第三节
液压元件的选择
一、液压泵的确定与所需功率的计算
1.液压泵的确定
(1)确定液压泵的最大工作压力。液压泵所需工作压力的确定，主要根据液压缸在工作循环各阶段所需最大压力p1，再加上油泵的出油口到缸进油口处总的压力损失ΣΔp，即
pB=p1+ΣΔp
ΣΔp包括油液流经流量阀和其他元件的局部压力损失、管路沿程损失等，在系统管路未设计之前，可根据同类系统经验估计，一般管路简单的节流阀调速系统ΣΔp为(2～5)×105Pa，用调速阀及管路复杂的系统ΣΔp为(5～15)×105Pa，ΣΔp也可只考虑流经各控制阀的压力损失，而将管路系统的沿程损失忽略不计，各阀的额定压力损失可从液压元件手册或产品样本中查找，也可参照下表选取。
常用中、低压各类阀的压力损失(Δpn)
|
阀名 |
Δpn(×105Pa) |
阀名 |
Δpn(×105Pa) |
阀名 |
Δpn(×105Pa) |
阀名 |
Δpn(×105Pa) |
|
单向阀 |
0.3～0.5 |
背压阀 |
3～8 |
行程阀 |
1.5～2 |
转阀 |
1.5～2 |
|
换向阀 |
1.5～3 |
节流阀 |
2～3 |
顺序阀 |
1.5～3 |
调速阀 |
3～5 |
(2)确定液压泵的流量qB。泵的流量qB根据执行元件动作循环所需最大流量qmax和系统的泄漏确定。
①多液压缸同时动作时，液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸(或马达)所需的最大流量，并应考虑系统的泄漏和液压泵磨损后容积效率的下降，即
qB≥K(Σq)max(m3/s)
式中：K为系统泄漏系数，一般取1.1～1.3，大流量取小值，小流量取大值；(Σq)max为同时动作的液压缸(或马达)的最大总流量(m3/s)。
②采用差动液压缸回路时，液压泵所需流量为：
qB≥K(A1-A2)vmax(m3/s)
式中：A 1，A
2为分别为液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积(m2)；vmax为活塞的最大移动速度(m/s)。
③当系统使用蓄能器时，液压泵流量按系统在一个循环周期中的平均流量选取，即
qB=ViK/Ti
式中：Vi为液压缸在工作周期中的总耗油量(m3)；Ti为机器的工作周期(s)；Z为液压缸的个数。
(3)选择液压泵的规格：根据上面所计算的最大压力pB和流量qB，查液压元件产品样本，选择与PB和qB相当的液压泵的规格型号。
上面所计算的最大压力pB是系统静态压力，系统工作过程中存在着过渡过程的动态压力，而动态压力往往比静态压力高得多，所以泵的额定压力pB应比系统最高压力大25%～60%，使液压泵有一定的压力储备。若系统属于高压范围，压力储备取小值；若系统属于中低压范围，压力储备取大值。
(4)确定驱动液压泵的功率。
①当液压泵的压力和流量比较衡定时，所需功率为：
p=pBqB/103ηB
(kW)
式中：pB为液压泵的最大工作压力(N/m2)；qB为液压泵的流量(m3/s)；ηB为液压泵的总效率，各种形式液压泵的总效率可参考下表估取，液压泵规格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，变量泵取小值。
表
液压泵的总效率
|
液压泵类型 |
齿轮泵 |
螺杆泵 |
叶片泵 |
柱塞泵 |
|
总效率 |
0.6～0.7 |
0.65～0.80 |
0.60～0.75 |
0.80～0.85 |
②在工作循环中，泵的压力和流量有显著变化时，可分别计算出工作循环中各个阶段所需的驱动功率，然后求其平均值，即
p=
式中：t1，t2，…，tn为一个工作循环中各阶段所需的时间(s)；P1，P2，…，Pn为一个工作循环中各阶段所需的功率(kW)。
按上述功率和泵的转速，可以从产品样本中选取标准电动机，再进行验算，使电动机发出最大功率时，其超载量在允许范围内。
二、阀类元件的选择
1.选择依据
选择依据为：额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。
2.选择阀类元件应注意的问题
(1)应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。
(2)阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。
(3)一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。
三、蓄能器的选择
1.蓄能器用于补充液压泵供油不足时，其有效容积为：
V=ΣAiLiK-qBt(m3)
式中：A为液压缸有效面积(m2)；L为液压缸行程(m)；K为液压缸损失系数，估算时可取Ｋ＝1.2；qB为液压泵供油流量(m3/s)；t为动作时间(s)。
2.蓄能器作应急能源时，其有效容积为：
V=ΣAiLiK(m3)
当蓄能器用于吸收脉动缓和液压冲击时，应将其作为系统中的一个环节与其关联部分一起综合考虑其有效容积。
根据求出的有效容积并考虑其他要求，即可选择蓄能器的形式。
四、管道的选择
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：
d=
式中：q为通过油管的最大流量(m3/s)；v为管道内允许的流速(m/s)。一般吸油管取0.5～5(m/s)；压力油管取2.5～5(m/s)；回油管取1.5～2(m/s)。
(2)油管壁厚δ按下式计算：
δ≥p·d/2〔σ〕
式中：p为管内最大工作压力；〔σ〕为油管材料的许用压力，〔σ〕=σb/n；σb为材料的抗拉强度；n为安全系数，钢管p＜7MPa时，取n=8；p＜17.5MPa时，取n=6；p＞17.5MPa时，取n=4。
根据计算出的油管内径和壁厚，查手册选取标准规格油管。
五、油箱的设计
油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。其形式有开式和闭式两种：开式油箱油液液面与大气相通；闭式油箱油液液面与大气隔绝。开式油箱应用较多。
1.油箱设计要点
(1)油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的80%。
(2)吸箱管和回油管的间距应尽量大。
(3)油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。
(4)注油器上应装滤网。
(5)油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。
2.油箱容量计算油箱的有效容量V可近似用液压泵单位时间内排出油液的体积确定。
V=KΣq
式中：K为系数，低压系统取2～4，中、高压系统取5～7；Σq为同一油箱供油的各液压泵流量总和。
六、滤油器的选择
选择滤油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。
滤油器过滤精度的选择
|
系统 |
过滤精度(μm) |
元件 |
过滤精度(μm) |
|
低压系统 |
100～150 |
滑阀 |
1/3最小间隙 |
|
70×105Pa系统 |
50 |
节流孔 |
1/7孔径(孔径小于1.8mm) |
|
100×105Pa系统 |
25 |
流量控制阀 |
2.5～30 |
|
140×105Pa系统 |
10～15 |
安全阀溢流阀 |
15～25 |
|
电液伺服系统 |
5 |
|
|
|
高精度伺服系统 |
2.5 |
|
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