多级减压回路实验装置设计【25张图/17500字】【优秀机械毕业设计论文】
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多级
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装置
设计
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机械
毕业设计
论文
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-
文档包括:
说明书一份，38页，17500字左右。
开题报告一份。
中期报告一份。
图纸共25张，如下所示
A0-装配图.dwg
A1-实验台装配图.dwg
A2-实验台组件.dwg
A2-油箱焊接组件.dwg
A2-油箱装配图.dwg
A3-实验台面板.dwg
A3-油箱侧板.dwg
A3-油箱箱板.dwg
A3-法兰盘.dwg
A3-液压系统图.dwg
A4-上支架杆.dwg
A4-下支架杆.dwg
A4-侧杆.dwg
A4-前后支角.dwg
A4-加强杆.dwg
A4-吊钩.dwg
A4-横梁.dwg
A4-油箱支角.dwg
A4-油箱盖板.dwg
A4-油箱隔板.dwg
A4-活塞.dwg
A4-活塞杆.dwg
A4-缸体.dwg
A4-缸体前端盖.dwg
A4-缸体后端盖.dwg
- 内容简介：
-
液压传动系统设计与计算 1 明确设计要求进行工况分析 在设计液压系统时，首先应明确以下问题，并将其作为设计依据。 主机的用途、工艺过程、总体布局以及对液压传动装置的位置和空间尺寸的要求； 主机对液压系统的性能要求，如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求；液压系统的工作环境，如温度、湿度、振动冲击以及是否有腐蚀性和易燃物质存在等情况。 在上述工作的基础上，应对主机进行工况分析，工况分析包括运动分析和动力分析，对复杂的系统还需编制负载和动作循环图，由此了解液压缸或液压马达的负载和速度随时间变化的规律，以下对工况分析的内容作具体介绍。 动分析 主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图 (L t)，速度循环图 (v t)，或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。 移循环图 L t 图 液压机的液压缸位移循环图，纵坐标 L 表示活塞位移，横坐标 线斜率表示活塞移动速度。 图 移循环图 度循环图 v t(或 v L) 工程中液压缸的运动特点可归纳为三种类型。图 三种类 型液压缸的 v t 图，第一种如图 实线所示，液压缸开始作匀加速运动，然后匀速运动， 图 度循环图 最后匀减速运动到终点；第二种，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。 v t 图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。 力分析 动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言 ，就是研究液压缸或液压马达的负载情况。 压缸的负载及负载循环图 压缸的负载力计算 工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成： (式中： 切削阻力； 摩擦阻力 ； 惯性阻力； 重力； 排油阻力。 压缸运动循环各阶段的总负载力 液压缸运动循环各阶段的总负载力计算，一般包括启动加速、快进、工进、快退、减速制动等几个阶段，每 个阶段的总负载力是有区别的。 (1)启动加速阶段：这时液压缸或活塞处于由静止到启动并加速到一定速度，其总负载力包括导轨的摩擦力、密封装置的摩擦力 (按缸的机械效率 m=算 )、重力和惯性力等项，即： (2)快速阶段： (3)工进阶段： ( (4)减速： (对简单液压系统，上述计算过程可简化。例如采用单定量泵供油，只需计算工进阶段的总负载力，若简单系统采用限压式变量泵或双联泵供油，则只需计算快速阶段和工进阶段的总负载力。 压马达的负载 工作机构作旋转运动时，液压马达必须克服的外负载为 ： (作负载力矩 作负载力矩可能是定值，也可能随时间变化，应根据机器工作条件进行具体分析。 擦力矩 旋转部件轴颈处的摩擦力矩，其计算公式为： )( (式中： G 为旋转部件的重量 (N)； f 为摩擦因数，启动时为静摩擦因数，启动后为动摩擦因数； R 为轴颈半径 (m)。 性力 矩 旋转部件加速或减速时产生的惯性力矩，其计算公式为： )( i ( 式中： 为角加速度 (r/ 为角速度的变化 (r/s)； t 为加速或减速时间 (s)；J 为旋转部件的转动惯量 ( 2)， 。 1 2 式中： 2回转部件的飞轮效应 ( 2)。 各种回转体的 2查机械设计手册。 根据式 ( 分别算出液压马达在一个工作循环内各阶段的负载大小，便可绘制液压马达的负载循环图 2 确定液压系统主要参数 压缸的设计计算 定液压缸工作压力 液压缸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： 类设备的不同特点和 使用场合。 虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重；压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。 所以，液压缸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。 如表 示。 