小型液压元件试验台的设计

小型液压元件试验台的设计学 生：黄枝杰 指导老师：高英武 邓春香湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128摘 要:随着科学技术的发展，液压技术的发展非常迅速，其应用范围也越来越广，对它的元件和系统的性能要求也越来越高。现代液压传动及控制技术的发展已经是集传动、控制、检测，计算机一体化的一门完整的自动化技术，其发展逐步趋向数字控制和全自动化。基于此，本课题用现在工业控制技术广泛使用的单片机来构成教学实验台的控制系统，对实验所需的压力，流量和转速进行采集和控制，自动改变实验回路中的压力或流量，得出实验所需要的数据。通过单片机，实现整个实验台的控制，在保留其元件可拆装性的基础上，我们充分利用现有液压实验台的液压元件，对其基本回路进行重新组合，用调速阀，溢流阀，节流阀等通过胶皮管连接成所需要的回路1。关键词：液压实验台，液压元件，多功能DESIGN OF SMALL HYDRAULIC COMPONENTS TEST-BED Author:huang zhi jie Tutor:gao ying wu deng chun xiang Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128Abstract:With the development of the science and technology, the development of hydraulic technology is very rapid, and it is widely used, so the requirement of the hydraulic instrument is more and more higher. Up-to-date hydraulic transmission and control technology has become an utomation technology including transmission, control, examination and computer, and its evelopment tends. This paper apply the programmable Micro-Controller which is widely used in industry in control system of hydraulic table, and use the industry control software to gain the pressure, flux and speed of the experiment, and control the pressure or flux, and portray the data of experiment. By doing controller, so as to wholly hydraulic cycle. Based on remaining the dismantling and loading, we make full of the equipped instrument. Several types of valves are linked through gluey tube.Key word :hydraulic test-bed hydraulic components multi-function 1 前言1.1 液压元件试验台设计的理念随着液压技术在各个领域的广泛应用和发展，液压元件实验设备已被各个领域所重视。再生产、教学、科研、军队领域，用户拥有自己的设备是发展的趋势，能够检验所生产的产品或所使用的液 压元件性能的好坏，就是掌握第一手技术资料。这就需要拥有液压元件实验设备，或建立一个液压元件实验室。但是液压元件试验台 是一个非标准设备2。它是由机电、液压系统、仪表、传感器、计算机等技术集成为一体的。适用于多种类液压阀、液压泵、液压缸、液压马达的性能测试。液压试验台的原理是由液压泵将油箱中的液压油增压经过液压系统，供给被试液压元件，通过调节个液压控制阀大道北式液压元件的试验状态，测试其性能。为了满足被试元件的实验要求，就要根据液压标准按不同的液压原理进行技术选型设计。本课题研究的意义就是为了让大家更好的了解液压元件试验台，并在选用液压元件试验台时符合实际需要，理念不会过于复杂化，知道怎样向设计者提出要求核算成本，对如何设计或选用一台符合自己的液压元件试验台，有一个正确的思路和理念3。1.2 国内外研究现状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2。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：1.2.1 减少能耗,充分利用能量 (1) 减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。