自卸车举升机构液压系统设计【含CAD图纸、说明书】
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1 目 录 液压系统的设计步骤与设计要求 . 2 制定基本方案和绘制液压系统图 . 3 液压元件的选择与专用件设计 . 5 液压系统性能验算. 8 设计液压装置，编制技术文件 . 14 进行工况分析、确定液压系统的主要参数 . 16 油箱的设计要点. 22 油箱的容量计算. 24 2 液压传动系统设计计算液压传动系统设计计算 液压系统的设计步骤与设计要求 液压系统的设计步骤与设计要求 液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设 计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、 工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 1.1 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序， 各步骤间往往要相互穿插进行。 一般来说， 在明确设计要求之后， 大致按如下步骤进行。 1）确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 6）绘制工作图，编制技术文件。 1.2 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把 设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质； 5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； 6）自动化程序、操作控制方式的要求； 7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； 8）对效率、成本等方面的要求。 3 制定基本方案和绘制液压系统图 制定基本方案和绘制液压系统图 3.1 制定基本方案 （1）制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组 合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整 方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种 调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失， 效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。 容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油 量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用 于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。 调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。 节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后， 再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。 容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一 个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。 （2）制定压力控制方案 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级 连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在 容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。 在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油， 这时可考虑用增压回路得到高压， 而不用单设高压泵。 液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。 在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。 （3）制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工 程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行 程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行 程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接 比较方便的场合。 另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器 4 发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机 等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或 打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。 （4）选择液压动力源 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油， 在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀 同时起到控制并稳定油源压力的作用。 容积调速系统多数是用变量泵供油， 用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需 油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做 辅助油源。 油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元 件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或 其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 3.2 绘制液压系统图 整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件， 力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的 工作效率。 为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等） 。 大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要连续工作。 各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于 自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。 系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电 磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。 5 液压元件的选择与专用件设计 液压元件的选择与专用件设计 4.1 液压泵的选择 1）确定液压泵的最大工作压力 pp ppp1+p （21） 式中 p1液压缸或液压马达最大工作压力； p从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。 p 的准确计算要待元件选定 并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的，取 p=（0.20.5）MPa； 管路复杂，进口有调阀的，取 p=（0.51.5）MPa。 2）确定液压泵的流量 QP 多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为 QPK（Qmax） （22） 式中 K系统泄漏系数，一般取 K=1.11.3； Qmax同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可从（Q-t）图上查得。对于在工作过程中用节流 调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取 0.510 -4m3/s。 系统使用蓄能器作辅助动力源时 式中 K系统泄漏系数，一般取 K=1.2； Tt液压设备工作周期（s） ； Vi每一个液压缸或液压马达在工作周期中的总耗油量（m 3） ； z液压缸或液压马达的个数。 3）选择液压泵的规格 根据以上求得的 pp和 Qp值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或本手册 中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25% 60%。 4）确定液压泵的驱动功率 在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，即（p-t） 、 （Q-t）图变 化较平缓，则 式中 pp液压泵的最大工作压力（Pa） ； QP液压泵的流量（m 3/s） ； P液压泵的总效率，参考表 9 选择。 