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- -354 液压系统设计4.1 液压系统总体设计4.1.1 设计要求水压机的液压系统各执行机构的工作特征是满足水压机的工作要求，可以实现分配器的正常动作以顶开分配阀来完成水压机的正常动作，并且要保证不同的工序相互协调工作。根据设计要求，本次设计的液压系统的要求是利用液压系统提供足够的动力来使凸轮机构将分配阀按照一定的工作要求打开。4.1.2 确定系统方案（1）选择执行元件的类型根据分配器机械部分的设计可知，推动齿轮做旋转运动的机构为齿条传动液压缸，因此该液压系统的执行元件为液压缸。（2）初选液压系统的压力根据分配器部分的设计，以及分配阀的开启力，初选该液压系统的最大工作压力为 6 。MPa（3）确定液压系统的型式油路循环采用开式，调速方式采用节流调速，液压泵采用定量泵，水压机的动力装置采用泵直接传动。油路循环采用开式系统的优点：1.系统比较简单；2.有体积比较大的油箱，故油的冷却条件比较好；3.油液中的杂质可以沉淀于油箱的底部；油路循环采用开式系统的缺点：1.油箱中管路与空气的接触机会较多，易吸入空气而引起震动；2.换向必须采用换向阀，易产生冲击；- -36调速采用节流调速，且为回油路节流调速。泵直接传动的特点：1.液压缸的行程取决于液压泵的供油量。2.高压泵所消耗的功率相当于液压机作功的功率。3.基本投资少，占地面积小，保养简单。4.1.3 拟定液压系统图根据题目的要求和确定的液压系统的型式，拟定的液压系统图为（图 4.1）分4分2分1分3图 4.1 液压控制系统原理图- -374.2 液压元件的计算和选择4.2.1 主要液压元件的选择和参数计算（1）液压缸的计算和选择计算液压缸的有效工作面积 （4.1）mpPA1ax=2式中 液压缸的最大负载， ；max N液压缸的有效工作压力，N/m 2；1液压缸的机械效率，常取 =0.90.98；m根据公式 4.1，液压缸的有效工作面积为：0835.916.17.2035max=pPA2计算出的活塞的直径为 D=103.7 ，根据设计手册，选择标准的活塞直径125 。m I3:1图 4.2 液压缸的结构图- -38设计液压缸的结构根据分配器的设计要求，采用齿条传动活塞液压缸，具体的结构如图 4.2 所示，由图 4.2 可以看出，在活塞杆上面加工一个齿条，模数为 4，根据设计参数的要求和齿轮、齿条啮合传动的条件，该液压缸的行程为 50 。活塞与缸体之间采用 Om形圈来密封。采用的 O 形圈的规格是 GB3452.1-82。3.512计算液压缸所需流量根据公式：089.083.maxax =AvQs3（2）液压泵的选择在设计液压系统图时选择单级叶片泵特点：叶片泵的结构紧凑，外形尺寸小，运动平稳，流量均匀，噪音小，寿命长，但与齿轮泵相比对油液的污染较敏感，结构较复杂。单级叶片泵有一个排油口和一个吸油口，转子转动一周，每两片间的容积各吸、排油一次，单作用式叶片泵适用于低压大流量的场合。选择的型号为：YB-B48B-FL确定液压泵的流量由于设计的系统中采用了蓄能器，泵的流量根据系统在一个工作循环周期中的平均流量选取，即：（4.2）niiBQTK1sm3式中 K系统泄漏系数，一般取 K=1.2；各液动机在工作周期中所需的流量， ；i 3m工作周期， ；s液动机的数目。n则根据公式 4.2，液压泵的流量为：038.42.8011niiBQTKs3选择泵的规格根据系统的工作压力，流量选取流量与系统相当的泵，参考标准，选择 YB-B48B-FL 型号的单级叶片泵。基本的参数为：理论排量=48.3ml/r，输出流量=42.7 L/min 输入压力为 4.92，额定压力为 7.0MPa，额定转速为 1000 r/min，重量为 25 。MPa kg- -39液压泵的功率驱动液压泵的功率为：（4.3）BQPN310KW式中 液压泵额定压力 ，MPa；BP液压泵额定流量，m 3/s；Q 液压泵总效率。B 转换系数，= 7.092.4maxBPp 液压泵实际使用的最大工作压力，MPa；maxp根据公式 4.3，可以求得驱动液压泵的功率为：8.392.01717.10363 BQPNKW（3）电动机的选择根据所选泵的基本参数，选择一般异步电动机 Y112M-4，额定功率为 4 ，K同步转速为 1440 r/min，净重 43 ；kg（4）溢流阀的选择溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压，调压或限压作用。