毕业设计（论文）-液压泵试验系统设计张培磊.doc

济南大学毕业设计第一章 绪论第一章 液压泵试验台的工作原理液压泵试验台的液压原理图如图1所示，电机（16）动力输出端经过联轴器17也转矩转速仪18,19相连，转矩转速仪又经过联轴器与被测试泵（20）动力输入端连接，被测试泵的进油口与油箱（1）管路连接，出油口经过单项阀21连入阀体，通过调试各类阀，经过仪表读出数据，从数据分析泵的性能。最后油经过回油过滤器14.2回到油箱。压力能，液压油经过控制阀组被液压阀实现了方向、压力、流量调节，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功，完成工作的高压油最后通过功率回收马达流回油箱，将大部分液压能回收利用。所设计试验液压部分台采用的是闭式液压传动，单向阀的作用是保护被试泵避免由于外加冲击载荷而造成泵的损坏。主油路可能会存在压力较高，所以在回路中安装流量计来进行补流量的测试在在主回路上安装冷却器，冷却速度快，但系统有冲击压力时，要求冷却器能承受较高的压力。除了冷却已经发热的回油之外，还能冷却溢流阀排出的油液。球阀用来保护冷却器，当不需要冷却时，打开球阀。该系统还采用独立的冷却回路，在邮箱上设置冷却装置，可以有效地保证油的温度，采用水冷，使实验台在工作时，不会受到液压油温度的影响导致数据不够准确。该压泵试验台所用的主要原件如下表：序号型号名称数量生产厂家1160012001200油箱1定制2YWZ1-250T液位液温计1温州黎明3EFT-65 空气滤清器1温州黎明4WB201 0-100C-500-0.5温度传感器M2宝鸡秦明5TF-40080F-Y吸油滤油器1温州黎明TF-40080F滤芯温州黎明 6Y2-100L1-4 B5电动机3Kw1 7NL3(YA2858/YA2536)内齿型弹性联轴器钢件1济南天成 8NB4-C100F内啮合齿轮泵1上海航发9YN60-6MPa耐振压力表6MPa1无锡海天10ZU-A25010FP回油过滤器1温州黎明TXX2-25010滤芯温州黎明11BR07-4平方米板式冷却器1江阴12KH-G3/4 (DN200)低压球阀不锈钢1上海依格13冷却水泵2外购14RFA-25010F-Y回油过滤器2温州黎明RFA-25010滤芯温州黎明15KH-G1 1/2(DN40)低压球阀不锈钢2上海依格16Y2-315-M4-B3电动机110kW 1济南 17NL5(YA3880/YA2842)联轴器钢件3济南天成18YN338-100+显示仪表数字式转矩转速仪1北京三晶19NL5(YA3880/YA2842)联轴器钢件济南天成20被测泵1力源液压 21S20单向阀 201滑德 22QU-H25010DFP高压过滤器温州黎明HDX-16010Q滤芯温州黎明23KF-L8/20E压力表开光滑液24YN100-40MPa-1.5级耐压压力表50MPa1无锡海天25输出4-20mA压力传感器400MPa1tecsis26Wb2011-100C-82-5温度变送器1宝鸡秦明27DRVP-25板式节流阀1华液 28DBE10-1-30/315比例溢流阀1华液比例放大器济南 29DB10-1-30/315溢流阀华德30Z1A-H25Z-5 插件NG161济南 31F02A-H256F-5滑阀控制盖板NG251济南 324WE6DX/EG24B9K4+Z4电磁换向阀1华液 33LC13-A401/A GF-1椭圆齿轮流量计1合肥仪表E900B显示表1合肥仪表显示仪表6济南大学毕业设计第二章 功率回收型液压泵试验台设计第二章 液压泵试验系统设计总思路：液压泵试验台采用合理的空间布局，有效地节省空间，合理的安装尺寸，准确的尺寸定位。2.1 试验台基本方案的选择制定2.1.1 制定试验台的总体形式试验台安装在自己设计的底座上，设计支架支撑转矩转速仪，支架带有滑动导轨，用来装卸被测泵，底座边设计收油器，来回收装卸被测泵时流出的液压油。在支架上端设计控制阀支撑架，用来支撑阀块，减少空间。2.1.2 制定布局方案油箱放置在底座左边，电动机，转矩转速仪，被测泵，支撑架放置在底座上，收油器紧接底座。2.1.3 动力源的选择要求根据设计要求，满足系统要求，满足要求的电机，并且在一侧用梅花联轴器连接测速仪，要求转速能够满足系统要求。并且能与转矩转速仪，和被测泵保持同轴等高。 济南大学毕业设计第三章 液压元件的选型第三章 液压元件的选型根据系统要求，经过合理的计算和安装要求，选择合理的液压元件。3.1 泵和电机的选型及计算3.1.1 主泵及电机的选型和计算根据已将给出的设计参数和条件，最大试验工作压力为32MPa，电机功率为110kw。电动机选择，首要要考虑电动的额定功率。所选的电机的额定功率应大于或等于工作要求功率。