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南京工程学院毕业设计说明书（论文）目录前言1第一章 绪论31.1 液压传动系统简介31.1.1 传动类型及液压传动定义31.1.2 液压系统的组成部分31.1.3 液压系统的类型31.1.4 液压技术特点41.2 绞车简介51.2.1 绞车概述51.2.2 绞车功能与结构61.2.3 绞车分类71.2.4 绞车应用81.3 液压绞车发展趋势101.4 课题主要设计内容11第二章 400KN液压绞车设计方案122.1 设计要求122.2 液压传动系统方案122.2.1 液压泵、马达的选择142.2.2 静液压传动方案比较162.2.3 静液压传动的应用172.3 排缆技术方案19第三章 400KN液压绞车液压系统设计223.1 拟定液压系统原理图223.1.1主液压系统223.1.2 补油液压系统233.1.3 循环液压系统233.2 卷筒主要参数的设计与计算243.2.1 钢丝绳243.2.2 卷筒263.2.3 一级开始直齿轮传动比273.3 液压元件计算与选择273.3.1 液压马达273.3.2 液压泵283.3.3 系统工作压力的确定293.3.4 液压阀的选择30第四章 液压站的设计314.1 液压站的组成及类型314.1.1 液压站的组成314.1.2 液压站的类型314.2 液压油箱及其附件324.2.1 油箱的功能324.2.2 油箱的设计324.2.3 油箱附件的选择354.3 液压泵组374.3.1 布置方式374.3.2 连接和安装方式374.3.3液压泵的安装姿态374.3.4 液压泵组的传动底座384.3.5 防振降噪措施384.4 液压站结构总成384.4.1 液压油的选择384.4.2 油箱内壁的加工404.4.3滤油器的选择404.5 油管和管接头的选择414.5.1油管的选择414.5.2 管接头的选择414.6 液压集成块设计424.6.1 结构特征424.6.2 通油孔道直径的确定424.6.3 集成块的材料和主要技术要求434.6.4 本课题集成块44第五章 液压绞车的运转特性455.1 提升455.1.1 启动阶段455.1.2 等速阶段455.1.3 减速阶段455.2 下放465.2.1 启动加速阶段465.2.2 等速阶段465.2.3 减速阶段465.3 调速485.4 液压绞车的运转噪声48第六章 结论50参考文献51致谢52前言随着液压技术的迅速发展，液压传动已经在各种各样的机械上得到越来越多的应用，代替了许多复杂的机械结构。液压传动具有很多其它传动方式所没有的独特优点：（1）易于获得较大的输出力和力矩。绞车往往需要很大的提升力，故这个优点使液压传动适用于绞车拖动系统。（2）可以实现无级调速，调速范围大，还容易获得极低的转速，并且在低速时工作稳定，使得整个传动系统简化。这对于工作中需要调速的绞车来说是很重要的。（3）体积小、重量轻、功率重量比大。由于体积小、重量轻，因而惯性小，启动、制动迅速，工作平稳，易于实现快速而无冲击的变速和换向。这对于绞车的频繁启动、换向有利。（4）易于获得各种复杂的机械动作，一直接驱动动作装置，故可以用低速大扭矩马达直接驱动绞车滚筒，而不需要减速装置。（5）动力传递很方便。由于用管道传递压力油，所以液压元件和各种机械装置都可以灵活布置，便于液压绞车的远距离控制。（6）易于实现过载保护，能满足绞车安全工作的要求，避免发生事故。（7）液压元件能自动润滑，延长使用寿命。（8）液压元件易于实现标准化、系列化、通用化。便于大批量生产，提高生产效率和质量，降低成本。液压传动也有一些缺点：（1）液压油容易泄漏，外泄漏会污染环境，并造成液压油浪费；内泄漏会降低传动效率，并影响传动的平稳性和准确性。（2）液压油的粘度随温度的变化而变化，容易引起机构工作不稳定。在低温和高温的情况下不宜采用液压传动。（3）液压油容易污染。液压油要保持清洁干净，防止灰尘和杂物混入。（4）液压元件加工精度和质量要求高，加工难度大，成本比较高。（5）液压油易燃，需要注意防火，如用阻燃液压油作为工作介质则可以避免。由于液压传动具有以上许多突出特点，对提高绞车的性能具有很重要的作用，所以绞车广泛采用液压传动。第一章 绪论1.1 液压传动系统简介1.1.1 传动类型及液压传动定义一本完整的机器都是由原动机、传动装置和工作机组成的。原动机（电动机或内燃机）是机器的动力源；工作机是机器直接对外做功的部分；传动装置是设置在原动机和工作机之间的部分，用于实现动力（或能量）的传递、转换和控制，以满足工作机对力（力矩）、工作速度及位置的要求。按照传动件的不同，可分为机械传动、电气传动、流体传动（液体传动和气体传动）及符合传动等。流体传动又包括液力传动和液压传动。液力传动是以动能进行工作的液体传动。液压传动则是以受压液体作为工作介质进行动力（或能量）的转换、传递、控制与分配的液体传动。由于其独特的技术优势，已成为现代机械设备与装置实线传动及控制的重要技术之一。1.1.2 液压系统的组成部分液压传动与控制的机械设备或装置中其液压系统大部分使用具有连续流动性的液压油等作为工作介质，通过液压泵将驱动泵的原动机的机械能转换成液体的压力能，经过压力、流量、方向等各种控制阀，送至执行器（液压缸、液压马达）中，转换为机械能来驱动负载。这样的液压系统一般都是由动力源、执行器、控制器、液压辅件、工作介质等几部分组成。一般而言，能够实现某种特定功能的液压元件的组合，成为液压回路。为了实现对某一机器或装置的工作要求，奖若干特定的基本回路连接或复合而成的总体成为液压系统。1.1.3 液压系统的类型液压系统可以按多种方式进行分类，见表1.1.1表1.1.1 液压系统分类1.1.4 液压技术特点与其他传动控制方式相比较，液压传动与控制技术特点如下：1.优点（1） 单位功率的重量轻；（2） 布局灵活方便；（3） 调速范围大；（4） 工作平稳、快速性好；（5） 易于操纵控制并实现过载保护；（6） 易于自动化和机电一体化；（7） 液压系统设计、使用维护方便。 2.缺点（1） 不能保证定必传动；（2） 传动效率低；（3） 工作稳定性易受温度影响；（4） 造价较高；（5） 故障诊断困难。1.2 绞车简介1.2.1 绞车概述在人类历史上，绞盘(windlass)是第一种用于拖电提升重物的机器，它可使个人搬运远重于自己许多倍的重物。绞盘采用一种轴和轮的形式，由用垂直框架支撑的滚筒组成，人通过用手摇动曲柄，使绞盘滚筒绕水平轴转动(见图1.2.1)。中国人在公元前二千年就设计出用曲拐手柄转动的砂轮。图1.2.1 绞盘简图今天被广泛应用的绞车(或称卷扬机)是绞盘的另一种形式，它泛指具有一个或几个上面卷绕有绳索或钢丝绳的圆筒，用来提升或拖曳重载荷的动力机械。图1.2.2所示为一种简易的手动提升绞车；该绞车用手驱动，靠齿轮传动的速比增扭，配有防止卷筒反转的棘轮机构和制动用的带闸。图1.2.2 手动提升绞车1.2.2 绞车功能与结构绞车设计采用滚筒盘绞或夹钳拉拔缆绳方式来水平或垂直拖曳、提升、下放负载，绞车一般包括驱动部分、工作装置、辅助装置等几部分。1.驱动部分：用于驱动绞车工作装置盘绞、释放缆绳，包含动力及传动装置与控制装置。绞车可以采用多种驱动方式，包括电动机、蒸汽机、柴油发动机、汽油发动孝几、液压马达、气动马达等等。