机械毕业设计（论文）-采用单向顺序阀的平衡回路实验装置设计【全套图纸】.doc

本科毕业设计(论文)题目：采用单向顺序阀的平衡回路实验装置设计 系 别： 机电信息系 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013年5月 采用单向顺序阀的平衡回路实验装置设计摘要 随着科学技术的不断发展，液压传动作为一种可以传递动力和控制的传动方式，已经日益广泛应用到医疗、科技、军事、工业自动化生产、起重、运输、矿山、建筑、航空等各个领域。液压基本回路是液压传动系统的有机组成部分，它指的是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1。本文对采用单向顺序阀的平衡回路实验装置的设计进行了详细的介绍。首先，分析了平衡回路的原理，在此基础上，总结出此次设计采用单向顺序阀平衡回路的系统原理图；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，阐述了实验台、油箱、液压站动力装置的设计及管路与管接头的选择；最后，对本次设计的实验台装置进行性能验算，主要包括压力损失验算和系统温升校核。进而完成整个实验装置的所有设计。关键词：液压；液压基本回路；平衡回路；实验台全套图纸，加153893706IUsing a one-way valve sequence in balance circuit of experiment device designAbstract Along with the science and technology development,the hydraulic transmission took as a way of that transmit the power and the control type of drive,already widely applied in medical,technical,the military,the industrial automation production,lifts heavy objects,the transportation,the mine,the building,the aviation and so on.The hydraulic pressure basic circuit is the hydraulic system organic constituent,and that is refers can realize some kind of stipulation function hydraulic pressure part combination.All of the hydraulic system is composed by some basic circuit. This article carried out a detailed analysis of the designation about using a one-way valve sequence in balance circuit of experiment device design.First of all,this paper analyzes the balance circuit theory,on this basis,summarized the using a one-way valve sequence in balance circuit schematic diagram;Secondly,according to the hydraulic transmission related theory for data calculation,select the appropriate hydraulic components.this paper expounds the laboratory furniture, fuel tanks, hydraulic station of power plant design and the selection of pipeline and pipe joint;Finally, on the design of experimental device for performance evaluation, mainly including the pressure loss calculation of the system check the systems temperature rise .Then I completed all of the experiment device design. Key Words： Hydraulic pressure；Hydraulic pressure basic circuit；balance circuit； laboratory stage II目 录1 绪论1 1.1前言1 1.2题目背景1 1.3研究意义2 1.4国内外相关研究情况2 1.5本文主要研究内容32 液压系统设计分析5 2.1液压系统的组成5 2.2液压系统设计的要求及步骤5 