毕业论文-教学液压试验台基本实验回路的设计-文档精品

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 本本 科科 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题目 教学液压试验台基本实验回路的设计 学生姓名 学 号 指导教师 学 院 专 业 交稿日期 学术诚信声明学术诚信声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） ，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 中文题目： 英文题目： 作者签名： 日期： 年 月 日 版权使用授权书版权使用授权书 本毕业设计（论文）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海建桥学院可以将本毕业设计（论文）的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本毕业设计（论文） 。 保保 密密 ，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密不保密 。 （请在以上方框内打“”，如作者未做出选择的情况下，按不保密处理。） 作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 上海建桥学院本科毕业设计（论文） - I - 液压基本回路实验台的设计液压基本回路实验台的设计 摘 要 当今世界高端的教学液压试验台生产技术，基本上已被美国、德国和日本所垄断。而 国内目前不但教学液压试验台生产技术比较落后，同时教学液压试验台性能检测技术也非 常落后，尚没有真正意义上的测试数据精确、实验功能全面的专业性综合性教学液压试验 台。教学液压试验台发展的落后已经成为制约我国教学液压试验台生产技术发展的一个瓶 颈。 而作为液压技术应用的基础液压基本回路是学习液压传动控制的必要知识。液压回 路是液压系统的有机组成部分，任何液压系统都是由一些基本回路所组成。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。 液压基本回路实验的开设是为了让学生在液压传动课程的学习过程中，通过实验能对 液压系统的基本工作原理有更深层次的理解，熟悉典型的液压回路各自的运行特点及原 理。本设计选用工程液压中常用的几个液压基本回路为实验项目，实验台采取卧式布局， 液压阀安装在集成块上以简化实验台的系统油路，在实验过程中学生可以清楚了解液压元 件的组合与液压回路之间的转化。 关键词：关键词：液压，液压基本回路，实验台，集成块，液压系统液压，液压基本回路，实验台，集成块，液压系统 教学液压试验台基本实验回路的设计 II THE DESIGN OF HYDRAULIC PRESSURE BASIC CIRCUIT LABORTORY STAGE Abstract Teaching todays world of high-end hydraulic test rig production technology, basically has been the United States, Germany and Japan monopolized. Domestic, not only teaching the hydraulic test rig production technology is relatively backward, at the same time teaching the hydraulic test rig performance detection technology is very backward, yet accurate test data in the true sense of the experimental full-featured professional teaching hydraulic test rig. Backward teaching hydraulic test rig development has become a bottleneck restricting the development of production technology in our teaching hydraulic test stand. As the basis for application of hydraulic technology - basic hydraulic circuit is necessary to learn hydraulic transmission control knowledge. The hydraulic circuit is an integral part of the hydraulic system, any hydraulic system is composed by some basic loop. The basic hydraulic circuit is the oil