稀油润滑液压系统设计

1 前言前言 事物总是不断发展的 永远不会停留在一个水平上 变 是永恒的 目前的润滑 技术和润滑油品 就是由于生产不断发展 不断提出新的 更苛刻的要求 一步步发展 起来的 而且必将更快地继续发展下去 变 体现在润滑剂的种类 润滑方式和对油 品的评价上 润滑剂的发展历程 首先是为了减少磨檫 将动植油加到摩擦副的表面上 并取 得显著效果 其后 为了降低润滑剂的成本 延长油品使用寿命 改善其耐高低温性能 使用矿物油 在工艺润滑领域里 为了改善润滑剂的散热性能 降低成本 逐渐大量使 用乳化液 微乳液 20 世纪 50 年代以后 对机械设备提出节能 长寿命的要求 新型 高效润滑油添加剂的种类和性能不断发展 润滑剂的性能大幅度提高 带来第一次油品 更新换代 润滑油向着 高性能化 低粘化 通用化 的方向发展 20 世纪末 环保问 题已经形成全世界共同遵守的准则 并成为我国的一项基本国策 国家制定了不少法规 加大了环境管理力度 环保成问题 已经成为润滑技术发展必须跨越的难关 当前的任 务 是迅速发展性能好 用量少 寿命长 可生物降解的环保型润滑油 原始的润滑方式 是手浇 油杯 逐渐发展到灌注式浸油润滑 其后 为了提高润 滑剂的冷却牲能 便于清除污染物 保证油品能输送到最需要的部位 发展了大油箱 循环式喷油润滑 20 世纪 60 70 年代 为了获得良好的 均匀润滑效果 带走部分热量 降低能耗 减少设备占用空间 发展丁油雾润滑 其后 由于油雾润滑对润滑油的利用 率低 只有 60 油雾化后 有 20 60 的润滑油通过排气进入外界空气中 成为可吸 入油雾 对人体肺部极其有害 并污染环境 近 20 年 为了保护环境 节约油品 提高 设备寿命 实现程控化 发展了油气润滑和 MQL 最小油量润滑 润滑 润滑方式的 变 进入到一个新时代 润滑在机械设备的正常运转和维护保养中起着重要的作用 1 控制摩擦 对摩擦副进行润滑后 由于润滑剂介于对偶表面之间 使摩擦状态改变 相应摩擦 因数及摩擦力也随之改变 试验证明 摩擦因数和摩擦力的大小 是随着半干摩擦 边 界摩擦 半流体摩擦 流体摩擦的顺序递减的 即使在同种润滑状态下 因润滑剂种类 及特性不同不相同 2 减少磨损 摩擦副的粘着磨损 磨粒磨损 表面疲劳磨损以及腐蚀磨损等 都与润滑条件有关 在润滑剂中加入抗氧化和抗腐蚀添加剂 有利于抑制腐蚀磨损 而加入油性和极压抗磨 添加剂 可以有效地减轻粘着磨损和表面疲劳磨损 流体润滑剂对摩擦副具有清洗作用 也可相轻磨粒磨损 3 降温冷却 降低摩擦副的温度是润滑的一个重要作用 众所周知 摩擦副运动时必须克服摩擦 力而作功 消耗在克服摩擦力上的功全部转化为热量 其结果将引起摩擦副温度上升 摩擦热的大小与润滑状态有关 干摩擦热量最大 流体摩擦热量最小 而边界摩擦的热 量则介于两者之间 因此 润滑是减少摩擦热的有效措施 摩擦副温度的高低 除了与 摩擦热的高低有关最好 半固体润滑剂的散热性则介于两者之间 由此可见 用液体润 滑剂不仅可以实现液润滑 减少摩擦热的产生 而且还可以将摩擦热及时地带走 4 防止腐蚀 摩擦副不可避免地要与周围介质接触 引起腐蚀 锈蚀而破坏 在摩擦副对偶表面 上 若有含防腐 防锈添加剂的润滑剂覆盖时 就可避免或减少由腐蚀而引起的损坏 上述四点是润滑的主要作用 对于某些润滑而言 还有如下所述的独特作用 5 密封作用 半固体润滑剂具有自封作用 它不仅可以防止润滑剂流失 而且还可以防止水分和 杂质等的侵入 使用在蒸汽机 压缩机和内燃机等设备上的润滑剂 不仅能保证润滑 而且也使气缸与活塞之间处于高度密封的状态 使之在运动中不漏气 起到密封作用并 提高了效率 6 传递动力 有不少润滑剂具有传递动力的作用 如齿轮在啮合时 其动力不是齿面间直接传递 是通过一层润滑膜传递 液压传动 液力传动都是以润滑剂作传动介质而传力的 7 减振作用 所有润滑剂都有在金属表面附着的能力 且本身的剪切阻力小 所以在摩擦副对偶 表面受到冲击载荷时 也都具有吸振的能力 如汽车的吸振器就是利用油液减振的 当 汽车车体上下振动时 就带动吸振器中的活塞在密封液压缸中上下移动 缸中的油液则 逆着活塞运方向 从活塞的一端流向另一端 通过液体摩擦将机械能吸收而达到稳定车 体的目的 3 1 绪论 1 1 课题选择的意义课题选择的意义 回顾 2004 年和 2005 年上半年 展望未来中国机械工业的发展 我们不难看到 中 国机械行业得到了前所未有的高速发展 在 21 世纪 世界机械工业进入前所未有的高速 发展阶段 特别是作为有 世界工厂 之称的中国 机械行业更是迅猛发展 在向机械行业 提供了新的机遇的同时 也向我们提出的新的挑战 机械行业涉及面相当广泛 如 工 程 建筑 汽车 船舶 电子 石化 电力 电气 仪器仪表 物流 医疗 饮食 环 保 纺织等等 涉及到一个国家的国计民生的方方面面 都是国家支柱性的重要行业 对这些行业的发展和影响也起着至关重要的作用 