定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置設計【含圖紙】

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畢業(yè)設計(論文)中期報告 題目:定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置設計 院（系） 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2013年03月21日 1. 設計（論文）進展狀況 工作進行到12周，在這個階段的主要工作有外文翻譯，設計方面開始工程圖的繪制階段。 工程圖完成情況：原理已分析清楚，部分零件圖、裝配圖利用CAD已基本畫完，零件圖包括（1張A1實驗臺焊接支架構成圖，1張油箱焊接組建圖，1張液壓缸零件圖以及其他零件圖）。 目前完成的任務有：液壓站、總裝配圖的繪制以及部分零件圖繪制完成。液壓元件的初步估算，管道以及管接頭的初選，液壓缸的設計以及各個零部件的選擇。外文翻譯了一片關于多傳感器信息融合技術在液壓系統(tǒng)的故障診斷中的應用的文獻。 總裝配圖的主視圖如下： 2. 存在問題及解決措施 隨著設計的不斷進行，出現不少問題，主要有： 在液壓站的設計上不完善，不能很好的做到濾油器充分吸油的效果。解決辦法是后又加上另一截管線是濾油器下伸到郵箱三分之一處，使回路運行更加有效。如下圖所示： 在原理的設計方面還存在一些問題，在加載支路上沒有加設減壓閥，會出現一些制圖上的錯誤，在導師的悉心指導下正在逐步一一改正。如下圖所示： 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 快進 + - + - - 工進 + - - - - 快退 - + - - + 停止 - - - - - 3. 后期工作安排 后期的任務主要有： 8-12周：完成全部技術設計； 13-14周：撰寫畢業(yè)設計論文； 15周：論文答辯。 后期的主要工作重點還是放在工程圖的繪制，并且需要完善已經完成的裝配圖以及加強后期零件圖的繪制。最后在同時進行設計論文的完成以及最后整個油路熱溫升校核，完成全部技術設計。 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目:定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2012年12月26日  1.畢業(yè)設計綜述 （一）：課題研究的目的和意義 液壓傳動由于其具有傳動功率大、易于實現無極調速等優(yōu)點，使其在各類機械設備中得到廣泛的應用。該選題以定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置設計為對象，緊密結合機械設計制造及自動化專業(yè)的相關基礎技術和專業(yè)技術，對于鍛煉學生綜合應用液壓傳動、機械制造工程、機械設計、機械CAD等基本專業(yè)知識解決工程實際問題的能力以及獨立工作的能力具有積極的促進作用，總之，通過本題目的設計，可以使學生對四年所學課程得到一次全面的實踐鍛煉。設計液壓實驗裝置原理是解決液壓工程實際問題的前提，只有熟悉液壓傳功系統(tǒng)設計的一般程序，了解各種液壓傳動的原理，通過畫出原理圖和計算相關數據才能建立出解決問題的初步模型。通過定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置的設計我們可以了解到，容積節(jié)流調速采用變量泵供油，通過節(jié)流閥或調速閥控制流入（或流出）執(zhí)行元件的流量來調節(jié)執(zhí)行元件的運動速度，使變量泵的供油量與執(zhí)行元件所需流量相適應。這種回路無溢流損失，效率高，速度負載特性比單純的容積調速回路好。目前隨著機械事業(yè)的發(fā)展及人民生活水平的提高，很多機械設備在實現自動化的同時都應用到了液壓傳動系統(tǒng)，目的就是應用其傳動功率大，易于實現無極調速的優(yōu)點，減輕工人負擔，提高生產效率。 總體來說，通過本課題我們可以對液壓傳動系統(tǒng)的設計、發(fā)展趨勢以及各種相關的基本原理做出更熟練的掌握和應用。 （二）：課題研究的背景、國內外研究現狀及發(fā)展趨勢 液壓系統(tǒng)傳動又稱流體傳動，是根據17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術。第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動廣泛應用,特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓站大約在 19 世紀末 20 世紀初的20年間,才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產階段。1925 年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動 的逐步建立奠定了基礎。20 世紀初康斯坦丁?尼斯克(G?Constantimsco)對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究;1910年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻，使這兩方面領域得到了發(fā)展。 　　第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間,在美國機床中有30%應用了液壓傳動。應該指出,日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速發(fā)展液壓傳動,1956 年成立了”液壓工業(yè)會”。近20~30 年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，居世界領先地位。 　　液壓系統(tǒng)有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等;行走機械中的工程機械、建筑機械、農業(yè)機械、汽車等;鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等;土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等;發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等;船舶用的甲板起重機械(絞車)、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等;特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等;軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 （三）：液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 推動社會技術發(fā)展的動力一直都是社會需求，而液壓技術發(fā)展的永恒目標也一直是降低能耗，提高效率，適應環(huán)保需求，機電一體化，這也是液壓產品參與市場競爭取勝的關鍵。