2.2.1液压系统设计要求5 2.2.2液压系统设计步骤5 2.3系统工况分析6 2.4系统方案确定6 2.5平衡回路实验装置功能原理设计7 2.5.1平衡回路概述7 2.5.2单向顺序阀平衡回路分析7 2.5.3单向顺序阀的平衡回路原理图拟定73 液压系统参数设计及元件选型9 3.1液压缸设计9 3.1.1液压缸工作压力9 3.1.2液压缸主要结构尺寸9 3.1.3 液压缸结构设计13 3.1.4液压缸所需流量计算15 3.2 控制元件的选型15 3.2.1各类阀规格型号15 3.2.2液压阀安装连接方式16 3.3 辅助元件选型16 3.3.1油管选用及计算16 3.3.2管接头17 3.3.3液压油18 3.3.4滤油器18 3.3.5空气滤清器18 3.3.6液位计184 液压站设计19 4.1液压泵装置19 4.1.1液压泵安装方式19 4.1.2液压泵设计选型19 4.1.3驱动电机选型20 4.1.4电动机与液压泵联接方式20 4.1.5联轴器选型20 4.2油箱设计22 4.2.1油箱有效容积确定22 4.2.2油箱外形尺寸22 4.2.3油箱结构设计23 4.3液压控制装置245 实验台面板结构设计25 5.1概述25 5.2实验台组件设计25 5.3实验台面板结构设计25 5.3.1实验台面板结构25 5.3.2液压元件布局25 5.3.3确定油孔位置与尺寸26 5.3.4绘制实验台面板相关图266 液压系统性能验算及组装调试与故障处理26 6.1压力损失验算27 6.1.1工作进给时进油路压力损失27 6.1.2工作进给时回油路压力损失28 6.2系统温升估算28 6.3液压系统安装30 6.3.1液压元件的检查30 6.3.2液压元件和管道的安装30 6.4液压系统调试31 6.5系统常见故障的诊断317 结论32参考文献27致 谢34毕业设计（论文）知识产权声明35毕业设计（论文）独创性声明36附录37V1 绪论1 绪论1.1前言液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术2。 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。 本文首先概述了国内外液压技术的研究进展及研究现状，分析了课题的研究背景、阐述课题研究的意义和内容。论文阐述了平衡回路实验装置的设计，主要对回路的工作原理、实验台结构组成、参数计算等方面做了详细的分析与研究。通过查阅相关资料，应用相关公式，对液压元件、油箱等进行了选择，并完成液压站的设计，根据原理图以及各项参数来进行管路及管接头的选择，最终确定装置总的结构。最后计算其性能的好坏并进行温升校核等各项指标。1.2题目背景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。液压传动与控制是现代机械工程的基础技术，由于其在功率质量比、无级调速、自动控制、过载保护等方面的独特技术优势，使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现机械传动与控制的重要技术手段。特别是20世纪90年代以来，新兴产业不断涌现，并与现代电子与信息相结合，进一步刺激和推动了液压技术的发展，使其在国民经济各行业获得广泛应用。液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。正确合理地设计和使用液压系统，对于提高各类液压机械设备及装置的工作品质和技术经济性能具有重要意义。在整个液压系统中，液压基本回路起着至关重要的作用，决定着能否实现预期所需的要求。因此，此次设计液压回路实验台装置供实验使用，对满足实验教学需要及熟悉液压基本回路进一步实现机电一体化有着非常重要的意义。44毕业设计（论文）1.3研究意义本次毕业设计是机械设计制造及其自动化专业学生在完成机械设计、液压与气压传动等课程理论教学以后所进行的重要的实践教学环节。本课题的学习目的在于学生综合使用液压与气压传动等专业课程的理论知识和生产实践知识，进行液压基本回路实验装置的设计，使理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展、为在将来选用和设计液压传动及进一步创新发展奠定基础。通过该题目原理图的设计，可以使学生熟悉液压传动系统设计的一般程序，了解并掌握液压传动这门技术。通过液压传动装置的设计，可以使学生掌握机械设计的一般程序和基本方法。总之，通过本题目的设计，是对大家知识面的考核，并且可以使机械设计制造及其自动化专业的学生对四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。1.4国内外相关研究情况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、水平有了一定的提高。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3。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： a. 