液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

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1、1 液壓傳動(dòng) 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 指導(dǎo)教師：曹連民 山東科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院 2 一、 設(shè)計(jì)目的 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分 ， 主要任務(wù)是綜合運(yùn)用前面各章的基礎(chǔ)知 識 ， 學(xué)習(xí)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算，合理地選擇和確定液壓元件，對所設(shè)計(jì) 的液壓系統(tǒng)性能進(jìn)行校驗(yàn)算，為進(jìn)一步進(jìn)行液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 二、設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容大致如下： (1) 明確設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行工況分析； (2) 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；

2、 (4) 計(jì)算和選擇液壓元件； (5) 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能； (6) 液壓缸設(shè)計(jì)； (7) 繪制工作圖，編寫技術(shù)文件。 以上步驟中各項(xiàng)工作內(nèi)容有時(shí)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(jì)某些較簡單的液壓系統(tǒng)時(shí)，有些步驟可合并和簡化處理。 1 明確設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行工況分析 1.1 明確設(shè)計(jì)要求 對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的依據(jù)，設(shè)計(jì)前必須將它搞清楚。明確設(shè)計(jì)要 求往往從以下 幾個(gè)方面考慮： 1.1.1 主機(jī)的概況了解 一般液壓系統(tǒng)是為主機(jī)配套的，因此明確設(shè)計(jì)要求一般應(yīng)從了解主機(jī)開始。了解主機(jī) 概況一般從以下幾方面著手： 1）主機(jī)

3、的用途、總體布局、主要結(jié)構(gòu)，主機(jī)對液壓裝置的位置和空間尺寸的限制。 2）主機(jī)的工藝流程或工作循環(huán)、技術(shù)參數(shù)與性能要求。 3）作業(yè)環(huán)境與條件等。 1.1.2 明確主機(jī)對液壓系統(tǒng)提出的任務(wù)和要求 3 1）主機(jī)要求液壓系統(tǒng)完成的動(dòng)作和功能，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式（轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或擺動(dòng)）、 動(dòng)作循環(huán)及其工作范圍。 2）外界負(fù)載大小、性質(zhì)及變化范圍，執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度大小及變化范圍。 3）各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序、轉(zhuǎn)換及互鎖要求。 4）對液壓系統(tǒng)的工作性能方面的要求，如運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、定位和轉(zhuǎn)換精度、停留時(shí)間、 自動(dòng)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(dòng)化主機(jī)，不僅 會對液壓系統(tǒng)

4、提出靜態(tài)性能指標(biāo)，往往還會提出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。 1.1.3 明確其它要求 1）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(dòng)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。 2）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(gè)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(dòng)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

5、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(gè)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 時(shí)間（ v t）或速度 位 移（ v l）曲線表示。圖 1（ a）為一機(jī)床進(jìn)給油缸的動(dòng)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(gè)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 時(shí)間

6、（ F t）或負(fù)載 位移（ F l）曲線表示。 1）液壓缸的負(fù)載分析 4 液壓缸在做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)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(dòng)階段 啟動(dòng)階段的液壓缸活塞或缸體及其與它們相連的運(yùn)動(dòng)部件處于要?jiǎng)佣磩?dòng)狀態(tài)，其負(fù) 載 F 由以下 2 項(xiàng)組成 式中 Ffs靜摩擦力； Fn作用在摩擦面（如導(dǎo)軌面或支承面）上的正壓力； fs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)（見表 1）； FG垂直或傾斜

7、放置的運(yùn)動(dòng)工作部件重量在油缸運(yùn)動(dòng)方向的分量，工作部件向上運(yùn) 動(dòng)時(shí)為正負(fù)載，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)為負(fù)負(fù)載。若工作部件是水平放置時(shí)，則 FG=0。 (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(yùn)動(dòng)部件從速度為零到恒速（一般為 非工作階段的快速運(yùn)動(dòng)）階段，這時(shí)的負(fù)載 F 由下式計(jì)算 式中 Ffd動(dòng)摩擦力 ; fd動(dòng)摩擦系數(shù) (見表 1)； 5 Fm慣性阻力 ,這是液壓缸活塞或缸體及其與它們相連的運(yùn)動(dòng)部件在加速（或制動(dòng) 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(shí)阻力為正， 制動(dòng)減速時(shí)為負(fù)； v速度的改變量，即恒速值； t啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)

8、間，機(jī)床一般取 t =0.010.5s，輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取小值，重 載高速運(yùn)動(dòng)部件取大值。行走機(jī)械可取 v / t =0.51.5m/s2； G 運(yùn)動(dòng)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(dòng)導(dǎo)軌 鑄鐵對鑄鐵 啟動(dòng) 0.160.2 低速運(yùn)動(dòng)（ v10m/min） 0.050.08 自潤滑尼龍 低速中載 (也可潤滑 ) 0.12 金屬兼復(fù)合材料 0.0420.15 滾動(dòng)導(dǎo)軌 鑄鐵導(dǎo)軌 +滾珠 (柱 ) 0 0050.02 淬火鋼導(dǎo)軌 +滾珠 (柱 ) 0.0030.006 靜壓導(dǎo)軌 鑄鐵 0.00

9、5 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 式中 FL工作負(fù)載，如切削力等。其方向與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)取正值，相同時(shí)取 負(fù)值。在非工作行程 (如快進(jìn) )時(shí)取 FL =0. （ 4）制動(dòng)階段 該階段負(fù)載由下式?jīng)Q定 因制動(dòng)時(shí)是減速，因此慣性力 Fm 為負(fù)值。 6 上述四個(gè)動(dòng)作階段，在液壓缸的反向運(yùn)動(dòng)中，也都存在，只是在快 退過程中不存在工 作行程，因此整個(gè)快退恒速階段取 FL =0。 以上計(jì)算均是計(jì)算液壓缸的外負(fù)載，要計(jì)算液壓缸的總負(fù)載力，還應(yīng)計(jì)算液壓缸的內(nèi) 負(fù)載力，即密封阻力和運(yùn)動(dòng)的背壓阻力。前者是指密封裝置零件在相對運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的

10、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(jì)算比較 繁瑣，一般在初步計(jì)算中都將其考慮在液壓缸的機(jī)械效率（ m）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(jì)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(yàn) 數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。一般 可先忽略不計(jì)，待系統(tǒng)回路和液壓執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)尺寸確定時(shí)再將其計(jì)算進(jìn)去。 表 2 液壓系統(tǒng)中背壓力的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 系統(tǒng)類型 背壓 /MPa 中、低壓系統(tǒng) （ 08MPa） 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.

