液压系统维修与故障诊断.pptx

液压系统使用维修液压系统使用维修与故障诊断与故障诊断 山东大学机械工程学院山东大学机械工程学院山东大学机械工程学院山东大学机械工程学院 2010-01-232010-01-23 内容提要：1、液压元件及传动系统概述2、液压元件原理、应用及其相关计算3、液压传动系统的设计与计算4、液压故障诊断的策略与技巧5、液压基本回路的故障分析与排除 6、液压装置常见故障及排除与改进 7、液压元件及零部件的诊断与修复8、液压系统的安装、调试 9、液压系统维护与管理 1、液压元件及传动系统概述1.11.1液压传动系统的组成液压传动系统的组成液压传动系统的组成液压传动系统的组成1.1.11.1.1液压元件在液压传动系统中的作用液压元件在液压传动系统中的作用液压元件在液压传动系统中的作用液压元件在液压传动系统中的作用 液压传动系统和机械传动系统相比，由于具备功率密度高、结构小巧、液压传动系统和机械传动系统相比，由于具备功率密度高、结构小巧、配置灵活、组装方便、可靠耐用等独到的特点，因此在国民经济的各个配置灵活、组装方便、可靠耐用等独到的特点，因此在国民经济的各个行业中得到了广泛采用。液压传动系统是以运动着的液体作为工作介质行业中得到了广泛采用。液压传动系统是以运动着的液体作为工作介质通过能量转换装置，将原动机的机械能转变为液体的压力能，然后通过通过能量转换装置，将原动机的机械能转变为液体的压力能，然后通过封闭管道、调节控制元件，再通过另一能量装置将液体的压力能转变为封闭管道、调节控制元件，再通过另一能量装置将液体的压力能转变为机械能的系统。液压传动系统实际上包含液压传动和液压控制两方面的机械能的系统。液压传动系统实际上包含液压传动和液压控制两方面的内容，两者是相互联系的，很难截然分开。内容，两者是相互联系的，很难截然分开。图图1-1所示为一个典型的涂胶设备液压传动系统，它的组成部分有以下五所示为一个典型的涂胶设备液压传动系统，它的组成部分有以下五个方面：个方面：1）能源装置）能源装置 它把原动机的机械能转变成液体的压力能。如图它把原动机的机械能转变成液体的压力能。如图1-1中的中的液压泵液压泵4，它给液压系统提供压力油，使整个系统能够动作起来，液压泵，它给液压系统提供压力油，使整个系统能够动作起来，液压泵最常见的驱动动力是电动机。最常见的驱动动力是电动机。2）执行装置）执行装置 将液压油的压力能转变成机械能，并对外做功。常用的执将液压油的压力能转变成机械能，并对外做功。常用的执行元件是液压缸或液压马达，如图行元件是液压缸或液压马达，如图1-1中的液压缸中的液压缸9。3）调节控制装置）调节控制装置 它们是调节、控制液压系统中液压油的压力、流量和它们是调节、控制液压系统中液压油的压力、流量和流动方向的。上面实例中，电磁换向阀流动方向的。上面实例中，电磁换向阀8，节流阀，节流阀7，溢流阀，溢流阀10等液压元等液压元件都属于这类装置。件都属于这类装置。4）辅助装置）辅助装置 它们是除上述三项以外的其它装置，如上例中的油箱它们是除上述三项以外的其它装置，如上例中的油箱1，滤油器滤油器2，空气滤清器，空气滤清器11等。它们对保证液压系统可靠，稳定，持久地等。它们对保证液压系统可靠，稳定，持久地工作，有重要作用，同时显示液压系统的压力、液位、流量等工作状态。工作，有重要作用，同时显示液压系统的压力、液位、流量等工作状态。5）工作介质）工作介质 液压油或其它合成液体。液压油或其它合成液体。图1-1 涂胶设备液压传动系统图 1-油箱；2-滤油器；3-液位计；4-液压泵；5-压力表开关；6-压力表；7-节流阀；8-电磁换向阀；9-液压缸；10-溢流阀；11-空气滤清器1.1.21.1.21.1.21.1.2液压元件的分类液压元件的分类液压元件的分类液压元件的分类液压阀的品种已达到几百个品种上千个规格，从不同角度分析液压阀有不同分类方式：按用途可分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀；按连接方式分为管式连接、板式连接、法兰式连接阀，目前还出现了叠加式联接、插装式连接阀；按工作原理可分为通断式、比例式和伺服式元件；按组合程度可分为单一阀和组合阀等。1.1.31.1.31.1.31.1.3液压元件的基本参数液压元件的基本参数液压元件的基本参数液压元件的基本参数 液压元件的工作能力由其性能参数决定，液压元件的基本参 数与液压元件的种类有关，不同的液压元件，具有不同的性能参数，其共性的参数与压力和流量相关。1公称压力 公称压力是标志液压元件承载能力大小的参数。