng)地使液壓泵卸荷。閥中有內(nèi)裝單向閥防止蓄能器中的有壓油液倒 流。此時(shí)由蓄能器維持對(duì)系統(tǒng)供油而泵卸荷，從而收到節(jié)能效果。當(dāng)蓄能器中油液壓力降至 閥設(shè)定壓力的85%左右時(shí)，閥又復(fù)載，液壓泵恢復(fù)向蓄能器充液。 這種閥也可以用于雙泵高低壓回路。低壓時(shí)兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油，高壓時(shí)此閥 使大泵卸荷并把它與高壓部分隔離。 用于蓄能器的閥與蓄能器之間的壓降不得超過設(shè)定壓力的10%。外泄式閥泄油口 背壓不得超過設(shè)定壓力的2%。 4.

40、 確定電液控制閥 考慮執(zhí)行器的控制內(nèi)容、控制精度、、響應(yīng)性等，確定伺服閥、電磁比例閥、步進(jìn)電 機(jī)操作的數(shù)字閥及快速電磁開關(guān)閥（脈寬調(diào)制、脈數(shù)調(diào)制）等電液控制閥的類型，這些控制閥 可以與指令電信號(hào)成比例地控制油液流量，而且控制閥上產(chǎn)生比較大的壓力損失。壓力損失 與流量之間有一定的關(guān)系，要選擇其容量能充分包圍執(zhí)行器輸出特性的電液控制閥。 選定電磁比例閥時(shí)要注意，梓本上的額定流量是指閥全開時(shí)閥壓降為1MPa的通過 流量。要在確定執(zhí)行器（缸）的面積和以希望速度驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器所需的流量之后，確定在動(dòng)態(tài)條 件下（加速和保持速度所需）的最大負(fù)載壓降和允許的閥壓降，再參照樣本上閥的流量增益曲 線根據(jù)流量和閥壓

41、降確定最合適的流量，最后核對(duì)工況點(diǎn)是否落在閥的功率容量輪廓線以 內(nèi)。 選定電液伺服閥時(shí)，要通過所謂負(fù)載匹配確定油源壓力、執(zhí)行器｛缸）面積及伺服閥 容量。伺服閥的流量應(yīng)比所需最大流量大出10%，留給伺服閥的壓降應(yīng)不小于供油壓力的1 /3,.伺服閥的90°相移頻寬應(yīng)不低于系統(tǒng)頻寬的3倍，詳見本章2. 2. 3節(jié)。 5. 確定液壓泵 液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源。要選用能適應(yīng)執(zhí)行器所要求的壓力發(fā)生回路的泵， 同時(shí)要充分考慮可靠性、壽命、維修性等以便所選的泵能在系統(tǒng)中長期運(yùn)行。液壓泵 的種類非常多，其特性也有很大差別，參見表4—11。 表4—11液壓泵種類與特性 選擇液壓泵時(shí)要考慮的因素有工作

42、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、定量或變量、變量方式、 容積效率、總效率、壽命、原動(dòng)機(jī)的種類?、噪聲、壓力脈動(dòng)率、自吸能力等，還要考慮與 液壓油的相容性、尺寸、重量、經(jīng)濟(jì)性、維修性。這些因素一般已寫在產(chǎn)品樣本或技術(shù)資料 里，要仔細(xì)研究，不明確的地方最好詢問制造廠。 液壓泵的輸出壓力應(yīng)是執(zhí)行器所需壓力、配管的壓力損失、控制閥的壓力損失之 和。它不得超過樣本上的額定壓力。強(qiáng)調(diào)安全性、可靠性時(shí)，還應(yīng)留有較大的余地。樣本上 的最高工作壓力是短期沖擊時(shí)允許的壓力。如果每個(gè)循環(huán)中都發(fā)生沖擊壓力，泵的壽命會(huì)顯 著縮短，甚至泵會(huì)損壞。 液壓泵韻輸出流量應(yīng)包括執(zhí)行器所需流量（有多個(gè)執(zhí)行器時(shí)由時(shí)間圖求出總流 量）；溢流閥的

