液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟

液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟和設(shè)計要求液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)與主機的總體設(shè)計同步進(jìn)行。設(shè)計時，必須從實際出發(fā)，將各種傳動形式有機地結(jié)合起來，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)勢，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。

1.設(shè)計步驟

液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟沒有嚴(yán)格的順序，步驟往往相互穿插。一般來說，定義設(shè)計需求后，一般遵循以下步驟。

1)確定液壓執(zhí)行機構(gòu)的形式；

2)分析工況，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；

3)制定基本計劃，繪制液壓系統(tǒng)原理圖；

4)選擇液壓元件；

5)對液壓系統(tǒng)的性能檢查；

6)繪制施工圖，準(zhǔn)備技術(shù)文件。

2明確的設(shè)計要求

設(shè)計需求是每個項目設(shè)計的基礎(chǔ)。在制定出基本方案和進(jìn)一步設(shè)計液壓系統(tǒng)的各個部分之前，必須清楚地了解設(shè)計要求和與設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的其他方面。

1)主機概況:用途、性能、工藝流程、工作環(huán)境、總平面布置等。；

2)液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作的先后順序以及相互之間的連鎖關(guān)系；

3)液壓驅(qū)動機構(gòu)的運動形式和速度；

4)各動作機構(gòu)的負(fù)載大小和性能；

5)調(diào)速范圍、運動穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換精度等性能要求；

6)自動化程序和運行控制方式的要求；

7)防塵、防爆、防寒、噪音、安全可靠性要求；

8)對效率、成本等的要求。

制定基本計劃并繪制液壓系統(tǒng)圖表。

3.制定基本計劃。

(1)制定調(diào)速方案

液壓執(zhí)行機構(gòu)確定后，其運動方向和速度的控制是液壓回路的核心問題。

方向控制由換向閥或邏輯控制單元實現(xiàn)。一般對于中、小流量的液壓系統(tǒng)來說，所需動作大多是通過換向閥的有機組合來實現(xiàn)的。對于液壓系統(tǒng)高壓大流量，現(xiàn)在大多采用插裝閥和先導(dǎo)控制閥的邏輯組合。

速度控制是通過改變液壓致動器的輸入或輸出的流量或利用密封空間的體積變化來實現(xiàn)的。

一般用定量泵供油節(jié)流，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行機構(gòu)的流量來調(diào)節(jié)速度。這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單。由于該系統(tǒng)必須使用閃蒸閥，所以效率低，發(fā)熱量大，多用于功率較小的場合。

容積調(diào)速是通過改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量實現(xiàn)的。其優(yōu)點是無溢流損失和節(jié)流損失，效率高。但為了散熱和補充泄漏，需要輔助泵。這種調(diào)速方式適用于大功率高轉(zhuǎn)速的液壓系統(tǒng)。

節(jié)流調(diào)速一般采用變量泵供油，流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行機構(gòu)的流量，使供油量滿足用油需求。這種調(diào)速電路效率高，速度穩(wěn)定性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

調(diào)速有三種形式:入口節(jié)流、回流節(jié)流和旁通節(jié)流。進(jìn)油節(jié)流起動沖擊小，回油節(jié)流多用于有負(fù)載的場合，旁通節(jié)流多用于高轉(zhuǎn)速。

速度控制回路一旦確定，回路的循環(huán)形式也就確定了。

節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)的形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流過系統(tǒng)釋放能量，再排回油箱。開路結(jié)構(gòu)簡單，散熱好，但油箱大，容易混入空氣。

容積調(diào)速多為閉環(huán)形式。在閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行機構(gòu)的排油口相連，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。

(2)制定壓力控制計劃。

液壓執(zhí)行機構(gòu)工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定的壓力范圍內(nèi)工作，有的需要多級或無級連續(xù)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，所需壓力由溢流閥調(diào)節(jié)并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，變量泵用于供油，安全閥用于安全保護(hù)。

