液壓系統的設計步驟

 液壓系統的設計步驟與設計要求液壓傳動系統是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際情況出發，有機地結合各種傳動形式，充分發揮液壓傳動的優點，力求設計出結構簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統。
  1.設計步驟
  液壓系統的設計步驟并無嚴格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設計要求之后，大致按如下步驟進行。
  1）確定液壓執行元件的形式；
  2）進行工況分析，確定系統的主要參數；
  3）制定基本方案，擬定液壓系統原理圖；
  4）選擇液壓元件；
  5）液壓系統的性能驗算；
  6）繪制工作圖，編制技術文件。
  2 明確設計要求
  設計要求是進行每項工程設計的依據。在制定基本方案并進一步著手液壓系統各部分設計之前，必須把設計要求以及與該設計內容有關的其他方面了解清楚。
  1）主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業環境、總體布局等；
  2）液壓系統要完成哪些動作，動作順序及彼此聯鎖關系如何；
  3）液壓驅動機構的運動形式，運動速度；
  4）各動作機構的載荷大小及其性質；
  5）對調速范圍、運動平穩性、轉換精度等性能方面的要求；
  6）自動化程序、操作控制方式的要求；
  7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；
  8）對效率、成本等方面的要求。
制定基本方案和繪制液壓系統圖
  3.制定基本方案
  （1）制定調速方案
  液壓執行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。
  方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現。對于一般中小流量的液壓系統，大多通過換向閥的有機組合實現所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統，現多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。
  速度控制通過改變液壓執行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現。相應的調整方式有節流調速、容積調速以及二者的結合——容積節流調速。
  節流調速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執行元件的流量來調節速度。此種調速方式結構簡單，由于這種系統必須用閃流閥，故效率低，發熱量大，多用于功率不大的場合。
  容積調速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調速的目的。其優點是沒有溢流損失和節流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統。
  容積節流調速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調節輸入或輸出液壓執行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應。此種調速回路效率也較高，速度穩定性較好，但其結構比較復雜。
  節流調速又分別有進油節流、回油節流和旁路節流三種形式。進油節流起動沖擊較小，回油節流常用于有負載荷的場合，旁路節流多用于高速。
  調速回路一經確定，回路的循環形式也就隨之確定了。
  節流調速一般采用開式循環形式。在開式系統中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經系統釋放能量后，再排回油箱。開式回路結構簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。
  容積調速大多采用閉式循環形式。閉式系統中，液壓泵的吸油口直接與執行元件的排油口相通，形成一個封閉的循環回路。其結構緊湊，但散熱條件差。
  （2）制定壓力控制方案
  液壓執行元件工作時，要求系統保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內工作，也有的需要多級或無級連續地調節壓力，一般在節流調速系統中，通常由定量泵供油，用溢流閥調節所需壓力，并保持恒定。在容積調速系統中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。
  在有些液壓系統中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設高壓泵。液壓執行元件在工作循環中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。
  在系統的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。
  （3）制定順序動作方案
  主機各執行機構的順序動作，根據設備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執行機構的順序動作多采用行程控制，當工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關發出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續的動作。行程開關安裝比較方便，而用行程閥需連接相應的油路，因此只適用于管路聯接比較方便的場合。
  另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經過一段時間，當泵正常運轉后，延時繼電器發出電信號使卸荷閥關閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機床、擠壓機壓力機等場合。當某一執行元件完成預定動作時，回路中的壓力達到一定的數值，通過壓力繼電器發出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。
  （4）選擇液壓動力源
  液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節流調速系統一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統的需油量，多余的油經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩定油源壓力的作用。容積調速系統多數是用變量泵供油，用安全閥限定系統的最高壓力。
  為節省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統所需流量相匹配。對在工作循環各階段中系統所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設蓄能器做輔助油源。
  油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進入系統的油液根據被保護元件的要求，通過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據液壓設備所處環境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
  3. 繪制液壓系統圖
  整機的液壓系統圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復多余的元件，力求系統結構簡單。注意各元件間的聯鎖關系，避免誤動作發生。要盡量減少能量損失環節。提高系統的工作效率。
  為便于液壓系統的維護和監測，在系統中的主要路段要裝設必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。
  大型設備的關鍵部位，要附設備用件，以便意外事件發生時能迅速更換，保證主要連續工作。
  各液壓元件盡量采用國產標準件，在圖中要按國家標準規定的液壓元件職能符號的常態位置繪制。對于自行設計的非標準元件可用結構原理圖繪制。
  系統圖中應注明各液壓執行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。
設計液壓裝置，編制技術文件
  4. 液壓裝置總體布局
  液壓系統總體布局有集中式、分散式。
  集中式結構是將整個設備液壓系統的油源、控制閥部分獨立設置于主機之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機、鍛壓機、電弧爐等有強烈熱源和煙塵污染的冶金設備，一般都是采用集中供油方式。
  分散式結構是把液壓系統中液壓泵、控制調節裝置分別安裝在設備上適當的地方。機床、工程機械等可移動式設備一般都采用這種結構。
5. 液壓閥的配置形式
  1）板式配置 板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對應的孔，通過管接頭聯接油管而將各閥按系統圖接通。這種配置可根據需要靈活改變回路形式。液壓實驗臺等普遍采用這種配置。
  2）集成式配置 目前液壓系統大多數都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內部油路作用。這種配置結構緊湊、安裝方便。
6.集成塊設計
  1）塊體結構 集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設備可用鑄鐵，高壓強振場合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長方體。
  對于較簡單的液壓系統，其閥件較少，可安裝在同一個集成塊上。如果液壓系統復雜，控制閥較多，就要采取多個集成塊疊積的形式。
  相互疊積的集成塊，上下面一般為疊積接合面，鉆有公共壓力油孔P，公用回油孔T，泄漏油孔L和4個用以疊積緊固的螺栓孔。
  P孔，液壓泵輸出的壓力油經調壓后進入公用壓力油孔P，作為供給各單元回路壓力油的公用油源。
  T孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。
  L孔，各液壓閥的泄漏油，統一通過公用泄漏油孔流回油箱。
  集成塊的其余四個表面，一般后面接通液壓執行元件的油管，另三個面用以安裝液壓閥。塊體內部按系統圖的要求，鉆有溝通各閥的孔道。
  2）集成塊結構尺寸的確定 外形尺寸要求滿足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求。為減少工藝孔，縮短孔道長度，閥的安裝位置要仔細考慮，使相通油孔盡量在同一水平面或是同一豎直面上。對于復雜的液壓系統，需要多個集成塊疊積時，一定要保證三個公用油孔的坐標相同，使之疊積起來后形成三個主通道。
  各通油孔的內徑要滿足允許流速的要求，具體參照本章4.4節確定孔徑。一般來說，與閥直接相通的孔徑應等于所裝閥的油孔通徑。
  油孔之間的壁厚δ不能太小，一方面防止使用過程中，由于油的壓力而擊穿，另一方面避免加工時，因油孔的偏斜而誤通。對于中低壓系統，δ不得小于5mm，高壓系統應更大些。
7. 繪制正式工作圖，編寫技術文件
  液壓系統完全確定后，要正規地繪出液壓系統圖。除用元件圖形符號表示的原理圖外，還包括動作循環表和元件的規格型號表。圖中各元件一般按系統停止位置表示，如特殊需要，也可以按某時刻運動狀態畫出，但要加以說明。
  裝配圖包括泵站裝配圖，管路布置圖，操縱機構裝配圖，電氣系統圖等。
  技術文件包括設計任務書、設計說明書和設備的使用、維護說明書等;

液壓系統設計，液壓站設計；