液压元件的公称压力指其在额定工作状态下的名义压力，液压元件的公称压力单位为MPa（106Pa）。2公称流量 公称流量是标志液压元件流通性能的参数，公称流量是指 液压阀在额定工作状态下通过的名义流量，常用单位L/Min。公称压力、公称流量一般在液压元件或液压站的铭牌上已经表示出来，使用液压元件时，工作压力和通过液压元件的流量，不要超过其公称压力和公称流量。1.2 1.2 液压系统的应用特点与故障诊断技术的发展趋势液压系统的应用特点与故障诊断技术的发展趋势液压系统的应用特点与故障诊断技术的发展趋势液压系统的应用特点与故障诊断技术的发展趋势1.2.11.2.11.2.11.2.1液压系统的应用特点液压系统的应用特点液压系统的应用特点液压系统的应用特点液压传动系统由于具有易于实现回转、直线运动，元件排列布置灵活方便、可在运行中实行无级调速等诸多优点，所以在国民经济各部门中都得到了广泛的应用，但各部门应用液压传动的出发点不同，工程机械，压力机械采用的原因是结构简单，输出力量大。航空工业采用的原因是重量轻，体积小。机床中采用主要是可实现无级变速，易于实现自动化，能实现换向频繁的往复运动的优点。在实际应用过程中，设计者经常会遇到按照给定的条件选择最优控制系统及其元件的问题，为了正确的选用控制系统，表1.1给出了几种常用控制系统的对比资料。1.2.21.2.2液压系统故障诊断的发展趋势液压系统故障诊断的发展趋势液压系统故障诊断的发展趋势液压系统故障诊断的发展趋势随着数据处理技术、计算机技术、网络技术和通信技术飞速发展以及不同学科之间的融合，液压系统的故障诊断技术已经逐渐从传统的主观分析方法，向着虚拟化、高精度化、智能化、状态化、网络化、交叉化的方向发展。1）虚拟化 虚拟化则是指监测与诊断仪器的虚拟化。传统仪器是由工厂制造的，其功能和技术指标都是由厂家定义好的，用户只能操作使用，仪器的功能和技术指标一般是不可更改的。随着计算机技术、微电子技术和软件技术的迅速发展和不断更新，在国际上出现了在测试领域挑战整个传统测试测量仪器的新技术，这就是虚拟仪器技术。“软件就是仪器”，反映了虚拟仪器技术的本质特征。一般来说，基于计算机的虚拟仪器系统主要是由计算机、软面板及插在计算机内外扩槽中的板卡或标准机箱中的模块等硬件组成，有些虚拟仪器还包括有传统的仪器。由于其具有开发环境友善，具有开放性和柔性，若增加新的功能可方便地由用户根据自己的需要对软件作适当的改变即可实现，用户可以不必懂得总线技术和掌握面向对象的语言等特点，使得将其应用于液压系统乃至整个机械设备监测与诊断仪器及系统是一个新的发展方向。2）高精度化 对于高精度化，是指在信号处理技术方面提高信号分析的信噪比。不同类型的信号具有不同的特点，即使是同一类型的信号也可以从不同的角度进行描述和分析，以揭示事物不同侧面之间的内在规律和固有特性。对于液压系统而言，其信号、系数通常是瞬态的、非线性的、突变的，而传统的时域和频域分析只适用于稳态信号的分析，因此往往不能揭示其中隐含的故障信息，这就需要寻找一种能够同时表现信号时域和频域信息的方法，时频分析就应运而生。小波分析就是这种分析的一种典型应用，将小波理论应用于这些信号的处理上，可以大大提高其分辨率。可以预见，信号分析处理技术的发展必将带动故障诊断技术的高精度。3）状态化 状态化是对监测与诊断而言。据美国设备维修专家分析，有将近1/3的维修费用属于“维修过剩”造成的费用，原因在于：目前普遍采用的预防性定期检修的间隔周期是根据统计结果确定，在这个周期内仅有2%的设备可能出现故障，而98%的设备还有剩余的运行寿命，这种谨慎的定期大修反而增加了停机率。美国航空公司对235套设备普查的结果表明，66%的设备由于人的干预破坏了原来的良好配合，降低了可靠性，造成故障率上升。因此，将预防性定期维修逐步过渡到“状态维修”已经成为提高生产率的一条重要途径，也是现代设备管理的需要。随着科技的发展，可以利用传感技术、电子技术、计算机技术、红外测温技术和超声波技术，跟踪液体流经管路时的流速、压力、噪声的综合载体信号产生的时差流量信号和压力信号，并结合现场的各种传感器，对液压系统动态参数（压力、流量、温度、转速、密封性能）进行“在线”实时检测。这就能从根本上克服目前对液压系统“解体体检”的弊端，并能实现监测与诊断的状态化，解决“维修不足”与“维修过剩”的矛盾。4）智能化 随着人工智能技术的迅速发展，特别是知识工程、专家系统和人工神经网络在诊断领域中的进一步应用，人们已经意识到其所能产生的巨大的经济和社会效益。