材料试验机液压系统的设计【8张CAD高清图纸和文档】【YC系列】
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河北科技师范学院本科毕业设计任务书材料试验机液压系统的设计院（系、部）名 称 ： 欧美学院机电科学与工程系 专 业 名 称： 机械制造及其自动化 学 生 姓 名： 梁健 学 生 学 号： 9313110219 指 导 教 师： 陈春明 2014年 10 月 25日河北科技师范学院教务处制 一、 主要研究内容1系统构成方案2元件选择3参数设计4.系统原理图，零件图，装配图二、基本要求通过调查研究，查阅相关资料，撰写毕业设计开题报告、文献综述（5000字）、外文翻译（不少于3000汉字）；写出设计说明书一份（不少于10000字），完成各非标准零件的零件图和整机装配图的绘制，至少0号图纸两张；毕业设计完成时，提交毕业设计要求的全部资料并刻成光盘；其它要求参见河北科技师范学院本科毕业论文（设计）条例校教字 201112号。三、工作进度12月16日召开毕业设计动员大会，强调毕业设计的各项要求。12月17日起进入毕业设计开题阶段，学生与指导教师充分沟通，阅读相关专业资料，着手翻译外文资料和文献综述撰写。1月12日组织审查开题报告。一经通过进入全面设计阶段。4月中旬进行毕业设计中期检查。5月中旬，按学院统一安排，进行设计内容检查、文档完整性检查和答辩等工作。 四、参考文献1. 机械设计手册编委会.机械设计手册 4 M.北京机械工业出版社.20042. 宋学文.袖珍液压气动手册 M.北京机械工业出版社.19983. 杨培元.液压系统设计简明手册 M.北京机械工业出版社.19944. 周士昌.液压系统设计图集 M.北京机械工业出版社.20035. 陈奎生.液压与气压传动 M.北京机械工业出版社.2001指导教师签名： 教研室主任审查签名： 河北科技师范学院本科毕业论文（设计）开题报告材料试验机液压系统的设计院（系、部）名 称 ： 欧美学院机电科学与工程系 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 梁健 学 生 学 号： 9313110219 指 导 教 师： 陈春明 2014年12月25日河北科技师范学院教务处制一、课题来源 教师拟题二、主要依据 材料试验机（material testing machine）是对材料、零件、构件进行力学性能和工艺性能试验的仪器和设备。材料试验机，是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。液压式材料试验机主要用于材料和零部件的力学性能试验研究，它需要完成拉伸、压缩、弯曲、剪切试验，而且还可以完成动态下的诸如高周疲劳、低周疲劳、断裂力学、疲劳裂纹的预制、随机波谱试验等工作。三、研究内容本次设计首先通过对材料试验机现况、功能结构及工况的调查提出了适合本案的设计方案；接着，论证了各回路的选择并拟定了液压系统原理图；然后，通过计算选定了各主要液压元件并验算了液压系统的性能；最后，通过AutoCAD绘图软件绘制了液压系统原理图、部件装配图及零件图。材料试验机的设计和应用着重于产生真实的试验状态, 即模拟实际使用状态, 以便在材料利用与结构设计方面取得最经济与安全的效果因此, 要求这类试验设备能精确地复现试验程序, 并能进行各种类型的试验。在国内外现有的先进技术的基础上，我们对材料实验机的液压系统进行设计分析：1.系统构成方案2.元件选择3.参数设计4.系统原理图，零件图，装配图四、研究计划及预期成果研究计划：根据任务书的要求，及工作进程，通过调查研究确定设计方案，详细计算及绘图完成设计任务。预期成果：完成设计说明书，完成液压系统图的绘制和液压元件图的绘制。五、特色或创新之处材料试验机采用液压系统控制体积小，重量轻，控制精度高，响应速度快。有效的降低了劳动强度，提高工作效率及安全性能，并提高了的材料实验机自动化水平，推动了我国材料实验机研究向更加现代化、自动化的方向发展。 六、已具备的条件和尚需解决的问题已具备的条件：材料试验机液压系统的相关材料不少。对研究有很大帮助。此次设计所要涉及到的学科范围较广泛，主要有液压气动传动与控制、电气控制与可编程序控制器应用技术、机械设计、机械原理、机械制图及计算机CAD软件的应用等各个学科的内容，在此之前，我们都有专门的学习和掌握，因此，此次设计是对我们的专业知识的综合考量。有待解决的问题：对于液压系统元件的选择及其性能方面掌握较少，综合应用PLC和液压的经验不足，在以后的学习及设计中需要不断的进行积累和积淀，争取设计出更加可靠可行的方案。七、指导教师意见指导教师签名：年 月 日摘 要材料试验机是对材料、零件、构件进行力学性能和工艺性能试验的仪器和设备。液压式材料试验机主要用于材料和零部件的力学性能试验研究，它需要完成拉伸、压缩、弯曲、剪切试验，而且还可以完成动态下的诸如高周疲劳、低周疲劳、断裂力学、疲劳裂纹的预制、随机波谱试验等工作。本次设计首先通过对材料试验机现况、功能结构及工况的调查提出了适合本案的设计方案；接着，论证了各回路的选择并拟定了液压系统原理图；然后，通过计算选定了各主要液压元件并验算了液压系统的性能；最后，通过AutoCAD绘图软件绘制了液压系统原理图、部件装配图及零件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：液压原理、机械原理、机械设计、互换性理论、机械制图等；也熟悉了AutoCAD机械绘图软件的应用。