液壓技術被引入工業(yè)領域已經(jīng)有一百多年的歷史了，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，液壓技術更日新月異。伴隨著數(shù)學、控制理論、計算機、電子器件和液壓流體學的發(fā)展，出現(xiàn)了液壓伺服系統(tǒng)，并作為一門應用科學已經(jīng)發(fā)展成熟，形成自己的體系和一套行之有效的分析和設計方法。現(xiàn)在我和大家來說說液壓系統(tǒng)設計的方法和注意問題。舉個液壓系統(tǒng)在機床運用的例子來和大家聊，并歡迎大家提出意見。

　　設計機床液壓傳動系統(tǒng)的依據(jù)

　　(1)機床的總體布局和工藝要求，包括采用液壓傳動所完成的機床運動種類、機械設計時提出可能用的液壓執(zhí)行元件的種類和型號、執(zhí)行元件的位置及其空間的尺寸范圍、要求的自動化程度等。

　　(2)機床的工作循環(huán)、執(zhí)行機構的運動方式(移動、轉動或擺動)，以及完成的工作范圍。

　　(3)液壓執(zhí)行元件的運動速度、調速范圍、工作行程、載荷性質和變化范圍。

　　(4)機床各部件的動作順序和互鎖要求，以及各部件的工作環(huán)境與占地面積等。

　　(5)液壓系統(tǒng)的工作性能，如工作平穩(wěn)性、可靠性、換向精度、停留時間和沖出量等方面的要求。

　　(6)其它要求，如污染、腐蝕性、易燃性以及液壓裝置的質量、外形尺寸和經(jīng)濟性等。

　　設計液壓傳動系統(tǒng)的步驟

　　1、明確對液壓傳動系統(tǒng)的工作要求，是設計液壓傳動系統(tǒng)的依據(jù)，由使用部門以技術任務書的形式提出。

　　2、擬定液壓傳動系統(tǒng)圖。(1)根據(jù)工作部件的運動形式，合理地選擇液壓執(zhí)行元件;(2)根據(jù)工作部件的性能要求和動作順序，列出可能實現(xiàn)的各種基本回路。此時應注意選擇合適的調速方案、速度換接方案，確定安全措施和卸荷措施，保證自動工作循環(huán)的完成和順序動作和可靠。

　　液壓傳動方案擬定后，應按國家標準規(guī)定的圖形符號繪制正式原理圖。圖中應標注出各液壓元件的型號規(guī)格，還應有執(zhí)行元件的動作循環(huán)圖和電氣元件的動作循環(huán)表，同時要列出標準(或通用)元件及輔助元件一覽表。

　　3、計算液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)和選擇液壓元件。(1)計算液壓缸的主要參數(shù);(2)計算液壓缸所需的流量并選用液壓泵;(3)選用油管;(4)選取元件規(guī)格;(5)計算系統(tǒng)實際工作壓力;(6)計算功率，選用電動機;(7)發(fā)熱和油箱容積計算;

　　4、進行必要的液壓系統(tǒng)驗算。

　　5、液壓裝置的結構設計。

　　6、繪制液壓系統(tǒng)工作圖，編制技術文件。

　　設計液壓傳動系統(tǒng)時應注意問題

　　1、在組合基本回路時，要注意防止回路間相互干擾，保證正常的工作循環(huán)。

　　2、提高系統(tǒng)的工作效率，防止系統(tǒng)過熱。例如功率小，可用節(jié)流調速系統(tǒng);功率大，最好用容積調速系統(tǒng);經(jīng)常停車制動，應使泵能夠及時地卸荷;在每一工作循環(huán)中耗油率差別很大的系統(tǒng)，應考慮用蓄能器或壓力補償變量泵等效率高的回路。

　　3、防止液壓沖擊，對于高壓大流量的系統(tǒng)，應考慮用液壓換向閥代替電磁換向閥，減慢換向速度;采用蓄能器或增設緩沖回路，消除液壓沖擊。

　　4、系統(tǒng)在滿足工作循環(huán)和生產(chǎn)率的前提下，應力求簡單，系統(tǒng)越復雜，產(chǎn)生故障的機會就越多。系統(tǒng)要安全可靠，對于做垂直運動提升重物的執(zhí)行元件應設有平衡回路;對有嚴格順序動作要求的執(zhí)行元件應采用行程控制的順序動作回路。此外，還應具有互鎖裝置和一些安全措施。

