液压元件的计算与选择技巧

拟定完液压系统原理图之后，就可以根据选取的系统压力和执行元件的速度-时间循环图，计算和选择系统中所需的各种元件和管路。

1.选择执行元件

初步确定了执行机构的最大外负载和系统的压力后，就可以对执行元件的主要尺寸和所需流量进行计算。计算时应从满足外负载和低速运动两方面要求来考虑。

1）计算执行元件的有效工作压力

由于存在进油管路的压力损失、各种阀的节流损失和回油路的背压等，执行元件的有效工作压力比泵的出口压力要低，因此需要由泵的出口压力减去进油及回油压力损失得到实际的执行元件的有效工作压力。

进油管路的压力损失，初步估算时，简单系统可取Δp=0.2～0.5 MPa，复杂系统取Δp=0.5～1.5 MPa；

系统的背压（包括回油管路的压力损失），简单系统取Δp=0.2～0.5 MPa，回油带背压阀者取Δp=0.5～1.5 MPa；

2）计算液压缸的有效工作面积或液压马达的排量

（1）从满足克服外负载要求出发，对于液压缸，有效工作面积A应为

式中，Fmax——液压缸的最大负载，N；

p1——液压缸的有效工作压力，MPa；

ηm——液压缸的机械效率，常取ηm=0.9～0.98。

对于液压马达，其排量V应为

式中，Mmax——液压马达的最大负载扭矩，N·m；

p1——液压马达的有效工作压力，MPa；

ηm——液压马达的机械效率，常取ηm=0.95。

（2）从满足最低速度要求出发，对于液压缸，有效工作面积A应为

式中，qmin——系统的最小稳定流量，在节流调速系统中，取决于流量阀的最小稳定流量，m3/s；

vmin——要求液压缸的最小工作速度，m/s。

对于液压马达，其排量V应为

式中，qmin——系统的最小稳定流量，m3/s；

nmin——要求液压马达的最低转速，r/s。

从式（7.6.7）和式（7.6.9）中选取较大的计算值来计算液压缸内径和活塞杆直径。计算出的液压缸内径和活塞杆直径，按国家标准取用标准值。

从式（7.6.8）和式（7.6.10）中选取较大的计算值，作为液压马达排量V，然后结合液压马达的最大工作压力（p1+p0）和工作转速n，选择液压马达的具体型号。

（3）计算执行元件所需流量。

对于液压缸，所需最大流量qmax为

式中，A——液压缸的有效工作面积，m2；

vmax——液压缸活塞移动的最大速度，m/s。

对于液压马达，所需最大流量qmax为

式中，V——液压马达的排量，m3/r；

nmax——液压马达的最大转速，r/s。

2.选择液压泵

1）确定液压泵的流量

式中，K——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；

（∑q）max——复合动作的各执行元件最大总流量，m3/s。

对于复杂系统，（∑q）max可从总流量循环图7.6.5中求得。

图7.6.5　总流量循环图(www.xing528.com)

当系统采用蓄能器时，泵的流量可根据系统在一个工作循环周期中的平均流量选取，即

式中，K——系统泄漏系数；

T——工作周期，s；

Qi——各执行元件在工作周期中所需的油液容积，m3；

n——执行元件的数量。

2）选择液压泵的规格

选取额定压力比系统压力高25％～60％，额定流量与系统所需流量相当的液压泵。系统压力是指稳态压力。液压系统在工作过程中其瞬态压力有时比稳态压力高得多，选取的额定压力应比系统压力高一定值，以使泵具有一定的压力储备。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。

3）确定液压泵所需功率

（1）恒压系统。

驱动液压泵的功率为

式中，pB——液压泵最大工作压力，MPa；

qB——液压泵最大流量，m3/s；

ηB——液压泵的总效率。

（2）非恒压系统。

当液压泵的压力和流量在工作循环中变化时，可按各工作阶段进行计算，然后用下式计算等效功率：

式中，P1、P2、…、Pn——一个工作循环中各阶段所需的功率，kW；

t1、t2、…、tn——一个工作循环中各阶段所需的时间，s。

注意，按等效功率选择电机时，必须对电机的超载能力进行检验。当阶段最大功率大于等效功率并超过电机允许的过载范围时，电机容量应按最大功率选取。

4）液压泵与原动机的匹配

液压泵是由原动机驱动来工作的，原动机可以是电机、发动机等。对于固定设备，电机通常为三相电机或交流变频电机，也可以是直流电机。液压泵的转速、扭矩、功率需要与原动机匹配。

对于移动设备，为了提高功率密度，电机的转速一般较高。与之匹配的液压泵也应该能适应高转速，且要有良好的吸油条件。

发动机分为汽油机和柴油机及燃气轮机。汽油机的转速范围为800～6 000 r/min，柴油机为800～2 200 r/min，某些高转速柴油机可以到4 000 r/min，需要考虑发动机与液压泵之间的速比关系。另外，系统对流量的需求变化可能并没有汽油机转速变化的范围大，需要考虑在选用定量泵供油时，在高速条件下输出的额外流量造成的功率损失。

3.选择控制元件

1）换向阀

换向阀首先应根据执行元件的动作要求、卸荷要求、换向平稳性，排除执行元件间的相互干扰等因素确定滑阀机能，然后再根据通过阀的最大流量、工作压力和操纵定位方式等选择其型号。

2）溢流阀

溢流阀主要根据最大工作压力和通过的最大流量等因素来选择，同时要求反应灵敏、超调量和卸荷压力小。

3）流量控制阀

选择流量控制阀时，首先应根据调速要求确定阀的类型，然后再按通过阀的最大和最小流量以及工作压力选择其型号。

选择阀类元件应注意的问题：

（1）选择各类阀时，应注意各阀连接的公称通径，在同一回路上尽量采用相同的通径。

（2）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。

（3）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设备低速性能的要求。

（4）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％。

4.选择辅助元件

油箱、滤油器、油管和管接头、蓄能器和冷却器等辅助元件可按第5章中有关原则选择。