(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。 (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4。1.2.2 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。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，进行补偿，这是液压行业努力的方向51.2.3 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。(1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。(2)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。(3)计算机仿真标准化，特别对高精度，高级系统更有此要求(4)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1。1.3本课题的小型液压元件试验台的设计理念在现实的时间情况下，意见没有成熟技术的设计，要想达到成熟的过程，是要通过多次反复的实验过程的来。而在这实验的过程中才有什么样的试验方法，实验技巧和实验器具，是能够节约时间和资源的，而怎样的在最大程度下节约成本，时间和简化实验步骤，是本设计的最大特色2 小型液压元件试验台的总体设计规划2.1 试验台的主要组成部分2.1.1 试验台的支撑部分支撑架是试验台的重要组成部分，它不仅是支撑实验进行的首要条件，而去支撑架的设计的合理性不仅决定实验能否正常的进行下去，还决定实验步骤的简易程度22.1.2 试验台的动力部分 任何事情不管它的外表和其他方面做得再怎么好，在没有动力的前提下都不会取得成功的，这是真理。所以，试验台的动力部分是决定实验成败，实验好坏，实验精准度和其他等的最重要的部分。2.1.3 试验台的连接部分实验能否取得理想的实验结果不仅仅要求各元件的精密，还要各元件之间的链接要顺畅，只有顺畅连接的情况下才能够是使试验正常的进行的前提。所以连接部分是相当于实验过程的润滑剂。2.1.4 试验台的执行部分在试验台进行试验的时候，执行的精准度是实验结果表现正常的重要要素。2.1.5 试验台的检测部分在实验的过程中，我们的判断能力不可能很精准，所以就要通过相应的实验元件表现出来，好及时的判断实验条件的征程与否以及实验数据的阶段性和最终结果。所以检测部分相当于我们在实验过程中的眼睛1。2.2、试验台个部分的相关元件的分析和选择2.2.1 试验台的支撑部分的分析和选择在实验过程中，由于液压泵提供的压力和压强比较大，所以要求支撑架的承受能力要强，而且在实验的过程中要平稳，设计的时候要是实验液压元件的分布均匀，设计的时候布局要紧凑，尽量减少材料的数量和试验台占的空间的体积。这些因素在设计支撑架的时候都应尽量的考虑到。同时我们在设计的时候，成本也是一个重要的要素。所以综上分析所得出的结果是，在这里我选择的支撑架材料为：灰口铸铁6。2.2.2 试验台的动力部分的相关元件的分析和选择在实验中，油液克服大气压以及还要推动执行机构达到设想的目的，往往需要很大的力矩才能够实现。所以所有的动力机构液压泵都需要电动机的带动，才能够完成任务。教学用液压试验台的泵一般情况下是选择:定量泵，叶片泵6.3Mpa 400r/min左右，变量泵2.0-6.3Mpa，600-1450r/min。排量都比较小7。泵往往与电动机相连接组成动力部分，完成任务。2.2.3 试验台的连接部分的相关元件的分析和选择在组合是实验台中各相关回路中元件的连接的时候，要注意一点，各元件之间是在实验台上组合在一起的，各元件之间的距离不是固定的，所以在连接的时候要采用可改变距离的油管。2.2.4 试验台的执行部分的相关元件的分析和选择在液压系统中，邮箱是液压系统的目的得到表现都要由执行元件。而执行元件一般都是液压缸。由 P=pq8 （1）知，电动机的功率，一般情况下是恒定的，则改变油压或改变排量的情况下，都会改变液压缸的速度，则就在可变的范围内，达到改变液压缸的顶杆的速度，以达到设计预定的目的。相应的一般情况下，要想达到预想的实验结果，一般情况下就要两个液压缸。2.2.5 试验台的检测部分的相关元件的分析和选择在试验过程中，所有的实验过程和结果都不是用眼睛能够看得见的，所以就要用相应的是实验元件去检测在液压试验过程中的数据，以及在这过程中的实验的异常与否。在这液压元件的检测部分要分为两部分，一部分为检测实验过程中油压的大小和流量，例如，液压表和流量表；另一部分就是检测执行元件在实验过程中的执行过程及结果。例如，行程开关和位移感应器等。3 液压元件的初步估计分析 由于本设计方案设计的液压系统是小型的，所以初步选定液压大致为6.3Mpa，排量为10L/min9。 