在系统中溢流阀用作安全阀使用，用于防止系统过载，此阀是常闭的。根据应用选择直动型溢流阀，型号为 DT-02-B-22（5）节流阀的选择节流阀可以通过控制通过阀的流量，达到调节执行元件的运动速度的目的，在设计的系统中，用节流阀来构成节流调速回路。根据设计的系统，采用出口节流调速。选择 LF3 系列的节流阀，型号为 LF3-E6B。基本的参数为通径 6 ，最大的流m量为 25 L/min，最大的工作压力为 20 ，额定压力为 16MPaMPa（6）换向阀的选择换向阀是利用阀心相对于阀体的相对运动，使油路接通、关断、或变换油液的流动方向，从而使液压执行元件启动，停止或变换运动方向。- -40选择滑阀式换向阀，操纵方式为电磁。选择三位四通电磁换向阀，中位机能为O 型。选择 型电磁换向阀，具体的型号 34DF30-E6B-D，在设计的液压系统中，324FDE整个系统的换向都采用该种换向阀来实现。（7） 单向阀的选择普通单向阀的作用是使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。在设计的液压系统中，单向阀装在液压泵的出口处，这样可以防止系统中的液压冲击影响泵的工作。选择 C*-02/02/06/10 系列的单向阀，型号为 CRT-06-35-50，基本的参数为：额定流量为 125L/min，最高使用压力为 25 ，开启压力为 0.35 ，质量为MPaMPa1.7 。kg（8）压力表的选择压力表选择为 MPa108.p（9）压力表开关的选择压力表开关的选择为 KF 系列，具体的型号为 KF-L8/12E，公称直径为 8 。m4.2.2 液压辅助元件的设计和选择（1）管道根据工作的要求，选择钢管来作为该液压控制系统的油管。根据资料，管道的长度不超过 2030 米时，压力管的液体流量可以为 515。sm/3假设该水压机的压力利用系数为 0.85。则高压油管的直径为：（4.4）mvQd09.1368.463.4=根据设计手册，选取管道的标准值，则高压油管的内径取为 。m15吸油管道的直径为：vd59.238.1463.4=根据设计手册，选取管道的标准值，则吸油管的内径取为 。25- -41（2）蓄能器的选择蓄能器的作用是储存油液的压力能，可以用来在短时间内供应大量的压力油液，可以用来维持系统的压力以及减小液压冲击或压力脉动。选择活塞式蓄能器，作辅助动力源使用。选择 HXQ-B10D 型号的蓄能器。（3）冷却器的选择液压系统的工作温度一般希望保持在 3050的范围之内，最高不超过 65，最低不低于 15。液压系统如果不能依靠自然冷却使油液的温度保持在上述的范围之内时，就必须安装冷却器。在液压系统中，因液压泵、液压缸的容积损失和机械损失以及控制元件及管路的压力损失和液体损失等消耗的能量几乎全部转化为热量。这些热量除了一部分散发到周围空间，大部分使油液的温度及元件的温度升高，如果油液的温度过高，将严重地影响系统的正常工作。所以在设计的液压控制系统中采用了冷却器。选择独立的冷却回路，具体的结构如图 4.3 所示，单独的液压泵将热的工作介质通入冷却器，冷却器不受液压冲击的影响。对冷却器的基本要求：1. 有足够的散热面积；2. 散热效率高；3. 油液通过时压力损失少；4. 结构力求简单、紧凑、坚固、体积小、重量轻。冷 却 器油 箱 过 滤 器 齿 轮 泵电 动 机图 4.3 冷却回路的结构图- -42选择 CB-32 型的齿轮油泵装置，基本的参数为：Q=32.5 ，P=10MPa n=1450rml minrW=8.7 ， V=220/380 KWV电动机选择为 Y160L1-4 系列，基本参数为：额定功率为 15 ，额定转速为KW1458r/min。选择 型的冷却器。LQG2（4）过滤器的选择过滤器的作用是用来过滤混在液压油液中的杂质，使进入到系统中的油液的污染度降低，保证系统正常的工作。选择表面型的网式滤油器， 根据设计手册，推荐过滤精度为 15 ，选择的型um号为： ，额定的压力为 6.18 。这种结构的过滤器结构比较简单，2063XuMPa通流能力强，清洗方便，但是过滤精度不高。在设计的液压系统中，将滤油器安装在油箱和液压泵之间，因此该滤油器对要求是滤油器必须要有比较大的通流能力和比较小的阻力；它的主要作用是用来保护液压泵，但是液压泵中产生的磨损物将进入到系统中去；必须通过液压泵的全部流量。（5）油箱及其附件功用和结构的选择油箱的功用是用来存储油液，此外还有散热、释放混在油液中的空气、沉淀油液中的杂质等作用。