无论采用何种驱动方式，在绞车的驱动部分设汁中都应包含以下设计准则：（1）无级均匀变速，调速范围宽广；（2）在有负载情况下，良好的启动特性和低速特性，总效率高；（3）双向旋转，并且容易改变旋转方向（4）维护保养相对容易，对周围工作环境不敏感；（5）制动系统工作可靠；（6）设计紧凑，结构简单，安装布置容易，重量轻；（7）在有负载情况下，能长时间安全带载静止而不至于损坏驱动系统。对于小型绞车，为了保证结构紧凑，绞车驱动部分一般与绞车工作装置联接在一起，直接驱动工作装置；对于大型绞车或应用现场空间相对狭小的绞车，绞车驱动部分与绞车工作装置可以设计成独立放置，两者问通过液压管线、气动管线或电缆管线相联系，绞车的布置和操纵均很方便。2.工作装置：在驱动部分作用下，通过滚筒回转或夹钳直线拉拔等方式拖曳或释放缆绳以完成对负载的收放控制，并含有对缆绳的容绳和排缆装置。3.辅助装置：辅助工作装置完成拖曳作业，包含滑轮组、导向装置以及速度测量、长度距离测量、张力测量等装置部分；绞车可以使用钢丝绳、尼龙缆绳等多种材质缆绳。1.2.3 绞车分类绞车可以采用多种分类方法。按绞车驱动方式分类，绞车可以分为机械式驱动绞车、电机驱动绞车、气动绞车、液压绞车等几大类。1.机械式驱动绞车（1）驱动部件间的固定几何位置关系决定着系统的设计布局，布局的变化少；（2）传动系体积尺寸大，总重量重；（3）安装布置复杂，经常需要精密加工的平面和精密的部件定位；（4）难以实现大范围的无级变速；（5）原动机的位置是不可变的；（6）在有负载的情况下，难以取得平稳的反转；（7）通过采用液力偶合器，可以在堵转工况下产生最大扭矩。2.电机驱动绞车2（1）在小型和低端绞车产品上采用常规定速电机驱动方法，能实现单速仁或双速)和双向旋转功能，系统简单，但不能低速启动和平滑变速；（2）采用可控硅整流仁SCR)直流调速方式实现无级变速，发展历史悠久，可在低速段提供短时的额定扭矩仁或堵转扭矩)。但是，若无独立冷却系统和专用设计，直流调速方式不能长时间用于堵转工况；（3）采用交流变频调速方式实现从零到最大速度的无级变速，可以在低速或堵转工况下提供100%额定扭矩，调速平稳；（4）设备复杂，维修、保养人员的技术水平要求较高。3.气动绞车（1）需要配置压缩空气站；（2）气动系统工作压力较低，气动马达外形尺寸较大，气动系统总体重量较重；（3）对环境条件敏感，在周围环境温度低的地方，可能有潮气凝结在气动管路和部件里；（4）噪音大，需要噪音消音器。4.液压绞车（1）双向实现从零到最大速度的无级变速控制，易于换向；（2）用高压溢流阀或压力补偿器双向限制有效力矩；（3）输出速度范围大，负载的低速控制好，可以带载良好启动；（4）系统允许长时间支持负载，双向可以限制不同力矩；（5）设计紧凑，布置方便，动力传递系统总重量轻；（6）易于实现恒速、恒张力控制。按绞车应用领域和使用工况分类，绞车分为矿用绞车、建工卷扬机、船用绞车、工程机械绞车以及特殊用途用绞车等等。按绞车作业形式分类，绞车一般分为滚筒卷扬绞车和线型绞车两大类。滚筒卷扬绞车采用驱动滚筒旋转方式收放缆绳和拖曳负载，并在滚筒上直接容绳;线型绞车采用夹钳直线拉拔缆绳方式拖曳负载，并在独立配置的滚筒上卷扬容绳。1.2.4 绞车应用绞车广泛应用于工程机械、建筑机械、林业、渔业、矿山机械、船舶运输、海洋石油等多领域，可配套多种类型主机设备。绞车具体配套的部分设备如下:1.汽车起重机主吊、辅吊绞车2.塔式起重机主吊绞车3.驳船定位绞车、拉索绞车4.钻探船拔桩绞车5.挖泥船悬挂和斗架绞车、抓斗绞车6.通用船舶锚泊绞车、起重绞车、牵引绞车7.集装箱船船尾恒张力装料绞车8.码头起重机主起重卷扬机9.海洋石油铺管工作船恒张力移船绞车、张紧器、A/R绞车、起重吊机的负荷绞车等等10.运输铁道车辆定位卷扬机、索道牵引绞车11.森林及木材加工机械重木起吊卷扬机、木材车、堆材机12.液压打桩锤配套设备液压管线绞车、电缆及气动管线绞车13.矿山和冶金行业运输绞车、提升绞车以下为中国海洋石油领域绞车的典型应用实例：1.吊机用负荷绞车负荷绞车用于控制起重铺管船主吊机吊钩的稳定，关系海上的作业安全。蓝疆船的负荷绞车采用静液压传动，有双泵双马达和单泵双马达两种匹配方式。液压系统采用丹尼逊金杯系列电比例变量通轴柱塞泵和定量柱塞马达，有手动控制和恒张力控制两种工作模式。在恒张力模式下，可以根据天气、载荷大小等因素自动（或手工）设定恒张力大小，用带有设定拉力的缆绳约束主吊钩，减小晃动幅度，使其能稳定工作。2.铺管船用移船绞车移船绞车用于铺管船的海上作业；8台移船绞车配合，能精确控制铺管船的运动和姿态。当船舶4台绞车手动收缆，控制铺管船前移时，船尾4台绞车恒张力放缆;移船绞车的使用能克服风浪对铺管船运动的影响，使之能精确定位。移船绞车采用静液压传动，采用单泵双马达闭式系统。液压泵采用萨奥公司20系列手动伺服变量泵或90系列电比例伺服变量泵，液压马达采用川崎公司的双速低速大扭矩马达；液压系统具有恒张力功能，用于滨海105船和滨海106船。1.3 液压绞车发展趋势随着液压元件的不断发展、丰富，随着液压控制技术和测试技术的进步，液压绞车的应用范围不断扩大，功率回收、负荷传感、恒张力等多种先进技术已在大型绞车上广泛应用。执行元件（液压马达）的使用更加多样。一方面，大排量液压马达实用性的增加大大改变了许多绞车的面貌；同时，小型、低成本液压马达配套行星减速系统也显现出取代大型马达的趋势，能简化或代替传统的多级开式齿轮组。现有的成熟可编程序控制（PLC）技术和高水平的数字传输技术在绞车精确缠绕控制上成功结合使用，出现了“层补偿输出”技术，可以实现绞车各层缆绳以设定的线速度输出设定的张力。在测量技术上，通过采用接近传感器和光学编码器测试缆绳的线速度和收放距离，采用安装在绞车滑轮轮轴上的应变仪测量缆绳的线张力，通过PC和PLC接收以上信息并应用电比例技术控制液压泵、液压马达的排量与压力。采用远距离无线接收和遥控技术，操控人员可以远程操纵绞车并随时了解绞车的工作状态和发布工作指令。在传统负荷绞车的基础上出现了一种“存储绞车”，用于大量液压管线、电缆（光缆）、气动管线等的存储和动力收放。在德国MENCK公司、荷兰IHC公司和天津市精研公司生产的液压打桩锤液压管线绞车、脐带绞车(电缆和气动管线绞车)上，采用了多通道液压回转接头和电滑环技术，可以在绞车回转收放过程中正常传输液、气、电介质，使打桩锤能在200米以上水深的海底正常、连续使用。在船舶、海洋石油领域的系泊绞车、移船绞车上，采用了一种远程遥控压力限制回路（RVPL）用于恒张力控制功能的实现。在恒张力系泊绞车以设定的速度收缆过程中，当绞车缆绳张力增加到RVPL系统设定点时，液压泵的排量将自动减小以维持设定压力；如果这时张力继续增加，RVPL系统将控制泵的斜盘越过中点，绞车自动放缆以维持张力的恒定。RVPL系统可应用于美国萨奥公司的90系列轴向柱塞变量泵上。基于能量回收和重新利用的二次调节静液压传动技术是德国科学家于1977年首先提出的一种液压传动技术。在二次调节系统中，液压变量马达/泵(称为二次元件)没有节流损失地连接在由恒压变量泵与液压蓄能器组成的恒压网络中，液压蓄能器在网络中不仅起到了吸收压力脉动的作用，而且作为贮能元件，能够回收并重新利用系统的惯性能或重力势能。二次调节技术在国外已经成功应用于矿山、造船、冶金等行业，能显著提高液压系统的效率，对能源紧缺的当今社会具有很大的经济价值和社会价值。国内对于此项技术的研究还仅限于应用基础研究阶段。1.4 课题主要设计内容本次毕业设计课题为400KN液压绞车液压系统设计，对液压绞车工作原理、工作环境和工作特点进行分析，并结合实际，对液压绞车整体结构进行了设计，队组成的各元件进行了选型、计算和校核。