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液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
1.1 設(shè)計(jì)步驟
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無(wú)嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。
1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；
2）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；
3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；
4）選擇液壓元件；
5）液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；
6）繪制工作圖，編制技術(shù)文件。
1.2 明確設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。
1）主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；
2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動(dòng)作，動(dòng)作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；
3）液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)動(dòng)速度；
4）各動(dòng)作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；
5）對(duì)調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；
6）自動(dòng)化程序、操作控制方式的要求；
7）對(duì)防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；
8）對(duì)效率、成本等方面的要求。
制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖
3.1制定基本方案
（1）制定調(diào)速方案
液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。
方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
速度控制通過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。
節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。
容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。
容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。
調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。
節(jié)流調(diào)速一般采用開(kāi)式循環(huán)形式。在開(kāi)式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開(kāi)式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。
容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。
（2）制定壓力控制方案
液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。
在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。
在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來(lái)獲得所需的工作壓力。
（3）制定順序動(dòng)作方案
主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過(guò)電氣行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開(kāi)關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。
另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無(wú)載啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過(guò)壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開(kāi)順序閥使壓力油通過(guò)，來(lái)啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。
（4）選擇液壓動(dòng)力源
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無(wú)其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。
為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過(guò)濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過(guò)濾器或其他型式的過(guò)濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖
整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。
為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測(cè)元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。
大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時(shí)能迅速更換，保證主要連續(xù)工作。
各液壓元件盡量采用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號(hào)的常態(tài)位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。
系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)作，注明各液壓元件的序號(hào)以及各電磁鐵的代號(hào)，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動(dòng)作表。
