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XX大学毕业设计（论文）锚固钻机动力头及液压系统设计系别：专业：学生姓名：起迄日期:设计(论文)地点:指导教师:专业教研室负责人:2013年 月 日49摘 要本设计是通过对锚固钻机工作原理、工作的环境和工作的特点进行分析，并结合实际，在进行细致观察后，对锚固钻机的整体结构进行了设计，对组成的各元件进行了选型、计算和校核。本文设计的锚固钻机主要技术参数：钻孔直径：100180mm钻孔深度：3060m钻孔角度：090回转转速：30rpm 60rpm 104rpm最大扭矩：4.7kN.m额定提升力：30kN额定给进力：15kN提升速度 ：15m/min 电动机功率：15kW，1470r/min经过设计完全满足任务书的课题要求。关键词：锚固钻机，液压设计，结构设计AbstractThis design is to analyze the working principle of anchoring drilling rig, the work environment and job characteristics, and combined with the practice, after the careful observation, the overall structure of the anchor rig is designed, composed of various components of the selection, calculation and check.Anchor rig main technical parameters of this design: the hole diameter: Phi 100 to 180mmThe drilling depth: 30 60mDrilling angle: 0 90 Rotary speed: 30rpm 60rpm 104rpmMaximum torque: 4.7kN.mRated lifting force: 30kNRated feeding force: 15kNHoisting speed:15m/minMotor power: 15kW, 1470r/minAfter the design fully meet the requirements of the mission statement of the problem.Keywords: hydraulic design of anchoring drilling rig, structure design目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1液压概况11.2液压工作原理11.3 液压系统的设计步骤与设计要求31.4 锚固钻机定义41.5锚固钻机的性能4第2章 锚固钻机液压原理设计及课题任务52.1 液压工作原理52.2 设计内容及设计要求6第3章 锚固钻机动力头设计73.1回转钻杆所需功率计算73.1.1 破碎岩石土层所需功率73.1.2钻具与孔底磨擦所需功率83.1.3回转钻杆所需功率83.2锚固钻机钻机总体方案103.2.1已知条件103.2.2总体传动方案的确定103.2.3传动系统的基本计算113.2.4液压马达、液压泵以及电机的选择计算123.3液压缸的设计计算153.3.1液压缸的设计计算步骤153.3.2液压缸类型与安装方式163.3.3液压缸性能参数的计算163.3.4液压缸主要几何尺寸的计算183.3.5液压缸结构参数的计算193.3.6液压缸的联接计算203.3.7液压缸强度和稳定性验算243.4液压辅助元件的设计273.4.1油箱容量计算273.4.2油管283.4.3管接头293.4.4过滤器303.4.5冷却器343.4.6液压控制阀的选用35第4章 液压系统设计384.1系统液压可以完成的工作循环384.2液压执行元件的配置384.3负载分析计算384.4液压泵及其驱动电动机的选择394.4.1液压泵的最大工作压力404.4.2计算液压泵的最大流量404.4.3选择液压泵的规格414.4.4计算液压泵的驱动功率并选择原动机424.5其他液压元件的选择424.5.1液压阀及过滤器的选择424.5.2油管的选择434.5.3油箱及其辅件的确定444.6液压系统压力损失验算45参考文献46总结47致谢48第1章 绪论1.1液压概况当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著的成绩。