1、2022-3-812022-3-8機械工程學院機自教研室機械工程學院機自教研室1第九章液壓系統的設計與計算第九章液壓系統的設計與計算液壓傳動及控制液壓傳動及控制 9 9.1.1液壓系統的設計原則和依據液壓系統的設計原則和依據 概述概述 液壓系統設計是整機設計的重要組成部分，是實現整個系統液壓系統設計是整機設計的重要組成部分，是實現整個系統液壓控制部分的關鍵。設計主要包括液壓控制部分的關鍵。設計主要包括液壓系統工況分析和系統的確液壓系統工況分析和系統的確定定、液壓系統參數的確定液壓系統參數的確定、液壓系統圖的擬定液壓系統圖的擬定、液壓元件的計算和液壓元件的計算和選取選取等。等。要求要求：系統的設

2、計除應滿足主機要求的功能和性能外，還必：系統的設計除應滿足主機要求的功能和性能外，還必須符合須符合質量輕、體積小、成本低、效率高、結構簡單、使用維護方質量輕、體積小、成本低、效率高、結構簡單、使用維護方便便等一般要求及工作可靠這一特別重要的要求。等一般要求及工作可靠這一特別重要的要求。出發點出發點：可以是充分發揮其組成元件的工作性能，也可以是：可以是充分發揮其組成元件的工作性能，也可以是著重追求其工作狀態的絕對可靠。前者著眼于效能，后者著眼于安著重追求其工作狀態的絕對可靠。前者著眼于效能，后者著眼于安全；實際的設計工作則常常是這兩觀點不同程度的組合，視具體要全；實際的設計工作則常常是這兩觀點不

3、同程度的組合，視具體要求不同而有所側重。求不同而有所側重。 9 9.1.1液壓系統的設計原則和依據液壓系統的設計原則和依據 設計原則設計原則 資源最佳利用率原則資源最佳利用率原則能量損耗最少原則能量損耗最少原則環保原則環保原則（1 ）盡量不用有毒有害的原材料。）盡量不用有毒有害的原材料。（2 ）工作介質污染控制。）工作介質污染控制。（3 ）液壓系統噪聲控制。）液壓系統噪聲控制。技術先進性原則技術先進性原則集成化、模塊化原則集成化、模塊化原則 9 9.1.1液壓系統的設計原則和依據液壓系統的設計原則和依據 設計依據設計依據 設計要求是進行工程設計的主要依據。設計前必須把主機對液壓系統的設計要求是

4、進行工程設計的主要依據。設計前必須把主機對液壓系統的設計要求和與設計相關的情況了解清楚，一般要明確下列主要問題：設計要求和與設計相關的情況了解清楚，一般要明確下列主要問題： （1）主機用途、總體布局與結構、主要技術參數與性能要求、工藝流）主機用途、總體布局與結構、主要技術參數與性能要求、工藝流程或工作循環、作業環境與條件等。程或工作循環、作業環境與條件等。 （2）液壓系統應完成哪些動作，各個動作的工作循環及循環時間；負）液壓系統應完成哪些動作，各個動作的工作循環及循環時間；負載大小及性質、運動形式及速度快慢；各動作的順序要求及互鎖關系，各動載大小及性質、運動形式及速度快慢；各動作的順序要求及互

5、鎖關系，各動作的同步要求及同步精度；液壓系統的工作性能要求，如運動平穩性、調速作的同步要求及同步精度；液壓系統的工作性能要求，如運動平穩性、調速范圍、定位精度、轉換精度、自動化程度、效率與溫升、振動與噪聲、安全范圍、定位精度、轉換精度、自動化程度、效率與溫升、振動與噪聲、安全性與可靠性等。性與可靠性等。 （3）液壓系統的工作溫度及其變化范圍，濕度大小，風沙與粉塵情況，）液壓系統的工作溫度及其變化范圍，濕度大小，風沙與粉塵情況，防火與防爆要求，安裝空間的大小、外廓尺寸與質量限制等。防火與防爆要求，安裝空間的大小、外廓尺寸與質量限制等。 （4）節能、環保方面的要求，如油液污染、系統噪聲污染等。）節