表 9 液压泵的总效率 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.60.7 0.650.80 0.600.75 0.800.85 限压式变量叶片泵的驱动功率，可按流量特性曲线拐点处的流量、压力值计算。一般情况下，可取 6 pP=0.8pPmax，QP=Qn，则 式中 液压泵的最大工作压力（Pa） ； 液压泵的额定流量（m 3/s） 。 在工作循环中，如果液压泵的流量和压力变化较大，即（Q-t） ， （p-t）曲线起伏变化较大，则须分别计 算出各个动作阶段内所需功率，驱动功率取其平均功率 式中 t1、t2、tn一个循环中每一动作阶段内所需的时间（s） ； P1、P2、Pn一个循环中每一动作阶段内所需的功率（W） 。 按平均功率选出电动机功率后，还要验算一下每一阶段内电动机超载量是否都在允许范围内。电动机允 许的短时间超载量一般为 25%。 4.2 液压阀的选择 1）阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液 压泵的最大流量选取； 选择节流阀和调速阀时， 要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有 20%以内的短时间过流量。 2）阀的型式，按安装和操作方式选择。 4.3 蓄能器的选择 根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。 1）液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为 式中 A液压缸有效作用面积（m 2） ； l液压缸行程（m） ； K油液损失系数，一般取 K=1.2； QP液压泵流量（m 3/s） ； t动作时间（s） 2）作应急能源，其有效工作容积为： 7 式中 要求应急动作液压缸总的工作容积（m 3） 。 有效工作容积算出后，根据第 8 章中有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄能器的容积，再根据其他性能 要求，即可确定所需蓄能器。 4.4 管道尺寸的确定 （1）管道内径计算 式中 Q通过管道内的流量（m 3/s） ； 管内允许流速（m/s） ，见表 10。 计算出内径 d 后，按标准系列选取相应的管子。 （2）管道壁厚 的计算 表 10 允许流速推荐值 管道 推荐流速/（m/s） 液压泵吸油管道 0.51.5，一般常取 1 以下 液压系统压油管道 36，压力高，管道短，粘度小取大值 液压系统回油管道 1.52.6 式中 p管道内最高工作压力（Pa） ； d管道内径（m） ； 管道材料的许用应力（Pa） ，= ； b管道材料的抗拉强度（Pa） ； n安全系数，对钢管来说，p7MPa 时，取 n=8；p17.5MPa 时，取 n=6；p17.5MPa 时，取 n=4。 4.5 油箱容量的确定 初始设计时，先按经验公式（31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。 油箱容量的经验公式为 V=QV （31） 式中 QV液压泵每分钟排出压力油的容积（m 3） ； 经验系数，见表 11。 表 11 经验系数 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 锻压机械 冶金机械 12 24 57 612 10 在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以 及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。 8 液压系统性能验算 液压系统性能验算 液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定 后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计 算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某 些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。 5.1 液压系统压力损失 压力损失包括管路的沿程损失p1，管路的局部压力损失p2和阀类元件的局部损失p3，总的压力损 失为 p=p1+p2+p3 （32） （33） （34） 式中 l管道的长度（m） ； d管道内径（m） ； 液流平均速度（m/s） ； 液压油密度（kg/m 3） ； 沿程阻力系数； 局部阻力系数。 、 的具体值可参考第 2 章有关内容。 式中 Qn阀的额定流量（m 3/s） ； Q通过阀的实际流量（m 3/s） ； pn阀的额定压力损失（Pa） （可从产品样本中查到） 。 对于泵到执行元件间的压力损失，如果计算出的p 比选泵时估计的管路损失大得多时，应该重新调整 泵及其他有关元件的规格尺寸等参数。 系统的调整压力 pTp1+p （36） 式中 pT液压泵的工作压力或支路的调整压力。 5.2 液压系统的发热温升计算 5.2.1 计算液压系统的发热功率 液压系统工作时， 除执行元件驱动外载荷输出有效功率外， 其余功率损失全部转化为热量， 使油温升高。 液压系统的功率损失主要有以下几种形式： 9 （1）液压泵的功率损失 式中 Tt工作循环周期（s） ； z投入工作液压泵的台数； Pri液压泵的输入功率（W） ； Pi各台液压泵的总效率； ti第 i 台泵工作时间（s） 。 （2）液压执行元件的功率损失 式中 M液压执行元件的数量； Prj液压执行元件的输入功率（W） ； j液压执行元件的效率； tj第 j 个执行元件工作时间（s） 。 （3）溢流阀的功率损失 （39） 式中 py溢流阀的调整压力（Pa） ； Qy经溢流阀流回油箱的流量（m 3/s） 。 （4）油液流经阀或管路的功率损失 Ph4=pQ （40） 式中 p通过阀或管路的压力损失（Pa） ； Q通过阀或管路的流量（m 3/s） 。 由以上各种损失构成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率 Phr=Ph1+ Ph2+ Ph3+Ph4 （41） 式（41）适用于回路比较简单的液压系统，对于复杂系统，由于功率损失的环节太多，一一计算较麻烦， 通常用下式计算液压系统的发热功率 Phr=Pr-Pc （42） 式中 Pr是液压系统的总输入功率，PC是输出的有效功率。 10 其中 Tt工作周期（s） ； z、n、m分别为液压泵、液压缸、液压马达的数量； pi、Qi、Pi第 i 台泵的实际输出压力、流量、效率； ti第 i 台泵工作时间（s） ； TWj、j、tj液压马达的外载转矩、转速、工作时间（Nm、rad/s、s） ； FWi、si液压缸外载荷及驱动此载荷的行程（Nm） 。 5.2.2 计算液压系统的散热功率 液压系统的散热渠道主要是油箱表面，但如果系统外接管路较长，而且用式（41）计算发热功率时， 也应考虑管路表面散热。 Phc=（K1A1+K2A2）T （45） 式中 K1油箱散热系数，见表 12； K2管路散热系数，见表 13； A1、A2分别为油箱、管道的散热面积（m 2） ； T油温与环境温度之差（） 。 表 12 油箱散热系数 K1 （W/（m 2） ） 冷却条件 K1 通风条件很差 89 通风条件良好 1517 用风扇冷却 23 循环水强制冷却 110170 表 13 管道散热系数 K2 （W/（m 2） ） 管道外径/m 风速/ms -1 0.01 0.05 0.1 0 8 6 5 1 25 14 10 5 69 40 23 若系统达到热平衡，则 Phr=Phc，油温不再升高，此时，最大温差 环境温度为 T0，则油温 T=T0+T。如果计算出的油温超过该液压设备允许的最高油温（各种机械允许油 温见表 14） ，就要设法增大散热面积，如果油箱的散热面积不能加大，或加大一些也无济于事时，需要装 设冷却器。冷却器的散热面积 11 表 14 各种机械允许油温（） 液压设备类型 正常工作温度 最高允许温度 数控机床 3050 5570 一般机床 3055 5570 机车车辆 4060 7080 船舶 3060 8090 冶金机械、液压机 4070 6090 工程机械、矿山机械 5080 7090 式中 K冷却器的散热系数，见本篇第 8 章液压辅助元件有关散热器的散热系数； tm平均温升（） ， T1、T2液压油入口和出口温度； t1、t2冷却水或风的入口和出口温度。 5.2.3 根据散热要求计算油箱容量 式（46）是在初步确定油箱容积的情况下，验算其散热面积是否满足要求。当系统的发热量求出之后， 可根据散热的要求确定油箱的容量。 由式（46）可得油箱的散热面积为 如不考虑管路的散热，式（48）可简化为 油箱主要设计参数如图 3 所示。 一般油面的高度为油箱高 h 的 0.8 倍， 与油直接接触的表面算全散热面， 与油不直接接触的表面算半散热面，图示油箱的有效容积和散热面积分别为 12 图 3 油箱结构尺寸 V=0.8bh （50） A1=1.6h（+b）+1.5b （51） 若 A1求出，再根据结构要求确定 、b、h 的比例关系，即可确定油箱的主要结构尺寸。 如按散热要求求出的油箱容积过大，远超出用油量的需要，且又受空间尺寸的限制，则应适当缩小油箱 尺寸，增设其他散热措施。 5.3 计算液压系统冲击压力 压力冲击是由于管道液流速度急剧改变而形成的。例如液压执行元件在高速运动中突然停止，换向阀 的迅速开启和关闭，都会产生高于静态值的冲击压力。它不仅伴随产生振动和噪声，而且会因过高的冲击 压力而使管路、液压元件遭到破坏。对系统影响较大的压力冲击常为以下两种形式： 1）当迅速打开或关闭液流通路时，在系统中产生的冲击压力。 直接冲击（即 t）时，管道内压力增大值 （52） 间接冲击（即 t）时，管道内压力增大值 式中 液体密度（kg/m 3） ； 关闭或开启液流通道前后管道内流速之差（m/s） ； t关闭或打开液流通道的时间（s） ； = 管道长度为 l 时，冲击波往返所需的时间（s） ； 管道内液流中冲击波的传播速度（m/s） 。 