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液压
注聚泵
设计
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仿单
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目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1往复泵的作用及优缺点 1
1.2往复泵的特点 2
1.2.1瞬时流量是脉动的 2
1.2.2平均流量是恒定的 3
1.2.3泵的压力取决于管路特性 3
1.2.4对输送的介质有较强的适应性 4
1.2.5有良好的自吸性能 4
1.3往复泵的分类 5
1.3.1按泵的的液力端特点分 5
1.3.2按传动端的结构特点分 5
1.3.3按泵的驱动方式或配带的原动机分 5
1.3.4按泵的排出压力分 6
1.3.5按泵的每分钟往复次数分 6
1.3.6按泵输送介质某一突出特性分 6
1.3.7按泵的用途分 6
1.4往复泵的应用与发展 7
第2章 液压注聚泵的方案确定 10
2.1液压注聚泵主要结构参数的选择与确定 10
2.2液压系统主要技术参数 13
2.2.1系统内液流流速突变引起的液压冲击 13
2.2.2由运动部件制动所产生的液压冲击 14
2.2.3空气室的理论设计 15
2.3液压油.滤油器.溢流阀的确定 17
2.3.1液压油的功能和基本要求 17
2.3.2溢流阀的选择 18
2.3.3滤油器的选择 19
2.4电动机的选择 21
2.5选择液压泵的规格 21
2.5.1齿轮泵 22
2.5.2叶片泵 23
2.5.3柱塞泵 24
2.5.4螺杆泵 25
第3章 泵的结构及工作原理 27
3.1泵的结构 27
3.1.1底座 25
3.1.2动力组件 25
3.1.3传动组件 25
3.1.4液缸组件 25
3.1.5安全阀组件 25
3.1.6稳压器组件 25
3.2泵的工作原理 28
第4章 泵的安装、调整、使用和保养 30
4.1泵的安装 30
4.1.1泵在安装中存在的问题 30
4.2泵的调整 31
4.2.1曲柄的位置调整 31
4.2.2柱塞密封的调整 31
4.3泵的使用 31
4.3.1启动及停车 31
4.4泵的维护与保养 33
4.5泵有关部件的调整和易损件的更换 33
4.5.1安全阀的调整 33
4.5.2柱塞及密封填料的更换 34
4.5.3阀、阀座、阀弹簧的更换 35
第5章 泵可能产生的故障及原因 36
结论 38
致谢 40
参考文献 41
专题 42
附录1 46
附录2 54
摘 要
针对国内中后期油田高含水和特殊油藏开采需要，通过对往复泵的概述分析，说明了液压注聚泵所要解决的主要问题，高效节能，排量可调，液压传动在国民生产各部门占有相当的比重，如何提高液压系统的性能，减少它的缺点是我们现在和将来都一直努力的方向。本设计就是主要针对油田使用的注聚泵而进行的。注聚泵是油田中重要的生产工具，它的设计合格与否直接影响到油田的生产效率和生产成本。因此，在设计中我通过查阅大量的有关资料，尽量使本次设计符合要求，减少它的缺点。本次设计也是对我们大学四年学习的一个总结。
关键词： 液压传动 液压系统 注聚泵
Abstract
Hydraulic transmission every department occupy a suitable one than serious, how improve hydraulic pressure systematic performance in national product, All diligent direction of the present and the future that the shortcoming of reducing it is us. Design and gather pump and go on to note that oil field use mainly originally. It is the important tool of production among the oil field that the note gathers the pump, its design is qualified to influence the production efficiency of the oil field and production cost directly . So, I try one's best to enable designing and fulfil requirements this time through consulting a large amount of relevant materials in the design, Reduce its shortcoming. This design is to a summary of study of four years of our university too.
