液压传动系统设计计算(3)

（52）

间接冲击（即t＞η）时，管道内压力增大值

式中 ρ——液体密度（kg/m）；

△υ——关闭或开启液流通道前后管道内流速之差（m/s）； t——关闭或打开液流通道的时间（s）；

η=

——管道长度为l时，冲击波往返所需的时间（s）；

3

——管道内液流中冲击波的传播速度（m/s）。

若不考虑粘性和管径变化的影响，冲击波在管内的传播速度

式中 E0——液压油的体积弹性模量（Pa），其推荐值为E0=700MPa； δ、d——管道的壁厚和内径（m）；

E——管道材料的弹性模量（Pa），常用管道材料弹性模量：钢E=2.1×1011Pa，紫铜E=1.18×1011Pa。 2）急剧改变液压缸运动速度时，由于液体及运动机构的惯性作用而引起的压力冲击，其压力的增大值为

式中 ——液流第i段管道的长度（m）； Ai——第i段管道的截面积（m2）； A——液压缸活塞面积（m2）；

M——与活塞连动的运动部件质量（kg）； △υ——液压缸的速度变化量（m/s）； t——液压缸速度变化△υ所需时间（s）。

计算出冲击压力后，此压力与管道的静态压力之和即为此时管道的实际压力。实际压力若比初始设计压力大得多时，要重新校核一下相应部件管道的强度及阀件的承压能力，如不满足，要重新调整。

11

设计液压装置，编制技术文件

6.1 液压装置总体布局

液压系统总体布局有集中式、分散式。

集中式结构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外或安装在地下，组成液压站。如冷轧机、锻压机、电弧炉等有强烈热源和烟尘污染的冶金设备，一般都是采用集中供油方式。 分散式结构是把液压系统中液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的地方。机床、工程机械等可移动式设备一般都采用这种结构。 6.2 液压阀的配置形式

1）板式配置 板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上，板上钻有与阀口对应的孔，通过管接头联接油管而将各阀按系统图接通。这种配置可根据需要灵活改变回路形式。液压实验台等普遍采用这种配置。

2）集成式配置 目前液压系统大多数都采用集成形式。它是将液压阀件安装在集成块上，集成块一方面起安装底板作用，另一方面起内部油路作用。这种配置结构紧凑、安装方便。 6.3 集成块设计

1）块体结构 集成块的材料一般为铸铁或锻钢，低压固定设备可用铸铁，高压强振场合要用锻钢。块体加工成正方体或长方体。

对于较简单的液压系统，其阀件较少，可安装在同一个集成块上。如果液压系统复杂，控制阀较多，就要采取多个集成块叠积的形式。

相互叠积的集成块，上下面一般为叠积接合面，钻有公共压力油孔P，公用回油孔T，泄漏油孔L和4个用以叠积紧固的螺栓孔。

P孔，液压泵输出的压力油经调压后进入公用压力油孔P，作为供给各单元回路压力油的公用油源。 T孔，各单元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。 L孔，各液压阀的泄漏油，统一通过公用泄漏油孔流回油箱。

集成块的其余四个表面，一般后面接通液压执行元件的油管，另三个面用以安装液压阀。块体内部按系统图的要求，钻有沟通各阀的孔道。

2）集成块结构尺寸的确定 外形尺寸要求满足阀件的安装，孔道布置及其他工艺要求。为减少工艺孔，缩短孔道长度，阀的安装位置要仔细考虑，使相通油孔尽量在同一水平面或是同一竖直面上。对于复杂的液压系统，需要多个集成块叠积时，一定要保证三个公用油孔的坐标相同，使之叠积起来后形成三个主通道。

各通油孔的内径要满足允许流速的要求，具体参照本章4.4节确定孔径。一般来说，与阀直接相通的孔径应等于所装阀的油孔通径。

油孔之间的壁厚δ不能太小，一方面防止使用过程中，由于油的压力而击穿，另一方面避免加工时，因油孔的偏斜而误通。对于中低压系统，δ不得小于5mm，高压系统应更大些。 6.4 绘制正式工作图，编写技术文件

12

液压系统完全确定后，要正规地绘出液压系统图。除用元件图形符号表示的原理图外，还包括动作循环表和元件的规格型号表。图中各元件一般按系统停止位置表示，如特殊需要，也可以按某时刻运动状态画出，但要加以说明。

装配图包括泵站装配图，管路布置图，操纵机构装配图，电气系统图等。 技术文件包括设计任务书、设计说明书和设备的使用、维护说明书等。

进行工况分析、确定液压系统的主要参数

通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。

液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 2.1 载荷的组成和计算

2.1.1 液压缸的载荷组成与计算

图1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注图上，其中FW是作用在活塞杆上的外部载荷，Fm中活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。

图1液压系统计算简图

作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷Fg，导轨的摩擦力Ff和由于速度变化而产生的惯性力Fa。 （1）工作载荷Fg

常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。 （2）导轨摩擦载荷Ff 对于平导轨

（1）

对于V型导轨

13

（2）

式中 G——运动部件所受的重力（N）； FN——外载荷作用于导轨上的正压力（N）； μ——摩擦系数，见表1；

α——V型导轨的夹角，一般为90°。 （3）惯性载荷Fa

表1 摩擦系数μ

导轨类型 导轨材料 运动状态 起动时 滑动导轨 铸铁对铸铁 低速（υ＜0.16m/s) 高速（υ＞0.16m/s） 滚动导轨 静压导轨 铸铁对滚柱（珠） 淬火钢导轨对滚柱 铸铁 摩擦系数 0.15～0.20 0.1～0.12 0.05～0.08 0.005～0.02 0.003～0.006 0.005 式中 g——重力加速度；g=9.81m/s2； △υ——速度变化量（m/s）；

△t——起动或制动时间（s）。一般机械△t=0.1～0.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般取 以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷FW。 起动加速时 FW=Fg+Ff+Fa （4） 稳态运动时 FW=Fg+Ff （5） 减速制动时 FW=Fg+Ff-Fa （6）

工作载荷Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则 Fg=0。

除外载荷FW外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，由于各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为

（7）

式中 ηm——液压缸的机械效率，一般取0.90～0.95。

=0.5～1.5

2

m/s 。

（8）

2.1.2 液压马达载荷力矩的组成与计算 （1）工作载荷力矩Tg

常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻力矩等。

14

（2）轴颈摩擦力矩Tf

Tf=μGr （9）

式中 G——旋转部件施加于轴劲上的径向力（N）； μ——摩擦系数，参考表1选用； r——旋转轴的半径（m）。 （3）惯性力矩Ta

（10）

式中 ε——角加速度（rad/s2）； △ω——角速度变化量（rad/s）； △t——起动或制动时间（s）； J——回转部件的转动惯量（kg·m2）。 起动加速时

（11）

稳定运行时 （12）

减速制动时 （13）

计算液压马达载荷转矩T时还要考虑液压马达的机械效率ηm（ηm=0.9～0.99）。

（14）

根据液压缸或液压马达各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进一步选择系统工作压力和确定其他有关参数。 2.2 初选系统工作压力

压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看出不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表2和表3。 2.3 计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量 （1）计算液压缸的主要结构尺寸

液压缸有关设计参数见图2。图a为液压缸活塞杆工作在受压状态，图b活塞杆工作在受拉状态。 活塞杆受压时

（15）

15

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库液压传动系统设计计算(3)在线全文阅读。