第9章液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Designofhydraulicsystem目錄/CONTENTS液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟01液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例02液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟9.1Designstepsofhydraulicsystem液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是液壓主機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，也是對(duì)前面各章內(nèi)容的概括總結(jié)和綜合應(yīng)用。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第9章液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓主機(jī)設(shè)計(jì)重要組成部分綜合應(yīng)用液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例9.2Designexampleofhydraulicsystem液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的一部分，主要采用的方法是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法。其設(shè)計(jì)與整機(jī)設(shè)計(jì)聯(lián)系緊密，必須同時(shí)進(jìn)行。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)應(yīng)首先明確主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)在動(dòng)作、性能、工作環(huán)境等方面的要求，如考慮執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式、行程、調(diào)速范圍、負(fù)載條件、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和精度、工作循環(huán)及周期、工作環(huán)境、安裝空間的大小，還要兼顧結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠、效率高、使用壽命長、經(jīng)濟(jì)性好、使用維修方便等設(shè)計(jì)原則。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程如圖9-1所示。9.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟1.活塞式液壓缸（1）液壓系統(tǒng)的動(dòng)作和性能要求。例如,運(yùn)動(dòng)方式、行程和速度范圍、負(fù)載條件、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和精度、工作循環(huán)和動(dòng)作周期、同步或互鎖要求及工作可靠性等。（2）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境要求。例如，環(huán)境溫度、濕度、外界情況及安裝空間等。（3）其他方面的要求。例如，液壓裝置的重量、外觀造型、外觀尺寸及經(jīng)濟(jì)性等。9.1.1確定液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的各項(xiàng)要求，具體有以下幾個(gè)方面：運(yùn)動(dòng)分析即對(duì)液壓執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)中各階段的運(yùn)動(dòng)速度變化情況進(jìn)行分析，并畫出速度循環(huán)圖。圖9-2所示為某機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)工作循環(huán)和速度循環(huán)圖。其中，圖9-2（a）所示為工作循環(huán)圖，用來對(duì)液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定性分析；圖9-2（b）所示為速度-位移曲線圖，通常稱為速度循環(huán)圖。它表明了機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)在兩個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段運(yùn)動(dòng)速度的大小及變化情況。9.1.2工況分析和確定執(zhí)行元件主要參數(shù)1.運(yùn)動(dòng)分析把執(zhí)行元件工作的各個(gè)階段所需克服的負(fù)載用負(fù)載-位移曲線表示，稱為負(fù)載循環(huán)圖。