液压系统设计与计算南通大学学习教案

1、会计学1液压系统液压系统(xtng)设计与计算南通大学设计与计算南通大学第一页，共45页。目的任务目的任务: 学习典型学习典型(dinxng)液气压系统设计实例；液气压系统设计实例；掌握液气压系统设计的一般步骤、注意事掌握液气压系统设计的一般步骤、注意事项、设计计算方法。项、设计计算方法。重点难点重点难点: 多气缸单往复程序控制系统的设计。多气缸单往复程序控制系统的设计。第1页/共45页第二页，共45页。 液压与气动系统有传动系统和控制系统液压与气动系统有传动系统和控制系统(kn zh x tn)之分，这里所说的系统设计则是指传动之分，这里所说的系统设计则是指传动系统的设计。系统的设计。 传动

2、系统：以传递动力为主，追求传动特性传动系统：以传递动力为主，追求传动特性(txng)的完善，其执行元件用来驱动主机的完善，其执行元件用来驱动主机的某个部件的某个部件 。控制系统：以实施控制为主，追求控制特性控制系统：以实施控制为主，追求控制特性(txng)的完善，其执行元件用来驱动某个的完善，其执行元件用来驱动某个控制元件的操纵装置（例如液压泵、液压马控制元件的操纵装置（例如液压泵、液压马达的变量机构、控制阀的阀心等）。达的变量机构、控制阀的阀心等）。第2页/共45页第三页，共45页。第3页/共45页第四页，共45页。 液压传动系统的设计迄今仍没有一个公认的液压传动系统的设计迄今仍没有一个公认

3、的统一步骤，常常随着系统的繁简、借鉴的多寡统一步骤，常常随着系统的繁简、借鉴的多寡(dugu)、设计人员经验的不同而在具体做法上、设计人员经验的不同而在具体做法上有所差异。有所差异。 第4页/共45页第五页，共45页。液压传动系统的一般设计流程液压传动系统的一般设计流程第5页/共45页第六页，共45页。Part 8.2.1 Part 8.2.1 液压系统使用液压系统使用(shyng)(shyng)要求和负载特要求和负载特性分析性分析 。第6页/共45页第七页，共45页。Part 8.2.1 Part 8.2.1 液压系统液压系统(xtng)(xtng)使用要求和负载特性分析使用要求和负载特性分

4、析 是拟定液压系统方案、选择或设是拟定液压系统方案、选择或设计液压元件的依据。计液压元件的依据。 ：是：是还是还是，是，是还是还是；是否存在；是否存在，是否有与，是否有与的负载。的负载。第7页/共45页第八页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng)(xtng)方案设计方案设计 的分析与选择的分析与选择的分析与选择的分析与选择的分析与选择的分析与选择的分析、选择与合并的分析、选择与合并第8页/共45页第九页，共45页。运动形式运动形式执行元件执行元件特特 点点适用场合适用场合往往复复直直线线运运动动短短行行程程双活塞杆液压缸双活塞杆液压缸双向对称双向对

5、称双向工作的往复运动双向工作的往复运动单活塞杆液压缸单活塞杆液压缸有效工作面积大、有效工作面积大、双向不对称双向不对称往返不对称的直线运动，差动连接往返不对称的直线运动，差动连接可实现快进，可实现快进，A1=2A2往返速度相等往返速度相等长长行行程程柱塞缸柱塞缸结构简单结构简单单向工作，靠重力或其他外力返回，单向工作，靠重力或其他外力返回，长行程直线运动长行程直线运动液压马达与齿轮齿液压马达与齿轮齿条液压马达与丝杆条液压马达与丝杆螺母螺母结构复杂结构复杂双向工作的往复运动，长行程直线双向工作的往复运动，长行程直线运动运动Part 8.2.2Part 8.2.2 第9页/共45页第十页，共45页