　　5、盡量做到標準化、系列化設計，減少專用件設計。

　　使用液壓系統(tǒng)要注意的問題

　　1)使用者應明白液壓系統(tǒng)的工作原理，熟悉各種操作和調整手柄的位置及旋向等。

　　2)開車前應檢查系統(tǒng)上各調整手柄、手輪是否被無關人員動過，電氣開關和行程開關的位置是否正常，主機上工具的安裝是否正確和牢固等，再對導軌和活塞桿的外露部分進行擦拭，而后才可開車。

　　3)開車時，首先啟動控制油路的液壓泵，無專用的控制油路液壓泵時，可直接啟動主液壓泵。

　　4)液壓油要定期檢查更換，對于新投入使用的液壓設備，使用3 個月左右即應清洗油箱，更換新油。以后每隔半年至1 年進行清洗和換油一次。

　　5)工作中應隨時注意油液，正常工作時，油箱中油液溫度應不超過60℃。油溫過高應設法冷卻，并使用粘度較高的液壓油。溫度過低時，應進行預熱，或在運轉前進行間歇運轉，使油溫逐步升高后，再進入正式工作運轉狀態(tài)。

　　6)檢查油面，保證系統(tǒng)有足夠的油量。

　　7)有排氣裝置的系統(tǒng)應進行排氣，無排氣裝置的系統(tǒng)應往復運轉多次，使之自然排出氣體。

　　8)油箱應加蓋密封，油箱上面的通氣孔處應設置空氣過濾器，防止污物和水分的侵入。加油時應進行過濾，使油液清潔。

　　9)系統(tǒng)中應根據(jù)需要配置粗、精過濾器，對過濾器應經(jīng)常地檢查、清洗和更換。

　　10)對壓力控制元件的調整，一般首先調整系統(tǒng)壓力控制閥----溢流閥，從壓力為零時開調，逐步提高壓力，使之達到規(guī)定壓力值;然后依次調整各回路的壓力控制閥。主油路液壓泵的安全溢流閥的調整壓力一般要大于執(zhí)行元件所需工作壓力的10%--25%。快速運動液壓泵的壓力閥，其調整壓力一般大于所需壓力10%--20%。如果用卸荷壓力供給控制油路和潤滑油路時，壓力應保持在0.3--0.6MPa范圍內。壓力繼電器的調整壓力一般應低于供油壓力0.3--0.5MPa。

　　11)流量控制閥要從小流量調到大流量，并且應逐步調整。同步運動執(zhí)行元件的流量控制閥應同時調整，要保證運動的平穩(wěn)性

　　1)系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲和振動;

　　2)運動部件爬行;

　　3)系統(tǒng)中壓力不足;

　　4)運動部件速度不正常;

　　5)油溫太高;

　　6)換向或啟動不正常;

　　工作部件產(chǎn)生爬行的原因及排除方法

　　1)因為空氣的壓縮性較大，當含有氣泡的液體到達高壓區(qū)而受到劇烈壓縮時，會使油液體積變小，使工作部件產(chǎn)生爬行。

　　采取措施：在系統(tǒng)回路的高處部位設置排氣裝置，將空氣排除。

　　2)由于相對運動部件間的磨擦阻力太大或磨擦阻力變化，致使工作部件在運動時產(chǎn)生爬行。

　　采取措施：對液壓缸、活塞和活塞桿等零件的形位公差和表面粗糙度有一定的要求;并應保證液壓系統(tǒng)和液壓油的清潔，以免臟物夾入相對運動件的表面間，從而增大磨擦阻力。