表 负载选执行文件的工作压力 负载 /N 5000 50010000 1000020000 2000030000 3000050000 50000 工作压力/1 2 3 3 4 4 5 5 表 机械类型选执行文件的工作压力 机械类型 机 床 农业机械 工程机械 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力/a2 3 5 8 8 10 10 16 20 32 压马达的设计计算 算液压马达排量 液压马达排量根据下式决定： )(m i n (式中： T 为液压马达的负载力矩 (N m)；液压马达进出口压力差 (3为液压马达的机械效率，一般齿轮和柱塞马达取 算液压马达所需流量液压马达的最大流量 )( 3m (式中： 液压马达排量 (m3/r)； 液压马达的最高转速 (r/s)。 3 液压元件的选择 压泵的确定与所需 功率的计算 压泵的确定 定液压泵的最大工作压力。液压泵所需工作压力的确定，主要根据液压缸在工作循环各阶段所需最大压力 加上油泵的出油口到缸进油口处总的压力损失 p，即 (P 包括油液流经流量阀和其他元件的局部压力损失、管路沿程损失等，在系统管路未设计之前，可根据同类系统经验估计，一般管路简单的节流 阀调速P 为 (2 5) 105调速阀及管路复杂的系统 P 为 (5 15) 105P 也可只考虑流经各控制阀的压力损失，而将管路系统的沿程损失忽略不计，各阀的额定压力损失可从液压元件手册或产品样本中查找，也可参照表 取。 表 用中、低压各类阀的压力损失 (阀名 105阀名 105阀名 105阀名 105单向阀 压阀 3 8 行程阀 2 转阀 2 换向阀 3 节流阀 2 3 顺序阀 3 调速阀 3 5 定液压泵的流量 的流量 据执行元件动作循环所需最大流量 系统的泄漏确定。 液压缸同时动作时，液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸 (或马达 )所需的最大流量，并应考虑系统的泄漏和液压泵磨损后容积效率的下降，即 )()( 3m a x (式中： K 为系统泄漏系数，一般取 流量取小值，小流量取大值；或马达 )的最大总流量 (m3/s)。 择液压泵的规格：根据上面所计算的最大压力 流量 查液压元件产品样本，选择与 当的液压泵的规格型号。 表 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 上述功率和泵的转速，可以从产品样本中选取标准电动机，再进行验算，使电动机发出最大功率时，其超载量在允许范围内。 阀类元件的选择 择依据 选择依据为：额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。 择阀类元件应注意的问题 尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。 类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑 其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。 能器的选择 能器用于补充液压泵供油不足时，其有效容积为： )( 3 (式中： A 为液压缸有效面积 ( L 为液压缸行程 (m)； K 为液压缸损失系数，估算时可取 液压泵供油流量 (m3/s)； t 为动作时间 (s)。 能器作应急能源时，其有效容积为： )( 3 (当蓄能器用于吸收脉动缓和液压冲击时，应将其作为系统中的一个环节与其关联部分一起综合考虑其有效容积。 根据求出的有效容积并考虑其他要求，即可选择蓄能器的形式。 道的选择 管类型的选择 液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。 管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。 管：紫铜管工作压力在 10下，易变曲，便于 装配；黄铜管承受压力较高，达 25不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。 管尺寸的确定 管内径 d 按下式计算： d= (式中 ： q 为通过油管的最大流量 (m3/s)； v 为管道内允许的流速 (m/s)。一般吸油管取 5(m/s)；压力油管取 5(m/s)；回油管取 2(m/s)。 管壁厚 按下 式计算： )(2 ( 式中： p 为管内最大工作压力； n 为安全系数，钢管 p 7，取 n=8； p ，取 n=6； p ，取 n=4。 根据计算出的油管内径和壁厚，查手册选取标准规格油管。 箱的设计 油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。 箱设计要点 箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗 出，油液液面不应超过油箱高度的 80%。 箱管和回油管的间距应尽量大。 箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。 油器的选择 选择滤油器的依据有以下几点： 载能力 ： 按系统管路工作压力确定。 滤精度 ： 按被保护元件的精度要求确定。 流能力 ： 按通过最大流量确定。 力压降 ： 应满足过滤材料强度与系数要求。 4 液压系统性能的验算 为了判断液压系统的设 计质量，需要对系统的压力损失、发热温升、效率和系统的动态特性等进行验算。 路系统压力损失的验算 当液压元件规格型号和管道尺寸确定之后，就可以较准确的计算系统的压力、局部压力损失 流经阀类元件的压力损失 即： (系统的调整压力： 10 (式中： 液压泵的工作压力或支路的调整压力； 执行件的工作压力。 如果计算出来的 P 比在初选系统工作压力时粗略选定的压力损失大得多，应该重新调 整有关元件、辅件的规格，重新确定管道尺寸。 统发热温升的验算 系统发热来源于系统内部的能量损失，如液压泵和执 行元件的功率损失、溢流阀的溢流损失、液压阀及管道的压力损失等。 系统发热功率 P 的计算 : )(1( (式中： 液压泵的输入功率 (W)； 为液压泵的总效率。 若一个工作循环中有几个工序，则可根据各个工序的发热量，求出系统单位时间的平均发热量： )()1(11b i (式中： T 为工作循环周期 (s)； 第 i 个工序的工作时间 (s)； 循环中第 的输入功率 (W)。 