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机械式 太阳能 自动 跟踪 液压 控制系统 设计 通过 答辩 全套 cad 图纸

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机械装备寿命的可靠 构建与优化设计 摘要： 维护设计对于机电产品或系统的寿命周期来讲，是一种重要的设计方法。基于机构作用可能会出现失败的几率，机械系统的可靠性建模被发展了起来。基于部件可能会出现失败的情况，机械系统的可靠性建模就被发展了起来而系统最小的可靠性和最稳定的可靠性系数被定义为机械系统在寿命周期内大致的可靠性。其次，提出维护的一个基于可靠性的设计最优化模型， 总生活周期 消耗 被考虑 作为 设计目标和系统可靠性 。最终，维护的基于可靠性的设计最优化方法通过组分设计示范被说明。 关键词 :维护 ; 可靠性 ; 模拟 ; 优化设计 1. 介绍 在一个机械产品期间的生命周期，维护是非常重要 的，可以 保持产品可利用时间和延长它的寿命。 关于维护的研究机械产品的大致被分类为 以下 三种： (1)如何拟定维护政策或 (和 )如何优选考虑系统可靠性和维修费用的维护期间 14。(2)发展维护方法和工具保证系统维护到低成本和短的修理时间，例如发展特别的维护工具 59。 (3)在设计程序期间，为维护设计，系统可维护性 地 被评估和被改进 1012。维护在设计之初就开始了。 明显地，维护的设计方法论，是其中一个在产品的生命周期的最佳的有效的维护手段， 吸引许多 研究者的兴趣。然而， 维护设计的研究主要在于两个领域。 一个是在产品设计选择的可维护性评估 ; 另一个 是为方便维护设计的 特殊结构的零件 。在本文 中 ，根据时间对失败零件的密度函数， 要调查 接受维护的一个机械系统 的 零件的服务 寿命 。然后机械系统的可靠性模型被重建并且被 仿真 。 最终， 维护的新颖的设计最优化方法 通过一个链式设计被发展并说明。 2. 可靠性塑造维护的机械系统 型假定 在一个机械系统运行 一段时间 之后，由于失败的 被 替换分开，主要可靠模型是不适用 于 改变系统，因而应重建可靠性模型。 在本文谈论的机械系统有以下 特征： 一个 系统包括很 多 同样 的 零件，零件的数量在系统期间的一生周期是恒定的。 所有零件的时间对失败密度分布函数是 相同 的， 并且 替换件 也 和原始的零件一样有失败分布函数。 每个部分的失败是一个任意 的 独立事件， 也就是说 一部分的失败不影响其他部分在系统的 中 的失败。 维护的可靠性 建模 一个机械系统的可靠性取决于它的零件， 可靠性和失败的可能性取决于他们的工作寿命。在这里 ，根据时间的密度分布函数对零件的 失效 ， 应计算好部件在机械系统中工作寿命 ，然后 开发 机械系统的可靠性模型 。 在一个机械系统的服务期间，发生故障的有些零件 要求及时替换，因此机械系统的部分的 寿命 分布被改变了。推测在机械系统运行 一段时间后 中 是维护活动之间的时间，即维护间隔时间之后， 单位可以是几小时、几天、几个月或者几年。 如果 表零件的年龄比例在 n 用年龄 而部分的年龄分布在时间 上 表示 为 矩阵 L、 L， 。零件的失败密度函数和部分的寿命 分布在系统的确定 寿命 分布在下次或者 在下一段时间区内留下来的部分目录。寿命分布取决于每一段时间内每一部分部件在下一段时间区 内失效的几率。要发现零件的失 效 可能性失败密度函数 是从零开始的。 存留下来的数量在下一个时间段得到提升，失效的部分被新的部件替换被重新返回第一个盒子里。 最初 的 ，所有零件是 新的病在第一个盒子里 。 即在 ，在第一个箱子的部分 是 P0(1 (1) 在 ，第一个箱子的年龄分数和第二个箱子代表 ： P1(p0(1- f(x)P0(p0( f(x) (2) 两 种寿命盒子内 的部分 ， 生存并且到下个 寿命 箱子， 而 不合格 部件 的部分 被新的零件替换 ，从这 两个箱子 到 第一个箱子 。 在 2， 计算 前三个箱子的比例 P2(p1(1- f(x)P1(p0(1- f(x)P0( p1( f(x)p0( f(x) (3) 因此，通过使用以下等式，在 在每个 箱内的部分部件将 被 进行如下 计算 ： 当 P0(寿命在 部件总量的一小部分时，代表了部件刚刚被投入使用。这就意味着 P0(这部分的失效率，或者说是小部件的代替。换种说法就是说，这些在第一个盒子里的一小部分部件在 t0,用来取代失效部件的新部件。 一系列的系统包含了 N 个有相同失效概率分布的部件，每一个部分只是一系列的单元，每个单元是相对独立的。 在同一系列系统里任何一个单元的失效表现 为一个系统的失效，按照可能增长的原则， 一系列系统的可靠性就是： 由于组成系统的部件数量是恒定的，在此，机械系统维护的系统稳定性被定义为： 3. 维护可靠性的模拟仿真 模拟仿真的结果显示了系统的稳定性在工作期间是不断变化着的。一个系统的可靠性经历了几次波动，有时是最大值而有时是最小值，最终达到一个稳定的值。 系统稳定性的震动会周期性的衰减，这段时间是部件 的预期寿命（根据韦伯分布，参数 近似于大 的预期寿命） 。 对于机械系统的设计和维护，系统稳定性的最小值跟稳定值是最重要的。系统的最低稳定性出现在初始阶段，但系 统可靠性的稳定值出现在运行一段很长时间后。在此，为了后面方便讨论，系统维护的最低可靠性和稳定可靠性被定义为 基于如图 6 所示的系统稳定性的仿真结果中。 由于它发生在初始阶段，系统最小可靠性会在从 t=0 到 t=2的仿真结果的不相关联的可靠性值中找到。最小可靠性被定义为： 假设仿真时间是 别代替了在 t T ,T + 2 的最大值和最小值。一旦当最大可靠性值和最小可靠性值的比值 满足，系统可靠性被认为在 达到一个稳定的值。因此，系统稳定性或者说稳定可靠性被定义 为： 1 是稳定的要求，通常是 98%。 如果 存在，系统稳定性是不稳定的。 4. 可靠性的优化设计模型库 对于维护的一个基于可靠性优化设计模型被用来跟耗费维护的系统可靠性和寿命周期消费来代替，上述模型对于计算系统的部件替换率，最小可靠性和系统可靠性有帮助。 在这个模型里， 寿命周期的消耗被认为是一个设计目标，而系统的可靠性被认为是设计约束条件。我们的工作目标就是要去找到一个最小消耗的设计方法并同时满足这个系统规定参数。 型的寿命周期损耗 机械系统的寿命周期损耗包含着产品成本和维护成本。系统维 护成本是来源于以下所列的项目：（ 1）替代部件的成本；（ 2）操作损耗包括替换部件时的资源损耗（ 比如： 劳动、装备 ） ；（ 3）替换部件时的生产间隔造成的间接成本；（ 4）替换部件的准备工作成本。在前面的三个项目参与了每次维护时替代部件的数量。替换越多的部件就会耗费越多的资源，占用越多的生产时间，因而带来巨大的损失并增长了维护成本。最后一项没有参与替换部件的数量上但参与了每次维护跟替换上。结果，机械系统的维护成本 被保密为替换部件数量上的成本考虑和维护次数上的成本考虑。在这种方法下，对于一个包含固定数量 N 部件的机械系统 ，在它运行了一段时间 M，它的寿命周期损耗模型包含了生产成本和维护成本，表示为： 在式子 9， C 是系统内每一部分部件总的寿命周期损耗。 