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一 在跨过二十一世 纪的今天 机械水平更能说明一个国家的整体水平 机械工业肩负着为国民经济各个部 门提供技术装备和促进技术改造的重要任务 特别是我国进入世界贸易组织之后 对我 国的机械行业是个机遇 更是一个艰难的挑战 因此作为二十一世记得主人 我们更应 该通过做大量的设计制造和广泛的使用各种先进的机器 以便能加快我国国民经济的增 长速度 加快我国现代化建设 设备润滑是设备维护工作的重要组成部分 而且其作用日显突出 设备润滑工作包 括润滑管理与润滑技术两个范畴 近年来 润滑技术发展迅速 在设备工程领域中的地 位显著提高 成为四大工程技术之一 在机械运动副摩擦表面发生相对运动时 由于表面直接接触并产生摩擦阻力 使机 械所传递的一部分能量由于摩擦使表面发热而消耗掉 这样就消耗了能量 磨损了机件 润滑的作用是在摩擦表面形成能承受部分或全部载荷的润滑油剂膜 将两个运动副摩擦 表面分开 起到润滑作用 使金属与金属之间的摩擦转化成具有较低剪切强度的油膜分 子之间的内摩擦 从而降低了摩擦阻力与表面磨损 减少了能耗 延长了设备使用寿命 各类机械设备都是靠其机构的运转来实现其预定功能的 相互接触的机器零件在运 动中不可避免地产生摩擦 并导致机件产生磨损 摩擦依润滑状态不同可分为 干摩擦 边界摩擦和液态摩擦 为了降低摩擦 减少磨损 降低能耗 提高设备运行效率 常用 的措施就是在设备相对运动的部位进行润滑 就边界摩擦而言 其润滑原理为 润滑剂 的分子与零件摩擦表面结合而形成边界膜 从而不同程度地降低摩擦系数 减少或防止 零件磨损 任何机械设备都是由若干零部件组合而成的 在机械设备运转过程中 可动零部件会 按规定的接触表面作相对运动 有接触表面的相对运动就有摩擦 就会消耗能量并造成 零部件的磨损 有人估计世界能源的 1 3 1 2 消耗于摩擦发热 大约有 80 的零件损坏 是由于磨损而引起的 由此可见 由于摩擦与磨损所造成的损失是十分惊人的 因此 加强机械设备润滑 对提高摩擦副的耐摩性和机械设备的可靠性 延长关键零部件的使 用寿命 降低机械设备使用维修费用 减少机械设备故障 都有着重大意义 据统计 约有 40 的机械设备故障是由于润滑不正确引起的 例如 我国各地汽车轮毂轴承的润 滑曾推广采用空毅润滑技术 即只在轴承内装满润滑脂 在轮毂空腔内只填 1 3 1 2 容 积的润滑脂 而不像过去采用装满的方法 使轮毅发热减少 相应降低了轮毂和轴承的 温度而减少了润滑脂的流失 同时还避免了因润滑脂流到制动鼓和蹄片上而使制动失灵 为了挖掘机械设备潜力 提高劳动生产率 对旧机床的摩擦副及润滑系统进行技术 改造有着十分重要的意义 特别是重型机床 精密机床及高效自动化机床 常常由于轴 承 导轨及其它重要摩擦副存在缺陷而发生故障或达不到所需要的加工精度与能力 以 致长期无法使用 近 20 多年来 由于在一些旧机床上应用流体静压润滑技术和固体润滑 技术 取得了较好的效果 例如 东方电机厂应用流体静压润滑技术改造了大批旧机床 不但恢复了机床的精度 而且使机床的工作性能大大提高 有一台立式车床经静压改造 后 使机床加工工件的重量从 160t 提高到 280 多 t 可见 机械设备润滑是一件非常重 要的大事 涉及面很广泛 有着广阔的发展前途 值得重视 稀油润滑站是稀有润滑系统的心脏 用来将润滑液强制的压送到机器的摩擦部位 在相对运动的机器零件间形成油膜 减少零件的摩擦 磨损 同时对摩擦部位进行清洗 并带走摩擦产生的热量 保证机器正常的运转 延长机器的使用寿命 稀油润滑站由油站 仪表盘和电器控制箱三部分组成 它主要是用于冶金 矿山 锻压 电力 化工 轻工 水泥 港口等机械设备的稀 油润滑系统中 通常安装在机器附近的地下油库或地坑中 润滑机理与润滑油 1 2 稀油润滑站的结构及工作原理 稀油润滑站主要由油箱 齿轮泵装置 过滤器 双筒网式油过滤器和磁过滤器 列 5 管式冷却器 仪表控制装置 管道 阀门等组成 结构为整体式 工作时 油液由齿轮泵从油箱中吸出 经单向阀 双筒网式过滤器 列管式冷却器 被直接送到设备的润滑点 油站最高工作压力 0 4MPa 最低工作压力为 0 1MPa 根据润 滑点的要求 通过调节安全阀确定使用压力 当油站的工作压力超过安全阀的调定压力 时 安全阀自动打开 多余的油液即流回油箱 1 3 稀油润滑站的机构特点 1 设有备用泵 稀油润滑站有两台泵 一台工作 一台备用 正常工作下工作油泵运行 当系统压 力低于压力调节器的调定值时 备用油泵投入工作 保证向主机继续供送润滑油 2 双筒网式油过滤器放在列管式冷却器之前 油在过滤器中通过能力与其粘度有关 黏度大通过能力差 反之通过能力好 油温高 则粘度下降 通过能力好过滤效果也较好 改变先冷却后过滤的缺点 3 采用 GLL 型列管式冷却器 GLL 型列管式冷却器 按 JB ZQ4004 86 生产 冷却效果好 重量轻 体积小 并且 压力降大大小于板式换热器 