11、5 0.8 回油路帶背壓閥 0.5 1.5 采用帶補(bǔ)油泵的閉式回路 0.81.5 中、高壓系統(tǒng)（ 816MPa） 同上 比中、低壓系統(tǒng)高（ 50100） % 高壓系統(tǒng)（ 1632MPa） 如鍛壓機(jī)械系統(tǒng) 初算時(shí)背壓 可忽略不計(jì) 根據(jù)上述各階段得到負(fù)載及其所經(jīng)歷的移動(dòng)行程（或時(shí)間），便可歸納繪出液壓缸的 負(fù)載圖（ F-l 圖或 F-t 圖），如圖 2 所示為一機(jī)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(shí)的依據(jù)。 7 1.2.3 液壓馬達(dá)的負(fù)載分析 當(dāng)系統(tǒng)以液壓馬達(dá)作為執(zhí)行元件時(shí)，應(yīng)計(jì)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

12、含三項(xiàng)之和： TL 工作負(fù)載折算到馬達(dá)軸上的等效轉(zhuǎn)矩， Tf 執(zhí)行 機(jī)構(gòu)上的摩擦力（力矩）折算到馬達(dá)軸上的等效轉(zhuǎn)矩， Tm 執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓 馬達(dá)軸等在啟動(dòng) 和制動(dòng)時(shí)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(jì)算換成相應(yīng)的力矩的計(jì)算式，即可得到液壓馬達(dá)在各個(gè) 動(dòng)作階段的負(fù)載力矩計(jì)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 ，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(jì)算與選擇液壓元件、原動(dòng)機(jī)

13、（電機(jī)），進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shí)，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(gè)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。 表 3 不同負(fù)載條件下的工作壓力 負(fù)載 F/ N 500

14、00 液壓缸工作壓力 / MPa <0.81 1.52 2.53 34 45 57 表 4 常用液壓設(shè)備工作壓力 設(shè)備類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程 機(jī)械 液壓機(jī) 挖掘機(jī) 重型機(jī)械 磨床 車、銑、 刨床 組合機(jī)床 拉床 龍門刨床 工作壓力 / MPa 0 82 24 35 <10 1015 2032 8 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。 2.2 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 A1、

15、A2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 足所要克服的最大負(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 A1和 A2，當(dāng)最大負(fù)載為 F max時(shí)的進(jìn)、回油腔壓力分別為 p1和 p2。 這樣就有 式中 A2/A1 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(shí)是液壓缸的無桿 腔進(jìn)油、有 桿腔回油，而快退時(shí)是有桿腔進(jìn)油、無桿腔回油，快進(jìn)、快退時(shí)的流量 Q 均相 同（一般為泵的最大供油流量），這時(shí)快速進(jìn)、退的速度比 v1 / v2 為 即這時(shí)的液壓缸兩腔的面積比由快速進(jìn)、退的速度比 v 確定 。當(dāng)快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連

16、接 液壓回路，快退時(shí)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(shí)，則應(yīng) A2 /A1=1/2。 在 D、 d 圓整后，應(yīng)由式 A1=D2/4 和 A2=(D2-d2)/4 重新求出 A1 和 A2。 則此時(shí)液壓缸 兩腔的有效工作面積 A1、 A2 已初步確定。 9 液壓缸兩腔的有效工作面積除了要滿足最大負(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 Qvmin 的要求，以滿足系統(tǒng)的最低速度 vmin 要求。因此還需對液壓缸的 有效工作面積 A1（或 A2）進(jìn)行驗(yàn)算。即 式中 Qvmin 可由閥的產(chǎn)品樣本中查得。若經(jīng)驗(yàn)算 D、 d 不滿足式（ 9-11），則需重

17、新修 改計(jì)算 D、 d、 A1、 A2 ，直至滿足式（ 11）為止，才算最后確定液壓缸的有效工作面積。 表 5 按活塞桿受力情況選取活塞桿直徑 活塞桿受力情況 工作壓力 p/MPa 活塞桿直徑 d 受 拉 - d=(0.30.5)D 受壓及拉 P5 d=(0.50.55)D 受壓及拉 57 d=0.7D 2.3 液壓馬達(dá)的排量計(jì)算與選擇 當(dāng)執(zhí)行元件是液壓馬達(dá)時(shí)，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 qM 也是根據(jù)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tmax 來確定的，即 式中 p 液壓馬達(dá)的工作壓力，即進(jìn)油壓力； p0 液壓馬達(dá)的回油腔壓力，即背壓，可參表 9-2

18、 選取，有的馬達(dá)對背壓有特殊要 求，可按要求定； Mm 液壓馬達(dá)的機(jī)械效率。 2.4 工況圖的確定 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(dòng)機(jī)、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(gè)工作循環(huán)中流量、壓力變化較大，而且高壓小流量的時(shí)間占得比例較大，這樣在 較大功率時(shí)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 10 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

19、也反映了原來考慮的回路和參 數(shù)設(shè)計(jì)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(jì)工作中關(guān)鍵的一步。它將影響到系統(tǒng)的性能與設(shè) 計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性、合理性。一般方法是先根據(jù)主機(jī)工作部件的運(yùn)動(dòng)要求，確定液壓執(zhí)行元 件的類型，然后是根據(jù)動(dòng)作和性能要求，選擇并擬訂液壓基本回路，最后將各個(gè)基本回路 組合成一個(gè)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(shí)，首先要根據(jù)主機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，可選用液壓缸；對于連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可選用液壓 馬達(dá)，對于擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，可采用

