低压小流量水马达及系统设计【含CAD图纸、说明书】
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压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘要现代社会开始发展新的技术和新的材料，世界的科研人员开始重视水压力传动技术，对液压传动中水压元件的研制,似乎成为了传动技术开发的主要方向。在液压传动中马达是一种执行元件，它的功能是把泵提供的压力能转变为机械能。定制的水马达市场上基本买不到所符合的,根据某食品厂的定制需求（轴向柱塞式水压马达的工作压力，马达的排量为）。需要自己设计出所符合要求的系统，根据所给定的参数,来设计整个系统马达和泵站以及辅助元件的各项数据。工作介质水或油马达的结构基本差不多，所以水马达的设计是基于油马达来设计。按照工作介质的不同去设计马达及泵的输入输出值,给定的工作压力和排量选择辅助元件以及水箱。最后在装配完整后要试运行,保证系统的完整可靠。全部完成后书写说明书。关键词 水液压；水马达；泵站；结构设计AbstractStarted to develop new technology and new material in modern society, the researchers began to attach importance to water pressure transmission technology, the development of hydraulic components in the hydraulic transmission, seems to be as the main direction of the transmission technology development. The motor is an actuator in the hydraulic transmission, and its function is to turn the pressure provided by the pump into mechanical energy.The customized water motor market can hardly be purchased, according to the customized demand of a food factory (the working pressure of the axial piston type hydraulic pressure motor is , and the displacement of the motor is ). It is necessary to design the system that meets the requirements, and design the data of the whole system motor and pump station and auxiliary components according to the given parameters.The structure of the working medium water or oil motor is basically the same, so the design of the water motor is based on the oil motor. Design the input and output value of the motor and pump according to the different working medium, and select auxiliary components and water tank for the given work pressure and displacement. Finally, after the assembly is complete, the test run will be conducted to ensure the integrity of the system. Complete the written instruction manual.Keywords Hydraulic of water Water motor pump station Structural designIII压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外研究现状31.2.1 国外研究情况31.2.2 国内研究情况52 设计并计算柱塞式水液压马达62.1水马达结构的确定62.2 确定水马达的专用零件材料72.3 设计柱塞水马达及计算主要指标92.4 柱塞水马达的机构参数及设计92.4.1 设计并确定柱塞数目Z与斜盘倾角102.4.2设计柱塞直径112.4.3确定滑靴的尺寸142.4.4 设计马达轴及尺寸152.4.5 设计斜盘的尺寸182.4.6 设计配流盘193 泵站的设计213.1 液压系统的技术要求213.1.1 系统的工况控制要求以及基本参数213.2 水压泵站的设计基本原理与要求213.3 绘制系统图223.3.1 确定基本系统图方案223.3.2 绘制并完善液压系统图233.4 液压系统性能验算253.5 液压系统装置的总体布局273.5.1 液压阀的配置形式283.5.2 设计集成阀块283.5.3 液压零件的质量检查283.6 液压泵站的使用与检查303.6.1 日常使用中的注意事项303.6.2 定期点检304 液压辅助元件的选用以及设计334.1确定液压泵的驱动电机334.3 确定过滤器354.4管道尺寸的确定364.4.1管道尺寸的确定364.5水箱的设计要点374.6 水箱容量的确定375总结和展望395.1 总结395.2 工作展望39致谢40参考文献41VII1 绪论1.1 研究背景及意义英国最先就进入工业革命,第一台水液压机在1795年发明,液压传动技术正式标志着开始。