毕业设计（论文）-液压站设计说明书.doc

目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 2 2 概述 2 3 液压缸的设计 2 3 1 工况分析 2 3 2 液压缸主要几何尺寸的计算 3 3 2 1 液压缸内径的确定 3 3 2 2 活塞杆直径的确定与校核 4 3 2 3 液压缸的有效面积 5 3 2 4 液压缸内缸筒的行程 5 3 2 5 液压缸内缸筒的长度 5 3 3 液压缸结构参数的计算 5 3 3 1 缸筒壁厚 的计算和校核 5 3 3 2 壁厚的计算 5 3 3 3 液压缸的缸筒壁厚的校核 5 3 3 4 液压缸油口直径的计算 6 0 d 3 3 5 缸底厚度 h 的计算 6 3 3 6 缸头与法兰的联结计算 6 3 3 7 缸头厚度 h 的计算 7 3 3 8 法兰直径和厚度的确定 8 3 3 9 缸盖的联结计算 8 3 3 10 缸头直径 g d和缸盖直径 G d 9 3 3 11 液压缸主要尺寸的确定 9 3 4 液压缸主要零件的结构 材料及技术要求 10 3 4 1 油缸的密封 10 3 4 2 油缸缸体 10 4 液压系统图的拟订和工作原理的确定 11 4 1 制定基本方案 11 4 1 1 制定调速方案 11 4 1 2 制定压力控制方案 12 4 1 3 制定顺序动作方案 12 4 1 4 选择液压动力源 12 4 2 绘制液压系统图 13 5 液压元件的选择和工作原理的确定 15 5 1 液压泵的选择 15 5 2 电动机的选择 15 5 3 其他元件的选择 16 5 3 1 液压阀的选择 16 5 3 2 蓄能器的选择 16 5 3 3 管道尺寸的确定 18 5 3 4 油箱容量的确定 18 6 液压系统性能的验算 19 6 1 管路系统压力损失的验算 19 6 1 1 液压系统压力损失 19 6 1 2 沿程压力损失 19 6 1 3 局部损失 20 6 1 4 总的压力损失 21 6 2 液压系统的发热温升计算 21 6 2 1 系统发热量的计算 21 6 2 2 系统的散热计算 21 6 2 3 系统热平衡温度的验算 22 6 3 油箱的尺寸设计 22 7 液压装置的设计 23 7 1 液压装置总体布局 23 7 2 液压阀的配置形式 23 7 3 集成块设计 23 8 液压系统安装及调试 24 8 1 液压系统安装 24 8 2 调试前准备工作 24 8 3 调试运行 24 8 4 液压系统的用液及对污染的控制 24 8 5 调试运行中应注意的问题 25 9 液压系统的维护及注意事项 25 10 结论 25 参考文献 26 致谢 27 附录 27 1 YS32YS32 液控蝶阀液压站设计液控蝶阀液压站设计 摘 要 液压站又称液压泵站 是独立的液压装置 它按逐级要求供油 并控制液压油流的方 向 压力和流量 适用于主机与液压装置可分离的液压机械上 只要将液压站与主机上的执行 机构 油缸或油马达 用油管相连 液压机械即可实现各种规定的动作和工作循环 液压站的 工作原理 电机带动油泵转动 泵从油箱中吸油供油 将机械能转化为液压站压力能 液压油 通过集成块 或阀组合 实现了方向 压力 流量调节后经外接管路并至液压机械的油缸或油 马达中 从而控制液动机方向的变换 力量的大小及速度的快慢 推动各种液压机械做功 1 关键词 液控 蝶阀 液压站 调节 压力 Design of Hydraulic Pressure Station for YS32 Hydraulic Controlled Butterfly Valve Abstract Hydraulic pressure station and say hydraulic pump station is independent of the hydraulic equipment It gradually according to supply requirements And control the direction of the duct hydraulic pressure and flow and is suitable for the host and hydraulic device can separate the various hydraulic machinery Users buy as long as the hydraulic pressure station and after will host of 2 actuators oil cylinder or the motor oil connected with oil pipeline hydraulic machinery can be realized of regulations of action and work cycle The working principle of the hydraulic pressure station motor drive pump rotation pump in the fuel tank oil absorption oil supply the mechanical energy into hydraulic pressure station pressure hydraulic oil through the integrated block or valve combination to implement the direction pressure and flow