液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟大致如下：

1.明確設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行工況分析。

2.初定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。

3.擬定液壓系統(tǒng)原理圖。

4.計(jì)算和選擇液壓元件。

5.估算液壓系統(tǒng)性能。

6.繪制工作圖和編寫技術(shù)文件。

根據(jù)液壓系統(tǒng)的具體內(nèi)容，上述設(shè)計(jì)步驟可能會(huì)有所不同，下面對(duì)各步驟的具體內(nèi)容進(jìn)行介紹。

一 。 明確設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工況分析

在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)明確以下問題，并將其作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

1.主機(jī)的用途、工藝過程、總體布局以及對(duì)液壓傳動(dòng)裝置的位置和空間尺寸的要求。

2.主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求，如自動(dòng)化程度、調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、換向定位精度以及對(duì)系統(tǒng)的效率、溫升等的要求。

3.液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境，如溫度、濕度、振動(dòng)沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質(zhì)存在等情況。

在上述工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)主機(jī)進(jìn)行工況分析，工況分析包括運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析，對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)還需編制負(fù)載和動(dòng)作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載和速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，以下對(duì)工況分析的內(nèi)容作具體介紹。

一、運(yùn)動(dòng)分析

主機(jī)的執(zhí)行元件按工藝要求的運(yùn)動(dòng)情況，可以用位移循環(huán)圖(L—t)，速度循環(huán)圖(v—t)，或速度與位移循環(huán)圖表示，由此對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析。

1.位移循環(huán)圖L—t

圖9-1為液壓機(jī)的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標(biāo)L表示活塞位移，橫坐標(biāo)t表示從活塞啟動(dòng)到返回原位的時(shí)間，曲線斜率表示活塞移動(dòng)速度。該圖清楚地表明液壓機(jī)的工作循環(huán)分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個(gè)階段組成。

2.速度循環(huán)圖v—t(或v—L) 

工程中液壓缸的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可歸納為三種類型。圖9-2為三種類型液壓缸的v—t圖，第一種如圖9-2中實(shí)線所示，液壓缸開始作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后勻速運(yùn)動(dòng)，最后勻減速運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)；第二種，液壓缸在總行程的前一半作勻加速運(yùn)動(dòng)，在另一半作勻減速運(yùn)動(dòng)，且加速度的數(shù)值相等；第三種，液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運(yùn)動(dòng)，然后勻減速至行程終點(diǎn)。v—t圖的三條速度曲線，不僅清楚地表明了三種類型液壓缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也間接地表明了三種工況的動(dòng)力特性。

二、動(dòng)力分析

動(dòng)力分析，是研究機(jī)器在工作過程中，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況，對(duì)液壓系統(tǒng)而言，就是研究液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載情況。

1.液壓缸的負(fù)載及負(fù)載循環(huán)圖

(1)液壓缸的負(fù)載力計(jì)算。工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸必須克服的負(fù)載由六部分組成：

F=Fc+Ff+Fi+FG+Fm+Fb (9-1)

式中：Fc為切削阻力；Ff為摩擦阻力；Fi為慣性阻力；FG為重力；Fm為密封阻力；Fb為排油阻力。

①切削阻力Fc：為液壓缸運(yùn)動(dòng)方向的工作阻力，對(duì)于機(jī)床來說就是沿工作部件運(yùn)動(dòng)方向的切削力，此作用力的方向如果與執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向相反為正值，兩者同向?yàn)樨?fù)值。該作用力可能是恒定的，也可能是變化的，其值要根據(jù)具體情況計(jì)算或由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

②摩擦阻力Ff：

為液壓缸帶動(dòng)的運(yùn)動(dòng)部件所受的摩擦阻力，它與導(dǎo)軌的形狀、放置情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，其

計(jì)算方法可查有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。圖9-3為最常見的兩種導(dǎo)軌形式，其摩擦阻力的值為：

平導(dǎo)軌： Ff=f∑Fn (9-2)

V形導(dǎo)軌： Ff=f∑Fn/[sin(α/2)] (9-3)

式中：f為摩擦因數(shù)，參閱表9-1選?。?sum;Fn為作用在導(dǎo)軌上總的正壓力或沿V形導(dǎo)軌橫截面中心線方向的總作用力；α為V形角，一般為90°。

③慣性阻力Fi。慣性阻力Fi為運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)和制動(dòng)過程中的慣性力，可按下式計(jì)算

表9-1 摩擦因數(shù)f

式中：m為運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量(kg)；a為運(yùn)動(dòng)部件的加速度(m/s2)；G為運(yùn)動(dòng)部件的重量(N)；g為重力加速度，g=9.81 (m/s2)；Δv為速度變化值(m/s)；

Δt為啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間(s)，一般機(jī)床Δt＝0.1～0.5s，運(yùn)動(dòng)部件重量大的取大值。

④重力FG：垂直放置和傾斜放置的移動(dòng)部件，其本身的重量也成為一種負(fù)載，當(dāng)上移時(shí)，負(fù)載為正值，下移時(shí)為負(fù)值。

⑤密封阻力Fm：密封阻力指裝有密封裝置的零件在相對(duì)移動(dòng)時(shí)的摩擦力，其值與密封裝置的類型、液壓缸的制造質(zhì)量和油液的工作壓力有關(guān)。在初 算 時(shí)，可按缸的機(jī)械效率(ηm=0.9)考慮；驗(yàn)算時(shí)，按密封裝置摩擦力的計(jì)算公式計(jì)算。

⑥排油阻力Fb：排油阻力為液壓缸回油路上的阻力，該值與調(diào)速方案、系統(tǒng)所要求的穩(wěn)定性、執(zhí)行元件等因素有關(guān)，在系統(tǒng)方案未確定時(shí)無法計(jì)算，可放在液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算中考慮。

(2)液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的總負(fù)載力。液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段的總負(fù)載力計(jì)算，一般包括啟動(dòng)加速、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、減速制動(dòng)等幾個(gè)階段，每個(gè)階段的總負(fù)載力是有區(qū)別的。 ①啟動(dòng)加速階段：這時(shí)液壓缸或活塞處于由靜止到啟動(dòng)并加速到一定速度，其總負(fù)載力包括導(dǎo)軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機(jī)械效率ηm=0.9計(jì)算)、重力和慣性力等項(xiàng)，即：

F=Ff+Fi±FG+Fm+Fb (9-5)

②快速階段：

F=Ff±FG+Fm+Fb (9-6)

③工進(jìn)階段：

F=Ff+Fc±FG+Fm+Fb (9-7)

④減速：

F=Ff±FG-Fi+Fm+Fb (9-8)

對(duì)簡(jiǎn)單液壓系統(tǒng)，上述計(jì)算過程可簡(jiǎn)化。例如采用單定量泵供油，只需計(jì)算工進(jìn)階段的總負(fù)載力，若簡(jiǎn)單系統(tǒng)采用限壓式變量泵或雙聯(lián)泵供油，則只需計(jì)算快速階段和工進(jìn)階段的總負(fù)載力。

(3)液壓缸的負(fù)載循環(huán)圖。

對(duì)較為復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，為了更清楚的了解該系統(tǒng)內(nèi)各液壓缸(或液壓馬達(dá))的速度和負(fù)載的

變化規(guī)律，應(yīng)根據(jù)各階段的總負(fù)載力和它所經(jīng)歷的工作時(shí)間t或位移L按相同的坐標(biāo)繪制液壓缸的負(fù)載時(shí)間(F—t)或負(fù)載位移(F—L)圖，然后將各液壓缸在同一時(shí)間t(或位移)的負(fù)載力疊加。