毕业设计（论文）-振动压路机系统设计.doc

燕山大学本科生毕业设计(论文)本科毕业设计(论文)振动压路机系统设计燕 山 大 学2013年6月 本科毕业设计(论文)振动压路机系统设计学 院：里仁学院 专 业：09液压2班 学生 姓名： 学 号：091101011490 指导 教师： 答辩 日期：2013.6.16 燕山大学毕业设计任务书学院：机械工程学院 系级教学单位：机电控制工程系学号091101011490学生姓名李建伟专 业班 级09液压2班题目题目名称振动压路机系统设计题目类型理工类题目性质工程模拟题目来源自拟主要内容设计内容：液压控制系统设计，泵站，阀台三维设计（SolidWorks, Pro/E）； 设计指标：工作质量9300kg：前轮分配质量 4900kg：后轮分配质量 4400kg振动轮静线载荷 230N/cm：速度 0-24km/h：振动时激振力 198Kn（大振幅）/93Kn(小振幅)：振幅 1.74mm/0.82mm：振动频率 30Hz发动机型号 F6L912：额定功率 82kw/(2400r/min)：补油系统压力 1.2-1.5MPa：行驶系统压力 0-35MPa：振动系统压力 0-14MPa转向系统压力 0-14MPa基本要求液压系统原理图 A1液压泵站装配图A0，液压阀台装配图A0，液压集成块设计图 A0；液压缸装配图 A1。阀台三维设计；图量不少于A04 ；设计计算说明书不少于2万字；5、英文翻译不少于5000汉字。参考资料1、液压传动、液压元件、液压工程手册；2、网上下载的科技论文。周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容熟悉题目；借阅参考书；参考资料消化；文献综述、开题报告。电液总体方案设计；液压系统设计计算、元件选择；液压原理图。液压泵站装配图；液压阀台装配图。阀台三维设计；外文资料翻译。设计计算说明书撰写；审图、改图；准备答辩；毕业答辩。指导教师：刘思远职称：讲师 2013年3月4日系级教学单位审批：姜万录 2013 年6 月 16 日摘要随着振动压实理论的逐步完善以及新的压实技术和控制技术在压路机中的应用，新型振动压路机的研究逐渐显出其重要性及必要性。本次毕业设计的主要任务是设计一种全新的振动压路机的振动轮结构，使其能够实现无级变幅变频。设计中，通过变量泵-定量马达组成的调频系统就能够实现振动的变频，因此，无级调幅机构为本设计的重点。本设计为一种新型结构的振动轮，关键部分为振动位于轮中心的振动激振器，这部分结构加上液压缸的综合应用，改变两偏心块的相对角度来改变有效振幅,便实现了振动轮振动的无级变幅。除了振动轮参数的设计计算部分，本文还包括了对课题研究意义的分析，以及对本领域目前发展情况的研究讨论。关键词：振动压路机， 振动轮， 无级调频， 无级调幅AbstractIn the iron-making process of the blast furnace, the iron notch drill is responsible for opening the door of the blast furnace.Its steady work can promise the opening of the door in time,which insures the out-flow of iron ample .once the iron notch drill is not in itself,it will not ensure the shape of the iron-door and the quatity of flow .Suppose it is destroyed,it is difficult and time-waste to choose other methods,furthermore,the iron will not appear in time.As a result ,the iron notch drill is one of the most important device before the blast furnace. The iron notch drill is divided into three types:pneumatics,hydraulics and electronics.Among them,the hydraulic ones function is strong,with lower noise and smaller volume.Thus the hydraulic ones are bound to be the replacement of others.in the supermarket,the iron notch drill that has been made is less automatic,with much operration of paople,and it is not good for operation. The iron notch drill that I design is more automatic,there are 5 parts in them:the principle diagram,the integrated blocks,the assembly ,the tank and the hydraulic pump station.Keywords the iron notch drill;the hydraulic system;the door of blast furnace第一章 绪论 目 录摘要错误！