rate by external pipeline and adjusted to the hydraulic machinery oil cylinder or in the motor oil so as to control the direction of the liquid motivation of the size and the power transformation how quickly promote the various hydraulic mechanical work is done Key words Hydraulic controlled Butterfly valves Hydraulic station Regulation pressure 1 前言 我国液压工业发展历程 大致可分为三个阶段 即 20 世纪 50 年代初到 60 年代初为起步阶段 60 70 年代为专业化生产体系成长阶段 80 90 年代为快速发 展阶段 其中 液压工业于 50 年代初从机床行业生产仿苏的磨床 拉床 仿形车 床等液压传动起步 液压元件由机床厂的液压车间生产 自产自用 进入 60 年代 后 液压技术的应用从机床逐渐推广到农业机械和工程机械等领域 到了 60 年代 末 70 年代初 随着生产机械化的发展 液压元件制造业出现了迅速发展的局面 一批中小企业也成为液压件专业制造厂 这时 液压件产品已从仿苏产品发展为引 进技术与自行设计相结合的产品 压力向中 高压发展 并开发了电液伺服阀及系 统 液压应用领域进一步扩大 2 至今经过 40 多年的努力 我国液压元件行业已形成了一个门类比较齐全 有 一定生产能力和技术水平的工业体系 随着社会主义市场经济的不断深化 液压产 品的市场供求关系发生较大变化 长期来以 短缺 为特征的卖方市场已基本成为 以 结构性过剩 为特征的买方市场所取代 在我国加入 WTO 后 其冲击有可能 更大 因此 十五 期间行业产值的增长 决不能依赖于量的增长 而应针对行 业自身的结构性矛盾 加大力度 调整产业结构和产品结构 也就是应依靠质的提 高 促进产品技术升级 以适应和拉动市场需求 求得更大的发展 2 概述 本液压系统控制的阀门为水电站水轮机进水阀门 公称直径为 DN2000mm 为液压驱动和控制的液控蝶阀 该系统能实现开启后自动投入 自动保压 重锤和 蝶板不抖动 关阀时能先关导叶 自动解除锁定 在蓄能器和水力驱动下按调定的 3 时间关闭阀门 本控制系统集液控与电控为一体 配置蓄能器 系统结构紧凑 动 作简单可靠 且具有能耗低的特点 完全满足用户提供的原理要求 本套液压系统 配有电器压力开关 可对系统压力实现自动控制 阀门开关时间 60 90s 可调 3 液压缸的设计 3 1 工况分析 执行元件的工作压力主要根据运动循环各阶段中的最大总负载力来确定 此外 还需要考虑以下因素 1 首先要考虑设备类型及各类设备的不同特点和使用场合 2 考虑执行元件的装配空间 经济 元件供应情况和重量等因素 工作压力 选得低 则元件尺寸大 重量重 对某些设备来说 尺寸要受到限制 从材料消耗 角度看也不经济 反之 压力选得高一些 则元件尺寸小 重量轻 但对元件的材 质 制造精度 密封性能要求高 必然要提高设备成本 一般来说 对于固定的 尺寸不太受限的设备 压力可以选低一些 行走机械 重载设备压力要选得高一些 所以 执行元件的工作压力的选择有两种方式 一是根据机械类型选 二是根 据切削负载选 具体选择可参考表 1 和表 2 表 1 按负载选择工作压力 Table 1 According to the load selection work pressure 载荷 KN 50 工作压力 Mpa 0 8 1 1 5 2 2 5 3 3 4 4 5 5 表 2 按机械类型选执行件的工作压力 Table 1 According to the mechanical type choose execution a pressure of work 机械类型 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 农业机械 液压机 小型工程机械 大中型挖掘机 建筑机械 重型机械 液压凿岩机 起重运输机械 工作压力 Mpa 0 8 2 3 5 2 8 8 10 10 18 20 32 值得注意的是 高压化是液压系统发展趋势之一 因此压力应选得高一些 以 减小系统的体积 此外 低压阀已逐渐淘汰 即使是低压系统也应采用高压阀 4 启动力为308KN 液压缸的平均输出速度为0 9m min 设计液压缸的行程 由 于采用伸缩式液压缸 其中一级活塞的行程为358mm 二级活塞 内缸筒活塞 的 行程为267mm 3 2 液压缸主要几何尺寸的计算 液压缸的主要几何尺寸 包括液压缸的内径 活塞杆的直径 液压缸行程等 3 2 1 液压缸内径的确定 1 初选液压缸的工作压力 根据分析 此举伸机构的负载较大 初选液压缸的工作压力为p 16Mpa 2 计算液压缸的尺寸 取 F 308000N max F A F p 1 308000 16 106 0 01925m2 D m 2 14 3 01925 0 44 A 13 865 10 2m 查机械设计手册GB2348 80 3 按标准取 D 140mm 3 2 2 活塞杆直径的确定与校核 1 活塞杆直径的计算 根据 和P的关系速度比 取1 6来确定活塞杆的直径 d D 3 1 120 56mm 同上 按标准取 d 130mm 2 活塞杆的稳定性校核 因为活塞杆行程为358mm 