别表示部件生产系数，更换成本系数和准备成本系数，这些数据是统计分析领域的数据。m = M /， M 代表着系统寿命。式子 10 等号右边的首项代表系统的生产成本，式子 9 右边的第二项表示系统的维护成本。在式子 9 里，由于部件的替换成本包含着不仅仅是替换失效部件的部件生产成本，而且 有用于资源的成本 和用于替换的间接成本。显然，式子 10 里表示的不是绝对成本，而是相对成本。式 子 9 也可以表示为： 于可靠性的设计与优化 假设系统的一类部件有 X= (x1, 它们的失效密度函数被表示为每一种方案， X= (x1,它们的失效密度函数被表示为F=(f1(t),f2(t),L,fn(t) 作为每一个方案 。 对于一个维护的固定间隔 0，它的基于可靠性优化设计的模型 I 的维护被表示为： 显然的，最小寿命周期损耗和可靠性取自上述模型的一段特定的时间段。对于任何一个的 n 种设计方案，它的成本和可靠性取决于维护间隔 。最小的成品成本可以取 自于最优化的维护间隔。所谓的最佳的维护间隔，顾名思义地， 就是将维护间隔优化到最小的寿命周期成本，因此基于可靠性设计和优化的模型的维护克表示为： 在式子 11 和式子 12 里， C 是取自式子 9 或式子 10， 别表示系统的最小可靠性和稳定的可靠性。 系统允许的可靠性值。通常来讲，（ 也就意味着系统稳定性在整个寿命周期内允许在某一定的程度上 变化，但变化范围不会超过稳定可靠性值的 5%25%。 据系统可靠性模仿的设计最优化 显然 ，系统 平稳的可靠性、极小的可靠性和部分在设计模型的替换率可以从可靠性模仿 而获得。 所以，维护的设计最优化是 基于模拟 的设计方法。 在设计模型，可靠性模仿的输入的情况是时间对失败密度系统部分 F，系统服务生活 且生活周期 消耗 系数是 为固定的间隔时间维护，输入的情况在固定的维护间隔时间 0增加。 维护的时间与 M/ 0 明显地是相等的在一生周期期间。 至于维护间隔时间需要被优选的情况，维护的时间是获得的被环绕的 M/在另外维护间隔时间。另外，系统的设计选择必须满足系统可靠性的要求，因而 出来了 。 终于，一个优选设计选择和它极小的信度、平稳的可靠性和生活周期费用 被得出了 。 设计最优化流程图维护的显示作为 式子二 ，设计最优化二个模型维护的是联合。 最可能， 一个模型的解答通常是与另一个模型不同。 5. 设计示范 有链式传送机链接圆环的三个设计选择，产品使用期限 M 等于 100 个月。时间的密度分布函数对圆环的失败的是 作用 ，并且他们的发行参量和费用系数生命周期在表 1 被列出 如 下 。 假设极小的可靠性和平稳的可靠性的要求是 考虑系统维护间隔时间从 一系列的等效区别价值被挑选，离散最优化方法被采取。 两个设计模型的模仿结果维护在 表 到图 11 被列出说明系统可靠性和总生活周期费用随系统的工作次数变化。 注： 0是间隔时间固定周期维护的设计模型 11)，和最宜的间隔时间优选周期维护的设计模型 2). 当系统维护间隔固定，最宜的设计选择如显示从模仿结果在表 2 列出了 ，1)是选择 0 = 1 2 x。其中 1x 不满足系统可靠性压抑，并且共计选择 2 x 的寿命消耗 低于选择 3 x。 从 这个 例子， 了解到 不可能有将遇见系统可靠性为不适当的固定的维护间隔时间压抑的设计选择。当系统维护间隔时间被优选时，最宜的设计选择 被 获得了 。 2)是选择 3 x。 在 这个例子中 ，所有设计选择符合系统可靠性的要求，并且共计选择 3 x 的 寿命消耗 是最低的，相应地系统维护间隔时间 * 3 x。 显示易变的维护周期警察导致设计选择另外选择，并且共计生活费用可以是通过优选维护间隔时间减少。 几个有趣的结果能从图 3 到图 6 中 被找到 。 . （ 1） 当固定的间隔时间 (0 = 1)是坚定的，选择的系统可靠性 0 = 要求，而且接近对要求价值。选择 可靠性满足平稳的可靠性的要求，但是不满足极小的可靠性的要求竟管它最便宜。 虽然选择 3 x 满足系统可靠性的要求，平稳的可靠性或极小值可靠性，它有最高的总 寿命周期消耗 。 图 图 4. 设计选择的生活周期费用模仿固定的维护间隔时间 （ 2） 当维护间隔时间被优选时，最宜的间隔时间的选择根据系统可靠性的令人满意要求前提。 至于选择 1 x，为了符合系统可靠性的要求，维护间隔时间减退，但是它的总生活费用增加有些。 为选择 * = 护间隔时间在优化以后保留常数，也，因此意味着间隔时间 =1是这个选择的最宜的间隔时间。 为选择 3 x，由于优化、维护间隔时间增量、 =而它有更低的总生活周期费用。 其外，三个设计选择被优选，系统可靠性和总生活周期费用他们的曲线趋向对集中化和坚固性，并且费用区别在三个选择之中的减少。 图 图 (3) 当系统要求高 的 可靠性 时 ，相应地，维护间隔时间将减 少，并且维修费用将上升。 相反，当系统要求低可靠性，相应地，维护间隔时间将延迟，因此维修费用将减少，系统维护费用减退受系统可靠性要求支配。系统可靠性平稳的价值和最小值随着维护间隔时间的增加单调减少总生活周期费用随着维护间隔时间的增加 而 减少。结果，稳定的极小的间隔时间系统可靠性价值和最小值满足设计要求将得到设计选择的极小的总生活周期费用。必须指出设计选择的系统可靠性比要求价值不是相等与，而是少许更多由于离散最优化的采用。 (4) 当系统的设计选择决定时，设计选择最宜的选择取决于不仅维护系统可靠性和系统服务生活 的间隔时间而且 还有 要求。 例如，当间隔时间被固定时 ( 0 = 1)，并且需要的系统可靠性减少从对，从 11)m R = m R = 不是选择 2 x。当系统服务生活转换从 M = 100 到 50时，最宜的设计选择 被 获得了。 2)是替换 3 x 而 选择 1 x 显示作为图 6。 这就 意味着，因为高质量材料做的零件有长的产品使用期限，设计选择得到更低的总 寿命周期成本， 竟管他们 会有 更高的生产成本。 6. 结论 在产品期间的生命周期维护是其中一项重要任务。零件的替换 将导致系统可靠性和生活周期费用的变动。基于零件的时间 失效 密度函数，平稳的可靠性、极小的可靠性和生活周期费用可以通过可靠性模型的系统可靠性的重建和模仿得到。本文开发维护的基于可靠性的设计最优化方法学，总生活周期费用被看待，当作为设计的设计对象和系统可靠性压抑。它提供一种新的方法做在机 械系统之间的可靠性和总生活周期费用的一种交易在设计最优化的维护 。 鸣谢 这 项 工作 得到了 湖南科学技术大学 的刘博士的大力支持 。 笔者相当感激能得到其参考资料的注释，极大地改进了目前这项工作。 参考文献 1 et “of 5, 2 H. J. et “of 2006. 21, 3 Q. “of of 2005, 36, 4 H. H. “in S,1999, 91, 3055 “ 2002, 6 i, “of to of 004, 7 “ 2005, 750. 8 J. R. et “on 2005, 9 D. O. “ 1999, 10 “, 995. 11 U. “a 2002, 12 H. et “of on 2003 ,20, 13 Y. “A to . 