统效率验算 液压系统的效率是由液压泵、执行元件和液压回路效率来确定的。 液压回路效率 般可用下式计算： 2221. . . . (式中： 为每个执行元件的工作压力和流量； 每个液压泵的供油压力和流量。 液压系统总效率： (式中： B 为液压泵总效率；m为执行元件总效率；c为回路效率。 5 绘制正式工作图和编写技术文件 经过对液压系统性能的验算和必要的修改之后，便可绘制正式工作图，它包括绘制液压系统原理图、系统管路装配图和各种非标准元件设计图。 正式液压系统原理图上要标明各液压元件的型号规格。对于自动化程度较高的机床，还应包括运动部件的运 动循环图和电磁铁、压力继电器的工作状态。 定液压系统参数 由工况分析中可知，工进阶段的负载力最大，所以，液压缸的工作压力按此负载力计算，根据液压缸与负载的关系，选 0 105机床为钻孔组合机床，为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油腔应有背压，设背压 105使快进快退速度相等，选用 21 2 差动油缸，假定快进、快退的回油压力损失为 p=7 105 择液压元件 择液压泵和电动机 定液压泵的 工作压力。 前面已确定液压缸的最大工作压力为 40 105取进油管路压力损失 p=8 105调整压力一般比系统最大工作压力大 5 105以泵的工作压力 (40 8 5) 105 53 105是高压小流量泵的工作压力。 液压缸快退时的工作压力比快进时大，取其压力损失 p 4 105快退时泵的工作压力为： 4) 105 105是低压大流量泵的工作压力。 压泵的流量。快进时的 流量最大，其值为 30L/小流量在工进时，其值为 K 则： 106L/于溢流阀稳定工作时的最小溢流量为 3L/小泵流量取 根据以上计算，选用 B 型双联叶片泵。 定管道尺寸 :根据工作压力和流量，按式 (式 (定管道内径和壁厚。 (从略 ) 定油箱容量油箱容量可按经验公式估算，取 V (5 7)q。 本例中 ： V 6q 6(6 36) 252L 有关系统的性能验算从略。 毕业设计 (论文 )中期 报告 多级减压回路实验装置设计 院（系） 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2013 年 03 月 22 日 1. 设计（论文）进展状况 工作进行到 9 周，在这个阶段的主要工作有外文翻译，设计方面开始工程图的绘制阶段。 目前完成的任务 有：液压元件的初步计算，管道以及管接头的初选，油箱的尺寸选择，液压缸的设计以及阀的设计以及各个零部件的选择。外文翻译已完成，完成部分零件图，装配图完成了零件图。 2. 存在问题及解决措施 随着设计的不断进行，出现的问题也慢慢浮现，主要有： 液压泵的吸油口距离油箱底部距离过大不能充分的吸油，解决办法液压泵的吸油口向下弯曲，已达到好的吸油效果。计算时液压缸的质量过小再选液压缸时不易选择，解决办法将液压缸稍微选大点。 液压系统的工矿分析； 由已知得：系统为单缸系统因此外负载 取重力为 150N 因此液压缸所受外 负载 运动部件速度变化时的惯性负载； 摩擦力 取静摩擦系数为 取动摩擦系数为 NF 01 5 a 静摩擦阻力 动摩擦阻力 *t 般取 v t 时间的速度变化量。 0 F 为最大外负载； 液压缸密封处摩擦力常进行估算； m a xm a x 一般取 故得 公式可算出 D和 d； 1222142 ； 取 得； D= d=； 查表取 D=40 d=20 ； 进行流量计算； 缩 =液压泵的工作压力的确定； 压泵的最大工作压力 1P 执行元件的最大工作压力 P 压力损失 取 故可得； 液压泵的 流量确定，液压泵的最大流量应为； 进行液压泵的选择根据以上数据查表选泵为 序号 名称 最大通过流量（ L/ 型号 1 电动机 单叶片油泵 溢流阀 63 减压阀 63 滤油器 二位四通电磁换向阀 60 24 三位四通电磁换向阀 80 34压油箱的设计 液压油箱有效容积的确定 在低压系统中（ ）取 42( V = 3/2/1 的比例的长宽高设计液压油箱 3. 后期工作安排 后期的任务主要有： 10 11 周：完成全部技术设计。 12 14 周：撰写毕业设计论文。 15 周：答辩前准备。 后期的主要工作重点还是放在工程图的绘制，并且需要完善已经完成的装配图 以及加强后期零件图的绘制。最后在同时进行设计论文的完成以及最后整个油路 热温升校核，完成全部技术设计。 毕业设计 (论文 )开题报告 题目 :多级减压回路实验装置设计 系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012 年 12 月 26 日 - 1 - 1. 毕业设计（论文）综述（ 题目背景、研究意义及国内外相关研究 情况） 题目背景 : 液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自 1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域， 20世纪 60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。 研究意义： 液压传动由于其具有传动平稳、承载能力大、传动功率大、易于实现无级调速等优点使得其在各类机械设备中得到了广泛的应用。随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可 缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。 通过该题目原理图的设计，可以使学生熟悉液压传动系统设计的一般程序，了解并掌握液压传动这门技术。通过液压传动装置的设计，可以使学生掌握机械设计的一般程序和基本方法。总之，通过本题目的设计，可以使机械设计制造及其自动化专业的学生对四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。 