在工作压力本身不高的稀油循环润滑系统中使用时比较合 理的 列管式冷却器进油温度50 出油温度42 进水温度28 进水压力 0 2 0 3MPa 4 采用双筒网式冷却器 采用双筒网式冷却器有两组过滤滤芯 一组滤芯工作 一组滤芯备用 当工作滤芯需 要更换时 用转换阀使备用滤芯工作 即可取出原工作滤芯 更换滤网 此油过滤器结 构紧凑 接管简单 不设旁路 更换方便 5 回油口设有磁性过滤器 可将回油中的细小铁磁物质吸附过滤 保证油的纯度 6 配有仪表盘和电控箱 所有显示仪表均装在仪表盘上 两只普通压力表用来直接观察油站出口及油泵油压 两只压力调节器控制油站出口油压 实现油压有控 一只双针双管压力表 测量双筒网 式过滤器的油压降 一只电接点压力式温度计观察 控制油温 电控箱随稀油润滑站的工作制度实现自动控制 正常工作时 油泵一台工作一台备 用 有时生产设备耗油量由于某种原因增加时 则系统压力下降 当降到调定值时 一 般低于正常工作压力 0 05MPa 通过压力调节器控制 备用泵自动开启 与工作泵一起工 作 直到恢复正常时 备用泵自动停止 若油压继续下降到另一调定值时 一般为 0 2 0 25MPa 则通过另一压力调节器控制 发出事故警报 双筒网式过滤器的一组过滤器滤芯工作 一组过滤滤芯备用 在进出油口处接有双 针双管压力表 当压差超过 0 1MPa 时 人工换向 备用滤芯工作 取出原工作滤芯 清 洗或更换 油站出油口 接有压力式电接点温度计 根据供油温度的要求 调至最高和最低两 个界限 一般为 38 43 在最低点时 信号灯亮 人工开启油用电加热器进行加热 当油温升至最高点时 自动切断油用电加热器 停止加热 7 2 稀油润滑液压系统的初步设计 稀油润滑液压系统的设计与其主机的设计是紧密联系的 往往同时进行 互相协调 在已知其公称压力和公称流量的基础上 有机的结合工况 对整个系统和各个元件进行 并行的设计 充分发挥稀油润滑系统的优点 将设计过程尽量做到最优 2 1 稀油润滑液压系统的设计步骤 1 明确设计方案 2 进行工况分析 确定系统的主要参数 3 制定基本方案 拟定润滑系统原理图 4 选择系统中各元件 5 对稀油润滑系统进行性能校验 6 绘制工作图 编制技术文件 2 2 稀油润滑压系统绿色设计原则 该设计原则是在传统液压系统设计中通常依据的技术原则 成本原则和人机工程学 原则的基础上纳入环境原则 并将环境原则置于优先考虑的地位 1 资源最佳利用率原则 少用短缺或稀有有原材料 尽量寻找其代用材料 多用废料 余料或回收材料作为 原材料 提高产品的可靠性和使用寿命 尽量减少产品中材料的种类 以利于产品废弃 后的有效回收等 2 能量损耗最少原则 尽量采用相容性好的材料 不采用难以回收或无法回收的材料 在保证产品耐用的 基础上 赋予产品合理的使用寿命 努力减少产品使用过程中的能量消耗 3 零污染原则 尽量少用或不用有毒有害的原材料 4 技术先进性原则 优化产品性能 在结构设计中树立 小而精 的设计思想 有同一性能情况下 通过产 品的小型化尽量节约资源的使用量 如采用轻质材料 去除多余的功能 避免过度包装 等 减轻产品重量 简化产品结构 提倡 简而美 的设计原则 如减少零部件数目 这样 既便于装配 拆卸 又便于废弃后的分类处理 采用模块化设计 此时产品是由各功能 模块组成 既有利于产品的装配 拆卸 又便于废弃后的回收处理 在设计过程中注重 产品的多品种及系列化 采用合理工艺 简化产品加工流程 减少加工工序 简化拆卸 过程 如结构设计时采用易于拆卸的连接方式 减少紧固件用量 尽量避免破坏性拆卸 方式等 尽可能简化产品包装且避免产生二次污染 5 整体效益最佳原则 考虑产品对环境产生的附加影响 提供有关产品组成的信息 如材料类型及其回收 再生性能等 2 3 润滑系统绿色设计 1 工作介质污染控制 润滑系统一思想污染物 入侵污染物和生成污染物 在产品设计过程中应本着预防 为主 治理为辅的原则 充分考虑如何消除污染源 从根本上防止污染 在设计阶段除了要合理选择液润滑统元件的参数和结构外 可采取以下措施控制污 染物的影响 所有元器件 配管等在加工工序后都必须认真清洗 消除毛刺 油污 纤 维等 组装前必须保持环境的清洁 所有元器件必须采用干装配方式 装配后选择与工 作介质相容的冲洗介质认真清洗 投入正常使用时 新油加入油箱前要经过静置沉淀 过滤后方可加入系统中 必要时可设中间油箱 进行新油的沉淀和过滤 以确保油液的 清洁 2 润滑系统噪声控制 润滑系统噪声是对工作环境的一种污染 分机械噪声和流体噪声 在润滑系统中 电动机 液压泵等的转速都很高 如果它们的转动部件不平衡 就会产生周期性的不平 衡力 引起转轴的弯曲振动 这种振动传到油箱和管路时 会因共振而发出很大的噪声 应对转子进行动平衡试验 且在产品设计时应应注意防止其产生共振 机械噪声还包括 机械零件缺陷和装配不合格而引起的高频噪声 因此 必须严格保证制造和安装的质量 产品结构设计应科学合理 2 4 主要解决的问题 1 各零 