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原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 摘摘 要要 现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传 动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设 计工作中占有重要的地位。因此， 液压传动课程是工科机械类各专业都开设的一 门重要课程。它既是一门理论课，也与生产实际有着密切的联系。为了学好这样一门 重要课程，除了在教学中系统讲授以外，还应设置课程设计教学环节，使学生理论联 系实际，掌握液压传动系统设计的技能和方法。 液压传动毕业设计的目的主要有以下几点： 1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实际只是，进 行液压传动设计实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进 一步的巩固、加深提高和扩展。 2、在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的选用原则和 回路的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后 的设计工作打下良好的基础。 3、通过设计，学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料（包括设计手册、产 品样本、标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。 关键词关键词：材料试验机；液压系统；试验；检测 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目 录 摘 要 . 1 第一章 绪 论 4 1.1 研究背景及意义 . 4 1.1.1 材料试验机简介 4 1.1.2 材料试验机的用途与作用 4 1.2 国内外研究现状 . 5 1.2.1 国内材料试验机的现状 . 5 1.2.2 国外材料试验机的现状 . 7 1.3 本论文研究内容 . 9 第二章 设计要求及工况分析 10 2.1 材料试验机液压系统设计注意事项 . 10 2.1.1 负载动力的合理匹配 10 21.2 伺服阀的正确选用 . 10 2.1.3 作动器固有频率的提高 11 2.1.4 夹紧油源与夹紧装置 . 11 2.1.5 冷却方式的选择 . 11 2.2 设计要求 12 2.3 负载与运动分析 13 2.4 确定液压系统主要参数 . 14 2.4.1 初选液压缸工作压力 14 2.4.2 计算液压缸主要尺寸 14 第三章 拟定液压系统原理图 17 3.1 选择基本回路 17 3.1.1 选择调速回路 17 3.1.2 选择油源形式 17 3.1.3 选择快速运动和换向回路 17 3.1.4 选择速度换接回路 18 3.1.5 选择调压和卸荷回路 18 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.2 组成液压系统 18 第四章 设计计算及液压元件的选择 20 4.1 确定液压泵的规格和电动机功率 20 4.1.1 计算液压泵的最大工作压力 20 4.1.2 计算液压泵的流量 20 4.1.3 确定液压泵的规格和电动机功率 20 4.2 阀类元件及辅件的选用 21 4.2.1 压力控制阀 . 21 4.2.2 流量控制阀 . 22 4.2.3 方向控制阀 . 22 4.3 管路，过滤器，其他辅助元件的选择计算 23 4.3.1 确定油管 23 4.3.2 过滤器的选择 . 24 4.3.3 辅件的选择 . 24 4.4 液压元件的连接 . 25 4.4.1 液压装置的总体布置 . 25 4.4.2 液压元件的连接 25 4.5 油箱及附件 25 4.5.1 油箱的容积 . 26 第五章 验算液压系统性能 27 5.1 验算系统压力损失 27 5.1.1 判断流动状态 27 5.1.2 计算系统压力损失 27 5.2 验算系统发热与温升 30 结 论 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第一章 绪 论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 材料试验机简介 材料试验机（material testing machine）是对材料、零件、构件进行力学性能和工 艺性能试验的仪器和设备。材料试验机，是在各种条件、环境下测定金属材料、非金 属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件 动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲 击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。近年来，试验机行业技术突飞猛 进。试验机向着两个方向即超微外力检测与超大外力检测发展。高检测精度、高灵敏 度、 运动平稳、 易于操纵是目前试验机的主要发展方向。 在研究探索新材料、 新工艺、 新技术和新结构的过程中，材料试验机是一种不可缺少的重要检测仪器。常用的材料 试验机有拉力试验机、压力试验机、扭转试验机、冲击试验机、疲劳试验机等，能兼 作拉伸、压缩、弯曲等多种试验的试验机称为万能材料试验机，简称万能机。