Keyword: Hydraulic transmission Hydraulic pressure system The note gathers the pump
第1章 绪 论
1.1往复泵的作用及优缺点
往复泵是工业泵中不可缺少的一类产品。它的突出优点是：可获得高的排压，且流量与压力无关，适应输送介质十分广泛，吸入性能好，效率高，泵的性能不随压力和输送介质粘度的变动而变动。在当今世界能源紧缺的形势，往复泵作为节能产品，在石油开发、管道输煤、煤气化工、电站排渣、矿山开采等方面起着重要作用，而且在压力容器检测和实现现代化石油化工工业全面自动化操作方面也是不可缺少的品种。近年来，其产量明显增长，证明了它在国民经济发展中的地位。
往复泵的主要缺点就在于它是一种低速机械，因此，体积和重量很大。这类泵结构比较复杂，配套性强而通用性差；品种多而批量小，它的总产量约占整个泵类总产值3%左右。正因为如此，往往不注意这类产品的开发。以致这类产品的研究成果和文献资料也很少。至今全面地、系统地介绍往复泵结构、设计方面的书，至今还很少。
往复泵是泵类产品中出现最早的一种，至今已有2100多年的历史。在旋转式原动机出现以前，往复泵几乎是唯一的泵类。在旋转式原动机出现以后，才逐步地产生了离心泵和转子泵等其它类型的泵。后出现的泵，由于它们的结构比较简单、操作比较方便，而且还有体积小、重量轻、流量均匀等一系列优点，致使原来使用往复泵的地方逐步地为这些泵类所取代。目前，往复泵的产量只占整个泵类总产量很少的一部分。但是，往复泵所具有的特点并没有被其它类型泵所取代。有些特点仍为其它类型泵所不及，因此，它非但不会被淘汰，而且仍将作为一种不可缺少的泵类，被广泛采用。
1.2往复泵的特点
在离心式和容积式两大类泵中，往复泵属于容积式泵。亦即它也是借助工作腔里的容积周期性变化来达到输送液体的目的；原动机的机械能经泵直
接转化为输送液体的压力能；泵的流量只取决于工作腔容积变化值及其在单位时间内的变化次数（频率），而（在理论上）与排出压力无关。
往复泵和其它类型容积式泵的区别，仅在于它实现工作腔容积变化的方式和结构特点上；往复泵是借助于活塞（柱塞）在液缸工作腔内的往复运动（或通过隔膜、波纹管等挠性元件在工作腔内的周期性变形）来使工作腔容积产生周期性变化的。在结构上，往复泵的工作腔是借助密封装置与外界隔开，通过泵阀（吸入阀和排出阀）与管路沟通或闭合。
往复泵这一实现工作腔容积变化的方式和结构特点，构成了这类类型泵性能参数和总体结构的一系列特点。这些特点也正是这类类型泵借以生存、竞争和发展的依据：
- 内容简介：
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目录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 复泵的作用及优缺点 . 1 复泵的特点 . 2 时流量是脉动的 . 2 均流量是恒定的 . 3 的压力取决于管路特性 . 3 输送的介质有较强的适应性 . 4 良好的自吸性能 . 4 复泵的分类 . 5 泵的的液力端特点分 . 5 传动端的结构特点分 . 5 泵的驱动方式或配带的原动机分 . 5 泵的排出压力分 . 6 泵的每分钟往复次数分 . 6 泵输送介质某一突出特性分 . 6 泵的用途分 . 6 复泵的应用与发展 . 7 第 2 章 液压注聚泵的方案确定 . 10 压注聚泵主要结构参数的选择与确定 .压系统主要技术参数 . 系统内液流流速突变引起的液压冲击 . 13 运动部件制动所产生的液压冲击 . 14 气室的理论设计 . 15 压油 溢流阀的 确定 . 液压油 的功能和基本要求 . 17 流阀的选择 . 18 油器的选择 . 19 动机的选择 .择液压泵的规格 . 齿轮泵 . 22 片泵 . 23 塞泵 . 24 杆泵 . 25 第 3 章 泵的结构及工作原理 . 27 的结构 . 27 座 . 25 力组件 . 25 动组件 . 25 缸组件 . 25 全阀组件 . 25 压器组件 . 25 的工作原理 . 28 第 4 章 泵的安装、调整、使用和保养 . 30 的安装 . 30 在安装中存在的问题 . 30 的调 整 . 31 柄的位置调整 . 31 塞密封的调整 . 31 的使用 . 31 动及停车 . 31 的维护与保养 . 33 有关部件的调整和易损件的更换 . 33 全阀的调整 . 33 塞及密封填料的更换 . 34 、阀座、阀弹簧的更换 . 35 第 5 章 泵可能产生的故障及原因 . 36 结论 . 38 致谢 . 40 参考文献 . 41 专题 . 42 附录 1 . 46 附录 2 . 