6、能、環保方面的要求，如油液污染、系統噪聲污染等。 （5）經濟性與成本等方面的要求。）經濟性與成本等方面的要求。 只有明確了設計要求及工作環境，只有明確了設計要求及工作環境，才能使設計的系統不僅滿足性能要求，并且具有較高的可靠性、良好的空間才能使設計的系統不僅滿足性能要求，并且具有較高的可靠性、良好的空間布局及造型。布局及造型。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法概述概述 液壓傳動系統的設計迄今仍沒有液壓傳動系統的設計迄今仍沒有一個公認的統一步驟，常常隨著系統一個公認的統一步驟，常常隨著系統的繁簡、借鑒的多寡、設計人員經驗的繁簡、借鑒的多寡、設計人員經驗的不同而在具體做法上有所差異。的不

7、同而在具體做法上有所差異。實際設計工作中，大體上可按右實際設計工作中，大體上可按右圖所示的內容和流程來進行。這里除圖所示的內容和流程來進行。這里除了最后一項外全部屬于性能設計的范了最后一項外全部屬于性能設計的范圍。這些步驟是相互關聯的，常須穿圍。這些步驟是相互關聯的，常須穿插進行，并經反復修改才能逐步完成。插進行，并經反復修改才能逐步完成。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法 明確設計要求明確設計要求 。因此設計開始，首先必須搞清下列問題：因此設計開始，首先必須搞清下列問題：設備的用途、總體布局、主要結構、技術參數與性能設備的用途、總體布局、主要結構、技術參數與性能要求。要求。設備對液

8、壓裝置在位置布置和空間尺寸以及質量上的設備對液壓裝置在位置布置和空間尺寸以及質量上的限制。限制。設備的工藝流程或工作循環、作業環境等。設備的工藝流程或工作循環、作業環境等。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法 明確設計要求明確設計要求 1 1）液壓系統應完成的動作，液壓執行元件的運動方式（移動、）液壓系統應完成的動作，液壓執行元件的運動方式（移動、轉動或擺動）及其工作范圍。轉動或擺動）及其工作范圍。2 2）液壓執行元件的負載大小及負載性質，運動速度的大小及其）液壓執行元件的負載大小及負載性質，運動速度的大小及其變化范圍。變化范圍。3 3）液壓執行元件的動作順序及聯鎖關系，各動作的同步要

9、求及）液壓執行元件的動作順序及聯鎖關系，各動作的同步要求及同步精度。同步精度。4 4）對液壓系統工作性能的要求，如運動平穩性、定位精度、轉）對液壓系統工作性能的要求，如運動平穩性、定位精度、轉換精度、自動化程度、工作效率、溫升、振動、沖擊與噪聲、換精度、自動化程度、工作效率、溫升、振動、沖擊與噪聲、安全性與可靠性等。安全性與可靠性等。5 5）對液壓系統的工作方式及控制方式的要求。）對液壓系統的工作方式及控制方式的要求。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法 明確設計要求明確設計要求 1 1）周圍介質、環境溫度、濕度大小、風砂與塵埃情況、外界沖）周圍介質、環境溫度、濕度大小、風砂與塵埃情況

10、、外界沖擊振動等。擊振動等。2 2）防火與防爆要求。）防火與防爆要求。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法執行元件的工況分析執行元件的工況分析 是擬定液壓系統方案、選擇或設計液是擬定液壓系統方案、選擇或設計液壓元件的依據。壓元件的依據。液壓系統承受的負載可液壓系統承受的負載可，可，可，也可以，也可以。當用理論分析確定系統的。當用理論分析確定系統的實際負載時，必須仔細考慮它所有的實際負載時，必須仔細考慮它所有的，例如：，例如：（切削力、擠壓力、彈性塑性變形抗力、質量等）、（切削力、擠壓力、彈性塑性變形抗力、質量等）、和和（摩擦力、背壓力）等。（摩擦力、背壓力）等。此外必須注意此外必須注意