43、最小溢流量、-各元件的泄漏量的總和、電動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)（通常1r/s左右）引起的流 量減少量、液壓泵長期使用后效率降低引起的流量減少量（通常5%— 7%）。樣本上往往給出 理論排量、轉(zhuǎn)速范圍及典型轉(zhuǎn)速不同壓力下的輸出流量。泵的輸出流量為： ； Q q壯n 1000 " 式中n 軸的轉(zhuǎn)速（r/min） Q——輸出流量（L/min）； ?； ! ； q 排量（cm2）； ， n v一一容積效率（%）。 ， 壓力越高、轉(zhuǎn)速越低則泵的容積效率越低，變量泵排量調(diào)小時(shí)容積效率降低。轉(zhuǎn) 速恒定時(shí)泵的總效率在某個(gè)壓力下最高，變量泵的總效率在某個(gè)排量、某個(gè)壓力下最高。泵 的總效率對(duì)液壓系統(tǒng)的效率有很大影響

44、，應(yīng)該選擇效率高的泵，并盡量使泵工作在高效工況 區(qū)。 轉(zhuǎn)速關(guān)連著泵的壽命、耐久性、氣穴、噪聲等。雖然樣本上寫著容許的轉(zhuǎn)速范圍，但 最好是在與用途相適應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速下使用。特別是用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵的情況下，油溫低時(shí)若低 速則吸油困難，有因潤滑不良引起卡咬失效的危險(xiǎn)，而高轉(zhuǎn)速下則要考慮產(chǎn)生氣蝕、振動(dòng)、 異常磨損、流量不穩(wěn)定等現(xiàn)象的可能性。轉(zhuǎn)速劇烈變動(dòng)還對(duì)泵內(nèi)部零件的強(qiáng)度有很大影響。 壽命出定義不太明確，可以說是“在一定環(huán)境下能經(jīng)濟(jì)地維持所需性能的時(shí)間”。 由于液壓元件的特殊性，在完全相同的條件下使用的情況并不多見，失效分布往往不明確， 壽命的估計(jì)很困難。制造廠提供的額定壽命數(shù)據(jù)，通常是根據(jù)泵內(nèi)軸承的

45、B10壽命（一組軸 承中有90%能達(dá)到和超過的工作小時(shí)數(shù)）和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的磨損特性確定的。壽命還與暫載率有 關(guān)。油液不清潔、安裝不正確?（如軸上承受徑向載荷）、使用不當(dāng)（如頻繁帶載起動(dòng)、長時(shí)間 低速運(yùn)行）等會(huì)使泵夭折，而降低參數(shù)使用可以延長泵的使用壽命。 開式回路中需要泵具有一定的自吸能力。發(fā)生氣蝕不僅可能使泵損壞，而且還引 起振動(dòng)和噪聲，使控制閥、執(zhí)行器動(dòng)作不良，對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生惡劣影響。在確認(rèn)所用泵 的自吸能力的同時(shí)，必須在考慮液壓裝置的使用溫度條件、液壓油的粘度來計(jì)算吸油管路的 阻力的基礎(chǔ)上，確定泵相對(duì)于油箱液位的安裝位置并設(shè)計(jì)吸油管路。另外，泵的自吸能力就 計(jì)算值來說要留有充分裕量。

