液压系统的设计步骤
液压系统的设计步骤
液压系统的设计步骤和设计要求液压传动系统是液压机械的组成部分，液压传动系统的设计应与主机的总体设计同步进行。设计时，必须从实际出发，将各种传动形式有机地结合起来，充分发挥液压传动的优势，力求设计出结构简单、运行可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。
1.设计步骤
液压系统的设计步骤没有严格的顺序，步骤往往相互穿插。一般来说，定义设计需求后，一般遵循以下步骤。
1)确定液压执行机构的形式；
2)分析工况，确定系统的主要参数；
3)制定基本计划，绘制液压系统原理图；
4)选择液压元件；
5)对液压系统的性能检查；
6)绘制施工图，准备技术文件。
2明确的设计要求
设计需求是每个项目设计的基础。在制定出基本方案和进一步设计液压系统的各个部分之前，必须清楚地了解设计要求和与设计内容相关的其他方面。
1)主机概况:用途、性能、工艺流程、工作环境、总平面布置等。；
2)液压系统要完成哪些动作，动作的先后顺序以及相互之间的连锁关系；
3)液压驱动机构的运动形式和速度；
4)各动作机构的负载大小和性能；
5)调速范围、运动稳定性、转换精度等性能要求；
6)自动化程序和运行控制方式的要求；
7)防尘、防爆、防寒、噪音、安全可靠性要求；
8)对效率、成本等的要求。
制定基本计划并绘制液压系统图表。
3.制定基本计划。
(1)制定调速方案
液压执行机构确定后，其运动方向和速度的控制是液压回路的核心问题。
方向控制由换向阀或逻辑控制单元实现。一般对于中、小流量的液压系统来说，所需动作大多是通过换向阀的有机组合来实现的。对于液压系统高压大流量，现在大多采用插装阀和先导控制阀的逻辑组合。
速度控制是通过改变液压致动器的输入或输出的流量或利用密封空间的体积变化来实现的。
一般用定量泵供油节流，用流量控制阀改变输入或输出液压执行机构的流量来调节速度。这种调速方式结构简单。由于该系统必须使用闪蒸阀，所以效率低，发热量大，多用于功率较小的场合。
容积调速是通过改变液压泵或液压马达的排量实现的。其优点是无溢流损失和节流损失，效率高。但为了散热和补充泄漏，需要辅助泵。这种调速方式适用于大功率高转速的液压系统。
节流调速一般采用变量泵供油，流量控制阀调节输入或输出液压执行机构的流量，使供油量满足用油需求。这种调速电路效率高，速度稳定性好，但结构复杂。
调速有三种形式:入口节流、回流节流和旁通节流。进油节流起动冲击小，回油节流多用于有负载的场合，旁通节流多用于高转速。
速度控制回路一旦确定，回路的循环形式也就确定了。
节流调速一般采用开式循环的形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流过系统释放能量，再排回油箱。开路结构简单，散热好，但油箱大，容易混入空气。
容积调速多为闭环形式。在闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行机构的排油口相连，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。
(2)制定压力控制计划。
液压执行机构工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定的压力范围内工作，有的需要多级或无级连续调节压力。一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，所需压力由溢流阀调节并保持恒定。在容积调速系统中，变量泵用于供油，安全阀用于安全保护。
在某些液压系统中，有时需要小流量的高压油，可以考虑用增压回路来获得高压，而不是单个高压泵。当液压执行机构在工作循环的某一段时间内不需要供油，不方便停泵时，就要考虑选择卸荷回路。
在系统的某些部分，当工作压力需要低于主油源的压力时，需要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。
(3)制定一个循序渐进的行动计划。
根据设备类型的不同，主机的执行机构有的按照固定的程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般由手动多路换向阀控制。冲程控制通常用于每个机械致动器的顺序动作。当工作部件运动到一定位置时，电动行程开关向电磁铁发出电信号推动电磁阀或直接按压行程阀控制后续动作。行程开关安装方便，行程阀需要连接到相应的油路上，所以只适用于管路连接方便的场合。
另外还有时间控制，压力控制等等。比如液压泵空载启动时，经过一段时间后，泵正常运行时，延时继电器发出电信号，关闭卸荷阀，建立正常工作压力。压力控制常用于带有液压夹具的机床、挤压机等场合。当某个执行器完成一个预定动作，回路中的压力达到一定值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，开始下一个动作。