从17世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理、18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，也已有二三百年历史了。近代液压传动在工业上的真正推广使用只是本世纪中叶以后的事，至于它和微电子技术密切结合，得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精确控制，更是近10年内出现的新事物。我国的液压工业开始于本世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术、同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80年代起更加速了对西方先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。1.2液压工作原理驱动的液压系统，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管组成。它的工作原理：液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，当它从泵中输出进入压力管后，将换向阀手柄、开停手柄方向往内的状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。输入液压缸的油液是通过节流阀调节的，液压泵输出的多余的油液须经溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管中的油液压力对溢流阀钢球的作用力等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在系统中液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的，它和缸中的油液压力不一样大。液压传动有以下一些优点：1） 在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出3040倍。在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的12%左右。2） 液压装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达500次/min，实现往复直线运动时可达1000次/min。3） 液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。4） 液压传动易于自动化，这是因为它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制的缘故。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，接受远程控制。5） 液压装置易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。液压件能自行润滑，使用寿命较长。6） 由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。7） 用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。液压传动的缺点是：1） 液压传动不能保证严格的传动化，这是由液压油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。2） 液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。3） 液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。4） 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。5） 液压传动要求有单独的能源。6） 液压传动出现故障时不易找出原因。1.3 液压系统的设计步骤与设计要求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。1.4 锚固钻机定义锚固钻机主要应用于水电站、铁路、公路边坡各类地质灾害防治中的滑坡及危岩体锚固工程，特别适合高边坡岩体锚固工程，还适用于施工城市深基坑支护、抗浮锚 杆及地基灌浆加固工程孔、爆破工程的爆破孔、高压旋喷桩、隧道管棚支护孔等，将其动力头略微变动，即可方便地全方位施工。主要钻进方法：潜孔锤常规钻进、 跟管钻进、螺旋钻进。在各类复杂地层及不同钻进方法的造孔施工实践中，其优异的凿孔性能，得到广大施工单位和同行的认可。1.5锚固钻机的性能锚固钻机主要用于铁路、公路、水利、水电设施的滑波治理工程及危岩体锚固工程，控制建筑物位移等高边坡岩体锚固工程，还用于施工城市深基坑支护及地基加固工 程孔、爆破工程的爆破孔和隧道管棚支护孔等。具有良好的性能：结构紧凑，体积小，重量轻，机动灵活，能适用于在高边坡和脚手架上展开工作；液压动力头的输 出扭矩较大，钻进能力强，钻机的使用范围广；动力头的输出转速为无级变速，可根据不同的施工要求和地质情况自主选择钻进参数，以达到最佳钻进效率。因此， 无论何种型式的锚固钻机，液压传动系统是锚固钻机设备重要的组成部分，如果维护不当，会出现各种各样的故障，重影响设备的正常工作，所以应当十分重视液压 系统的维护工作。液压系统可能出现的故障是多种多样的，在使用过程中产生的大部分故障是由于油液选择不当、油液被污染，系统中进入空气以及油温过高造成 的。以下分析了锚固钻机茌日常维护中应当特别注意的几个问题。第2章 锚固钻机液压原理设计及课题任务2.1 液压工作原理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。容积节流调速采用变量泵供油。节流阀或调速阀控制流人(或流出)执行元件的流量，使泵的流量与执行元件所需的流量相适应。优点是无溢流损失，速度负载特性好，效率高。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问不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在本系统中，采用变量泵供油，节流阀控制元件流量。锚固钻机快速开启关闭是本套矫直机的一大特点，要达到这一特性泵站的瞬时流量就会很大，故采用蓄能器实现快速动作，蓄能器的设计既大量地节省了能源，又有效地缓解了液压系统中的冲击和脉动。另外回油管路设置了单向阀，增加了回油背压，使系统运行平稳，该原理图中所有涂黑的截止阀在系统的初始状态都处于截止状态。根据液压系统原理图，审查图上各阀在各种工况下达到的最高工作压力和最大流量，以此选择阀的额定压力和额定流量。阀的实际压力和流量应与额定值相接近，但必要时允许实际流量超过额定流量的20%。液压泵站上泵组的布置方式上分为上置式和非上置式。泵组置于油箱上的上置式液压泵站中，采用立式电动机并将液压泵至于油箱之内，成为立式，采用卧式电动机时成为卧式，非置上式液压泵站中，泵组与油箱并列布置的成为旁置式；泵组置于油箱下面的为下置式，本设计为旁置式液压泵站，对于规模较大型液压泵站，通常将采用管式联接，调试和维修方便，结构紧凑，体积小，重量轻，外观美观，而且压力损失小，消除了因接头引起的泄露、震动和噪声。但是，其结构标准化差，互换性不好，制造加工困难，使用受到限制。2.2 设计内容及设计要求设计主要内容：1、完成该产品的结构设计,根据设计要求, 通过计算确定锚固钻机动力头主要结构尺寸；2、根据锚固钻机的动作要求，完成液压部分设计计算，元件选择等；3、最后提交一套完整的图纸,说明书及外文翻译资料等。设计要求：1、设计成果应符合国家标准和相关规范；2、总体方案，主要部件结构合理；3、液压系统功能完全。钻机设计参数：钻孔直径：100180mm钻孔深度：3060m钻孔角度：090回转转速：30rpm 60rpm 104rpm最大扭矩：4.7kN.m额定提升力：30kN额定给进力：15kN提升速度 ：15m/min 电动机功率：15kW，1470r/min第3章 锚固钻机动力头设计 本钻机的驱动装置采用三相异步电动机，为了安装和机场的布置，钻机和水泵各用一台电动机单独驱动。