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循环 功率 试验台 液压 系统 设计

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湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）任务书学生姓名陈涵学 号200540601110年级专业及班级2005级机械设计制造及其自动化 指导教师及职称周光永 副教授 学 院工学院 2008年12 月20 日填 写 说 明一、毕业论文（设计）任务书是学校根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求（一）毕业论文（设计）选题来源、选题性质和完成形式：请把合适的对应选项前的“”涂黑，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。（二）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（三）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（四）毕业论文（设计）的进度安排1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%，撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目循环功率试验台液压系统的设计 选题来源结合科研课题 课题名称： 生产实际或社会实际 其他 选题性质基础研究 应用研究 其他 题目完成形式毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文 主要内容和要求1.主要内容包括: 一、进行必要的设计计算二、设计油路类型三、绘制液压系统原理图，1号图纸一张四、绘制液压系统装配图，0号图纸一张五、测绘零件图，1号图纸两张六、编写设计说明书，不少于12000字2要求2.1主要技术参数：减速机开启压力1.3到5MPa加载器最大加载压力6.3MPa张紧油缸承受压力16 MPa2.2查阅资料15篇以上，翻译一定数量的外文资料；2.3辣椒切碎机设计可靠、布局合理、与各执行机构协调工作；2.4画图相当于3-4张A0图纸的工作量（包括2张以上CAD图纸）；2.5设计计算说明书1万字以上，条理清楚，计算有据。格式按湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）规范化要求；2.6设计说明书的内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；主要零件分析计算和校核；参考文献；鸣谢。注：此表如不够填写，可另加页。主要参考文献与外文资料：1 许贤良 王传礼 液压传动系统M.北京：国防工业出版社，2008年2 成大先 机械设计手册单行本-液压控制.北京：化学工业出版社 2004年3 机械设计手册单行本-液压传动与控制.北京：机械设计手册编委会 2007年4 王守成 段俊勇 液压元件及选用M.北京：化学工业出版社 2007年5 范存德 液压技术手册 辽宁：辽宁科学技术出版社 2004年 工作进度安排阶段起止日期阶段工作内容12008,12,20前选题22008，12，20下达任务书32009，1，4前查找资料，开题42009，4，14前设计计算,画图52009，4，20左右中期考核62009，4，30前完善，交设计初稿72009，5，14完善，交设计二稿82009，5，30前修改，答辩，交终稿要求完成日期：20 09 年 5 月 14 日 指导教师签名： 审查日期：20 年 月 日 专业委员会签名： 批准日期：20 年 月 日 学院指导委员会签名（公章）： 接受任务日期：20 年 月 日； 学生签名： 注：签名栏必须有相应责任人亲笔签名。此表可从教务处网站下载中心下载。循环功率试验台液压系统的设计学 生：彭海龙指导老师：戴正强摘 要：本文根据目前的循环功率试验台的发展趋势 ,提出了基于液压控制试验台的设计原则，而且介绍了一种关于循环功率液压试验台的结构、组成以及功能。根据液压系统的技术指标来对该系统进行整体方案的设计，对它的功能和工作原理来进行分析，初步确定了系统各个回路的基本结构和主要元件，按照所给的机构性能参数和液压性能参数可以进行元件的选择计算，并且通过对系统性能的验算和对发热的校核，以便满足该试验台所想要达到的要求。关键词：液压系统 液压试验台 性能参数 循环功率Cycle power test-bed design of the hydraulic systemStudent : Peng hai long Tutor : Dai zheng qiangAbstract: In this paper, the power light of the current cycle of the development trend of test-bed, hydraulic control is proposed based on the design principles of test-bed, and introduced a power cycle of the hydraulic test stand structure, composition and functions. Hydraulic system in accordance with technical specifications of the system overall program