摘 要
本文阐述了同步液压缸试验台设计，主要对工作原理、结构组成、参数计算等发面做了详细的分析与研究，得出一套较为合适的方法来设计试验台。主要通过查阅相关资料，应用相关公式，从而对油箱进行选择，然后来选择液压站的动力装置，确定电机与泵的安装方式，最后在根据原理图以及各项参数来进行管路与管接头的选择，从而完成整个设计。
论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点从原理设计、各回路的功能分析与选择入手，从而选择液压元件，计算其性能是否符合指标，最后在校核温升。
关键词：液压；基本回路；同步液压缸试验台设计；试验台
目 录
1 绪论 1
1.1 前言 1
1.2 题目背景 1
1.3 研究意义 1
1.4 国内外研究近况 2
1.5 主要研究内容 3
2 总体设计方案 5
2.1 液压传动综述 5
2.1.1 液压系统的组成 5
2.1.2 液压技术的优缺点 5
2.1.3 液压传动的发展趋势 6
2.1.4 液压系统设计要求及流程 8
2.2 液压系统的设计要求与部件选用 8
2.3 同步液压缸实验台液压系统设计 9
2.3.1 工况分析 9
2.3.2 拟定液压原理图 10
2.3.3 液压系统的计算和选择液压元件 12
2.3.4 对液压系统进行验算 16
2.3.5 液压油的选择 18
3 集成块的结构与设计 20
3.1 集成块的结构 20
3.2 集成块的设计 20
3.2.1 分析液压系统，确定集成块结构 20
3.2.2 液压元件的布局 20
3.2.3 确定油孔的位置与尺寸 21
3.2.4 绘制集成块零件图 21
4 液压站的设计 22
4.1 液压油箱的设计 22
4.1.1 液压油箱有效容积的确定 22
4.1.2 液压油箱的外形尺寸 22
4.1.3 液压油箱的结构设计 23
4.2 液压站的结构设计 26
4.2.1 液压泵的安装方式 26
4.2.2 电动机与液压泵的联接方式 26
4.2.3 液压站的结构设计的注意事项 26
5 管路的设计 28
5.1 管路的选择与布置 28
5.2 管路的连接 28
5.2.1 焊接式管接头 28
5.2.2 卡套式管接头 28
5.2.3 扩口式管接头 29
5.2.4 选择管路连接方式 29
6 液压站的组装调试、使用维护 30
6.1 液压站的组装 30
6.2 液压站的使用与检查 31
6.2.1 使用的一般注意事项 31
6.2.2 试验台的操作方法 31
6.2.3? 检查 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
1 绪论
1.1 前言
液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。
液压传动由于其具有传动功率大、易于实现无级调速等优点，使得其在各类机械设备中得到了广泛的应用。
本文阐述了同步液压缸实验台的设计，主要对工作原理、结构组成、参数计算等发面做了详细的分析与研究，得出一套较为合适的方法来设计试验台。主要通过查阅相关资料，应用相关公式，从而对油箱进行选择，然后来计算液压站的动力装置，确定电机与泵的安装方式，最后在根据原理图以及各项参数来进行管路与管接头的选择，从而完成整个设计。
论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点从原理设计、即从各回路的功能分析与选择入手，在选择液压元件，计算其性能好坏，最后在校核温升等指标。
1.2 题目背景
液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。它的发展决定了机电产品性能的提高。它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件，也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证，更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。所以说液压传动产品的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。
本课题主要是设计一个同步液压缸实验台，熟悉和掌握它的组成、工作原理以及应用，是分析、设计和使用液压系统的基础。通过这个设计，能更好的掌握基本回路并且对液压系统的设计的方法和步骤有了初步的理解和应用。
1.3 研究意义
在液压传动系统中，当液动机在某一段动作过程中或在特定条件下需要高压但对流量的需要又不太大时，经常采用低压泵配以增压缸组成的双向液压同步液压缸实验台来使液动机获得高压。这样既可减小功率损失，节省设备费用，又可在无条件设计和制造高压泵的情况下使液动机同样能高压工作。这种回路在液压压力机以及生活的各个方面都有较为广泛的应用。
对于同步液压缸实验台实验装置，通过对这个题目的原理图的设计，可以让我们熟悉液压传动系统设计的一般程序，了解并掌握液压传动这门技术。通过液压传动装置的设计，可以掌握机械设计的一般程序和基本方法。总之，通过本题目的设计，可以使我们四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。
1.4 国内外研究近况
液压技术近几年发展的速度是非常迅猛的，尤其在电子技术微机控制日益发展的今天，液压技术已迅速渗入到各个学科领域确切地说，液压是电子和机械技术之间的一种技术，把传动和控制结合起来是液压技术发展的必然结果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世界液压元件的总销售额为350亿美元据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%～3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动其主要原因是液压技术存在渗漏维护性差等缺点为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。[1]
我国液压产品有一定生产能力和技术水平的生产科研体系。尤其是近十年来基础产品工业得到国家支持，装备水平有所提高，目前已能生产品种规格齐全的产品，已能为汽车、工程机械、农业机械、机床、塑机、冶金矿山、发电设备、石油化工、铁路、船舶、港口、轻工、电子、医药以及国防工业提供品种基本齐全的产品。通过科研攻关和产学研结合，在液压伺服比例系统和元件等成果已用于生产。在产品CAD和CAT等方面已取得可喜的进展，并得到广泛应用。并且在国内建立了不少独资、合资企业，在提高我国行业技术水平的同时，为主机提供了急需的高性能和高水平产品，填补了国内空白。
虽然取得上述成果，但和目前国内的需求和国外先进水平相比还有较大差距。包括产品趋同化、构成不合理，性能低、可靠性差，创新和自我开发能力弱，自行设计水平低。
具体表现在产品水平、产品体系与市场需求存在较大的结构性矛盾。中国的液压市场很大，用户对产品的要求各异，各种高品质、高性能的液压元件市场需求量很大。而大部分国内企业所能提供的产品,无论在档次上还是种类上，都还远远不能满足这些需求。因此，在众多低档产品压价竞争的同时，不得不让出一块巨大的市场给国外产品。这表明，在市场丰富多样的需求面前，国内液压行业现有产品体系的结构性过剩与结构性短缺两个矛盾同时并存；也表明我们在产品的多样性、层次分布性和市场适应性等方面亟待调整和改善。企业在产品更新、装备改造等方面的投入能力不足。目前，我国大部份气动企业缺乏对产品及装备进行较大更新改造的能力，在高技术产品及专用生产检测装备的系统开发和投入能力上尤为缺乏，因而也限制了企业在高技术产品发展上取得大的突破，对缩短与国际先进水平的差距带来影响。当然，投入资金只是个基础条件 ，还必须有技术、人才等多方面的保障才行。
