电液执行器的设计毕业论文.doc

第 页 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 电液执行器的设计毕业论文目录第一章 绪论11.1引言11.2电液执行器的发展背景及优势11.3近些年电液执行器在国内外的发展情况21.4课题研究的方法及意义2第二章 电液执行器液压系统原理设计42.1电液执行器的基本结构和液压系统42.1.1电液执行器的基本结构42.1.2电液执行器的执行机构42.1.3电液执行器的液压控制系统52.2电液执行器的液压系统原理图52.2.1液压控制原理52.2.2液压系统原理图62.2.3液压系统主要元件62.2.4液压系统结构图72.3电液执行器的设计参数82.4电液执行器的工况分析82.4.1电液执行器液压缸工况分析82.4.2电液执行器液压缸负载和速度循环图9第三章 电液执行器液压缸的计算103.1液压缸的负载计算103.2液压缸缸筒的确定113.2.1缸筒的的选择113.2.2缸筒的计算113.3液压缸活塞杆的确定133.3.1活塞的选择133.3.2活塞杆的计算143.3.3活塞杆的导向套、密封装置、和防尘圈153.4液压缸流量的确定17第四章 液压泵站及液压阀的确定194.1液压泵组的确定194.2液压阀的确定224.2.1插装阀的选择224.2.2电磁换向阀的选择224.2.3溢流阀的选择234.2.4单向阀的选择234.2.5液压锁的选择244.2.6平衡阀的选择244.3液压油箱及其附件的确定244.4蓄能器的确定264.5管件及压力表辅件的确定28第五章 液压系统性能验算305.1液压系统压力损失的验算305.2液压系统发热温升的验算325.3系统的散热量计算325.4系统热平衡时温度的验算33第六章 液压系统阀块的设计34第七章 液压站的结构设计35结 论36致 谢38参考文献39第 39 页 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第一章 绪论1.1引言 执行器作为一种动力装置，是自动化技术工具中接受控制信息并对受控对象施加控制作用的装置，综合了气动、液压、控制、机电、计算机、通信等技术，可以快速、稳定地对被控对象的位置进行精确控制，不仅应用于各种阀门的驱动、控制中，而且现已广泛应用在电力、水利、冶金、造纸、航天、管线、石化、工业装备、食品加工等领域众多需要动力驱动的部位1。执行器按其形式不同可分为电动执行器、气动执行器、电液执行器。电液执行器将控制模块和液压动力模块集成一体，分为直行程电液执行器和角行程电液执行器两种，针对于电液执行器目前市场上的使用情况，使用最多的有两种：一种是电液伺服执行器，采用开式液压循环系统，通过伺服阀调节液压油流动方向及流量大小，实现对被控对象的调节；另一种是电动机控制电液执行器，采用闭式循环液压系统，通过调节步进电动机或者伺服电动机的转向和转速来控制双向泵压力油输出方向和流量，对被控对象进行精确控制2。本文主要研究的则是电液执行器。1.2电液执行器的发展背景及优势随着工业自动化的发展，对自动化控制系统中配套的执行机构，提出了大力矩、长行程、高精确度、多功能、快速切断及快速调节等高难度的技术要求。智能型电液执行器完全能满足这些要求。目前，国内的气动和电力执行器大部分依靠进口，电液执行器的智能控制需要进一步开发，以期满足国内需求。传统电液伺服执行器将油源站与电液伺服系统集成为一体，所有部件如电动机-泵单元、伺服或比列控制阀、液压缸、位置反馈组件、压力表、液位和温度报警传感器、过滤器、溢流阀、单向阀等都安装在容器内部。伺服阀为电液伺服执行器的控制核心，既是电液转换元件，又是功率放大元件，其功用是将小功率的电信号输入转换为大功率液压能（压力和流量）输出，能够对输出流量和压力进行连续双向控制，从而实现对执行器位移、速度、加速度和力的控制，高精度的电液伺服执行器输出推力大，全行程时间短，响应快，控制精度高，无超调，运行非常平稳，适合于高压差、高黏度介质等严酷工况条件3。但其往往需要配套使用一个液压站或者带一套伺服控制系统，体积庞大，对液压油清洁度要求高，往往存在等问题，而且生产成本、使用成本（能耗和维护费用）高。因而仅在少数需要大驱动力或高精度连续调节控制的时候才使用。电液执行器集成了电控系统的简易性、液控系统响应的快速性、电控系统的可靠性和灵活性，具有响应速度快、控制精度高、输出功率大、结构紧凑等优点。电液执行器克服了气动执行器的控制精度低、电动执行器的可控性差等问题，在一定的应用场合和工作环境下，具有无可比拟的优势，因而广泛应用在电厂、石化等相对比较特殊的场合。