液壓與氣壓傳動課程設(shè)計指導(dǎo)書液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整機設(shè)計的重要組成部分，主要任務(wù)是綜合運用前面各章的基礎(chǔ)知識，學(xué)習(xí)液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟、內(nèi)容和方法。通過學(xué)習(xí)，能根據(jù)工作要求確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)、系統(tǒng)原理圖，能進(jìn)行必要的設(shè)計計算，合理地選擇和確定液壓元件，對所設(shè)計的液壓系統(tǒng)性能進(jìn)行校驗算，為進(jìn)一步進(jìn)行液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計打下基礎(chǔ)。液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和內(nèi)容大致如下：明確設(shè)計要求，進(jìn)行工況分析；確定液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)；(3)擬訂液壓系統(tǒng)原理圖；(4)計算和選擇液壓元件；(5)驗算液壓系統(tǒng)的性能；(6)液壓缸設(shè)計；(7)繪制工作圖，編寫技術(shù)文件，并提出電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)書。以上步驟中各項工作內(nèi)容有時是互相穿插、交叉進(jìn)行的。對某些復(fù)雜的問題，需要進(jìn)行多次反復(fù)才能最后確定。在設(shè)計某些較簡單的液壓系統(tǒng)時，有些步驟可合并和簡化處理。1明確設(shè)計要求，進(jìn)行工況分析1.1明確設(shè)計要求對液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求是設(shè)計液壓系統(tǒng)的依據(jù)，設(shè)計前必須將它搞清楚。明確設(shè)計要求往往從以下幾個方面考慮：1.1.1主機的概況了解一般液壓系統(tǒng)是為主機配套的，因此明確設(shè)計要求一般應(yīng)從了解主機開始。了解主機概況一般從以下幾方面著手：主機的用途、總體布局、主要結(jié)構(gòu)，主機對液壓裝置的位置和空間尺寸的限制。主機的工藝流程或工作循環(huán)、技術(shù)參數(shù)與性能要求。作業(yè)環(huán)境與條件等。1.1.2明確主機對液壓系統(tǒng)提出的任務(wù)和要求主機要求液壓系統(tǒng)完成的動作和功能，執(zhí)行元件的運動方式(轉(zhuǎn)動、移動或擺動)、動作循環(huán)及其工作范圍。外界負(fù)載大小、性質(zhì)及變化范圍，執(zhí)行元件運動速度大小及變化范圍。各液壓執(zhí)行元件的動作順序、轉(zhuǎn)換及互鎖要求。對液壓系統(tǒng)的工作性能方面的要求，如運動平穩(wěn)性、定位和轉(zhuǎn)換精度、停留時間、自動化程度、工作效率、噪聲等方面的要求，對于高精度、高生產(chǎn)率的自動化主機，不僅會對液壓系統(tǒng)提出靜態(tài)性能指標(biāo)，往往還會提出動態(tài)性能指標(biāo)。1.1.3明確其它要求明確液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件，如環(huán)境的溫度、濕度、污染和振動沖擊情況。有無腐蝕性和易燃性物質(zhì)存在，這牽涉到液壓元件和工作介質(zhì)的選用，也牽涉到所需采用的防護(hù)措施等。對液壓系統(tǒng)的重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。1.2工況分析工況分析就是要分析執(zhí)行元件在整個工作過程中速度和負(fù)載的變化規(guī)律，求出工作循環(huán)中各動作階段的速度和負(fù)載的大小，畫出速度圖和負(fù)載圖（簡單系統(tǒng)可不畫）。從這兩張圖中可以方便地看出系統(tǒng)對液壓執(zhí)行元件作用的負(fù)載和速度的要求及它們的變化范圍，還可方便地確定最大負(fù)載值、最大速度值，以及它們所在的工作階段，這是確定液壓系統(tǒng)方案、確定液壓系統(tǒng)性能參數(shù)和執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)。1.2.1速度分析速度圖速度分析就是對執(zhí)行元件在整個工作循環(huán)中各階段所要求的速度進(jìn)行分析，速度圖即是用圖形將這種分析結(jié)果表示出來的圖形。速度圖一般用速度一時間（v一t）或速度一位移（v—l）曲線表示。圖1（a）為一機床進(jìn)給油缸的動作循環(huán)圖例，及圖1（b）是其相應(yīng)的速度圖例。1.2.2負(fù)載分析與負(fù)載圖負(fù)載分析就是對執(zhí)行元件在整個工作循環(huán)中各階段所要求克服的負(fù)載大小及其性質(zhì)進(jìn)行分析，負(fù)載圖即是用圖形將這種分析結(jié)果表示出來的圖形。負(fù)載圖一般用負(fù)載一時間（F—t）或負(fù)載一位移（F—l）曲線表示。1）液壓缸的負(fù)載分析液壓缸在做直線往復(fù)運動時，要克服以下負(fù)載：工作負(fù)載、摩擦負(fù)載阻力、慣性阻力、重力、密封阻力和背壓力。