容量小于工作要求时，则不能保证电机的正常工作；容量过大时，则要增加成本，并且由于效率和功率因数低造成浪费。根据设计要求电动机的为110kw，转速为1450r/s，选择四级电机，电机的型号为Y2-315-M4-B3，参考其他电动机，选择济南西门子贝德，该产品的功率为110kw，额定转速为1450r/min电机的高为315。3.1.2 独立冷却油路电机的选择给定电机功率为3Kw，并且没有特殊的要求，在这里我选用普通Y系列电机，安装方式为B3。3.2 液压泵的选择3.2.1被测泵的选择被测泵选择，这要是为了方便设计，如支撑架的设计。首先要考虑实验最大压力要求为32Kpa，其次要考虑泵的维修和保养，再次就是泵的性价比。经过对比选用力源液压的LY-A2F系列斜盘式柱塞泵。该泵具有固定的排量，可用于开式系统或闭式系统做静压传动，适合所设计系统的要求。 图2 系列14（规格0225）结构剖面图 图3 型号说明下面我开始选择柱塞泵的排量并计算泵的功率。取泵的容积效率为90%。液压泵由电机驱动，电机输入的功率转化为液体流量和压力。根据公式：（1）可计算出在各种排量、不同转速和压力下泵的功率，如下表：1、排量V=45ml/rP p(MPa) (KW) n(r/min) 20222426283032600101112131415169001516.5 1819.52122.52412002022242628303215002527.53032.53537.54018003033363942454821003538.54245.54942.5462、排量V=55ml/rP p(MPa) (KW) n(r/min) 2022242628303260012.213.414.715.917.118.319.690018.320.22223.825.728.329.3120024.426.929.331.834.236.739.1150030.633.636.739.742.845.848.9180036.740.34447.751.335558.7210042.847.151.355.659.964.268.43、排量V=63ml/r P p(MPa) (KW) n(r/min) 202224262830326001415.416.818.219.62122.49002123.125.227.329.431.533.612002830.83636.439.24244.815003538.54245.54952.55618004246.250.454.658.86367.221004953.958.863.768.673.578.44、排量V=80ml/rP p(MPa) (KW) n(r/min) 2022242628303260017.819.621.323.124.926.728.490026.729.33234.737.34042.7120035.639.142.746.249.853.356.9150044.448.953.357.862.266.771.1180053.358.76469.374.78085.321006568.474.780.987.193.399.65、排量V=107ml/rP p(MPa) (KW) n(r/min) 2022242628303260023.826.228.530.933.335.73890035.739.242.846.449.953.557.1120047.652.357.161.866.671.376.1150059.465.471.377.383.289.295.1180071.378.585.692.799.9107114.1210083.291.599.9108.2116.5124.8133.26、排量V=125ml/rP p(MPa) (KW) n(r/min) 2022242628303260027.830.633.336.138.941.744.490041.745.85054.258.362.566.7120055.661.166.772.277.883.388.9150069.476.483.390.397.2104.2111.1180083.391.799.3108.3116.7125133.3210097.2106.9116.7126.4136.1145.8155.67、排量V=160ml/r P p(MPa) (KW) n(r/min) 2022242628303260035.639.142.746.249.853.356.990053.358.76469.374.78085.3120071.178.285.392.499.6106.7113.8150088.997.8106.7115.6124.4133.3142.21800106.7117.3128138.7149.3160170.72100124.4136.9149.3161.8174.2186.7199.1根据计算，和转速选择当排量V=160ml/r时是符合要求。