关键词：材料试验机；液压系统；设计AbstractMaterial testing machine is material, parts, components, mechanical properties and process performance testing instruments and equipment. Hydraulic testing machine is mainly used for experimental study of mechanical properties of materials and components, it needs to be done stretching, compression, bending, shear test, but also can be done, such as high-cycle fatigue under dynamic, low cycle fatigue, fracture mechanics fatigue crack prefabricated random spectrum test and so on.The design of the current situation by first testing machine, functional structure and working conditions survey made for the case design; then, demonstrates the selection and preparation of each loop hydraulic system diagram; then, by calculating the selected the main hydraulic components and checking the performance of the hydraulic system; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a diagram of the hydraulic system, component assembly drawings and part drawings.Through this design, the consolidation of the university is expertise, such as: hydraulic principles, mechanical principles, mechanical design, interchangeability theory, mechanical drawing, etc; also familiar with AutoCAD Mechanical drawing software applications.Keywords: Material testing machine; Hydraulic system; Design目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1研究背景及意义11.1.1材料试验机简介11.1.2材料试验机的用途与作用11.2国内外研究现状21.2.1国内材料试验机的现状21.2.2国外材料试验机的现状3第二章 设计要求及工况分析42.1材料试验机液压系统设计注意事项42.1.1负载动力的合理匹配42.1.2伺服阀的正确选用42.1.3作动器固有频率的提高52.1.4夹紧油源与夹紧装置52.1.5冷却方式的选择52.2设计要求52.3负载与运动分析62.4确定液压系统主要参数72.4.1初选液压缸工作压力72.4.2液压缸的计算与选择72.4.3液压缸的工况图9第三章 拟定液压系统原理图113.1选择基本回路113.1.1选择调速回路113.1.2选择油源形式113.1.3选择快速运动和换向回路113.1.4选择速度换接回路113.1.5选择调压和卸荷回路123.2组成液压系统12第四章 液压元件的计算与选择144.1确定液压泵的规格和电动机功率144.1.1计算液压泵的最大工作压力144.1.2计算液压泵的流量144.1.3确定液压泵的规格和电动机功率144.2阀类元件及辅件的选用154.2.1压力控制阀154.2.2流量控制阀164.2.3方向控制阀164.3管路、过滤器、其他辅助元件的选择计算174.3.1确定油管174.3.2过滤器的选择184.3.3辅件的选择184.5油箱及附件194.6集成块的设计204.6.1集成块的设计原则204.6.2集成块的结构设计204.6.3集成块的设计结果214.7泵站的设计224.7.1电动机和泵组与油箱的安装设计224.7.2电动机与泵的装配设计23第五章 验算液压系统性能245.1验算系统压力损失245.1.1判断流动状态245.1.2计算系统压力损失245.2验算系统发热与温升27总 结28参考文献29致 谢3031材料试验机液压系统的设计第一章 绪 论1.1研究背景及意义1.1.1材料试验机简介材料试验机（material testing machine）是对材料、零件、构件进行力学性能和工艺性能试验的仪器和设备。