分享液压系统的设计（四）：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、液压元件及连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。

01 系统压力损失计算

压力损失包括管路的沿程损失Δp1、管路的局部压力损失Δp2和阀类元件的局部损失Δp3，总的压力损失为：

                          Δp=Δp1+Δp2+Δp3

式中 ，l——管道的长度，m;

          d——管道内径，m;

           v——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。      

式中，q_vN——阀的额定流量，m³/s;

          q_v——通过阀的实际流量，m³/s；

          Δp_N——阀的额定压力损失(可从产品样本中查到)，Pa。

对于泵到执行元件间的压力损失，如果计算出的Δp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

式中,pт——液压泵的工作压力或支路的调整压力。

02 系统效率计算

液压系统的效率指液压执行器的输出功率对液压泵的输出功率之比，即

式中，η——液压系统的效率;

         p_A——液压执行器输出功率;

        p_P——液压泵的输出压力;

       q_vp——液压泵的输出流量。

液压传动的总效率是指液压执行器的输出功率对液压泵的输人功率(即液压泵轴功率)之比，即

式中 ,η_t——液压传动的总效率; Pp——液压泵轴功率。

03 系统发热计算

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——投人工作液压泵的台数;

             Pri——第i台液压泵的输人功率，W;

             η_pi——第i台液压泵的总效率;

             t_i——第i台液压泵工作时间，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;

         Prj——液压执行元件的输人功率，W;

         η_j  ——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

式中，P_y   ——溢流阀的调整压力，Pa;

           q_vy——经溢流阀流回油箱的流量，m³/s;。

(4)油液流经阀或管路的功率损失

式中，Δp——通过阀或管路的压力损失，Pa;

          q_v——通过阀或管路的流量，m³/s。

由以上各种损失构成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率

上式适用于回路比较简单的液压系统，对于复杂系统，由于功率损失的环

节太多，一一计算较麻烦，通常用下式计算液压系统的发热功率

式中，Pr——液压系统的总输入功率;

          Pc——液压系统输出的有效功率

式中，Tt——工作周期，s;

         z、n、m——分别为液压泵、液压缸、液压马达的数量;

         P_i、q_vi、η_pi——第i台泵的实际输出压力、流量、效率;

         t_i——第i台泵工作时间，s；

        _Twj、w_j、t_j——液压马达的外载转矩，N·m，转速，rad/s，工作时

间，s;

        F_wi、S_i——液压缸外载荷及驱动此载荷的行程，N·m。

04 热交换器的功率损失

液压系统的散热渠道主要是油箱表面，但如果系统外接管路较长，在计算散热功率P_hc时，也应考虑管路表面散热。

式中， K₁——油箱散热系数，见表1;

          K₂——管路散热系数，见表2;

          A_1、A₂——分别为油箱、管道的散热面积，m²;

          ΔT——油温与环境温度之差，℃。

表1 油箱散热系数 K₁

表2 管道散热系数K₂

若系统达到热平衡，则P_hr=P_hc，油温不再升高，此时，最大温差

环境温度为T₀，则油温T=T₀+ ΔT。如果计算出的油温超过该液压设备允许的最高油温(各种机械允许油温见表3)，就要设法增大散热面积，如果油箱的散热面积不能加大，或加大一些也无济于事时，则需要装设冷却器。

_{表3 各种机械允许油温 /℃}

冷却器的散热面积为

式中，P_hr——液压系统的发热功率;

          P_hc——液压系统的散热功率;

          K——冷却器的散热系数，见液压辅助元件有关冷却器的散热系数;

         Δt_m——平均温升，℃;

                        Δt_m =（T₁+T₂）/2-（t₁+t₂）/2

T₁、T₂——液压油人口和出口温度;

t₁、t₂——冷却水或风的人口和出口温度。

▌声明：来源于高殿荣、王益群主编的《液压工程师技术手册》，由液压说整理发布，转载请注明

▌编辑：液压说

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