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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)裝置
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
班 級(jí)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
2013年5月
定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
摘 要
液壓基本回路是指能實(shí)現(xiàn)某種特定功能的液壓元件的組合。任何液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路組成的。本文對(duì)定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析設(shè)計(jì)。
首先，本文分析了簡(jiǎn)單的容積節(jié)流調(diào)速基本回路的原理，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路系統(tǒng)原理圖；其次，根據(jù)液壓傳動(dòng)相關(guān)理論進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，選擇合適的液壓元件；再次，根據(jù)元件的安裝位置及實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置整體框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；最后，對(duì)本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝置進(jìn)行性能驗(yàn)算，包括壓力損失的驗(yàn)算和系統(tǒng)溫升校核環(huán)節(jié)。
通過相關(guān)理論數(shù)據(jù)的驗(yàn)算，本次設(shè)計(jì)的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝置能完成定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：液壓基本回路；調(diào)速回路；實(shí)驗(yàn)臺(tái)
III
Constant Pressure Type Volume Throttling Speed Control
Return Circuit Experiment Device Design
Abstract
Hydraulic basic circuit refers to the combination of hydraulic components to achieve a specific function.Any hydraulic system is composed of some basic loops[1]. In this paper,the experiment device of constant pressure type volume throttling speed control circuit design has carried on the detailed analysis and design.
First of all,this article analyzes the simple volume throttling speed control circuit of the basic principle,on this basis, summed up the principle of constant pressure type volume throttling speed control circuit system diagram. Secondly, according to the theory of hydraulic drive related data calculation,choose the appropriate hydraulic components.Again, according to component design principle, installation position and test bench experiment device of the overall frame structure design. Finally, for the design of experimental device for performance check, including calculating the pressure loss and temperature rise of the system check.
Through calculating the theoretical data, the design of the hydraulic pressure test device can accomplish constant pressure type volume throttling speed control circuit experiment.
Keywords: HydraulicBasic loop; Speed control loop;test bench;
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
1緒論 1
1.1綜述 1
1.2液壓傳動(dòng)的發(fā)展史 2
1.3課題背景 2
1.4本文主要研究工作 3
2定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)分析 4
2.1回路分析 4
2.1.1調(diào)速基本回路 4
2.1.2加載支路 5
2.2工況分析 5
2.3液壓系統(tǒng)方案分析 5
2.4繪制原理圖 6
3液壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 8
3.1液壓缸的設(shè)計(jì) 8
3.1.1液壓缸參數(shù)設(shè)計(jì) 8
3.1.2液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.2液壓泵裝置 17
3.2.1液壓泵設(shè)計(jì)選型 17
3.2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型 18
3.2.3聯(lián)軸器的選型 19
3.3油箱設(shè)計(jì) 19
3.3.1油箱有效容積計(jì)算 19
3.3.2油箱組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
3.4液壓控制元件選型 23
4液壓輔件的選擇 25
4.1油管 25
4.1.1油管的作用及要求 25
4.1.2油管的選用計(jì)算 25
4.2管接頭 26
4.3液壓油 27
5實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
5.1概述 28
5.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)組件設(shè)計(jì) 28
5.3臺(tái)面設(shè)計(jì) 28
5.4安裝面板設(shè)計(jì) 29
6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 30
6.1調(diào)壓回路性能驗(yàn)算 31
6.1.1調(diào)壓回路壓力損失 31
6.1.2調(diào)壓回路發(fā)熱溫升估算 35
7液壓系統(tǒng)的安裝、調(diào)試與故障處理 37
7.1液壓系統(tǒng)的安裝 37
7.1.1液壓元件的檢查 37
7.1.2液壓元件與管道安裝 37
7.2液壓系統(tǒng)的調(diào)試 38
7.3液壓系統(tǒng)常見故障與診斷 38
8總結(jié) 40
參考文獻(xiàn) 41
致謝 43
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 44
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 45
1 緒論
1 緒論
1.1概述
液壓傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式。他們通過各種元件組成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有機(jī)的組合成具有一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)。
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)涉及的內(nèi)容較為抽象，不易理解，實(shí)驗(yàn)則是學(xué)習(xí)液壓傳動(dòng)的重要途徑。
液壓傳動(dòng)是利用有壓液體作為傳動(dòng)介質(zhì)來傳遞動(dòng)力或控制信號(hào)的一種傳動(dòng)方式，也是利用有壓液體的壓力進(jìn)行能量傳遞、能量轉(zhuǎn)換和能量控制的傳動(dòng)系統(tǒng)。它由能源裝置、傳動(dòng)裝置、輔助裝置和執(zhí)行元件組成。傳動(dòng)部分是機(jī)械裝置的重要組成部分，起著傳遞運(yùn)動(dòng)和力的作用。傳動(dòng)裝置的選擇正確與否直接決定著實(shí)驗(yàn)臺(tái)的性能好壞；傳動(dòng)方案的選擇要充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、效率高、成本低、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)。
流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。包括液體傳動(dòng)和氣體傳動(dòng)。
液體傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)的流體傳動(dòng)。包括液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)。
液壓傳動(dòng)是利用液體壓力勢(shì)能的液體傳動(dòng)；液力傳動(dòng)則主要利用液體的動(dòng)能。
液壓傳動(dòng)區(qū)別于其他傳動(dòng)方式主要有如下兩個(gè)特征（由于傳動(dòng)中液體的壓力損失相對(duì)工作壓力較小，為揭示液壓傳動(dòng)的本質(zhì)，在本討論中忽略液體的壓力損失和容積損失）：