国内外相关研究情况 由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技 术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： 1)减少能耗 ,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高 。 2）主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 - 2 - 另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。 3）机电一体化 液压行业： 液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极 采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。 2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 主要内容： （ 1）研究采用先导式减压阀的多级减压回路原理； （ 2）设计合理的、能满足使用要求的五级减压回路实验装置； （ 3）采用压力表和压力开关实现压力的测量； （ 4）绘制主要零件图； （ 5）选择液压元件型号； （ 6）对系统进行温升校核。 研究方案、研究方法或措施 调压回路的功能在于调定或限制液压系统的最高工作压力，或执行机构在工作过程不同阶段实现多级压力变换。一般由溢流阀来实现这一功能。 减压 回路的功能在于使系统某一支路具有低于系统压力调定值的稳定工作压力，机床的工件夹紧、导轨润滑及液压系统的控制油路常需用减压回路。 如图 1 所示为三级调压回路。主溢流阀 1 的控制端口通过三位四通换向阀分别接有不同的远程调压阀 2 和 调定；换向阀右位时由阀 3 控制；换向阀在中位时，由溢流阀 1 来调定系统最高压力。 - 3 - 图 1 将先导式溢流阀换成先导式减压阀将可的到 3 级减压，在将先导式减压阀控制端口通过两个三位四通换向阀来并联连接，再通过调定阀来实现控 制将可实现 5 级减压。如图 2 所示 。 图 2 3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 研究的重、难点 （ 1）研究采用先导式减压阀的多级减压回路原理； （ 2） 设计出合理的、能满足使用的五级减压回路实验装置； （ 3） 实现有五个压力调节。 已开展工作 （ 1）认真复习液压基本回路一章的相关内容及控制阀的相关知识； （ 2）大致绘制了该实验装置设计的原理图； - 4 - （ 3）自己查找学习液压站的相关知识。 4. 完成本课题的工作方案及进度计划 （按周次填写） 基本要求： （ 1）有部分计算机绘图； （ 2）按时完成开题报告及中期报告； （ 3）外文翻译（字数）： 3000汉字； （ 4）参考文献（篇数）：不少于 18篇，其中外文不少于 3篇 ； （ 5）论文（字数）：不少于 20000汉字； 进度计划： （ 1） 1：查找资料，完成开题报告； （ 2） 4：完成方案设计，绘制总装配图；完成外文翻译，写中期报告； （ 3） 9：完成全部技术设计； （ 4） 13：撰写毕业设计论文； （ 5） 15 周：答辩前准备。 - 5 - 5. 指导教师意见 （对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 6. 所在系审查意见： - 6 - 系主管领导： 年 月 日 - 7 - 参考文献 1 徐福玲 陈晓明 液压与气压传动 机械工业出版社 2 秦勇 J2000,(11) 3 杨培元 朱福元 液压系统设计简明手册 4 朱钒 ,张志 ,张道富等 J2000,(01) 5 刘健 ,罗斌 ,黄中原 J2005,(08) 6 濮良贵 纪名刚主编 第八版 N等教育出版社 ,7 严金坤 张培生主编。液压传动，北京；国防工业出版社， 1979 8 何存兴主编，液压元件，北京；机械工业出版社， 1981 9 王春行 液压伺服控制系统 北京；机械工业出版社 10 李壮云 葛宜远 液压元件与系统 北京；机械工业出版社 11 卢秉 ,恒主编 第三版 N械工业出版社 ,12张利平 20 例 N学工业出版社 ,13王辰宝 机械及工工艺基础 M天津；东南大学出版社 14何铭新，等 图学应用教程 北京教育 出版社， 2001 15刘朝儒，等 机械制图 北京；高等教育出版社， 2001 16 976 17 991,18 in 984. 本科毕业设计 (论文 ) 题目：多级减压回路实验装置台设计 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 05 月 I 多级减压回路实验装置设计 摘要 任何液压系统都是由一些基本回路所组成的，所谓的液压基本回路是指能实现某种规定功能的液压元件的组合。压力控制回路是 控制整个系统或局部油路的工作压力。压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个系统或局部油路的压力，达到调压 卸载 减压 增压 平衡 保压 泄压等目的，以满足执行元件对力或力矩的要求。对于液压基本回路的实验装置设计，能使我们更好的掌握也压得基本原理及液压系统设计的基本流程，并且对设计的一般步骤与方法有了更好的掌握。 本文阐述了多级减压回路实验装置的设计，主要对工作原理、结构组成、参数计算等发面做了详细的分析与研究，得出一套较为合适的方法来设计实验台。主要通过查阅相关资料，应用相关公式，对各个运动阶段的流量 的计算，然后对油箱进行设计，然后来选择液压站的动力装置，确定电机与泵的安装方式，最后在根据原理图以及各项参数来进行管路与管接头的选择，从而完成整个设计。 论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点从原理设计、各回路的功能分析与选择入手，从而选择液压元件，计算其性能是否符合指标，最后在校核温升。 