前四種屬于外負(fù)載，后兩種屬于內(nèi)負(fù)載。在不同的動作階段，負(fù)載的類型和大小是不同的。下面分別予以討論。（1）啟動階段啟動階段的液壓缸活塞或缸體及其與它們相連的運動部件處于要動而未動狀態(tài)，其負(fù)載F由以下2項組成.F=Ffs±Fa=flF?±Fs（1）式中F摩擦力；Ffs-一作用在摩擦面（如導(dǎo)軌面或支承面）上的正壓力；nf——摩擦面的靜摩擦系數(shù)，其數(shù)值與潤滑條件、導(dǎo)軌的種類和材料有關(guān)s（見表1）；F——垂直或傾斜放置的運動工作部件重量在油缸運動方向的分量，工作G部件向上運動時為正負(fù)載，向下運動時為負(fù)負(fù)載。若工作部件是水平放置時，則F=0。G（2）加速階段加速階段的液壓缸活塞或缸體及其與它們相連的運動部件從速度為零到恒速（一般為非工作階段的快速運動）階段，這時的負(fù)載F由下式計算F=F擔(dān)號[:2）式中F摩擦力；fdf——摩擦系數(shù)（見表1）；Fd——慣性阻力,這是液壓缸活塞或缸體及其與它們相連的運動部件在加m速（或制動減速）過程中得到慣性阻力，其值可按牛頓第二定律求出，加速時阻力為正，制動減速時為負(fù)；△v——度的改變量，即恒速值；△t——啟動或制動時間，機床一般取△「二0.01~0.5s，輕載低速運動部件取小值，重載高速運動部件取大值。行走機械可取△▼/△t=0.5~1.5m/s2；G運動部件的重量；g重力加速度。表1導(dǎo)軌摩擦系數(shù)導(dǎo)軌種類導(dǎo)軌材料工作狀態(tài)摩擦系數(shù)滑動導(dǎo)軌鑄鐵對鑄鐵啟動0.16~0.2低速運動（v<10m/min）0.1~0.12高速運動（v>10m/min）0.05~0.08自潤滑尼龍低速中載（也可潤滑）0.12金屬兼復(fù)合材料0.042~0.15滾動導(dǎo)軌鑄鐵導(dǎo)軌+滾珠（柱）0.005~0.02淬火鋼導(dǎo)軌+滾珠（柱）0.003~0.006靜壓導(dǎo)軌鑄鐵0.005氣浮導(dǎo)軌鑄鐵、鋼或大理石0.001（3）恒速階段該階段負(fù)載由下式?jīng)Q定F二烏士"％二￡?氏土蛙士孔⑶式中七一一工作負(fù)載，如切削力等。其方向與液壓缸運動方向相反時取正值，相同時取負(fù)值。在非工作行程（如快進(jìn)）時取F=0.（4）制動階段L該階段負(fù)載由下式?jīng)Q定Ff士弓士氣-姓?蕓⑷上述四個動作階段，在液壓缸的反向運動中，也都存在，只是在快退過程中不存在工作行程，因此整個快退恒速階段取F=0。以上計算均是計算液壓缸的外負(fù)載，要計算液壓缸的總負(fù)載力，還應(yīng)計算液壓缸的內(nèi)負(fù)載力，即密封阻力和運動的背壓阻力。前者是指密封裝置零件在相對運動中產(chǎn)生的密封摩擦力，其值與密封裝置的結(jié)構(gòu)類型、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)，具體計算比較繁瑣，一般在初步計算中都將其考慮在液壓缸的機械效率（n）中。后者是指液壓缸回油腔的背壓阻力，它是由回油管路上的液壓阻力決定的。在系統(tǒng)方案與結(jié)構(gòu)尚未確定前，它是無法計算的。在液壓缸尺寸已知的情況下，可根據(jù)表2所示的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。一般可先忽略不計，待系統(tǒng)回路和液壓執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)尺寸確定時再將其計算進(jìn)去。根據(jù)上述各階段得到負(fù)載及其所經(jīng)歷的移動行程（或時間），便可歸納繪出液壓缸的負(fù)載圖（F-1圖或F-t圖），如圖2所示為一機床進(jìn)給系統(tǒng)的負(fù)載圖例。圖中的最大負(fù)載值將是初選液壓缸工作壓力和確定液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)時的依據(jù)。表2液壓系統(tǒng)中背壓力的經(jīng)驗數(shù)據(jù)系統(tǒng)類型背壓/MPa中、低壓系統(tǒng)（0~8MPa）簡單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2~0.5回油路帶調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.5~0.8回油路帶背壓閥0.5~1.5采用帶補油泵的閉式回路0.8~1.5中、高壓系統(tǒng)（8~16MPa）同上比中、低壓系統(tǒng)高（50?100）%高壓系統(tǒng)（16~32MPa）如鍛壓機械系統(tǒng)初算時背壓可忽略不計