若不考虑粘性和管径变化的影响，冲击波在管内的传播速度 13 式中 E0液压油的体积弹性模量（Pa） ，其推荐值为 E0=700MPa； 、d管道的壁厚和内径（m） ； E管道材料的弹性模量（Pa） ，常用管道材料弹性模量：钢 E=2.110 11Pa，紫铜 E=1.181011Pa。 2）急剧改变液压缸运动速度时，由于液体及运动机构的惯性作用而引起的压力冲击，其压力的增大值 为 式中 液流第 i 段管道的长度（m） ； Ai第 i 段管道的截面积（m 2） ； A液压缸活塞面积（m 2） ； M与活塞连动的运动部件质量（kg） ； 液压缸的速度变化量（m/s） ； t液压缸速度变化 所需时间（s） 。 计算出冲击压力后，此压力与管道的静态压力之和即为此时管道的实际压力。实际压力若比初始设计压 力大得多时，要重新校核一下相应部件管道的强度及阀件的承压能力，如不满足，要重新调整。 14 设计液压装置，编制技术文件 设计液压装置，编制技术文件 6.1 液压装置总体布局 液压系统总体布局有集中式、分散式。 集中式结构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外或安装在地下，组成液压 站。如冷轧机、锻压机、电弧炉等有强烈热源和烟尘污染的冶金设备，一般都是采用集中供油方式。 分散式结构是把液压系统中液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的地方。机床、工程机械等 可移动式设备一般都采用这种结构。 6.2 液压阀的配置形式 1）板式配置 板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上，板上钻有与阀口对应的孔，通过管接头 联接油管而将各阀按系统图接通。这种配置可根据需要灵活改变回路形式。液压实验台等普遍采用这种配 置。 2）集成式配置 目前液压系统大多数都采用集成形式。它是将液压阀件安装在集成块上，集成块一方面 起安装底板作用，另一方面起内部油路作用。这种配置结构紧凑、安装方便。 6.3 集成块设计 1）块体结构 集成块的材料一般为铸铁或锻钢，低压固定设备可用铸铁，高压强振场合要用锻钢。块体 加工成正方体或长方体。 对于较简单的液压系统，其阀件较少，可安装在同一个集成块上。如果液压系统复杂，控制阀较多，就 要采取多个集成块叠积的形式。 相互叠积的集成块，上下面一般为叠积接合面，钻有公共压力油孔 P，公用回油孔 T，泄漏油孔 L 和 4 个用以叠积紧固的螺栓孔。 P 孔，液压泵输出的压力油经调压后进入公用压力油孔 P，作为供给各单元回路压力油的公用油源。 T 孔，各单元回路的回油均通到公用回油孔 T，流回到油箱。 L 孔，各液压阀的泄漏油，统一通过公用泄漏油孔流回油箱。 集成块的其余四个表面，一般后面接通液压执行元件的油管，另三个面用以安装液压阀。块体内部按系 统图的要求，钻有沟通各阀的孔道。 2）集成块结构尺寸的确定 外形尺寸要求满足阀件的安装，孔道布置及其他工艺要求。为减少工艺孔， 缩短孔道长度，阀的安装位置要仔细考虑，使相通油孔尽量在同一水平面或是同一竖直面上。对于复杂的 液压系统，需要多个集成块叠积时，一定要保证三个公用油孔的坐标相同，使之叠积起来后形成三个主通 道。 各通油孔的内径要满足允许流速的要求，具体参照本章 4.4 节确定孔径。一般来说，与阀直接相通的孔 径应等于所装阀的油孔通径。 油孔之间的壁厚 不能太小，一方面防止使用过程中，由于油的压力而击穿，另一方面避免加工时，因 油孔的偏斜而误通。对于中低压系统， 不得小于 5mm，高压系统应更大些。 6.4 绘制正式工作图，编写技术文件 液压系统完全确定后，要正规地绘出液压系统图。除用元件图形符号表示的原理图外，还包括动作循环 15 表和元件的规格型号表。图中各元件一般按系统停止位置表示，如特殊需要，也可以按某时刻运动状态画 出，但要加以说明。 装配图包括泵站装配图，管路布置图，操纵机构装配图，电气系统图等。 技术文件包括设计任务书、设计说明书和设备的使用、维护说明书等 16 进行工况分析、确定液压系统的主要参数 进行工况分析、确定液压系统的主要参数 通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件 的参数提供依据。 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外 载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 2.1 载荷的组成和计算 2.1.1 液压缸的载荷组成与计算 图 1 表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注图上，其中 FW是作用在活塞杆 上的外部载荷，Fm中活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。 图 1 液压系统计算简图 作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷 Fg，导轨的摩擦力 Ff和由于速度变化而产生的惯性力 Fa。 （1）工作载荷 Fg 常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向如与活塞运动方 向相同为负，相反为正。 （2）导轨摩擦载荷 Ff 对于平导轨 （1） 对于 V 型导轨 （2） 式中 G运动部件所受的重力（N） ； FN外载荷作用于导轨上的正压力（N） ； 摩擦系数，见表 1； V 型导轨的夹角，一般为 90。 （3）惯性载荷 Fa 17 表 1 摩擦系数 导轨类型 导轨材料 运动状态 摩擦系数 起动时 0.150.20 低速（0.16m/s) 0.10.12 滑动导轨 铸铁对铸铁 高速（0.16m/s） 0.050.08 铸铁对滚柱（珠） 0.0050.02 滚动导轨 淬火钢导轨对滚柱 0.0030.006 静压导轨 铸铁 0.005 式中 g重力加速度；g=9.81m/s 2； 速度变化量（m/s） ； t起动或制动时间（s） 。一般机械t=0.10.5s，对轻载低速运动部件取小值， 对重载高速部件取大值。行走机械一般取 =0.51.5 m/s 2。 以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷 FW。 起动加速时 FW=Fg+Ff+Fa （4） 稳态运动时 FW=Fg+Ff （5） 减速制动时 FW=Fg+Ff-Fa （6） 工作载荷 Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则 Fg=0。 除外载荷 FW外，作用于活塞上的载荷 F 还包括液压缸密封处的摩擦阻力 Fm，由于各种缸的密封材质和密 封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为 （7） 式中 m液压缸的机械效率，一般取 0.900.95。 （8） 2.1.2 液压马达载荷力矩的组成与计算 （1）工作载荷力矩 Tg 常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻力矩等。 （2）轴颈摩擦力矩 Tf Tf=Gr （9） 式中 G旋转部件施加于轴劲上的径向力（N） ； 摩擦系数，参考表 1 选用； r旋转轴的半径（m） 。 （3）惯性力矩 Ta 18 （10） 式中 角加速度（rad/s 2） ； 角速度变化量（rad/s） ； t起动或制动时间（s） ； J回转部件的转动惯量（kgm 2） 。 起动加速时 （11） 稳定运行时 （12） 减速制动时 （13） 计算液压马达载荷转矩 T 时还要考虑液压马达的机械效率 m（m=0.90.99） 。 （14） 根据液压缸或液压马达各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进一步选择系统工作压力和 确定其他有关参数。 2.2 初选系统工作压力 压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况 等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸 要受到限制，从材料消耗角度看出不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制 造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一 些，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表 2 和表 3。 2.3 计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量 （1）计算液压缸的主要结构尺寸 液压缸有关设计参数见图 2。图 a 为液压缸活塞杆工作在受压状态，图 b 活塞杆工作在受拉状态。 活塞杆受压时： （15） 活塞杆受拉时： （16） 式中 无杆腔活塞有效作用面积（m 2） ； 有杆腔活塞有效作用面积（m 2） ； 19 p1液压缸工作腔压力（Pa） ； p2液压缸回油腔压力（Pa） ，即背压力。其值根据回路的具体情况而定，初算时可参照表 4 取值。 差动连接时要另行考虑； D活塞直径（m） ； d活塞杆直径（m） 。 图 2 液压缸主要设计参数 表 2 按载荷选择工作压力 载荷/kN 5 510 1020 2030 3050 50 工作压力/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 5 表 3 各种机械常用的系统工作压力 机床 机械类型 磨床 组合机床 龙门创床 拉床 家业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机械 工作压力/MPa 0.82 35 28 810 1018 2032 表 4 执行元件背压力 系统类型 背压力/MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0.20.5 回油路带调速阀的系统 0.40.6 回油路设置有背压阀的系统 0.51.5 用补油泵的闭式回路 0.81.5 回油路较复杂的工程机械 1.23 回油路较短，且直接回油箱 可忽略不计 一般，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为 （17） 运用式（17）须事先确定 A1与 A2的关系，或是活塞杆径 d 与活塞直径 D 的关系，令杆径比 =d/D，其比 值可按表 5 和表 6 选取。 