特征一：力（或力矩）的傳遞是按帕斯卡定律（靜壓傳遞定律）進(jìn)行的。其原理是把在密封容器內(nèi)的液體當(dāng)做靜止的理想液體來看，則作用在液體上力的將以等值同時(shí)傳動(dòng)到液體各點(diǎn)。
特征二：速度或轉(zhuǎn)速按“容積變化相等”的原則進(jìn)行。
此處針對(duì)液壓傳動(dòng)的基本特征說明兩點(diǎn)：
(1) 在討論時(shí)我們是忽略液體的壓力損失和容積損失的，而事實(shí)上當(dāng)管道中的流速較高時(shí)，會(huì)存在壓力損失，在復(fù)雜系統(tǒng)中，壓力在各區(qū)段也不相同，故泵的出口壓力不可能等于執(zhí)行元件的進(jìn)口壓力，但執(zhí)行元件的推力（或力矩）仍是有液體的壓力來傳遞的。在穩(wěn)態(tài)下，帕斯卡定律在封閉區(qū)域中還是適用的。關(guān)于
45
系統(tǒng)的壓力損失會(huì)在后面的章節(jié)中會(huì)做詳細(xì)的驗(yàn)算。
(2) 壓力取決于負(fù)載，應(yīng)理解為綜合阻力，此負(fù)載不僅僅是指克服執(zhí)行元件的外加負(fù)載， 還包括各種流動(dòng)阻力以及執(zhí)行元件需要克服的與其接觸的元件的摩擦阻力等。
1.2液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況
液壓傳動(dòng)開始應(yīng)用于18世紀(jì)末英國(guó)第一臺(tái)水壓機(jī)，而我國(guó)的液壓技術(shù)開始于1952年，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來應(yīng)用與工程機(jī)械。1964年我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件的生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品，經(jīng)過多年的艱苦探索和發(fā)展，特別是引進(jìn)美國(guó)、德國(guó)、日本的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，使我國(guó)的液壓技術(shù)上了新的臺(tái)階。目前我國(guó)已經(jīng)形成門類齊全的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的液壓元件系列產(chǎn)品。在吸收和借鑒國(guó)外先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開發(fā)國(guó)產(chǎn)液壓元件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性和新技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)在的國(guó)產(chǎn)液壓元件積極采取新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使我國(guó)現(xiàn)代的液壓技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。
液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用，而且愈先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分就愈多[4]。
1.3課題背景
近年來中國(guó)液壓機(jī)械行業(yè)取得了很大的發(fā)展，但是行業(yè)發(fā)展中也存在一些問題，和國(guó)外相比仍有很大差距。中國(guó)制造業(yè)由于缺乏核心技術(shù)，貼牌生成仍然是“中國(guó)制造”普遍的生存模式。很多高端產(chǎn)品表面上是中國(guó)生產(chǎn)，其實(shí)核心技術(shù)都來自國(guó)外。為此，“十二五”明確指出必須堅(jiān)持發(fā)揮市場(chǎng)基礎(chǔ)性作用與政府引導(dǎo)推動(dòng)相結(jié)合，科技創(chuàng)新與實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合，深化體制改革，以企業(yè)為主體，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，讓高端制造業(yè)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。制造業(yè)的升級(jí)和轉(zhuǎn)型，對(duì)液壓機(jī)械行業(yè)有著深遠(yuǎn)的影響和重大意義[5]。
我國(guó)農(nóng)業(yè)、水利、能源、交通等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展較快，為此需要大量機(jī)械裝備以滿足其發(fā)展的需要。隨著工業(yè)化和自動(dòng)化水平的提高，這些裝備需要配套大量的高性能和高可靠性的液壓傳動(dòng)部件。國(guó)家在對(duì)重大技術(shù)裝備實(shí)行國(guó)產(chǎn)化的同時(shí)，也正積極鼓勵(lì)和支持關(guān)鍵零部件的開發(fā)生產(chǎn)，以此增強(qiáng)配套能力，提高裝備制造業(yè)整體水平。
液壓傳動(dòng)由于其具有傳動(dòng)功率大、易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，使得其在各類機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。在整個(gè)液壓系統(tǒng)中，液壓回路起著至關(guān)重要的作用，決定著能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的規(guī)定的功能，因此，本設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)液壓回路實(shí)驗(yàn)臺(tái)供實(shí)驗(yàn)使用，對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化有重要意義。
1.4本文主要研究工作
(1) 本文旨在設(shè)計(jì)定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路研究采限壓式變量葉片泵+調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速回路的原理；
(2) 設(shè)計(jì)出合理的、能滿足使用要求的定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)裝置；
(3) 可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)-工進(jìn)-快退工作循環(huán)；
(4) 繪制主要零件圖；
(5) 選擇液壓元件型號(hào)；
(6) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行溫升校核。
實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝置，本文研究的工作分三個(gè)階段：一，定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路原理分析與設(shè)計(jì)；二，實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)構(gòu)總成設(shè)計(jì)；三，對(duì)系統(tǒng)溫升的校核。
在第一階段主要分析繪制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原理圖，根據(jù)所繪制的原理圖進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì)，在第二階段根據(jù)已知的液壓系統(tǒng)原理圖上分布的各部分元件及其功能設(shè)計(jì)、計(jì)算相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)來固定安裝，第三階段是對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行驗(yàn)證，說明設(shè)計(jì)的合理性與可行性，主要包括系統(tǒng)壓力損失的校核及系統(tǒng)溫升的校核。
2 定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)分析
2 定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)分析
2.1回路分析
根據(jù)所給課題可以將題目分解為以下幾個(gè)部分：
(1) 研究采用限壓式變量葉片泵+調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速回路的原理；
(2) 設(shè)計(jì)出合理的能滿足使用要求的定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路實(shí)驗(yàn)裝置；
(3) 可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)——工進(jìn)——快退工作循環(huán)；
(4) 選擇液壓元件型號(hào)；
(5) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行溫升校核。
此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要滿足的基本功能是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)在葉片泵和液壓元件的控制下液壓缸的快進(jìn)，工進(jìn)，快退的過程，在一套實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成其功能要求。
2.1.1調(diào)速基本回路
這種調(diào)速回路采用限壓式變量泵供油，通過調(diào)速閥來確定進(jìn)入液壓缸或自液壓缸流出的流量，本實(shí)驗(yàn)采用調(diào)速閥安裝在回油路上，使變量泵輸出的流量與液壓缸所需的流量自動(dòng)相適應(yīng)。這種調(diào)速?zèng)]有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性能較好?，F(xiàn)在以最基本的調(diào)速回路為例進(jìn)行分析，如圖2.1。