當(dāng)系統(tǒng)以液壓馬達(dá)作為執(zhí)行元件時，應(yīng)計算各階段折算到液壓馬達(dá)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T。這負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)包含三項之和：T——工作負(fù)載折算到馬達(dá)軸上的等效轉(zhuǎn)矩，T——執(zhí)行機構(gòu)上的摩擦力（力矩）L折算到馬達(dá)軸上的等效轉(zhuǎn)矩，T—一執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)、液壓馬達(dá)軸等在啟動和制動時折算到馬達(dá)軸上的等效慣性力矩。即將式（1）-（4）中的力的計算換成相應(yīng)的力矩的計算式，即可得到液壓馬達(dá)在各個動作階段的負(fù)載力矩計算式，并可畫出相應(yīng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩圖。2液壓系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確定這里，液壓系統(tǒng)的主要性能參數(shù)是指液壓執(zhí)行元件的工作壓力p和最大流量Q，它們均與執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)（即液壓缸的有效工作面積或液壓馬達(dá)的排量）有關(guān)。液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量是計算與選擇液壓元件、原動機（電機），進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計的主要依據(jù)。2.1液壓執(zhí)行元件工作壓力的確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力是指液壓執(zhí)行元件的輸入壓力。在確定液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸時，一般要先選擇好液壓執(zhí)行元件的工作壓力。工作壓力選得低，執(zhí)行元件的尺寸則大，整個液壓系統(tǒng)所需的流量和結(jié)構(gòu)尺寸也會變大，但液壓元件的制造精度、密封要求與維護(hù)要求將會降低。壓力選得愈高，結(jié)果則相反。因此執(zhí)行元件的工作壓力的選取將直接關(guān)系到液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大小、成本高低和使

用可靠性等多方面的因素。一般可根據(jù)最大負(fù)載參考表3選取，也可根據(jù)設(shè)備的類型參考表4選取。隨著目前材質(zhì)生產(chǎn)水平和液壓技術(shù)水平的提高，液壓系統(tǒng)的工作壓力有向高壓化發(fā)展的趨勢，這也是符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律的。表3不同負(fù)載條件下的工作壓力負(fù)載F/N<50005000~1000010000~2000020000~3000030000~50000>50000液壓缸工作壓力/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5N5?7表4常用液壓設(shè)備工作壓力設(shè)備類型機床農(nóng)業(yè)機械小型工程機械液壓機挖掘機重型機械啟重機械磨床車、銑、刨床組合機床拉床龍門刨床工作壓力/MPa0.8~22~43~5<1010~1520~322.2液壓執(zhí)行元件主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定要確定液壓執(zhí)行元件的最大流量，必須先確定執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。這里主要指液壓缸的有效工作面積A、A及活塞直徑D、活塞桿直徑d。液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)首先應(yīng)滿足所要無服的最大負(fù)載和速度的要求。例如圖3所示一單桿活塞缸，其無桿腔和有桿腔的有效作用面積分別為A和A，當(dāng)最大負(fù)載為F

式中，A/A一般由快速進(jìn)、退速度比與回路結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如當(dāng)快進(jìn)時是液壓缸的無桿腔進(jìn)油、有桿腔回油，而快退時是有桿腔進(jìn)油、無桿腔回油，快進(jìn)、快退時的流量Q均相同（一般為泵的最大供油流量），這時快速進(jìn)、退的速度比v/v改=切'：4=冬=兀（10）鑒QJAA即這時的液壓缸兩腔的面積比由快速進(jìn)、退的速度比入確定。當(dāng)快進(jìn)時采用差動連接液壓回路，快退時采用有桿腔進(jìn)油、無桿腔回油：并且要求快速進(jìn)、退速度相等時，則應(yīng)A2/A1=1/2。當(dāng)4求出后由求出相應(yīng)的活塞直徑（邵知筒內(nèi)褂瓜并按圃家標(biāo)淮就近圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。治塞桿直徑d可由也度比君;或盤刷關(guān)系蹦定，封于采用走動連接快進(jìn)液壓可備快退時采用有桿腔進(jìn)油口無材腔回珈..并且要求快速活塞桿受力情況工作壓力p/MPa活塞桿直徑d受拉-活塞桿受力情況工作壓力p/MPa活塞桿直徑d受拉-d=(0.3~0.5)D受壓及拉PW5d=(0.5~0.55)D受壓及拉5<pW7d=(0.6?0.7)D受壓及拉p>7d=0.7D根據(jù)其工作時受方情況按表S選取計算。算出的d同樣要就近圓整成標(biāo)事■■數(shù)值表5按活塞桿受力情況選取活塞桿直徑TOC\o"1-5"\h\z在D、d圓整后，應(yīng)由式A=nD2/4和A?二n（D2-d2）/4重新求出*和A?。則此時液壓缸兩腔的有效工作面積1A、A已初步確定。