1.3近些年电液执行器在国内外的发展情况最近几年，液压技术、计算机技术、电子技术和控制技术不断发展，传统电控液压系统已落伍，取而代之的是一体化的电液执行机构。早期市场上电液执行器多为德国产品，但随着电子元器件技术、计算机技术和控制理论的发展，国内外执行机构都跨入智能控制时代。目前，罗托克（ROTORK）、西博斯（SIPOSSIEMENSPositioner的缩写）、瑞基(RAGA)、奥马（AUMA）、ABB、上仪ROTORK、利米托克（ LIMITORQUE ）等各种电动执行机构以及美国福斯，韩国HKC,韩国YTC,英国FCT 等著名国际品牌的气动执行器。其中英国的罗托克已成为全球阀门自动化以及流体控制市场的领导者，在海洋石油平台、污水处理、石油及石化、电厂等方面都有着广泛的应用。除了这些国外品牌的电液执行器之外，国内优秀厂家也在这几年陆续开发出民族品牌的电液产品。比如国内的天津市太平洋仪表有限公司DYZT电液执行机构、武汉热工仪表厂DYJ(Z)、鞍山拜尔、丽水中德石化，虽然品质还有待提升，成本还很高昂（单价甚至超过了原装进口的韩国产品），但毕竟我们的民族企业家走出了艰难的第一步，期待他们越走越好。国内市场上还有高仿国外的产品，对照原装产品的结构与外形，很容易辨认，对此，我们也只能说借鉴是好的，但是要在借鉴的基础上不断改进才会更好。希望国内一些厂商能够沿着“第一台仿制，第二台改进，第三台自产”的路走下去，不要只留在初级阶段。 要创造出属于我们自己的领先品牌。1.4课题研究的方法及意义执行器控制技术在我国运用已经多年，但很多技术都还存在着一些不成熟，本课题采用的主要的研究方法是文献研究法、案例分析法和模拟法进行研究。通过文献研究，探究一种新型电液执行机构，研究和设计电液执行器的结构及工作原理；通过对现有电液执行机构的分析,创设一个相似的模型，然后通过模型来间接研究原有的电液执行机构。所获得资料来自于校阅览室、图书馆、网上数据库和对企业的走访与调研。本课题研究的主要内容是电液执行器的电液控制系统和液压执行机构。1、本地/远程控制：可以在本地或远程操作阀门开启、关断；2、远程部分行程测试功能：定期进行部分行程测试，可以防止阀门长期在全开状态而无法关闭。3、保位功能：阀门不动作（阀门开关到位或故障时），自动切断油路保压，保持阀门处于原位。4、自动保压：在动力电源丢失的情况下，系统可以保持正常工作压力8HRS。5、ESD 关阀：当控制器接收ESD（紧急关阀）信号后，阀门紧急关断，该信号为优先级信号。6、控制器输出：1) 报警及指示综合报警指示灯输出:包括液位低、油温高、压力低、电源故障、阀位丢失。2) 阀位反馈：具有开阀到位及关阀到位状态指示2SPDT。3) ESD 指示：当有ESD 信号时，ESD 指示灯亮。4) 部分行程测试指示：当进行部分行程测试时，控制器输出1SPDT 信号。第二章 电液执行器液压系统原理设计2.1电液执行器的基本结构和液压系统2.1.1电液执行器的基本结构电液执行器由电机驱动机构、液压执行机构、阀门控制机构和蓄能器等基本机构组成，电液执行器的的基本结构如图所示：2.1.2电液执行器的执行机构1、全密封全天候防护的碳钢外壳，装配式结构，坚固可靠；2、拨叉式机构，以其独特的扭矩曲线成为驱动大部分角行程阀最理想的机械，其特点是为大口径阀门提供较大的开启扭矩；3、导向杆不但能吸收拨叉机构的横向力，也校正了活塞杆的运动方向；4、青铜的拨叉衬套和滑块提供了极高的机械效率，并且可延长使用寿命；5、外部的行程调整螺钉，使满行程在90 100精确可调；6、活塞杆和导向杆的表面镀铬并经过抛光处理，可有效的防腐和减少摩擦阻力；7、烧结铜的导向块衬套、活塞杆衬套、弹簧作用杆衬套、导向杆衬套上包有聚四氟乙烯，可有效地防腐和减少摩擦阻力；8、无电镀镍和经抛光处理的活塞，可有效地防腐和减少摩擦阻力；9、聚四氟乙烯的活塞和活塞杆密封圈，安装在O 型圈外面以降低滞后、提高灵敏度、防止粘连问题；10、导向柱的表面镀铬并经过抛光处理，可有效地防腐和减少摩擦阻力；11、液压缸最大压力为32.0MPa。2.1.3电液执行器的液压控制系统1、本地/远程控制：可以在本地或远程操作阀门开启、关断；2、远程部分行程测试功能：定期进行部分行程测试，可以防止阀门长期在全开状态而无法关闭。3、保位功能：阀门不动作（阀门开关到位或故障时），自动切断油路保压，保持阀门处于原位。4、自动保压：在动力电源丢失的情况下，系统可以保持正常工作压力8HRS。5、ESD 关阀：当控制器接收ESD（紧急关阀）信号后，阀门紧急关断，该信号为优先级信号。6、控制器输出：1) 综合报警指示灯输出:包括液位低、油温高、压力低、电源故障、阀位丢失。2) 阀位反馈：具有开阀到位及关阀到位状态指示2SPDT。