20、 擺動(dòng)液壓缸。但在選擇液壓執(zhí)行元件類型時(shí)，除了對運(yùn)動(dòng)形 式要求外，還應(yīng)注意其運(yùn)動(dòng)范圍和性能要求，注意運(yùn)動(dòng)形式還可通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行 轉(zhuǎn)換。例如長行程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(jī)構(gòu)、鏈輪鏈條機(jī)構(gòu)或螺母螺桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，對 于有限角度的連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可采用液壓缸通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)或棘爪棘輪機(jī)構(gòu)，配合超越 11 離合器等動(dòng)作來驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。具體采用何種類型的執(zhí)行元件，配何種機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主機(jī)所要 求的運(yùn)動(dòng)要全面考慮主機(jī)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(diǎn)及

21、設(shè)計(jì)要求選擇基本回路。首先要 選擇對主機(jī)性能起決定性影響的主要回路。例如機(jī)床液壓系統(tǒng)，調(diào)速回路是系統(tǒng)的核心； 壓力機(jī)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(yùn)動(dòng)回路與 速度換接回路、壓力控制回路、換向回路、多缸動(dòng)作回路等。在選擇各基本回路時(shí)，要仔 細(xì)研究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行考慮。例如系統(tǒng)有垂直運(yùn)動(dòng) 部件時(shí)，要考慮平衡回路；有多個(gè)執(zhí) 行元件時(shí)，要根據(jù)系統(tǒng)要求，考慮采用相應(yīng)的順序動(dòng)作、同步，互不干擾回路等。同時(shí)也要考慮節(jié)能、 減少發(fā)熱、減少沖擊 、保證動(dòng)作的換接方式和精度等問題。 選擇回路時(shí)可能有多種方案，這時(shí)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

22、經(jīng)驗(yàn)。 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(shí)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(xiàng)工作時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)： (1） 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(gè)動(dòng)作都安全可靠，無互相干 擾； (2） 盡可能省去不必要的元件，以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； (3） 盡可 能提高系統(tǒng)效率，防止系統(tǒng)過熱； (4） 盡可能是系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、合理，便于維修檢測； (5） 盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件，減少自行設(shè)計(jì)的專用元件。 4 計(jì)算和選擇液壓元件 液壓元件的計(jì)算是計(jì)算該元件在整

23、個(gè)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(yàn)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 4.1 液壓泵和電機(jī)型號與規(guī)格的選擇 4.1.1 液壓泵的計(jì)算和選擇 12 1）確定液壓泵的最大工作壓力 液壓泵的最大工作壓力 pp 可按下式計(jì)算 式中 p1max 執(zhí)行元件進(jìn)油腔的最大工作壓力，可從工況圖中找到； p1 與執(zhí)行元件最大工作壓力同一工況下進(jìn)油路上的總壓力損失，它包括沿程壓 力損失和局部壓力損失。在此只能先按經(jīng)驗(yàn)資料估計(jì)：一般節(jié)流調(diào)速和管路較簡單的 系統(tǒng)取 p1=0.20.5MPa,進(jìn)油路上有調(diào)速閥或管路復(fù)雜的系統(tǒng)取 p1=0.51.5

24、MPa。 2）液壓泵供油流量 Qp的計(jì)算 液壓泵供油流量 Qp 必須大于或等于同時(shí)工作的執(zhí)行元件流量之和的最大值（ Qi） max 與回路泄漏量之和，可用下式表示： 式中 Qi 工作循環(huán)中某一執(zhí)行元件在第 i 個(gè)動(dòng)作階段所需的流量； K 回路的泄 漏折算系數(shù)， K=1.11.3。 對于節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，若最大流量點(diǎn)處于調(diào)速狀態(tài)，則在泵的供油量中還要增加溢流閥 穩(wěn)壓時(shí)的最小溢流量 3L/min。 對于蓄能器作輔助能源供油的系統(tǒng)，泵的流量按一個(gè)工作循環(huán)中液壓執(zhí)行元件的平均 流量估計(jì)。 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(shí)，泵的額定壓力應(yīng)選得比上述最大工作

25、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(dòng)電機(jī) 選擇電動(dòng)機(jī)的主要依據(jù)是電動(dòng)機(jī)功率，但要注意電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)功率時(shí)，應(yīng)考慮實(shí)際工況的差異。當(dāng)整個(gè)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(shí)間較長，可根據(jù)泵的 最大功率點(diǎn)來選擇電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的功率 Np 可按下式計(jì)算： 13 式中， （ ppQp） max 為液壓泵輸出壓力與輸出流量乘積的最大值，即液壓泵的最大輸出功率。 其中的 pp 與 Qp 可以利用液壓執(zhí)行元件的工況圖查處最大功率點(diǎn)，然后

26、根據(jù)該點(diǎn)所對應(yīng)的 執(zhí)行元件的工作壓力 p1 和流量 Q1，利用式（ 14）和式（ 15）計(jì)算求得。式（ 16）中的 p 為液壓泵的總效率，初算時(shí)可按表 6 選取。泵的規(guī) 格大時(shí)取大值，反之取小值。變量泵取 小值，定量泵取大值。當(dāng)泵的工作壓力只有其額定壓力的 10%15%時(shí)，泵的總效率顯著下 降，有時(shí)只達(dá) 50%，變量泵流量為其公稱流量的 1/4 或 1/3 以下時(shí)，其容積效率明顯下降， 計(jì)算時(shí)應(yīng)予以注意。 表 6 液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 葉片泵 柱塞泵 螺桿泵 總效率 0.60.7 0.60.75 0.80.85 0.650.8 當(dāng)整個(gè)工作循環(huán)中泵的功率變化較大，并且最大功率

27、持續(xù)時(shí)間很短，如按式（ 16）計(jì) 算結(jié)果選電動(dòng)機(jī)，功率將較大，不經(jīng)濟(jì)。此時(shí)可利用一般電動(dòng)機(jī)允許短 時(shí)間具有 25%的超 載能力，先按下式計(jì)算出整個(gè)工作循環(huán)中各階段所需的功率： 式中 Npi 整個(gè)工作循環(huán)中，第 i 階段液壓泵所需功率； ppi 第 i 階段液壓泵的工作壓力； Qpi 第 i 階段液壓泵的輸出流量。 式中 ti 整個(gè)工作循環(huán)中，第 i 階段持續(xù)的時(shí)間； n 整個(gè)工作循環(huán)階段數(shù)； T 整個(gè)工作循環(huán)周期（時(shí)間）。 在確定了電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速后，還應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的性能及安裝連接形式，才能完全 確定電動(dòng)機(jī)的型號與規(guī)格。 14 4.2 液壓