passage structure to achieve certain hydraulic functions by a number of hydraulic components and hydraulic auxiliary components can be combined in accordance with a certain relationship. The most commonly used basic loop is: the pressure control loop; speed control loop; direction control circuit; multi-element control circuit. Each basic loop has a specific function. Hydraulic Test creation to the students in the learning process of the hydraulic drive course experiments can have a deeper understanding of the basic working principle of the hydraulic system, familiar with each of the operating characteristics and principle of a typical hydraulic circuit. Several basic hydraulic circuit in the design selection of hydraulic experimental project, laboratory bench to take a horizontal layout, hydraulic valve mounted on the manifold to simplify the experiment station system oil line, high school students can experiment a clear understanding of the hydraulic components the transformation between the combination and a hydraulic circuit. Key Words：hydraulic pressure, hydraulic pressure basic circuit ,laboratory stage, integrated block, hydraulic system 上海建桥学院本科毕业设计（论文） - III - 目目 录录 摘 要 . I Abstract II 1 引言 . 1 1.1 历史液压系统的发展 . 1 1.2 液压技术的发展趋势 . 1 1.2.1 减少能耗,充分利用能量 . 2 1.2.2 主动维护 2 1.2.3 机电一体化 2 2 设计要求及设计参数 . 4 2.1 设计要求 . 4 2.2 设计参数 . 4 3 制定系统方案及拟订液压系统图 . 5 3.1 制定系统方案 5 3.1.1 压力控制回路 5 3.1.2 速度控制回路 8 3.1.3 方向控制回路 11 3.1.4 多执行元件控制回路 11 3.2 拟订液压系统图 . 14 4 系统主要参数计算及元件选取 . 16 4.1 系统主要参数计算 . 16 4.2 动力源的选取 . 16 4.2.1 液压泵的选择 16 4.2.2 电动机功率的确定 16 4.2.3 连轴器的选择 17 4.3 液压元件的选择 . 17 5 集成块及泵站设计 . 19 5.1 集成块的设计 . 19 5.2 泵站的设计 . 20 5.3 液压试验台机械部分设计说明 . 20 6 实验回路分析 . 21 6.1 二级调压泄荷回路 21 6.1.1 实验油路 . 21 6.1.2 工作原理及实验内容 . 21 教学液压试验台基本实验回路的设计 IV 6.2 节流调速及加载回路 22 6.2.1 实验油路 . 22 6.2.2 工作原理及实验内容 . 22 6.3 变量泵特性实验回路 23 6.3.1 实验油路 23 6.3.2 工作原理及实验内容 23 6.4 顺序动作回路 . 24 6.4.1 实验油路 24 6.4.2 工作原理及实验内容 24 6.5 差动连接快速回路 . 25 6.6.1 实验油路 26 6.6.2 工作原理及实验内容 26 6.6 双泵快速回路 . 27 6.6.1 实验油路 27 6.6.2 工作原理及实验内容 28 6.7 同步回路 . 28 6.7.1 实验油路 29 6.7.2 工作原理及实验内容 29 6.8 速度换接回路 . 30 6.8.1 实验油路 30 6.8.2 工作原理及实验内容 31 结 论 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 1 1 引言 1.1 历史液压系统的发展 液压传动和气压传动称为流体传动， 是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压 力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795 年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工 业上，诞生了世界上第一台水压机。