54 I 摘 要 针对国内中后期油田高含水和特殊油藏开采需要，通过对 往复泵的概述 分析 ，说明了液压注聚泵所要解决的主要问题，高效节能，排量可调，液压传动在国民生产各部门占有相当的比重，如何提高液压系统的性能，减少它的缺点是我们现在和将来都一直努力的方向。本设计就是主要针对油田使用的注聚泵而进行的。注聚泵是油田中重要的生产工具，它的设计合格与否直接影响到油田的生产效率和生产成本。因此，在设计中我通过查阅大量的有关资料，尽量使本次设计符合要求，减少它的缺点。本次设计也是对我们大学四年学习的一个总结。 关键词： 液压传动 液压系统 注聚泵 a in of of it is go on to It is of is to of I s to a of in is to a of of of ty 1 第 1 章 绪 论 复泵的作用及优缺点 往复泵是工业泵中不可缺少的一类产品。它的突出优点是：可获得高的排压，且流量与压力无关，适应输送介质十分广泛，吸入性能好，效率高，泵的性能不随压力和输送介质粘度的变动而变动。在当今世界能源紧缺的形势，往复泵作为节能产品，在石油开发、管道输煤、煤气化工、电站排渣、矿山开采等方面起着重要作用，而且在压力容器检测和实现现代化石油化工工业全面自动化操作方面也是不可缺少的品种。近年来，其产量明显增长，证明了它在国民经济发展中的地位。 往复泵的主要缺点就在于 它是一种低速机械，因此，体积和重量很大。这类泵结构比较复杂，配套性强而通用性差；品种多而批量小，它的总产量约占整个泵类总产值 3%左右。正因为如此，往往不注意这类产品的开发。以致这类产品的研究成果和文献资料也很少。至今全面地、系统地介绍往复泵结构、设计方面的书，至今还很少。 往复泵是泵类产品中出现最早的一种，至今已有 2100 多年的历史。在旋转式原动机出现以前，往复泵几乎是唯一的泵类。在旋转式原动机出现以后，才逐步地产生了离心泵和转子泵等其它类型的泵。后出现的泵，由于它们的结构比较简单、操作比较方便，而 且还有体积小、重量轻、流量均匀等一系列优点，致使原来使用往复泵的地方逐步地为这些泵类所取代。目前，往复泵的产量只占整个泵类总产量很少的一部分。但是，往复泵所具有的特点并没有被其它类型泵所取代。有些特点仍为其它类型泵所不及，因此，它非但不会被淘汰，而且仍将作为一种不可缺少的泵类，被广泛采用。 2 复泵的特点 在离心式和容积式两大类泵中，往复泵属于容积式泵。亦即它也是借助工作腔里的容积周期性变化来达到输送液体的目的；原动机的机械能经泵直 接转化为输送液体的压力能；泵的流量只取决于工作腔容积变化值及其 在单位时间内的变化次数（频率），而（在理论上）与排出压力无关。 往复泵和其它类型容积式泵的区别，仅在于它实现工作腔容积变化的方式和结构特点上；往复泵是借助于活塞（柱塞）在液缸工作腔内的往复运动（或通过隔膜、波纹管等挠性元件在工作腔内的周期性变形）来使工作腔容积产生周期性变化的。在结构上，往复泵的工作腔是借助密封装置与外界隔开，通过泵阀（吸入阀和排出阀）与管路沟通或闭合。 往复泵这一实现工作腔容积变化的方式和结构特点，构成了这类类型泵性能参数和总体结构的一系列特点。这些特点也正是这类类型泵借以生存、竞 争和发展的依据： 时流量是脉动的 这是因为在往复泵中，液体介质的吸入和排出过程（即容积变化过程）是交替进行的，而且活塞（柱塞）在位移过程中，其速度又在不断地变化之中。在只有一个工作腔（单缸泵）的泵中，泵的瞬时流量不仅随时间而变化，而且是不连续的；在具有多个工作腔（多缸泵）的泵中，如果工作腔的工作相位安排适当，则可减小排出集液管路中瞬时流量的脉动幅度，乃至可达到在实用上可认为是稳定流的地步。当然，此时相应的泵的结构也就变得复杂了。也正因为如此，往复泵的工作腔不宜设置过多。因此，往复泵瞬时流量 3 的脉动 性也就不可避免，只不过因不同泵型其脉动程度有大有小而已。 均流量 是恒定的 由前述往复泵实现工作腔容积变化的方式和结构特点可知，当泵的设计合理、制造质量又好时，泵的流量只取决于工作腔容积的变化值及其频率。具体地讲：泵的流量只取决于泵的主要结构参数 n（每分钟往复次数）、 S（活塞或柱塞行程）、 D（活塞或柱塞直径）、 Z（工作腔或活塞数目），而（在理论上）与排出压力无关，且与输送介质 (液体 )的温度、粘度等物理、化学性质无关（实际上，由于介质性质和排出压力不同，密封或泵阀处的泄漏量 也有所不同，因此也可 以说有一点关系）。当泵的每分钟往复次数一定时，泵的流量也是恒定的。 往复泵这一特点也正是作为计量泵选型的基础。 由于受活塞（柱塞）密封技术以及泵阀、液缸体等设计技术及材料强度等方面的限制、往复泵的工作腔容积一般不宜太大（特别是高压时），工作腔数目不宜太多、每分钟往复次数也不宜太高。