减压阀： J-10B压力为6.3Mpa 溢流阀： Y-10B压力为6.3Mpa 单向顺序阀： XI-25B压力为6.3Mpa 电磁换向阀： 34E-10B压力为6.3Mpa，电压为24v 行程开关： JLXK1-411压力为6.3Mpa，交流380v或直流220v，额定电流为5A 位移感应器： TWZ 量程280mm，精度0.2%FS,电源-12-+12VDC 叶片泵： YB1-6 压力为6.3Mpa，排量6ml/rev，转速400r/min 变量泵： YBX-16 压力为6.3Mpa，排量为0-16ml/r，转速600-1450r/min 三相异步电动机：JO2-22-4 功率为1.5kw，交流电压为380v额定电流为3.48A这是液压系统的液压元件的初步选择，没有根据某个特定的液压系统，在实际情况中，特使情况特殊对待。可以适当的改变液压元件的选择。3.1 设计液压装置3.1.1 液压装置总体布局液压系统总体布局有集中式、分散式。本液压系统选用分散式结构，该结构是将液压系统中液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的地方。机床、工程机械冶金设备等可移动设备一般采用该种结构。3.1.2 液压阀的配置形式液压阀的配置形式有两种：板式配置、集成式配置。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。目前液压系统大多数采用集成式。它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。本液压站即采用该种配置方式。3.2 集成块的设计3.2.1 块体结构 集成快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，高压强振场合要用锻钢。块体结构为长方体或正方体。对于较简单的液压系统,其阀件较少,可安装在同一个集成快。如果液压系统复杂,控制阀较多,就要采取多个集成快叠积的形式。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,公共回油孔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。3.2.2 集成块结构尺寸的确定外形尺寸要满足阀件的安装、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，使相通油孔精良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。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3mm，高压系统应更大些10。3.2.3 液压元件安装板的设计和计算 在液压试验台的设计过程中，如何安装液压元件的事情，对于液压试验台的设计和整体布局也是很重要的问题。液压元件都是标准件，但是对于要完成一个特点功能的液压元件有可能不是一个能够完成的，所以需要多各液压元件才能够共同完成。则要求液压元件安装板必定不是标准件，所以要对液压元件安装板进行设计和加工。根据液压试验台框架的分析我们知道，液压元件安装板都有相同的高度和厚度，现在只需要对它的长度进行设计和计算。现在采用45号钢加工液压元件安装板。现在经过设计后的液压元件安装板的示意图如下所示。图1 单件液压元件安装板Fig 1 one hydraulic components mounting plate图2 集成液压元件安装板Fig 2 interated hydraulic components mounting plate 3.2.4 绘制各液压部分集成块孔号图(1) 绘制两孔液压元件油路块空号图如图图3 两孔大液压元件集成块图Fig 3 two hole in hydraulic components integrated block diagram (2) 绘制三孔液压元件油路块空号图如图图4 三孔液压元件块图Figure 4 block diagram of three-hole hydraulic components(3) 绘制四孔液压元件油路块空号图如图图5 四孔液压元件集成块图Fig 5 four hole hydraulic integrated block diagram(4) 绘制五孔液压元件油路块空号图如图图6 五孔液压元件集成块图Fig 6 five hole hydraulic integrated block diagram图7 试验台示意图Fig 7 Schematic diagram of experimental station3.3 绘制正式工作图液压系统确定以后，要正规绘制出液压系统图。除元件符号表示的原理图外，还包括动作循环和元件的规格型号表。图中各元件一般按系统停止位置表示，如特殊需要，也可以按运动状态画出，但要加以说明。绘制装配图如图9所示由于液压元件试验台能够进行组合的液压系统回路很多，现在没有必要一一进行演绎，所以选择一个具有某种特里典型的回路进行具体的设计，分析和计算。现在设计一个钻孔液压进给系统。4 负载分析与速度分析4.1 负载分析已知工作负载为工作时收到的最大载荷，则有Fw=Ft=2500N，没有给出运动部件的重量则Fg=0，往复运动加速减速的惯性力为Fa=500N，且在运动的静摩擦力和动摩擦力分别为Ffs=1500N，Ffd=850N,一般机械效率为m=0.90-0.97，现在取m=0.95.