供静力 试验用的普通万能材料试验机，按其传递荷载的原理可分为液压式和机械式两类。在 研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种不可缺少的重要 测试仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交 通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。对有效使用材料、改进 工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。 材料试验 机的种类很多，有多种不同的分类方法。按加荷方法分类: 静负荷试验机 (静态)和动 负荷试验机(动态)。其中静态试验机一个主要组成部分万能试验机又可分为液压万能 试验机、电液伺服万能试验机和电子万能试验机。 1.1.2 材料试验机的用途与作用 材料试验机是对材料、 零件和构件进行机械性能和工艺性试验的设备。 产品好坏， 除了从结构设计、加工工艺、处理规范诸方面去考虑以外，合理选择材料也是一个重 要方面，例如金属、非金属、各种新型的高温合金、高分子化合物及复合材料等要达 到物尽其用，就必须知道材料的性能；在研究新材料、新工艺，也需测定材料的机械 性能；对新型机器或设备的受力部件，特别是大型构件（如桥梁、船体等）有时还需 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 进行整机试验，以考虑所用材料及工艺设计是否合理等，都需要各种专门的材料试验 机来测量相关参数。 材料受载后表现出弹性、塑性、断裂三个变型过程，并且在各 个过程已有相关技术标准（规范）规定出相关性能的技术指标，这些性能指标的具体 测定必须在试验机上来完成。试验机的功能和计量特性指标是否满足预期使用要求， 是材料机械性能试验的关键。 材料试验机不仅是研究材料机械性能理论的基本手段和 依据，也是企业、事业单位目前生产检验的基本手段之一。 总之，材料试验机为合 理利用原材料、 降低消耗、 节约资金、 保障安全生产起到保障作用， 同国家经济建设、 国防建设、科学研究及人民生活都有密切关系，并随着他们的发展，试验机也必将得 到发展。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国内材料试验机的现状 我国计量检测事业的历史悠久，但试验机制造行业在旧中国是空白，中华人民共 和国成立后，党和政府十分重视计量检测技术的发展，采取了许多重要措施来发展仪 器仪表工业。经过五十多年的努力，我国万能材料试验机的制造，从无到有、从小到 大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试 验机（如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验 机、复合应力试验机等）和动负荷试验机（如冲击试验机和疲劳试验机等）的能力， 有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。 我国万能材料试验机市场已形成一定 的规模，试验机产品的发展日趋大型化、智能化、动静态功能复合化，有的试验机产 品已出口到国外，远销到亚洲和欧美市场，具有一定的竞争能力。 图1-1 电子万能试验机 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 上图1-1所示为电子万能材料试验机(双柱落地式)，它主要用于金属、非金属材 料的拉伸、压缩、弯曲等力学性能测试和分析研究。可自动求取 ReH、ReL、Rp0.2、 Fm、Rt0.5、Rt0.6、Rt0.65、Rt0.7、Rm、E 等试验参数，并可根据 GB、ISO、DIN、 ASTM、JIS 等国际标准进行试验和提供数据。 1.2.1.2.1.11.1 电子万能试验机电子万能试验机( (双柱落地式双柱落地式) )性能特点性能特点 电子万能试验机(双柱落地式)采用高强度光杠固定在上横梁和工作台面，使之 构成高刚性的门式框架结构。采用伺服电机驱动,伺服电机通过传动机构带动移动横 梁上下移动,实现试验加载过程.分为单空间和双空间两种机型。主本机采用先进的 DSCC-1全数字闭环控制系统进行控制及测量， 采用计算机进行试验过程及试验曲线的 动态显示，并进行数据处理，试验结束后可通过图形处理模块对曲线放大进行数据再 分析编辑，产品性能达到国际先进水平。 图1-2 液压万能试验机 上图1-2所示为液压万能试验机 WAW-100型，它的程序采用开放的数据库结构定 义，符合标准 GB22887、GB/T2282002、GB7314-87等试验方法，也可恨据用户要 求定制特殊的试验方法。测量方式采用的是高精度压力传感器、高精度位移传感器、 高线性低杂信的信号处理及放大模块， 人机交互方式分析计算测试材料的机械性能指 标，试验结束时自动计算弹性模量、屈服强度、非比例延伸应力等，在自动分析的基 础上，还可以人工修正分析结果提高分析的准确性。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 液压万能试验机可配置专用于材料试验机的闭环控制和数据采集的电液控制器 (可以根据客户要求配置进口控制器，如：DOLI)，它具备强大的功能，叉兼有十分优 异的性能价格比。 适用于科研单位、 大专院校、 质监部门及检测中心进行检测、 科研、 仲裁及特殊试验的需要。 