液压传动系统的形式和设计步骤

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1．  液压传动系统的形式及禁忌

按液流循环方式的不同，液压传动系统可分为开式和闭式两种。

在开式系统中，液压泵从邮箱吸油，供入执行装置后，再排回邮箱。其结构简单，散热良好，油液能在油箱内澄清，因而应用叫普遍。

禁忌：开式系统油箱较大，空气与油液的接触机会较多，故应避免渗入空气。

在闭式系统中，液压泵进油管直接与执行装置的排油管相通，形成一个闭合循环。为了补偿系统的泄露损失，因而常需附设一只小型辅助补偿液压泵和油箱。油箱体积很小，结构紧凑；空气进入油液的机会少，工作较平稳；同时液压泵能直接控制液流方向，并能允许能量反馈。

禁忌：闭式系统结构较复杂，散热条件较差，要求有较高的过滤精度，一般避免采用。

2．  液压传动系统的主要组成

1）  执行元件（液压缸、液压马达）。

2）  液压泵。

3）  控制调节元件。包括各种压力、流量及方向控制阀，用以控制和调节液流的压力、速度和方向，以满足机器的工作性能要求和实现各种不同的工作循环。

4）  辅助元件。如油箱、冷却器、过滤器、蓄能器、管道、管件以及控制仪表等。

3．  液压传动的优点

与电气及机械传动方式比较，液压传动有以下优点：

1）  同样地功率，液压传动装置的重量轻，体积紧凑，惯性小；

2）  能在很大调整范围内实现无级调速；

3）  运动平稳，便于实现频繁及平稳的换向；

4）  与电气或压缩空气相配合，可以实现多种自动化操作；

5）  系统内全部机构都在油内工作，能自行润滑，可以经久耐用；

6）  液压元件易于实现通用化和标准化；

7）  液压传动易于实现过载保护。

此外，当动力源发生故障时，可借助蓄能器产生应急动作。

4．  液压传动的缺点

1）  泄漏难以避免，影响工作效率和运动平稳性，而且不适用于要求较高的定比传动。为了防止漏油，配合件的制造精度要求较高。

2）  油液的温度及粘度的变化，会影响传动机构的工作性能。在低温及高温条件下采用液压传动均有较大的困难。

3）  液油中如渗有空气，则会产生噪声并使动作不平稳。

4）  液压元件的制造及系统的调整均需较高的技术水平。

5）  确定故障产生的原因以及消除这些故障都比较困难。

5．  液压传动系统的设计步骤

在设计液压传动系统之前，应充分了解机器的工艺要求、技术特性，从经济、技术等各方面考虑和比较是否应当采用液压传动，或哪些部件应当采用液压传动，以及它们的自动化程度等。

液压传动系统的设计，大致可以分为下列几个步骤：

1）  明确设计依据进行工况分析；

2）  确定液压系统主要参数；

3）  初步拟定液压传动系统图；

4）  液压件的选择或设计；

5）  液压传动系统的计算；

6）  绘出正式的液压传动系统图及装配图，变质技术文件。

如有必要，还须验证有人呀传动系统有关性能要求，如调速特性、工作平稳性等。

上述的设计步骤只说明了一般的设计过程和内容，在实际的设计过程中，这些步骤不可能是孤立、互不联系；同时，也不一定所有都是必要的和先后次序固定不变的，以下各节就上述各个设计步骤的工作内容加以简述。



明确设计依据进行工况分析并确定液压系统主要参数

1）  首先要搞清主机结构和总体布局。这是合理确定液压执行元件运动方式及其工作范围的需要，同时也是合理确定和调整液压执行元件和安放位置及空间尺寸限制条件的需要。

2）  明确主机对液压系统的性能要求，如运动平稳度、动作精度、调速范围、系统温升、效率及安全保护等。

3）  明确主机的工作环境及条件，如湿度、温度、污染以及是否有腐蚀、易燃性等情况。

4）  在上述基础上，再对主机进行工况分析，主要包括对执行元件在不同工作阶段的速度分析和负载分析，并绘制速度循环图和负载循环图。对于简单的液压系统，这两种图都可省略，但对于动作比较复杂和多个执行元件的液压系统，需要通过工况分析画出分析图，找出最大速度点和最大负载点。确定液压系统主要参数，即压力和流量。