圖2.1 基本調(diào)速回路
圖2.1為在本次實(shí)驗(yàn)中基本調(diào)速回路，溢流閥始終開啟，使系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定在溢流閥調(diào)定壓力附近，溢流閥用來保證液壓系統(tǒng)出口壓力的恒定。換向閥用來進(jìn)行工作動(dòng)作的轉(zhuǎn)換，當(dāng)換向閥1位，3位接通可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)動(dòng)作，即利用液壓缸的差動(dòng)連接實(shí)現(xiàn)；當(dāng)僅接通1位時(shí)，可實(shí)現(xiàn)工進(jìn)動(dòng)作，因?yàn)檎{(diào)速閥接在系統(tǒng)的回油路上，所以可利用改變調(diào)速閥中節(jié)流閥的通流面積的大小，就可以調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度，泵的輸出流量和通過流出液壓缸的流量自相適應(yīng)；當(dāng)僅換向閥2位接通時(shí)，系統(tǒng)中液壓缸處于快退狀態(tài)；當(dāng)1.2均未接通，則系統(tǒng)停止運(yùn)動(dòng)，液壓泵自行卸荷。
2.1.2加載支路
加載支路的功能在于使系統(tǒng)處于工進(jìn)狀態(tài)時(shí)，利用調(diào)定溢流閥的壓力可以檢測(cè)出液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度。如圖2.2所示。
圖2.2 加載支路
2.2工況分析
根據(jù)已知的條件是不能夠分析出具體參數(shù)的，可以根據(jù)相關(guān)資料定義參數(shù)，進(jìn)行分析，為之后的數(shù)據(jù)計(jì)算做準(zhǔn)備。
首先，此機(jī)構(gòu)最終是要在實(shí)驗(yàn)室使用，觀察定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路中液壓缸的動(dòng)作。定義其最高工作壓力P=2.5Mpa；外負(fù)載為F=2000N；取動(dòng)作速度1~3m/min。
2.3液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
(1) 確定供油方式及動(dòng)力系統(tǒng)
該機(jī)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室為觀察現(xiàn)象使用，負(fù)載較小，速度較低，從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜采用定量泵供油。動(dòng)力由常用的三相異步電機(jī)提供，通用性更好，便于使用與維護(hù)。
(2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)多且復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)只是觀察液壓缸速度變化，可以選擇簡(jiǎn)單的單作用活塞桿式液壓缸。
(3) 壓力等級(jí)變換方式
本系統(tǒng)采用三位四通電磁換向閥，利用其閥芯機(jī)能的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)壓力等級(jí)的換向及液壓缸的進(jìn)退。
2.4繪制原理圖
本實(shí)驗(yàn)的工作目的為實(shí)現(xiàn)動(dòng)作快進(jìn)，工進(jìn)，快退的轉(zhuǎn)換，在此可以帶上加載缸的正常工作，實(shí)驗(yàn)的基本原理如下：當(dāng)液壓泵工作時(shí)，溢流閥始終處于開啟狀態(tài)，保證液壓泵出口壓力的穩(wěn)定。電磁換向閥1YA、3YA接通，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接即工作缸處于快進(jìn)狀態(tài)；當(dāng)?shù)竭_(dá)指定行程時(shí)電磁換向閥3YA斷開，工作缸開始處于工進(jìn)狀態(tài)，當(dāng)工作缸頂動(dòng)加載缸運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)加載缸的有桿腔空間增大壓強(qiáng)減小，即通過單向閥從油箱吸油，無桿腔充滿液壓油存在一定的負(fù)載背壓，當(dāng)壓力增大，加載缸回油路上的溢流閥開啟，油液從溢流閥留回油箱，到達(dá)指定行程后工進(jìn)結(jié)束；電磁換向閥1YA斷開，2YA接通，工作缸處于快速?gòu)?fù)位階段即快退狀態(tài)，同時(shí)加載支路中換向閥5YA接通，加載缸也處于快退狀態(tài)，速度小于工作缸的快退速度，當(dāng)都到達(dá)指定位置后換向閥1YA、2YA、4YA、5YA都斷電，此時(shí)液壓泵自行卸荷，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)停止。原理如圖2.3所示：
圖2.3 定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路原理圖
表2.1 元件動(dòng)作順序表
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
快進(jìn)
+
-
+
-
-
工進(jìn)
+
-
-
-
-
快退
-
+
-
-
+
停止
-
-
-
-
-
3 液壓系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)
3 液壓系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)
3.1液壓缸的設(shè)計(jì)
3.1.1液壓缸參數(shù)設(shè)計(jì)
（1） 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿外徑d的確定
系統(tǒng)工作壓力P=2.5MPa
首先進(jìn)行受力分析:液壓缸所受外負(fù)載F=Fw+Ff+Fa
Fw——工作負(fù)載，在本實(shí)驗(yàn)中取2000N
Ff——導(dǎo)軌摩擦力負(fù)載Ff=G.f(f導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，靜摩擦取0.2，動(dòng)摩擦取0.1)
在本實(shí)驗(yàn)設(shè)液壓缸重力G=100N
則：靜摩擦阻力Ffs=20N; 動(dòng)摩擦阻力Ffa=10N;
Fa：慣性負(fù)載;:加速或減速時(shí)間 一般是0.01~0.5S 取0.1S
Δv：Δt時(shí)間內(nèi)的速度變化量 取Δv=3時(shí)，F(xiàn)a為最大
則：Fa=306N
液壓缸啟動(dòng).加速時(shí)的外負(fù)載F=Ffs+Ffa=306+20=326N
快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載F=Ffa=10N;
工進(jìn)時(shí)的外負(fù)載F=2Ffa+Fw=2000+20=2020N;
快退時(shí)的外負(fù)載F=Ffa=10N;
工作循環(huán)中的最大外負(fù)載F為工進(jìn)時(shí)的力
F+Ffc=F/ηcm Ffc：液壓缸密封處摩擦力；液壓缸機(jī)械效率取0.95
則：F+Ffc=2020/0.95=2244N; Ffc=224N;
根據(jù)公式(3.1)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d
(3.1)
F:最大外負(fù)載，F(xiàn)=2020N;
P1：液壓缸工作壓力2.5MPa
P2：背壓壓力，根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)取p2=0.5MPa
d/D:根據(jù)表2-3，取0.5
則：
D=37mm，查表3.2取D=40mm；則d=20mm;
表3.1 液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d的關(guān)系
工作壓力P/(MPa)
d/D
≤ 2
0.2～0.3
＞2 ～5
0.5～0.58
＞5～7
0.62～0.70
＞7
0.7
表3.2 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80） (mm)
40
50
63
80
（90）
100
(110)
注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用數(shù)值。
對(duì)選定的液壓缸內(nèi)徑D進(jìn)行最小穩(wěn)定速度驗(yàn)算，保證液壓缸節(jié)流腔有效面積A大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin 即A>Amin
Amin=qmin/Vmin; qminl流量閥的最小穩(wěn)定流量，本次試驗(yàn)所用調(diào)速閥為GE系列：AQF3-E10B,最小穩(wěn)定流量為0.05L/min; =1m/min
A> Amin=0.2
可見:液壓缸能滿足所需低速。
（2） 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算
液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件計(jì)算。通常所說的壁厚是指其結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。圓筒材料其內(nèi)壁受力時(shí)，應(yīng)力分布規(guī)律與它的壁厚有關(guān)。本設(shè)計(jì)液壓缸采用35#無縫鋼管，屬薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按公式計(jì)算
(3.2)
(3.3)
式中σ——液壓缸壁厚（m）；
D——液壓缸內(nèi)徑（m）；
Py——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍（MPa）；
〔σ〕——材料的許用應(yīng)力；
σb——缸體材料的抗拉強(qiáng)度（MPa），35#鋼抗拉強(qiáng)度σb=240MPa；
n——安全系數(shù)。一般n=3.5~5，這里取n=4.