绞车要求卷筒需具有储绳功能，采用开式齿轮传动、闭式液压系统、电比例控制。在结构上要求具有紧凑、体积小、重量轻、外形美观等特点。在性能上，则需要具有安全性好，效率高、启动扭矩大、低速稳定性好、噪音低、操作可靠等特点。第二章 400KN液压绞车设计方案2.1 设计要求400KN液压绞车设计用于船舶甲板起重机，要求对液压绞车工作原理、工作环境和工作特点进行分析，并结合实际，设计此液压绞车液压系统。绞车要求卷筒需具有储绳功能，采用开式齿轮传动、闭式液压系统、电比例控制。在结构上要求具有紧凑、体积小、重量轻、外形美观等特点。在性能上，则需要具有安全性好，效率高、启动扭矩大、低速稳定性好、噪音低、操作可靠等特点。2.2 液压传动系统方案随着液压元件的丰富和控制方式的多样，随着电子技术的进步和深入应用，绞车液压传动系统也在不断发展进步。绞车液压传动系统可采用开式回路和闭式回路两种型式，这两种回路基本区别在于工作流体流出马达后所取的路径不同。在开式回路中，液压泵从油箱吸油后，将油通过液压方向阀换向后送至液压马达，油流再从马达回到液压油箱，图2.2.1所示为一个典型开式回路。开式系统采用单向液压泵，用液压方向阀控制马达旋转方向，通过变量泵控制方式、变量马达控制方式或比例方向阀控制方式控制绞车的旋转速度，通过平衡阀控制绞车的动力制动。在闭式回路中，液压泵、液压马达进出油口直接联通，形成闭环回路；补油泵从油箱吸油后，向液压泵、液压马达的工作回路内双向补油；图2.2.2所示为一个典型系统美国萨沃-森特公司90系列闭式回路。闭式系统一般采用双向变量液压泵，通过泵的变量改变主油路中油的流量和方向，控制绞车旋转的变速和换向。闭式系统主泵通轴串联一小排量补油泵，用于向主回路补油和控制主泵变量。在常规闭式系统中，主回路溢流阀、限压阀、补油溢流阀均集成于主泵，冲洗冷却阀组集成于马达。绞车的旋转方向和转速由液压泵液流方向和流量决定，即由液压泵的斜盘角度、排量和原动机的转速决定。闭式回路系统在国内通称为“静液压传动”；静液压系统本身具有动力制动功能。静液压传动装置是以液压泵和液压马达为主组成，附加各种变量控制单元和传动元件(减速器或变速箱)，成为一种无级变速的传动装置。它与纯机械传动和液力机械传动相比，具有高效区宽、布局灵活、无级变速、换向方便、控制方式多样和功率利用合理等众多优点。合理运用静液压传动装置，则能改善机器性能，提高生产效率，节省能量消耗，使机器的品质上升到一个新的阶段。随着该项技术的发展和所用元件的完善，采用静液压传动装置的工业机械会愈来愈多，市场前景良好。图2.2.1 开式系统原理简图1-制动器 2-液压马达 3-溢流阀 4-外控式平衡阀 5-三位四通电磁换向阀6-溢流阀 7-回油过滤器 8-冷却器 9-定量泵 10-油箱图2.2.2 萨奥-森特公司90系列闭式系统示意图2.2.1 液压泵、马达的选择1.液压泵静液压传动装置用的液压泵是通轴型双向变量斜盘式轴向柱塞泵(以下简称通轴泵)。通轴泵的变量控制方式很多，主要有手动伺服控制、与压力有关的液压控制、与转速有关的液压控制、扭矩控制和电控制(比例控制、二位控制)等等。国外通轴泵产品最早产于50年代，近几年发展得很快，品种规格齐全，变量控制方式多样，技术指标先进，质量稳定，工作可靠;美国萨沃森特公司90系列通轴泵、德国力士乐公司A4VG系列通轴泵等产品已在国内工程机械、船用设备上大量应用。国内通轴泵产品生产起步较晚，目前仅有中美合资上海萨沃液压传动有限公司进行少量规格的组装生产;天津派克特精液压公司、贵州力源液压公司也在小批量生产，但产品的品种规格、产量与国外先进国家相比尚有很大差距。2.液压马达静液压传动装置用的液压马达种类繁多，既有高速轴向柱塞马达，也有低速大扭矩马达。高速轴向柱塞马达又可以分为斜轴式轴向柱塞马达和斜盘式轴向柱塞马达二种。斜盘式轴向柱塞马达与斜轴式轴向柱塞马达相比有如下优点：（1）外形尺寸较小，便于与减速机、制动器等组合成一体，成为“车轮马达”。（2）由于它的结构与通轴泵的结构相似，相同排量元件的零件可以通用，对使用维修带来方便。一般负荷变化比较平稳，变速范围比较小的静液压传动装置，使用斜盘式轴向柱塞马达较多。低速大扭矩马达常用的有两种，一种是多作用径向柱塞马达，例如内曲线马达；另一种是单作用径向柱塞马达，例如曲轴连杆马达和静力平衡马达。低速大扭矩马达的优点是起动效率高、低速稳定性好、不需要中间传动装置，可直接与车轮连接；缺点是变量范围小、一般只能有级变量。目前工程机械静液压传动装置中，使用的低速大扭矩马达大多数从国外进口，主要有法国波克兰公司的内曲线马达和日本川崎公司的“斯他法”马达等。外国公司典型的静液压传动元件见表2.2.1。表2.2.1 外国公司典型静液压传动元件序号公司名称国家典型静液压传动元件1Rextoth德国A4VG+A6VM2Saucr美国90泵+90马达3Denison美国金杯泵+金杯马达4Samhydraulik意大利HCV+H2V5Eaton美国72400+7436Parker美国P2+V127Linde德国HPV-02+HMF-023.液压泵和液压马达（1）高压化和高速化，最高工作压力已达到48Mpa;为了提高转速，要减轻重量，对零件结构进行改进。例如采用摩擦焊柱塞结构，将柱塞做成中空形式，使柱塞重量减轻，从而减小转动惯量，有利于转速提高。（2）对驱动单元和控制单元进行模块化设计，有利于产品系列化、通用化和标准化。（3）改进结构，加大通轴泵的变量范围。例如，德国林德公司已使斜盘最大摆角由18增加到21。（4）采用螺纹式插装阀，使结构更加紧凑，减少泄漏。（5）改善变量调节特性曲线和增加变量控制方式，更能满足工程机械传动发展要求。（6）采用新材料和新工艺，降低制造成本。（7）根据城市环保要求，尽量降低噪音。2.2.2 静液压传动方案比较1.液压系统调节方式（1）变量泵定量马达方案该系统应用广泛，是能够无级控制速度的最简单方案。泵和马达的排量通常是相同的，也可以不同。该系统通过液压泵的变量控制马达的转速，通过回路中高压溢流阀的调定压力设定马达输出扭矩。该系统常用于车辆、园艺拖拉机、联合收割机和建工机械。（2）变量泵变量马达方案该系统有很宽的速度范围，允许使用排量小于马达最大排量的泵，这样可以使系统成本符合或满足某些性能要求。该系统应用范围很广，可以适用从履带拖拉机、起重机到那些要求高速小扭矩和低速大扭矩的工业驱动中。近年来，变量方式采用电比例控制方式的越来越多，通过与微电子技术相结合，实现智能化控制，并根据不同的工况，选择不同的工作模式，更有利于功率合理利用和节约能耗。（3）定量泵变量马达方案该系统通过马达排量的变化来改变输出速度，但在低速范围内受限制，应用于特定工况。2.液压马达形式（1）高速方案，采用高速液压马达和通过最终传动装置仁变速箱、驱动桥或减速机)，使之进一步降低速度，增加扭矩，它是利用中间环节来分担所需的功能，通过选择减(变)速器传动比的方式较方便地对主机参数实现匹配，对马达的承载要求相对较低。在这种方案中，不仅液压泵具有较大的变量范围，液压马达也可以有较大的变量范围，再加上选择合理的速比和设置理想的档位，可以得到一条比较理想的功率输出特性曲线，能满足工程机械的使用要求。其次，高速轴向柱塞马达具有较高的功率/重量比，因此，工程机械静液压传动装置采用高速方案居多。（2）低速方案，采用低速大扭矩马达LSHT液压马达)直接驱动行驶结构。