46、 液壓泵是主要噪聲源。在對(duì)噪聲有限制的場(chǎng)合，要選用低噪聲泵或降低轉(zhuǎn)速使用。 泵的噪聲數(shù)據(jù)有兩種，即在特定聲場(chǎng)測(cè)得的和在一般聲場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)，兩者之間顯著不同。 用定量泵還是用變量泵，需要仔細(xì)論證。定量泵簡單、便宜，變量泵復(fù)雜、貴，但 節(jié)省能量。定量泵與變量泵的適用場(chǎng)合見表4-12。變量泵（尤其是變量軸向柱塞泵）的變量 機(jī)構(gòu)有各種形式。就控制方法來說，有手動(dòng)控制、內(nèi)部壓力控制、外部壓力控制、電磁閥控 制、順序閥控制、電磁比例閥控制、伺服閥控制等。就控制結(jié)果來說，有比例變量、恒壓變 量、恒流變量、恒轉(zhuǎn)矩變量、恒功率變量、負(fù)載傳感變量等。變量方式的選擇要適應(yīng)系統(tǒng)的 要求，實(shí)際使用中要弄清這些變量方式

47、的靜特性、動(dòng)特性和使用方法。不同種類的泵、不同 生產(chǎn)廠，其變量機(jī)構(gòu)的特性不同，要認(rèn)真調(diào)查。 表4—12定量泵與變量泵的適用場(chǎng)合 定量泵 變量泵 ?液壓功率小于10kW，而且能源成本 不是重要因素 .工作循環(huán)是開關(guān)式，而且泵在不工作 時(shí)可以完全卸載 ?雖然負(fù)載變化很大，但多數(shù)工況下需 要泵輸出的全部流量 .工作制不繁重，溫升不成問題 ?液壓功率超過10kW，流量需求變化 很大 ?要求大負(fù)載下小而精密的運(yùn)動(dòng)和變化 負(fù)載下的快速運(yùn)動(dòng) ?泵服務(wù)于可任意組合的多個(gè)負(fù)載 ?要求很大的承載能力 .一個(gè)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)多個(gè)泵，而泵的裝機(jī) 容量大于原動(dòng)機(jī)功率 液壓系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)液壓泵的原動(dòng)機(jī)有電

48、動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)指汽油機(jī)、柴油機(jī)等， 一般用于行走設(shè)備，而且不是由液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者選定的。固定設(shè)備液壓系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)液壓泵 的電動(dòng)機(jī)需要設(shè)計(jì)者選定。根據(jù)使用環(huán)境，決定開式、封閉扇冷式、防雨保護(hù)式、防爆式等 形式及立式、臥式結(jié)構(gòu)。用臥式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，泵需另設(shè)安裝架。用立式電動(dòng)機(jī)時(shí)，泵可以 藏在油箱內(nèi)部，外觀整齊，噪聲也小。用立臥式電動(dòng)機(jī)時(shí)，泵可以通過鐘形罩安裝在電動(dòng)機(jī) 的法蘭上。確定電動(dòng)機(jī)的規(guī)格時(shí)，要考慮液壓泵的最大軸扭矩和工作循環(huán)的平均功率。 平均功率為 P =:乎匕％ m \ T i=1 式中n——工作循環(huán)中的工步數(shù)； Pm——平均功率； P：--第i工步的功率； T一循環(huán)周

49、期； Ti--第i工步的時(shí)間。 按工作循環(huán)的平均功率選定感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的容量，但尖峰超載不得大于50%。 7. 確定蓄能器 選擇蓄能器涉及到兩項(xiàng)任務(wù)。首先要確定正確的蓄能器類型，然后選擇蓄能器的容 量、充氣壓力和規(guī)格。 隔離式充氣蓄能器是最常見的形式。這類蓄能器是自成套的，尺寸小、重量輕、 響應(yīng)很快、稍貴、容易維修。 把氣體與油液隔開的隔離件可以是活塞、氣囊或隔膜?；钊叫钅芷魇菆A柱形的， 一端充以高壓氣體，另一端儲(chǔ)存有壓油液，氣液之間由浮動(dòng)活塞隔離；隔膜式蓄能器往往是 球形的，以最小的重量和外形尺寸造成很大的油液容積。飛機(jī)上就用這種蓄能器。皮囊式蓄 能器有帶球面封頭的圓柱形外殼，殼內(nèi)