所以取活塞长为567mm 而活塞直径为130mm L d 567 130 4 36 16Mpa 取 py 1 25pn 1 25 16Mpa 20Mpa 液压缸缸壁的材料选 35 号钢 查金属工艺学表 6 5 GB699 88 5 得其材 料抗拉强度 b 520Mpa 取安全系数为n 5 b 5 520 5MPa 104MPa D 140 25 5 6 10 1 mm 7 y y p p D 3 1 4 0 2 mm 1 203 1104 204 0104 2 140 14 7mm20mm 取 1 1 ks k a m a 1 3 5 4 5 m k a s k 求得 13 1 ks k a m a MPa240 5 45 3 11 MPa23 15 螺栓和被联结件均为钢制 采用金属垫片 故取相对刚度系数3 0 21 1 cc c 即有0 3MPa d F 58 13 2 3 0 2 mm 6 1023 15 23 0 F d98 21 1023 1514159 3 3850023 0 6 由设计手册 选M22 与原设相符 3 3 7 缸头厚度 h 的计算 本液压缸选用螺钉联结法兰 其计算方法如下 14 3 0 op op d dDF h 式中 h 法兰厚度 m 8 F 法兰受力总和 N d 密封环内径 m 密封环外径 m H d 螺钉孔分布圆直径 m 0 D 密封环平均半径 m op d 法兰材料的许用应力 Pa 均压槽一般宽为0 4mm 深为0 8mm O型密封圈的压缩率为 W 缸头和法兰的联结是固定的 其密封也是固定的 7 取 00 dhd W 20 即 0 2 得 1 为密封圈直径 00 8 0 dd 0 d 0 d F 308000N 140mm 140 2 139 5mm 15 H d op d 0 d 间螺 LddD H 2 0 140mm 23 22 2 7 272mm 16 MPaMPa n b 120 5 600 mmmmh48 120 5 13914159 3 5 139272 3080003 3 3 8 法兰直径和厚度的确定 法兰直径取与缸头直径相同 即 mmd308 法 法兰厚度取 mmh38 法 3 3 9 缸盖的联结计算 联接方式 螺栓联接 缸体螺纹处的拉应力为 zd FK 2 1 4 17 切应力 18 zd dFKK 3 1 01 2 0 合成应力为 19 3 13 22 n 式中 K 螺纹拧紧系数 动载荷 取K 1 5 9 F 缸体螺纹处所受的拉力 N F 308000N 螺纹内径 mm 1 d z 螺栓个数 取z 8 螺纹处的拉应力 Pa 螺纹材料的许用应力 8 MPaMPa n b 400 5 1 600 n 安全系数 一般取1 5 2 5 20 MPa d 400 8 4 3080005 1 3 13 1 2 1 mmd 4 15 1 由设计手册 取M16 3 3 10 缸头直径和缸盖直径 g d G d 取两者相同 即 21 g d G d 0 D 螺 d 间 d 272 16 2 10 mm 304mm 3 3 11 液压缸主要尺寸的确定 1 活塞最小导向长度 H L为活塞的行程 H L 20 D 2 358 20 140 2 84mm 22 2 活塞的宽度B B 0 57D 0 54 140mm 75mm 23 3 导向套长A D 140mm 80mm 取A 0 5d 0 5130mm 65mm 24 4 隔套长度E E H A B 2 84 65 80 2 12mm 25 内缸筒最小导向长度H L为内缸筒的行程 H L 20 D 2 267 20 2OO 2 113mm 26 10 内缸筒活塞的宽度B B 0 4D 80mm 内缸筒导向套长A D 200mm 80mm 取 A 0 5D 100mm 5 求液压缸的最大流量 2 1 40 60s 90s 2 67 3 58 1 Ddm 2 DdmT 1 Hdm 2 Hdm 油缸无杆腔作用面积 2 4 3 14 27 1 S 1 D 2 dm 2 4 1 53 2 S 2 D 2 dm V 13 86 1 S 1 H 2 S 2 H 3 dm 流量的计算 油流量 容积 时间 13 86L min B Q 3 4 液压缸主要零件的结构 材料及技术要求 3 4 1 油缸的密封 本次油缸设计充分考虑了其所处的环境恶劣 在密封件的造型上力求密封性能 的可靠和寿命有可靠保证 9 全套密封件采用进口德国 MERKERS 产品 使用寿 命长达 15 年 3 4 2 油缸缸体 本工程油缸的缸体材料为优质无缝钢管制作 强度高于 ST5 2N 内径采用 GB1184 中的 H8 配合要求 表面粗糙度达 Ra0 4 直线度要求达 1000 0 1 圆柱度 要求达 0 02 孔口有导向角 粗糙度为 Ra1 6 缸口采用法兰连接 法兰材料为 45 锻钢 并经正火处理 有关焊接采用氩弧焊 焊前预热 焊后局部高温回火去 应力处理 并对焊缝进行 100 超声波探伤 按 JB4730 1 级标准验收 10 1 活塞杆材料用优质 45 锻钢并正火处理 表面防腐采用镀铬工艺 镀 0 04 0 06mm 硬铬 杆头开有夹头及导向角 所有结构均符合国标要求 表面硬度 达 HRC58 64 以上 圆度公差值达 7 级精度 2 活塞所用材料为 45 锻件正火处理加支承环结构 材料为 QA19 4 活塞 外径公差达 f8 内径采用基孔制 公差为 H9 其密封面 槽 的加工精度为 h9 粗糙度为 Ra1 6 两端面对内孔的垂直度为 0 04mm 外径对内径的同轴度为 0 03mm 定位有导向角导入 3 缸底 