这种方案最合乎以“最少数量的零部件来满足尽可能多的使用要求”的设计原则，一些车轮马达可以直接安装在驱动轮轮惘内而很少占用其它安装空间，更能体现液压传动布局灵活性的优点，为整机设计提供了许多方便，省去了液压马达与驱动轮之间的各种中间传动环节，避免了由它们产生的附加功率损失和机械噪声，也无须专门保养减速器。用低速马达直接传动的方式还显著地降低了驱动轮的转动惯量，有利于提高系统的调节品质和减少冲击负荷。2.2.3 静液压传动的应用静液压传动在工程机械、农用机械、船舶设备及海洋石油设备等领域有着广泛的应用。1.工程机械领域（1）自行式振动压路机自90年代起，在国外压路机中振动压路机已占主导地位，它的行走驱动系统和振动系统都采用静液压传动。自1984年徐州工程机械厂引进了瑞典蒂纳派克公动压路机技术和1986年洛阳建筑机械厂引进了德国宝马公司振动压路机技术后，国内振动压路机产量也日益增长。行走静液压传动装置由液压泵和前、后驱动液压马达组成闭式回路;液压泵采用通轴手动伺服控制变量泵。法国波克兰公司专门为压路机研制了“紧凑型”内曲线马达;当液压马达为高速马达时，则和行星减速器组成“车轮马达直接进行驱动。振动静液压传动装置是由变量通轴泵和定量液压马达组成闭式回路。液压泵的变量控制方式为电气二点变量控制，通过泵的变量实现振动轮的起振、停振和改变振动频率。在静液压传动中，当变量泵的摆角为零时，振动轮的振动能迅速停止，振动轮没有余振。行走驱动和振动驱动都采用静液压传动后，可使二者更好地协调配合，保证了路面压实质量。例如，当行驶方向需要改变时，不会出现由于振动轮长时间的原地激振，而造成路面下沉的缺陷。（2）稳定土摊铺机稳定土摊铺机用于路面稳定土的摊铺、捣实和熨平，使路基具有一定密实度并达到要求的宽度。摊铺机的行走驱动系统和供料系统一般均采用静液压传动。行走静液压驱动由变量通轴泵和液压驱动马达仁定量马达或变量马达)组成，液压马达通过变速箱、差速器、减速箱、链传动驱动车轮。为了克服摊铺过程中，摊铺速度不稳定，一般液压泵采用电比例变量控制，以操作者的指令，对速度进行精确控制。当摊铺速度偏慢时，则增加泵的排量，使摊铺速度提高;当摊铺速度稍快时，则减小泵的排量，使摊铺速度降低。供料静液压传动由变量通轴泵和定量液压马达组成。液压泵的变量方式也是电比例控制变量，液压马达驱动链传动、刮板器、螺旋分料器完成稳定土的接收、供料和分料。（3）稳定土拌合机稳定土拌合机用于公路基础稳定土拌合作业。拌合机的行走驱动和拌合系统均采用由手动伺服控制变量通轴泵和定量液压马达组成闭式回路。（4）轮式装载机在欧洲，中小型轮式装载机的行走系统绝大多数采用静液压传动，比较著名的厂商有德国利勃赫尔公司、蔡特曼公司等。国内鼎盛天工公司引进了德国利勃赫尔公司L551B, L522轮式装载机制造技术。轮式装载机行走驱动负荷变化较大，它的静液压传动装置都由变量泵和变量马达组成闭式回路。而液压泵的变量控制方式为与转速有关的液压控制。（5）推土机静液压传动技术在国外中小功率推土机传动系统中已得到应用和发展，而我国在该方面的研究刚刚起步。2.农用机械领域联合收割机近20年来，静液压驱动技术在联合收割机上的应用非常普遍，与传统机械传动收割机相比，静液压联合收割机有以下优势：(1)行走速度与收割速度同步，其收获量的收获量提高5%左右；(2)辅助作业时间短，比机械无级变速联合收割机提高工效115-210倍；(3)特别适于收割倒伏作物或丰产作物；(4)劳动强度大大减小。3.海洋石油、船舶设备和其它传动方式相比，静液压传动以其具有高效区宽、布局灵活、无级变速、换向方便、控制方式多样和功率利用合理等众多优点，确立了在绞车传动和控制领域的优势地位。静液压传动技术和传动元件在国内外的多个行业已有了广泛的应用和发展，针对不同的应用领域和设备具有相应的系统配置和适用元件。2.3 排缆技术方案绞车的一个成功设计指标在于能否将缆绳平滑、整齐地分层缠绕在卷筒上，平滑整齐的绕绳不但能减少缆绳的磨损，而且能增加对缠绕缆绳测量的准确度。排绳器可以帮助人们完成上述工作。通常情况下，如果卷筒中心线到最近的导向滑轮中心线的间距与卷筒宽度的比值大于20，在理论上可以不必使用排绳器而能保证缆绳排列整齐，但在实际的应用中，排绳器往往是绞车不可缺少的组成部分。排绳器一般采用“双向丝杠排绳”、“伺服驱动排绳”等多种形式。1.双向丝杠排绳双向丝杠排绳是传统的机械排绳方法，结构相对简单。双向丝杠也称“花杠”，具有牙形、螺距相同的双向螺旋线，螺纹呈现菱形;双向螺旋线在丝杠的两个设定端点重合封闭，使丝杠上的螺母能在行程的端点自动反向移动。双向丝杠排绳器在卷筒和丝杠间设计了固定传动比的减速装置，当卷筒转动时，卷筒传动经减速机构带动双向螺旋丝杠旋转，带动滑动箱体沿双向丝杠运动。当缆绳在卷筒上缠绕1圈后，滑动箱体带领缆绳相应沿卷筒轴向移动1个缆绳直径步长，实现整齐排缆的目的。排绳器设计有手轮离合器，用于滑动箱体初始位置的人工调整。对于双向丝杠排缆方式，在最多能达到3000圈的排绳过程中仁可能会排绳30层，每层可能绕绳100圈)，高精度的传动比对排缆效果至关重要，而以下因素对传动比有影响：（1）缆绳直径缆绳受张力后，直径会有所变化;变化后的直径数值只能通过实际的测试和试验来得到。（2）缠绕圈间的间隙为防止外层缆绳受张力后陷入里层，引起缆绳损坏，必须要将缆绳排“密”，尽量减少圈与圈间的间隙。（3）缆绳的变化对于设计好的排绳器，它只适用于某种固定尺寸卷筒和固定规格的缆绳。当绞车换用其它规格缆绳时，用户需要改变驱动链轮机构的传动比或重新设计卷筒。（4）双向丝杠的加工精度高精度、长距离的螺旋传动和行程端点螺旋线的高精度重合决定了双向丝杠加工较困难，必须依靠数控设备或由有经验的工人技师完成，生产成本较高。2.伺服驱动排绳伺服驱动排绳理论上可以在同一个卷筒上适用任意规格的缆绳;它的测量传感器能告诉其伺服驱动“缆绳在哪”，然后通过单向螺旋丝杠将缆绳传送到位。伺服驱动排绳可采用多种驱动方式:（1）采用步进伺服电机驱动丝杠旋转带动排绳器移动，采用PLC程序控制，并加装反馈用接近开关或行程传感器。伺服驱动排绳灵活、精确，易于调整，但设计复杂，成本较高。（2）采用变频减速电机驱动丝杠旋转带动排绳器移动，通过变频器人工调整电机转速、旋向，使排绳器的移动速度、方向与卷筒的排绳相协调。在排绳器的两端设置机械式行程开关或光学接近开关，用于控制变频电机反向。该项技术已应用于“国家海洋技术中心液压绞车实验设备”项目。3.液压驱动排绳液压驱动排绳采用电比例液压方向阀驱动液压油缸或液压马达带动排绳机构移动，通过电比例先导控制手柄人工开环控制排绳机构的移动方向和运动速度。该系统可以同时控制多个排绳机构同时运动，并能控制和纠正排绳的偏差。第三章 400KN液压绞车液压系统设计3.1 拟定液压系统原理图液压系统包括主液压系统、补油液压系统、循环液压系统。主液压系统为闭式控制系统，用于绞车机架液压马达的驱动控制；补油液压系统用于液压系统油液的循环、过滤和温度控制；循环系统为辅助温控系统。初步拟定液压系统原理图见图3.1.1。 1-粗过滤器 2-双联齿轮泵3-电动机 4-溢流阀 5-精过滤器 6-电动机 7-伺服变量泵8-单向阀 9-热交换阀 10 -溢流阀 11-高压溢流阀 12-液压马达 13-制动液压缸14-电磁换向阀 15-冷却器16-回油过滤器 17-冷却器 18-回油过滤器图3.1.1 液压系统原理图3.1.1主液压系统主液压系统是典型闭式回路静液压系统，包含主液压泵、主控制阀组、主泵冲洗回路、马达冲洗回路等部分，采用单泵双马达匹配方式。