则查教材表9-1可得到液压缸在各工作阶段的负载情况11。表1 液压杆在各工作阶段的受力结果Table 1 hydraulic rod in the working phase stress results工作阶段计算公式结果(N)刚启动瞬间F=Ffs/m1578.9启动加速F=Ffd+Fa1350快进阶段F=Ffd/m894.7工进阶段F=(Ffd+Fw)/m27210.5快退阶段F=Ffd/m894.7液压杆在各阶段的受力图如表8。图8 各阶段液压杆工作受力图Fig 8 stage hydraulic rod work force4.2 速度分析 已知，工作进给速度Vz=0.1m/min，快进快退速度为V1=V2=6m/min,工进行程S2=40mm,快进行程为S1=100mm，则有在各阶段执行元件的速度图。图9 各阶段液压杆工作速度图Fig 9 stage hydraulic rod speed diagram5 确定液压缸的主要参数 5.1 初选液压缸的工作压力 有负载分析和表一可知，液压缸的工作压力一定要大于液压缸在工作室的最大负载。由于知道液压缸在工进阶段所受到的负载最大，F=27210.5N。则查教材表9-3知道要去的工作压力范围为3-4Mpa，则本设计取3.75Mpa5.2 计算液压缸结构参数 为使液压缸快进快退速度相等，选用单出杠活塞差动连接的方式实现快进，设液压缸两有效面积为A1和A2，且A1=A2，即d=0.707D。其结构示意图如下。图10 液压缸工作受力面积图Fig 10 the work of the hydraulic cylinder force area map因为在钻孔加工时，为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油路上必须有背压，查教材表9-1得知，被设计的会有路上采取背压阀的系统，则有液压缸回油腔背压为1Mpa，而液压缸快退时，背压取1Mpa。在快进时管路中有压力损失，取P=0.4Mpa，工进工况下液压缸的平衡力方程为 P1A1=P2A2+F （2）则有A1的面积为 A1=F/(P1-0.5P2) （3） =27210.5/(0.75-0.5)x106x104 =83.725cm2又有：A1=3.14(D/2)2，有D=10.33cm，根据教材表4-4圆整成就近标准值的D=100mm，根据d=0.707D和表4-6整圆得d=70mm，则液压缸的有效工作面积为A1=(D/2)2=78.5cm2 A2=A1-（d/2）2=40cm2 （4）对活塞杆的直径进行校核 d4F （5）是活塞杆材料的许用应力=b/1.412，则有经应算，活塞杆的强度和稳定性均符合要求5.3 计算液压缸在工作循环各阶段的压力，流量和功率值差动连接时液压缸有杠腔压力大于无杠腔压力，取两腔间回路及阀上的压力损失为P=0.4Mpa，则P2=P1+0.4Mpa。计算结果如下图，并根据下图得到液压缸的工况图。表2 液压杆各工作阶段工况Table 2 the hydraulic rod of each working stage conditions工况 负载计算公式 回油腔压力 进油腔压力 输入流量 输入功率快进 启动 1578.9 P=F+A2(P2-P1)A1-A200.2011-差 加速 1350 q=(A1-A2)V1P1+P0.766-动恒速894.7 P=p1qP1+P0.5440.3850.209工 P1=(F+P2A1)/A227210.5q=A1V213.980.0131 0.1872进P=P1q快 启动1578.9 P1=(F+P2A1)/A200.395- -退 加速1350 Q=A2V312.30- -恒速894.7P=p1q12.190.400.876由上表可知液压缸的工况图如下。图11 液压缸在个工作阶段的流量，功率和液压图Fig 11 hydraulic cylinders in a working phase flow, power and hydraulic diagram6 拟定液压系统图 6.1 选择基本回路（1）调速回路因为液压系统功率较小，且只有正值负载，所以选用进油节流调速回路。为有较好的低速平稳性和速度负载性，可选用调速阀。为解决钻孔钻通时滑台突然前冲的问题，回路中设置背压阀。（2）速度换接回路和快速回路由于快进速度与工进速度相差很大，为了换接平稳，选用行程阀控制的换接回路图12 液压速度换接回路Fig 12 hydraulic speed exchange loop（3）换向回路为了换向平稳，选用电液换向阀。为了便于实现液压缸中位停止和差动连接 ，采用三位五通阀。图13 液压换向回路Fig 13 hydraulic reversing circuit图14 液压供油回路Fig 14 hydraulic oil circuit（4）压力控制阀回路系统在工作状态时高压小流量泵的工作压力由溢流阀调整，同时用外空顺序阀实现低压大流量泵卸荷。