第八章 液压与气压系统设计

1、液压系统设计液压系统设计 一一气压系统气压系统 设计设计二二任务一任务一 液压系统设计液压系统设计液压传动系统是机械设备动力传动系统，液压传动系统是机械设备动力传动系统，因此，它的设计是整个机械设备设计的一因此，它的设计是整个机械设备设计的一部分，必须与主机设计联系在一起同时进部分，必须与主机设计联系在一起同时进行。一般在分析主机的工作循环、性能要行。一般在分析主机的工作循环、性能要求、动作特点等基础上，经过认真分析比求、动作特点等基础上，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。之后才会提出液压传动系统的设计任务

2、。 阶段一阶段一 液压系统设计步骤液压系统设计步骤液压系统设计必须从实际出发，注重调查研究，吸收国内外先进技液压系统设计必须从实际出发，注重调查研究，吸收国内外先进技术，采用现代设计思想，在满足工作性能要求、工作可靠要求的前术，采用现代设计思想，在满足工作性能要求、工作可靠要求的前提下，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。用寿命长。液压系统设计步骤大致为：液压系统设计步骤大致为：（1）明确系统设计要求；）明确系统设计要求；（2）分析系统工况，确定主要参数；）分析系统工况，确定主要参数；（3）拟订液压系统原理图；

3、）拟订液压系统原理图；（4）计算并选择液压元件；）计算并选择液压元件；（5）估算液压系统的性能；）估算液压系统的性能；（6）绘制工作图，编写技术文件。）绘制工作图，编写技术文件。1. 1.明确系统设计要求明确系统设计要求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：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：（1）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）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

4、、作业环境与条件等。工作循环、作业环境与条件等。（2）液压系统应完成哪些动作，各个动作的工作循环及循环时问）液压系统应完成哪些动作，各个动作的工作循环及循环时问;负载大小负载大小及性质、运动形式及速度快慢及性质、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、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。靠性等。（3）液压系统

5、的工作温度及其变化范围，湿度大小，风沙与粉尘情况，防）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，安装空问的大小、外廓尺寸与质量限制等。火与防爆要求，安装空问的大小、外廓尺寸与质量限制等。（4）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）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，目使设计的系统不仅满足性能要求，目_具有较高的可靠性、良好的空问布局具有较高的可靠性、良好的空问布局及造型。及造型。2.2.分析系统工况并确定主要参数分析系统工况并确定主要参数（1 1）分析系统工况）分析系统工况对液压系统进

6、行工况分析，就是要查明它的每个执行元件在各自工对液压系统进行工况分析，就是要查明它的每个执行元件在各自工作过程中的运动速度和负载的变化规律，这是满足主机规定的动作作过程中的运动速度和负载的变化规律，这是满足主机规定的动作要求和承载能力所必须具备的。液压系统承受的负载可由主机的规要求和承载能力所必须具备的。液压系统承受的负载可由主机的规格规定，可由样机通过实验测定，也可由理论分析确定。当用理论格规定，可由样机通过实验测定，也可由理论分析确定。当用理论分析系统的实际负载时，必须仔细考虑它所有的组成项目。分析系统的实际负载时，必须仔细考虑它所有的组成项目。 （2 2）确定主要参数）确定主要参数这里是

7、指确定液压执行元件的工作压力和这里是指确定液压执行元件的工作压力和最大流量。最大流量。负载/KN50系统压力/MPa57设备类型机床农业机械汽车工业小型工程机械及辅助机械工程机械重型机械锻压设备液压支架船用系统磨床组合机床牛头刨床插床齿轮加工机床车床铣床镗床珩磨机床拉床龙门刨床压力/MPa2.56.32.56.310101616321425执行元件的工况图执行元件的工况图3.3.拟定液压系统图拟定液压系统图拟订液压系统草图是从作用原理上和结构拟订液压系统草图是从作用原理上和结构组成上具体体现设计任务中提出的各项要组成上具体体现设计任务中提出的各项要求。它包含三项内容：确定系统类型，选求。它包含

8、三项内容：确定系统类型，选择液压回路和拼搭液压系统。择液压回路和拼搭液压系统。4.4.选择液压元件选择液压元件液压泵的最大工作压力必须大于或等于液液压泵的最大工作压力必须大于或等于液压执行元件最大工作压力和进油路上总压压执行元件最大工作压力和进油路上总压力损失这两者之和。液压执行元件的最大力损失这两者之和。液压执行元件的最大工作压力可以从工况图中查到。进油路上工作压力可以从工况图中查到。进油路上的总压力损失可以按经验资料选取：一般的总压力损失可以按经验资料选取：一般节流调速及简单系统取节流调速及简单系统取P=0.2 Mpa0.5 MPa；对于进油路上有调速阀及管路复杂；对于进油路上有调速阀及管