design, its features and working principle of the analysis, the initial circuit to determine the systems basic structure and major components, according to agency performance parameters and performance parameters of hydraulic components the choice of terms, through the checking system performance, and heat checking, test-bed to meet the requirements to be achieved.Key words: hydraulic system；hydraulic test bench；performance parameters；hycle power1 前言减速机是目前机械系统的重要组成部件之一，其应用范围非常的广泛，而不同用途需要的减速机，其扭矩也不尽相同。所以，准确的检测出减速机所能承受的最大扭矩已经成为其不可缺少的环节之一。检测出减速机能够承受多大扭矩的方法是：首先给齿轮加上一定的载荷，然后测定其能够运转的次数。当前，能够检测出减速机承受扭矩的试验台分为两大类，一类叫功率开放式，另一类叫功率封闭式，也叫循环功率。循环功率具有消耗功率低，并且耐用的特点，所以被广泛的采用。机械循环功率试验台其常见的形式分为扭力杆式加载和反应力矩式加载，前者所给齿轮得加载只能在静态的情况下进行，而且加载的精度低，而后者可以在运转的状态下加载，不过往往产生过大的冲击载荷，影响试验的准确性，已经不能够适应当代的测试要求。目前采用一种可以克服上述缺陷，提高动态时的加载精度，而且动态时能够可逆加载的叶片式液压加载器。循环功率试验台主要是由被测齿轮经过链条联结而组成的链传动装置，里面含有五个齿轮的齿轮箱，万向节，传动轴，转速转矩传感器，电机，叶片式加载器以及液压系统组成。循环功率试验台的原理简图如下图1：图1 循环功率试验台原理图Figure 1 Schematic of Test-table Cycle Power 1.1 循环功率传动系统 本文针对的减速机是三级行星齿轮减速机扭矩的测定。循环功率试验台具有1个齿轮箱，齿轮箱有5个不同的齿轮相互啮合传动，齿轮箱和两个由链条连接的试验齿轮之间分别由两根轴（一根是用于储能的弹性扭力轴，另一根为万向节轴）相联，减速机通过螺栓安装在产品安装座上，链轮通过螺栓与减速机外壳固定（此行星齿轮减速机外壳可转动），组成一个封闭的齿轮传动系统。当由电动机驱动该传动系统运转起来后，电动机传递给系统的功率被封闭在齿轮传动系统内，既齿轮相互啮合自相传动，重载滚子链带动链轮传动，而减速机试验台此时若在动态下脱开电动机，如果不存在各种摩擦力（这是不可能的），且不考虑搅油及其它能量损失，该齿轮传动系统将成为永动系统；由于存在摩擦力及其它能量损耗，在系统运转起来后，为使系统连续运转下去，由电动机继续提供系统能耗损失的能量，此时电动机输出的功率仅为系统传动功率的20%左右。对于实验时间较长的情况，循环功率试验台是有利于节能的。1.2 电动机的输出功率 电动机1为变频调速电机，电动机转子与定轴齿轮箱输入轴相连，电动机的输出转矩等于电动机转子与定子之间相互作用的电磁力矩，与电动机外壳（定子）相联的转矩传感器提供的外力矩与作用于定子的电磁力矩相平衡，故转矩传感器测得的力矩即为电动机的输出转矩T0；电动机转速为n，电动机输出功率为 0nT0 / 9550（）。1.3 循环系统的加载根据加载器的工作要求, 确定最大加载能力M、叶片数量、加载器油缸的直径和加载心轴的直径等参数后,就可确定所需要的液压系统的最高压力。工作时, 加载力矩与工作腔中的压力成正比, 即加载器的加载载荷与液压系统中的压力成正比, 只要调节液压系统压力的高低, 就可改变系统载荷的大小。试验台工作时，首先启动动力装置，带动变速器运转。达到额定转速后，加载器开始加载，加载到额定载荷后，系统便稳定地进行变速器的寿命试验，一般需要运行数十至数百小时不等。加载器是机械封闭试验台的关键部件，它提供试验所需要的扭矩，直接影响整个台架的性能、试验精度及可靠性。用于闭式试验台加载的方法较多，如箱体加载、联轴节加载、行星齿轮式加载和液压加载等。液压加载装置具有加载平稳，操作轻便，且可在运转中通过控制系统对加载力矩实现精细的调节等优点，因此，液压加载方式是合适的选择，将其设计成内置式能使试验台结构更加紧凑。1.3.1 内置式液压加载器工作原理根据设计要求，液压加载器最大工作压力为6.3MPa，工作最大加载扭矩为10000Nm，内泄漏量小于2Lrain，工作载荷控制在5Nm范围内。内置式液压加载器工作时，由液压系统提供的压力油进入液压加载器的A腔，再通过内叶片(与加载心轴成一体)与缸筒、外叶片(与缸筒成一体)与加载心轴之间的间隙渗透至B腔，然后回到油池，A、B腔之间存在的压力差，构成了对加载心轴的加载力矩，这对力矩经过试验台中相应部件的传递，就在被试变速器的输入和输出轴上加上了一组方向相反油池图2 内置式液压加载器工作原理图的力矩。显然，上述加载力矩与工作腔中的油压成正比，由于工作腔中的油压是可调的，因而加载力矩也是可调节的。根据加载器的工作要求，确定最大加载能力 、叶片数量、加载器油缸的直径和加载心轴的直径等参数后，就可确定所需要的液压系统的最高压力。工作时，加载力矩与工作腔中的压力成正比，即加载器的加载载荷与液压系统中的压力成正比，只要调节液压系统压力的高低，就可改变系统载荷的大小。