50、有橡膠皮囊。氣體被封在皮囊里，油液儲(chǔ)存于皮囊周 圍的空間。殼體上端有往皮囊里充氣的氣閥，殼體下端是油液進(jìn)出的油口，油口處有保護(hù)皮 囊防止它鼓出殼體的菌形閥。 非隔離式充氣蓄能器是個(gè)局部充氣的油罐。氣體被封在液面以上，有液面開關(guān)防 止液面過低時(shí)氣體從油口逸出。這種蓄能器的響應(yīng)比重錘式和彈簧式都快，并能儲(chǔ)存大量油 液。然而由于氣體與油液直接接觸，油液中容易有氣體混入。而且為了給系統(tǒng)充氣，可能需 要專用的閥、壓縮機(jī)、控制裝置等。 彈簧式蓄能器相當(dāng)于帶彈簧加載的浮動(dòng)活塞的缸。進(jìn)入蓄能器的有壓油液壓縮彈 簧，從而儲(chǔ)存能量。這種蓄能器響應(yīng)比重錘式快，但尺寸大、成本高，不過維修費(fèi)用很低。 蓄能器壓力隨彈

51、簧壓縮量而變化。 重錘式蓄能器能提供與液面無關(guān)的恒定壓力，但是又大又笨重，而且由于慣性原 因，對(duì)快速需求響應(yīng)緩慢。 蓄能器規(guī)格的確定見第11章1. 3節(jié)。 ? 8. 確定過濾器 針對(duì)液壓系統(tǒng)的需要確定過濾器時(shí)，要確定過濾器的類型、過濾精度及尺寸大小。 過濾器的類型是指它在系統(tǒng)中的位置，即吸油過濾器、壓力管過濾器、回油過濾 器、離線過濾器及通氣過濾器。 吸油過濾器主要用來保護(hù)泵不被較大顆粒損壞，乙般用網(wǎng)式粗濾器。為了防止泵 氣蝕，吸油過濾器的壓降要嚴(yán)格限制，因而其面積要選得較大。 壓力管過濾器主要用來保護(hù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，所以它緊挨著裝在被保護(hù)元件的 上游。因?yàn)樵趬毫芄ぷ?，所以?/p>

52、能耐受系統(tǒng)的全壓力。為了始終提供保護(hù)，一般不宜帶旁 通閥，但應(yīng)帶堵塞指示器。 回油過濾器可以去除經(jīng)液壓缸從外界侵入的污染物和系統(tǒng)中生成的污染物。系統(tǒng) 的回油流量有時(shí)比泵的輸出流量大得多，如液壓缸的面積差或蓄能器放液使回油流量加大， 在確定回油過濾器的容量時(shí)要特別注意。 由單獨(dú)的泵和過濾器組成的離線過濾回路，雖然不能直接保護(hù)系統(tǒng)元件，但能有 效地控制系統(tǒng)油液的總污染度，而且可以獨(dú)立運(yùn)行而不受主回路工況的影響。 油箱上的通氣過濾器也不容忽視。該過濾器要有與系統(tǒng)要求相適應(yīng)的過濾精度， 以防止環(huán)境污染物浸入。同時(shí)又要有足夠的通流能力，保證油箱液面升降時(shí)通氣順暢。 過濾精度的確定見第11章3.