所选择排量是160ml/r的斜盘式柱塞泵，通过回路中压力表和流量计的读数可以测出不同的转速以及最大压力范围内的各压力值，便可以知道泵的性能。1.2.2 单独冷却回路的泵的选择过滤冷却泵排量NB4-C100F，额定工作压力1Mpa，排量较小，工作压力也小，可选用内啮合齿轮泵，性价比较好，维修简单。没有特殊工作要求，满足系统冷却要求就可。3.3 油路中管道的选择3.3.1油管的计算和选择油管的计算主要是确定油管的内径和壁厚参数。油管的长度根据装配和试验台油箱摆放确定。1. 油管内径计算公式为：式中：q通过油管的流量; v油管中推荐的流量，吸油管取0.5-1.5m/s，压油管取2.5-5 m/s。回油管取1.5-2.5 m/s。在电机额定功率下，电机转速为1450r/min，所以流量为:q=rv=1450/60250/60=100.69(/s)设计要求系统的最大流量v为250l/min将q代入公式得：对于吸油管d=0.32（m） 对于回油管d=0.16（m）因此吸油管选择内径为32cm的钢管，回油管选内径16cm的钢管。计算结果，油管能够承受系统压力，满足系统要求。 2.油管壁厚计算公式为： 式中：p油管内压力； 系统要求最大工作压力为32MPa 油管材料的许用应力。=/n, 油管材料的抗拉强度，n为安全系数。对于钢管，p7MPa时，取n=8；当p17.5MPa时，n=4，p最大为32Mpa所以n为4。选择材料为1Cr17Ni7的钢管的抗拉强度为520MPa。将代入公式得：吸油管3.846（cm）； 回油管1.928cm）。按标准的规格选取吸管为32mm4mm的无缝钢管；回油管选择16mm2mm的无缝钢管。3.3.2 管接头的选择选择管接头主要考虑，拆卸方便、密封性好、连接可靠牢固、外形尺寸小、压降小、工艺性好等要求。综合考虑各类油管接头，对照性价比，本系统采用可焊接管接头。 图4 管接头3.4 联轴器的选择 本系统联轴器应用在电动机机和转矩转速仪之间，转矩转速仪和被测泵之间，根据系统的特殊性选择梅花联轴器。梅花联轴器主要适用于起动频繁、正反转、中高速、中等扭矩和要求高可靠性的工作场合，适合本系统要求。其次花形弹性联轴器结构简单，径向尺寸小，重量轻，转动惯量小，适用于中高速场合，梅花形弹性联轴器工作稳定可靠，具有良好的减振、缓冲和电绝缘性能。梅花形弹性联轴器具有较大的轴向、径向和角向补偿能力，梅花形弹性联轴器高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油，承载能力大，使用寿命长，安全可靠，联轴器无需润滑，维护工作量少，可连续长期运行。电动机轴的为17080，转矩转速仪的轴为10555，被测泵的直径为9045，根据轴的直径和长度选择两联轴器均为，CH4-C20-125 71 71-43 图5 CH4型梅花联轴器3.5 液压阀的选择3.5.1 单向阀的选择单向阀是防止液体倒流的液压元件，油路是单向。所选单向阀除了需要实现防止液体倒流的功能外，还应满足试验台的通流能力，能够满足最大流量250/min本试验台所用单向阀选用S20公。3.5.2 球阀的选择球阀是由旋塞阀演变而来的。它的旋塞体是球型，有圆形通孔或通道通过其轴线。球面和通道口，即当球旋转90度时，在进、出口处应全部呈现出球面，从而截断液流。球阀只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密，油液停滞。完全平等的阀体内腔为介质提供了阻力较小、直通的流道。通常认为球阀最适宜直接做开闭元件使用，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用13。本系统对于球阀的节流效果要求不高。球阀的主要作用是要用于开关、切断或接通管路中的介质，亦可用于流体的调节与控制本。试验台选用上海依格流体技术有限公司生产的球阀，型号为KH-G1 1/2(DN40)和KH-G1 3/4(DN20)。这种型号和其它型号相比结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修。 图6 球阀的结构图 3.5.3 溢流阀的选择溢流阀啊在系统中起着订压溢流作用和保护总用。溢流阀的参数要求是最好工作压力和最大流量值，审查各阀在各种工况下达到的最高工作压力和最大流量值，以此选择阀的额定压力和额定流量。一般情况下，阀的实际压力和流量应与额定压力和流量相近，到必要时允许实际流量超过额定流量的20%。