008; 93(8): 113850,” 2009, 14 X. “of 2009, ab ab is an of or on of of on of a is in is as as is by of I. of a is to on (1) to to 14. (2) To to to as 9. (3) To is is 012. at is of in of a on is on is on is of In on of of of a of is a is by of of a F A. a to of is to be in of a of in of is of of as of is a of of in B. of a on of on to of to of of is of is of a to be in of of , is be or )t of nt of at 01(), (), , (), , ()nn in of of in at or of of to An at To of is of to is 50875082 9789/$009 029is by to to in in 0t =00() 1 (1) = , of 2) 11 0 0001 000() ()1 ()d() () ()pt fx pt fx =of to of by in = , of 22 11012 010202 11 0100() ()1 ()d() ()1 ()d() () () () ()pt pt fx pt fx xp t p t f p t f =+(3) at , of in by 110(1)1210(2)231022110101001() ( )1 ()d() ( )1 ()d() ( )1 ()d() ( )1 ()d() ( )1 ()d() ( )n n p t fx xp pt fx pt fx pt =)00()=(4) ()np t is of of It np t is of or of In of in 01, , is a is In of in in to of of ()00() 1 () =(5) of is of is )00()00() ()1() =(6) of a is of is of ( at . of of of of at of a to of on of as t(). s it at of be in of 030t = 2t = . is ) ) , 0,1, ,R Rt i n=L(7) R 0, 2+ of R is is as at at or as is =+)/2 (8) 1 is 8%. be 0N is to a of in to of In of is as a of is as is to a A. of of as (1) of (2) of (3) (4) of of is of of or As a of as In a a of it M , is 0101()c=+ + 2(9) q. (9), C is of of in of of of be by of c,c/, of of q.(10) of of q. (9) of q. (9), , of by q.(10) is 9) is +02101()mc c + (10) B. of a of n 2(, , , )nX xx x= L , to ()12(), (), ,L ()or a is 00 ),x (11) is to of n on . be of is to is 0 , ),x (12) q.(11) q.(12), C is q.(9) q.(10). , of 0, is of In 00( = ,to in is %25% of 1031C. on in be is a on In of to of , of of in c, of As to to be of M to at In of an of is in of of is F 012,. of . of of is 00 of to of is of as . x 0c/(1c/(c/( 5 10 3 7 4 12 5 10 4 20 10 18 of is a of is of . 8 11 of I. F x 0/( 1 1 1 x 0/( 1 0 is of q. (11), is of q. (12). *As , is q. (11) is 1 =2x . x of is of it be be a an is q. (12) is x . In of of x is .8 in It is to of be by be 36. (1) a ) is of 1 =2x to of x of 032of in of of or it 1. of a . of a 2) is of is on of of As to x , in to of , 2x , = is an x , to , it of to of 1. of an . of an 3) On so as of is to of of of As a of It be of is to to of (4) of of on of is 01 = ), q.(11) is 00 1 湖南文理学院芙蓉学院 本科生毕业论文 (设计 )任务书 设计题目 机械式太阳能自动跟踪液压控制系统 设计 学生姓名 谢其然 专业班级 芙蓉机自 1001 班 学 号 10130134 指导教师 罗烈雷 教研室 机械电子教研室 起止时间 2013 年 11 月 1 日 至 2014 年 5 月 11 日 业设计任务、目的与基本要求： 1. 毕业设计任务 通过毕业实习和毕业设计课题调研、网络搜索 , 并查阅相关文献、国家标准 , 全面了解机械式太阳能 行业状况、技术发展方向以及先进的设计方法和制造工艺 , 熟 悉 机械式太阳能自动跟踪液压控制系统 功能、结构和特点 , 研究其设计原理和方法； 复习并综合应用材料力学、理论力学、机械设计、机械原理、液压传动与气压传动、机械制图等系列课程的基本知识； 完成给定技术参数条件 下 机械式太阳能自动跟踪液压控制系统 设计 ，包括设计计算说明书的编写和设计图纸的绘制，翻译与毕业设计内容相关的专业英文资料不少于 12000 字符 。 2. 毕业设计目的： 通过毕业设计的完成，对所学的专业知识进行一次较全面的复习，并在整个设计过程中得以巩固和提高； 掌握设计手册、相关文献、国家标准、网络信息等的 运用，学会通过各种途径和方法，获取与设计任务相关的资料； 从调研入手熟悉产品设计的全过程，为今后的实际工作打下良好的基础； 用 制全套图纸，提高计算机绘图的能力； 具备分析问题、解决问题的能力，学会创新，提高学生的综合素质。 3. 毕业设计基本要求 （ 1）完成课题调研和前期准备工作，撰写开题报告 1 份； （ 2）完成规定的英文文献 1的翻译工作，译文质量达到要求； （ 3）确定 液压 控制 系统 及机械 结构形式和主要 参数 ，选择配套 零 件； （ 4）用 成图纸的绘制，包括原理图、 回路 图、及 部分 零件 图，要求总的绘图工作量在 张 上 。 （ 5）编写设计计算说明书 1 份，应包括行业发展、方案介绍、结构设计、主要计算、配套件选型和设计总结，文本质量符合规范。 2 主要参考文献与资料： 1 M. B. . of 2000(20) ： 76 82 2成大先 . 机械设计手册 . 第五版 M2010 年 1 月 3成大先 . 机械设计手册 . 第五版 M学工业出版社， 2010 年 1 月 4杨署东 第三版 M2008 年 4 月 5刘鸿文材料力学 M等教育出版社， 1992 6成大先 .机械设计手册 . 第五版液压传动 M 北京：化学工业出版社， 2010 年 1 月 7王庆 丰 工程机械液压控制技术的研究进展与展望 J 机械工程学报 2003（ 12） 8 郜立焕 卷簧机液压系统设计 J 新技术新工艺 2010（ 10） 9通过校园网维普， 文期刊数据库中，检索与本课题有关的文献 8 篇以上 毕业设计进度安排： 1毕业实习与毕业设计调研阶段：假期， 2014 年 1 月 10 日 2 月 13 日； 2毕业设计开题报告阶段： 第 1 周， 2014 年 2 月 23 日 2 月 28 日； 3毕业设计主要工作阶段： 第 2 12 周， 2014 年 3 月 1 日 5 月 6 日； 第 3 周：确定系统方案 ， 结构形式和主要尺寸并绘制结构原理图； 第 4 周：系统参数计算、材料选择等； 第 56 周：绘制装配图和全套零部件图； 第 710 周：编写设计计算说明书。 准备答辩电子文档。 4资格审查，论文修改时间：第 12 周， 2014 年 5 月 5 日 5 月 9 日 5毕业设计答辩：第 13 周， 2012 年 5 月 11 日 5 月 18 日 。 课 题 申 报 与 审 查 指导教师（签名）： 2013 年 11 月 2 日 教研室主任（签名）： 2013 年 11 月 3 日 系主任（签名） ： 2013 年 11 月 5 日 湖南文理学院芙蓉学院 本科生毕业设计开题报告书 题 目 机械式太阳能自动跟踪液压控制系统设计 学生姓名 谢 其 然 学 号 10130134 专业班级 机自 1001 班 指导老师 罗 烈 雷 教 授 2013 年 12 月 10 日 论文（设计）题目 机械式太阳能 自动跟踪液压控制系统设计 课题目的、意义及相关研究动态： 目的 ： 设计机械式太阳能自动跟踪液压控制系统 。 由 于 太阳 的 位置 时 刻 发生 变 化 ，如果 想 在 太阳 能 电 池 板 上 得 到 最 大 功 率 输 出 ， 必须使 太阳 能 电 池 板 及 时 地 追 踪 太阳 的 运动 轨迹 ， 才 能 保证 太阳 光 始 终 垂 直照射 太阳 能 电 池 板 。 当太阳光线发生偏移时，控制部分发出信号驱动液压缸带动太阳能板跟随光线移动 ， 实现液压控制系统的自动轨迹跟踪 ,完成抛物槽与太阳最大效率的对焦。液压控制系统能够精确地控制执行机构的速度和方向 ,达到了预定的要求。 意义 ： 能 源 危 机 和 环境 污染 促 进了 人 们 对 可 再 生能 源 的 开 发 和 利 用 太阳 能清 洁环 保 ， 取 之 不 尽 ，目 前已经 受到 许 多国家的 高度重 视 。 太阳 能 电 池 板 的发 电 量与 照射 到它 上 面 的 光 照强 度 成 正 比 ， 而且 接 受 太阳 光 线 垂 直照射 时 可 以 得 到 最 大的 光 照强 度 实验 结 果 表 明 ， 相 同功 率 的 太阳 能 电 池 板 采 用 跟踪 式 光 伏 发 电 要比 固 定 式 提高 发 电 量 约 在30% 以上 1液压控制技术与其他控制技术相比，具有功率重量比大 、 ，响应速度快 、 布局灵活方便 、 调速范围大 、 工作平稳和易于操纵控制并实现过载保护等许 多优势，因而成为各类机械实现控制的重要手段，在各类机床 、 生产线 、 重型机械 、 起重机械 、 建材建筑机械 、 汽车 、 航空航天 、 船舶和武器装备等领域，都得到了广泛应用 。 4 为了更充分的利用太阳能、提高太阳能利用率，研究设计机械式太阳能自动跟踪液压控制系统，对解决当前能源短缺、践行保护环境、实施可持续发展具有重大意义。 发展动态 ： 液压传动作为动力传动与控制技术的重要组成部分，是现代机械工程的基本要素和工程控制的关键技术之一。 由于液压传动具有功率密度高 易于实现直线运动速度刚性大便于冷却散热动作实现容易等突出优点因而在工程机械中得到了广泛的应用据统计目前 95%以上的工程机械采用了液压技术工程机械液压在整个液压工业销售中占40%以上 。 现在采用液压技术的程度已经成为衡量一个国家工业水平的重要指标。 5 液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。 同时， 液压气动技术 也是机械设备中 发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压与气压传动进入了一个新的发展阶段。 6在短短 40 年时间内我国的液压传动控制技术已熟练应用各行各业，所以液压技术在我国工业中起着举足轻重的作用 。 随着人类社会的进步，全球经济的可持续发展，能源消费日益剧增，使全球能源 供应越来越紧张。人们不得不考虑新能源的开发和利用，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，逐步成为各国争相研究发展的重点对象。 7 机械式 太阳能自动跟踪液压控制系统 在市场和环境需要的同时面临的是对液压怎样才能很好的提供动力的思考也更深层次的推动着其液压系统和行走系统的深入研究。 课题的主要内容（观点）、创新之处： 主要内容： 本毕业设计的重点主要是对液压控制系统 组成和元件设置进行相关参数设计及元件的规格选取 ， 以及控制系统的动力数据计算与分析 。此 设计将极大的缓解现有不 可再生能源缺少的危机 。 第一步：结合我的课题查阅相关的资料 我将在学校 资料室 和网上图书馆 借阅大量与之有关的资料。来吸收相关的知识。通过社会调查和人际交往来获得有关信息。 第二步：信息整理 通过第一步的准备。我将收集到大量而无序的信息。在这个阶段我将筛选和整理有用信息 ， 根据系统要求核算出来的参数，查找资料选择系统中相应的液压元件型号 。 第三步：方案制订与分析 在这个阶段我将根据需要和我查的有关资料来制订几套原理方案。并通过验证对比选取最佳方案确定下来。 第四步： 完成设计系统原理图 第五步： 计算、绘图 第六 步：撰写毕业设计说明书 创新之处 ： 使用液压缸作为执行元件 ， 保证系统的稳定性 、 传动系统的精确程度和平稳性，并且在液压缸的传动过程中能够实现自锁，从而提高对太阳能的利用效率 。 研究方法、设计方案或论文撰写提纲 ： 首先根据设计题目明确设计任务，了解 自动跟踪 液压 控制系统 的工作原理原理、功能、 工作环境以及国内外发展现状，理清设计思路和确定方向，拟定初步设计方案。 其次根据设计任务书给定参数和技术要求对 控制系统 整体结构设计要合理，满足生产要求，制造过程不易复杂，生产成本低廉，制造过程安全，便于广 泛应用批量生产。对于 系统 各部分的结构，要经过严格的设计、 计算和校核。要满足可靠性设计，使用周期长等要求。 