節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置設(shè)計

節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置設(shè)計,節(jié)流,調(diào)速,回路,實驗,試驗,裝置,設(shè)計 Hui d 系（部） 機(jī)電系 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及自動化班 090204 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置設(shè)計 2.題目背景和意義：液壓傳動由于其具有傳動功率大、易于實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點，使得其在各類機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。通過該題目原理圖的設(shè)計，可以使學(xué)生熟悉液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般程序，了解并掌握液壓傳動這門技術(shù)。通過液壓傳動裝置的設(shè)計，可以使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的一般程序和基本方法?？傊?，通過本題目的設(shè)計，可以使機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生對四年所學(xué)課程得到一次較為全面的實踐鍛煉。 3.設(shè)計(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： 1)研究采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路的原理，2)設(shè)計出合理的、能滿足使用要求的節(jié)流閥進(jìn)油路、回油路、旁油路節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置，3)用電磁溢流閥實現(xiàn)油泵卸荷,4)繪制主要零件圖,5)選擇液壓元件型號,6)對系統(tǒng)進(jìn)行溫升校核。 4.設(shè)計的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時間、設(shè)計地點）： 1）有部分計算機(jī)繪圖；2）按時完成開題報告及中期報告；3）外文翻譯（字?jǐn)?shù)）：3000漢字；4）參考文獻(xiàn)（篇數(shù)）：不少于18篇，其中外文不少于3篇 ；5）論文（字?jǐn)?shù)）：不少于20000漢字； 6）進(jìn)度安排：1—3周：查找資料，完成開題報告；4—8周：完成方案設(shè)計，繪制總裝配圖。完成外文翻譯，寫中期報告；9—14周：完成全部技術(shù)設(shè)計； 15—16周：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文； 17周：答辯前準(zhǔn)備。7)2012年12月12日開始;8)設(shè)計地點:西安工業(yè)大學(xué)金花校區(qū). 5.畢業(yè)設(shè)計（論文）的工作量要求 ① 實驗（時數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： ② 圖紙（幅面和張數(shù)）*：折合3張A0以上 ③ 其他要求： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說明：1本表一式二份，一份由各系集中歸檔保存，一份學(xué)生留存。 2 帶*項可根據(jù)學(xué)科特點選填。 XX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置設(shè)計 系別： 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師: 專業(yè)教研室負(fù)責(zé)人: 2013年 月 日 41 摘 要 隨著科技步伐的加快，液壓技術(shù)在各個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，液壓系統(tǒng)已成為主機(jī)設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一。但是，由于設(shè)計、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的因素，影響了液壓系統(tǒng)的正常運行。因此，了解系統(tǒng)工作原理，懂得一些設(shè)計、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的知識，是保證液壓系統(tǒng)能正常運行并極大發(fā)揮液壓技術(shù)優(yōu)勢的先決條件。 本文主要研究的是液壓傳動系統(tǒng)，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計需要與主機(jī)的總體設(shè)計同時進(jìn)行。設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：節(jié)流調(diào)速，回路，實驗裝置，設(shè)計 Abstract With the quickening pace of science and technology, hydraulic technology has been widely applied in various fields, the hydraulic system has become one of the most critical parts of a host device. However, due to factors of design, manufacturing, installation, use and maintenance etc, affect the normal operation of the hydraulic system. Therefore, to understand the working principle of the system, some understanding of design, manufacture, use and maintenance and other aspects of knowledge, is to ensure the normal operation of hydraulic system is a prerequisite of great use of hydraulic technology advantage. This paper mainly studies the hydraulic drive system, the overall design and host of hydraulic transmission system at the same time. When the design, must proceed from actual conditions, combining various transmission forms, give full play to the advantages of hydraulic transmission, and strive to design hydraulic transmission system has the advantages of simple structure, reliable operation, low cost, high efficiency, simple operation, convenient repair. Key Words: throttle, loop, experimental apparatus, design 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 概述 1 1.1 液壓傳動特點 1 1.2 液壓傳動優(yōu)勢 1 1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求 3 第2章 節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置液壓原理設(shè)計 5 2.1 工作原理 5 2.2課題設(shè)計要求 6 第3章 節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置工作機(jī)構(gòu)設(shè)計 6 3.1 液壓缸的主要結(jié)參數(shù) 7 3.2活塞桿強(qiáng)度計算 7 3.3液壓缸活塞的推力及拉力計算 8 3.4活塞桿最大容許行程 9 3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 10 3.5.1液壓缸內(nèi)徑計算 10 3.5.2液壓缸壁厚計算 10 3.6液壓缸筒與缸底的連接計算 11 3.