（5）液压泵供油回路由于设计的系统最大流量与最小流量比为31，且在整个工作循环工程中的绝大部分时间里泵在高压小刘状态下工作，为此，应采用双联泵，以节省能源提高效率13。如图14所示。6.2 各个回路的合成 对选定的三种回路在合成时有必要进行整理，修改和归并。具体如下。整理后的液压图如下所示。图15 液压系统初步整理原理图Fig 15 schematic diagram of hydraulic system on经过整理后的液压图仔细地检查后，发现了很多的问题，具体在a、b、c，d处。为了防止各个回路之间的相互干扰和简化系统使其功能更加完善，必须对出整理后的图进行如下修改。（1） 为解决滑台工进时液压系统中进油路和回油路相互接通（处此时三位五通电液换向阀在左位工作），必须在进油路和回油路之间的c处加一个单向阀将其隔开。（2） 为解决滑台在快进时实现差动连接，就必须使出油路上的油无法回到油箱，此时必须在d处串联一个夜空顺序阀，这样液压系统就能完成快进时的差动连接。（3） 为了解决机床停止工作后回路中油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动平稳性的问题，必须在电液换向阀的回油路上增设一个单向阀a。（4） 为了在滑台公斤后系统能自动发出快退信号，必须在调速阀输出端b处增设一个压力继电器。（5） 将d处增加的顺序阀与背压阀的位置对调一下，就可以将顺序阀与油源处的卸荷阀合并，从而省去一个液压阀。修改后的液压系统原理图如下所示图16 液压系统原理图Figure 16 schematic diagram of hydraulic system7 液压元件的选择7.1 液压泵及驱动电机的确定液压泵的确定（1） 液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为3.98Mpa.如取邮路上的压力损失为0.4Mpa，为使压力继电器能可靠的工作，取其调整压力高出系统最大工作压力0.3Mpa14。则小流量液压泵的最大工作压力应为Pp1=3.98+0.4+0.3=4.68Mpa而且大流量液压泵在快进，快退运动时才向液压缸输油，快退时液压缸的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.35Mpa，（因为此时进油不经过 调速阀，故压力损失减小），则大流量液压泵的最高工作压力为Pp2=2.19+0.35=2.54Mpa （2） 由表五中数据知，两液压泵应向液压缸提供的最大流量为 qmax=0.410-310360=24L/min因为系统工作原理比较简单，取泄露系数为KL=1.0510则两个液压泵的实际流量应为qp=qmaxKL=241.05=25.2L/min由于工进时所需要的最大流量为0.785L/min溢流阀最小稳定流量为q溢=0.0510-3m3/s=3L/min则小液压泵的流量规格最少应为qp1=kq1+q溢=0.785+3=3.785L/min (6)则大流量泵最小流量为 qp2=qp-qp1=25.2-3.785=21.415L/min综上所述，查教材表3-4及结合以上压力和流量的数值查阅液压元件样品，最后确定选取PV2R12-6/26型双联叶片泵，其小液压泵和大液压泵的排量分别为6mL/r和26mL/r。当液压泵的转速np=866r/min，该液压泵的理论流量为27.2L/min。取液压泵的容积效率为 v= 0.90则液压泵的实际输出流量为qp=（6+26）8660.9/103=24.94L/min (7)由于在工况表中可知，在液压系统中，液压缸快退时输入功率最大，这是液压泵工作压力为Pp2=2.54Mpa且流量为qp=24.94L/min则液压泵驱动电动机所需要的功率为 P=Pp2qp/p=2.5424.94/600.75=1.41KW (8)则根据此数据查机械设计手册表12-7得，电动机样品选取YZR112M-6型电动机额电功率为Pn=1.5KW额定转速为nn=866r/min综上数据可得，设计符合要求。7.2 阀类元件及辅助元件的选择及确定根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，查液压系统设计手册选出的液压元件的型号及规格如表3所示表3 液压元件的选用及规格表Table 3 the choice of hydraulic components and specifications of the table序号 元件名称 估计流量 额定流量 额定功率 额定降低 型号规格1 三位五通电液阀 60 80 16 0.5 35DY3Y-E10B2 溢流阀563 16 - XF3-E10B3 行程阀50 63 16 0.3 AXQE-E10B单向行程调速阀amax=100L/min4 调速阀 0.5 0.07-50 16-同上5 单向阀6063 160.2同上6 单向阀2563 160.2AF3-Ea10B amax=80L/min7 背压阀0.563 16-XF3-E10B8 液控顺序阀2563 160.3XF3-E10B9 单向阀2563 160.2AF3-Ea10Bamax=80L/min10 双联叶片泵 - 5.2+22.52 16 - PV2R12-6/26VP=(6+26)11 过滤器3063 160.02XU-63X80J12 压力表按点- 16-KF3-E3B. 3测点13 单向阀6063 160.2AF3-Ea10Bamax=80L/min14 压力继电器- 10-HED1KA/107.3 油管的设计与计算各元件连接管道的规格按液压元件接口处的尺寸决定，液压缸进出油管则按输入，排出最大计算。