(4)选择液压动力源。
液压系统的工作介质完全由液压源提供，液压源的核心是液压泵。通常，油门控制系统使用固定泵供油。在没有其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量大于系统的用油量，多余的油通过溢流阀流回油箱，也起到控制和稳定油源压力的作用。容积控制系统大多由变量泵供油，系统最大压力受安全阀限制。
为了节能和提高效率，液压泵的供油应尽可能与系统所需的流量相匹配。当系统在工作循环各阶段的用油量变化较大时，一般采用多泵供油或变量泵供油。当所需流量长期较小时，可增加蓄能器作为辅助油源。
油净化装置是液压源中不可缺少的。一般情况下，泵的入口应装有粗滤器，进入系统的油应根据被保护部件的要求，由相应的细滤器再次过滤。为了防止系统中的杂质回流到油箱，可以在回油通道上安装磁性过滤器或其他类型的过滤器。根据液压设备的环境和温升的要求，还应考虑加热和冷却等措施。
3.绘制液压系统图形
整机的液压系统图由准备好的控制回路和液压源组成。各电路相互组合时，应去掉冗余元件，系统结构应简单。注意元件之间的联锁关系，避免误操作。尽量减少能量损失。提高系统的工作效率。
为了便于液压系统的维护和监控，必要的检测元件(如压力表和温度计等。)应安装在系统的主要部分。
大型设备的关键部位应附有备件，以便在发生事故时快速更换，保证主要连续工作。
所有液压元件应尽可能采用国产标准件，图纸应按国家标准规定的液压元件功能符号的正常位置绘制。对于自行设计的非标件，可绘制结构示意图。
系统图中应标明每个液压执行机构的名称和作用，每个液压执行机构的序号和每个电磁铁的代码，并附有电磁铁、行程阀和其它控制元件的动作表。
设计液压装置并准备技术文件。
4.液压装置总布置图
液压系统整体布局集中分散。
集中式结构是整个设备液压系统的油源和控制阀独立设置在主机外部或安装在地下，形成液压站。如冷轧机、锻压机、电弧炉等热源强、烟尘污染大的冶金设备，一般采用集中供油。
分散式结构是将液压泵和液压系统的控制和调节装置分别安装在设备上适当的位置。机床、工程机械等移动设备一般采用这种结构。
5.液压阀的配置形式
1)板式配置板式配置是指将板式液压元件用螺钉固定在板上，并在板上钻与阀口相对应的孔，根据系统图将阀门通过管接头连接到油管上。这种配置可以根据需要灵活地改变回路形式。这种配置广泛应用于液压试验台等。
2)目前液压系统大部分集成配置都是集成的形式。就是把液压阀安装在集成块上，一方面起到安装底板的作用，另一方面起到内部油路的作用。这种结构紧凑，安装方便。
6.集成块设计
1)阀组结构阀组的材料一般为铸铁或锻钢。低压固定设备可采用铸铁，高压强振动场合应采用锻钢。将石块加工成立方体或长方体。
对于更简单的液压系统，它有更少的阀门，可以安装在同一个集成块上。如果液压系统比较复杂，控制阀比较多，就需要采取多个集成块叠加的形式。
堆叠集成块的上下表面一般为堆叠结合面，钻有一个共用压力油孔P、一个共用回油孔T、一个漏油孔L和四个螺栓孔，用于堆叠紧固。
P孔，液压泵输出的压力油经过压力调节后进入共用压力油孔P，作为供给各单元回路压力油的共用油源。
T孔，各单元回路的回油通至公共回油孔T，流回油箱。
l孔，每个液压阀的泄漏油通过共用的泄漏油孔流回油箱。
集成块的其余四个面一般与液压执行机构的油管连接，另外三个面用于安装液压阀。根据系统图的要求，缸体内部钻有通道，与每个阀门连通。
2)集成块结构尺寸的确定。外形尺寸应满足阀门安装、管道布置和其他工艺要求。为了减少工艺孔数量，缩短通道长度，应仔细考虑阀门的安装位置，使连通的油孔尽可能在同一水平面或垂直面上。对于complex液压系统，当需要堆叠多个集成块时，需要保证三个共用油孔的坐标相同，以便堆叠后形成三个主通道。
每个油孔的内径应满足允许流量的要求。有关详细信息，请参考本章第4.4节确定直径。一般来说，与阀门直接相连的孔径应等于所安装阀门的油孔直径。
油孔之间的壁厚&δ；不能太小。一方面可以防止在使用过程中由于油的压力而发生故障，另一方面也可以防止在加工过程中由于油孔的偏差而导致的错误通过。对于中压和低压系统，&delta不得小于5mm，高压系统应更大。
7.绘制正式的工作图纸并准备技术文件。
在液压系统完全确定后，正式绘制液压系统图。除了用元件的图形符号表示的原理图外，还包括动作循环表和元件的规格型号表。图中的每个元件通常由系统的停止位置来表示。如果特殊需要，也可以根据某一时刻的运动状态来画，但要说明。
装配图包括泵站装配图、管道布置图、操作机构装配图、电气系统图等。
技术文件包括设计任务书、设计说明书、设备操作和维护说明书等。