液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì)
4.1 液壓泵的選擇
1）確定液壓泵的最大工作壓力pp
pp≥p1+Σ△p （21）
式中 p1——液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力；
Σ△p——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。 Σ△p的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單、流速不大的，取Σ△p=（0.2～0.5）MPa；管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)閥的，取Σ△p=（0.5～1.5）MPa。
2）確定液壓泵的流量QP 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)，液壓泵的輸出流量應(yīng)為
QP≥K（ΣQmax） （22）
式中 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1～1.3；
ΣQmax——同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從（Q-t）圖上查得。對(duì)于在工作過(guò)程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3/s。
系統(tǒng)使用蓄能器作輔助動(dòng)力源時(shí)
式中 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.2；
Tt——液壓設(shè)備工作周期（s）；
Vi——每一個(gè)液壓缸或液壓馬達(dá)在工作周期中的總耗油量（m3）；
z——液壓缸或液壓馬達(dá)的個(gè)數(shù)。
3）選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的pp和Qp值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。
4）確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，即（p-t）、（Q-t）圖變化較平緩，則
式中 pp——液壓泵的最大工作壓力（Pa）；
QP——液壓泵的流量（m3/s）；
ηP——液壓泵的總效率，參考表9選擇。
表9液壓泵的總效率
液壓泵類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.6～0.7
0.65～0.80
0.60～0.75
0.80～0.85
限壓式變量葉片泵的驅(qū)動(dòng)功率，可按流量特性曲線拐點(diǎn)處的流量、壓力值計(jì)算。一般情況下，可取pP=0.8pPmax，QP=Qn，則
式中 ——液壓泵的最大工作壓力（Pa）；
——液壓泵的額定流量（m3/s）。
在工作循環(huán)中，如果液壓泵的流量和壓力變化較大，即（Q-t），（p-t）曲線起伏變化較大，則須分別計(jì)算出各個(gè)動(dòng)作階段內(nèi)所需功率，驅(qū)動(dòng)功率取其平均功率
式中 t1、t2、…tn——一個(gè)循環(huán)中每一動(dòng)作階段內(nèi)所需的時(shí)間（s）；
P1、P2、…Pn——一個(gè)循環(huán)中每一動(dòng)作階段內(nèi)所需的功率（W）。
按平均功率選出電動(dòng)機(jī)功率后，還要驗(yàn)算一下每一階段內(nèi)電動(dòng)機(jī)超載量是否都在允許范圍內(nèi)。電動(dòng)機(jī)允許的短時(shí)間超載量一般為25%。
4.2 液壓閥的選擇
1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。
控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)也允許有20%以內(nèi)的短時(shí)間過(guò)流量。
2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。
4.3 蓄能器的選擇
1.蓄能器用于補(bǔ)充液壓泵供油不足時(shí)，其有效容積為：
V=ΣAiLiK-qBt(m3) (9-21)
式中：A為液壓缸有效面積(m2)；L為液壓缸行程(m)；K為液壓缸損失系數(shù)，估算時(shí)可?。耍?.2；qB為液壓泵供油流量(m3/s)；t為動(dòng)作時(shí)間(s)。
2.蓄能器作應(yīng)急能源時(shí)，其有效容積為：
V=ΣAiLiK(m3) (9-22)
當(dāng)蓄能器用于吸收脈動(dòng)緩和液壓沖擊時(shí)，應(yīng)將其作為系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)與其關(guān)聯(lián)部分一起綜合考慮其有效容積。
根據(jù)求出的有效容積并考慮其他要求，即可選擇蓄能器的形式。
4.4 管道尺寸的確定
1.油管類型的選擇
液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，同時(shí)，應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。
(1)鋼管：中高壓系統(tǒng)選用無(wú)縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價(jià)格低，性能好，使用廣泛
(2)銅管：紫銅管工作壓力在6.5～10MPa以下，易變曲，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達(dá)25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價(jià)格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應(yīng)盡量少用，只用于液壓裝置配接不方便的部位。
(3)軟管：用于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；低壓橡膠軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，承壓能力為2.5～8MPa，多用于低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運(yùn)動(dòng)部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調(diào)速閥之間。
2.油管尺寸的確定
(1)油管內(nèi)徑d按下式計(jì)算： (9-23)
式中：q為通過(guò)油管的最大流量(m3/s)；v為管道內(nèi)允許的流速(m/s)。一般吸油管取0.5～5(m/s)；壓力油管取2.5～5(m/s)；回油管取1.5～2(m/s)。
( 2)油管壁厚δ按下式計(jì)算：
δ≥p·d/2〔σ〕 (9-24)