20 （18） 采用差动连接时，1/2=（D 2-d2）/d2。如果求往返速度相同时，应取 d=0.71D。 对行程与活塞杆直径比 l/d10 的受压柱塞或活塞杆，还要做压杆稳定性验算。 当工作速度很低时，还须按最低速度要求验算液压缸尺寸 式中 A液压缸有效工作面积（m 2） ； Qmin系统最小稳定流量（m 3/s） ，在节流调速中取决于回路中所设调速阀或节流阀的最小稳定流量。 容积调速中决定于变量泵的最小稳定流量。 min运动机构要求的最小工作速度（m/s） 。 如果液压缸的有效工作面积 A 不能满足最低稳定速度的要求， 则应按最低稳定速度确定液压缸的结构尺寸。 另外，如果执行元件安装尺寸受到限制，液压缸的缸径及活塞杆的直径须事先确定时，可按载荷的要求 和液压缸的结构尺寸来确定系统的工作压力。 液压缸直径 D 和活塞杆直径 d 的计算值要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。如与标准液压缸参 数相近，最好选用国产标准液压缸，免于自行设计加工。常用液压缸内径及活塞杆直径见表 7 和表 8。 表 5 按工作压力选取 d/D 工作压力/MPa 5.0 5.07.0 7.0 d/D 0.50.55 0.620.70 0.7 表 6 按速比要求确定 d/D 2/1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1无杆腔进油时活塞运动速度； 2有杆腔进油时活塞运动速度。 表 7 常用液压缸内径 D（mm） 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 表 8 活塞杆直径 d（mm） 缸径 速比 40 50 63 80 90 100 110 1.46 22 28 35 45 50 55 63 3 45 50 60 70 80 缸径 速比 125 140 160 180 200 220 250 1.46 70 80 90 100 110 125 140 2 90 100 110 125 140 21 （2）计算液压马达的排量 液压马达的排量为 式中 T液压马达的载荷转矩（Nm） ； p=p1-p2液压马达的进出口压差（Pa） 。 液压马达的排量也应满足最低转速要求 式中 Qmin通过液压马达的最小流量； nmin液压马达工作时的最低转速。 2.4 计算液压缸或液压马达所需流量 （1）液压缸工作时所需流量 Q=A （19） 式中 A液压缸有效作用面积（m 2） ； 活塞与缸体的相对速度（m/s） 。 （2）液压马达的流量 Q=qnm （20） 式中 q液压马达排量（m 3/r） ； nm液压马达的转速（r/s） 。 2.5 绘制液压系统工况图 工况图包括压力循环图、流量循环图和功率循环图。它们是调整系统参数、选择液压泵、阀等元件的依 据。 1）压力循环图（p-t）图 通过最后确定的液压执行元件的结构尺寸，再根据实际载荷的大小，倒 求出液压执行元件在其动作循环各阶段的工作压力，然后把它们绘制成（p-t）图。 2）流量循环图（Q-t）图 根据已确定的液压缸有效工作面积或液压马达的排量，结合其运动速度 算出它在工作循环中每一阶段的实际流量，把它绘制成（Q-t）图。若系统中有多个液压执行元件同时工 作，要把各自的流量图叠加起来绘出总的流量循环图。 3）功率循环图（P-t）图 绘出压力循环图和总流量循环图后，根据 P=pQ，即可绘出系统的功率循 环图。 22 油箱的设计要点 油箱的设计要点 油箱油箱 油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很 多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。 油箱可分为开式油箱和闭式油箱二种。 开式油箱， 箱中液面与大气相通， 在油箱盖上装有空气过滤器。 开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定 压力的惰性气体，充气压力可达 0.05MPa。如果按油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩 形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但 制造较难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。 2.1 油箱的设计要点 图 10 为油箱简图。设计油箱时应考虑如下几点。 1）油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应 能容纳系统中的所有工作介质；而工作时又能保持适当的液位。 2）吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离 一般不小于管径的 3 倍。吸油管可安装 100m 左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过 滤器。回油管口要斜切 45角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。 3）吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能 提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的 2/33/4。 图 10 油箱 1液位计；2吸油管；3空气过滤器；4回油管；5侧板；6入孔盖；7放油塞；8地脚；9 隔板；10底板；11吸油过滤器；12盖板； 4）为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由一个 空气过滤器来完成。为便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置放油阀。对于不易开盖的 油箱，要设置清洗孔，以便于油箱内部的清理。 5）油箱底部应距地面 150mm 以上，以便于搬运、放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运， 还要设置液位计，以监视液位。 6）对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。常用的方法有： 23 酸洗后磷化。适用于所有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。 喷完后直接涂防锈油。适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含水液压液。因不受处理条件限制， 大型油箱较多采用此方法。 喷砂后热喷涂氧化铝。适用于除水-乙二醇外的所有介质。 喷砂后进行喷塑。适用于所有介质。但受烘干设备限制，油箱不能过大。 考虑油箱内表面的防腐处理时，不但要顾及与介质的相容性，还要考虑处理后的可加工性、制造到投入 使用之间的时间间隔以及经济性，条件允许时采用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。 24 油箱的容量计算 油箱的容量计算 油箱容量的计算油箱容量的计算 液压泵站的油箱公称容量系列（JB/T7938-1995） ，见表 1。 表 1 油箱容量 JB/T7938-1995（L） 4 6.3 10 25 40 63 100 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 3150 4000 5000 6300 油箱容量与系统的流量有关，一般容量可取最大流量的 35 倍。另外，油箱容量大小可从散热角度去 设计。计算出系统发热量与散热量，再考虑冷却器散热后，从热平衡角度计算出油箱容量。不设冷却器、 自然环境冷却时计算油箱容量的方法如下。 1）系统发热量计算 在液压系统中，凡系统中的损失都变成热能散发出来。每一个周期中，每一个工况 其效率不同，因此损失也不同。一个周期发热的功率计算公式为 式中 H一个周期的平均发热功率（W） ； T一个周期时间（s） ； Ni第 i 个工况的输入功率（W） ； i第 i 个工况的效率； ti第 i 个工况持续时间（s） 。 2）散热量计算 当忽略系统中其他地方的散热，只考虑油箱散热时，显然系统的总发热功率 H 全部由油 箱散热来考虑。这时油箱散热面积 A 的计算公式为 式中 A油箱的散热面积（m 2） ； H油箱需要散热的热功率（W） ； t油温（一般以 55考虑）与周围环境温度的温差（） ； K散热系数。与油箱周围通风条件的好坏而不同，通风很差时 K=89；良好时 X=1517.5；风扇 强行冷却时 K=2023；强迫水冷时 K=110175。 3）油箱容量的计算 设油箱长、宽、高比值为 ：b：c，则边长分别为 l、bl、cl、时（见图 11） ，l 的计算公式为 式中 A散热面积（m 2） 。 液压系统液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。近2030 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。 液压系统的作用就是帮助人类做工。主要是由执行元件把压力变成转动或往复运动。 液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。 空心箭头表示信号流，而实心箭头则表示能量流。基本液压回路中的动作顺序控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。 