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工程机械液压系统的设计计算方法优化

时间:2026-01-23 理论教育 对我是小斗 版权反馈
【摘要】:在实际工作过程中,系统压力是随载荷大小的不同而变化的。2)高压:压力达32MPa,常用于中、大型挖掘机等工程机械上的压力等级。

1.确定液压系统的工作压力和流量

液压系统工作压力是指液压系统在正常运行时所能克服外载荷的最高限定压力。在实际工作过程中,系统压力是随载荷大小的不同而变化的。

在液压系统设计中,系统工作压力往往是预先确定的,然后根据各执行元件对运动速度的要求,经过详细计算,可以确定液压系统流量。

液压系统工作压力是根据工程机械技术要求、经济效果和目前液压技术所能达到的水平来确定的。在外载荷已定的情况下,系统工作压力选得越高,各液压元件的几何尺寸就越小,使结构紧凑、自重小。特别是对大型工程机械来说,选取较高的工作压力更为重要。压力的选择还要考虑制造、密封等因素,压力太高,密封要求也高,制造维修困难。同时,随着压力的升高,尺寸和自重的减小是有限制的。因为压力升高到一定程度,元件与管道的壁厚也要相应增加,尺寸和自重的减少率将越来越少,甚至使液压元件的尺寸和自重增大,所以,压力的选取要从现有生产技术水平出发,全面考虑各种因素,然后加以确定。

现在工程机械所用工作压力大致如下:

1)中压:压力为10~20MPa,常用于装载机、起重机、小型挖掘机等工程机械上的压力等级。

2)高压:压力达32MPa,常用于中、大型挖掘机等工程机械上的压力等级。

3)超高压:压力超过32MPa。有的工程机械采用这种压力等级,例如挖掘机总数的10%左右采用这种压力等级,并且很多液压元件需要专门制造。

确定工作压力,应该选用国家推荐的系列标准值,其中适用于工程机械的公称压力系列值有8MPa、10MPa、12.5MPa、16MPa、20MPa、25MPa、32MPa、40MPa。

确定系统流量,应首先计算每个执行元件所需流量,然后根据液压系统采用的形式来确定系统流量。如果是单泵串联系统,则取各执行元件所需流量的最大值,就是系统流量。如果是双泵或多泵液压系统,则将同时工作的执行元件的流量进行叠加,并取叠加数中最大值,就是系统流量。但要特别注意,对于串联的执行元件,即使同时工作,也不能进行流量叠加。如果对某一执行元件采用双泵或多泵合流供油,则合流流量就是系统流量。关于每个执行元件所需流量可根据工作速度的要求,通过计算求得。将在下面分别讲述。

2.计算液压泵的工作压力和流量

根据液压系统工作压力p和流量q,考虑压力损失和流量漏损来计算液压泵的工作压力pa和流量qB。液压泵应该有一定的压力储备。

液压泵的额定工作压力可按下式求得,即

pB=Ap+∑Δpλ+∑Δpξ) (4-1)

式中 pB——液压泵额定工作压力;

p——系统工作压力;

A——储备系数,一般取A=1.05~1.25;

∑Δpλ——系统中沿程阻力损失:

∑Δpξ——系统中局部阻力损失。

对于压力损失,∑Δp=∑Δpλ+∑Δpξ,在初算时可以进行估算。对节流调速的简单管路可取0.2~0.5MPa,对节流调速的复杂管路可取0.5~1.5MPa,对高压、大流量则取较高值。

液压泵流量可按下式求得,即

qB=Kq (4-2)

式中 qB——液压泵额定流量;

q——液压系统工作流量;

K——漏损系数,一般取K=1.1~1.3。

根据液压泵的额定工作压力和额定流量的计算值,选择液压泵。影响液压泵选型的因素很多,除了以工作压力和流量为主以外,还要考虑工作条件、系统形式、调速方法等。

3.液压泵驱动功率的计算

液压泵驱动功率按下式计算,即

式中 PB——液压泵驱动功率(W);

pB——液压泵的额定工作压力(Pa);

qB——液压泵额定流量(m3/s);