式中：p為管內(nèi)最大工作壓力；〔σ〕為油管材料的許用壓力，〔σ〕=σb/n；σb為材料的抗拉強(qiáng)度；n為安全系數(shù)，鋼管p＜7MPa時(shí)，取n=8；p＜17.5MPa時(shí)，取n=6；p＞17.5MPa時(shí)，取n=4。
根據(jù)計(jì)算出的油管內(nèi)徑和壁厚，查手冊(cè)選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管。
表10 允許流速推薦值
管道
推薦流速/（m/s）
液壓泵吸油管道
0.5～1.5，一般常取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5～2.6
n——安全系數(shù)，對(duì)鋼管來(lái)說(shuō)，p＜7MPa時(shí)，取n=8；p＜17.5MPa時(shí)，取n=6；p＞17.5MPa時(shí)，取n=4。
4.5 油箱容量的確定
初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式（31）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為
V=αQV （31）
式中 QV——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）；
α——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見(jiàn)表11。
表11 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α
系統(tǒng)類型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓機(jī)械
冶金機(jī)械
α
1～2
2～4
5～7
6～12
10
在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時(shí)，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于最低限度。
液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算
液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對(duì)實(shí)際情況對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。
5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失
壓力損失包括管路的沿程損失△p1，管路的局部壓力損失△p2和閥類元件的局部損失△p3，總的壓力損失為
△p=△p1+△p2+△p3
式中 l——管道的長(zhǎng)度（m）；
d——管道內(nèi)徑（m）；
υ——液流平均速度（m/s）；
ρ——液壓油密度（kg/m3）；
λ——沿程阻力系數(shù)；
ζ——局部阻力系數(shù)。
λ、ζ的具體值可參考第2章有關(guān)內(nèi)容。
式中 Qn——閥的額定流量（m3/s）；
Q——通過(guò)閥的實(shí)際流量（m3/s）；
△pn——閥的額定壓力損失（Pa）（可從產(chǎn)品樣本中查到）。
對(duì)于泵到執(zhí)行元件間的壓力損失，如果計(jì)算出的△p比選泵時(shí)估計(jì)的管路損失大得多時(shí)，應(yīng)該重新調(diào)整泵及其他有關(guān)元件的規(guī)格尺寸等參數(shù)。
系統(tǒng)的調(diào)整壓力 pT≥p1+△p
式中 pT——液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力。
5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算
5.2.1 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率
液壓系統(tǒng)工作時(shí)，除執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。液壓系統(tǒng)的功率損失主要有以下幾種形式：
（1）液壓泵的功率損失
式中 Tt——工作循環(huán)周期（s）；
z——投入工作液壓泵的臺(tái)數(shù)；
Pri——液壓泵的輸入功率（W）；
ηPi——各臺(tái)液壓泵的總效率；
ti——第i臺(tái)泵工作時(shí)間（s）。
（2）液壓執(zhí)行元件的功率損失
式中 M——液壓執(zhí)行元件的數(shù)量；
Prj——液壓執(zhí)行元件的輸入功率（W）；
ηj——液壓執(zhí)行元件的效率；
tj——第j個(gè)執(zhí)行元件工作時(shí)間（s）。
（3）溢流閥的功率損失
式中 py——溢流閥的調(diào)整壓力（Pa）；
Qy——經(jīng)溢流閥流回油箱的流量（m3/s）。
（4）油液流經(jīng)閥或管路的功率損失Ph4=△pQ
式中 △p——通過(guò)閥或管路的壓力損失（Pa）；
Q——通過(guò)閥或管路的流量（m3/s）。
由以上各種損失構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的功率損失，即液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率
Phr=Ph1+ Ph2+ Ph3+Ph4
式（41）適用于回路比較簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，由于功率損失的環(huán)節(jié)太多，一一計(jì)算較麻煩，通常用下式計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率
Phr=Pr-Pc
式中Pr是液壓系統(tǒng)的總輸入功率，PC是輸出的有效功率。
其中 Tt——工作周期（s）；
z、n、m——分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)的數(shù)量；
pi、Qi、ηPi——第i臺(tái)泵的實(shí)際輸出壓力、流量、效率；
ti——第i臺(tái)泵工作時(shí)間（s）；
TWj、ωj、tj——液壓馬達(dá)的外載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、工作時(shí)間（N·m、rad/s、s）；
FWi、si——液壓缸外載荷及驅(qū)動(dòng)此載荷的行程（N·m）。
5.2.2 計(jì)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(zhǎng)，而且用式（41）計(jì)算發(fā)熱功率時(shí)，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(jiàn)表12；
K2——管路散熱系數(shù)，見(jiàn)表13；
A1、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/m·s-1
管道外徑/m
0.01
0.05
0.1
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(shí)，最大溫差