未定义书签。AbstractIII第1章 绪论31.1 课题的意义错误！未定义书签。1.2压路机发展路程及国内外发展状况错误！未定义书签。1.3本章小结3第2章 液压系统原理设计32.1系统的主要参数错误！未定义书签。2.2液压系统的设计32.3拟定液压控制回路错误！未定义书签。 2.4系统设计计算错误！未定义书签。2.5 本章小结3第3章 液压系统的计算和元件选型33.1液压泵的选用准则33.2 阀类元件的选择错误！未定义书签。3.3液压附件的选择错误！未定义书签。3.4本章小结3第4章 集成块的设计34.1集成块的概念34.2阀块的空间布局34.3阀块的设计思路34.4集成块设计的步骤34.5设计的集成块图34.6 本章小结3第5章 液压泵站的设计35.1 泵装置的设计3 5.2 油箱的设计35.3 管路的设计35.4 泵站绘制错误！未定义书签。5.4 本章小结3第6章系统的安装和维护36.1系统的安装、试压和组成35.1 系统的使用和维护35.1 本章小结3结论3参考文献3致谢3附录1 开题报告错误！未定义书签。附录2 文献综述3附录3 外文译文及原文III第一章 绪论1.1课题的意义振动压路机施工工程施工的重要设备之一，用来压实各种土壤、碎石料、各种沥青混凝土等。在公路施工中，多用在路基、路面的压实，是筑路施工中不可缺少的压实设备。根据振动压路机工作原理、结构特点、操作方法和用途等的不同，有不同的分类方法。按振动轮内部结构可分为：振动、震荡和垂直振动。其中振动又可分为：单频单幅、单频双幅、单频多幅、多频多幅和无级调频调幅。可见，振动轮是振动压路机的核心工作机构。根据振动压实原理中的土的共振学说，当激振频率与被压实土的固有频率相等或非常相近时，振动压实的效果最佳。而当振动压路机在不同土壤上工作时，土的固有频率是变化的，这样若压路机的振动频率是固定的或是只有有限档位的，就无法在每一时刻都保证最佳的压实效果。于是，研究振动压路机的振动轮变频的实现，就是为了在不同土壤上工作时都能自动达到共振，将土如期压实。关于振幅，根据重复冲击学，为了增大机械在与土接触前一瞬间的动量，就需要振动轮有较大振幅和增大振动部分的质量。而根据内摩擦减少学说，为了使振动轮在振动过程始终保持和土的接触，又需要振动轮的振幅很小，使其不脱离地面。同时，压实时振动轮进行浅层振动或深层振动所需要的振幅大小是不同的。因此振动压路机也应有变化的振幅。1.2压路机的发展历程及国内外发展概况1.2.1压路机的发展历程振动压路机发展的时间并不长，1930年德国人最先使用了振动压实技术，并于1940年成功的发明了拖式振动压路机。世界压路机发展已有上百年的历史。振动压实技术和振动压路机的出现，彻底改变了压实效果简单依靠重量或增大线压力的方式。随着振动压实理论研究的不断深入，振动压路机产品的规格品种也越来越多。目前，世界上生产压路机的主要国家有德国、瑞典、美国、日本等。全世界主要压路机制造企业有100家左右，德国、日本各有20来家，美国有几十家，其余主要分布在瑞典、前苏联等国。全世界1987年产量达20000多台，以后多年来一直保持在22000-25000台之间。进入90年代后有较大的增长，现在已达5万台左右。一直保持第一位的是德国宝马，占国际市场23%左右。第二位是瑞典戴纳帕克，占20%左右。其它的主要制造企业还有德国的凯斯-伟博麦士，美国的卡特皮勒、德莱塞、英格索兰，日本的酒井重工、小松制造所、川崎重工等。1.2.2国外的变频变幅发展概况步入20世纪末期以来，几乎世界上的一切事物都在跟踪新的技术革命。电子技术和计算机的应用带给压实机械的是一场控制革命。目前， 国外最先进振动压路机的振动性能参数已能根据被压材料物理机械性变化， 自动选择最佳振动频率和振幅， 从而可获得良好的作业效率和压实质量。表1.1为几种双钢轮压路机的振动频率与振幅。表1.1 几种双钢轮压路机的振动频率与振幅德国宝马（Bomag）公司以首创动调幅压实系统而再一次确立了其世界压实机械的领先地位。这种智能系统能根据被碾压物料密实度的变化自动选择适宜的振幅、以优化激振力的输出，从而能消除材料出现压实不足或过压实现象，提高了压实度的均匀程度，并且避免振动轮跳振引起的骨料破碎和机器损伤。 宝马公司的自动变幅控制系统有Variomatic和Variocontrol两种结构。前者用于控制两根水平面安装的反向旋转双轴激振机构，配置在双钢轮振动压路机上。后用于控制一根固定轴上装有两组反向旋转的偏心块激振机构，配置在单钢轮振动压路机上。在振动压实过程中，地面对钢滚轮的反作用力经传感器检测后传输给数据存储和处理系统，信号经运算后将指令发给相应的调节机构，用以改变两组偏心块（或偏心轴）的相位角，从而达到自动变幅的目的。该系统从垂直振幅的最大值调整到“0”的反映时间不超过1秒钟，对于频繁变化的土工材料所组成的铺层，可以迅速对压实功能进行适应性调节。 宝马公司为了满足高密实度精度的使用要求，研制出了双钢轮自动控制压实系统“Variomatic ”，简称BVM。该系统的特点是能自动判别和控制所需压实力的大小，也可称自动调幅压实系统。其主要工作装置由两根反向旋转的轴组成，如图1.1所示，工作时旋转产生的离心力经几何叠加形成定向振动，定向振动系统是BVM 的基础。