液压元件的选用技术

为了使液压设备实现特定的循环或工作，可将实现各种不同运动的执行元件及其液压回路拼集、汇合起来，用液压泵组集中供油，形成一个网络，就构成了设备的液压传动系统，简称液压系统。液压系统装置是机械最常见的结构之一，液压元件结构与工作原理及其性能决定着一些大型机械设备的正常运转。液压元件选用的好坏，直接影响到液压系统的可靠性、稳定性等性能。

一、液压泵选用

在设计液压系统时，应根据液压系统所需压力、流量和工作稳定性等来具体确定泵的类型与规格。

选择液压泵的主要原则是满足系统的工况要求，并以此为根据，确定泵的输出流量、工作压力和结构形式。

1.确定泵的额定流量

泵的流量应满足执行元件最高速度要求，所以泵的输出流量q p应根据系统所需的最大流量和泄漏量来确定，即

q p≥Kq max

2.确定泵的额定压力

泵的工作压力应根据液压缸的最高工作压力及管路压力损失来确定，即

p p≥p max＋ΣΔp

3.选择液压泵的具体结构形式

当液压泵的输出流量和工作压力确定后，就可以选择泵的具体结构形式了。

（1）一般情况下，负载小、功率小，额定压力小于2.5　MPa时，可选用齿轮泵；额定压力小于6.3　MPa时，可选用双作用式定量叶片泵；若额定压力大于6.3　MPa时，可选择柱塞泵。

（2）精度较高的中小功率的液压设备，可选用双作用式定量叶片泵（如磨床）。

（3）负载较大并有快速和慢速工作行程的液压设备（如组合机床等），可选用限压式变量叶片泵或双联叶片泵。

（4）负载大、功率大的液压设备（如龙门刨床、拉床、液压压力机等），可选用柱塞泵。

（5）应用于机床辅助装置的液压系统，如送料、定位和夹紧等装置，可选用价格低廉的齿轮泵。

在具体选择泵时，可参考表3-5-1-1所示常用泵的性能比较，选用合适的结构形式。

表3-5-1-1常用液压泵的一般性能比较

二、液压执行元件的选用

1.液压马达的选用

液压马达选择时需要考虑的因素很多，如转矩、转速、工作压力、排量、外形及连接尺寸、容积效率、总效率等。液压马达的种类很多，可针对不同的工况进行选择。低速运转工况可选择低转速马达，也可采用高速马达加减速装置。这两种方案应根据结构及空间情况、设备成本、驱动转矩是否合理等进行选择。确定所选用马达的类型后，可根据液压马达新产品的技术参数概览表选出几种规格，然后进行综合分析，加以选择。常用液压马达的类型参见表3-5-1-2。

表3-5-1-2 常用液压马达的类型

2.液压缸的选用

1）工况及安装条件

液压缸的使用工况及安装条件如下：

（1）工作中有剧烈冲击时，液压缸的缸筒、端盖不能用脆性材料，如铸铁。

（2）采用长行程液压缸时，需综合考虑选用足够刚度的活塞杆和安装中间圈。

（3）当工作环境污染严重，有较多的灰尘、风沙、水分等杂质时，需采用活塞杆防护套。

（4）安装方式与负载导向直接影响活塞杆的稳定性，也影响活塞杆直径的选择。

按负载的大小，安装方式和导向条件参见表3-5-1-3。

（5）缓冲机构的选用。根据具体情况及液压缸的用途，一般认为普通液压缸在工作压力＞10 MPa、活塞速度＞0.1　m／s时，应采用缓冲装置或其他缓冲办法。

（6）密封装置的选用，选用合适的密封圈和防尘圈。

表3-5-1-3 液压缸的安装方式及导向条件

（7）按环境温度可初步选定工作介质的品种：在正常温度（-20℃～60℃）下工作，一般选用石油型液压油；在高温（＞60℃）下工作，须采用难燃液及特殊结构液压缸。

2）确定液压缸的主要参数及标准密封附件和其他附件

（1）液压缸类型的选用。

①单作用液压缸仅在靠自重、外负载或弹簧力等机械方式实现回程时才会使用，一般多使用双作用液压缸。

②需要以较短的安装长度来实现很长的工作行程时，可考虑使用多级伸缩缸或增设能放大行程的倍增机构。

③当运动机构需要往复运动速度相等时，选用双出杆活塞式液压缸，如磨床工作台；当运动机构需要往复运动速度不等时，选用单出杆活塞式液压缸，尤其是在快进—工进—快退的工作循环时，如组合机床工作台。