9、路复杂的系统取的系统取P=0.5 Mpa1.5 MPa。5 5液压系统的性能验算液压系统的性能验算在确定了各个液压元件之后，有时还要根在确定了各个液压元件之后，有时还要根据需要对整个液压系统的某些技术性能进据需要对整个液压系统的某些技术性能进行必要验算，以便对所选液压元件和液压行必要验算，以便对所选液压元件和液压系统参数作进一步调整。液压系统性能验系统参数作进一步调整。液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算和发热温升验算。算和发热温升验算。 (1)回路压力损失验算回路压力损失验算 (2)发热温升验算发热温升验算阶段二阶段二 液压系统设计举例液压

10、系统设计举例【设计任务设计任务】 设计一台卧式组合机床液压动力滑台的设计一台卧式组合机床液压动力滑台的液压系统。液压系统。要求：液压系统完成工作循环：快进要求：液压系统完成工作循环：快进工工进进快退快退停止。切削阻力停止。切削阻力F=15kN，滑台，滑台自重自重G=22kN，平面导轨，静摩擦系数，平面导轨，静摩擦系数0.2，动摩擦系数动摩擦系数0.1，快进，快进/退速度退速度5m/min，工，工进速度进速度100mm/min，最大行程，最大行程350mm，其，其中工进行程中工进行程200mm，启动换向时间，启动换向时间0.1s，液压缸机械效率液压缸机械效率0.9。任务分析任务分析1.工况分析工

11、况分析（1）工作负载）工作负载FW（2）惯性负载）惯性负载（3）阻力负载）阻力负载任务分析任务分析2.计算液压缸尺寸和所需流量计算液压缸尺寸和所需流量（1）确定工作压力）确定工作压力（2）确定液压缸主要尺寸）确定液压缸主要尺寸（3）确定液压缸所需的流量）确定液压缸所需的流量任务分析任务分析3.确定液压系统方案，拟定液压系统原理确定液压系统方案，拟定液压系统原理图图（1）速度控制回路的选择）速度控制回路的选择（2）换向和速度换接回路的选择）换向和速度换接回路的选择a.换向回路 b.速度换接回路任务分析任务分析（3）油源的选择和能耗控制）油源的选择和能耗控制任务分析任务分析（4 4）压力控制回路的

12、选择）压力控制回路的选择 4.4.选择液压泵选择液压泵（1）选择液压泵）选择液压泵根据液压泵的最大工作压力计算方法，液根据液压泵的最大工作压力计算方法，液压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。之和。 （2）计算总流量）计算总流量 在整个工作循环过程中，液压油源应向在整个工作循环过程中，液压油源应向液压缸提供的最大流量出现在快进工作阶液压缸提供的最大流量出现在快进工作阶段，为段，为25.1 L/min，若整个回路中总的泄，若整个回路中总的泄漏量按液压缸输入流量的漏量按液压缸输入流量的1

13、0%计算计算 5.5.阀类元件和辅助元件的选择阀类元件和辅助元件的选择液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清器等辅助元件。器等辅助元件。 序号元件名称估计流量规格额定流量 额定压力MPa型号1三位五通电磁阀66/821006.335D-100B2行程阀49.5/61.5636.322C-63BH3调速阀166.3Q-6B4单向阀66/821006.3I-100B5单向阀816.5/20.5256.3I-25B6背压阀90.475/0.6106.3B-10B7溢流阀4.13/5106.3Y-

14、10B8单向阀1166/821006.3I-100B9单向阀327.92/34.7636.3I-63B10单向阀45.1/5.1106.3I-10B11顺序阀28.4/35.2636.3XY-63B1/minL1/minL任务分析任务分析（2）过滤器的选择）过滤器的选择按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的两倍的原则，取过滤器的流量为泵流量的2.5倍。倍。 （3）油管的选择）油管的选择（4）油箱的容量）油箱的容量本设计为中压系统，油箱的有效容量可按本设计为中压系统，油箱的有效容量可按泵每分钟内公称流量的泵每分钟内公称流量的5

15、7倍来确定倍来确定7 7 液压系统性能的验算液压系统性能的验算本例所设计系统属压力不高的中低压系统，本例所设计系统属压力不高的中低压系统，无迅速起动、制动需求，而且设计中已考无迅速起动、制动需求，而且设计中已考虑了防冲击可调节环节及相关防冲击措施，虑了防冲击可调节环节及相关防冲击措施，因此不必进行冲击验算。这里仅对系统油因此不必进行冲击验算。这里仅对系统油液的温升进行验算。液的温升进行验算。任务二任务二 气压传动系统设计气压传动系统设计气压传动系统的设计是根机械设备的用途、气压传动系统的设计是根机械设备的用途、特点和要求明确机械设备对气压系统设计特点和要求明确机械设备对气压系统设计的要求，进行工况分析并确定气压系统的的要求，进行工况分析并确定气压系统的