6液压系统关键技术与设计分析手段.ppt

液压控制专业介绍西北工业大学61、液压系统关键技术62、液压系统设计分析手段611液压系统液压油液压油的要求不同的液压传动系统，不同的使用情况对液压油的要求有很大的不同，为了更好地传递动力和运动，液压系统使用的液压油应具备如下性能。1合适的黏度较好的黏温特性。2润滑性能好。3质地纯净，杂质少。4具有良好的相容性。5具有良好的稳定性（热，水解，氧化，剪切）。6具有良好的抗泡沫性，抗乳化性，防锈性，腐蚀性小。7体膨胀系数低，比热容高。8流动点和凝固点低，闪点和燃点高。9对人体无害，成本低。611液压系统液压油常用液压油国产液压油的种类和牌号有多种多样。目前我国常用液压油包括普通润滑油，专用液压油和抗燃液压油。现将常用液压油简介如下。（1）机械油机械油是一种工业用中质润滑油。它是由浅度精制的润滑油馏分制成，除加适量的降凝剂外，少数厂还加有抗泡剂。这种油按50时的运动黏度分为七个牌号（10号，,20号,30号，40号，50号,70号，90号）。机械油的主要缺点是氧化安全性，抗泡沫和抗乳化能力以及黏温特性和抗磨性较差，容易因为氧化而生成胶质沉淀物，使用寿命短（换油期约为半年），只能用于要求不高的液压系统和8MPA以下的中，低压系统。过去由于专用液压油生产和推广不足，所以机械油在液压系统中应用很普遍。611液压系统液压油（2）汽轮机油汽轮机油又称为透平油，是浅黄色透明液体，它是用比机械油精制程度深的润滑油分馏后，加03的抗氧化剂调和而成。这种油按50时的运动黏度分为20号，30号，40号，45号，55号汽轮机油的主要优点是因加入抗氧化添加剂，在高温下有较好的抗空气氧化性，在高温下酸值也不会增高，与混入的水分能迅速完全分离，抗乳化性好，并且酸性低，灰分少，机械杂质少，使用寿命长（换油期约为一年）。汽轮机油适用于要求较高的液压传动系统（一般应用在8MPA以下较精密的中低液压系统）价格约比机械油高1/31/2，产量比较少（只是机械油的1/10），要酌情选用。611液压系统液压油（3）变压器油变压器油经过高度精制，机械杂质和水分的含量极少，酸性及灰分低，黏度和凝固点也较低（黏度在50下小于96凝固点低于25），并具有高度的抗氧化性。变压油常用于低温，轻载，低压系统中，价格与汽轮机油相仿。611液压系统液压油（4）柴油机油柴油机油按100时的运动黏度分为8号11号,14号,16号,20号等几个牌号。油中加有抗氧化，抗腐蚀和使发动机清洁的添加剂，润滑性能好，黏温特性优良，一般在工程机械，起重运输机械，拖拉机及林业机械的液压系统中应用。夏季常用11号，冬季用,8号。（5）11号汽缸油11号汽缸油是一种重工业润滑油，适用于低速，重负荷及周围环境温度很高的液压传动系统。611液压系统液压油（6）普通液压油（即精密机床液压油）普通液压油采用汽轮机油馏分作基础油，并加入抗氧化，抗磨损，抗泡沫，防锈蚀等添加剂，其黏温特性好，是一种精制润滑油。这种油按40时的运动黏度分为32号,46号,68号等几个牌号，适用于精密机床液压系统，换油期达一年以上。但是由于这种油凝固点为10。所以不适用于低温条件下工作，只适用于室内设备的液压系统（只适用于0以上的工作环境），过去这种油仅用于精密机床液压系统中，而在其他的机床液压系统中，普遍采用各种牌号的机械油。从使用效果，油液寿命，经济效果看，普遍采用机械油是不合理的，因此今后在机床液压系统中，希望尽量采用精密机床液压油，以改变过去不合理的状况。611液压系统液压油（7）液压导轨油这种油的基础油与精密机床液压油相同，除精密机床液压油所具有的全部添加剂外，还加入了防爬行性能的添加剂，所以具有较好的防爬行性能。当液压系统中的工作油液要兼起机床导轨面的润滑作用时，宜选用这种油液。有静压导轨的机床必须选用这种油作为导轨部分的工作油。611液压系统液压油（8）低凝液压油这种油用低凝固点的机械油或汽轮机油，加入抗氧化，抗腐蚀，降凝点和增黏等添加剂调和而成。