从第一台液压机的发明,到之后的100多年里，液压系统的工作介质一直是水。一战爆发后,大量新鲜产品面世,同时液压技术也开始广泛应用。历史的推动进入20世纪以后，随着人们对工业的需求越来越大，大量的机械产品出世,对产品的要求也越来越高,伴随着工业石油的大量发展,原油和水与之相比,原油具有优越的综合性,原油的密度高代替了水介质来传动,而提炼出来的油成为了主要传动介质，世界开始大量的采取工业石油,所以也得以发展了液压传动技术。图1-1油液压与水液压传动趋势对比随着制造行业的发展，随着机械产品的越来越大,需要的功力也变得更大,因此研究人员在利用矿物质油液作为液压工作介质的时候,液压传动的功率以及产品的大小都快速发展,给人类造成极大的方便。大型器械在现实中扮演着重要的角色,大型的液压传动越来越多,且精度也越来越高，但是液压油泄漏对环境出现污染的缺点等等。近年来出现了很多的海洋溢油事故,例如“埃克森瓦尔迪兹”号溢油污染事故,美邮轮在驶回港口途中避开冰块时却礁上搁浅,导致泄露原油,生物的活动环境造成一定的的影响,同时生物本来就稀少,还灭绝了一部分生物,给大自然和人类社会造就了一定的损失。减少环境污染重要性变得更加重要，对生态环境的保护和可循环能源的获取变得很重视，人类也对清洁能源进行了开采,但是要适量的开采。地球上大部分面积被水包围,水是可再生资源,所以可以作为新能源在液压技术中当作传动介质，新能源的发现重新被科研人员所研发。同时，随着时代的发展，各种高新技术、新材料、新工艺不断面世，超精度加工技术也伴随着人们需求不断发展，利用水作为传动介质的技术也逐渐各国认知，同时世界各国也激发了对于利用水作为传动技术的研究兴趣。纯水的分类如表所示。水具有无污染,安全,清洁卫生,可重复使用等优点，水在工作元器件中结构简单、经济等优点。但同样水也有缺点,例如粘度低,润滑性能差及腐蚀等。世界科技在进步，大量人员开始积极研究与开发纯水液压传动,并且水还对环境起到保护作用,虽然是世界上的能喝的水开始减少,但最主要的是海洋中有大量的水能源。这样的话产品依旧可以持续发展，这样对人类社会具有很重要的目的,人类对原油的依赖会大大降低,现在因为开采原油导致地塌陷,库存量也大量的减少,因为缺少原油,世界也出现过利用战争来抢夺,人类饱受伤病的困扰。图1-2各种水分子的污染物分类研究水马达可以让马达应用于更多的场合，例如低压机械产品、食品加工、医疗器械等。在获取传动介质时,有了提炼的水,人们也不需要担心,而石油终有一天会用完。在设计的时候,需要考虑水和油存在哪些差距和区别。最大的差别就是在于工作的压力不一样,所以零件所承受的压力就不一样,需要设计专用于水马达的零部件,水马达工作时与油马达的泄露也不一样,密封装置也需要考虑。另外,泵站的设计适用于液压泵站的专用零件。1.2 国内外研究现状各国的科学技术在机械制造业上发展很快。随着第二次世界大战之后,由于和平发展,在科技上新的产品不断面世，其中新能源水出现在人们的眼帘,新的液压技术已成为众多科研人员的研究方向,而且水是可循环用品。国外最先发起这种高潮,新的产品越来越多。泵、电机和特殊零件的研究方向是液压传动技术应用的关键。产品的更新也变得越来越快。1.2.1 国外研究情况由于世界和平发展的现状,科技能力与能量提高的很快,大国之间也在科学技术上开始争斗,很多国家的液压技术相较于成熟。在机器上机和电结合的应用,让液压传动的性能得到了最大性能的改变,给人类大大减少了体力劳动,同时也让机器自身之间稳定与加工效率得到了最大性能的改变,零件的成型加工让液压机也成为了最常用的机器之一,很简单方便。伴随着二战结束了,世界上没有大规模的战争,慢慢进入了和平时代,为此大国之间也开始科技的战争,哪个国家的技术革新速度快,就在世界上拥有说话的权力，大国之间也封锁了大量的秘密技术,以及于大量的研究人员开始冒尖,同时开始收拢人才。虽然美国和苏联持续冷战,但是美国东西方向都是被海洋围绕，所以美国的海军很强大。同时军械上的支持也变得很重要，大量的研究人员开始研究新能源水作为工作介质,也是世界最早研制的国家。美国的研究中心研究出了如何用水来把轴承润滑的方法,这是最早的研究发明。进入1960年后，美军的舰船研究中心和土木工程研究室长期开展了研究利用水作为工作介质的高压马达和泵。经过长期研究与实验,科技人员研究出水马达后,对水马达及系统进行应用,也测试了这种新产品的工作性能。实验结果出乎意料,工作的完整性很好,泄露量也得到了保证,很好的保护了环境,当然应用于社会还需要大量的实验。实验的部分参数为：压力为、转速、过滤精度为120m。图1-3Danfoss公司生产图1-4丹福斯的MVM160型产品1.2.2 国内研究情况欧美国家最先开始工业革命,所以工业比较发达，而我国经历了大量的战事,从晚清开始工业才起步,相对于其它国家较晚。对于落后的中国来说,工业的持续发展，不管是对国民经济,还是军工业等的持续发展。