液壓系統(tǒng)逐步實現柔性化、智能化，徹底改變液壓系統(tǒng)低效率，漏油、維修性差等缺點，充分發(fā)揮液壓系統(tǒng)貫性小、響應快、傳動力大等優(yōu)點 ，其發(fā)展動向是： 1.不斷擴大電液伺服的比例技術應用； 2.減少元件和系統(tǒng)的內部壓力損失，以減少功率損失； 3.減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節(jié)流系統(tǒng)來調節(jié)流量和壓力； 4.發(fā)展具有節(jié)能、儲能功能的高效系統(tǒng)。 2.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 1) 研究采限壓式變量葉片泵+調速閥的容積節(jié)流調速回路的原理； 2) 設計出合理的、能滿足使用要求的定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置； 3) 可實現快進-工進-快退工作循環(huán)； 4) 繪制主要零件圖； 5) 選擇液壓元件型號； 6) 對系統(tǒng)進行溫升校核。 定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置原理圖 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 快進 + - + - - 工進 + - - - - 快退 - + - - + 停止 - - - - - 3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 1. 確定液壓系統(tǒng)參數，選擇合適的液壓元件，計算液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率使用值。 2. 熟悉液壓操作實驗臺的組成部分，操作方法及液壓站的安裝和使用。 2. 擬定液壓系統(tǒng)圖。 3. 根據上述問題提出多種可能的設計方案，對各方案進行評價優(yōu)選獲得最佳設計方案。結合設計方案，進行相關分析、計算，包括關鍵零件或結構的計算、校核，確定主要零部件的結構；繪制出裝配圖，根據裝配圖，拆畫主要零件的零件圖。 4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 4.1基本要求： （1）有部分計算機繪圖； （2）按時完成開題報告及中期報告； （3）外文翻譯（字數）：3000漢字； （4）參考文獻（篇數）：不少于18篇，其中外文不少于3篇 ； （5）論文（字數）：不少于20000漢字； 4.2進度計劃： （1）1-3周：查找資料，完成開題報告； （2）4-7周：完成方案設計，繪制總裝配圖；完成外文翻譯，寫中期報告； （3）8-12周：完成全部技術設計； （4）13-14周：撰寫畢業(yè)設計論文； （5）15周：論文答辯。 5．指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導老師： 年 月 日 6.所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 主要參考文獻 [1] 張利平.現代液壓技術應用220例.化學工業(yè)出版社 [2] 張奕.液壓與氣壓傳動.電子工業(yè)出版社 [3] 楊培元、朱福元.液壓系統(tǒng)設計簡明手冊 .機械工業(yè)出版社 [4] 何存興、張鐵華.液壓與氣壓傳動.武漢：華中科技大學出版社，2000 [5] 林建亞、何存興.液壓元件.北京：機械工業(yè)出版社 [6] 張力平.液壓站設計與使用 海洋出版社 [7] 左建民. 液壓與氣壓傳動（第四版）.北京：機械工業(yè)出版社，2010 [8] 盛永華. 液壓與氣壓傳動.武漢：華中理工大學出版社，2005 [9] 宋建安，趙鐵栓.液壓傳動.西安：世界圖書出版社，2004 [10] 王守城，容一鳴.液壓傳動.北京：中國林業(yè)出版社， 北京大學出版社，2006 [11] 王春行.液壓控制系統(tǒng).北京：機械工業(yè)出版社，2000 [12] 張利平.液壓傳動與控制.西安：西北工業(yè)大學出版社，2005 [13] 雷天覺.新編液壓工程手冊.北京：北京理工大學出版社，1998 [14] 朱釩、張志、張道富等國內外液壓機技術現狀與發(fā)展趨勢[J] 機床與液壓，2000，（01） [15] 秦勇.液壓技術的現狀與發(fā)展趨勢[J].煤礦機械,2000,(11) [16] Johnson P.Help Your Filters Save Money.Hydraulics & Pneumatics,Nov,2001 [17] Schneider R T.Don’t Forget to Congsider Accumulators. Hydraulics, Oct,2001 [18] Northman Co, Ltd New Products Guide - 7 定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置設計 摘 要 液壓基本回路是指能實現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。本文對定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置的設計進行了詳細的分析設計。 首先，本文分析了簡單的容積節(jié)流調速基本回路的原理，在此基礎上總結出定壓式容積節(jié)流調速回路系統(tǒng)原理圖；其次，根據液壓傳動相關理論進行數據計算，選擇合適的液壓元件；再次，根據元件的安裝位置及實驗臺設計原則，進行實驗裝置整體框架結構的設計；最后，對本次設計的實驗臺裝置進行性能驗算，包括壓力損失的驗算和系統(tǒng)溫升校核環(huán)節(jié)。 通過相關理論數據的驗算，本次設計的液壓實驗臺裝置能完成定壓式容積節(jié)流調速回路實驗。 