環(huán)境溫度為T(mén)0，則油溫T=T0+△T。如果計(jì)算出的油溫超過(guò)該液壓設(shè)備允許的最高油溫（各種機(jī)械允許油溫見(jiàn)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(wú)濟(jì)于事時(shí)，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(jiàn)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（℃），
T1、T2——液壓油入口和出口溫度；
t1、t2——冷卻水或風(fēng)的入口和出口溫度。
5.2.3 根據(jù)散熱要求計(jì)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(jiǎn)化為
油箱主要設(shè)計(jì)參數(shù)如圖3所示。一般油面的高度為油箱高h(yuǎn)的0.8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=0.8αbh （50）
A1=1.6h（α+b）+1.5αb （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(guò)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。
5.3 計(jì)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(dòng)中突然停止，換向閥的迅速開(kāi)啟和關(guān)閉，都會(huì)產(chǎn)生高于靜態(tài)值的沖擊壓力。它不僅伴隨產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，而且會(huì)因過(guò)高的沖擊壓力而使管路、液壓元件遭到破壞。對(duì)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(kāi)或關(guān)閉液流通路時(shí)，在系統(tǒng)中產(chǎn)生的沖擊壓力。
直接沖擊（即t＜τ）時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值
（52）
間接沖擊（即t＞τ）時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值
式中 ρ——液體密度（kg/m3）；
△υ——關(guān)閉或開(kāi)啟液流通道前后管道內(nèi)流速之差（m/s）；
t——關(guān)閉或打開(kāi)液流通道的時(shí)間（s）；
τ=
——管道長(zhǎng)度為l時(shí)，沖擊波往返所需的時(shí)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=2.1×1011Pa，紫銅E=1.18×1011Pa。
2）急劇改變液壓缸運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，由于液體及運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(shí)間（s）。
計(jì)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(shí)管道的實(shí)際壓力。實(shí)際壓力若比初始設(shè)計(jì)壓力大得多時(shí)，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(jì)液壓裝置，編制技術(shù)文件
6.1 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(gè)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(dòng)式設(shè)備一般都采用這種結(jié)構(gòu)。
6.2 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(duì)應(yīng)的孔，通過(guò)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(tái)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。
6.3 集成塊設(shè)計(jì)
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(chǎng)合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長(zhǎng)方體。
對(duì)于較簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)，其閥件較少，可安裝在同一個(gè)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(gè)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(gè)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(guò)公用泄漏油孔流回油箱。
集成塊的其余四個(gè)表面，一般后面接通液壓執(zhí)行元件的油管，另三個(gè)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(zhǎng)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(duì)于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，需要多個(gè)集成塊疊積時(shí)，一定要保證三個(gè)公用油孔的坐標(biāo)相同，使之疊積起來(lái)后形成三個(gè)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4.4節(jié)確定孔徑。一般來(lái)說(shuō)，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(guò)程中，由于油的壓力而擊穿，另一方面避免加工時(shí)，因油孔的偏斜而誤通。對(duì)于中低壓系統(tǒng)，δ不得小于5mm，高壓系統(tǒng)應(yīng)更大些。
6.4 繪制正式工作圖，編寫(xiě)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(hào)表示的原理圖外，還包括動(dòng)作循環(huán)表和元件的規(guī)格型號(hào)表。圖中各元件一般按系統(tǒng)停止位置表示，如特殊需要，也可以按某時(shí)刻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)畫(huà)出，但要加以說(shuō)明。
裝配圖包括泵站裝配圖，管路布置圖，操縱機(jī)構(gòu)裝配圖，電氣系統(tǒng)圖等。
