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机械毕业设计全套

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XYY01-137@电站水轮机进水阀门液压系统控制设计,机械毕业设计全套

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1 前言 毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节。学生通过毕业论文，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。 通过这次检验，不但可以提高学生的综合训练设计能力、科研能力（包括实际动手能力、查阅文献能力， 撰写论文能力）、还是一次十分难得的提高创新能力的机会，并从下个方 面得到训练： （ 1）学会进行方案的比较和可行性 的论证； （ 2）了解设计的一般步骤； （ 3）正确使用各种工具书和查阅各种资料； （ 4）培养发现和解决实际问题的能 力。 利用所学的液压方面的知识， 我选择这个课题 为我的毕业设计，进行大胆的尝试。设计中主要以课本和各种参考资料作为依据，从简单入手，循序渐进，逐步掌握设计的一般方法，把所学的知识形成一个整体，以适应以后的工作需要。当然，初次设计，知识有限，经验不足，一些问题考虑不周，也可能存在有某些错误和遗漏，恳请各位老师批评指正 。 液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、 成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 1 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1）进行工况分析，确定系统的主要参数； 2）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 3）选择液压元件； 4）液压系统的性能验算； 5）绘制工作图 ，设计液压装置 6）液压系统的维护 2 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之 前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质； nts 2 5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； 6）自动化程序、操作控制方式的要求； 7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； 8）对效率、成本等方面的要求。 第一章 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 DN2000，为重锤式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，在重锤和水力驱动下按调定的时间关闭阀门。本控制系统积液控与电控为一体，配置一手动泵和蓄能器，可在电机不能正常启动时，为系统提供压力油源。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了压力开关，可对系统压力实现自动控制。 阀门开关时间： 60-90S(可调 ) 第二章 液压缸的设计 第 2.1 工况分析 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。 nts 3 第 2.2节 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。 2.2.1液压缸内径的确定 2.2.1.1初选液压缸的工作压力 根据分析，此起重机的负载较大，按类型属于起重运输机械，初选液压缸的工作压力为 p=16Mpa。 2.2.1.2计算液压缸的尺寸 取 F=maxF=308000N A=F/p =308000/16 106 =0.01925m2 D=14.301 925.044 A m =13.865 10-2m 查机械设计手册 GB2348-80，按标准取： D=140mm。 2.2.2活塞杆直径的确定与校核 2.2.2.1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 1 d=120.56mm 同上，按标准取： d=130mm。 2.2.2.2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），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=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），得其材料抗拉强度 b=520Mpa。 取安全系数为 n=5， = b/5=520/5MPa=104MPa D/ =200/22.5 =8.8920mm，取=1， mk=1，as=3.5，k=4.5， 求得1 kskamants 8 = MPa2405.45.3 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 3.0211 cc c即有 M P adF 58.1323.0 2 0.3 61023.1523.0Fd 98.211023.1514 15 9.338 50 023.06 mm 由设计手册，选 M22，与原设相符。 2.3.7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： )(3 0 opopddDFh 式中 h 法兰厚度 m F-法兰 受力总和 N d 密封环内径 m Hd -密封环外径 m 0D-螺钉孔分布圆直径 m opd-密封环平均半径 m 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=（00 /) dhd ，缸头和法兰的联结是固定的，其密封也是固定的，取 W=20%，即00 /)8.0( dd =0.2 得0d=1，0d为密封圈直径。 F=308000N， Hd =140mm，opd=140-0d/2=139.5mm， 间螺 LddD H 20 =140mm+23+22+2 7=272mm nts 9 = M P aM P an b 1205600 mmmmh 481205.13914159.3 )5.139272(3080003 2.3.8法兰直径和厚度的确定 法兰直径取与缸头直径相同，即 mmd 308法法兰厚度取 mmh 38法2.3.9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： zdFK214切应力： zddFKK31 01 2.0合成应力为： 3.13 22 n 式中 K 螺纹拧紧系数，动载荷，取 K=1.5 F-缸体螺纹处所受的拉力 N， F=308000N 1d -螺纹内径 mm 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， = M P aM P an b 4005.1600 n 安全系数，一般取 1.5-2.5 M P ad400843 0 8 0 0 05.13.13.121mmd 4.151 由设计手册，取 M16。 2.3.10缸头直径gd和缸盖直径Gdnts 10 取两者相同，即 gd=Gd=0D+螺d+间d=（ 272+16+2 10） mm =304mm 2.3.11液压缸主要尺寸的确定 2.3.11.1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。 2.3.11.2活塞的宽度 B B=0.57D =0.54 140mm =75mm。 2.3.11.3导向套长 A D=140mm 80mm， 取 A=0.5d =0.5 130mm =65mm。 2.3.11.4隔套长度 E E=H-（ A+B） /2 =84-（ 65+80） /2 =12mm。 nts 11 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. 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. 2.3.11.5求液压缸的最大流量 1D =2dm 2D =1.40dm T =60s90s 1H =2.67dm 2H =3.58dm 油缸无杆腔作用面积： 1S = 1D 2/4=3.14 2dm 2S = 2D2/4=1.532dmV= 1S 1H + 2S 2H =13.86 3dm 流量的计算： 油流量： BQ =容积 /时间 =13.86L/min 第 2.4 节 液压缸主要零件的结构、材料及技术要求 2.4.1 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。全套密封件采用进口德国 MERKERS 产品，使用寿命长达 15 年 . 2.4.2 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。 nts 12 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0.040.06mm 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。 