液压传动系统设计计算--液压系统的设计步骤与设计要求(编辑修改稿)

液压传动系统设计计算--液压系统的设计步骤与设计要求(编辑修改稿)内容摘要：

tj—— 液压马达的外载转矩、转速、工作时间（ Nm、 rad/s、 s）； FWi、 si—— 液压缸外载荷及驱动此载荷的行程（ Nm）。 计算液压系统的散热功率 液压系统的散热渠道主要是油箱表面，但如果系统外接管路较长，而且用式（ 41）计算发热功率时，也应考虑管路表面散热。 Phc=（ K1A1+K2A2） △ T （ 45） 式中 K1—— 油箱散热系数，见表 12； K2—— 管路散热系数，见表 13； A A2—— 分别为油箱、管道的散热面积（ m2）； △ T—— 油温与环境温度之差（ ℃ ）。 表 12 油箱散热系数 K1 （ W/（ m2℃ ）） 冷却条件 K1 通风条件很差 8～ 9 通风条件良好 15～ 17 用风扇冷却 23 循环水强制冷却 110～ 170 表 13 管道散热系数 K2 （ W/（ m2℃ ）） 风速 /ms1 管道外径 /m 0 8 6 5 1 25 14 10 5 69 40 23 若系统达到热平衡，则 Phr=Phc，油温不再升高，此时，最大温差 环境温度为 T0，则油温 T=T0+△ T。 如果计算出的油温超过该液压设备允许的最高油温（各种机械允许油温见表 14），就要设法增大散热面积，如果油箱的散热面积不能加大，或加大一些也无济于事时，需要装设冷却器。 冷却器的散热面积 表 14 各种机械允许油温（ ℃ ） 液压设备类型 正常工作温度 最高允许温度 数控机床 30～ 50 55～ 70 一般机床 30～ 55 55～ 70 机车车辆 40～ 60 70～ 80 船舶 30～ 60 80～ 90 冶金机械、液压机 40～ 70 60～ 90 工程机械、矿山机械 50～ 80 70～ 90 式中 K—— 冷却器的散热系数，见本篇第 8 章液压辅助元件有关散热器的散热系数； △ tm—— 平均温升（ ℃ ）， T T2—— 液压油入口和出口温度； t t2—— 冷却水或风的入口和出口温度。 根据散热要求计算油箱容量 式（ 46）是在初步确定油箱容积的情况下，验算其散热面积是否 满足要求。 当系统的发热量求出之后，可根据散热的要求确定油箱的容量。 由式（ 46）可得油箱的散热面积为 如不考虑管路的散热，式（ 48）可简化为 油箱主要设计参数如图 3 所示。 一般油面的高度为油箱高 h 的 倍，与油直接接触的表面算全散热面，与油不直接接触的表面算半散热面，图示油箱的有效容积和散热面积分别为 图 3 油箱结构尺寸 V= （ 50） A1=（ α+b） + （ 51） 若 A1求出，再根据结构要求确定 α、 b、 h 的比例关系，即可确定油 箱的主要结构尺寸。 如按散热要求求出的油箱容积过大，远超出用油量的需要，且又受空间尺寸的限制，则应适当缩小油箱尺寸，增设其他散热措施。 计算液压系统冲击压力 压力冲击是由于管道液流速度急剧改变而形成的。 例如液压执行元件在高速运动中突然停止，换向阀的迅速开启和关闭，都会产生高于静态值的冲击压力。 它不仅伴随产生振动和噪声，而且会因过高的冲击压力而使管路、液压元件遭到破坏。 对系统影响较大的压力冲击常为以下两种形式： 1）当迅速打开或关闭液流通路时，在系统中产生的冲击压力。 直接冲击（即 t＜ η）时，管道 内压力增大值 （ 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/m3）； △ 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）； —— 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=1011Pa，紫铜 E=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。 设计液压装置，编制技术文件 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。 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。 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 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。 绘制正式工作图，编写技术文件 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。