材料试验机，是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。近年来，试验机行业技术突飞猛进。试验机向着两个方向即超微外力检测与超大外力检测发展。高检测精度、高灵敏度、运动平稳、易于操纵是目前试验机的主要发展方向。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，材料试验机是一种不可缺少的重要检测仪器。常用的材料试验机有拉力试验机、压力试验机、扭转试验机、冲击试验机、疲劳试验机等，能兼作拉伸、压缩、弯曲等多种试验的试验机称为万能材料试验机，简称万能机。供静力试验用的普通万能材料试验机，按其传递荷载的原理可分为液压式和机械式两类。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种不可缺少的重要测试仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。1.1.2材料试验机的用途与作用材料试验机是对材料、零件和构件进行机械性能和工艺性试验的设备。产品好坏，除了从结构设计、加工工艺、处理规范诸方面去考虑以外，合理选择材料也是一个重要方面，例如金属、非金属、各种新型的高温合金、高分子化合物及复合材料等要达到物尽其用，就必须知道材料的性能；在研究新材料、新工艺，也需测定材料的机械性能；对新型机器或设备的受力部件，特别是大型构件（如桥梁、船体等）有时还需进行整机试验，以考虑所用材料及工艺设计是否合理等，都需要各种专门的材料试验机来测量相关参数。 材料受载后表现出弹性、塑性、断裂三个变型过程，并且在各个过程已有相关技术标准（规范）规定出相关性能的技术指标，这些性能指标的具体测定必须在试验机上来完成。试验机的功能和计量特性指标是否满足预期使用要求，是材料机械性能试验的关键。材料试验机不仅是研究材料机械性能理论的基本手段和依据，也是企业、事业单位目前生产检验的基本手段之一。 总之，材料试验机为合理利用原材料、降低消耗、节约资金、保障安全生产起到保障作用，同国家经济建设、国防建设、科学研究及人民生活都有密切关系，并随着他们的发展，试验机也必将得到发展。1.2国内外研究现状1.2.1国内材料试验机的现状我国计量检测事业的历史悠久，但试验机制造行业在旧中国是空白，中华人民共和国成立后，党和政府十分重视计量检测技术的发展，采取了许多重要措施来发展仪器仪表工业。经过五十多年的努力，我国万能材料试验机的制造，从无到有、从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机（如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等）和动负荷试验机（如冲击试验机和疲劳试验机等）的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。我国万能材料试验机市场已形成一定的规模，试验机产品的发展日趋大型化、智能化、动静态功能复合化，有的试验机产品已出口到国外，远销到亚洲和欧美市场，具有一定的竞争能力。图1-1 电子万能试验机上图1-1所示为电子万能材料试验机(双柱落地式)，它主要用于金属、非金属材料的拉伸、压缩、弯曲等力学性能测试和分析研究。可自动求取ReH、ReL、Rp0.2、Fm、Rt0.5、Rt0.6、Rt0.65、Rt0.7、Rm、E等试验参数，并可根据GB、ISO、DIN、ASTM、JIS等国际标准进行试验和提供数据。1.2.2国外材料试验机的现状下图1-4所示为AG-IC系列立式电子万能试验机，它是日本岛津苏州工厂组装的最先进的电子万能试验机，现已在国内的机械、电子、大学、研究院所等行业得到广泛的应用。该系列立式电子万能试验机已经取得国际CE认证。 图1-2 电子万能试验机第二章 设计要求及工况分析2.1材料试验机液压系统设计注意事项液压式材料试验机主要用于材料和零部件的力学性能试验研究，它需要完成拉伸、压缩、弯曲、剪切试验，而且还可以完成动态下的诸如高周疲劳、低周疲劳、断裂力学、疲劳裂纹的预制、随机波谱试验等工作。静态试验和动态试验对试验机提出了不同的要求：静态试验所追求的主要是试验精度；而动态试验所追求的是在必要的试验精度基础上，还应保证较强的稳定性和较高的频响速度。以上要求通常用示值误差、幅值精度、波形失真度、幅值稳定度等指标来衡量，而一套优化合理的液压控制系统无疑是保证这些性能指标的关键。具体来讲，液压式材料试验机液压系统设计时应考虑的问题主要有：2.1.1负载动力的合理匹配在试验机的正常工况，作动器中活塞的运动速度可以从静态试验时的0.01 mms到动态试验时的1.5 ms速度范围内变化，调速比为150000:1，如此宽的速度变化范围为油源的设计和伺服阀的选择带来了难度，导致出现静态小流量和动态大流量之间的矛盾。所以应遵循的设计原则是：作动器、伺服阀、液压源所提供的液压动力应满足试验机的速度、加速度和试验力的要求，同时还应考虑系统的效率。2.1.2伺服阀的正确选用由于电液伺服动静万能试验机既要控制力又要控制位移和应变，所以一般都采用位置反馈式的流量型伺服阀，以力反馈式的喷嘴挡板阀使用最为普遍。