在某些液壓系統(tǒng)中，有時需要小流量的高壓油，可以考慮用增壓回路來獲得高壓，而不是單個高壓泵。當(dāng)液壓執(zhí)行機構(gòu)在工作循環(huán)的某一段時間內(nèi)不需要供油，不方便停泵時，就要考慮選擇卸荷回路。

在系統(tǒng)的某些部分，當(dāng)工作壓力需要低于主油源的壓力時，需要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。

(3)制定一個循序漸進(jìn)的行動計劃。

根據(jù)設(shè)備類型的不同，主機的執(zhí)行機構(gòu)有的按照固定的程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構(gòu)多為手動，一般由手動多路換向閥控制。沖程控制通常用于每個機械致動器的順序動作。當(dāng)工作部件運動到一定位置時，電動行程開關(guān)向電磁鐵發(fā)出電信號推動電磁閥或直接按壓行程閥控制后續(xù)動作。行程開關(guān)安裝方便，行程閥需要連接到相應(yīng)的油路上，所以只適用于管路連接方便的場合。

另外還有時間控制，壓力控制等等。比如液壓泵空載啟動時，經(jīng)過一段時間后，泵正常運行時，延時繼電器發(fā)出電信號，關(guān)閉卸荷閥，建立正常工作壓力。壓力控制常用于帶有液壓夾具的機床、擠壓機等場合。當(dāng)某個執(zhí)行器完成一個預(yù)定動作，回路中的壓力達(dá)到一定值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過，開始下一個動作。

(4)選擇液壓動力源。

液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵。通常，油門控制系統(tǒng)使用固定泵供油。在沒有其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量大于系統(tǒng)的用油量，多余的油通過溢流閥流回油箱，也起到控制和穩(wěn)定油源壓力的作用。容積控制系統(tǒng)大多由變量泵供油，系統(tǒng)最大壓力受安全閥限制。

為了節(jié)能和提高效率，液壓泵的供油應(yīng)盡可能與系統(tǒng)所需的流量相匹配。當(dāng)系統(tǒng)在工作循環(huán)各階段的用油量變化較大時，一般采用多泵供油或變量泵供油。當(dāng)所需流量長期較小時，可增加蓄能器作為輔助油源。

油凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般情況下，泵的入口應(yīng)裝有粗濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油應(yīng)根據(jù)被保護(hù)部件的要求，由相應(yīng)的細(xì)濾器再次過濾。為了防止系統(tǒng)中的雜質(zhì)回流到油箱，可以在回油通道上安裝磁性過濾器或其他類型的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備的環(huán)境和溫升的要求，還應(yīng)考慮加熱和冷卻等措施。

3.繪制液壓系統(tǒng)圖形

整機的液壓系統(tǒng)圖由準(zhǔn)備好的控制回路和液壓源組成。各電路相互組合時，應(yīng)去掉冗余元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單。注意元件之間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤操作。盡量減少能量損失。提高系統(tǒng)的工作效率。

為了便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)控，必要的檢測元件(如壓力表和溫度計等。)應(yīng)安裝在系統(tǒng)的主要部分。

大型設(shè)備的關(guān)鍵部位應(yīng)附有備件，以便在發(fā)生事故時快速更換，保證主要連續(xù)工作。

所有液壓元件應(yīng)盡可能采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，圖紙應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件功能符號的正常位置繪制。對于自行設(shè)計的非標(biāo)件，可繪制結(jié)構(gòu)示意圖。

系統(tǒng)圖中應(yīng)標(biāo)明每個液壓執(zhí)行機構(gòu)的名稱和作用，每個液壓執(zhí)行機構(gòu)的序號和每個電磁鐵的代碼，并附有電磁鐵、行程閥和其它控制元件的動作表。

設(shè)計液壓裝置并準(zhǔn)備技術(shù)文件。

4.液壓裝置總布置圖

液壓系統(tǒng)整體布局集中分散。

集中式結(jié)構(gòu)是整個設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源和控制閥獨立設(shè)置在主機外部或安裝在地下，形成液壓站。如冷軋機、鍛壓機、電弧爐等熱源強、煙塵污染大的冶金設(shè)備，一般采用集中供油。