缸盖均采用锻焊钢件 材料为 45 并经正火处理 各配合处的圆柱 度高于 9 级 同轴度公差为 0 03mm 粗糙度为 Ra1 6um 11 4 导向套 45 材料 导向面的配合公差为 H9 和 f8 11 粗糙度为 Ra0 2um Ra0 3um 配合面的圆度公差为 0 05mm 同轴度为 0 03mm 5 油缸设有排气测压装置 销轴部位设有防水防锈机构 6 关节轴承采用自润滑轴承 用户使用时可免维护 对液压启闭机的运输采 取了可靠的防撞 防震 防刮伤 防擦伤 防磕碰等防护措施 7 密封 选用 O 型密封圈 8 防尘 防尘圈 9 液压缸的缓冲装置 缓冲装置是为了防止和减少液压运动时的冲击 通过 节点产生内压力抵抗液压推力 惯性力和载荷力 降低液压杆的速度 该系统中活 塞杆的运动速度较小 移动惯性不大 选用固定性的缓冲方式 12 10 排气装置 当系统长时间停止工作 系统中的油液由于本身重量的作用 和其他原因而流出 这时易使空气进入系统 如果液压缸中有空气或混入空气 都 会使液压缸运动不不平稳 因此可在液压缸的最高部位设置排气装置 4 液压系统图的拟订和工作原理的确定 4 1 制定基本方案 4 1 1 制定调速方案 液压执行元件确定后 运动方向和运动速度的控制是定液压回路的核心问题 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现 对于一般中小流量的液压系统 大 多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作 对高压大流量的液压系统 现多采用 插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变 化来实现 相应调整方式有节流调速 容积调速以及二者的结合 容积节流调速 节流调速一般采用定量泵供油 用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的 流量来调节速度 13 此种调速方式结构简单 由于这种系统必须用溢流阀 故效 率低 发热量大 多用于功率不大的场合 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的 其优点是没有 溢流损失和节流损失 效率较高 但为了散热和补充泄漏 需要有辅助泵 此种调 速方式适用于功率大 运动速度高的液压系统 容积节流调速一般是用变量泵供油 用流量控制阀调节输入或输出液压执行元 件的流量 并使其供油量与需油量相适应 此种调速回路效率也较高 速度稳定性 较好 但其结构比较复杂 12 节流调速又分别有进油节流 回油节流和旁路节流三种形式 进油节流起动冲 击较小 回油节流常用于有负载荷的场合 旁路节流多用于高速 调速回路一经确定 回路的循环形式也就随之确定了 节流调速一般采用开式循环形式 在开式系统中 液压泵从油箱吸油 压力油 流经系统释放能量后 再排回油箱 14 开式回路结构简单 散热性好 但油箱体 积大 容易混入空气 容积调速大多采用闭式循环形式 闭式系统中 液压泵的吸油口直接与执行元 件的排油口相通 形成一个封闭的循环回路 其结构紧凑 但散热条件差 4 1 2 制定压力控制方案 液压执行元件工作时 要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作 也有的需要多级或无级连续地调节压力 一般在节流调速系统中 通常由定量泵供 油 用溢流阀调节所需压力 并保持恒定 在容积调速系统中 用变量泵供油 用 安全阀起安全保护作用 在有些液压系统中 有时需要流量不大的高压油 这时可考虑用增压回路得到 高压 而不用单设高压泵 液压执行元件在工作循环中 某段时间不需要供油 而 又不便停泵的情况下 需考虑选择卸荷回路 15 在系统的某个局部 工作压力需低于主油源压力时 要考虑采用减压回路来获 得所需的工作压力 4 1 3 制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作 根据设备类型不同 有的按固定程序运行 有的 则是随机的或人为的 工程机械的操纵机构多为手动 一般用手动的多路换向阀控 制 加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制 当工作部件移动到一定位 置时 通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制 接续的动作 行程开关安装比较方便 而用行程阀需连接相应的油路 因此只适用 于管路联接比较方便的场合 另外还有时间控制 压力控制等 例如液压泵无载启动 经过一段时间 当泵 正常运转后 延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭 建立起正常的工作压力 压力 控制多用在带有液压夹具的机床 挤压机压力机等场合 当某一执行元件完成预定 动作时 回路中的压力达到一定的数值 通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀 使压力油通过 来启动下一个动作 13 4 1 4 选择液压动力源 液压系统的工作介质完全由液压源来提供 液压源的核心是液压泵 节流调速 系统一般用定量泵供油 在无其他辅助油源的情况下 液压泵的供油量要大于系统 的需油量 多余的油经溢流阀流回油箱 溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作 用 