ηB——液压泵总效率,柱塞泵取0.85~0.90;齿轮泵取0.75~0.85。

4.液压缸的计算(略)

5.液压马达的计算(略)

液压缸和液压马达的计算在前面已经讲述,在此不再重复。

6.确定油管尺寸

油管的内径是根据管内允许流速和所通过的流量来确定。其计算公式为

式中 PB——液压泵驱动功率(W);

pB——液压泵的额定工作压力(Pa);

qB——液压泵额定流量(m3/s);

ηB——液压泵总效率,柱塞泵取0.85~0.90;齿轮泵取0.75~0.85。

4.液压缸的计算(略)

5.液压马达的计算(略)

液压缸和液压马达的计算在前面已经讲述,在此不再重复。(https://www.xing528.com)

6.确定油管尺寸

油管的内径是根据管内允许流速和所通过的流量来确定。其计算公式为

式中 d——油管内径(m);

q——通过油管的流量(m3/s);

v——油管中允许流速(m/s)。

对于吸油管路,v≤1.5m/s;对于压油管路,v=2.5~5m/s;对于回油管路,v=1.5~2m/s。

油管壁厚按照强度条件计算。其计算公式为

式中 d——油管内径(m);

q——通过油管的流量(m3/s);

v——油管中允许流速(m/s)。

对于吸油管路,v≤1.5m/s;对于压油管路,v=2.5~5m/s;对于回油管路,v=1.5~2m/s。

油管壁厚按照强度条件计算。其计算公式为

式中 δ——油管壁厚(m);

p——油管内压力(Pa);

d——油管内径(m);

[σ]——材料许用应力(Pa)。

7.油箱容量的计算

油箱容量是指油面高度为油箱高度80%时油箱所贮存油液的容积。

如果油箱有效容积过大,虽然散热较好,但外形尺寸较大,自重增加,特别不利于行走机械。

如果油箱有效容积过小,则油温升高会超过允许值,使液压系统油温过高,使容积效率大为降低。一般油箱有效容积为液压泵每分钟流量的2~3倍。

对于工程机械所用油箱一般都较小,以便减小工程机械的自重和尺寸。例如,液压挖掘机油箱有效容积仅为液压泵每分钟流量的1~2倍。

在自然冷却(没有冷却装置)的情况下,如果油箱尺寸比(长∶宽∶高)为1∶1∶1~1∶2∶3,油面水平高度达油箱高度的80%时,油箱的有效容积V(m3)可按下列近似公式计算。即

式中 δ——油管壁厚(m);

p——油管内压力(Pa);

d——油管内径(m);

[σ]——材料许用应力(Pa)。

7.油箱容量的计算

油箱容量是指油面高度为油箱高度80%时油箱所贮存油液的容积。

如果油箱有效容积过大,虽然散热较好,但外形尺寸较大,自重增加,特别不利于行走机械。

如果油箱有效容积过小,则油温升高会超过允许值,使液压系统油温过高,使容积效率大为降低。一般油箱有效容积为液压泵每分钟流量的2~3倍。

对于工程机械所用油箱一般都较小,以便减小工程机械的自重和尺寸。例如,液压挖掘机油箱有效容积仅为液压泵每分钟流量的1~2倍。

在自然冷却(没有冷却装置)的情况下,如果油箱尺寸比(长∶宽∶高)为1∶1∶1~1∶2∶3,油面水平高度达油箱高度的80%时,油箱的有效容积V(m3)可按下列近似公式计算。即

式中 H——液压系统总发热量(kcal/h)(1cal=4.1868J);

t1——长期工作后的油温(℃);

t2——周围空气的温度(℃);

关于液压系统总发热量的计算将在液压系统验算中讲述。

如果液压系统安装冷却装置时,计算油箱有效容量时,应从总发热量中减去冷却器的散热量。

式中 H——液压系统总发热量(kcal/h)(1cal=4.1868J);

t1——长期工作后的油温(℃);

t2——周围空气的温度(℃);

关于液压系统总发热量的计算将在液压系统验算中讲述。

如果液压系统安装冷却装置时,计算油箱有效容量时,应从总发热量中减去冷却器的散热量。

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