3) ESD 指示：当有ESD 信号时，ESD 指示灯亮。4) 部分行程测试指示：当进行部分行程测试时，控制器输出1SPDT 信号。2.2电液执行器的液压系统原理图2.2.1液压控制原理液压系统由各液压元件按逻辑原理组成，通过电气信号的转换从而实现功率的转换，控制执行机构动作，驱动阀门开启和关闭。1、阀门开关操作 :该系统能够驱动阀门打开或关闭及时保持系统压力维持在正常工作范围内（）,给开阀信号时，电机/双向泵顺时针旋转，驱动阀门打开，给关阀信号时，电机/双向泵逆时针旋转，驱动阀门关闭。2、蓄能器压力控制: 蓄能器的压力由压力开关控制 ，当蓄能器压力低于低压压力设定值 时，电机启泵，给蓄能器补压，低压压力设置由压力开关设定，当压力升到高压压力设定值 时，电机停止，系统保压，高压压力设置由压力开关设定。3、ESD 关阀：当有ESD 信号时，电磁阀得电，逻辑阀打开，蓄能器中的液压油通过进入执行机构的有杆腔，执行机构无杆腔中的液压油通过回油箱，从而驱动阀门快速关闭。4、流量控制：由于执行机构油缸两腔的流量不同，通过平衡阀可以消除由于流量不平衡而引起的振荡和噪音。2.2.2液压系统原理图液压系统原理图如图所示：图2.2液压系统原理图2.2.3液压系统主要元件1、电 机（21）：一台电机，功率为1.5KW，380VAC 50Hz，提供动力；2、液压泵（20）：一台双向液压泵，驱动执行机构开关动作及为蓄能器提供压力油；3、吸油过滤器（23）：粗过滤液压油，保护液压泵及液压元件；4、液位显示器（25）：用于观察油箱油液的液位，带温度显示；5、回油过滤器（22）：液压系统回油过滤,保证油箱油液清洁；6、溢流阀（18、19）：保障系统油压安全（出厂已经设定好，禁止随意调整）；7、压力继电器（7、8）：系统间歇运行模式，设定系统高、低压值；8、压力表及开关（9、11）：可观察系统的压力；9、ESD 电磁阀（5）：控制逻辑阀通断，使阀门在ESD 情况下快速关断；10、液压锁（14）：阀门不动作或故障时，自动切断油路保压，使阀门保持原位。11、呼吸阀（24）：空气过滤作用，防止外界脏物对油箱内油液的污染及排气；油箱加油可旋开上盖后进行加油；12、蓄能器（6）：储存压力油，提供足够的压力油用于快速关断阀门；13、单向阀（12-17）：系统压力控制和隔离不同功能系统油路；14、平衡阀（2）:平衡油缸两腔进出口流量，消除流量不平衡而造成的管路振荡和噪音2.2.4液压系统结构图2.3电液执行器的设计参数拨杆设定回转角度 液压缸最大压力 32Mpa 最大输出力矩 15000Nm 动作时间 死区 0.1%7.0% 精度 0.157%线性度 全行程的0.05% 回差 全行程的0.1%输入信号 模拟420mA. DC标准信号电源电压 AC 220V/380V10% 瞬时最大电流12A/AC 连续平稳电流5.5A/AC 平均功率 1.2千瓦2.4电液执行器的工况分析2.4.1电液执行器液压缸工况分析1、液压缸所受外负载主要有三种类型，即： 式中： ：工作负载； ：回转油缸摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力， 启动后为动摩擦阻力。静摩擦阻力： 动摩擦阻力： 式中： （静摩擦阻力系数) (动摩擦阻力系数) ：运动部件及外负载对支承面的正压力； 液压缸在各工作阶段的负载值： 其中： 液压缸的机械效率，一般取工作循环各阶段的外负载：表2.1液压缸工况分析工况负载组成推力（）N启动开阀关阀2.4.2电液执行器液压缸负载和速度循环图液压缸的负载和速度循环图如图所示：图2.4液压缸负载循环图图2.5液压缸速度循环图第三章 电液执行器液压缸的计算3.1液压缸的负载计算根据设计需要，液压缸系统供油为1416Mpa，按要求选；液压缸最大推力的确定：根据设计和结构尺寸的需要，初步确定阀杆中心线与液压杆中心线的距离，取： 设定拨杆的转动范围是，设计要求最大扭矩为：,当拨杆处于中心位置时，即：时，此时扭矩为给定值：，如图3.1所示：当拨杆转动到最大角度时：即：时，如图3.1所示此时液压杆所受推力为：当拨杆转动到最大角度时：即：时，此时扭矩为给定值：，如图3.1所示此时液压杆所受推力为：液压杆所受推力范围是： 确定液压缸的液压缸的最大推力为：所以当拨杆在范围内转动时，液压杆的行程为：取： 图3.1液压缸受力分析3.2液压缸缸筒的确定3.2.1缸筒的的选择1、连接型式的选择：设计参数给出液压缸的额定压力为16Mpa,考虑到液压缸的用途和使用环境因素，查机械设计手册选取液压缸筒的连接型式为法兰连接，其优点是：结构简单、易加工、易装卸。2、材料的选择：液压缸筒材料的选择应有足够的强度和冲击韧性，根据设计所给出的液压缸参数和用途，材料选择45钢，液压缸缸筒选用无缝钢管，则材料的力学性能为：；。