　　3)運動件表面間潤滑不良，形成干磨擦或半磨擦，也容易導致爬行。

　　采取措施：經(jīng)常檢查有相對運動零件的表面間潤滑情況，使其保持良好。

　　4)若液壓缸的活塞和活塞桿的密封定心不良，也會出現(xiàn)爬行。

　　采取措施：應卸除載荷，使液壓缸單獨動作，測定出磨擦阻力后，校正定心。

　　5)因液壓缸泄漏嚴重，導致爬行。

　　采取措施：減少泄漏損失，或加大液壓泵容量。

　　6)在工作過程中由于負載變化，引起系統(tǒng)供油波動，導致工作部件爬行。

　　采取措施：注意選用小流量下保持性能穩(wěn)定的調速閥，并且在液壓缸和調速閥間盡量不用軟管聯(lián)接，否則會因軟管變形大，容易引起爬行現(xiàn)象。

　　液壓系統(tǒng)油溫升高的原因、后果及解決措施

　　液壓系統(tǒng)在工作中有能量損失，包括壓力損失、容積損失和機械損失三方面，這些損失轉化為熱能，使液壓系統(tǒng)的油溫升高。一般液壓系統(tǒng)的油溫應控制在(30-60)℃范圍內，最高不超過(60-70)℃。

　　油溫升高會引起一系列不良后果：(1)使油液粘度下降，泄漏增加，降低了容積效率，甚至影響工作機構的正常運動;(2)使油液變質，產(chǎn)生氧化物雜質，堵塞液壓元件中的小孔或縫隙，使之不能正常工作;(3)引起熱膨脹系數(shù)不同的相對運動零件之間的間隙變小，甚至卡死，無法運動;(4)引起機床或機械的熱變形，破壞原有的精度。

　　保證液壓系統(tǒng)正常工作溫度的措施：

　　1、當壓力控制閥的調定值偏高時，應降低工作壓力，以減少能量損耗;

　　2、由于液壓泵及其連接處的泄漏造成容積損失而發(fā)熱時，應緊固各連接處，加強密封;

　　3、當油箱容積小、散熱條件差時，應適當加大油箱容積，必要時設置冷卻器;

　　4、由于油液粘度太高，使內磨擦增大而發(fā)熱時，應選用粘度低的液壓油;

　　5、當油管過于細長并彎曲，使油液的沿程阻力損失增大、油溫升高時，應加大管徑，縮短管路，使油液通暢;

　　6、由于周圍環(huán)境溫度過高使油溫升高時，要利用隔熱材料和反射板等，使系統(tǒng)和外界隔絕;

　　7、高壓油長時間不必要地從溢流閥回油箱，使油溫升高時，應改進回路設計，采用變量泵或卸荷措施

　　空氣侵入到液壓系統(tǒng)的不良后果及解決措施

　　空氣侵入到液壓系統(tǒng)的不良后果主要有：(1)使油液具有一定的壓縮性，致使系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲、振動和引起運動部件的爬行，破壞了工作的平穩(wěn)性;(2)易使油液氧化變質，降低油液的使用壽命。

　　解決措施：

　　1、空氣由油箱進入系統(tǒng)的機會較多，如油箱的油量不足;液壓泵吸油管侵入油中太短;吸油管和回油管在油箱中距離太近或沒有用隔板隔開;回油飛濺，攪成泡沫;液壓泵吸入空氣;回油管沒有插入油箱，使回油沖出油面和箱壁，在油面上會產(chǎn)生大量氣泡，使空氣與油一起吸入系統(tǒng)。因此，油箱的油面要經(jīng)常保持足夠的高度;吸油管和回油管應保證在最低油面以下，兩者要用隔板隔開;

　　2、由于密封不嚴或管接頭處和液壓元件接合面處的螺釘擰得不緊，外界空氣就會從這些地方侵入;系統(tǒng)中低于大氣壓部分，如液壓泵的吸油腔、吸油管和壓油管中油流速度較高(壓力低)的局部區(qū)域;在系統(tǒng)停止工作，系統(tǒng)中回油腔的油液經(jīng)回油管返回油箱時，也會形成局部真空的區(qū)域，在這些區(qū)域空氣最容易侵入。因此，要盡量防止各處的壓力低于大氣壓力;各個密封部件均應使用良好的密封裝置，管接頭和各接合面處的螺釘應擰緊;經(jīng)常清洗液壓泵吸油口處的過濾器，以防止吸油阻力增大而把溶解在油中的空氣游離出來進入系統(tǒng);

　　3、對于主要的液壓設備，液壓缸上最好設有排氣裝置，以排除系統(tǒng)中的空氣。

　　系統(tǒng)中流量不足的原因及解決措施

　　1、由于液壓泵流量不足，致使系統(tǒng)中流量不足時，應檢查液壓泵零件是否有損壞情況，及時地更換或修復損壞超差件;如果因泵內吸入空氣影響了液壓泵的流量，則要采取措施，防止空氣吸入，變量泵由于變量機構工作不良影響泵的流量，應對變量機構拆卸、清洗或修理、更換;

　　2、壓力分配閥工作不良引起流量不足時，應修理或更換;

　　3、因油液粘度不合適而影響流量時，要更換粘度適當?shù)挠鸵?，并注意油溫對粘度的影?