在液压控制回路中，通过调节电磁溢流阀来控制液压系统的压力值，从而控制加载载荷。工作时，系统首先空载启动，达到额定转速后，通过控制电磁溢流阀的电流，逐步增加加载载荷，实现系统的自动加载。加载到额定载荷后，停止调节比例溢流阀，此时系统的加载载荷会稳定不变。但是有时候由于多种原因，液压系统的压力值会发生改变，从而引起加载载荷发生变动。加载器由心轴、摆动油缸和配油器组成。摆动油缸与齿轮通过螺栓连接在一起，与其它齿轮构成封闭的传动系统。心轴和摆动油缸放置在齿轮箱内，心轴轴端装有轴承，用端盖固定轴肩。防止在轴向产生移动。心轴和摆动油缸上装有叶片，它们装配起来构成如图2所示的结构。3个内叶片和3个外叶片一起，构成3个高压腔和3个低压腔。高压腔和低压腔的压力差构成了对加载心轴的加载力矩，然后通过加载心轴输出到变速器。配油器是负责加载器进油和回油的装置，放置在齿轮箱外。液压油从配油器进入心轴，然后通过心轴中的套轴进入油缸的高压腔，然后由叶片之间的缝隙进入低压腔。在低压腔的液压油则通过心轴回到配油器，最后回到油池。1.3.2 加载器的附加力矩加载器与斜齿轮通过螺栓连接在一起，在工作中，在径向产生一个附加的力矩，容易使轴与齿轮卡在一起。严重影响齿轮与心轴之间的相对转动，在试验台的调试中就出现过卡死，加不上载荷的现象。通过在加载心轴与齿轮之间、加载心轴与加载摆动油缸端盖之间加装滚动轴承，解决了这个问题。1.3.3 加载器的进油和回油加载器的进油和回油问题关系到液压油是否能够正常进入加载油缸及加载器能否正常工作。在液压加载器中，液压油通过配油器进入加载油缸，然后又从加载油缸通过配油器回到油池。配油器上开有进油口、进油腔，回油口和回油腔，另外还开了一个泄漏回油口，以收集泄漏的液压油。加载器工作时，液压油进入进油腔，从加载心轴上开的进油孔进入加载心轴，然后再进入心轴中的套轴，从套轴的另外一段再通过心轴上的孔进入工作腔。回油则从心轴上的回油孔回到心轴，然后回到配油器的回油腔，最后回到油池。1.3.4 加载器的密封为了保证加载器在工作时，能够加上载荷、或者加上后载荷要保持稳定，需要保证液压系统的密封问题。如果密封不良，系统泄漏量过大，液压加载器在给定的功率下所能够提供的载荷就会变小。因而要控制好加载器各个部件之间的密封。在摆动油缸工作时，心轴与摆动油缸只是相对转动一定的角度，相对转速不高，而且摆动油缸是内置在齿轮箱中，泄漏的油会留在齿轮箱中，所以加载心轴与摆动油缸之间，摆动油缸与其端盖之间的密封要求不高，选用0形圈密封即可。需要重点考虑的是配油器与心轴之间的密封。工作时，加载心轴的工作转速在lO00rmin以上，轴的线速度达到4m左右，如果密封选用不当，发热和磨损都会很大。该密封可以考虑间隙密封。即心轴和配油器在装配的时候配磨，保持一定的间隙(002004mm之问)，这时候虽然有泄漏，但是在允许范围之内，不影响加载器的工作。这种方式的缺点是在系统运行一段时期后，心轴和配油器不可避免地会产生磨损，问隙变大，泄漏量增大。另外可选用滑环式组合密封。在内置液压加载器中，选用的密封形式是在加载心轴上开槽，属于孔用组合滑环密封，即格来圈密封。这种形式的密封的特点有如下几个方面：摩擦系数低，使之具有优良的摩擦性能和高效率，使用寿命较长。动、静摩擦系数相同。所以起动无粘滞。结构紧凑，安装尺寸小。使用温度范围宽。运行速度较高。 最后选用的是滑环式组合密封，也即格来圈密封。在试验台的实际运行中，系统开动一段时间后，在不开冷却系统情况下，配油器的温度稳定在5O度附近，得到了满意的密封效果。图2 液压加载器Figure 2 Hydraulic Loader液压传动具有易于实现直线运动、功率质量之比大，动态响应快等优点，在工程机械、冶金、农林、实验设备、航空航天、仿真运动平台和武器装备等领域得到了广泛应用。液压传动作为动力控制与控制技术的重要部分，对工业和国防技术进步和发展起到了很大的推动作用，是现代机械的基本要素和工程控制的关键技术之一。液压加载系统能实现较大范围内比较方便地实现无级调速，体积小、重量轻、结构紧凑，易于实现过载保护。液压加载系统存在液压传动效率低、噪声大、成本高、成本高、泄露污染环境等缺点降低了它的竞争力 。为提高液压传动的核心竞争力，扩大其应用领域，因此应抓住主要的核心技术问题，改进技术，不断改进自身缺点，发挥自身优势，使液压传动创造新的活力，以满足未来发展的需要。对液压系统设计要求环保与节能并行,不仅满足环境目标,考虑回收利用率,资源,能源的有效利用率,以达到环境保护和资源优化应用的效应.从液压工业发展带来的环境污染,资源枯竭,生态破坏等诸多问题的方面来看有着重要的现实意义.要实现液压技术绿色化，液压技术必须充分发挥自身优点和借鉴其他领域的先进技术成果，对自身进行引进和创新，以提高液压元件和系统性能，降低成本，并符合节能、环保和可持续发展的要求才能保持强大竞争力和不断扩大应用领域 。 2 液压系统的工况分析已知系统正常工作时减速机开启压力为1.3到5MPa，加载器压力为4到6.3 MPa，张紧油缸压力张紧力为1800N，速度为0.01m/s。系统稳定流量是20L/min。3 拟定液压系统原理图3.1 液压系统原理图的拟订 拟订液压系统原理图的整个设计工作中最主要的步骤，它对系统的性能以及设计方案的经济性、合理性具有决定性的影响。通常情况下是，根据所要求的先分别选择和拟订基本回路，然后将各个回路组合成一个完整的系统。在选择基本回路时，既要考虑调速、调压、换向、顺序动作，也要考虑到节省能源、减少发热量、减少冲击、保证个动作的精度等问题。 液压原理图是用图形符号表示的液压系统油路结构图，它应体现设计任务书中提出的试验项目的性能要求，因此拟订液压系统原理图是整个液压系统设计中重要的步骤，其具体内容为以下几点：3.1.1 确定油路类型 结构简单的液压系统或采用节流调速的液压系统，一般采用开式油路；容积调速的系统或要求效率较高的系统，多采用闭式油路。