也决定了国人的生活方式,从人们私人活中的液压千斤顶到大型工程器械,都用到液压技术。在军工业上也起到十分重要的作用,比如国家建设和国家安全及领土完整等。要利用科技来让国家强胜,液压也是十分重要的,中国想成为制造大国以至于变成创造大国的话。我国就要在技术要求上变得更强，工程科技需要让设备的功能满足要求,还需要效率和精度变得更高,更好。在国家大力发展的时候,不光工厂或是研究人员要注意环境污染,和在恶劣条件是要注意要求,在人类用机器时要做到安全第一,人与机器相辅相成。对于有设备的差距和弱点要尽量减少,中国对于有些大型器械做到了世界第一,其中的液压传动性能肯定达到了一定的世界领先,只有功能强大和设备安全性能达到超强程度,才会有更多的订单,让各国效仿,同时人的知识面也变得更加广阔,在世界上才有一定的说话权力,人家才会放在心上。利用水的传动技术在中国起步的比较晚,在90年代才提出科技兴国,有一些高校才开始研究新能源,96年华中科技大学研究出第一个轴向柱塞式泵,有了好的开头,打破了这一新项目的沉寂,随后在许多的高校也对这项技术有已一定研究,当然也有一定的不足需要来改正。从各国研究人员的研究中我们对问题有了一些发现：国内外近年来对于利用水作为传动介质的马达以及泵的研发上基本都是斜盘式轴向柱塞结构,因为其工作压力可以达到很高,并且效率也比其他的类型高。在各部分专用零件上也有突破,渐渐往通用零件上靠。当然在开发新材料的基础上要尊重大自然,保护环境,提倡节能。虽然在争斗中,液压技术已经取得了众多要求方面急速进展,也完善了许许许多多新的技术发展。虽然我国建国较晚于西方发达国家,但是本着一颗中国心,心里有着中国梦,在许多科学技术上已经从建国初期的一无所知到现在的中国创造。前辈们一直在努力给国人带来了美好的生活,虽然国家人均相比于西方发达国家太少,但是中国已经有很多大城市相当于有些发达国家了。这就是科技力量带来的能量,同时国家也在倡导科技兴国。也会吸引更多的人才去开发不同的设备与产品。2 设计并计算柱塞式水液压马达2.1水马达结构的确定液压马达按照工作介质的不同可分成两类:可分为油马达和水马达。按照马达主体结构可以分为齿轮式马达，叶片式马达，螺杆式马达，径向柱塞式马达，轴向柱塞式马达等。以水作为马达的液压传动介质时，因为泄漏量较大及容积的效率不高等缺点不能选用叶片式马达和齿轮式马达。因为是低压小流量,所以同时要考虑结构简单和低成本。同时需要方便装配系统,保证相邻零部件之间的间隙等。这样的话泄露程度会大大减少。与其它类型的马达相比，轴向柱塞式马达进油口相等,外泄油口单独设计,零件间的运动副有相对较好的润滑特性，轴向式的结构形式可降低对材料之间的磨损要求。轴向柱塞的水马达因输出的转矩相对于齿轮式和叶片式大,容积效率也与之相比较大。也常用于大型工程器械产品等。轴向柱塞马达也可分成斜盘式和斜轴式两种，斜盘式轴向柱塞马达低速稳定和换向灵敏,斜轴式马达加工比较困难，同时占用空间比例也较大。轴向式柱塞马达分为端面配流与阀式配流。阀式配流马达的相比于断面式密封性相对较好，用于高压马达，阀式配流型不能做轴向柱塞式泵的马达,所以端面配流型在马达中的是常见应用的。对比各类马达优缺点，最终选用斜盘式轴向柱塞马达,配流方式为端面配流。结构如所示。图2-1轴向柱塞式马达的主体结构图2.2 确定水马达的专用零件材料 此次设计的马达是水作为工作介质，水与油相比作为工作介质的区别在于，液压油自带润滑效果,而水遇到钢铁时间久了会生锈。因此在选取系统材料时需要选择耐磨性很好，和耐腐蚀的材料,同时水的密度与之相比也小,密封上也需要特殊元件。或者在马达和泵以及元件的管道上刷上一层防锈涂料。得益于当今社会的快速发展导致新鲜材料及先进工程技术的不断面世，以至于我们可以选择很多的材料。保护环境的要求下迅速发展的水液压技术，轴向柱塞式水马达的主要摩擦副的材料配对已经被研究人员所研究。马达元件的材料的选择参考文献查阅得知，材料分为三种，耐腐蚀合金、工程陶瓷、聚合物。根据材料的表面硬度，将柱塞式液压马达摩擦副的匹配形式分为。1.硬质材料的组合通常指的是不锈钢和陶瓷的结合。工程陶瓷有大型的、高硬度、大碎屑和良好的磨损。不锈钢的材料表面强度大，所以在某些方面还是具有一定的优势的。但是综合看来,这样的配置在各种方式中并不是最好的合理方式,具有许许多多的缺陷。因此，将硬材料与硬材料结合在一起，并没有考虑到在碎石/圆柱体摩擦部件的材料选择中。2.柔软光滑的材料的组合通常是塑料。因此摩擦系数降低，磨损量显著减少。但大多数工程材料都有致命的缺陷，这是大多数具有吸收性的工程材料，工程塑料在吸收水后本身膨胀，如不锈钢。吸收引起炎症，炎症增加摩擦，摩擦增加温度，所以不考虑这个组合。3.柔软和坚硬的材料，与内部和外部的摩擦材料相结合，通常被选择这样的组合。脂肪填充聚四氟乙烯复合聚苯乙烯复合材料、聚醚醚酮增强酚醛树脂合金可持续许多工程塑料特性的条件下,和磨损实验、工程塑料和不锈钢分别我们在涂层上涂了两个小时，终于确定了耐磨性塑料及工程塑料的磨损量。图2-2工程材料的磨损量实验的证明是，随着塑料与陶瓷层结合的时候，在陶瓷层的表面上，在覆盖的表面上，在表面上，没有任何明显的东西，在不锈钢表面。柱塞的材料在接触时，除了润滑的性能要足够好,同时能承受机械应力、偏转和磨损;所以我们在选用柱塞材料时在要满足性能的同时还需要容易加工,在大批量生产时保证成本合理。柱塞与缸孔摩擦副和滑靴与柱塞摩擦副,这两个运动摩擦副决定了柱塞的工作平稳性。在柱塞运动的这个相互摩擦副，用来静压支持设计，在摩擦后有一个问题很难修复。