因此，泵的流量也就不可能很大。 的压力取决于管路特性 离心式泵流量和扬程是由泵本身所限定的，而且两者是密切相关的。往复泵则不同，它的排出压力不能由泵本身限定，而是取决于泵装置的管路特性，并且与流量无关。换句话说，不论泵 装置的管路有多大的水力阻力，原则上泵都可以按其主要结构参数所决定的恒定流量予以排出。也就是说，如果认为输送液体是不可压缩（因液体压缩率很小，通常可这样认为，但在高压或超高压下、液体的压缩性也不容忽视）的，那么，在理论上可认为往复泵的排出压力 4 将不受任何限制，即可根据泵装置的管路特性，建立泵的任何所需的排出压力。 当然，在往复泵实际出厂时，都有一个泵的排出压力的规定，这不是说该泵的排出压力不会再升高，而只是说，由于受到配带原动机的额定功率（或其它动力源参数）和该泵本身的结构强度（包括液力端和传动端所有承压、受力 的零部件）的限制，不允许高出这一排出压力下使用而已。 保证泵的排出压力不高于它的额定值； 须把管路上的排出阀门全部打开，且不允许排出管路堵塞，否则就可能造成设备或人身伤亡事故； 时不会产生超载，也没有机件损伤的可能，只不过充分发挥原设计的功能而已。 输送的介质 有较强的适应性 往复泵原则上可以输送任何介质，几乎不受介质的物理性能或化学性能的限制。当然， 在实际应用中，有时也会遇到不能适应的情况。但是，当遇到这种情况时，多半是因为液力端的材料和制造工艺以及密封技术一时不能解决的缘故。其它类型泵就不能做到这一点。 良好的自吸性能 往复泵不仅有良好的吸入性能，而且还有良好的自吸性能。因此，对多数往复泵（除高速泵外）来说，在启动前通常不需灌泵。 由上述往复泵的主要特点可以看出往复泵的主要适用范围。即 5 往复泵主要适用于高压（或超高压）、小流量，要求泵的流量恒定或定量（计量）或成比例地输送各种不同的介质（液体），或者要求吸入性能好或者要求有自吸性能的场合。 复泵的分类 往复泵（相对离心泵来讲）的特点决定了它的“通用性”越来越差，而专业配套性越来越强。于是就出现了这样的情况 虽然它的产量少，但泵型和品种却繁多，以至于已经无法按照某一统一原则来进行分类了。这里所讲的分类，只能是只能是按照这类型泵各方面特点进行比较，并兼顾到目前已经习惯了的称呼，予以相对的分类和命名： 泵的的液力端特点分 塞泵、柱塞泵和隔膜泵 (包括油隔离 )泵； 作用泵、双作用泵、差动泵、单缸泵、 双缸泵、三缸泵、多缸泵； 塞）数目可分为：单联泵、双联泵、三联泵、多联泵等； 塞）中心线所处的位置可分为：卧式泵、立式泵、角度式（ Y 形、 V 形等）泵、对置式泵和轴向平行式（无曲柄）泵等； 按传动端的结构特点分 根据传动端把原动机的旋转运动转化为活塞（柱塞）的往复运动的方式特点可分为：曲柄（曲柄连杆机构）泵、凸轮（凸轮轴机构）泵和（无曲柄机构）泵等； 泵的驱动方式或配带的原动机分 机动（以电动机或旋转式内燃机驱动的）泵、直动（以蒸气、 6 气体或液体直接驱动的）泵 和手动（人力驱动）泵。 泵的排出压力分 根据泵排出压力高与低可分为：低压泵、中压泵、高压泵和超高压泵； 泵的每分钟往复次数分 按每分钟往复次数高与低可分为：低速泵（ 介于两者之间的，对一般性往复泵来讲，通常是正常选择范围（当然各类型往复泵，其正常范围也有所不同），因此，没有划分。 泵输送介质某一突出特性分 根据泵设计时主要适用的介质可分为：热油泵、酸泵、碱泵、盐泵、液氨泵、甲铵（氨基甲酸铵）泵、泥浆泵、重水泵、清水泵、高温泵、低 温泵、超低温泵、高粘液泵、低粘液泵等。 泵的用途分 根据泵主要的使用部门或主要用途可分为：工业用泵、农业用泵、路用泵、船用泵、化工用泵、原子能用泵、电站用泵、石油矿场用泵、液压机用泵、压裂泵、固井泵、农药喷雾用泵、注水泵、清砂泵、清渣泵、除锈泵、试压泵、消防泵、计量泵和平流泵等。 由上述分类可知，往复泵的品种十分复杂，而且从分类命名中也很难找出它们之间相互联系，有些称呼也不能确切地反映泵的特点。在实际采用上述称 呼时（特别是设计和生产部门），往往为了较为确切地反映该泵的结构特点和性能特点，常常就 要冠以一连串的组合式称呼，例如：卧式三联（缸）单作用机动柱塞泵、卧式双缸双作用蒸气直接作用活塞泵、立式五缸单作用机动柱塞泵等等。这种组合方式是多种多 7 样的。见表 1 表 1 往复泵的大致分类 往复泵机动直动手动卧式立式卧式立式卧式立式活塞柱塞隔膜活塞柱塞隔膜活塞柱塞单作用双作用单作用双作用单作用单作用（计量）单联（缸）双联 缸）单联（缸）复泵的应用与发展 综合前述可知，往复泵是一类品种多、批量少，而通用化程度较低、专业很强的产品。它常常是随着某一生产工艺的需要而产生，又随着这一生产工艺的重大改革或取消而更新或淘汰。当这种生产工艺长期稳定时，也有基本上适应这一工艺需要的定型产品。