④当机床工作台行程较长时可采用柱塞式液压缸，为实现工作台往复运动，可成对的使用柱塞缸。如液压龙门刨床、导轨磨床等。

（2）液压缸流量的确定。

液压缸所需的最大流量q max可按液压缸最大工作速度和液压缸的有效工作面积A确定。液压缸所需的最小流量q min可按液压缸最小工作进给速度和液压缸的有效工作面积A确定。

（3）液压缸内径、活塞和活塞杆直径的确定。

计算液压缸内径和活塞杆直径均与设备的类型有关。活塞和活塞杆还要与其他零件相配，如密封圈等，而密封圈等都已标准化，因此，活塞和活塞杆也应标准化。设计计算后的活塞和活塞杆的直径需圆整取标准值，以便选取标准件。液压缸内径等于活塞的直径。

3.液压阀的选择

液压传动系统中选择合适的液压阀，是使系统的设计合理，性能优良，安装、维修方便，并保证该系统正常工作的重要条件。除按系统功能需要选择液压控制阀的类型外，还要考虑各个阀的额定压力、通过流量、安装形式、动作方式、性能特点等。

1）选用原则

（1）额定压力的选择。

可根据系统设计的工作压力选择相应压力级的液压阀，并且使系统的工作压力适当低于产品标明的额定压力。

（2）液压阀流量参数的选择。

可根据产品标明的公称流量为依据，如产品能提供通过不同流量时的有关性能曲线，则对元件的选择使用就更为合理了。

液压系统各部分回路通过的流量不相同，因此，不能仅根据液压泵的额定输出流量来选择阀的流量参数，而应考虑液压系统在所有设计工作状态下各部分阀可能通过的最大流量。如换向阀的选择要考虑如果系统中采用差动液压缸，在液压缸换向动作时，无杆腔排出的流量比有杆腔排出的流量大得多，甚至可能比液压泵输出的最大流量还要大；选择节流阀、调速阀时，不仅要考虑可能通过该阀的最大流量，还应考虑该阀的最小稳定流量指标；如某些回路通过的流量较大时，若选择与该流量相当的换向阀，换向时可能产生较大的压力冲击，一般可选择在一挡的换向阀；某些系统大部分工作状态通过的流量不大，偶尔会有大流量通过，从系统布置的紧凑性、阀本身工作性能的允许、压力损失的瞬时增加等方面考虑，仍按大部分工作状况的流量规格选取，允许阀在短时超流量状态使用。

（3）安装方式的选择。

安装方式根据所选用的液压阀的规格大小、系统的繁简、系统的布置特点而定。

阀与系统管路或其他阀的进出油口的安装形式参见表3-5-1-4。

表3-5-1-4 液压阀常用的安装形式

（4）控制方式的选择。

根据系统的操纵需要和电气系统的配置能力进行选择。有手动控制、机械控制、液压控制和电气控制。在许多场合采用电磁控制，以提高系统的自动化程度；但有时为了简化电气控制系统并使操作简便，则选用手动控制。

（5）结构形式的选择。

液压阀的许多性能受其结构特点的影响，必须根据液压系统性能要求选择满足要求的元件。如液压系统中对阀芯复合和对中性能要求特别严格，可选择液压对中型结构；一般的流量阀由于温度或压力的变化，不能满足执行机构的运动精度要求，可选择带压力补偿装置或温度补偿装置的阀；使用液控单向阀且反向出油背压较高，但控制压力又不可能提得很高时，可选择外泄式或先导式结构。

2）常用阀的选择

（1）溢流阀的选用。

溢流阀有直动式和先导式，一般来说直动式溢流阀用于低压小流量的液压系统，而先导式溢流阀用于高压大流量的液压系统。另外，在选择溢流阀时要根据液压系统的压力和流量参数来选择不同规格的溢流阀。

