液压系统设计

第四章 液压调高系统

4.1 初选系统工作压力

压力大小的选定不仅要考虑到载荷大小和设备类型而定。还要考虑到执行元件的元件供应、经济条件和装配空间等系列条件的限制。在外载荷相同的条件下，工作压力越低，势必会加大执行元件的结构尺寸，对某些特定的设备来说，尺寸要受到总体尺寸的限制，材料消耗角度考虑也不经济，对泵、缸、阀等元件的材料、密封、制造精度也会要求更高，必然会提高设备的制造成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限制的设备，压力可以低一些，行走机械重载设备压力要选的高一些。具体参考下表：

表2-1-1 按载荷选取工作压力

载荷/KN 工作压力/MPa

表2-2-2 各种机械常用的系统工作压力

农业机械 机 床 机械类型 磨 床 工作压力/MPa 0.8~2

表2-1-3 液压缸额定压力系列（GB2346-80）

0.63

本设计采煤机工作载荷 ?5.0KN，属于小型机械。因此确定液压缸工作压力为1.0 MPa。最高允许压力（也是动态试验压力）是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。通常规定为1.5倍的额定压力1.5?1.0=1.5MPa。

1 1.6 2.5 4 6.3 10 16 25 31.5 40.0 组合 机床 3~5 龙门 拉 床 液压凿岩机 刨床 2~8 8~10 10~18 20~32 起重运输机械 液压机 <5.0 0.8~1 5~10 1.5~2 10~20 2.5~3 20~30 3~4 30~50 4~5 50 >5 小型工程机械 大中型挖掘机 建筑机械 重型机械 4.2确定执行元件背压力

常见液压系统背压力如下表：

表2-2 执行元件背压力

系统类型 简单系统或轻载节流系统 回油路带调速阀的系统 回油路设置有背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路短，且直接回油箱 背压力/MPa 0.2~0.5 0.4~0.6 0.5~1.5 0.8~1.5 1.2~3 可忽略不计 此液压系统在液压锁下方放置带单向阀的节流阀，设置背压力为0.05 MPa。

4.3 液压缸主要结构参数的计算

4.3.1 液压缸内径计算

液压缸的缸筒内径、活塞杆直径及有效面积或液压马达的排量是其主要结构参数。计算方法是：先由最大负载和选取的设计压力及估取的机械效率算出有效面积或排量，然后再检验是否满足系统最小稳定流量下的最低运行速度要求。 采用单活塞杆液压缸，一般工作在受压状态。

p1A1?p2A2?Fmax/?cm 由于p2??p1，

Fmax2?103A1???0.00211m2 6p11?10?0.954A14?0.00211?0.0518m?52mm

3.14D???根据液压缸直径系列（下表）

表；液压缸内径系列（GB/T2348-93） /mm

8 80 250 10 （90) (280) 12 100 320 16 (110) (360) 20 125 400 25 (140) (450) 32 160 500 40 (180) 50 200 63 (220)

这里D?50mm

p1、p2———液压缸工作腔、回油腔压力，Pa；回油腔压力（背压力）按表选取；

A1———液压缸无杆腔的有效面积，m2，A1??D2/4 A2———液压缸有杆腔的有效面积，m2，A2??(D2?d2)/4；

D,d———液压缸缸筒内径、活塞杆直径，m；

Fmax,?cm,vmin———液压缸的最大负载力，N；机械效率（一般取0.9～0.97），最小速度，m/s；

Tmax,?mm,nmin,Vm,?p———液压马达的最大转矩，N·m；机械效率（齿轮马达和柱塞马达取0.9～0.95，叶片马达取0.8～0.9）；最小转速，rad/s；排量，m/rad；进出油口压差，Pa；

qmin———系统最小稳定流量，m/s，节流调速系统取决于流量

4.3.2 液压缸内径计算

当用上式计算液压缸的结构参数时，还需确定活塞直径与液压缸内径的关系，在计算出液压缸内径D时，利用这一关系获得活塞的直径d。通常由液压缸的往返速度比?确定这一关系。即d?D(??1)/?。

表2-3-2(a) 按工作压力选取d/D

工作压力/MPa d/D <=5.0 0.5~0.55

5.0~7.0 0.62~0.70 >=7.0 0.7 表2-3-2(b) 按速比选取d/D

v2/v1 d/D

设速度比v2/v1=1.61，综合两项考虑取d/D=0.5 根据活塞杆直径系列，见表

表 活塞杆直径系列（GB/T2348-93）

4 25 90 280

2222D?50mm ，A1??D/4?3.14?0.050/4?0.00196m=19.6cm

1.15 0.3 1.25 0.4 1.33 0.5 1.46 0.55 1.61 0.62 2 0.71 5 28 100 320 6 32 110 360 8 36 125 10 40 140 14 50 160 16 56 180 18 63 200 20 70 220 22 80 250 d?0.5?50?25mm

A2??4?(D2?d2)?3.14?(0.0502?0.0252)?0.001472m2=14.72cm2 44.3.3液压缸行程计算

根据以往采煤机的设计经验和液压缸行程系列表 表 液压缸行程系列（GB2349-80） 25 500 50 630 80 800 100 1000 125 1250 160 1600 200 2000 250 2500 320 3200 400 4000 综合液压缸的行程系列表取液压缸行程为S=200mm

4.3.4 液压缸最大流量计算

液压缸的最大流量qmax

qmax?Avmax?0.00211?0.01?0.0000211m3/s 式中，A------液压缸的有效面积，m2，（A1或A2）;

vmax-----液压缸的最大速度，m/s，这里vmax=0.01m/s。

4.4 液压泵的选择

4.4.1 确定液压泵的最大工作压力计算

Pp≥p1+∑Δp=1+0.1=1.1MPa

p1----------液压缸或液压马达的最大工作压力

∑Δp------系统进油路上的总压力损失，若系统在执行器停止运动时才出

现最高工作压力，则∑Δp=0；否则需对其进行计算（见第2.4节）。初算时可凭经验进行估取：简单系统取∑Δp=0.1～0.5MPa；复杂系统取∑Δp=0.5～1.5 MPa。这里取∑Δp=0.1MPa.。

4.4.2确定液压泵的流量计算

多个执行器同时动作的系统，液压泵的最大流量应大于同时动作的执行器所需的总流量，并应考虑系统的泄露。

qvp?k?q1.1?0.00002?11vax?m 3210.003m00 2s/式中，K-------系统泄露系数，一般取K=1.1~1.3,这里K=1.1

?qvmax-----同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量。对于在工作过程

中用节流调速的系统，还须加上逆流阀的最小逆流量，此处略去。

4.4.3选取液压泵的规格

按照液压系统图中拟定的液压泵的形式及上述计算得到的pp和qvp值，由产品型录或样本选取相应的液压泵规格。为了保住系统不致因过度过程中过高的动态压力作用被破坏，系统应有一定的压力储备量，通常推荐液压泵的额定压力比；液压泵的额度流量宜pp高25%~60%（高压系统取高值，中低压系统取大值）与qvp相当，不应超过太多。

齿轮泵结构简单，工艺性好，体积小，重量轻，维护方便，使用寿命长，但工作压力较低，流量麦冬和压力脉动较大，如高压下不采用端面补偿时，其容积效率将明显下降。内啮合齿轮与外啮合齿轮泵相比，虽然其结构更紧凑、体积小、吸油性能好、流量均匀性较好，当结构较为复杂，加工性差。此处选用CB-B2.5型外啮合齿轮泵。

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