繪制負(fù)載循環(huán)圖時(shí)，應(yīng)先分析、計(jì)算執(zhí)行元件的受力情況。圖9-3所示為液壓缸負(fù)載分析簡圖。液壓缸的實(shí)際總負(fù)載F可用式（9-1）計(jì)算:F=Fw+Ff+Fb+Fs+Fi（9-1)式中，F(xiàn)為液壓缸總負(fù)載（N）;Fw為液壓缸工作負(fù)載（N）;Ff為外摩擦阻力（N）;Fb為液壓缸回油阻力（N）;Fs為密封摩擦阻力（N）;Fi為慣性負(fù)載（N）。9.1.2工況分析和確定執(zhí)行元件主要參數(shù)2.負(fù)載分析（1）液壓缸工作負(fù)載Fw。液壓缸工作負(fù)載與設(shè)備的工作性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于臥式機(jī)床，與運(yùn)動(dòng)部件方向平行的切削力分量是工作負(fù)載，如圖9-3（a）所示；而對(duì)于立式機(jī)床或提升機(jī)、千斤頂來說，工作負(fù)載中還包括運(yùn)動(dòng)部件的重量，如圖9-3（b）所示。另外，外負(fù)載可以是定量，也可以是變量；可以是正值，也可以是負(fù)值，有時(shí)還可能是交變的。因此，在計(jì)算前需要根據(jù)工作條件對(duì)負(fù)載特性進(jìn)行深入分析。其數(shù)值可參閱有關(guān)手冊(cè)中的公式進(jìn)行計(jì)算，或由樣機(jī)實(shí)測(cè)確定。（2）外摩擦阻力Ff

。外摩擦阻力是指液壓缸驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件時(shí)所受的導(dǎo)軌摩擦阻力，它與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌形式、放置情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。各種形式的導(dǎo)軌摩擦阻力計(jì)算公式可查閱有關(guān)手冊(cè)。（3）液壓缸回油阻力Fb。如果系統(tǒng)中回油時(shí)存在背壓，就有回油阻力。但在液壓系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前，回油阻力是無法確定的，所以在進(jìn)行液壓缸工況分析時(shí)，先假定回油阻力Fb為零。在驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)性能時(shí)，再按液壓缸的實(shí)際尺寸和背壓計(jì)算。（4）密封摩擦阻力Fs。液壓缸密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力的計(jì)算比較煩瑣，通?？扇s=（0.05～0.1)F。（5）慣性負(fù)載Fi。慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件的速度變化時(shí)由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可按牛頓第二定律計(jì)算。慣性負(fù)載Fi在加速時(shí)取+Fi，減速時(shí)?。璅i，恒速時(shí)取Fi=0。用式（91）計(jì)算出工作循環(huán)中各階段的工作負(fù)載后，便可以繪出液壓缸工作負(fù)載循環(huán)圖，如圖94所示。為使圖示直觀、簡單，可將各階段的負(fù)載線按其段內(nèi)的最大負(fù)載等值繪出，以便分析。9.1.2工況分析和確定執(zhí)行元件主要參數(shù)2.負(fù)載分析在工況分析過程中，初步確定的液壓缸主要參數(shù)是指液壓缸活塞直徑D和活塞桿直徑d。關(guān)于這一部分內(nèi)容在前文已經(jīng)介紹過了。但由于計(jì)算出來的液壓缸工作面積與液壓缸推力和運(yùn)動(dòng)速度都有關(guān)，因而主機(jī)若有最低速度要求，則需進(jìn)行速度方面的驗(yàn)算，即A≥qmin/vmin

（9-2）式中,A為液壓缸的有效工作面積（m2）；qmin為節(jié)流閥、調(diào)速閥或變量泵的最小穩(wěn)定流量，可由產(chǎn)品樣本查得(m3/ｓ)；vmin為液壓缸最低速度(m/s)。若不符合上述條件，A的數(shù)值就必須修改。液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如D、d）最后還必須圓整成標(biāo)準(zhǔn)值（見GB/T2348—1993）。根據(jù)選定的標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算液壓缸的實(shí)際有效面積。9.1.2工況分析和確定執(zhí)行元件主要參數(shù)3.液壓缸主要參數(shù)的確定液壓缸尺寸確定之后，就可根據(jù)液壓缸的速度循環(huán)圖和負(fù)載循環(huán)圖，算出液壓缸在工作循環(huán)中不同階段的工作壓力、流量和功率，繪制液壓缸的工況圖。工況圖包括壓力循環(huán)圖（p-s圖）、功率循環(huán)圖（P-s圖）和流量循環(huán)圖（q-s圖）。也可將三個(gè)圖合在一起繪制，如圖9-5所示。9.1.2工況分析和確定執(zhí)行元件主要參數(shù)4.