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計 11 3.7.1缸體端部連接結(jié)構(gòu) 11 3.7.2缸體材料 12 3.7.3缸體技術(shù)條件 12 3.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計 12 3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 12 3.8.2活塞的密封 13 3.8.3活塞的材料 13 3.8.4活塞的技術(shù)要求 13 3.9活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計 14 3.9.1端部結(jié)構(gòu) 14 3.9.2端部尺寸 14 3.9.3活塞桿結(jié)構(gòu) 14 3.9.4活塞桿的技術(shù)要求 14 3.10活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 15 3.10.1導(dǎo)向套 15 3.10.2活塞桿的密封與防塵 15 3.11 缸蓋的材料 15 第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 16 4.1系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán) 16 4.2 液壓執(zhí)行元件的配置 16 4.3 負(fù)載分析計算 16 4.4 液壓泵及其驅(qū)動電動機(jī)的選擇 17 4.4.1液壓泵的最大工作壓力 18 4.4.2計算液壓泵的最大流量 18 4.4.3選擇液壓泵的規(guī)格 19 4.4.4計算液壓泵的驅(qū)動功率并選擇原動機(jī) 20 4.5其他液壓元件的選擇 20 4.5.1液壓閥及過濾器的選擇 20 4.5.2油管的選擇 21 4.5.3 輔件的確定 22 4.6 液壓系統(tǒng)壓力損失驗算 23 第5章 液壓站設(shè)計與維護(hù)保養(yǎng) 24 5.1油箱的設(shè)計 24 5.2液壓站結(jié)構(gòu) 28 5.3液壓站的組裝 29 5.4 液壓站注意事項 30 第5章 實驗臺機(jī)架的設(shè)計 31 5.1 實驗臺機(jī)架的基本尺寸的確定 31 5.2 實驗臺材料的選擇確定 31 5.3 實驗臺主要梁的強(qiáng)度校核 31 參考文獻(xiàn) 34 總 結(jié) 35 致 謝 36 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 38 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 39 附錄 40 第1章 概述 1.1 液壓傳動特點 液壓傳動有機(jī)械傳動和電力拖動系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點技術(shù)無法比擬的優(yōu)點。液壓元件的布置不受嚴(yán)格的空間位置限制，系統(tǒng)中個部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成用其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。液壓傳動系統(tǒng)可以在運行過程中實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速。另外液壓傳動傳遞運動均勻平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。除此以外，液壓傳動系統(tǒng)操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制、中遠(yuǎn)程距離控制、過載保護(hù)。與電氣控制、電子控制相結(jié)合，易于實現(xiàn)自動工作循環(huán)和自動過載保護(hù)。 而且液壓元件屬機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)件，標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度較高，有利于縮短機(jī)器的設(shè)計、制造周期和降低制造成本。 本世紀(jì)的60年代后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)（微電子技術(shù)）等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，使它在國民經(jīng)濟(jì)的各方面都得到了應(yīng)用。液壓傳動在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已占有壓倒性的優(yōu)勢，例如，國外今日生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動。因此采用液壓傳動的程度現(xiàn)在已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。 當(dāng)前，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)仿真和優(yōu)化以及微機(jī)控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績。 我國的液壓工業(yè)開始于本世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初只用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來才用到拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自1964年從國外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時進(jìn)行自行設(shè)計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對西方先進(jìn)液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進(jìn)、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、人才培訓(xùn)、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。 1.2 液壓傳動優(yōu)勢 液壓傳動突出的優(yōu)點還有單位質(zhì)量輸出功率大，以空氣為工作介質(zhì)，處理方便，無介質(zhì)費用、泄露污染環(huán)境、介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充等問題。 由于液壓傳動是封閉的，多數(shù)情況下其元件均可由傳動液壓自行潤滑，因此磨損很小。液壓元件體積小、重量輕、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于集中大批量生產(chǎn)，加上近年發(fā)展起來的疊裝、插裝技術(shù)，裝配也很容易，因此造價低，比起其他機(jī)械傳動，液壓傳動常為一種最為經(jīng)濟(jì)的選擇。 驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。 如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進(jìn)入液壓缸右腔，推動活塞和工作臺向左移動，并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。 工作臺的移動速度是由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時，進(jìn)入液壓缸的油液增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。 