12液壓缸兩腔的有效工作面林除了要滿足最大負(fù)載和速度要求外，還需滿足系統(tǒng)中流量控制閥最小穩(wěn)定流量Q的要求，以滿足系統(tǒng)的最低速度v要求。因此還需對液壓缸的有效工作面積'""（或&）進(jìn)行驗算。即皿送豆些（11」%式中Qvmin可由閥的產(chǎn)品樣本中查得。若經(jīng)驗算D、d不滿足式（9-11），則需重新修改計算D、d、A、A，直至滿足式（11）為止，才算最后確定液壓缸的有效工作面積。122.3液壓馬達(dá)的排量計算與選擇當(dāng)執(zhí)行元件是液壓馬達(dá)時，它要克服的負(fù)載是轉(zhuǎn)矩，它的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是排量。液壓馬達(dá)的排量q也是根據(jù)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩T來確定。2.4液壓執(zhí)行元件的主要性能參數(shù)的確定與工況幽這里主要是根據(jù)主機的工作循環(huán)，結(jié)合不同階段的工作回路，算出不同階段中液壓執(zhí)行元件的實際工作壓力、流量和功率，然后將它們整理成液壓執(zhí)行元件的工況圖。液壓執(zhí)行元件的工況圖主要包括壓力循環(huán)p-t圖（或p-l圖）、流量循環(huán)Q-t圖（或Q-l圖）與功率循環(huán)N-t圖（或N-l圖）。如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)為多液壓執(zhí)行元件時，其工況圖應(yīng)是各個執(zhí)行元件工況圖的綜合。液壓執(zhí)行元件的工況圖對進(jìn)一步設(shè)計和修改系統(tǒng)是非常重要的，它的作用主要有以下兩個方面苗4執(zhí)行元件的王提圖2.4.1工況圖中的最大壓力和最大流量將直接影響液壓泵和液壓控制閥等液壓元件的最大壓力和流量，因此它是選擇電動機、液壓元件（包括液壓泵、液壓控制元件和輔助元件）的原始依據(jù)。2.4.2工況圖中不同階段的壓力和流量變化情況是液壓回路選擇的依據(jù)。例如工況圖中反映整個工作循環(huán)中流量、壓力變化較大，而且高壓小流量的時間占得比例較大，這樣在較大功率時采用單定量泵供油就不太合適，可以考慮一大一小的雙聯(lián)泵供油或限壓式變量泵供油等方案。當(dāng)然工況圖所確定的液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)量也反映了原來考慮的回路和參數(shù)設(shè)計的合理性，它是進(jìn)一步修改系統(tǒng)和系統(tǒng)參數(shù)的依據(jù)。3擬訂液壓系統(tǒng)原理圖擬訂液壓系統(tǒng)原理圖是液壓系統(tǒng)設(shè)計工作中關(guān)鍵的一步。它將影響到系統(tǒng)的性能與設(shè)計方案的經(jīng)濟(jì)性、合理性。一般方法是先根據(jù)主機工作部件的運動要求，確定液壓執(zhí)行元件的類型，然后是根據(jù)動作和性能要求，選擇并擬訂液壓基本回路，最后將各個基本回路組合成一個完整的液壓系統(tǒng)。3.1確定液壓執(zhí)行元件的類型在擬訂液壓系統(tǒng)原理圖時，首先要根據(jù)主機運動部件的運動要求來確定液壓執(zhí)行元件的類型。一般來說，對于直線往復(fù)運動，可選用液壓缸；對于連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，可選用液壓馬達(dá)，對于擺動運動，可采用擺動液壓缸。但在選擇液壓執(zhí)行元件類型時，除了對運動形式要求外，還應(yīng)注意其運動范圍和性能要求，注意運動形式還可通過適當(dāng)?shù)臋C械機構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如長行程的往復(fù)運動，采用一般的活塞式液壓缸就不合適了，可以采用柱塞式液壓缸，也可采用液壓馬達(dá)通過齒輪齒條機構(gòu)、鏈輪鏈條機構(gòu)或螺母螺桿機構(gòu)驅(qū)動實現(xiàn)，對于有限角度的連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，可采用液壓缸通過齒條齒輪機構(gòu)或棘爪棘輪機構(gòu)，配合超越離合器等動作來驅(qū)動實現(xiàn)。具體采用何種類型的執(zhí)行元件，配何種機械機構(gòu)實現(xiàn)主機所要求的運動要全面考慮主機的安裝條件、制造條件和經(jīng)濟(jì)性等因素。3.2選擇液壓基本回路在確定了液壓執(zhí)行元件后，要根據(jù)設(shè)備的工作特點及設(shè)計要求選擇基本回路。首先要選擇對主機性能起決定性影響的主要回路。例如機床液壓系統(tǒng)，調(diào)速回路是系統(tǒng)的核心；壓力機液壓系統(tǒng)，調(diào)壓回路是主要回路等。然后再考慮其它功能回路。如快速運動回路與速度換接回路、壓力控制回路、換向回路、多缸動作回路等。在選擇各基本回路時，要仔細(xì)研究系統(tǒng)的設(shè)計要求，進(jìn)行考慮。例如系統(tǒng)有垂直運動部件時，要考慮平衡回路；有多個執(zhí)行元件時，要根據(jù)系統(tǒng)要求，考慮采用相應(yīng)的順序動作、同步，互不干擾回路等。同時也要考慮節(jié)能、減少發(fā)熱、減少沖擊、保證動作的換接方式和精度等問題。選擇回路時可能有多種方案，這時需要反復(fù)對比。還應(yīng)多參考或吸收同類設(shè)備液壓系統(tǒng)中回路選擇的成熟經(jīng)驗。