由上式(3.2)可得
則缸筒外徑 D1≥D+20=46.2mm
查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17395-199得 D1=50mm
因此缸筒壁厚 σ=5mm
（3） 液壓缸工作行程的確定
此次設(shè)計(jì)活塞桿外部不受力，活塞桿的動(dòng)作只是便于觀察，參照活塞移動(dòng)速度v=1m/min及表3.4，選取行程S=150 mm。
表3.4 液壓缸活塞行程系列（GB/T2349-1980） (mm)
50
80
100
125
160
200
250
320
活塞理論動(dòng)作時(shí)間
液壓缸動(dòng)作時(shí)間過于太長(zhǎng)浪費(fèi)資源，時(shí)間太短則不利于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，此時(shí)間相對(duì)比較合理。
（4） 缸蓋厚度
此液壓缸為單活塞桿雙作用缸，缸底無油孔，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下式進(jìn)行理論計(jì)算[5]。
（3.4）
式中 t——缸蓋有效厚度（m）；
D2——缸蓋止口內(nèi)徑(圖3.1)（m）,取D2=50mm。
則
取t=5 mm。
（5） 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度
當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面中點(diǎn)的距離H稱之為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度（圖3.1）。如果最小導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，以此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證具有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。
圖3.1 液壓缸導(dǎo)向長(zhǎng)度及缸蓋厚度
普通液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H必須滿足以下要求：
（3.5）
式中 L——液壓缸的最大行程；
D——液壓缸的內(nèi)徑。
H=28mm
活塞的寬度B一般取B=(0.6～1.0)D，則B=37.8～63 (mm)，取B=32(mm);
缸蓋滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度l1根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑D而定；
當(dāng)D≤80mm時(shí)，取l1=(0.6～1.0)D；
當(dāng)D≥80mm時(shí)，取l1=(0.6～1.0)d；
本次設(shè)計(jì)的液壓缸內(nèi)徑D≤80mm，故而l1=37.8～63 (mm) 取l1=32(mm);
最小導(dǎo)向長(zhǎng)度需要保證，但過分的增大l1和B都是不適宜的，必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間加一隔套K來增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由下式確定：
(3.6)
C=0
缸體長(zhǎng)度的確定，一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20~30倍，則缸體長(zhǎng)度取M=320mm；
3.1.2液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1） 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)
根據(jù)安裝位置及工作要求的不同，液壓缸的安裝方式分為長(zhǎng)螺栓安裝、腳架安裝、法蘭安裝和耳環(huán)安裝等如表3.5。
本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的液壓缸只做觀察使用，綜合考慮采用前后腳架的安裝方式。此安裝方式雖然側(cè)翻力矩較大，但液壓缸安裝在面板上，在豎直方向只有其自身重力的影響，可以不考慮。采用前后腳架安裝，不至于液壓缸在徑向外形尺寸過大。
表3.5 液壓缸的安裝方式（部分）
序號(hào)
安裝形式
安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
注
1
長(zhǎng)螺栓安裝
2
徑向腳架
側(cè)翻力矩比較
序號(hào)2較小
序號(hào)4較大
3
地面腳架
4
前后腳架
5
頭部外法蘭
安裝螺釘受拉力比較
序號(hào)6、7較小
序號(hào)5較大
6
頭部?jī)?nèi)法蘭
（2） 缸體與缸蓋的連接方式
缸體與缸蓋的連接方式多種多樣，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)如表3.6。缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料及工作條件有關(guān)，考慮到液壓缸的安裝方式為前后腳架安裝，選擇缸體與缸蓋的連接方式為法蘭連接。在缸筒兩端焊接一法蘭，缸蓋加工成法蘭結(jié)構(gòu)，并將液壓缸的安裝腳架加工為一體，結(jié)構(gòu)更為緊湊。另一方面，法蘭連接相對(duì)于螺紋連接等連接方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易加工成本低和強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)。
表3.6 液壓缸缸蓋與缸體的連接形式
安裝方式
結(jié)構(gòu)形式圖例
優(yōu)缺點(diǎn)
法蘭連接
優(yōu)點(diǎn)：
1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低
2）易加工，便于裝拆
3）強(qiáng)度大、能承受高壓
缺點(diǎn)：
1）徑向尺寸較大
2）重量比螺紋連接大；缸體為鋼管時(shí)，用拉桿連接的重量也較大
3）用鋼管焊接法蘭，工藝復(fù)雜
螺紋連接
優(yōu)點(diǎn)：
1） 外形尺寸小
2） 重量輕
缺點(diǎn)：
1） 端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求高
2） 拆裝時(shí)需要專用工具
3） 擰端蓋時(shí)易損壞密封圈
外半環(huán)連接
優(yōu)點(diǎn)：
1） 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單
2） 加工裝配方便
缺點(diǎn)：
1） 外形尺寸大
2） 缸筒開槽，削弱了強(qiáng)度。需要增加缸筒壁厚
內(nèi)半環(huán)連接
優(yōu)點(diǎn)：
1）外形尺寸小
2）結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕
缺點(diǎn)：
1） 缸筒開槽，削弱了強(qiáng)度
2） 端部進(jìn)入缸體內(nèi)較長(zhǎng)、安裝密封圈易被槽口擦傷
（3） 活塞桿與活塞的連接方式
活塞桿與活塞的連接分為整體式連接和組合式連接如表3.7。整體式連接用于缸徑較小的液壓缸，即把活塞桿與活塞作為一體加工。而組合式連接又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。半環(huán)連接不易松動(dòng)，且存在軸向間隙，用錐銷連接，銷控必須配鉸，銷釘連接后還必須鎖緊，在此，螺紋連接則顯示出其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單拆裝方便的優(yōu)越性，本次設(shè)計(jì)液壓缸幾乎沒有震動(dòng)，只需添加彈性墊圈就能克服對(duì)其鎖緊。
表3.7 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)
連接方式
結(jié)構(gòu)形式圖例
特點(diǎn)
整體式連接
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適用于缸徑較小的液壓缸
螺紋連接
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在振動(dòng)條件下容易松動(dòng)，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸
半環(huán)連接
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，不易松動(dòng)，但會(huì)出現(xiàn)軸向間隙。多應(yīng)用在壓力高、負(fù)荷大、有振動(dòng)的場(chǎng)合
錐銷連接
結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接，銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊，多用于負(fù)荷較小的場(chǎng)合