关键词： 液压；基本回路；增压回路；实验台 of of on to do a to a of to of on to to of to to of so as to of of on at of of of in I 目 录 1 绪论 . 6 目背景 . 6 究意义 . 6 内外相关研究情况 . 6 2 液压系统的设计 . 8 压传动综述 . 8 压系统的组成 . 8 压技术的优缺点 . 8 压传动的发展趋势 . 9 压系统的分类 . 11 课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 . 12 级减压回路实验装置设计 . 12 压系统的工矿分析； . 12 定液压原理图 . 13 压系统的计算及液压元件的选择 . 14 压油箱的设计 . 18 压油箱的外形尺寸 . 19 压油箱的结构尺寸设计 . 19 止杂质侵入 . 20 验台空气滤清器的选择 . 20 油管与回油管 . 21 面指示 . 22 箱顶盖设计 . 22 压泵的安装方式 . 22 压站的结构设计的注意事项 . 23 压站的组装 . 24 定管道尺寸和管道的选用 . 24 子材料的分析。 . 24 接头的选择 . 25 油器的选择 . 26 压油的选择 . 26 3 液压系统的验算 . 27 力损失的验算 . 27 压系统的发热和温升校核验算 . 28 4 实验台面板的结构 . 30 验台面板的设计 . 30 压元件的布局 . 30 定油孔的位置与尺寸 . 31 制实验台面板零件图 . 31 5 液压元件和管道安装 . 32 压元件的安装 . 32 道安装 . 32 6 液压站的使用与检查 . 33 用的一般注意事项 . 33 验台的操作方法 . 33 查 . 33 7 结论 . 34 致谢 . 35 参考文献 . 36 毕业设计（论文）知识产权声明 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明 . 37 V 主要符号 惯性负载 动摩檫负载 液压缸的机械效率 液压泵最大工作压力 液压泵允许最大流量 液压缸壁厚度 V 液压油箱的有效容积 1v 液压油在管道内的流速 雷诺数 1 沿程阻力系数 系统效率 p 泵的效率 a 液压执行效率 液压回路效率 油箱散热系数 T 温度 1 绪论 6 1 绪论 目背景 液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自 1795 年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域， 20 世纪 60 年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。 究意义 液压传动由于其具有传动平稳、承载能力大、传动功率大、易于实现无级调速等优点使得其在各类机械设备中得到了广泛的应用。随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发 展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。 通过该题目原理图的设计，可以使学生熟悉液压传动系统设计的一般程序，了解并掌握液压传动这门技术。通过液压传动装置的设计，可以使学生掌握机械设计的一般程序和基本方法。总之，通过本题目的设计，可以使机械设计制造及其自动化专业的学生对四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。 内外相关 研究情况 液压技术近几年发展的速度是非常迅猛的，尤其在电子技术微机控制日益发展的今天，液压技术已迅速渗入到各个学科领域确切地说，液压是电子和机械技术之间的一种技术，把传动和控制结合起来是液压技术发展的必然结果液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视世界液压元件的总销售额为350 亿美元据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的 2% 而我国只占 1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。但是近年来，液压气动技 术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床中小型塑机已采用 。 电控伺服系统取代或部分取代液压传动其主要原因是液压技术存在渗漏维护性差等缺点为此，必须努力发挥液压气 动技术的优点 ， 克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域 ， 同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关毕业设计（论文） 7 键。 我国液压产品有一定生产能力和技术水平的生产科研体系。尤其是近十年来基础产品工业得到国家支持，装备水平有所提高，目前已能生产品种规格齐全的产品，已 能为汽车、工程机械、农业机械、机床、塑机、冶金矿山、发电设备、石油化工、铁路、船舶、港口、轻工、电子、医药以及国防工业提供品种基本齐全的产品。通过科研攻关和产学研结合，在液压伺服比例系统和元件等成果已用于生产。在产品 方面已取得可喜的进展，并得到广泛应用。并且在国内建立了不少独资、合资企业，在提高我国行业技术水平的同时，为主机提供了急需的高性能和高水平产品，填补了国内空白。 虽然取得上述成果，但和目前国内的需求和国外先进水平相比还有较大差距。包括产品趋同化、构成不合理，性能低、可靠性差，创新和 自我开发能力弱，自行设计水平低。 具体表现在产品水平、产品体系与市场需求存在较大的结构性矛盾。中国的液压市场很大，用户对产品的要求各异，各种高品质、高性能的液压元件市场需求量很大。而大部分国内企业所能提供的产品 ,无论在档次上还是种类上，都还远远不能满足这些需求。因此，在众多低档产品压价竞争的同时，不得不让出一块巨大的市场给国外产品。