部件参数的确定 2 各执行元件 能源装置 控制元件 密封件的选择和设计 9 3 总体系统的估算和校核 2 5 设计理论 方法及技术路线 1 运用液压传动系统理论对系统进行设计 2 通过所设定的条件及各种强度规定对系统进行校核估算 3 通过已知的公称流量和公称压力 实现系统的油路循环和润滑作用 从而满足系统 功能的角度对系统进行设计 图 2 1 稀油润滑液压系统原理图 Fig 2 1 Dilute oil lubrication system hydraulic diagram 3 稀油润滑执行元件的设计计算与选用 已知稀油润滑液压系统的公称压力和公称流量 它们是设计该系统 选择元件的主 要依据 3 1 液压泵的选择 液压泵是稀油润滑液压系统压力的重要保障 选择的过大 则投资大 功率消耗大 不经济 反之过小 则能力不够 不能满足润滑系统的要求 所以应根据系统的具体工 作要求 选择合适的油泵 3 1 1 确定液压泵的工作压力 由于稀油润滑系统属于低压范畴的液压系统 故对压力的要求较低 稀油润滑的压力和流量比较稳定 工作压力和工作流量可定为公称压力和公称流量 的大小 已知 0 4MPa 125 p P p QminL 确定油泵的工作压力 除了保证润滑点处的输油管具有 0 05 0 06MPa 的压力外 还 应该根据流体力学的原理来计算润滑系统中各项压力损失 3 1 1 PPP 式中 油泵的实际扬程 MPa P 接到润滑点的输油管内有的压力为 0 05 0 06MPa 1 P 润滑系统供油的压力损失 包括 P 3 2 PPP 局沿 输油管路中各管段的沿程阻力损失 MPa P 沿 润滑系统中各种阀门 润滑元件 如过滤器 冷却器等 弯头 三通P 局 等的局部损失 MPa 注 为了计算方便 计算出润滑系统中的总扬程 11 m 油柱 3 3 i HHHHHH 局吸总静直 式中 总的扬程 m 油柱 H总 静压高度等于从油泵中心到该系统最高润滑点的垂直高度 m H静 直段管路的沿程损失 在工作温度下油的黏度不超过 30 35时 可H直 oE 按下式计算 3 4 H 直 2 v 0 8l d 局部阻力损失 H局 3 5 2 2 H 局 v g 式中 l 管段长度 m d 管子内径 mm v 进油管油流速度 m s g 重力加速度 2 9 18gm s 局部阻力系数 吸入管段 从油箱吸入管的吸入口到油泵的吸油口 的扬程 当计算润H吸 滑系统的总扬程 液压损失 时 是计算由油泵出口向系统各润滑点供油的扬程 液压 损失 因此和吸入端的扬程损失无关 所以不需要把计算进去 所以一些书籍及文H吸 献上写成 可忽略不计 包括过滤器 冷却器等的进出油压差 可取下列数值 i H 过滤器 圆盘式或网式 0 05 0 06MPa 冷却器 列管式冷却器 0 02MPa 板式冷却器 0 15 0 2MPa 润滑点喷嘴出口的油压 应不小于 0 05 0 06MPa 由公式 m 油柱 1 PPP i HHHHHH 局吸总静直 得 MPa 3 6 4 11 10PPPH 总 式中 润滑油得密度 取 900 MPa 总扬程 MPa H总 取 1 36mH总 液压泵的工作压力为其公称压力 P 0 4MPa 3 1 2 确定液压泵的排量 液压泵的排量是根据润滑系统的最大耗油量确定的 此处引入公式 3 7 0 1 TT Q CtK minL 式中 润滑油的比热容 C0 4 4 18 0 5 4 18 o CkJ kgC 润滑油的密度 3 0 9900kg Lkg m 或 润滑油的温升 不超过 15 t 12 8 10 o tttC oC 循环润滑油吸收了热量后的回油温度 1 t oC 循环润滑油进入润滑部位时的温度 2 t oC 循环润滑油在啮合除不能全部利用的系数 取 1 K 1 0 5 0 8K 上式是在齿轮或蜗轮蜗杆传动式产生的全部热量 除被箱体散发后的热量外 其余 的热量都由循环润滑油带出 润滑油的消耗量 计算 Q 0 TT 6 1 10 C0 45 4 18 900 t 9 1 K0 6 109 4 0 1 TT Q CtK 6 1 10 0 45 4 18 900 9 0 6 minL 因为 取 125 即公称流量 QQ 泵 Q泵minL 3 1 3确定液压泵的有效功率 液压泵的有效功率 13 kW 3 8 4 612 10612 e HQPQ N 总 电动机轴功率 kW 3 9 0 1 npe NN 式中 油泵的实际总扬程 MPa P 4 10PH 总 油泵的总效率 0 0 0 7 mv 机械效率 取 m 0 80 m 容积效率 取 v 0 85 v 计算液压泵的有效功率 kW 4 900 1 36 109 4 2 1038 612 10612 10 e HQ N 总 计算电动机轴功率 kW 0 11 2 10383 0939 0 80 0 85 npe NN 3 2 液压泵驱动电机的选择 液压泵在额定压力和额定流量下工作时 其驱动电机的功率一般可直接从产品样本手 册中查得 