同时由于液压系统故障所呈现的隐蔽性、多样性、成因的复杂性和进行故障诊断所需要的知识对领域专家实践经验和诊断策略的严重依赖，使得研制智能化的液压故障诊断系统成为当前的趋势。以数据处理为核心的过程将被以知识处理为核心的过程所替代；同时，由于实现了信号检测、数据处理与知识处理的统一，使得先进技术不再是少数专业人员才能掌握的技术，而是一般设备操作工人所使用的工具。5）网络化 随着社会的进步，现代大型液压系统非常复杂、十分专业，需要设备供应商的参与才能对它的故障进行快速有效的诊断，而设备供应商和其它专家往往身处异地，这就使建立基于Internet的远程在线监测与故障诊断成为开发液压系统故障诊断的必然趋势远程分布式设备状态监测和故障诊断系统的典型结构如图1-2所示。图1-2 远程分布式设备状态监测和故障诊断系统的典型结构 首先在企业的各个分厂的重要关键液压设备上建立实时监测点，实时监测系统进行在线监测并采集故障诊断所需的设备状态数据，并上传到厂级诊断中心；同时在企业内部建立企业级诊断中心，在技术力量较强的科研单位和设备生产厂家建立远程诊断中心。当然，并不是所有的诊断系统都需要建立企业级诊断中心。一般来说，对于生产规模比较大和分散的企业（如跨国企业等）可以构建企业级诊断中心，而对于小型的企业通常不需要。此外，对于数据传输时是采用专用网线、电话线，还是无线传输，这得根据企业的实际情况了。当液压设备出现异常时，实时监测系统首先作出反应，实行报警并采取一些应急措施，并在厂级诊断中心进行备案和初步的诊断；厂级诊断中心不能自行处理的，则开始进入企业级诊断（没有企业级诊断中心的，则直接进入远程诊断中心）；而对于企业级诊断中心也不能解决的故障，则由企业级诊断中心通过计算机网络或卫星将获得的故障信息送到远程的诊断中心，远程诊断中心的领域专家或专家系统软件通过对传过来的数据进行分析，得出故障诊断结论和解决方案，并通过网络反馈给用户。当前，在构建远程故障诊断系统时，很少把设备制造厂家列为主要角色之一。这就意味着在进行设备的故障诊断时，不能充分利用到设备设计制造的有关数据资料。无论是从设备使用方，还是从设备生产方来说，这都会造成一种无形的损失。对设备使用方来说，他们无法充分享受设备的售后服务；而对于设备生产方，则难以从大量的设备运行历史记录中发现有价值的知识用于设备的优化设计和制造，同时丧失树立企业良好形象的机会。因此，在构建远程故障诊断系统时，为了充分发挥设备生产厂家在远程诊断中的作用，需要各分布式的设备生产厂家的积极参与，实现更大范围的资源共享。6）交叉化）交叉化 交叉化是指设备的故障诊断技术与人体医学诊断技术的发展交叉化。从广义上看，机械设备的故障诊断与人体的医学诊断一样，他们之间应该具有相通之处。特别是液压系统，更是如此。因为液压系统的组成与人体的构成具有许多可比性：液压油如同人的血液，液压泵如同人的心脏，压力表如同人的眼睛，执行元件如同人的四肢，而控制系统和传感器就如同人的大脑和神经，不断根据执行元件的反馈信息发出各种控制指令。同整个机械设备的故障诊断技术相比，人体的医学诊断发展至今，已经发展得相当完美。机械设备的故障诊断技术自上个世纪60年代开始至今，其发展史只是人体医学发展历史长河中的一滴，借鉴人体的医学诊断技术，可以使我们在设备诊断技术上取得突破，少走许多弯路。远程故障诊断从医学领域成功向机械设备领域的扩展就是一个很好的例子。此外，油液分析就可以说是液压系统的抽血化验，所以笔者为了引起使用者对液压油清洁度的重视，在给学生授课以及给相关液压控制系统的用户进行培训和解决现场系统故障时，经常做出这样的比喻：“油液被污染的液压系统就相当于人患了白血病”。目前虽说油液分析已应用得比较广泛，但从人体的血检所能获得的信息来看，油液中所能获取的设备故障信息远远不止目前的这些，应该进行深入的研究。随着科学技术的进一步发展，这必然为人们所认识。综上所述，液压设备往往是结构复杂而且是高精度的机、电、液一体化的综合系统，系统具有机液耦合、非线性、时变性等特点。引起液压故障的原因较多，加大了故障诊断的难度。但是液压系统故障有着自身的特点与规律，正确把握液压系统故障诊断技术的发展方向，深入研究液压系统的故障诊断技术不仅具有很强的实用性，而且具有很重要的理论意义。2、液压传动系统的设计与计算2.1液压系统的设计步骤 液压系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单、工作安全可靠、效率高、寿命长、经济性好、使用维护方便等条件。液压系统的设计没有固定的统一步骤，根据系统的简繁、借鉴的多寡和设计人员经验的不同，在做法上有所差异。