關鍵詞：液壓基本回路；調速回路；實驗臺 3 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)流調速回路實驗裝置設計分析 4 2.1回路分析 4 2.1.1調速基本回路 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)參數設計 8 3.1液壓缸的設計 8 3.1.1液壓缸參數設計 8 3.1.2液壓缸結構設計 11 3.2液壓泵裝置 17 3.2.1液壓泵設計選型 17 3.2.2驅動電機的選型 18 3.2.3聯(lián)軸器的選型 19 3.3油箱設計 19 3.3.1油箱有效容積計算 19 3.3.2油箱組件結構設計 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油管的選用計算 25 4.2管接頭 26 4.3液壓油 27 5實驗臺結構設計 28 5.1概述 28 5.2實驗臺組件設計 28 5.3臺面設計 28 5.4安裝面板設計 29 6液壓系統(tǒng)性能驗算 30 6.1調壓回路性能驗算 31 6.1.1調壓回路壓力損失 31 6.1.2調壓回路發(fā)熱溫升估算 35 7液壓系統(tǒng)的安裝、調試與故障處理 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)的調試 38 7.3液壓系統(tǒng)常見故障與診斷 38 8總結 40 參考文獻 41 致謝 43 畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 44 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 45 本科畢業(yè)設計(論文) 題目：定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置 系 別： 機電信息系 專 業(yè)：機械設計制造及自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 2013年5月 定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置設計 摘 要 液壓基本回路是指能實現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。本文對定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置的設計進行了詳細的分析設計。 首先，本文分析了簡單的容積節(jié)流調速基本回路的原理，在此基礎上總結出定壓式容積節(jié)流調速回路系統(tǒng)原理圖；其次，根據液壓傳動相關理論進行數據計算，選擇合適的液壓元件；再次，根據元件的安裝位置及實驗臺設計原則，進行實驗裝置整體框架結構的設計；最后，對本次設計的實驗臺裝置進行性能驗算，包括壓力損失的驗算和系統(tǒng)溫升校核環(huán)節(jié)。 通過相關理論數據的驗算，本次設計的液壓實驗臺裝置能完成定壓式容積節(jié)流調速回路實驗。 關鍵詞：液壓基本回路；調速回路；實驗臺 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)流調速回路實驗裝置設計分析 4 2.1回路分析 4 2.1.1調速基本回路 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)參數設計 8 3.1液壓缸的設計 8 3.1.1液壓缸參數設計 8 3.1.2液壓缸結構設計 11 3.2液壓泵裝置 17 3.2.1液壓泵設計選型 17 3.2.2驅動電機的選型 18 3.2.3聯(lián)軸器的選型 19 3.3油箱設計 19 3.3.1油箱有效容積計算 19 3.3.2油箱組件結構設計 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油管的選用計算 25 4.2管接頭 26 4.3液壓油 27 5實驗臺結構設計 28 5.1概述 28 5.2實驗臺組件設計 28 5.3臺面設計 28 5.4安裝面板設計 29 6液壓系統(tǒng)性能驗算 30 6.1調壓回路性能驗算 31 6.1.1調壓回路壓力損失 31 6.1.2調壓回路發(fā)熱溫升估算 35 7液壓系統(tǒng)的安裝、調試與故障處理 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)的調試 38 7.3液壓系統(tǒng)常見故障與診斷 38 8總結 40 參考文獻 41 致謝 43 畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 44 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 45 1 緒論 1 緒論 1.1概述 液壓傳動是以流體為工作介質進行能量傳遞和控制的一種傳動形式。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的組合成具有一定控制功能的傳動系統(tǒng)。 液壓傳動系統(tǒng)涉及的內容較為抽象，不易理解，實驗則是學習液壓傳動的重要途徑。 液壓傳動是利用有壓液體作為傳動介質來傳遞動力或控制信號的一種傳動方式，也是利用有壓液體的壓力進行能量傳遞、能量轉換和能量控制的傳動系統(tǒng)。它由能源裝置、傳動裝置、輔助裝置和執(zhí)行元件組成。傳動部分是機械裝置的重要組成部分，起著傳遞運動和力的作用。傳動裝置的選擇正確與否直接決定著實驗臺的性能好壞；傳動方案的選擇要充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結構簡單、工作可靠、效率高、成本低、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 傳動機構通常分為機械傳動、電氣傳動和流體傳動。 流體傳動是以流體為工作介質進行能量的轉換、傳遞和控制的傳動。包括液體傳動和氣體傳動。 液體傳動是以液體為工作介質的流體傳動。包括液壓傳動和液力傳動。 液壓傳動是利用液體壓力勢能的液體傳動；液力傳動則主要利用液體的動能。 液壓傳動區(qū)別于其他傳動方式主要有如下兩個特征（由于傳動中液體的壓力損失相對工作壓力較小，為揭示液壓傳動的本質，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）進行的。其原理是把在密封容器內的液體當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傳動到液體各點。 特征二：速度或轉速按“容積變化相等”的原則進行。 此處針對液壓傳動的基本特征說明兩點： (1) 在討論時我們是忽略液體的壓力損失和容積損失的，而事實上當管道中的流速較高時，會存在壓力損失，在復雜系統(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。關于 45 系統(tǒng)的壓力損失會在后面的章節(jié)中會做詳細的驗算。 (2) 壓力取決于負載，應理解為綜合阻力，此負載不僅僅是指克服執(zhí)行元件的外加負載， 還包括各種流動阻力以及執(zhí)行元件需要克服的與其接觸的元件的摩擦阻力等。 1.2液壓傳動的發(fā)展概況 液壓傳動開始應用于18世紀末英國第一臺水壓機，而我國的液壓技術開始于1952年，液壓元件最初應用于機床和鍛壓設備，后來應用與工程機械。1964年我國從國外引進一些液壓元件的生產技術，同時自行設計液壓產品，經過多年的艱苦探索和發(fā)展，特別是引進美國、德國、日本的先進技術和設備，使我國的液壓技術上了新的臺階。目前我國已經形成門類齊全的標準化、系列化、通用化的液壓元件系列產品。