但其数值在实际中往往偏大 因此 要通过计算电动机传递到油泵转轴的轴 功率 这个功率不仅要满足向润滑系统压油达到的扬程 即达到克服供油到润滑点时全 系统的液压损失 而且还要完成油箱把油液吸出来所克服吸入管段的扬程 液压损失 这就是为什么当计算轴功率时 还有考虑取 0 5m 油柱 的道理 H吸H吸 液压泵的有效功率 kW 3 10 4 900 1 36 109 4 2 1038 612 10612 10 e HQ N 总 计算电动机轴功率 kW 0 11 2 10383 0939 0 80 0 85 npe NN 式中 油泵的实际总扬程 MPa P 4 10PH 总 油泵的总效率 0 0 0 7 mv 机械效率 取 m 0 80 m 容积效率 取 v 0 85 v 由上述计算出的 P Q 值 根据现已生产的标准油泵进行选择 选择出标准型号油 泵的额定压力及额定流量应稍大于上面的计算值 P 额 Q额 目前 润滑系统一律选用两台油泵 其中一台工作 一台备用 轮换使用 选用齿轮泵的应在油泵出口处配上单向阀 逆止阀 出口管路处应安装安全阀 若 选用带阀齿轮泵 则后者可以不要 在上海东方液压件厂的产品样本中查得 可选用成本低且满足要求的 CB B 型齿轮 泵 其具体型号为 CB B125 额定压力 2 5MPa 额定流量 125L min 在机械设计手册中查得 配用的油泵电机型号为 Y122M 4 135 额定功率 4kW 转速 1440r min 3 3 管道内径的计算和壁厚 的计算 油管的直径可按下式计算 mm 3 11 4 6 Q d v 式中 d 油管内径 mm Q 油的流量 L min v 油管内油的流速 m s 一般情况 可参考表 3 1 3 2 确定管内流速和管径大小 润滑系统中管路液压损 失计算是按水力学的方法计算管道内的局部阻力损失和静压损失 由于管道的液压损失 较小 又难于精确计算 通常只作概算 管路的沿程损失一般可取 0 05 0 06MPa 表 3 1 油管内油流速度值选择参考表 Tab 3 1 Oil pipeline flow velocity selection reference tables 资料名称 给油管的油流速 m s 回油管的油流 速 m s 给油和回油速 度比 机床液压传动 科学出版社 1974 年版 吸油管 0 7 2 压油管 2 5 3 5 汽轮机强度计算 机械工业出版社 1958 年 苏 日利茨基 中译本 1 5 1 0 1 5 冶金设备润滑 机械工业出版社 1956 年 版 0 8 1 0 0 3 3 现有某些产品的统计0 63 1 510 23 0 662 75 2 3 15 设计选用范围0 63 1 840 23 0 692 75 2 65 表 3 2 油管内流速与管径大小的参考表 Tab 3 2 Tubing inside diameter and velocity of reference tables 主油泵流量 L min 3550 70100 140200 280400 500 给油管 in 1 1 1 2 2 1 2 2 3 油管 直径回油管 in 1 2 4 345 现有产品流速比 m s m s 0 87 0 63 0 95 0 23 0 35 0 95 0 35 1 13 0 49 1 15 1 51 0 47 0 66 管道壁厚的计算 mm 3 12 2 pd 式中 管道壁厚 mm p 管道内最高工作压力 MPa d 管道内径 mm 管道材料的许用拉应力 其值 b n 材料的抗拉强度 MPa b n 安全系数 参照有关手册选用 对于钢管来说 P 7MPa 时 n 8 P17 5MPa 时 n 4 根据计算的管径和壁厚 便可按管材标准规格选取合适的管子 油管内经计算 可参考表 3 3 选取相应的流速 表 3 3 允许流速推荐值 Tab 3 3 Allow velocity recommended values 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 液压系统压油管路3 6 压力高 管道短 黏度小去大值 液压系统回油管路1 5 2 6 计算油管内径 查表 3 3 得 该系统给油管流速约为 1 1m s 则 4 6 Q d v 125 4 6 1 1 49mm 考虑到行程中静压 直管 局部等因素的扬程损失 选用直径为 48mm 计算壁厚 2 pd 0 6 48 320 2 8 3 6mm 在 液压系统设计 机械工业出版社 2003 年 b n 版中 查得 320MPa b 选用壁厚为 4mm 通过以上计算 选用高强度无缝钢管 无缝钢管是一种具有中空截面 周边没有接 缝的长条钢材 钢管具有中空截面 大量用作输送流体的管道 如输送石油 天然气 煤气 水及某些固体物料的管道等 钢管与圆钢等实心钢材相比 在抗弯抗扭强度相同 时 重量较轻 是一种经济截面钢材 3 4 液压阀的选择 润滑系统油路中常用的阀有安全阀 单向阀等单体控制元件 