3.3液壓系統(tǒng)的綜合在選定了各種滿足系統(tǒng)要求的液壓基本回路后，就可進(jìn)行液壓系統(tǒng)合成工作。也就是將各基本回路放在一起，進(jìn)行歸并、整理。必要時再增加一些液壓元件和輔助油路，使之成為完整的液壓系統(tǒng)。在進(jìn)行這項工作時必須注意以下幾點：最后綜合出來的液壓系統(tǒng)應(yīng)保證其工作循環(huán)中的每個動作都安全可靠，無互相干擾；盡可能省去不必要的元件，以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；盡可能提高系統(tǒng)效率，防止系統(tǒng)過熱；盡可能是系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、合理，便于維修檢測；盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件，減少自行設(shè)計的專用元件。4計算和選擇液壓元件液壓元件的計算是計算該元件在整個工作循環(huán)中所承受的最高壓力和通過的流量，以便選擇和確定元件的型號與規(guī)格，以便對系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的性能驗算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。4.1液壓泵和電機型號與規(guī)格的選擇4.1.1液壓泵的計算和選擇1）確定液壓泵的最大工作壓力2）液壓泵供油流量Q的計算液壓泵供油流量Q必須大于或等于同時工作的執(zhí)行元件流量之和的最大值（EQ）與回路泄漏量之和。3）選擇液壓泵的規(guī)格在參照產(chǎn)品樣本選取液壓液壓泵的規(guī)格時，泵的額定壓力應(yīng)選得比上述最大工作壓力高20%?60%，以便留有一定的壓力儲備；額定流量則只須滿足上述最大流量即可。4.1.2確定液壓泵驅(qū)動電機選擇電動機的主要依據(jù)是電動機功率，但要注意電動機的轉(zhuǎn)速應(yīng)與所選液壓泵規(guī)定轉(zhuǎn)速范圍和所需流量相適應(yīng)。在確定電動機功率時，應(yīng)考慮實際工況的差異。當(dāng)整個工作循環(huán)中，泵的功率變化較小，或者功率變化雖然較大，但大功率持續(xù)時間較長，可根據(jù)泵的最大功率點來選擇電動機。4.2液壓閥的選擇液壓閥的規(guī)格主要是根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過該閥的最大實際流量從產(chǎn)品樣本中選取的。一般要求所選閥的額定壓力要大于系統(tǒng)的最高工作壓力，選閥的額定流量要大于通過該閥的最大實際流量。如果通過閥的流量超過所選閥的額定流量的20%，將會引起過大的壓力損失、發(fā)熱、噪聲及閥的性能下降。具體的講，選擇壓力閥時應(yīng)考慮調(diào)壓范圍、流量變化范圍及此范圍內(nèi)的壓力平穩(wěn)性等;選擇流量閥時主要應(yīng)考慮流量調(diào)節(jié)范圍、最小穩(wěn)定流量、閥的最高工作壓力、閥的最小壓差、閥對壓差和溫度變化的補償作用、工作介質(zhì)的清潔度要求等；在選擇方向控制閥時，除了考慮壓力、流量外，還應(yīng)考慮其中位機能、換向頻率、閥口的壓力損失和內(nèi)泄漏大小等。此外，在選擇閥時還應(yīng)注意結(jié)構(gòu)形式、壓力等級、連接方式、集成方式及操縱方式等。4.3液壓輔件的選擇4.3.1確定液壓管道尺寸液壓管道的尺寸的確定，可參閱第六章。在實際設(shè)計中，管道尺寸、管接頭尺寸常選得與液壓閥等液壓元件的接口尺寸相一致，這樣可使管接頭和管道的選擇簡單。4.3.2確定油箱的有效容量為了使油液有足夠的容積進(jìn)行熱交換，油箱要有足夠的有效容量（油面高度為油箱高度80%的容量），油箱的有效容量應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱、散熱平衡的原則來計算，但一般油箱的有效容量V可按下面推薦數(shù)值估取：低壓系統(tǒng)（p<2.5MPa），V=（2?4）Q；中壓系統(tǒng)（p<6.3MPa），V=（5?7）QP；中高壓系統(tǒng)（p>2.5MPa），V=（6-12）Q。式中的Q為液壓泵每分鐘輸出的油液體積值P中爪以上系統(tǒng)（如工程、建筑機械等液壓系統(tǒng)）都帶有散熱裝置，其油箱容量可適當(dāng)減少。按以上式子確定油箱容積，在一般情況下都能保證正常工作。但在功率較大而又連續(xù)工作的工況下，需經(jīng)發(fā)熱量驗算后確定。4.3.3濾油器、蓄能器等的選用濾油器、蓄能器等可按第六章有關(guān)原則選用。5液壓系統(tǒng)的性能驗算液壓系統(tǒng)設(shè)計初步完成后，應(yīng)對系統(tǒng)得到技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行一些必要的驗算，以便初步判斷設(shè)計的質(zhì)量。或從幾個方案中評選出最好的設(shè)計方案來。然而由于影響系統(tǒng)性能的因素較多且較復(fù)雜，加上具體得到液壓裝置尚未設(shè)計出來，所以現(xiàn)在的驗算工作只能是采用一些簡化公式近似估算。如果有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗的同類型系統(tǒng)，這項工作可省略。液壓系統(tǒng)性能驗算的項目很多，常見的有系統(tǒng)的壓力損失驗算和發(fā)熱溫升驗算。