低温条件下该油有较好的启动性能，在正常温度下又具有满意的工作性能，其黏度指数在130以上，而且抗剪切性能好，适用于环境温度为15以下的高压，低温液压系统或环境温度变化较大的户外液压设备（凝固点为30）。广泛应用于建筑机械，工程机械，起重运输机械的液压系统中。（9）数控液压油这是低黏度的变压器油分馏后并加有抗磨损，抗氧化，增黏等添加剂调和而成。这种油的突出优点是黏度指数可达175以上，主要应用于数控机床及电液脉冲马达上。611液压系统液压油（10）抗磨液压油抗磨液压油的基础油与液压油相同，仅针对摩擦金属材料的不同，加入一定数量的抗磨剂（如钢对钢加二烷基二硫代磷酸锌；对含有银或青铜材料的零件用只含硫，磷的抗磨剂，称无灰型抗磨液压油），此外还加有抗氧，抗磨，抗泡，抗锈等添加剂，总量在153时，抗磨效果比较好。适用于高，中压液压系统，特别适用于高压叶片泵。凝固点为25，故适用于15以上的工作环境。第一代产品是以二烷基二硫作为极压添加剂，称为有灰型或锌型；第二代是以硫磷或化合物作为极压添加剂，称为无灰型。有灰型价格低，已在高压系统中得到广泛应用。无灰型在各方面性能比有灰型好，但价格昂贵，目前在国外应用也还不多。含锌抗磨液压油对钢钢摩擦副抗磨性好，而对银，铜部件有腐蚀。无灰抗磨液压油对银，铜部件不会产生腐蚀。但随着添加剂的改善，无灰型终究要代替有灰型。611液压系统液压油液压泵的工作原理和分类液压泵是一种能量转换装置,它把驱动它的原动机一般为电动机的机械能转换成输送到系统中去的液压油的压力能液压泵是容积式的612液压系统动力元件液压泵的主要参数（1）压力，排量和流量工作压力液压泵的工作压力是指实际工作时的输出压力，也就是油液为了克服阻力所必须建立起来的压力。额定压力液压泵的额定压力是指泵在使用中按标准条件连续运转允许达到的最大工作压力，超过此值就是过载。额定压力也就是液压泵铭牌上所标明的压力。除此之外还有最高允许压力，它是指泵短时间内所允许超载使用的极限压力，它受泵本身密封性能和零件强度等因素的限制；吸入压力是指泵吸入口处的压力。由于液压传动的用途不同，液压系统所需的压力也不同，为了便于液压元件的设计，生产和使用，将压力分为几个等级，列于下表612液压系统动力元件排量（V）液压泵的排量（用V表示）是指在不考虑泄漏的情况下，轴转过一整转时所能输出（或所需输入）的油液体积。也就是液压泵铭牌上所标明的参数。612液压系统动力元件压力分级612液压系统动力元件612液压系统动力元件612液压系统动力元件612液压系统动力元件612液压系统动力元件612液压系统动力元件液压控制元件的作用与分类液压阀属于控制调节元件，本身有一定的能量消耗。液压阀的阀芯与阀体间的密封方式一般采取间隙密封（球芯阀除外），这种密封方式不可避免地存在内泄漏。为使阀芯能灵活运动而又减少泄漏，对液压阀性能的基本要求是制造精度要高，阀芯动作要灵活，工作性能可靠，密封性要好，阀的结构要紧凑，工作效率高，通用性好。在选用液压元件时，要注意其工作压力应低于其额定压力，通过液压元件的实际流量小于其额定流量；如果液压元件与电气控制有关，要注意其额定电压与交直流的匹配关系。613液压系统控制元件613液压系统控制元件伺服阀的分类伺服阀是液压伺服系统中最重要，最基本的组成部分，它起着信号转换，功率放大及反馈等控制作用。伺服阀可从不同的角度加以分类。按控制信号分类可分为机液伺服阀，电液伺服阀，气液伺服阀。按结构分类可分为滑阀，射流管阀和喷嘴挡板阀等。613液压系统控制元件613液压系统控制元件（1）滑阀根据滑阀控制边数（起控制作用的阀口数）的不同，有单边控制式，双边控制式和四边控制式三种类型的滑阀。613液压系统控制元件（2）射流管阀射流管阀的优点是结构简单，动作灵敏，工作可靠。它的缺点是射流管运动部件惯性较大，工作性能较差；射流能量损耗大效率较低；供油压力过高时易引起振动。此种控制阀只适用于低压小功率场合。