28、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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(bǔ)償作用、工作介 質(zhì)的清潔度要求等；在選擇方向控制閥時(shí)， 除了考慮壓力、流量外，還應(yīng)考慮其中位機(jī)能、 換向頻率、閥口的壓

29、力損失和內(nèi)泄漏大小等。此外，在選擇閥時(shí)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 書中相關(guān)內(nèi)容 。在實(shí)際設(shè)計(jì)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(jì)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），

30、V=（ 24） Qp； 中壓系統(tǒng)（ p<6.3MPa）， V=（ 57） Qp； 中高壓系統(tǒng)（ p 2.5MPa）， V=（ 6-12） Qp。 式中的 Qp 為液壓泵每分鐘輸出的油液體積值。 中壓以上系統(tǒng)（如工程、建筑機(jī)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(yàn)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 書中 有關(guān)原則選用。 15 5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yàn)算，以便初

31、步判斷設(shè)計(jì)的質(zhì)量?；驈膸讉€(gè)方案中評選出最好的設(shè)計(jì)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(jì)出來，所以現(xiàn)在的驗(yàn)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(shí)踐考驗(yàn)的同類型系統(tǒng)，這項(xiàng)工作可省略。 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算的項(xiàng)目很多，常見的有系統(tǒng)的壓力損失驗(yàn)算和發(fā)熱溫升驗(yàn)算。 5.1 液壓系統(tǒng)的壓力損失驗(yàn)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(shí)均提及過壓力損失，當(dāng)時(shí) 由于系統(tǒng)沒有完全設(shè)計(jì)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?，F(xiàn) 在元件、管道、安裝形式均已基本確定，所以需要驗(yàn)算一下系統(tǒng)各部分的壓力損失，看其 是否在前述

32、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(jì)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(jì)進(jìn)行修正。 當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行元件為液壓缸時(shí)，由式（ 6）和式（ 14） 可得液壓泵的最大工作壓力 pp 應(yīng) 滿足 式中 p1、 p2 分別為液壓缸進(jìn)、回油管路的總壓力損失。 同理，系統(tǒng)執(zhí)行元件為液壓馬達(dá)時(shí)，液壓泵的最大工作壓力 pp 應(yīng)滿 式中 T 為液壓馬達(dá)軸上的總外負(fù)載轉(zhuǎn)矩， Mm 為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率， qM 為液壓馬達(dá)的 排量， p

33、1、 p2 分別為液壓馬達(dá)進(jìn)、回油管路的總壓力損失。 從式（ 19）和式（ 20）可以看出，如果液壓執(zhí)行元件的進(jìn)、回油管路的總壓力損失能 較準(zhǔn)確地計(jì)算出來，就能較準(zhǔn)確的確定出液壓泵的最大工作壓力 pp。 。若計(jì)算出的液壓泵的 最大工作壓力 pp 小于泵額定壓力的 75%，泵有一定的儲備壓力，就能保證系統(tǒng)的可靠工作。 否則就應(yīng)選用額定壓力較高的液壓泵，或調(diào)整系統(tǒng)的其他設(shè)計(jì)參數(shù)。 16 這里，管路中的總壓力損失 p 按計(jì)算方法的不同，可分為管道內(nèi)總沿程損失 pl、 液流通過管道內(nèi)變截面管道、彎管等局部地區(qū)所造成的總局部壓力損失 p和液流通過閥 類元件的總局部壓力損失 pv.三部分組成

34、。即 上式中各項(xiàng)損失可以按第二章的有關(guān)公式進(jìn)行估算。在實(shí)際中，一般只對長管道的 p l、按下式進(jìn)行計(jì)算 式中 油液的運(yùn)動(dòng)粘度（ m2/s）； Q 管道中通過的流量（ L/min）； l 管道長度（ m） d 管道直徑（ mm）。 局部損失 p可按下式計(jì)算 當(dāng)通過閥類元件的實(shí)際壓力損失 Qv 不是其額定流量 Qn 時(shí)，它的實(shí)際壓力損失 pv.可 按下式計(jì)算 式中， pn 為閥在額定流量下的壓力損失。 在確定壓力閥的調(diào)整值時(shí)，往往要先計(jì)算出不同工作階段不同工況的系統(tǒng)中某一點(diǎn)的 壓力值，這里要注意各個(gè)工作階段的流量是不同的，需分別計(jì)算各階段的壓力

35、損失值，才 能正確計(jì)算各工作階段的壓力值。 5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱及溫升驗(yàn)算 17 液壓系統(tǒng)工作時(shí)，各種能量損失 最終都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使油溫升高。油溫升高會使油?粘度下降，泄漏增加；油液通過節(jié)流元件時(shí)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(jì)算 系統(tǒng)的發(fā)熱量要進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算一般很困難，下面介紹一種工程上常用的近似計(jì)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(yùn)行中的能量損失，也就是系統(tǒng)產(chǎn)生的 發(fā)熱功率 H 。即 式中 Ni 系統(tǒng)的輸入功率，即液壓泵的輸入功率，

36、可用 Ni = ppqp /p 計(jì)算，式中符號 意義同前 ； No 系統(tǒng)的輸出功率，即執(zhí)行元件的輸出功率； 對于液壓缸 No=Fv 對于液壓馬達(dá) No=2Tn 式中 F 液壓缸的總外負(fù)載力； T 馬達(dá)軸上的總外負(fù)載力矩； v 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度； n 液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。 若整個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的功率是變化的，則可按各階段的發(fā)熱功率求出系統(tǒng)的平均發(fā)熱 功率，即 式中 Nij 整個(gè)工作循環(huán)的第 j 個(gè)階段系統(tǒng)（液壓泵）的輸入功率； Noj 整個(gè)工作循環(huán)的第 j 個(gè)階段系統(tǒng)執(zhí)行元件的輸出功率； tj 第 j 個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間； n 整個(gè)工

