液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算--液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 tj—— 液壓馬達(dá)的外載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、工作時間（ Nm、 rad/s、 s）； FWi、 si—— 液壓缸外載荷及驅(qū)動此載荷的行程（ Nm）。 計算液壓系統(tǒng)的散熱功率 液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱表面，但如果系統(tǒng)外接管路較長，而且用式（ 41）計算發(fā)熱功率時，也應(yīng)考慮管路表面散熱。 Phc=（ K1A1+K2A2） △ T （ 45） 式中 K1—— 油箱散熱系數(shù)，見表 12； K2—— 管路散熱系數(shù)，見表 13； A A2—— 分別為油箱、管道的散熱面積（ m2）； △ T—— 油溫與環(huán)境溫度之差（ ℃ ）。 表 12 油箱散熱系數(shù) K1 （ W/（ m2℃ ）） 冷卻條件 K1 通風(fēng)條件很差 8～ 9 通風(fēng)條件良好 15～ 17 用風(fēng)扇冷卻 23 循環(huán)水強(qiáng)制冷卻 110～ 170 表 13 管道散熱系數(shù) K2 （ W/（ m2℃ ）） 風(fēng)速 /ms1 管道外徑 /m 0 8 6 5 1 25 14 10 5 69 40 23 若系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則 Phr=Phc，油溫不再升高，此時，最大溫差 環(huán)境溫度為 T0，則油溫 T=T0+△ T。如果計算出的油溫超過該液壓設(shè)備允許的最高油溫（各種機(jī)械允許油溫見表 14），就要設(shè)法增大散熱面積，如果油箱的散熱面積不能加大，或加大一些也無濟(jì)于事時，需要裝設(shè)冷卻器。冷卻器的散熱面積 表 14 各種機(jī)械允許油溫（ ℃ ） 液壓設(shè)備類型 正常工作溫度 最高允許溫度 數(shù)控機(jī)床 30～ 50 55～ 70 一般機(jī)床 30～ 55 55～ 70 機(jī)車車輛 40～ 60 70～ 80 船舶 30～ 60 80～ 90 冶金機(jī)械、液壓機(jī) 40～ 70 60～ 90 工程機(jī)械、礦山機(jī)械 50～ 80 70～ 90 式中 K—— 冷卻器的散熱系數(shù)，見本篇第 8 章液壓輔助元件有關(guān)散熱器的散熱系數(shù)； △ tm—— 平均溫升（ ℃ ）， T T2—— 液壓油入口和出口溫度； t t2—— 冷卻水或風(fēng)的入口和出口溫度。 根據(jù)散熱要求計算油箱容量 式（ 46）是在初步確定油箱容積的情況下，驗(yàn)算其散熱面積是否 滿足要求。當(dāng)系統(tǒng)的發(fā)熱量求出之后，可根據(jù)散熱的要求確定油箱的容量。 由式（ 46）可得油箱的散熱面積為 如不考慮管路的散熱，式（ 48）可簡化為 油箱主要設(shè)計參數(shù)如圖 3 所示。一般油面的高度為油箱高 h 的 倍，與油直接接觸的表面算全散熱面，與油不直接接觸的表面算半散熱面，圖示油箱的有效容積和散熱面積分別為 圖 3 油箱結(jié)構(gòu)尺寸 V= （ 50） A1=（ α+b） + （ 51） 若 A1求出，再根據(jù)結(jié)構(gòu)要求確定 α、 b、 h 的比例關(guān)系，即可確定油 箱的主要結(jié)構(gòu)尺寸。 如按散熱要求求出的油箱容積過大，遠(yuǎn)超出用油量的需要，且又受空間尺寸的限制，則應(yīng)適當(dāng)縮小油箱尺寸，增設(shè)其他散熱措施。 計算液壓系統(tǒng)沖擊壓力 壓力沖擊是由于管道液流速度急劇改變而形成的。例如液壓執(zhí)行元件在高速運(yùn)動中突然停止，換向閥的迅速開啟和關(guān)閉，都會產(chǎn)生高于靜態(tài)值的沖擊壓力。它不僅伴隨產(chǎn)生振動和噪聲，而且會因過高的沖擊壓力而使管路、液壓元件遭到破壞。對系統(tǒng)影響較大的壓力沖擊常為以下兩種形式： 1）當(dāng)迅速打開或關(guān)閉液流通路時，在系統(tǒng)中產(chǎn)生的沖擊壓力。 直接沖擊（即 t＜ η）時，管道 內(nèi)壓力增大值 （ 52） 間接沖擊（即 t＞ η）時，管道內(nèi)壓力增大值 式中 ρ—— 液體密度（ kg/m3）； △ υ—— 關(guān)閉或開啟液流通道前后管道內(nèi)流速之差（ m/s）； t—— 關(guān)閉或打開液流通道的時間（ s）； η=—— 管道長度為 l 時，沖擊波往返所需的時間（ s）； —— 管道內(nèi)液流中沖擊波的傳播速度（ m/s）。 若不考慮粘性和管徑變化的影響，沖擊波在管內(nèi)的傳播速度 式中 E0—— 液壓油的體積彈性模量（ Pa），其推薦值為 E0=700MPa； δ、 d—— 管道的壁厚和內(nèi)徑（ m）； E—— 管道材料的彈性模量（ Pa），常用管道材料彈性模量：鋼 E=1011Pa，紫銅 E=1011Pa。 