而回转器和油泵共用一台电动机联合驱动。 设电机输出功率为NO ,那么 N0 =1.2Nj Nj=(Ny +Nh)/ 式中:Nh回转钻具所需功率KW 效率 ，取=0.8 Ny油泵所需功率 KW Nh=N1+N2+N3 式中:N1井底破碎岩石土层所需功率 KW N2钻头与孔底摩擦所需功率 KW N3回转钻杆所需功率 KW3.1回转钻杆所需功率计算这部分的功率由三部分组成，即Nh=N1+N2+N3的计算3.1.1 破碎岩石土层所需功率N1=式中：m 钻头切削刀数 取m=6 n 立轴转数 n= r/min 30rpm 60rpm 104rpm h 转进速度 取h=1.5cm/min 岩石抗压强度 其值见表3-1 表31岩 石 名 称 抗 压 强 度 （N/cm2）煤2000粘土、页岩、片状砂岩4000石灰岩、砂岩8000大理石、石灰岩10000坚硬的石灰岩、页岩12000 A-井底破碎环状面积 A=3.1.2钻具与孔底磨擦所需功率N2=fen(R+r)/1944800 式中：f钻具与岩石直间的摩擦系数 f=0.5 e侧摩擦系数 e=1.1已知钻孔直径：100180mm R钻头外圆半径 R=9cm r钻头内孔半径 r=5cm3.1.3回转钻杆所需功率N3= (当n200r/min时） 式中：L孔深 钻孔深度：3060m d钻杆直径 d=180mm 冲洗液比重 =1.5将上述参数及立轴的不同转速分别代入以上各式，所得值列表32中。表32N(KW) r/minN/c8015521541020000.0800.0940.1020.12040000.1590.1880.2040.24080000.3190.3760.4080.480100000.3990.4700.5100.600120000.4790.5640.6120.72020000.3080.5960.8261.57640000.6151.1921.6533.15380001.2312.3843.3076.307100001.5382.9804.1347.884120001.8463.5764.9169.4610.7521.6352.4804.73020001.1402.3253.4086.42640001.5263.0154.3378.12380002.3024.3956.19511.517100002.6895.0857.12413.214120003.0775.7938.05314.9110.0280.0280.0280.02820001.1682.3533.4366.45440001.5543.0434.3658.15180002.3304.4236.22311.545100002.7175.1137.15413.242120003.1055.8218.08114.939动力头主要由液压马达，动力头架，水辨，水辨轴，拖板等部件组成。动力头采用BYM-160型摆线液压马达。变换动力头液压马达的转速，可通过调节马达的进口溢流阀（见液压系统图）来实现。钻机钻进时，应根据地质条件，选择合适的转速。待转速确定后，溢流阀应禁止在去调动。动力头架一端与动力头液压马达的法兰相连，其内部装有两盘单列圆锥滚子轴承（32208型），用以支承水辨轴并将其定心。水辨是套在水辨轴上的，通过水辨上的与拖板相连的固定销将其定位，水辨轴的相应位置开有通孔。水辨主要是向钻头供给冷却水冲洗液。水辨体内装有两套组合橡胶密封圈，以防止漏水。水辨上还设有旋塞，借以调节水量的大小。动力头是通过其拖板，整体架在导轨面上的，与推进部一样，其托板上装有四副铜质条和调整块，以减少导轨面的磨损。拖板上有个钩子，以与推进部托板相连。动力头是液压钻机和其它一些液压机床所具有的独特结构，下面是动力头详细的图，如下图：3.2锚固钻机钻机总体方案3.2.1已知条件钻孔直径：100180mm钻孔深度：3060m钻孔角度：090回转转速：30rpm 60rpm 104rpm最大扭矩：4.7kN.m额定提升力：30kN额定给进力：15kN提升速度 ：15m/min 电动机功率：15kW，1470r/min3.2.2总体传动方案的确定总体方案如下图3-1图3.1本锚固钻机借鉴了柱式液压回转钻机，它由主机、操作台及泵站三部分组成，各部分之间通过胶管连接，主机部分由相互配合的立柱总成、托架总成及回转总成构成。创新点：本本钻机采用立柱式机体主要优点：1、 比类似产品重量轻、钻孔速度快、精度高、定位准确、操作简便、维修费用极低。