减少能耗充分利用能量液压技术在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。 b. 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生。 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官和经验，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。 c. 机电一体化电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传动与控制技术增加了活力，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、惯性小、响应快等优点。 (1) 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、低振动、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、传感器等高新技术。液力耦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耦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。 (2) 气动行业：产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展，执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展；气动元件与电子技术相结合，向智能化方向发展；元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展，普遍采用无油润滑，应用新工艺、新技术、新材料。1.5本文主要研究内容 平衡回路的功用就是在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落，使执行元件的回油路上保持一定的背压值来平衡工作的稳定。平衡回路在工程机械、起重机械以及一些具有垂直运动部件的场合得到广泛应用，它对于保证液压系统的安全性等方面起到了重要作用4。本文设计的是采用单向顺序阀平衡回路的实验台装置，研究的工作有： a. 外文翻译：选择相关的外文文献并进行翻译。 b. 原理分析：采用单向顺序阀的平衡回路的原理分析与设计。 c. 设计实验装置：设计出合理的、能满足使用要求的平衡回路实验装置。 d. 采用液压缸加载：为了使活塞平稳运行并且考虑到此回路实验装置设计实现的实际性，可将重物（实现工作的部件）换成水平放置的液压缸，形成负负载来实现液压缸加载。 e. 绘制工作图并编制技术文件：包括液压系统原理图，液压传动装置装配图，主要零件的零件图，设计说明书等。 f. 计算并选择液压元件型号： 计算液压缸的主要尺寸以及所需要的压力和流量；计算液压泵的工作压力、流量和传动功率；选择液压泵和电动机的类型和规格；选择阀类元件和辅助元件的规格。 g. 液压系统的验算：压力损失验算及系统温升校核，说明设计的合理、可行性。2 液压系统设计分析2 液压系统设计分析2.1液压系统的组成 液压系统主要由以下五个主要部分来组成： (1) 能源装置：液压泵。它将动力部分（电动机等）所输出的机械能转换成流体压力能，给系统提供压力油液。 (2) 执行元件：液压机（液压缸、液压马达）。将流体压力能转换成机械能输出，推动负载做功。 (3) 控制元件：液压控制阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流量和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调速阀、分流集流阀等；方向控制阀分为单向阀、换向阀。 (4) 辅助元件：油箱、管件、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等。通过这些元件把系统连接起来，来实现各种工作的循环。 (5) 工作介质：液压油。绝大多数液压油采用矿物油，用它来进行能量和信息的传递。2.2液压系统设计的要求及步骤2.2.1液压系统设计要求 通常所说的液压系统设计，都是指液压传动系统设计。液压系统的设计与主机的设计是紧密联系的，二者往往同时进行。所设计的液压系统首先应满足主机的拖动、循环工作的要求，其次还必须符合结构组成简单、体积小、重量轻、工作安全可靠、经济实用性等方面的要求。2.2.2液压系统设计步骤 液压系统的设计可分为两大步骤：一、液压系统的原理及性能设计。二、液压系统的技术设计（液压装置的结构设计、液压站的设计）。液压站具有外形整齐、美观大方，便于装配维护和电液信号的采集，隔离了振动、发热对主机的影响等诸多突出优点，在现代机床及其它工业生产设备中被广泛采用。液压站按照动力源与控制装置是否安装在一起，可分为整体式液压站和分离式液压站。一个液压系统能否可靠有效地运行，在很大程度上取决于液压站结构选型毕业设计（论文）是否合理及设计质量的优劣，后续设计时必须给予足够重视。 液压系统的设计具体的流程包括：明确系统的设计、分析系统工况、确定主要参数、拟定液压系统原理图、选择液压元件、验算液压系统性能、绘制工作图编制技术文件。