对于执行元件和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。如果第一个执行元件编号为0，则与其相关的控制元件标识符则为1。如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为偶数，则与执行元件回缩相对应的元件标识符则为奇数。 不仅应对液压回路进行编号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。DIN ISO1219-2标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：设备编号、回路编号、元件标识符和元件编号。如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，此时，元件编号应该与元件列表中编号相一致。 这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控制回路都与其系统编号相对应与机械传动、电气传动相比，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。液压系统的缺点：1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。在液压系统及其系统中，密封装置用来防止工作介质的泄漏及外界灰尘和异物的侵入。其中起密封作用的元件，即密封件。外漏会造成工作介质的浪费，污染机器和环境，甚至引起机械操作失灵及设备人身事故。内漏会引起液压系统容积效率急剧下降，达不到所需要的工作压力，甚至不能进行工作。侵入系统中的微小灰尘颗粒，会引起或加剧液压元件摩擦副的磨损，进一步导致泄漏。因此，密封件和密封装置是液压设备的一个重要组成部分。它的工作的可靠性和使用寿命，是衡量液压系统好坏的一个重要指标。除间隙密封外，都是利用密封件，使相邻两个偶合表面间的间隙控制在需要密封的液体能通过的最小间隙以下。在接触式密封中，分为自封式压紧型密封和自封式自紧型密封（即唇形密封）两种。液压系统的三大顽疾1、发热 由于传力介质（液压油）在流动过程中存在各部位流速的不同，导致液体内部存在一定的内摩擦，同时液体和管路内壁之间也存在摩擦，这些都是导致液压油温度升高的原因。温度升高将导致内外泄漏增大，降低其机械效率。同时由于较高的温度，液压油会发生膨胀，导致压缩性增大，使控制动作无法很好的传递。解决办法：发热是液压系统的固有特征，无法根除只能尽量减轻。使用质量好的液压油、液压管路的布置中应尽量避免弯头的出现、使用高质量的管路以及管接头、液压阀等。2、振动 液压系统的振动也是其痼疾之一。由于液压油在管路中的高速流动而产生的冲击以及控制阀打开关闭过程中产生的冲击都是系统发生振动的原因。强的振动会导致系统控制动作发生错误，也会使系统中一些较为精密的仪器发生错误，导致系统故障。解决办法：液压管路应尽量固定，避免出现急弯。避免频繁改变液流方向，无法避免时应做好减振措施。整个液压系统应有良好的减振措施，同时还要避免外来振源对系统的影响。3、泄漏 液压系统的泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏指泄漏过程发生在系统内部，例如液压缸活塞两边的泄漏、控制阀阀芯与阀体之间的泄漏等。内泄漏虽然不会产生液压油的损失，但是由于发生泄漏，既定的控制动作可能会受到影响，直至引起系统故障。外泄漏是指发生在系统和外部环境之间的泄漏。液压油直接泄漏到环境中，除了会影响系统的工作环境外，还会导致系统压力不够引发故障。泄漏到环境中的液压油还有发生火灾的危险。解决办法：采用质量较好的密封件，提高设备的加工精度。另：对于液压系统这三大顽疾，有人进行了总结：“发烧、拉稀带得瑟”（这位总结者是东北人）。液压系统用于升降机，挖掘机，泵站，强夯机，起重机，等等大型工业，建筑，工厂，企业，还有升降机，升降平台，登车桥等等行业。液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。- 液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。气动行业：-产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展，执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展；气动元件与电子技术相结合，向智能化方向发展；元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展，普遍采用无油润滑，应用新工艺、新技术、新材料。（1）采用的液压元件高压化，连续工作压力达到40Mpa，瞬间最高压力达到48Mpa；（2）调节和控制方式多样化；（3）进一步改善调节性能，提高动力传动系统的效率；（4）发展与机械、液力、电力传动组合的复合式调节传动装置；（5）发展具有节能、储能功能的高效系统；（6）进一步降低噪声；（7）应用液压螺纹插装阀技术，紧凑结构、减少漏油。控制力。一个使飞机驾驶员升起和落下起落架的液压系统，当飞行员向某方向移动控制阀，压力油流入液压缸的某一腔从而降下起落架。飞行员向相反方向移动控制阀，允许油液进入液压缸的另一腔来收回起落架。2.增力 一个液压系统（没有使用笨重的齿轮、滑轮和杠杆）能简单有效地将不到一盎司的力放大产生几百吨力的输出。3.恒力和恒扭矩 只有液压系统能提供不随速度变化而变化的恒力或恒扭矩，它可以驱动对象从每小时移动几英寸到每分钟几百英寸，从每小时几转到每分钟几千转。4.简便、安全、经济 总的来说，液压系统比机械或电气系统使用更少的运动部件，因此，它们运行与维护简便。这使得系统结构紧凑，安全可靠。例如一种用于车辆上的新型动力转向控制装置已淘汰其他类型的转向动力装置，该转向部件中包含有人力操纵方向控制阀和分配器。因为转向部件是全液压的，没有万向节、轴承、减速齿轮等机械连接，这使得系统简单紧凑。另外，只需输入很小的扭矩就能产生满足极恶劣工作条件所需的控制力，这对于因操作空间限制而需要小方向盘的场合很重要，这也是减轻司机疲劳度所必需的。液压系统的其他优点包括双向运动、过载保护和无级变速控制，在已有的任何动力系统中液压系统亦具有最大的单位质量功率比。尽管液压系统具有如此高性能，但它不是可以解决所有动力传递问题的灵丹妙药。液压系统也有些缺点，液压油有污染，并且泄漏不可能完全避免，另外如果油液渗漏发生在灼热设备附近，大多数液压油能引起火灾。二气压系统气压系统是用压力气体传递和控制动力，正如名称所表明的那样，气压系统通常用空气（不用其他气体）作为液体介质，因为空气是安全、成本低而又随处可得的流体，在系统部件中产生电弧有可能点燃泄漏物的场合下（使用空气作为介质）尤为安全。在气压系统中，压缩机用来压缩并供应所需的空气。压缩机一般有活塞式、叶片式和螺旋式等类型。压缩机基本上是根据理想气体法则，通过减小气体体积来增加气体压力的。气压系统通常考虑采用大的中央空气压缩机作为一个无限量的气源，这类似于电力系统中只要将插头插入插座便可获得电能。用这种方法，压力气体可以从气源输送到整个工厂的各个角落，压力气体可通过空气滤清器除去污物，这些污物可能会损坏气动组件的精密配合部件如阀和气缸等，随后输送到各个回路中，接着空气流经减压阀以减小气压值适合某一回路使用。因为空气不是好的润滑剂（包括20%的氧气），气压系统需要一个油雾器将细小的油雾注射到经过减压阀减压的空气中，这有助于减少气动组件精密配合运动件的磨损。由于来自大气中的空气含不同数量的水分，这些水分是有害的，它可以带走润滑剂引起过分磨损和腐蚀，因此，在一些使用场合中，要用空气干燥器来除去这些有害的水分。由于气压系统直接向大气排出，会产生过大噪声，因此可在气阀和执行组件排气口安装消声器来降低噪声，以防止操作人员因接触噪声及高速空气粒子有可能引发的伤害。用气动系统代替液压系统有以下几条理由：液体的惯性远比气体大，因此，在液压系统中，当执行组件加速减速和阀突然开启关闭时，油液的质量便是一个潜在的问题，根据牛顿运动定律（力等于质量乘以加速度），产生加速运动油液所需的力要比加速同等体积空气所需的力高出许多倍。液体比气体具有更大的粘性，这会因为内摩擦而引起更大的压力和功率损失；另外，由于液压系统使用的液体要与大气隔绝，故它们需要特殊的油箱和无泄漏系统设计。气压系统系统使用可以直接排到周围环境中的空气，一般来说气压系统没有液压系统昂贵。然而，由于空气的可压缩性，使得气压系统执行组件不可能得到精确的速度控制和位置控制。气压系统由于压缩机局限，其系统压力相当低（低于250psi），而液压力可达10000psi之高，因此液压系统可以是大功率系统，而气动系统仅用于小功率系统，典型例子有冲压、钻孔、提升、冲孔、夹紧、组装、铆接、材料处理和逻辑控制操作等。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。近2030 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。 液压系统的作用就是帮助人类做工。主要是由执行元件把压力变成转动或往复运动。 液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。 空心箭头表示信号流，而实心箭头则表示能量流。基本液压回路中的动作顺序控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。 对于执行元件和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。如果第一个执行元件编号为0，则与其相关的控制元件标识符则为1。如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为偶数，则与执行元件回缩相对应的元件标识符则为奇数。 不仅应对液压回路进行编号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。DIN ISO1219-2标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：设备编号、回路编号、元件标识符和元件编号。