当液压泵选点后液压缸在各个工作阶段的进出流量已于原点数值不同，所以要重新计算15。计算如 表4所示。表4 在各工作阶段的油管流量液压杆工作速度表Table 4 the working phase pipe flow hydraulic rod speed of working table快进工进快退输入流量 q1=A1qp/(A1-A2) =0.471=24.94=78.524.94/38.5=50.85输出流量=A/=A2q1/A1=q1/A2=4050.85/78.5=400.0471/78.5=78.524.94/40=25.91=0.24=48.94运动速度 V1=qp/(A1-A2)V1=qp/(A1-A2)V3=q1/A2=24.94/40=24.94/40=24.9410/40=6.23 =6.23 =6.24由上表计算的结果可以看出，液压缸在各个工作阶段的实际运动速度符合设计要求。再根据上表中的数值和推荐取油液在油管中的速度V=3m/s，查教材公式6-5得d=2q/(v) (9)则有 d1=18.97mmd2=13.29mm这两根油管都按GB/T2351-1993选用内径为15mm，外径为18mm的冷拔无缝钢管16。7.4 油箱的设计及计算 油箱的主要功能是储存油液，同时箱体还有散热的功能，沉淀污物，析出油液中的渗入的空气以及作为安装平台等作用。邮箱是属于非标准件，在实际情况下常根据需要自行设计。表5 泵的经验系数Table 5 the experience rate of pump系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金系统12245761210 按教材共识6-4知，油箱容积公式为 V=qp (10)且液压系统中中压时取=716则有 V=qp=724.94=174.6L按JB/T7938-1999规定，V取最靠近的标准值V=250L油箱采用4mm的钢板焊接而成，泵的吸油管上应安装网式过滤器，过滤器与箱底间的距离不应小于20mm8 应算液压系统性能 由于系统的管路布置尚未确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后加上管路的沿程损失和局部损失即可。但是本设计方案是小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的应算按一个工作循环中不同阶段分别进行17。8.1 快进滑台快进时，液压缸差动连接，由上两图表可知，进油路上油液通过单向阀的流量是22.52L/min，通过电液换向阀的流量是24.94L/min，然后与液压缸有杆腔的回油汇合，以流量50.85L/min通过行程阀的流量并进入无杆腔，因此进油路上的总压降为P=0.2（22.52/63）2+0.5(24.94/80)2+0.3(50.85/63)2 (11) =0.0256+0.0486+0.1954 =0.2696Mpa此值不大，不会使压力阀开启，故能确保两个泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸在有杆腔中的油液通过电液换向阀和单向阀6的流量都是25.91L/min，然后与液压泵的供油合并，经过行程阀3流入无杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力p2与无杆腔压力p1之差为p=p2-p1=0.5(25.91/80)2+0.2(25.91/63)2+0.3(50.85/63)2 (12) =0.0524+0.0338+0.1954 =0.3Mpa此值与原估计值0.4Mpa相差不大，基本相等。8.2 工进 工进时，油液在进油路上通过电液换向阀1的流量为0.471L/min，在调速阀4处压力损失为0.4Mpa，油液在回油路上通过换向阀1 的流量为0.24L/min，在背压阀8处的压力损失为1Mpa，通过顺序阀7的流量为（0.24+25.91）=26.15L/min，因此这时液压缸回油腔的压力p2为 p2=0.4(0.24/80)2+1+0.3(20.5/63)2 (13) =3.610-6+1+0.0318=10.318Mpa此值大于原估计值0.5Mpa。故可按表五中的公式重新计算工进时液压缸进油腔压力p1,即 P=(F+p2A1)/A1=(27210.5+1.03181064010-4)/78.510-4 =3.99Mpa (14)此值略大于表五中的数值。