37、作循環(huán)的階段數(shù)； T 整個(gè)工作循環(huán)的周期（時(shí)間）。 18 5.2.2 系統(tǒng)的 散熱 功率計(jì)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。油 箱的散熱功率 H由下式計(jì)算 式中 T 系統(tǒng)溫升（ C ）， T=t 2-t1 ，其中， t1為系統(tǒng)的環(huán)境溫度（ C ） ， t2為系 統(tǒng)達(dá)到熱平衡后的溫度（ C ）； A 油箱的散熱面積 (m2)； CT 郵箱的散熱系數(shù) (W / m2C) ， 它們的取值見表 7 表 7 油箱散熱系數(shù) 散熱條件 散熱系數(shù) 散熱條件 散熱系數(shù) 通風(fēng)很差 89 風(fēng)扇冷卻 23 通風(fēng)良好 1517

38、.5 循環(huán)水冷卻 110175 5.2.3 系統(tǒng)溫升 當(dāng)液壓系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱功率等于系統(tǒng)的散熱功率，即 H=H, 聯(lián)系式 （ 27）可得系統(tǒng)的溫升 T 熱平衡后的油溫 表 8 給出了各種機(jī)械允許的最高溫度和溫升值。當(dāng)按上二式計(jì)算出的溫升和熱平衡后 油溫值超過表中數(shù)值時(shí)，就要設(shè)法增大油箱散熱面積或增設(shè)冷卻裝置。 表 8 各種機(jī)械的允許最高溫度和溫升 （ C ） 設(shè)備類別 正常工作溫度 最高允許溫度 油和油箱允許溫升 數(shù)控機(jī)床 30-55 5570 25 一般機(jī)床 3055 5570 3035 船舶 3060 8090 3540 機(jī)車車輛 4060 7

39、080 冶金機(jī)械、液壓機(jī) 4070 8090 工程機(jī)械、礦山機(jī)械 5080 7090 5.2.4 散熱面積計(jì)算 19 由式（ 9-28）可計(jì)算油箱散熱面積 A 為 當(dāng)油箱三個(gè)邊的比例在 1:1:1 至 1:2:3 之間，油箱液面高度為油箱高度的 80%，油箱 的 散熱面積可由下式計(jì)算 式中 V 油箱的有效容積，單位為 m3。 當(dāng)系統(tǒng)需要設(shè)冷卻裝置時(shí)，冷卻器的散熱面積 Ac 可按下式計(jì)算 式中 Cc 散熱器的散熱系數(shù) (kW / m2C)，由產(chǎn)品樣本查得； tj1 工作介質(zhì)的進(jìn)口溫度（ C ）； tj1 工作介質(zhì)的出口溫度（ C ）； tw1 冷卻水（

40、或風(fēng)）的進(jìn)口溫度（ C ）； tw2 冷卻水（或風(fēng)）的出口溫度（ C ） . 6 液壓站裝置的設(shè)計(jì) 對于固定的液壓設(shè)備，常將液壓系統(tǒng)的油箱、動(dòng)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(shí)又使液壓站上的振動(dòng)源與主機(jī)隔開，減少了 液壓站中的油溫變化對主機(jī)精度的影響。這里主要介紹電動(dòng)機(jī)和液壓泵組與油箱的安裝設(shè) 計(jì)問題和控制閥的集成配置等問題。 6.1 電動(dòng)機(jī)和液壓泵組與油箱的安裝設(shè)計(jì) 在常見的液壓站中，按照電動(dòng)機(jī)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。 20 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

41、液壓泵與電機(jī)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(dòng)的、泵與電機(jī)均不 太大的泵站。電機(jī)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(dòng)力振動(dòng) 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(jī)等裝置安裝在油箱旁邊。系統(tǒng)的流量 和油箱容量較大時(shí)，尤其是一個(gè)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(jì)要注意在泵的吸油口與油箱之間 設(shè)置一個(gè)截止閥，以防止液壓泵在維修或拆卸時(shí)油箱中油液外流。下置式油箱液壓泵站是 將液壓泵

42、與電機(jī)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 6.2 電動(dòng)機(jī)與液壓泵的裝配設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)的安裝形式主要有三種：機(jī)座帶底腳、端蓋上無凸緣機(jī)構(gòu)，機(jī)座不帶低腳、端 蓋上帶大于機(jī)座的凸緣機(jī)構(gòu)，機(jī)座帶底腳、端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣機(jī)構(gòu)。如圖 7 所示為 底座帶底腳、端蓋上無凸緣機(jī) 構(gòu)，一般用于水平放置。若電動(dòng)機(jī)與液壓泵組立式放置則應(yīng) 選用機(jī)座不帶底腳、端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣機(jī)構(gòu)，以便于電機(jī)在安裝板上的定位與固定。 機(jī)座帶底腳、端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣機(jī)構(gòu)用于水平放置的電動(dòng)機(jī)與液壓泵

43、組，此時(shí)液壓 泵通過發(fā)蘭式支架支承在電動(dòng)機(jī)上，利用端蓋上的凸緣可方便地在支架上定位。 21 小功率的電動(dòng)機(jī)與液壓泵組可以安裝在油箱蓋上（上置式），功率較大時(shí)需單獨(dú)安裝在 專用的平臺上（非上置式）。電動(dòng)機(jī)與液壓泵組的底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，要便于安裝 和檢修。電動(dòng)機(jī)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(dòng)軸不能承受徑向與軸向載荷，與電機(jī)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

44、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 ，見書 。 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

45、。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 O、公共泄油管道。這些進(jìn)、回油管道可通過底板上的管接頭連出，如圖 22 9 所示。這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)除了設(shè)計(jì)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(gè)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)， 見 書中所示 。這種配置形式的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、不需要專門設(shè)計(jì)專用的 集成塊或集成板，因此