技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和設(shè)備的使用、維護(hù)說(shuō)明書(shū)等。
進(jìn)行工況分析、確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)
通過(guò)工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過(guò)程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的參數(shù)提供依據(jù)。
液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。
2.1 載荷的組成和計(jì)算
2.1.1 液壓缸的載荷組成與計(jì)算
圖1表示一個(gè)以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖。各有關(guān)參數(shù)標(biāo)注圖上，其中FW是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m中活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。
圖1液壓系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖
作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷Fg，導(dǎo)軌的摩擦力Ff和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力Fa。
（1）工作載荷Fg
常見(jiàn)的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、擠壓力等。這些作用力的方向如與活塞運(yùn)動(dòng)方向相同為負(fù)，相反為正。
（2）導(dǎo)軌摩擦載荷Ff
對(duì)于平導(dǎo)軌
（1）
對(duì)于V型導(dǎo)軌
（2）
式中 G——運(yùn)動(dòng)部件所受的重力（N）；
FN——外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力（N）；
μ——摩擦系數(shù)，見(jiàn)表1；
α——V型導(dǎo)軌的夾角，一般為90°。
（3）慣性載荷Fa
表1 摩擦系數(shù)μ
導(dǎo)軌類型
導(dǎo)軌材料
運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
摩擦系數(shù)
滑動(dòng)導(dǎo)軌
鑄鐵對(duì)鑄鐵
起動(dòng)時(shí)
0.15～0.20
低速（υ＜0.16m/s)
0.1～0.12
高速（υ＞0.16m/s）
0.05～0.08
滾動(dòng)導(dǎo)軌
鑄鐵對(duì)滾柱（珠）
0.005～0.02
淬火鋼導(dǎo)軌對(duì)滾柱
0.003～0.006
靜壓導(dǎo)軌
鑄鐵
0.005
式中 g——重力加速度；g=9.81m/s2；
△υ——速度變化量（m/s）；
△t——起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）。一般機(jī)械△t=0.1～0.5s，對(duì)輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取小值，對(duì)重載高速部件取大值。行走機(jī)械一般取
=0.5～1.5 m/s2。
以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷FW。
起動(dòng)加速時(shí) FW=Fg+Ff+Fa （4）
穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí) FW=Fg+Ff （5）
減速制動(dòng)時(shí) FW=Fg+Ff-Fa （6）
工作載荷Fg并非每階段都存在，如該階段沒(méi)有工作，則 Fg=0。
除外載荷FW外，作用于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力Fm，由于各種缸的密封材質(zhì)和密封形成不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算為
（7）
式中 ηm——液壓缸的機(jī)械效率，一般取0.90～0.95。
（8）
2.1.2 液壓馬達(dá)載荷力矩的組成與計(jì)算
（1）工作載荷力矩Tg
常見(jiàn)的載荷力矩有被驅(qū)動(dòng)輪的阻力矩、液壓卷筒的阻力矩等。
（2）軸頸摩擦力矩Tf
Tf=μGr （9）
式中 G——旋轉(zhuǎn)部件施加于軸勁上的徑向力（N）；
μ——摩擦系數(shù)，參考表1選用；
r——旋轉(zhuǎn)軸的半徑（m）。
（3）慣性力矩Ta
（10）
式中 ε——角加速度（rad/s2）；
△ω——角速度變化量（rad/s）；
△t——起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間（s）；
J——回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）。
起動(dòng)加速時(shí) （11）
穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) （12）
減速制動(dòng)時(shí) （13）
計(jì)算液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩T時(shí)還要考慮液壓馬達(dá)的機(jī)械效率ηm（ηm=0.9～0.99）。
（14）
根據(jù)液壓缸或液壓馬達(dá)各階段的載荷，繪制出執(zhí)行元件的載荷循環(huán)圖，以便進(jìn)一步選擇系統(tǒng)工作壓力和確定其他有關(guān)參數(shù)。
2.2 初選系統(tǒng)工作壓力
壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來(lái)說(shuō)，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看出不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。具體選擇可參考表2和表3。
2.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)的排量
（1）計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
液壓缸有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖2。圖a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖b活塞桿工作在受拉狀態(tài)。
活塞桿受壓時(shí)
（15）
活塞桿受壓時(shí)
（16）
式中
——無(wú)桿腔活塞有效作用面積（m2）；
——有桿腔活塞有效作用面積（m2）；
p1——液壓缸工作腔壓力（Pa）；