5.1液壓系統(tǒng)的壓力損失驗算在前面確定液壓泵的最高工作壓力、執(zhí)行元件的參數(shù)確定時均提及過壓力損失，當(dāng)時由于系統(tǒng)沒有完全設(shè)計完畢，元件、管道等設(shè)置也沒有確定，因此只能作粗略的估算。現(xiàn)在元件、管道、安裝形式均已基本確定，所以需要驗算一下系統(tǒng)各部分的壓力損失，看其是否在前述假設(shè)的范圍內(nèi)，借此可較準(zhǔn)確的確定泵和系統(tǒng)各處的工作壓力，以較準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)變量泵、溢流閥和各種壓力閥。保證系統(tǒng)的正常工作，并達(dá)到所要求的工作性能。如果計算結(jié)果與原假設(shè)得到壓力損失相差過大，以使系統(tǒng)無法正確調(diào)整，保證系統(tǒng)正常工作，則應(yīng)對原設(shè)計進(jìn)行修正。5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱及溫升驗算液壓系統(tǒng)工作時，各種能量損失最終都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽褂蜏厣?。油溫升高會使油液粘度下降，泄漏增加；油液通過節(jié)流元件時的節(jié)流特性發(fā)生變化，造成系統(tǒng)性能的變化；油溫上升，還會加速油液氧化變質(zhì)。因此系統(tǒng)必須將油溫控制在允許的范圍內(nèi)。5.2.1系統(tǒng)產(chǎn)生的發(fā)熱功率計算系統(tǒng)的發(fā)熱量要進(jìn)行準(zhǔn)確計算一般很困難，下面介紹一種工程上常用的近似計算方法。液壓系統(tǒng)的輸入功率與輸出功率之差就是系統(tǒng)運行中的能量損失，也就是系統(tǒng)產(chǎn)生的發(fā)熱功率H。9.5.2.2系統(tǒng)的散熱功率計算液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，一般可近似認(rèn)為系統(tǒng)散發(fā)的熱量全部被油箱散發(fā)和吸收。5.2.3系統(tǒng)溫升5.2.4散熱面積計算6液壓站裝置的設(shè)計對于固定的液壓設(shè)備，常將液壓系統(tǒng)的油箱、動力裝置和控制調(diào)節(jié)裝置集中安裝成液壓站，使裝配、調(diào)試和維修都比較方便，同時又使液壓站上的振動源與主機隔開，減少了液壓站中的油溫變化對主機精度的影響。這里主要介紹電動機和液壓泵組與油箱的安裝設(shè)計問題和控制閥的集成配置等問題。6.1電動機和液壓泵組與油箱的安裝設(shè)計在常見的液壓站中，按照電動機和液壓泵組相對油箱的安裝位置不同，可以分為上置式、下置式與旁置式三種。如圖5所示為上置式油箱液壓泵站。上置式油箱液壓泵站是將液壓泵與電機等裝置安裝在油箱上蓋板上，其結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用十分普遍，尤其是需要經(jīng)常移動的、泵與電機均不太大的泵站。電機與泵可以立式安裝（如圖5），也可臥式安裝。這種安裝方法將動力振動源安置在油箱蓋板上，因此油箱體，尤其是蓋板要有較好的剛性。如圖6所示為旁置式油箱液壓泵站。旁置式油箱液壓泵站是將液壓泵與電機等裝置安裝在油箱旁邊。系統(tǒng)的流量和油箱容量較大時，尤其是一個

油箱給多臺液壓泵供油的場合采用。旁置式油箱液壓泵站使油箱內(nèi)液面高于泵的吸油口，泵的吸油條件較好。設(shè)計要注意在泵的吸油口與油箱之間設(shè)置一個截止閥，以防止液壓泵在維修或拆卸時油箱中油液外流。下置式油箱液壓泵站是將液壓泵與電機等裝置安裝在油箱底下。這樣可使設(shè)備的安裝面積減小，也可使泵的吸入能力大為改善。這種安置方式，常常是將油箱架高到使人可以在油箱底下穿越，以便對液壓泵的安裝和維修。圖*音置式油箱液壓泵站6.2電動機與液壓泵的裝配設(shè)計電動機的安裝形式主要有三種：機座帶底腳、端蓋上無凸緣機構(gòu)，機座不帶低腳、端蓋上帶大于機座的凸緣機構(gòu)，機座帶底腳、端蓋上帶大于機座的凸緣機構(gòu)。如圖7所示為底座帶底腳、端蓋上無凸緣機構(gòu)，一般用于水平放置。若電動機與液壓泵組立式放置則應(yīng)選用機座不帶底腳、端蓋上帶大于機座的凸緣機構(gòu)，以便于電機在安裝板上的定位與固定。機座帶底腳、端蓋上帶大于機座的凸緣機構(gòu)用于水平放置的電動機與液壓泵組，此時液壓泵通過發(fā)蘭式支架支承在電動機上，利用端蓋上的凸緣可方便地在支架上定位。圖7電動機與酒JE至蛆小功率的電動機與液壓泵組可以安裝在油箱蓋上（上置式），功率較大時需單獨安裝在專用的平臺上（非上置式）。電動機與液壓泵組的底座應(yīng)有足夠的強度和剛度，要便于安裝和檢修。電動機與液壓泵組與底座之間最好加彈性防振墊。在在適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置泄油盤，以防止場地污染。液壓泵的傳動軸不能承受徑向與軸向載荷，與電機軸有很高的同軸度，一般采用彈性聯(lián)軸器的連接形式。6.3控制閥的集成配置液壓控制元件要有適當(dāng)?shù)倪B接配置，才能構(gòu)成系統(tǒng)。連接配置的形式和結(jié)構(gòu)的合理性，關(guān)系到液壓元件的類型選擇，壓力損失的大小以及控制操縱的方便性。目前液壓控制元件在液壓站上的連接配置形式采用集成化的配置。具體有以下三種。