2.3系统工况分析 负载分析和运动分析统称为液压系统的工况分析，它是确定液压系统主要参数的基本依据。工况分析就是分析每个液压元件在各自工作循环中的负载和速度随时间（或位移）的变化规律，并用负载循环图和运动循环图加以表示，以便了解运动过程的本质。 对于此题目设计的实验台装置运动动作较为简单，这两种图均可省略。此题涉及到的液压执行元件的外负载包括工作负载、摩擦负载、惯性负载三类，其中摩擦负载、惯性负载在此可忽略不计，故液压缸的外负载即为工作负载。其中的工作负载为负负载（与运动方向相同而助长运动的负载）。此装置机构最终是要在实验室里使用，根据原理等分析可定义其系统的最高工作压为2.2MPa、外负载为F=3000N、回路动作速度范围13m/min。2.4系统方案确定 a. 确定供油方式及动力系统此次设计的装置在实验室为观察现象而使用，速度一般较低，从节省能量，减少发热等方面考虑，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。 b. 执行机构执行机构多而复杂，此次设计仅为观察平衡回路现象变化，故可以选择简单的单作用活塞杆液压缸。 c. 压力等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换向及液压缸的进与退。 d. 能源装置泵的类型叶片泵具有流量均匀，压力脉动小，运转平稳，噪声小，结构紧凑，体积小，重量轻，排量大等优点。在工程机械、船舶、压铸和冶金设备中得到广泛应用。 工作原理主要是当叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内圆上。两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排油。双作用叶片泵转子旋转一周，叶片在转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油和两次压油，双作用叶片泵可用作定量泵。定量泵可以满足回路要求，故泵可选用双作用叶片泵。2.5平衡回路实验装置功能原理设计 2.5.1平衡回路概述 为了防止立式放置的液压缸活塞，因为垂直运动工作部件的重力而自行下滑，或在工作部件下行时速度失控这种现象发生，往往在液压系统中设置能产生一定背压的液压元件，以保证活塞在任意位置上被锁定，并且可以控制工作部件的下落速度，这样的液压回路称为平衡回路。平衡回路在工程机械、起重机械以及一些具有垂直运动部件的场合得到广泛应用。其作用就是防止立式安装的液压缸受负载力或重力的作用自行下落，或者下落时出现超速失控现象等，它对于保证液压系统的安全性等方面起到了重要作用5。2.5.2单向顺序阀平衡回路分析 顺序阀与单向阀组合成单向顺序阀起到平衡阀的作用。顺序阀和平衡阀都属于压力阀，用于控制和调节系统的压力，是基于阀芯上液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作的。顺序阀的主要作用是以压力作为控制信号，在一定的控制压力作用下自动接通或切断油路；平衡阀是为了防止重物自由下落（即通常所说的负负载）时超速而保持一定背压的压力控制阀。顺序阀与单向阀组合起来用于平衡重物下行，即起平衡阀的作用。单向顺序阀平衡回路的主要缺点是：由于顺序阀和换向阀不可避免地产生泄漏，活塞和与之相连的工作部件会因为顺序阀和换向阀的泄漏而缓慢下落。它主要是根据普通顺序阀的特点进行分析的。这样的顺序阀平衡回路不宜使用在保证重物准确停止并保持的系统中，一般可用在停止要求不严格，保持时间不长，或者在运动时需要有一定背压使下降运动平稳的场合6。2.5.3单向顺序阀的平衡回路原理图拟定 平衡回路的功用就是在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落，使执行元件的回油路上保持一定的背压值来平衡工作的稳定。为了使活塞平稳运行并且考虑到此回路实验装置设计实现的实际性，可将重物（实现工作的部件）换成水平放置的液压缸，即在工作缸右端增加一个支路作为负载，形成负负载来实现加载。单向顺序阀设计的平衡回路原理图如下图2.1所示。 具体过程为：调整单向顺序阀5、6，使其开启压力与工作缸7右腔面积稍大于负载缸所提供的流量。换向阀4接左位1YA、3YA得电，在负载拉力作用下活塞右移，回油路上就存在一定的背压，只要将这个背压调得与右边调压阀压力相当，活塞就可以平稳运行，系统速度不会过大或过小，不会影响工作的平稳性。当换向阀处于中位时，单向顺序阀5、6关闭，工作缸活塞就停止运动，不在继续右移，泵3通过阀4中位卸载。换向阀接右位时，工作缸7活塞左移，2YA得电。 图2.1 单向顺序阀的平衡回路原理图1-滤油器，2-先导型溢流阀，3-油泵，4-M型三位四通换向阀，5-顺序阀（内控外泄），6-单向阀，7-工作缸，8-两杆连接部分，9-加载缸，10-换向阀，11-减压阀，12-油箱。3 液压系统参数设计及元件选型3 液压系统参数设计及元件选型3.1液压缸设计液压缸结构简单，工作可靠，应用广泛，种类繁多。根据结构特点分为活塞式、柱塞式、回转式三大类；根据作用方式分为单作用式和双作用式，前者只有一个方向由液压缸驱动，反向运动则由弹簧力或重力完成，后者两个方向的运动均由液压实现。 