从 上述分类可知，往复泵的应用仍然十分广泛。其实际应用领域有如下方面： 用于化肥生产配套用的有铜液泵、碱液泵和氨基甲酸铵（甲铵）泵和液氨泵等； 用于高压聚乙烯装置配套用的超高压催化剂注射泵等； 用于提供造船或机械制造大型锻压设备上配套用的液压机用 8 泵；用于输送石油及其副产品和电站锅炉给水备用配套的各种蒸气直动泵； 用于路上石油钻井或海上石油开发配套用的钻井泥浆泵、压裂泵、固井泵和注水泵等； 用于铸造、轧钢方面的水力清砂、除锈泵； 用于长距离管道输送媒粉、冶金矿尾矿的油隔离泵，用于矿井排水的无曲柄泵以及用于加固井壁 、防止地下水害的注浆、堵水用泵等； 用于船舶的沧底泵； 用于农药喷雾机配套用的农用泵； 用于水压试验或容器爆破试验以及水力切割配套的高压泵和超高压泵； 用于污水清洗车配套的清洗泵，用于消防的消防泵； 用于电站或船台等污水处理的各种计量泵。 总之，往复泵无论是在工业或农业、陆上或海上、国防与民用、科研与生产等各个部门，仍然是作为一种不可缺少的品种被广泛地采用着。总括各类往复泵，它的排出压力可由常压一直到15000其 流 量 范 围 由 cc/h600m3/h, 输 送 介 质 的 温 度 由 2004500C，粘度由 50000输送的介质，由一般常温清水直至具有强腐蚀、易挥发、易结晶、易燃、易爆、剧毒、恶臭、磨砺性强、比重大、粘度高、有放射性或其它贵重液体等。 从今后发展的角度来看，尽管往复泵原来占据的位置有不少已被其它类型泵所取代，生产量也很少，但这并不意味着往复泵有全部被取代的趋势。实际情况是：在各类型泵的生存与竞争中，则是更加突出地发挥了它们各自的特长，显示其本身的优越性，从而更 9 好地为国民经济、为四个现代化服务。由此可知，要想求得往复泵的生存与更进一步的发展，从根本意义上来讲，就是要扬长避短，充分发挥往复泵本身的优势。这就是说 : 充分发挥往复泵配套性强、适应介质广泛的优势。 对于其它任何一类泵来讲，它所适应的介质受到限制。例如，离心泵就不 能适应粘度很高的液体；转子泵则通常不能适应于化工介质。而目前石油化工、化学工业、医药卫生等部门生产技术的发展，使得输送介质的名目繁多、性状各异。有些介质对其它类型泵来讲，就不能适应，但对往复泵来讲，因为它原则上不受介质的物理和化学性能的限制，可见，往复泵是用武之地的。 的整机效率高、 运转经济性好的优势。 上述两点，往往不被使用部门重视。他们往往是过分地注意了往复泵体积较大、结构较复杂、瞬时流量又脉动这些缺点，而忽视了这类泵的特长，因此常常习惯于选用其它类型泵。特别是当排出压力很高（高压或超高压）而流量又小时，其它类型泵已经不仅是效率很低的问题，而是根本不能适用。因此，往复泵主要是在高压或超高压、流量小或比较小的范围内发展新品种。在这一领域内，往复泵是独占优势的。 充分发挥往复泵的流量恒定而且与排出压力无关的优势。 往复泵这一特长是它成为计量泵选型的基础，而计量泵这一新品种是 随着现代工业朝着自动化操作，远距离自动控制这一发展形势出现的。由于计量泵这一新品种的出现，使得原来生产工艺由手 10 工进行物料配比这一环节，被计量泵所取代，使物料配比实现了远距离自动控制下的连续操作，并使物料配比更加准确无误，从而为提高产品质量、降低成本、改善劳动条件、提高全员劳动生产率、全面实现工艺流程的自动化创造了条件。计量泵虽然只是从本世纪五十年代才兴起的新品种，但是至今已经不仅是在石油、化工合成装置上被广泛采用，而且在水处理装置、研究院所的中间试验装置以及化学分析仪器、医药、食品加工和矿井注浆堵水方面也已 被广泛采用。 当然，要求得往复泵的不断发展，不仅要注意到充分发挥它的优势或特长，而且还要不断地克服它的缺点。为此，就必须加强技术基础的研究、不断地提高产品质量、注意采用新技术、新材料、新工艺，以及在保证产品好用、耐用的同时，要力求结构简单、操作方便、体积小、重量轻和外形美观。 11 第 2 章 液压注聚泵的方案确定 通过实习期间，到工厂中调研，收集资料，联系工厂中的生产实际情况和我对液压原理的一些了解，拟定以下设计方案： 压注聚泵主要结构参数的选择与确定 泵 的 主 要 参 数 是 n、 s、 D，为了 确定 . n、 s、 D 组合最佳 方 案 ， 首 先 要 选 择 合 适 的 后确定 n，进而再比较 ；活 塞 平 均 速 度 选 择 直 接 影 响 运 动 副 ，活 塞 及 其 密封 件 的 摩 擦 和 磨 损 ， 特 别 是 对 聚 合 物 的 失 效 尤 为 显 著 。 