1．  确定液压传动系统原理图禁忌

（1）       避免组合回路相互干扰  在组合基本回路时，特别要注意由于组合以后，回路中存在有相互干扰的关系，有时不能按照最初所设想的要求来动作。例如在多支回路系统中（即用一个液压泵传动一个以上的执行元件），有两个液压缸同时动作，其耗油量及压力变化情况可以从前节所述的“压力—位移时间图”及“流量—位移时间图”中看出，由于同时所需的压力不同，压力要求低得液压缸会用去全部油液，而压力要求高地液压缸则不动，甚至有把高举的负荷掉下来的危险。如果发现此种情况时，或者把它们放在两个互相分离的回路（即各用不同的液压泵传动），或者采用其他措施，如使用单向阀、背压阀、稳流阀、减压阀、顺序阀等加以控制，使之安装我们的要求进行动作。参看滚与如何进行分支管路的功率分配说明。

（2）       避免系统中存在多余的回路完成机器动作的回避，应力求简单可靠。回路愈复杂，发生故障的机会愈多，消耗的功率愈大；另外，还要避免把液压传动作为万能工具，对回路附加过多的要求和苛刻的条件（而应全面考虑是否有更简单的机械或电气传动方式可采用）。

（3）       要注意系统的安全可靠性，尽可能较少故障停车时间

1）  一般在回路中采用溢流阀或其他安全措施控制最大卸荷。

2）  要防止系统突然过载（详见如何防止液压冲击）。

3）  要防止系统过热。

4）  当执行元件发生故障时，考虑使回路恢复中性位置，以便确保机器的安全。

5）  考虑选择使用有互换性及可靠的标准设备，并准备必要的备品。

6）  对于重要的系统，为了避免发生故障和容易维修，必要时考虑增加设备用液压泵（或油源）及其他液压元件。

7）  除此之外，根据不同情况，增设其他安全装置，如行程限制器、连锁开关和缓冲器等。

（4）       不要忽略经济问题以及建设进度在系统中，如过于考虑理想的要求，则将增加元件的数量或要求特殊的元件和设备，使成本增加，失去使用液压传动的意义。此外在系统中应多采用标准设备，尽量避免自行设计。

以下就拟定液压系统时需要解决的一些技术问题加以简述。



2．  液压控制禁忌

液压传动系统中，通常使用两种液压控制方式：

（1）       不要忽略压力值本身大小的控制  控制系统的最大压力，一般采用溢流阀，溢流阀的调整压力必须大于系统的最大工作压力和各种压力损失的总和。如果要使回路的压力低于系统的最大压力，可以采用减压阀。

（2）       当压力达到一定数值时，不要忽略对其他部分进行控制例如，当初级回路的压力达到预先调节值时，可以采用卸荷阀或顺序阀等来开闭次级回路。

3．  系统的卸荷问题

在有定量泵的液压系统中，当非工作循环时或在有蓄能器的液压系统中蓄能器已经蓄满油液时，要求液压泵进行卸荷。否则，不但造成成功率的损失，而且高压油通过溢流阀流入油箱，会导致油液的发热，从而引起一些列不良后果。不仅如此，长时间的满载工作，还会加速液压泵的磨损，降低其使用寿命。

通常卸荷的方法有：

（1）       停止液压泵的运转  除了少数的工作情况外，一般不采用此种卸荷的方法，最好是在卸荷时，液压泵仍然处于运转状态。

（2）       采用卸荷阀此种卸荷的方式很多，如没有特殊要求，以采用遥控溢流阀卸荷较为适宜，因为只增设一小型控制阀，而不添设其他大型控制元件。

（3）       采用中位卸荷（即M型阀芯）的换向阀  此种卸荷方法很简单，不增设其他液压元件，适用于小流量的液压系统。

禁忌：对有蓄能器的液压系统不能采用。

4．  分支管路的功率分配问题

在用一个液压动力源同时传动两个以上不同执行元件的系统中，例如液压缸的直径相同，而所受的载荷不相等，那么各个液压缸的速度就不一样，其值决定于载荷之间的比值。在这种情况下，通常在管路分支系统中安置节流调速装置，并使液压泵的压力大于各分支中的最大压力，以保证在一定的变化范围内实现功率分配。

还可以采用其他的方法进行管路分支系统的功率分配。例如有时要求执行元件的运动保持养个的同步（包括用相等的速度，或保持一定的速比关系运动），这时便要求采取相应的措施。