如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，此时，元件编号应该与元件列表中编号相一致。 这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控制回路都与其系统编号相对应与机械传动、电气传动相比，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。液压系统的缺点：1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。在液压系统及其系统中，密封装置用来防止工作介质的泄漏及外界灰尘和异物的侵入。其中起密封作用的元件，即密封件。外漏会造成工作介质的浪费，污染机器和环境，甚至引起机械操作失灵及设备人身事故。内漏会引起液压系统容积效率急剧下降，达不到所需要的工作压力，甚至不能进行工作。侵入系统中的微小灰尘颗粒，会引起或加剧液压元件摩擦副的磨损，进一步导致泄漏。因此，密封件和密封装置是液压设备的一个重要组成部分。它的工作的可靠性和使用寿命，是衡量液压系统好坏的一个重要指标。除间隙密封外，都是利用密封件，使相邻两个偶合表面间的间隙控制在需要密封的液体能通过的最小间隙以下。在接触式密封中，分为自封式压紧型密封和自封式自紧型密封（即唇形密封）两种。液压系统的三大顽疾1、发热 由于传力介质（液压油）在流动过程中存在各部位流速的不同，导致液体内部存在一定的内摩擦，同时液体和管路内壁之间也存在摩擦，这些都是导致液压油温度升高的原因。温度升高将导致内外泄漏增大，降低其机械效率。同时由于较高的温度，液压油会发生膨胀，导致压缩性增大，使控制动作无法很好的传递。解决办法：发热是液压系统的固有特征，无法根除只能尽量减轻。使用质量好的液压油、液压管路的布置中应尽量避免弯头的出现、使用高质量的管路以及管接头、液压阀等。2、振动 液压系统的振动也是其痼疾之一。由于液压油在管路中的高速流动而产生的冲击以及控制阀打开关闭过程中产生的冲击都是系统发生振动的原因。强的振动会导致系统控制动作发生错误，也会使系统中一些较为精密的仪器发生错误，导致系统故障。解决办法：液压管路应尽量固定，避免出现急弯。避免频繁改变液流方向，无法避免时应做好减振措施。整个液压系统应有良好的减振措施，同时还要避免外来振源对系统的影响。3、泄漏 液压系统的泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏指泄漏过程发生在系统内部，例如液压缸活塞两边的泄漏、控制阀阀芯与阀体之间的泄漏等。内泄漏虽然不会产生液压油的损失，但是由于发生泄漏，既定的控制动作可能会受到影响，直至引起系统故障。外泄漏是指发生在系统和外部环境之间的泄漏。液压油直接泄漏到环境中，除了会影响系统的工作环境外，还会导致系统压力不够引发故障。泄漏到环境中的液压油还有发生火灾的危险。解决办法：采用质量较好的密封件，提高设备的加工精度。另：对于液压系统这三大顽疾，有人进行了总结：“发烧、拉稀带得瑟”（这位总结者是东北人）。液压系统用于升降机，挖掘机，泵站，强夯机，起重机，等等大型工业，建筑，工厂，企业，还有升降机，升降平台，登车桥等等行业。液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。- 液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。气动行业：-产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展，执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展；气动元件与电子技术相结合，向智能化方向发展；元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展，普遍采用无油润滑，应用新工艺、新技术、新材料。（1）采用的液压元件高压化，连续工作压力达到40Mpa，瞬间最高压力达到48Mpa；（2）调节和控制方式多样化；（3）进一步改善调节性能，提高动力传动系统的效率；（4）发展与机械、液力、电力传动组合的复合式调节传动装置；（5）发展具有节能、储能功能的高效系统；（6）进一步降低噪声；（7）应用液压螺纹插装阀技术，紧凑结构、减少漏油。Hydraulic SystemHydraulic presser drive and air pressure drive hydraulic fluid as the transmission is made according to the 17th century, Pascals principle of hydrostatic pressure to drive the development of an emerging technology, the United Kingdom in 1795 Braman Joseph (Joseph Braman ,1749-1814), in London water as a medium to form hydraulic press used in industry, the birth of the worlds first hydraulic press. Media work in 1905 will be replaced by oil-water and further improved.After the World War I (1914-1918) ,because of the extensive application of hydraulic transmission, espec- ially after 1920, more rapid development. Hydraulic components in the late 19th century about the early 20th century, 20 years, only started to enter the formal phase of industrial production. 1925 Vickers (F. Vikers) the invention of the pressure balanced vane pump, hydraulic components for the modern industrial or hydraulic transmission of the gradual establishment of the foundation. The early 20th century G Constantimscofluct- uations of the energy carried out by passing theoretical and practical research; in 1910 on the hydraulic trans- mission (hydraulic coupling, hydraulic torque converter, etc.) contributions, so that these two areas of develo- pment.The Second World War (1941-1945) period, in the United States 30% of machine tool applications in the hydraulic transmission. It should be noted that the development of hydraulic transmission in Japan than Europe and the United States and other countries for nearly 20 years later. Before and after in 1955, the rapid development of Japans hydraulic drive, set up in 1956, Hydraulic Industry. Nearly 20 to 30 years, the development of Japans fast hydraulic transmission, a world leader.Hydraulic transmission There are many outstanding advantages, it is widely used, such as general industr- ial use of plastics processing machinery, the pressure of machinery, machine tools, etc.; operating machinery engineering machinery, construction machinery, agricultural machinery, automobiles, etc.; iron and steel indu- stry metallurgical machinery, lifting equipment, such as roller adjustment device; civil water projects with flo- od control and dam gate devices, bed lifts installations, bridges and other manipulation of institutions; speed turbine power plant installations, nuclear power plants, etc.; ship from the deck heavy machinery (winch), the bow doors, bulkhead valve, stern thruster, etc.; special antenna technology