53、4. 2節(jié)，過濾器容量的確定見第11章3. 4. 3節(jié)。 離線過濾器的流量至少應(yīng)為系統(tǒng)豐泵流量的20%。 9. 確定管路尺寸 ； 管路把元件連接起來組成液壓系統(tǒng)。管子為傳遞能量的有壓油液提供流動(dòng)通路， 為完成能量傳遞后的油液提供返回油箱的通路，有時(shí)還為控樹油液提供通路。要在硬管與軟 管之間作出基本選擇。應(yīng)盡量用硬管，因?yàn)橛补艹杀镜?、阻力小、安全。元件運(yùn)動(dòng)時(shí)要用軟 管，有時(shí)為了裝拆方便也用軟管。軟管還可以防振隔振。 管接頭用來把管子與管子或管子與元件連接起來。常用的管接頭有擴(kuò)口式、卡套式、 焊接式、法蘭式及軟管用接頭，擴(kuò)口式用于低壓場(chǎng)合的銅管或薄壁鋼管及飛機(jī)液 壓系統(tǒng)?？ㄌ资焦芙宇^使用方

54、便；但對(duì)管子外徑尺寸精度和表面質(zhì)量有一定的要求。 焊接式管接頭靠密封圈密封，適用于高壓場(chǎng)合的低碳無縫鋼管。法蘭用于大通徑管子的連接， 軟管接頭一般與軟管裝成尸體出售，這種軟管總成可根據(jù)需要向管件廠訂貨。選擇管接頭時(shí) 要考慮耐壓能力，壓降、結(jié)構(gòu)形式、材料、成本等因素。 把板式連接的液壓閥貼裝在液壓閥表面；或者把蓋板插裝閥或螺紋插裝閥插入油路塊 的腔孔中，；利用油路塊內(nèi)部的加工孔道把各閥的相應(yīng)油口溝通以組成局部回路，既可省掉 許多管子，又使結(jié)構(gòu)緊湊、裝拆方便，已成為許多液壓系統(tǒng)的典型做法。有些行業(yè)（如組合 機(jī)床制造業(yè)）還開發(fā)了可以互相疊加的標(biāo)準(zhǔn)化油路塊一集成塊，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作簡化為功能 集成塊的

55、選用。 確定硬管尺寸時(shí)要計(jì)算管子內(nèi)徑、壁厚、彎頭、壓力損失，.見第11章6節(jié)。 10. 確定熱交換器 液壓系統(tǒng)可以采用節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速兩種控制負(fù)載速度的方法;，節(jié)流調(diào)速是用閥來 控制去往（或來自）執(zhí)行器的流量，容積調(diào)速是改變泵的排量以便泵僅輸出負(fù)載所需的流量。 顯然，容積調(diào)速效率較高。但是采用容積調(diào)速的系統(tǒng)成本較高，反應(yīng)較慢。 大多數(shù)工業(yè)用液壓系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速。這種系統(tǒng)制造成本較低、反應(yīng)較快，但是效率 較低。以熱量形式損失的功率有時(shí)接近原動(dòng)機(jī)銘牌的功率，即使設(shè)計(jì)良好的伺服閥系統(tǒng)也可 能把原動(dòng)機(jī)功率的60%— 80%轉(zhuǎn)化為熱量，而設(shè)計(jì)良好的非伺服系統(tǒng)可能產(chǎn)生輸入功率的 20%— 30%

56、熱量損失。 有些掖壓系統(tǒng)的熱量是為使油液達(dá)到工作溫度所需要的。冷液壓油的粘度比熱油高， 會(huì)使動(dòng)作遲鈍、壓力損失過大。當(dāng)系統(tǒng)在冬季清晨開始工作時(shí)，應(yīng)該允許油液溫度上升到發(fā) 熱速度等于系統(tǒng)散熱速度的平衡溫度。 如果發(fā)熱速度超過散熱速度，多余的熱量將加熱油液，開始引起油液分解，在元件表 面形成粘稠物并開始使密封件變質(zhì)。熱量過多會(huì)破壞油液，損壞密封件，并加快泵和其他元 件的磨損。這時(shí)必須裝設(shè)熱交換器來控制溫度。 管殼式熱交換器中冷卻水通入管子里，熱油在殼側(cè)繞管子流動(dòng)。另一種較新的熱 交換器是平板式。每片鋼板壓制成波紋圖形，鋼板疊合在一起形成冷卻水和熱油的流動(dòng)通路。 板式熱交換器結(jié)構(gòu)緊湊，換熱能力