繪制執(zhí)行元件工況圖結(jié)構(gòu)簡單的液壓系統(tǒng)或采用節(jié)流調(diào)速的液壓系統(tǒng)一般采用開式油路，容積調(diào)速系統(tǒng)或要求效率較高的系統(tǒng)多采用閉式油路。9.1.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.確定油路類型根據(jù)工況圖和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求來選擇液壓回路。選擇工作應(yīng)從對(duì)主機(jī)主要性能起決定性作用的回路開始。例如,組合機(jī)床液壓系統(tǒng)首先選擇調(diào)速回路和速度換接回路，磨床液壓系統(tǒng)首先選擇換向回路，壓力機(jī)液壓系統(tǒng)首先選擇調(diào)壓回路，注塑機(jī)液壓系統(tǒng)首先選擇多缸順序回路等。而后是一般回路，一般液壓系統(tǒng)都要設(shè)置調(diào)壓回路、換向回路、卸荷回路等。對(duì)于垂直運(yùn)動(dòng)部件的系統(tǒng)要考慮平衡回路；對(duì)于負(fù)載慣性較大的系統(tǒng)，為防止產(chǎn)生液壓沖擊，要設(shè)置制動(dòng)系統(tǒng)；對(duì)于多個(gè)執(zhí)行元件的系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置順序動(dòng)作回路、動(dòng)作互鎖回路等。9.1.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖2.選擇液壓回路控制方式主要根據(jù)主機(jī)的要求確定，如果要求系統(tǒng)按一定順序自動(dòng)循環(huán)，可使用行程控制或壓力控制。采用行程閥控制可使動(dòng)作可靠。若采用電液比例控制、可編程控制器控制和微機(jī)控制，不但可簡化油路，改善系統(tǒng)的工作性能，而且可使系統(tǒng)具有較大的柔性和通用性。9.1.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.確定控制方式把選擇出來的各種液壓回路進(jìn)行綜合、歸納并整理，增添必要的元件或輔助回路，使之組成完整的系統(tǒng)。整理后，務(wù)必使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作安全、可靠，動(dòng)作平穩(wěn)，效率高，調(diào)整和維護(hù)保養(yǎng)方便，而且盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件以降低成本，縮短設(shè)計(jì)和制造周期。液壓系統(tǒng)原理圖應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T786.1—2009）規(guī)定的圖形符號(hào)繪制。9.1.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖4.組成液壓系統(tǒng)首先確定液壓泵的類型，然后根據(jù)液壓缸工況圖中的最高工作壓力和系統(tǒng)壓力損失，確定液壓泵最高工作壓力，計(jì)算公式如下：pp≥p+∑Δp（9-3）式中，pp為液壓系統(tǒng)最高工作壓力(MPa)；p為液壓缸工況圖中所示的最高工作壓力(MPa)；∑Δp為液壓系統(tǒng)壓力損失(MPa)。系統(tǒng)壓力損失為進(jìn)油路總壓力損失與回油路總壓力損失、合流路總壓力損失折算值之和（∑Δp的計(jì)算方法見9.1.5）。在液壓元件沒有確定之前，系統(tǒng)壓力損失可憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估計(jì)：一般用節(jié)流閥調(diào)速和管路簡單的液壓系統(tǒng)，取∑Δp=0.2～0.5MPa；油路中有調(diào)速閥或復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，可取∑Δp=0.5～1.5MPa；若系統(tǒng)在執(zhí)行元件停止運(yùn)動(dòng)時(shí)才出現(xiàn)最高工作壓力，則在確定液壓泵最高工作壓力時(shí)取∑Δp=0。9.1.4選擇液壓元件并確定安裝連接形式1.選擇液壓泵液壓泵的最大供油量qp由液壓缸工況圖中的最大流量q確定，計(jì)算公式如下：(1)一般情況。qp=K∑qmax

（9-4)(2)采用節(jié)流調(diào)速。qp=K∑qmax+Δq（9-5)(3)采用蓄能器。（9-6)式中，qp為液壓泵最大供油量(m3/s)；K∑qmax為同時(shí)動(dòng)作的各液壓缸所需流量之和的最大值(m3/s)；Δq為溢流閥最小溢流量，Δq=（3.3～5）×10-5(m3/s)；K為考慮系統(tǒng)泄漏的修正系數(shù)，一般取K=1.1～1.3；q為采用蓄能器時(shí)的液壓缸平均流量(m3/s)。液壓泵的規(guī)格型號(hào)按上面求得的pp和qp值，在產(chǎn)品樣本中選取。為保證液壓泵正常工作，所選液壓泵的公稱壓力可比系統(tǒng)的最高工作壓力高出25%～40％。液壓泵的流量則與系統(tǒng)所需流量相當(dāng)，不宜超過太多。液壓泵電動(dòng)機(jī)的功率可以按式（9-7）計(jì)算：P=ppqp/ηp×103（9-7）式中，P為電動(dòng)機(jī)功率(kW)；ηp為液壓泵的總效率，見液壓泵產(chǎn)品樣本。