这对发动机泄漏有很大的影响。电机可以正常运转正常运行，一旦柱子或穿孔，发动机就会减少一定功率输出，同时压力会急剧的减少，那样会造成发动机可能会损坏,影响整个系统正常工作,生产周期得不到保障。设计时总会出现一定的误差,出于系统的保护,我们分析了系统的结构，以及各种各样的问题，最主要的就是材料的处理。柱塞的材料选用，缸体材料同样选用。柱塞和缸体是联系的。在柱塞正常运动时,虽然缸孔摩擦副与柱塞摩擦副会直接接触，还有配流盘会与柱塞材料接触,所以我们可以使用像滑靴一样的材料,全部包裹起来,滑靴的材料用合金材料,铝青铜。当柱塞材料返程时，我们选。用不锈钢。马达和斜盘使用的是用不锈钢、工程陶瓷等制成的，外壳与外端盖可以使用的不锈钢材料。2.3 设计柱塞水马达及计算主要指标轴向柱塞马达的主要指标计算是电机输出轴有多大的功率，使位移体积常数理论(或理论)，工作速度和额定压力，根据给定的轴向柱塞马达结构尺寸作为依据。利用给的数据来设计并计算确定轴向柱塞式马达。根据柱塞式马达相关的公式来计算主要的参数等,查阅文献来核查是否正确。根据给定的参数作为依据，柱塞式马达的技术指标设计需要达到的主要技术参数：额定压力：；额定转速：；流量：。2.4 柱塞水马达的机构参数及设计4为电机的新结构，1个固定斜板，电机5的动力输出轴通过花键连接旋转。高压的水流穿过阀体后,进入马达的缸体内2,在水的压力下,柱塞3进行向左的运动,然后推动斜盘1,斜盘1和柱塞3形成一个向左反向力F,法向反力F正常反应力可以分解为外向的轴向分量和垂直分量的。同理,下一个运动高压水进入柱塞的下腔。一反一复,形成水马达的柱塞运动。当轴向等于柱内的液体压力的时候，垂直分量做出一定的效果,柱塞的轴线方向会产生一定的变形。当柱塞沿着斜盘转动一个周期，马达也就旋转一圈,同时工作介质旋环整个系统的过程就完成了。图2-3轴向柱塞马达运动原理图斜盘 缸体 柱塞 配流盘 动力输出轴2.4.1 设计并确定柱塞数目Z与斜盘倾角2.4.1.1 柱塞个数的确定柱塞马达的输油率和柱塞马达的柱塞个数Z有关，在保证输油脉动率的同时,还需要考虑马达的结构,数量越多,反而越复杂,会增加成本。从下表中可以看出,柱塞个数为奇数时,流量的不均匀系数比较低,反观偶数个数时都比相邻的奇数个数高很多。虽然奇数数量越多的时候,输油脉动率反而越来越小,相比于结构的大小,所以一般情况下柱塞的个数选取奇数个数,当选择7个柱塞数目时,系统反而在工作的时候平稳些。图2-4柱塞马达柱塞数目与输油率的关系表Z5678910114.9913.932.557.811.525.021.042.4.1.2 设计斜盘倾角斜盘倾角（般在到之间），正常工作的时候斜盘倾角过小的话，整体结构会变得过大,在正式公开的情况下，从正式的情况下开始倾斜，在柱子的直径和主线的分布半径，在主幕的直径大小或主膜范围内扩大半径，是由于发动机整体的变化和重量的增加。当然斜倾角扩大,整体结构尺寸会变小,摩擦相应的会变大,影响马达的润滑效果。原本系统的润滑效果不佳,这样会更容易泄漏,如果没有角倾版斜,摩擦也会变得相应的增大,整个系统的寿命会慢慢减少,这样不经济,经常需要更换元件。所以从各个方向考虑倾斜角度:一般为。2.4.1.3设计缸体上的分布半径R轴向柱塞式马达的柱塞圆的半径与轴向式柱塞泵的分布相类似，柱塞孔端面总面积缸体端面总面积，柱塞孔的分布半径缸体半径。所以计算时一般取，取.由此推算，取整得，则柱塞分布圆的直径，斜盘的倾角为。2.4.2设计柱塞直径柱塞式液压马达不管用的什么介质来工作，它们全部是重要的元件。不然怎么工作呢!马达部件是用来让压力变成旋转的以达到需要做的工作。柱塞不仅是柱塞和缸体之间的转换部件或油膜的重要部件。有了难题，才让人设计的时候感到很复杂。同时也就有了意义的存在。在柱塞式液压马达的研究过程中，设计柱塞是比较麻烦的。柱塞的结构与大小从经济方面考虑,它决定了后面的工做要求,同时马达的效率与稳定性也需要考虑,柱塞的结构与大小从经济方面考虑。2.4.2.1柱塞式液压马达柱塞直径D的确定柱塞直径的尺寸精度在柱塞方式和液压机械中起到很重要的作用,同时其还是它们最主要的参数，从前面得到的大约估计输油率等来确定柱塞直径的大小，直径一般在35毫米以下，直径过大后,会导致各个方向的移动惯性和离心惯性。当惯性过大时,会使器械偏移过大,降低其工作时的效率。这些都是相辅相成的。马达的排量计算公式为，可以得到：柱塞直径取整数。2.4.2.2 确定马达柱塞的长度柱塞尺寸参数是设计包括柱塞的长度，球头的半径以及阻尼孔直径。柱塞的长度等于柱塞的最小留缸长度加上最小外伸长度加上最大行程。在液压元器件中,工作介质在流动的时候,各处的压力值相等。 设计柱塞时,合理的柱塞工作角度决定了马达的正常工作,文章前面已经计算过了。一旦柱塞在卡在缸孔里整个系统会受到波及，所以柱塞长度大于最小留缸长度的比。泄漏也会随着卡缸的震动溢出马达的外面,尽可能的不要让因为其他元件的不合理出现不必要的故障,图2-5 柱塞的相关尺寸图当压力时：当压力时 在高压和低压的情况下,马达的状态都有不一样,在高压水在工作时需要更多的留缸长度，而在低压的情况下不需要注意这些.缸体的长度反应了侧应力大小7 。注意这些后才能考虑柱塞和缸孔,不能导致过多的碰撞。器械因为碰撞而引起震动,传动介质会出现少许的波动,同时波动会影响数据的测定。人为设计给定的额定压力为，柱塞的直径， 取 l0。柱塞长度当选取的柱塞的材料长度对缸体侧向力的产生一定的影响，所以需要取最大值，经圆整取。