（4） 密封件的選擇
漏油是液壓系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生的毛病之一，密封式防止漏油的最有效和最主要的方法。漏油不僅會(huì)降低系統(tǒng)的容積效率使系統(tǒng)發(fā)熱，而且向元件外部泄露的液壓油還會(huì)弄臟設(shè)備，污染環(huán)境。
密封件過緊，雖然能有效的防止漏油，但同時(shí)此處為動(dòng)密封，會(huì)引起很大的摩擦損失，降低機(jī)械效率，并降低密封件的壽命。
為此，在設(shè)計(jì)中時(shí)時(shí)刻刻縱觀全局，在選擇液壓缸內(nèi)徑時(shí)就考慮到密封件的選擇，液壓缸內(nèi)徑已按照標(biāo)準(zhǔn)系列選取。O形密封圈是由耐用橡膠制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性能好，摩擦力小，溝槽尺寸小且易于制造等優(yōu)點(diǎn)。此處選擇O型密封圈35.53.55 GB3452.1-82。
活塞桿與缸蓋處的密封選擇21.12.65 GB3452.1-82，在活塞桿與缸蓋的密封處活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)常與外界接觸，所以還應(yīng)考慮增加防塵裝置，此處增加防塵圈FA-40-32-40-5-D-GB10708.3-89。
（5） 液壓缸排氣裝置
當(dāng)液壓缸內(nèi)混有氣體時(shí)，氣體的壓縮性比液壓油的壓縮性高，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，傳動(dòng)不平穩(wěn)，因此在液壓缸最高處設(shè)置排氣裝置。排氣裝置一般設(shè)在液壓缸端部的最高處。本設(shè)計(jì)的液壓缸為雙作用液壓缸，則需要兩個(gè)排氣裝置。
本設(shè)計(jì)的排氣裝置是頂端帶有圓錐的螺塞，在螺紋孔的側(cè)面開一小通氣孔。不需要排氣時(shí)，擰緊螺塞，頂部的圓錐將有口封死，不會(huì)泄露；需要排氣時(shí)打開螺塞，有口開啟，螺紋退至通氣孔時(shí)，氣體排出。本次設(shè)計(jì)的液壓缸不需要經(jīng)常排氣，此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)專業(yè)的排氣閥成本低廉。
（6） 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)
如前所述，在計(jì)算最小導(dǎo)向長(zhǎng)度時(shí)，將隔套的長(zhǎng)度設(shè)置為零，此部分不再有隔套。
活塞桿導(dǎo)向部分（如表3.8）的結(jié)構(gòu)包括活塞桿和缸蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。分離式的導(dǎo)向套在活塞桿經(jīng)常往復(fù)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合應(yīng)用廣泛，便于導(dǎo)向套磨損更換。本設(shè)計(jì)只在實(shí)驗(yàn)室使用，為了使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)目更少，結(jié)構(gòu)更加緊湊，將其設(shè)計(jì)為與端蓋一體的整體式直接導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。此處的密封和防塵均已在密封件的選擇章節(jié)做過陳述，不再贅述。
表3.8 活塞桿的導(dǎo)向與密封及防塵裝置
結(jié)構(gòu)形式
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
特點(diǎn)
端蓋直接導(dǎo)向
1） 端蓋與活塞桿直接導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后只能更換整個(gè)端蓋
2） 蓋與桿的密封常采用O型、Y型、YZ型密封圈
3） 防塵圈用無骨架的防塵圈
（7） 液壓缸主要零件的材料及技術(shù)要求
液壓缸主要零件包括缸體、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套等，這些零部件的材料及技術(shù)要求直接影響液壓缸的機(jī)械效率，表3.9參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。
表3.9 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求
零件名稱
簡(jiǎn)圖
材料
主要表面粗糙度
技術(shù)要求
缸體
無縫鋼管35鋼
液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度Ra0.2:0.4μm
1、內(nèi)徑用H8～H9的配合
2、內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差之半
3、內(nèi)徑母線的直線度在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm
4、缸體端面T對(duì)軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm
5、為防止腐蝕和提高壽命，內(nèi)徑表面鍍0.03～0.04mm的硬鉻,在進(jìn)行拋光,缸體外涂耐腐蝕油漆
6、缸體的端蓋采用螺紋連接時(shí)，螺紋采用6H級(jí)精度；
活塞
灰鑄鐵HT200
活塞外圓柱表面粗糙度Ra0.8:1.6μm
1、外徑D度、圓柱度不大于外徑公差之半
2、外徑D對(duì)內(nèi)孔d1的徑向跳動(dòng)不大于外徑公差之半
3、端面T對(duì)軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm
4、活塞外徑用橡膠密封圈密封時(shí)可取f7～f9配合，內(nèi)孔與活塞桿的配合可取H8
活塞桿
實(shí)心活塞桿35鋼
桿外圓圓柱表面粗糙度Ra0.4:0.8μm
1、材料熱處理：調(diào)質(zhì)20～25HRC
2、外徑d與d2的圓度、圓柱度不大于直徑公差之半
3、外徑表面直線度在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm
4、d2對(duì)d的徑向跳動(dòng)不大于0.01mm
5、活塞桿與導(dǎo)向套的可采用H8/的配合
與活塞的連接采用H8/h8配合
缸蓋直接導(dǎo)向套
耐磨鑄鐵
配合表面粗糙度Ra0.8:1.6μm
導(dǎo)向表面粗糙度Ra0.8μm
1、外徑D與內(nèi)孔的同軸度不大于內(nèi)徑的公差之半
2、端面A、B對(duì)孔軸線的垂直度在100mm上不大于0.04mm
3、配合表面的圓度、圓柱度不大于內(nèi)孔的公差之半
3.2液壓泵裝置
液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其它們之間的聯(lián)軸器等。
3.2.1液壓泵設(shè)計(jì)選型
（1） 確定液壓泵的工作壓力
由液壓系統(tǒng)的工況分析知道執(zhí)行元件液壓缸的最大工作壓力P=2.5MPa,考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失Δp,初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2～0.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)取0.5～1.5MPa，本例取Δp=0.3MPa。
（3.7）
考慮到一定的壓力貯備量和泵的壽命，因此泵的額定壓力PP應(yīng)滿足Pa≥(1.25~1.6)PP。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中取Pn=1.25PP
（2） 確定液壓泵的流量
計(jì)算在各階段工作液壓缸所需流量
液壓泵最大供油量qp
（3.8）
KL——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取KL=1.1~1.3,現(xiàn)取KL=1.3.
(Σq)max——同時(shí)動(dòng)作各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，因?yàn)榇藭r(shí)加載缸在工作，所以應(yīng)加上加載缸的流量，此時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，需加溢流閥最小溢流流量2L/min
則：
（3） 液壓泵的選型
根據(jù)以上計(jì)算得pn和qp再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用常用的Y系列定量葉片泵YB1-6.3，該泵的基本參數(shù)為：額定壓力PP=6.3MPa,額定轉(zhuǎn)速n=1450r/min，公稱排量V=6.3ml/min，容積效率ηv=0.8，總效率ηp=0.7.