1.2.1.2.1.1.2 2 液压万能试验机液压万能试验机 WAWWAW- -100100 型的特点型的特点 1、控制模式：等速率活塞行程控制、等速率力控制、等速率应力控制、等速率 应变控制、力保持控制、定应力转定应变控制。 2、试验力量程自动转换功能：若达到容量的90%自动转换到较大容量 3、自动夹持：采用液压自动夹紧，夹持可靠，不打滑 4、多重保护：具有软件、硬件过载和位置保护 5、自动校准：负荷、变形、位移可按标准值自动校准 6、自动停机：实验结束后活塞自动停止工作 1.2.2 国外材料试验机的现状 下图1-4所示为 AG-IC 系列立式电子万能试验机，它是日本岛津苏州工厂组装的 最先进的电子万能试验机，现已在国内的机械、电子、大学、研究院所等行业得到广 泛的应用。该系列立式电子万能试验机已经取得国际 CE 认证。 图1-4 电子万能试验机 1.2.2.1电子万能试验机的特点 1.简便直观的中文试验软件。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.具有2.5ms 采样间隔的高速度数据采集，适合各种特性材料的测试数据的真实 性。 3.高速返回原点功能，缩短下次试验的准备时间，提高试验效率。 4.拥有多种完善的试验夹具，适合多种样品的试验要求。 1.2.2.2 电子万能试验机的用途 1各种金属材料、非金属材料、复合材料的拉伸试验、压缩、弯曲试验 2机械部件、电子部件的拉伸、剥离、焊接强度试验 3控制或循环试验 4应力松弛或蠕变试验 下图1-5所示为岛津液压万能试验机 UH-I 系列， 它是以电子控制液压驱动的伺服 式万能试验机， 试验载荷采用高精度压力传感器， 被广泛的应用在钢铁、 建材等行业。 图1-5 液压万能试验机 1.2.2.3岛津液压万能试验机的用途 1各种金属材料的拉伸试验、压缩、弯曲试验 2木材、纤维板的压缩、弯曲试验 3上述材料的载荷保持试验 4沥青、混凝土的压缩试验 1.2.2.4岛津液压万能试验机的特点 1.采用大形 LCD 轻触屏，可以显示试验曲线，操作方便、可视性好。 2.丰富的自动控制程序为标准配置。 3.可以选择模拟指针式度盘显示器。 4.通过试验软件，实现高速数据采集。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1.3 本论文研究内容 以往，国内外生产的万能试验机主要包括:机械式、液压式和电子式三种。七十 年代初期又发展了电液伺服万能试验机。 液压式万能试验机是应用较久的一种万能试 验机。 本论文主要研究材料试验机的液压系统部分。 材料试验机液压系统采用高压液压 源为动力源，采用手动阀、伺服阀或比例阀作为控制元件进行控制，通过油缸实现加 载、夹紧等。 本次课题研究的具体内容：一是明确设计要求，进行工况分析；二是拟定液压系 统原理图；三是液压元件的计算和选择；四是液压系统的性能验算。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第二章 设计要求及工况分析 2.1 材料试验机液压系统设计注意事项 液压式材料试验机主要用于材料和零部件的力学性能试验研究，它需要完成拉 伸、压缩、弯曲、剪切试验，而且还可以完成动态下的诸如高周疲劳、低周疲劳、断 裂力学、疲劳裂纹的预制、随机波谱试验等工作静态试验和动态试验对试验机提出 了不同的要求：静态试验所追求的主要是试验精度；而动态试验所追求的是在必要的 试验精度基础上，还应保证较强的稳定性和较高的频响速度以上要求通常用示值误 差、幅值精度、波形失真度、幅值稳定度等指标来衡量，而一套优化合理的液压控制 系统无疑是保证这些性能指标的关键 具体来讲，液压式材料试验机液压系统设计 时应考虑的问题主要有： 2.1.1 负载动力的合理匹配 在试验机的正常工况，作动器中活塞的运动速度可以从静态试验时的 001 mm s 到动态试验时的 15 ms 速度范围内变化，调速比为 150 000：1，如此宽的速 度变化范围为油源的设计和伺服阀的选择带来了难度， 导致出现静态小流量和动态大 流量之间的矛盾解决此矛盾的关键是对作动器、伺服阀、液压源之问进行合理的负 载匹配所应遵循的设计原则是：作动器、伺服阀、液压源所提供的液压动力应满足 试验机的速度、加速度和试验力的要求，同时还应考虑系统的效率 21.2 伺服阀的正确选用 由于电液伺服动静万能试验机既要控制力又要控制位移和应变， 所以一般都采用 位置反馈式的流量型伺服阀，以力反馈式的喷嘴挡板阀使用最为普遍压力型的伺服 阀虽然控制作用力时性能较好，但因无法控制位置而不适用当动态试验要求的流量 较大时，可以采用几个阀并联工作，也可以采用三级伺服阀并联使用时由于各阀之 问存在相位差，将给电控系统带来一定的麻烦 供油压力的选择也很重要，较高的供油压力，可以减轻作动器活塞的质量、提高 伺服阀的流量增益，从而获得较快的响应速度但过高的供油压力使得伺服阀的零位 泄漏量加大、使用寿命减小、系统噪音增大 根据有关资料 ，供油压力选择 21 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 28 MPa 的范围为佳，负载压力按系统效率最高原则确定，为供油压力的 23 时可获 得最高的系统效率动静万能试验机对电液伺服阀的性能要求比较高，既有静态和动 态性能的要求，又有寿命的要求，因此在选用上必须严格掌握，必要时应从伺服阀的 制造厂家订做专用阀 2.1.3 作动器固有频率的提高 当伺服油源压力确定后，试验机要求的作用力和振幅是给定参数，作动器固有频 率的提高只有从减小运动质量和提高油液弹性模量两方面考虑 在作动器可动部分的 刚度和强度足够的前提下，应尽可能减轻活塞和夹头的质量对连接伺服阀和作动器 