613液压系统控制元件（3）喷嘴挡板阀613液压系统控制元件（4）电液伺服阀613液压系统控制元件电液伺服阀是电液联合控制的多级伺服元件，它能将微弱的电气输入信号放大成大功率的液压能量输出。电液伺服阀具有控制精度高和放大倍数大等优点，在液压控制系统中得到广泛的应用。是一种典型的电液伺服阀工作原理。它由电磁和液压两部分组成，电磁部分是一个力矩马达，液压部分是一个两级液压放大器。液压放大器的第一级是双喷嘴挡板阀，称前置放大级；第二级是四边滑阀，称功率放大级。614液压系统执行元件62液压系统设计步骤和内容明确液压系统设计要求执行元件运动负载分析确定执行元件主要参数拟定液压系统原理图选择液压元件验算液压系统性能绘工作图，编技术文件是否通过是否621明确液压系统设计要求动作要求运动及方式工作循环和动作周期同步、互锁和配合要求负载条件速度要求工作行程运动平稳性和精度工作可靠性性能要求环境要求环境温度、湿度、尘埃、通风易燃易爆、振动、安装空间622执行元件工况分析L分析执行元件运动和负载L了解执行元件速度和负载变化的规律L绘制执行元件工况图（VS、FS曲线）L确定系统主要参数（P、Q）的依据L拟定液压系统图的依据运动分析负载分析6221运动分析L研究执行元件的工作要求和运动规律L绘制执行元件的工作循环图和速度循环图VS或VT曲线6222负载分析L研究执行元件的负载要求L绘制执行元件的负载循环图FS或FT曲线6223液压缸负载分析FFLFFFA工作负载FL机床缸轴线方向的切向力液压机工件的压制抗力摩擦阻力运动部件与支承面间的摩擦力FFFFN摩擦阻力负载FF惯性负载FA惯性负载运动部件速度变化时，由其惯性而产生的负载623确定执行元件主要参数L初选执行元件的工作压力L确定执行元件的几何参数L确定执行元件的最大流量L复算执行元件的工作压力L绘制执行元件的工况图6231初选执行元件的工作压力L工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，影响执行元件的尺寸和成本，及液压系统性能L工作压力选高执行元件和系统的结构紧凑，但元件的强度、刚度及密封要求高，要用高压泵L工作压力选底增大执行元件及系统尺寸，结构变得庞大。根据总负载值初选根据主机设备类型初选（1）负载与工作压力的关系负载F/KN1010202030305050P/MPA081215253040405050（2）各类液压设备常用工作压力设备类型精加工机床半精加工机床粗加工或重型机床农业机械、小型工程机械液压机、重型机械、大中型挖掘机、起重运输机械P/MPA08235510101620326232确定执行元件的几何参数（1）液压缸L有效工作面积L根据A确定液压缸的D和DL最低稳定速度验算L若验算结果不满足，则说明所设计的结构尺寸和方案达不到所需低速，必须修改LF负载LOM机械效率LP工作压力LQMIN流量阀的最小稳定流量LVMIN液压缸所需的最低稳定速度（2）液压马达L计算马达排量L从产品样本中选型号L最低稳定转度验算L若验算结果不满足，则说明所设计的结构尺寸和方案达不到所需低速，必须修改LT总负载转矩LMM机械效率LP工作压力LQMIN输入马达最低稳定流量LNMIN马达所需最低稳定速度6233确定执行元件的最大流量（1）液压缸（2）液压马达选择液压泵和其它液压元件型号中流量参数的依据6234复算执行元件的工作压力L当液压缸的D、D和液压马达的V计算出来后，根据系列标准经过圆整，应根据圆整值对工作压力进行复算L因没有考虑回油路背压，在结构参数D、D、V确定后，选取适当的背压估算值复算工作压力执行元件背压的估算值液压系统类型背压/MPA中低压系统08MPA简单系统，一般轻载节流调速系统0205回油路带调速阀的调速系统0508回油路带背压阀0515带补油路的闭式回路0815中高压系统816MPA同上比中低压系统高50100高压系统1632MPA如锻压机械等初算时背压可忽略不计6235绘制执行元件的工况图（1）绘制工况图L压力图L