液力传动5.docx

1、液力传动5 液压系统设计计算9-1 液压系统设计计算时应注意的问题一、压力的选取压力的选取包括系统压力级的确定，液压泵压力和安全阀(或溢流阀)调定压力的选择。系统压力是指系统实际运行时的正常最高压力，由于工程机械种类繁多，用途不一，系统压力级的确定也不一样。应该根据所设计的工程机械，参照国内外同类型工程机械掖压系统的压力级，确定系统压力范围是中高压还是高压。一般讲，铲土运输机械液压系统的压力级为中高压，挖掘机械、起重机械液压系统的压力级为高压。在同一压力级中，压力取得高还是取得低，这就要根据液压泵的额定压力决定。液压泵的额定压力是指在正常条件下，按试验标准规定连续运转的压力。在额定压力工作时，

2、液压泵的效率较高，寿命较长。当泵的工作压力低于额定压力时，对泵的寿命是有利的，泵的效也高。当泵的工作压力高于额定压力时，则对液压泵的效率、寿命都不利。为了限制系统的工作压力并防止系统过载和保护液压元件和工作机构不致损坏，系统中设置安全阀。安全阀的全开压力即为系统压力。为了保护工作装置的安全和不影响工作性能，在工作装置的油路中设置过载阀。过载阀的调定压力，由总体计算的闭锁力确定。一般过载阀的调定压力比系统压力高1020%，以其开启压力作为调定压力。压力的选择，一般是由液压元件和配管技术的可靠性决定，由于密封技术的提高，就有可能实现高压化。在传递相同功率的情况下，若压力低，那么就必须增加流量，而这

3、将导致元件尺寸的增大。若采用高压，流量就可减少，这样液压元件的尺寸就小。当压力过高时，又会引起工艺、材质和密封等方面的一系列问题，反而会使液压元件尺寸增大。因此，所选择的压力值必须适当。二、发动机和波压泵的匹配如前所述，液压泵是将机械能转换成液压能的液压元件，输入的是发动机的机械能，输出的是液压能。液压泵对发动机能量的传递，对工程机械的生产率往往是起着决定性的作用。希望发动机和液压泵都处在高效区下工作。对发动机，效率最高是在额定功率附近；对液压泵，其效率是和工作压力p、转速n以及所使用的油的粘度有关，即液压泵的效率是的函数。对于不同的液压泵，其的数值不同，由于液压泵的工作压力由系统的安全阀决定

4、，因此，液压泵和发动机的匹配，实际上是液压泵流量和发动机转速的匹配。三、液压泵和液压马达的匹配液压泵和液压马达的匹配，主要也是考虑效率的匹配。液压马达和液压泵一样，其效率也是压力p，转速n和工作油液粘度的函数(图9-1)，即液压马达的效率是的函数，只是数值大小不同而己。不同的液压马达，的数值也不同。所以在选择液压泵和液压马达组成的系统时，必须使它们在工作过程中，效率大致相同。图9-1 液压泵和液压马达效率曲线四、液压系统要适应主机的性能要求工程机械液压系统应保证主机具有良好的工作性能，一个好的或比较好的液压系统应满足以下几个要求：(一)当主机在工作载荷变化大，并有急剧冲击和振动情况下工作时，系

5、统要有足够的可靠性。(二)系统应有较完善的安全装置，如执行元件的过载保护和缓冲装置，防止动臂因载荷和自重而快速下降及整机超速滑坡的限速装置等。(三)应力求减少系统的总发热量，保证连续工作时油温不超过80(或温升不超过40)。(四)由于工程机械工作条件恶劣，经常进行沙石土方作业，为了保证系统和元件的正常工作，系统必须设置良好的过滤装置。(五)要在系统中考虑应急能源。在大中型工程机械中，为了减轻司机的劳动强的度，可采用先导操纵。(六)系统要简单、可靠、要易于安装和维护修理。9一2 液压系统设计计算内容工程机械液压系统的功用是实现主机所要求的工作循环、保证主机的性能要求。由于工程机械种类多，用途不一