9.1.4選擇液壓元件并確定安裝連接形式1.選擇液壓泵各種閥類元件的規(guī)格型號(hào)按液壓系統(tǒng)原理圖和工況圖中提供的情況從產(chǎn)品樣本中選取。各種閥的公稱壓力和額定流量一般應(yīng)與其工作壓力和最大通過流量相接近。必要時(shí)，通過閥的流量可略大于該閥的額定流量，但一般不超過20％。流量閥按系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)范圍選取，其最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足工作部件最低運(yùn)動(dòng)速度的要求。9.1.4選擇液壓元件并確定安裝連接形式2.選擇閥類元件

9.1.4選擇液壓元件并確定安裝連接形式3.選擇液壓輔助元件（2）油箱。為了儲(chǔ)油和散熱，油箱必須有足夠的容積和散熱面積。油箱的有效容量（指液面高度為油箱高度的80％時(shí)，油箱所儲(chǔ)液壓油的體積）確定如下:當(dāng)pp≤2.5MPa時(shí)，V=（120～240)qp（9-10）當(dāng)2.5＜pp＜6.3MPa時(shí)，V=（300～420)qp（9-11）當(dāng)pp≥6.3MPa時(shí)，V=（360～720)qp（9-12）式中，V為油箱有效容量(m3);qp為液壓泵流量(m3/s)。（3）其他輔件。其他輔件（如濾油器、壓力表和管接頭等）由有關(guān)資料或手冊(cè)選取。9.1.4選擇液壓元件并確定安裝連接形式3.選擇液壓輔助元件（1）按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式確定。液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分為集中式和分散式兩種。①集中式結(jié)構(gòu)。集中式結(jié)構(gòu)是將液壓系統(tǒng)的動(dòng)力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置和油箱等放在主機(jī)之外，單獨(dú)設(shè)置一個(gè)液壓站。這種形式的優(yōu)點(diǎn)是安裝連接方便，液壓源的振動(dòng)和發(fā)熱都不會(huì)影響主機(jī)的工作性能。其缺點(diǎn)是設(shè)置液壓站，增加了占地面積和管路長度。②分散式結(jié)構(gòu)。分散式結(jié)構(gòu)是將液壓元件分散放置在主機(jī)的某些部位，與主機(jī)合為一體。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，管路短；缺點(diǎn)是安裝連接（包括維護(hù)）復(fù)雜，液壓源的振動(dòng)和發(fā)熱都會(huì)影響主機(jī)的工作性能與精度。為此，對(duì)于一般的液壓系統(tǒng)，為使結(jié)構(gòu)緊湊，可采用分散式安裝連接的方式；而對(duì)于組合機(jī)床、自動(dòng)線和精密設(shè)備的液壓系統(tǒng)，為減少油箱發(fā)熱和液壓源振動(dòng)的影響，保持主機(jī)的工作精度，多采用集中式安裝連接的方式。9.1.4選擇液壓元件并確定安裝連接形式4.液壓元件安裝連接形式的確定（2）按閥類元件的配置形式確定。液壓元件的配置形式分為管式、板式和集成式配置三種形式。配置形式不同，液壓系統(tǒng)的壓力損失和元件的連接安裝結(jié)構(gòu)也有所不同。目前，閥類元件的配置形式廣泛采用集成式配置的形式，故僅對(duì)這種配置形式加以介紹。①箱體式配置。箱體式配置即按照液壓系統(tǒng)的油路要求設(shè)計(jì)出專用的箱體。板式閥類元件可緊固在箱體的側(cè)面和頂面上；插入閥、插裝閥和管接頭等元件亦可插入或旋接于箱體內(nèi)，各元件之間的油路全部由在箱體內(nèi)所加工出的孔道形成，如圖96所示。這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)是可以使元件安裝緊湊，使制造安裝費(fèi)用減至最低限度；缺點(diǎn)是加工較困難。9.1.4選擇液壓元件并確定安裝連接形式4.液壓元件安裝連接形式的確定②集成塊式配置。集成塊式配置即根據(jù)液壓系統(tǒng)各種典型回路做成通用的集成塊。每個(gè)集成塊上、下兩面是塊體間疊加的接觸面；在四個(gè)側(cè)面中，一個(gè)面上安裝管接頭，另外三個(gè)面用來安裝板式閥、插入閥和插裝閥元件；塊內(nèi)孔道由鉆孔形成。各集成塊與頂蓋、底板一起用長螺栓疊裝起來，即組成液壓系統(tǒng)，如圖9-7所示。這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)是元件按回路模塊化，便于設(shè)計(jì)與制造，更改設(shè)計(jì)方便，通用性好。9.1.4選擇液壓元件并確定安裝連接形式4.液壓元件安裝連接形式的確定③疊加閥式配置。疊加閥式配置即同一通徑的疊加閥按一定次序疊加起來，組成所需的液壓系統(tǒng)，如圖9-8所示。這種配置形式的特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和集成化程度高，結(jié)構(gòu)緊湊，無須設(shè)計(jì)專用的連接塊。