BVM 系统的独到之处是振动方向可变化， 它能自动调节定向振动的施振方向，在压实过程中可根据压实面刚度的变化或压路机的行驶方向的变化调节施振方向，从而达到调节振幅的目的。1.传动齿轮 2.振动偏心轴图1.1 宝马压路机BVM原理图美国英格索兰公司（INGERSOURAND公司）的DD一130双钢轮串联式振动压路机，在每个振动轮中都具有自动反向的偏心装置可实现722516330 kg八种不同的激振力输出，基本上可以满足所有土壤类型路面的碾压需要。此外，诸如水平振动压实技术是利用土壤力学中交变剪应变原理使土壤等材料的颗粒重新排列来进行密实的，德国HAMM公司首先根据这一原理开发出了振荡压路机。它利用两根偏心轴同步旋转，产生相互平行的偏心力,形成交变扭矩，使振动轮产生振荡的作用，形成对地面的压实。为了增强压实效果和提高压实效率国外一些产品还普遍采用了超高频振动技术，振动频率超过了4OOO d/min使压路机迅速达到所需密实度的高输出力，可有效提高压实的速度。1.2.3国内的发展概况国内一些压路机制造企业及科研机构在上世纪九十年代就开始研究无级变幅振动轮。其中，徐工研究院利用行星轮原理设计出具有无级调幅功能的振动轮，理论上采取改变两个偏心块的相位角的方式实现振动轮的定向振动，并找到该振动轮振幅的变化规律，水平振幅是关于偏心块相位角的正弦函数，垂直振幅是关于偏心块相位角余弦函数。该机构获得国家专利。该机构采用比例阀-齿条油缸组成的调幅液压控制系统，利用PID和PWM控制原理，设计出由可编程逻辑控制器为核心的控制系统，并编写控制程序。控制系统根据密实度计给出的振幅值进行脉冲宽度调制，利用调制后的信号控制比例伺服阀，以此来控制进入液压油缸中液压油的流量，达到调节液压缸位置的目的，从而控制了工作机构中两偏心轴的相对位置，也就达到了调的目的。调幅系统齿条液压油缸的动力油来自振动系统，因为振动系统回路中的高压、低压不是固定的，所以通过换向阀实现选择功能，又因为振动回路高压油压力过高，还必须经过减压阀的减压，然后才供给调幅油路使用。为保持油缸的稳定，增加液压锁。随着液压控制、计算机控制和检测技术在工程机械领域的应用以及压实度仪的出现，智能振动压路机的研制逐渐成为一个热点，我国企业着手进行这方面的研究工作，也己经取得了一定的成绩。由厦工集团三明重型机器有限公司研制的“YZC12智能化串联式振动压路机”为国内首创，可用于各种路基和路面土方的压实。该种压路机施工时能够根据物料的密实度变化自动选择最佳的振幅以达到最高的效率，亦因此达到更好的压实效果和更高质量的表面处理，此种压路机能监测密实度的适时状况并自动调整振动方向，并可手动控制，与标准振动压路机相比可提供更大的操作灵活性。2006年12月，三明重工公司与福州大学合作开发“智能化振动压路机研制”项目，该项目是在国家“863”计划项目“YZC12智能化串联式振动压路机及企业制造信息化”的基础上做进一步研究。被列入福建省科技重大专项，并获得了专项拨款。国防科技大学和长沙江麓浩利工程机械有限公司合作开发出Wll02DZ型无人驾驶压路机，己在实际中进行应用，尽管有许多方面还需要进一步改善，但已经向智能化振动压路机的研发迈出了重要的一步。该公司自行研制生产的WZOOSD/PD全液压振动压路机可加装密实度仪，提高设备的压实质量。长沙建设机械研究院以及中联重工科技发展股份有限公司一直致力于智能化振动压路机的开发与试验工作，到目前为止取得了较为显著的成绩，如在压路机振动状态(振动状态和振荡状态)的转换技术方面，处于国内领先水平。在压路机振幅调节技术方面，具有自己独立的知识产权，并已经生产出国际先进水平的智能化防滑转系统(ANTI.SPIN);利用黑箱原理，研制出了中国首台“密实度计”。此外，在GPS定位技术的研究与开发方面，也走在同行的前列，其子公司开始研究GPS定位技术的相关产品，已取得了可喜的成果。现在我国已初步形成振动压路机多系列产品，基本满足了国内需要，并有一定的出口能力。但由于起步较晚，整体水平与国外相比仍有差距，主要表现在：产品型号系列不全，重型和超重型振动压路机数量和品种较少；专用压实设备缺乏；综合技术经济指标和自动控制方面仍低于国外先进水平。1.3本章小结在本章中，主要介绍了课题的背景及依据，意义，并简要概述了国内外的研究成果，给出了研究步骤、方法及措施。第四章 集成块的设计 第2章 液压系统原理的设计2.1系统主要参数工作质量： 9300kg 前轮分配质量：4900kg 后轮分配质量：4400kg振动轮静载荷：13N/cm 工作质量： 9300kg 前轮分配质量：4900kg 后轮分配质量：4400kg振动轮静载荷：13N/cm 速度： 024km/h振动式激振力：198kn/93kn 振幅：: 1.74mm/0.82mm振动频率: 30Hz 发动机型号: F6L912额定功率: 82KW 振动式激振力：198kn/93kn振幅：: 1.74mm/0.82mm 振动频率: 30Hz2.2 液压系统的设计液压系统它包括液压行走、液压振动、液压转向三个独立的回路。液压行走系统为闭式回路，它由变量泵、补油泵、补油阀、液压马达、冲洗阀、以及液压油箱和管路组成。液压振动系统为开式回路，它由双联齿轮泵、安全溢流阀、起振控制阀、振动马达、散热器、以及液压油箱和管路组成。液压转向系统也是开式回路，它由恒流溢流泵、单向阀、溢流阀、液压转向器、转向油缸、以及液压油箱和管路组成。