本绞车采用了电液伺服双向变量轴向柱塞泵和定量低速大扭矩液压马达。绞车的旋转方向和转速有液压泵液流方向和流量决定；绞车输出的最大扭矩有主系统高压溢流阀控制；绞车通过冲洗回路对主系统内的热油进行热交换；由液压主泵对绞车滚筒提供动力制动。主泵采用德国力士乐公司的A4VG斜盘式轴向柱塞变量泵，其具体特征如下：斜盘式轴向柱塞变量泵，典型用于闭式回路静液压传动，最大排量250m1/r,最高工作压力40MPa。泵的流量与驱动转速、排量成正比并可无级变量，流量随斜盘摆角可从零值增加到最大量，并且当斜盘摆过中位时液流方向会平稳改变。主泵后部串联辅助泵，用于补充液压油，克服内泄漏并为伺服阀提供油源，通过伺服阀控制主泵变量。辅助泵为内啮合齿轮泵，排量52.5 ml/r，设定补油工作压力Psp=2 MPa。采用伺服变量方式，灵敏可靠。泵的排量和输入电信号成正比。泵的两个高压腔均内置补油溢流阀，既可以分别设定两腔的最高压力，避免系统超载，又有补油阀的功能，补油流量通过该阀向两个高压腔补油。内置压力切断阀。在工作压力达到该阀的设定值后，泵的排量自动调整到零。该阀可在绞车加速和减速时阻止高压溢流阀的开启；采用压力切断功能，可以减少高压溢流阀的开启频率，减少高压溢流阀开启时的通过流量，减少系统发热。3.1.2 补油液压系统包含辅助泵组、冷却阀组和冷却器。辅助泵组选用CBGF1040/1018双联齿轮泵，电动机驱动。前泵排量40m1/r，出口设定压力40bar，一方面用于控制马达制动器，另一方面经过减压后向主系统补油。后泵排量18m1/r，用于通过冷却器辅助冷却液压油。3.1.3 循环液压系统包含循环泵组和冷却器，用于补充补油液压系统冷却效果的不足。3.2 卷筒主要参数的设计与计算3.2.1 钢丝绳长期以来，钢丝绳是按安全系数法选择的。其具体做法是：首先计算出起重机钢丝绳在工作中承受的最大静拉力,将最大静拉力诚意规定的安全系数n，然后从产品目录中选择一种破断拉力不小于钢丝绳，n=4.56.0。这么高的强度安全系数，在一般的零件强度计算中是从未有过的；再加上钢丝绳卷绕构件直径与钢丝绳直径之比不小于某一规定值，因而这种安全系数选择钢丝绳的方法，在一定程度上满足了使用寿命的要求。但是，安全系数在钢丝绳使用寿命方面的考虑是粗糙的，不能令人满意。有些制造商，为了减小钢丝绳直径（从而可缩减整个起重机构测尺寸），力图选择极限度很高的钢丝材料，过高极限强度的钢丝，导致钢丝绳使用寿命降低。为了解决钢丝绳使用寿命问题，有些国家的研究机构对此惊醒了长期的实验研究，积累了许多材料。其中比较有成效的德国斯图加特大学的实验。他们的研究，最终导致于如何选择 钢丝绳以保证有足够的寿命；他们的呃成果已经以计算标准的形式反映在DIN15020中，而国际标准ISO4308（钢丝绳的选择）以及我国标准GB/T3811-2008是在德国标准的基础上略加简化定制的。下面应用ISO4308标准规定的方法计算干死生直径：所选择的钢丝绳，其直径不应小于下式计算的最小直径：式中 C钢丝绳的选择系数S干死生的最大静拉力（N）在ISO4308标准中，系数C的的选择见下表3.2.1和3.2.2。表3-1 C和n值（天然纤维芯钢丝绳）机构工作级别选额系数C值安全系数n钢丝绳公称抗拉强度1470157016701770187019602160运动绳静态绳M10.0860.0830.0810.0780.0760.0750.0713.152.5M20.0890.0860.0830.0810.0790.0770.07733.352.5M30.0910.0880.0860.0830.0810.0790.07753.553M40.0970.0940.0910.0880.0860.0840.08043.5M50.1030.1000.0960.0940.0910.0890.0854.54M60.1150.1110.1080.1050.1020.0990.0955.64.5M70.1290.1250.1210.1180.1150.1120.10795表3-2 C和n值（钢芯钢丝绳）机构工作级别选额系数C值安全系数n钢丝绳公称抗拉强度1470157016701770187019602160运动绳静态绳M10.0820.0790.0770.0750.0730.0710.0683.152.5M20.0850.0820.0790.0770.0750.0730.0703.352.5M30.0870.0840.0820.0790.0770.0750.0723.553M40.0920.0890.0870.0840.0820.0800.07643.5M50.0980.0950.0920.0890.0870.0850.0814.54M60.1090.1060.1030.1000.0970.0950.0905.64.5M70.1230.1190.1160.1120.1090.1070.10295M80.1390.1340.1300.1260.1230.1200.11495工作级别选定M3，采用钢芯钢丝绳和双钩形式，公称抗拉强度取 ，系数取，。将上述数值代入中：验算：式中 钢丝绳的抗拉强度极限钢丝绳中金属丝截面与整个截面积的比值，与钢丝绳结构有关，一般（通常在钢丝绳性能表面上标注）考虑钢丝绳在绕制过程中的损失等因素的损失系数，一般取，代入上式中：安全系数满足要求，钢丝绳直径取d=33mm。3.2.2 卷筒1.卷筒直径当钢丝绳绕入卷筒或绕过滑轮是，钢丝绳中的钢丝将产生附加的弯曲应力，卷绕直径与绳径的比值D/d越小，弯曲应力越大。实验i奥名，钢丝绳的使用寿命随D/d的增大而增加，但当D/d到达极限值（大约为60）后寿命不再增加。实验还表明，在一次升降中钢丝绳通过的弯曲次数越多，其使用寿命也越短，而且与弯曲的形式和次序有关，例如，钢丝绳绕过滑轮的报价小于5是对寿命无影响，绕过滑轮比绕进卷筒对寿命的影响要大一倍，反向绕比正向绕影响要大一倍等。在实际计算中，为了简化，钢丝绳的最小卷绕直径由下式计算：式中 以钢丝绳中心线计算的钢丝绳的卷绕直径钢丝绳直径与起升机构工作级别有关的系数，见下表3.2.3表3.2.3 系数h的规定值机构工作级别卷筒h滑轮hM1M31416M41618M51820M62022.4M722.425M82628取卷筒h=14,代入中：按标准取卷筒直径D=500mm。卷筒机械效率取2.卷筒负载转矩：3.卷筒转速：3.2.3 一级开始直齿轮传动比取一级开始直齿轮传动比i=4.5。3.3 液压元件计算与选择3.3.1 液压马达1.液压马达转矩：式中 卷筒负载转矩液压马达转矩一级开式直齿轮传动比2.液压马达转速：式中 卷筒转速液压马达转速一级开式直齿轮传动比3.液压马达理论排量：式中 液压马达理论排量液压马达转矩液压马达进油口压力液压马达机械效率液压马达机械效率取，进油口压力设定为，代入上式中：根据上述计算，选用两台1QJM61-8型内曲线马达。表3.3.1 1QJM61-8液压马达技术参数型号排量（L/r）压力（MPa）转速范围（r/min）最大输出转矩（Nm）重量（kg）额定最大1QJM61-882031.51633.3.2 液压泵1.主液压泵（1）流量：式中 液压泵最大输出流量液压马达转速1QJM61-8型液压马达排量液压马达容积效率液压马达容积效率取，代入上式：根据需要，液压泵的最大输出流量应大于499.L/min，选用一台力士乐A4VG250伺服变量泵。