57、高。它能放過lmm的顆粒而不堵塞。由于結(jié)構(gòu)所限，板 式熱交換器只能用化學(xué)方法清理，而不能用機(jī)械方法清理。 當(dāng)選擇空氣來接收廢熱時(shí)，采用空冷熱交換器?？绽錈峤粨Q器常用于車輛上。但 要注意，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑未必可以用來冷卻液壓系統(tǒng)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的溫度很少低于液壓 系統(tǒng)允許的工作溫度（50—55'C）。 正確選擇和使用熱交換器可以節(jié)省時(shí)間、金錢和維修費(fèi)用。許多液壓傳動(dòng)系統(tǒng)沒 有熱交換器就不能工作。在確定液壓系統(tǒng)的熱交換器時(shí)，要考慮油液和系統(tǒng)元件可允許的溫 度、系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量以及用水冷還是空冷熱交換器，詳見第11章2. 2節(jié)。 11. 確定油箱容量 ： ； 油箱容量就足以保持對(duì)系統(tǒng)有足夠的油

58、液供應(yīng)。在確定油箱容量時(shí)應(yīng)考慮最低和最高 的極限溫度、回路中保持的最小和最大油液體積、空氣從油液中逸出所需要的鎮(zhèn)定時(shí)間、未 采用主動(dòng)溫度控制時(shí)的散熱能力，以及油箱的環(huán)境和相對(duì)于系統(tǒng)的位置。所選的油箱應(yīng)該有 這樣的公稱油液容量，即該容量等于或大于可能從系統(tǒng)中流進(jìn)油箱的所有油液的體積，同時(shí) 在工作循環(huán)期間能保持安全的工作液位。此外，公稱油液容量應(yīng)不小于每分鐘通過油箱的最 大工作流量的3倍。詳見第11章4. 3節(jié)。 1. 1. 4液壓系統(tǒng)的計(jì)算 - 至此已確定了液壓系統(tǒng)的構(gòu)成和所用元件的規(guī)格。雖然尚未確定元件的布局和管 路的長度，但要假設(shè)整個(gè)裝置而計(jì)算液壓系統(tǒng)的特性。在確定各元件的規(guī)格時(shí)對(duì)不明之

59、處曾 做過假設(shè)，現(xiàn)在要查明這些假設(shè)是否妥當(dāng)。這里要計(jì)算的項(xiàng)目有液壓系統(tǒng)的壓力損失、流量 收支、效率、熱平衡、沖擊等。 液壓系統(tǒng)情況復(fù)雜，所用元件多種多樣，應(yīng)該分析的內(nèi)容也有所不同。應(yīng)根據(jù)分析內(nèi) 容的不同對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行局部簡化，或者用簡易的模型代替元件，然后計(jì)算液壓系統(tǒng)大致的 特性。如果發(fā)生矛盾，則對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行修正或改變?cè)囊?guī)格。 1. 液壓系統(tǒng)的壓力損失 調(diào)查從液壓泵到液壓執(zhí)行器再到油箱的壓力，看看液壓執(zhí)行器能否得到所需的壓力。 2. 液壓系統(tǒng)的收支平衡 調(diào)查流過液壓系統(tǒng)各部分的流量，是不足還是過大。 3. 液壓系統(tǒng)的效率 液壓系統(tǒng)的效率指液壓執(zhí)行器的輸出功率PA對(duì)液壓泵的輸