3.1.2 选择液压回路 油路类型确定后，可根据工况图和系统的设计要求来选择液压回路。 选择工作应从对主机主要性能起决定作用的回路开始（例如：组合机床液压系统的首选回路是调速回路；磨床液压系统的首选回路是选择换向回路；压力即液压系统的首选是选择调压回路；注射机液压系统的首选回路是选择多缸顺序回路等），然后再考虑其它液压回路。 选择液压回路时，若出现多种可能方案时，宜平行展开反复进行对比，不要轻易做出取舍决定。3.1.3 确定控制方式 控制方式主要是根据主机的要求确定的，如果要求系统按一定顺序动作，可使用行程控制或压力控制。采用行程阀控制可使动作可靠；若采用电液比例控制、可编程控制器控制和微机控制，可简化油路，改善系统的工作性能，而且使系统具有较大的柔性和通用性。3.1.4 组成液压系统 把选择出来的各种回路进行综合、归并整理，增添必要的元件或辅助回路，使之组成完整的系统。整理后，务必使系统结构简单紧凑，工作安全可靠，动作平稳，效率高，调整方便和维护方便，而且尽可能采用标准元件，一降低成本，缩短设计和制造周期。液压系统原理图按国家标准（GB786.193）规定的图形符号绘制。根据所要求的试验项目现绘出系统原理图如图2所示： 图3 液压系统原理图Figure 3 The Schematic diagram of Hydraulic System4 液压系统的计算和液压元件的选择4.1 确定液压泵的压力、流量和选择泵的规格4.1.1 泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，约为0.5MPa所以泵的张紧回路工作压力为： (4.1) 减速机开启制动回路工作压力为1.8到5.5MPa，加载器回路工作压力为6.8 MPa式中 液压泵最大工作压力；执行元件最大工作压力进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5MPa,复杂系统取0.51.5MPa，本例取0.5MPa。是系统的静态压力，考虑到系统出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力应满足（1.21.6）,中低压系统取小值4.1.2 泵的流量的确定液压泵的最大流量应为： (4.2) 式中液压泵的最大流量；同时动作的各执行元件所需要流量之和的最大值；系统泄露系数，一般取=1.11.3，取=1.2。 （4.3） (4.3) (4.4)4.1.3液压泵基本规格的确定：由原理图可知系统分为三个部分，减速机开启制动压力回路，加载系统回路，张紧回路。已知系统正常工作时减速机开启制动压力为1.3到5 MPa，加载压力为6.3 MPa，张紧油缸压力为16MPa，故选用三联齿轮泵，有利于提高系统效率，节省能源。主要根据系统的工况来选择液压泵。泵的主要参数所有压力、流量、转速、效率。为了保证系统正常运转和系统的使用寿命，一般在固定设备系统中，正常工作压力为泵的额定压力的80%左右；要求工作可靠性较高的系统或者设备，系统工作压力为泵额定压力的60%左右。CBWY-F4/F4/F3系列三联齿轮油泵壳体采用高强度铝合金材料，内部结构使用了轴向间隙浮动补偿、径向平衡、DU自润滑等多项先进技术。它具有容积效率高、压力高、噪音低、抗振性强、寿命长等特点。广泛应用于叉车、装载机、挖掘机、起重机、压路机等工程机械及矿山、轻工、环卫、农机等行业。CBWY-F4/F4/F3型齿轮泵理论排量：11/11/5 mL/r 型号说明： 产品代号 CBWY 压力等级 F: 20Mpa 齿轮模数 4 ,3 前泵公称排量11(mL/r) 中泵公称排量11(mL/r) 后泵公称排量5(mL/r) 安装形式 A: 菱形法兰 油口形式 F: 法兰联接 轴伸形式 : SAE花键 旋向 L: 左旋 （逆时针） R: 右旋 （顺时针）（省略）额定压力：20MPa最高压力：25MPa最低转速：800 r/min额定转速：2500r/min最高转速：3000 r/min容积效率：92/92/90（%）重量：9.6Kg4.2 与液压泵匹配的电动机的选定试验台在实验过程中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。因为三相异步电动机具有结构简单,运行可靠,便于维护,价格便宜等优点,故在本设计中选用三相异步电动机.在此选用的Y系列三相异步电动机.其主要特点:效率高,耗电少,性能好,噪音低,振动小,体积小,重量轻,运行可靠,维护方便,绝缘等级为B级,外壳防护等级为IP44,冷却方式为IC0141.该电动机在环境温升不超过40度的,海拔不超过1000m时定子绕组用电阻法测量温升不超过80度.电机额定压力380V,额定功率为50HZ。(4.5)按计算式中 pN液压泵的额定压力，Pa； qN液压泵的额定流量，m3/s； 液压泵的总效率；低压泵所需电机功率: （4.5） （4.6） 高压泵所需电机功率: （4.6）（4.7）电机所需总功率为：23.61+4.17=11.39(KW) 选电机的额定功率为15KW。主油泵配用电机型号：Y160M2-2。该电机性能如下：额定功率：4KW同步转速：3000r/min满载转速：2930 r/min额定转矩：2.0Nm电压：320V4.3 液压控制阀的选择选择阀的规格时根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。电磁溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间过流量。