2、可以钻不同方位，不同角度的孔，适用于各种复杂的地理环境及工作面。3.2.3传动系统的基本计算1、钻压的计算由有关资料可知，煤层的硬度介于14级之间，也即压入硬度在01000Mpa之间，属于中软以下硬度的岩石，而本钻机按适应岩石硬度为f8的钻压来算，可实现钻机同时适应井上和井下的工作要求。为实现对8级及以下岩层的钻进，应选择胚块式针状硬质合金作为钻头上的切削具，钻头形状如图3.2每块针状硬质合金所承受的压力值为P2000N/块。次钻头上衔接有5块合金，由钻压计算公式C=Pm式中-C为钻压 P合金压力值P=2000N/块 m合金个数m=5所以 C=Pm=2000*5=10kN2、转矩的计算经多方的试验和研究(见探矿工程学概论)，在岩芯钻探中，钻机钻进功率为： 式中 钻进功率； 空转钻杆柱的功率； 克服由于传送钻压、钻杆柱弯曲并与孔壁接触而产生摩擦阻力时增加的功率； 钻头破碎岩石所需的功率(包括钻头与孔底的摩擦功率)1).关于空转钻杆柱的功率对于以50mm锁接头连接的钻杆，钻180mm钻孔可用下式计算空转功率 =0.64L式中 n钻杆柱的钻速，n=4.5r/s L钻杆柱长度，L=25m =0.6425 =0.514kw2).关于摩擦增加的功率由于钻杆柱承受轴向力而使钻杆柱弯曲与孔壁发生摩擦因而增加的功率，可由下式计算： =aCn式中 a经验系数，取a=2.46 C钻头上的轴向压力，C=10kn n钻杆钻速，n=4.5r/s =2.46100004.5 =1.2kw3)关于钻头在孔底破碎岩石所需的功率钻头破碎岩石的功率，常用下式计算： =A式中 破碎孔底单位面积消耗的功率硬质合金和金刚石钻头钻进时=50150w/，计算取=100 w/ A底孔破碎岩石的面积，A=0.00374代入数值计算得：=3.74kw由以上计算可知， 钻机的钻速=28.26rad/m所以，钻机的转矩为： M=193Nm3.2.4液压马达、液压泵以及电机的选择计算1、液压马达的选择由前面计算的扭矩：最大扭矩：4.7kN.m；钻机的工作转速 回转转速：30rpm 60rpm 104rpm选择液压马达的型号为：BYM-160排量V=160ml/min转速：10r/min-320 r/min最大工作压力：12Mpa最大工作扭矩：210Nm重量：7.8kg马达的相关参数的计算：将马达的钻速确定为104 r/min时马达的理论流量：16010443.2L/min马达的实际流量： 43.2/0.9844.08L/min马达输入功率： 7.347kw马达输出功率： 5.454kw马达总效率： 0.742马达机械效率：0.762、液压缸的基本计算1)液压缸内径的计算液压缸的工作压力应F=C,式中C为钻压 计算取，F=10kN 液压缸内径： 式中F液压缸的工作压力（kN） p液压缸的工作压力p11Mpa代入数值有 根据机械设计手册液压缸缸筒内径系列(摘自GB/T2348-1993)圆整成标准值：2)活塞杆直径的计算计算根据速度比的要求来计算活塞杆直径， 式中活塞杆直径为液压缸内径 为速度比 为活塞杆的缩入速度 为活塞杆的伸出速度 计算取，代入数值计算： 根据活塞杆外径尺寸系列圆整成标准值3)液压缸的流量计算 液压缸的伸出速度也即钻机的钻进速度=1.4m/s 式中液压缸的流量 液压缸的伸出速度 活塞无杆端面积， 液压缸的机械效率，代入数值： 4)泵的选择与计算 由上面在计算可知泵的输出流量 泵的输出功率： 式中泵的输出功率 泵的出口流量 泵的出口压力 代入数值： 所需液压泵的排量 式中泵的排量 泵的实际流量 泵的容积效率，=0.985 代入数值计算的泵的排量 由此查机械设计手册选用液压泵的型号为：CB32 CB32的技术规格型号排量/ml压力/Mpa转速/r容积效率(%)驱动功率/kw重量/kgCB3232最低最高最低最高908.726.41012.515005)电机的选择根据以上选泵的驱动功率，在此选择电机为防爆型电机，由机械设计手册选择电机型号：Y160L-4 Y160L-4技术参数型号额定功率/kw满载是额定转速r/min额定转矩重量/KgY160L-41514702.21443.3液压缸的设计计算3.3.1液压缸的设计计算步骤 1)根据主机的运动要求，按表23.6-39选择液压缸的类型。根据机构的结构要求，按表23.6-40选择液压缸的安装方式。