3.2.2缸筒的计算1、液压缸缸筒内径D的确定：根据3.1计算可知，液压缸工作最大负载，工作压力。可得： 由文献821-312表21-6-38可知： 2、 缸筒壁厚的确定：液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般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，其内应力分布材料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。本设计按照薄壁缸筒设计，材料为无缝钢管，其壁厚按薄壁缸筒公式计算为： 最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据给定参数P=16Mpa； ； ；为缸筒材料的许用应力，n为安全系数，通常取n=5. ； 代入式则 ， 为保证选取的壁厚安全，所以选取壁厚：。3、 缸筒壁厚验算对于液压缸缸筒的壁厚要进行验算，液压缸缸筒的壁厚为：，则液压缸缸筒外径为：；为保证工作安全，额定压力应低于一定极限值，所以：显然工作压力，工作压力低于极限压力，所以壁厚满足条件。4、缸筒底部厚度的确定：缸筒底部为平面时，其厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式进行近似的计算：，筒内最大工作压力，筒底材料许用应力，其选用方法与上述缸筒厚度计算相同计算厚度外直径，m所以： 5、缸体长度的确定 液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径D的20-30倍。 即：缸体内部长度 缸体长度mm 即取缸体长度为500mm3.3液压缸活塞杆的确定3.3.1活塞的选择活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，它与缸的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。1、活塞的结构型式根据活塞密封装置型式来选用活塞结构型式（密封装置则按工作条件选定）。通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞圆周上开沟槽，安置密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合活塞结构多样，主要由密封型式决定。组合活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长。随着耐磨的导向环的大量使用，多数密封圈与导向环联合使用，大大降低了活塞的加工成本。根据设计需要，活塞杆的结构型式采用整体活塞，同时采用O型密封圈密封。2、活塞与活塞杆的连接型式活塞与活塞杆连接有多种型式，所有型式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开。同时在活塞与活塞之间需设置静密封。根据设计的需要，本设计采用轴套型的连接方式。3、活塞的密封结构通过设计需要以及对结构的分析，活塞的密封方式采用O型密封圈，具有以下优点：1）密封部位结构简单，安装部位紧凑，重量较轻；2）有自密封作用，往往只用 一个密封件便能完成密封；3）密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到没有泄露；4）运动摩擦阻力很小，对于压力交变的场合也能适应；5）尺寸和沟槽已标准化，成本低，便于使用和外购。4、活塞材料活塞杆为无导向环活塞，所以材料采用45钢。3.3.2活塞杆的计算1、 活塞杆结构活塞杆的杆体选择实心杆，活塞杆的外端头部与载荷的拖动机构相连接，为了避免活塞杆在工作中产生偏心承载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，根据液压缸的具体工作要求，确定活塞杆的杆头连接型式为大螺栓头连接。2、 活塞杆材料的选择一般用中碳钢（45钢）调制处理，对活塞杆通常要求淬火，淬火深度一般要求0.51mm,或活塞杆直径每毫米淬深0.03mm。