2.3拟定液压控制回路由于设计者的思路、经验或对所有元件的考虑方法不同，即使针对同样目的的设计出来的液压回路也是千差万别的。因此可以拟定几种符合目的的液压回路，再从成本、重量、使用方便等方面进行对比论证，确定最合适的液压回路。液压回路包括油压发生回路、执行器控制回路、油液处理回路、其他辅助回路等。无论多么复杂的液压系统，都则由实现种种功能的基本回路组成的。经过多年的经验积累，已经形成了许多简便成熟、行之有效的基本回路。用标准图形符号绘制拟定的液压系统原理图，并注明压力控制阀、压力继电器等设定压力和液压泵或蓄能器工作时各段路的流量，以便后面选定元件和确定管子口径。(1)油压发生回路 此回路包括液压泵部分和压力控制部分，要设计成能在必要的时候最有效地供给所需要的压力和流量。液压泵的功率在泵控制方式中根据执行器的最大功率算出，在阀控制方式中根据各执行器所需的最大功率算出，在蓄能器驱动的卖命根据蓄能器的最高工作压力、一循环中消耗的全部液量在充液过程中补充所需的泵流量和卸载时间算出。在实际的工作循环中，有时低速大负载、有时高速小负载、有时卸载，可以求出平均功率并据以确定泵的驱动电机的容量。但是循环中的峰值负载不得超过电动机额定功率的1.5倍。(2)执行器控制回路 执行器控制回路要根据负载特性，适当地控制方向、速度等。泵控制方式中，在双向变量泵回路上加压力控制回路即可组成执行器控制回路。阀控制方式中的执行器控制回路，由方向控制回路、速度控制回路、压力控制回路适当组合而成：1)方向控制回路 用方向控制阀来实现执行器动作方向的控制，掌握方向控制阀的通油时间来控制执行器的位移量。调整换向阀的切换时间、设置二速回路、与行程减速阀并用，或者采用比例阀、伺服阀都可以控制执行器起动、停止时的加速减速特性。2)速度控制回路 用流量控制阀来实现执行器速度的控制。根据负载变化情况和流量精度要求选定采用节流阀还是调速阀来控制。考虑对负载方向的适应性，负载变化对精度的影响及回路的效率等因素，决定采用进口节流、出口节流还是旁通节流方式。3)压力控制回路 压力控制回路不仅包括控制执行器输出力(或力矩)的回路，还包括用来吸收执行器起停时的制动力、外负载引起的冲击力的安全回路。作为输出力控制回路，有用溢流冷漠限制最高压力的调压回路，还有用减压阀把某个执行器限制到低于油源压力的压力的减压回路。外控式等各种结构，性能和特性也有多种不同，实际使用时必须十分注意。(3)液压油处理回路 液压油处理回路包括进行液压油液污染控制的过滤回路和油液温度控制回路。当环境温度较高或液压装置内部发热较多，单靠油箱和管路系统自然散热无法维持与所用元件相适应的温度和精度时，必须设置油冷却器，环境温度过低，液压泵超支困难时，必须考虑设置加热器或其他暖机运行方式。(4)辅助回路 辅助回路包括液压系统维修所需的回路和作为安全措施专门设置的回路。要考虑长期停机时防止自重引起下落的措施，防止误动作的措施，双重安全措施等。图1-1， 振动压路机系统原理图2.4系统设计计算2.4.1振动系统设计计算F0= =2f Me=55Nm 取振动泵的工作压力为12MpVm=32ml/r根据做工作压力及排量选取振动马达的型号为：力士乐A10VM45*DG152W2VRC60N00OD可知振动马达的最大排量为：131.6ml/min2.4.2驱动系统设计计算F=F1(运动阻力）+F2（上坡阻力）F1=gfGcosa F2=gGsina得：F=34877N 取一般轮子的直径1.2m，又知行走的最大速度v为24km/h根据F=Mew2 vm= (nmm=0.90.95)vm=17.5ml/r（取泵的工作压力为28MP)选取力士乐的马达 A10VM28*DG152W1VRC60NOOOD得：驱动系统的最大流量为 180L/min2.4.3转向系统设计计算F1=gfGcosa F2=gGsinaF=18398N取转向泵的系统的压力为12MPpA=1/2F A=0.75X一般1022t单钢振动压路机，全程转向时间4s。 其转向功率4.42kwP=1/2Fv v=0.12m/sq=Av=10.8L/min2.5本章小结在这一章中，系统阐述了原理图的绘制流程及注意事项，并在最后给出了绘制的原理图。第三章 液压系统的计算和元件选型3.1 液压泵的选用原则（1）液压泵类型的选用在选用液压泵类型时，首先应考虑所服务的液压传动的性质，即是固定设备还是移动设备。一般固定设备采用的电动机作为原动机，转速基本不变，工作环境好，空间布置较为宽敞，易采用冷却、加热措施，对噪声要求不得超过80db（理想值为70db）。此时各类液压泵均可选用。移动式设备的原动机一般为汽油机或柴油机，转速可在较大范围（600-3000r/min）内变化，工作环境差（环境温度变化较大，空气污染严重），空间布置受到限制，不易采用水冷却，噪声要求只需不超过原动机的噪声（90db），为此一般选用齿轮泵、双作用叶片泵。（2）液压泵额定压力的选择,为适应不同液压设备的需要，液压泵设计有不同的压力级，一般根据液压设备的工作性质确定液压系统的压力，如：精加工机床 0.8-10MPa半精加工机床 3-5MPa精加工机床或重型机床 5-10MPa农业机械、工程机械 10-16MPa塑料机械 6-25MPa液压机、冶金机械、挖掘机、起重机 20-30MPa为使泵有一定的压力储备，以抵抗系统的冲击振动；额定压力比工作压力大25%-60%。（3）液压泵额定流量的确定原则首先应满足系统的最大流量要求，为此可选用单泵或多泵或变量泵，以达到系统效率最高、能耗最低为目标。