當(dāng)選用1400r/min的驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，驗(yàn)算泵的流量按下式計(jì)算：
(3.9)
qp=7.3L/min
經(jīng)驗(yàn)算滿足要求。
3.2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型
電機(jī)的型號(hào)應(yīng)該與液壓泵相匹配，驅(qū)動(dòng)液壓泵所需的功率可按下式計(jì)算
（3.10）
計(jì)算得 Np=1050w
因此，根據(jù)所計(jì)算的參數(shù)，選取常用的Y90S-4，封閉式三相異步電機(jī),其額定轉(zhuǎn)速n=1400r/min，額定功率N=1.1Kw，效率78ξ%。
3.2.3聯(lián)軸器的選型
聯(lián)軸器的種類繁多，但在此傳動(dòng)過程中，震動(dòng)很小，也無需頻繁啟動(dòng)，正反轉(zhuǎn)也沒有變化，綜合多方面的因素選用凸緣聯(lián)軸器。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本較低，工作可靠，裝拆、維護(hù)均較簡(jiǎn)便，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，能保證兩軸具有較高的對(duì)中精度，一般常用于載荷平穩(wěn)，高速或傳動(dòng)精度要求較高的軸系傳動(dòng)。
如前所述，查驅(qū)動(dòng)電機(jī)Y90S-4的技術(shù)參數(shù)得到電機(jī)軸的直徑為Φ24，查葉片泵YB1-6.3的技術(shù)參數(shù)得到葉片泵輸入軸的直徑為Φ15。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
（3.11）
T——理論轉(zhuǎn)矩T=9.55×103Pw/n；
KA——工作情況系數(shù)，本實(shí)驗(yàn)取=1.3；
n——工作轉(zhuǎn)速，r/min；
Pw——驅(qū)動(dòng)功率，kw；
[T]——聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩；
綜合考慮，選用凸緣聯(lián)軸器的型號(hào)為GY2聯(lián)軸器J116×30，GB5843-2003，公稱扭矩Tn=63N·m，滿足要求。
3.3油箱的設(shè)計(jì)
油箱分為整體式油箱、兩用油箱和獨(dú)立油箱3類。獨(dú)立油箱是應(yīng)用最廣泛的一類油箱，通常做成矩形，也有圓柱形或油罐形的。獨(dú)立油箱的熱量主要通過油箱壁靠輻射和對(duì)流作用散熱。對(duì)于把液壓泵、電動(dòng)機(jī)和液壓控制裝置放在油箱蓋上的液壓站結(jié)構(gòu)，則需要一定的安裝裝置，因此要求偏扁的油箱形狀，油箱越扁，則油箱越容易脫氣。
油箱的功用主要是貯存油液，此外應(yīng)能散發(fā)系統(tǒng)工作中所產(chǎn)生的部分或全部熱量；分離混入工作介質(zhì)中的氣體，沉淀其中的雜質(zhì)；安裝系統(tǒng)中的一些必備的附件等。
3.3.1油箱有效容積計(jì)算
（1） 油箱容量的確定
油箱容量可按經(jīng)驗(yàn)公式
【2】 （3.12）
ξ——與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)：低壓系統(tǒng)ξ=2~4，重壓系統(tǒng)ξ=5~7，高壓系統(tǒng)ξ=10~12。需要借助油箱頂蓋安放液壓泵及電動(dòng)機(jī)時(shí)，系數(shù)可適當(dāng)取較大值。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，但油箱頂蓋需要放置液壓泵及電動(dòng)機(jī)（后續(xù)章節(jié)會(huì)詳細(xì)說明），所以取ξ=5。
計(jì)算得到
表3.14 液壓泵油箱公稱容量系列JB/T 7938-1999 (部分) /L
4.0
6.3
10
16
25
40
63
100
按標(biāo)準(zhǔn)油箱系列選取油箱容量V=40L。
（2） 油箱外形尺寸確定
油箱的有效容積確定以后需要設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（高：寬：長(zhǎng)）為c:b:a=1:1:1~1:2:3?？紤]到液壓系統(tǒng)回油到油箱不至溢出，油面高度一般不超過油箱高度0.8倍。本設(shè)計(jì)取尺寸比（高：寬：長(zhǎng)）為c:b:a=1:1.2:1.5。
計(jì)算得到a=455mm,b=364mm,c=303mm.
將尺寸化整得到油箱的有效尺寸為：a=455mm,b=365mm,c=305mm.
3.3.2油箱組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1） 油箱頂蓋的連接方式
油箱頂蓋與油箱壁的連接分為可拆連接和不可拆連接。對(duì)于不可拆的連接形式，需要在其側(cè)面至少設(shè)置一個(gè)清洗孔，便于清理油箱所有內(nèi)表面。本設(shè)計(jì)采用的油箱容量相對(duì)較小，為使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，可將油箱頂蓋設(shè)計(jì)成可拆連接，省去清洗孔結(jié)構(gòu)。油箱頂蓋與油箱壁的連接細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。
圖3.2 油箱頂蓋與油箱壁的連接細(xì)節(jié)
在油箱壁上焊接一角鋼，頂蓋用螺栓與角鋼連接，之間添加密封件。
（2） 焊接吊耳
為便于油箱搬運(yùn)，應(yīng)在油箱四角的箱壁上焊接吊耳（也稱吊環(huán)）。吊耳分圓柱形和勾形兩種，此兩種吊耳并無本質(zhì)區(qū)別，本設(shè)計(jì)選用勾形吊耳，材料為35#鋼，如圖3.3和表3.15所示。
圖3.3 勾形焊接吊耳 圖3.4 液位溫度計(jì)
表3.15 勾形焊接吊耳尺寸（部分） /mm
每吊耳起重量（t）
b
h1
h2
h3
L
l
s
R
r1
r2
r3
K
每吊耳質(zhì)量（kg）
1.6
8
80
70
20
50
20
20
10
8
20
10
4
0.35
3.3
10
12
100
5
60
25
26
20
8
25
13
5
0.64
（3） 液位計(jì)
液位計(jì)通常為帶有溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)，液位計(jì)通常在油箱外壁上，并靠近注油口，以便注油時(shí)觀察液面。液位計(jì)與油箱的連接處有密封措施。本設(shè)計(jì)選用符合國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的大連組合機(jī)床研究所研制的YWZ-150T液位溫度計(jì)（如圖3.4）。
（4） 空氣濾清器
空氣濾清器通常為帶有注油口的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)將注油口與通氣結(jié)為一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？諝鉃V清器兼有除濕、收塵和注油的功能。本設(shè)計(jì)選用符合國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的QUQ1型空氣濾清器。
（5） 隔板
為增加液壓油流動(dòng)循環(huán)時(shí)間，除去沉淀雜質(zhì)，分離清除水和空氣調(diào)整溫度，吸收液壓油壓力的波動(dòng)及防止液面波動(dòng)，通常在油箱中增加隔板。隔板把系統(tǒng)吸油區(qū)與回油區(qū)隔開，同時(shí)，隔板缺口處要有足夠大的過流面積，不至于環(huán)流速度過大。隔板材料常用的為Q235A鋼板，Q235A鋼板的韌性和塑性較好，有一定的伸長(zhǎng)率，具有良好的焊接性能和熱加工性。