9.1.4選擇液壓元件并確定安裝連接形式4.液壓元件安裝連接形式的確定通過系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算，可以把整個(gè)系統(tǒng)的各段壓力損失折合到液壓泵出口處，以便于更確切地算出液壓泵出口和液壓缸進(jìn)出口的實(shí)際工作壓力，從而確定各壓力閥（溢流閥、順序閥、卸荷閥、壓力繼電器等）的調(diào)整壓力。下面討論單桿液壓缸在不同連接時(shí)的系統(tǒng)壓力損失計(jì)算公式。（1）單桿液壓缸一般連接時(shí)∑Δp的計(jì)算。如圖9-9（a）所示，根據(jù)液壓缸活塞上的受力平衡關(guān)系得p1A1=F1+p2A2pp=p1+∑Δp1因系統(tǒng)回油管路通油箱，故將p2=∑Δp代入上兩式并解得泵的工作壓力pp及系統(tǒng)總壓力損失∑Δp為pp=F1/A1+∑Δp1+A2/A1∑Δp2

（9-13）∑Δp=∑Δp1+A1/A2∑Δp2

（9-14）式中，p1為液壓缸工作壓力，p1=F1/A1(MPa)；∑Δp1為進(jìn)油路上的總壓力損失(MPa)；∑Δp2為回油路上的總壓力損失(MPa)。同理，對(duì)于雙桿液壓缸，因?yàn)锳1=A2，其系統(tǒng)壓力損失為:∑Δp=∑Δp1+∑Δp2。9.1.5液壓系統(tǒng)主要性能的驗(yàn)算1.液壓系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算（2）液壓缸差動(dòng)時(shí)∑Δp的計(jì)算。如圖9-9（b）所示，根據(jù)液壓缸活塞受力平衡關(guān)系得p1A1=F3+p2A2pp=p1+∑Δp1+∑Δp3由于液壓缸兩腔相連通，其兩腔的液壓關(guān)系為p2-∑Δp2-∑Δp3=p1。將其代入上兩式可解得pp=F3/(A1-A2)+∑Δp1+[A2/(A1-A2)]∑Δp2+[A1/(A1-A2)]∑Δp3（9-15）p3=F3/(A1-A2)∑Δp=∑Δp1+[A2/(A1-A2)]∑Δp2+[A1/(A1-A2)]∑Δp2式中,p3為液壓缸差動(dòng)時(shí)的工作壓力(MPa)；∑Δp1為進(jìn)油路上的總壓力損失(MPa)；∑Δp2為回油路上的總壓力損失(MPa)；∑Δp3為合流路上的總壓力損失(MPa)。綜上所述，液壓泵要驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞克服負(fù)載運(yùn)動(dòng)，除了要產(chǎn)生一個(gè)與負(fù)載相平衡的壓力外，同時(shí)還要產(chǎn)生一個(gè)附加的壓力，這個(gè)附加的壓力就是系統(tǒng)壓力損失。9.1.5液壓系統(tǒng)主要性能的驗(yàn)算1.液壓系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算9.1.5液壓系統(tǒng)主要性能的驗(yàn)算圖9-9系統(tǒng)壓力損失計(jì)算簡圖在液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如液壓缸）輸出的有效功率Pco（Pco=Fv）與輸入動(dòng)力裝置（如液壓泵）功率Ppi(Ppi=ppqp/ηp)的比值，稱為系統(tǒng)總效率，即η=Pco/Ppi=ηpFvpp/qp（9-16）12.液壓系統(tǒng)的總效率η23執(zhí)行機(jī)構(gòu)4系統(tǒng)總效率9.1.5液壓系統(tǒng)主要性能的驗(yàn)算有效功率液壓系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，可以由液壓泵的總輸入功率和執(zhí)行元件的有效功率或系統(tǒng)效率計(jì)算，即ΔQ1=Ppi－Pco

（9-17）或ΔQ2=Ppi(1-η)（9-18）式中,ΔQ1為液壓系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量(kW)；Ppi為液壓泵的輸入功率(kW)；Pco為執(zhí)行元件的有效功率(kW)。當(dāng)油箱溫度比外界溫度高時(shí)，油箱向四周空間散熱，單位時(shí)間散熱按式（9-19）計(jì)算，即ΔQ2=KAΔT（9-19）式中，ΔQ2為油箱單位時(shí)間內(nèi)的散熱量(kW)；ΔT為油箱中油液溫度與周圍空氣溫度的溫差(℃)；K為油箱散熱系數(shù)［kW/(m2·℃)］,見表9-2；A為油箱散熱面積(m2),若油面高度為油箱高度的80%，已知油箱的有效容積V（m3）,則散熱面積A≈6.66V2/3。9.1.5液壓系統(tǒng)主要性能的驗(yàn)算3.液壓系統(tǒng)發(fā)熱及溫升驗(yàn)算當(dāng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量和油箱散出的熱量相等時(shí)（ΔQ1=ΔQ2)，油溫不再上升，在熱平衡狀態(tài)下油液所達(dá)到的溫度為:t1=t2+Ppi(1－η)/KA（9-20)式中，t1為熱平衡狀態(tài)時(shí)油液的溫度(℃)；t2為環(huán)境溫度(℃)。由式（9-20）計(jì)算出的油液溫度t1若超過表9-3中規(guī)定的允許最高溫度，則系統(tǒng)中必須考慮添設(shè)冷卻裝置或采取適當(dāng)措施，提高液壓系統(tǒng)的散熱效率。