60、出功率之比，即 n = Pq pQp 式中n 一液壓系統(tǒng)的效率： pa .一液壓執(zhí)行器輸出功率， pp——液壓泵的輸出壓力； Qp——液壓泵的輸出流量。 液壓'傳動(dòng)的總效率是指液壓執(zhí)行器的輸出功率對(duì)液壓泵的輸入功率之比 n = PA Pp 式中n -液壓傳動(dòng)的總效率， pp——液壓泵軸功率。 為了提高液壓系統(tǒng)的效率，首先要采用節(jié)能回路，其次是盡量減少局部損失。例如: 用容積調(diào)速代替節(jié)流調(diào)速；用溢流節(jié)流閥回路代替調(diào)速閥回路，用高低壓泵組成油源，滿足 工作循環(huán)中低壓大流量和高壓小流量的要求，高壓工況下使低壓大泵卸載；用定量泵、蓄能 器和卸荷溢流閥組成節(jié)能回路，采用恒壓變量泵

61、，采用負(fù)載傳感變量泵節(jié)能，采用液壓馬達(dá) 二次調(diào)節(jié)回蹄：采用蓄能器儲(chǔ)存得自重力負(fù)載或慣性負(fù)載的勢(shì)能；合理確定泵的規(guī)格，即泵 僅供應(yīng)系統(tǒng)所需的油液，只讓最少的油液通過溢流閥；合理確定管路口徑，限定管內(nèi)油液摧 速。盡可能保持層流狀態(tài)；合理確定閥的通徑，使閥內(nèi)的過流面積至少為管路面鋤四分之三， 采取最直接的流動(dòng)路徑，即使用盡可能最短的管子；采用數(shù)量最少的接頭、彎頭和攣徑接頭: 盡可能避免節(jié)流等。 4．液壓系統(tǒng)的熱平衡 液壓系統(tǒng)中的功率損失有泵和執(zhí)行器內(nèi)部損失，溢流閥的溢流損失及回路壓力損失引 起的功率損失。這些功率揖失最終都變成熱量。泵和執(zhí)行器內(nèi)部損失引起的發(fā)熱量為 H1=Pp(1-n pn a

62、) 式中H1——泵與執(zhí)行器的發(fā)熱量 Pp——泵的輸入功率(W)： n p——泵的總效率，； n :——執(zhí)行器的總效率。 溢流閥的發(fā)熱量為 H2=pQr 式中H2--溢流閥的發(fā)熱量(W) p--溢流閥設(shè)定壓力(Pa) Q溢流量(m3/s)。 r-- 第4章液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 管路、閥等阻力引起的發(fā)熱量為 H3=ApQ 式中H3——阻力發(fā)熱量(W)； △p 壓力損失(Pa)； Q——通過流量(m3 / s)。 液壓裝置的總發(fā)熱量為 H=H1+H2+H3 式中 H——總發(fā)熱量(W)。 工作循環(huán)的平均發(fā)熱量為 H = - ￡ Ht m 了 ii 式中Hm——平

63、均發(fā)熱量(W), T——循環(huán)周期(s), H.——各工步中的總發(fā)熱量(W) ti-—各工步的時(shí)間(s)。 油箱的散熱量為 H4=KA^t 式中 H4——油箱散熱量(W), K——散熱系數(shù)(W/m2.°C)： A——散熱面積(m2), △t——油溫與氣溫之差(C)。 散熱系數(shù)x與通風(fēng)情況有關(guān)，具體數(shù)值見表4-13。 表4?13油箱的散熱系數(shù)K 散熱條件 散熱系數(shù)K(W/m2 C) 機(jī)器內(nèi)部的油箱或擠在一起的油箱 11~28 正?？諝庵械匿撝朴拖? 28~57 周圍通風(fēng)良好的油箱 57~74 周圍強(qiáng)制通風(fēng)的油箱 142~341 油箱內(nèi)油液的溫升為 △

