液压系统的热平衡计算与设计

第九章液压系统的设计和计算§9-1 概述设计步骤：1．明确液压系统的设计要求2．分析系统的工况3．初步确定液压系统的性能和参数4．拟定液压系统原理图5．计算和选择液压元件6．估算液压系统性能7．绘制正式液压系统原理图并液压装置§9-2 液压传动系统的设计一、明确设计要求1．确定哪些运动由液压传动来完成。

2．确定各运动的工作顺序或自动循环，液压元件的运动方式及工作范围，各元件之间顺序动作、转换和互锁要求。

3．执行元件的运动速度、调速范围。

4．执行元件的负载大小及性质。

5．工作性能（平稳性、可靠性、转换精度等）要求。

二、分析工况，确定主要参数（一）分析工况1．液压缸的负载分析液压缸的负载：切削阻力、摩擦阻力、惯性力、重力、密封阻力、背压阻力等。

2．绘制负载图和速度图，如图11-2所示。

（二）确定主要参数主要指确定液压系统执行元件的工作压力和最大流量。

1．初选液压缸的工作压力1）根据负载图中最大负载来选取。

（Table11-2）2）根据主机的类型选取。

（Table 11-3）2．确定液压缸主要结构尺寸（见液压缸设计计算一节）3．确定最大流量按照速度图中的最大速度计算出来。

4．绘制工况图包括压力、流量和功率图。

三、拟定液压系统原理图液压系统要根据所要求的液压传动特点来拟定，可以根据各个运动的要求分别选择和拟定基本回路，然后将各个回路组合成液压系统。

在机床液压系统中，调速回路往往是液压系统的核心，所以选择回路时，首先从调速回路开始1．调速回路可以根据压力、流量、功率以及对系统温升、工作平稳性等方面要求选择。

压力较小、功率较小（2~3kw），工作平稳性要求不高—节流阀调速回路。

负载变化较大，速度稳定性要求较高的场合—调速阀调速回路。

功率中等（3~5KW）—节流、容积、容积—节流调速回路。

功率教大（5KW），温升小，稳定性要求不太高—容积调速回路。

节流、容积—节流调速回路一般采用开式油路。

液压系统性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。

对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。

根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。

5.1 液压系统压力损失压力损失包括管路的沿程损失△p1，管路的局部压力损失△p2和阀类元件的局部损失△p3，总的压力损失为△p=△p1+△p2+△p3（32）（33）（34）式中 l——管道的长度（m）；d——管道内径（m）；υ——液流平均速度（m/s）；ρ——液压油密度（kg/m3）；λ——沿程阻力系数；ζ——局部阻力系数。

λ、ζ的具体值可参考第2章有关内容。

式中 Q n——阀的额定流量（m3/s）；Q——通过阀的实际流量（m3/s）；△p n——阀的额定压力损失（Pa）（可从产品样本中查到）。

对于泵到执行元件间的压力损失，如果计算出的△p比选泵时估计的管路损失大得多时，应该重新调整泵及其他有关元件的规格尺寸等参数。

系统的调整压力p T≥p1+△p（36）式中 p T——液压泵的工作压力或支路的调整压力。

5.2 液压系统的发热温升计算5.2.1 计算液压系统的发热功率液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。

液压系统的功率损失主要有以下几种形式：（1）液压泵的功率损失式中 T t——工作循环周期（s）；z——投入工作液压泵的台数；P ri——液压泵的输入功率（W）；ηPi——各台液压泵的总效率；t i——第i台泵工作时间（s）。

（2）液压执行元件的功率损失式中 M——液压执行元件的数量；P rj——液压执行元件的输入功率（W）；ηj——液压执行元件的效率；t j——第j个执行元件工作时间（s）。

（3）溢流阀的功率损失（39）式中 p y——溢流阀的调整压力（Pa）；Q y——经溢流阀流回油箱的流量（m3/s）。

装载机液压系统热平衡分析摘要：随着工程机械的快速发展，装载机由于具有作业效率高、灵活机动、操作轻便及负载能力高等优点，在建筑业及矿业中得到广泛应用。

本文在对装载机液压系统热特性的分析过程中，通过对装载机主要元件的产热和散热情况的研究，建立了装载机运行过程中的液压热平衡模型，基于计算机软件和程序分别将装载机工作装置的动力学和液压系统合成仿真模型。