同时，在设计液压系统方案时，应考虑流量合理匹配，尽量减小系统的最大流量要求。（4）液压泵额定转速的确定采用电动机做原动机时，泵的额定转速应与电动机的同步转速一致，当原动机为柴油机或汽油机时，应选用转速范围宽的液压泵。（5）定量泵和变量泵的选用 若系统采用节流调速回路，或通过改变原动机转速调节流量，或系统转速无调节要求，可选用定量泵或手动变量泵。此时手动变量泵不宜在小排量工况下工作，因为小排量工况不仅效率低，而且工作不稳定。 若系统要求高效节能，应选用变量泵。恒定变量泵适用于要求恒压源的系统，如液压伺服系统：限压式变量泵和恒功率变量泵适用于要求低压大流量、高压小流量的系统。其中，限压式变量泵与调速阀组成容积节流调速系统，可根据需要调节进入执行元件的流量；恒功率变量泵则因其控制压力直接取自执行元件的负载压力，泵的流量与压力按设定的抛物线规律自动变化，无法人为调节，多用于对速度无严格要求的压力机液压系统，此时可实现系统的大闭环控制；负载敏感变量泵适用于要求随机调速且功率适应的系统，如行走机械的转向系统；双向手动变量泵或双向手动伺服变量泵多用于闭式回路，如卷扬机，此时泵可起换向和调速的双重作用。则驱动系统变量泵选择 油威力 YA4VSO250DR10RPZA11定量泵选择 油威力 AH25P-1XW1R振动系统定量泵选择 油威力 AH80M1XW1L转向系统 定量泵选择 油威力 AH25P-1XW1R 手动定量泵 MOOD DBW10A2-5X/315-6EG24N9K43.2 阀类元件的选择3.2.1阀类元件的选择设计依据选择控制阀的依据是系统的最高压力和通过阀的实际流量以及阀的操纵、安装方式等。需要注意的问题是：（1）各种阀类元件的规格型号，按液压系统原理图和系统工况提供的情况从产品样本中选取，各种阀的额定压力和流量。一般应与其工作压力和最大通过流量相接近，必要时，可允许其最大通过流量超过额定流量的20%。（2）确定通过阀的实际流量时，要注意通过管路流量与油路中串并联的关系。（3）选择压力控制阀的时候，由于其调定压力范围有限，故最好不要选用比最高使用压力还高的阀。否则，当阀在低压工作时，会出现工作的不稳定。（4）具体选择时，应注意溢流阀按液压泵的最大流量选取；流量阀还需要考虑最小稳定流量，以满足低速稳定性要求。（5）应尽量选用标准件，除在不得已时，才可自行设计专门的控制阀等。3.2.2 单向阀的选择泵的出口接单向阀的作用是保护液压泵，它允许高压油液单向流入系统，当泵的输出压力较小时，防止系统压力突然升高而使液压泵损坏，还可防止系统在泵停机时，高压油倒流回油箱。单向阀的开启压力取决于内装弹簧的刚度；一般来说为减小流动阻力可使用开启压力低的单向阀。但是阀归座迟钝引起逆流时或用于保待电液换向阀的控制压力或马达背压时，应选用开启压力高的单向阀。过滤器旁通用的单向阀，其开启压力由滤芯堵塞压力确定。当流过单向阀的流量远小于额定流量时，单向阀有时会产生振动。流量越小，开启压力越高，油中含气越多，则越容易振动。经查样本，此系统单向阀的型号选为YRVP-40-10，3.2.3 直动溢流阀的选择据通过的流量及允许流速等选用合适的直动溢流阀。其中大泵系统系统中调定系统压力的溢流阀选用力士乐的通径为30的直动溢流阀，型号为DBDS8P1X25；驱动系统中调定系统压力和做背压的溢流阀选用油威力的通径为32的直动溢流阀，型号为YDBDH30P1X31.5，振动系统的溢流阀型号为3.2.4 换向阀的选择换向阀使用时的压力、流量不要超过制造厂样本上的额定压力、额定流量，否则液压卡紧现象和液动力的影响往往引起动作不良。尤其在液压缸回路中，活塞杆外伸和内缩时回油流量是不同的。内缩时回油流量比泵的输出流量还大，流量放大倍数等于缸两腔活塞面积之比，要特别注意。另外还要注意的是，四通阀堵住A口或B口只用一侧流动时，额定流量显著减小。压力损失对液压系统的回路效率有很大影响，所以确定阀的通径时不仅考虑换向阀本身，而且要综合考虑回路中所有阀的压力损失、油路块的内部阻力、管路阻力等。在此系统中，根据需要，用到了2位4通电磁换向阀、2位4通电液换向阀、3位4通电液换向阀和2位4通液控换向阀，其中，振动系统选用的型号为：力士乐 DBW10A2-5X/315-6EG24N9K4力士乐 Y3WMR10B3X驱动系统选用的型号为：力士乐 DBW10A2-5X/315-6EG24N9K4力士乐 Y3WMR10B3X3.2.5截止阀的选择选用的型号为： 上海立新 JZFS-J32B3.3液压附件的选择3.3.1 过滤器的选择针对液压系统的需要确定过滤器时，要确定过滤器的类型、过滤精度及尺寸大小。在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。滤油器的过滤精度是指滤芯能够滤除的最小杂质颗粒的大小，以直径d作为公称尺寸表示，按精度可分为粗滤油器（d100 )普通滤油器(d10 )，精滤油器（d5 )，特精滤油器（d1 )。一般对滤油器的基本要求是23：（1）能满足液压系统对过滤精度要求，即能阻挡一定尺寸的杂质进入系统；（2）滤芯应有足够强度，不会因压力而损坏；（3）通流能力大，压力损失小；（4）易于清洗或更换滤芯。过滤器的类型是指它在系统中的位置，即吸油过滤器、高压过滤器、回油过滤器、离线过滤器及通气过滤器。吸油过滤器主要用来保护泵不被较大颗粒损坏，乙般用网式粗滤器。为了防止泵气蚀，吸油过滤器的压降要严格限制，因而其面积要选得较大。