6、。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng)(xtng)方案设计方案设计 运动形式运动形式执行元件执行元件特特 点点适用场合适用场合旋旋转转运运动动高速高速齿轮马达齿轮马达结构简单、价格便宜结构简单、价格便宜高转速，低扭矩的旋转运动高转速，低扭矩的旋转运动叶片马达叶片马达体积小，转动惯量小体积小，转动惯量小高速低扭矩，动作灵敏的旋高速低扭矩，动作灵敏的旋转运动转运动低速低速摆线齿轮马达摆线齿轮马达体积小，输出转矩大体积小，输出转矩大低速、小功率、大扭矩的旋低速、小功率、大扭矩的旋转运动转运动轴向柱塞马达轴向柱塞马达运动平衡、转矩大、转速运动平衡、转矩大、转速范围宽

7、范围宽大扭矩旋转运动大扭矩旋转运动径向柱塞马达径向柱塞马达转速低，结构复杂，输出转速低，结构复杂，输出转矩大转矩大低速大扭矩旋转运动低速大扭矩旋转运动高速马达与减速机高速马达与减速机构构转速低，结构复杂，输出转速低，结构复杂，输出转矩与减速比有关转矩与减速比有关低速旋转运动低速旋转运动往复摆动往复摆动摆动马达摆动马达单叶片式转角小于单叶片式转角小于300双叶片式转角小于双叶片式转角小于150小于小于300的摆动运动的摆动运动小于小于150的摆动运动的摆动运动第10页/共45页第十一页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng)(xtng)方案设计方案设计

8、 开式系统与闭式系统的比较开式系统与闭式系统的比较内内 容容开开 式式 系系 统统闭闭 式式 系系 统统散热条件散热条件较方便，但油箱较大较方便，但油箱较大较复杂，须用辅助泵换油冷却较复杂，须用辅助泵换油冷却抗污染性抗污染性较差，但可采用压力油箱或油箱呼吸器来改善较差，但可采用压力油箱或油箱呼吸器来改善较好，但油液过滤要求较高较好，但油液过滤要求较高系统效率系统效率管路压力损失较大，用节流调速时效率低管路压力损失较大，用节流调速时效率低管路压力损失较小，容积调速时效率较管路压力损失较小，容积调速时效率较高高限速、制动形式限速、制动形式用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制用平衡阀进行能耗限速

9、，用制动阀进行能耗制动，引起油液发热动，引起油液发热液压泵由电动机驱动时，限速及制动过液压泵由电动机驱动时，限速及制动过程中驱动电机能向电网输电，回收部分程中驱动电机能向电网输电，回收部分能量，即是再生限速（可省去平衡）及能量，即是再生限速（可省去平衡）及再生制动再生制动其他其他对泵的自吸性能要求高对泵的自吸性能要求高对泵的自吸性能要求低对泵的自吸性能要求低第11页/共45页第十二页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng)(xtng)方案设计方案设计 第12页/共45页第十三页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(

10、xtng)(xtng)方案设计方案设计 串联连接串联连接 （1）串联连接方式）串联连接方式。多个液压执行元件同时动多个液压执行元件同时动作时，其运动速度不随外负载而变，作时，其运动速度不随外负载而变，故故；但液压泵的压力负担重，受原动机功；但液压泵的压力负担重，受原动机功率限制，故率限制，故。另外，系统的压力损失。另外，系统的压力损失也较大。也较大。第13页/共45页第十四页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng)(xtng)方案设计方案设计 并联连接并联连接 ：多个液压执行元件同时：多个液压执行元件同时动作时，负载小的液压执行元动作时，负载小的液压

11、执行元件的速度会增大；但液压泵的件的速度会增大；但液压泵的压力负担轻。压力负担轻。（2）并联连接方式）并联连接方式系统。系统。第14页/共45页第十五页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng)(xtng)方案设计方案设计 独联连接独联连接是指一个液压泵在任何时候都只向多路阀控制的是指一个液压泵在任何时候都只向多路阀控制的一个液压执行元件供油。一个液压执行元件供油。能防止因换向阀误操能防止因换向阀误操作而引起的事故或超载。作而引起的事故或超载。 第15页/共45页第十六页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng

12、)(xtng)方案设计方案设计 并联并联独联的复合连接独联的复合连接 串联串联独联连接独联连接 第16页/共45页第十七页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng)(xtng)方案设计方案设计 ，应分析下列因素，应分析下列因素:工作压力高低，选择工作压力高低，选择和和。输出流量变化大小和节能要求，输出流量变化大小和节能要求，。执行元件的多寡和系统工作循环中压力、流量的变化情况，执行元件的多寡和系统工作循环中压力、流量的变化情况，选择选择还是还是。系统对油源综合性能的要求，选择系统对油源综合性能的要求，选择限压式、恒压式、恒流量式、恒功率式）。限压式、恒

13、压式、恒流量式、恒功率式）。第17页/共45页第十八页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng)(xtng)方案设计方案设计 三种调速回路主要性能比较三种调速回路主要性能比较主要性能主要性能节流调速回路节流调速回路容积调速回容积调速回路路容积节流调速回路容积节流调速回路简式节流调速回路简式节流调速回路带压力补偿阀的节流调速回路带压力补偿阀的节流调速回路变量泵变量泵定量马达定量马达流量适应流量适应功率功率适应适应进油节流及进油节流及回油节流回油节流旁路旁路节流节流调速阀在调速阀在进油路进油路调速阀在旁油调速阀在旁油路及溢流节流路及溢流节流调速回路调速回路

14、负载负载特性特性速度刚度速度刚度差差很差很差好好较好较好好好承载能力承载能力好好较差较差好好较好较好好好调速范围调速范围大大小小大大较大较大大大功率功率特性特性效率效率低低较低较低低低较低较低最高最高较高较高高高发热发热大大较大较大大大较大较大最小最小较小较小小小成本成本低低较低较低高高最高最高适用范围适用范围第18页/共45页第十九页，共45页。Part 8.2.2 Part 8.2.2 液压系统液压系统(xtng)(xtng)方案设计方案设计 选择液压回路一般可按如下步骤进行：选择液压回路一般可按如下步骤进行：第19页/共45页第二十页，共45页。Part 8.2.3 Part 8.2.3

15、 液压系统液压系统(xtng)(xtng)原理图的拟定原理图的拟定 选定执行元件、油源类型、调速方案和液压选定执行元件、油源类型、调速方案和液压基本基本(jbn)回路后，再增添一些必要的元件和配回路后，再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路，如控制油路、润滑油路、测置一些辅助性油路，如控制油路、润滑油路、测压油路等，并对回路进行归并和整理，就可将液压油路等，并对回路进行归并和整理，就可将液压回路合成为液压系统。压回路合成为液压系统。 第20页/共45页第二十一页，共45页。Part 8.2.4 Part 8.2.4 液压系统参数液压系统参数(cnsh)(cnsh)设计设计确定确定(qudng

16、)液压执行元件的工作压力和最大流量液压执行元件的工作压力和最大流量。 按负载选择液压执行元件的工作压力（适用于中、低压液压系统）按负载选择液压执行元件的工作压力（适用于中、低压液压系统）载荷载荷/kN50工作压力工作压力/MPa0.811.522.53344557 按主机类型选择液压执行元件的工作压力按主机类型选择液压执行元件的工作压力设备类型设备类型机床机床农业机械农业机械汽车工业汽车工业小型工程小型工程机械及机械及辅助机构辅助机构工程机工程机械重型械重型机械锻机械锻压设备压设备液压支液压支架等架等船用船用系统系统磨床磨床组合机床组合机床齿轮加工机床齿轮加工机床牛头创床牛头创床插床插床车床车