压力型的伺服阀虽然控制作用力时性能较好，但因无法控制位置而不适用。当动态试验要求的流量较大时，可以采用几个阀并联工作，也可以采用三级伺服阀。并联使用时由于各阀之问存在相位差，将给电控系统带来一定的麻烦。供油压力的选择也很重要，较高的供油压力，可以减轻作动器活塞的质量、提高伺服阀的流量增益，从而获得较快的响应速度。但过高的供油压力使得伺服阀的零位泄漏量加大、使用寿命减小、系统噪音增大。根据有关资料 ，供油压力选择2128 MPa的范围为佳，负载压力按系统效率最高原则确定，为供油压力的23时可获得最高的系统效率。动静万能试验机对电液伺服阀的性能要求比较高，既有静态和动态性能的要求，又有寿命的要求，因此在选用上必须严格掌握，必要时应从伺服阀的制造厂家订做专用阀。2.1.3作动器固有频率的提高当伺服油源压力确定后，试验机要求的作用力和振幅是给定参数，作动器固有频率的提高只有从减小运动质量和提高油液弹性模量两方面考虑。在作动器可动部分的刚度和强度足够的前提下，应尽可能减轻活塞和夹头的质量。对连接伺服阀和作动器管路内油液的当量质量不容忽视，若设计不当，这一部分质量将远大于活塞的质量。因此在设计中必须注意使伺服阀至作动器的油腔尽可能短而且过流面积不能太小。通常的做法是伺服阀直接固定在作动器的外圆上，且伺服阀至作动器两腔的油路对称等长。2.1.4夹紧油源与夹紧装置夹紧油源是向液压夹头和横梁夹紧装置提供动力。适当提高夹紧油源的供油压力，可以使液压夹头的体积和重量大为降低，从而使系统固有频率得到提高，改善系统的动态响应速度。提高夹紧油源的供油压力也是受横梁夹紧装置的设计空间限制之故。因此，夹紧油源的供油压力高于伺服油源的供油压力，一般在35 MPa以上。2.1.5冷却方式的选择为了维持理想的油温，电液伺服动静万能试验机的液压系统须采取强制冷却方式。冷却方式一般有三种：风冷式、水冷式和冷媒式风冷式调温能力有限，不适合大功率的油源使用；水冷式冷却能力强，但冷却装置占用面积大；冷媒型对油温控制精度高、体积较小，初始费用虽较高，但运转费用较低，且可以和油源一起安装在室内，因此，其应用面在逐渐扩大。2.2设计要求材料试验机的工作循环是：快进上升慢速上升停留快速下降快进,液压系统执行元件选为液压缸。本次设计参数参照液压万能材料试验机WAW-100型进行液压系统设计，液压万能试验机WAW-100型的技术参数如下：最大试验力：100KN测量范围：1-100KN负荷测量精度：1%试验速度mm/min：0-190变形精度：示值的0.5%以内位移精度：示值的0.5%以内应变速率范围：2-60应变速率范围：0.00025-0.0025l/s活塞行程：150mm拉伸钳口间最大距离（包括活塞行程）：520mm圆试样夹持直径：直径6-12，12-20mm扁试样夹持厚度mm：0-860压板尺寸mm：直径120主柱间距离：400mm试样直径：10mm弯曲支承最大距离：300mm移动电机功率：0.18KW电压：380V油泵功率：0.75KW横梁自重：G=1500N2.3负载与运动分析(1) 工作负载 工作负载即为实验力FL=1-100KN 。(2) 摩擦负载 摩擦负载即为导杆的摩擦阻力，此处可忽略不计。(3) 惯性负载 由于实际负载时油缸速度很慢，此处惯性负载可忽略不计。设液压缸的机械效率cm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。表1液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载F/N液压缸推力F0=F/cm/N启 动0150001667快速上升15001667慢速上升15001000001667111111停留100000111111快速下降1500016670根据液压缸在上述各阶段内的负载，即可绘制液压缸的工况图如图1所示。图1 液压缸的负载循环图2.4确定液压系统主要参数2.4.1初选液压缸工作压力所设计的材料试验机在停留加压时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=16MPa。2.4.2液压缸的计算与选择鉴于滑块快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选此背压为p2=0.6MPa。表2 按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表3 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合试验机龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032表4 执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计表5 按工作压力选取d/D工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表6 按速比要求确定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：1无杆腔进油时活塞运动速度；2有杆腔进油时活塞运动速度。由式得 则活塞直径参考表5及表6，得d0.71D =71mm，圆整后取标准数值得D=100mm，d=75mm。