柱塞的球头直径d1只是一个大概值,根据公式得出： 为了加工取d1。柱塞式水液压马达的工作介质用的是水的压力传导，而水与油相比,油比较粘稠一些,压力也就大了,水流动性比较强，水的粘度大约是油的3%。都知道水的密度是1.0,而油的密度是0.8,所以水在内腔里时候,随着压力越来越大,渐渐的会出现泄漏，所以就要有防止泄漏的柱塞的阻尼孔。而油与水相比的密度看来,所在系统中设计的阻尼孔要比常规的油液传动时要小的多,所以相应的在机械加工的时候,越是小的尺寸越难加工制造出来，阻尼孔的内径为d3。d2尺寸由d3的尺寸得到，d2的尺寸计算下来要保证阻尼孔的设计要选好位置,不能在柱塞的球头工作的时候最高点堵住它。则取d2。d1、d2应满足以下关系式： q2 滑靴材料的QAl9-4铝青铜的许用比压，q2 85MPa 2.4.3确定滑靴的尺寸露出的柱塞末端是球状的，这个球头上装了个零件就是滑靴，滑靴在回程弹簧的东西的压力下通过一个叫回程盘的零件把这几个柱塞上的滑靴完全的压在斜盘上，最后传动轴带动缸体转动，所有的柱塞和滑靴都随着转起来，因为柱塞的末端一直都通过滑靴一起靠着斜盘上，就可以循环的不断的吸水不断的压水。当高压水进入柱塞内腔,水的压力传递出去，轴向柱塞泵在工作的时候,滑靴会在斜盘转动力矩的作用下形成一个膜,滑靴这个零件完全是为了组建一个静压系统，滑靴中央还有一小孔，一是为了润滑铰接面，二是为了达到静平衡。滑履表面与斜盘接触部分光滑，对传动工作介质的要求也比较高。杂质过滤不彻底会导致滑靴严重磨损,当然在制造时就需要注意热处理方式,保证耐磨的硬度。滑靴密封带的内外半径R1和R2满足公式R1+R2和取R2-R1，解之得R2，取整得R2，则R1。为了加工方便，兼顾设计要求，滑靴的底部直径为。滑靴/斜盘副所受的液压压紧力 总剩余压紧力。当斜盘角度为零时理论压紧力F,理论取整。当出现杂质过滤出现问题时,柱塞材料会出现卡死和滑靴出现严重磨损,同时滑靴与接触点地方更容易磨损,所以容易出现故障的时候,这些原因需要解决方法,所以设计支撑面。在摩擦副中必须减小,接触比减小的同时还需设置支撑面，辅助支撑分别放在密封带内侧和外侧,通水槽放在辅助支撑面 ，设计的时候要留下。方便较小的接触比,密封带之间留有1mm宽度,方便辅助支撑面支撑。滑靴底部最大接触比压等于总剩余压紧力与滑靴底部面积的比值： 滑靴中点的圆周速度： 滑靴与斜盘副的最大接触比压，得出的值要尽可能的小。最大接触比压要比许用压力小得多。滑靴底面外径。当滑靴的包球直径小于柱塞的直径，另外需要考虑价格尽量便宜,所以在加工滑靴的包球直径选取。图2-6 滑靴的相关尺寸图2.4.4 设计马达轴及尺寸电机的轴是主要的驱动器,也是液压马达的主体。根据电机的单个旋转位移和电机所需的压力，可以计算出电机轴的最小轴颈。具体公式如下:其中：马达的额定工作压力 马达的单转排量 马达缸材料的剪切力()工作介质是水,所以柱塞式水液压马达的马达轴选用不锈钢，当工作介质时水时,这种马氏体沉淀硬化不锈钢的材料能防腐和抵抗疲劳。许用剪切应力。代入到公式得:轴端开键槽，在轴上需要装轴承,因此，通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承,对于轴上的密封件安装到位，密封件之间的间隙需要在安装的时候需要考虑到位。为了加工方便，马达轴的最小轴颈为。空心轴内径，外径为。为了确保马达正常运转，不出现不必要的意外,我们需要对其进行验算。2.4.4设计缸体及尺寸缸体的外形有很多,缸体是执行元件,是一种能进行能量进行转换的液压元件，输入工作液体后，因其内部结构对称,液压马达应能够正、反转。当缸体的主轴被工作介质的压力驱动旋转时,可以周期变化的容积和相应的机构。缸体的转速范围特别对它的最低稳定转速有一定的要求。其次缸体由于在输入压力条件下工作，不具备自吸能力，但需要足够的密封性,不至于泄漏，才能提供必要的起动转矩。2.4.4.1计算缸体外径缸体的端面尺寸所示图2-7 缸体的端面尺寸图根据给定的参数设计缸体需要考虑材料具备耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、强度高，能承受多大的液压力不易变形的特点。图2-8 缸孔的应力图图中可以得出 选用缸体的材料为，缸体材料的许用切应力为。马达的工作压力为，柱塞孔的内部压力为，柱塞孔内的最大切应力根据公式算出，既外圆半径最小应为： 已知外圆半径后,根据材料的许用应力可以算出柱塞孔最小壁厚。然后核算设计的切应力,一般情况下柱塞的两个孔到距离需要大于柱塞孔最小壁厚。2.4.4.2计算缸体长度L0缸体的总长度可以由下列的公式得出,柱塞和缸体底部需要留取一定安全距离，柱塞取l1，而缸体底部的死腔长度为l2。缸体的总长度可以得出:2.4.5 设计斜盘的尺寸工作介质进入缸体后,缸体开始旋转，由于斜盘有一定的倾斜角，柱塞才可以在缸体中往复运动。当工作介质进入吸油口,缸体容积开始增大,渐渐到达斜盘的最高点，反之缸体的容积减小。一反一复形成一个周期。只要驱动轴继续转动，液体将继续被吸入和排出。改变斜盘角度，斜盘固定的被称为定量泵，不固定的称为一个变量泵。可以从下列的公式得出:斜盘的长轴等于加上 。等于加上滑靴底面半径加上余量（）。斜盘的长轴：斜盘的短轴长,一般根据经验取值最靠近得整数,所以斜盘的短轴长。图2-9 斜盘副的部分尺寸图1-斜盘，2-滑靴，3-柱塞2.4.6 设计配流盘端板是柱塞式水压马达端部分配的重要部件之一。它是端面阀式液压马达流量盘设计中最重要的步骤之一。