在吸收和借鑒國外先進液壓技術的同時，大力研制、開發(fā)國產液壓元件新產品，加強產品的可靠性和新技術的應用領域，現在的國產液壓元件積極采取新的國際標準，使我國現代的液壓技術得到進一步發(fā)展。 液壓系統(tǒng)已經在各個工業(yè)部門及農林牧漁等許多部門得到了愈來愈廣泛的應用，而且愈先進的設備，其應用液壓系統(tǒng)的部分就愈多[4]。 1.3課題背景 近年來中國液壓機械行業(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，和國外相比仍有很大差距。中國制造業(yè)由于缺乏核心技術，貼牌生成仍然是“中國制造”普遍的生存模式。很多高端產品表面上是中國生產，其實核心技術都來自國外。為此，“十二五”明確指出必須堅持發(fā)揮市場基礎性作用與政府引導推動相結合，科技創(chuàng)新與實現產業(yè)化相結合，深化體制改革，以企業(yè)為主體，推進產學研結合，讓高端制造業(yè)成為國民經濟的先導產業(yè)和支柱產業(yè)。制造業(yè)的升級和轉型，對液壓機械行業(yè)有著深遠的影響和重大意義[5]。 我國農業(yè)、水利、能源、交通等產業(yè)的發(fā)展較快，為此需要大量機械裝備以滿足其發(fā)展的需要。隨著工業(yè)化和自動化水平的提高，這些裝備需要配套大量的高性能和高可靠性的液壓傳動部件。國家在對重大技術裝備實行國產化的同時，也正積極鼓勵和支持關鍵零部件的開發(fā)生產，以此增強配套能力，提高裝備制造業(yè)整體水平。 液壓傳動由于其具有傳動功率大、易于實現無級調速等優(yōu)點，使得其在各類機械設備中得到了廣泛的應用。在整個液壓系統(tǒng)中，液壓回路起著至關重要的作用，決定著能否實現預期的規(guī)定的功能，因此，本設計將設計液壓回路實驗臺供實驗使用，對實現機電一體化有重要意義。 1.4本文主要研究工作 (1) 本文旨在設計定壓式容積節(jié)流調速回路研究采限壓式變量葉片泵+調速閥的容積節(jié)流調速回路的原理； (2) 設計出合理的、能滿足使用要求的定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置； (3) 可實現快進-工進-快退工作循環(huán)； (4) 繪制主要零件圖； (5) 選擇液壓元件型號； (6) 對系統(tǒng)進行溫升校核。 實驗臺裝置，本文研究的工作分三個階段：一，定壓式容積節(jié)流調速回路原理分析與設計；二，實驗臺機構總成設計；三，對系統(tǒng)溫升的校核。 在第一階段主要分析繪制系統(tǒng)的實驗原理圖，根據所繪制的原理圖進行后續(xù)實驗臺機構分析設計，在第二階段根據已知的液壓系統(tǒng)原理圖上分布的各部分元件及其功能設計、計算相應的機械結構來固定安裝，第三階段是對理論計算值進行驗證，說明設計的合理性與可行性，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)流調速回路實驗裝置設計分析 2 定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置設計分析 2.1回路分析 根據所給課題可以將題目分解為以下幾個部分： (1) 研究采用限壓式變量葉片泵+調速閥的容積節(jié)流調速回路的原理； (2) 設計出合理的能滿足使用要求的定壓式容積節(jié)流調速回路實驗裝置； (3) 可實現快進——工進——快退工作循環(huán)； (4) 選擇液壓元件型號； (5) 對系統(tǒng)進行溫升校核。 此次設計的系統(tǒng)需要滿足的基本功能是在實驗臺的基礎上實現在葉片泵和液壓元件的控制下液壓缸的快進，工進，快退的過程，在一套實驗臺上完成其功能要求。 2.1.1調速基本回路 這種調速回路采用限壓式變量泵供油，通過調速閥來確定進入液壓缸或自液壓缸流出的流量，本實驗采用調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相適應。這種調速沒有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性能較好?，F在以最基本的調速回路為例進行分析，如圖2.1。 圖2.1 基本調速回路 圖2.1為在本次實驗中基本調速回路，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。換向閥用來進行工作動作的轉換，當換向閥1位，3位接通可實現快進動作，即利用液壓缸的差動連接實現；當僅接通1位時，可實現工進動作，因為調速閥接在系統(tǒng)的回油路上，所以可利用改變調速閥中節(jié)流閥的通流面積的大小，就可以調節(jié)液壓缸的運動速度，泵的輸出流量和通過流出液壓缸的流量自相適應；當僅換向閥2位接通時，系統(tǒng)中液壓缸處于快退狀態(tài)；當1.2均未接通，則系統(tǒng)停止運動，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)處于工進狀態(tài)時，利用調定溢流閥的壓力可以檢測出液壓缸的運動速度。如圖2.2所示。 圖2.2 加載支路 2.2工況分析 根據已知的條件是不能夠分析出具體參數的，可以根據相關資料定義參數，進行分析，為之后的數據計算做準備。 首先，此機構最終是要在實驗室使用，觀察定壓式容積節(jié)流調速回路中液壓缸的動作。定義其最高工作壓力P=2.5Mpa；外負載為F=2000N；取動作速度1~3m/min。 2.3液壓系統(tǒng)方案設計 (1) 確定供油方式及動力系統(tǒng) 該機構在實驗室為觀察現象使用，負載較小，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。動力由常用的三相異步電機提供，通用性更好，便于使用與維護。 (2) 執(zhí)行機構 執(zhí)行機構多且復雜，本次設計只是觀察液壓缸速度變化，可以選擇簡單的單作用活塞桿式液壓缸。 (3) 壓力等級變換方式 本系統(tǒng)采用三位四通電磁換向閥，利用其閥芯機能的特點實現壓力等級的換向及液壓缸的進退。 2.4繪制原理圖 本實驗的工作目的為實現動作快進，工進，快退的轉換，在此可以帶上加載缸的正常工作，實驗的基本原理如下：當液壓泵工作時，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)實現差動連接即工作缸處于快進狀態(tài)；當到達指定行程時電磁換向閥3YA斷開，工作缸開始處于工進狀態(tài)，當工作缸頂動加載缸運動時，此時加載缸的有桿腔空間增大壓強減小，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載背壓，當壓力增大，加載缸回油路上的溢流閥開啟，油液從溢流閥留回油箱，到達指定行程后工進結束；電磁換向閥1YA斷開，2YA接通，工作缸處于快速復位階段即快退狀態(tài)，同時加載支路中換向閥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，當都到達指定位置后換向閥1YA、2YA、4YA、5YA都斷電，此時液壓泵自行卸荷，系統(tǒng)運動停止。