结合选定的液压缸行程S=150mm，因此我们选择活塞直径为D=100mm，活塞杆直径为d=75mm，行程为S=150mm的成品液压缸。2.4.3液压缸的工况图根据已选定的液压缸及工作压力，液压缸两腔的实际有效面积为根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表7所列，由此绘制的液压缸工况图如图2所示。表7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式启动0166700.37快速上升1667p1+p0.371.410-20.0052慢速上升16671111110.60.9715.57.8510-30.0080.122停留11111114.9快速下降166700.50.871.0810-20.0094注：1.p为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取p=0.5MPa。2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。图2 液压缸的工况图第三章 拟定液压系统原理图3.1选择基本回路液压基本回路是指由一些液压元件与液压辅助元件按照一定关系组合，能够实现某种特定液压功能的油路结构。最常用的基本回路是：压力控制回路；速度控制回路；方向控制回路；多执行元件控制回路。每一个基本回路都具备一种特定功能。液压基本回路实验台的回路选取应尽量贴近现实工程中的液压工作实际，选取典型的液压回路。3.1.1选择调速回路由图2可知，这台试验机液压系统功率较小，油缸运动速度低，选用进口节流调速回路。为防止实验时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。3.1.2选择油源形式从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比qmax/qmin=0.5/(0.8410-2)60；其相应的时间之比(t1+t3)/t2=(1+1.5)/56.8=0.044。这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图2a所示。3.1.3选择快速运动和换向回路本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位四通电磁换向阀，同时外加二位三通电磁换向阀如图2b所示。3.1.4选择速度换接回路由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大（1/2=0.1/(0.8810-3)114），为减少速度换接时的液压冲击，选用电磁阀控制的换接回路，如图2c所示。3.1.5选择调压和卸荷回路在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即油缸慢速上升时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在油缸慢速上升和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。 图2 选择的基本回路3.2组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图3所示。在图3中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀6。为了避免试验机停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀13。考虑到这台试验机用于测试材料力学性能，对位置精度要求较高，图中增设了一个压力继电器14。当油缸碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。图3 液压原理图第四章 液压元件的计算与选择液压元件主要包括有：油泵，电机，各种控制阀，管路，过滤器等。有液压元件的不同连接组合构成了功能各异的液压回路，下面根据主机的要求进行液压元件的选择计算。4.1确定液压泵的规格和电动机功率4.1.1计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=15.5MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失p=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为 大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表7可见，快退时液压缸的工作压力为p1=1.43MPa，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小，现取进油路上的总压力损失p=0.3MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为 4.1.2计算液压泵的流量由表7可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.510-3 m3/s ，若取回路泄漏系数K=1.1，则两个泵的总流量为考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为0.8410-5 m3/s =0.5L/min，则小流量泵的流量最少应为3.5L/min。