4.3.1 电磁换向阀根据要求选用电磁换向阀型号：34EOH10BT和24EJH10BT。此种类型的阀是用电磁铁直接切换液流方向的控制阀。34EOH10BT型牌号的含义如下。位数为3位；通数为4通；电磁换向阀；公称通径为10mm；滑阀机能为O型；复位形式为弹簧复位及对中。24EJH10BT型牌号的含义如下。位数为2位；通数为4通；电磁换向阀；公称通径为10mm；滑阀机能为J型；复位形式为弹簧复位及对中。换向阀的部分技术规格如下：最高工作压力：31.5MPa；流量：40L/min。4.3.2 先导式溢流阀DB/DBW型溢流阀具有压力高，调压性能平稳，最低调节压力盒调压范围大等优点。DB型阀组要用于控制系统压力；DBW型电磁溢流阀也可以控制系统的压力并能在任意时刻使之卸荷。设计调节泵的出口压力为5MPa，查设计手册及样本资料选择溢流阀型号:先导式溢流阀DBW25A-HaE24V和DBW25A-HcE24V。4.4 单向阀的选择单向阀一般有两种用途：一种适用于液压系统中防止油液反向流动，其开启压力很小，约为3.5bar；另一种是设在系统中的回油管路，使回油管路保持一定背压，既所谓的背压阀，增加执行元件的运动平稳性，其开启压力值需根据具体要求来确定一般约为3.5bar。对单向阀在性能上的要求是：（1）正向开启压力小；（2）反向泄露小（3）通时压力小单向阀有直通式和直角式两种。本系统选用直通式单向阀。单向阀选型：1.确定系统三个回路最大压力分别为5MPa；6.3 MPa；16 MPa2.确定三个回路最大流量分别为27.5L/min；27.5L/min；12.5L/min。选单向阀的型号为：S10A520；S10A520；S8A520。4.5 压力继电器的选择压力继电器是将某一定值的液体压力信号转变为电气信号的元件。压力继电器一般分为滑阀式、弹簧管式、膜片式和波纹管式四种结构形式。根据加载器油路和张紧油缸回路的压力和流量选择S型压力继电器。型号分别为ST-02-B-20，ST-02-H-204.6 压力表的选择本液压系统中，我们共用了3个压力表来测量系统中不同部分所需要的压力，这三部分压力可以大体表明该系统当前的工作状况，在此选择的压力表为：加载器入口处和减速机制动开启处压力表压力范围选010MPa，另外1个压力表测压力范围为020MPa的压力表，其技术参数见下表1：表1 压力表型号Table 1 The model of pressure gauge 型号 公称直径（mm） 接头螺纹 精度等级Y100 100 M20 1.54.7 密封件的选型设计在液压系统及液压元件中，密封装置用来防止工作介质的泄露及外界灰尘及异物的侵入，其中起蜜蜂作用的元件即密封件。本系统中的密封件均选用D型密封圈，其截面为圆形。材料为合成橡胶，是液压工程中使用最普遍的一中密封件，只要用于静密封及滑动密封。D型密封圈与其它密封圈相比，具有以下优点：（1）密封性能好，寿命长；（2）用量少，单圈即可对两个方向起密封作用；（3）摩擦阻力较小；（4）对油液温度和压力的适应性好；（5）体积小，重量请，成本低；（6）密封部位结构简单，占用空间小，拆装方便；（7）即可作为静密封，也可作为动密封使用。4.8 蓄能器的选择蓄能器是一种储存压力液体的液压元件。为了使储存的液体保存一定的压力，就需在它的边界作用一定的外力（或称对液体加载）。当系统需要时蓄能器所储存的压力液体在其加载装置的作用下被释放出来，输送到系统中去工作；而当系统中的工作液体过剩时，这些多余的液体，又会克服加载装置的作用力，进入蓄能器储存起来。因此蓄能器既是液压系统的辅助液压源，又是液压系统多余能量的吸收存储装置。蓄能器分为气瓶式蓄能器、活塞式蓄能器、气囊式蓄能器，本系统中采用气囊式蓄能器。根据系统采用蓄能器是为了进行压力补偿，查样本资料知可按下式计算得出其型号。V=Q.t. （4.8）式中 Qq ；T保压时间；安全系数取q=0. /min； t=60min； =1.2；V=Q.t.=0.05601.23.6L （4.9）根据机械设计手册选定蓄能器容量为4L，型号：NXQA-4/10-L-H同理，仅将q=0.002L/min可得张紧油缸回路所用蓄能器容量V =1.44L。根据机械设计手册选定蓄能器容量为1.6L，型号：NXQA-1.6/20-L-H。图3所示为气囊式蓄能器，右下图为蓄能器职能符号。图5 气囊式蓄能器Figure 3 airbag Accumulator蓄能器容量10L,最大工作压力25.6MPa,实际工作压力小于25.6 MPa,痰气充气压力68 MPa.现场安装后,使用以前先充气.低于24 MPa试验压力时氮气充气压力为6 MPa.未充气前,关闭蓄能器安全阀块上的蓄能开关,长时间不用时,应关闭开关,打开回油开关,放出蓄能器的油夜.蓄能器安全阀型号:SAF10M12T210A,安全阀上的溢流阀调定压力小于32 MPa.在做液压泵试验时不用蓄能器,务必关闭蓄能器开关.做伺服系统试验时需要蓄能器时,开启安全阀上的开关,氮气充气压力一般是最大试验压力的四分之一,或者根据实际要求自行计算设定。4.9 液压油的选择正确、合理地选择及使用液压油，可提高液压设备运行可靠性，延长元件和系统的使用寿命，保证设备安全，防止事故发生。4.9.1选择液压油的方法：（1）液压件：液压泵是对液压油的黏度和粘温性能最敏感的元件之一，因此将系统中泵对液压用油的要求作为选择液压油的重要依据（有伺服阀的系统除外）。（2）系统工况。（3）油箱大小：油箱越小对油的抗氧化安定性、极压抗磨性、空气释放性和过滤性等要求就越高。（4）环境温度：针对工程机械的环境温度特点，选用液压油。若工作温度在以下时，选用普通液压油；如果设备须在很低的温度下启动时，选用低凝液压油。