4. 导向套 45# 材料 ，导向面的配合公差为 H9 和 f8 ，粗糙度为Ra0.2umRa0.3um。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。 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。 第三章 液压 系统图的拟订 3.1 制定基本方案 nts 13 （ 1）制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟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。相应的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。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，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。 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。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。（ 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。 nts 14 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。 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。 （ 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。 （ 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。 3.2 绘制液压系统图 nts 15 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。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。 . 统的油源及压力控制：（参见液压原理图 SYYZ912-0-101） 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。 液压系统的工作程序：（参见液压原理图 SYYZ912-0-101） 1 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。 2 关阀： a 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nts 16 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 SYYZ912-0-101） 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 1YV 失 电、 2YV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 2YV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。 3 关阀：中控室发出指令，电磁铁 2YV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 1YV得电，主阀关闭，全关到位后 (信号指示 )，延时 10s，电磁铁 2YV 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： a. 蝶阀在开启过程中的运行速度可通过调节节流插件 (件号 12.1)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， 具体参见下图： 3.3 工作原理的确定 b. 液压系 nts 17 快慢关角度调节杆慢关节流调节杆液压缸快关节流调节杆顺时针调节节流杆，关阀时间变慢，反之则 变快。 顺时针调节快、慢角度调节杆，则快关角度变大，慢关角度变小，反之，则快关角度变小，慢关角度变大。 第四章 液压元件的选择 第 4.1 节 液压泵 的选择 1 油泵的最大工作压力计算 1）确定 液压泵 的最大工作压力 pp pp=p1+ p 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，进口有调阀的，取 p=（ 0.5 1.5） MPa。这里取 p=1 MPa pp=p1+ p =17 MPa 2）确定液压泵的的流量 液压缸的流量maxQ=容积 /时间 =13.86L/min 液压泵的流量pQ=KmaxQ=16.63 L/min nts 18 式中 K 系统泄漏系数，一般取 K=1.1 1.3； 这里取 K=1.2 3）液压泵的排量计算 q=pQ/n 其中：pQ为油泵最大工作流量。 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=16.63 103/1460ml/rev=11.39ml/rev 4）选择液压泵的规格 根据以上求得的 pp 和pQ值，按系统中拟定的液压泵的形式。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 CBW-F316-ALP 齿轮泵， 排量 16ml/rev，在转速 1460rev/min 情况下，流量为 23L/min，额定工作压力为 160bar,排量可调。 第 4.2 节 选择电动机 电动机的选择 N=pppQ/60 液压泵的总效率 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 其中：为电机效率，取 0.6 P 为液压系统油泵出口压力 那么 :N=17 16.63 60 0.6=7.85kw 查机械设计课程设计手册选用： 电机，型号为 Y160L-4，转速 n=1460rpm,nts 19 电机功率为 11kw。 4.3 其他元件的选择 4.3.1 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。 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%以内的短时间过流量。 2）阀的型式，按安装和操作方式选择 。 4.3.2 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。 4.3.2.1 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 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） LV 6.36060/01663.01.1)267.00314.0358.0028.0( 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 .。 4.3.2.3 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，皮囊就受压变型，气体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，使系统的能量行到补偿。 nts 20 4.3.2.4 蓄能器型号说明 NXQ 1 - L 4 / 31.5 - H NXQ：囊式蓄能器 1.1 型结构 H:矿物油 2.2 型结构 31.5:公称压力 31.5 兆帕 L:螺纹连接 4:公称容积 4 升 F:法兰连接 4.3.2.5 蓄能器附件 充气工具： 概述：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。 （ 1） 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。 （一） 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。 （二）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。 （三）测压：同上一样打开充气阀，即可测主机工作压力。 （四）拆卸工具时需先放掉工具内存气。 （ 2） 根据蓄能器压力选用（参照下表） 蓄能器压力（ Mpa） 充气工具型号 配用压力表 软管内径规格 刻度范围 精度等级 10 CQJ-16 016 1 5 6 20 CQJ-25 025 1 5 6 31 5 CQJ-40 040 1 5 6 4.3.3 管道尺寸的确定 （ 1）管道内径计算 式中 Q 通过管道内的流量（ m3/s）； 管内允许流速（ m/s），见表 10。 d= 514.3/0 0 1 8 9 9 7.04 =22mm. nts 21 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 表 10 允许流速推荐值 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 式中 p 管道内最高工作压力（ Pa）； d 管道内径（ m）； 管道材料的许用应力（ Pa）， =173MPa. ； 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. 