46、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(jì)的液壓系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)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(dòng)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(gè)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(dòng)機(jī)、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

47、可以是示意 圖，也可以是實(shí)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) 23 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(jì)計(jì)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。 三 、設(shè)計(jì)要求： 同學(xué)應(yīng)按照液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊中“液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容”進(jìn)行設(shè)計(jì)。 按照書中的步驟進(jìn)行的主要設(shè)計(jì)步驟： 1）

48、工況分析 2）擬定液壓系統(tǒng)原理圖 3）液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 本部分液壓系統(tǒng)的計(jì)算要詳細(xì)，每一步的推理要邏輯，依據(jù)要可靠。根據(jù)計(jì)算進(jìn)行的 液壓元件選擇應(yīng)根據(jù)每一步的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的元件選型，每選一個(gè)元件應(yīng)詳細(xì)列出廠 家、型號、技術(shù)參數(shù)，并說明選擇的結(jié)果是否滿足要求。 元件的選型主要根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊參考書、液壓設(shè)計(jì)手冊查出，特殊 的可上網(wǎng)查找相關(guān)廠家及技術(shù)參數(shù)。 24 四 、設(shè)計(jì) 題目 (液壓 支架 液壓系統(tǒng) ) 例： ZY8800/22/45D 液壓 支架 液壓控制系統(tǒng) ZY8600/22/45D 中間架高度 2.2m 4.5m，寬度 1.75

49、m，推移千斤頂行程 900mm。 支架 動(dòng)作有： 立柱升降；推移千斤頂伸縮；側(cè)護(hù)板千斤頂伸縮；平衡千斤頂伸縮；護(hù)幫千斤頂 伸縮； 伸縮梁 千斤頂伸縮；起底千斤頂伸；噴霧。 立柱 噴霧閥 推移千斤頂 平衡千斤頂 球形截止閥（進(jìn)液） 起底千斤頂 雙向鎖 液控單向閥組 回液斷路閥 反洗過濾器 前噴霧頭 側(cè)推千斤頂 立柱 護(hù)幫千斤頂 雙向鎖 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 E12 F1 F3 F5 F7 F9 F1 F2 F4 F6 F8 F10 F12 F11 E13 E14 F14 F13 伸縮梁千斤頂 雙向鎖 ZY8800/22/45D 支架液壓系統(tǒng)

50、ZY8800/22/45D 單架輔助閥 表 序號 配合千斤頂 元件名稱 元件型號 配套數(shù) 備注 1 立柱千斤頂 液控單向閥 FDY400/40k 2 2 安全閥 FAD630/50 2 3 球形截止閥 FJQ400/31.5 2 4 壓力表 SY-60 2 5 推移千斤頂 液控 單向閥 FDY80/40k 1 6 安全閥 FAZ40/42 1 7 平衡 千斤頂 雙向鎖 FDS32/40 1 8 安全閥 FAD200/42 2 9 護(hù) 幫 千斤頂 雙向鎖 FDS32/40 1 10 安全閥 FAZ40/42 2 11 伸縮梁 千斤頂 雙向鎖 FDS32/40 1 12

51、 安全閥 FAZ40/42 2 13 側(cè)護(hù)板千斤頂 球形截止閥 FJQ80/31.5 1 14 安全閥 FAZ40/42 1 25 1.1 立柱 液控單向閥組 FDY400/40k 1) 產(chǎn)品特點(diǎn) 液控單向閥帶阻尼孔，開啟、關(guān)閉平穩(wěn)，沖擊脈動(dòng)小， 可靠性高，耐腐蝕，壽命長。 2) 主要用途 本液控單向閥為煤礦支架液壓系統(tǒng)專用閥，用于單個(gè)支架的立柱千斤頂上，分別連接 于立柱千斤頂?shù)纳锨?、下腔及主油路。本產(chǎn)品在升柱時(shí) 作 為普通單向閥使用，在降柱時(shí)通 過遠(yuǎn)控壓力差逐漸開啟單向閥，從而使立柱千斤頂下腔的油通過進(jìn)油口返回，從而達(dá)到平 穩(wěn)降柱的目的。 3) 技術(shù)特性 主要性能 ： 低壓

52、2MPa 下，無泄漏；高壓 40MPa 下，無泄漏。 主要參數(shù) ： 公稱壓力： 40MPa ；公稱流量： 400 min/l ； 正向開啟壓力 ： 1 MPa ； 遠(yuǎn) 控開啟壓力： 4 8MPa ； 按 MT419-1995 檢驗(yàn)應(yīng)符合其各項(xiàng)要求。 4) 規(guī)格及型號 液控單向閥型號 ： FDY400/50K； 意義規(guī)定如下： F 液壓用閥； D 單向閥 ； Y 液控方式 ； 400 公稱流量 400 min/l ； 40 公稱壓力 40MPa ； K 帶阻尼孔結(jié)構(gòu) 。 5) 工作原理 液 控單向閥中 B、 PB、 PB 三處接口相通， PA、 PA 兩處接口相通，四處 A 接 口相

53、通 。 當(dāng)正向供液時(shí) (升柱 )，油 液從 PA 口進(jìn)液，進(jìn) 入立柱下腔，立柱上升。當(dāng)反向供液時(shí) (降柱 )， 油液從 PB 接口、 B 接口進(jìn)液，打開閥芯， A 口與 PA 口 接通，立柱下腔回液，立柱下降。 1.2 立柱安全閥 FAD630/50 1) 產(chǎn)品特點(diǎn) 安全閥 FAD630/50 具有工作壓力高、流量大 的特點(diǎn)，具有很好的密封性和可靠性。 2) 主要用途及適用范圍 本安全閥為煤礦支架液壓系統(tǒng)專用閥，安裝于液壓支架的立柱千斤頂外側(cè)面上，左、 右立柱千斤頂外側(cè)分別安裝一個(gè)。在立柱受到煤層壓力高于 設(shè)定壓力值 時(shí)開啟泄壓，從而 達(dá)到保護(hù)支架的目的。它具有控制立柱的最高工作壓力從