这表明，在市场丰富多样的需求面前，国内液压行业现有产品体系的结构性过剩与结构性短缺两个矛盾同时并存；也表明我们在产品的多样性、层次分布性和市场适应性等方面亟待调整和改善。企业在产 品更新、装备改造等方面的投入能力不足。目前，我国大部份气动企业缺乏对产品及装备进行较大更新改造的能力，在高技术产品及专用生产检测装备的系统开发和投入能力上尤为缺乏，因而也限制了企业在高技术产品发展上取得大的突破，对缩短与国际先进水平的差距带来影响。当然，投入资金只是个基础条件 ，还必须有技术、人才等多方面的保障才行。2 液压系统的设计 8 2 液压系统的设计 压传动综述 压系统的组成 液压系统主要由以下五个主要部分来组成： a. 能源装置 液压泵将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能 ，给系统提供压力油液。 b. 执行装置 液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。 c. 控制装置 液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀 (安全阀 )、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控 制阀、定值控制阀和比例控制阀。 d. 辅助装置 油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等 实现各种工作循环。 e. 工作介质 液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。 压技术的优缺点 a. 与机械传动和电气拖动系统相比，液压传动具有以下优点： (1) 在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。 在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体积重量只有同等功率电动机的 12%左右。由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。 (2) 液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。 例如，相同功率液压马达的体积为电动机的 12% 13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至 (牛 /瓦 ),发电机和电动机则约为 。 (3) 可在大范围内实现无级调速。 借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达 1 2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速 。毕业设计（论文） 9 (4) 传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。 正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。 (5) 液压装置易于实现过载保护 借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。 (6) 液压传动容易实现自动化 借助于各种控制阀 合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。 b. 液压传动的缺点： (1) 液压传动是以液体为工作介质 时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。 (2) 液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。 (3) 液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。 因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。 (4) 为了减少泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而且对油液的污染比较敏感。 (5) 液压系统故障的诊断比较困难 ， 因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。 (6) 随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是要解决的问题。 总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。 压传动的发展趋势 由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。 18尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： a. 减少能耗 ,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但 一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题： (1) 减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。 主要表现在改进元件内部流毕业设计（论文） 10 道的压力损失 ,采用集成化回路和铸造流道 ,可减少管道损失 ,同时还可减少漏油损失。 (2) 减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。 (3) 采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。 (4) 发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展 3 通径、 4 通径电磁阀以及低功率电磁阀。 (5) 改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。 (6) 为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。 b. 主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 要实现主动维护技术必须要 加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识 ,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。 另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调 整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。 c. 机电一体化 电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点 ,其主要发展动向如下： (1) 电液伺服比例技术的应用将不断扩大。 液压系统将由过去的电气液压 统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统 ,为适应上述发展 ,压力、流量、 位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。 (2) 发展和计算机直接接口的功耗为 5下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀 (小于 3。 (3) 液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断 ,由于计算机的价格降低 ,监控系统 ,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。 毕业设计（论文） 11 (4) 计算机仿真标准化，特别对高精度、 “高级 ”系统更有此要求。 (5) 由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是 今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。 压系统的应用 a. 液压传动在机械行业中的应用 机床工业 磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等 ； 工程机械 挖掘机、装载机、推土机等 ； 汽车工业 自卸式汽车、平板车、高空作业车等 ； 农业机械 联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等 ； 轻工机械 打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等 ； 冶金机械 电炉控制系统、轧钢机控制系统等 ； 起 重运输机械 起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等 ； 矿山机械 开采机、提升机、液压支架等 ； 建筑机械 打桩机、平地机等 ； 船舶港口机械 起货机、锚机、舵机等 ； 铸造机械 砂型压实机、加料机、压铸机等 ； b. 静液压传动装置的应用 静液压传动由于具有无级变速，调速范围宽，可以实现恒扭或恒功率调速，容易实现电控等优点，在工程机械中具有良好的应用前景。但是在铲土运输机械和起重机械中作为主要传动就用却很少，其主要问题是在于国内液压元件质量差，而国外的液压元件价格又太 高，会造成主同成本过高。 90 年代以来，国内已引进了德国林德公司静液压叉车，以及利勃海尔公司静液压推土机的装载机，但在国内市场所占份额很小。 c. 远程液压传动装置的应用 在科学技术迅猛发展的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代化信息技术正对人类的生产生活产生着前所未有的影响。这些信息技术的进步，为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指明了方向，为数字化设计资源与制造资源的远程共享，进一步提高产品开发效率奠定了基础。这一点已经引起了学术界的广泛关注，并且有很多科研学者已经投入到了这方面 的研究。目前在液压领域中，特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在着零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题。为减轻液压设计人员的工作负担，实现现代化设计。 压系统的分类 液压系统可以按如下方法进行分类： 毕业设计（论文） 12 a. 按液流循环方式不同，液压系统可分为开式系统和闭式系统。 开式系统是：液压泵从油箱吸油，经节流阀、换向阀进入液压缸或液压马达，液压缸或液压马达的回油排油油箱，工作液在油箱中冷却及沉淀后再进行工作循环 液压泵的吸油 管路直接与液压马达的回油管路相连通，形成一个闭合回路，补油泵经单向阀补偿系统中各液压元件的泄漏损失。 b. 按工作特征不同，液压系统可分为液压传动系统和液压控制系统。 前者以传递动力为主，以信息传递为次，追求传动特征的完善。后者则以传递信息为主，以传递动力为次，追求控制特性的完善。但是，随着科学技术的飞速发展和现在机械设备技术性能要求的不断提高，这种分类方法并非是绝对的。因为现代机械设备（如兵器、数控机床和航空航天设备等）的动力传递和控制指标都很重要，所以其液压传动系统和液压控制系统在具体结构上往往融 为一体，这时就很难断定这样的系统是传动系统或控制系统。 c. 按执行器的速度控制与调节方式不同，液压系统可分为阀控系统和泵控系统。 前者通过改变阀的开口度控制流量，从而控制执行器的速度。后者通过改变泵的排量来改变泵的流量，从而控制速度。