3、 活塞杆直径的计算根据设计要求液压缸伸出和退回的时间相同，液压杆从零位运动到最大行程位置所需时间为和从最大行程运动到零位所需时间均为10s,则: 对于双作用单边活塞杆液压缸，其活塞杆直径可根据往复运动速比（即面积比）来确定：查机械设计手册21-290表21-6-16可知速比，可得：查参考文献8,21-312表21-6-38：可得4、 活塞杆强度的计算活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力或拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： 式中：活塞杆作用力，N 活塞杆直径，m 材料的许用应力，无缝钢管代入式中：3.3.3活塞杆的导向套、密封装置、和防尘圈活塞杆的导向套装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封，外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。当导向套采用非常耐磨材料时，其内圈还可装设导向环，用作活塞杆的导向。导向套的典型结构型式有轴套式和端盖式两种。1、 导向套的结构根据液压缸的使用要求，本设计采用轴套式的连接型式，增加导向环，降低了加工成本，同时增加了活塞杆的稳定性，适用于行程较长的液压缸。2、 导向套的材料金属导向套一般采用摩擦因数小、耐磨性好的青铜材料制作，非金属导向套可以用尼龙、聚四氟乙烯+玻璃纤维和聚三氟氯乙烯材料制作。3、 导向套长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点距离为H，称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应满足： 式中：L液压缸的最大行程(mm) D液压缸内径(mm)取： mm导向套滑动面的长度，在缸径小于或等于80mm时，取：取导向滑动面长度： 活塞杆宽度一般取：取活塞宽度：4、中隔圈的确定在长行程液压缸内，由于安装方式及负载的导向条件，可能使活塞杆导向套受到过大的侧向力而导致严重磨损，因此在长行程液压缸内需在活塞与有杆侧端盖之间安装一个中隔圈，使活塞杆在全部外伸时仍能有足够的支撑长度，活塞杆在缸内支撑长度的最小值应满足下式：5、缓冲装置的确定液压缸的活塞运动的速度在0.1m/s以下时，不必采用缓冲装置；在0.2m/s以上时，必须设置缓冲装置，通过计算，本课题液压缸的活塞运动速度为0.1m/s,不需设置缓冲装置。6、 排气阀的选择排气阀的位置选择要合理，水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方，查参考文献8,21-297表21-6-23可知，选择整体排气阀。这种排气阀简单、方便，单螺纹与锥面的密封处同轴度要求较高，否则拧紧排气阀后不能密封，会造成外泄露。阀的材料选择45碳素钢。7、 油口的确定 液压缸的进、出油口可布置在端盖或缸筒上，本课题将液压缸进、出油口布置在缸筒上，进、出油口处的流速不大于5m/s。查参考文献8,21-298表21-6-25，根据16MPa中型系列单杆液压缸油口安装尺寸（ISO8138）确定。进出油口的尺寸为M27x2。连接方式为螺纹连接。8、 密封件、防尘圈的选用查参考文献8,21-299，表21-6-27可知密封件和防尘圈的型号和尺寸。3.4液压缸流量的确定1、液压缸实际有效面积：无杆腔面积：有杆腔面积： 2、液压缸所需流量计算根据流量公式得：活塞杆伸出流量： 活塞杆缩回流量： 式中： 、液压缸流量液压缸无杆腔面积液压缸有杆腔面积 液压杆运动速度通过计算得出：。所以，液压缸的最大流量为0.15。第四章 液压泵站及液压阀的确定液压泵站是多种元、附件的组合而成的整体，作为液压系统的动力源，它为一个或几个系统存放一定清洁度的工作介质，并输出一定压力、流量的液体动力，兼作整体式液压站安放液压阀组的基座的整体装置。液压泵站是整个液压系统或液压站的一个重要部件，设计质量的优劣和使用维护的合理性，对液压设备性能影响很大。液压泵站通常由液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤器组件、和蓄能器组件五个相对独立的部分组成。尽管这五个部分相对独立，但在液压泵站的设计和使用中，除了根据及其折本的工作特点和使用的具体要求合理进行取舍外，经常需要将它们进行适当的组合，合理构成一个部件。例如，常需将控温组件中的液温计和过滤器组件作为油箱附件而组合在一起构成液压油箱等。液压泵站按液压泵组布置的方式不同有多种分类方式，包括：上置式液压泵站和非上置式液压泵站，本设计考虑到节省占地面积，结构紧凑，采用上置式液压泵站的安装方式，电动机采用立式安装，液压泵置于油箱内，这种安装方式也成为立式液压泵站。4.1液压泵组的确定1、液压泵的选择液压泵的主要技术参数有压力、排量、转速、效率等，为了保证系统正常运转和使用寿命，一般在固定设备中，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移动的设备，系统正常工作压力为泵的额定压力的60%70%。