关键词：装载机；液压系统；热平衡分析引言装载机属于典型的机、电、液一体化设备。

主要由机械本体、液压系统、电气控制系统组成。

本文对装载机液压系统热平衡进行分析，通过数学建模的形式为今后的设备安全和优化提供一定的依据。

1装载机液压系统油温过高的危害油温过高，会使油液粘度降低，泄漏增大，运动元件之间的油膜变薄或被破坏，运动阻力增大，磨损加剧；橡胶密封件变形，提前老化失效，造成泄漏；加速油液氧化变质，降低油液使用寿命，并析出沥青物质，堵塞阻尼小孔和阀口，导致压力阀调压失灵、流量阀流量不稳定和方向阀卡死不换向；油的空气分离压力降低，空气逸出，产生气穴，从而导致装载机工作性能降低。

2装载机压系统热平衡建模阐述首先，对于容性元件可以根据能量守恒定律以及流体焓的定义转化该类型元件的产热量数据。

公式如下：其中，qg表示经过管道流体流量的数据，ξ表示沿程阻力系数，v表示液压系统内部流体的流动速度，l表示液压管道的长度，λ表示阻力元件产生的损失热量系数，d表示液压系统的管道直径。

3液压系统热平衡计算3.1液压系统系统发热功率计算发热功率的计算，可采用两种方法：一种是通过元件的功率损失计算发热量，这种方法直接分析发热源，可采取针对性措施减少发热量；另一种是通过系统的输入功率和执行元件的有效输出功率来计算发热量，这种方法不需要考虑每一个发热源，但需要掌握系统工况随时间变化的特性。

3.1.1按元件功率损失计算（1）液压泵功率损失引起的发热功率：H1=P（1-η）。

其中：P—液压泵的总功率，P=pq/η；η—液压泵的总效率，一般在0.7~0.85之间，常取0.8；p—液压泵实际出口压力；q-液压泵实际流量。

装载机液压系统热平衡分析作者：黄岸来源：《科学与财富》2019年第12期摘要：装载机在运行过程中，液压系统由于受到机械磨损等情况，会产生大量热量，容易使得液压油温度升高，造成液压系统故障，对液压系统的正常使用产生一定影响。

因此，本文就装载机液压系统热平衡展开分析。

首先探讨装载机液压系统油温升高原因以及相关危害，然后分析液压系统热平衡计算，重点针对邮箱散热计算以及冷却器散热进行概述。

关键词：液压系统；损耗；热平衡分析引言液压系统的工作压力普遍较高，液压系统的动作都是通过各种液压阀配合实现的，由于液压阀与其阀芯是一种偶件配合，所以对其中阀芯与阀体的配合间隙、液压系统的密封性等有较高的要求；同时对液压油的也有着严格的要求。

装载机运行过程中，避不可免的会产生热量，传递至液压系统，造成液压油温度上升，影响液压系统运行。

与其他驱动方式相比，例如电驱动、机械驱动等，液压驱动具有十分明显优点，具体为：易于获得很大的力矩；速度刚度大、配置柔性大、调速性能好，能够实现无级变速，运转平稳、均匀；换向时冲击小，控制容易，操作方便；能自行润滑；在输出同等功率的条件下，液压传动装置体积小，重量轻、结构紧凑、承载能力强。

从而使液压系统技术在装载机中得到广泛应用。

1.液压系统组成及能量传递过程装载机液压系统主要包含液压油箱、液压泵、液压油、液压阀、液压油管、液压油缸、活塞，以及各类液压油滤芯等。

装载机结构中，液压系统具有十分重要的作用。

在装载机工作过程中，通过电动机的机械能经由变量泵将其转化为液压能，然后通过先导阀、多路阀等控制流量的大小、方向，使其作用执行元件，将液压能转化为机械能，实现切削，行走，装载、运输等功能，最后，通过多路阀回流油箱，完成工作循环。

装载机液压系统循环油路如图1所示。

在装载机运行中，液压系统有多种动力损失，包括液压泵、液压马达和液压缸的机械损失和容积损失：阀门部件和管道的压力损失：液压油的粘性摩擦损失：电动机功率与负载不匹配的损失。

闭式液压系统油温过高的分析与计算Final approval draft on November 22, 2020闭式液压系统油温过高的分析与计算摘要：闭式液压系统在工程机械上得到广泛应用，高油温是液压系统的突出问题，会改变油液物理特性，损伤液压元件，影响系统的工作性能。

介绍了典型的车辆行走闭式液压系统，并对系统热平衡进行分析计算。

0引言液压系统工作时压力、容积和机械损失所构成的总的能量损失必然转化成热能，使液压系统的油温升高，由此产生很多不良后果，如油温上升，油液黏度很快下降，泄漏增大，容积效率降低;油温升高还会使油液形成胶状物质，堵塞元件小孔和缝隙，使液压系统不能正常工作等，尤其是闭式液压系统更容易由于高温而导致系统效能下降甚至失效。