分散式結(jié)構(gòu)是將液壓泵和液壓系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)裝置分別安裝在設(shè)備上適當(dāng)?shù)奈恢?。機床、工程機械等移動設(shè)備一般采用這種結(jié)構(gòu)。

5.液壓閥的配置形式

1)板式配置板式配置是指將板式液壓元件用螺釘固定在板上，并在板上鉆與閥口相對應(yīng)的孔，根據(jù)系統(tǒng)圖將閥門通過管接頭連接到油管上。這種配置可以根據(jù)需要靈活地改變回路形式。這種配置廣泛應(yīng)用于液壓試驗臺等。

2)目前液壓系統(tǒng)大部分集成配置都是集成的形式。就是把液壓閥安裝在集成塊上，一方面起到安裝底板的作用，另一方面起到內(nèi)部油路的作用。這種結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。

6.集成塊設(shè)計

1)閥組結(jié)構(gòu)閥組的材料一般為鑄鐵或鍛鋼。低壓固定設(shè)備可采用鑄鐵，高壓強振動場合應(yīng)采用鍛鋼。將石塊加工成立方體或長方體。

對于更簡單的液壓系統(tǒng)，它有更少的閥門，可以安裝在同一個集成塊上。如果液壓系統(tǒng)比較復(fù)雜，控制閥比較多，就需要采取多個集成塊疊加的形式。

堆疊集成塊的上下表面一般為堆疊結(jié)合面，鉆有一個共用壓力油孔P、一個共用回油孔T、一個漏油孔L和四個螺栓孔，用于堆疊緊固。

P孔，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)后進(jìn)入共用壓力油孔P，作為供給各單元回路壓力油的共用油源。

T孔，各單元回路的回油通至公共回油孔T，流回油箱。

l孔，每個液壓閥的泄漏油通過共用的泄漏油孔流回油箱。

集成塊的其余四個面一般與液壓執(zhí)行機構(gòu)的油管連接，另外三個面用于安裝液壓閥。根據(jù)系統(tǒng)圖的要求，缸體內(nèi)部鉆有通道，與每個閥門連通。

2)集成塊結(jié)構(gòu)尺寸的確定。外形尺寸應(yīng)滿足閥門安裝、管道布置和其他工藝要求。為了減少工藝孔數(shù)量，縮短通道長度，應(yīng)仔細(xì)考慮閥門的安裝位置，使連通的油孔盡可能在同一水平面或垂直面上。對于complex液壓系統(tǒng)，當(dāng)需要堆疊多個集成塊時，需要保證三個共用油孔的坐標(biāo)相同，以便堆疊后形成三個主通道。

每個油孔的內(nèi)徑應(yīng)滿足允許流量的要求。有關(guān)詳細(xì)信息，請參考本章第4.4節(jié)確定直徑。一般來說，與閥門直接相連的孔徑應(yīng)等于所安裝閥門的油孔直徑。

油孔之間的壁厚&δ；不能太小。一方面可以防止在使用過程中由于油的壓力而發(fā)生故障，另一方面也可以防止在加工過程中由于油孔的偏差而導(dǎo)致的錯誤通過。對于中壓和低壓系統(tǒng)，&delta不得小于5mm，高壓系統(tǒng)應(yīng)更大。

7.繪制正式的工作圖紙并準(zhǔn)備技術(shù)文件。

在液壓系統(tǒng)完全確定后，正式繪制液壓系統(tǒng)圖。除了用元件的圖形符號表示的原理圖外，還包括動作循環(huán)表和元件的規(guī)格型號表。圖中的每個元件通常由系統(tǒng)的停止位置來表示。如果特殊需要，也可以根據(jù)某一時刻的運動狀態(tài)來畫，但要說明。

裝配圖包括泵站裝配圖、管道布置圖、操作機構(gòu)裝配圖、電氣系統(tǒng)圖等。

技術(shù)文件包括設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計說明書、設(shè)備操作和維護(hù)說明書等。