為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。 液壓傳動是由17世紀(jì)帕斯卡提出的靜壓傳遞原理、18世紀(jì)末英國制造出世界上第一臺水壓機(jī)開始發(fā)展起來的，但液壓傳動在工業(yè)上被廣泛采用和有較大幅度的發(fā)展卻是本世紀(jì)中期以后的事情，特別是被20世紀(jì)第二次世界大戰(zhàn)期間戰(zhàn)爭的激勵，取得了很大進(jìn)展，整體上經(jīng)歷了開關(guān)控制，伺服控制，比例控制3個階段。比例控制技術(shù)是20世紀(jì)60年代末人們開發(fā)的一種可靠，廉價，控制精度和響應(yīng)特性，均能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)實際需要的控制系統(tǒng)。當(dāng)時，點液伺服技術(shù)已日益完善，但電液伺服閥成本高，應(yīng)用和維護(hù)條件苛刻，難以被工業(yè)界接受。希望有一種廉價，控制精度能滿足需要的控制技術(shù)去替代，這種需求背景導(dǎo)致了比例技術(shù)的誕生和發(fā)展。隨著液壓機(jī)械自動化程度的不斷提高，液壓元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢。 液壓控制閥在液壓系統(tǒng)中被用來控制液流的壓力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照負(fù)載的需求進(jìn)行工作。電液比例閥是比例控制系統(tǒng)中的主要功率放大元件，它可以根據(jù)輸入的電信號大小連續(xù)地成比例地對液壓系統(tǒng)的參量實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、計算機(jī)控制，與伺服控制系統(tǒng)中的伺服閥相比，在某些方面還有一定的性能差距，但它顯著的優(yōu)點是抗污染能力強(qiáng)，大大地減少可由污染而造成的工作故障，提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性；另一方面比例閥的成本比伺服閥低，結(jié)構(gòu)也簡單，已或得了廣泛的運用。 比例閥按主要功能分類，分為壓力控制閥，流量控制閥和方向控制閥三大類，每一類又可以分為直接控制和先導(dǎo)控制兩種結(jié)構(gòu)形式，直接控制用的小流量小功率系統(tǒng)中，先導(dǎo)控制 用的大流量大功率系統(tǒng)中。 這些年來國內(nèi)在液壓件清洗設(shè)備的研制和生產(chǎn)方面發(fā)展很快，但使用經(jīng)驗表明，還存在一些需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善的問題。首先是通用清洗設(shè)備的適用性問題。對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜和具有內(nèi)部油路的零部件，采用通用清洗設(shè)備往往效果不理想，內(nèi)部殘留的污染物很難沖洗出來，因而應(yīng)考慮選用或設(shè)計專用的清洗設(shè)備。其次是關(guān)于清洗液的潔凈性問題。零件清洗過程中清洗液應(yīng)保持一定的清洗度，這對于零件裝配前的精密清洗尤為重要。目前國內(nèi)清洗設(shè)備較普遍地存在過濾裝置不夠完善的問題，過濾精度低，納垢容量小，不能有效的濾除從零件沖洗出來的顆粒污染物。有的清洗設(shè)備甚至沒有過濾設(shè)備，而是定期對清洗設(shè)備的清洗液進(jìn)行過濾凈化。這樣，在清洗的初期清潔度可能符合要求，但清洗到后期，由于污染物積累清洗液污染越來越嚴(yán)重，不僅達(dá)不到清洗的目的，反而污染了零件。因此，清洗設(shè)備必須裝社具有足夠高的過濾精度和納垢容量的過濾器。采用可清洗濾芯和增加外過濾系統(tǒng)，可提高過濾凈化能力并節(jié)約費用。 設(shè)計的主要內(nèi)容包括：液壓總裝圖，非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計，液壓缸的設(shè)計，電機(jī)及泵、閥、管件的選擇使用等等。為了使設(shè)計更趨于合理化、標(biāo)注化、絕大多數(shù)零件都按照國家標(biāo)注進(jìn)行。 1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求 液壓傳動系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機(jī)的總體設(shè)計同時進(jìn)行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 液壓傳動裝置主要由以下四部分組成： 1）能源裝置——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。 2）執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達(dá)。 3)制調(diào)節(jié)裝置——對系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。 4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。 液壓傳動有以下一些優(yōu)點： 1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因為 液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動機(jī)的12%左右。 2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置 易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運動時可達(dá)500次/min，實現(xiàn)往復(fù)直線運動時可達(dá)1000次/min。 3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還 可以在運行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 4） 液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易 于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復(fù)雜的順序動作，接受遠(yuǎn)程控制。 5） 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長期在失速狀 態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機(jī)械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。 6） 由于液壓元件已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、 制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動性。 7） 用液壓傳動來實現(xiàn)直線運動遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動簡單。 液壓傳動的缺點是： 1） 液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄 漏等原因造成的。 2） 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失 等），長距離傳動時更是如此。 3） 液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影 響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價 較貴，而且對油液的污染比較敏感。 5） 液壓傳動要求有單獨的能源。 6） 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。 總的說來，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，它的一些缺點有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步得到克服。 