流量图L功率图（2）工况图作用L直观方便找出最大压力、流量、功率，选择泵和原动机的依据L指导选择系统中液压元件L有助于选择基本回路L为修正设计提供依据624拟定液压系统原理图L拟定液压系统原理图是整个液压系统设计中最重要的一环L一般方法根据设备的性能要求选择合理的液压基本回路；再将基本回路有机地组合成一个完整的液压系统液压回路的选择液压回路的综合6241液压回路的选择（1）确定供油方式L一般根据液压系统的工作压力、流量、转速、效率、定量或变量等来选择液压泵定量泵与变量泵比较定量泵变量泵结构简单复杂功率损失小损失大效率低高温升大小价格便宜贵液压泵种类与特性齿轮泵叶片泵柱塞泵轴向式径向式额定压力/MPA252835100排量/MLR115001350410006500最高转速/RMIN190040001200300050001800总效率/7590759085958092适用粘度/MM2S1205002020020200自吸能力非常好好差变量能力不能能好输出压力脉动大小中污染敏感度大小小噪声小大小中中大适用场合工程机械、车辆机床冶金、锻压、建筑机械（2）确定调速方法L除满足速度要求外，还应考虑液压系统的功率、调速范围、速度刚度、温升、经济性等要求定量泵与变量泵比较调速方法节流调速容积调速联合调速进油路回油路适用中小功率、速度不高功率较大调速范围大中等功率温升小效率高速度刚度好压力控制方便承受负值负载应用组合机床机床类车、镗、钻、磨组合机床，刨、拉、液压机、注塑机组合机床（3）速度换接回路选择L速度换接回路的形式常用行程阀或电磁阀来实现行程阀与电磁阀比较阀类行程阀电磁阀特点换接平稳工作可靠换接位置精度较高结构简单控制灵活调整方便（4）换向回路选择L根据执行元件对换向性能要求，选择换向阀机能和控制方式换向阀控制方式比较控制方式电磁阀电液阀行程阀手动阀特点操作方便便于布置低速换向部件重流量大换向速度可调换向平稳换向精度高换向动作频繁工作持续时间短操作安全（5）压力控制回路选择L节流调速中常用溢流阀组成恒压控制回路L容积调速和容积节流调速中常用溢流阀组成限压安全保护回路（6）其它回路的设置L根据液压系统要求L可设置卸荷回路、减压回路、增压回路、多级调压回路、远程调压回路、顺序动作回路、同步回路等6242液压回路的综合液压基本回路确定后，即可综合成完整的液压系统。注意如下几点L综合成的液压系统应保证其循环时的每一个动作要求都安全可靠、相互间互不干涉L综合成的液压系统应尽量选用标准元件，力求做到系统结构简单L尽可能使液压系统经济合理，便于维修检测625液压元件的计算和选择L通过计算各液压元件在工作中承受的压力和通过的流量，来确定各元件的规格和型号液压泵的选择阀类元件的选择液压辅助元件的选择6251液压泵的选择首先选择泵的类型，然后再计算确定泵的规格（1）确定泵的最高工作压力PPPMAX执行元件的最大工作压力P管路总压力损失。初步估算时，一般节流调速和管路简单的系统取0205MPA；有调速阀和管路较复杂的系统取0515MPA。（2）确定泵的最大供油量QPK系统泄漏系数，一般取1113QMAX同时工作的执行元件流量之和的最大值。（3）选择液压泵规格液压泵的额定压力PN液压泵的额定流量QN（4）确定泵驱动功率使用定量泵时的驱动功率PNP液压泵的工作压力PAQ液压泵流量M3/SP液压泵的总效率使用限压式变量泵时的驱动功率PNPB变量泵的拐点压力PAQB变量泵拐点流量M3/SP变量泵的总效率6252阀类元件的选择根据阀的最大工作压力和流经阀的最大流量来选择阀的规格阀的额定压力系统最高工作压力阀的额定流量系统实际通过阀的最大流量选择压力阀时应考虑调压范围选择流量阀时应注意其最小稳定流量选择换向阀时除考虑压力、流量外，还应考虑中位机能及操纵方式626液压系统的性能验算液压系统压力损失的验算液压系统发热温升的验算6261液压系统压力损失验算（1）执行元件为液压缸时LF负载LCM机械效率LA1进油腔面积LA2回油