封闭式减压塔板具有结构对称、结构简单的特点。阀板的闭合预压/压力间隔可以防止压力的突然冲击,让相平衡得压力值能瞬时连接。突然得冲击出现会是缸体震动,所以保证了液压水马达得寿命长短及一定的稳定性,防止引起的不良影响。 图2-10 配流盘的部分尺寸图根据图中所示,上死角两腰槽, 所以我们利用剩余压紧力设计法进行基本确定，初步确定值依次为，密封带安装时不留空隙,防止泄漏,同时保证安全,而在尺寸受到压紧系数以及力矩平衡方程的限制。压紧系数，水与油密度不一样，而工作介质为水时缸体/配流盘摩擦副不能达到很好的润滑效果，摩擦系数较高，所以压紧系数一般取,较小一些。则经计算得=1.031，满足要求。力矩平衡，满足下面公式 通过计算，左边略等于右边，满足要求。3 泵站的设计泵站是驱动装置，控制工作介质的方向、压力和流量。与执行机构之间用油管相连，液压机械即可实现方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功,各种规定的动作、工作循环，同时泵上还装有滤网、空气滤清器等，用来储存、工作介质得冷却及过滤。因为具体要求具体对待,所以在给定得参数上需要设计单独可使用得泵站,泵站需要一定得稳定性和恒定得输出工作介质,不能突然的冲击其他得元件。3.1 液压系统的技术要求 给定得参数不能随便变动,有了技术参数,才能明确设计,设计出来得元件之间才不会互相冲突,完全匹配时才能正常工作,免除不必要得故障等。元件安装的合理,管道之间排列整齐可靠,连接处连接牢靠,传动平稳,尽可能少的噪音。同时液压系统应该有对应的安全保护措施,防止回路出现损坏和泄漏等故障。工作介质清洁度要达到该有的规定,保证进入系统前的水介质时干净清洁。所有元件都在核定的压力下工作。3.1.1 系统的工况控制要求以及基本参数对执行元件得工作需要了解,要实行一定得控制要求,实现该有的动作顺序,一般是执行元件可以实现变换方向,实现正反转,另外系统还需实现快速启动、工进、卸载动作顺序。工作的同时保证系统和人员安全。同时根据给定得参数值来确定整个系统,参数得大小决定了系统得额定范围是多少,及工作量。执行元件压力的额定值：,b.执行元件流量的额定值：。3.2 水压泵站的设计基本原理与要求 液压系统中主要设计泵,缸及各个主要零部件，而泵和执行元件马达应该在一起设计的。这样保证各主要元件之间保持一定得配合度,相辅相成。同时根据实际情况,在不同位置的时候,考虑泵和马达得位置稳定,系统在工作需要可靠,尽可能得故障率要小,系统尽量少拆卸维修。泵尽可能得小巧简单,能连续工作,设计得时候要注意维修得方便性。3.2.1设计泵站的步骤一般情况下水泵与水马达是基本相通得，毕竟工作介质都是水,根据伯努利方程,水得额定压力和额定流量是一样得,而且水得密度不会随着在系统内部流动就变化,所以泄露和润滑都是一样处理的。所以在设计得时候可能相互间一起设计,我的设计流程如下:决定水马达的动作顺序；对于给定的参数进行有效的计算;选择驱动元件及辅助元件；手绘系统原理图并修改；在手绘图的基础上用AUTOCAD软件绘制完整的工作图；最后检查完毕后,编写说明书。3.3 绘制系统图系统图可以明确的看出系统实现的目的,以及需要采取的措施或手段，同时表达了图形之间的逻辑关系等。系统地展开，并绘制成图，以明确问题的重点，时寻找最佳手段或措施的一种方法。元件的类型以及元件的顺序位置能一目了然。3.3.1 确定基本系统图方案3.3.1.1 确定马达调速方案电动机和液压马达各有各的优点。虽然电动机使用灵活，受限条件比较少，但是容易实现高速，输出扭矩比较小。在进出油口会有一定的冲击,压力过大。所以液压马达的使用需要一套与之配套的系统，可使其具有调速灵活，可以输出极大扭矩。根据参数,本次设计的马达是个定量马达,所以速度是由进出口的水流量决定,同时在泵的旁边安放一个先导式溢流阀来保证最高的压力值,只要在溢流阀的额定值里,压力的大小都是由泵来提供。当柱塞式马达启动的时候,进出油口需要一个元件来调速。3.3.1.2 确定压力控制的方案 因为本次设计的是个定量马达,压力只能维持在安全范围内,所以马达的压力大小只能由于泵来提供,一般在调压回路中,需用溢流阀来分压,维持系统中的压力平稳恒定,溢流阀的溢流压力必须比泵的最大输出压力要小,不然会损坏系统。本来在马达启动的时候,压力会突然的增大,产生一定的冲击,影响正常工作,所以在进出油口都需要调压的设备元器件来保护马达,选取节流阀来设定压力值,但是节流阀的刚性差,阀口两端的压力差会引起流量产生波动,稳定性不够好,所以设计的时候选取调速阀放在油口出,调速阀由减压阀和节流阀组成,既可以稳定两端口的压力值,又可以稳定流量的突然冲击。这样的配合方案比较合适。3.3.1.3 制定液压系统的顺序动作方案一般执行元件是马达,马达只有两种动作,正转和反转。在设计整个系统的时候,考虑到是否需要快速转动,所以选用的是P型滑阀。同时处于保护人员安全和整个系统安全问题,所以在泵的旁边多增加了一个二位二通阀,对泵直接卸载。3.3.2 绘制并完善液压系统图先在纸上手绘系统图纸,这样方便能一眼看出来修改图纸,一般系统都是由基本的回路和元件组成,主要的就是驱动和执行机构,外加一些控制的辅助元件和保护回路的元器件。另外还需要压力计和温度计去保证回路的安全,毕竟这些人眼不能看出来,在泄漏上还能看得见摸得到。当系统正常工作后,需要注意系统的长时间工作是否会出现影响,一般情况下,工厂机器开启后基本是不停息工作的,所以不能长时间的停止,整体系统尽量减少液压的元件,使整个系统简单,方便,快捷。