第2章 節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置液壓原理設(shè)計 2.1 工作原理 節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置的液壓系統(tǒng)的油源為定量液壓泵（葉片泵），其最高工作壓力由溢流閥設(shè)定，二位二通電磁換向閥用于控制液壓泵的卸荷和供油。系統(tǒng)的執(zhí)行器為豎直液壓缸和液壓缸，其中豎直液壓缸和液壓缸的運動方向均采用電磁換向閥作為導(dǎo)閥的液控順序閥控制。豎直液壓缸進(jìn)回油路中并聯(lián)的順序閥和單向閥用于該缸差動反饋連接，液控順序閥在缸差動時關(guān)閉回油路，在非差動時，提供回油路。液壓缸的回油路上串聯(lián)的溢流閥起背壓作用。系統(tǒng)中壓力繼電器作為電磁鐵通斷電的發(fā)信裝置，控制電磁換向閥的換向動作。壓力表及其開關(guān)分別用于調(diào)整系統(tǒng)最高壓力和壓力繼電器的動作壓力時的顯示和觀測。 圖2.2 節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置的液壓系統(tǒng)原理圖 2.2課題設(shè)計要求 液壓傳動由于其具有傳動功率大、易于實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點，使得其在各類機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。通過該題目原理圖的設(shè)計，可以使學(xué)生熟悉液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般程序，了解并掌握液壓傳動這門技術(shù)。通過液壓傳動裝置的設(shè)計，可以使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的一般程序和基本方法?？傊?，通過本題目的設(shè)計，可以使機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生對四年所學(xué)課程得到一次較為全面的實踐鍛煉。 第3章 節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置工作機(jī)構(gòu)設(shè)計 節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置的工作機(jī)構(gòu)主要是通過液壓缸來進(jìn)行實現(xiàn)的。 3.1 液壓缸的主要結(jié)參數(shù) 現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)時采用差動聯(lián)接，并取無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即。為了防止在墩粗時滑臺突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，初選背壓。 初選最大負(fù)載工進(jìn)階段的負(fù)載F=22000N，按此計算則 (3.4) 液壓缸直徑 由可知活塞桿直徑 按GB/T2348-1993將所計算的D與d值分別圓整到最相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得 按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出 3.2活塞桿強(qiáng)度計算 活塞桿在穩(wěn)定工作下，如果僅受軸向拉力或壓力載荷時，便可以近似的采用直桿承受拉、壓載荷的簡單強(qiáng)度計算公式進(jìn)行計算， 活塞桿應(yīng)力 (3.5) 或 (3.6) 式中P—活塞桿所受的軸向載荷 d—活塞桿直徑 —活塞桿制造材料的許用應(yīng)力 根據(jù)以上公式可知 豎直液壓缸 液壓缸 可見，活塞桿的強(qiáng)度均滿足要求。 3.3液壓缸活塞的推力及拉力計算 液壓油作用在液壓缸活塞上的作用力P，對于一般單邊活塞桿液壓缸來說，當(dāng)活塞桿前進(jìn)時的推力： (3.7) 當(dāng)活塞桿后退時的拉力： (3.8) 當(dāng)活塞桿差動前進(jìn)時（即活塞的兩側(cè)同時進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力： (3.9) 式中 D—活塞直徑（即液壓缸內(nèi)徑）cm d—活塞桿直徑 cm -液壓缸的工作壓力 當(dāng)活塞桿前進(jìn)時的推力： 當(dāng)活塞桿后退時的拉力： 當(dāng)活塞桿差動前進(jìn)時（即活塞的兩側(cè)同時進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力： 液壓缸活塞的推力及拉力可以直接從附錄中的有關(guān)計算中查出；大部分也可以從《機(jī)械設(shè)計手冊》表11-133中直接讀出。 表11-133為活塞桿直徑d采用速度比計算得出，不同液壓缸直徑D和壓力下液壓缸活塞上的推力及拉力數(shù)值。 圖3.1 液壓缸活塞的受力 3.4活塞桿最大容許行程 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》表11-141和表11-142即可以概略的求出液壓缸的最大容許行程。 兩個液壓缸均采用如圖固定—自由模式進(jìn)行安裝。 圖3.2 安裝型式簡圖 根據(jù)長度公式 (3.13) 可知豎直液壓缸活塞桿計算長度l和實際行程S分別為 ==52.54cm =52.54-6=46.5cm 液壓缸活塞桿計算長度l和實際行程S分別為 = =72.78-5.5=67.28cm 3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 3.5.1液壓缸內(nèi)徑計算 當(dāng)P和p已知，則液壓缸內(nèi)徑D可按公式得： (3.14) 式中 P—活塞桿上的總作用力，N p—液壓油的工作壓力，KN 可知 豎直液壓缸的內(nèi)徑為125mm,液壓缸的內(nèi)徑為90mm。 3.5.2液壓缸壁厚計算 一般，低壓系統(tǒng)用的液壓缸都是薄壁缸，薄壁可用下式計算： (3.15) 式中，—缸壁厚度，m p—液壓缸內(nèi)工作壓力，Pa [σ]—剛體材料的許用應(yīng)力 D—液壓缸內(nèi)徑，cm 當(dāng)額定壓力Pn≤16MPA時，Pp=Pn×150/100 當(dāng)額定壓力Pn＞16MPA時，Pp=Pn×125/100 (3.16) —缸體材料的抗拉強(qiáng)度，Pa n—安全系數(shù)，一般可取n=5 應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)計算出的液壓缸壁較薄時，要按結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)加厚。 因此，根據(jù)上述公式可得， 豎直液壓缸 液壓缸 故豎直液壓缸的壁厚為18mm，液壓缸的壁厚為15mm。 關(guān)于液壓缸的安全系數(shù)，在設(shè)計液壓缸時通常取n=5。但是這在比較平穩(wěn)的工作條件下，強(qiáng)度有些余量；相反，假如工作條件為動載荷或沖擊壓力超過超耐壓力時，有時會出現(xiàn)危險狀態(tài)。因此合理的安全系數(shù)，應(yīng)根據(jù)實際使用條件選取。 3.6液壓缸筒與缸底的連接計算 缸體法蘭連接螺栓計算 缸體與端部用法蘭連接或拉桿連接時，螺栓或拉桿的強(qiáng)度計算如下： 圖3.3 缸體聯(lián)接 螺紋處的拉應(yīng)力 (3.17) 螺紋處的剪應(yīng)力 (3.18) 合成應(yīng)力 (3.19) 式中 Z—螺栓或拉桿的數(shù)量 —材料為45鋼時，=30 3.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計 3.7.1缸體端部連接結(jié)構(gòu) 采用簡單的焊接形式，其特點：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時應(yīng)小心注意。主要用于活塞式液壓缸。 3.7.2缸體材料 液壓缸缸體的常用材料為20、35、45號無縫鋼管。因20號鋼的機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時，則應(yīng)采用焊接性能比較號的35號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241~285HB。 缸體毛坯可采用鍛鋼，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個牌號或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。 