液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)要求液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)與主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際出發(fā)，將各種傳動(dòng)形式有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。

1.設(shè)計(jì)步驟

液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟沒(méi)有嚴(yán)格的順序，步驟往往相互穿插。一般來(lái)說(shuō)，定義設(shè)計(jì)需求后，一般遵循以下步驟。

1)確定液壓執(zhí)行機(jī)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(jì)劃，繪制液壓系統(tǒng)原理圖；

4)選擇液壓元件；

5)對(duì)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(jì)要求

設(shè)計(jì)需求是每個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在制定出基本方案和進(jìn)一步設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的各個(gè)部分之前，必須清楚地了解設(shè)計(jì)要求和與設(shè)計(jì)內(nèi)容相關(guān)的其他方面。

1)主機(jī)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(dòng)作，動(dòng)作的先后順序以及相互之間的連鎖關(guān)系；

3)液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式和速度；

4)各動(dòng)作機(jī)構(gòu)的負(fù)載大小和性能；

5)調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換精度等性能要求；

6)自動(dòng)化程序和運(yùn)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(duì)效率、成本等的要求。

制定基本計(jì)劃并繪制液壓系統(tǒng)圖表。

3.制定基本計(jì)劃。

(1)制定調(diào)速方案

液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)確定后，其運(yùn)動(dòng)方向和速度的控制是液壓回路的核心問(wèn)題。

方向控制由換向閥或邏輯控制單元實(shí)現(xiàn)。一般對(duì)于中、小流量的液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所需動(dòng)作大多是通過(guò)換向閥的有機(jī)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)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(guò)改變液壓致動(dòng)器的輸入或輸出的流量或利用密封空間的體積變化來(lái)實(shí)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(jī)構(gòu)的流量來(lái)調(diào)節(jié)速度。這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)合。

容積調(diào)速是通過(guò)改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量實(shí)現(xiàn)的。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)溢流損失和節(jié)流損失，效率高。但為了散熱和補(bǔ)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(jī)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(dòng)沖擊小，回油節(jié)流多用于有負(fù)載的場(chǎng)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(kāi)式循環(huán)的形式。在開(kāi)式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流過(guò)系統(tǒng)釋放能量，再排回油箱。開(kāi)路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)構(gòu)的排油口相連，形成一個(gè)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(jì)劃。

液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)，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(jí)或無(wú)級(jí)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(shí)需要小流量的高壓油，可以考慮用增壓回路來(lái)獲得高壓，而不是單個(gè)高壓泵。當(dāng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工作循環(huán)的某一段時(shí)間內(nèi)不需要供油，不方便停泵時(shí)，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(shí)，需要考慮采用減壓回路來(lái)獲得所需的工作壓力。

(3)制定一個(gè)循序漸進(jìn)的行動(dòng)計(jì)劃。

根據(jù)設(shè)備類型的不同，主機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有的按照固定的程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般由手動(dòng)多路換向閥控制。沖程控制通常用于每個(gè)機(jī)械致動(dòng)器的順序動(dòng)作。當(dāng)工作部件運(yùn)動(dòng)到一定位置時(shí)，電動(dòng)行程開(kāi)關(guān)向電磁鐵發(fā)出電信號(hào)推動(dòng)電磁閥或直接按壓行程閥控制后續(xù)動(dòng)作。行程開(kāi)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(chǎng)合。

另外還有時(shí)間控制，壓力控制等等。比如液壓泵空載啟動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，泵正常運(yùn)行時(shí)，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)，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(jī)床、擠壓機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某個(gè)執(zhí)行器完成一個(gè)預(yù)定動(dòng)作，回路中的壓力達(dá)到一定值，通過(guò)壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開(kāi)順序閥使壓力油通過(guò)，開(kāi)始下一個(gè)動(dòng)作。

(4)選擇液壓動(dòng)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(mén)控制系統(tǒng)使用固定泵供油。在沒(méi)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(guò)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(shí)，一般采用多泵供油或變量泵供油。當(dāng)所需流量長(zhǎng)期較小時(shí)，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(guò)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(guò)濾器或其他類型的過(guò)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(jī)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(shí)，應(yīng)去掉冗余元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)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(cè)元件(如壓力表和溫度計(jì)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(shí)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(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，圖紙應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件功能符號(hào)的正常位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)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(gè)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的名稱和作用，每個(gè)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的序號(hào)和每個(gè)電磁鐵的代碼，并附有電磁鐵、行程閥和其它控制元件的動(dòng)作表。

設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源和控制閥獨(dú)立設(shè)置在主機(jī)外部或安裝在地下，形成液壓站。如冷軋機(jī)、鍛壓機(jī)、電弧爐等熱源強(qiáng)、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(jī)床、工程機(jī)械等移動(dòng)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(duì)應(yīng)的孔，根據(jù)系統(tǒng)圖將閥門(mén)通過(guò)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(yàn)臺(tái)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(jì)

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(qiáng)振動(dòng)場(chǎng)合應(yīng)采用鍛鋼。將石塊加工成立方體或長(zhǎng)方體。

對(duì)于更簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)，它有更少的閥門(mén)，可以安裝在同一個(gè)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(gè)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(gè)共用壓力油孔P、一個(gè)共用回油孔T、一個(gè)漏油孔L和四個(gè)螺栓孔，用于堆疊緊固。

P孔，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)過(guò)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(gè)液壓閥的泄漏油通過(guò)共用的泄漏油孔流回油箱。

集成塊的其余四個(gè)面一般與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油管連接，另外三個(gè)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(gè)閥門(mén)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(mén)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(zhǎng)度，應(yīng)仔細(xì)考慮閥門(mén)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(duì)于complex液壓系統(tǒng)，當(dāng)需要堆疊多個(gè)集成塊時(shí)，需要保證三個(gè)共用油孔的坐標(biāo)相同，以便堆疊后形成三個(gè)主通道。

每個(gè)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(qǐng)參考本章第4.4節(jié)確定直徑。一般來(lái)說(shuō)，與閥門(mén)直接相連的孔徑應(yīng)等于所安裝閥門(mén)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(guò)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(guò)程中由于油孔的偏差而導(dǎo)致的錯(cuò)誤通過(guò)。對(duì)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(hào)表示的原理圖外，還包括動(dòng)作循環(huán)表和元件的規(guī)格型號(hào)表。圖中的每個(gè)元件通常由系統(tǒng)的停止位置來(lái)表示。如果特殊需要，也可以根據(jù)某一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)畫(huà)，但要說(shuō)明。

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

技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、設(shè)備操作和維護(hù)說(shuō)明書(shū)等。