4.1.3确定液压泵的规格和电动机功率根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取PV2R12-6/33型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和33mL/r，当液压泵的转速np=940r/min时，其理论流量分别为5.6 L/min和31L/min，若取液压泵容积效率v=0.9，则液压泵的实际输出流量为由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率p=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L6型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为940r/min。4.2阀类元件及辅件的选用液压系统应尽可能多的由标准液压控制元件组成，液压控制元件的主要选择依据是阀所在的油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量，下面根据该原则依次进行压力控制阀，流量控制阀和换向阀的选择。4.2.1压力控制阀压力控制阀的选用原则压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作。压力调节范围：系统调节压力应在法的压力调节范围之内。流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。结构类型：根据结构类性及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先导型两种，直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大，调压偏差大，不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用于高压，大流量和调压精度要求较高的场合。此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护方便性，货源情况等。根据上述选用原则，可以选择直动型压力阀，再根据发的调定压力及流量和相关参数，可以选择DBD式直动式溢流阀，相关参数如下：型号：DBDS6G10 最低调节压力：5MPa 流量： 40L/min 介质温度： 4.2.2流量控制阀流量控制阀的选用原则如下： 压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要求。该千斤顶液压系统中所使用的流量控制阀有分流阀和单向分流阀，单向分流阀的规格和型号如下：型号： FDL-B10H 公称通径：10mm公称流量: P,O口 40L/min A，B口 20L/min连接方式：管式连接 重量：4Kg 分流阀的型号为：FL-B10 其余参数与单向分流阀相同。4.2.3方向控制阀方向控制阀的选用原则如下：压力：液压系统的最大压力应低于阀的额定压力流量：流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。滑阀机能：滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。操纵方式：选择合适的操纵方式，如手动，电动，液动等。方向控制阀在该系统中主要是指电磁换向阀，通过换向阀处于不同的位置，来实现油路的通断。所选择的换向阀型号及规格如下：型号：4WE5E5OF 额定流量：15L/min 消耗功率：26KW 电源电压：工作压力：A.B.P腔 T腔： 重量：1.4Kg根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表8所列。其中，溢流阀9按小流量泵的额定流量选取，调速阀4选用Q6B型，其最小稳定流量为0.03 L/min，小于本系统工进时的流量0.5L/min。表8液压元件规格及型号序号元件名称通过的最大流量q/L/min规格型号额定流量qn/L/min额定压力Pn/MPa额定压降Pn/MPa1双联叶片泵PV2R12-6/335.1/27.9*162节流调速阀1Q6B66.33单向阀70I100B1006.30.24单向阀29.3I100B1006.30.25背压阀1B10B106.36溢流阀5.1Y10B106.37滤油器36.6XU80200806.30.028压力继电器PFB8L14*注：此为电动机额定转速为940r/min时的流量。4.3管路、过滤器、其他辅助元件的选择计算4.3.1确定油管在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表9所列。