3.7.3缸體技術(shù)條件 a. 缸體內(nèi)徑采用H8、H9配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時，Ra為0.1~0.4，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時，Ra為0.2~0.4。且均需衍磨。 b. 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度HB241~285。 c. 缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級精度選取。 d. 缸體端面T的垂直度公差可按7級精度選取。 e. 當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時，螺紋應(yīng)取為6級精度的公制螺紋。 f. 當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷軸時，孔徑或軸徑的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應(yīng)按9級精度選取。 g. 為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為30~40的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。 3.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計 3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 表3.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 聯(lián)接方式 備注說明 整體聯(lián)接 用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況 螺紋聯(lián)接 常用的聯(lián)接方式 半環(huán)聯(lián)接 用于工作壓力、機(jī)械振動較大的情況下 這里采用螺紋聯(lián)接。 3.8.2活塞的密封 活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結(jié)構(gòu)見下表 表3.2 常用的密封結(jié)構(gòu) 密封形式 備注說明 間隙密封 用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封 活塞環(huán)密封 適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長的活塞密封 O型密封圈密封 密封性能好，摩擦系數(shù)??；安裝空間小，廣泛用于固定密封和運動密封 Y型密封圈密封 用在20MPa下、往復(fù)運動速度較高的液壓缸密封 結(jié)合本設(shè)計所需要求，采用O型密封圈密封比較合適。 3.8.3活塞的材料 液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼及鋁合金等，這里采用45號鋼。 3.8.4活塞的技術(shù)要求 a. 活塞外徑D對內(nèi)孔的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。 b. 端面T對內(nèi)孔軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級精度選取。 c. 外徑D的圓柱度公差值，按9、10或11級精度選取。 圖3.3 活塞 3.9活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計 3.9.1端部結(jié)構(gòu) 活塞桿的端部結(jié)構(gòu)分為外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、球頭、柱銷等多種形式。根據(jù)本設(shè)計的結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護(hù)，可選用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。 3.9.2端部尺寸 如圖，為內(nèi)螺紋聯(lián)接簡圖。查表11-148，按照本設(shè)計要求，選用直徑螺距-螺紋長=。 圖3.2 螺紋聯(lián)接簡圖 3.9.3活塞桿結(jié)構(gòu) 活塞桿有實心和空心兩種，如下圖。實心活塞桿的材料為35、45號鋼；空心活塞桿材料為35、45號無縫鋼管。本設(shè)計采用實心活塞桿，選用45號鋼。 圖3.3 空心活塞桿 圖3.4 實心活塞桿 3.9.4活塞桿的技術(shù)要求 a. 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為HB229~285，必要時，再經(jīng)過高頻淬火，硬度達(dá)HRC45~55。在這里只需調(diào)質(zhì)到HB230即可。 b. 活塞桿的圓度公差值，按9~11級精度選取。這里取10級精度。 c. 活塞桿的圓柱度公差值，應(yīng)按8級精度選取。 d. 活塞桿的徑向跳動公差值，應(yīng)為0.01mm。 e. 端面T的垂直度公差值，則應(yīng)按7級精度選取。 f. 活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按6級精度加工（如載荷較小，機(jī)械振動也較小時，允許按7級或8級精度制造）。 g. 活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra0.63, 為了防止腐蝕和提高壽命，表面應(yīng)鍍以厚度約為40的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。 3.10活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 3.10.1導(dǎo)向套 a. 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式、結(jié)構(gòu) 表3.3 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式 導(dǎo)向方式 備注說明 缸蓋導(dǎo)向 減少零件數(shù)量，裝配簡單，磨損相對較快 管通導(dǎo)套 可利用壓力油潤滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài) 可拆導(dǎo)向套 容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、經(jīng)常更換導(dǎo)向套的場合 球面導(dǎo)向套 導(dǎo)向套自動調(diào)整位置，磨損比較均勻 本設(shè)計采用缸蓋導(dǎo)向。 b. 導(dǎo)向套材料 導(dǎo)向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。由于選用的是和缸蓋一體的導(dǎo)向套，所以材料和缸蓋也是相同的，都選用耐磨鑄鐵。 c. 導(dǎo)向套的技術(shù)要求 導(dǎo)向套的內(nèi)徑配合一般取為H8/f9，其表面粗糙度則為Ra0.63~1.25。 3.10.2活塞桿的密封與防塵 這里仍采用O型密封圈，材料選擇薄鋼片組合防塵圈，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。 3.11 缸蓋的材料 液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。在這里選擇ZG45鑄鋼。缸蓋按9、10或11級精度選取。6.6液壓缸的排氣裝置 第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置的制作過程包括：液壓缸的結(jié)構(gòu)、裝置、機(jī)架。并根據(jù)系統(tǒng)壓力、流量選擇了液壓閥、電機(jī)、泵。本文的設(shè)計能夠滿足節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置要求。 4.1系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán) b. 液壓缸前進(jìn)； c.液壓缸上升和液壓缸后退； d. 停止。 