p2——液壓缸回油腔壓力（Pa），即背壓力。其值根據(jù)回路的具體情況而定，初算時(shí)可參照表4取值。差動(dòng)連接時(shí)要另行考慮；
D——活塞直徑（m）；
d——活塞桿直徑（m）。
圖2 液壓缸主要設(shè)計(jì)參數(shù)
表2 按載荷選擇工作壓力
載荷/kN
＜5
5～10
10～20
20～30
30～50
＞50
工作壓力/MPa
＜0.8～1
1.5～2
2.5～3
3～4
4～5
≥5
表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
機(jī)械類型
機(jī)床
家業(yè)機(jī)械
小型工程機(jī)械
建筑機(jī)械
液壓鑿巖機(jī)
液壓機(jī)
大中型挖掘機(jī)
重型機(jī)械
起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合機(jī)床
龍門(mén)創(chuàng)床
拉床
工作壓力/MPa
0.8～2
3～5
2～8
8～10
10～18
20～32
表4 執(zhí)行元件背壓力
系統(tǒng)類型
背壓力/MPa
簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
0.2～0.5
回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)
0.4～0.6
回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)
0.5～1.5
用補(bǔ)油泵的閉式回路
0.8～1.5
回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械
1.2～3
回油路較短，且直接回油箱
可忽略不計(jì)
一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為
（17）
運(yùn)用式（17）須事先確定A1與A2的關(guān)系，或是活塞桿徑d與活塞直徑D的關(guān)系，令桿徑比φ=d/D，其比值可按表5和表6選取。
（18）
采用差動(dòng)連接時(shí)，υ1/υ2=（D2-d2）/d2。如果求往返速度相同時(shí)，應(yīng)取d=0.71D。
對(duì)行程與活塞桿直徑比l/d＞10的受壓柱塞或活塞桿，還要做壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。
當(dāng)工作速度很低時(shí)，還須按最低速度要求驗(yàn)算液壓缸尺寸
式中 A——液壓缸有效工作面積（m2）；
Qmin——系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量（m3/s），在節(jié)流調(diào)速中取決于回路中所設(shè)調(diào)速閥或節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量。容積調(diào)速中決定于變量泵的最小穩(wěn)定流量。
υmin——運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求的最小工作速度（m/s）。
如果液壓缸的有效工作面積A不能滿足最低穩(wěn)定速度的要求，則應(yīng)按最低穩(wěn)定速度確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸。
另外，如果執(zhí)行元件安裝尺寸受到限制，液壓缸的缸徑及活塞桿的直徑須事先確定時(shí)，可按載荷的要求和液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)確定系統(tǒng)的工作壓力。
液壓缸直徑D和活塞桿直徑d的計(jì)算值要按國(guó)標(biāo)規(guī)定的液壓缸的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。如與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)相近，最好選用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。常用液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑見(jiàn)表7和表8。
表5 按工作壓力選取d/D
工作壓力/MPa
≤5.0
5.0～7.0
≥7.0
d/D
0.5～0.55
0.62～0.70
0.7
表6 按速比要求確定d/D
υ2/υ1
1.15
1.25
1.33
1.46
1.61
2
d/D
0.3
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：υ1—無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；
υ2—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。
表7 常用液壓缸內(nèi)徑D（mm）
40
50
63
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
表8 活塞桿直徑d（mm）
速比
缸徑
40
50
63
80
90
100
110
1.46
22
28
35
45
50
55
63
3
45
50
60
70
80
速比
缸徑
125
140
160
180
200
220
250
1.46
70
80
90
100
110
125
140
2
90
100
110
125
140
（2）計(jì)算液壓馬達(dá)的排量
液壓馬達(dá)的排量為
式中 T——液壓馬達(dá)的載荷轉(zhuǎn)矩（N·m）；
△p=p1-p2——液壓馬達(dá)的進(jìn)出口壓差（Pa）。
液壓馬達(dá)的排量也應(yīng)滿足最低轉(zhuǎn)速要求
式中Qmin——通過(guò)液壓馬達(dá)的最小流量；
nmin——液壓馬達(dá)工作時(shí)的最低轉(zhuǎn)速。
2.4 計(jì)算液壓缸或液壓馬達(dá)所需流量
（1）液壓缸工作時(shí)所需流量
Q=Aυ （19）
式中 A——液壓缸有效作用面積（m2）；
υ——活塞與缸體的相對(duì)速度（m/s）。
（2）液壓馬達(dá)的流量
Q=qnm （20）
式中 q——液壓馬達(dá)排量（m3/r）；
nm——液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速（r/s）。
2.5 繪制液壓系統(tǒng)工況圖
工況圖包括壓力循環(huán)圖、流量循環(huán)圖和功率循環(huán)圖。它們是調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、選擇液壓泵、閥等元件的依據(jù)。
1）壓力循環(huán)圖——（p-t）圖 通過(guò)最后確定的液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)實(shí)際載荷的大小，倒求出液壓執(zhí)行元件在其動(dòng)作循環(huán)各階段的工作壓力，然后把它們繪制成（p-t）圖。