2）急劇改變液壓缸運(yùn)動速度時，由于液體及運(yùn)動機(jī)構(gòu)的慣性作用而引起的壓力沖擊，其壓力的增大值為 式中 —— 液流第 i 段管道的長度（ m）； Ai—— 第 i 段管道的截面積（ m2）； A—— 液壓缸活塞面積（ m2）； M—— 與活塞連動的運(yùn)動部件質(zhì)量（ kg）； △ υ—— 液壓缸的速度變化量（ m/s）； t—— 液壓缸速度變化 △ υ 所需時間（ s）。 計算出沖擊壓力后，此壓力與管道的靜態(tài)壓力之和即為此時管道的實(shí)際壓力。實(shí)際壓力若比初始設(shè)計壓力大得多時，要重新校核一下相應(yīng)部件管道的強(qiáng)度及閥件的承壓能力，如不滿足，要重新調(diào)整。 設(shè)計液壓裝置，編制技術(shù)文件 液壓裝置總體布局 液壓系統(tǒng)總體布局有集中式、分散式。 集中式結(jié)構(gòu)是將整個設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨(dú)立設(shè)置于主機(jī)之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機(jī)、鍛壓機(jī)、電弧爐等有強(qiáng)烈 熱源和煙塵污染的冶金設(shè)備，一般都是采用集中供油方式。 分散式結(jié)構(gòu)是把液壓系統(tǒng)中液壓泵、控制調(diào)節(jié)裝置分別安裝在設(shè)備上適當(dāng)?shù)牡胤健C(jī)床、工程機(jī)械等可移動式設(shè)備一般都采用這種結(jié)構(gòu)。 液壓閥的配置形式 1）板式配置 板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對應(yīng)的孔，通過管接頭聯(lián)接油管而將各閥按系統(tǒng)圖接通。這種配置可根據(jù)需要靈活改變回路形式。液壓實(shí)驗(yàn)臺等普遍采用這種配置。 2）集成式配置 目前液壓系統(tǒng)大多數(shù)都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方 面起內(nèi)部油路作用。這種配置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便。 集成塊設(shè)計 1）塊體結(jié)構(gòu) 集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設(shè)備可用鑄鐵，高壓強(qiáng)振場合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長方體。 對于較簡單的液壓系統(tǒng)，其閥件較少，可安裝在同一個集成塊上。如果液壓系統(tǒng)復(fù)雜，控制閥較多，就要采取多個集成塊疊積的形式。 相互疊積的集成塊，上下面一般為疊積接合面，鉆有公共壓力油孔 P，公用回油孔 T，泄漏油孔 L 和 4 個用以疊積緊固的螺栓孔。 P 孔，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)壓后進(jìn)入公用壓力油孔 P，作為供給各單元回路壓力油的公用油源。 T 孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔 T，流回到油箱。 L 孔，各液壓閥的泄漏油，統(tǒng)一通過公用泄漏油孔流回油箱。 集成塊的其余四個表面，一般后面接通液壓執(zhí)行元件的油管，另三個面用以安裝液壓閥。塊體內(nèi)部按系統(tǒng)圖的要求，鉆有溝通各閥的孔道。 2）集成塊結(jié)構(gòu)尺寸的確定 外形尺寸要求滿足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求。為減少工藝孔，縮短孔道長度，閥的安裝位置要仔細(xì)考慮，使相通油孔盡量在同一水平面或是同一豎直面上。對于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，需要多個集成塊疊積時，一定要保證三個公用油孔的坐標(biāo)相同，使之疊積起來后形成三 個主通道。 各通油孔的內(nèi)徑要滿足允許流速的要求，具體參照本章 節(jié)確定孔徑。一般來說，與閥直接相通的孔徑應(yīng)等于所裝閥的油孔通徑。 油孔之間的壁厚 δ 不能太小，一方面防止使用過程中，由于油的壓力而擊穿，另一方面避免加工時，因油孔的偏斜而誤通。對于中低壓系統(tǒng)， δ 不得小于 5mm，高壓系統(tǒng)應(yīng)更大些。 繪制正式工作圖，編寫技術(shù)文件 液壓系統(tǒng)完全確定后，要正規(guī)地繪出液壓系統(tǒng)圖。除用元件圖形符號表示的原理圖外，還包括動作循環(huán)表和元件的規(guī)格型號表。圖中各元件一般按系統(tǒng)停止位置表