从本次设计的要求分析，由于不需要太大的作用力，此处选择活塞式即可满足要求。而活塞式又分为双作用单活塞杆式液压缸和双作用双活塞杆式液压缸，对于此回路，选双作用单活塞杆式液压缸。3.1.1液压缸工作压力 a. 系统设计压力的预选液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。本装置为实验装置，工况时载荷不大，预选系统工作压力Pp=2.2MPa。 b. 缸的工作压力液压缸的工作压力P1，初算时可取系统工作压力，故P1=2.2MPa。3.1.2液压缸主要结构尺寸 a. 液压缸内径D和活塞杆d的确定由于选用的液压缸为单活塞杆液压缸，故可分析图3.1图3.1 液压缸计算示意图可知，计算时应用以下公式 （3.1）毕业设计（论文） （3.2） （3.3） 由以上三个式子得出内径D为 （3.4） 上式中P1液压缸的工作腔压力P1=2.2MPa；P2液压缸的回油腔压力（背压力），背压的经验选取：由于此设计为简单的低压系统，故取值范围为0.20.5MPa，此处可取P2=0.4MPa；A1工作缸无杆腔的有效面积； A2工作缸有杆腔的有效面积；D液压缸内径（或活塞直径）；d活塞杆直径，杆径比d/D一般按表3.1选取，此处取0.56； F液压缸的最大外负载，取F=3000N； 液压缸的机械效率，一般取0.90.97，此处选取=0.9； 由以上数据计算得出：D=47.9mm，圆整后，查相关资料，得到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。液压缸内径D=50mm、活塞杆直径d=28mm。表3.1 液压缸内径D与活塞杆直径d的关系 按机床类型选取d/D 按液压缸工作压力选取d/D 机床类别 d/D 工作压力p/（MPa） d/D 磨床及研磨机床 0.20.3 2 0.20.3 插床、拉床、刨床 0.5 25 0.50.58 钻、镗、车、铣床 0.7 57 0.620.70 其他 7 0.7 对于选定后液压缸内径D，必须进行最小稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔的有效工作面积A，必须保证大于最小稳定速度的最小有效面积Amin，即AAmin，Amin=qmin/vmin，其中qmin为流量阀的最小稳定流量，一般从选定流量阀的产品样本中查得；Vmin=1m/min为液压缸的最低工作速度，此次设计要求的速度范围为13m/min，故vmin取1m/min，即vmin为每秒六十分之一米7。 如果液压缸节流腔的有效工作面积A不大于计算所得的最小有效面积Amin，则说明液压缸不能保证最小稳定速度，此时必须增大液压缸的内径，以满足速度稳定的要求。 b. 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。 液压缸的壁厚通常是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。本设计液压缸采用无缝钢管，即属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式3.5计算 （3.5） 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）； 缸筒材料的许用应力；此设计的缸体选用高强度铸铁HT200，则此时许用应力=60MPa。 在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在安装变形等问题引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。对于此设计即为低压系统，故可选液压缸壁厚。 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径D1D+2，式中D1值应按无缝钢管标准，或按有关标准圆整为标准值。估计算出可取液压缸外径D1=148mm。 c. 液压缸工作行程的确定由于此次设计的是实验台装置，故活塞杆外部一般不受外力，活塞杆的运动动作只是为了便于观察，参考活塞杆移动速度1m/min及表3.2，选取液压缸工作行程L=200mm。 表3.2 液压缸活塞行程系列（GB/T2349-1980）(mm)5080100125160200250320 活塞理论动作时间为T=L/V=12（s）。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。 d. 缸盖厚度的确定此设计选用的液压缸为单活塞杆双作用缸，缸底无油孔，其有效厚度t按强度要求可用式3.6进行近似计算。 （3.6） 式中 t缸盖有效厚度（m）；D2缸盖止口内径（图3.2）（m），取D2=46mm。则有 （3.7） 故可取缸盖厚度t=7mm。 e. 最小导向长度的确定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（如图3.2）。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，故设计时必须保证有一定的最小导向长度。