giant with control devices, measu- rement buoys, movements such as rotating stage; military-industrial control devices used in artillery, ship anti- rolling devices, aircraft simulation, aircraft retractable landing gear and rudder control devices and other devi- ces.A complete hydraulic system consists of five parts, namely, power components, the implementation of co- mponents, control components, auxiliary components and hydraulic oil. The role of dynamic components of the original motive fluid into mechanical energy to the pressure that the hydraulic system of pumps, it is to power the entire hydraulic system. The structure of the form of hydra- ulic pump gears are generally pump, vane pump and piston pump. Implementation of components (such as hydraulic cylinders and hydraulic motors) which isthe pressure of the liquid can be converted to mechanical energy to drive the load for a straight line reciprocating movement or rotational movement. Control components (that is, the various hydraulic valves) in the hydraulic system to control and regulate the pressure of liquid, flow rate and direction. According to the different control functions, hydraulic pressure control valve can be divided into valves, flow control valves and directional control valve. Pressure control valves are divided into benefits flow valve (safety valve), pressure relief valve, sequence valve, pressure relays, etc.; flow control valves including throttle, adjusting the valves, flow diversion valve sets, etc.; directional control valve includes a one-way valve , one-way fluid control valve, shuttle valve, valve and so on. Under the control of different ways, can be divided into the hydraulic valve control switch valve, control valve and set the value of the ratio control valve. Auxiliary components, including fuel tanks, oil filters, tubing and pipe joints, seals, pressure gauge, oil level, such as oil dollars. Hydraulic oil in the hydraulic system is the work of the energy transfer medium, there are a variety of mineral oil, emulsion oil hydraulic molding Hop categories. The role of the hydraulic system is to help humanity work. Mainly by the implementation of components to rotate or pressure into a reciprocating motion. Hydraulic system and hydraulic power control signal is composed of two parts, the signal control of some parts of the hydraulic power used to drive the control valve movement. Part of the hydraulic power means that the circuit diagram used to show the different functions of the interrelationship between components. Containing the source of hydraulic pump, hydraulic motor and auxiliary components; hydraulic control part contains a variety of control valves, used to control the flow of oil, pressure and direction; operative or hydraulic cylinder with hydraulic motors, according to the actual requirements of their choice.In the analysis and design of the actual task, the general block diagram shows the actual operation of equi - pment. Hollow arrow indicates the signal flow, while the solid arrows that energy flow. Basic hydraulic circuit of the action sequence - Control components (two four-way valve) and the spring to reset for the implementation of components (double-acting hydraulic cylinder), as well as the extending and retracting the relief valve opened and closed . For the implementation of components and control components, presentations are based on the corresponding circuit diagram symbols, it also introduced ready made circuit diagram symbols. Working principle of the system, you can turn on all circuits to code. If the first implementation of components numbered 0, the control components associated with the identifier is 1. Out with the implementation of components corresponding to the identifier for the even components, then retracting and implementation of components corresponding to the identifier for the odd components. Hydraulic circuit carried out not only to deal with numbers, but also to deal with the actual device ID, in order to detect system failures.DIN ISO1219-2 standard definition of the number of component composition, which includes the following four parts: device ID, circuit ID, component ID and component ID. The entire system if only one device, device number may be omitted. Practice, another way is to code all of the hydraulic system components for numbers at this time, components and component code should be consistent with the list of numbers. This method is particularly applicable to complex hydraulic control system, each control loop are the corresponding number with the systemWith mechanical transmission, electrical transmission compared to the hydraulic drive has the following advantages: 1, a variety of hydraulic components, can easily and flexibly to layout. 