管路内油液的当量质量不容忽视， 若设计不当， 这一部分质量将远大于活塞的质量 因 此在设计中必须注意使伺服阀至作动器的油腔尽可能短而且过流面积不能太小 通常 的做法是伺服阀直接固定在作动器的外圆上，且伺服阀至作动器两腔的油路对称等 长 2.1.4 夹紧油源与夹紧装置 夹紧油源是向液压夹头和横梁夹紧装置提供动力适当提高夹紧油源的供油压 力，可以使液压夹头的体积和重量大为降低，从而使系统固有频率得到提高，改善系 统的动态响应速度 提高夹紧油源的供油压力也是受横梁夹紧装置的设计空间限制之 故因此，夹紧油源的供油压力高于伺服油源的供油压力，一般在 35 MPa 以上 2.1.5 冷却方式的选择 为了维持理想的油温，电液伺服动静万能试验机的液压系统须采取强制冷却方 式冷却方式一般有三种：风冷式、水冷式和冷媒式风冷式调温能力有限，不适合 大功率的油源使用；水冷式冷却能力强，但冷却装置占用面积大；冷媒型对油温控制 精度高、体积较小，初始费用虽较高，但运转费用较低，且可以和油源一起安装在室 内，因此，其应用面在逐渐扩大 一套合理适用的液压系统是保证试验机正常工作、顺利完成各种动作的保证对 电液伺服动静万能试验机而言，其液压系统有相似之处，但针对不同规格的试验机， 液压系统又有着各自的特点因此在设计试验机的液压系统时，一方面应遵循共同的 原则，另一方面还应因地制宜、有的放矢。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.2 设计要求 要求设计的动力滑台实现的工作循环是： 快进上升慢速上升停留快速下降 快进,液压系统执行元件选为液压缸。 本次设计参数参照液压万能材料试验机 WAW-100 型进行液压系统设计，液压万 能试验机 WAW-100 型的技术参数如下： （1）最大试验力：100KN （2）测量范围：1-100KN （3）负荷测量精度：1% （4）试验速度 mm/min：0-190 （5）变形精度：示值的0.5%以内 （6）位移精度：示值的0.5%以内 （7）应变速率范围：2-60 （8）应变速率范围：0.00025-0.0025l/s （9）活塞行程：150mm （10）拉伸钳口间最大距离（包括活塞行程） ：520mm （11）圆试样夹持直径：直径 6-12，12-20mm （12）扁试样夹持厚度 mm：0-860 （13）压板尺寸 mm：直径 120 （14）主柱间距离：400mm （15）试样直径：10mm （16）弯曲支承最大距离：300mm （17）移动电机功率：0.18KW （18）电压：380V （19）油泵功率：0.75KW （20）横梁自重：G=1500N 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.3 负载与运动分析 (1) 工作负载 工作负载即为实验力 FL=1-100KN 。 (2) 摩擦负载 摩擦负载即为导杆的摩擦阻力，此处可忽略不计。 (3) 惯性负载 由于实际负载时油缸速度很慢，此处惯性负载可忽略不计。 设液压缸的机械效率 cm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表 1 所列。 表 1 液压缸各阶段的负载和推力 工况 负载组成 液压缸负载 F/N 液压缸推力 F0=F/cm/N 启 动 GF0 01500 01667 快速上升 GF 1500 1667 慢速上升 L FGF 1500100000 1667111111 停留 L FF 100000 111111 快速下降 0GF 15000 16670 根据液压缸在上述各阶段内的负载，即可绘制液压缸的工况图如图 1 所示。 图 1 液压缸的负载循环图 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.4 确定液压系统主要参数 2.4.1 初选液压缸工作压力 所设计的材料试验机在停留加压时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表 2 和表 3，初选液压缸的工作压力 p1=16MPa。 2.4.2 计算液压缸主要尺寸 鉴于动力滑台快进和快退速度相等， 这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸 （A1=2A2） ，快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲 现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表 4 选此背压为 p2=0.6MPa。 表 2 按负载选择工作压力 负载/ KN 50 工作压力 /MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 5 表 3 各种机械常用的系统工作压力 机械类型 机 床 农业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机械 磨床 组合 试验 机 龙门刨 床 拉床 工作压力 /MPa 0.82 35 28 810 1018 2032 表 4 执行元件背压力 系统类型 背压力/MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0.20.5 回油路带调速阀的系统 0.40.6 回油路设置有背压阀的系统 0.51.5 用补油泵的闭式回路 0.81.5 回油路较复杂的工程机械 1.23 回油路较短且直接回油 可忽略不计 表 5 按工作压力选取 d/D 工作压力/MPa 5.0 5.07.0 7.0 d/D 0.50.55 0.620.70 0.7 表 6 按速比要求确定 d/D 2/1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：1无杆腔进油时活塞运动速度； 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2有杆腔进油时活塞运动速度。 