考虑到压力继电器可靠动作需要压力差pe=0.3Mpa，故溢流阀2的调压pp1A应为 Pp1Ap1+p+pe=4+0.5（0.4/80）2+0.3+0.4 (15) =4.69Mpa8.3 快退快退时，油液在进油路上通过单向阀9的流量为20.26L/min，通过换向阀2的流量为24.94L/min，油液在回油路上通过单向阀5，换向阀1和单向阀13的流量都是48.94L/min，因此进油路上总压降为 pv1=0.2（20.26/63）2+0.5(24.94/80)2 =0.0693Mpa (6)此值较小，所以液压泵启动电动机功率是足够的。回油路上总压降为 pv2=0.2(48.94/63)2+0.5(48.94/80)2+0.2(48.94/63)2 =0.4285Mpa (17)此值与表五中的数值相差很大，故要重新计算，则有 Pv2=（F+pv1A1）/A2=(894.7+0.428510678.510-4)/4010-4 =1.065Mpa (18)此值与表五中的数值相近，所以符合要求18。所以快退时液压泵的工作压力pp应为 pp=p1+pv1=2.19+0.0693=2.2593Mpa (19)因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7夫人调压应大于2.2593Mpa9 液压系统中油液温升验算工进在整个工作循环过程中，所占的时间比例达90.91%,所以整过系统发热和油液温升课按工进时的工况来几段。工进时液压缸的有效功率为 Pe=FV2=27210.50.1/(60103)=0.0454KW19 (20)这时第六两液压泵经顺序阀7卸荷，小流量泵在高压下供油，大液压泵通过顺序阀的流量为q2=20.64L/min有表十可知额定流量qn=63L/min这时的压力损失为pn=0.3Mpa所以阀在工进时压力损失为 p=pn（q2/qn）2=0.3(20.64/63)2 =0.0322Mpa (21)小液压泵工进时的工作压力为pp1=4.69Mpa，流量q1=4.7L/min所以两个液压泵的总输入功率为 Pp=(pp1q1+pq2) /p=0.505kw (22)且液压系统的发热功率为 p=pp-pe=0.505-0.0454=0.4596kw (23)则由公式A=6.53v2可得邮箱的散热面积为 A=6.53（2500.001）2=2.58m2 (24)查教材9-10和9-11式之间可得，本方案的通风条件良好，则k=15w/(m2c)则由9-11式可得系统地温升 t=Hi/(kA)=616.8/(152.58)=15.94 0C (25)即在温升的范围，没有超出允许的范围，所以本设计方案的液压系统不必要设置冷却器20。10试验台机体的设计在试验中，为了考虑液压元件和量具的安全性，试验台将采取分置式的设计方案。由于试验台是小型的，所承受的压力不是很大，而且从成本上考虑，所以试验台机架的材料选用铸铁，这样在总体设计中由于铸铁的质量比较大，可以给与试验台比较高的稳定性。（1）将液压元件除液压缸等执行元件外，设计在统一集中的部分。图17 液压元件分布示意图Fig 17 schematic diagram of hydraulic components distribution（2）将检测用的量具安装在统一集中的部分。图18 液压量具分布示意图Fig 18 schematic diagram of hydraulic tools distribution（3）将执行元件部分统一设计在一起，这样有利于实验的方便和安全， 也有利于设计的简化和生产。图19 液压缸分布示意图Fig 19 schematic diagram of hydraulic cylinder distribution（4）除了上述设计外，试验台在动力部分还考虑了持续性的问题。所以再好全的前提下，还要考虑设计的合理性，所以油箱，电机和泵设计在统一的地方。图20 液压泵，电机和油箱分布示意图Fig 20 hydraulic pump, motor and oil distribution diagram11总结在老师的耐心指导下，以及各位同学的热心帮助下，经过两个多月的时间的设计，本课题小型液压元件试验台设计总体设计，其说明书的编写完成。虽然不是很复杂，但通过这一设计及其计算，我感到自己在这个方面仍存在许多不足之处。对于我的本次设计，我觉得设计计算部分非常认真。在各种液压元件的选择上，液压系统设计要同试验台的总体设计同时进行。着手设计时，必须要从实际出发，有机的结合各种传动形式，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、效率搞、操作简单、维修方便的液压循环系统。 本次设计，利用油泵产生的油压，再经过电磁阀控制液压缸来达到控制液压各循环阶段的效果。其中结合了需要的技术要求，根据计算来确定电机、油箱容积、油泵的型号及各种液压元件的选择。液压试验台的设计根据油缸开启后工作时间较长，保压性能要求高，且短时间要求具有较大流量的特点，采用小型液压元件联合起来的液压系统试验，达到低耗能高效能的作用。试验台所需压力油根据设计的要求和经济的成本，再参照了机械设计手册上的计算公式，根据计算所得的结果来选取各种液压元件。对系统的性能、发热升温进行了验算。并对液压液压试验台的液压原理、操作及调试步骤进行了说明。出