64、t 二 口 VCpP 式中△—油箱中油液的溫升(C /s) V一油箱中油液的體積(M3) Cp一油液的定壓比熱容(J/kgC ) P 一油液密度(kg/m3) 表14不同油液的比熱容與密度 油液 比熱容(J/kg°C ) 密度(kg/m3) 石油基液壓油 1900 870 磷酸酯液 1150 水乙二醇液 1050 油包水乳化液 950 1. 1. 5液壓裝置的設(shè)計(jì) 回顧圖4—1中的設(shè)計(jì)流程。功能設(shè)計(jì)得出液壓系統(tǒng)原理圖，組成元件設(shè)計(jì)確定了原理 圖中各元件的規(guī)格，系統(tǒng)計(jì)算中分析了系統(tǒng)工作性能。如果這些性能可以接受，接下來通過 液壓裝置設(shè)計(jì)確定具體結(jié)構(gòu)

65、，繪制液壓系統(tǒng)產(chǎn)品工作圖樣。液壓系統(tǒng)中使用了大量的液壓元 件、管件、密封件、標(biāo)準(zhǔn)緊固件，及電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、儀表、油箱附件等，所以要充分占有 這些外購件與標(biāo)準(zhǔn)件的技術(shù)資料，弄清它們的規(guī)格、型號(hào)、貨源、工作原理、性能參麴安 裝連接尺寸、使用注意事項(xiàng)等，以保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確無誤。設(shè)計(jì)完成時(shí)，除了液壓裝置及其 部件的裝配圖、自制零部件的零件圖外，還應(yīng)提供系統(tǒng)原理圖、外形圖、安裝圖、管路布置 圖、自制零部件明細(xì)表、標(biāo)準(zhǔn)件外購件明細(xì)表、備料清單等技術(shù)文件。 液壓系統(tǒng)產(chǎn)品，包括有一定批量的小型系統(tǒng)和單件小批的大型系統(tǒng)。機(jī)床、塑料機(jī)械、 工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等成批生產(chǎn)的主機(jī)的液壓系統(tǒng)多屬于前一種情況，而冶金設(shè)備

66、、水利工 程項(xiàng)目中的有些液壓系統(tǒng)則屬于后一種情況。但是，不論液壓系統(tǒng)產(chǎn)品的批量如何，大體上 可以分成三種產(chǎn)品形態(tài)。最簡單的系統(tǒng)產(chǎn)品是液壓泵站，它由液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、油箱 及油箱附件、必要的壓力控制閥等組成。系統(tǒng)的執(zhí)行器及操作執(zhí)行器的控制閥等則裝在主機(jī) 上。第二種系統(tǒng)產(chǎn)品是液壓站，它是把操作執(zhí)行器的控制閥也裝在上述液壓泵站上組合而成 的。系統(tǒng)的執(zhí)行器仍裝在主機(jī)上。第三種形態(tài)的系統(tǒng)產(chǎn)品多為大型液壓系統(tǒng)，它是把第二種 形態(tài)的系統(tǒng)產(chǎn)品的內(nèi)容分別裝設(shè)成泵站、閥架、蓄能器架等幾個(gè)部分而成的。 從結(jié)構(gòu)上來說，液壓系統(tǒng)中除了自產(chǎn)璘外構(gòu)的各種元件和標(biāo)準(zhǔn)件外，需要生產(chǎn)廠自己投 料制造或者裝配的東西無非是些箱體、支架、油路塊、管路和線路。由這些自制構(gòu)件與外購 件組成泵裝置、油箱裝置、閥架和蓄能器架等產(chǎn)品。 1.油箱與泵裝置 油箱的功能和設(shè)計(jì)要點(diǎn)詳見第11章4節(jié)。 泵裝置指液壓泵及驅(qū)動(dòng)泵的原動(dòng)機(jī)（固定設(shè)備上的電動(dòng)機(jī)和行走設(shè)備上的內(nèi)燃機(jī)）組 件。泵最好由原動(dòng)機(jī)經(jīng)撓性聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)。如果通過齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)或帶傳動(dòng)間接驅(qū)動(dòng) 時(shí)，泵軸上所受的徑向載荷不得超過泵制造廠的規(guī)定值，否則帶動(dòng)泵軸的齒輪、鏈輪或皮