工作压力高时，选用黏度高的液压油，因为解决高压时的泄漏问题比克服其黏阻优先；当工作压力较低时，选用低黏度的油；环境温度高时，应采用黏度较高的油；反之，应采用黏度较低的油。（5）液压油的最后确定。液压油初步选定后，还须注意核查其货源、黏度、质量、使用特点、适用范围，以及对系统和元件材料的相容性，看各项指标是否能完全满足使用要求。（6）经济性。要综合考虑液压油的价格、使用寿命，以及液压系统的维护、安全运行周期等情况，着眼于经济效益好的品牌。由此在本系统中选用抗磨液压油YA-N32, 运动黏度。4.9.2 用油时应注意事项：（1）开机前检查油位，检查各油路的开关是否处于正确的待机状态。（2）待转动分钟左右，检查液位计油中是否有气泡存在。若是新车或新换的液压油，待转动时油标中出现气泡正常，待气泡消失，才能允许机器作业。（3）密切注意油的温度。当机器工作一段时间后，如果油温偏高最好能停机休息，待油温正常后再重新工作，以延长系统与油的使用寿命。（4）应注意液压系统的各种参数数值是否正常，还须注意系统外部特征声响。若系统中进气、有水或油路不畅等，都会发出异响，同时仪表的读数波动或显示值不正常，此时应及时停机、排查。（5）定期过滤液压油。使油中杂质颗粒控制在规定的范围内。（6）定期更换液压油。按照机器说明书的要求，定期换油，同时更换滤油器。有条件检测的，应根据其结果判定是否换油，还可以根据机器使用场地和系统要求，制定换油周期，并将换油周期纳入设备技术档案。（7）换油时注意：新油和旧油尽量同一牌号同一规格，或使用系统中规定的油液牌号并符合规定的指标。5 管路的设计 管路是液压系统传递工作介质的各种油管的总称。管接头用于油管与油管或油管与液压元件之间的连接。为保证液压系统工作可靠，管路及管接头应有足够的强度，良好的密封，其压力损失要小，装拆要方便。5.1 油管类型的选择：液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。(1)钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。(2)铜管：紫铜管工作压力在6.5MPa10MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。(3)软管：用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.58MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。为保证本液压系统工作可靠，管路应有足够的强度，良好的密封，其压力损失要小，拆装要方便。本系统采用无缝钢管连接。管路按其在液压系统中的作用分为主管路、泄油管路、控制管路和旁通管路，因为泄油管路和控制管路集中在集成块中，所以这里的管路主要是指主管路而言。5.2 确定管路尺寸油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口而定。现只计算三联齿轮泵的出口吸油油路的管径。压力油管的允许流速为4.5/s，则内径d为 （5.1） 按标准规格选取管子为20mm2.5mm。材料：20钢；供货状态：冷加工/软（R）；b=451MPa；安全系数n=6，验算管道壁厚为： （5.2） 管壁的选取值大于验算值。式中 P管道内最高工作压力（MPa）；管道内径；管材许用应力（Pa）。（ ;管材抗拉强度，Pa；安全系数，因工作压力不同而异：时，=8；时，=6；时，=4。对于铜管，取。）5.3 液压管路的连接：液压管路的连接有焊接、螺纹连接和法兰连接三种。焊接连接成本低，不易泄漏，不需管路配件，因此在保证安装和拆卸的条件下，应尽量采用焊接连接；螺纹连接适用于管径较小的油管，管路旋入端的连接螺纹采用国家标准规定的普通细牙螺纹和米制锥螺纹，米制锥螺纹常应用于中、低压系统中，普通细牙螺纹广泛应用于高压系统；当油管直径较大时，应采用法兰连接。本系统为简化采购、便利施工，绝大部分采用无缝钢管，不方便安装走管之处采用软管。常用的管接头有卡套式管接头、扩口式管接头、焊接式管接头、钢丝编织(缠绕)胶管接头、快换管接头、三瓣式高压胶管接头和活接头等。卡套式管接头适用于油、气及一般腐蚀性介质的管路系统，工作压力为(1640)Mpa，这种管接头结构简单、性能良好、重量轻、体积小、使用方便、不用焊接，是较为理想的管路连接件；焊接式管接头适用于以油为介质的管路系统中，工作压力为32Mpa，这种管接头结构简单、耐压高、密封性能好，但是安装时焊接工作量大，装拆不便；活接头结构简单、连接方便、体积小、重量轻，价格低廉，是一种较好的管路连接件。本系统采用卡套式管接头，小部分地方采用变径式管接头。5.4 集成块的设计系统中一个插装式节流阀，四个插装式单向阀，一个插装式溢流阀若将其直接固定在油箱上，很难固定，为简化系统的管路并使整体结构紧凑，设计一个通道块，具体设计工艺应考虑以下几个方面：（1）油口的直径应满足流量要求，可取13mm。（2）油口的连接方式，本设计采用板式连接。（3）油口的密封，采用O型密封和Y型密封。（4）油口之间的壁厚不能小于5mm。（5）整个块的四角应有螺栓孔。6 系统的性能验算为了判断液压系统的设计质量，需要对系统的压力损失、发热温升、效率和系统的液压冲击等进行验算。液压元件规格型号和管道尺寸确定之后，计算系统的压力损失，计算系统压力损失的目的是为了正确确定系统的调整压力和分析系统设计的好坏。压力损失包括：油液流经管道的沿程压力损失、局部压力损失和流经阀类元件的压力损失，总压力损失如果计算出来的比在初选系统工作压力时粗略选定的压力损失大得多，应该重新调整有关元件、辅件的规格，重新确定管道尺寸。现只计算系统中流量最大，管路较长的泵到张紧油缸管路的压力损失。已知该液压系统中进油管的内径为15mm，进油管道的长度为：。