在设计过程中要按照制定的工作流程，运用各种方法和多门学科知识。在支架本体各部件设计时，拟定详细方案，认真分析其功能，明确个部分的结构。 运用 出 设计图纸。 通过本次设计把所学各学科充分融会贯通在一起，最终完成设计任务 。 目前广泛应用的传动方 式主要由机械传动、电气传动、气压传动、液压传动，它们各有优缺点。 如图 1一种液压式太阳能光伏发电自动跟踪系统 : 图 1个液压缸固定在水平转动云台上分布在支持主杆两边，液压缸是相连接的一缸升起一缸下降，带动支撑曲柄摆动，支撑曲柄与采光板用球副相连，液压缸运动从而带动采光板竖直维度的旋转。当太阳光线发生偏移时，控制部分发出信号驱动液压缸带曲柄滑块上下移动，从而实现太阳能板竖直方向转动，再输出信号驱动液压马达实现系统水平转动 .7 如图 1一种 电气式传动 系统 图 1主要由底座 、 立轴 、 横轴 、 两台旋转电机 、 传动齿轮等组成 。 其中旋转电机 1 驱动横轴 , 支撑 太阳能电池板绕横轴运动 ,跟踪高度角运。 旋转电机 2 驱动水平轴 , 以跟踪方位角变化 。 9 液压系统与上述 其它 传动比较后的优点： 液压传动 易于获得较大的力或力矩 。 与机械传动相比易于布局和操纵，液压传动部件由管道相连，故安装在位置上有很大的自由度，各个部件都可以安装在我希望的位置上。 在相同功率条件下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。液压元件之间可采用管道连接、或采用集成式连接，其布局、安装有很大的灵活性，可以构成用其它传动方式难以组成的复杂系统。 在液压传动中可以方便地使用液压阀来控制系统的压力，从而防止过载 ，避免事故的发生，而且可以通过安装在系统中的压力计来了解各处的工作情况和压力大小，而在机械传动中各处的负载大小就不易观测 。 易于实现标准化和系列化。各种液压系统都是液压元件组成，因此对液 压元件实现标准化、系列化，可以大大提高生产效率，降低成本，提高产品质量。 从可实施性和性价比角度考虑 ，液压控制系统是最佳选择。 为了更好接收 太阳能， 需要的追踪范围为周向和俯仰两个自由度 。 在现有的跟踪平台驱动装置 中，可控制轴的数量从一轴到五轴不等，都可以实现跟踪效果 。 8 如图 1一种 单轴太阳自动跟踪器液 压传动系统 图 1阳的相对位置讯号由跟踪器平板 2 两侧遮光板 l 下方南北向安置的温度传感器(黑管 ) 3 所接受。黑管 3 内充有低沸点的液体工质 , 在常温下 , 部分液体汽化形成饱和蒸汽 , 同时产生一定的饱和蒸汽压 ,通过胶管 5 , 驱动双杆双作用液压缸运动 , 达到自动跟踪的目的。 10 虽然 可控制轴的数量越多，追踪的效果和范围也越好。 但 设计越复杂， 故选择单轴。 跟踪系统方案定 为：单轴 液压传动系统 。 完成期限和预期进度 ： 1毕业实习与毕业设计调研阶段：假期， 2014 年 1 月 10 日 2 月 13 日； 2毕业设计开题报告阶段： 第 1 周， 2014 年 2 月 23 日 2 月 28 日； 3毕业设计主要工作阶段： 第 2 12 周， 2014 年 3 月 1 日 5 月 6 日； 第 3 周：确定系统方案，结构形式和主要尺寸并绘制结构原理图； 第 4 周：系统参数计算、材料选择等； 第 56 周：绘制装配图和全套零部件图； 第 710 周：编写设计计算说明书。准备答辩电子文档。 4资格审查，论文修改时间：第 12 周， 2014 年 5 月 5 日 5 月 9 日 5毕业设计答辩：第 13 周， 2012 年 5 月 11 日 5 月 18 日 主要 参考资料： 1、廖锦城 计算机控制双轴跟踪控制系统及其偏差检测 D 武汉 : 武汉理工大学，2008 2、赵建钊，史耀耀，马健，等 智能型太阳能跟踪系统设计与实现 J 电网技术，2008， 24( 12) : 93 97 3、向平，程建民，毕玉庆 碟式太阳能跟踪装置的结构设计和动力分析 J 机械设 计与制造， 2009， 6( 6) : 17 19 4、 徐海枝 . 浅谈现代液压控制技术的特点及应用 J . 装备制造技术 ， 2012,7:127 5、周长城等 . 液压与液力传动 M 北京大学出版社 , 2010,8. 6、徐福玲 ,陈尧明 . 液压与气压传动第 3 版 M . 机械工业出版社， 2012. 7、 李仁浩等 . 液压式太阳能光伏发电自动跟踪系统研究与设计 J . 硅谷杂志社， 2013，13： 22 23. 8、王成，钟登翔，高峻峣 . 两自由度太阳能跟踪系统设计 J. 机床与液压 , 2012 ， 13(7) ： 1259、 范战松 . 太阳能自动跟踪系统的设计 J. 变频器世界 , 2012,(2):6110、 陆利生，张勇超 J. 太阳能 1994,2:10导教师意见 ： 签名： 年 月 日 开 题 报 告 会 纪 要 时 间 年 月 日 地 点 与 会 人 员 姓 名 职务（职称） 姓 名 职务（职称） 姓 名 职务（职称） 会议记录摘要： 会议主持人： 记 录 人： 年 月 日 系工作小组意见 负责人签名： 年 月 日 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 湖南文理学院芙蓉学院 毕业设计 课 题： 机械式太阳能自动跟踪液压控制系统设计 专 题： 专 业： 机械制造及自动化 学 生 姓 名： 班 级 ： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 I 摘 要 本文介绍了 机械式太阳能自动跟踪液压控制系统设计 国内形势和发展趋势，从系统设计，系统的分析和设计的主线出发， 本液压系统以传递动力为主，保证足够的动力是其基本要求。另外，还要考虑系统的稳定性、可靠性、可维护性、安全性及效率。其中稳定是指系统工作时的运动平稳性及系统性能的稳定性 (如环境温度对油液的影响等因素 )。可靠性是指系统不因意外的原因而无法工作 (如油管破裂、无电等情况 )。可维护性是指系统尽可能简单，元件尽可能选标准件，结构上尽可能使维护方便安全性是指不因液压系统的故障导致 后车厢盖 的其它事故效率是指液压系统的各种能量损失尽可能的小。上述要求中，除满足系统的动力要求外，最重要的是保证系统的安全性和可靠性。 关键词： 液压系统 ， 升降机构购买后包含有 纸和论文 ,咨询 录 摘 要 . 录 . 1章 绪论 . 1 题研究的目的 . 3 究现状 . 3 课题的研究内容 . 4 第 2章 机械 式太阳能自动跟踪方案分析 . 5 第 3章 液压系统设计计算 . 8 压原理图 . 8 升液压缸的设计 . 8 塞的设计 .向套的设计与计算 . 12 盖和缸底的设计与计算 . 13 体长度的确定 . 14 冲装置的设计 . 14 气装置 . 15 封件的选用 . 16 尘圈 . 17 压缸的安装连接结构 . 18 第 4章 液压泵的参数计算 . 19 第 5章 电动机的选择 . 20 第 6章 液压元件的选择 . 21 压阀及过滤器的选择 . 21 管的选择 . 22 箱容积的确定 . 23 第 7章 验算液压系统性能 . 23 力损失的验算及泵压力的调整 . 23 压系统的发热和温升验算 . 