一般而言，阀控系统效率较低；而泵控系统效率较高。 课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 (1) 研究采用先导式减压阀的多级减压回路原理； (2) 设计合理的、能满足使用要求的五级减压回路实验装置； (3) 采用压力表和压力开关实现压力的测量； (4) 绘制主要零件图； (5) 选择液压元件型号； (6) 对系统进行温升校核。 级减压回路实验装置设计 压系统的工矿分析； 由已知得：系统为单缸系统因此外负载 F 为零。 取重力为 150N 因此液压缸所受外负载 F 包括两种类型，即 运动部件速度变化时的惯性负载； 摩擦力 ， 取静摩擦系数为 取动摩擦系数为 毕业设计（论文） 13 静摩擦阻力 ； 动摩擦阻力 。 g 为 重力加速度 ； t 为 加速或减速时间，一般取 v 为 t 时间的速度变化量。 a F 为最大外负载取 。 定液压原理图 当叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排油。 单作用叶片泵转自每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。 调压回路的功能在于调定或限制液压系统的最高工作压力，或执行机构在工作过程不同阶段实现多级压力变换。一般由溢 流阀来实现这一功能。 减压回路的功能在于使系统某一支路具有低于系统压力调定值的稳定工作压力，机床的工件夹紧、导轨润滑及液压系统的控制油路常需用减压回路。 如图 示为三级调压回路。主溢流阀 1 的控制端口通过三位四通换向阀分别接有不同的远程调压阀 2 和 调定；换向阀右位时由阀 3 控制；换向阀在中位时，由溢流阀 1 来调定系统最高压力。 图 级调压回路原理图 毕业设计（论文） 14 将先导式溢流阀换成先导式减压阀将可的到 3 级减压，在将先导式减压阀控制端口通过两个三位四通换向阀来并联连接，再通过调 定阀来实现控制将可实现 5 级减压。如图 图 级调压回路原理图 压系统的计算及液压元件的选择 a. 液压缸的主要尺寸计算 液压缸密封处摩擦力常进行估算； 一般取 得 由公式可算出 D 和 d； 122212 4 FD ； 表 压设备常用得工作压力 设备类型 机床 农业机械或中型 工程机械 液压机、重型机械、 起重运输机械 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力 （ 00b 液压泵的工作压力的计算 压泵的工作压力的确定； p 1 毕业设计（论文） 15 压泵的最大工作压力 ； 1P 执行元件的最大工作 压力 ； p 压力损失取 故可得 ： 取 表 压缸内径 D 与活塞杆直径 d 之间的关系 按机床类型选取 d/D 按液压缸工作压力选取 d/D 机床类别 d/D 工作压力 p/（ d/D 磨床及研磨机床 5 钻、镗、车、铣、床 57 他 取： 126( (式中 V 液压油箱有效容量； 液压泵额定流量 在低压系统中（ ）取 42( 可得 毕业设计（论文） 19 V =压油箱的外形尺寸 表 列液 压油箱外形尺寸 尺寸 （ 型号 a b c 63A 550 450 600 100 700 500 600 160 800 600 660 250 1000 650 680 800 1100 800 液压油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸比（长：宽：高）为 1： 1： 1 1： 2： 3。为提高冷却效率，在安装位置不受时，可将液压油箱的容量予以增大。如果所设计的液压油箱能满足下列尺寸的要求，则可以从中选择一种 。由于我国液压油箱还没有统一的标准 ,设备停止运转后，设备中的那部分油液会因策略作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应超过液压油箱高度的 80%。 按 3/2/1 的比例的长宽高设计液压油箱分别为 150460316图 示。 压油箱的结构尺寸设计 图 压油箱 a. 隔板；增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，分离，清除水和空气，调整温度， 吸收液压油压力的波动及阻止液面的波动。 如图 示。 毕业设计（论文） 20 图 板 b. 液压泵及液压马达在连接时应该与顶盖分开，另行制作。 c. 清洗孔 液压油箱上的清洗孔，应最大限度的易于清扫液压油箱内的各个角落和取出油箱内的元件。 d. 放油嘴应放在最低处为了便于排放污油和杂质。 止杂质侵入 为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全密封型的。在结构上应注意以下几点： (1) 不要将配管简单地插入液压油箱，这样空气、杂质和水分等便会从其周围的间隙侵入。同时应尽 量避免将液压泵及马达直接装在液压油箱顶盖上。 (2) 在接合面上需衬入密封填料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的气密性。 例如，液压油箱的上盖可直接焊上，也可加密封垫（ 以上的耐油密封垫）进行密封。 (3) 为保证液压油箱通大气并净化抽吸空气，需配备空气滤清器。 空气滤清器常设计成既能过滤空气又能加油的结构。在一般设备中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱。 验台空气滤清器的选择 本实验台选用空气滤清器选用 滤清器。如图 图 气滤清器 毕业设计（论文） 21 油管与回油管 a. 油管出口 回油管的出口形式有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种型式，斜口应用得较多，一般为 45C 斜口。为了防止液面波动，可以在回油管出口装扩散器。回油管必须旋转在液面以下，一般距液压油箱底面的距离大于 30
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