各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成。图2.1所示为液压系统设计的基本内容和一般流程。图2.1 液压系统设计的一般流程2.1.12.1.1明确系统的设计要求明确系统的设计要求设计要求是做任何设计的依据，液压系统设计时要明确液压系统的动作和性能要求，在设计过程中一般需要考虑以下几个方面：1）主机概况：主机的用途、总体布局、主要结构、技术参数与性能要求；主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制；主机的工艺流程或工作循环，作业环境和条件等。2）液压系统的任务与要求：液压系统应完成的动作，液压执行元件的运动方式（移动、转动或摆动）、连接形式及其工作范围；液压执行元件的负载大小及负载性质，运动速度的大小及其变化范围；液压执行的动作顺序及联锁关系，各动作的同步要求及同步精度；对液压系统工作性能的要求，如运动平稳性、定位精度、转换精度、自动化程度、工作效率、温升、振动、冲击与噪声、安全性与可靠性等；对液压系统的工作方式及控制的要求。3）液压系统的工作条件和环境条件：周围介质、环境温度、湿度大小、风砂与尘埃情况、外界冲击振动等；防火与防爆等方面的要求。4）经济性与成本等方面的要求。2.1.2 2.1.2 分析工况编制负载图分析工况编制负载图对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律。通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值列表表示，必要时还应做出速度、负载随时间(或位移)变化的曲线图(见图2.2)。在一般情况下，液压传动系统中液压缸承受的负载由六部分组成，即工作负载、导轨摩擦负载、惯性负载、重力负载、密封负载和背压负载，前五项构成了液压缸所要克服的机械总负载。1）工作负载 不同的机器有不同的工作负载。对于金属切削机床来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载；对液压机来说，工件的压制抗力即为工作负载。工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值(如顺铣加工的切削力)。工作负载既可以为恒值，也可以为变值，其大小要根据具体情况加以计算，有时还要由样机实测确定。图2.2液压系统执行元件的负载图和速度图a)负载图 b）速度图 2 2）导轨摩擦负载）导轨摩擦负载导轨摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力，其值与运动导轨摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力，其值与运动部件的导轨形式、放置情况及运动状态有关。各种形式导轨的摩擦负载计算部件的导轨形式、放置情况及运动状态有关。各种形式导轨的摩擦负载计算公式可查阅有关手册。机床上常用平导轨和公式可查阅有关手册。机床上常用平导轨和v v形导轨支承运动部件，其摩擦形导轨支承运动部件，其摩擦负载值的计算公式负载值的计算公式(导轨水平放置时导轨水平放置时)为：为：式中：摩擦系数，其中，静摩擦系数和动摩擦系数值参考表2.1；运动部件的重力；垂直于导轨的工作负载；V形导轨面的夹角，一般=90。3)惯性负载 惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出。4）重力负载 垂直或倾斜放置的运动部件，在没有平衡的情况下，其自重也成为一种负载。倾斜放置时，只计算重力在运动上的分力。液压缸上行时重力取正值，反之取负值。5）密封负载 密封负载是指密封装置的摩擦力，其值与密封装置的类型和尺寸、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关，的计算公式详见有关手册。在未完成液压系统设计之前，不知道密封装置的参数，无法计算，一般用液压缸的机械效率加以考虑，常取=0.900.97。6）背压负载 背压负载是指液压缸回油腔背压所造成的阻力。在系统方案及液压缸结构尚未确定之前，也无法计算，在负载计算时可暂不考虑。表2.2列出几种常用系统的背压阻力值。液压缸的外负载力F及液压马达的外负载转矩T计算公式见表2.3。2.1.3 2.1.3 确定系统的主要参数确定系统的主要参数确定系统的主要参数确定系统的主要参数液压系统执行元件的工况图是在液压执行元件结构参数确定之后，根据主机工作循环，算出不同阶段中的实际工作压力、流量和功率之后做出的，见图2.3。