11、：是：是還是還是，是，是還是還是；是否存在；是否存在，是否有，是否有。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法 執行元件的工況分析執行元件的工況分析 即對液壓執行件一個工作循環中各階即對液壓執行件一個工作循環中各階段的運動速度變化情況進行分析，并畫出速度循環圖。段的運動速度變化情況進行分析，并畫出速度循環圖。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法執行元件主要參數執行元件主要參數 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法系統原理圖的擬定系統原理圖的擬定 ：的分析與選擇的分析與選擇的分析與選擇的分析與選擇的分析與選擇的分析與選擇的分析、選擇與合并的分析、選擇與合并 9 9.2.2設計步

12、驟和方法設計步驟和方法執行元件的形式執行元件的形式 液壓系統采用的液壓系統采用的，視主機所要實現的，視主機所要實現的而定，可按下表來選擇。而定，可按下表來選擇。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法執行元件的形式執行元件的形式 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法油路循環方式的分析與選擇油路循環方式的分析與選擇 液壓系統液壓系統為為和和兩種，它們各自的兩種，它們各自的特點及其相互比較見下特點及其相互比較見下 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法油源類型的分析與選擇油源類型的分析與選擇 根據系統工作壓力的高低，選擇液壓泵的壓力等級和結根據系統工作壓力的高低，選擇液壓泵的壓力等級

13、和結構形式。構形式。根據油源輸出流量變化的大小和系統節能的要求，選擇根據油源輸出流量變化的大小和系統節能的要求，選擇用定量泵還是變量泵。用定量泵還是變量泵。根據執行元件的多寡和系統工作循環中壓力、流量的變根據執行元件的多寡和系統工作循環中壓力、流量的變化情況，選擇單泵供油還是多泵供油。化情況，選擇單泵供油還是多泵供油。根據系統對油源綜合性能的要求，選擇泵的控制方式，根據系統對油源綜合性能的要求，選擇泵的控制方式，是限壓式、恒壓式、恒流量式，還是恒功率式等等。是限壓式、恒壓式、恒流量式，還是恒功率式等等。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法調速方案的分析與選擇調速方案的分析與選擇 對主機

14、主要性能起決定性的作用。選擇調速方案時，應依據對主機主要性能起決定性的作用。選擇調速方案時，應依據液壓執行元件的液壓執行元件的和和以及以及等因素，參考下表進行分等因素，參考下表進行分析比較，最后選出合適的調速方案。析比較，最后選出合適的調速方案。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法液壓基本回路的分析與選擇液壓基本回路的分析與選擇 這里是指除調速回路以外的液壓基本回路。這里是指除調速回路以外的液壓基本回路。選擇液壓回路是選擇液壓回路是，從眾多成熟的方案中經過分析、評比挑選出來的。，從眾多成熟的方案中經過分析、評比挑選出來的。選擇液壓回路一般可按如下步驟進行：選擇液壓回路一般可按如下步驟進

15、行： 通常液壓系統都必須設通常液壓系統都必須設置置、及及等。等。 液壓執行元件存在外負載對液壓執行元件存在外負載對系統作功的工況（例如有垂直運動部件的系統）時，要設置系統作功的工況（例如有垂直運動部件的系統）時，要設置，以，以防止外負載使液壓執行元件超速運動。在外負載慣性較大的系統中，為防防止外負載使液壓執行元件超速運動。在外負載慣性較大的系統中，為防止產生液壓沖擊，要設置止產生液壓沖擊，要設置。對有快速運動部件的系統或要求精確。對有快速運動部件的系統或要求精確換向的系統，要設置換向的系統，要設置或或，等等。，等等。 如有多個液壓執行元件的系如有多個液壓執行元件的系統，根據需要設置統，根據需要