17、床铣床铣床镗床镗床珩磨珩磨机床机床拉床拉床龙门刨床龙门刨床工作压力工作压力/MPa1.26.3242510101616321425第21页/共45页第二十二页，共45页。一、液压缸的设计一、液压缸的设计(shj)计算计算 液压缸的主要技术参数及理论流量计算公式液压缸的主要技术参数及理论流量计算公式类型类型图图液压缸的几何液压缸的几何参数参数A1、A2液压缸最大液压缸最大理论流量理论流量qmax备备 注注单活塞杆缸单活塞杆缸p1=(F+p2A2+pminA1)/A1A2=F/(p1-pmin)-p2p1=(F/m)+p2A2/A1A2=F/m (p1-p2)A1=A2qmax=A1vmaxF 缸

18、的最大外负载缸的最大外负载p1缸最大工作压力缸最大工作压力p2缸的背压见表缸的背压见表8-3pmin缸空载起动压力缸空载起动压力 见表见表8-10m缸的机械效率，缸的机械效率， 见表见表8-10缸往返速比缸往返速比 (差动连接时差动连接时= A1/A2）A1缸无杆腔有效面积缸无杆腔有效面积A2缸有杆腔有效面积缸有杆腔有效面积p1=(F+p2A1+pminA2)/A2A2=F/(p1-pmin-p2)p1=(F/m)+p2A1/A2A2=F/m (p1-p2)A1=A2qmax=A2vmax单活塞杆缸单活塞杆缸差动：差动：p1=(F+pminA2)/(A1-A2)A2=F/(p1-(-1)-pm

19、inp1=F/m (A1-A2)A2=F/m p1(-1)qmax=(A1A2)vmax双活塞杆缸双活塞杆缸p1=(F/A2)+p2+pminA2=F/(p1-p2-pmin)p1=(F/A2m)+p2A2=F/m (p1-p2)A1= A2qmax=A2vmax第22页/共45页第二十三页，共45页。一、液压缸的设计一、液压缸的设计(shj)计算计算 液压缸空载起动压力及效率液压缸空载起动压力及效率活塞密封圈形式活塞密封圈形式pmin/MPamO、L、U、X、Y0.30.96V0.50.94活塞环密封活塞环密封0.10.985注：活塞杆密封圈也采用注：活塞杆密封圈也采用V形时，表中值要增大形

20、时，表中值要增大50%第23页/共45页第二十四页，共45页。二、液压马达的设计二、液压马达的设计(shj)计算计算 : : V V=2=2T T/ /（p p1 1- -p p2 2）m m : : 第24页/共45页第二十五页，共45页。第25页/共45页第二十六页，共45页。一、液压泵站的类型及其组件一、液压泵站的类型及其组件(z jin)的的选择选择 液压泵站的类型液压泵站的类型第26页/共45页第二十七页，共45页。一、液压泵站的类型及其组件一、液压泵站的类型及其组件(z jin)的选的选择择 上置式液压泵站上置式液压泵站a）立式液压泵站）立式液压泵站 b）卧式液压泵站）卧式液压泵站

21、第27页/共45页第二十八页，共45页。一、液压泵站的类型一、液压泵站的类型(lixng)及其组件的选择及其组件的选择 整体式液压泵站整体式液压泵站a）旁置式）旁置式 b）下置式）下置式第28页/共45页第二十九页，共45页。一、液压泵站的类型一、液压泵站的类型(lixng)及其组件的选及其组件的选择择 上置式与非上置式液压泵站的比较上置式与非上置式液压泵站的比较项目项目上置立式上置立式上置卧式上置卧式非上置式非上置式振动振动较大较大小小占地面积占地面积小小较大较大清洗油箱清洗油箱较麻烦较麻烦容易容易液压泵工作条件液压泵工作条件泵浸在油中，吸油条件好泵浸在油中，吸油条件好噪声低，泵的散热条件差