26 总结 . 27 参考文献 . 28 致谢 . 29 V 买后包含有 纸和论文 ,咨询 2 3 第 1章 绪论 设计机械式太阳能自动跟踪液压控制系统 。 由 于 太阳 的 位置 时 刻 发生 变 化 ， 如果 想在 太阳 能 电 池 板 上 得 到 最 大 功 率 输 出 ， 必须使 太阳 能 电 池 板 及 时 地 追 踪 太阳 的 运 动 轨迹 ， 才 能 保证 太阳 光 始 终 垂 直照射 太阳 能 电 池 板 。 当太阳光线发生偏移时，控制部分发出信号驱动液压缸带动太阳能板跟随光线移动 ， 实现液压控制系统的自动轨迹跟踪 ,完成抛物槽与太阳最大效率的对焦。液压控制系统能够精确地控制执行机构的速度和方向 ,达到了预定的要求。 究现状 液压控制技术与其他控制技术相比，具有功率重量比大 、 响应速度快 、 布局灵活方便 、 调速范围大 、 工作平稳和易于操纵控制并实现过载保护等许多优势，因而成为各类机械实现控制的重要手段，在各类机床 、 生产线 、 重型机械 、 起重机械 、 建材建筑机械 、汽车 、 航空航天 、 船舶和武器装备等领域， 都得到了广泛应用 。 4 为了更充分的利用太阳能、提高太阳能利用率，研究设计机械式太阳能自动跟踪液压控制系统，对解决当前能源短缺、践行保护环境、实施可持续发展具有重大意义。 发展动态 ： 液压传动作为动力传动与控制技术的重要组成部分，是现代机械工程的基本要素和工程控制的关键技术之一。 由于液压传动具有功率密度高 易于实现直线运动速度刚性大便于冷却散热动作实现容易等突出优点因而在工程机械中得到了广泛的应用据统计目前 95%以上的工程机械采用了液压技术工程机械液压在整个液压工业销售中占 40%以上 。 现在采用液压技术的程度 已经成为衡量一个国家工业水平的重要指标。5 液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。 同时， 液压气动技术 也是机械设备中 发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压与气压传动进入了一个新的发展阶段。 6在短短 40 年时间内我国的液压传动控制技术已熟练应用各行各业，所以液压技术在我国工业中起着举足轻重的作用 。 随着人类社会的进步，全球经济的可持续发展，能源消费日益剧增，使全球能源 4 供应越来越紧张。人们不得不考虑新能 源的开发和利用，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，逐步成为各国争相研究发展的重点对象。 7 机械式 太阳能自动跟踪液压控制系统 在市场和环境需要的同时面临的是对液压怎样才能很好的提供动力的思考也更深层次的推动着其液压系统和行走系统的深入研究。 课题的研究内容 本毕业设计的重点主要是对液压控制系统组成和元件设置进行相关参数设计及元件的规格选取 ， 以及控制系统的动力数据计算与分析 。此 设计将极大的缓解现有不可再生能源缺少的危机 。 5 第 2章 机械式太阳能自动跟踪 方案分析 目前广泛应用的传动方 式主要由机械传动、电气传动、气压传动、液压传动，它们各有优缺点。 如图 1一种液压式太阳能光伏发电自动跟踪系统 : 图 1个液压缸固定在水平转动云台上分布在支持主杆两边，液压缸是相连接的一缸升起一缸下降，带动支撑曲柄摆动，支撑曲柄与采光板用球副相连，液压缸运动从而带动采光板竖直维度的旋转。当太阳光线发生偏移时，控制部分发出信号驱动液压缸带曲柄滑块上下移动，从而实现太阳能板竖直方向转动，再输出 信号驱动液压马达实现系统水平转动 .7 图 1一种电气式传动系统 6 图 1主要由底座 、 立轴 、 横轴 、 两台旋转电机 、 传动齿轮等组成 。 其中旋转电机 1 驱动横轴 , 支撑太阳能电池板绕横轴运动 ,跟踪高度角运。 旋转电机 2 驱动水平轴 , 以跟踪方位角变化 。 9 液压系统与上述 其它 传动比较后的优点： 液压传动易于获得较大的力或力矩。 与机械传动相比易于布局和操纵，液压传动部件由管道相连，故安装在位置上有很大的自由度，各个部件都可以安装在我希望的位置上。 在相同功率条件下， 液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。液压元件之间可采用管道连接、或采用集成式连接，其布局、安装有很大的灵活性，可以构成用其它传动方式难以组成的复杂系统。 在液压传动中可以方便地使用液压阀来控制系统的压力，从而防止过载，避免事故的发生，而且可以通过安装在系统中的压力计来了解各处的工作情况和压力大小，而在机械传动中各处的负载大小就不易观测 。 易于实现标准化和系列化。各种液压系统都是液压元件组成，因此对液 压元件实现标准化、系列化，可以大大提高生产效率，降低成本，提高产品质量。 从可实施性和性价比角度考虑 ，液压控制系 统是最佳选择。 为了更好接收太阳能， 需要的追踪范围为周向和俯仰两个自由度 。 在现有的跟踪平台 驱动装置 中，可控制轴的数量从一轴到五轴不等，都可以实现跟踪效果 。 8 如图 1一种 单轴太阳自动跟踪器液压传动系统 7 图 1阳的相对位置讯号由跟踪器平板 2 两侧遮光板 l 下方南北向安置的温度传感器(黑管 ) 3 所接受。黑管 3 内充有低沸点的液体工质 , 在常温下 , 部分液体汽化形成饱和蒸汽 , 同时产生一定的饱和蒸汽压 ,通过胶管 5 , 驱动双杆双作用液压缸运动 , 达到自动跟踪的目的。 10 虽然 可控制轴的数量越多，追踪的效果和范围也越好。 但 设计越复杂， 故选择单轴。 跟踪系统方案定为：单轴 液压传动系统 。 8 第 3章 液压 系统 设计计算 根据课题要求 ，拟定液压原理图如下： 9. 举升油缸 升 液压缸的设计 假设 主液压缸的行程为 径较大，能提供很大载荷作用下的举升力，同时能够满足靠重力回落和撤收的要求。并且工作过程为快进 9 工进 快退三个过程的工作循环。 液压缸的机 械效率 由上节得到 举升缸活塞杆在举升货物至最高点时受力最大，为 门缸活塞杆也在货物到达最高点时受力最大，为 工进 时候的负载是最大的， =D=10液压传动与控制手册经过标准化处理 D=100 表 液压缸内径系列 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 缸体是液压缸中最重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸体内经较大时，必须进行强度校核。缸体的常用材料为 20、 25、 35、 45 号钢的无缝钢管。在这几种材料中 45号钢的性能最为优良，所以这里选用 45 号钢作为缸体的材料。 2 式中， 实验压力， 液压缸额定压力 16 缸筒材料许用应力， N/ =b为材料的抗拉强度。 注： n 额定压力又称公称压力即系统压力， 压缸缸筒材料采用 45钢，则抗拉强度： b=600全系数 压传动与控制手册 10，取 n=5。 10 则 许用 应力 =202 =1202 =0D ,满足 10D 。所以液压缸厚度取 5 则液压缸缸体外径为 110 液压缸长度 5. 