4.2 液壓執(zhí)行元件的配置 由于節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置要求立式布置，行程較小，故選用缸筒固定的立式單桿活塞桿（取缸的機(jī)械效率）。 4.3 負(fù)載分析計算 a. 初選液壓缸的工作壓力為，移動部件總重力，快進(jìn)快退的速度為1.7 m/s，加速、減速時間，靜摩擦因數(shù)，動摩擦因數(shù)。 b. 負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝備產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。這樣需要考慮的力有：墩粗力、導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，動摩擦力為，則 (3.1) 慣性負(fù)載是運動部件在啟動和制動過程中的慣性力，其平均值可按下式計算 (3.2) 式中 g—重力加速度， 啟動或制動時間，s；一般機(jī)械=0.1~0.5，輕載低速運動部件取小值，重載高速部件取大值，行走機(jī)械一般取。 上述三種負(fù)載之和即為液壓缸的外負(fù)載F。 4.4 液壓泵及其驅(qū)動電動機(jī)的選擇 確定液壓執(zhí)行元件的形式 液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉(zhuǎn)運動，二者的特點及適用場合見下表4.1 表4.1 各執(zhí)行元件的特點 名 稱 特 點 適 用 場 合 雙活塞桿液壓缸 雙向?qū)ΨQ 雙作用往復(fù)運動 柱塞缸 結(jié)構(gòu)簡單 單向工作，靠重力或其他外力返回 齒輪泵 結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜 高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運動 葉片泵 體積小，轉(zhuǎn)動慣量小 高轉(zhuǎn)速低扭矩動作靈敏的回轉(zhuǎn)運動 擺線齒輪泵 體積小，輸出扭矩大 低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 軸向柱塞泵 運動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬 大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 徑向柱塞泵 轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出大扭矩 低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 注：A1——無桿腔的活塞面積 A2——有桿腔的活塞面積 常用液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等類型，各種泵間的特性有很大差異。選擇液壓泵的主要依據(jù)是其最大工作壓力和最大流量。同時還要考慮定量或變量、原動機(jī)類型、轉(zhuǎn)速、容積效率、總效率、自吸特性、噪聲等因素。這些因素通常在產(chǎn)品樣本中均有反映。葉片泵也就是常說的離心泵，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，流量大，調(diào)節(jié)也很方便。故選擇葉片泵作為系統(tǒng)的油源。 通過查資料，得知葉片泵的額定壓力是16Mpa，中壓，排量1~350mL/r，最高轉(zhuǎn)速500~4000r/min，最大功率320kW，容積效率80~94%，總效率75~90%，適用黏度20~200mm2/s，自吸能力好，功率質(zhì)量比大，輸出壓力脈動小，污染敏感度大，葉片磨損后效率下降較小，黏度對效率的影響較小，噪聲小~中，價格中，適用于機(jī)床、液壓機(jī)、注塑機(jī)、工程機(jī)械、飛機(jī)及要求噪聲較低的場合。 4.4.1液壓泵的最大工作壓力 液壓泵的最大工作壓力pp取決于執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）的最大工作壓力，即 ppp1+(4.1) 式中 p1——液壓缸或液壓馬達(dá)的最大工作壓力，16MPa； ——系統(tǒng)進(jìn)油路上的總壓力損失[系統(tǒng)管路未曾確定前，可按經(jīng)驗進(jìn)行估取，簡單系統(tǒng)取=（0.2~0.5）106Pa，復(fù)雜系統(tǒng)取=（0.5~1.5）106Pa，該系統(tǒng)中取為0.5106Pa]。 故可知 pp16106+0.5106=16.5106Pa，即液壓泵的最大工作壓力為17Mpa。 4.4.2計算液壓泵的最大流量 主液壓缸的最大流量qP（m3/s）取決于系統(tǒng)所需流量qv 對于采用差動缸回路的系統(tǒng)，液壓泵的最大流量為 qPqv=K(A1-A2)vmax (4.2) 式中 A1、A2——液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積，m3； vmax——液壓缸的最大移動速度，m/s； K——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1~1.3（大流量取小值，小流量取大值）。 由于節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置每分鐘循環(huán)次數(shù)為86次，故可知兩個液壓缸循環(huán)一次約為0.7s，初選豎直液壓缸和液壓缸前進(jìn)和后退的時間相同，故每次前進(jìn)或者后退的時間約為0.175s。故由公式 可知 (4.3) = (4.4) 可知=0.175m/s 可知液壓缸的最大移動速度為0.175m/s。 液壓缸的工作行程根據(jù)公式 S===0.15m (4.5) 故液壓泵的最大流量 豎直液壓缸 qv=K(A1-A2)=1.1 m3/s 液壓缸 取液壓泵的最大流量為120 4.4.3選擇液壓泵的規(guī)格 按照液壓系統(tǒng)圖中擬訂的液壓泵的型式及上述計算得到的pp和qP值，由產(chǎn)品樣本或手冊選取相應(yīng)的液壓泵規(guī)格。為了保證系統(tǒng)不致因過渡過程中過高的動態(tài)壓力作用被破壞，液壓泵應(yīng)有一定的壓力儲備量，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%~60%（高壓系統(tǒng)取小值，中低壓系統(tǒng)取大值）。 關(guān)于泵的流量，在實際選擇中，由于產(chǎn)品樣本上通常給出泵的排量、轉(zhuǎn)速范圍及典型轉(zhuǎn)速下不同壓力下的輸出流量，故在系統(tǒng)所需流量qv已知的情況下，泵的流量（L/min）、轉(zhuǎn)速n(r/min)與排量V（mL/r）應(yīng)綜合考慮。事實上，由于泵的輸出流量qP為 = 10-3 v(4.6) 式中 v——泵的容積效率，%； 所以，一般首先根據(jù)系統(tǒng)所需流量qv（L/min）和初選的液壓泵轉(zhuǎn)速n1(r/min)及泵的容積效率v（可從產(chǎn)品樣本查得或估取為v=0.9）計算泵排量參考值，即 Vg= (4.7) 然后再倒算（復(fù)算）出泵的實際流量即可，對于定量泵，最終選擇的泵流量盡可能與系統(tǒng)所需流量相符合。 根據(jù)上述計算公式，可知 Vg==mL/r 泵的輸出流量 =20m 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取YB-25型單級葉片泵。 4.4.4計算液壓泵的驅(qū)動功率并選擇原動機(jī) a. 驅(qū)動功率的計算 若工作循環(huán)中，泵的壓力和流量比較恒定（即工況圖上p-t曲線和q-t曲線變化較為平穩(wěn)），則液壓泵驅(qū)動功率應(yīng)按下式計算 （W） (4.8) 式中 為液壓泵的最大工作壓力（Pa）和最大流量（m/s）；為液壓泵的總效率，取80%。 = b. 電動機(jī)的選擇 固定設(shè)備的液壓系統(tǒng)，其液壓泵通常用電動機(jī)驅(qū)動。 根據(jù)上述計算出的功率和液壓泵的轉(zhuǎn)速及其使用環(huán)境，從產(chǎn)品樣本或手冊中選定其型號規(guī)格[額定功率、轉(zhuǎn)速、電源、結(jié)構(gòu)型式（立式、臥式，開式、封閉式等）]，并對其進(jìn)行超載能力核算，以保證每個工作階段電動機(jī)的峰值超載量都低于25%~50%。 根據(jù)《液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用》的參數(shù)信息，選擇同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y225M-2三相異步電動機(jī)。滿載轉(zhuǎn)速為2970r/min，額定功率為45kW，額定轉(zhuǎn)矩為2.2Nm。 4.5其他液壓元件的選擇 4.5.1液壓閥及過濾器的選擇 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格。節(jié)流調(diào)速回路實驗裝置系統(tǒng)中，所有液壓閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，所有元件的規(guī)格型號列于下表中。過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。表中序號與系統(tǒng)原理圖中的序號一致。 表4.2 液壓元件明細(xì)表 序 號 元件名稱 最大通過流量/L· 型 號 1 雙葉片葉片泵 120 YB25 2 溢流閥 4 Y-10B 3、16、18 壓力表 K-6B 4 溢流閥 4 Y-10B 5、6、7 液控順序閥 1.6 XY-25B 8 溢流閥 4 Y-10B 9、10、11 液控順序閥 1.6 XY-25B 12 順序閥 1.6 XY-25B 13 單向閥 20 I-25B 14、15 三位四通換向閥 32 35-63BY 17、19 壓力繼電器 20 二位二通換向閥 32 4.5.2油管的選擇 方案一：在液壓、氣壓傳動及潤滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能承受較高的壓力，價廉，但安裝時的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便的地方。這里作者們采用鋼管連接。 管道內(nèi)徑計算 (5.9) 式中 Q——通過管道內(nèi)的流量 v——管道內(nèi)允許流速 允許流速推薦值 表5.3 允許流速推薦值 油液流經(jīng)的管道 推薦流速 m/s 液壓泵吸油管道 0.5~1.5，一般取1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3~6，壓力高，管道粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5~2.6 取=0.8m/s，=4m/s, =2m/s.分別應(yīng)用上述公式得 =20.2mm,=10.7mm,=15.2mm。根據(jù)內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。按表37-9-1經(jīng)過圓整后分別選取=20mm，=10.7mm, =15mm。對應(yīng)管子壁厚。 方案二：根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來計算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接快進(jìn)快退時，油管內(nèi)通油量最大，其實際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)240L/min。 綜上所述，液壓缸進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號冷拔鋼管（YB 231-70）。 4.5.3 油箱及其輔件的確定 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲存油液外，還起著散發(fā)油液中的熱量（在周圍環(huán)境溫度較低的情況下則是保持油液中熱量）、分離油液中的氣泡、沉淀固體雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如空氣濾清器及液位計等。 設(shè)計油箱時應(yīng)考慮如下幾點： a .油箱必須有足夠大的容積。以滿足散熱要求，停車時能容納液壓系統(tǒng)中所有的油；而工作時又保持適當(dāng)?shù)挠臀灰蟮取? b. 吸油管及回油管應(yīng)插入最低油位以下。以防止吸油管吸入空氣；回油管飛濺產(chǎn)生氣泡。管口一般與油箱底、箱壁的距離不小于管徑的3倍。吸油管應(yīng)安裝80或100μm的網(wǎng)式或線隙式濾油器，安裝位置要便于裝卸或清洗濾油器。回油管口斜切45°角并面向箱壁，以防回油沖擊油箱底部的沉積物。 c. 吸油管和回油管的距離盡可能遠(yuǎn)一點，中間要設(shè)置隔板，使油液在油箱中流動速度緩慢一點，時間長一些，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。 d. 為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有密封的頂蓋，頂蓋上應(yīng)沒有帶濾油網(wǎng)的注油口及帶空氣濾清器的通氣孔，注油及通氣一般都由一個空氣濾清器來完成。為了便于放掉油，油箱底應(yīng)有一定傾斜度，最低處設(shè)放油閥。 e. 箱壁上應(yīng)考慮安裝液面指示器、冷卻器。加熱器及溫度計等位置。 f.油箱也可以設(shè)計成完全密封的充壓式油箱，用以改善液壓的吸油狀況。一般充氣壓力為0.07~0.1MPa。 根據(jù)以上六點設(shè)計要點以及對照本設(shè)計的需要，繪制油箱簡圖如下： 圖4-5 油箱簡圖 初始設(shè)計時，先按經(jīng)驗確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。 初始設(shè)計時，先按經(jīng)驗公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。 在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。初設(shè)計時，按經(jīng)驗公式(5.10) 式中——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積 ——經(jīng)驗系數(shù),按下表取 =5： 表5.4 各系統(tǒng)經(jīng)驗系數(shù) 系統(tǒng)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機(jī)械 1～2 2～4 5～7 6～12 10 中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5~7倍，故油箱容積為 =5120=600L 4.6 液壓系統(tǒng)壓力損失驗算 驗算的目的在于了解執(zhí)行元件能否得到所需工作壓力。系統(tǒng)進(jìn)油路上的壓力損失由管道的沿程壓力損失、局部壓力損失兩部分組成，即 =+（Pa） (5.11) a. 沿程壓力損失 =（Pa） (5.12)式中 —沿程阻力系數(shù)，可按《液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用》表2-34相應(yīng)的公式進(jìn)行計算，也可以由圖2-14查得； —管道長度，m； —液體密度，； —液流平均速度，。 因此由公式可得沿程壓力損失 =0.1（Pa） b. 局部壓力損失 （Pa）(5.13) 式中 —局部阻力系數(shù)，其具體數(shù)值與局部阻力裝置的類型和雷諾數(shù)有關(guān)，通常，當(dāng)Re＞時，； —液體密度，； —液流平均速度，。 因此由公式可得局部壓力損失 （Pa） 第5章 液壓站設(shè)計與維護(hù)保養(yǎng) 5.1油箱的設(shè)計 液壓油箱的作用是貯存液壓油、分離液壓油中雜質(zhì)和空氣，同時還起到散熱的作用。 5.1.1油箱有效容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量V可概略地確定為： 在低壓系統(tǒng)中p<2.5MPa可?。? (4.1) 在中壓系統(tǒng)中p<6.3MPa可取： (4.2) 在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中p>6.3MPa可?。? (4.3) 式中　　　V——液壓油箱有效容量； 　　　　 ——液壓泵額定流量。 在本課題中， 應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會因策略作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過液壓油箱高度的80%?！? 根據(jù)設(shè)計條件，本實驗臺屬于中壓系統(tǒng)，油箱有效容積取200L。　　　　 