2）流量循環(huán)圖——（Q-t）圖 根據(jù)已確定的液壓缸有效工作面積或液壓馬達(dá)的排量，結(jié)合其運(yùn)動(dòng)速度算出它在工作循環(huán)中每一階段的實(shí)際流量，把它繪制成（Q-t）圖。若系統(tǒng)中有多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)工作，要把各自的流量圖疊加起來(lái)繪出總的流量循環(huán)圖。
3）功率循環(huán)圖——（P-t）圖 繪出壓力循環(huán)圖和總流量循環(huán)圖后，根據(jù)P=pQ，即可繪出系統(tǒng)的功率循環(huán)圖。
油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
油箱
油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過(guò)濾器及液位計(jì)等。
油箱可分為開(kāi)式油箱和閉式油箱二種。開(kāi)式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過(guò)濾器。開(kāi)式油箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達(dá)0.05MPa。如果按油箱的形狀來(lái)分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強(qiáng)度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。
2.1 油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
圖10為油箱簡(jiǎn)圖。設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)。
1）油必須有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何弧?/p>
2）吸油管及回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100μ的網(wǎng)式或線隙式過(guò)濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過(guò)濾器?；赜凸芸谝鼻?5°角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時(shí)也有利于散熱。
3）吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠(yuǎn)些，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/3～3/4。
圖10 油箱
1—液位計(jì)；2—吸油管；3—空氣過(guò)濾器；4—回油管；5—側(cè)板；6—入孔蓋；7—放油塞；8—地腳；9—隔板；10—底板；11—吸油過(guò)濾器；12—板；
4）為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過(guò)濾器，注油及通氣一般都由一個(gè)空氣過(guò)濾器來(lái)完成。為便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥。對(duì)于不易開(kāi)蓋的油箱，要設(shè)置清洗孔，以便于油箱內(nèi)部的清理。
5）油箱底部應(yīng)距地面150mm以上，以便于搬運(yùn)、放油和散熱。在油箱的適當(dāng)位置要設(shè)吊耳，以便吊運(yùn)，還要設(shè)置液位計(jì)，以監(jiān)視液位。
6）對(duì)油箱內(nèi)表面的防腐處理要給予充分的注意。常用的方法有：
① 酸洗后磷化。適用于所有介質(zhì)，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。
② 噴丸后直接涂防銹油。適用于一般礦物油和合成液壓油，不適合含水液壓液。因不受處理?xiàng)l件限制，大型油箱較多采用此方法。
③ 噴砂后熱噴涂氧化鋁。適用于除水-乙二醇外的所有介質(zhì)。
④ 噴砂后進(jìn)行噴塑。適用于所有介質(zhì)。但受烘干設(shè)備限制，油箱不能過(guò)大。
考慮油箱內(nèi)表面的防腐處理時(shí)，不但要顧及與介質(zhì)的相容性，還要考慮處理后的可加工性、制造到投入使用之間的時(shí)間間隔以及經(jīng)濟(jì)性，條件允許時(shí)采用不銹鋼制油箱無(wú)疑是最理想的選擇。
油箱的容量計(jì)算
油箱容量的計(jì)算
液壓泵站的油箱公稱容量系列（JB/T7938-1995），見(jiàn)表1。
表1 油箱容量JB/T7938-1995（L）
4
6.3
10
25
40
63
100
160
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
3150
4000
5000
6300
油箱容量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大流量的3～5倍。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設(shè)計(jì)。計(jì)算出系統(tǒng)發(fā)熱量與散熱量，再考慮冷卻器散熱后，從熱平衡角度計(jì)算出油箱容量。不設(shè)冷卻器、自然環(huán)境冷卻時(shí)計(jì)算油箱容量的方法如下。
1）系統(tǒng)發(fā)熱量計(jì)算 在液壓系統(tǒng)中，凡系統(tǒng)中的損失都變成熱能散發(fā)出來(lái)。每一個(gè)周期中，每一個(gè)工況其效率不同，因此損失也不同。一個(gè)周期發(fā)熱的功率計(jì)算公式為
式中 H——一個(gè)周期的平均發(fā)熱功率（W）；
T——一個(gè)周期時(shí)間（s）；
Ni——第i個(gè)工況的輸入功率（W）；
ηi——第i個(gè)工況的效率；
ti——第i個(gè)工況持續(xù)時(shí)間（s）。
2）散熱量計(jì)算 當(dāng)忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時(shí)，顯然系統(tǒng)的總發(fā)熱功率H全部由油箱散熱來(lái)考慮。這時(shí)油箱散熱面積A的計(jì)算公式為
式中 A——油箱的散熱面積（m2）；
H——油箱需要散熱的熱功率（W）；
△t——油溫（一般以55℃考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫差（℃）；
K——散熱系數(shù)。與油箱周圍通風(fēng)條件的好壞而不同，通風(fēng)很差時(shí)K=8～9；良好時(shí)X=15～17.5；風(fēng)扇強(qiáng)行冷卻時(shí)K=20～23；強(qiáng)迫水冷時(shí)K=110～175。
3）油箱容量的計(jì)算 設(shè)油箱長(zhǎng)、寬、高比值為α：b：c，則邊長(zhǎng)分別為αl、bl、cl、時(shí)（見(jiàn)圖11），l的計(jì)算公式為
式中 A——散熱面積（m2）