表9允许流速推荐值管道推荐流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 由表9可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表7数值，按表9推荐的管道内允许速度取=4 m/s，由式计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径20mm、外径28mm的10号冷拔钢管。4.3.2过滤器的选择过滤器的选择应考虑以下几点：(1)具有足够大的通油能力，压力损失小，一般过滤器的通油能力大于实际流量的二倍，或大于管路的最大流量。(2)过滤精度应满足设计要求，一般液压系统的压力不同，对过滤精度的要求也不同，系统压力越高，要求液压元件的间隙越小，所以过滤精度要求越高，过滤精度与液压系统压力的关系如下所示：表 10 过滤精度与液压系统的压力关系（3）滤芯应有足够的强度，过滤器的实际压力应小于样本给出的工作压力。（4）滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下长期工作。根据上述原则，考虑到螺杆泵的流量，选定过滤器为烧结式过滤器，其型号及具体参数如下所示： 型号： 流量： 过滤精度： 接口尺寸： 工作压力： 压力损失: 4.3.3辅件的选择4.3.3.1温度计的选择液压系统常用接触式温度计来显示油箱内工作介质的温度，接触式温度计有膨胀式和压力式。本系统中选用膨胀式，其相关参数如下：型号： 测量范围：，名称：内表式工业玻璃温度计 4.3.3.2压力表选择 压力表安装于便于观察的地方。其选择如下： 型号：Y-60 测量范围： 名称：一般弹簧管压力表4.5油箱及附件油箱在系统中的主要功能为：储存系统所需要的足够的油液;散发系统工作时产生的一部分热量，分离油液中的气体及沉淀污物。油箱容积的确定是设计油箱的关键，油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时。最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无供油时或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。初始设计时，可依据使用情况，按照经验公式确定油箱容积： 式中: 油箱的容积 单位 液压泵的流量 单位 经验系数 见下表 表9.1行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械12245761210本试验机为中压系统，取=7，则油箱的容量可以确定为: 4.6集成块的设计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。4.6.1集成块的设计原则集成块加工质量的好坏直接影响到系统和设备的工作性能。集成块在设计时应合理布置油道，尽可能节省工艺孔，以减少加工与成本。 集成块的设计应遵循以下原则：（1）合理选择集成块的个数，若集成的块太多，会使阀块的体积过大，设计、加工困难；集成的阀太少，集成的意义又不大。（2）在阀块设计时，块内的油路应尽量的简捷，尽量减少深孔、斜孔，阀块中的孔径要与通过的流量相匹配，特别要注意相贯通的孔必须有足够的通流面积。 （3）阀块设计时应注意进出油口的方向和位置，应与系统的总体布置及管道连接形式匹配，并考虑安装便利。（4）阀块设计时还要考虑有水平或垂直安装要求的阀，必须符合要求。需要调节的阀应放在便于操作的位置，需要经常检修的阀应安装在阀块的上方或外测。（5）集成块设计时要设计足够数量的测压点，以供集成块调试用。（7）重量较大的集成块，应设置起吊螺钉孔。4.6.2集成块的结构设计（1）集成块的总体设计 根据液压系统原理图，将液压控制阀分为两个部分，分别安装在两个集成块上，集成块安放在阀台上。具体设计结果在后面有详细论述。 （2）液压阀位置的确定 在认真分析液压系统原理图的基础上，根据油口就近连通原则，应将有互通关系的阀安装在相邻的表面。因集成块多为六面体，且进出油口一般布置在集成块的底面，因此其余五面均可布置液压阀。布置阀的位置时，除需保证阀的互通油口位于同一层，互不通的油道之间有足够的壁厚外海必须考虑阀的上、下、左、右安装空间，保证阀与阀之间，阀与安装底板之间不得有相碰的情况。（3）视图及尺寸标注 集成块加工图一般用六个视图表示，每个视图表示一个面的安装螺孔和油口的尺寸。在标注尺寸时一般以主视图的左下角为尺寸基准（坐标原点）标注阀安装螺孔的坐标尺寸，再以螺孔为基准标注该阀其它孔口的位置尺寸。 （4）加工精度的要求 集成块采用35号钢经锻打成形，然后机加工（铇、铣平面、钳工划线钻孔、攻丝、精磨平面），去毛刺、清洗、装配。一般加工精度要求为： a.装阀或法兰的表面粗糙度应达到aR3.2mm，末端管接头的密封面的表面粗糙度应达到aR3.2mm。b.阀块上所有安装螺孔的精度要求为7H，一般流道的表面粗糙度为 aR3.2mm。（5）集成块的固定 集成块的固定，可以单独固定在支架上，也可以固定在油箱上，本系统就采用前者。集成块底座的具体位置可参见阀台图。4.6.3集成块的设计结果本系统中液压控制阀比较多，分为两部分安装在集成块上。如下所示：4.7泵站的设计对于固定的液压设备，常将液压系统的油箱、动力装置和控制调节装置集中安装成液压站，使装配、调试和维修都比较方便，同时又使液压站上的振动源与主机隔开，减少了液压站中的油温变化对主机精度的影响。