容积调速系统多数是用变量泵供油 用安全阀限定系统的最高压力 为节省能源提高效率 液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配 对在工 作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况 一般采用多泵供油或变量泵供油 对长时间所需流量较小的情况 可增设蓄能器做辅助油源 油液的净化装置是液压源中不可缺少的 一般泵的入口要装有粗过滤器 进入 系统的油液根据被保护元件的要求 通过相应的精过滤器再次过滤 为防止系统中 杂质流回油箱 可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器 根据液压设备 所处环境及对温升的要求 还要考虑加热 冷却等措施 4 2 绘制液压系统图 整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成 各回路相互组合时 要去掉重复多余的元件 力求系统结构简单 注意各元件间的联锁关系 避免误动 作发生 要尽量减少能量损失环节 提高系统的工作效率 为便于液压系统的维护和监测 在系统中的主要路段要装设必要的检测元件 如压力表 温度计等 大型设备的关键部位 要附设备用件 以便意外事件发生时能迅速更换 保证 主要连续工作 各液压元件尽量采用国产标准件 在图中要按国家标准规定的液压元件职能符 号的常态位置绘制 16 对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制 系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作 注明各液压元件的序号以及各 电磁铁的代号 并附有电磁铁 行程阀及其他控制元件的动作表 系统的油源及压力控制 参见液压原理图 1 油源 液压系统直接利用油泵供油 满足蝶阀开启要求 另设有一台手动 泵 供检修或无电时开关阀使用 2 压力调节与控制 开启油泵前松开溢流阀 件号8 手柄 启动电机 空载 运行 5 分钟 缓慢调节溢流阀手柄 逐级调节系统压力至 20Mpa 系统输出压力合 符工况要求的压力油源 系统中配置一电子压力开关 件号 18 调定好压力开关 上限压为 20Mpa 下限压为 12Mpa 电子压力开关能在压力调定值准确发信 14 液压系统的工作程序 参见液压原理图 3 开阀 关闭调速阀导叶后 中控室向液控蝶阀发出开阀指令 开启旁通阀 管道上下游平压后 压差控制器发出平压信号 液压锁定解除 主阀开启 液压锁 定投入 最后关闭旁通阀 这样蝶阀开启完毕 4 关阀 正常关闭 关闭调速器导叶后 中控室向液控蝶阀发出关阀指令 液压锁定解除 主阀关闭 液压锁定投入 这样蝶阀关闭完成 事故关闭 中控室向液控蝶阀发出关闭指令 液压紧定解除 主阀关闭 液压锁定 投入 蝶阀关闭完成 液压系统的动作过程 参见液压原理图 1 开阀 中控室发出开阀指令 旁通阀开启 信号指示 当活门两侧的水压 差降至设定值时 压差控制器发出信号 启动电机 此时电磁铁 YV1 失电 YV3 得电 锁定解除到位 信号指示 调节节流阀可控制锁定液压缸的退回速度 锁定 解除后系统油压上升 主阀开启 在开启过程中 调节节流阀 可得到所需的开阀 时间 主阀全开到位后 电磁铁 YV3 失电 锁定投入 信号指示 同时关闭旁通 阀 信号指示 在此过程中 系统压力上升至压力开关设定上限 电机停止工作 开阀过程完成 2 保压 主阀全开到位后 液压系统便进入保压状态 当系统压力降至压力 开关设定的下限时 电机启动 压力上升至设定点的上限时 电机停止工作 这样 保证系统的油压始终处在压力开关设定的上 下限范围内 17 3 关阀 中控室发出指令 电磁铁 YV3 得电 锁定液压缸退回 到位后发出 指令 同时有信号指示 电磁铁 YV1 得电 主阀关闭 全关到位后 信号指示 延时 10s 电磁铁 YV3 失电 锁定再次投入 关阀过程即完成 运行速度及快 慢关角度转换的控制 4 蝶阀在开启过程中的运行速度可通过调节节流插件获得 蝶阀的快 慢关速度及快 慢角度的调整 可通过调节液压缸尾端的调节杆获得 15 图 2 液压系统原理图 Fig 2 Hydraulic system diagram 5 液压元件的选择 和工作原理的确定 5 1 液压泵的选择 1 油泵的最大工作压力计算 确定液压泵的最大工作压力 pp pp p1 p 28 式中 p1 液压缸最大工作压力 液压缸的公称压力 16 MPa p 从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失 p 的准确计算 要待元件选定并绘出管路图时才能进行 初算时可按经验数据选取 管路简单 流 速不大的 取 p 0 2 0 5 MPa 管路复杂 进口有调速阀 取 p 0 5 1 5 MPa 这里取 p 1 MPa pp p1 p 17 MPa 确定液压泵的的流量 液压缸的流量 容积 时间 30 41L min max Q 29 液压泵的流量 K 36 5L min p Q max Q 30 式中 K 系统泄漏系数 一般取 K 1 1 1 3 这里取 K 1 2 液压泵的排量计算 q n p Q 31 其中 16 为油泵最大工作流量 p Q n 为电机工作转速 选用三相异步电机 4级转速故额定转速 n 1460rpm 那么 q 36 5 103 1460ml rev 25ml rev 选择液压泵的规格 根据以上求得的 pp和值 按系统中拟定的液压泵的 p Q 形式 