6.3.1集成板式集成板式配置方式就是將板式液壓控制元件均由螺釘安裝在集成板的正面，元件之間的連接油路通過板上的孔與板后面的連接管接頭與管道連接形成。也可采用一塊厚板，將元件用螺釘安裝在厚板的正面，元件之間的連接油路全部由板內(nèi)加工的孔道形成。只有輸入輸出的管道用管接頭與管道安裝在厚板的后面或側(cè)面連出，如圖8所示。1.6.3.2集成塊式集成塊式配置形式是采用統(tǒng)一截面的多塊六方體構(gòu)成。六方體（集成塊）的四周除一面安裝通向執(zhí)行元件的管接頭外其余面都可安裝板式液壓控制閥。元件之間的連接油路由集成塊內(nèi)部孔道形成。塊內(nèi)有統(tǒng)一的公共孔道直通頂部。這公共孔道有公共供油管道P、公共回油管道0、公共泄油管道T。這些進(jìn)、回油管道可通過底板上的管接頭連出，如圖9所示。這種配置形式的優(yōu)點除了設(shè)計靈活、安裝和集中操縱方便外，水平所占面積小，很適合安裝在液壓站上，得到廣泛的應(yīng)用。6.3.3疊加閥式疊加閥是自成系列的元件。每個疊加閥既起控制作用。又起通道連接作用，因此它不需另外的連接塊。只需要用長螺栓將疊加閥疊裝在底版上，即可組成所需的液壓系統(tǒng)，如圖10所示。這種配置形式的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、不需要專門設(shè)計專用的集成塊或集成板，因此也愈來愈受到工程界的歡迎。7繪制工作圖，編寫技術(shù)文件所設(shè)計的液壓系統(tǒng)經(jīng)驗算后既可對初步擬訂的液壓系統(tǒng)進(jìn)行修改，并繪制正式的系統(tǒng)工作圖和編寫技術(shù)文件。系統(tǒng)工作圖包括液壓系統(tǒng)原理圖，液壓缸等非標(biāo)準(zhǔn)元件的裝配圖、零件圖，液壓系統(tǒng)裝配圖。液壓系統(tǒng)原理圖中除了液壓系統(tǒng)回路原理圖外，應(yīng)給出各執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖，還應(yīng)附有電磁鐵、行程閥動作表和液壓元件明細(xì)表。在液壓元件明細(xì)表中應(yīng)表明各種液壓元件的型號、規(guī)格、個數(shù)和壓力流量的調(diào)整值。液壓系統(tǒng)裝配圖是液壓系統(tǒng)正式安裝、施工的圖紙，包括液壓泵站（包括液壓泵、電動機、油箱組件和控制閥集成配置等）的裝配圖、管路裝配圖等。管路裝配圖可以是示意圖，也可以是實際結(jié)構(gòu)圖。一般只繪制示意圖說明管道的走向，但是要表明液壓元件、部件的定位和固定方式，注明管道的尺寸（內(nèi)、外徑和長度）、管接頭規(guī)格，要提出裝配技術(shù)要求。液壓系統(tǒng)裝配圖也與其它裝配圖一樣，要填寫明細(xì)表，明細(xì)表中的非標(biāo)準(zhǔn)件要編制圖號，確定材料、數(shù)量等，標(biāo)準(zhǔn)件、要注明代號、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)量等，外購件要注明型號規(guī)格、數(shù)量等。技術(shù)文件一般包括：液壓系統(tǒng)設(shè)計計算說明書，液壓系統(tǒng)操作使用說明書，標(biāo)準(zhǔn)件、外購件明細(xì)表，非標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表。8液壓缸設(shè)計8.1結(jié)構(gòu)初選液壓缸的安裝形式很多，但大致可分為兩類：8.1.1軸線固定類這類安裝形式的液壓缸在工作時，軸線位置固定不變。機床上的液壓缸大多是采用這種安裝形式。（1）通用拉桿式在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺桿將缸和安裝座連接拉緊。一般用于短行程、壓力低的液壓缸。（2）法蘭式用液壓缸上的法蘭將其固定在機器上。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上，外側(cè)面與機械安裝面貼緊，這叫頭部外法蘭式。由于液壓缸工作時反作用力的作用，安裝螺栓承受液壓力的拉伸作用，因而安裝螺栓的直徑較大，并且要求強度計算。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上，內(nèi)側(cè)面與機械安裝面貼緊，這叫頭部內(nèi)法蘭式。液壓缸工作時，安裝螺栓受力不大，主要靠安裝支承面承受，所以法蘭直徑較小，結(jié)構(gòu)較緊湊。這種安裝形式在固定安裝形式中應(yīng)用得最多。法蘭設(shè)置在缸的底部，與機械安裝面用螺栓緊固，這叫尾部法蘭式。這種安裝形式使液壓缸懸伸，安裝長度較大，穩(wěn)定性差。（3）支座式將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座緊固在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。徑向安裝時，安裝面與活塞桿軸線在同一平面上，液壓缸工作時，安裝螺栓只承受剪切力；切向和軸向安裝時，活塞的軸線與支座底面有一定的距離，安裝螺栓既受剪切力，又承受因存在傾翻力矩而產(chǎn)生的彎曲力。切向安裝時傾翻力矩比軸向安裝時要小一些。對于支座安裝形式，GS3766—83的2.2.2條規(guī)定：“支座式液壓缸如不采用鍵或銷承受剪切力時，則底腳固定螺栓必須經(jīng)受全部剪切力而不致引起危險”。