同时在按钮上不能出错,要让人员一眼就能明白,简单,避免操作失误等。元件的长时间使用会出现损坏时,及时需要准备更换的备份,水跟油一样使用久了后都会出现杂质在工作介质中,大部分故障都是因为内部污染出现的,里面不会经常的拆卸,就不容易发现,所以需要工作介质的过滤器和空气过滤器把杂质去除,经常拆洗和更换过滤器,保护系统的安全。图3-1 液压传动系统设计原理图3.4 液压系统性能验算 系统图完成后,按照图纸把整个液压系统确定完成,在回路的分接口安放压力机或温度计,测试各个点的数据,保证泄漏的问题,同时尽量减少故障,在测试的时候出现的问题,尽可能的改进,尽量保证万无一失。出现问题的地方进行一定的改进,主要就是压力和溶剂的损失及系统的效率问题。分析计算然后针对问题,对不合理的地方采取一定的防护措施。3.4.1液压系统的发热温升计算一般情况下功率只是额定的,不一定是实际的,分为有用功和无用功,而无用功会造成发热。工作介质为水本来就比油液更加容易发热,水温增大后,整个系统都会有影响,同时会增加泄漏,容积变小,水温升高会有水蒸气,系统元件容易生锈,密封圈和软管等更加容易生锈老化,影响系统的寿命,不仅如此,还会引起机械卡死和破坏原来的精度。对于温度升高对机器的影响都有规定,而且都有相关的国标和行标。电机的输出功率为，马达的输出功率=额定压力、每转排量以及每秒转速三者的乘积，即系统中无用功引起的整体发热功率，水箱容积为，根据计算水箱最多可容纳250Kg的水。水的比热容（一个大气压，温度20摄氏度时）。一般情况下,设备需要油散热装置,这样才能长时间工作的系统水温不会太高,这样是确保系统在正常工作的时候稳定。可以利用公式算出温升：液压系统的系统发热量水箱的散热面积散热系数（通风不良，良好时）另外水箱需要长期通风，但是水箱上面留有通风口就行,所以取，系统温升为：当控制温度在国标或行标内的话,有一定的允许范围,且通风比较好的情况下,基本上不需要散热处理。这样也保证了系统机构的简单,没有过多的元件。3.5 液压系统装置的总体布局液压系统一般分为集中式布局和分散式布局。集中式是把整个水箱,阀体控制部分或多余的元件单独放置在主机外,这样的放置方式可以尽可能的保护到系统元件,因为这样的方式本来就是放在大气中的,环境的伤害和大量的热时比较多。而分散式一般情况是将水箱,阀体或压力机之类的放在不影响系统正常工作的地方,机械设备可以移动或着本身就是移动的设备,这种情况的时候选用分散的安装方法。当然不管哪种方式要保证管道足够长,相接的管道时间久了后容易出现泄漏。而低压小流量水马达是不可以移动的,所以选用集中放置。同时元件间留有一定的空隙,为了维修的时候方便工作人员维修。3.5.1 液压阀的配置形式液压阀配置的两种配置是集成块配置和板式配置。1) 集成式配置是将阀体安装在集成块上,集成块可以当作很多元件来使用,可以作为底板来安放,也可以作为内部的油路,这种配置结构适用于元件繁多,且安装紧凑的状态下,在很多的液压系统都运用的这种集成方式。2) 板式配置是用一块板子,把元器件固定在板子上,同时用螺栓固定起来,保证元件间不会相互移动碰撞。这种那个配置可以灵活运用,一般液压试验台采用这种那个配置。3.5.2 设计集成阀块水长时间使用,容易使机构和管道内部生锈,一般合金可以防锈,所以集成阀块使用不锈钢制造。经过综合设计，阀块的长、宽、高。它对液压系统实行工况处理。3.5.3 液压零件的质量检查3.5.3.1 液压零件的外观检查和要求（1）检查液压管件液压管件使用来管路接头的材料,必须用相同规格的内外径和质量高的管道，主要就是管道与元件接口处,容易出现松动的情况,更加在维修的时候拧不下来出现生锈卡死。尘埃或者金属粉，就会把液压系统中的密封材料破坏。经常观察,用手摸一摸。（2）检查液压元件液压元件在设计的时候就要保证规格匹配,不能出现对接不上的状态。工作介质为水的情况容易生锈出现机构内部卡主的情况,密封圈也会老化之类,有阻塞物引起元件的震动等,同时工作介质在装入前更加不能被污染,污染的液压油就不要使用了，经过数据统计，很多时候都是坏于液压油的污染。集成块上各组成元件是否完整可靠。3.5.3.2 液压元件的拆装、清洗以及测试 时间久了后,毕竟元件间肯定有一定损坏,虽然设计完成装配好最好不要拆开系统的各元件,这样的话会造成不必要的损坏,比如拆下来的时候磕磕碰碰的,因为工息的要求,长时间使用,元件中的密封圈会出现多多少少的损伤,需要更换。元件的损坏在前面已经做过一定的表述。（1）液压元件的拆洗元件按安装的顺序拆开,一一排开方便安装的忙中出错,清洗完成后保证零件的干燥,可以的话用风干机风干,清洗时一般选用质量分数为的溶液，并在溶液中加入缓蚀剂,最后用水冲洗干净。在按拆卸时拍好的顺序进行装配。（2）测试 光装配好是不行的,系统还必须能够正常工作,这样才算装配成功，所以就需要对整个系统进行测试。所有的测试项目合格了,且达到标准了。才能算成功,否则对系统长期工作留下一定的隐患,还可能对人身安全造成伤害。所以元件的测试项目以下表为准。表3-3 液压元件拆卸后的测试项目元件名称测试项目水泵电机满载时的流量与压力先导式溢流阀调压状况,启闭压力,外泄露3.5.3.3 液压元件和管道安装1、液压元件的安装（1）液压泵安装 泵的位置一般安装在水平方向,保证其正常稳定工作,泵的轴线方向和电机的输出轴方向一致,尽量保证同轴度误差小于,两轴用连轴器相连接,保护电机和泵的同时,尽量不要用锤子砸上去,会影响轴的配合精度,一般情况下,用加润滑油的方式加塞进去。