活塞杆直径的设计 查液压传动与控制手册 根据杆径比 d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时，一般选取 d/D=活塞杆受压时，一般选取 d/D=设计我选择 d/D= d=100=70 表 活塞杆直径系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 故取 d=70 456 （ 4 式中 许用应力； M P b （ 的抗拉强度为375 400位安全系数取 5，即活塞杆的强度适中） 3活塞杆的结构设计 活塞杆的外端头部与负载的拖动电机机构相连接，为了避免活塞杆在工作生产中偏心负载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，应根据负载的具体情况，选择适 11 当的活塞杆端部结构。 活塞杆的密封形式有 6。采用薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按 H9/钢片厚度为 方便设计和维护，本方案选择 液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表 4取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表 4a、 b、 表 4a）液压缸 行程 系列（ 3496 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表 4b） 液 压缸 行程 系列 （ 3496 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表 4c） 液压缸形成系列（ 3496 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 塞的设计 由于活塞在 液压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。 活塞与缸体的密封形式分为：间隙密封（用于低压系统中的液压缸活塞的密封）、活塞环密封（适用于温度变化范围大、要求摩擦力小、寿命长的活塞密封）、密封圈密封三大类。其中密封圈密封又包括 O 形密封圈（密封性能好，摩擦因数小，安装空间小）、 在 20力下、往复 运动速度较高的液压缸密封）、 密封圈（耐高压，耐磨性好，低温性能好，逐渐取代 Y 形密封圈）、 V 形密封圈（可用于 50力下，耐 12 久性好，但摩擦阻力大）。综合以上因素，考虑选用 向套的设计与计算 的确定 当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度 1。如果导向长度过短，将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度 。 根据经验 ,当液压缸最大行程为 L,缸筒直径为 最小导向长度为 : 220 （ 4 一般 导向套滑动面的长度 A，在缸径小于 80取 A=(，当缸径大于 80=(.0)d.。活塞宽度 =(。 若导向长度 可在活塞杆上增加一个导向套 K(见图 4增加 套 21 （。 图 4压缸最小导向长度 1 因此 :最小导向长度 7 c 20 ，取 H=9 导向套滑动面长度 A= 活塞宽度 B= 隔套 c 19)21 导向套有普通导向套、易拆导向套、球面导向套和静压导向套等，可按工作情况适 13 当选择。 1）普通导向套 这种导向套安装在支承座或端盖上，油槽内 的压力油起润滑作用和张开密封圈唇边而起密封作用 6。 2）易拆导向套 这种导向套用螺钉或螺纹固定在端盖上。当导向套和密封圈磨损而需要更换时，不必拆卸端盖和活塞杆就能进行，维修十分方便。它适用于工作条件恶劣，需经常更换导向套和密封圈而又不允许拆卸液压缸的情况下。 3）球面导向套 这种导向套的外球面与端盖接触，当活塞杆受一偏心负载而引起方向倾斜时，导向套可以自动调位，使导向套轴线始终与运动方向一致，不产生“憋劲“现象。这样，不仅保证了活塞杆的顺利工作，而且导向套的内孔磨损也比较均匀。 4）静压导向套 活塞杆往复运动频率高、速度快、振动大的液压缸，可以采用静压导向套。由于活塞杆与导向套之间有压力油膜，它们之间不存在直接接触，而是在压力油中浮动，所以摩擦因数小、无磨损、刚性好、能吸收振动、同轴度高，但制造复杂，要有专用的静压系统。 盖和缸底的设计与计算 在单活塞液压缸中，有活塞杆通过的端盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘 圈、密封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏。 端盖厚 )h 1 式中 螺钉孔分布直径， P 液压力， 2 密封环形端面平均直径， 材料的许用应力， 2 缸 底分平底缸，椭圆缸底，半球形缸底。 14 端盖在结构上除要解决与缸体的连接与密封外，还必须考虑活塞杆的导向，密封和防尘等问题 6。缸体端部的连接形式有以下几种： A焊接 特点是结构简单，尺寸小，质量小，使用广泛。缸体焊接后可能变形，且内缸不易加工。主要用于柱塞式液压缸。 B螺纹连接（外螺纹、内螺纹） 特点是径向尺寸小，质量较小，使用广泛。缸体外径需加工，且应与内径同轴；装卸徐专用工具；安装时应防止密封圈扭曲。 C法兰连接 特点是结构较简单，易加工 、易装卸 ，使用广泛。径向尺寸较大，质量比螺纹连接的大。非焊接式法兰的端部应燉粗。 D拉杆连接 特点是结构通用性好。缸体加工容易，装卸方便，使用较广。外形尺寸大，质量大。用于载荷较大的双作用缸。 E半球连接，它又分为外半环和内半环两种。外半环连接的特点是质量比拉杆连接小，缸体外径需加工。半环槽消弱了缸体，为此缸体壁厚应加厚。内半环连接的特点是结构紧凑，质量小。安装时端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油口边缘擦伤。 F钢丝连接 特点是结构简单，尺寸小，质量小。 体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还需要考虑到两端端盖的厚度 1。一般液压缸缸体长度不应大于缸体内经的 2030 倍。取系数为5,则液压缸缸体长度： L=5*100 冲装置的设计 液压缸的活塞杆（或柱塞杆）具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量。 在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击和噪声。采用缓冲装置，就是为了避免这种机械撞击，但冲击压力仍然存在，大约是额定工作压力的两倍，这就必 然会严重影响液压缸和整个液压系统的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。 当液压缸中活塞活塞运动速度在 6m/般不设缓冲装置，而运动速度在12m/需设置缓冲装置。在该组合机床液压系统中，动力滑台的最大速度为4m/此没有必要设计缓冲装置。 