22、，噪声低，泵的散热条件差，维修不方便维修不方便一般一般好好对液压泵安装的要求对液压泵安装的要求泵与电动机有同轴度要求泵与电动机有同轴度要求1.1.泵与电动机有同轴度泵与电动机有同轴度要求要求2.2.应考虑液压泵的吸油应考虑液压泵的吸油高度高度3.3.吸油管与泵的联接处吸油管与泵的联接处密封要求严格密封要求严格1.1.泵与电动机有同轴度泵与电动机有同轴度要求要求2.2.吸油管与泵的联接处吸油管与泵的联接处密封要求严格密封要求严格应用应用中、小型液压泵站中、小型液压泵站中、小型液压泵站中、小型液压泵站较大型液压泵站较大型液压泵站第29页/共45页第三十页，共45页。一、液压泵站的类型一、液压泵站的

23、类型(lixng)及其组件的选择及其组件的选择 一般由一般由、和和等组成。应根据系等组成。应根据系统的实际需要，经深入分析计算后加以选择、组统的实际需要，经深入分析计算后加以选择、组合。合。第30页/共45页第三十一页，共45页。二、液压泵的计算二、液压泵的计算(j sun)与选择与选择 pppp 液压泵的液压泵的pp 为：为：和和的系统：的系统： maxLqKqp 系统系统:maxdLvAKqp 的系统的系统: niTVKq1iLp第31页/共45页第三十二页，共45页。三、油箱的设计三、油箱的设计(shj)与计算与计算 油箱容量确定图油箱容量确定图的计算的计算 第32页/共45页第三十三页

24、，共45页。四、过滤器的选择四、过滤器的选择(xunz) 选择过滤器时，主要考虑过滤器的选择过滤器时，主要考虑过滤器的、和和。 一般应为液压泵流量的两倍以上。一般应为液压泵流量的两倍以上。 主要取决于液压系统主要取决于液压系统、系统、系统以及以及。 与其与其、等有关。等有关。 第33页/共45页第三十四页，共45页。五、液压辅件的计算五、液压辅件的计算(j sun)与选用与选用 的计算与选用的计算与选用的计算与选用的计算与选用第34页/共45页第三十五页，共45页。 选择液压控制元件的主要依据和应考虑的选择液压控制元件的主要依据和应考虑的问题见表问题见表8-17。其中最大流量必要时允许短期超。

25、其中最大流量必要时允许短期超过额定流量的过额定流量的20%，否则会引起，否则会引起(ynq)发热、噪发热、噪声、压力损失等增大和阀性能的下降。声、压力损失等增大和阀性能的下降。 选择阀时还应注意下列的问题：结构形式选择阀时还应注意下列的问题：结构形式、特性、压力等级、连接方式、集成、特性、压力等级、连接方式、集成(j chn)方式及操纵方式等。方式及操纵方式等。 第35页/共45页第三十六页，共45页。液压控制元件液压控制元件主要依据主要依据应考虑的问题应考虑的问题压力控制阀压力控制阀阀所在油路阀所在油路的最大工作的最大工作压力和通过压力和通过该阀的最大该阀的最大实际流量实际流量压力调节范围，

26、流量变化范围，所要求的压力灵压力调节范围，流量变化范围，所要求的压力灵敏度和平稳性等敏度和平稳性等流量控制阀流量控制阀流量调节范围，流量一压力特性，最小稳定流量，流量调节范围，流量一压力特性，最小稳定流量，压力与温度的补偿要求，对工作介质清洁度的要压力与温度的补偿要求，对工作介质清洁度的要求，阀进出口压差的大小以及阀的内泄漏大小等求，阀进出口压差的大小以及阀的内泄漏大小等方向控制阀方向控制阀性能特点，换向频率，响应时间，阀口压力损失性能特点，换向频率，响应时间，阀口压力损失的大小以及阀的内泄漏大小等的大小以及阀的内泄漏大小等第36页/共45页第三十七页，共45页。一、溢流阀的选择一、溢流阀的选择(x