9.1.5液壓系統(tǒng)主要性能的驗(yàn)算表9-2油箱散熱系數(shù)9.1.5液壓系統(tǒng)主要性能的驗(yàn)算表9-3某些液壓系統(tǒng)中規(guī)定的油液溫度允許值單位：℃繪制工作圖主要包括以下工作：（1）繪制液壓系統(tǒng)圖。在圖上應(yīng)注明各元件的規(guī)格、型號(hào)及壓力、流量調(diào)整值，并附有執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖，以及控制元件的動(dòng)作順序表和簡要說明。（2）繪制液壓系統(tǒng)裝配圖。液壓系統(tǒng)的裝配圖是正式安裝、施工的圖紙，包括油箱裝配圖、液壓泵裝置圖、油路裝配圖和管路裝配圖等。在管路裝配圖中要標(biāo)明液壓元件的位置和固定方式、油管的規(guī)格尺寸和布管情況及各種管接頭的形式和規(guī)格等。液壓專用件或閥塊須畫全裝配圖和專用零件圖。9.1.6繪制工作圖和編制技術(shù)文件1.繪制工作圖技術(shù)文件一般包括設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，零部件目錄表，標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和外購件明細(xì)表，技術(shù)說明書，操作使用說明書，等等。11.繪制工作圖23技術(shù)文件4操作使用說明書9.1.6繪制工作圖和編制技術(shù)文件零部件目錄表液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例9.2Designexampleofhydraulicsystem本節(jié)以一臺(tái)四軸臥式鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)為例，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖9-10所示。已知鉆孔動(dòng)力部件質(zhì)量m=2×103kg,液壓缸機(jī)械效率ηcm=0.9，切削力Ft=1.0×104N。工作循環(huán)為快進(jìn)—工進(jìn)—死擋塊停留—快退—原位停止。行程長度為150mm，其中工進(jìn)長度為50mm，快進(jìn)、快退速度為75mm/s，工進(jìn)速度為1.67mm/s。導(dǎo)軌為矩形，啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間為0.15s。要求快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)平穩(wěn)且可靠，工作臺(tái)能在任何位置停止。9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例3.其他常見形式的液壓缸（1）負(fù)載分析。暫時(shí)不考慮回油腔的背壓力，可按式（9-1）計(jì)算工作負(fù)載。取液壓缸密封裝置所產(chǎn)生的摩擦阻力Ff=0.1F,外負(fù)載Fw包括切削力Ft和導(dǎo)軌的摩擦力Ff。由手冊(cè)查得導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)μs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)μv=0.1，導(dǎo)軌的正壓力就等于動(dòng)力部件的重力。設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦阻力為Ffs，動(dòng)摩擦阻力為Ffv，則:Ffs=μsF=0.2×2×103×9.8=3.92×103(N)Ffv=μvF=0.1×2×103×9.8=1.96×103(N)運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生慣性力Fi，取啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間為0.15s，則慣性力為:Fi=mΔv/Δt=2×103×(75×10-3)/0.15=1×103(N)已知鉆孔時(shí)的切削力Ft=1.0×104N,所以在計(jì)算出導(dǎo)軌摩擦力和慣性力后，液壓缸各工作階段的負(fù)載就可以算出，見表9-4。9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例1.工況分析（2）速度分析。已知快進(jìn)、快退速度為75mm/s,工進(jìn)速度為1.67mm/s。9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例1.工況分析根據(jù)已知條件繪制出液壓缸的速度循環(huán)圖，如圖9-12所示。9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例2.運(yùn)動(dòng)分析

9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例3.確定液壓缸尺寸