17 安全阀的作用是在稀油润滑系统中 使油压保持在设计允许的最高压力 一般为 0 6MPa 以下 由于某些意外原因 如管路堵塞使得系统的油压升高 到达允许的最大 压力之 这时安全阀才开启 让高压油液经安全阀流回油箱 防止润滑系统因油压升高 造成损坏 起到安全保护的作用 当润滑系统正常运转时 安全阀是常闭的 安全阀装 在油泵出口到过滤器之间的主输油管接到邮箱去的旁路支管上 单向阀的功用好是在润滑系统中只允许油流单向通过 反向时不能通过 一般情况 下 要求单向阀通流时阻力小 也就是通过单向阀的压力损失要小 反向流动时 阀关 闭的要严 不允许油通过或出现超过允许的泄漏 单向阀动作时 既要灵敏又不要有撞 击和噪声 要满足公称压力和公称流量的使用要求 通过对流速和管径的计算 在启动润滑设 备厂的产片样本中 选择型号为 AF E40 0 8 的安全阀 DF 40 的单向阀和 Q11F 的球阀 由于控制阀本身是管路节流元件 在其内部流动的液体介质 由于节流原因常常出 现闪蒸和空化现象 苛刻工况下的高压差场合更为严重 闪蒸和空化的发生既影响控制 阀口径的选择和计算 更是能导致严重的噪声 振动及气蚀对材料的破坏等等 直接影 响使用 在流体通过控制阀阀芯阀座形成的节流端面时 流速突然急剧增加而静压力骤 然下降 若节流端面后的压力骤然降到介质饱和蒸汽压及以下 将产生闪蒸 对阀内件 有侵蚀作用 当节流后的压力又回复到饱和蒸汽压之上时 空化形成的气蚀有极大的冲 击力 可高达几千牛顿 严重地冲撞和破坏阀芯阀座和阀体 有如猛烈喷沙的效果 即 使高硬度的合金也只能承受很短时间 对此情况 控制阀的选择要考虑压差 流速 材料和结构 并采取特殊设计和措施 3 5 过滤器的选择 根据润滑系统的要求 确定相适应的过滤器规格和性能 即在满足规定的过滤精度情 况下 使过滤器的通油量 过滤能力 与系统中的输油量相适应 以保证正常供应 过滤器的通油量 过滤能力 与过滤前后的压力差 油的黏度 油的温度 滤油速 度和过滤面积 通过面积 等有关 根据已选定的过滤材料计算过滤面积 应考虑一定 余量 选择标准规定的过滤器 油的黏度和温度 一般 20 40 直接影响滤油速度 过滤油量按滤油面积和滤油 速度确定 或 3 13 6QvF 过 Q F v 过 式中 过滤能力 应于润滑系统主油泵的最大排量相适应 L min Q过 v 滤油速度 m s v 与油的黏度 进出口压力差有关 参考表 3 4 一般情况下 v 0 1 0 25 m s 过滤器的压差一般为 0 025 0 035MPa 当压差超过 0 05 0 06MPa 时 过滤器应进行清洗 F 滤油面积 由圆盘直径 D 圆盘数量 n 间隙决定 2 cm 1 FDn 2 cm 间隙厚度即过滤精度 可查表 3 5 表 3 4 平均过滤速度选择表 Tab 3 4 The average speed filtering options Table 油的黏度 oE 1 192 888 216 427 482164 进出口压力 差 MPa 0 0070 0350 0210 0350 0210 0350 0210 070 0350 070 0350 07 过滤速度 v 1 m s 0 1070 2080 1750 1880 1080 1840 1120 2660 0360 0780 0240 047 表 3 5 过滤器的过滤精度比较 Tab 3 5 the filters filter Accuracy 型号用途 过滤精度 mm 压力差 MPa 特性 粗滤油网 用在稀油的吸油管头 上 网孔为 0 8 1 3 过 滤后正常颗粒 为 0 13 0 4 一般不超 过 0 01 结构简单 通油能力强 过滤效果差 SLQ 型双筒 网式过滤器 装在稀油站供油管路 上 过滤供至系统的油 液 精 0 08 一般 0 12 粗 0 18 一般为 0 035 当 超过 0 05 时应进行清 洗 结构简单 通油性好 能 适应稀油润滑系统要求 工 作可靠 清洗时不用停车 线隙式过滤 器 因过滤材料强度较低 一般用于低压液压系统 线隙间隙为 0 1 对 XU 型线隙过滤器 的过滤精度可 达 0 2 0 03 0 06 结构简单 通油能力强 过滤效果好 但不易清洗 GLQ 型圆盘 过滤器 强度大 工作可靠 多用于稀油集中润滑系 统 精 0 08 一般 0 12 粗 0 18 0 03 0 06 强度大 不易损坏 通油 能力强 若圆盘采用铜片则 价格昂贵 不易制造 过滤 能力差 以堵塞 污物有时 19 易带入系统中 纸芯式滤油 器 一般用于低压小流量 液压系统的精过滤 最 好与其他滤油器联合使 用 在冷轧乳化液工艺 润滑系统中 用纸制与 硅藻土联合的过滤方法 过滤精度高 达 0 005 0 03 0 03 0 07 纸芯强度低 通油率差 易堵塞 无法清洗 需要常 更换滤纸芯 过滤效果好 精度高 烧结式滤油 器 用于要求过滤质量高 过滤流量为 5 25L min 的液压系统 0 01 0 