　　4、溢流閥工作不良影響流量時，應采取措施，使其工作正常;

　　5、由于液壓缸、閥等元件泄漏嚴重，造成流量不足時，應針對不同情況采取相應的措施;

　　6、流量控制閥的調節(jié)機構工作不正常時，應根據(jù)零件損壞情況予以修復或更新、或拆開清洗，使調節(jié)機構動作靈活，工作正常。

　　液壓系統(tǒng)中噪聲產(chǎn)生原因及解決措施

　　1、空氣侵入液壓系統(tǒng)是產(chǎn)生噪聲的主要原因。因為液壓系統(tǒng)侵入空氣時，在低壓區(qū)其體積較大，當流到高壓區(qū)時受壓縮，體積突然縮小，而當它流入低壓區(qū)時，體積突然增大，這種氣泡體積的突然改變，產(chǎn)生“爆炸”現(xiàn)象，因而產(chǎn)生噪聲，此現(xiàn)象通常稱為“空穴”。針對這個原因，常常在液壓缸上設置排氣裝置，以便排氣。另外在開車后，使執(zhí)行件以快速全行程往復幾次排氣，也是常用的方法;

　　液壓泵或液壓馬達質量不好，通常是液壓傳動中產(chǎn)生噪聲的主要部分。液壓泵的制造質量不好，精度不符合技術要求，壓力與流量波動大，困油現(xiàn)象未能很好消除，密封不好，以及軸承質量差等都是造成噪聲的主要原因。在使用中，由于液壓泵零件磨損，間隙過大，流量不足，壓力易波動，同樣也會引起噪聲。面對上述原因，一是選擇質量好的液壓泵或液壓馬達，二是加強維修和保養(yǎng)，例如若齒輪的齒形精度低，則應對研齒輪，滿足接觸面要求;若葉片泵有困油現(xiàn)象，則應修正配油盤的三角槽，消除困油;若液壓泵軸向間隙過大而輸油量不足，則應修理，使軸向間隙在允許范圍內;若液壓泵選用不對，則應更換;

　　3、溢流閥不穩(wěn)定，如由于滑閥與閥孔配合不當或錐閥與閥座接觸處被污物卡住、阻尼孔堵塞、彈簧歪斜或失效等使閥芯卡住或在閥孔內移動不靈，引起系統(tǒng)壓力波動和噪聲。對此，應注意清洗、疏通陰尼孔;對溢流閥進行檢查，如發(fā)現(xiàn)有損壞，或因磨損超過規(guī)定，則應及時修理或更換;

　　4、換向閥調整不當，使換向閥閥芯移動太快，造成換向沖擊，因而產(chǎn)生噪聲與振動。在這種情況下，若換向閥是液壓換向閥，則應調整控制油路中的節(jié)流元件，使換向平穩(wěn)無沖擊。

　　在工作時，液壓閥的閥芯支持在彈簧上，當其頻率與液壓泵輸油率的脈動頻率或與其它振源頻率相近時，會引起振動，產(chǎn)生噪聲。這時，通過改變管路系統(tǒng)的固有頻率，變動控制閥的位置或適當?shù)丶有钅芷?，則能防振降噪。

　　5、機械振動，如油管細長，彎頭多而未加固定，在油流通過時，特別是當流速較高時，容易引起管子抖動;電動機和液壓泵的旋轉部分不平衡，或在安裝時對中不好，或聯(lián)軸節(jié)松動等，均能產(chǎn)生振動和噪聲。對此應采取的措施有：較長油管應彼此分開，并與機床壁隔開，適當加設支承管夾;調整電動機和液壓泵的安裝精度;重新安裝聯(lián)軸節(jié)，保證同軸度小于0.1MM等。