通过对液压系统原理图的分析可知，液压缸的换向是通过液压泵的调节实现的，所以本设计采用双作用泵，通过对比分析可知，齿轮泵的结构简单、价格相对较低、可以满足设计的流量和压力要求，所以本设计采用双作用齿轮泵。通过3.3计算可知，液压缸的最大流量为。（1）确定液压泵的最大工作压力: 式中： 缸的最大工作压力（）； 从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失。管路简单，流速不大的取0.20.5MPa;复杂管路取0.51.5MPa。此处取 1MPa。代入可得： （2）确定液压泵的流量： 本课题其他支路无速度要求，故液压泵流量只要满足电液执行器的液压缸的速度要求即可，故按液压缸缸的速度来选取液压泵 (4.2) 式中 系统泄漏系数 取，此处取代入式（4.2）可得：（3）选择液压泵的规格 根据以上求得的和值，按系统中拟立的的液压泵形式，从样本中选择相应的液压泵。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，查机械设计手册21-138，表21-5-16可知，选CBN-E306型齿轮泵，下表为其性能参数表4.1双作用齿轮泵性能参数型号CBN-E306公称压力31.5公称排量L/min12 理论流量L/min 2000 r/min123000 r/min18驱动功率Kw3.72、 电机的选择根据液压泵的驱动功率选择电机，查参考文献7,17-53表17-1-35选取Y112M-2型号三相异步电动机。其性能参数如下。表4.2电动机性能参数型号Y112M-2额定功率/kW4 满载时 额定电流/A8.2转速/rmin-12890效率/%85.5噪声/dB74振动速度/mms-11.8转动惯量/kgm20.0055质量/kg453、联轴器的选择梅花形弹性联轴器具有减震、缓冲、径向尺寸小，不用润滑、维护方便的特点，通过梅花形连接可以防止泵的震动传给其它元件，并且也可以避免泵的震动加剧。而且适用于启动频繁，中低速、中小功率的传动，正满足本课题的要求，所以选择梅花形联轴器。 （3.23）式中 理论转矩（）； 驱动功率（）； 工作转速（）； 动力机系数：电动机； 工作系数；查机械设计手册6-55，表6-2-2 启动系数； 温度系数； 公称转矩（）。 根据计算的值和电机与泵的轴颈以及长度，选取LMD2型联轴器。4.2液压阀的确定液压阀是液压系统中的控制元件，用来控制系统中液体的流向、压力及流量，以使液压执行元件及其驱动的工作机构获得所需的运动方向、运动速度（转速）及推力（转矩）等。任何一个液压系统，不论其如何简单，都不能缺少液压阀；同一工艺目的的液压机械设备，通过液压阀的不同组合与使用，可以组成油路结构截然不同的多种液压系统方案，故液压阀是液压技术中品种与规格最多、应用最广的元件；一个液压系统设计的合理性、运转的可靠性及安装维护的便利性等，在很大程度上取决于其中所采用的各种液压阀性能优劣及参数匹配是否合理。根据系统的工作压力和通过阀的最大流量选取。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以内的过流量。本课题所采用的液压阀包括：溢流阀、单向阀、电磁换向阀、截止阀、平衡阀。4.2.1插装阀的选择插装阀是一种用小流量控制油来控制大流量工作油液的开关式阀。本设计快速关断时，所需流量较大最大流量为476L/min，查参考文献8,21-7-149，表21-7-150，确定插装阀型号为：Z1B-Hb32Z-4。4.2.2电磁换向阀的选择电磁换向阀主要是利用电磁铁通电吸合时产生的力来操纵滑阀阀芯移动的.由于受到电磁铁的尺寸和推力的限制,电磁换向阀允许通过的流量较小,其通径不大于10mm,本设计所用的电磁换向阀是为了调节插装阀的开启，所以所需的流量不大，根据原理图和华德手册选取电磁换向阀：型号为3WE6A-61/CG24N9Z5L。表4.3 电磁换向阀性能参数技术参数最高工作压力油口A、B、P（MPa）至31.5油口T（MPa）至21最大流量（）至60介质矿物质液压油或磷脂液压油粘度范围10800温度范围-30+80过滤精度NAS9级4.2.3溢流阀的选择 在泵的出口处和油箱处安装溢流阀，用来限定系统的最高压力，可以起到过载保护作用，系统正常工作时此阀处于常闭状态，当某些原因导致系统压力高于正常工作压力时，阀口打开溢流，使压力不再升高。根据系统的流量与压力要求，查华德手册选用DBW10B-2-30/315G24NZ5L型溢流阀。 