原理如圖2.3所示： 圖2.3 定壓式容積節(jié)流調速回路原理圖 表2.1 元件動作順序表 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 快進 + - + - - 工進 + - - - - 快退 - + - - + 停止 - - - - - 3 液壓系統(tǒng)的參數設計 3 液壓系統(tǒng)的參數設計 3.1液壓缸的設計 3.1.1液壓缸參數設計 （1） 液壓缸內徑D和活塞桿外徑d的確定 系統(tǒng)工作壓力P=2.5MPa 首先進行受力分析:液壓缸所受外負載F=Fw+Ff+Fa Fw——工作負載，在本實驗中取2000N Ff——導軌摩擦力負載Ff=G.f(f導軌摩擦系數，靜摩擦取0.2，動摩擦取0.1) 在本實驗設液壓缸重力G=100N 則：靜摩擦阻力Ffs=20N; 動摩擦阻力Ffa=10N; Fa：慣性負載;:加速或減速時間 一般是0.01~0.5S 取0.1S Δv：Δt時間內的速度變化量 取Δv=3時，Fa為最大 則：Fa=306N 液壓缸啟動.加速時的外負載F=Ffs+Ffa=306+20=326N 快進時的外負載F=Ffa=10N; 工進時的外負載F=2Ffa+Fw=2000+20=2020N; 快退時的外負載F=Ffa=10N; 工作循環(huán)中的最大外負載F為工進時的力 F+Ffc=F/ηcm Ffc：液壓缸密封處摩擦力；液壓缸機械效率取0.95 則：F+Ffc=2020/0.95=2244N; Ffc=224N; 根據公式(3.1)計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d (3.1) F:最大外負載，F=2020N; P1：液壓缸工作壓力2.5MPa P2：背壓壓力，根據液壓系統(tǒng)設計簡明手冊取p2=0.5MPa d/D:根據表2-3，取0.5 則： D=37mm，查表3.2取D=40mm；則d=20mm; 表3.1 液壓缸內徑D與活塞桿直徑d的關系 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 液壓缸內徑尺寸系列（GB2348-80） (mm) 40 50 63 80 （90） 100 (110) 注：括號內數值為非優(yōu)先選用數值。 對選定的液壓缸內徑D進行最小穩(wěn)定速度驗算，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，本次試驗所用調速閥為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算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件計算。通常所說的壁厚是指其結構中最薄處的厚度。圓筒材料其內壁受力時，應力分布規(guī)律與它的壁厚有關。本設計液壓缸采用35#無縫鋼管，屬薄壁圓筒結構，其壁厚按公式計算 (3.2) (3.3) 式中σ——液壓缸壁厚（m）； D——液壓缸內徑（m）； Py——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍（MPa）； 〔σ〕——材料的許用應力； σb——缸體材料的抗拉強度（MPa），35#鋼抗拉強度σb=240MPa； n——安全系數。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 查無縫鋼管標準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 此次設計活塞桿外部不受力，活塞桿的動作只是便于觀察，參照活塞移動速度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 活塞理論動作時間 液壓缸動作時間過于太長浪費資源，時間太短則不利于觀察實驗現象，此時間相對比較合理。 （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按強度要求可用下式進行理論計算[5]。 （3.4） 式中 t——缸蓋有效厚度（m）； D2——缸蓋止口內徑(圖3.1)（m）,取D2=50mm。 則 取t=5 mm。 （5） 最小導向長度 當活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到缸蓋滑動支撐面中點的距離H稱之為最小導向長度（圖3.1）。如果最小導向長度過小，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，以此設計時必須保證具有一定的最小導向長度。 圖3.1 液壓缸導向長度及缸蓋厚度 普通液壓缸的最小導向長度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); 缸蓋滑動支撐面的長度l1根據液壓缸的內徑D而定； 當D≤80mm時，取l1=(0.6～1.0)D； 當D≥80mm時，取l1=(0.6～1.0)d； 本次設計的液壓缸內徑D≤80mm，故而l1=37.8～63 (mm) 取l1=32(mm); 最小導向長度需要保證，但過分的增大l1和B都是不適宜的，必要時可在缸蓋與活塞之間加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由下式確定： (3.6) C=0 缸體長度的確定，一般液壓缸缸體長度不應大于內徑的20~30倍，則缸體長度取M=320mm； 3.1.2液壓缸結構設計 （1） 液壓缸的安裝連接結構 根據安裝位置及工作要求的不同，液壓缸的安裝方式分為長螺栓安裝、腳架安裝、法蘭安裝和耳環(huán)安裝等如表3.5。 本設計系統(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 安裝形式 安裝結構簡圖 注 1 長螺栓安裝 2 徑向腳架 側翻力矩比較 序號2較小 序號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6、7較小 序號5較大 6 頭部內法蘭 （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，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，缸蓋加工成法蘭結構，并將液壓缸的安裝腳架加工為一體，結構更為緊湊。另一方面，法蘭連接相對于螺紋連接等連接方式具有結構簡單、成本低、容易加工成本低和強度大等優(yōu)點。 表3.6 液壓缸缸蓋與缸體的連接形式 安裝方式 結構形式圖例 優(yōu)缺點 法蘭連接 優(yōu)點： 1）結構簡單、成本低 2）易加工，便于裝拆 3）強度大、能承受高壓 缺點： 1）徑向尺寸較大 2）重量比螺紋連接大；缸體為鋼管時，用拉桿連接的重量也較大 3）用鋼管焊接法蘭，工藝復雜 螺紋連接 優(yōu)點： 1） 外形尺寸小 2） 重量輕 缺點： 1） 端部結構復雜、工藝要求高 2） 拆裝時需要專用工具 3） 擰端蓋時易損壞密封圈 外半環(huán)連接 優(yōu)點： 1） 結構較簡單 2） 加工裝配方便 缺點： 1） 外形尺寸大 2） 缸筒開槽，削弱了強度。