54、而達(dá)到保護(hù)立柱的功能。 3) 技術(shù)特性 主要性能 ： 低壓 2MPa 下，安全閥無泄漏 ； 高壓 50MPa 壓力下，安全閥無泄漏。 26 主要參數(shù) ： 公稱壓力： 50MPa ；公稱流量： 630 min/l 。 4) 工作原理 安全閥 FAD500/50 接于支架液壓系統(tǒng)立柱千斤頂下腔。當(dāng)立柱千斤頂下腔壓力達(dá)到安 全閥開啟壓力時(shí)，即開始推動(dòng)閥芯，使安全閥開啟泄壓，從而保護(hù)立柱千斤頂。 1.3 液控單向 鎖 FDY80/40k 1) 產(chǎn)品特點(diǎn) 液控單向閥帶阻尼孔，開啟、關(guān)閉平穩(wěn)，沖擊脈動(dòng)小， 可靠性高，耐腐蝕，壽命長。 2) 主要用途 本液控單向閥為煤礦支架液壓系統(tǒng)專用閥，

55、用于單個(gè)支架的千斤頂上，分別連接于千 斤頂?shù)淖笄?、右腔及主油?(二級控制油路 )。本產(chǎn)品在千斤頂收縮時(shí) 作 為普通單向閥使用， 在千斤頂伸出時(shí)通過液控壓力逐漸開啟單向閥，從而使千斤頂下腔的油通過進(jìn)油口返回， 從而實(shí)現(xiàn)千斤頂動(dòng)作 。 3) 技術(shù)特性 主要性能 ： 低壓 2MPa 下，無泄漏 ； 高壓 40MPa 下，無泄漏。 主要參數(shù) ： 公稱壓力： 40MPa ；公稱流量： 80 min/l ；正向開啟壓力： 1MPa ；遠(yuǎn) 控開啟壓力： 2 6MPa； 按 MT419-1995 檢驗(yàn)應(yīng)符合其各項(xiàng)要求。 4) 工作原理 在無控制壓力的情況下，來自正向油口的油液只要能克服彈簧力及單向

56、閥自重，便能 推開閥芯而流向出口 (正向流動(dòng) )，但反向油液卻不能通過。如從控制口引入控制壓力油， 則只要在控制活塞承壓面積上所造成的向上液壓力能克服向下的各種力，控制活塞便能推 開閥芯而實(shí)現(xiàn)油液的反向流動(dòng)。 1.4 安全閥 FAZ40/42 1) 產(chǎn)品特點(diǎn) 安全閥 FAZ40/50 具有工作壓力高、流量大的特點(diǎn)，具有很好的密封性和可靠性。 2) 主要用途 安全閥 FAZ40/45 為煤礦支架液壓系統(tǒng)專用閥，安裝于液壓支架的相關(guān)千斤頂外側(cè)面 上。在千斤頂壓力達(dá)到設(shè)定壓力 45MPa 時(shí)開啟泄壓，從而達(dá)到保護(hù)支架的目的。是煤礦液 壓支架液壓控制系統(tǒng)中保護(hù)支架的關(guān)鍵部件，其性能的好壞直接關(guān)

57、系到整個(gè)液壓支架的安 全及壽命。 27 3) 技術(shù)特性 主要性能 ： 低壓 2MPa 下，安全閥無泄漏 ； 高壓 42MPa 壓力下，安全閥無泄漏。 主要參數(shù) ： 公稱壓力： 42MPa；公稱流量： 40L/min； 泄漏量：無泄漏 ； 按 MT419-1995 檢驗(yàn)應(yīng)符合其各項(xiàng)要求。 4) 規(guī)格及型號 本安全閥為高壓、中流量安全閥 。 安全 閥型號 ： FAZ40/42； 意義規(guī)定如下： F 液壓用閥； A 安全 閥 ； Z 中流量； 40 公稱流量 40 min/l ； 42 公稱壓力 42MPa 。 5) 工作原理 安全閥 FAZ40/50 通過雙向鎖接于支架液壓系統(tǒng)千

58、斤頂上、下腔。當(dāng)千斤頂上、下腔壓 力達(dá)到安全閥開啟壓力時(shí)，安全閥即開啟泄壓，達(dá)到保護(hù)千斤頂?shù)哪康摹? 1.5 雙向鎖 FDS32/40 1) 產(chǎn)品特點(diǎn) 雙向鎖 FDS32/40 具有互鎖功能， 雙向鎖可靠性高，耐腐蝕，壽命長。 2) 主要用途 雙向鎖為煤礦支架液壓系統(tǒng)專用閥，可用于 護(hù)幫、 平衡 千斤頂，用來鎖定 護(hù)幫、 平衡 千斤頂?shù)奈恢?，本產(chǎn)品是煤礦液壓支架液壓控制系統(tǒng)中保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)安全的關(guān)鍵部件，其 性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)液壓支架的可靠性。 3) 技術(shù)特性 主要性能 ： 低壓 2MPa 下，無泄漏 ； 公稱壓力 40MPa 下，無滲漏。 主要參數(shù) ： 公稱流量： 32 mi

59、n/l ； 正向開啟壓力： 1MPa ； 控制壓力： 9.4 20.5MPa ； 公稱壓力： 40MPa ； 按 MT419-1995 檢驗(yàn)應(yīng)符合其各項(xiàng)要求。 4) 規(guī)格及型號 雙向鎖 型號 ： FDS32/40 意義規(guī)定如下： F 液壓用閥； D 單向閥 ； S 雙向； 32 公稱流量 32 min/l ； 40 公稱壓力 40MPa 。 5) 工作 原理 在無控制壓力的情況下，來自正向油口的油液只要能克服彈簧力及雙向鎖閥芯自重， 便能推開閥芯而流向出口 (正向流動(dòng) )，但反向油液卻不能通過。如從控制口引入控制壓力 28 油，則只要控制壓力作用在控制活塞承壓面積上所造成的向上液壓力能