工况图显示液压系统在实现整个工作循环时三个参数的变化情况。当系统中有多个液压执行元件时，其工况图应是各个执行件工况图的综合。液压执行元件的工况图是选择系统中其它液压元件和液压基本回路的依据，也是拟订液压系统方案的依据，这是因为：1）工况图中的最大压力和最大流量直接影响着液压泵和各种控制阀等液压元件的最大工作压力和最大工作流量。2）工况图中不同阶段内压力和流量的变化情况决定着液压回路和油源形式的合理选用。3）工况图所确定的液压系统主要参数的量值反映着原来设计参数的合理性，为主参数的修改或最后确定提供了依据。2.1.4 2.1.4 2.1.4 2.1.4 拟定系统原理图拟定系统原理图拟定系统原理图拟定系统原理图系统原理图是表示系统的组成和工作原理的图样。拟定系统原理图是设计系统的关键，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。拟定系统原理图包含两项内容：一是通过分析、对比选出合适的基本回路；二是把选出的基本回路进行有机组合，构成完整的系统原理图。1）确定执行元件的形式 液压传动系统中的执行元件主要有液压缸和液压马达，根据主机动作机构的运动要求来具体选用哪种形式。通常，直线运动机构一般采用液压缸驱动，旋转运动机构采用液压马达驱动，但也不尽然。总之，要合理地选择执行元件，综合考虑液机电各种传动方式的相互配合，使所设计的液压传动系统更加简单、高效。2）确定回路类型 一般具有较大空间可以存放油箱且不另设散热装置的系统，都采用开式回路；凡允许采用辅助泵进行补油并借此进行冷却油交换来达到冷却目的的系统，都采用闭式回路。通常节流调速系统采用开式回路，容积调速系统采用闭式问路，详见表2.6。3）选择合适回路 在拟定系统原理图时，应根据各类主机的工作特点和性能要求，首先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路。例如对于机床液压系统，调速和速度换接问路是主要回路；对于压力机液压系统，调压回路是主要回路。然后再考虑其它辅助问路，有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路，有多个执行元件的系统要考虑顺序动作、同步或互不干扰回路，有空载运行要求的系统要考虑卸荷回路等。具体有：制订调速控制方案 根据执行元件工况图上压力、流量和功率的大小以及系统对温升、工作平稳性等方面的要求选择调速回路：对于负载功率小、运动速度低的系统，采用节流调速回路。工作平稳性要求不高的执行元件，宜采用节流阀调速回路；负载变化较大，速度稳定性要求较高的场合，宜采用调速阀调速回路。对于负载功率大的执行元件，一般都采用容积调速问路，即由变量泵供油、避免过多的溢流损失，提高系统的效率；如果对速度稳定性要求较高，也可采用容积节流调速回路。调速方式决定之后，回路的循环形式也随之而定，节流调速、容积节流调速一般采用开式回路，容积调速大多采用闭式回路。制订压力控制方案 选择各种压力控制回路时，应仔细推敲各种回路在选用时所需注意的问题以及特点和适用场合。例如卸荷回路，选择时要考虑卸荷所造成的功率损失、温升、流量和压力的瞬时变化等。恒压系统如进口节流和出口节流调速回路等、一般采用溢流阀起稳压溢流作用，同时也限定了系统的最高压力。定压容积节流调速回路本身能够定压不需压力控制阀。另外还可采用恒压变量泵加安全阀的方式。对非恒压系统，如旁路节流调速、容积调速和非定压容积节流调速，其系统的最高压力由安全阀限定。对系统中某一个支路要求比油源压力低的稳压输出，可采用减压阀实现。制订顺序动作控制方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型的不同，有的按固定程序进行，有的则是随机的或人为的。对于工程机械，操纵机构多为手动，一般用手动多路换向阀控制，对于加工机械，各液压执行元件的顺序动作多数采用行程控制，行程控制普遍采用行程开关控制，因其信号传输方便，而行程阀由于涉及油路的连接，只适用于管路安装较紧凑的场合。另外还有时间控制、压力控制和可编程序控制等。选择一些主要液压回路时，还需注意以下几点：a.调压回路的选择主要决定于系统的调速方案。在节流调速系统中，一般采用调压回路；在容积调速和容积节流调速或旁路节流调速系统中，则均采用限压回路。一个油源同时提供两种不同工作压力时，可以采用减压回路。对于工作时间相对辅助时间较短而功率又较大的系统，可以考虑增加一个卸荷回路。b.速度换接回路的选择主要依据换接时位置精度和平稳性的要求。