8.1.2軸線擺動類液壓缸在往復(fù)運動時，由于機構(gòu)的相互作用使其軸線產(chǎn)生擺動，達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求。安裝這類液壓缸，安裝形式也只能采用使其能擺動的鉸接方式。工程機械、農(nóng)業(yè)機械、翻斗汽車和船舶甲板機械等所用的液壓缸多用這類安裝形式。（1）耳軸式將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機械的軸座內(nèi)，使液壓缸軸線能在某個平面內(nèi)自由擺動。耳軸設(shè)置在液壓缸頭部的叫頭部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸，擺動幅度較小，但穩(wěn)定性較好。耳軸設(shè)置在液壓缸尾部的尾部耳軸式。這種安裝形式的液壓缸，擺動幅度較大，但穩(wěn)定性較差。耳軸設(shè)置在液壓缸中部的叫中間耳軸式，其擺動幅度和穩(wěn)定性一般。（2）耳環(huán)式將液壓缸的耳環(huán)與機械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，使液壓缸能在某個平面內(nèi)自由擺動。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。（3）球頭式將液壓缸尾部的球頭與機械上的球座連接在一起，使液壓缸能在一定的空間錐角范圍內(nèi)任意擺動。這種安裝形式自由度大，但穩(wěn)定性差。船舶起貨吊桿液壓缸多用這種形式。應(yīng)該指出，軸線擺動安裝的液壓缸往往工作時都是傾斜的，隨著活塞桿的逐漸伸出，軸線與水平面的夾角也逐漸變化，其工作出力隨著夾角的變化而變化，因此，計算液壓缸的有效工作出力時，一定要以夾角處于最小時能推動的負(fù)載為依據(jù)。8.2局部結(jié)構(gòu)初選根據(jù)設(shè)計條件，查閱資料確定油缸各零件的結(jié)構(gòu)、材料及聯(lián)接方式。8.2.1缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計缸筒的兩端分別與缸蓋相連，構(gòu)成密閉的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)。設(shè)計缸筒的結(jié)構(gòu)時，也應(yīng)該一起加以考慮。缸筒是液壓缸的主體，其余零件裝配其上，它的結(jié)構(gòu)形式對加工和裝配有很大影響，因此其結(jié)構(gòu)必須盡量便于裝配、拆卸和維修。缸筒與缸蓋、缸底的連接形式很多，不少于60多種，把他們按連接方法分類，大致有以下幾種。法蘭連接：缸筒端部設(shè)計有法蘭，用螺栓將其與端蓋連接起來。法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單，加工和裝拆都很方便，只是外形尺寸和重量都較大。法蘭與缸筒為整體式（見圖11-a）的多為鑄件和鑄件缸筒，加工余量較大，浪費材料；焊接法蘭式（見圖11-b）多為鋼質(zhì)缸筒，將無縫鋼管制成的缸筒與法蘭焊接在一起，其焊縫要進(jìn)行強度計算。法蘭連接是液壓缸中使用最普遍的結(jié)構(gòu)形式。8.2.12密封件的選用（1）對密封件的要求在液壓元件中，液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊液壓缸，如擺動液壓缸等。液壓缸不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度的適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C械強度，摩擦阻力小，容易制造和裝拆，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補償磨損。密封件一般以斷面形狀分類，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。（2）O形密封圈的選用液壓缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。（3）動密封部位密封圈的選用由于O型密封圈用于往復(fù)運動存在起動阻力大的缺點，所以用于往復(fù)運動的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金屬密封圈。液壓缸動密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支撐座（或?qū)蛱祝┑拿芊獾??；钊h(huán)是具有彈性的金屬密封圈，摩擦阻力小，耐高溫，使用壽命長，但密封性能差，內(nèi)泄漏量大，而且工藝復(fù)雜，造價高。對內(nèi)泄漏量要求不嚴(yán)而要求耐高溫的液壓缸，使用這種密封圈較合適。V形圈的密封效果一般，密封壓力通過壓圈可以調(diào)節(jié)，但摩擦阻力大，溫升嚴(yán)重。因其是成組使用，模具多，也不經(jīng)濟(jì)。對于運動速度不高、出力大的大直徑液壓缸，用這種密封圈較好。U形圈雖是唇形密封圈，但安裝時需用支撐環(huán)壓住，否則就容易卷唇，而且只能在工作壓力低于10MPa時使用，對壓力高的液壓缸不適用。比較而言，能保證密封效果，摩擦阻力小，安裝方便，制造簡單經(jīng)濟(jì)的密封圈就屬Yx型密封圈了。它屬于不等高雙唇自封壓緊式密封圈，分軸用和孔用兩種。8.3確定基本參數(shù)8.3.1缸筒內(nèi)徑對于負(fù)載較大的工程、礦山機械用的油缸，在系統(tǒng)給定的工作壓力情況下，常以保證油缸