第7章液压系统的设计7.1液压系统简介液压传动系统主要由以下五部分组成：1、能源装置------把机械能转换成流体的压力能的装置，一常见的就是液压泵。

2、执行元件------把流体的压力能转换成机械能输出的装置，可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。

3、控制元件------对液压系统中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置，以及进行信号转换，逻辑运算和放大等功能的信号控制元件。

如溢流阀、节流阀、换向阀等。

4、辅助元件------保证系统正常工作所需的上述三种以外的装置。

如油箱、过滤器、管件等。

5、工作介质------传递能量和信号的介质。

液压系统以液压油为工作介质。

7.2液压系统的优点与机械传动、电力拖动系统相比，液压传动具有以下优点：1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。

2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。

4、可自动实现过载保护。

5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；6、很容易实现直线运动。

7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

8、液压元件属于机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。

7.3液压系统的使用要求及速度负载特性分析7.3.1使用要求砂轮回转试验机是用来检查砂轮回转强度的设备，在砂轮回转试验过程中需要保证开关门可靠的关紧。

由于砂轮回转试验机需要自动化控制，要求开关门能够自动关紧和打开。

因此要求液压系统具备电磁换向阀，而非手动换向阀。

要求换向信号发出后，阀芯能够灵敏地移到预定的工作位置；换向信号撤出后，阀芯能在弹簧力的作用下自动恢复到常位。

液压系统工作在室内、噪声大、以及粉尘多的环境。

液压系统执行元件选为液压缸。

开关门行程为870mm ，开门速度为0.01m/s ，关门速度为0.02m/s 。

7.3.2负载特性分析开关门的材料为Q235钢，其密度3/7850m Kg =ρ。

开关门的体积为：303.003.0952.0045.1m m m m V ≈⨯⨯=开关门的质量为：235.5Kg 0.03m 7850Kg/m m 33=⨯=⨯=V ρ开关门的重量为：2355N 10N/Kg 235.5Kg g m G =⨯=⨯=由于工作时液压杆推动门往水平方向往复运动，故液压缸的外负载为摩擦负载。

摩擦负载：摩擦负载即为开关门运动时候的摩擦阻力：静摩擦阻力 N 5.0672355N 3.0μs =⨯==G F fs动摩擦阻力 N 4712355N 2.0μd =⨯==G F fd其中：静摩擦系数：3.0=s μ，动摩擦系数：2.0=d μ。

故液压缸的外负载.5N 1771471N 06.5N 7F =+=设液压缸的机械效率9.0cm =η，则液压缸的驱动力为：N N F F cm 3.13089.0/5.1177/===η总，为安全和方便计算，取N F 1310=总。

由于该回转试验机的开关门机构采用双根活塞杆推动，故单个液压缸的驱动力为： N N F F F 65521310221====总。

7.4液压系统的方案设计7.4.1确定回路方式选用开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀冷却后再进入液压泵的进口。

7.4.2选用液压油液普通液压系统选用矿物型液压油作工作介质，该系统为室内设备，选用普通液压油。

L-HL液压油（2003GB）。

/-T2.76317.4.3选择执行元件系统要求实现直线运动，并且运动为水平方向，故选用活塞式液压缸。

由于液压系统工作时只要求一个方向工作，反向退回，应选用单活塞液压缸。

7.4.4确定液压泵类型及调速方式系统压力MPa<，选用外啮合齿轮泵。

采用节流调速的方式，所以选用节流调P21速回路。

7.4.5选择换向回路本系统液压设备自动化程度较高，且对换向的平稳性没有严格要求。

所以选用O型三位四通的电磁换向阀的换向回路。

7.4.6绘制液压系统原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充。

即组成如图7.1所示的液压系统图。

为了便于观察调整压力，在液压泵的进口处设置测压点。

图7.2为电磁铁动作顺序图。

图7.2 电磁铁动作顺序图7.1液压系统传动图7.5液压系统的主要参数计算7.5.1执行元件主要结构尺寸计算液压系统主要参数的设计、计算过程见第5章。

各参数的计算结果如下：液压缸的内径mm D 50=，活塞的直径mm d 32=，缸筒壁厚mm 5=δ，缸筒外径mm 60D 1=，缸底厚度mm h 15=。

7.5.2计算液压缸所需的流量液压缸的最大流量m ax qA v q ⨯=max max （7-1） 式中：A —液压缸的有效面积（2m ）；max v —液压缸的最大速度（s m /）。

代入数据，得：s m m s m A v q /1024.01012.0/02.034222max max --⨯=⨯⨯=⨯=7.5.3液压泵的性能参数计算1.确定液压泵的最高工作压力p P∑∆+≥P P P p 1 （7-2） 式中：1P —执行元件的最高工作压力；∑∆P —执行元件进油路上的压力损失，简单系统Pa P 510)5~2(⨯=∆∑，这里取Pa P 5105⨯=∆∑。