由式 cm 2211 F ApAp 得 24 6 2 1 106 .78 10) 2 6 . 0 16(9 . 0 111111 ) 2 ( m p p F A cm 则活塞直径mm A D100 106 .7844 4 1 参考表 5 及表 6， 得 d0.71D =71mm， 圆整后取标准数值得 D=100mm， d=75mm。 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 24 22 1 105 .78 4 1 . 0 4 m D A 242222 2 104 .34)075. 01 . 0( 4 )( 4 mdDA 根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量 和功率，如表 7 所列，由此绘制的液压缸工况图如图 2 所示。 表 7 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值 工况 推力 F0/N 回油腔 压力 p2/MPa 进油腔 压力 p1/MPa 输入流量 q 10-3/m3/s 输入功 率 P/KW 计算公式 启动 01667 00.37 21 20 1AA PAF p 121 )(AAq qpP 1 快速上 升 1667 p1+p 0.37 1.410-2 0.0052 慢速上 升 16671 11111 0.6 0.9715. 5 7.8510-3 0.0080. 122 1 220 1A ApF p 21 Aq qpP 1 停留 111111 14.9 快速下 降 16670 0.5 0.87 1.0810-2 0.0094 2 120 1A ApF p 32 Aq qpP 1 注：1. p 为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 p=0.5MPa。 2 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 p1，无杆腔回油，压力为 p2。 图 2 液压缸的工况图 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第三章 拟定液压系统原理图 本次设计要完成的工作循环是：快进上升、慢速上升、停留、快速下降。 3.1 选择基本回路 液压基本回路是指由一些液压元件与液压辅助元件按照一定关系组合， 能够实现 某种特定液压功能的油路结构。 最常用的基本回路是：压力控制回路；速度控制回路；方向控制回路；多执行元 件控制回路。每一个基本回路都具备一种特定功能。液压基本回路实验台的回路选取 应尽量贴近现实工程中的液压工作实际，选取典型的液压回路。 3.1.1 选择调速回路 由图 2 可知，这台试验机液压系统功率较小，油缸运动速度低，选用进口节流调 速回路。为防止实验时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于 系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。 3.1.2 选择油源形式 从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的 低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比 qmax/qmin=0.5/(0.8410-2)60； 其相应的时间之比(t1+t3)/t2=(1+1.5)/56.8=0.044。 这表明 在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量 角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片 泵作为油源。考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同 时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图 2a 所示。 3.1.3 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。 考虑 到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路， 以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位四通电磁换向阀，同时 外加二位三通电磁换向阀如图 2b 所示。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.1.4 选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大（1/2=0.1/(0.8810-3)114） ， 为减少速度换接时的液压冲击，选用电磁阀控制的换接回路，如图 2c 所示。 