10 液压传动系统的设计和计算
10.1液压传动系统的设计步骤 10.2 液压系统设计举例 10.1 液压传动系统的设计步骤
液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性好，使用维护方便等条件。液压系统的设计，根据系统的繁简、借鉴的资料多少和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。下面对液压系统的设计步骤予以介绍。 10.1.1 明确设计要求、工作环境，进行工况分析
10.1.1.1 明确设计要求及工作环境
液压系统的动作和性能要求主要有：运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步或联锁等。就工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间的大小等。要使所设计的系统不仅能满足一般的性能要求，还应具有较高的可靠性、良好的空间布局及造型。
10.1.1.2 执行元件的工况分析
对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律，通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值。必要时还应作出速度、负载随时间或位移变化的曲线图。下面以液压缸为例，液压马达可作类似处理。
就液压缸而言，承受的负载主要由六部分组成，即工作负载，导向摩擦负载，
惯性负载，重力负载，密封负载和背压负载，现简述如下。
(1)工作负载Fw
不同的机器有不同的工作负载，对于起重设备来说，为起吊重物的重量；对液压机来说，压制工件的轴向变形力为工作负载。工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。工作负载既可以为定值，也可以为变量，其大小及性质要根据具体情况加以分析。
(2)导向摩擦负载Ff
导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力，其值与运动部件的导轨形式，放置情况及运动状态有关，各种形式导轨的摩擦负载计算公式可查阅有关手册。例如，机床上常用平导轨和V形导轨，当其水平放置时，其导向摩擦负载计算公式为
Ff?f(G?FN)平导轨： （10.1）
Ff?fG?FNsin?2V形导轨： （10.2）
式中：G—运动部件的重力；
FN—垂直于导轨的工作负载； ?—V形导轨的夹角，一般?=90?； f—摩擦系数，其值可查《机床设计手册》。
(3)惯性负载Fa
惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出，即
Fa?ma?G?vg?t
（10.3）
式中：g—重力加速度；
?t —启动、制动或速度转换时间。
?v—?t时间内的速度变化值；
(4)重力负载Fg
垂直或斜放置的运动部件，其自重也成为一种负载，倾斜放置时，只计算重力在运动方向上的分力。液压缸上行时重力取正值，反之取负值。
(5)密封负载Fs
密封负载是指液压缸密封装置的摩擦力，其值与密封装置的类型、尺寸、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关。在未完成液压系统设计之前，不知道密封装置的参数，其值无法计算，一般通过液压缸的机械效率加以考虑，常取机械效率值为0.90~0.97。
(6)背压负载Fb
背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力。在系统方案及液压缸结构尚未确定之前也无法计算，在负载计算时可暂不考虑。
液压泵各个主要工作阶段的机械负载F可按下列公式计算。
F?(Ff?Fa?Fg)/?m空载启动加速阶段； （10.4）
快速阶段；
F?(Ff?Fg)/?m
（10.5）
工进阶段；
F?(Ff?Fw?Fg)/?m
（10.6）
制动减速；
F?(Ff?Fw?Fa?Fg)/?m
（10.7）
10.1.2 液压系统原理图的拟定
液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理的重要技术文件。拟定液压系统原理图是设计液压系统的第一步，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。
10.1.2.1 确定油路类型
一般具有较大空间可以存放油箱的系统，都采用开式油路；相反，凡允许采用辅助泵进行补油，并借此进行冷却交换来达到冷却目的的系统，可采用闭式油路。通常节流调速系统采用开式油路，容积调速系统采用闭式回路。
10.1.2.2 选择液压回路
在拟定液压系统原理图时，应根据各类主机的工作特点、负载性质和性能要求，先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路，然后再考虑其它辅助回路。例如对于机床液压系统，调速和速度换接回路是主要回路；对于压力机液压系统，调压回路是主要回路；有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路；惯性负载较大的系统要考虑缓冲制动回路。有多个执行元件的系统要考虑顺序动作、同步或回路隔离；有空载运行要求的系统要考虑卸荷回路等。
10.1.2.3