1905 年将工作介质水改为油，又进一步得 到改善。 第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是 1920 年以后， 发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间，才开始进入 正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为 近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼 斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910 年对 液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发 展。 第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有 30%应用了液压传动。 应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前 后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。近 2030 年间， 日本液压传动发展之快，居世界领先地位。 液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑 料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机 械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利 工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮 机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁 阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞 台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架 的收放装置和方向舵控制装置等。 1.2 液压技术的发展趋势 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。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。 教学液压试验台基本实验回路的设计 2 1.2.1 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： 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。 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。 采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。 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。 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。 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。 1.2.2 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。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。 1.2.3 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 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 3 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。 液压行业： 液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、 低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展； 开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积 极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。 液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速 型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平 均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺 技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱 配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转 速方向发展。 本实验台设计参考了 QCS008A 实验台、FESTO 公司设计生产的教学实验 台和现今液压实验台模块化的设计理念，综合它们的优点，设计方案初定十个 工程上常遇到的基本回路，在此基础上将各个回路糅合成最终的系统回路。回 路间的运行互相独立互不干扰，有效利用各液压元件，优化液压元件的使用。 教学液压试验台基本实验回路的设计 4 2 设计要求及设计参数 2.1 设计要求 通过查阅相关资料和深入实际的调查研究，依据液压基本回路的构成，设 计一台液压基本回路实验台，用于液压专业本科学生（同时适用于其他相关人 员）的液压基本回路实验。 典型基本回路总数 78 种，所确定基本回路应具有应用的典型性，同类型 回路只能选择一种，每种回路的实验能够独立实验并特别显示对应实验回路， 且实验结果正确；液压元件优化使用。 2.2 设计参数 系统额定压力为 6.3MP 课题设计研究内容： 1）由设计要求、设计参数拟定系统方案及回路原理图， 2）系统参数计算计元件的选取 3）集成快及泵站的设计 4）试验回路的分析 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 5 3 制定系统方案及拟订液压系统图 3.1 制定系统方案 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 压力控制回路 压力控制回路是利用压力控制阀来控制或调节整个液压系统或液压系统局 部油路上的工作压力。压力控制回路主要有调压回路、减压回路、卸荷回路、 平衡回路、保压回路等。 1.调压回路用来调定或限制液压系统的最高工作压力，或者使执行元件在 工作过程的不同阶段能够实现多种不同的压力变换。这一能一般由溢流阀来实 现。 图 3.1 基本调压回路 2. 许多机电设备在使用工作间歇的过程中， 为了减少动力源和液压系统的 功率损失，节省能源、降低液压系统发热，形成卸荷回路。 液压泵的输出功率等于压力和流量的乘积，因此使液压系统卸荷有两种方 法： 一种是将液压泵出口的流量通过液压阀的控制直接接回油箱，使液压泵在 接近零压的状况下输出流量，这种卸荷方式称为压力卸荷； 另一种是使液压泵在输出流量接近零的状态下工作，此时尽管液压泵工作 的压力很高，但其输出流量接近零，液压功率也接近零，这种卸荷方式称为流 量卸荷。 教学液压试验台基本实验回路的设计 6 a )用主换向阀中位机能的卸菏回路 b )用两位两通电磁换向阀的卸菏回路 1 b)a) 图 7-4 卸菏回路 图 3.2 卸荷回路 3. 减压回路的功能在于使系统某一支路上具有低于系统压力的稳定工作 压力，如在机床的工件夹紧、导轨润滑及液压系统的控制油路中常需用减压回 路。 最常见的减压回路是在所需低压的分支路上串接一个定值输出减压阀，如 图 3.3a 所示。 图 3.3b 是二级减压回路，阀 3 的调定压力必须低于阀 2。液压泵的最大工 作压力由溢流阀 1 调定。 去 系 统 a)b) 图 7-8 减压回路 123 4 1 2 4 3 5 去 系 统 图 3.3 减压回路 4. 增压回路用来使系统中某一支路获得比系统压力更高的压力油源， 增压 回路中实现油液压力放大的主要元件是增压器，增压器的增压比取决于增压器 大、小活塞的面积之比。 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 7 图 3.4a 是使用单作用增压器的增压回路， 它适用于单向作用力大、 行程小、 作业时间短的场合，如制动器、离合器等。 图 3.4b 是采用双作用增压器的增压回路，它能连续输出高压油，适用于增 压行程要求较长的场合。 图 7-9 增压回路 1 2 1 b )a ) 8657 4 3 2 3 1 2 图 3.4 增压回路 5. 平衡回路的功能在于使液压执行元件的回油路上始终保持一定的背压 力，以平衡掉执行机构重力负载对液压执行元件的作用力，使之不会因自重作 用而自行下滑，实现液压系统对机床设备动作的平稳、可靠控制。 2 1 c )b ) 图 7-10 平衡回路 a ) 图 3.5 平衡回路 6. 保压回路的功能在于使系统在液压缸加载不动或因工件变形而产生微 小位移的工况下能保持稳定不变的压力，并且使液压泵处于卸荷状态。保压性 教学液压试验台基本实验回路的设计 8 能的两个主要指标为保压时间和压力稳定性。 a)a) 图 7-11 保压回路 b) 1 2 3 4 3 4 2 1 5 6 7 8 11 图 3.6 保压回路 3.1.2 速度控制回路 速度控制回路：液压系统的优点之一就是能方便地实现无级调速。调速问 题是机床液压系统的核心问题。在液压系统中，执行元件的速度是由供给执行 元件的液体流量和作用在执行元件（如工作缸活塞）上的有效工作面积来决定 的。