为使液压泵有一定的压力储备 所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25 60 这里液压泵选用邵液提供的 25SCY14 1B 柱塞泵 排量 25ml rev 在 转速 1460rev min 情况下 流量 36 5L min 额定工作压力为 160bar 排量可调 5 2 电动机的选择 电动机的选择 N pp 60 p Q 32 表 3 液压泵的总效率 Table 3 Hydraulic pump overall efficiency 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0 6 0 7 0 65 0 80 0 60 0 75 0 80 0 85 注 为电机效率 取 0 6 P 为液压系统油泵出口压力 Notes for motor efficiency take 0 6 P for hydraulic system pressure pump export 那么 N 17 16 63 60 0 6 7 85kw 查 机械设计课程设计手册 电机为 Y160L 4 转速 n 1460r pm 电机功率 11kw 5 3 其他元件的选择 5 3 1 液压阀的选择 1 阀的规格 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 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 18 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 17 的短时间过流量 2 阀的型式 按安装和操作方式选择 5 3 2 蓄能器的选择 根据蓄能器在液压系统中的功用 确定其类型和主要参数 1 液压执行元件短时间快速运动 由蓄能器来补充供油 其有效工作容积 为 tQKlAV Pii 33 式中 A 液压缸有效作用面积 m2 l 液压缸行程 m K 油液损失系数 一般取 K 1 1 QP 液压泵流量 m3 s t 动作时间 s LV6 36060 01663 0 1 1 267 00314 0 358 0028 0 根据要求选用工作压力为 6MPa 的 NXQ1 L4 31 5 H 的皮囊式蓄能器 2 蓄能器的工作原理 蓄能器内腔由皮囊分为两个部分 囊内装氮气 囊外充液压油 当液压泵将液 压油压入蓄能器时 皮囊就受压变形 体积随压力增加而减少 液压油被逐渐储存 若液压系统工作需要增加液压油 则蓄能器将液压油排出 使系统能量得到补偿 3 蓄能器型号说明 NXQ 1 L 4 31 5 H 囊式蓄能器 1 型结构 矿物油 公称压力 31 5 兆帕 螺纹连接 公称容积 4 升 4 蓄能器附件 充气工具 该工具是蓄能器进行充气 补气 修正气压和检查充气压力等专用 工具 它具有结构紧凑 使用方便 安全可靠 承高 压耐冲击等特点 是蓄能器 最理想的随机附件 18 使用说明 工具装有充气阀 排气阀 测压表及本体 使用时首先去掉蓄能器 上端的保护后 旋上该工具即可特用 充 补 气 把工具上的高压胶管连接氮气瓶 拧开氮气瓶上的手轮充气 到所需压力即可 排 放 气 如遇蓄能器充气压力太高时 顺时针旋手轮打开蓄能器上端 的充气阀后 打开排气阀放气到需要压力后关闭排气阀 逆时针旋手轮到原位即可 测压 同上一样打开充气阀 即可测主机工作压力 拆卸工具时需先放掉工具内存气 表 4 蓄能器压力选择表 Table 4 The accumulator pressure selection table 配用压力表 配用压力表 蓄能器压力 Mpa 充气工具型号 刻度范围 精度等级 软管内径规格 10 CQJ 16 0 16 1 5 6 20 CQJ 25 0 25 1 5 6 31 5 CQJ 40 0 40 1 5 6 5 3 3 管道尺寸的确定 1 管道内径计算 34 v Q d 4 式中 Q 通过管道内的流量 m3 s 管内允许流速 m s 见表 5 d 22mm 514 3 0018997 0 4 计算出内径 d 后 按标准系列选取相应的管子 2 管道壁厚 的计算 2 pd 35 式中 p 管道内最高工作压力 Pa 19 d 管道内径 m b 管道材料的抗拉强度 Pa 取为 520MPa n 安全系数 对钢管来说 p 7MPa 时 取 n 8 p 17 5MPa 时 取 n 6 p 17 5MPa 时 取 n 4 16 22 2 173 2mm 表 5 允许流速推荐值 Table 5 Allow velocity recommended value 管道 推荐流速 m s 液压泵吸油管道 0 5 1 5 一般常取 1 以下 液压系统压油管道 3 6 压力高 管道短 粘度小取大值 液压系统回油管道 1 5 2 6 5 3 4 油箱容量的确定 初始设计时 先初步确定油箱的容量 待系统基本确定后 再按散热的要求进 行校核 油箱容量的经验公式为 36yaV 式中 QV 液压泵每分钟排出压力油的容积 m3 经验系数 见表 6 V 20 16 63 332 6L 取油箱体积为 350L 表 6 经验系数 Table 6 Experience coefficient 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 高压系统 冶金机械 1 2 2 4 5 7 8 20 10 在确定油箱尺寸时 一方面要满足系统供油的要求 还要保证执行元件全部排 油时 油箱不能溢出 