10 03 0 06 强度高 能在高温高压下 可靠地工作 抗腐蚀性能强 性能稳定 堵塞后不易清洗 需换新的 如有颗粒脱落 会影响过滤精度 磁过滤器 用于滤出铁末杂质 如铁屑 磨料等 在 稀油及液压系统的回油 管路上安装使用 亦用 于机床冷却液的过滤 与过滤器的 永久磁铁磁通 量和磁场强度 有关 按过滤前与 过滤后油液中 所含的铁磁杂 质的百分比来 定 滤除油液中铁末杂质的效 果较好 查西安润滑设备厂的产品样本 选用型号为 SLQ 40 双筒过滤器 JB2302 78 回路中 选用型号为 DN80 磁过滤器 SLQ 40 公称直径 40mm 公称压力 0 6MPa 过滤面积 0 21 2 m 3 6 工作介质的选择 润滑介质应具有适宜的黏度和良好的粘温特性 油膜强度要高 具有较好的润滑性 能 能抗氧化 稳定性好 腐蚀作用小 对涂料 密封材料等有量好的适应性 综上所诉 考虑到本液压系统的使用环境和压力大小 本系统所选择的润滑油为黏 度等级 N22 N320 的工业润滑油 3 7 密封装置的选择 在液压传动中 液压元件和系统的密封设备用来防止工作介质的泄漏以及外界灰尘 和异物的侵入 工作介质的泄漏会给液压系统带来调压不高 效率下降及污染环境等诸 多问题 从而损坏液压技术的声誉 外界灰尘与异物的侵入则造成对液压系统的污染 是导致系统工作故障的主要原因 所以 在液压系统设计过程中 必须正确设计和合理 选用密封装置和密封元件 以提高液压系统的工作性能和使用寿命 3 7 1 影响密封性能的主要因素 1 密封装置的结构与形式 2 密封部位的表面加工质量与密封间隙的大小 3 密封鉴于结合面的装配质量与偏心程度 4 工作介质的种类 特性和黏度 5 工作温度与工作压力 6 密封结合面的相对运动速度 3 7 2 密封装置的基本要求 1 密封性能良好 并能随着工作压力的增大自动提高其密封性能 2 所选用的密封件应物性稳定 使用寿命长 3 动密封装置的动 静摩擦系数要小而稳定 且耐磨 4 工艺性好 维修方便 价格低廉 3 7 3 密封装置的设计要点 1 明确密封装置的使用条件和工作要求 如压力高低 速度大小及变化范围 使用 温度 环境条件及对密封性能的具体要求等 2 根据密封装置的使用条件和工作要求 正确选用或设计密封结构并合理选择密封 件 3 根据工作介质的种类 合理选用密封材料 4 对于在尘埃严重的环境中使用的密封装置 还应该选用或设计与主密封相适用的 防尘装置 5 所设计的密封装置应尽可能符合国家有关标准的规定并选用标准密封件 3 7 4 密封装置的选择 通过上述要求和要点以及本次设计的稀油润滑站的特点 选择 O 型密封圈为本润滑 站的主要密封装置 其材料主要为丁氰橡胶或氟橡胶 O 型密封圈是液压与气动系统中使 用最广泛的一种密封件 它主要用于静密封和往复运动密封 O 型密封圈与其他形式密封圈比较 具有以下优点 1 结构小巧 2 静 动密封均可使用 21 3 动摩擦阻力比较小 4 使用单件 O 型密封圈 可对两个方向起密封作用 5 价格低廉 3 8 油箱的设计 油箱的主要功能是贮油 送往机器润滑点的润滑油从油箱吸取 又从机器润滑点流 回 在油箱内经过沉淀 油水分离 油与机械杂质分离 消除油内泡沫 发散气体等处 理后 以备再用 同时油箱体本身也起散热和冷却作用 在油箱内设有电加热或蒸汽加 热装置 在油温低于要求油温时 可用来提高油温 实际使用时 油箱的油不应改装满 油的体积应为油箱容积的 油箱的容量是 34 45 根据油泵每分钟排油量的 20 25 倍来考虑的 3 14 4 31000 Q t V 泵3 m 式中 V 油箱容积 3 m 系统油泵的额定流量 L min Q泵 t 时间 min 当选一个油箱时 t 18 25 当选两个油箱时 t 50 60 本液压站选用一个油箱 所以选择工况 t 18 25 4 31000 Q t V 泵 4125 18 25 31000 3 2m 最后定容积为 长 1900mm 高 1000mm 宽 1400mm 3 2m 3 9 加热器的选择计算 在稀油润滑系统中 为了控制摩擦副的油温 必须对温度过高或过低 如冬季或低 温环境条件下 的油液进行温度调节 对于高温油采用各种冷却器进行冷却 对于温度 过低的润滑油采用各种加热装置进行加热 首先 要确定油需要的总热量 kJ h 3 15 123 TTTT 总 式中 提高润滑油油温需要的热量 1 T 3 16 121 3 4 Tctt Q Q 油箱所装润滑油量 安装满的计算 L 3 4 c 润滑油的比热容 取 0 48 4 18 0 5 4 18c o kJkgC 润滑油的容重 0 9kg L 和 润滑油加热前和加热后的温度 1 t 2 t oC 邮箱吸收的热量 2 T kJ h 3 17 2121 Twc tt 油箱金属 钢 的比热容 取 1 c 1 0 12 4 18c o kJkgC w 油箱金属的重量 kg 加热时从油箱侧壁散失到大气中的热量 kJ h 3 T kJ h 3 