　　在液壓系統(tǒng)中安裝油管、液壓元件、液壓泵的注意事項

　　在液壓系統(tǒng)中安裝油管的注意事項：

　　1、吸油管不應漏氣，各接頭要緊牢和密封好;

　　2、吸油管道上應設置過濾器;

　　3、回油管應插入油箱的油面以下，防止飛濺泡沫和混入空氣;

　　4、電磁換向閥內的泄漏油液，必須單獨設回油管，以防止泄漏回油時產(chǎn)生背壓，避免阻礙閥芯運動;

　　5、溢流閥回油口不許與液壓泵的入口相接;

　　6、全部管路應進行兩次安裝，第一次試裝，第二次正式安裝。試裝后，拆下油管，用20%的硫酸或鹽酸溶液酸洗，再用10%的蘇打水中和，最后用溫水清洗，待干燥后涂油進行二次安裝。注意安裝時不得有砂子和氧化皮等。

　　在液壓系統(tǒng)中安裝液壓元件時的注意事項：

　　1、液壓元件安裝前，要用煤油清洗，自制的重要元件應進行密封和耐壓試驗，試驗壓力可取工作壓力的2倍，或取最高使用壓力的1.5倍。試驗時要分級進行，不要一下子升到試驗壓力，每升一級檢查一次;

　　2、方向控制閥應保證軸線呈水平位置安裝;

　　3、板式元件安裝時，要檢查進出油口處的密封圈是否合乎要求，安裝前密封圈應突出安裝平面，保證安裝后有一定的壓縮量，以防泄漏;

　　4、板式元件安裝時，固定螺釘?shù)臄Q緊力要均勻，使元件的安裝平面與元件底板平面能很好地接觸。

　　在液壓系統(tǒng)中安裝液壓泵時的注意事項：

　　1、液壓泵傳動軸與電動機驅動軸同軸度偏差小于0.1MM，一般采用撓性聯(lián)軸節(jié)聯(lián)結，不允許用V帶直接帶動泵軸轉動，以防泵軸受徑向力過大，影響泵的正常運轉;

　　2、液壓泵的旋轉方向和進、出油口應按要求安裝;

　　3、各類液壓泵的吸油高度，一般要小于0.5M。

　　如何清洗液壓系統(tǒng)

　　液壓系統(tǒng)在制造、試驗、使用和儲存中都會受到污染，而清洗是清除污染，使液壓油、液壓元件和管道等保持清潔的重要手段。生產(chǎn)中，液壓系統(tǒng)的清洗通常有主系統(tǒng)清洗和全系統(tǒng)清洗。全系統(tǒng)清洗是指對液壓裝置的整個回路進行清洗，在清洗前應將系統(tǒng)恢復到實際運轉狀態(tài)。清洗介質可用液壓油，清洗時間一般為2-4小時，特殊情況下也不超過10小時，清洗效果以回路濾網(wǎng)上無雜質為標準。

　　清洗時注意事項：

　　1、一般液壓系統(tǒng)清洗時，多采用工作用的液壓油或試車油。不能用煤油、汽油、酒精、蒸氣或其它液體，防止液壓元件、管路、油箱和密封件等受腐蝕;

　　2、清洗過程中，液壓泵運轉和清洗介質加熱同時進行。清洗油液的溫度為(50-80)℃時，系統(tǒng)內的橡膠渣是容易除掉的;

　　3、清洗過程中，可用非金屬錘棒敲擊油管，可連續(xù)地敲擊，也可不連續(xù)地敲擊，以利清除管路內的附著物;

　　4、液壓泵間歇運轉有利于提高清洗效果，間歇時間一般為(10-30)min;

　　5、在清洗油路的回路上，應裝過濾器或濾網(wǎng)。剛開始清洗時，因雜質較多，可采用80目濾網(wǎng)，清洗后期改用150目以上的濾網(wǎng);

　　6、清洗時間一般為(48-60)小時，要根據(jù)系統(tǒng)的復雜程度、過濾精度要求和污染程度等因素決定;

　　7、為了防止外界濕氣引起銹蝕，清洗結束時，液壓泵還要連續(xù)運轉，直到溫度恢復正常為止;

　　8、清洗后要將回路內的清洗油排除干凈。