（6） 箱底、放油孔、支腳
應(yīng)該在油箱最底部設(shè)置放油塞，以便油箱的清洗和油液更換。為此，油箱底部朝向放油塞的位置設(shè)置一定的斜度，并將放油塞放在最低處；這樣可以使沉積物聚集到油箱的最底點(diǎn)。
放油孔螺塞通常用外六角螺塞，本設(shè)計(jì)選用型號(hào)為M18×1.5JB/ZQ4450-86的螺塞，材料35#鋼，表面要求發(fā)藍(lán)處理。
為方便放油和搬運(yùn)，應(yīng)該把油箱架起來，油箱底至少離地面150mm。油箱應(yīng)設(shè)有支腳，支腳可以單獨(dú)制作后焊接在箱底邊緣，也可以適當(dāng)增加兩側(cè)壁的高度，以使其經(jīng)彎曲加工后兼做油箱支腳。油箱支腳應(yīng)有足夠大的面積，以便可以用墊片或楔鐵來調(diào)平。本例設(shè)計(jì)選用焊接支腳。
（7） 管路配置
液壓泵的吸油管和系統(tǒng)的回油管要分別進(jìn)入由隔板隔開的吸油區(qū)和回油區(qū)。吸油管要增加濾油器（在液壓輔件選擇章節(jié)會(huì)詳細(xì)說明），清除大顆粒雜質(zhì)，保護(hù)液壓泵及液壓元件。濾油器要有足夠容量，避免阻力過大，濾油器也箱底的距離應(yīng)不小于20mm，吸油管應(yīng)插在液壓油面以下防止吸油時(shí)卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動(dòng)油面，致使油中混入氣泡。
回油路上可省去濾油器，在整個(gè)液壓系統(tǒng)中油路是封閉的，一般不會(huì)夾帶雜質(zhì)，況且增加濾油器后，雜質(zhì)會(huì)沉積在濾油器內(nèi)，需要經(jīng)常清洗，增加保養(yǎng)環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)。為了增大回油口的開口面積，利于油液在油箱內(nèi)沿油箱壁的環(huán)流，可將回油管管端加工成朝向箱壁的45°斜口，回油管必須放置在液面以下，一般距離液面油箱底面距離大于300mm,回油管出口絕對(duì)不允許放在液面以上。
（8） 油溫過高的危害及原因分析
對(duì)油液系統(tǒng)要進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠蜏乜刂?，油溫過高過低都會(huì)影響工作效率，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)損壞機(jī)器。油溫過高會(huì)引起油液污染，高溫會(huì)加速油液氧化形成膠質(zhì)性沉積物，涂層脫落，油渣泥以及酸性物質(zhì)等。這些有害物質(zhì)會(huì)縮短油液的使用壽命，引起閥的粘附、堵塞，機(jī)構(gòu)動(dòng)作的不平穩(wěn)，以及液壓元件的磨損。高溫還會(huì)破壞密封件的潤(rùn)滑油膜，引起泄露，造成一系列的污染。
然而，油溫過低時(shí)，液壓油的粘度過大，會(huì)產(chǎn)生氣穴[10]。
所以，對(duì)系統(tǒng)油溫的校核是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，在后面的溫升的校核章節(jié)會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的校核計(jì)算。
引起系統(tǒng)油液溫度過高的原因大致可分為三種情況：
首先，油泵進(jìn)油口吸油不足會(huì)使液壓系統(tǒng)進(jìn)入空氣，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)使系統(tǒng)發(fā)熱甚至燒壞齒輪。導(dǎo)致油泵吸油不足的常見原因有：油箱缺油；濾油器或進(jìn)油管道堵塞；進(jìn)油管破裂或進(jìn)油管管接頭松動(dòng)，進(jìn)入空氣；回油管出口高出油箱液面，使油箱油液產(chǎn)生大量氣泡并進(jìn)入系統(tǒng)；油箱與大氣的通孔堵塞，使油箱內(nèi)部產(chǎn)生真空，導(dǎo)致吸油泵吸油困難。
其次，液壓系統(tǒng)重力位置時(shí)不能低壓卸荷，在一般液壓系統(tǒng)中，高壓工作狀態(tài)所占時(shí)間比例很小，大部分時(shí)間是處在低壓卸荷狀態(tài)。如果系統(tǒng)中立位置時(shí)不能低壓卸荷，會(huì)使系統(tǒng)油溫過高。
最后，原件嚴(yán)重內(nèi)泄時(shí)也會(huì)使系統(tǒng)油溫升高。當(dāng)液壓系統(tǒng)在高壓狀態(tài)工作時(shí)，由于配合件磨損或密封件損壞，引起大量?jī)?nèi)泄，使系統(tǒng)油溫過高。
系統(tǒng)油溫過高有如此多的危害，其產(chǎn)生的原因現(xiàn)已分析出，因此在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中要盡量的避免這些因素控制適當(dāng)?shù)挠蜏亍?
（9） 油箱材料和表面處理
油箱的制造一般采用鑄造和焊接兩種方式。
鑄造油箱有利于減震和防噪，本設(shè)計(jì)震動(dòng)和噪聲很小，可以選用另一種比較常用的制造方式——焊接。常用材料為Q235A。焊接時(shí)將鋼板進(jìn)行折彎圍成一圈作為油箱壁，可減少焊接次數(shù)。焊接而成的油箱須徹底清理以便清除所有的泥土、切屑、毛刺和氧化皮。輕度腐蝕可用鋼絲刷或砂輪機(jī)清理，嚴(yán)重銹蝕和氧化的表面要進(jìn)行噴丸處理。使用石油基液壓油的鋼板焊接油箱涂40μm以上的環(huán)氧底漆。涂漆之前一般要進(jìn)行磷化處理或噴丸并用稀料等溶劑脫脂后用壓縮空氣吹干。經(jīng)過最終處理過的油箱不得再進(jìn)行焊接或火焰切割，以后的鉆孔都要進(jìn)行保護(hù)性處理。
3.4液壓控制元件選型
液壓控制裝置是指組成液壓系統(tǒng)的各閥類元件及其連接體?？紤]到液壓系統(tǒng)最高工作壓力均小于6.3MPa，故選用廣州機(jī)床研究所GE系列的中低壓液壓元件；壓力表及壓力表開關(guān)選用大連組合機(jī)床研究所D系列的產(chǎn)品。
本系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)流調(diào)速環(huán)節(jié)，所有閥類元件通過流量不大于液壓泵的出口流量qp=7.3 L/min。
元件的連接方式均選用板式連接，連接部分增加必要的管接頭（在液壓輔件章節(jié)詳細(xì)說明）。
表3.16 液壓元件明細(xì)表
序號(hào)
名稱
最大通過流量（L/min）
型號(hào)
1
電動(dòng)機(jī)
Y-90S-4
2
定量葉片油泵
56.3
YB1-6.3
3
單向閥
63
A-D10B
4
三位四通換向閥
40
34EO-F10B
5
二位四通換向閥
40
24E2C-F10B
6
調(diào)速閥
16
AQ-D10B
7
減壓閥
50
J-D10B
8
溢流閥
63
Y-D10B
9
線隙濾油器
6
XU-J680
4 液壓輔件的選擇
4 液壓輔件的選擇
4.1油管
4.1.1油管的作用及要求
a 作用
液壓系統(tǒng)中元件與元件之間的連接，以及載能工作介質(zhì)的輸送是借助油管的孔道來實(shí)現(xiàn)的。在接口處通常使用可以拆開的連接件。
b 要求
（1） 管子的口徑：既保證最佳流動(dòng)狀態(tài)，又最經(jīng)濟(jì)的利用材料。（在油管的選用章節(jié)詳細(xì)計(jì)算）
（2） 布局要求
1） 管路布局一般在元件及設(shè)備布置完畢后進(jìn)行；
2） 油管設(shè)置的位置應(yīng)便于拆裝、維修，不妨礙生產(chǎn)和設(shè)備部件的運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)整；
3） 管子外緣與相鄰管路的管件輪廓之間有足夠的空隙，保證安裝拆裝方便，能單獨(dú)拆裝且不干擾其他管路或原件；
4） 工作管路必須要有足夠的支撐和固定，不得在元件連接面上誘發(fā)應(yīng)力；