同时还应结构简单、调整方便、控制灵活。c.多个液压缸顺序动作回路的选择主要考虑顺序动作的可变换性、行程的可调性、顺序动作的可靠性等。d.多个液压缸同步动作回路的选择主要考虑同步精度、系统调整、控制和维护的难易程度等。当选择液压回路出现多种可能方案时，应平行展开，反复进行分析对比，不要轻易做出取舍决定。4)编制整机的系统原理图整机的系统图主要由以上所确定的各回路组合而成，将挑选出来的各个回路合并整理，增加必要的元件或辅助回路，加以综合，构成一个完整的系统。在满足工作机构运动要求及生产率的前提下，力求所设计的系统结构简单、工作安全可靠、动作平稳、效率高、调整和维护保养方便。此时应注意以下几个方面的问题：1）去掉重复多余的元件，力求使系统结构简单，同时要仔细斟酌，避免由于某个元件的去掉或并用而引起相互干扰。2)增设安全装置，确保设备及操作者的人身安全。如挤压机控制油路上设置行程阀，只有安全门关闭时才能接通控制油路。3)工作介质的净化必须予以足够的重视。特别是比较精密、重要的以及24小时连续作业的设备，可以单设一套自循环的油液过滤系统。4)对于大型的贵重设备，为确保生产的连续性，在液压系统的关键部位要加设必要的备用回路或备用元件，例如冶金行业普遍采用液压泵用一备一，而液压元件至少有一路备用。5)为便于系统的安装、维修、检查、管理，在回路上要适当装设一些截止阀、测压点。6)尽量选用标准的高质量元件和定型的液压装置。2.1.5 2.1.5 选取液压元件选取液压元件选取液压元件选取液压元件2.1.5.12.1.5.1液压能源装置设计液压能源装置设计液压能源装置设计液压能源装置设计液压能源装置是液压系统的重要组成部分。通常有两种形式：一种是液压装置与主机分离的液压泵站；一种是液压装置与主机合为一体的液压泵组（包括单个液压泵）。1 液压泵站类型的选择 液压泵站的类型如表2.7所示。表2.7 液压泵站的分类 液压泵组置于油箱之上的上置式液压泵站，根据电动机安装方式不同，分为立式和卧式两种，如图2.4所示。上置式液压泵站结构紧凑，占地小，被广泛应用于中、小功率液压系统中。非上置式液压泵站按液压泵组与油箱是否公用一个底座而分为整体式和分离式两种。整体式液压泵站的液压泵组安置形式又有旁置和下置之分，见图2.5。非上置式液压泵站的液压泵组置于油箱液面以下，有效地改善了液压泵的吸入性能，且装置高度低，便于维修，适用于功率较大的液压系统。上置式与非上置式液压泵站的比较见表2.8。柜式液压泵站是将液压泵组和油箱整体置于封闭的柜体内，这种液压泵站一般都将显示仪表和电控按钮布置在面板上，外形整齐美观；又因液压泵被封闭在柜体内，故不易受外界污染，但维修不大方便，散热条件差，且一般需设有冷却装置。因此，通常仅被应用于中、小功率的系统。按液压泵站的规模大小，可分为单机型、机组型 和中央型三种。单机型液压泵站规模较小，通常将控制阀组一并置于油箱面板上，组成较完整的液压系统总成，这种液压泵站应用较广。机组型液压泵站是将一个或多个控制阀组集中安装在一个或几个专用阀台上，然后两端与液压泵组和液压执行元件相连接，这种液压泵站适用于中等规模的液压系统中。中央型液压泵站常被安置在地下室内，以利于安装配管、降低噪声，保持稳定的环境温度和清洁度，这种液压泵站规模最大，适用于大型液压系统，如轧钢设备的液压系统中。根据上述分析，按系统的工作特点选择合适的液压泵站类型。n2）液压泵站组件的选择 液压泵站一般由液压泵组、油箱组件、过滤器组件、蓄能器组件和温控组件等组成。根据系统实际需要，经深入分析计算后加以选择、组合。下面分别阐述这些组件的组成及选用时要注意的事项。液压泵组由液压泵、原动机、联轴器、底座及管路附件等组成。油箱组件由油箱、面板、空气滤清器、液位显示器等组成，用以储存系统所需的工作介质，散发系统工作时产生的一部分热量，分离介质中的气体并沉淀污物。过滤器组件是保持工作介质清洁度必备的辅件，可根据系统对介质清洁度的不同要求，设置不同等级的粗滤油器、精滤油器。蓄能器组件通常由蓄能器、控制装置、支承台架等部件组成。它可用于储存能量、吸收流量脉动、缓和压力冲击，故应按系统的需求而设置，并计算其合理的容量，然后选用之。温控组件由传感器和温控仪组成。当液压系统自身的热平衡不能使工作介质处于合适的温度范围内时，应设置温控组件，以控制加热器和冷却器，使介质温度始终工作在设定的范围内。根据主机的要求、工作条件和环境条件，设计出与工况相适应的液压泵站方案后，就可计算液压泵站中主要元件的工作参数。