由于执行元件的有效工作面积在系统运行过程中无法改变，因此，为了控 制执行元件的运动速度，一般只能通过改变输入液压缸流量的办法来实现。由 于液压马达的每转排量是可以改变的，因此对变量马达来说，既可以用改变输 入流量的办法来变量，也可以用改变液压马达每转排量的办法来变速。 改变输入执行元件流量来达到使执行元件改变运动速度也有两种办法：一 种是采用定量泵，由节流元件来调节输入执行元件的流量；另一种是采用变量 泵，靠调节泵的每转排量来调节对执行元件的输入流量。前者称为节流调速， 后者称为容积调速。另外还有一种方法叫做容积节流调速，是用自动改变流量 的变量泵及节流元件联合进行调速。 速度控制回路是研究液压系统的速度调节和变换问题，常用的速度控制回 路有调速回路、快速回路、速度换接回路等 1.节流调速回路 （1）进油节流调速回路 进油调速回路是将节流阀装在执行机构的进油路上，其优点是：液压缸回 油腔和回油管中压力较低，当采用单杆活塞杆液压缸，使油液进入无杆腔中， 其有效工作面积较大，可以得到较大的推力和较低的运动速度，这种回路多用 于要求冲击小、负载变动小的液压系统中。 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 9 （2）回油节流调速回路 回油节流调速回路将节流阀安装在液压缸的回油路上，其优点是：节流阀 在回油路上可以产生背压，相对进油调速而言，运动比较平稳，常用于负载变 化较大，要求运动平稳的液压系统中。而且在 a 一定时，速度 v 随负载 F 增加 而减小， （3）旁油节流调速回路 这种回路由定量泵、安全阀、液压缸和节流阀组成，节流阀安装在与液压 缸并联的旁油路上，旁路节流调速回路只有节流损失，无溢流损失，因而功率 比前两种调速回路小，效率高。 2.快速回路 为了提高生产效率，机床工作部件常常要求实现空行程(或空载)的快速运 动。这时要求液压系统流量大而压力低。这和工作运动时一般需要的流量较小 和压力较高的情况正好相反。对快速运动回路的要求主要是在快速运动时，尽 量减小需要液压泵输出的流量，或者在加大液压泵的输出流量后，但在工作运 动时又不致于引起过多的能量消耗。 (1) 如图 3.7 所示，用于快、慢速转换的，其中快速运动采用差动连接 的回路。换向阀处于右位时，液压缸有杆腔的回油流量 q 和液压泵输出的流 量 qp 合在一起共同进入液压缸无杆腔，使活塞快速向右运动。这种回路结构简 单，应用较多，但由于液压缸的结构限制，液压缸的速度加快有限，有时不能 满足快速运动的要求，常常需要和其他方法联合使用。 图7-24 液压缸差动 连接快速运动回路 12 1 图 3.7 差动连接回路 (2) 采用双泵供油的快速运动回路在回路获得很高速度的同时，回路输出 的功率较小，使液压系统功率匹配合理。如图 3.8 所示，在回路中用低压大流 量泵 1 和高压小流量泵 2 组成的双联泵作动力源； 外控顺序阀 3(卸荷阀)和溢流 阀 5 分别设定双泵供油和小流量泵 2 供油时系统的最高工作压力。当换向阀 6 教学液压试验台基本实验回路的设计 10 处于图示位置，由于空载时负载很小、系统压力很低，如果系统压力低于卸荷 阀 3 调定压力时，阀 3 处于关闭状态，低压大流量泵 1 的输出流量顶开单向阀 4，与泵 2 的流量汇合实现两个泵同时向系统供油，活塞快速向右运动，此时尽 管回路的流量很大，但由于负载很小回路的压力很低，所以回路输出的功率并 不大；当换向阀 6 处于右位，由于节流阀 7 的节流作用，造成系统压力达到或 超过卸荷阀 3 的调定压力，使阀 3 打开，导致大流量泵 1 经过阀 3 卸荷，单向 阀 4 自动关闭，将泵 2 与泵 1 隔离，只有小流量泵 1 向系统供油，活塞慢速向 右运动，溢流阀 5 处于溢流状态，保持系统压力基本不变，此时只有高压小流 量泵 2 在工作。大流量泵 1 卸荷，减少了动力消耗，回路效率较高。 1 2 3 4 5 6 7 图 7-25 双泵供油快速运动回路 图 3.8 双泵供油回路 3.速度换接回路 图 7-28 用行程阀的 速度换接回路 1 2 3 图 3.9 速度换接回路 速度换接回路用来实现运动速度的变换，即在原来设计或调节好的几种运 动速度中，从一种速度换成另一种速度。对这种回路的要求是速度换接要平稳， 即不允许在速度变换的过程中有前冲(速度突然增加)现象。 采用行程阀(或电磁阀)的速度换接回路，如图 3.9 所示，当换向阀处于图示 位置时，节流阀不起作用，液压缸活塞处于快速运动状态，当快进到预定位置， 与活塞杆刚性相连的行程挡块压下行程阀 1（二位二通机动换向阀） ，行程阀关 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 11 闭，液压缸右腔油液必须通过节流阀 2 后才能流回油箱，回路进入回油节流调 速状态，活塞运动转为慢速工进。当换向阀左位接人回路时，压力油经单向阀 3 进入液压缸右腔，使活塞快速向左返回，在返回的过程中逐步将行程阀 1 放 开。 3.1.3 方向控制回路 液压执行元件除了在输出速度或转速、输出力或转矩方面有要求外，对其 运动方向、停止及其停止后的定位等性能也有不同的要求。通过控制进入执行 元件液流的通、断或变向来实现液压系统执行元件的启动、停止或改变运动方 向的回路称为方向控制回路。常用的方向控制回路有换向回路、锁紧回路和制 动回路。 1. 换向回路 采用不同操纵形式的二位四通(五通)、 三位四通(五通)换向阀都可以使执行 元件直接实现换向。二位换向阀只能使执行元件实现正、反向换向运动；三位 阀除了能够实现正、反向换向运动，还有中位机能，不同的滑阀中位机能可使 系统获得不同的控制特性，如锁紧、卸荷、浮动等。 2.锁紧回路 锁紧回路的功能是通过切断执行元件的进油、出油通道来使它停在任意位 置，并防止停止运动后因外界因素而发生窜动、下滑现象。使液压缸锁紧的最 简单的方法是利用三位换向阀的 M 型或 O 型中位机能来封闭缸的两腔，使活 塞在行程范围内任意位置停止。但由于滑阀的内泄漏，不能长时间保持停止位 置不动，锁紧精度不高。 3.制动回路 制动回路的功能在于使执行元件平稳地由运动状态转换成静止状态。要求 对油路中出现的异常高压和负压的情况能作出迅速反应，并应使制动时间尽可 能短，冲击尽可能小。 3.1.4 多执行元件控制回路 在一个液压系统中，如果由一个油源给多个执行元件供油，各执行元件会 因回路中压力、流量的相互影响而在动作上受到牵制。我们可以通过压力、流 量、行程控制来实现多执行元件预定动作的要求，这种控制回路就称为多执行 元件控制回路。 1.行程控制顺序动作回路：是利用某一执行元件运动到预定行程以后，发 出电气或机械控制信号，使另一执行元件运动的一种控制方式。 图 3.10 是采用行程阀控制的多缸顺序动作回路。 图示位置两液压缸活塞均 教学液压试验台基本实验回路的设计 12 退至左端点。当电磁阀 3 左位接入回路后，缸 1 活塞先向右运动，当活塞杆上 的行程挡块压下行程阀 4 后，缸 2 活塞才开始向右运动，直至两个缸先后到达 右端点；将电磁阀 3 右位接入回路，使缸 1 活塞先向左退回，在运动当中其行 程挡块离开行程阀 4 后，行程阀 4 自动复位，其下位接入回路，这时缸 2 活塞 才开始向左退回，直至两个缸都到达左端点。这种回路动作可靠，但要改变动 作顺序较为困难。 图 3.10b 是采用行程开关控制电磁换向阀的多缸顺序动作回路。按启动按 钮，电磁铁 1Y 得电，缸 1 活塞先向右运动，当活塞杆上的行程挡块压下行程 开关 2S 后，使电磁铁 2Y 得电，缸 2 活塞才向右运动，直到压下 3S，使 1Y 失 电，缸 1 活塞向左退回，而后压下行程开关 1S，使 2Y 失电，缸 2 活塞再退回。 a) 1 3 2 4 1 3 2 4 1 2 1 2 3 4 1Y2Y 1S 2S3S 图 7-37 行程控制顺序动作回路 a) 行程阀控制的顺序回路 b) 行程开关控制的顺序回路 b) 1 3 2 4 1 3 2 4 1 2 1 2 3 4 1Y2Y 1S 2S3S 图 3.10 行程控制的顺序动作回路 2.压力控制顺序动作回路：是利用液压回路中压力的差别，如顺序阀、压 力继电器等动作发出控制信号，使执行元件按预定顺序动作执行。 利用液压系统工作过程中运动状态变化引起的压力变化使执行元件按顺序 先后动作，这种回路就是压力控制顺序动作回路。如图 3.11 所示。假设机床工 作时液压系统的动作顺序为：夹具夹紧工件工作台进给工作台 退出夹具松开工件。其控制回路的工作过程如下：回路工作前，夹紧缸 1 和进给缸 2 均处于起点位置，当换向阀 5 左位接入回路时，夹紧缸 1 的活塞 向右运动使夹具夹紧工件，夹紧工件后会使回路压力升高到顺序阀 3 的调定压 力，阀 3 开启，此时缸 2 的活塞才能向右运动进行切削加工；加工完毕，通过 手动或操纵装置使换向阀 5 右位接入回路，缸 2 活塞先退回到左端点后，引起 回路压力升高，使阀 4 开启，缸 1 活塞退回原位将夹具松开，这样完成了一个 完整的多缸顺序动作循环，如果要改变动作的先后顺序，就要对两个顺序阀在 油路中的安装位置进行相应的调整。 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 13 43 夹紧缸工作台 松开 夹紧 退回 进给 a)b) 图 7-36 压力控制顺序动作回路 a) 顺序阀控制的顺序回路 b) 压力继电器控制的顺序回路 2 3 1 4 1 4 2 3 2112 3 4 5 1K2K 1Y2Y3Y4Y 图 3.11 顺序阀控制的顺序动作回路 3.同步回路 同步回路的功用是使系统中多个执行元件克服负载、摩擦阻力、泄漏、制 造质量和结构变形上的差异，而保证在运动上的同步。同步运动分为速度同步 和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相等，而位置同步是指 各执行元件在运动中或停止时都保持相同的位移量。 图 3.12a 中，在两个并联液压缸的进(回)油路上分别串接一个单向调速阀， 仔细调整两个调速阀的开口大小， 控制进入两液压缸或自两液压缸流出的流量， 可使它们在一个方向上实现速度同步。这种回路结构简单，但调整比较麻烦， 同步精度不高，不宜用于偏载或负载变化频繁的场合。 如图 3.12b 所示，采用分流集流阀 3(同步阀)代替调速阀来控制两液压缸的 进入或流出的流量，分流集流阀具有良好的偏载承受能力，可使两液压缸在承 受不同负载时仍能实现速度同步。回路中的单向节流阀 2 用来控制活塞的下降 速度，液控单向阀 4 是防止活塞停止时的两缸负载不同而通过分流阀的内节流 孔窜油。由于同步作用靠分流阀自动调整，使用较为方便，但效率低，压力损 失大，不宜用于低压系统。 教学液压试验台基本实验回路的设计 14 图 7-38 用流量控制阀的同步回路 a) 用调速阀的同步回路 b) 用分流集流阀的同步回路 a) 1 2 3 4 6 5 b) 图 3.12 采用调速阀的单向同步回路 3.2 拟订液压系统图 综合以上方向控制回路、顺序控制回路、压力控制回路、速度控制回路, 实验台最终选定的基本实验回路为 【8】: 1.二级调压泄荷回路 2.变量泵特性回路 3.节流阀调速回路 4. 顺序动作回路 5.差动回路 6. 双泵供油回路 7. 同步回路 8. 速度换接回路 各实验回路糅合成总的实验台系统原理图如下： 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 15 图 3.13 液压基本回路实验台原理图 教学液压试验台基本实验回路的设计 16 4 系统主要参数计算及元件选取 4.1 系统主要参数计算 【1 1】 因为实验台运行没有额外的外负载要求，依据设计要求：系统额定压力为 6.3MPa。 液压缸的结构尺寸： 选定液压缸缸径为：D=63mm、两缸速度比为 1.33；则 d=32mm； 2 2 1 A =6.3=124.6cm 2 2 3 A =3.2=32.2cm 213 AAA 1 1 5 . 5 6m i n q vm A 2 2 7.47min q vm A 3 3 2 1 . 5 6m i n q vm A 式中 A1 为液压缸无杆腔面积，A2 为有杆腔面积，A3 为活塞杆面积，而 v1 为液压缸无杆腔速度；v2 为液压缸有杆腔速度；v3 为差动和双泵快速速度。 油管的选择计算 根据选定的液压元件的连接油口的尺寸确定管道尺寸，液压缸的进、出油 管按输入、输出的最大流量来计算。由于系统在差动和双泵快速回路中油管内 的通油量最大， 则液压缸进、 出油管直径 D 按产品样品选用钢管内径为 D=8mm， 外径为 14mm 10 号冷拔钢管。 6.9 min345min 2 q vmm A 4.2 动力源的选取 4.2.1 液压泵的选择 根据设计要求，系统额定压力为 6.3MPa;因为是学生实验，实验台只 是空载运行，负载可以忽略不算。油泵采用了 YB-6 定量叶片泵和 YBX-16 变 量叶片泵。加载装置采用液压缸加载。 4.2.2 电动机功率的确定 根 据 液 压 泵 的 驱 动 功 率 和 额 定 转 速 ： YB-6 定 量 叶 片 泵 转 速 为 1500r/min，驱动功率 1.5kw，YBX-16 型限压式变量叶片泵转速 1500 r/min，驱 动功率 2.6kw。 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 17 采用 JO2-22-4 和 JO2-31-4 交流感应电动机各一个。它们的功率分别 为 1.5kW 和 2.2kW，满载转速分别为 1410rpm 和 1430rpm。 4.2.3 连轴器的选择 液压泵连接轴径 22mm，电动机连接轴径 28mm,选择 HL2 弹性柱销连轴器 22x52GB5014-85 和 28 x62GB5014-85。 4.3 液压元件的选择 由系统工作压力 6.3MPA，最高工作流量 20 l/min，液压阀的选择如下 【5】 ： 液压元件明细表液压元件明细表 序号 型号 名称 数量 最大过流流量 备注 1 YB-6 定量叶片泵 1 6.9 l/min 榆次液压件厂 2 YBX-16 限压变量叶片泵 1 016 l/min 上海液压件厂 3 YF-B10B 溢流阀 1 40 l/min 榆次 4 LF-B10C 节流阀 1 25 l/min 榆次 5 YF-B10B 溢流阀 1 40 l/min 榆次 6 DF-B10K 单向阀 1 30 l/min 榆次 7 DF-B10K 单向阀 1 30 l/min 榆次 8 FCG-03-20 单向调速阀 1 38 l/min 榆次 9 YF-B10B 溢流阀 1 40 l/min 榆次 10 LF-B10C 节流阀 1 25 l/min 榆次 11 FCG-03-20 单向调速阀 1 38 l/min 榆次 12 24DO-B10H-T 电磁换向阀 1 30 l/min 作二位二通阀 12 24DO-B10H-T 电磁换向阀 1 30 l/min 作二位二通阀 14 24DO-B10H-T 电磁换向阀 1 30 l/min 作二位三通阀 15 24DO-B10H-T 电磁换向阀 1 30 l/min 作二位二通阀 16 24DO-B10H-T 电磁换向阀 1 30 l/min 作二位二通阀 17 24DO-B10H-T 电磁换向阀 1 30 l/min 作二位二通阀 18 34DO-B10H-T 电磁换向阀 1 30 l/min 榆次 19 34DO-B10H-T 电磁换向阀 1 30 l/min 榆次 20 液压缸 1 教学液压试验台基本实验回路的设计 18 21 液压缸 1 22 DP-25 