液压系统性能验证与优化

为了判断液压系统的设计质量，需要对系统的压力损失、发热温升、效率和系统的动态特性等进行验算。由于液压系统的验算较复杂，只能采用一些简化公式近似地验算某些性能指标，如果设计中有经过生产实践考验的同类型系统可供参考或有较可靠的试验结果可以采用时，可以不进行验算。

1.管路系统压力损失的验算

当液压元件规格型号和管道尺寸确定之后，就可以较准确地计算系统的压力损失。压力损失包括油液流经管道的沿程压力损失ΔpL、局部压力损失Δpc和流经阀类元件的压力损失Δpv，即

计算沿程压力损失时，如果管中为层流流动，可按以下经验公式计算：

式中，q——通过管道的流量，m3/s；

L——管道长度，m；

d——管道内径，mm；

υ——油液的运动黏度，cSt。

局部压力损失可按下式估算：

阀类元件的Δpv值可按下式近似计算：

式中，qVn——阀的额定流量，m3/s；

qv——通过阀的实际流量，m3/s；

Δpn——阀的额定压力损失，Pa。

计算系统压力损失的目的是正确确定系统的调整压力和分析系统设计的好坏。

系统的调整压力：

式中，p0——液压泵的工作压力或支路的调整压力；

p1——执行元件的工作压力。

如果计算出来的Δp比在初选系统工作压力时粗略选定的压力损失大得多，应该重新调整有关元件、辅件的规格，重新确定管道尺寸。

2.系统发热温升的验算

系统发热来源于系统内部的能量损失，如液压泵和执行元件的功率损失、溢流阀的溢流损失、液压阀及管道的压力损失等。这些能量损失转换为热能，使油液温度升高。油液的温升使黏度下降，泄漏增加；同时，使油分子裂化或聚合，产生树脂状物质，堵塞液压元件小孔，影响系统正常工作，因此必须使系统中油温保持在允许范围内。一般机床液压系统正常工作油温为30～50℃；矿山机械正常工作油温为50～70℃；最高允许油温为70～90℃。

1）系统发热功率的计算

式中，PB——液压泵的输入功率，W；

η——液压泵的总效率。

若一个工作循环中有几个工序，则可根据各个工序的发热量，求出系统单位时间的平均发热量：(www.xing528.com)

式中，T——工作循环周期，s；

ti——第i个工序的工作时间，s；

Pi——循环中第i个工序的输入功率，W。

2）系统的散热和温升计算

系统的散热量可按如下公式计算：

式中，Kj——散热系数，W/（m2·℃），当周围通风很差时，Kj≈8～9；周围通风良好时，Kj≈15；用风扇冷却时，Kj≈23；用循环水强制冷却时的冷却器表面Kj≈110～175；

Aj——散热面积，m2，当油箱长、宽、高比例为1∶1∶1或1∶2∶3，油面高度为油箱高度的80％时，油箱散热面积近似看成，其中V为油箱体积（L）。

当液压系统工作一段时间后，达到热平衡状态，则P=P′。

因此，液压系统的温升为

式中，Δt——液压系统的温升，℃，即液压系统比周围环境温度的升高值；

j——散热面积的次序号。

计算所得的温升Δt，加上环境温度，不应超过油液的最高允许温度。

当系统允许的温升确定后，也能利用上述公式来计算油箱的容量。

3.系统效率验算

液压系统的效率是由液压泵、执行元件和液压回路效率来确定的。

液压回路效率ηc一般可用下式计算：

式中，p1，q1，p2，q2——每个执行元件的工作压力和流量；

pb1，qb1，pb2，qb2——每个液压泵的供油压力和流量。

液压系统总效率：

式中，ηB——液压泵总效率；

ηm——执行元件总效率；

ηc——回路效率。