15 气装置 如果排气装置 设置不当或者没有设置排气装置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存在空气 6。由于空气具有压 缩性和滞后扩张性 ,会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬行 ,影响液压缸的正常工作。比如液压导轨磨床在加工过程中，这不仅会影响被加工表面的光洁程度和精度，而且会损坏砂轮和磨头等机构。为了避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压系统外，还必须在液压缸上设置排气装置。配气装置的位置要合理，由于空气比压力油轻，总是向上浮动，因此水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方；垂直安装的液压缸，应设在端盖的上方。 一般有整体排气塞和组合排气塞两种。整体排气塞如图 4a）所示。 表 4排气阀（塞）尺寸 6 d 阀座 阀杆 孔 c 1d 2d D 1l 2l 3s 4d 4l 53 11 6 3 2 31 17 10 48 46 23 14 7 1 4 3 39 22 13 11 4 59 48 28 图 4a) 整体排气孔 图 4b） 组合排气孔 16 图 4c） 整体排气阀零件 结构尺寸 由于螺纹与缸筒或端面连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面空隙中挤出来并经过斜孔排除缸外。这种排气装置简单、方便，但螺纹与锥面密封处同轴度要求较高，否则拧紧排气塞后不能密封，造成外泄漏。组合排气塞如图 4b）所示，一般由络螺塞和锥阀组成。螺塞拧松后，锥阀在压力的推动下脱离密封面排出空气。排气装置的零件图及尺寸图见 4c）以及表 4d）。 图 4d） 组合排气阀零件结构尺寸 封件的选用 液压缸工作中要求达到零泄漏、摩擦小 和耐磨损的要求。在设计时，正确地选择密封件、导向套（支承环）和防尘圈的结构形式和材料是很重要的。从现在密封技术来分析，液压缸的活塞和活塞杆及密封、导向套和防尘等应作为一个综合的密封系统来考虑，具有可靠的密封系统，才能式液压缸具有良好的工作状态和理想的使用寿命。 17 在液压元件中，对液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊材料液压缸，如摆动液压缸等。液压缸中不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度适应范围大，要求弹性好，永久变形小，有适当的机械强度， 摩擦阻力小，容易制造和装卸，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。 密封件一般以断面形状分类。有 形等。除 他都属于唇形密封件。 液压缸的静密封部位主要是活塞内孔与活塞杆、支承座外圆与缸筒内孔、缸盖与缸体端面等处 6。这些部位虽然是静密封，但因工作由液压力大，稍有意外，就会引起过量的内漏和外漏。 静密封部位使用的密封件基本上都是 实一种精密的橡胶制品，在复杂使用条件下，具有较好的尺寸稳定性和保 持自身的性能。在设计选用时，根据使用条件选择适宜的材料和尺寸，并采取合理的安装维护措施，才能达到较满意的密封效果。 安装 矩形、三角形、 尾形、半圆形、斜底形等，可根据不同使用条件选择，不能一概而论。使用最多的沟槽是矩形，其加工简便，但容易引起密封圈咬边、扭转等现象。 液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支承座（导向套）的密封等。 密封圈是我国液压缸行业使用极其广 泛的往复运动密封圈。它是一种轴、孔互不通用的密封圈。一般，使用压力低于 16不用挡圈而单独使用。当超过 16使用挡圈，以防止间隙“挤出”。 尘圈 防尘圈设置与活塞杆或柱塞密封外侧，用于防止外界尘埃、沙粒等异物侵入液压缸，从而可以防止液压油被污染导致元件磨损。 是一种单唇无骨架橡胶密封圈，适于在 18 装，起防尘作用。 是一种单唇带骨架橡胶密封圈，适于在 内安装，起防尘作用。 是一种双唇密封橡胶圈，适于在 防尘 和 辅助密封的作用。 防尘罩采用橡胶或尼龙、帆布等材料制作。在高温工作时，可用氯丁橡胶，可在 130以下工作。如果温度再高时，可用耐火石棉材料。当选用防尘伸缩套时，要注意在高频率动作时的耐久性，同时注意在高速运动时伸缩套透气孔是否能及时导入足够的空气。但是，安装伸缩套给液压缸的装配调整会带来一些困难。 压缸的安装连接结构 液压缸的安装连接结构 包括液压缸的安装结构、液压缸近处有口的连接等。 液压缸的安装形式很多，但大致可以分为以下两类。 1）轴线固定类 这类安装形式的液压缸在工作时，轴线位置固定不变。机床上的液压缸绝大多数是采用这种安装形式。 A 通用拉杆式。在两端缸盖上钻出通孔，用双头螺钉将缸和安装座连接拉紧。一般短行程、压力低的液压缸。 B 法兰式。用液压缸上的法兰将其固定在机器上。 C 支座式。将液压缸头尾两端的凸缘与支座固定在一起。支座可置于液压缸左右的径向、切向，也可置于轴向底部的前后端。 2）周线摆动类 液压缸在往复运动时，由于机构的相互 作用使其轴线产生摆动，达到调整位置和方向的要求。安装这类液压缸，安装形式也只能采用使其能摆动的铰接方式。工程机械、农用机械、翻斗汽车和船舶甲板机械等所用的液压缸多用这类安装形式。 A 耳轴式。将固定在液压缸上的铰轴安装在机械的轴座内，使液压缸轴线能在某个平面内自由摆动。 B 耳环式。将液压缸的耳环与机械上的耳环用销轴连接在一起，使液压缸能在某个平面内自由摆动。耳环在液压缸的尾部，可以是单耳环，也可以是双耳环，还可以做成带关节轴承的单耳环或双耳环。 19 C 球头式。将液压缸尾部的球头与机械 上的球座连接在一起，使液压缸能在一定的空间锥角范围内任意摆动。 油口孔是压力油进入液压缸的直接通道，虽然只是一个孔，但不能轻视其作用 6。如果孔小了，不仅造成进油时流量供不应求，影响液压缸的活塞运动速度，而且会造成回油时受阻，形成背压，影响活塞的退回速度，减少液压缸的负载能力。对液压缸往复速度要求较严的设计，一定要计算孔径的大小。 液压缸的进出油口，可以布置在缸筒和前后端盖上。对于活塞杆固定的液压缸，进出油口可以设在活塞杆端部。如果液压缸无专用排气装置，进出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。液压缸进出油口的链接形式有螺纹、方形法兰和矩形法兰等。 第 4章 液压泵的参数计算 工进阶段液压缸压力最大，若取进油路总压力损失 55 1 0p P a ，压力5 10 ，则液压泵 最高工作压力可按式算出 ： 05 551 因此泵的额定压力可取510 8 510 由表 4知，工进时所需要流量最小是 小流量泵的流量应为 m i n/i n/) p ，快进快退时液压缸所需的最大流量是 则泵的总流量为 m ； 即大流量泵的流量 m i n/i n/)2 。 根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用 的双联叶片泵，该泵额 20 定压力为 7定转速 1000r/ 第 5章 电动机的选择 流量 :