采用普通液压油YAN32，工作温度下的粘度，油的密度。6.1沿程压力损失的验算液压油管内流速为： （6.1） 式中 管道中液体的流速（）；管道内径（）；L管道的长度（）。管道流动雷诺数Re为： （6.2） 式中 Q管道流量（）；d管道内径（）；运动黏度（）。，可见油液在进、回油路的油液均为层流，查机械设计手册知其沿程阻力系数为进油管道的压力损失为： (6.3)额定流量下有关阀的局部压力损失：单向阀为0.2MPa；电磁换向阀为0.3 MPa。管接头、弯头、相贯孔等的局部压力损失很小，不计算。加载时泵至加载器德管路系统总压力损失进回油管路压力损失+局部压力损失 （6.4）以上算得的数据与系统设计时的参数相差很小，因此，无需更改设计参数。加载系统的调整压力（即安全溢流阀的调整压力） ： （6.5）6.2 系统发热验算系统内部的能量损失，如液压泵和执行元件的功率损失、溢流阀的溢流损失、液压阀及管道的压力损失等都是系统发热的来源。这些能量损失转换为热能，使油液温度升高。油液的温升使粘度下降，泄漏增加，同时，使油分子裂化或聚合，产生树脂状物质，堵塞液压元件小孔，影响系统正常工作，因此必须使系统中油温保持在允许范围内。由于减速机开启制动回路和张紧油缸回路在工作循环中的时间不长，而试验时加载器处于长时间的工作状态。故现只计算加载器回路的发热量。油泵损失所产生的热量：（6.6）式中 P油泵输入功率=；油泵总效率，取；P油泵实际出口压力（Pa）；q油泵实际流量（）。通过阀孔时的发热量：其中以泵的全部流量流经溢流阀返回油箱时，功率损失为最大 .7 （6.7） 式中 P溢流阀的调整压力（MPa）；Q经过溢流阀流回油箱的流量（）。由于油路及其他损失所发生的热量：此项发热量包括很多复杂因数，由于其值较小，和管路散热的关系，故在计算时常予忽略，一般可取全部能量的，即 （6.8） 总发热量为： （6.9）7 液压站的设计液压泵站是液压系统的动力源,它向系统提供一定压力,流量和清洁度的工作介质,是液压系统的重要组成部分.其由液压泵、电动机、油箱、溢流阀等构成.液压泵站有多种分类:(1)按泵组的布置方式可分为上置式、柜式和非上置式;(2)按泵组的流量特性氛围定量型和变量型;(3)按液压泵站的规模分单机型、机组型和变量型.本设计中的空间比较充足,故采用上置式液压泵站.而且,采用上置式液压泵站还能有效的吸入性能,降低装置的高度,便于维修.油源装置：油源装置包括油箱、冷却、温度监测、液位监测等安装在油箱上。吸油滤油器安装油箱下部。油源装置向液压泵源提供油源提供系统的控制油，对油液冷却、过滤、监控油液温度，当温度达到需要冷却的温度值时开启水冷，当液位低于警戒线时，报警并保护。7.1 液压油箱的设计油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。其形式有开式和闭式两种：开式油箱油液液面与大气相通；闭式油箱油液液面与大气隔绝，其中开式油箱应用较多。液压系统中的油箱有整体式和分离式两种。整体式油箱利用主机的内腔作为油箱，这种油箱结构紧凑，各处漏油易于回收，但增加了设计的制造的复杂性，维修不便，散热条件不好，且会使主机发热变形。分离式油箱单独设置，与主机分开，减少了油箱发热和液压源振动对主机工作精度的影响。本设备中液压油箱采用钢板焊接的分离式液压油箱。在设计油箱时应考虑到：(1)油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的80%。(2)吸箱管和回油管的间距应尽量大。(3)油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。(4)注油器上应装滤网。(5)油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。7.1.1 液压油箱的外形设计根据经验，油箱有效容积（即液面高度只占油香高度80%使的油箱容积）一般为液压泵每分钟流量的37倍。对于行走机械和设置冷却装置的设备，油箱的容量可小些；对于固定设备，空间、面积不受限制的设备，则应采用较大的容量。油箱中油液温度一般推荐，最高不应超过，最低不得低于。对于工作机及其他固定设备，工作介质允许在范围内。油箱容量的大小可以从散热角度设计，计算出系统发热量和散热量（加冷却器时，再考虑冷却器散热后），从热平衡角度计算出油箱容量。液压系统的验算初始设计时，先按经验公式确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。油箱容量的经验式为式中 液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）；经验系数（冶金机械=10）。本设计液压站中，按油箱容量的23倍设计原则，,按JB/T79381999规定，选择标准值容量为160L的油箱。需设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸的高、宽、长比1：1：11：2：3为提高冷却效率，在安装位置不受限制的时候，可将油箱的容量予以增大。7.1.2 根据系统的发热和散热确定油箱容积为了简化计算，只考虑液压泵和溢流阀的散热量。当达到热平衡时，系统的平均温度t1（）为 （7.1）式中 t2环境温度，； H系统一个循环内的平均热量；K为散热系数(W/m2)，当周围通风很差时，K89；周围通风良好时，K1420；用风扇冷却时，K2025；用循环水强制冷却时的冷却器表面K110175；A为散热面积(m2)，当油箱长、宽、高比例为111或123，油面高度为油箱高度的80%时，油箱散热面积近似看成A0.065 (m2)，系统为液压试验系统，一般取t2=20。