由于设计的系统比较简单，所以选用分离式的油箱，这样油箱散发的热量和液压源的振动对主机的影响就比较小。为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，油箱离地面的高度选为 200。m油箱的容积计算：主回路油箱的容积为：（4.5）36096.103.482mLQV辅助泵系列的油箱的容积： 361475.5.2因此，油箱的总容量为 ，根据手册，选标准值 。379.0mV 3.0V=- -434.2.3 液压系统主要元件列表 根据所设计的液压系统，将系统主要的液压元件列表，如表 4.1 所示。表 4.1 液压元件的明细栏序号 元件名称 规格代号 数量 说明1 单级叶片泵 YB-B48B-FL 1 主泵2 齿条传动液压缸 1 自行设计3 异步电动机 Y112M-4 1 主泵系统用4 直动型溢流阀 DT-02-B-22 15 节流阀 LF3-E6B 16 电磁换向阀 34DF30-E6B-D 1 三位四通7 单向阀 CRT-06-35-50 18 压力表 1 测量范围 0.8-10 MPa9 压力表开关 KF-L8/12E 110 蓄能器 HXQ-B10D 111 齿轮泵 CB-32 1 辅助泵12 电动机 Y160L1-4 1 辅助泵系统用13 网式滤油器 2063Xu214 冷却器 WLQG115 高压油管 钢管 1516 吸油管 钢管 2517 油箱 3.0mV=14.4 液压控制系统分析4.4.1 液压系统的工作情况（1）系统动作循环表设计的水压机的控制系统主要是控制分配阀的启闭，根据前面设计的控制系统的线路图，在机械和电气的配合下，可以实现泵的启动、系统的启动、各分配器中分配阀的正常动作。其具体的工作情况如表 4.2。- -44在设计的控制系统中只画了一个分配器，但是在实际的情况下，一个大型水压机的操纵、控制系统需要好几个分配器来共同实现，现在考虑 4 个分配器的情况。 表 4.2 水压机的液压控制系统的动作循环表电磁阀的工作状态动作名称 信号来源1 2 3 4 5主泵空载启动 电动机 1 启动 左 中 中 中 中辅助泵启动 电动机 2 启动 / / / / /系统启动 1YA 通电 右 中 中 中 中1、4 阀打开 2YA 通电 右 左 中 中 中分配阀 1 动作2、3 阀打开 3YA 通电 右 右 中 中 中1、4 阀打开 4YA 通电 右 中 左 中 中分配阀 2 动作2、3 阀打开 5YA 通电 右 中 右 中 中1、4 阀打开 6YA 通电 右 中 中 左 中分配阀 3 动作2、3 阀打开 7YA 通电 右 中 中 右 中1、4 阀打开 8YA 通电 右 中 中 中 左分配阀 4 动作2、3 阀打开 1YA 通电 右 中 中 中 右（2）工作过程主泵空载启动（卸荷油路）：启动电动机 1，单级叶片泵启动，油液经油箱、过滤器、叶片泵、电磁换向阀 1 流回油箱，这样可以实现主泵的空载启动。分配器 1 动作1）1、4 阀打开进油路 2YA 得电，油液经油箱、主泵、电磁换向阀 1（右位） 、单向阀、电磁换向阀 2（左位）进入齿条传动液压缸（左腔） ，驱动凸轮机构动作。回油路 油液经液压缸（右腔） 、电磁换向阀 2（左位） 、减速阀、电磁换向阀1（右位）流回油箱。- -452）2、3 阀打开 进油路 3YA 得电，油液经油箱、主泵、电磁换向阀 1（右位） 、单向阀、电磁换向阀 2（右位）进入齿条传动液压缸（右腔） ，驱动凸轮机构动作。回油路 油液经液压缸（左腔） 、电磁换向阀 2（右位） 、减速阀、电磁换向阀1（右位）流回油箱。分配器 2 动作1）1、4 阀打开进油路 4YA 得电，油液经油箱、主泵、电磁换向阀 1（右位） 、单向阀、电磁换向阀 3（左位）进入齿条传动液压缸（左腔） ，驱动凸轮机构动作。回油路 油液经液压缸（右腔） 、电磁换向阀 3（左位） 、减速阀、电磁换向阀1（右位）流回油箱。2）2、3 阀打开 进油路 5YA 得电，油液经油箱、主泵、电磁换向阀 1（右位） 、单向阀、电磁换向阀 3（右位）进入齿条传动液压缸（右腔） ，驱动凸轮机构动作。回油路 油液经液压缸（左腔） 、电磁换向阀 3（右位） 、减速阀、电磁换向阀1（右位）流回油箱。分配器 3 动作1）1、4 阀打开进油路 6YA 得电，油液经油箱、主泵、电磁换向阀 1（右位） 、单向阀、电磁换向阀 4（左位）进入齿条传动液压缸（左腔） ，驱动
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