(见机械设计手册)2)根据主机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。例如液压缸的推力、速度、作用时间、内径、行程及活塞杆直径等。3)根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计。例如缸体壁厚、缸盖结构、密封形式、排气与缓冲等。4)液压缸性能的验算。3.3.2液压缸类型与安装方式根据主机的运动要求选择液压缸的类型为：双作用单活塞杆式推力液压缸。液压缸的安装方式为底部螺栓固定，头部耳环连接。3.3.3液压缸性能参数的计算（1）液压缸的输出力 1）单杆活塞式液压缸的推力 式中 液压缸推力（kN） 工作压力（Mpa） 活塞的作用面积（） 活塞直径（m）代入数值： 2）单杆活塞式液压缸的推力 式中 液压缸推力（kN） 工作压力（Mpa） 活塞的作用面积（） 活塞直径（m） 活塞杆直径（m）代入数值：（2）液压缸的输出速度1）单杆活塞式液压缸外伸时的速度 式中 活塞外伸的速度（m/min） 进入液压缸的流量（） 活塞的作用面积（） 活塞杆直径（m）代入数值计算得=1.4m/s2）单杆活塞式液压缸活塞缩入时的速度 式中 活塞的缩入速度 速度比代入数值：（3）液压缸的作用时间液压缸的作用时间t为 式中 液压缸的作用时间（s） A液压缸的作用面积（） 活塞杆伸出时 活塞杆缩入时 S液压缸行程，S=1m故，活塞伸出时的作用时间 活塞缩入时的作用时间（4）液压缸的储油量 液压缸的储油量V为 式中 液压缸的储油量（） 液压缸的作用面积（） 液压缸的行程（）代入数值：（5）液压缸的输出功率液压缸的输出功率N为 式中 液压缸的输出功率（kW） 液压缸的输出力（kW） 液压缸的输出速度（m/s）代入数值：3.3.4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D，活塞杆直径d和液压缸的行程s等。（1）液压缸内径D的计算液压缸的工作压力 FC,式中C为钻压 故，F10kn 液压缸内径： 式中F液压缸的工作压力 p液压缸的工作压力p11Mpa代入数值有 根据机械设计手册液压缸缸筒内径系列(摘自GB/T2348-1993)圆整成标准值：（2）活塞杆直径的计算计算根据速度比的要求来计算活塞杆直径， 式中活塞杆直径为液压缸内径 为速度比 为活塞杆的缩入速度 为活塞杆的伸出速度 计算取，代入数值计算： 根据活塞杆外径尺寸系列（GB/2348-1993）圆整成标准值(3)液压缸行程s的确定液压缸行程s，主要依据机构的运动要求而定。但为了简化工艺和降低成本，应该根据GB2349-1980给出的标准系列值。根据钻机的给进要求，综上述选择液压缸的行程为s=1000mm3.3.5液压缸结构参数的计算液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚、油口直径、缸低厚度、缸头厚度等。（1）缸筒壁厚的计算1）标准液压缸外径，本液压缸属于工程机械拥缸，故应根据机械设计手册表23.6-59给出的工程机械标准液压缸的缸体外径系列来选择。2）由于本液压缸应用于工程机械，且工作压力较大，应选按中等壁厚来计算，公式如下 式中 液压缸壁厚； 液压缸工作压力（Mpa）； 液压缸内径（mm）； 缸筒材料的许用应力（Mpa）； 对于钢管=100110Mpa 计算取=110Mpa 强度系数，采用无缝钢管时=1，本缸为无缝钢管加工制造； 计入筒壁公差及腐蚀时的附加厚度，一般可略去。代入数值：3）缸体外径的计算 式中 缸体外径代入数值：圆整后得=50mm（2）液压缸油口直径的计算 液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度和油口最高液流速度而定 式中 液压缸油口直径（m）； 液压缸内径（m）； 液压缸最大输出速度（m/min），=2 m/s； 油口液流速度（m/s），取=0.54m/s。代入数值：（3）缸底厚度计算 缸体厚度计算如下式 式中 缸底厚度（m）； 液压缸内径（m）； 工作压力（Mpa）； 缸底材料的许用应力（Mpa） 计算取=110Mpa代入数值：，即缸底厚度=5.48mm，为适应缸底的最后设计形状缸底允许加厚。（4）缸头厚度计算 由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔，因此其厚度的计算方法与缸底有所不同。