5.1.2液壓油箱的外形尺寸 表4.1BEX系列液壓油箱外形尺寸 　　　 尺寸（mm） 型號 A b c BEX－63A 550 450 600 BEX－100 700 500 600 BEX－160 800 600 660 BEX－250 1000 650 680 BEX-1000 1800 1100 800 液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長：寬：高）為1：1：1～1：2：3。為提高冷卻效率，在安裝位置不受時，可將液壓油箱的容量予以增大。如果所設(shè)計的液壓油箱能滿足下列尺寸的要求，則可以從中選擇一種。由于我國液壓油箱還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本文只介紹其中的一種。 此次選用的油箱型號為BEX-63A，可滿足設(shè)計所需要求。設(shè)計圖如4.1所示。 圖4.1 油箱主視圖 5.1.3液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在一般設(shè)備中，液壓油箱多采用鋼板焊接的分離式液壓油箱。 (1)吸油管與回油管 1)油管出口　　 回油管的出口形式有直口、斜口、彎管直口、帶擴(kuò)散器的出口等幾種型式，斜口應(yīng)用得較多，一般為45°C斜口。為了防止液面波動，可以在回油管出口裝擴(kuò)散器?；赜凸鼙仨毿D(zhuǎn)在液面以下，一般距液壓油箱底面的距離大于300mm，回油管出口絕對不允許放在液面以上。 2)回油集管　　 單獨設(shè)置回油管當(dāng)然是理想的，但不得已時則應(yīng)使用回油集管。對溢流閥、順序閥等，應(yīng)注意合理設(shè)計回油集管，不要人為地施以背壓。 3)泄漏油管的配置　　 管子直徑和長度要適當(dāng)，管口應(yīng)在液面之上，以避免產(chǎn)生背壓。泄漏油管以單獨配管為好，盡量避免與回油管集流配管的方法。 4)吸油管　　 吸油管前一般應(yīng)設(shè)置濾油器，其精度為100～200目的網(wǎng)式或線隙式濾油器。濾油器要有足夠的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離就不小于20mm。吸油管應(yīng)插入液壓油面以下，防止吸油時卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動油面，致使油中混入氣泡。 5)吸油管與回油管的方向　　 為了使油液流動具有方向性，要綜合考慮隔板、吸油管和回油管的配置，盡量把吸油管和回油管用隔板開。為了不使回油管的壓力波動波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向應(yīng)一致，而不是相對著。 (2)防止雜質(zhì)侵入 為了防止液壓油被污染，液壓油箱應(yīng)做成完全密封型的。在結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意以下幾點： 1)不要將配管簡單地插入液壓油箱，這樣空氣、雜質(zhì)和水分等便會從其周圍的間隙侵入。同時應(yīng)盡量避免將液壓泵及馬達(dá)直接裝在液壓油箱頂蓋上。 2)在接合面上需襯入密封填料、密封膠和液態(tài)密封膠，以保證可靠的氣密性。例如，液壓油箱的上蓋可直接焊上，也可加密封墊（1.5mm厚以上的耐油密封墊）進(jìn)行密封。 3)為保證液壓油箱通大氣并凈化抽吸空氣，需配備空氣濾清器?？諝鉃V清器常設(shè)計成既能過濾空氣又能加油的結(jié)構(gòu)。 (3)頂蓋及清洗孔 1)頂蓋　 在液壓油箱頂蓋上裝設(shè)泵、馬達(dá)、閥組、空氣濾清器時，必須十分牢固。液壓油箱同它們的接合面要平整光滑，將密封填料、耐油橡膠密封圈（厚2~1.5mm左右）以及液態(tài)密封膠（耐油性、半干燥性）襯入其間，以防雜質(zhì)、水和空氣侵入，并防止漏油。同時，不允許由閥和管道泄漏在箱蓋上的液壓油流回液壓油箱內(nèi)。液壓泵及液壓馬達(dá)的底座要與上頂蓋分開，另行制做。如圖4.1所示。 圖4.1 油箱頂蓋 2)清洗孔　　 液壓油箱上的清洗孔，應(yīng)最大限度地易于清掃液壓油箱內(nèi)的各個角落和取出箱內(nèi)的元件。 3)雜質(zhì)和污油的排放　　 為了便于排放污油，液壓油箱底部應(yīng)做成傾斜式箱底，并將放油塞安放在最低處。 (4)液壓油箱的防銹 為了防止液壓油箱內(nèi)部生銹，應(yīng)在油箱內(nèi)壁涂耐油防銹涂料。 (5)液壓油箱的加熱與冷卻 為提高液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，應(yīng)使系統(tǒng)在適宜的油溫度下工作。液壓油溫度一般希望保持在30°C～50°C范圍內(nèi)，最高不超過60°C，最低不低于15°C。 1)加熱　　 寒冷地區(qū)因溫度低，液壓泵走動困難，需首先加熱。工廠中常用型油用管狀電加熱器。 2)冷卻　　 液壓系統(tǒng)工作時，因各種損失，有時使液壓油液產(chǎn)生大量的熱量，直接影響系統(tǒng)的正常工作，這些熱量單憑一般的液壓油箱散發(fā)是不夠的。因此，需設(shè)置冷卻設(shè)備。液壓系統(tǒng)中冷卻器的常用冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種。 5.2液壓站結(jié)構(gòu) 5.2.1液壓泵的安裝方式 液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動電動機(jī)及其聯(lián)軸器等。其安裝方式分為立式和臥式兩種。 本次設(shè)計采用的是臥式安裝。液壓泵及掛到都安裝在液壓油箱外面，安裝維修方便，散熱條件好。符合實驗臺設(shè)計的要求。 圖4.2 液壓泵的臥式安裝 5.2.2電動機(jī)與液壓泵的聯(lián)接方式 電動機(jī)與液壓泵的聯(lián)接方式分為法蘭式、支架式和支架法蘭式。 為避免安裝時產(chǎn)生同軸度誤差帶來的不良影響，常采用帶有彈性的聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器可以選用零件手冊中的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，也可自行設(shè)計。為增加電動機(jī)與液壓泵的聯(lián)接剛性，避免產(chǎn)生共振，可以把液壓泵和電動機(jī)先裝在剛性較好的底板上使其成為一體，然后底板加墊再裝到液壓油箱蓋上。 此次設(shè)計采用的是支架式安裝，采用凸緣聯(lián)軸器把泵和電機(jī)相連。 5.2.3液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計的注意事項 (1)液壓裝置中各部件、元件的布置要均勻、便于裝配、調(diào)整、維修和使用，并且要適當(dāng)?shù)刈⒁馔庥^的整齊和美觀。 (2)液壓泵與電動機(jī)可裝在液壓油箱的蓋上，也可裝在液壓油箱之處，主要考慮液壓油箱的大小與剛度。 (3)在閥類元件的布置中，行程閥的安放位置必須靠近運動部件。手動換向閥的位置必須靠近部位。換向閥之間在留有一定的軸向距離，以便進(jìn)行手動調(diào)整或裝拆電磁鐵。壓力表及其形狀應(yīng)布置在便于觀察和調(diào)整的地方。 (4)液壓泵與機(jī)床相聯(lián)的管道一般都先集中接到機(jī)床的中間接頭上，然后再分別通向不同部件的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去，這樣做有利于搬運、裝拆和維修。 (5)硬管應(yīng)貼地或沿著機(jī)床外形壁面敷設(shè)。相互平等的管道應(yīng)保持一定的間隔，并用管夾固定。隨工作部件運動的管道可采用軟管、伸縮管或彈性管。軟管安裝時應(yīng)避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)，以名影響使用壽命。 綜上所述，設(shè)計采用液壓泵臥式安裝；電動機(jī)與泵的連接采用支架式連接。以滿足液壓站易維護(hù)、易保養(yǎng)的要求。 正確安裝調(diào)試及合理使用維護(hù)液壓站，是保證其長期發(fā)揮和保持其良好工作性能的重要條件之一。為此，在液壓站安裝調(diào)試中，必須熟悉主機(jī)的工況特點及其液壓系統(tǒng)的工作原理與液壓站各組成部分的結(jié)構(gòu)、功能和作用并嚴(yán)格按照設(shè)計要求來進(jìn)行：在液壓站使用維護(hù)中應(yīng)對其加強(qiáng)日常維護(hù)和管理。 5.3液壓站的組裝 在組裝液壓站之前，首先應(yīng)先熟悉有關(guān)技術(shù)文件和資料，如液壓系統(tǒng)原理圖、液壓控制裝置的集成回路圖、電氣原理圖、液壓站各部件（如液壓油箱、液