需要增加缸筒壁厚 內半環(huán)連接 優(yōu)點： 1）外形尺寸小 2）結構緊湊、重量較輕 缺點： 1） 缸筒開槽，削弱了強度 2） 端部進入缸體內較長、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，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構簡單拆裝方便的優(yōu)越性，本次設計液壓缸幾乎沒有震動，只需添加彈性墊圈就能克服對其鎖緊。 表3.7 活塞桿與活塞的連接結構 連接方式 結構形式圖例 特點 整體式連接 結構簡單適用于缸徑較小的液壓缸 螺紋連接 結構簡單，在振動條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸 半環(huán)連接 結構簡單，裝拆方便，不易松動，但會出現軸向間隙。多應用在壓力高、負荷大、有振動的場合 錐銷連接 結構可靠，用錐銷連接，銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊，多用于負荷較小的場合 （4） 密封件的選擇 漏油是液壓系統(tǒng)經常發(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弄臟設備，污染環(huán)境。 密封件過緊，雖然能有效的防止漏油，但同時此處為動密封，會引起很大的摩擦損失，降低機械效率，并降低密封件的壽命。 為此，在設計中時時刻刻縱觀全局，在選擇液壓缸內徑時就考慮到密封件的選擇，液壓缸內徑已按照標準系列選取。O形密封圈是由耐用橡膠制成，結構簡單，密封性能好，摩擦力小，溝槽尺寸小且易于制造等優(yōu)點。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運動經常與外界接觸，所以還應考慮增加防塵裝置，此處增加防塵圈FA-40-32-40-5-D-GB10708.3-89。 （5） 液壓缸排氣裝置 當液壓缸內混有氣體時，氣體的壓縮性比液壓油的壓縮性高，會產生震動，傳動不平穩(wěn)，因此在液壓缸最高處設置排氣裝置。排氣裝置一般設在液壓缸端部的最高處。本設計的液壓缸為雙作用液壓缸，則需要兩個排氣裝置。 本設計的排氣裝置是頂端帶有圓錐的螺塞，在螺紋孔的側面開一小通氣孔。不需要排氣時，擰緊螺塞，頂部的圓錐將有口封死，不會泄露；需要排氣時打開螺塞，有口開啟，螺紋退至通氣孔時，氣體排出。本次設計的液壓缸不需要經常排氣，此結構簡單，相對專業(yè)的排氣閥成本低廉。 （6） 活塞桿導向部分的結構 如前所述，在計算最小導向長度時，將隔套的長度設置為零，此部分不再有隔套。 活塞桿導向部分（如表3.8）的結構包括活塞桿和缸蓋、導向套的結構，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導向套的結構可以做成端蓋整體式直接導向，也可以做成與端蓋分開的導向套結構。分離式的導向套在活塞桿經常往復運動的場合應用廣泛，便于導向套磨損更換。本設計只在實驗室使用，為了使結構簡單，零件數目更少，結構更加緊湊，將其設計為與端蓋一體的整體式直接導向機構。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 活塞桿的導向與密封及防塵裝置 結構形式 結構簡圖 特點 端蓋直接導向 1） 端蓋與活塞桿直接導向，結構簡單，但磨損后只能更換整個端蓋 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要求 液壓缸主要零件包括缸體、活塞、活塞桿、導向套等，這些零部件的材料及技術要求直接影響液壓缸的機械效率，表3.9參數作為設計依據。 表3.9 液壓缸主要零件的材料和技術要求 零件名稱 簡圖 材料 主要表面粗糙度 技術要求 缸體 無縫鋼管35鋼 液壓缸內圓柱表面粗糙度Ra0.2:0.4μm 1、內徑用H8～H9的配合 2、內徑圓度、圓柱度不大于直徑公差之半 3、內徑母線的直線度在500mm長度上不大于0.03mm 4、缸體端面T對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，內徑表面鍍0.03～0.04mm的硬鉻,在進行拋光,缸體外涂耐腐蝕油漆 6、缸體的端蓋采用螺紋連接時，螺紋采用6H級精度； 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對內孔d1的徑向跳動不大于外徑公差之半 3、端面T對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可取f7～f9配合，內孔與活塞桿的配合可取H8 活塞桿 實心活塞桿35鋼 桿外圓圓柱表面粗糙度Ra0.4:0.8μm 1、材料熱處理：調質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長度上不大于0.03mm 4、d2對d的徑向跳動不大于0.01mm 5、活塞桿與導向套的可采用H8/的配合 與活塞的連接采用H8/h8配合 缸蓋直接導向套 耐磨鑄鐵 配合表面粗糙度Ra0.8:1.6μm 導向表面粗糙度Ra0.8μm 1、外徑D與內孔的同軸度不大于內徑的公差之半 2、端面A、B對孔軸線的垂直度在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、驅動電機及其它們之間的聯(lián)軸器等。 3.2.1液壓泵設計選型 （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油管路有一定的壓力損失Δp,初算時簡單系統(tǒng)可取0.2～0.5MPa，復雜系統(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，一般取KL=1.1~1.3,現取KL=1.3. (Σq)max——同時動作各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，因為此時加載缸在工作，所以應加上加載缸的流量，此時溢流閥正進行工作，需加溢流閥最小溢流流量2L/min 則： （3） 液壓泵的選型 根據以上計算得pn和qp再查閱有關手冊，現選用常用的Y系列定量葉片泵YB1-6.3，該泵的基本參數為：額定壓力PP=6.3MPa,額定轉速n=1450r/min，公稱排量V=6.3ml/min，容積效率ηv=0.8，總效率ηp=0.7. 當選用1400r/min的驅動電機時，驗算泵的流量按下式計算： (3.9) qp=7.3L/min 經驗算滿足要求。 3.2.2驅動電機的選型 電機的型號應該與液壓泵相匹配，驅動液壓泵所需的功率可按下式計算 （3.10） 計算得 Np=1050w 因此，根據所計算的參數，選取常用的Y90S-4，封閉式三相異步電機,其額定轉速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，但在此傳動過程中，震動很小，也無需頻繁啟動，正反轉也沒有變化，綜合多方面的因素選用凸緣聯(lián)軸器。