6、，已知条件和设计任务不同，因此液压系统的设计计算内容也难一成不变，就一般情况而言，工程机械液压系统的设计计算大致包括如下内容：确定液压系统方案；执行元件的计算；拟定液压系统图；选择标准元件或设计非标准元件；绘制正式液压系统图和装配图；验算。上述内容是相互联系的，要根据设计要求和已知条件来确定程序的先后。一个合理而又完善的液压系统，往往要经过几次反复才能完成，同时还需要根据工业性试验中出现的问题，经过多次修改才能最后完成，同时还需要根据工业性试验中出现的问题，经过多次修改才能最后完成。一、确定液压系统方案如上所述，既然液压系统是用来实现主机所要求的工作循环、保证主机的性能要求，因此它与主机是密切

7、相关的。在设计和确定液压系统时，必须充分了解所设计的主机的工作循环，受力情况，动作特点和性能要求，并对此进行认真的分析，和国内外同类型的机器进行比较。在确定主机整体方案的同时，就要根据主机的结构、执行元件的布置，而确定液压系统的方案。液压系统方案包括：(一)系统压力等级是采用中高压还是高压。如前述，铲土运输机械为中高压，挖掘机械、起重机械为高压。(二)选择系统型式。是采用开式系统还是闭式系统；是单泵系统还是双泵系统，是定量系统还是变量系统等等。(三)液压动力元件和执行元件的选择。液压泵是采用齿轮泵、叶片泵还是柱塞泵；液压马达是采用高速马达还是低速马达；液压缸是采用同一规格的还是不同规格的等。(

8、四)选择控制元件的型式和操纵方式。如安全阀、过载阀用先导型还是直动型；换向阀采用手动的、液动的还是电液动的。此外，对某些有特殊要求的工程机械，要满足其特点。如在每一工作循环中耗油量变化很大及要有应急能源的系统，可采用蓄能器；工作机构要跟随输入讯号动作的系统，可采用液压随动系统；对动作概要求高的，要有微调装置等。在确定液压系统方案时，不要片面地把某一方案绝对化，而要从设计、制造和使用维修等各方面进行深入细致地分析比较，最后选定既正确又合理的方案。二、执行元件和渡压泵的选择在液压系统方案确定以后，要对执行元件和液压泵进行一些必要的计算，其目的是求得执行元件的有效面积或排量、液压泵的流量和调定压力等

9、参数，作为选择或设计液压元件、辅助装置的依据。(一)液压缸的选取1.液压缸推力的确定由于各工作机构的工况不同，所以各液压缸的载荷变化也不一样，在计算前必须对各液压缸的载荷特性进行深入的分析。一般，液压缸在工作过程中需要克服的载荷有：(1)工作载荷PG。它由工作机构工作时的最大载荷决定，并与液压缸的饺接点位置有关。(2)惯性载荷Pg。它是工作机构加速或减速时，液压缸所受到的惯性载荷平均值。一般由下式计算：(公斤力) (9-1)式中 G作用在活塞杆上的总重量(公斤力)；g重力加速度9.81米/秒2；t加速或减速时间(秒)，一般取0.010.5秒，轻载低速取小值；一一速度变化量(米/秒)。一般取=0

10、.51.5米/秒2。(3)回油阻力Pb。它由系统背压决定。(公斤力) （9-2）式中Pb液压缸回油背压(公斤力/厘米2)；S一一背压作用的活塞有效面积(厘米2)；(4)摩擦阻力Pm。包括缸筒与活塞配合处、活塞杆与缸盖配合处的摩擦阻力，其值与密封装置的形式有关：(公斤力) (9-3)式中 一一摩擦系数，与密封材料有关，对橡胶密封，动摩擦时=0.05，静摩擦时=0.1；Sm一一摩擦表面积(厘米2)；p一一密封上的压力差(公斤力/厘米2)。在工作过程中，液压缸所受到的载荷，由下面几部分组成：在起动加速过程中，液压缸受到的载荷有工作载荷、惯性载荷和摩擦阻力，即：Pq=PG+Pg+Pm (9-4a)在匀