9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例4.繪制液壓缸工況圖9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例表9-5液壓缸的壓力、流量和功率9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例圖9-13液壓缸工況圖在擬定液壓系統(tǒng)原理圖時(shí)，需要確定以下幾方面：（1）確定調(diào)速方法及供油形式。為了減小負(fù)載變化對(duì)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度的影響，滿足系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件速度穩(wěn)定性的要求，采用調(diào)速閥的進(jìn)油路實(shí)行節(jié)流調(diào)速。由工況圖可知，工進(jìn)時(shí)液壓高，但流量??；快進(jìn)時(shí)液壓低，但流量大。為減小功率損失，采用雙泵供油的開式油路。（2）確定換向方式。為了滿足工作臺(tái)能在任何位置停止以便調(diào)整機(jī)床，同時(shí)考慮到采用差動(dòng)連接方式以實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，故采用滑閥機(jī)能為Y型的三位五通電磁閥。（3）確定工作進(jìn)給油路。使用調(diào)速閥和三位五通電磁閥實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給時(shí)，液壓缸回油腔油液需經(jīng)換向閥左位流回油箱；同時(shí)又為了實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，回油腔的油液也需經(jīng)換向閥左位流入進(jìn)油腔。為了滿足這兩方面的要求，可在回油路上加一個(gè)液控順序閥，如圖9-14所示。鉆削動(dòng)力部件快進(jìn)時(shí)，系統(tǒng)壓力較低，順序閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)。工作進(jìn)給時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，順序閥打開，回油腔油液經(jīng)三位五通換向閥和順序閥流回油箱。圖中單向閥的作用是防止高壓油液倒流。（4）確定快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)方案。由工況圖可知，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)，流量變化很大，為了保證快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)速度換接平穩(wěn)、可靠，采用行程換向閥比采用電磁換向閥好。為了保證回油腔有一定背壓力，防止工作臺(tái)前沖，在回油路上設(shè)置一個(gè)背壓閥（溢流閥）。（5）終點(diǎn)轉(zhuǎn)換方式的選擇。為了加工不通孔，采用死擋塊停留，由壓力繼電器發(fā)信號(hào)來控制電磁換向閥換向。鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)如圖9-14所示。9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例5.擬定液壓系統(tǒng)原理圖9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例圖9-14鉆孔專用機(jī)床液壓系統(tǒng)液壓元件可以自行設(shè)計(jì)或者選擇標(biāo)準(zhǔn)化元件，此處涉及液壓缸的設(shè)計(jì)和液壓泵的選擇。（1）雙出桿活塞式液壓缸設(shè)計(jì)。這種缸雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、同軸度要求高，但承受的是拉力，所以活塞桿可設(shè)計(jì)得小些，從而節(jié)約材料。這種缸可以是缸筒與機(jī)架固連，活塞桿與運(yùn)動(dòng)部件相連；也可以活塞桿固定不動(dòng)，缸筒與運(yùn)動(dòng)部件相連。但運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)范圍大小不同。前者為活塞在缸筒內(nèi)有效行程L的3倍，而后者則為活塞在缸筒內(nèi)有效行程L的2倍。由此可見，安裝形式直接影響設(shè)備占用的空間，尤其是水平放置時(shí)會(huì)影響設(shè)備占地面積。設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于中小型液壓缸可采用前者安裝，對(duì)于大型液壓缸可采用后者安裝。9.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例6.液壓元件的設(shè)計(jì)與選擇（2）液壓泵的選擇。①估算小流量泵的最大工作壓力。由工況圖可知，液壓缸在一個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為3.97MPa，因?yàn)樵谶M(jìn)油路有調(diào)速閥，在回油路有背壓閥等，所以取油路系統(tǒng)壓力損失為1MPa，代入式（9-3）得: