定压式容积节流调速回路实验装置1[含CAD图纸和说明书等资料]
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多传感器信息融合技术在液压系统的故障诊断上的应用L Q Zhang1、2 G L Yang1,2、LG Zhang3和S Y Zhang41学校的能源和电力工程、兰州理工大学、七里河区,兰州,730050年,中国2温州科学院泵和阀门工程、兰州大学的技术,化工,永嘉县瓯西路,325105,中国温州3邯郸特殊下沉有限公司的中国煤炭、中煤第五建筑公司,复兴区,邯郸,056003年,中国4中国农业机械化科学研究院,朝阳区,北京,100083年,中国邮箱: 文摘结构层和方法的多传感器信息融合技术分析,并对其应用的故障诊断液压系统讨论。针对液压系统、液压故障诊断系统模型,基于多传感器提出了信息融合技术。选择和实施方法信息融合合理,模型可以计算出各种故障特征融合和参数在液压系统有效,提供更多的有价值的结果对故障诊断液压系统。1.介绍液压系统中扮演着重要的角色在工程行业。确保液压系统工作安全、可靠、无任何潜在的事故,其故障诊断是非常重要的。但工程实践表明,故障诊断基于一个参数不能确定系统出故障或不是所有的时间。和多传感器信息融合技术,不同的参数对操作条件的液压系统从不同的角度可以获得。集成和融合所有的参数有效的故障诊断液压系统成功地开展和故障的液压系统可以识别和位置准确1,2。本文对结构层和多传感器信息融合的方法技术进行了分析,然后在故障诊断中的应用,讨论了液压系统。2.多传感器信息融合技术多传感器信息融合是一个多层次、多方面的处理过程。它可以检测,估计和结合所有的参数的测定液压系统来实现状态估计,包括形势估计和风险估计的系统准确1,2。对故障诊断系统的液压系统,多传感器信息融合包括数据融合和知识融合,此外数据知识融合,是数据挖掘,也包括在内。2.1 多传感器层的信息融合，如图1,信息融合可以分成3层3图1。原理图的层模型的信息融合信息融合检测层和故障诊断。信息融合检测层是原始信息融合以同类传感器前预处理。通过这第一次,操作条件的系统可以直观地监控感知。同时所有的信息输入到数据库进行数据挖掘出来。信息融合的功能层和故障诊断。信息融合的功能层原始信息融合以各种传感器和相关的理论知识。通过这种故障的液压系统可以识别和定位,但它是所有。具体方法和技术针对故障诊断不能这里提出。信息融合和故障诊断决策层。这是最高的层的融合。所有信息以不同类型传感器和相关的理论知识熔融和对策,具体方法和技术针对断层诊断包括故障隔离、冗余控制等实现。如果对策是证明是可行的,这种典型的案例的经验也可以输入到数据库使用的某个时候。2.2 多传感器信息融合的方法有许多多传感器信息融合的方法,如基于贝叶斯理论,Demper -沙佛(d - s)理论、神经网络技术和一些估计理论等4,5。作为一个修改理论的贝叶斯理论、证据理论,也称为证据理论,有广泛的应用多传感器信息融合技术。该方法避免了简单的假设一个未知的概率和显示了确定性和不确定性的信息。证据理论的基本方法是划分成相互独立的部分证据集。每个证据部分有一个概率分布函数相关理论诊断,也叫信念函数。基于融合不同的证据和相关理论诊断,这是整合所有的信仰功能,总信仰程度的综合证据的基础上相关的理论知识可以得到6、7。图2显示了证据的推理过程理论。3 应用多传感器信息融合技术在故障诊断液压系统3.1 结构和原理的故障诊断系统常见的失效模式的液压系统包括石油泄漏、磨损、腐蚀、疲劳、穴蚀现象,液压发作,影响休息等等。因此,一个液压系统监测参数包括液压压力、流量、温度、油泄漏等等。故障诊断系统的液压系统基于多传感器信息融合技术包括两个功能模块,数据采集模块和中央流程模块。数据采集模块是安装在每个主要组件,包括传感器、信号调节电路,A / D转换器,和总线接口等,为实现每个状态信号的液压系统采集和传输。中央过程模块包括CPU和软件。考虑到液压系统的复杂性,使用IPC作为CPU信息融合实现数据分析、融合、故障诊断并给予对策7 - 9。图3显示了框图模型的故障诊断系统。图4显示了流图的诊断程序。3.2 故障诊断系统的特点所有的操作参数,包括液压压力、流量、温度、油泄漏等,可以随时监控。基于d - s理论,通过融合所有的操作参数测量传感器的状态识别,典型的故障诊断和安全保护可以实现成功。3.3 关键技术的故障诊断系统为了使所有的信号准确,如何选择每个传感器合理和预先处理所有有效的信号。为了确保故障诊断是正确的,如何选择和实施信息融合的方法。由于证据理论的方法可能不适合在某些条件,其他的方法,例如,神经网络技术可能是一个更好的的选择。 4 结论基于多传感器信息融合技术的故障诊断系统充分利用多个信号,可以测量从液压系统来实现报警和条件诊断液压系统。这可以提高工作效率和可靠性的液压系统。故障诊断系统模型,本文提出了液压系统是一个广义模型。在具体的工程实践监控参数和实际的结构和实施故障诊断系统依赖于相应的液压系。鸣谢我们要感谢科技的支持项目的温州城(H20110007)和自然科学基金甘肃省(1014 rjza023)。引用1Varshney P K 1997多传感器数据融合Electronics&通信工程杂志245年12月- 2532华尔兹E和Llinas J 1991多传感器数据融合Artech房子35 423阿兰N S 2001数据融合系统工程IEEE AESS系统杂志6月7 - 144Halld L 2000数学技术在多传感器数据融合Artech房子15 - 215H F Durrant Whyte 2001传感器模型和多传感器集成Int。j .机器人研究7(6)87 - 926Mourad O 2004一些笔记不确定性信息的融合Int。j .智能系统19(6)457 - 4717理查德T 2003原则有效的多传感器数据融合的军事科技27(5)29日378张Y D和江泽民X W 1999多传感器信息融合技术及其应用智能故障诊断系统的传感器技术中国j。18(2)18 - 229一个F Y,卢H W,刘C J,et al。2006研究和应用信息融合机械故障诊断技术在中国重庆大学29(1)15Application of multi-sensor information fusion technology on fault diagnosis of hydraulic system L Q Zhang1, 2, G L Yang1, 2, LG Zhang3 and S Y Zhang4 1 School of Energy and Power Engineering, Lanzhou University of Technology, Qilihe District, Lanzhou, 730050, China 2 Wenzhou Academy of Pump and Valve Engineering, Lanzhou University of Technology, Madao West Road, Oubei, Yongjia, Wenzhou, 325105, China 3 Handan Special Sinking Limited Company of China Coal, China Coal Fifth Construction Company, Fuxing District, Handan, 056003, China 4 Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences, Chaoyang District, Beijing, 100083, China E-mail: Abstract. The structural layers and methods of multi-sensor information fusion technology are analysed, and its application in fault diagnosis of hydraulic system is discussed. Aiming at hydraulic system, a model of hydraulic fault diagnosis system based on multi-sensor information fusion technology is presented. Choosing and implementing the method of information fusion reasonably, the model can fuse and calculate various fault characteristic parameters in hydraulic system effectively and provide more valuable result for fault diagnosis of hydraulic system. 