综合比较几类溢流阀选择，电液溢流阀。电液溢流阀设计与所加电气成比例调节系统压力。3.6滤油器的选择3.6.1独立冷却回路吸油滤油器的选择滤油器的一般要求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，滤芯应有足够强度，不会因压力而损坏，通流能力大，压力损失小，易于清洗或更换滤芯。选择滤油器主要考虑的是d和工作压力。冷却泵排量为32ml/r，电机额定转速为1450r/min由此可计算出泵的理论流量：q=321450=46400ml/min=46.4（l/min）因此冷却回油滤油器可选择公称流量为250l/min，其型号为：ZU-A25010FP。3.6.2 主回吸油路滤油器的选择系统的最高流量是250l/min，最大流量是32Mpa，电机的额定转速为1450r/min，由此可计算出泵的理论流量：q=2501450=362.5（l/min）。因此主回油滤油器可选择公称流量为400l/min，其型号是TF-40080F-Y3.7 冷却器的选择冷却器主要通过管道散热面积直接吸收油液中的热量，还可以使油液流动出现紊流，通过破坏油液边界层来增加油液的传热系数。根据冷却器的选用原则：冷却器的额定流量是系统流量的3-6倍。主回路流量：q=rv=1450250/60=6.042(/s)，所以冷却器的流量可为6/s。实验系统采用水冷板式冷却器，有独立的冷却回路，不受主油路干扰。水冷式冷却器特点是:冷却水从管内流过，油从列管间流过，中间折板使油折流，并采用双程或四程流动方式，冷却效果显著。3.8 椭圆齿轮流量计的选择流量计是由计量箱和装在计量箱内的一对椭圆齿轮，与上下盖板构成一个密封的初月形空腔（由于齿轮的转动，所以不是绝对密封的）作为一次排量的计算单位。当被测液体经管道进入流量计时，由于进出口处产生的压力差推动一对齿轮连续旋转，不断地把经初月形空腔计量后的液体输送到出口处，椭圆齿轮的转数与每次排量四倍的乘积即为被测液体流量的总量（原理见图）。流量计主要是由壳体、计数器、椭圆齿轮和联轴器（分磁性联轴器和轴向联轴器）等组成。流量测量与流体的流动状态无关，这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的。粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核测介质的粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利。椭圆齿轮流量计计量精度高，适用于高粘度介质流量的测量，但不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)。如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。根据最大的流量250l/min，选择的流量计为LC13-A401/A GF-1。显示表为EL-9000。 济南大学毕业设计第四章 非标准件的设计第四章 结构件的设计非标准件包括油箱、肋板、各种支架和支座等，本章主要介绍油箱的设计。 4.1 油箱的设计4.1.1 油箱的功能和分类油箱的功用主要是储存油液，此外还起着散发油液中热量(在周围环境温度较低的情况下则是保持油液中热量)、释出混在油液中的气体、沉淀油液中污物等作用。在一个液压系统中，油箱时必不可少的部件，并且在设计一个系统时，油箱的设计非常重要的，主要包括油箱内的布局，油箱的容积计算，油箱放置方式及其附件等都需要设计者进行合理设计和规划。油箱有开式和闭式两种。开式油箱应用比较广泛。油箱液面与大气相通，为防止油液被大气污染，在邮箱顶部设置空气滤清器，并有时兼作注油口。闭式油箱一般指箱内油液不与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接以防止空气杂质的侵入17。4.1.2 油箱的结构设计与分析 油箱必须有足够大的容积，一方面要保证系统工作时所需的液位高度。另一方面为满足散热要求，系统在停止工作时要能够容纳所有介质。；在油箱容积不能增大而又不能满足散热要求时，需要设冷却装置。 合理设置油箱主要的油口。尽量使邮箱的排油口和回油口之间的距离远些，管口插入最低的油面以下，以免发生吸空和回油飞溅产生气泡。管口制成450斜角，以增大吸油和回油的截面积，使油液流动时速度变化不致过大，管口应面向管壁。吸油管离箱底距离H2D（D为管径），距箱边不小于3D。回油管离箱底距离h3D。 设置吸油和回油过滤器。油箱的回油口一般都设有系统所要求的过滤精度，所以会有过滤器，以保持返回油箱的油液具有允许的污染等级，以此来保证系统的精度。