表4.4 先导式溢流阀能参数技术参数工作压力（油口A、P、X）至35背压（油口Y）至16最大流量（）至250介质矿物质液压油或磷脂液压油粘度范围10800温度范围-30+80过滤精度NAS 9级4.2.4单向阀的选择1、 过滤器出口处和快速关断回路处用单向阀 系统压力控制和隔离不同功能系统油路，为防止油液倒流回过滤器击穿过滤器，故在过滤器出口处安装单向阀，根据压力与流量选取S20A0型单项阀，其性能参数如下表所示：表4.5 单向阀性能参数技术参数工作压力（油口A、P、X）至31.5最大流量（）至60介质矿物质液压油或磷脂液压油粘度范围2.8500温度范围-30+804.2.5液压锁的选择液压锁实质是由两个液控单向阀组成，阀门不动作或故障时，自动切断油路保压，使阀门保持原位，根据流量和压力的要求，查华德手册可选取Z2S6-40型叠加式液控单向阀。其性能参数如下：表4.6单向阀性能参数技术参数工作压力（油口A、P、X）至31.5最大流量（）至60面积比A1/A2=1：3介质矿物质液压油或磷脂液压油粘度范围10800温度范围-30+80重量0.84.2.6平衡阀的选择平衡油缸两腔进出口流量，消除流量不平衡而造成的管路振荡和噪音4.3液压油箱及其附件的确定液压油箱简称油箱，是一个功能组件，在液压系统中的主要功能是储备液压油液、散发油液热量、溢出空气及消除泡沫和安装元件等。本设计所选择的油箱的功能则是：存储液压油液，对油箱的要求是，油箱能够存放液压系统中工作循环所需的油量。液压泵从油箱抽走油液送至系统，载能油液在系统中完成动力传递后返回油箱。按油箱的结构和用途不同，通常可分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱三种类型。本结构则采用整体式油箱，不需要额外的附加空间，以最小的空间提供最大的性能，同时可以保证整洁的外观。按照油箱液面与大气是否相同，油箱分为开式油箱和闭式油箱，本设计采用开式油箱，油箱中液面与大气相同，为减少油液污染，油箱顶盖上设置通气过滤器，使大气与邮箱内的空气过滤器相通。1、油箱的确定根据液压系统原理图可以知道，液压缸回油时直接流回液压泵，油箱起到补油作用，所以油箱所需容积不大，油箱容积的确定是油箱设计的关键，主要根据系统的发热量和散热量。先根据经验公式初步确定油箱的容积，然后再验算油箱的热平衡，本设计的油箱不需要设置冷却装置，采用自然冷却的方式，油箱的有效容积（为油箱总容积的80%）式中 油箱的有效容积（L）； 液压泵的每分钟流量(L)； 经验系数，取则油箱的总容积为:确定油箱的长、宽、高：则长度为：300mm； 宽度为：300mm； 高度为：250mm。油箱吸油管与回油管设计：油箱的吸油口与回油口之间的距离应尽肯能远些，管口都插入最低油面之下，以免发生吸空和回油冲溅产生气泡。管口制成45的斜角，以增大吸油及回油的面积，使油液流动时速度变化不致过大，管口面向箱壁。吸油管离箱底距离（D为管径），具箱边不小于3D。回油管离箱底距离。隔板的设置：设置隔板将吸、回油管隔开，使液流循环，油液中的气泡与杂质分离和沉淀。隔板的高度一般取为油面高度的3/4。放油口与清洗孔的设计：油箱底面略带斜度，并在最低处安装放油塞。使换油时油液和污染物能顺利地从放油口流出。在邮箱的侧面设置清洗孔，以便于油箱内沉淀物的定期清理。油箱内壁处理：油箱的内壁进行喷查处理，以清除焊渣和铁锈。为了防锈、防漏水、减少油液污染，在油箱内壁涂一层耐油清漆。2、其他附件的选用空气滤清器：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，考虑油液的清洁度要求，故选用QUQ1-10X0.4型空气滤清器液位液温计的选用：为了能够观察向油箱注油的液位上升情况和在系统中看见液位高度，并且便于观察油温的变化，所以安装液位液温计，根据油箱的容积，选用YWZ-500T型液位液温计。液位控制器与温度控制器的选用：在油箱上安装液位控制器与温度控制器，在油液较少与油温过高时产生报警，以保证设备的正常使用。选用YKJD24-450-300-150型液位控制器， WSJ-2701-B-2-E型温度控制器。4.4蓄能器的确定蓄能器是一种能够储存油液压力能并能在需要时释放出来供给系统能量的装置，本设计的蓄能器的作用是在阀门快速关断时提供动力。蓄能器的分类包括：重锤式、弹簧式和充气式三类，为满足设计要求，本设计采用充气式蓄能器，充气式蓄能器是利用密封气体的压缩膨胀来储存、释放能量的，主要有气瓶式、活塞式和气囊式三种。目前，气囊式蓄能器应用最为广泛，所以本设计采用的也是气囊式蓄能器，其特点是：体积小，质量轻，安装方便，气囊惯性小，反应灵敏，可吸收压力冲击和脉动。