表3.3.2 力士乐A4VG250伺服变量泵技术参数型号最大排量（mL/r）最大流量（L/min）系统工作压力（MPa）转速范围（r/min）A4VG2502505502480022002.辅助液压泵辅助液压泵选用CBGF1040/1018型双联齿轮泵。表3.3.3 CBGF1040/1018型齿轮泵技术参数型号排量mL/r压力（MPa）转速（r/min）容积效率大于总效率大于驱动功率(kW)额定最高额定最高CBGF1040/1018581417.52000250091%82%33.83.3.3 系统工作压力的确定1.液压马达工作压力液压马达实际工作压力差：式中 液压马达工作压力差（Pa）液压马达转矩（Nm）1QJM61-8型液压马达排量（L/r）液压马达机械效率液压马达机械效率取，代入上式：液压马达实际工作压力：式中 液压马达进油口压力液压马背压工作压力差2.制动系统工作压力3.补油压力3.3.4 液压阀的选择根据液压系统压力、流量选择液压元件，各元件型号如下表：表3.3.4 液压元件选型表名称型号数量高压溢流阀DBDS10P10/202热交换阀3WH6R-60/0F/B101单向阀S10P502溢流阀DBDS20P10/101溢流阀DBDS20P10/51电磁换向阀3WE5B-6.0/0AG24NZ5L粗过滤器XU-J160x1001高压过滤器ZU-H160x5DL1回油过滤器RFA-40x102冷却器GLC1-1.32第四章 液压站的设计 4.1 液压站的组成及类型4.1.1 液压站的组成液压站通常由液压泵组、油箱组件、温控组件、过滤器组建和蓄能器租价那五个相对独立的部分组成，见表4.1.1.尽管五个部分相对独立，但在液压泵站的设计和使用中，出了根据机器设备的工矿特点和使用的具体要求合理进行取舍外，经常需要将它们进行适当的组合，合理组成一个部件。例如，油箱上常需要将温控组件中的温度计、过滤器组建作为油箱附件而组合在一起构成液压油箱等等。表4.1.1 液压站的组成组成部分包含元器件作用液压泵组液压泵将原动机的机械能转换为液压能原动机驱动液压泵联轴器连接原动机和液压泵传动底座安装和固定液压泵及原动机油箱组件油箱存储油液、安装元件液位计显示和观察液面高度通气过滤器注油、过滤空气放油塞放油控温组件温度计显示观察油液温度温度传感器检测并控制油温加热器油液加热冷却器油液冷却过滤组件各类过滤器分离油液中的固体颗粒蓄能器组件蓄能器蓄能、吸收液压脉动和冲击支撑台架安装蓄能器4.1.2 液压站的类型1.按液压泵组布置方式分类（1） 上置式液压站（2） 非上置式液压站（3） 柜式和便携式液压站2.按液压泵组的驱动方式分类（1） 电动型（2） 机动型（3） 手动型3.按液压泵组输出压力高低和流量特性分类按液压泵组输出压力高低可将液压泵站分为低压、中亚、高压和超高压等类型；按液压泵组输出流量特性可将液压站分为定量式和变量式两种。4.2 液压油箱及其附件4.2.1 油箱的功能液压油箱简称油箱，他往往是一个功能组件，在液压站中的主要功能是存储液压油、散发油液热量、逸出空气及消除泡沫和安装元件等，其详细说明如表4.2.1所列。表4.2.1 油箱在液压系统中的主要功能序号作用说明1存储液压油液油箱必须能够存放液压系统中的工作循环所需要的油量。2散发油液热量液压系统工作工程中的容积损失和机械损失导致油液温度升高。油液从系统中带回来的任梁有很大一部分考油箱散发到周围空气中。3逸出空气及消除泡沫液压系统低压区压力低于饱和蒸汽压、吸油管漏气或也为过低时由漩涡作用引起泵吸入空气、回油的搅动作用等都是形成气泡的原因。4安装元件在中小型设备的液压系统中，往往吧液压泵组和一些阀或整个液压控制装置直接安装在油箱顶板上。4.2.2 油箱的设计1.油箱的容量因为此课题中400KN液压绞车液压系统采用笔闭式回路，油箱容量应大于主回路中液压油每分钟流量的体积。本液压系统主回路液压泵提供的最大流量，所以油箱体积应大于550L。根据标准油箱容量选择油箱的容量。630L标准油箱的外形尺寸如表4.2.2所示。表4.2.2 630L标准油箱外形尺寸 单位：mm公称油箱容量近似油液深度固定孔最小壁厚（不含箱顶）630L94584515141274520450225图4.2.1 标准油箱的结构细节2.隔板（1）作用增长液压油流动循环时间，出去沉淀的杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液面波动。（2）安装形式隔板的安装形式有多种，可以设计成高出液面，是液压油从隔板侧面流过；还可以吧隔板设计成低于液压油面，其高度为最低右面的2/3，使液压油从隔板上方流过。（3）过滤网的配置过滤网可以设计成将液压油箱内部一分为二，使吸油管与回油管隔离开，这样液压油可以经过一次过滤。过滤网一般使用50100目左右的金属网。3.吸油管与回油管（1）回油管出口回油管出口有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种形式，斜口应用的较多，一般为45斜口。为了防止液面波动，可以在回油管出口装扩散器。会有关必须安置在液面下方，一般距离液压油面你的距离大于300mm，回油管出口绝对不允许放在液面以上。（2）回油集管单独设置回油集管当然是理想的，但不得已时则应使用回油集管。对溢流阀、顺序阀等应注意合理设计回油集管，不要人为地施以背压。（3）泄露油管的配置管子直径和长度要适当，管口应在液面之上，以避免产生背压。泄露油管以单独配管为好，尽量避免回油集流配管的方法。（4）吸油管吸油管前一般应设置滤油器，其精度为100200目的网式或线隙式滤油器。滤油器要有足够的容量，避免阻力太大。滤油器与箱底间的距离应不小于20mm。吸油管应插入液压油面一下，仿制吸油时卷入空气或气泡。（5）吸油管与回油管的方向为了使油液流动具有方向性，要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量吧吸油管和回油管用隔板隔开。为了不使回油管的压力波动波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向应一致，而不是相对着。4.防止杂质入侵为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全密封的。在结构上应注意一下几点：（1）不要将配管简单的插入液压油箱，这样空气、杂质、和水分等便会从其周围的间隙侵入。同时应尽量避免液压泵及马达直接装在液压油箱顶盖上。（2）在结合面上需衬入密封填料、液压密封胶，以保证可靠的气密性。例如，液压油箱的上盖可以直接焊上，可以加密封垫（厚度1.5mm以上的耐油密封垫）进行密封。（3）为了保证液压油箱通大气并净化抽吸空气，需配备空气滤清器。空气滤清器常设计成既能过滤空气又能加油的结构。5.顶盖和清洗孔（1）顶盖在液压油箱顶盖上装设泵、马达、阀组。空气滤清器时，必须十分牢固。液压油箱同他们的结合面要平整光滑，将密封填料、耐油橡胶密封垫圈uiji液压密封胶衬入其中，以防止杂质、水和空气侵入，并防止漏油。同时，不允许由阀和管道泄露在箱盖上的液压油流回油箱内。液压泵及液压马达的底座要与上盖分开，另行制作。（2）清洗孔液压油箱上的清洗孔，应最大限度的易于清扫液压油箱内的各个角落和去除油箱内的元器件。（3）杂质和污油的排放为了便于排放污油，液压油箱底部应做成倾斜式箱底，并将放油塞安放在最低处。6.液面指示为观察油箱内的液面情况，应在油箱的侧面安装液面指示计，只是最高、最低油位。