如下图 式中 缸头厚度（m） 导向套滑动面的长度，在缸筒内径80mm时，取缸筒内径的0.61.0倍（见液压传动，东北大学出版社）计算取 自选尺寸，计算取=8mm 缸头形状如下图：3.3.6液压缸的联接计算（1）缸盖联接计算 1）焊接的联接计算液压缸缸底采用对焊时如图3.3焊缝的拉应力 式中 液压缸输出的最大推力（N） 由上面计算得=13800N 液压缸外径（m） 焊缝底径（m） 焊接效率，通常取=0.7代入数值：强度条件：式中 焊缝的许用应力, 焊条的抗拉强度，当采用焊条时 安全系数=3.34，计算取=4，计算得所以焊缝的强度符合要求。 图3-32）螺纹联接的计算根据缸体外径并参考GB/T196-2003“普通螺纹 基本尺寸”标准，选择缸体与缸盖联接处螺纹的基本尺寸如下：公称直径（大径）、（mm）螺 距（mm）中 径、（mm）小 径、（mm）48246.70145.836 表3-1缸体与缸盖用螺纹联接时（如图3.4），缸体螺纹处的拉应力为 螺纹处的切应力为 合成应力及强度条件为 式中 液压缸最大推力（N）；缸筒内径（m）；螺纹外径（m）由表3.1得=0.048m；螺纹内径（m），采用普通螺纹时，可近似地按下式计算： 螺纹螺距（m），=0.002m代入上式计算的=0.045836m；螺纹内摩擦系数（=0.070.2），一般取=0.12；螺纹预紧力系数，取=1.251.5，计算取=1.4螺纹的许用应力。，为缸筒材料的屈服极限，为安全系数，取=1.2 2.5，在此取=2。本缸的缸筒材料为45号钢（中碳钢）一般335MPa， 经淬火并回火处理后45号钢屈服极限可达=640Mpa（见机械设计，程志红，东南大学大学出版社）。故螺纹的许用应力：将数值代入以上各式有，螺纹处的拉应力： 螺纹处的切应力： 合成应力：即有： 故，缸体与缸盖的螺纹联接强度符合要求。 图3.4（2）活塞与活塞杆的联接计算活塞杆与活塞肩部表面的压应力（液压传动设计手册，上海科学技术出版社）式中 活塞上的孔径（m）；活塞孔上的倒角尺寸（m），；0.002活塞杆上的倒角尺寸（m）； 许用压应力，活塞杆材料为45号钢，所以代入数值： 所以，活塞与活塞杆的联接符合强度要求。（3）耳环的联接设计根据缸径的大小，参考JB1068-60或GB/T14042-1993（见液压传动设计手册）选择耳环基本尺寸如下表：（mm）（mm）（mm）201620耳环形状如下图：3.3.7液压缸强度和稳定性验算由于缸筒的刚度通常都大于活塞杆的刚度，故液压缸的稳定性主要取决于活塞杆的条件（见液压传动，东北大学出版社）。（1）活塞杆稳定性验算液压缸承受轴向压缩载荷时，当活塞杆直径与活塞杆的计算长度之比大于10时（即），应校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。根据材料力学概念，一根受压的直杆，在其负载力超过稳定临界力是，即已不能维持原有轴线状态下的平衡而丧失稳定。所以液压缸的稳定条件为 式中 活塞杆最大推力；活塞杆纵向破坏的临界载荷（稳定临界力）；稳定性安全系数，一般取=24，计算取=4。对于没有偏心载荷的细长杆，其纵向弯曲强度的临界值，可按等截面法和非等截面法计算。如果液压缸在受压状态下的最大挠度点（所在位置）发生在由导向中心偏向活塞杆一边（，导向中心到活塞杆端支点的距离=1.16m）时，液压缸的稳定临界压力可按等截面杆来计算；若最大挠度点偏向缸筒一边（），则应按不等界面阶梯杆来计算。其受力图如下图：判别最大挠度点位置的之值可有下式计算： 式中 活塞杆材料的弹性模量，对于钢材； 活塞杆截面惯性矩，对于实体活塞杆代入数值：显然 故此处的临界力应按等截面杆计算，等截面计算法如下：根据材料力学压杆稳定的理论，按等截面杆计算稳定临界力是有三种可能情况。a当液压缸的柔度，即为最大柔度杆时，稳定应力可按欧拉公式计算，即式中 压杆长度折算系数，取决于液压缸的支撑形式，本缸安装形式为两端固定，故取=0.5 压杆的计算长度（及液压缸安装长度），=1.13m； 活塞杆的回转半径，为活塞杆直径； 大柔度杆的最小极限柔度，即临界应力相当于材料比例极限时的柔度，其值为,其中为比例极限。常用材料的值见表3-2b当，即为中柔度杆时，稳定临界力可按雅兴斯基经验公式计算，即 式中 中柔度杆的最小极限柔度。根据实验，为材料的屈服极限。常用材料的值可按表3-2选取； 、实验常数，见表3-2 活塞杆横截面积。