回油过滤器可以去除经液压缸从外界侵入的污染物和系统中生成的污染物。液压油中往往含有颗粒状杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，使系统工作可靠性大为降低。根据系统流量和压力进行各个过滤器的选择，具体型号为回油过滤器的型号为 油威力 ABZFVRE2-1X/MB吸油过滤器的型号为 油威力 ABZFV-HV2-1X/MB3.3.2 空气过滤器的选择空气过滤器既可过滤空气，又可作为加油使用。当液压系统工作时，油箱内液面时而上升时而下降，上升时有里往外排空气，下降时由外向内吸空气。空气滤清器能维持油箱内外的压力平衡，以避免泵可能出现空穴现象，此外，空气滤清器可净化空气，防止杂质进入油箱污染油源。选择EF8-65型，选购温州远东液压有限公司产品。3.3.3 液位液位计的选择根据油箱尺寸选择，型号为YWZ-450T3.3.4压力表的选择两个不同回路中压力不同，选择两个压力表测量系统压力，型号为TN-100，沈阳仪表厂3.3.5 冷却器的选择液压系统中的油温，一般控制在30500C范围内。最高不应高于700C，最低不应低于150C。油温过高，将使油液迅速老化变质，同时使油液粘度降低，造成元件内泄漏量增加，系统效率降低；油温过低，使油液粘度过大，造成泵吸油困难。油温过高或过低都会引发系统工作不正常，为保证油液能在正常的范围内工作，需对系统油温进行必要的控制，即采用加热或冷却方式。在选择冷却器时应首先要求冷却器安全可靠、有足够的散热面积、压力损失小、散热效率高、体积小、重量轻等。然后根据使用场合，作业环境情况选择冷却器。本系统采用水冷。列管式冷却器的散热系数为350 (3-11)则冷却面积 选用的型号YGLL4-12 油威力 (3-12)3.3.6 加热器的选择油液的加热可采用电加热或蒸汽加热等方式，为避免油液加热变质，一般加热管表面温度不允许超过1200C，点加热管表面功率密度不应超过3W/cm2。正确选择和使用热交换器可以节省时间、金钱和维修费用。许多液压传动系统没有热交换器就不能工作。在确定液压系统的热交换器时，要考虑油液和系统元件可允许的温度、系统产生的热量以及用水冷还是空冷热交换器冷液压油的粘度比热油高，会使动作迟钝、压力损失过大。当系统在冬季清晨开始工作时，应该允许油液温度上升到发热速度等于系统散热速度的平衡温度。如果发热速度超过散热速度，多余的热量将加热油液，开始引起油液分解，在元件表面形成粘稠物并开始使密封件变质。热量过多会破坏油液，损坏密封件，并加快泵和其他元件的磨损。加热管的发热能力可按下式估算： (3-13)式中 N加热器发热能力(W)； C油的比热，取C=16802094 J / (kg0C)； r 油的密度，取r=900kg/m3； V油箱内有油液体积(m3)； Q油加热后温升(0C)； T加热时间(s)。电加热器的功率：P=N/ (3-14)式中, 热效率，取=0.60.8。液压系统中装设电加热器后，可以较方便地实现液压系统油温的自动控制。经计算，N7050W,功率 P =3916 W选取GYY2-220/2 上海电热电器厂3.3.7 管子的计算管子内径的计算公式：管子内径d(单位：mm)，按流速选取式中 qv液体流量(m3/s) V流速，一般按以下原则选取：压油管路流速为5-10m/s；吸油管路流速为1-2m/s；回油管路流速为2-3m/s；金属管壁厚的计算金属管壁厚(单位：mm)的计算公式如下： (3-15)式中 p工作压力(MPa)； d管子内径(mm)； 许用应力(MPa)，对于钢管=b/S经过计算，得出驱动系统通径32，外径42振动系统通径25，外径34转向系统通径10，外径18回油管通径为40，外径为50泄露油管通径为32，外径为423.4本章小结本章中，主要是关于元件的参数计算及如何选择液压元件，包括元件的主要功用，应用场合和使用注意事项，给出了元件的型号及生产厂家和该元件在系统图中的编号。做完本章中的任务后，就可以进行集成块和泵站的设计了，为以后的工作进行奠定了基础，但并不是说只有元件选取完毕以后才能进行集成块和泵站的设计，这几项工作是相互呼应的，应该综合考虑。第4章 集成块的设计 4.1 集成块的概念通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过油管实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构就越复杂，系统压力损失越大，占用空间越大，维修、保养和拆装越困难。因此，管式元件一般用于结构简单的系统。板式元件安装在板件上，分为液压油路板连接、集成块连接和叠积阀连接三种。集成块就是将若干元件组合在一起，省去连结用的管子而构成液压系统的部分回路。随着液压系统向高压化、高精度方向发展，系统的结构形式也向着集成化方向发展，在这种趋势下尤其显出液压集成化的优越性。集成块内的油通道，用来联系各个控制元件，构成单元回路及液压控制系统。油液流经块体内通道的压力损失与块体的油通孔的孔径尺寸形状及表面光滑程度有关。通道孔径过小，拐弯过多，内表面粗糙，工艺孔过多，会使压力损失变大。而油道孔径过大，压力损失减小，但增大了集成块尺寸。提高管道表面光洁度会使压力损失降低，但又会增加制造成本。综上所述，设计集成块时，对以上各点应多方面考虑。4.2阀块的空间布局液压阀块块体的空间布局规划是根据液压系统原理图和布置图等的设计要求和设计人员的设计经验进行的。