液面指示计可选用带温度计的。7.液压油箱的起吊对于液压装置而言从工厂装配开始，到最终送到用户，要经过反复装卸，所以在液压油箱整体上或发快上应装设吊钩、吊环螺钉或者吊环。8.液压油箱的防锈为了防止液压油箱内部生锈，应在油箱内壁涂抹耐油防锈材料。9.液压油箱的加热与制冷为了提高液压系统工作稳定性，应使系统在适宜的温度下工作。液压油温度一般希望保持在3050范围内，最高不超过60，最低不低于15。4.2.3 油箱附件的选择1.冷却器在选择冷却器时应首先要求冷却器安全可靠、有足够的散热面积、压力损失小、散热效率高、体积小、重量轻等。根据要求选择水冷式冷却器。水冷式冷却器的冷却面积计算：式中 冷却器的冷却面积（）液压系统发热量（）液压系统散热量（）散热系数平均温差（）式中 、进口和出口油温、进口和出口水温系统发热量和散热量估算：式中 输入泵的功率系统的总效率。合理高效的系统为70%80%，一般系统仅达到50%60%。式中 油箱散热系数（），这里取油箱散热面积（）油温与环境温度之差（）取平均温差为20，则有选用两个GLC3-9型列管式冷却器。4.3 液压泵组液压泵组是指液压泵及驱动泵的原动机和联轴器及传动底座组件，各部分的作用见表4.1.1。4.3.1 布置方式液压泵组的布置方式可以根据主机的结构布局、工况特点、使用要求及安装空间的大小，按本章4.1.1节所介绍的方法加以确定。4.3.2 连接和安装方式1.轴间连接方式在确定液压泵与原动机的轴间连接和安装方式时，首先要考虑液压泵轴的径向和轴向负载的消除或防止问题。（1）直接驱动型连接直接驱动型连接可采用联轴器或花键连接。（2）间接驱动型连接如果液压泵不能经联轴器由原动机直接驱动，而需要通过齿轮传动、链条传动或带传动间接驱动时，液压泵的传动轴液压泵的传动轴所售的径向载荷不得超过泵制造厂的规定值，否则带动泵轴的的齿轮、链轮或带轮应架在另外设置的轴承上。此种连接方式也应该满足规定的同轴度要求。2.安装方式液压泵组的安装，通常有以下几种常用的方式：（1） 角型支架卧式安装（2） 钟形罩立式安装（3） 脚架钟形罩卧式安装（4） 支架钟形罩卧式安装4.3.3液压泵的安装姿态应使液压泵的壳体泻油口朝上，以保证工作时壳体中始终充满油液。泵的轴伸和联轴器等外露的旋转部分，应该设有可拆卸的防护罩以保证安全。泵的下方应设置滴油盘，以免检修时油液流到地面上。4.3.4 液压泵组的传动底座液压泵组的传动底座在结构上应具有足够的强度和刚度，特别是对于油箱箱顶上安装液压泵组的情况，箱顶要有足够的厚度。还应考虑安装、检修的方便性，要在合适的部位设置滴油盘，以防油液污染工作场地。4.3.5 防振降噪措施液压元件的噪声研究表明，液压泵组液压装置最大的噪声源，油箱则是噪声的主要辐射体，参见表4.3.1.产生噪声的根源是震动，因此在液压泵组的结构设计中，应采取一定的防振降噪措施。例如，为了防止机械振动传给邮箱和管路，呀呀泵组与外界的一切连接都应该是弹性的，即液压泵的吸油管中装设橡胶补偿接管，压油管和泄油管中靠近泵的一段用软管，液压泵组的传动底座与箱顶或机架之间装设橡胶减震器，减震器的固有频率应原理液压泵组的回转频率，以防止产生共振及噪声。表4.3.1 液压元件产生噪声和传递辐射噪声的排列顺序元件名称液压泵溢流阀节流阀换向阀液压缸过滤器油箱管路产生噪声次序12345675传递辐射噪声次序234324124.4 液压站结构总成4.4.1 液压油的选择1.选择工程机械用液油的依据 (1)液压件不同的液压元件对所用液压油都有一个最低的配置要求，因此选择液压油时，应注意液压件种类及其使用的材质、密封件和涂料或油漆等与液压油的相容性，保证各运动副润滑良好，使元件达到设计寿命，满足使用性能的要求。液压泵是对液压油的黏度和黏温性能最敏感的元件之一，因此，常将系统中泵对液压油的要求作为选择液压油的重要依据(有伺服阀的系统除外)。 (2)系统工况。如果对执行机构速度、系统压力和机构动作精确度的要求越高，则对液压油的耐磨和承载能力等的要求也越高。根据系统可能的工作温度，连续运转时间和工作环境的卫生情况等，选油时须注意油的黏度、高温性能和热稳定性，以减少油泥等的形成和沉积。 (3)油箱大小。油箱越小对油的抗氧化安定性、极压抗磨性、空气释放性和过滤性等要求就越高。 (4)环境温度。针对工程机械在地下、水上、室内、室外、寒区、或是处于温度变化的严寒区，以及附近有无高温热源或明火等环境温度特点，合理选用液压油。若附近无明火，工作温度在60以下，承载较轻时，可选用普通液压油，如果设备须在很低的温度下启动时，须选用低凝液压油。综上所述，若液压油的质量合格，系统执行机构运动速度很高时，油液的流速也高，液压损失随之增大，而泄漏相对减少，故宜选择黏度较低的油；反之，当油的流速低时，泄漏量相对增大，将对工作机构运动速度产生影响，这是宜选择黏度较高的油。通常，当工作压力高时，宜选用黏度高的液压油，因为解决高压时的泄漏问题比克服其黏阻更应优先；当工作压力较低时，宜选用低黏度的油。环境温度高时，应采用黏度较高的油，反之，应采用黏度较低的油。(5)液压油的最后确定。液压油初步选定后，还须注意核查其货源、黏度、质量、使用特点、适用范围，以及对系统和元件材料的相容性，看各项指标是否能完全满足使用要求。(6)经济性。要综合考虑液压油的价格、使用寿命、以及液压系统和维护、安全运行周期等情况，着眼于经济效益好的品牌。2.选择液压油的经济性分析选择液压油时，不能只注意油价，而忽视了品种、质量、维护与再生等情况，如，在高温热源和明火附近的高温、高压和精密液压系统，要选用磷酸酯液抗燃液压油，不能因价贵而用价廉的含水抗燃液代替，这样会使液压泵过早的磨损，降低系统精度；又如，在高压液压系统中，应选用抗磨液压油，若选用便宜的机械油或防锈、抗氧液压油，则液压泵寿命会缩短。以ISO黏度为等级为VG46的品种L-HH和L-HM油为例，分别用于相同的YB-D25型叶片泵(压力为12.5MPa,温度为65，转速为1500r/min)，连续运行250h后测其磨损量，用L-HH油时泵的磨损量为用L-HM油时的63倍。因此，在中高压系统中，不该使用L-HH或L-HL油，而要选用L-HM抗磨液压油。对于寒区和严寒区室作作业工程机械的高压系统，则于气温低，环境温度变化大，应该选用高黏度指数的低温液压油，以使系统低温油液流动性好，冷启动容易，还会使系统在冬夏季用油一致，不致更换频繁。高质量的抗磨液压油，热安定性高，水解安定性好，破乳化能力强，空气释放时间短，使用寿命长，可改善系统的运行状况，因此，高性能的液压系统应当用高质量的液压油。选用高质量的液压油，虽然油价较贵，但油品的使用寿命长，液压元件磨损少，系统维护容易，生产效率高，因此，总的经济效益还是合算的。4.4.2 油箱内壁的加工油箱内壁的加工目的是清楚焊接加工后产生的鳞片，即熔渣、铁锈，在内壁上油漆之前采用以下方法处理：1. 喷丸使用喷丸是为了排除油箱内壁焊接时飞溅的熔渣、铁锈。2. 喷沙喷沙就是用沙代替铁丸，喷沙处理后必须彻底清除沙子。3. 酸洗法喷沙处理不能彻底处理飞溅的熔渣时，容易生锈，所以使用酸洗法。4. 表面处理法表面处理在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。 对于金属铸件，我们比较常用的表面处理方法是，机械打磨，化学处理，表面热处理，喷涂表面，表面处理就是对工件表面进行清洁、清扫、去毛刺、去油污、去氧化皮等。4.4.3 滤油器的选择为了保证液压系统能够正常工作，因为必须队友也进行过滤，选择滤油器的原则是：1. 