4.3.4 油箱容量的确定 初始设计时，先按经验公式（ 31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。 油箱容量的经验公式为 V=QV （ 31） 式中 QV 液压泵每分钟排出压力油的容积（ m3）； 经验系数，见表 11。 V=7 16.63=116.3L 取油箱体积为 160L。 表 11 经验系数 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 锻压机械 冶金机械 1 2 2 4 5 7 6 12 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，以及系统中最大可能充满油时，油箱的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 其型号和参数如下表： 序号 代 号 名称及规格 材料 数量 备注 01 油箱 160L 成品 1 02 YWZ-200T 液位计 成品 1 03 QUQ1-10*1.0 空气滤清器 成品 1 04 CBW-F316-ALP 油泵 16mL/r 成品 1 长源 nts 22 序号 代 号 名称及规格 材料 数量 备注 20MPa 05 Y160M-4-B5 电机 11KW 1460r/min 成品 1 天能 06 SYZB11 手动泵 成品 1 邵液 07 JZC-16H 截止阀 DN16 成品 1 奉化二厂 08 DBDS6K10B/315 直动型溢流阀 成品 1 华德 09 单 向阀 成品 3 邵液 10 截止阀 成品 1 邵液 11 23QDF6B/315E24 电磁球阀 成品 1 上海伟勋 12 DVE-10 节流阀 M24*1.5 成品 2 宁波镇海 13 NXQ1-L4/315-H 皮囊式蓄能器 成品 1 14 PPT-3 测压接头 成品 2 15 HFH2-P1-3-P-0.8 测压软管 成品 1 16 HFH2-E2-3-P-0.8 测压软管 成品 1 17 YN60- 耐震压力表 (025MPa) 成品 1 18 XML-B300D2C11+X ZCC43FCP40B 电子压力开关 成品 1 施耐德 19 Z1B-Hb16Z-4 基本插件 成品 1 邵液 20 球式换向阀控制盖 成品 1 邵液 21 SYYG752A 锁定缸 125/60-40 成品 1 邵液 22 SYYG941 接力器 成品 1 邵液 23 KHB-M22*1.5-DN8 高压球阀 成品 1 奉化二厂 24 23QDF6K/315E24 电磁球阀 成品 1 上海伟勋 25 WU-63*100-J 滤油器 成品 1 26 A-8*2W-2000 高压胶管 成品 1 27 A-16*3W-3000 高压胶管 成品 1 nts 23 第 5 章 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。对一般液压传动系统来说，主要是进一步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。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。 第 5.1 节 管 路系统压力损失的验算 5.1.1 液压系统压力损失 油液在进油管中的流速为 : v=Aqp sm /601 4 1 5 9.3)1018( 1016 23 3 =4.72m/s。 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。 5.1.2 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=vd= 126-3 1050 1022 4 .7 2 smmnts 24 =2077 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 若取油 管长度均为 3m，油液的密度为 =890kg/m3 ，则进油路上的沿程压力损失为 : p 1=22d vl =0.036 Pa21022 72.48903 32 =0.4866 105Pa =0.049MPa。 5.1.3 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np，则当通过阀的流量为 q时的阀的压力损失为vp为 vp=np2 nqq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（如前表），可知，各个阀的压力损失如下： 换vp=np2换换nqq nts 25 =0.01 235.716 Mpa =0.047MPa 单vp=np2单单nqq =0.01 24.125.7 Mpa =0.60MPa 液压缸回油路上的流量为 : 进回进回 A Aqq 4.31 8.2516 L/min =13.1L/min 则回油路管中的流速为 : Aqv 回62310181 4 1 5 9.360 101.13 m/s =0.22m/s 可算出 : Re=vd=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 : dvlp 22 回nts 26 M P a21018 22.08903114.0 32 =0.004MPa 5.1.4 总的压力损失 由上面的计算所得可求出： 321 pppp =0.049+ （ 0.6+0.047 ）+0.004MPa=0.7MPa 原设 p =0.8MPa，这与计算结果略有差异，且大于计算结果，不必更改 5.2 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。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。 5.2.1 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 =16 106 16 10-3/60 0.85w =4267w. 5.2.2 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的散热。 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 : nts 27 A=0.0653 2V 3 275.168065.0 =2.36 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 可求出 : H0=2.36 15 10-3 11kw=0.39kw 5.2.3 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=hAH23 36.210154267.0 =51.6 环境温度为 40，热平衡温度为 51.6 60，没有超出允许范围。 5.3 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，其外形如下图： 根 据上面 确定的油箱的容积 V=168.75L 和散热面积 A=2.36，可查机械设计手册，公式： V=0.8a b h mm3 nts 28 A=1.8h （ a+b） +1.5ab 和长、宽、高的比例 a： b： h=1： 1.5： 2.5，联立解方程，可求得 a=0.75 b=0.45m h=0.50m 油箱简图附后。 第六章 液压 装置 的设计 6.1 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。 6.2 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。 6.3 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。 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nts 29 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。 各通油孔的内径要满足允许流速的要求，具体参照本章 4.4 节确定孔径。一般来说，与阀直接相通的孔径应等于所装阀的油孔通径。 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。 第七章 液压系统安装及调试 7.1 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%； 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 N 8 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。 7.2 调试前准备工作 1 用加油泵往油箱中加入规定牌号的液压油液，将油液加至液面高度达液位计最高位置。 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。 7.3 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nts 30 调节至设计要求。 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。 7.4 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