凸緣聯(lián)軸器結構簡單，制造方便，成本較低，工作可靠，裝拆、維護均較簡便，傳遞轉矩較大，能保證兩軸具有較高的對中精度，一般常用于載荷平穩(wěn)，高速或傳動精度要求較高的軸系傳動。 如前所述，查驅動電機Y90S-4的技術參數得到電機軸的直徑為Φ24，查葉片泵YB1-6.3的技術參數得到葉片泵輸入軸的直徑為Φ15。 聯(lián)軸器的計算轉矩 （3.11） T——理論轉矩T=9.55×103Pw/n； KA——工作情況系數，本實驗取=1.3； n——工作轉速，r/min； Pw——驅動功率，kw； [T]——聯(lián)軸器的許用轉矩； 綜合考慮，選用凸緣聯(lián)軸器的型號為GY2聯(lián)軸器J116×30，GB5843-2003，公稱扭矩Tn=63N·m，滿足要求。 3.3油箱的設計 油箱分為整體式油箱、兩用油箱和獨立油箱3類。獨立油箱是應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。獨立油箱的熱量主要通過油箱壁靠輻射和對流作用散熱。對于把液壓泵、電動機和液壓控制裝置放在油箱蓋上的液壓站結構，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，此外應能散發(fā)系統(tǒng)工作中所產生的部分或全部熱量；分離混入工作介質中的氣體，沉淀其中的雜質；安裝系統(tǒng)中的一些必備的附件等。 3.3.1油箱有效容積計算 （1） 油箱容量的確定 油箱容量可按經驗公式 【2】 （3.12） ξ——與系統(tǒng)壓力有關的經驗系數：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機時，系數可適當取較大值。本設計系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，但油箱頂蓋需要放置液壓泵及電動機（后續(xù)章節(jié)會詳細說明），所以取ξ=5。 計算得到 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 按標準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計液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（高：寬：長）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。本設計取尺寸比（高：寬：長）為c:b:a=1:1.2:1.5。 計算得到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油箱組件結構設計 （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。對于不可拆的連接形式，需要在其側面至少設置一個清洗孔，便于清理油箱所有內表面。本設計采用的油箱容量相對較小，為使設計結構緊湊，可將油箱頂蓋設計成可拆連接，省去清洗孔結構。油箱頂蓋與油箱壁的連接細節(jié)結構如圖3.2所示。 圖3.2 油箱頂蓋與油箱壁的連接細節(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，應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區(qū)別，本設計選用勾形吊耳，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 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 液位計通常為帶有溫度計的結構，液位計通常在油箱外壁上，并靠近注油口，以便注油時觀察液面。液位計與油箱的連接處有密封措施。本設計選用符合國際和國家標準的大連組合機床研究所研制的YWZ-150T液位溫度計（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構，此結構將注油口與通氣結為一體，結構簡單?？諝鉃V清器兼有除濕、收塵和注油的功能。本設計選用符合國際和國家標準的QUQ1型空氣濾清器。 （5） 隔板 為增加液壓油流動循環(huán)時間，除去沉淀雜質，分離清除水和空氣調整溫度，吸收液壓油壓力的波動及防止液面波動，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，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，有一定的伸長率，具有良好的焊接性能和熱加工性。 （6） 箱底、放油孔、支腳 應該在油箱最底部設置放油塞，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。 放油孔螺塞通常用外六角螺塞，本設計選用型號為M18×1.5JB/ZQ4450-86的螺塞，材料35#鋼，表面要求發(fā)藍處理。 為方便放油和搬運，應該把油箱架起來，油箱底至少離地面150mm。油箱應設有支腳，支腳可以單獨制作后焊接在箱底邊緣，也可以適當增加兩側壁的高度，以使其經彎曲加工后兼做油箱支腳。油箱支腳應有足夠大的面積，以便可以用墊片或楔鐵來調平。本例設計選用焊接支腳。 （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)會詳細說明），清除大顆粒雜質，保護液壓泵及液壓元件。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不小于20mm，吸油管應插在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。 回油路上可省去濾油器，在整個液壓系統(tǒng)中油路是封閉的，一般不會夾帶雜質，況且增加濾油器后，雜質會沉積在濾油器內，需要經常清洗，增加保養(yǎng)環(huán)節(jié)的負擔。為了增大回油口的開口面積，利于油液在油箱內沿油箱壁的環(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,回油管出口絕對不允許放在液面以上。 （8） 油溫過高的危害及原因分析 對油液系統(tǒng)要進行適當的油溫控制，油溫過高過低都會影響工作效率，嚴重時可能會損壞機器。油溫過高會引起油液污染，高溫會加速油液氧化形成膠質性沉積物，涂層脫落，油渣泥以及酸性物質等。這些有害物質會縮短油液的使用壽命，引起閥的粘附、堵塞，機構動作的不平穩(wěn)，以及液壓元件的磨損。高溫還會破壞密封件的潤滑油膜，引起泄露，造成一系列的污染。 然而，油溫過低時，液壓油的粘度過大，會產生氣穴[10]。 所以，對系統(tǒng)油溫的校核是必不可少的一個環(huán)節(jié)，在后面的溫升的校核章節(jié)會進行詳細的校核計算。 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，油泵進油口吸油不足會使液壓系統(tǒng)進入空氣，在短時間內就會使系統(tǒng)發(fā)熱甚至燒壞齒輪。