5） 彎管半徑應(yīng)足夠大，減少沿程壓力損失。
4.1.2油管的選用計(jì)算
常用的油管有硬管（鋼管和銅管）和軟管（橡膠管、尼龍管和塑料管）兩大類。由于硬管流動(dòng)阻力小，安全可靠性高且成本低，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)固定，油管也不需要與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部分一起移動(dòng)，所以選擇無縫鋼管。油管內(nèi)徑及壁厚按如下公式計(jì)算得出后，即可按管材有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選取合適的油管：
[3] （4.1）
[3] （4.2）
式中：q——通過油管的最大流量；
v——油管中允許流速（取值見表4.1）；
d——油管內(nèi)徑；
σ——油管壁厚；
P——管內(nèi)最高工作壓力；
σb——管材抗拉強(qiáng)度；
n——安全系數(shù)（取值見表4.2）。
表4.1 油管中允許流速
油液流經(jīng)油管
吸油管
高壓管
回油管
短管及局部收縮處
允許流速(m/s)
0.5:1.5
2.5:5
1.5:2.5
5:7
注：高壓管：壓力大時(shí)取大值，反之取小值；管道長(zhǎng)的取小值，反之取大值；油液粘度大時(shí)取小值。
表4.2 安全系數(shù)（鋼管）
管內(nèi)最高工作壓力(MPa)
<7
7~17.5
17.5
安全系數(shù)
8
6
4
考慮制作方便，加之所有元件均采用板式連接，所有油管都采用統(tǒng)一型號(hào)。通過油管的最大流量取油泵的出口流量qp=7.3L/min，管道流速綜合考慮取v=1.5m/min，管內(nèi)最高工作壓力p=2.5MPa，油管材料取35#無縫鋼管，σb=240MPa，安全系數(shù)n=8，所以
綜合考慮管接頭的尺寸，所有油管選取外徑12mm,壁厚1mm的35#無縫鋼管。
4.2管接頭
管接頭是連接油管和控制閥類元件的輔助元件，管接頭的種類繁多，本設(shè)計(jì)管路固定，無需反復(fù)拆裝，所用油管為鋼管，選用管接頭為卡套式管接頭，公稱壓力J級(jí)，管子外徑12mm?？ㄌ资焦芙宇^分類明細(xì)，具體選用哪種類型，依據(jù)使用場(chǎng)合和環(huán)境。
4.3液壓油
液壓系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，液壓油的種類也很多，選擇液壓油需要根據(jù)系統(tǒng)類型、工作環(huán)境、工況等因素考慮。高壓系統(tǒng)的液壓元件特別是液壓泵中處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)的摩擦副，由于正壓力加大，速度高而使摩擦磨損條件較為苛刻，必須選擇潤(rùn)滑性即抗磨性、極壓性優(yōu)良的HM油。凡是葉片泵為主油泵的液壓系統(tǒng)，不管其壓力大小，選用HL油較好，選用L-HL32的液壓油。
5 實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5 實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1概述
實(shí)驗(yàn)臺(tái)的作用是提供實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，將液壓系統(tǒng)的各個(gè)部分有機(jī)的組裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。實(shí)驗(yàn)臺(tái)要符合操作習(xí)慣（大多數(shù)中國(guó)人習(xí)慣右手操作），元件安裝緊湊，外形美觀，材料環(huán)保等要求。該液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)定壓式容積節(jié)流調(diào)速實(shí)驗(yàn)，原理明確，所以實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單。
5.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)組件設(shè)計(jì)
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用立式臺(tái)面設(shè)計(jì)，用優(yōu)質(zhì)方鋼焊接成框型結(jié)構(gòu)，具有良好的剛性。焊接框架多數(shù)采用40×40×3優(yōu)質(zhì)方鋼，輔助部分采用較小的20×20×3優(yōu)質(zhì)方鋼。其焊接組件如圖5.1所示。
為使焊接牢固，可在相互焊接的部分切45°角，增加其焊接面積。
實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面高度按照GB/T3976-2002規(guī)定選取960mm。為使元件能全部安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板上，結(jié)合GB/T21747-2008中的相關(guān)規(guī)定選取實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體尺寸為1400mm×600mm×1760mm。
圖5.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)焊接組件
5.3臺(tái)面設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，臺(tái)面要求不易磨損、防火防潮、質(zhì)地堅(jiān)硬不變形，封邊牢固、整潔、無毛刺，線條平直，接縫吻合，具有防腐、防水、防火、防蛀等性能，美觀耐用等。對(duì)于本設(shè)計(jì)所有元件安裝在控制面板上的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，臺(tái)面上所受載荷較小，對(duì)于液壓系統(tǒng)元件接頭處難免會(huì)有少量泄露，同時(shí)進(jìn)行檢修時(shí)也會(huì)有部分油液泄露，所以臺(tái)面設(shè)計(jì)成有油槽的形式。材料選用優(yōu)質(zhì)綠色環(huán)保E1級(jí)三聚氰胺板。
5.4安裝面板設(shè)計(jì)
安裝面板用螺栓固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)焊接組件上，材料選用Q235A鋼板。厚度根據(jù)管接頭尺寸確定。如前所述卡套式端直通管接頭J12的螺紋端長(zhǎng)度10mm，則取安裝板面螺紋深度12mm，孔深15mm，元件端進(jìn)出油口孔徑10mm，預(yù)留一定的鉆頭角深度，由此得出板厚25mm。安裝板上的連接孔對(duì)應(yīng)于元件油口，對(duì)于元件油口相對(duì)位置較近的，不方便安裝管接頭的部分，可適當(dāng)調(diào)整管接頭接口的位置（如圖5.2中的尺寸11），前后兩孔有重疊即可卸油。
圖5.2 安裝面板安裝孔細(xì)節(jié)
6 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
6 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
性能驗(yàn)算的目的在于對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量作出評(píng)價(jià)與評(píng)判，如果發(fā)生矛盾則要對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行修正或改變液壓元件規(guī)格。計(jì)算內(nèi)容一般包括：系統(tǒng)壓力損失、系統(tǒng)效率、系統(tǒng)發(fā)熱與溫升等。計(jì)算時(shí)一般只采用一些簡(jiǎn)化公式