1. Introduction Hydraulic system plays an important role in engineering industry. To ensure that hydraulic system is working safely, reliably and without any potential accident, its fault diagnosis is very important. But engineering practice shows that fault diagnosis based on one parameter cannot make sure whether the system is out of order or not all the time. And by multi-sensor information fusion technology, different parameters about the operating conditions of the hydraulic system from different angles can be obtained. Integrating and fusing all of the parameters effectively, the fault diagnosis of hydraulic system is successfully carried out and the fault of hydraulic system can be identified and located more accurately 1, 2. In this paper, the structural layers and methods of multi-sensor information fusion technology are analyzed, and then its application in fault diagnosis of hydraulic system is discussed. 2. Technology of multi-sensor information fusion Multi-sensor information fusion is a multilayer, allround processing procedure. It can detect, fuse, correlate, estimate and combine all of the parameters measured in hydraulic system to achieve the state estimation, including situation estimation and risk estimation of the system accurately 1, 2. To fault diagnosis system of hydraulic system, multi-sensor information fusion consists of data fusion and knowledge fusion, in addition data-to-knowledge fusion, that is data mining, is also included. 2.1. Layers of multi-sensor information fusion As shown in figure 1, information fusion can be parted into 3 layers 3. Figure 1. Schematic diagram of layer model of information fusion Information fusion of detecting layer and fault diagnosis. Information fusion of detecting layer is to fuse original information measured by the same kind sensors before their pretreatment. By this, in first time, the operating conditions of the system can be monitored intuitively and perceptually. At the same time all of the information is inputted into data base to carry data mining out. Information fusion of feature layer and fault diagnosis. Information fusion of feature layer is to fuse original information measured by all kinds sensors and related theoretical knowledge. By this the fault of hydraulic system can be identified and located, but it is all. The specific methods and technology aiming at the fault diagnosis cannot be presented here. Information fusion of decision layer and fault diagnosis. This is the fusion of the highest layer. All information measured by different kinds sensors and related theoretical knowledge are fused and the countermeasures, that is the specific methods and technology aiming at the fault diagnosis including fault isolation, redundancy controlling and so on are achieved. And if the countermeasures are proved to be workable, the experience of this typical case can also be inputted into the data base to use sometime. 2.2. Methods of multi-sensor information fusion There are many methods of multi-sensor information fusion, such as based on Bayes theory, Demper-Shafer (D-S) theory, neural network technology and some estimation theory and so on4, 5. As a modified theory of Bayes theory, D-S theory, also called evidence theory, has a wider application in multi-sensor information fusion technology. This method avoids the simple assumption to an unbeknown probability and shows the determinacy and indeterminacy of information. The basic method of D-S theory is dividing the evidence set into mutually independent parts. Each evidence part has a probability distribution function to the related theoretical diagnosis, also called belief function. Based on the fusion of different evidence and the related theoretical diagnosis, that is to integrate all of the belief functions, the total belief degree of integrated evidence based on the related theoretical knowledge can be obtained6, 7. Figure 2 shows the course of reasoning of D-S theory. Figure 2. Schematic diagram of the course of reasoning of D-S theory 3. Application of multi-sensor information fusion technology on fault diagnosis of hydraulic system 3.1. Structure and principle of the fault diagnosis system The common failure modes of hydraulic system consist of oil leakage, abrasion, corrosion, fatigue, cavitations, hydraulic pressure seizure, and impact break and so on. Thus to a hydraulic system the monitoring parameters include hydraulic pressure, flow quantity, temperature, oil leakage and so on. The fault diagnosis system of hydraulic system based on multi-sensor information fusion technology includes two function modules, data acquisition module and central process module. The data acquisition module is installed at each major component, including sensor, signal conditioning circuit, A/D convertor, and bus interface and so on, to achieve each status signal of the hydraulic system acquisition and transmission. The central process module consists of CPU and the software. Considering that the complexities of hydraulic system, use IPC as the CPU of information fusion to achieve the data analysis, fusion, fault diagnosis and giving countermeasure 7-9. Figure 3 shows the block diagram of the model of fault diagnosis system. Figure 4 shows the flow chart of the diagnostic program. 3.2. Characteristics of the fault diagnosis system All of the operating parameters, including hydraulic pressure, flow quantity, temperature, oil leakage and so on, can be monitored anytime. Based on D-S theory, by fusing all of the operating parameters measured by sensors the state recognition, the typical fault diagnosis, and the safety protection can be achieved successfully. 3.3. Key technology of the fault diagnosis system In order to make all the signals accurate, how to choose each sensor reasonably and pretreat all the signals availably. In order to make sure that the fault diagnosis is right, how to choose and implement the method of information fusion. Because the method of D-S theory may not work well under certain condition, the other methods, for example, neural network technology may be a better choice. Figure 3. Block diagram of the model of fault diagnosis system Figure 4. Flow chart of the diagnostic program 4. Conclusions Based on multi-sensor information fusion technology, the fault diagnosis system makes full use of multiple signals that can be measured from hydraulic system to realize condition alarming and diagnosis of the hydraulic systems. This can increase work efficiency and reliability of the hydraulic systems. The model of fault diagnosis system of hydraulic system presented in this paper is a generalized model. In specific engineering practice the monitoring parameters and the actual structure and implementation of the fault diagnosis system depend on the corresponding hydraulic system. Acknowledgments We would like to thank the support of Science and Technology Project of Wenzhou City (H20110007) and Natural Science Fund of Gansu Province (1014RJZA023). References 1 Varshney P K 1997 Multi-sensor Data Fusion Electronics& Communication Engineering Journal December 245253 2 Waltz E and Llinas J 1991 Multi-sensor Data Fusion Artech House 3542 3 Alan N S 2001 Data fusion system engineering IEEE AESS Systems Magazine June 714 4 Halld L 2000 Mathematical technique in multi-sensor data fusion Artech House 1521 5 H F Durrant Whyte 2001 Sensor models and multi-sensor integration The Int. J. of Robotics Research 7(6) 8792 6 Mourad O 2004 Some notes on fusion of uncertainty information Int. J. of Intelligent Systems 19(6) 457471 7 Richard T 2003 Principles of effective multisensor data fusion Military Technology 27(5) 2937 8 Zhang Y D and Jiang X W 1999 Multi-sensor information fusion technique and its application on intelligent fault diagnosis system Chinese J. of Transducer Tech. 18(2) 1822 9 An F Y, Lu H W, Liu C J, et al. 2006 Research and application of information fusion technology on machinery fault diagnosis Chinese Journal of Chongqing University 29(1) 1518 本科毕业设计(论文)题目：定压式容积节流调速回路实验装置系 别： 机电信息系 专 业：机械设计制造及自动化班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2013年5月定压式容积节流调速回路实验装置设计摘 要液压基本回路是指能实现某种特定功能的液压元件的组合。任何液压系统都是由一些基本回路组成的。本文对定压式容积节流调速回路实验装置的设计进行了详细的分析设计。首先，本文分析了简单的容积节流调速基本回路的原理，在此基础上总结出定压式容积节流调速回路系统原理图；其次，根据液压传动相关理论进行数据计算，选择合适的液压元件；再次，根据元件的安装位置及实验台设计原则，进行实验装置整体框架结构的设计；最后，对本次设计的实验台装置进行性能验算，包括压力损失的验算和系统温升校核环节。通过相关理论数据的验算，本次设计的液压实验台装置能完成定压式容积节流调速回路实验。关键词：液压基本回路；调速回路；实验台IVConstant Pressure Type Volume Throttling Speed ControlReturn Circuit Experiment Device DesignAbstractHydraulic basic circuit refers to the combination of hydraulic components to achieve a specific function.Any hydraulic system is composed of some basic loops1. In this paper,the experiment device of constant pressure type volume throttling speed control circuit design has carried on the detailed analysis and design.First of all,this article analyzes the simple volume throttling speed control circuit of the basic principle,on this basis, summed up the principle of constant pressure type volume throttling speed control circuit system diagram. Secondly, according to the theory of hydraulic drive related data calculation,choose the appropriate hydraulic components.Again, according to component design principle, installation position and test bench experiment device of the overall frame structure design. Finally, for the design of experimental device for performance check, including calculating the pressure loss and temperature rise of the system check.Through calculating the theoretical data, the design of the hydraulic pressure test device can accomplish constant pressure type volume throttling speed control circuit experiment.Keywords: HydraulicBasic loop; Speed control loop;test bench;目 录摘要Abstract1绪论1 1.1综述1 1.2液压传动的发展史2 1.3课题背景2 1.4本文主要研究工作32定压式容积节流调速回路实验装置设计分析4 2.1回路分析4 2.1.1调速基本回路4 2.1.2加载支路5 2.2工况分析5 2.3液压系统方案分析5 2.4绘制原理图63液压系统参数设计8 3.1液压缸的设计8 3.1.1液压缸参数设计8 3.1.2液压缸结构设计11 3.2液压泵装置17 3.2.1液压泵设计选型17 3.2.2驱动电机的选型18 3.2.3联轴器的选型19 3.3油箱设计19 3.3.1油箱有效容积计算19 3.3.2油箱组件结构设计20 3.4液压控制元件选型234液压辅件的选择25 4.1油管25 4.1.1油管的作用及要求25 4.1.2油管的选用计算25 4.2管接头26 4.3液压油275实验台结构设计28 5.1概述28 5.2实验台组件设计28 5.3台面设计28 5.4安装面板设计296液压系统性能验算30 6.1调压回路性能验算31 6.1.1调压回路压力损失31 6.1.2调压回路发热温升估算357液压系统的安装、调试与故障处理37 7.1液压系统的安装37 7.1.1液压元件的检查37 7.1.2液压元件与管道安装37 7.2液压系统的调试38 7.3液压系统常见故障与诊断388总结40参考文献41致谢43毕业设计（论文）知识产权声明44毕业设计（论文）独创性声明451 绪论1 绪论1.1概述液压传动是以流体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。他们通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机的组合成具有一定控制功能的传动系统。液压传动系统涉及的内容较为抽象，不易理解，实验则是学习液压传动的重要途径。液压传动是利用有压液体作为传动介质来传递动力或控制信号的一种传动方式，也是利用有压液体的压力进行能量传递、能量转换和能量控制的传动系统。它由能源装置、传动装置、辅助装置和执行元件组成。传动部分是机械装置的重要组成部分，起着传递运动和力的作用。传动装置的选择正确与否直接决定着实验台的性能好坏；传动方案的选择要充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、效率高、成本低、操作简单、维修方便的液压传动系统。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动。流体传动是以流体为工作介质进行能量的转换、传递和控制的传动。包括液体传动和气体传动。液体传动是以液体为工作介质的流体传动。包括液压传动和液力传动。液压传动是利用液体压力势能的液体传动；液力传动则主要利用液体的动能。液压传动区别于其他传动方式主要有如下两个特征（由于传动中液体的压力损失相对工作压力较小，为揭示液压传动的本质，在本讨论中忽略液体的压力损失和容积损失）：特征一：力（或力矩）的传递是按帕斯卡定律（静压传递定律）进行的。其原理是把在密封容器内的液体当做静止的理想液体来看，则作用在液体上力的将以等值同时传动到液体各点。特征二：速度或转速按“容积变化相等”的原则进行。此处针对液压传动的基本特征说明两点： (1) 在讨论时我们是忽略液体的压力损失和容积损失的，而事实上当管道中的流速较高时，会存在压力损失，在复杂系统中，压力在各区段也不相同，故泵的出口压力不可能等于执行元件的进口压力，但执行元件的推力（或力矩）仍是有液体的压力来传递的。在稳态下，帕斯卡定律在封闭区域中还是适用的。关于46系统的压力损失会在后面的章节中会做详细的验算。 (2) 压力取决于负载，应理解为综合阻力，此负载不仅仅是指克服执行元件的外加负载， 还包括各种流动阻力以及执行元件需要克服的与其接触的元件的摩擦阻力等。1.2液压传动的发展概况液压传动开始应用于18世纪末英国第一台水压机，而我国的液压技术开始于1952年，液压元件最初应用于机床和锻压设备，后来应用与工程机械。1964年我国从国外引进一些液压元件的生产技术，同时自行设计液压产品，经过多年的艰苦探索和发展，特别是引进美国、德国、日本的先进技术和设备，使我国的液压技术上了新的台阶。目前我国已经形成门类齐全的标准化、系列化、通用化的液压元件系列产品。在吸收和借鉴国外先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压元件新产品，加强产品的可靠性和新技术的应用领域，现在的国产液压元件积极采取新的国际标准，使我国现代的液压技术得到进一步发展。液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到了愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多4。1.3课题背景近年来中国液压机械行业取得了很大的发展，但是行业发展中也存在一些问题，和国外相比仍有很大差距。中国制造业由于缺乏核心技术，贴牌生成仍然是“中国制造”普遍的生存模式。很多高端产品表面上是中国生产，其实核心技术都来自国外。为此，“十二五”明确指出必须坚持发挥市场基础性作用与政府引导推动相结合，科技创新与实现产业化相结合，深化体制改革，以企业为主体，推进产学研结合，让高端制造业成为国民经济的先导产业和支柱产业。制造业的升级和转型，对液压机械行业有着深远的影响和重大意义5。我国农业、水利、能源、交通等产业的发展较快，为此需要大量机械装备以满足其发展的需要。随着工业化和自动化水平的提高，这些装备需要配套大量的高性能和高可靠性的液压传动部件。国家在对重大技术装备实行国产化的同时，也正积极鼓励和支持关键零部件的开发生产，以此增强配套能力，提高装备制造业整体水平。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。在整个液压系统中，液压回路起着至关重要的作用，决定着能否实现预期的规定的功能，因此，本设计将设计液压回路实验台供实验使用，对实现机电一体化有重要意义。1.4本文主要研究工作 (1) 本文旨在设计定压式容积节流调速回路研究采限压式变量叶片泵+调速阀的容积节流调速回路的原理； (2) 设计出合理的、能满足使用要求的定压式容积节流调速回路实验装置； (3) 可实现快进-工进-快退工作循环； (4) 绘制主要零件图； (5) 选择液压元件型号； (6) 对系统进行温升校核。实验台装置，本文研究的工作分三个阶段：一，定压式容积节流调速回路原理分析与设计；二，实验台机构总成设计；三，对系统温升的校核。在第一阶段主要分析绘制系统的实验原理图，根据所绘制的原理图进行后续实验台机构分析设计，在第二阶段根据已知的液压系统原理图上分布的各部分元件及其功能设计、计算相应的机械结构来固定安装，第三阶段是对理论计算值进行验证，说明设计的合理性与可行性，主要包括系统压力损失的校核及系统温升的校核。2 定压式容积节流调速回路实验装置设计分析2 定压式容积节流调速回路实验装置设计分析2.1回路分析根据所给课题可以将题目分解为以下几个部分： (1) 研究采用限压式变量叶片泵+调速阀的容积节流调速回路的原理； (2) 设计出合理的能满足使用要求的定压式容积节流调速回路实验装置； (3) 可实现快进工进快退工作循环； (4) 选择液压元件型号； (5) 对系统进行温升校核。此次设计的系统需要满足的基本功能是在实验台的基础上实现在叶片泵和液压元件的控制下液压缸的快进，工进，快退的过程，在一套实验台上完成其功能要求。2.1.1调速基本回路这种调速回路采用限压式变量泵供油，通过调速阀来确定进入液压缸或自液压缸流出的流量，本实验采用调速阀安装在回油路上，使变量泵输出的流量与液压缸所需的流量自动相适应。这种调速没有溢流损失，效率较高，速度稳定性能较好。现在以最基本的调速回路为例进行分析，如图2.1。图2.1 基本调速回路图2.1为在本次实验中基本调速回路，溢流阀始终开启，使系统的工作压力稳定在溢流阀调定压力附近，溢流阀用来保证液压系统出口压力的恒定。换向阀用来进行工作动作的转换，当换向阀1位，3位接通可实现快进动作，即利用液压缸的差动连接实现；当仅接通1位时，可实现工进动作，因为调速阀接在系统的回油路上，所以可利用改变调速阀中节流阀的通流面积的大小，就可以调节液压缸的运动速度，泵的输出流量和通过流出液压缸的流量自相适应；当仅换向阀2位接通时，系统中液压缸处于快退状态；当1.2均未接通，则系统停止运动，液压泵自行卸荷。2.1.2加载支路加载支路的功能在于使系统处于工进状态时，利用调定溢流阀的压力可以检测出液压缸的运动速度。如图2.2所示。图2.2 加载支路2.2工况分析根据已知的条件是不能够分析出具体参数的，可以根据相关资料定义参数，进行分析，为之后的数据计算做准备。首先，此机构最终是要在实验室使用，观察定压式容积节流调速回路中液压缸的动作。定义其最高工作压力P=2.5Mpa；外负载为F=2000N；取动作速度13m/min。2.3液压系统方案设计 (1) 确定供油方式及动力系统该机构在实验室为观察现象使用，负载较小，速度较低，从节省能量，减少发热考虑，泵源系统宜采用定量泵供油。动力由常用的三相异步电机提供，通用性更好，便于使用与维护。 (2) 执行机构 执行机构多且复杂，本次设计只是观察液压缸速度变化，可以选择简单的单作用活塞杆式液压缸。 (3) 压力等级变换方式本系统采用三位四通电磁换向阀，利用其阀芯机能的特点实现压力等级的换向及液压缸的进退。2.4绘制原理图本实验的工作目的为实现动作快进，工进，快退的转换，在此可以带上加载缸的正常工作，实验的基本原理如下：当液压泵工作时，溢流阀始终处于开启状态，保证液压泵出口压力的稳定。电磁换向阀1YA、3YA接通，系统实现差动连接即工作缸处于快进状态；当到达指定行程时电磁换向阀3YA断开，工作缸开始处于工进状态，当工作缸顶动加载缸运动时，此时加载缸的有杆腔空间增大压强减小，即通过单向阀从油箱吸油，无杆腔充满液压油存在一定的负载背压，当压力增大，加载缸回油路上的溢流阀开启，油液从溢流阀留回油箱，到达指定行程后工进结束；电磁换向阀1YA断开，2YA接通，工作缸处于快速复位阶段即快退状态，同时加载支路中换向阀5YA接通，加载缸也处于快退状态，速度小于工作缸的快退速度，当都到达指定位置后换向阀1YA、2YA、4YA、5YA都断电，此时液压泵自行卸荷，系统运动停止。原理如图2.3所示：图2.3 定压式容积节流调速回路原理图表2.1 元件动作顺序表1YA2YA3YA4YA5YA快进+-+-工进+-快退-+-+停止-3 液压系统的参数设计3 液压系统的参数设计3.1液压缸的设计3.1.1液压缸参数设计（1） 液压缸内径D和活塞杆外径d的确定 系统工作压力P=2.5MPa首先进行受力分析:液压缸所受外负载F=Fw+Ff+FaFw工作负载，在本实验中取2000NFf导轨摩擦力负载Ff=G.f(f导轨摩擦系数，静摩擦取0.2，动摩擦取0.1)在本实验设液压缸重力G=100N则：静摩擦阻力Ffs=20N; 动摩擦阻力Ffa=10N;Fa：惯性负载;:加速或减速时间 一般是0.010.5S 取0.1Sv：t时间内的速度变化量 取v=3时，Fa为最大则：Fa=306N液压缸启动.加速时的外负载F=Ffs+Ffa=306+20=326N快进时的外负载F=Ffa=10N;工进时的外负载F=2Ffa+Fw=2000+20=2020N;快退时的外负载F=Ffa=10N;工作循环中的最大外负载F为工进时的力 F+Ffc=F/cm Ffc：液压缸密封处摩擦力；液压缸机械效率取0.95则：F+Ffc=2020/0.95=2244N; Ffc=224N;根据公式(3.1)计算液压缸内径D和活塞杆直径d (3.1)F:最大外负载，F=2020N;P1：液压缸工作压力2.5MPaP2：背压压力，根据液压系统设计简明手册取p2=0.5MPad/D:根据表2-3，取0.5则： D=37mm，查表3.2取D=40mm；则d=20mm;表3.1 液压缸内径D与活塞杆直径d的关系工作压力P/(MPa)d/D 20.20.32 50.50.58570.620.7070.7表3.2 液压缸内径尺寸系列（GB2348-80） (mm)40506380（90）100(110)注：括号内数值为非优先选用数值。对选定的液压缸内径D进行最小稳定速度验算，保证液压缸节流腔有效面积A大于保证最小稳定速度的最小有效面积Amin 即AAmin Amin=qmin/Vmin; qminl流量阀的最小稳定流量，本次试验所用调速阀为GE系列：AQF3-E10B,最小稳定流量为0.05L/min; =1m/minA Amin=0.2可见:液压缸能满足所需低速。（2） 液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件计算。通常所说的壁厚是指其结构中最薄处的厚度。圆筒材料其内壁受力时，应力分布规律与它的壁厚有关。本设计液压缸采用35#无缝钢管，属薄壁圆筒结构，其壁厚按公式计算 (3.2) (3.3)式中液压缸壁厚（m）； D液压缸内径（m）； Py试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍（MPa）； 材料的许用应力；b缸体材料的抗拉强度（MPa），35#钢抗拉强度b=240MPa；n安全系数。一般n=3.55，这里取n=4.由上式(3.2)可得 则缸筒外径 D1D+20=46.2mm查无缝钢管标准GB/T 17395-199得 D1=50mm 因此缸筒壁厚 =5mm（3） 液压缸工作行程的确定此次设计活塞杆外部不受力，活塞杆的动作只是便于观察，参照活塞移动速度v=1m/min及表3.4，选取行程S=150 mm。表3.4 液压缸活塞行程系列（GB/T2349-1980） (mm)5080100125160200250320活塞理论动作时间 液压缸动作时间过于太长浪费资源，时间太短则不利于观察实验现象，此时间相对比较合理。（4） 缸盖厚度此液压缸为单活塞杆双作用缸，缸底无油孔，其有效厚度t按强度要求可用下式进行理论计算5。 （3.4）式中 t缸盖有效厚度（m）； D2缸盖止口内径(图3.1)（m）,取D2=50mm。则 取t=5 mm。（5） 最小导向长度当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称之为最小导向长度（图3.1）。如果最小导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，以此设计时必须保证具有一定的最小导向长度。图3.1 液压缸导向长度及缸盖厚度普通液压缸的最小导向长度H必须满足以下要求： （3.5）式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。H=28mm活塞的宽度B一般取B=(0.61.0)D，则B=37.863 (mm)，取B=32(mm);缸盖滑动支撑面的长度l1根据液压缸的内径D而定；当D80mm时，取l1=(0.61.0)D；当D80mm时，取l1=(0.61.0)d；本次设计的液压缸内径D80mm，故而l1=37.863 (mm) 取l1=32(mm);最小导向长度需要保证，但过分的增大l1和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由下式确定： (3.6)C=0缸体长度的确定，一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍，则缸体长度取M=320mm；3.1.2液压缸结构设计（1） 液压缸的安装连接结构根据安装位置及工作要求的不同，液压缸的安装方式分为长螺栓安装、脚架安装、法兰安装和耳环安装等如表3.5。 本设计系统的液压缸只做观察使用，综合考虑采用前后脚架的安装方式。此安装方式虽然侧翻力矩较大，但液压缸安装在面板上，在竖直方向只有其自身重力的影响，可以不考虑。采用前后脚架安装，不至于液压缸在径向外形尺寸过大。表3.5 液压缸的安装方式（部分）序号安装形式安装结构简图注1长螺栓安装2径向脚架侧翻力矩比较序号2较小序号4较大3地面脚架4前后脚架5头部外法兰安装螺钉受拉力比较序号6、7较小序号5较大6头部内法兰（2） 缸体与缸盖的连接方式缸体与缸盖的连接方式多种多样，各有各的优缺点如表3.6。缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料及工作条件有关，考虑到液压缸的安装方式为前后脚架安装，选择缸体与缸盖的连接方式为法兰连接。在缸筒两端焊接一法兰，缸盖加工成法兰结构，并将液压缸的安装脚架加工为一体，结构更为紧凑。另一方面，法兰连接相对于螺纹连接等连接方式具有结构简单、成本低、容易加工成本低和强度大等优点。表3.6 液压缸缸盖与缸体的连接形式安装方式结构形式图例优缺点法兰连接优点：1）结构简单、成本低2）易加工，便于装拆3）强度大、能承受高压缺点：1）径向尺寸较大2）重量比螺纹连接大；缸体为钢管时，用拉杆连接的重量也较大3）用钢管焊接法兰，工艺复杂螺纹连接优点：1） 外形尺寸小2） 重量轻缺点：1） 端部结构复杂、工艺要求高2） 拆装时需要专用工具3） 拧端盖时易损坏密封圈外半环连接优点：1） 结构较简单2） 加工装配方便缺点：1） 外形尺寸大2） 缸筒开槽，削弱了强度。需要增加缸筒壁厚内半环连接优点：1）外形尺寸小2）结构紧凑、重量较轻缺点：1） 缸筒开槽，削弱了强度2） 端部进入缸体内较长、安装密封圈易被槽口擦伤（3） 活塞杆与活塞的连接方式活塞杆与活塞的连接分为整体式连接和组合式连接如表3.7。整体式连接用于缸径较小的液压缸，即把活塞杆与活塞作为一体加工。而组合式连接又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。半环连接不易松动，且存在轴向间隙，用锥销连接，销控必须配铰，销钉连接后还必须锁紧，在此，螺纹连接则显示出其结构简单拆装方便的优越性，本次设计液压缸几乎没有震动，只需添加弹性垫圈就能克服对其锁紧。表3.7 活塞杆与活塞的连接结构连接方式结构形式图例特点整体式连接结构简单适用于缸径较小的液压缸螺纹连接 结构简单，在振动条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸半环连接结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多应用在压力高、负荷大、有振动的场合锥销连接 结构可靠，用锥销连接，销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于负荷较小的场合（4） 密封件的选择漏油是液压系统经常发生的毛病之一，密封式防止漏油的最有效和最主要的方法。漏油不仅会降低系统的容积效率使系统发热，而且向元件外部泄露的液压油还会弄脏设备，污染环境。密封件过紧，虽然能有效的防止漏油，但同时此处为动密封，会引起很大的摩擦损失，降低机械效率，并降低密封件的寿命。为此，在设计中时时刻刻纵观全局，在选择液压缸内径时就考虑到密封件的选择，液压缸内径已按照标准系列选取。O形密封圈是由耐用橡胶制成，结构简单，密封性能好，摩擦力小，沟槽尺寸小且易于制造等优点。此处选择O型密封圈35.53.55 GB3452.1-82。活塞杆与缸盖处的密封选择21.12.65 GB3452.1-82，在活塞杆与缸盖的密封处活塞杆往复运动经常与外界接触，所以还应考虑增加防尘装置，此处增加防尘圈FA-40-32-40-5-D-GB10708.3-89。（5） 液压缸排气装置当液压缸内混有气体时，气体的压缩性比液压油的压缩性高，会产生震动，传动不平稳，因此在液压缸最高处设置排气装置。排气装置一般设在液压缸端部的最高处。本设计的液压缸为双作用液压缸，则需要两个排气装置。本设计的排气装置是顶端带有圆锥的螺塞，在螺纹孔的侧面开一小通气孔。不需要排气时，拧紧螺塞，顶部的圆锥将有口封死，不会泄露；需要排气时打开螺塞，有口开启，螺纹退至通气孔时，气体排出。本次设计的液压缸不需要经常排气，此结构简单，相对专业的排气阀成本低廉。（6） 活塞杆导向部分的结构如前所述，在计算最小导向长度时，将隔套的长度设置为零，此部分不再有隔套。活塞杆导向部分（如表3.8）的结构包括活塞杆和缸盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分开的导向套结构。分离式的导向套在活塞杆经常往复运动的场合应用广泛，便于导向套磨损更换。本设计只在实验室使用，为了使结构简单，零件数目更少，结构更加紧凑，将其设计为与端盖一体的整体式直接导向机构。此处的密封和防尘均已在密封件的选择章节做过陈述，不再赘述。表3.8 活塞杆的导向与密封及防尘装置结构形式结构简图特点端盖直接导向1） 端盖与活塞杆直接导向，结构简单，但磨损后只能更换整个端盖2） 盖与杆的密封常采用O型、Y型、YZ型密封圈3） 防尘圈用无骨架的防尘圈（7） 液压缸主要零件的材料及技术要求液压缸主要零件包括缸体、活塞、活塞杆、导向套等，这些零部件的材料及技术要求直接影响液压缸的机械效率，表3.9参数作为设计依据。表3.9 液压缸主要零件的材料和技术要求零件名称简图材料主要表面粗糙度技术要求缸体无缝钢管35钢液压缸内圆柱表面粗糙度Ra0.2:0.4m1、内径用H8H9的配合2、内径圆度、圆柱度不大于直径公差之半3、内径母线的直线度在500mm长度上不大于0.03mm4、缸体端面T对轴线的垂直度在直径每100mm上不大于0.04mm5、为防止腐蚀和提高寿命，内径表面镀0.030.04mm的硬铬,在进行抛光,缸体外涂耐腐蚀油漆6、缸体的端盖采用螺纹连接时，螺纹采用6H级精度；活塞灰铸铁HT200活塞外圆柱表面粗糙度Ra0.8:1.6m1、外径D度、圆柱度不大于外径公差之半2、外径D对内孔d1的径向跳动不大于外径公差之半3、端面T对轴线的垂直度在直径每100mm上不大于0.04mm4、活塞外径用橡胶密封圈密封时可取f7f9配合，内孔与活塞杆的配合可取H8活塞杆实心活塞杆35钢杆外圆圆柱表面粗糙度Ra0.4:0.8m1、材料热处理：调质2025HRC2、外径d与d2的圆度、圆柱度不大于直径公差之半3、外径表面直线度在500mm长度上不大于0.03mm4、d2对d的径向跳动不大于0.01mm5、活塞杆与导向套的可采用H8/的配合 与活塞的连接采用H8/h8配合缸盖直接导向套耐磨铸铁配合表面粗糙度Ra0.8:1.6m导向表面粗糙度Ra0.8m1、外径D与内孔的同轴度不大于内径的公差之半2、端面A、B对孔轴线的垂直度在100mm上不大于0.04mm3、配合表面的圆度、圆柱度不大于内孔的公差之半3.2液压泵装置液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其它们之间的联轴器等。3.2.1液压泵设计选型（1） 确定液压泵的工作压力由液压系统的工况分析知道执行元件液压缸的最大工作压力P=2.5MPa,考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失p,初算时简单系统可取0.20.5MPa，复杂系统取0.51.5MPa，本例取p=0.3MPa。 （3.7）考虑到一定的压力贮备量和泵的寿命，因此泵的额定压力PP应满足Pa(1.251.6)PP。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本例中取Pn=1.25PP（2） 确定液压泵的流量计算在各阶段工作液压缸所需流量液压泵最大供油量qp （3.8）KL系统泄漏系数，一般取KL=1.11.3,现取KL=1.3.(q)max同时动作各执行元件所需流量之和的最大值，因为此时加载缸在工作，所以应加上加载缸的流量，此时溢流阀正进行工作，需加溢流阀最小溢流流量2L/min则：（3） 液压泵的选型 根据以上计算得pn和qp再查阅有关手册，现选用常用的Y系列定量叶片泵YB1-6.3，该泵的基本参数为：额定压力PP=6.3MPa,额定转速n=1450r/min，公称排量V=6.3ml/min，容积效率v=0.8，总效率p=0.7.当选用1400r/min的驱动电机时，验算泵的流量按下式计算： (3.9)qp=7.3L/min经验算满足要求。3.2.2驱动电机的选型电机的型号应该与液压泵相匹配，驱动液压泵所需的功率可按下式计算 （3.10）计算得 Np=1050w因此，根据所计算的参数，选取常用的Y90S-4，封闭式三相异步电机,其额定转速n=1400r/min，额定功率N=1.1Kw，效率78%。3.2.3联轴器的选型联轴器的种类繁多，但在此传动过程中，震动很小，也无需频繁启动，正反转也没有变化，综合多方面的因素选用凸缘联轴器。凸缘联轴器结构简单，制造方便，成本较低，工作可靠，装拆、维护均较简便，传递转矩较大，能保证两轴具有较高的对中精度，一般常用于载荷平稳，高速或传动精度要求较高的轴系传动。如前所述，查驱动电机Y90S-4的技术参数得到电机轴的直径为24，查叶片泵YB1-6.3的技术参数得到叶片泵输入轴的直径为15。联轴器的计算转矩 （3.11）T理论转矩T=9.55103Pw/n；KA工作情况系数，本实验取=1.3；n工作转速，r/min；Pw驱动功率，kw；T联轴器的许用转矩； 综合考虑，选用凸缘联轴器的型号为GY2联轴器J11630，GB5843-2003，公称扭矩Tn=63Nm，满足要求。3.3油箱的设计油箱分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱3类。独立油箱是应用最广泛的一类油箱，通常做成矩形，也有圆柱形或油罐形的。独立油箱的热量主要通过油箱壁靠辐射和对流作用散热。对于把液压泵、电动机和液压控制装置放在油箱盖上的液压站结构，则需要一定的安装装置，因此要求偏扁的油箱形状，油箱越扁，则油箱越容易脱气。 油箱的功用主要是贮存油液，此外应能散发系统工作中所产生的部分或全部热量；分离混入工作介质中的气体，沉淀其中的杂质；安装系统中的一些必备的附件等。3.3.1油箱有效容积计算（1） 油箱容量的确定 油箱容量可按经验公式【2】 （3.12）与系统压力有关的经验系数：低压系统=24，重压系统=57，高压系统=1012。需要借助油箱顶盖安放液压泵及电动机时，系数可适当取较大值。本设计系统为低压系统，但油箱顶盖需要放置液压泵及电动机（后续章节会详细说明），所以取=5。计算得到表3.14 液压泵油箱公称容量系列JB/T 7938-1999 (部分) /L4.06.31016254063100按标准油箱系列选取油箱容量V=40L。（2） 油箱外形尺寸确定油箱的有效容积确定以后需要设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸比（高：宽：长）为c:b:a=1:1:11:2:3。考虑到液压系统回油到油箱不至溢出，油面高度一般不超过油箱高度0.8倍。本设计取尺寸比（高：宽：长）为c:b:a=1:1.2:1.5。计算得到a=455mm,b=364mm,c=303mm.将尺寸化整得到油箱的有效尺寸为：a=455mm,b=365mm,c=305mm.3.3.2油箱组件结构设计（1） 油箱顶盖的连接方式 油箱顶盖与油箱壁的连接分为可拆连接和不可拆连接。对于不可拆的连接形式，需要在其侧面至少设置一个清洗孔，便于清理油箱所有内表面。本设计采用的油箱容量相对较小，为使设计结构紧凑，可将油箱顶盖设计成可拆连接，省去清洗孔结构。油箱顶盖与油箱壁的连接细节结构如图3.2所示。图3.2 油箱顶盖与油箱壁的连接细节在油箱壁上焊接一角钢，顶盖用螺栓与角钢连接，之间添加密封件。（2） 焊接吊耳为便于油箱搬运，应在油箱四角的箱壁上焊接吊耳（也称吊环）。吊耳分圆柱形和勾形两种，此两种吊耳并无本质区别，本设计选用勾形吊耳，材料为35#钢，如图3.3和表3.15所示。 图3.3 勾形焊接吊耳 图3.4 液位温度计 表3.15 勾形焊接吊耳尺寸（部分） /mm每吊耳起重量（t）bh1h2h3LlsRr1r2r3K每吊耳质量（kg）1.68807020502020108201040.353.310121005602526208251350.64（3） 液位计液位计通常为带有温度计的结构，液位计通常在油箱外壁上，并靠近注油口，以便注油时观察液面。液位计与油箱的连接处有密封措施。本设计选用符合国际和国家标准的大连组合机床研究所研制的YWZ-150T液位温度计（如图3.4）。（4） 空气滤清器空气滤清器通常为带有注油口的结构，此结构将注油口与通气结为一体，结构简单。空气滤清器兼有除湿、收尘和注油的功能。本设计选用符合国际和国家标准的QUQ1型空气滤清器。 （5） 隔板为增加液压油流动循环时间，除去沉淀杂质，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，通常在油箱中增加隔板。隔板把系统吸油区与回油区隔开，同时，隔板缺口处要有足够大的过流面积，不至于环流速度过大。隔板材料常用的为Q235A钢板，Q235A钢板的韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性。（6） 箱底、放油孔、支脚应该在油箱最底部设置放油塞，以便油箱的清洗和油液更换。为此，油箱底部朝向放油塞的位置设置一定的斜度，并将放油塞放在最低处；这样可以使沉积物聚集到油箱的最底点。放油孔螺塞通常用外六角螺塞，本设计选用型号为M181.5JB/ZQ4450-86的螺塞，材料35#钢，表面要求发蓝处理。为方便放油和搬运，应该把油箱架起来，油箱底至少离地面150mm。油箱应设有支脚，支脚可以单独制作后焊接在箱底边缘，也可以适当增加两侧壁的高度，以使其经弯曲加工后兼做油箱支脚。油箱支脚应有足够大的面积，以便可以用垫片或楔铁来调平。本例设计选用焊接支脚。 （7） 管路配置液压泵的吸油管和系统的回油管要分别进入由隔板隔开的吸油区和回油区。吸油管要增加滤油器（在液压辅件选择章节会详细说明），清除大颗粒杂质，保护液压泵及液压元件。滤油器要有足够容量，避免阻力过大，滤油器也箱底的距离应不小于20mm，吸油管应插在液压油面以下防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。回油路上可省去滤油器，在整个液压系统中油路是封闭的，一般不会夹带杂质，况且增加滤油器后，杂质会沉积在滤油器内，需要经常清洗，增加保养环节的负担。为了增大回油口的开口面积，利于油液在油箱内沿油箱壁的环流，可将回油管管端加工成朝向箱壁的45斜口，回油管必须放置在液面以下，一般距离液面油箱底面距离大于300mm,回油管出口绝对不允许放在液面以上。（8） 油温过高的危害及原因分析对油液系统要进行适当的油温控制，油温过高过低都会影响工作效率，严重时可能会损坏机器。油温过高会引起油液污染，高温会加速油液氧化形成胶质性沉积物，涂层脱落，油渣泥以及酸性物质等。这些有害物质会缩短油液的使用寿命，引起阀的粘附、堵塞，机构动作的不平稳，以及液压元件的磨损。高温还会破坏密封件的润滑油膜，引起泄露，造成一系列的污染。然而，油温过低时，液压油的粘度过大，会产生气穴10。所以，对系统油温的校核是必不可少的一个环节，在后面的温升的校核章节会进行详细的校核计算。引起系统油液温度过高的原因大致可分为三种情况：首先，油泵进油口吸油不足会使液压系统进入空气，在短时间内就会使系统发热甚至烧坏齿轮。导致油泵吸油不足的常见原因有：油箱缺油；滤油器或进油管道堵塞；进油管破裂或进油管管接头松动，进入空气；回油管出口高出油箱液面，使油箱油液产生大量气泡并进入系统；油箱与大气的通孔堵塞，使油箱内部产生真空，导致吸油泵吸油困难。其次，液压系统重力位置时不能低压卸荷，在一般液压系统中，高压工作状态所占时间比例很小，大部分时间是处在低压卸荷状态。如果系统中立位置时不能低压卸荷，会使系统油温过高。最后，原件严重内泄时也会使系统油温升高。当液压系统在高压状态工作时，由于配合件磨损或密封件损坏，引起大量内泄，使系统油温过高。系统油温过高有如此多的危害，其产生的原因现已分析出，因此在设计的整个过程中要尽量的避免这些因素控制适当的油温。（9） 油箱材料和表面处理油箱的制造一般采用铸造和焊接两种方式。铸造油箱有利于减震和防噪，本设计震动和噪声很小，可以选用另一种比较常用的制造方式焊接。常用材料为Q235A。焊接时将钢板进行折弯围成一圈作为油箱壁，可减少焊接次数。焊接而成的油箱须彻底清理以便清除所有的泥土、切屑、毛刺和氧化皮。轻度腐蚀可用钢丝刷或砂轮机清理，严重锈蚀和氧化的表面要进行喷丸处理。使用石油基液压油的钢板焊接油箱涂40m以上的环氧底漆。涂漆之前一般要进行磷化处理或喷丸并用稀料等溶剂脱脂后用压缩空气吹干。经过最终处理过的油箱不得再进行焊接或火焰切割，以后的钻孔都要进行保护性处理。3.4液压控制元件选型液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其连接体。考虑到液压系统最高工作压力均小于6.3MPa，故选用广州机床研究所GE系列的中低压液压元件；压力表及压力表开关选用大连组合机床研究所D系列的产品。本系统进行节流调速环节，所有阀类元件通过流量不大于液压泵的出口流量qp=7.3 L/min。元件的连接方式均选用板式连接，连接部分增加必要的管接头（在液压辅件章节详细说明）。表3.16 液压元件明细表序号名称最大通过流量（L/min）型号1电动机Y-90S-42定量叶片油泵56.3YB1-6.33单向阀63A-D10B4三位四通换向阀4034EO-F10B5二位四通换向阀4024E2C-F10B6调速阀16AQ-D10B7减压阀50J-D10B8溢流阀63Y-D10B9线隙滤油器6XU-J6804 液压辅件的选择4 液压辅件的选择4.1油管4.1.1油管的作用及要求a 作用液压系统中元件与元件之间的连接，以及载能工作介质的输送是借助油管的孔道来实现的。在接口处通常使用可以拆开的连接件。b 要求（1） 管子的口径：既保证最佳流动状态，又最经济的利用材料。（在油管的选用章节详细计算）（2） 布局要求1） 管路布局一般在元件及设备布置完毕后进行；2） 油管设置的位置应便于拆装、维修，不妨碍生产和设备部件的运转、调整；3） 管子外缘与相邻管路的管件轮廓之间有足够的空隙，保证安装拆装方便，能单独拆装且不干扰其他管路或原件；4） 工作管路必须要有足够的支撑和固定，不得在元件连接面上诱发应力；5） 弯管半径应足够大，减少沿程压力损失。4.1.2油管的选用计算常用的油管有硬管（钢管和铜管）和软管（橡胶管、尼龙管和塑料管）两大类。由于硬管流动阻力小，安全可靠性高且成本低，本系统结构固定，油管也不需要与执行机构的运动部分一起移动，所以选择无缝钢管。油管内径及壁厚按如下公式计算得出后，即可按管材有关标准规定选取合适的油管：3 （4.1）3 （4.2）式中：q通过油管的最大流量； v油管中允许流速（取值见表4.1）； d油管内径； 油管壁厚； P管内最高工作压力； b管材抗拉强度； n安全系数（取值见表4.2）。表4.1 油管中允许流速油液流经油管吸油管高压管回油管短管及局部收缩处允许流速(m/s)0.5:1.52.5:51.5:2.55:7注：高压管：压力大时取大值，反之取小值；管道长的取小值，反之取大值；油液粘度大时取小值。表4.2 安全系数（钢管）管内最高工作压力(MPa)7717.517.5安全系数864考虑制作方便，加之所有元件均采用板式连接，所有油管都采用统一型号。通过油管的最大流量取油泵的出口流量qp=7.3L/min，管道流速综合考虑取v=1.5m/min，管内最高工作压力p=2.5MPa，油管材料取35#无缝钢管，b=240MPa，安全系数n=8，所以综合考虑管接头的尺寸，所有油管选取外径12mm,壁厚1mm的35#无缝钢管。