MPa m N A A P FP cm 55.01012.0655222121≈⨯=+=-η 因此，由公式（7-9）可得：MPa MPa MPa P P P p 05.15.055.01=+=∆+≥∑2.确定液压泵的最大流量p q∑≥max q K q p （7-3） 式中：∑max q —同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值；对于工作过程中始终用流量阀节流调速的系统，还需加上溢流阀的最小溢流量，一般取()sm /1005.0~033.033-⨯或min /3~2L 。

K —泄漏系数，一般取3.1~1.1=K ,大流量时取小值，反之取大值。

取泄漏系数K=1.2。

设溢流阀的最小溢流量为min /3L则：s m s m s m L q K q p /108.0/1005.0/1024.02.1min /3343334max ---⨯=⨯+⨯⨯=+≥∑ 即：min /8.4L q p ≥3.选择液压泵的规格型号根据液压系统图中拟定的液压泵的形式及上述计算得到的压力和流量值，查液压设计手册选取相应的液压泵规格。

为了保证系统不致因过渡过程中过高的动态压力作用被破坏，液压泵应有一定的压力储备量，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%～60%（高压系统取下值，中低压系统取大值）。

因此，选定的液压泵规格型号为：CB －B6型外啮合齿轮泵，该泵的额定压力为MPa 5.2，额定转速为min /1450r ，额定流量为min /6L ，驱动功率为Kw 31.0，总效率72.0=p η。

7.5.6电动机的选择根据压力和流量选定液压泵的规格之后，驱动液压泵的电动机功率可按下式计算： p p p q p P η/= （7-4） 式中：P —电动机功率（W ）；p p —液压泵最大工作压力（Pa ）；p q —液压泵的输出流量（s m /3）；p η—液压泵总效率，可由液压泵产品样本查出。

按照式（7-11）选取的电动机功率需有一定的功率储备，但允许短时间超载25%。

因此：w s m Pa q p P p p p 34872.0/101105.2/346=⨯⨯⨯==-η参照YB 系列三相异步电动机主要技术参数（19915339/-T JB ），选取电动机型号为：YB801-4型异步电动机。

该电动机额定功率为0.55Kw ，满载转速为min /1390r ，额定转矩为m N ∙3.2。

7.6液压元件和装置的选择7.6.1控制阀的选择根据系统的最大工作压力和通过阀的实际最大流量由产品样本确定阀的规格和型号，被选定阀的额定压力和额定流量应大于或等于系统的最大工作压力和阀的实际流量，必要时通过阀的实际流量可略大于该阀的额定流量，但不允许超过20%，以免压力损失过大，引起噪声和发热。

选择流量阀时还应考虑最小稳定流量是否满足工作部件最低运动速度要求。

本液压系统所选的液压元件见图7.3所示：图7.3 液压元件7.6.2辅助元件的选择1.过滤器的选用液压油中往往含有颗粒状杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，使系统工作可靠性大为降低。

在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。

滤油器的过滤精度是指滤芯能够滤除的最小杂质颗粒的大小，以直径d 作为颗粒公称尺寸，按精度可分为粗滤油器（mm d 1.0≥)，普通滤油器(mm d 01.0≥)，精滤油器（mm d 005.0≥)，特精滤油器（mm d 001.0≥)。

一般对滤油器的基本要求是：（1）能满足液压系统对过滤精度要求，即能阻挡一定尺寸的杂质进入系统。

（2）滤芯应有足够强度，不会因压力而损坏。

（3）通流能力大，压力损失小。

（4）易于清洗或更换滤芯。

选择过滤器的依据有以下几点：(1)承载能力：按系统管路工作压力确定。

(2)过滤精度：按被保护元件的精度要求确定，选择时可参阅下表。

(3)通流能力：按通过最大流量确定。

(4)阻力压降：应满足过滤材料强度与系数要求。

过滤器的安装：吸油滤油器一般安装在油泵的吸油口处，用以保护油泵和其他液压元件，以避免吸入污染杂质，可以有效的控制液压系统的清洁度。

根据泵的要求，可用粗的或普通精度的滤油器，为了不影响泵的吸油性能，防止发生气穴现象，滤油器的过滤能力应为泵流量的两倍以上，压力损失不得超过0.01～0.035MPa。

2.油管和管接头的选择1）油管类型的选择液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。

(1)钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。

(2)铜管：紫铜管工作压力在6.5～10MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。

铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。

(3)软管：用于两个相对运动件之间的连接。

高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为 2.5～8MPa，多用于低压管道。

因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。

2）油管尺寸的确定(1)油管内径d 按下式计算： vq v q d 13.14==π （7-5） 式中：q —通过油管的最大流量(s m /3)；V —管道内允许的流速(s m /)。