图3.2 液压缸导向长度及缸盖厚度 对于一般的液压缸，最小导向长度H应该满足式子3.8的要求： （3.8） 式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。 则有故可选取最小导向长度H=40mm。 活塞的宽度B一般取B=(0.61.0)D，则B=3050mm，取B=40mm；缸盖滑动支撑面的长度，根据液压缸内径D而定。当mm时，取=(0.61.0)D； 当mm时，取=(0.61.0)d；本次设计的液压缸内径mm，故而=3050mm，故取缸盖滑动支撑面的长度=40mm。最小导向长度需要保证，但过分的增大和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即式3.9： （3.9） 即C=0，故无需增加隔套。 f. 液压缸缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程L与活塞的宽度B之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于缸体内径的2030倍。对于此设计，L=200mm，B=40mm，故液压缸缸体内部长为240mm。3.1.3 液压缸结构设计 液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、及液压缸的安装连接结构等。其中对于缓冲装置和排气装置，由于此设计是在实验室中供实验观察使用，要求并非很高，故可忽略设计。 a. 缸体与缸盖的连接方式缸体与缸盖的连接方式多种多样，常见的缸盖连接形式有：法兰连接、螺纹连接、外半环连接、内半环连接。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，查相关资料最终选择缸体与缸盖的连接方式为法兰连接。即在缸筒两端焊接一法兰，将缸盖加工成法兰结构。法兰连接相对于其他连接方式而言的优点是：结构简单、成本低、容易加工、便于拆装等。 b. 活塞杆与活塞的连接结构活塞杆与活塞的连接结构分整体式结构和组合式结构。整体式结构连接形式，结构简单，适用于缸径较小的液压缸，即把活塞杆与活塞加工为一体。而组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。半环连接多应用在压力高、负荷大，有振动的场合。螺纹连接、锥销连接还必须锁紧。本次设计液压缸几乎没有振动，缸径也不大，整体式结构则显示出其结构简单、方便的优越性，故活塞和活塞杆可设计为一体的。 c. 活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆和端盖、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。虽然分离式的导向套在应用中更为广泛，也便于导向套磨损后的更换，但本设计只在实验室使用，为了使结构简单，结构更加紧凑，将其设计成端盖整体式直接导向。即缸盖本身又是活塞的导向套，此时缸盖最好选用铸铁。 d. 密封装置和防尘装置的选择活塞与缸筒壁间的密封，是液压缸中最重要的密封，其密封性能的好坏，直接影响液压缸的工作性能。漏油是液压系统的主要弊病之一，采用密封装置来防止漏油是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，而且元件外部泄露的液压油还会弄脏设备，污染环境。 密封又不宜过紧，过紧虽能有效降低漏油的可能性，但是由于活塞与缸筒间存在相对运动，属于动密封，过紧则会引起很大的摩擦，降低机械效率和密封件的寿命。 故此设计综合以上因素最终确定活塞与缸筒和活塞杆间的密封装置选择O型密封圈进行密封。在活塞杆与缸盖的密封处，由于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，此处可以选择无骨架的防尘圈。 e. 液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸进出油口的连接等。 (1) 液压缸的安装形式根据安装位置及工作要求的不同，液压缸的安装形式分为长螺栓安装、脚架安装、法兰安装和耳环安装等。本系统设计的液压缸外部无负载，只做观察使用，可采用底面脚架的安装形式，并将液压缸的安装脚架加工为一体，使结构更为紧凑。 (2) 液压缸进、出油口形式及大小的确定此处液压缸无专用的排气装置，故进、出油口应设在液压缸的最高处，以便于空气能首先从液压缸排出。进、出油口形式的一般选用螺孔连接。表3.3为压力小于16MPa的小型系列单杆液压缸螺孔连接油口安装尺寸表，参考缸体内径D=50mm，可得出进、出油口连接螺纹尺寸为M221.5。 表3.3 单杆液压缸油口安装尺寸（ISO8138）缸体内径D进、出油口25、32M141.540M181.550、63M221.580、100、125M271.5 (3) 液压缸主要零件的材料和技术要求液压缸主要零件如缸体、活塞、活塞杆、缸盖等，材料和技术要求具体见附录中的零件图。