導致油泵吸油不足的常見原因有：油箱缺油；濾油器或進油管道堵塞；進油管破裂或進油管管接頭松動，進入空氣；回油管出口高出油箱液面，使油箱油液產生大量氣泡并進入系統(tǒng)；油箱與大氣的通孔堵塞，使油箱內部產生真空，導致吸油泵吸油困難。 其次，液壓系統(tǒng)重力位置時不能低壓卸荷，在一般液壓系統(tǒng)中，高壓工作狀態(tài)所占時間比例很小，大部分時間是處在低壓卸荷狀態(tài)。如果系統(tǒng)中立位置時不能低壓卸荷，會使系統(tǒng)油溫過高。 最后，原件嚴重內泄時也會使系統(tǒng)油溫升高。當液壓系統(tǒng)在高壓狀態(tài)工作時，由于配合件磨損或密封件損壞，引起大量內泄，使系統(tǒng)油溫過高。 系統(tǒng)油溫過高有如此多的危害，其產生的原因現已分析出，因此在設計的整個過程中要盡量的避免這些因素控制適當的油溫。 （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，本設計震動和噪聲很小，可以選用另一種比較常用的制造方式——焊接。常用材料為Q235A。焊接時將鋼板進行折彎圍成一圈作為油箱壁，可減少焊接次數。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清理，嚴重銹蝕和氧化的表面要進行噴丸處理。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。經過最終處理過的油箱不得再進行焊接或火焰切割，以后的鉆孔都要進行保護性處理。 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，故選用廣州機床研究所GE系列的中低壓液壓元件；壓力表及壓力表開關選用大連組合機床研究所D系列的產品。 本系統(tǒng)進行節(jié)流調速環(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)詳細說明）。 表3.16 液壓元件明細表 序號 名稱 最大通過流量（L/min） 型號 1 電動機 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，以及載能工作介質的輸送是借助油管的孔道來實現的。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：既保證最佳流動狀態(tài)，又最經濟的利用材料。（在油管的選用章節(jié)詳細計算） （2） 布局要求 1） 管路布局一般在元件及設備布置完畢后進行； 2） 油管設置的位置應便于拆裝、維修，不妨礙生產和設備部件的運轉、調整； 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)應力； 5） 彎管半徑應足夠大，減少沿程壓力損失。 4.1.2油管的選用計算 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。由于硬管流動阻力小，安全可靠性高且成本低，本系統(tǒng)結構固定，油管也不需要與執(zhí)行機構的運動部分一起移動，所以選擇無縫鋼管。油管內徑及壁厚按如下公式計算得出后，即可按管材有關標準規(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——油管內徑； σ——油管壁厚； P——管內最高工作壓力； σb——管材抗拉強度； n——安全系數（取值見表4.2）。 表4.1 油管中允許流速 油液流經油管 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：壓力大時取大值，反之取小值；管道長的取小值，反之取大值；油液粘度大時取小值。 表4.2 安全系數（鋼管） 管內最高工作壓力(MPa) <7 7~17.5 17.5 安全系數 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。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，本設計管路固定，無需反復拆裝，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，管子外徑12mm?？ㄌ资焦芙宇^分類明細，具體選用哪種類型，依據使用場合和環(huán)境。 4.3液壓油 液壓系統(tǒng)的應用非常廣泛，液壓油的種類也很多，選擇液壓油需要根據系統(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 實驗臺結構設計 5 實驗臺結構設計 5.1概述 實驗臺的作用是提供實驗的平臺，將液壓系統(tǒng)的各個部分有機的組裝在實驗臺上。實驗臺要符合操作習慣（大多數中國人習慣右手操作），元件安裝緊湊，外形美觀，材料環(huán)保等要求。該液壓實驗臺能夠實現定壓式容積節(jié)流調速實驗，原理明確，所以實驗臺的機構也相對簡單。 5.2實驗臺組件設計 本實驗臺采用立式臺面設計，用優(yōu)質方鋼焊接成框型結構，具有良好的剛性。焊接框架多數采用40×40×3優(yōu)質方鋼，輔助部分采用較小的20×20×3優(yōu)質方鋼。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。 實驗臺臺面高度按照GB/T3976-2002規(guī)定選取960mm。為使元件能全部安裝在實驗臺面板上，結合GB/T21747-2008中的相關規(guī)定選取實驗臺總體尺寸為1400mm×600mm×1760mm。 圖5.1 實驗臺焊接組件 5.3臺面設計 實驗臺臺面是整個實驗的平臺，臺面要求不易磨損、防火防潮、質地堅硬不變形，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。對于本設計所有元件安裝在控制面板上的實驗臺，臺面上所受載荷較小，對于液壓系統(tǒng)元件接頭處難免會有少量泄露，同時進行檢修時也會有部分油液泄露，所以臺面設計成有油槽的形式。材料選用優(yōu)質綠色環(huán)保E1級三聚氰胺板。 5.4安裝面板設計 安裝面板用螺栓固定在實驗臺焊接組件上，材料選用Q235A鋼板。厚度根據管接頭尺寸確定。如前所述卡套式端直通管接頭J12的螺紋端長度10mm，則取安裝板面螺紋深度12mm，孔深15mm，元件端進出油口孔徑10mm，預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應于元件油口，對于元件油口相對位置較近的，不方便安裝管接頭的部分，可適當調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 安裝面板安裝孔細節(jié) 6 液壓系統(tǒng)的性能驗算 6 液壓系統(tǒng)的性能驗算 性能驗算的目的在于對液壓系統(tǒng)的設計質量作出評價與評判，如果發(fā)生矛盾則要對液壓系統(tǒng)進行修正或改變液壓元件規(guī)格。計算內容一般包括：系統(tǒng)壓力損失、系統(tǒng)效率、系統(tǒng)發(fā)熱與溫升等。計算時一般只采用一些簡化公式