经常性的原则如下： 1. 安装于液压阀块上的液压元件的尺寸不得相互干涉。2. 阀块的几何尺寸主要考虑安装在阀块上的各元件的外型尺寸，使各元件之间有足够的装配空间。换向阀上的电磁铁、压力阀上的先导阀以及压力表等可适当延伸到阀块安装平面以外，这样可减小阀块的体积。但要注意外伸部分不要与其他零件相碰。3. 在布局时，应考虑阀体的安装方向是否合理，应该使阀芯处于水平方向，防止阀芯的自重影响阀的灵敏度，特别是换向阀一定要水平布置。 4. 阀块公共油孔的形状和位置尺寸要根据系统的设计要求来确定。而确定阀块上各元件的安装参数则应尽可能考虑使需要连通的孔道最好正交，使它们直接连通，减少不必要的工艺孔。 5. 由于每个元件都有两个以上的通油孔道，这些孔道又要与其它元件的孔道以及阀块体上的公共油孔相连通，有时直接连通是不可能的，为此必须设计必要的工艺孔。阀块的孔道设计就是确定孔道连通时所需增加工艺孔的数量、工艺孔的类型和位置尺寸以及阀块上孔道的孔径和孔深。 6. 不通孔道之间的最小壁厚必须进行强度校核。 7. 要注意液压元件在阀块上的固定螺孔不要与油道相碰，其最小壁厚也应进行强度校核等等。 4.3阀块的设计思路集成块单元回路图实质上是液压系统原理的一个等效转换，它是设计块式集成液压控制装置的基础，也是设计集成块的依据。阀块图纸上要有相应的原理图，原理图除反映油路的连通性外，还要标出所用元件的规格型号、油口的名称及孔径，以便液压阀块的设计。 设计阀块前首先要读通原理图，然后确定哪一部分油路可以集成。每个块体上包括的元件数量应适中。阀块体尺寸应考虑两个侧面所安装的元件类型及外形尺寸，以及保证块体内油道孔间的最小允许壁厚的原则下，力求结构紧凑、体积小、重量轻。 4.4 集成块设计步骤 设计油路块时，首先要适当地进行元件分组，即确定把哪几个阀、哪部分回路放在一块上。如果一个油路块上的元件过多，则块体过大，块里细长孔较多，块上会出现没有任何孔道的闲置空间而增加重量，给毛坯的准备和块体的加工带来困难。如果每块上元件过少，块之间管路连接增多，则发挥不了油路块的优越性。一般来说，每块上的元件不要超过8个，块的大小不要超过500mm见方。集成块设计步骤如下：(1)制作液压元件样板。(2)决定通道的孔径。集成块上的公用通道即压力油孔P，回油孔T，泄漏孔L及四个安装孔。压力油孔由液压泵流量决定，回油孔一般不得小于压力油孔。直接与液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格确定，孔与孔之间的连接孔(即工艺孔)用螺塞在集成块表面堵死。与液压油管连接的液压油孔可采用米制螺纹或英制螺纹。(3)集成块上液压元件的布置。把制作好的液压元件样本放在集成块各视图上，进行布局。有的液压元件需要连接板，则样板以连接板为准。孔道相通的液压元件尽可能布置在同一水平面或在直径的范围内，否则要钻垂直中间的轴孔。不通孔道之间的最小壁厚必须进行强度校核。设计专用集成块时，要注意其高度应比装在其上的液压元件的最大横向尺寸大2mm，以避免上下集成块的元件相碰，影响集成块紧固。(4)集成块上液压元件布置程序。电磁换向阀布置在集成块的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免电磁换向阀的固定螺钉与阀口通道，集成块固定螺钉相通。根据水平孔道布置的需要，液压元件可以上下左右移动一段距离，溢流阀的先导阀部分可伸出集成块以外，有的元件如单向阀，可以横向布置。(5)集成块零件图的绘制集成块内孔道纵横交错，层次多，需要多个视图及剖视图才能表达清楚。孔系的位置精度要求较高。因此，尺寸、公差及表面粗糙度均应标注清楚，技术要求中也应予以说明。4.5 设计集成块图本次设计首先在三维软件solidworks中设计出实体，这样方便观察内部管道是否打错了，不用剖视图来验证是否不该打通的管路打通了，而且，生成实体后，可以自动生成剖视图，非常方便。图4-1和图4-2给出了绘制的二维和三维图。阀块三维图 4-3装配体三维图装配图的设计也是在三维软件pro/e中设计出实体，即各个需要装在集成块上的液压阀，测量元件，管接头，螺塞及其组合垫圈等，然后再上一步设计出的集成块装配在一起即可。图4-3给出了绘制的二维和三维图。4.6 本章小结本章是关于集成块及其装配的设计的，包括集成块的简要介绍，设计的步骤及注意事项，装配图的设计要点，并给出了在三维软件solidworks中如何设计集成块及其装配，在本章最后，给出了二维和三维的图。第五章 液压泵站的设计 第五章 液压泵站的设计液压泵站由液压泵及其驱动电动机、油箱及油箱附件、必要的压力控制阀等组成。系统的执行器及操作执行器的控制阀等则装在主机上。5.1 泵装置的设计 泵装置指液压泵及驱动泵的原动机(固定设备上的电动机和行走设备上的内燃机)组件。泵最好由原动机经挠性联轴器直接驱动。如果通过齿轮传动、链传动或带传动间接驱动时，泵轴上所受的径向载荷不得超过泵制造厂的规定值，否则带动泵轴的齿轮、链轮或皮带轮应架在另外设置的轴承上。泵轴与驱动件轴之间要仔细找正，使偏心量不超过0.08mm，倾斜度不超过0.05mmmm，或者按泵制造厂的要求。为了防止机械振动传给油箱 和管路，泵装置与外界的一切连 接都该是弹性的，即泵的吸油管中装设橡胶补偿接管，出油管和泄油管中靠近泵的段用软管，泵与电动机组件的底座与箱顶或机架之间装设橡胶减振器。泵的安装姿势，应使壳体泄油口朝上，以保证工作时泵壳体中始终充满油液。