2, light weight, small size, small inertia, fast response. 3, to facilitate manipulation of control, enabling a wide range of stepless speed regulation (speed range of 2000:1). 4, to achieve overload protection automatically. 5, the general use of mineral oil as a working medium, the relative motion can be self-lubricating surface, long service life; 6, it is easy to achieve linear motion / 7, it is easy to achieve the automation of machines, when the joint control of the use of electro-hydraulic, not only can achieve a higher degree of process automation, and remote control can be achieved. The shortcomings of the hydraulic system: 1, as a result of the resistance to fluid flow and leakage of the larger, so less efficient. If not handled properly, leakage is not only contaminated sites, but also may cause fire and explosion. 2, vulnerable performance as a result of the impact of temperature change, it would be inappropriate in the high or low temperature conditions. 3, the manufacture of precision hydraulic components require a higher, more expensive and hence the price. 4, due to the leakage of liquid medium and the compressibility and can not be strictly the transmission ratio. 5, hydraulic transmission is not easy to find out the reasons for failure; the use and maintenance requirements for a higher level of technology.In the hydraulic system and its system, the sealing device to prevent leakage of the work of media within and outside the dust and the intrusion of foreign bodies. Seals played the role of components, namely seals. Medium will result in leakage of waste, pollution and environmental machinery and even give rise to malfunctioning machinery and equipment for personal accident. Leakage within the hydraulic system will cause a sharp drop in volumetric efficiency, amounting to less than the required pressure, can not even work. Micro-invasive system of dust particles, can cause or exacerbate friction hydraulic component wear, and further lead to leakage. Therefore, seals and sealing device is an important hydraulic equipment components. The reliability of its work and life, is a measure of the hydraulic system an important indicator of good or bad. In addition to the closed space, are the use of seals, so that two adjacent coupling surface of the gap between the need to control the liquid can be sealed following the smallest gap. In the contact seal, pressed into self-seal-style and self-styled self-tight seal (ie, sealed lips) two.The three hydraulic system diseases 1, as a result of heat transmission medium (hydraulic oil) in the flow velocity in various parts of the existence of different, resulting in the existence of a liquid within the internal friction of liquids and pipelines at the sam- e time there is friction between the inner wall, which are a result of hydraulic the reasons for the oil tempera- ture. Temperature will lead to increased internal and external leakage, reducing its mechanical efficiency. At the same time as a result of high temperature, hydraulic oil expansion will occur, resulting in increased com- pression, so that action can not be very good control of transmission. Solution: heat is the inherent characte -ristics of the hydraulic system, not only to minimize eradication. Use a good quality hydraulic oil, hydraulic piping arrangement should be avoided as far as possible the emergence of bend, the use of high-quality pipe and fittings, hydraulic valves, etc.2, the vibration of the vibration of the hydraulic system is also one of its malaise. As a result of hydraulic oil in the pipeline flow of high-speed impact and the control valve to open the closure of the impact of the process are the reasons for the vibration system. Strong vibration control action will cause the system to error, the system will also be some of the more sophisticated equipment error, resulting in system failures. Solutions: hydraulic pipe should be f
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