2.1.5.2 2.1.5.2 选取液压元件选取液压元件选择液压泵的规格型号根据以上计算所得的液压泵的最大工作压力和最大输出流量以及系统中拟定的液压泵的型式，查阅有关手册或产品样本即可确定液压泵的规格型号。但要注意，选择的液压泵的额定流量要大于或等于前面计算所得的液压泵的最大输出流量，并且尽可能接近计算值；所选泵的额定压力应大于或等于计算所得的最大工作压力。有时尚需考虑一定的压力储备，使所选泵的额定压力高出计算所得的最大工作压力25%60%。泵的额定流量则宜与相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失。应该指出，确定液压泵的原动机时，一定要同时考虑功率和转速两个因素。对电动机来说，除电动机功率满足泵的需要外，电动机的同步转速不应高出额定转速。例如，泵的额定转速为1000r/min，则电动机的同步转速亦应为1000r/min，当然，若选择同步转速为750 rmin的电动机，并且泵的流量能满足系统需要时是可以的。同理，对内燃机来说，也不要使泵的实际转速高于其额定转速。液压控制元件的选用与设计 一个设计的好的液压系统应尽可能多地由标准液压控制元件组成，使自行设计的专用液压控制元件减少到最低限度。但是，有时因某种特殊需要，必须自行设计专用液压控制元件时，可参阅有关液压元件的书籍或资料。这里主要介绍液压控制元件的选用。选择液压控制元件的主要依据和应考虑的问题见表2.9。其中最大流量必要时允许短期 超过额定流量的20，否则会引起发热、噪声、压力损失等增大和阀性能的下降。此外，选阀时还应注意下列问题：结构型式、特性曲线、压力等级、连接方式、集成方式及操纵控制方式等。溢流阀的选择 直动式溢流阀的响应快，一般用于流量较小的场合，宜作制动阀、安全阀用；先导式溢流阀的启闭特件好，用于中、高压和流量较大的场合，宜做调压阀、背压阀用。二级同心的先导式溢流阀的泄漏量比三级同心的要小，故在保压回路中常被选用。先导式溢流阀的最低调定压力般只能在0.51MPa范围内。溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，并应注意其允许的最小稳定流量，一般来说，最小稳定流量为额定流量的15以上。流量阀的选择 一般中、低压流量阀的最小稳定流量为50100mL/min；高压流量阀为2.520mL/min。流量阀的进出口需要有一定的压差，高精度流量控制阀约需1MPa的压差。要求工作介质温度变化对液压执行远见运动速度影响小的系统，可选用温度补偿型调速阀。换向阀的选择 a）按通过阀的流量来选择结构型式，一般来说，流量在190L/min以上时宜用二通插装阀；190L/min以下时可采用滑阀型换向闽。70L/min以下时可用电磁换向阀（一般为6、10mm通径），否则需要选用电液换向阀。b）按换向性能等来选择电磁铁类型，交、直流电磁铁的性能比较见表2-10。单向阀及液控单向阀的选择 应选择开启压力小的单向阀；开启压力较大（0.30.5MPa）的单向阀可做背压阀用。外泄式液控单向阀与内泄式相比，其控制压力低，工作可靠，选用时可优先考虑。n3）辅助元件的选择蓄能器的选择 在液压系统中，蓄能器的作用是用来储存压力能，也用于减小液压冲击和吸收压力脉动。在选择时可根据蓄能器在液压系统中所起作用，相应的确定其容量；具体可参阅相关手册。滤油器的选择 滤油器是保持工作介质清洁，使系统正常工作所不可缺少的辅助元件。滤油器应根据其在系统中所处部位及被保护元件对工作介质的过滤精度要求、工作压力、过流能力及其它性能要求而定，通常应注意以下几点：a)其过滤精度要满足被保护元件或系统对工作介质清洁度的要求；b)过流能力应大于或等于实际通过的流量的2倍；c)过滤器的耐压应大于其安装部位的系统压力；d)适用的场合一般按产品样本上的说明。油箱的设计 液压系统中油箱的作用是：储油，保证供给系统充分的油液；散热，液压系统中由于能量损失所转换的热量大部分由油箱表面散逸；沉淀油中的杂质；分离油中的气泡，净化油液。在油箱的设计中具体可参阅相关手册。冷却器的选择 液压系统如果依靠自然冷却不能保证油温维持在限定的最高温度之下，就需装设冷却器进行强制冷却。冷却器有水冷和风冷两种。对冷却器的选择主要是根据其热交换量来确定其散热面积及其所需的冷却介质量。具体可参阅相关手册。加热器的选择 环境温度过低，使油温低于正常工作温度的下限，则须安装加热器。具体加热方法有蒸汽加热、电加热、管道加热。通常采用电加热器。使用电加热器时，单个加热器的容量不能选得太大；如功率不够，可多装几个加热器，且加热管部分应全部浸入油中。根据油的温升和加热时间及有关参数可计算出加热器的发热功率，然后求出所需电加热器的功率。