的基本参数 排出压力 P 和流量 Q 根据现场工作需要确定为 P=18Q=h； Q 泵的实际流量 h 泵的容积效率 (输送粘稠的石油产品取 D 活塞直径 M（取 L 活塞行程长度 M(取 Z 活塞联数 （取 4） 活塞平均速度 m/s n 活塞每分钟往复次数 程径比 确定活塞每分钟往复次数 n n=20 次 / 确定活塞 平均速度 Um=n L/30=20 0、 4/30=s 远小于各类型泵选取范围，可以采用 程径比 的选取 =L/D= 符合泵取值范围 12 输 出 压： 18 输出流量： h； 冲 程： 400 冲 次： 20 次 / 其中： S 柱塞的作用面积 输出端的液体流量 可得 400 10 100 10 S=10 计算公式为： F=103 式中 F 柱塞的推力 d 柱塞直径 A=（ /4） F=18 103 100d 的计算 根据速度比的要求来计算柱塞直径 d,在机械设计手册上表 62 查得速度比为 由计算公式 = 计算可得 d=D（ 1） / 1 /2= 低压缸内的活塞直径为 双杆活塞式液压缸的推力计算公式为 F=103 其中： A= /4(式中： A= /4( P=F/A 10 3=60/10 3=1213 P P+ P 式中： P 液压缸的最大工作压力 P 从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失，取 P=P=12 p 液压泵的输出流量应为 ： K( m3/s 式中： K 系统泄漏系数，在机械设计手册上查 ,选 K= 液压缸的最大总流量 压腔内的流量为： /4 其中： 低压腔的流量 m3/s 低压腔活塞的面积 m2 r 活塞杆的半径 m L 活塞的冲程 m n 冲次 次 /=（ 20=m3/此液压泵流量： m3/ 压 系统 主要技术参数 液压注聚泵采用了长冲程、低冲次结构，工作中，在换向、启动及负载突然发生变化 时，由于惯性和阻尼的存在，柱塞不能对压力及时作出响应，因此会出现运动部件的动能将在液压缸回油腔和管路内引起液压冲击，液体中的瞬时峰值压力可以比正常压力大近几倍。产生很大的噪声，易使系统中的密封件早期失效，影响工作 14 质量，导致产品可靠性降低。必须解决工作中对系统液压冲击，产品才能正常工作。需要对液压注聚泵系统进行动态特性的分析，通过设计相应的空气室，改善液压系统的性能； 统内液流流速突变引起的液压冲击 液压冲击是管道中流动液体的动能瞬时地转变为压力能。当管道的末端突然关闭时，液体立即停止运动。根据能 量转化和守恒定律，液体的动能 2/2转化成液体的弹性能 ),2/( 2m r既 2 m a x2 2121 所以液压冲击时压力的生高值r m a x K 为液体的等效体积模量； 为冲击波在管中的传播速度， / ； m/s 对于特定的液压油和管道材质来说， 和 C 均为定值，因此要想减少办法是加大管道的通流截面积以降低 V 值。 运动部件制动所产生的液压冲击 设总质量为 m 的运动部件在制动时的减速 时间为 t ，速度的减少值为 v ，则根据动量定律可近似地求得系统中的冲击压力 p ， 15 由于 得 ta 经过分析，在系统的出口需要设置空气室，不但缩短了压力波传播的距离，减少了相应的换向时间，并能吸收压力冲击。 气室的理论设计 液压注聚泵在工作中启动和换向时，系统中设置空气室是清除管路内压力冲击的较好的办法，利用空气室内的空气的压缩和膨胀来贮存或放出比平均流量多的或少的那部分液体，从而达到减少管路中流量脉动的目的。如果泵的瞬时流量为平均流量时所对应的空气压力为 当泵的瞬时流量大于平均流量时，排出压力就大于此，空气就被压缩，空气室内的液体量增加，把 泵排出的瞬时流量的一部分存入了空气室，使空气室后的管路内瞬时流量小于该瞬间泵排出的瞬时流量；可以建立下列关系式 （ 1） 液压泵输出流量， m3/s； 进入空气室的瞬时流量， m3/s； 通过输出管的流量， m3/s； 液压泵的输出管道的输出压力 )()( P 16 R 为液体阻力； 空气室的短管连接的受力平衡方程为： )( （ 2） 空气室内的气体压力； 为液体密度； l 短管长度； m A 短管截面积： 短管液阻； 空气室入口处的输入流量 续方程为： （ 3） A 气体的压缩系数； 空气室内气体体积； 气室用于吸收液压冲击时，空气室容积 大小是由其充气压力 统最高工作压力 瞬时吸收的液体动能来决定的。 1 1d 17 得 系统中设置了空气室 后，能有效的吸收系统在液压泵突然启动或停止、液压阀突然关闭或开启、液压缸突然运动或停止时所出现的液压冲击，噪音也大大的降低了，也能较好的解决了系统的压力脉动。 压油 溢流阀的 确定 压油液的功能和基本要求 液压油液是液压系统中传递能量的工作介质，同时还兼有润滑、密封、冷却和防锈等功能。 