（2）减压阀的选用。

减压阀分为直动式和先导式两种，其中直动式减压阀一般用于低压小流量液压系统中，而先导式减压阀一般用于高压大流量液压系统中。减压阀二次压力的调节范围取决于所用弹簧和通过阀的流量，最低调节压力要保证一次压力与二次压力之差为0.3～1 MPa。另外，在选择减压阀时要根据减压回路中压力和流量参数来选择不同规格的减压阀。

（3）顺序阀的选用。

按工作原理和结构的不同，顺序阀分为直动式和先导式两种，其中直动式顺序阀一般用于低压小流量液压系统中，而先导式顺序阀一般用于高压大流量液压系统中。按压力控制方式，顺序阀有内控和外控之分。对于内控顺序阀，阀芯的开启与一次压力油路有关；而对于外控顺序阀，阀芯的开启与一次油路无直接关系，弹簧力只需克服摩擦力，因此外控油压可以较低。另外，在选择顺序阀时要根据系统中压力和流量参数来选择不同规格的顺序阀。

（4）换向阀的选用。

换向阀的种类很多，要正确选择换向阀，首先要计算出换向阀所在回路的压力和流量参数，换向阀使用时的压力、流量不要超过制造厂样本的额定压力、额定流量。

在确定换向阀的通径时不仅考虑换向阀本身，而且要综合考虑回路中所有阀的压力损失、油路的内部阻力和管路阻力等。当系统流量在0～100 L／min时，宜选择普通换向阀；当系统流量在100～250 L／min时，宜选择电液换向阀；当系统流量大于250 L／min时，宜选择插装阀。

换向阀阀芯移动的方式有多种，要根据设备的需要来选择不同的操作方式。电磁换向阀和电液换向阀中的电磁铁有直流式、交流式、干式、湿式等。换向阀的切换时间受电磁铁的类型和阀的结构的影响，在选择时一定要选择合适的电磁铁。

三位换向阀的中位滑阀机能关系到执行元件停止状态下位置保持的安全性，在选择中位机能时一定要考虑内泄漏和背压情况，从回路上充分论证。

（5）单向阀和液控单向阀的选用。

单向阀的开启压力取决于内装弹簧的刚度，一般来说为减小流动力可使用开启压力低的单向阀，电液换向阀的控制压力宜选用开启压力高的单向阀。当流过单向阀的流量远小于额定流量时，换向阀有时会产生振动，流量越小，开启压力越高。

液控单向阀所需要的控制压力取决于负载压力、阀芯受压面积及控制活塞的受压面积。外泄式液控单向阀的泄油口必须无压回油。

（6）流量控制阀的选用。

对于负载和温度变化不大或速度稳定性要求较低的液压系统，宜采用节流阀控制；对于速度稳定性要求较高，或负载变化大的系统，宜选用调速阀控制。另外，由于调速阀的最小压差比节流阀压差大，因此，其调速回路的功率损失比用节流阀的调速回路要大一些。

4.液压辅件的选择

1）油箱的选用

选用油箱首先要考虑其容量，一般移动式设备取泵最大流量的2～3倍，固定式设备取3～4倍；其次考虑油箱油位，当系统全部液压油缸伸出后，油箱油面不得低于最低油面，当油缸回缩后，油面不得高于最高油位；最后考虑油箱结构，传统油箱内的隔板并不能起沉淀脏物的作用，应沿油箱纵轴线安装一个垂直隔板，此隔板一端和油箱端板之间留有空位使隔板两边空间连通，而液压泵的进出油口布置在不连通的一端的隔板两侧，使进油和回油之间的距离最远，液压油箱多起一些散热作用。

2）过滤器的选用

选择过滤器时应考虑如下方面：

（1）根据使用目的（用途）选择过滤器的种类，根据安装位置情况选择过滤器的安装形式。

（2）过滤器应具有足够大的通油能力，且压力损失要小。

（3）过滤精度应满足液压系统或元件所需清洁度要求。

（4）滤芯使用的滤材应满足所使用工作介质的要求，并且有足够的强度。

（5）过滤器的强度及压力损失是选择时重点考虑的因素，安装过滤器后会对系统造成局部压降或产生背压。

（6）滤芯的更换及清洗应方便。

（7）应根据系统需要考虑选择合适的滤芯保护附件。

（8）结构尽量简单、紧凑、安装形式合理。

（9）价格低廉。