油箱的散热面积应选择经验公式： （7.2）式中 V油箱的有效容积，取V=160L。则： （7.3） 由于设计系统的冷却方式为水冷却型，所以选择油箱的总散热系数为K=150.根据系统的已知条件和设计计算的结果，将数值带入系统热平衡计算公式（7.1）得： （7.4） 本系统为一般高压液压系统，其正常工作温度查机械设计手册得到。正常工作温度：3055；允许最高温度：5565；允许温升：2530；根据计算结果t1=33.8，则t=13.8。故初始设计的油箱容积蛇符合温升要求的。根据油箱的散热条件要求，以及所选定的公称容积确定油箱高、宽、长之比为1：1：1.5=a：b：c,故得到 （7.5）得a=405.5mm，圆整得a=410mm，b=365mm，c=508。7.1.3 液压油箱的结构设计 （1）隔板 作用：增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质、分离、清降水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。 安装形式：隔板的安装形式有多种，可以设计成高出液压油面，使液压油从侧面流过，还可以把隔板设计成低于液面，其高度为最低油面的2/3，使液压油从隔板上方流过。此设计采用把隔板设计成低于液面，其高度为最低油面的2/3。 过滤网的配置 过滤网可以设计成将液压油箱内部一分为二，使吸油管与回油管隔开，这样液压油可以经过一次过滤。过滤网通常使用50100目左右的金属网。（2）吸油管和回油管 回油管出口 回油管出口有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种形式，本设计采用45斜口。为防止液面波动，可以在回油管出口装扩散器。回油管必须放置在液面以下，一般距液压油箱底面的距离大于300 ，回油管出口绝对不允许放在液面以上。 回油集管 单独设置回油管当然是理想的，但不得已时则应使用回油集管。对溢流阀、顺序阀等，应注意合理设计回油集管，不要人为地施加背压。 泄漏油管的配置 管子直径和长度要适当，管口应在液面之上，以避免产生背压，泄漏油管以单独配置为好，尽量避免与回油管集流配置管的方法。 吸油管 吸油管前一般应设置滤油器，其精度为100200目的网式或线隙式滤油器。滤油器要有足够的容量，避免阻力太大。滤油器与箱底间的距离应不小于20 。吸油管应插入液压油面以下，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。 吸油管与回油管的方向 为了使油液流动具有方向性，要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管用隔板隔开。为了不使回油管的压力波动及吸油管，吸油管及回油管的斜开口方向应一致，而不是相对着。 （3）防止杂质侵入为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全封闭型的。在结构上应该注意以下几点： 不要将配管简单地插入液压油箱，这样空气、杂质和水等便会从其周围的间隙侵入。同时应尽量避免将液压泵及马达直接装在液压油箱盖上。 在接合面上需衬入密封填料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的气密性。例如液压油箱的上盖可以直接焊上，也可以加密封垫（1.5 厚以上的耐油密封垫）进行密封。 顶盖 在液压油箱顶盖上装设泵、马达、阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。液压油箱同它们的接合面要平整光滑，将密封填料、耐油橡胶密封垫圈（厚1.52mm左右）、以及液态密封胶（耐油性、半干燥性）衬入其间，以防杂质、水和空气侵入，并防止漏油。同时不允许由阀和管道泄露在箱盖上的液压油流回液压油箱内。清洗孔 液压油箱上的清洗孔，应最大限度地易于清扫液压油箱内的各个角落和取出落入油箱内的元件。杂质和污油的排放 为了便于排放污油，液压油箱底部应作成倾斜式箱底，并将放油塞安放在最低处。图5 液压油箱底面的构造Figure 5 the structure of the hydraulic tank bottom（5）液面指示 为观察液压油箱内的液面情况，应在箱的侧面安装液面指示计，指示最高、最低油位。液面指示计可选用带温度计的。（6）液压油箱的起吊 对液压装置而言，从工厂装配开始，到最终送到用户。要经过反复装卸，所以在液压装置整体上或阀块上应装设吊钩、吊环螺钉或吊耳环。（7）液压油箱的防锈 为了防止液压油箱内部生锈，应在油箱内壁涂抹耐油防锈涂料。（8）液压油箱的加热与冷却 为了提高液压系统工作的稳定性，应使系统在适宜的温度下工作。液压温度一般希望保持在3050 范围内，最高不超过60，最低不低于15。对于工作机及其他固定装置，工作温度可允许在4055范围内，对于移动式小型装置，例如装在车辆上工程机器等之上的油箱其最高工作温度允许达65。在特殊情况下允许答85，对于高压系统，为了避免漏油，推荐不超过50。加热 寒冷地区因温度低，液压泵启动困难，需首先加热。冷却 液压系统工作时，因各种损失，有时使液压油液产生大量的热量，直接影响系统的正常工作，这些热量单凭一般的液压油箱的散热是不够的。因此，需设置冷却设备。液压系统中冷却器的常用冷却方式有风冷和水冷两种。 在液压泵型式试验中，油温是一个重要的试验条件，所以在设计系统的时候就必须使液压油温度可调和恒温控制，也就是进行热平衡计算，使试验过程中的发热功率与散热功率相平衡，考虑到恒温控制和可靠性，选择冷却器时，应使冷却器散热功率等于或大于系统发热功率，再加上油箱的散热功率就能保证