具体可参阅相关手册。连接件的选择 连接件包括油管和管接头。管件选择是否得当，直接关系到系统能否正常工作和能量损失的大小，一般从强度和允许流速两个方面考虑。液压传动系统中所用的油管，主要有钢管、紫铜管、钢丝编织或缠绕橡胶软管、尼龙管和塑料管等。油管的规格尺寸大多由所连接的液压元件接口处尺寸决定，只有对一些重要的管道才验算其内径和壁厚。具体可参阅相关手册。在选择管接头时，除考虑其有合适的通流能力和较小的压力损失外，还要考虑到装卸维修方便，连接牢固，密封可靠，支承元件的管道要有相应的强度。另外还要考虑使其结构紧凑、体积小、重量轻。n4）液压系统密封装置选用与设计 在液压传动中，液压元件和系统的密封装置用来防止工作介质的泄漏及外界灰尘和异物的侵入。工作介质的泄漏会给液压系统带来调压不高、效率下降及污染环境等诸多问题，从而损坏液压技术的声誉；外界灰尘和异物的侵入则造成对液压系统的污染，是导致系统工作故障的主要原因。所以，在液压系统的设计过程中，必须正确设计和合理选用密封装置和密封元件，以提高液压系统的工作性能和使用寿命。影响密封件能的因素 密封性能的好坏与很多因素有关，下面列举其主要方面：密封装置的结构与形式；密封部位的表面加工质量与密封间隙的大小；密封件与接合面的装配质量与偏心程度；工作介质的种类、特性和粘度；工作温度与工作压力；密封接合面的相对运动速度。密封装置的设计要点密封装置设计的基本要求是：密封性能良好，并能随着工作压力的增大自动提高其密封性能；所选用的密封件应性能稳定，使用寿命长；动密封装置的动、静摩擦系数要小而稳定，且耐磨；工艺性好，维修方便，价格低廉。密封装置的设计的要点是：明确密封装置的使用条件和工作要求，如负载情况、压力高低、速度大小及其变化范围、使用温度、环境条件及对密封性能的具体要求等；根据密封装置的使用条件和工作要求，正确选用或设计密封结构并合理选择密封件；根据工作介质的种类，合理选用密封材料；对于在尘埃严重的环境中使用的密封装置，还应选用或设计与主密封相适应的防尘装置；所设计的密封装置应尽可能符合国家有关标准的规定并选用标准密封件。2.1.6 2.1.6 系统性能的验算系统性能的验算 估算液压系统性能的目的在于评估设计质量，或从几种方案中评选最佳设计方案。估算内容一般包括：系统压力损失、系统效率、系统发热与温升、液压冲击等。对于要求高的系统，还要进行动态性能验算或计算机仿真。目前对于大多数液压系统，通常只是采用一些简化公式进行近似估算，以便定性地说明情况。4)液压冲击验算 液压冲击不仅会使系统产生振动和噪声，而且会使液压元件、密封装置等误动作或损坏而造成事故。因此，需验算系统中有无产生液压冲击的部位、产生的冲击压力会不会超过允许值以及所采取的减小液压冲击的措施是否奏效等。2.1.7 2.1.7 绘制工作图、编制技术文件绘制工作图、编制技术文件 液压系统的工作原理图确定以后，将液压系统的压力、流量、电动机功率、电磁铁工作电压、液压系统用油牌号等参数明确在技术要求中提出，同时要绘制出执行元件动作循环图、电磁铁动作顺序表等内容。紧接着，绘制工作图。工作图包括液压系统装配图、管路布局图、液压集成块、泵架、油箱、自制零件图等。1、液压系统的总体布局液压系统的总体布局方式有两种：集中式布局、分散式布局。集中式布局是将整个设备液压系统的执行元件装配在主机上，将油泵电机组、控制阀组、附件等集成在油箱上组成液压站。这种形式的液压站最为常见，具有外形整齐美观、便于安装维护、外接管路少，可以隔离液压系统的振动、发热对主机精度的影响等优点。分散式布局是将液压元件根据需要安装在主机相应的位置上，各元件之间通过管路连接起来，一般主机支撑件的空腔兼作油箱使用，其特点是占地面积小、节省安装空间，但元件布局零乱、清理油箱不便。2、液压阀的配置形式n板式配置 这种配置方式把板式液压元件用螺钉国定在油路板上，油路板上钻、攻有与阀口对应的孔，通过油管将各个液压元件按照液压原理图连接起来。其特点是连接方便、容易改变元件之间的连接关系，但管路较多，目前应用越来越少。n集成式配置 这种配置方式把液压元件安装在集成块上，集成块既做油路通道使用，又做安装板使用。集成式配置有三种方式：第一种方式是叠加阀式，这种形式的液压元件（换向阀除外）既作控制阀用，又作通道体用，叠加阀用长螺栓固定在集成块上，即可组成所需的液压系统；第二种方式为块式集成结构，集成块是通用的六面体，上下两面是安装或连接面，四周一面安装管接头，其余三面安装液压元件，元件之间的连接通过内部通道连接，一般一各集成块与其上面连接的阀具有一定的功能，整个液压系统通过螺钉连接起来；第三种