1典型的车辆液压系统介绍静液压驱动行走车辆主要由闭式行走回路和开式辅助回路组成。

辅助回路主要用来转向和举升等动作，可以是普通开式阀控系统也可以是负荷敏感系统。

由于液压系统的温升主要由闭式回路产生，因此本文以某车型为例，介绍闭式行走回路的原理。

行走回路的液压原理图如图1 所示。

该回路由闭式变量泵、自动变量马达和冲洗阀等组成。

柴油发动机带动闭式变量泵和补油泵，补油泵从油箱吸油，补入闭式系统冷油，同时闭式系统中的热油通过冲洗阀流出带走系统中产生的热量。

当热油带走的热量等于系统产生的热量，液压油温达到平衡。

2闭式液压系统高油温原因分析(1)液压元件选用不合理设计液压系统时，元件的规格会对油温产生很大的影响。

若液压控制阀的规格小，则系统会产生很大的节流损失，使系统发热;若选取的液压控制阀的规格大，则系统多余的液压油从溢流阀溢流，造成大量的能量损失，使系统发热;(2)管路设计不合理如管路管径偏小会增加系统的沿程压力损失;管路截面变化频繁、弯管和接头多会增加系统的局部压力损失，均会使系统发热增加;(3)液压油使用不合理工作介质选择时，黏度对温升影响显着，黏度过大会使黏性阻力损失增加，导致温升增大;黏度过低会使系统泄漏增大导致容积效率降低，两者均会增大系统的温升;液压油的污染老化会增大系统阻力，而且杂质颗粒会划伤液压元件，增大泄漏和磨损，使油温升高;(4)冷却循环系统设计不合理该系统采用补油泵和冲洗阀将工作产生的热油导入油箱来降低系统的温度，若补油泵流量太小则不能带走系统产生的热量，补油泵流量太大则会造成油液溢流浪费发动机功率，增大能量损耗。

第九章液压系统的设计与计算第八章机床液压系统的设计与计算（12）§8-1 机床液压系统的设计步骤和内容液压系统设计的步骤大致如下：1.明确设计要求，进行工况分析。

2.初定液压系统的主要参数。

3.拟定液压系统原理图。

4.计算和选择液压元件。

5.估算液压系统性能。

6.绘制工作图和编写技术文件。

根据液压系统的具体内容，上述设计步骤可能会有所不同，下面对各步骤的具体内容进行介绍。

§8-2 液压系统的设计要求在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。

1.主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求。

2.主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。

3.液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。

在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。

一、运动分析主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图(L—t)，速度循环图(v —t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。

1.位移循环图L—t图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。

该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。

2.速度循环图v—t(或v—L)工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。

图9-2为三种类型液压缸的v—t图，第一种如图9-2中实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动，最后匀减速运动到终点；第二种，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。

10 液压系统的设计计算本章主要讨论液压传动系统设计和计算的程序、内容和方法。

在此讨论的是静态的、经验的设计方法，它可以提供一个能实现预期功能（即满足力和速度要求）的传动系统。

而系统仅仅能实现所预期的功能是不够的，系统的动作质量及动作发生的时间历程也是很重要的，而且对于现代机械设备往往是更加重要的，这些问题需要用现代设计方法和手段进行系统的动态分析和设计。

随着液压技术特别是计算机技术的迅速了展，液压系统的计算机辅助设计等已得到大力推广和应用。

液压传动系统的设计是整个机器设计的一部分，它与主机的设计是紧密相关的。

当经过全面方案论证，确定一部机器，或机器的某一部分的传动方式采用液压传动后，则液压系统的设计计算步骤大致如下：(1)明确系统设计要求；(2)分析主机工况,确定液压系统的主要参数；(3)拟定液压系统原理图；(4)液压元件的计算与选择；(5)液压系统的性能验算；(6)进行结构设计,编写技术文件。

在以上的设计步骤中，前五项属于性能设计，它们互相影响，互相渗透，本章将扼要叙述这些内容；最后一项属于结构设计，进行时须先查明液压元件的结构和配置方式，仔细检阅有关产品样本、设计手册和资料，本章不作液压系统的设计计算183 介绍。

10.1 明确系统的设计要求液压系统的设计必须能全面满足主机的各项功能和技术性能。

因此，在开始设计液压系统时，首先要对机械设备主机的工作情况进行详细的分析，明确主机对液压系统提出的要求，具体包括：（1）主机的用途、类型、主要结构、总体布局以及对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制。

（2）对液压系统动作和性能的要求：如主机的工作循环，液压执行元件的运动方式（往复直线运动或旋转运动或摆动），自动化程度，调速范围，运动平稳性和精度，负载状况及其工作范围。

（3）主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。

（4）液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质、环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。