泵的轴伸和联轴器等外露的旋转部分，应该设有可拆装的防护罩来保证安全。泵的下方应设置滴油盘，以免检修时油液流到地上。驱动电机与泵之间的联轴器，宜采用能耐受上述找正误差的挠 性联轴器，比如梅花形弹性联轴器或轮胎式联轴器。泵的安装，或者靠泵本身的脚架卧式安装，或者靠泵上的安装法兰装在角形支架上，或者靠泵上的安装法兰装在钟形罩，钟形罩再装在立卧式电动机的轴端法兰上。后一种情况靠止口保证泵与电动机之间的找正。5.2 油箱的设计油箱在系统中的功能，主要是储油与散热，也起着分离油液中的气体及沉淀污染物的作用。根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积、形式和附件，以使油箱充分发挥作用。油箱有开式和闭式两种。（1）开式油箱开式油箱应用广泛。箱内液面与大气相通。为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。（2）闭式油箱闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气相通，而将通气孔与具有压力的惰性气体相接，充气压力可达0.05Mpa。油箱的形状一般采用矩形，而容量大于2的油箱采用圆筒形结构比较合理，设备重量轻，油箱内部压力可达0.05Mpa。5.2.1设计要求油箱的用途主要是储油和分离油中的杂质等，因此设计时应考虑21：（1) 油箱应设置吸油口过滤器，要有足够的容量。为避免阻力较大，一般设计滤油器过滤能力应为油泵吸入量的两倍以上。（2） 油箱侧壁应设置与壁等高的液位指示器；注油口也应该有过滤网；油箱上也应该装温度计。（3） 吸油管及回油管应尽量分离开，吸油管离油箱距离大于等于2D（D-管径）。距离油箱边不小于3D。回油管插入最低油面之下，以防止回油时带入空气，距箱底大于等于2d（d-管径），油的排口面向箱壁，管端开口斜切。（4） 吸油口侧和回油侧要用隔板隔开，使油液按一定方向流动，分离回油带来的气泡和杂质。隔板高度不低于油面到箱底的3/4。（5） 为了防锈防凝水，应用较好的耐油材料。油箱底部应做成适当的斜度，并设置放油塞和平孔或入口，便于清洗换油。在油箱的结构上要考虑拆卸安装的方便。（6） 对于高压大流量的柱塞泵，其自吸性一般较差，需增设低压大流量的鼓油泵为之供油。（7） 为了防止吸空，提高油泵的转速，可设计冲压油箱特别对于吸入性差的泵而不用辅助泵的情况。5.2.2 油箱结构要求为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全密封的。在结构上应注意以下几点：（1) 不要将配油管简单的插入油箱，这样空气、杂质和水分等便不会从其他周围的间隙侵入。同时应避免液压泵及马达直接插装再液压油箱顶盖上。（2) 在接合面上需衬入密封填充材料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的气密性。（3) 为保证液压油箱通大气并净化抽吸空气，必须配备空气滤清器。空气滤清器常设计成既能过滤空气又能加油的结构。（4) 顶盖及清洗孔在液压油箱顶盖上装泵、马达、阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。液压油箱同它们的结合面要平整光滑，将密封填料、耐油橡胶密封垫圈以及液态密封胶衬入其间，以防杂质、水和空气侵入，也防止漏油。同时，不允许由阀块和管道泄漏在油箱盖上的液压油流回油箱。油箱上的清洗孔，应最大限度的易于清扫液压油箱内的各个角落和取出箱内的元件。为了便于排放污油，液压油箱底部做成斜式箱底，并将放油塞安装在最低处。（5) 液压油箱内的液面高度应便于观察，应在油箱的侧面安装液位指示计，指示最高、最低液位。可选带温度计的液位液温计。（6) 起吊装置为便于拆装、移动，液压油箱上设置吊环螺钉、吊耳环或吊钩。（7) 液压油箱的防锈为防止液压油箱内部生锈应在油箱内壁涂耐油防锈涂料。5.2.3 油箱容积计算油箱的有效容量一般为泵每分钟流量的37倍。对于行走机械，冷却效果比较好的设备，油箱的容量一般为泵每分钟流量的1.52.5倍；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。如冶金机械液压系统的油箱容量通常取为每分钟流量的710倍，锻压机械的油箱容量通常取为每分钟流量的612倍。油箱中的油液温度一般推荐3050，最高不应超过65，最低不低于15。对于工具机及其它固定装置，工作温度允许在4055。行走机械，工作温度允许达65。在特殊情况下可达80。对于高压系统，为了减少漏油，最好不超过5022。油箱容量的经验公式为式中 液压泵每分钟排出压力油的容积（） 经验系数，见表5-1表 5-1系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a12245761210本系统为中压系统，取，则按液压泵站的油箱公称容量系列(JB/T7938-1999)，本系统取油箱容量为315L。5.2.4液压油箱外形尺寸的设计液压油箱的油箱容积确定后，需要设计油箱的外形尺寸，一般比例为1：1：11：2：3。为了提高冷却率在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量适当增大。根据上述计算，设计本液压泵站泵站油箱尺寸为：长：1212mm；宽：662mm；高：667mm。按液压泵站的油箱公称