18 3 TkF tt 平均空气 k 油箱壁的传热系数 3 19 2 2ktt 平均空气 2 o kjmhC F 油箱侧壁的表面积 一般不计入油箱底面积 2 m 油的平均温度 t平均 3 20 12 2 tt t 平均 oC 和 润滑油加热前和加热后的平均温度 1 t 2 t oC 周围空气的温度 t空气 oC 计算 1 T 2 T 3 T 121 3 4 Tctt Q 23 3 3 0 5 4 18 0 9 5040 2 10 4 28215 kJ h 2121 Twc tt 109 2 137 109 2 148 2 0 12 4 18 10 2526 05kJ h 3 TkF tt 平均空气 2 2 ttFtt 平均空气平均空气 2 2 45 15 1 9 1 2 1 4 1 2 30 2385 78kJ h 123 TTTT 总 28215 2526 2386 33127 kJ h 经查产品样本 选用型号为 SRY4 220 6 的电加热器 电压 220V 功率 24kw 3 10 冷却器的选择计算 合理选用冷却器主要是确定必须的冷区面积 F 3 21 3412 60 22 T F tttt k 2 m 式中 T 热负荷 为了降低润滑油温度冷却器必须排除的热量 kJ h kcal h 3 22 12 TCtt Q 泵 润滑油的输油量 即泵的每 1h 排量 L h Q泵 C 润滑油的比热容 取kJ 0 45 4 18 0 5 4 18C o kgC 润滑油的容重 取 3 900 kg m 润滑油进和出冷却器的温度 12 tt和 oC 取 1 50 55otC 2 42 47 o tC 冷却水进和出冷却器的温度 34 tt和 oC 一般情况取 43 4tt oC 在南方取 3 25otC 北方取 3 20 o tC k 总传热系数 当冷却器内油的平均流速为 2 o kJmhC 0 2 0 3m s 则 2 100 4 18 130 4 18 o kkJmhC 油冷却器的实际冷却面积应比计算所需冷却面积大 10 15 冷却水的消耗量 L h 3 23 T Q ct 水 水水 式中 冷却水消耗量 L h Q水 T 热负荷 水的比热容 取 c水4 18 o ckJkgC 水 水的密度 取或 1kg L 水 3 1000 kg m 水 水通过冷却器的温度 t oC 43 ttt 通常 冷却器水管内水的流速为 0 785 1 12m s 冷却器的阻力损失规定小于 0 02MPa 取 由于本润滑系统将在北方使用 所以取 0 45 4 18c 1 50t 2 43t 3 20t 4 24t 130 4 18k 12 TCtt Q 泵 3 0 45 4 18 900 5043 125 10 1481 2 3412 60 22 T F tttt k 60 1481 2 50432024 130 4 18 22 6 675 7 2 m 25 T Q ct 水 水水 1481 2 4 18 1000 4 0 0886 2 m 查公司的产品样本 选用型号为 GLL3 7 0 63 的列管式油冷却器 冷却面积 4 7 工作压力 0 63MPa 工作温度 压力降 油侧MPa 水侧MPa 油100 oC 0 1 0 05 水流量比 1 1 5 左右 换热系数 2 w mk 300 4 安装 调试和试运行 4 1 润滑元件的连接与拆卸性的设计 润滑系统设计应尽量提高润滑系统的集成度 采用原则是对多个元件的功能进行优 化组合 实现系统的模块化 并尽可能使润滑回路的结构紧凑 如减小液压元件间的连 接 设计易于拆卸的元件等 在满足其功能的基础上 设计的重点是液压元件地连接技 术 不同连接结构的装配和拆卸的复杂程度不同 焊接连接的装配和拆卸的复杂程度最 高 易导致零部件破坏性拆卸 螺钉连接的装配容易而可拆卸程式度要受环境影响 如 果生锈则会导致拆卸复杂 铆钉连接的机械装配性较好但拆卸复杂 嵌人咬合是装配性 的拆卸性均较好的一种连接方式 但在连接强度要求高的情况下 其连接的安生性降低 4 2 安装 调试和运行 此整体式稀油站平稳的安装在普通的地面上 无需地脚固定 在油箱底部两个放油 口处各做一个深 300mm 长 500mm 宽 300mm 的地坑 以便容纳成容器 整体搬运中油箱 的四个吊钩处挂绳起吊 整体式稀油站已在制造厂进行性能试验 故在现场安装平稳 即可连接出油管 回 油管 水管 仪表盘 电控箱 经试车合格投入工作 接管前 先将管子酸洗 磷化 然后压缩空气吹干 稀油站的仪表盘和电控箱在油库内由用户自行决定安放位置和固定方式 仪表盘的 控制油管有用户自理 5 操作规程 1 按系统工作压力及工作温度将仪表盘上的二只压力表调节器的二次动作压力及电 接点温度计的工作温度调节到设定值的相应位置 一般为 38 43 打开稀油站相应 oC 的油 水 阀和压力表开关 2 将双筒网片式油滤器的换向阀手柄扳到一个过滤芯工作的位置上 检查列管式油 冷却器夹紧螺栓 如有松动 需紧固 3 根