及系统中最大可能充满油时 油箱油位不低于最低限度 根据系统工作压力和通过阀的实际流量选择元件及辅助元件 系统的元件其型 号和参数见系统图 20 6 液压系统性能的验算 液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的 当各回路形式 液压元件 及联接管路等完全确定后 针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析 这主 要是确切地计算液压回路各段压力损失 容积损失及系统效率 压力冲击和发热温 升等 19 然后发现问题 对不合理的设计要进行重新调整 或采取其他必要的措 施 6 1 管路系统压力损失的验算 6 1 1 液压系统压力损失 油液在进油管中的流速为 v 4 72m s A qp sm 6014159 3 1018 1016 23 3 37 压力损失主要包括管路的沿程损失 p1 管路的局部损失 p2和阀类元件的局部损 失 p3 总的压力损失为 p p1 p2 p3 38 6 1 2 沿程压力损失 首先 要判别管中的流态 设系统采用46 抗磨液压油 精度等级不低于 NAS8 级 其工作环境温度为 20 50 时 查机械设计手册常用液压油的牌号和黏 度表取其运动粘度 50 126 10 smm 所以有 Re 2077 vd 12 6 3 1050 1022 4 72 smm 39 因为系统中采用无缝钢管 是光滑的金属圆管 其临界雷诺数为 2000 3000 而实际流动时的雷诺数为 2077 小于 2000 3000 则管中应为层流 则阻力系数 75 Re 75 2077 0 036 40 若取油管长度均为 3m 油密度为 890kg m 则进油路上的沿程压力损失为 3 p 1 2 2 d vl 41 0 036Pa 21022 72 4 8903 3 2 21 0 049MPa 6 1 3 局部损失 液体流经如阀口 弯管 通流截面变化等局部阻力处所引起的压力损失 液流 经过这些局部阻力处时 由于液流方向和流速均发生变化 在这里形成了旋涡 使 液体的指点之间互相撞击 从而产生能量的损耗 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失 前者视管道的具体结构而定 一般取沿程压力损失的 10 而后者与通过阀的流量 大小有关 若阀的额定流量和额定压力损失为 qn和 则当通过阀的流量为 q 时 n p 的阀的压力损失为为 v p 2 n nv q q pp 42 在该系统中主要有手动换向阀 液控单向阀和液压缸 根据各个产品的参数 可知 各个阀的压力损失如下 0 01Mpa 0 047Mpa 换v p n p 2 换 换 n q q 2 35 7 16 43 0 01Mpa 0 60Mpa 44 单v p n p 2 单 单 n q q 2 4 12 5 7 液压缸回油路上的流量为 L min 13 1L min 进 回进 回 A Aq q 4 31 8 2516 45 则回油路管中的流速为 m s 0 22m s A q v 回 62 3 101814159 3 60 10 1 13 46 可算出 22 Re vd 47 0 22 18 10 3 60 10 6 660 75 Re 75 660 0 114 所以回油了路上的沿程压力损失为 d vl p 2 2 回 48 0 004MPaMPa 21018 22 0 8903114 0 3 2 6 1 4 总的压力损失 由上面的计算所得可求出 321 pppp 49 0 049 0 6 0 047 0 004 MPa 0 7Mpa 原设 0 8MPa 这与计算结果略有差异 且大于计算结果 不必更改 p 6 2 液压系统的发热温升计算 系统在工作时 有压力损失 容积损失和机械损失 这些损失所消耗的能量多 数转化为热能 特别是液压系统 系统发热使油温升高 导致油的粘度下降 油液 变质 影响正常的工作 20 为此 必须控制温升在许可的范围内 如工程机械和 机车车辆应控制在 T 35 40 该系统中产生热量的元件主要有液压缸 液压泵 溢流阀和单向阀 散热的元 件主要有油箱 系统经一段时间后 发热与散热会相等 即达到热平衡 6 2 1 系统发热量的计算 根据以上的计算可知 电动机的输入功率为 Pp Ppqp p 50 23 16 10616 10 3 60 0 85w 4267w 6 2 2 系统的散热计算 液压系统的散热途径有油箱表面和油管表面 在本系统中只考虑油箱表面散热 在单位时间内 油箱的散热量为 H0 hA t 设油箱的三个边的比例为 a b h 1 1 5 2 5 则散热面积为 A 0 065 51 32 V 2 36 32 75 168065 0 式中 h 是散热系数 取 15 10 3kw t 为系统的温升 等于系统热平衡事的温度和环境温度之差 取油液的最高 工作温度为 60 工作的环境温度为 40 则 t 60 40 20 52 H0 2 36 15 10 311kw 0 39kw 6 2 3 系统热平衡温度的验算 当系统达到热平衡的时候有 H H0 即 t 51 6 hA H 23 36 2 1015 4267 0 53 环境温度为 40 热平衡温度为 51 6 60 没有超出允许范围 6 3 油箱的尺寸设计 根据上面计算结果对散热面积的要求 对油箱的尺寸进行计算 假设油箱的长 宽 高分别为 a b c 一般情况下 油为的高度为箱高的 0 8 倍 即 0 8h 与油 直接接触的表面算全散热 与油不直接接触的算半散热 21 