16、設置、或或。有些系統還要設。有些系統還要設置置、等。對液壓機而言，等。對液壓機而言，是必不可少的。對閉式系統而言，必須有是必不可少的。對閉式系統而言，必須有。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法液壓基本回路的分析與選擇液壓基本回路的分析與選擇 選擇一些主要液壓回路時，還需注意以下幾點：選擇一些主要液壓回路時，還需注意以下幾點：調壓回路的選擇主要決定于系統的調速方案。在節流調速系統中，調壓回路的選擇主要決定于系統的調速方案。在節流調速系統中，一般采用調壓回路；在容積調速和容積節流調速或旁路節流調速系統一般采用調壓回路；在容積調速和容積節流調速或旁路節流調速系統中，則均采用限壓回路。中，則

17、均采用限壓回路。 一個油源同時提供兩種不同工作壓力時，可以采用減壓回路。對一個油源同時提供兩種不同工作壓力時，可以采用減壓回路。對于工作時間相對輔助時間較短而功率又較大的系統，可以考慮增加一于工作時間相對輔助時間較短而功率又較大的系統，可以考慮增加一個卸荷回路。個卸荷回路。速度換接回路的選擇主要依據換接時位置精度和平穩性的要求。速度換接回路的選擇主要依據換接時位置精度和平穩性的要求。同時還應結構簡單、調整方便、控制靈活。同時還應結構簡單、調整方便、控制靈活。多個液壓缸順序動作回路的選擇主要考慮順序動作的可變換性、多個液壓缸順序動作回路的選擇主要考慮順序動作的可變換性、行程的可調性、順序動作的可

18、靠性等。行程的可調性、順序動作的可靠性等。多個液壓缸同步動作回路的選擇主要考慮同步精度、系統調整、多個液壓缸同步動作回路的選擇主要考慮同步精度、系統調整、控制和維護的難易程度等。控制和維護的難易程度等。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法動力元件的動力元件的選擇選擇 液壓泵的最大供油量液壓泵的最大供油量 由液壓缸工況圖中的最大流量由液壓缸工況圖中的最大流量 確定，確定， 計算公式如下。計算公式如下。1 1）一般情況下）一般情況下2 2）采用節流調速時）采用節流調速時3 3）采用蓄能器時）采用蓄能器時確定液壓泵最高工作壓力，計算公式如下。確定液壓泵最高工作壓力，計算公式如下。液壓泵電動機

19、的功率可以按下式計算：液壓泵電動機的功率可以按下式計算： 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法閥類元件的閥類元件的選擇選擇 一個設計得好的液壓系統應盡可能多地由標準液壓控制元件組成，使一個設計得好的液壓系統應盡可能多地由標準液壓控制元件組成，使自行設計的專用液壓控制元件減少到最低限度。自行設計的專用液壓控制元件減少到最低限度。選擇液壓控制元件的主要依據和應考慮的問題見下表。其中最大流量選擇液壓控制元件的主要依據和應考慮的問題見下表。其中最大流量必要時允許短期超過額定流量的必要時允許短期超過額定流量的20%，否則會引起發熱、噪聲、壓力損失，否則會引起發熱、噪聲、壓力損失等增大和閥性能的下降

20、。等增大和閥性能的下降。 選擇閥時還應注意下列的問題：選擇閥時還應注意下列的問題：、及及等。等。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法輔助元件的輔助元件的選擇選擇 蓄能器的選擇蓄能器的選擇過濾器的選擇過濾器的選擇油箱的設計油箱的設計冷卻器的選擇冷卻器的選擇加熱器的選擇加熱器的選擇管件的選擇管件的選擇 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法閥類元件配置形式的閥類元件配置形式的選擇選擇 目前，閥類元件的配置形式廣泛采用集成式配置的形式。目前，閥類元件的配置形式廣泛采用集成式配置的形式。1 1、箱體式配置、箱體式配置2 2、集成塊式配、集成塊式配置置3 3、疊加閥式配置、疊加閥式配置 9