60、克服向下的各種力， 控制活塞便能推開閥芯而實(shí)現(xiàn)油液的反向流動(dòng) ,兩腔的正向油口互相作為另一腔的控制油 口。 1.6 雙向鎖 FDS40/40 1) 產(chǎn)品特點(diǎn) 雙向鎖 FDS40/40 具有互鎖功能， 雙向鎖可靠性高，耐腐蝕，壽命長。 2) 主要用途 雙向鎖為煤礦支架液壓系統(tǒng)專用閥，可用于 護(hù)幫、 平衡 千斤頂，用來鎖定 護(hù)幫、 平衡 千斤頂?shù)奈恢?，本產(chǎn)品是煤礦液壓支架液壓控制系統(tǒng)中保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)安全的關(guān)鍵部件，其 性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)液壓支架的可靠性。 3) 技術(shù)特性 主要性能 ： 低壓 2MPa 下，無泄漏 ； 公稱壓力 40MPa 下，無滲漏。 主要參數(shù) ： 公稱流量： 4

61、0 min/l ； 正向開啟壓力： 1MPa ； 控制壓力： 9.4 20.5MPa ； 公稱壓力： 40MPa ； 按 MT419-1995 檢驗(yàn)應(yīng)符合其各項(xiàng)要求。 4) 工作 原理 在無控制壓力的情況下，來自正向油口的油液只要能克服彈簧力及雙向鎖閥芯自重， 便能推開閥芯而流向出口 (正向流動(dòng) )，但反向油液卻不能通過。如從控制口引入控制壓力 油，則只要控制壓力作用在控制活塞承壓面積上所造成的向上液壓力能克服 閥芯反向液壓 力及彈簧力 的 合 力，控制活塞便能推開閥芯而實(shí)現(xiàn)油液的反向流動(dòng) ,兩腔的正向油口互相作 為另一腔的控制油口。 1.7 球型截止閥 FJQ320/31.5 1) 產(chǎn)

62、品特點(diǎn) 本球形截止閥用球體作轉(zhuǎn)動(dòng)體，用工程塑料聚甲醛作密封材料，手動(dòng)操作，具有結(jié)構(gòu) 簡單可靠、使用輕巧維修方便，密封好壽命長，耐壓高，流量大等特點(diǎn)。 2) 主要用途 本球形截止閥為煤礦支架液壓系統(tǒng)專用，用于主控制閥之后，執(zhí)行千斤頂之前，對進(jìn)、 回液及各立柱進(jìn)行手動(dòng)選擇控制，也可對其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)選擇控制。 3) 技術(shù)特性 主要性能 ： 低壓 2MPa 下，無泄漏 ； 高壓 31.5MPa 下，無泄漏。 29 主要技術(shù)參數(shù) ： 公稱壓力 31.5MPa ；公稱流量 800 min/l ；手柄操作力矩 30N.m ； 按 MT419-1995 檢驗(yàn)應(yīng)符合其各項(xiàng)要求。 4) 規(guī)格及

63、型號 球形截止閥 FJQ800/31.5 為高壓大流量截止閥， 回液斷路器 型號 ： FJQ800/31.5 意義規(guī)定如下： F 液壓用閥； J 截止 閥 ； Q 球形； 800 公稱流量 800 min/l ； 31.5 額定 壓力 31.5MPa 。 5) 工作原理 旋轉(zhuǎn)手柄 使執(zhí)行機(jī)構(gòu)與主油路接通，由控制閥組控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作；當(dāng)不用該執(zhí)行機(jī) 構(gòu)時(shí)，旋轉(zhuǎn)手柄關(guān)閉油路，使該執(zhí)行機(jī)構(gòu)與主油路斷開，達(dá)到選擇使用的目的。 30 設(shè)計(jì)題目 機(jī)設(shè) 15-1 班 第一題： ZY8600/15/32 兩柱掩護(hù)式液壓支架 ZY8600/15/32 支架

64、結(jié)構(gòu)圖 架型： 兩柱掩護(hù)式 型號： ZY8600/15/32 支架結(jié)構(gòu)高度： 1500 3200mm 支架寬度： 1650 1850mm 支架中心距： 1750mm 初撐力： 6413kN （ P=31.4MPa ） 支架工 作阻力： 8600 kN （ P=42.2MPa ） 支護(hù)強(qiáng)度： 0.90 1.0MPa 底板尖端比壓： 3.3 4.4MPa 移架

65、步距 960mm 泵站壓力： 31.5MPa 重 量 約 26.0t/架 1 ZY8600/15/32 液壓支架立柱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) (第 1-5 號學(xué)生設(shè)計(jì) ) 要求：各學(xué)生除完成立柱 液壓 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及元件選型工作（畫出液壓系統(tǒng) 回 路 圖） 后 ，還需完成專題設(shè)計(jì) (設(shè)計(jì) 計(jì)算并 校 核，同時(shí) 手 工畫出 圖 紙 ) 1 號專題：立柱油缸設(shè)計(jì) 2 號專題：液控單向閥設(shè)計(jì) 3 號專題：立柱安全閥設(shè)計(jì) 4 號專題：球形截止閥設(shè)計(jì) 5 號專題： 換 向主閥 設(shè)計(jì) 31 立柱結(jié)構(gòu)如 下 圖所示。

66、 型式： 雙伸縮（ 2 根） 缸徑（大 /小）： 360/270mm 柱徑（大 /?。? 340/230mm 工作阻力： 4300kN （ P=42.2MPa ） 行程： 1516mm 2 ZY8600/15/32 液壓支架推移油缸液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) (第 6-9 號學(xué)生設(shè)計(jì) ) 要求：各學(xué)生除完成 推移油缸 液壓 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及元件選型工作（畫出液壓系統(tǒng) 回 路 圖）后 ，還需完成專題設(shè)計(jì) (設(shè)計(jì) 計(jì)算并 校 核，同時(shí) 手 工畫出 圖 紙 ) 6 號專題： 推移 油缸設(shè)計(jì) 7 號專題： 推移液控單向閥 設(shè)計(jì) 8 號專題： 推移 安全閥設(shè)計(jì) 9 號專題： 換 向主閥 設(shè) 計(jì) 型式： 普通雙作用（ 1根） 缸徑： 160mm 桿徑： 115mm 推溜力 /拉架力 306/633kN 行程： 960mm