11、速过程中，液压缸受到的载荷有工作载荷和摩擦阻力，即:Pi=PG+Pm (9-4b)在减速制动过程中，液压缸受到的载荷有工作载荷、惯性载荷和摩擦阻力，即:Pz=PG+Pm-Pg (9-4c)根据液压缸的工作情况和载荷计算情况，可作出速度一位移时间和载荷一位移时间图(图9-2)。从计算和图中可以看出，液压缸在一个工作循环中的最大载荷值为Pmax=Pq。图9-2 速度、载荷和位移时间图2.液压缸流量的确定根据所定的系统压力和液压缸的推力，就可初步确定液压缸的主要尺寸和所需的流量。液压缸活塞的面积(大腔)为：(厘米2) (9-5)式中 Pmax一个工作循环中液压缸所要克服的最大载荷力(公斤力)；p液压

12、缸的工作压力，在初步计算时可取为系统压力(公斤力/厘米2)。除上述外，液压缸的大腔活塞面积也可用下式计算：(厘米2) (9-6)式中 PG作用在活塞杆上的工作载荷(公斤力)；p作用在液压缸大腔中的液体压力(公斤力/厘米2)，初算时取系统压力；液压缸的机械效率，主要考虑密封处的摩擦损失， =0.850.99，平均为0.95。计算出的液压缸大腔活塞面积应圆整成标准值，再根据所要求的运动速度，即可求出所需流量Qz：(升/分) (9-7)式中 液压缸活塞的运动速度(米/分)；S液压缸大腔活塞面积(厘米2)；液压缸容积效率，由产品结构决定。当用金属活塞环时，可取为0.980.99，当用橡胶密封时，可取为

13、1。根据工作压力p，活塞运动的速度比，从有关的手册中，即可查取活塞杆直径d。根据第四章中关于液压缸强度计算公式，可求出壁厚。这样，由液压缸内径D、活塞杆直径d和缸体壁厚，并予以标准化，即可选取液压缸。(二)液压马达的选取1.液压马达扭矩的确定 液压马达在工作中需要克服的阻力矩有工作阻力矩MG、回油阻力矩Mb、摩擦阻力矩Mm和惯性阻力矩Mg，即：MM=MG+Mb+MmMg (9-8)(1)工作阻力矩MG，由工作机构的载荷决定。对不同的工作机构，工作阻力矩的计算方法也不同。对回转马达，按回转阻力矩计算；行走马达按行走阻力矩计算，起升马达则按起升阻力矩计算。(2)回油阻力矩Mb。由回油背压的大小决定

14、。(3)摩擦阻力矩Mm。包括机构中的机械摩擦引起的摩擦阻力矩和液压马达内部装置引起的摩擦阻力矩两部分，可分别用传动效率和液压马达的机械效率考虑。(4)惯性阻力矩Mg。系转动部分加速或减速时产生的惯性力矩。对回转马达：(公斤米) (9-9)式中 J回转部分的转动惯量(公斤力米秒2)；平均角加速度(或角减速度)(1/秒2)；平均角速度(1/秒2)；t加速或减速时间(秒)。在不同的过程中，液压马达受到不同的载荷。起动加速过程的载荷：Mq=MG+Mm+Mg+Mb (9-10a)匀速回转过程的载荷：Mi=MG+Mm+Mb (9-10b)减速制动过程的载荷：Mz+MG+Mm+Mb-Mg (9-10c)液压

15、马达工作时的载荷特性，同样可以用载荷循环图(图9-3)表示。图9-3 液压马达载荷循环图由计算和图可知，在起动过程中液压马达的载荷最大，以此作为计算载荷。在起动过程中，由于要克服的摩擦阻力矩较大，而用于工作的扭矩较小，这与正常运转时的值相差较大，这在设计或选用时必须加以考虑。对行走马达，计算载荷由牵引力决定，按下式计算： (9-11)式中 P总的牵引力(公斤力)；R驱动链轮半径(米)；i速比；总效率。2.流量的确定 液压马达的流量由排量和转数确定液压马达的排量为： (9-12)式中 Mmax液压马达所需的最大扭矩，即理论扭矩(公斤力米)；p一一液压马达进出口压力差。根据工作机构所需的转数n，即可求得液压马达所需的流量Q：(分/升) (9-13)式中 q液压马达排量(毫升/转)；nmax输出轴的最高转数(转/分)；液压马达容积效率。(三)液压泵驱动功率的确定1.液压泵工作压力的确定 液压泵工作压力