在液压系统中，由于压力、速度及温度在很大范围内变化，为了保证工作状态的稳定，要求所应用的液压油液能适应这种变化，并保持稳定的性能，不致因外界条件的变化而引起很大的改变或破坏，因此对液压油液提出如下 基本要求： 特性 粘度要符合实际工作条件，粘度过 大，摩擦损失将增加；粘度过小，会造成泄漏。粘度过大或过小都将导致效率的降低。因此为了使液压系统能够稳定的工作，液压油液的粘度随温度的变化要小，也即要具有良好的粘温特性。 液压油液对液压系统中的各运动部件起润滑作用，以降低摩擦和减少磨损，保证系统能够长时间正常工作。当前，液压系统和元件正朝高压、高速方向发展，液压元件内部摩擦副处于边界润滑状态，这时，液压油液更应具有良好的润滑性。 18 液压油液与空气接触会产生胶质沉淀物质，这些沉淀粘附在滑阀表面或节流缝隙处会堵塞孔、隙等通道，影响元件的动作，从而降低系统的效率。因此，液压油液应具有良好的化学稳定性。 液压油液通过液压元件和狭窄通道时要经受剧烈的剪切，使一些聚合型增粘剂分子破坏，造成粘度永久性下降，这在高速、高压时尤为严重。为延长液压油液使用寿命，液压油液的剪切安全性要好。 水可能从不同途径进入液压油液，含水的液压油液在泵和其他元件的剧烈搅拌下极易乳化，致使液压油液变质或生成沉淀物，防碍冷却器的导热，阻滞阀 门和管道，降低润滑性且腐蚀金属，所以，液压油液应具有良好的抗乳化性。 在大气中，矿物油通常能溶解 5%至 10%的空气，空气混入液压油液后会产生气泡，气泡在液压系统内循环，不仅会使系统的刚性下降，动特性变坏，润滑条件恶化，而且还会产生异常的噪音、振动。此外，气泡还增大了与空气的接触，使氧化加速，所以，液压油液应具有良好的消泡和抗泡能力。 对金属的腐蚀性小。长期与液压油液接触的金属件，在溶解于液压油液中水分和空气的作用下会产生锈蚀，而使精度和表面质量受到破坏。锈蚀而使精度和表面 质量受到破坏。锈蚀颗粒在系统中循环，还会使磨损加速和系统发生故障。所以，液压油液应具有良好的防锈性能和不腐蚀金属性能。 密封材料长期共存于液压油液中会产生溶胀软化或干缩硬化，使密封失效，产生泄漏，系统压力下降，以致工作不正常。所以，液压油液对密封材料应有良好的相容性。 液压自动张紧装置是在工作时，其工作环境的温度不高，但有防尘要求，油压缸的最高工作压力为 18 定选用 20 号精密机床液压油。 20 压力油的运动粘度 17(=50v 23) 10s,取50v=20 10s，密度为 103kg/ 19 则 20 号液压油的动力粘度 为： 流阀的选择 溢流阀是使系统中多余流体通过该溢流阀溢出，从而维持其进口压力近于 恒定的压力控制阀。 在液压系统中， 溢流阀可作定压阀，用以维持系统压力，实现远程调压火多极调压；作安全阀，防止液压系统过载；作制动阀，对执行机构进行缓冲、制动；作背压阀，给系统加载或提供背压；它还可与电磁阀组成电磁溢流阀，控制系统卸荷。 按结构类型和工作原理，溢流阀可分为直动式溢流阀和先导式溢流阀。直动式溢流阀是作用在阀芯上的主油路液压力与调压弹簧力直接相平衡的溢流阀，下图为直动式溢流阀的原理图和图形符号。 1 2 3 4直动式溢流阀图形符号 20 在直动式溢流阀中 ，当液压作用力低于调定弹簧力时，阀口关闭，阀芯在弹簧力的作用下压紧在阀座上，溢流口无液体溢出；当液压作用力超过弹簧力时，阀芯开启，液体溢流，弹簧力随着开口量的增加而增加，直至与液压作用力相平衡。 当阀芯重力、摩擦力和液动力忽略不计时，直动式溢流阀在稳态状态下的力平衡方程为： P=K()/A （ 15 1） 式中 P 进口压力即系统压力（ A 阀芯的有效承压面积（ K 弹簧钢度（ N/m）； 弹簧预压缩量（ m）； X 阀开口量（ m）。 由式（ 15 1）可以看出，只要在设计时保证 X 可使P=K()/A =常数。这就表明，当溢流量变化时，直动式溢流阀的进口压力是近于恒定的。 油器的选择 滤油器是一种利用多孔的过滤介质分离悬浮在工作介质中的污染微粒的装置。 当工作介质被各种杂质污染时，液压元件和系统的可靠性将下降，寿命缩短。混杂在工作介质中的颗粒污染物，促使液压元件磨损，并造成液压滑阀阀芯的卡死，以及节 流缝隙和其他小截面油道的堵赛等事故。另外，悬浮在工作油液中的污染微粒对一些具有分配窗口作用的刃边起磨料作用，从而使遮盖度逐渐减少，造成操作失灵。油液的污染还促使液压元件腐蚀及油液本身的恶化变质。所以保持介质的清洁度是很重要的。 对滤油器的基本要求是： 在一定的工作温度下有稳定的性能，有足够的耐久性。 21 根 据实际要求，由于液压系统的工作压力较大，要求过滤质量较高，故选用烧结式过滤器。其结构图如下： 动机的选择 液压泵由电机驱动，输入量是转矩和转速（角速度），输出量是液体的压力和流量。