3.1.5 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即油缸慢速上升 时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在油缸慢 速上升和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽 未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。 图 2 选择的基本回路 3.2 组成液压系统 将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压 系统工作原理图，如图 3 所示。在图 3 中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系 统压力无法建立的问题，增设了单向阀 6。为了避免试验机停止工作时回路中的油液 流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀 13。 考虑到这台试验机用于测试材料力学性能，对位置精度要求较高，图中增设了一个压 力继电器 14。当油缸碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换 向阀换向。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3 液压原理图 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第四章 设计计算及液压元件的选择 液压元件主要包括有：油泵，电机，各种控制阀，管路，过滤器等。有液压元件 的不同连接组合构成了功能各异的液压回路， 下面根据主机的要求进行液压元件的选 择计算。 4.1 确定液压泵的规格和电动机功率 4.1.1 计算液压泵的最大工作压力 小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表 7 可知，液压缸在工进时工作压 力最大，最大工作压力为 p1=15.5MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油 路上的总压力损失p=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差 pe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为 MPa06. 5MPa5 . 06 . 096. 3 e11p pppp 大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表 7 可见，快退时液压缸的工作压 力为 p1=1.43MPa，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力 损失比前者小，现取进油路上的总压力损失p=0.3MPa，则大流量泵的最高工作压 力估算为 MPa73. 1MPa3 . 043. 1 12p ppp 4.1.2 计算液压泵的流量 由表 7 可知，油源向液压缸输入的最大流量为 0.510-3 m3/s ，若取回路泄漏系 数 K=1.1，则两个泵的总流量为 L/min33/sm1055. 0/sm105 . 01 . 1 3333 1p Kqq 考虑到溢流阀的最小稳定流量为 3L/min，工进时的流量为 0.8410-5 m3/s =0.5L/min，则小流量泵的流量最少应为 3.5L/min。 4.1.3 确定液压泵的规格和电动机功率 根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定 选取 PV2R12-6/33 型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为 6mL/r 和 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 33mL/r，当液压泵的转速 np=940r/min 时，其理论流量分别为 5.6 L/min 和 31L/min， 若取液压泵容积效率 v=0.9，则液压泵的实际输出流量为 L/min33L/min9 .271 . 5 L/min1000/9 . 0940331000/9 . 09406 2p1pp qqq 由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率 p=0.8，这时液压泵的驱 动电动机功率为 KW19. 1KW 108 . 060 10331073. 1 3 36 p pp qp P 根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的 Y100L6 型电动机，其额定功率为 1.5KW，额定转速为 940r/min。 4.2 阀类元件及辅件的选用 液压系统应尽可能多的由标准液压控制元件组成， 液压控制元件的主要选择依据 是阀所在的油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量， 下面根据该原则依次进 行压力控制阀，流量控制阀和换向阀的选择。 4.2.1 压力控制阀 压力控制阀的选用原则 压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力 控制阀正常工作。 压力调节范围：系统调节压力应在法的压力调节范围之内。 流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。 