1.5 主要研究内容
设计内容有：
a.液压系统的原理图
(1)采用何种形式的供油方式。
(2)确定调速方案和速度换接方法。
(3)如何完成执行机构的自动循环和顺序动作。
(4)系统的调压、卸荷及执行机构的换向等要求。
b.液压系统的计算和选择液压元件
(1)计算液压缸的主要尺寸以及所需要的压力和流量。
(2)计算液压泵的工作压力、流量和传动功率。
(3)选择液压泵和电动机的类型和规格。
(4)选择阀类元件和辅助元件的规格。
c.外文翻译
选择相关的外文文献并进行翻译。
d.液压系统的验算
液压系统的元件选型完成后，要进行压力损失的及系统温升的验算。
e.绘制正式工作图和编制技术文件
设计的最后要整理出全部的图纸和技术文件。正式工作图一般包括液压系统原理图，液压传动装置装配图，主要零件的零件图。技术文件一般包括：基本件、标准件、通用件及外购件汇总表，液压系统安装和调试要求，设计说明书等。
2 总体设计方案
2.1 液压传动综述
2.1.1 液压系统的组成
液压系统主要由以下五个主要部分来组成：
a.能源装置：液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。
b.执行装置：液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。
c.控制装置：液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。
d.辅助装置：油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。
e.工作介质：液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。
2.1.2 液压技术的优缺点
a.与机械传动和电气拖动系统相比，液压传动具有以下优点：
(1)在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体积重量只有同等功率电动机的12%左右。由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。[12]
(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的12%～13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为0.03N/W。
(3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达1∶2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。
(4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。
(5)液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。
(6)液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。
b.液压传动的缺点：
(1)液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。[13]
(2)液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。
(3)液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。
(4)为了减少泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而且对油液的污染比较敏感。
(5)液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。
(6)随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是要解决的问题。
总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。
2.1.3 液压传动的发展趋势
由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。[18]尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：
a.减少能耗,充分利用能量
液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：
(1)减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。
(2)减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。
(3)采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。
(4)发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。
(5)改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。
(6)为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。
b.主动维护
液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。
要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。[17]要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。
另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。
c.机电一体化
电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下：
(1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。
(2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。
(3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。
(4)计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。
(5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。
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