4.2管接头管接头是连接油管和控制阀类元件的辅助元件，管接头的种类繁多，本设计管路固定，无需反复拆装，所用油管为钢管，选用管接头为卡套式管接头，公称压力J级，管子外径12mm。卡套式管接头分类明细，具体选用哪种类型，依据使用场合和环境。4.3液压油液压系统的应用非常广泛，液压油的种类也很多，选择液压油需要根据系统类型、工作环境、工况等因素考虑。高压系统的液压元件特别是液压泵中处于边界润滑状态的摩擦副，由于正压力加大，速度高而使摩擦磨损条件较为苛刻，必须选择润滑性即抗磨性、极压性优良的HM油。凡是叶片泵为主油泵的液压系统，不管其压力大小，选用HL油较好，选用L-HL32的液压油。5 实验台结构设计5 实验台结构设计5.1概述实验台的作用是提供实验的平台，将液压系统的各个部分有机的组装在实验台上。实验台要符合操作习惯（大多数中国人习惯右手操作），元件安装紧凑，外形美观，材料环保等要求。该液压实验台能够实现定压式容积节流调速实验，原理明确，所以实验台的机构也相对简单。5.2实验台组件设计本实验台采用立式台面设计，用优质方钢焊接成框型结构，具有良好的刚性。焊接框架多数采用40403优质方钢，辅助部分采用较小的20203优质方钢。其焊接组件如图5.1所示。为使焊接牢固，可在相互焊接的部分切45角，增加其焊接面积。实验台台面高度按照GB/T3976-2002规定选取960mm。为使元件能全部安装在实验台面板上，结合GB/T21747-2008中的相关规定选取实验台总体尺寸为1400mm600mm1760mm。图5.1 实验台焊接组件5.3台面设计实验台台面是整个实验的平台，台面要求不易磨损、防火防潮、质地坚硬不变形，封边牢固、整洁、无毛刺，线条平直，接缝吻合，具有防腐、防水、防火、防蛀等性能，美观耐用等。对于本设计所有元件安装在控制面板上的实验台，台面上所受载荷较小，对于液压系统元件接头处难免会有少量泄露，同时进行检修时也会有部分油液泄露，所以台面设计成有油槽的形式。材料选用优质绿色环保E1级三聚氰胺板。5.4安装面板设计安装面板用螺栓固定在实验台焊接组件上，材料选用Q235A钢板。厚度根据管接头尺寸确定。如前所述卡套式端直通管接头J12的螺纹端长度10mm，则取安装板面螺纹深度12mm，孔深15mm，元件端进出油口孔径10mm，预留一定的钻头角深度，由此得出板厚25mm。安装板上的连接孔对应于元件油口，对于元件油口相对位置较近的，不方便安装管接头的部分，可适当调整管接头接口的位置（如图5.2中的尺寸11），前后两孔有重叠即可卸油。图5.2 安装面板安装孔细节6 液压系统的性能验算6 液压系统的性能验算性能验算的目的在于对液压系统的设计质量作出评价与评判，如果发生矛盾则要对液压系统进行修正或改变液压元件规格。计算内容一般包括：系统压力损失、系统效率、系统发热与温升等。计算时一般只采用一些简化公式以求得概略结果。液压系统在各工作阶段的流量不同，所以压力损失要分开计算。沿程压力损失和局部压力损失都相对于阀类元件局部压力损失较小，在计算时只做粗略计算，可以简化忽略旁路油管上的压力损失。同时液压系统的压力、容积、机械损失转化为总的能量损失，这些能量损失都将转化为热量，使系统油温升高，产生一系列不良影响。已知液压系统中进、回油管的内径均为10mm，各管道的长度（如图6.1）分别为：AB=0.65m, BP=0.32m PC=0.2m PD=0.4m DE=1.8m,AF=0.69m,FG=0.28m,GH=0.67m,GL=0.67m，L-HL32液压油，考虑到油液的最低温度为，查得时该液压油的运动粘度/s=1.5/s，油的密度为=880kg/m3。图 6.1 液压原理图6.1调压回路性能验算 6.1.1对系统压力损失的验算a 系统处于快进时压力损失（1） 进油路压力损失，快进时液压缸为差动连接，自汇流点P至液压缸进油口C之间的管道PC，流量为液压缸出油口流量的两倍即1.88L/min，PC段管道的沿程压力损失p1为：则液压油在管道内的流动速度v1为管道流动雷诺系数Re1为Re2320，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数为进油管道PC的沿程压力损失得 计算AP段和PD段的沿程压力损失p1-2、p1-3 沿程阻力系数 则： 查产品样本知：流经各阀的局部压力损失为：24E2C-F10B的压力损失=0.15106Pa 34EM-F10B的压力损失=0.15106Pa进油路上总的压力损失在快进差动连接中，泵的出口压力为：b 工进时的压力损失：工作缸进油路AC段的压力损失p2-1 沿程阻力系数 则进油管AC段的沿程压力损失工作缸进给时回油路压力损失，由于选择单活塞杆液压缸且液压缸有杆腔面积是无杆腔面积的0.75倍，则回油路管道流量为进油管道的0.75倍，则：沿程阻力系数 则回油管DE段的沿程压力损失：查产品样本知：流经各阀的局部压力损失为：24E2C-F10B的压力损失=0.05106Pa 34EM-F10B的压力损失=0.05106PaA- D10B的压力损失=0.12106PaAQF3-E10B的压力损失=0.05106Pa则进油管总的压力损失为：回油管总的压力损失为：则泵出口处的压力： =1.953106Pac 快退时的压力损失：运动部件工作缸的快退速度取2m/min,加载缸取1.5m/min;快退时的流量q=1.88L/min 沿程阻力系数 则进油管AD段的沿程压力损失：快退时工作缸回油路的压力损失，因为进油路有杆腔面积是回油路无杆腔面积的0.75倍，则： 沿程阻力系数 则回油管CE段的沿程压力损失：查产品样本知：流经各阀的局部压力损失为：24E2C-F10B的压力损失=0.05106Pa 34EM-F10B的压力损失=0.05106PaA- D10B的压力损失=0.12106PaAQF3-E10B的压力损失=0.05106Pa则进油管总的压力损失为：回油管总的压力损失为：工作缸快退支路的总压力： =0.6533106Pa快退时加载缸支路的流量为2.26L/min; 沿程阻力系数 则进油管AL的沿程压力损失回油路无杆腔面积是进油路有杆腔面积0.75倍，所以进油路流量是回油路的0.75倍， 沿程阻力系数 则：回油管HJ的沿程压力损失 查产品样本知：流经各阀的局部压力损失为：J-D1B的压力损失=0.15106Pa34EO-F10B的压力损失=0.05106Pa则：进油路的总压力损失 回油路的总压力损失 加载缸快退时支路总压力： =0.305106Pa则：快退时泵出口处的总压力（0.305+0.6533）106=0.96106Pa6.1.2液压系统的发热和温升验算：在整个工作循环中，工进阶段所用时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，按工进工况验算系统温升：工进时液压泵输入功率;为系统效率，p泵的总效率；A液压执行器总效率；c液压回路效率其中液压泵与液压缸效率查产品样本：p=0.7；A=0.95回路效率;：各执行器负载流量的乘积总和；：液压缸供油压力和输出流量乘积总和；如前所述，供油压力qp=2.8MPa,液压泵最大出口流量qp=5.35L/min;液压缸负载压力p1=2.5MPa,液压缸工进时的流量q1=1.26L/min；则：工进时的液压缸输出功率：系统总的发热功率已知油箱容积V=40L=4010-3m3 油箱近似散热面积A为： 假定系统通风良好，取油箱散热系数kw/则：油液温升：设环境温度为25T=25+22.8=47.8T=55所以油箱散热符合要求。7 液压系统的安装、调试与故障处理7 液压系统的安装、调试与故障处理正确安装调试及合理使用液压系统，是保证其长期发挥和保持良好工作性能的重要条件。为此，在液压系统安装调试中，必须熟悉液压系统的工作原理与液压系统各组成部分的结构、功能和作用并严格按照设计要求来进行；在液压系统的使用维护中应对其加强日常维护和管理，并遵循制造厂的使用维护要求。7.1液压系统的安装在组装液压设备，首先熟悉有关技术文件和资料，如液压系统原理图、液压控制装置的集成回路图、液压设备各部件（如液压泵组、液压控制元件、油箱，支撑架等）的总装配图、管道布置等；然后准备好相关元器件，并对其规格和质量按有关规定进行细致检查，检查不合格的元器件不得安装。7.1.1液压元件的检查（1） 元件检查 元件的型号规格应与元件清单一致；生产日期不宜过早，否则其内部的密封件可能老化，各元件上的调节螺钉、首轮及其他配件应完好无损；电磁阀的电磁铁、压力继电器的内置未动开关等应工作正常，元件及安装面应平整，其沟边不应有飞边、毛刺、棱角，不应有磕碰凹痕，油口内部要清洁；油箱内部不应有锈蚀，通气过滤器、液位计等油箱附件应齐全，安装前清洗干净。（2） 管件检查 油管的牌号、材质、通经、壁厚和管接头的型号规格及加工质量均应符合设计要求及相关规定。管接头的螺纹、密封圈的沟槽棱角不得有伤痕、毛刺或断丝扣等缺陷；接头体与螺母配合不得松动或卡涩。金属材质的油管内外壁不得有腐蚀和伤口裂痕，表面凹入或有剥离层和结疤。7.1.2液压元件和管道的安装a 液压元件的安装（1） 液压泵的安装液压泵与原动机输出轴的同轴度偏差应在0.1mm以内，轴线间的倾角不得大于1；不得用敲击方式安装联轴器，液压泵的进出油口不得接反。（2） 液压缸的安装安装前应检查其活塞杆是否弯曲。行程较长和油温较高的液压缸安装方式采用一端浮动，以补偿热膨胀的影响。（3） 液压控制阀的安装安装阀类元件时，应保持其轴向水平或垂直；各油口处的密封圈要有一定的压缩量以防泄露；固
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