4.7.1电动机和泵组与油箱的安装设计在常见的液压站中，按照电动机和液压泵组相对油箱的安装位置不同，可以分为上置式、下置式与旁置式三种。如图5所示为上置式油箱液压泵站。上置式油箱液压泵站是将液压泵与电机等装置安装在油箱上盖板上，其结构紧凑，应用十分普遍，尤其是需要经常移动的、泵与电机均不太大的泵站。电机与泵可以立式安装（如图5），也可卧式安装。这种安装方法将动力振动源安置在油箱盖板上，因此油箱体，尤其是盖板要有较好的刚性。如图6所示为旁置式油箱液压泵站。旁置式油箱液压泵站是将液压泵与电机等装置安装在油箱旁边。系统的流量和油箱容量较大时，尤其是一个油箱给多台液压泵供油的场合采用。旁置式油箱液压泵站使油箱内液面高于泵的吸油口，泵的吸油条件较好。设计要注意在泵的吸油口与油箱之间设置一个截止阀，以防止液压泵在维修或拆卸时油箱中油液外流。下置式油箱液压泵站是将液压泵与电机等装置安装在油箱底下。这样可使设备的安装面积减小，也可使泵的吸入能力大为改善。这种安置方式，常常是将油箱架高到使人可以在油箱底下穿越，以便对液压泵的安装和维修4.7.2电动机与泵的装配设计 电动机的安装形式主要有三种：机座带底脚、端盖上无凸缘机构，机座不带低脚、端盖上带大于机座的凸缘机构，机座带底脚、端盖上带大于机座的凸缘机构。如图7所示为底座带底脚、端盖上无凸缘机构，一般用于水平放置。若电动机与液压泵组立式放置则应选用机座不带底脚、端盖上带大于机座的凸缘机构，以便于电机在安装板上的定位与固定。机座带底脚、端盖上带大于机座的凸缘机构用于水平放置的电动机与液压泵组，此时液压泵通过发兰式支架支承在电动机上，利用端盖上的凸缘可方便地在支架上定位。小功率的电动机与液压泵组可以安装在油箱盖上（上置式），功率较大时需单独安装在专用的平台上（非上置式）。电动机与液压泵组的底座应有足够的强度和刚度，要便于安装和检修。电动机与液压泵组与底座之间最好加弹性防振垫。在在适当的部位设置泄油盘，以防止场地污染。液压泵的传动轴不能承受径向与轴向载荷，与电机轴有很高的同轴度，一般采用弹性联轴器的连接形式。第五章 验算液压系统性能5.1验算系统压力损失由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态，然后计算各种工况下总的压力损失。现取进、回油管道长为l=2m，油液的运动粘度取=110-4m2/s，油液的密度取r=0.9174103kg/m3。5.1.1判断流动状态在快进、工进和快退三种工况下，进、回油管路中所通过的流量以快退时回油流量q2=70L/min为最大，此时，油液流动的雷诺数也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺数（2000），故可推出：各工况下的进、回油路中的油液的流动状态全为层流。5.1.2计算系统压力损失将层流流动状态沿程阻力系数和油液在管道内流速同时代入沿程压力损失计算公式，并将已知数据代入后，得可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是由层流流动所决定的。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失p常按下式作经验计算各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算其中的Dpn由产品样本查出，qn和q数值由表8和表9列出。滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如下：1快速上升滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。在进油路上，油液通过单向阀10、电液换向阀2，然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀3进入无杆腔。在进油路上，压力损失分别为在回油路上，压力损失分别为将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得出差动快速运动时的总的压力损失2慢速上升滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀2、调速阀4进入液压缸无杆腔，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa。在回油路上，油液通过电液换向阀2、背压阀8和大流量泵的卸荷油液一起经液控顺序阀7返回油箱，在背压阀8处的压力损失为0.6MPa。若忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上总的压力损失为此值略小于估计值。在回油路上总的压力损失为该值即为液压缸的回油腔压力p2=0.66MPa，可见此值与初算时参考表4选取的背压值基本相符。按表7的公式重新计算液压缸的工作压力为此略高于表7数值。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，则小流量泵的工作压力为此值
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