21、9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法系統性能驗算系統性能驗算（1 1）系統壓力損失系統壓力損失的的驗算驗算 液壓系統液壓系統包括包括和和以及以及三項。三項。 計算系統壓力損失時，不同的工作階段要分開來計算。計算系統壓力損失時，不同的工作階段要分開來計算。的壓力損失要折算到的壓力損失要折算到去。去。（2 2）系統發熱與溫升的驗算系統發熱與溫升的驗算液壓系統的各種能量損失都將轉化為熱量，使系統工作溫度液壓系統的各種能量損失都將轉化為熱量，使系統工作溫度升高，從而產生一系列不利影響。升高，從而產生一系列不利影響。系統中的系統中的主要來自于主要來自于、和和等功率損失。等功率損失。損失一般較小，通?？?/p>

22、以忽略不計。損失一般較小，通?？梢院雎圆挥?。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法繪制工作圖繪制工作圖 一、繪制工作圖一、繪制工作圖（一）繪制液壓系統圖（一）繪制液壓系統圖 在圖上應注明各元件的規格、型號以及壓力、流量調整值，并在圖上應注明各元件的規格、型號以及壓力、流量調整值，并附有執行元件的工作循環圖，控制元件的動作順序表和簡要說明。附有執行元件的工作循環圖，控制元件的動作順序表和簡要說明。（二）繪制液壓系統裝配圖（二）繪制液壓系統裝配圖 液壓系統的裝配圖是正式安裝、施工的圖樣，包括油箱裝配圖、液壓系統的裝配圖是正式安裝、施工的圖樣，包括油箱裝配圖、液壓泵裝置圖、油路裝配圖和管路裝配

23、圖等。在管路裝配圖中要標液壓泵裝置圖、油路裝配圖和管路裝配圖等。在管路裝配圖中要標明液壓元、部件的位置和固定方式、油管的規格尺寸和布管情況以明液壓元、部件的位置和固定方式、油管的規格尺寸和布管情況以及各種管接頭的形式和規格等。液壓專用件或閥塊須畫出裝配圖和及各種管接頭的形式和規格等。液壓專用件或閥塊須畫出裝配圖和專用零件圖。專用零件圖。二、編制技術文件二、編制技術文件 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法繪制工作圖繪制工作圖 完成液壓系統設計時，應考慮以下幾個問題：完成液壓系統設計時，應考慮以下幾個問題： 這個系統能否完滿地實現所要求的各項功能？是否要這個系統能否完滿地實現所要求的各項功

24、能？是否要進行補充或修正？進行補充或修正？有無多余或重復的元件和油路可以去掉或合并？有無多余或重復的元件和油路可以去掉或合并？各液壓回路之間是否會產生干擾？各液壓回路之間是否會產生干擾？系統會不會產生液壓沖擊？有沒有防止液壓沖擊的措系統會不會產生液壓沖擊？有沒有防止液壓沖擊的措施？施？控制油路是否可靠？當直接從主油路上引出控制油路控制油路是否可靠？當直接從主油路上引出控制油路時，應保證控制油路始終具有一定的壓力（包括系統卸荷時）。時，應保證控制油路始終具有一定的壓力（包括系統卸荷時）。 9 9.2.2設計步驟和方法設計步驟和方法繪制工作圖繪制工作圖 系統測壓點的分布是否合理、正確？通常，測壓點應設系統測壓點的分布是否合理、正確？通常，測壓點應設在：液壓泵的出口、溢流閥的入口油路上；減壓閥或增壓器的出在：液壓泵的出口、溢流閥的入口油路上；減壓閥或增壓器的出口油路上；順序閥或背壓閥入口油路上；壓力繼電器或過濾器的口油路上；順序閥或背壓閥入口油路上；壓力繼電器或過濾器的前油路上；液壓執行元件的進、出油口處；潤滑油路、控制油路前油路上；液壓執行元件的進、出油口處；潤滑油路、控制油路上。上。系統是否有工作介質的凈