结构类型： 根据结构类性及工作原理， 压力控制阀可以分为直动型和先导型两种， 直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大，调压偏差大， 不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的灵敏度高，应采 用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动阀低一些，调压精度 比直动阀高，广泛应用于高压，大流量和调压精度要求较高的场合。 此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护方便性， 货源情况等。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 根据上述选用原则，可以选择直动型压力阀，再根据发的调定压力及流量和相关 参数，可以选择 DBD 式直动式溢流阀，相关参数如下： 型号：DBDS6G10 最低调节压力：5MPa 流量： 40L/min 介质温度：2070oC 4.2.2 流量控制阀 流量控制阀的选用原则如下： 压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。 流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。 测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意， 在选择节流阀和调速阀时， 所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要 求。 该千斤顶液压系统中所使用的流量控制阀有分流阀和单向分流阀， 单向分流阀的 规格和型号如下： 型号： FDL-B10H 公称通径：10mm 公称流量: P,O 口 40L/min A，B 口 20L/min 连接方式：管式连接 重量：4Kg 分流阀的型号为：FL-B10 其余参数与单向分流阀相同。 4.2.3 方向控制阀 方向控制阀的选用原则如下： 压力：液压系统的最大压力应低于阀的额定压力 流量：流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。 滑阀机能：滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。 操纵方式：选择合适的操纵方式，如手动，电动，液动等。 方向控制阀在该系统中主要是指电磁换向阀，通过换向阀处于不同的位置，来实 现油路的通断。所选择的换向阀型号及规格如下： 型号：4WE5E5OF 额定流量：15L/min 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 消耗功率：26KW 电源电压：50,110 ,220HzVV 工作压力：A.B.P 腔 25MPa T 腔：6MPa 重量：1.4Kg 根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本， 选出的阀类元件和辅件规格如表 8 所列。 其中， 溢流阀 9 按小流量泵的额定流量选取， 调速阀 4 选用 Q6B 型，其最小稳定流量为 0.03 L/min，小于本系统工进时的流量 0.5L/min。 表 8 液压元件规格及型号 序 号 元件名称 通过的最 大流量 q/L/min 规格 型号 额定流量 qn/L/min 额定压力 Pn/MPa 额定压降 Pn/MPa 1 双联叶片泵 PV2R12-6/33 5.1/27.9* 16 2 节流调速阀 1 Q6B 6 6.3 3 单向阀 70 I100B 100 6.3 0.2 4 单向阀 29.3 I100B 100 6.3 0.2 5 背压阀 1 B10B 10 6.3 6 溢流阀 5.1 Y10B 10 6.3 7 滤油器 36.6 XU80200 80 6.3 0.02 8 压力继电器 PFB8L 14 *注：此为电动机额定转速为 940r/min 时的流量。 4.3 管路，过滤器，其他辅助元件的选择计算 4.3.1 确定油管 在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间 以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表 9 所列。 表 9 允许流速推荐值 管道 推荐流速/(m/s) 吸油管道 0. 51.5，一般取 1 以下 压油管道 36，压力高，管道短，粘度小取大值 回油管道 1. 53 由表 9 可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。 根据表 7 数值，按表 9 推荐的管道内允许速度取=4 m/s，由式 q d 4 计算得 与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 mm2 .18mm10 414. 360 103 .6244 3 3 q d mm3 .19mm10 414. 360 107044 3 3 q d 为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径 20mm、外径 28mm 的 10 号 冷拔钢管。 4.3.2 过滤器的选择 过滤器的选择应考虑以下几点： (1)具有足够大的通油能力，压力损失小，一般过滤器的通油能力大于实际流量 的二倍，或大于管路的最大流量。 (2)过滤精度应满足设计要求，一般液压系统的压力不同，对过滤精度的要求也 不同，系统压力越高，要求液压元件的间隙越小，所以过滤精度要求越高，过滤精度 与液压系统压力的关系如下所示： 表 10 过滤精度与液压系统的压力关系 系统类型 压力MPa 过滤精度 一 般 液 压 系 统伺服系统 7735 5102525-50 （3）滤芯应有足够的强度，过滤器的实际压力应小于样本给出的工作压力。 （4）滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下长期工作。 根据上述原则，考虑到螺杆泵的流量，选定过滤器为烧结式过滤器，其型号及具 体参数如下所示： 型号：270 16SU BF 流量：70 /minL 过滤精度：16 m 接口尺寸：27 2M 工作压力：0.520MPa 压力损失: 0.2MPa 4.3.3 辅件的选择 4.3.3.1 温度计的选择 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 液压系统常用接触式温度计来显示油箱内工作介质的温度， 接触式温度计有膨胀 式和压力式。本系统中选用膨胀式，其相关参数如下： 型号：11WNG 测量范围： 00 3050CC， 00 050CC， 00 0500CC 名称：内表式工业玻璃温度计 4.3.3.2压力表选择 压力表安装于便于观察的地方。其选择如下： 型号：Y-60 测量范围：04.MPa 名称：一般弹簧管压力表 4.4 液压元件的连接 4.4.1 液压装置的总体布置 液压装置的总体布置可以分为几种式和分散式两种。 集中式布置是将液压系统的油源、控制及调节装置至于主机之外，构成独立的液 压站，这种布置方式主要用于固定式液压设备。其优点是装配、维修方便，从根本上 消除了动力源的振动和油温对主机的影响。本液压系统采用集中式布置。 4.4.2 液压元件的连接 液压元件的连接可以分为管式连接、板式连接，集中式连接三种。这里介绍整体 式连接中的整体式阀板。它是本液压系统中将要采用的连接方式。 整体式阀板的油路是在整块板上钻出或用精密铸造铸出的， 这种结构的阀板比粘 合式阀板可靠性好，应用较多，但工艺较差，特别是深孔的加工较难。当连接元件较 多时，各孔的位置不易确定。它属于无管连接，多用于不太复杂的固定式机械中。 采用整体式阀板时，需要自行设计阀板，阀板的设计可参考相关资料。 4.5 油箱及附件 油箱在系统中的主要功能为：储存系统所需要的足够的油液;散发系统工作时产 生的一部分热量，分离油液中的气体及沉淀污物。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.5.1 油箱的容积 油箱容积的确定是设计油箱的关键， 油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无 回油时。最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无 供油时或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。 初始设计时，可依据使用情况，按照经验公式确定油箱容积： p VQ 式中: V 油箱的容积 单位L p Q 液压泵的流量 单位/minL 经验系数 见下表 表 9.1 行走机械 低压系统 中压系统 锻压系统 冶金机械 12 24 57 612 10 本试验机为中压系统，取=7，则油箱的容量可以确定为: LQV p 2137 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第五章 验算液压系统性能 5.1 验算系统压力损失 由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管 道内液体的流动状态，然后计算各种工况下总的压力损失。现取进、回油管道长为 l=2m，油液的运动粘度取=110-4m2/s，油液的密度取 =0.9174103kg/m3。 5.1.1 判断流动状态 在快进、工进和快退三种工况下，进、回油管路中所通过的流量以快退时回油流 量 q2=70L/min 为最大，此时，油液流动的雷诺数 743 101102060 107044 43 3 e d qd R 也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺数（2000） ，故可推出：各工况下的 进、回油路中的油液的流动状态全为层流。 5.1.2 计算系统压力损失 将层流流动状态沿程阻力系数 q d R4 7575 e 和油液在管道内流速 2 4 d q 同时代入沿程压力损失计算公式 2 2 l d l p ，并将已知数据代入后，得 qqq d l p 8 43 43 4 1 105478. 0 )1020(14. 32 2101109174. 0754 2 754 可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是由层流流动所决定的。 在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失p常按下式作经验计算 l 1 . 0pp 各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2 n nv q q pp 其中的 pn由产品样本查出，qn和 q 数值由表 8 和表 9 列出。滑台在快进、工进 和快退工况下的压力损失计算如下： 1快速上升 滑台快进时，液压缸通过电液换