3.1.4液压缸所需流量计算 此设计给定的工作速度范围为13m/min，即Vmin=3m/min，则缸的流量如下计算：Vmin=1m/min工作缸所需最大流量 （3.10）负载缸所需最大流量 （3.11）同时动作的液压缸的最大总流量 （3.12）3.2 控制元件选型 液压控制装置是对系统中流体的压力、流量及流动方向进行控制和调节的装置。考虑到此设计的液压系统最高工作压力均小于2.5MPa，故选用由广州机床研究所开发研制的GE系列液压阀，此系列阀为中低压液压元件，额定压力为16MPa，具有较大的通流能力。3.2.1各类阀规格型号 根据系统的最高压力（不超过2.5MPa）和通过阀的实际流量（如下式3.13计算出为5.89L/min）为依据，从产品样本中查的各类阀的规格型号8如下表3.4。表3.4 液压元件明细表序号名称型号额定流量 （L/min）调压范围（MPa）重量（Kg)1溢流阀YF3-10B630.56.31.62单向顺序阀AXF3-10B630.56.32.953单向阀AF3-Ea10B404减压阀JF3-10B630.56.32.855三位四通电磁换向阀34F3-10B606二位四通电磁换向阀24F3-10B60 本系统不进行节流调速环节，所有阀类元件通过流量不大于液压泵的出口流量。 通过阀的实际最大流量按下式计算 （3.13） 式中 A1油缸无杆腔的面积，即； 液压缸移动速度，13m/min。 则实际最大流量。3.2.2液压阀安装连接方式 阀的安装连接方式分板式和管式两种，此设计选用板式连接，将阀装在油路板上，方便安装、维护。连接部分接管接头（后面辅助元件一节中详细说明）。3.3 辅助元件选型3.3.1油管选用及计算 常用的油管有硬管（钢管和铜管）和软管（橡胶管和尼龙管）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，综合考虑所以选择钢管。 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。 （3.14） （3.15） 式中： 通过油管的最大流量； 油管内径； 油管壁厚； 管内最高工作压力； 管材抗拉强度； 安全系数（取值见表3.5）。 油管中允许流速（取值见表3.6）；表3.5 安全系数（钢管） 管内最高工作压力(MPa)17.5 安全系数 8 6 4表3.6 油管中允许流速油液流经的油管 吸油管 高压管 回油管短管及局部收缩处 允许流速(m/s)0.51.52.55 1.52.5 57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。 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=10.92L/min，管道流速综合考虑取V=1.5m/min，管内最高工作压力P=2MPa，油管材料取35#无缝钢管，=240MPa，安全系数n=8，所以 （3.16） （3.17） 故油管可选取其外径12mm，壁厚1mm的35#无缝钢管。3.3.2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，此次设计的装置由于管路固定，无需反复拆装，选用的油管为钢管。对于此液压装置来说，综合经济性和安装的方便性，最终决定选用的管接头为卡套式管接头，公称压力J级，管子内径为12mm，结构如图3.3所示。图3.3 卡套式管接头3.3.3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、液压油的价格、使用寿命、以及液压系统和维护、安全运行周期等因素综合考虑，选择合适的液压油品种。而叶片泵为主油泵的液压系统，一般选用HM油较好。根据表3.7，故本系统选用L-HM32液压油。表3.7 叶片泵系统润滑油类型粘度等级压力等级温度范围油液类型粘度(mm2/s)7MPa46、6868、1003.3.4滤油器 滤油器在液压系统中，滤除外部混入或者系统运转中内部产生的液压油中的固体杂质，使液压油保持清洁，延长液压元件使用寿命，保持系统工作的稳定性。 滤油器的类型一般分为网式滤油器、线隙式滤油器、纸质滤油器、烧结式滤油器、片式滤油器等。由于线隙式滤油器一般应用于中、低压系统且具有结构简单，过滤效果较好，通油能力大等特性，故此设计综合考虑工作流量等因素，滤油器的类型选择通径16L/min，通径12mm的XU-J1680线隙式滤油器，将其安装于泵的吸油口处，且需低于最低油位面以下。3.3.5空气滤清器 此次设计的装置选用的空气滤清器见后章节中的油箱结构设计。3.3.6液位计 此次设计的装置，选择的是带有温度计的液位计，螺钉中心距为150mm，型号为YWZ-150T，见后章节中的油箱结构设计。4 液压站设计4 液压站设计 机床液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。此次设计为集中式，即单独设置一个液压站。液压站是有液压油箱、液压泵装置（动力源）及液压控制装置三大部分组成9。4.1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。液压泵的作用是将原动机的机械能转化为液压能，驱动电机的作用是驱动液压泵，联轴器起到连接电动机和液压泵。4.1.1液压泵安装方式 液压泵装置包括不同类型的液