如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它的理论功率是 p=12 102 60=中 电机的理论功率 p 液体流量 m3/s 查机械设计手册选用 4 型笼型异步电动 机，其额定功率为15速为 1460r/率为 88%。 22 择液压泵的规格 轮泵 低压齿轮泵的侧板一般做成固定侧板结构如下图所示。 齿 轮 泵 图 高压齿轮泵常采用浮动侧板以补偿侧隙，其典型结构如上图所示。泵体 5 与两侧泵盖 6、 4 之间装有浮动侧板 3、 9，泵盖槽内嵌有弓形密封圈 7 和挡圈 8。侧板厚 度比它外圈的垫板 1 和 2 小 在弓形密封圈内的侧板与盖板之间形成了一个密封腔 C，在侧板 3 和 9上各有两个小孔 b。通过 b 孔使 C 腔和泵的过渡区压力油相通，因此 23 在弓形密封圈内充满有一定压力的油液，油液压力使侧板变形而贴紧在齿轮端面上，当端面磨损后，侧板继续变形而自动补偿间隙形成良好密封。它的工作原理是当齿轮按图所示方向旋转时，在 A 腔，由于齿轮脱开使容积逐渐增大，形成真空从油箱吸油，随着齿轮的旋转充满在齿槽内的油被带到 B 腔，在 B 腔，由于齿轮啮合，容积逐渐减小，把液压油排挤出去。这样齿轮连续不断的旋转，连续不断 地从 A 腔吸油，从 B 腔排油。 外啮合齿轮泵的特点是 结构简单紧凑体积小，工艺性好。 自吸性能好。 转速范围大。 对液压油污染的要求不高。 典型的内啮合齿轮泵主要有内齿轮、外齿轮及隔板等组成。它的工作原理是当传动轴带动外齿轮旋转时，与此相啮合的内齿轮也随着旋转。吸油腔由于齿轮脱开而吸油，经隔板后，油液进入压油腔，压油腔由于齿轮啮合而压油。 内啮合齿轮泵的特点是 结构紧凑、体积小、重量轻。由于内外齿轮转向相同，齿轮相对滑动速度小，因此磨损小、寿命长。由于齿轮相对速度小，可以高速旋转。 工艺性不如外啮合齿轮泵，造价高。 片泵 泵体内有定子和转子，转子径向设有叶片槽，叶片在转子的叶片槽内可以可以自由滑动。当传动轴带动转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，在旋转过程中，先由小到大，进而由大变小交替变化 24 小到大的过程吸油，大到小的过程排油，这样连续吸油及连续排油起到了泵的作用。由于这种泵的定子与转子是偏心的，如果改变偏心距的大小就可以改变排出的油量，故可以用作变量泵。 单作用叶片泵的特点 是 改变定子和转子之间的偏心便可以改变流量。偏心反向时，吸油压油方向也相反。 处在压油腔的叶片顶部受有压力油的作用，要把叶片推入转子槽内。为了使叶片顶部可靠地和定子内表面相接触，压油腔一侧的叶片底部要通过特殊的沟槽和压油腔相通。吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相通，这里的叶片仅靠离心力的作用顶住在定子内表面上。 转子受有不平衡的径向液压作用力。 它的作用原理和单作用叶片泵相似，不同之处只在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个部分组成，且定子和转子是同心的。一 般的双作用叶片泵，为了保证叶片和定子内表面紧密接触，叶片底部都是通压油腔的。但当叶片处在吸油腔时，叶片底部作用着压油腔的压力，顶部作用着吸油腔的压力，这一压力差使叶片以很大的力压向定子内表面，加速了定子内表面的磨损，影响了泵的寿命。 塞泵： 轴向柱塞泵可分为斜盘式和斜轴式两大类。轴向柱塞泵由斜盘、柱塞、缸体、配油盘等主要零件组成。斜盘和配油盘是不动的，传动轴带动缸体、柱塞一起转动，柱塞靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上。当传动轴旋转时，柱塞在其自下而上回转的半周内逐渐向 外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，产生局部真 25 空，从而将油液经配油盘上的配油窗口吸入，柱塞在其自下而上回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口向外压出。缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油和压油动作。改变斜盘的倾角，可以改变柱塞往复行程的大小，因而也就改变了泵的排量。 轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小，重量轻，转动惯量小，易于实现变量，压力可以很高，但它对油液的污染较为敏感。 径向柱塞泵由定子、转子、配油轴、衬套和柱塞等主要零件组成。衬套 紧配在转子孔内，随着转子一起旋转，而配油轴则是不
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