压力继电器 1 螺纹连接 23 液流计 1 24 XU-B50100 滤油器 1 50 l/min 25 XU-B50100 滤油器 1 50 l/min 26 压力表开关 1 27 压力表开关 1 28 压力表开关 1 29 压力表开关 1 30 压力表开关 1 31 压力传感器 1 32 压力传感器 1 33 压力表 1 34 压力表 1 35 压力表 1 36 流量计 1 37 YWZ-150T 液位显示计 1 43 38 GYY2-22011 加热器 1 39 GYY2-22011 加热器 1 40 JO2-22-4 电动机 1 41 JO2-31-4 电动机 1 42 24DO-B10H-T 电磁换向阀 1 30 l/min 作二位二通阀 43 YF-B10B 溢流阀 1 40 l/min 榆次 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 19 5 集成块及泵站设计 5.1 集成块的设计 集成块设计原则： （1）块体内油路通道应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔和工艺孔。 （2）对于有垂直或水平安装要求的元件，必须按其安装要求设计集成块。 （3）集成块体的外形尺寸，应根据所安装元件的外形尺寸，并保证块体内 油道孔的最小允许壁厚，力求结构紧凑、体积小、重量轻。 （4）要把工作中需要经常调整的元件(如隘流阀、调速阀等)，安装在便于 操作和观察的位置上。 （5）块体上要设置足够数量的测压点，以便在、耐压等调试试验时使用。 （6）集成块与外界连接的油口，如连接液压泵的油口、通油箱的回油口、 通各种传感器的油口等，要留有安装法兰盘和管接头的足够空间。 （7）对于重 30kg 以上的集成块，应设置起吊螺钉孔。 （8）考虑钻头刚性及加工偏移，深孔流道的孔深与孔径之比，一般不大于 10。 （9）两边对钻的深孔，其交接处的过流断面，必须不小于其中个孔的横 断面积。 系统所需的阀安装在集成块上集成块的前、上、左、右四个面上。集成块 后 图 5.1 集成块 表面为管道连接面，下表面为泄漏油口连接面， （如图 4.1） 实验台上摞 三摞集成块组，根据系统油路分布，系统的小独立油路采用独立的集成块安装， 实验台共使用 8 个小的集成块，块与块间的油道能满足系统中使用的液压元件 的通油逻辑关系。且集成块的内部结构满足强度要求。 教学液压试验台基本实验回路的设计 20 5.2 泵站的设计 泵站采取卧式布局液压阀集中安装在三摞集成块上， 油箱设计成独立形式， 电机、连轴器、液压泵安装在独立油箱的上方。系统的回油通过集成块经回油 管直回油箱。 4.2.1 油箱的设计 油箱容积的确定： 中低压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的 57 倍， 故系统油箱的容积为 V=（720）L=140L 取 V=150L 油箱的外形尺寸为长为 800mm，宽为 600 mm，高为 400mm; 经验算系统满足发热和温升要求。 5.3 液压试验台机械部分设计说明 【3 3】 机械本体部分主要要考虑液压元件的安装，考虑过 2 种形式，一种是用角 钢焊接，这种方法造价较低，但灵活性差；另一种是采用工业铝型材，它是现 代化工厂中常用的材料，这种方法安装方便，灵活性好，便于将来功能的扩展， 外形美观，符合试验台的设计要求，造价较高但在预算以内。 液压元件采用板式安装，每种元件设计 1 种油路过度板，液压元件安装在 油路过度板上，使用时将液压元件及油路过度板上一起安装在台架上。 图 5.1 工业铝型材 图 5.2 液压试验台样机照片 上海建桥学院本科毕业设计（论文） 21 6 实验回路分析 6.1 二级调压泄荷回路 回路选择开关 PS 旋至 1 位。压力表开关 30 旋至 P4 位。 6.1.1 实验油路 泵 1溢流阀 5电磁换向阀 42溢流阀 43油箱 6.1.2 工作原理及实验内容 6.1.2.1 直接调压：旋紧溢流阀 3 调压手柄，转向开关 1W 旋至 0 位，换向 阀 42 处于下位，启动泵直接用溢流阀 5 调压，由大至小，反复多次，最大压力 至 P1=4MPa。 6.1.2.2 远程调压：旋紧远程调压阀 43 的调压手柄，旋紧溢流阀 3 调压手 柄，转向开关 1W 旋至 1 位，换向阀 42 处于上位，溢流阀 5 调定压力至 4MPa， 逐渐松开远程调压阀 43 的调压手柄，观察压力表 35 读数 P1，当阀 43 的 调 压手柄松到某一位置时，压力表读数开始下降，调压手柄越松 P1 值越低，但 调压最大值不会比溢流 5 的调定压力大，溢流阀 5 按安全压力调定。由此实现 二次压力调定。 6.1.2.3 泄荷：转换开关 1W 旋至 2 位，即三位四通换向阀右位工作，溢流 阀 5 的遥控油路直通油箱压力表读数 P1 降至最少，回路实现泄荷。 图 6.1 二级调压泄荷回路 教学液压试验台基本实验回路的设计 22 6.2 节流调速及加载回路 旋紧泵 2 的压力调节螺钉,回路选择开关 PS 旋至 2 位。 压力表开关 34、 35、 36 旋至 P1、P2、P3 位。 6.2.1 实验油路 泵 1、2单向阀 6、7、电磁换向阀 17液流计