过滤精度能满足液压系统要求；2. 过滤能力应能满足液压系统要求；3. 应有一定的机械强度，不致因液压力的作用而算坏；4. 有良好的抗腐蚀性；5. 滤芯要立于清洗和更换，便于拆卸和维护。分别选用XU-J160x10和ZU-H160x5DL型过滤器作为粗、精过滤器。4.5 油管和管接头的选择4.5.1油管的选择系统所选用的油管分钢管和软管。钢管能承受较高的压力，价格低廉，但弯制比较困难，弯曲半径不能太小，多用于压力较高，装配位置比较方便的地方，一般采用无缝钢管。当工作压力小于1.6MPa时，也可用焊缝钢管。紫铜管能承受的压力较低，经加热冷却处理后，紫铜管软化，装配时可按需要进行弯曲，但价格较贵且抗振能力较弱。胶管分高、低压两种。高压软管是钢丝编织体为骨架或钢丝绳绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压管事麻线或棉线编制体为骨架的软管，多用于压力较低的油路中。系统选用的钢管，液压站和机构连接使用的是软管。4.5.2 管接头的选择管接头是连接管道的元件，被称为液压系统的动脉，其选择原则及注意事项为：1.根据用户使用要求的不同，可选用快换接头、金属接头等形式，具体接口与阀和缸接口螺纹一致；2.快换接头只需将接观察到底就能连接牢固，拔管时用力将释放套向里推即可；3.安装配管前应吹净管道及接头内灰尘等杂质；4.管子切断时，应保证切口垂直且不变形；5.接头拧到液压元件上时，拧紧力矩不要过大，以免损坏螺纹；6.管道弯曲处不得压扁。4.6 液压集成块设计4.6.1 结构特征块式集成是液压系统目前应用最为普遍的一种集成方式。他是将液压阀安装在六面体集成块上，集成块一方面起安装底板作用，另一方面起内部右路通道作用，故集成块又称为油路块或通道块。集成块通常是按典型液压系统的各种及泵回路，做成通用化的正方体或长方体，其四周除一面安装通向液压执行器的管接头外，其余三面安装标准的板式液压阀及少量叠加阀或插装阀，这些液压阀之间的油路联系由油路块内部的通道孔实现，块的上下两面为块间叠积结合面，布有由下向上贯穿通道体的功用压力油孔P、回油孔O（T）、泄油孔L及块间连接螺栓孔，多个回路块叠积在一起通过四只长螺栓紧固后，各块之间的油路联系通过公用油孔来实现。1.块式集成的优点（1）可以简化设计；（2）设计灵活、更改方便；（3）易于加工、专业化程度高；（4）结构紧凑、装配维护方便；（5）系统运行效率较高。2.快式集成的缺点（1）集成块的孔系设计和加工容易出错，需要一定的设计和制造经验；（2）系统运行是，出现故障诊断较为困难。4.6.2 通油孔道直径的确定1.与阀的油孔相通孔道的直径，应与液压阀油口的直径相同；2.与管接头相连接的孔道，其直径一般应按通过流量和允许流苏，用式来计算确定，但孔口须按管接头螺纹小径钻孔并攻螺纹；3.工艺孔应用螺塞或球胀堵死；4.公用孔道中压力油孔和回油孔的直径可以类比同压力等级的系列集成块中的孔道直径确定，也可以通过式 计算得到；泄油孔的直径一般由经验确定。4.6.3 集成块的材料和主要技术要求1.制造集成块的材料因液压系统压力高低和主机类型不同而异，可以参照表4.6.1选取。表4.6.1 油路块的常用材料种类工作压力（MPa）厚度（mm）工艺性焊接性相对成本热轧钢板35160一般一般150灰口铸铁14好不可200球墨铸铁35一般不可210铝合金锻件21好不可10002.集成块的毛坯不得有砂眼、气孔、缩松和夹层等缺陷，必要时需要对其进行探伤检查。毛坯在切屑加工前应进行时效处理或退火处理，以消除内应力。3.集成块各部位的粗糙度和公差要求不同，见表4.6.2。表4.6.2 集成块各部位的粗糙度和公差要求项目部位数值（）粗糙度各表面和安装嵌入式液压阀的孔0.8末端管接头的密封面3.2O型圈沟槽3.2备注一般通道油孔12.51. 块间结合面不得有明显划痕；2. 为了美观，机械加工后的铸铁和钢质集成块表面可镀锌项目部位数值公差定位销的孔H12安装面的表面平面度每100mm距离上0.01mm块间结合面的平行度0.03四个侧面与结合面的垂直度0.1m4.6.4 本课题集成块本课题集成块如图4.6.1所示。图4.6.1 集成块第五章 液压绞车的运转特性为了进一步了解掌握液压绞车的特性，必须分析液压绞车的运转特性。现以斜向运输，单泵单液压马达，手动随动操纵的全液压传动的提升绞车为例进行分析。5.1 提升运行方式：液动加速-液动等速运行-液动减速。5.1.1 启动阶段先启动辅油泵，主油泵，并做好一切准备工作，即可在操作液压绞车手柄，使主油泵柱塞缸体摆动，向液压马达开始供油，并同时打开盘形制动闸，使液压绞车启动。此时液压马达产生的启动力矩大于负载产生的静阻力距。随着主油泵排量的逐渐增大，液压绞车加速运转。 根据提升绞车的动力学分析，我们知道提升轿车的工作特点是满载启动，且最大转矩在加速阶段，因此对液压绞车的液压马达启动特性提出了一定的要求。考虑到内曲线低速转矩大扭矩马达的启动效率可以达到0.96到0.98（即启动扭矩与理论扭矩之比）；其启动力矩与其他类型的同容量低速大扭矩液压马达相比是最高以及其他一些原因，所以在全液压传动的液压提升绞车中，采用内曲线低速大扭矩液压马达来直接驱动液压绞车滚筒。从这里还可以看到液压提升绞车的主油泵是空载启动，连续运行。主油泵电动机是鼠笼型，所以液压绞车的电气控制设备比较简单。5.1.2 等速阶段随着操纵手柄的扳动，主油泵柱塞缸体摆动角逐渐增大，排油量随着增大，使液压马达转速不断加快，最后达到额定速度，液压绞车进入等速稳定运转状态。5.1.3 减速阶段将操作手柄往回扳回，主油泵柱塞缸体摆角逐渐减小，排油量随着减小，使液压马达转速降低，液压绞车减速，速度到零时，盘型制动闸动作使液压绞车停住。在这里可以看出，液压绞车的盘型制动闸在正常运转中不参加工作制动，只是在液压绞车滚筒停止运转后，作为保护装置来使用。正常运转时，使液压传动装置本身产生制动力，在紧急情况下，盘形制动闸才会进入安全保护制动。由于盘型制动闸在液压绞车整个运转过程中，与液压绞车自制动相互受力摩擦较少，故盘型制动闸的制动块磨损较慢，因而使用寿命比较长。5.2 下放运行方式：滚筒加速液压反馈制动运行液压反馈制动减速。5.2.1 启动加速阶段货载下放开始时，司机向反方向操作液压绞车手把，使主油泵柱塞缸体向反方向摆动，使主油泵油流换向，给液压马达供油，是液压绞车启动，货载下放。这时液压马达产生的启动力矩与货载的静态力矩方向相同，使货载加速下放。提升容器下放的速度逐渐增大，液压马达的转速也逐渐升高，产生的力矩减小。随着转速的继续升高，当液压马达的运转速度等于主油泵供给液压马达产生的速度时，则液压马达输出的例句为零。此时液压马达就转变为泵的工况，主油泵变为液压马达的工况，拖动主油泵电机运转。主油泵电机转为反馈运转方式，对提升系统产生制动力矩，并向电网反馈电能。实测时能看到此时液压提升绞车耗电量的电度表开始反转。5.2.2 等速阶段当主油泵电机产生的制动力矩与负载下放产生的力矩相同时，整个液压绞车提升系统进入等速运转阶段，主油泵电动机以略超过其同步速度的转速运转。对提升系统产生制动力矩，并向电网反馈电能，带负载以稳定的等速度下放。只要电动机的制动力矩足够大，电动机的转速就不会超过同步转速很多，据实测油泵电动机在此阶段中以大于其同步的1%到2%运行。5.2.3 减速阶段
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