（2）液压控制阀安装 同样在三位四通阀安装的时候,保证轴线在水平方向,减少倾斜方向,为了保证工作介质水平的时候不会出现泄漏。进出油口处保证连接正常,没有在拧的过程中出现破裂的情况,利用螺钉将阀体固定,电磁部分安全无误。（3）管道安装管道安装的时候,注意管道不能在安装过程中出现撞裂,避开热源的地方,尽量减少管道的弯折,软管道容易打折,增加了局部压力,会破坏管道的质量。维修的检查的时候尽量简单方便,管道之间不要考的太近。3.6 液压泵站的使用与检查系统中的元件和管道安装完成后,因为工作的原因,整个系统尽可能少的出现维修。当然合理使用和安装无误的话,基本上很少有故障出现,但是总会出现披露,定期的检查和维护还是需要的,元件的故障尽量降到最低,也减少了人工的作息。3.6.1 日常使用中的注意事项注意事项如下：泵启动后工作介质的方向和声音正常后，低压的时候空转几分钟，然后在正常使用。当外部温度过低的时候,钢材料的温度更低,所以水在内部温度过低的时候不适宜启动各元件,最好先加热然后再开机。工作介质要保证干净清洁定期的将过滤器拿出来清洗或更换。液压泵的最高压力和最高转速，是指在使用中短暂时间内允许的峰值，应避免长期使用，否则将影响液压泵的寿命。3.6.2 定期点检尽可能的减少故障就需要对系统的日常检查。通过观察系统中安放的各个表了解整个系统的运行状态。表3-4 点检项目和内容点检时间项目内容启动前检查液位是否正常手动自动循环是否正常电磁阀是否处于原始状态设备运行中监视情况压力是否在稳定范围内震动,噪声有无异常水温是否在(3335)摄氏度内漏水是否漏水电压保持在规定电压的范围内表3-5 定检项目和内容定检项目内容螺钉及管接头定期紧固:10以上系统,每月一次;10以下系统,每三个月一次过滤器及通气过滤器定期检查:一般系统每月一次油箱,管道,阀板定期检查:大修时检查密封件按环境温度,工作压力,密封件材料等具体规定水污染度检查提前一周取样化验,兑换新水,1000h使用后,取样化验,对精,大,稀设备用水,经600h取样,取水样须专用容器,并保证不受污染,取油样须取正在使用的热水,不取静止水,压力表按设备使用情况,规定检查周期高压软管根据使用情况,规定更换时间4 液压辅助元件的选用以及设计4.1确定液压泵的驱动电机 电机是一个系统的动力部分,通过计算泵的额定功率和参数，然后通过查阅工程师手册,在确定选用电动机，三相异步电动机技术表如下表。表4-1 三相异步电机技术数据表型号Y100L1-4额定功率/KW2.2同步转速/RPM1500满载转速RPM1420满载电流/A5满载效率/%81满载功率因数/cos0.82额定电流7额定转矩2.2最大转矩2.34.2 液压控制阀的选择阀的规格及型式的选择普通单向阀只能一个方向的工作介质通过,另一个方向工作介质不能通过。同时要求从正向通过的时候压力损失小,反向通过工作介质密封性能好。液压单向阀的作用与普通单向阀一样,都是只能一个方向的工作介质通过,另一个方向工作介质不能通过。但是液控单向阀需要一个向上的液压力来顶住弹簧的压力,才能使工作介质在阀中自由通过。所以液控单向阀常用于液压系统的保压回路或锁紧回路。 先导式溢流阀常见结构如图所示,它们由先导阀和主阀两部分组成.先导阀为锥阀,实际上时一个小流量的直动性溢流阀,主阀为锥阀。 图4-1先导式溢流阀表4-2 先导式溢流阀的型号参数表公称通径/mm18型号BT-03-*-32调压范围/0.57.0最大流量/100重量/5换向阀内部有弹簧,利用弹簧的压力推动阀芯,阀芯相对运动,油口的通断来改变工作介质的流动方向,不同的换向阀公用都不一样。电磁换向阀阀体的俩端安装电磁铁,用来控制滑阀的得失电,方便人员的控制。在电磁铁的左端得电后,阀芯在弹簧的压力作用下处于左端位置,工作介质从左侧的油孔进入马达中,而另一条中的工作介质从右侧的油孔进入油箱,形成一个最简单的回路。在右极端位置时与之相反。选用电磁P型换向阀, 油口T封闭,油口P,A,B互通,即马达两个柱塞缸里都有压力油当泵启动后,由于油口互通形成差动连接,马达会以最快的速度形成旋转运动。同时减少工人一定的工作时间。4.3 确定过滤器长时间的使用,工作介质中会有一些杂质,会破坏内部管道,影响正常工作,就需要在泵的出口安装一个过滤器,一般情况下,低压选用纸质过滤器。表4-3 过滤器的型号参数表型号:ZU-H10*10s流量/(L/min)10额定压力/7过滤精度/10过滤精度/20压差指示器工作差/0.35初始压力差/0.08重量/kg3.3外形尺寸/mm/h193外形尺寸/mm/A118外形尺寸/mm/B70外形尺寸/mm/D88外形尺寸/mm/D173外形尺寸/mm/M27*24.4管道尺寸的确定4.4.1管道尺寸的确定 根据压力的大小去查表选取钢管,根据查表得结果选取各回路的管路的内外径。一般使用无缝钢管,无缝钢管减少了液体得泄漏,保证系统有好的流量。管道两端的同轴度要求高,减少内部的压力损失。抽水管路,出水管路,回油管路,各壁厚、。4.5水箱的设计要点设计水箱需要考虑：a.水箱的容积要远远大于系统所需要的容积值。b.与水箱相连接的管道一般放在水箱的底部,方便抽吸水。c.水箱的上方也需要有散热孔，水过热会出现水蒸气,同时不能让空气混入水中。d.水箱的上方一般都有吊钩,方便移动。 f.水箱的周边全部刷上防锈漆,时间久了生锈会引起故障。4.6 水箱容量的确定 一般情况下
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