在泵的出口处安装蓄能器，可以吸收液压泵的工作时的压力脉动，有助于提高系统工作的平稳性。由于作缓和冲击用的蓄能器容量与管路布置、流动状态、阻尼和泄露等因素有关，此时准确计算较为困难，在实际应用中常使用经验公式计算缓和最大冲击时所需的蓄能器最小容量，查参考文献8,21-659,表21-8-101式中 阀关闭前管内流量(L/min); 产生冲击波的管长（m）； 管道通流截面（cm2）； 阀由全开到全关时间（s）； 蓄能器最低工作压力（MPa），取系统工作压力的80%； 蓄能器最高工作压力（MPa）；故选取公称容量为20L，查奉化手册选取NXQA-20/20-L-A(M60X2)型蓄能器，其性能参数如下表4.7 蓄能器性能参数技术参数公称容积25公称压力31.5公称通径40质量84蓄能器的安装：由于本可以的蓄能器用来吸收压力冲击，消除压力脉动，故放在冲击源及柱塞泵附近，为了不影响气囊的正常收缩，垂直安放。本蓄能器采用水平安装（油口向下），保证气囊的正常伸缩。过滤器的选用：过滤器的选用：液压系统中75%以上的故障是由于液压油被污染而导致的。油液的污染会加速液压元件的磨损，造成运动件卡死，堵塞阀口，腐蚀元件，使液压元件和系统可靠性下降，寿命降低，因而必须对油液进行过滤。泵出口处过滤器由于本课题采用柱塞泵，柱塞泵的吸油能力较差，故在泵的吸油口处不安装过滤器，由于安装在泵的出口处，故安装高压过滤器，过滤精度不能过高，以免产生过大的压力损失，考虑流量、压力、过滤精度的综合要求，选取DF BN/HC330QE10D1.X/L24回油过滤器在油液回油箱前安装过滤器，以保证进到油箱油液的清洁度，保证柱塞泵与系统的正常使用，由于伺服阀的存在，并且是回油路，可以有较大的压力损失，所以要安装过滤精度较高的过滤器，以满足伺服阀的要求，用RFA-160X3L-C型过滤器，其性能参数如下表4.8 过滤器性能参数技术参数公称流量160过滤精度3通径40公称压力1.6最大压力损失0.35质量2.74.5管件及压力表辅件的确定1、管件的确定管件是用来连接液压元件，输送液压油的连接件，主要包括油管和管接头。管件应保证有足够的强度，密封性能好、压力损失小，拆装方便。本设计采用焊接钢管。油管尺寸的确定油管尺寸的确定主要是指确定油管的内径和壁厚。内径的选取以降低流量、减少压力为前提。内径过小，流速过高，压力损失大，易产生振动和噪声；内径过大，会使液压装置不紧凑。查液压与气压传动（P149）式5-5，一般根据流量确定油管的内径，计算公式为 （m)式中，通过油管的流量， 管道允许流速，吸油管取，压油管取，回油管取。油管壁厚的确定与工作压力和油管材料有关，金属管壁厚的计算公式为 式中，油管内油液的最高工作压力，； 管材的许用应力（Pa)代入数值可得：吸油管直径和油管壁厚，压油管直径和油管壁厚，回油管直径和油管壁厚，2、 管接头的确定管接头是油管与油管、油管与液压元件间的可拆连接件，它应满足连接牢固、拆装方便、密封可靠、外形尺寸小、压降小、通流能力大、工艺性好等要求。管接头的种类很多，按管接头与机体的连接方式可分为：螺纹式、法兰式等；按油管与管接头的连接方式分为：焊接式、卡套式、户口式、快换式等。本设计采用卡套式管接头，卡套式管接头不用焊接，不用另外的密封件，尺寸小，装卸方便，在高压系统中被广泛应用。3、 压力表附件的确定压力表辅件主要包括压力表及压力表开关液压系统各工作点的压力一般都用压力表来观测，以调整到要求的工作压力，在液压系统中最常用的是弹簧管式的压力表，压力表保证直立安装，防止压力冲击而损坏压力表，常在压力表的通道上设置阻尼小孔。压力表开关用于切断和接通压力表与油路的通道。第五章 液压系统性能验算液压系统初步确定之后，需要对系统的有关性能进行验算，来检验本设计是否合理，以便于进一步的改善。进一步确切的计算系统的压力损失、容积损失、效率、压力冲击及发热温升等。5.1液压系统压力损失的验算选定了系统的压力元件、安装形式、油管和管接头，现在可以对管路系统的总的压力损失进行验算。压力损失包括管道内的沿程压力损失和局部压力损失以及阀类零件的局部压力损失三项，总的压力损失即为各项压力损失之和 （5.1）系统中最长的管路，泵至压下缸的压力损失管子内径d=20mm，长2m，通过的流量9L/min，工作介质为VG-32#液压油，工作温度下的粘度，密度，雷诺数为由于雷诺数小于2320，属于层流故,沿程损失为管道的局部压力损失按经验公式计算，即 查取样本得，泵出口处过滤器压力损失 0.07MPa，回油过滤器压力损失0.35MPa，额定流量下有关阀的局部压力损失当流经阀的实际流量与阀的额定流量不同时，查参考文献8（21-36）式21-2-8得： （5.2）式中 阀额定压力损失； 阀的