油箱的排油口（及泵的吸口）为了防止意外落入油箱中污染物，有时也装有吸油网式过滤器。由于这种过滤器侵入油箱的深处，不好清理，因此，即使设置，过滤网目也是很低的，一般为60目以下。 箱内设置隔板使吸、回油管隔开，使液流循环油流中的气泡污物沉淀和分离。隔板结构采用溢流式标准型。在可以在隔板上设置过滤网。在开式油箱上部的通气孔配置空气滤清器，兼作进油口。设置油箱的进油口不从油桶中将油直接注入油箱，而是经过滤车从注油口注入。保证注入油箱的油液具有一定的污染等级，使油液干净，保持系统的精度。 放油孔要设置在油箱的最底部，使换油时油液和污染物能顺利地从放油孔流出。在设计油箱工程中，从结构上应尽可能考虑换油的方便性，设置清洗孔，以便于油箱中沉淀物的清洗。为了能够观察向油箱注油的液位上升情况以及在系统过程中看见液位高度，必须设置液位计。按GB/T37661983中5.2.3a规定：“油箱的底部应离地面150mm以上，以便于搬移、放油和散热。油液可能流到地面上，可在油箱上盖和下部附近四周设置油盘，油盘上设置有排油孔，以便油盘的清洗工作，保持油盘洁净。油箱的内壁处理应进行抛丸或喷砂，用来清除铁锈和焊渣。待灰沙清理干净后，按不同的工作介质进行处理或者涂层。对于矿物油常常采用磷化处理。对于高水基或水乙二醇等介质，则应采用与介质相容的涂料进行涂刷，以防油漆剥落导致污染油液17。为了方便邮箱的清洗，在油箱的两端设有2个大洞，用端盖和密封圈密封，方便人进入到油箱内，进行针对清洗。4.1.3 油箱的容积计算油箱容积(L)：其容积的大小衡量所能承装油量的能力。油箱的有效容积设计一般为泵每分钟流量的3-7倍，针对固定的设备、空间面积不受限制的设备则应采用较大的容积。油箱中温度一般推荐为3050 ，最高不应超过65，最低不低于15，对于固定机及其它一些设备，工作温度允许在4055之间。在初步设计时油箱的有效容量可按下述经验公式确定式中：V油箱的有效容量qp 液压泵的流量M经验系数，低压系统：M=24，中压系统：M=57，中高压或高压系统：M=612 济南大学毕业设计致谢第五章 液压泵试验台的布局设计液压泵试验台的布局要合理，合理利用空间来实现方便、安全、减少空间，减少成本。 5.1 主要部件的放置电机、功率回收马达、柱塞泵等部件要放置在一条线上，并且都固定在试验台的箱体上，油箱后置。5.1.1底座设计底座长度和宽度必须能够保证支撑电动机，转矩转速仪和被测泵。合理选择底座的厚度，保证底座的强度，不能使底座变形，保证同轴度。材料采用铸铁。5.1.2支撑架设计支撑架的长度为转矩转速仪的长度和安装泵尺寸的进给长度之和，中心高度与电动机的中心高度保持等高，导轨采用滑动导轨。安装在底座上，工艺为铸造。支撑架合理设计被测泵安装圆盘，能够安装被测泵。5.1.3阀体支撑架的设计阀体支撑架长度长度大于阀体的长度，平台高度高度应大于支撑架的高度，宽度参考阀体的宽度。设计合理的结构提高阀体支撑架的强度，如设计肋板，加强筋等。5.2 独立冷却油路的放置 独立冷却回路空间小，为减少成本将它放置在油箱上，这样既可以让油箱做支撑装置，节省了空间和成本，方便了冷却，更较少在油路中的损失和污染物。5.3 试验台的运行调试1、确认液压系统净化符合标准后，向油箱加入液压油。加入液压油时一定要过滤，保证油的纯度。滤芯的精度要符合要求，并要经过检测确认。2、检查液压系统各部构件和元件，确认安装合理无误。 3、接通电源后调节各阀，检测各个表，观察系统运行装空。致 谢本次毕业设计是对我大学四年学习的检测，更是对自己所学知识的理解和掌握以及应用的检测。我相信经过这次设计，能够使自己的社会道路和职业生涯奠定基础，提高自己发现问题解决问题能力。本次设计翻阅大量资料，查阅大量手册，提高自己查阅资料的能力。在本次设计历时三个月，从查阅资料，参考文献，到设计图纸、写说明书，无论是哪一步，都让我体会到做设计的艰辛，以及自己知识的欠缺。开始对于液压泵实验系统的概念认识模糊，认真听取老师的讲解，仔细研究老师所给的资料，慢慢的深入了解，最终能够设自己计出一台液压泵实验系统。我相信自己设计的系统中存在不足，结构和元件选择存在一定的错误，也许在运行中会遇到没有想到的错误，但是我得到了很多，获得了很多。在设计过程中遇到了很多问题，如在使用绘图软件时很多操作，感谢周边的同学的讲解。在结构设计过程中李老师对结构能够合理的运行和能否实现准确的机械动作进行了讲解和分析，感谢老师在设计过程中的讲解，解答我的疑问。同时感谢学校领导安排合理的设计场所，图书馆提供大量的资料。感谢同组同学的合作，积极地探头。总之这次设计让我收获颇丰，这次设计是一次难得的锻炼机会，拓宽了自己的知识面，积累了宝贵实际经验，开阔了自己的眼界和对机械设计的认识，也是我明白了团队协作精神的真正含义。设计中所积累的宝贵经验为我以后的工