其外形如下图 根据上面确定的油箱的容积 V 350L 和散热面积 A 2 36 可查机械设计手 册 V 0 8a b h mm3 54 A 1 8h a b 1 5ab 55 24 和长 宽 高的比例 a b h 1 1 5 2 5 联立解方程 可求得 a 1 0m b 1 05m h 0 75m 图 3 油箱图 Fig3 Tank figure 7 液压装置的设计 7 1 液压装置总体布局 液压系统总体布局有集中式 分散式 集中式结构是将整个设备液压系统的油源 控制阀部分独立设置于主机之外或 安装在地下 组成液压站 如冷轧机 锻压机 电弧炉等有强烈热源和烟尘污染的 冶金设备 一般都是采用集中供油方式 分散式结构是把液压系统中液压泵 控制调节装置分别安装在设备上适当的地 方 机床 工程机械等可移动式设备一般都采用这种结构 7 2 液压阀的配置形式 1 板式配置 板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上 板上钻有与阀 口对应的孔 通过管接头联接油管而将各阀按系统图接通 这种配置可根据需要灵 活改变回路形式 液压实验台等普遍采用这种配置 2 集成式配置 目前液压系统大多数都采用集成形式 它是将液压阀件安装在 集成块上 集成块一方面起安装底板作用 另一方面起内部油路作用 这种配置结 构紧凑 安装方便 7 3 集成块设计 1 块体结构 集成块的材料一般为铸铁或锻钢 低压固定设备可用铸铁 高压 强振场合要用锻钢 块体加工成正方体或长方体 对于较简单的液压系统 其阀件较少 可安装在同一个集成块上 如果液压系 统复杂 控制阀较多 就要采取多个集成块叠积的形式 25 相互叠积的集成块 上下面一般为叠积接合面 钻有公共压力油孔 P 公用回 油孔 T 泄漏油孔 L 和 4 个用以叠积紧固的螺栓孔 P 孔 液压泵输出的压力油经调压后进入公用压力油孔 P 作为供给各单元回 路压力油的公用油源 T 孔 各单元回路的回油均通到公用回油孔 T 流回到油箱 L 孔 各液压阀的泄漏油 统一通过公用泄漏油孔流回油箱 集成块的其余四个表面 一般后面接通液压执行元件的油管 另三个面用以安 装液压阀 块体内部按系统图的要求 钻有沟通各阀的孔道 2 集成块结构尺寸的确定 外形尺寸要求满足阀件的安装 孔道布置及其他工 艺要求 为减少工艺孔 缩短孔道长度 阀的安装位置要仔细考虑 使相通油孔尽 量在同一水平面或是同一竖直面上 对于复杂的液压系统 需要多个集成块叠积时 一定要保证三个公用油孔的坐标相同 使之叠积起来后形成三个主通道 油孔之间的壁厚 不能太小 一方面防止使用过程中 由于油的压力而击穿 另一方面避免加工时 因油孔的偏斜而误通 对于中低压系统 不得小于 5mm 高压系统应更大些 8 液压系统安装及调试 8 1 液压系统安装 1 预安装时 先将液压系统 液压缸固定在规定的基础上 然后根据图纸要 求把液压系统各部件的进出油口按原理图管路连线要求用要求的管路连接起来 弯 管处椭圆度不低于 97 22 2 正式安装前 要将管道内部冲洗干净 本套设备要求冲洗后管道内部清洁 度不低于 17 14 ISO4406 相当于 Na s8 级 3 正式安装时 各管口要求擦拭干净 不准有砂粒 焊渣等污物进入管道内 管道安装完毕后 可在适当位置上安装管夹 以防止管道震动 8 2 调试前准备工作 1 用加油泵往油箱中加规定牌号的液压油 将油加至液面达液位计最高位置 2 按照液压原理图 将各液压元件的手柄打到正确的启 闭位置上 锁定 8 3 调试运行 1 首次启动电机时 注意保证电机正确的旋转方向 在启动前 给油泵灌入清 洁的引液 2 启动油泵电机 待油泵空运转数分钟之后 方可将系统压力逐步调节至设计 26 要求 3 油泵运转正常后 按前面所说次序调好系统压力 流量 电子压力开关等系 统各参数 4 系统压力油液输出正常后 按前面所说各调试好控制元件调的控制参数 8 4 液压系统的用液及对污染的控制 1 液压所用油液对液压系统能否正常使用具有十分重要的意义 除系统设计 的合理 元件制造的质量 和维护使用等条件外 油液的适用性和油液清洁度是一 个十分重要的因素 2 液压油液作为液压传动的工作介质 除了传替能量外 还有润滑液压元件 运动副以及保护金属不被锈蚀等作用 3 液压油液污染严重时 液压系统工作性能恶化 容易产生故障 元件加速 磨损 寿命缩短 甚至造成设备和操作的重大事故 8 5 调试运行中应注意的问题 1 在正常运行情况下 各截止阀手柄按原理图处于正确的位置 并将其锁定 2 溢流阀 节流阀调定值应按前面的数值调定 并将其锁定 3 在没有电源的情况下 可以手动按下电磁球阀 23QDF6B 315E24 实现手动 换向 实现阀门开关及系统泄荷 4 当因故需要拆卸压力表 电子压力开关 蓄能器时 需打开截止阀 将蓄 能器内压力油排尽 方可操作 9 液压系统的维护及注意事项 1 液压系统应加规定牌号的液压油液 不得将不同牌号的液压油液混合使用 2 应保证液压系统所用液压油液污染度等级不低于规定的污染度等级要求 3 系统第一次投入运行三个月后 应将液压油液过滤一次或更换 并清洗油 箱 以后 一般每一年换一次油液 油液每三个月应化验一次 对于已经变质老化 或被严重污染的液压油液应及时更换 4 不得随意将压力控制继电器的控制点变动 以免影系统正常工作 5 要经常检查仪表及其它元件功能是否正常 如要维修更换 请注意型号和 说明书要求 6 每班检查一次油箱内的液面高度 如异常应检查各元件和管线渗漏点 如 27 果发现渗漏点 在不影响使用的情况下作好标记 停机时进行处理 如渗