c当，即为小柔度压杆（或称短压杆）时，实验证明，它的破坏与失效现象无关，所以只需惊醒强度验算即可。 表3-2实验参数a/Pab/Pa钢（A3或25）11.410561钢（A5或45）36.1710060硅 钢38.1710060经计算得液压缸的柔度，即故有 代入稳定条件公式 即液压缸的稳定性符合条件。（2）活塞杆强度验算当且时，活塞杆的强度验算。当液压缸仅有轴向压缩载荷和自重G的作用，而不承受其它横向作用力和纵向偏心力时，液压缸的初始挠度值可按下式计算，即 式中 活塞杆与导向套的配合间隙，活塞杆外径与导向套内孔采用f9级配合，所以配合间隙=52； 活塞与缸筒内壁的配合间隙，活塞外径采用h9级配合，故=62； 活塞杆头部销轴孔至导向中心点A的距离，已算得=1.109m； 缸筒尾部销轴孔至导向中心点A的距离，=1.077m； 活塞杆全部外伸时，液压缸两端销之间的距离，=2.186m； 活塞杆全部外伸时，导向套滑动面前端到活塞滑动面末端的距离，=0.06m； 液压缸最大推力，=13800N； 液压缸自重，重心位置假定在导向中心点A处，选定材料后，经计算活塞的质量约=0.24kg，活塞杆的质量约=8.348kg，液压缸筒的质量=6.02kg，其它部件，则； 液压缸轴线与水平线的夹角，当液压缸水平工作时=1。垂直工作时=0。代入数值：活塞杆在偏心载荷作用下的合成应力及强度条件为， 式中 活塞杆横截面积，； 活塞杆横截面模数（即弯曲截面系数）， 材料的许用应力，对于钢管取=110MPa代入数值： 显然 故活塞杆的强度符合要求。3.4液压辅助元件的设计在液压传动系统中，起辅助作用的元件称为液压辅助元件。它主要包括油箱、油管、管接头、过滤器、冷却器和密封装置等。尽管这些元件在液压传动中起的是辅助作用的，但它对保证液压传动系统有效地工作和一定的工作性能是十分重要的。下面是对液压辅助元件的设计和选用。3.4.1油箱容量计算（1）油箱的有效容积（液面高度为油箱高度80%时的容积）应该根据液压系统发热，散热平衡的原则来计算，这项计算在系统负载较大、长期连续工作时是必不可少的。但对于一般情况来说，油箱的有效容积可以按液压泵站的额定流量(L/min)估算出来。 式中 邮箱的有效容积，L: 与系统压力有关的经验公式：一般取35。计算取=3代入计算，根据JB/T79381999油箱容量圆整后得 （2）油箱基本尺寸的确定设油箱长、宽、高分别为，取、由油体的计算公式： 计算有 即有：油箱实际高，油箱的外形尺寸还应跟实际的需要适当调整。3.4.2油管（1）油管的种类及特点液压系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。油管的特点及其使用范围可参见机械设计手册4。（2）油管参数的确定1）油管内径的确定。油管内径主要由油液通过的流速来确定，直径小流速高，压力损失小，甚至生产噪声和振动；直径大，不但难于弯曲安装，而且管路所占空间加大，机器重量增加，因此要合理选择油管内径。管径有下式确定式中 液体流量，； 流速，推荐用流速：对于吸油管（一般取1以下）；对于压油管（压力高、管道短或油液黏度小的情况取大值，反之取小值，局部或特殊情况可取）；对于回油路。对于推进液压缸油管， 代入数值得 根据机械设计手册4表23.9-4取液压缸用胶管内径，钢丝层数，胶管外径21，最小弯曲半径160对于液压马达油管，代入数值得 根据机械设计手册4表23.9-4取液压马达用胶管，钢丝层数，胶管外径28，最小弯曲半径240。2）胶管的选择及设计中应注意事项。根据工作压力和按上式求得的管子内径，选择胶管的尺寸规格。高压胶管的工作压力，对不经常使用的情况可提高20%；对与使用频繁，经常弯扭者要降低40%。胶管在使用及设计中应注意下列事项：a胶管的弯曲半径不宜过小，一般不应小于表23.9-4的值。胶管与管接头的连接处应留有一段值的部分，此段长度不宜小于管外径的两倍。b胶管的长度应考虑到胶管在通入压力油后，长度方向将发生收缩变形，一般收缩量为管长的3%4%。因此，胶管安装时避免处于拉紧状态。c胶管在安装时应保证不发生扭转变形，为便于安装，可沿管长涂以色纹，以便检查。d胶管的管接头轴线，应尽量放置在运动的平面内，避免两端互相运动时胶管受扭。e胶管应尽量避免与机械上尖角部分相互接触和摩擦，一面管子损坏。3.4.3管接头本钻机泵站的管接头有焊接式管接头，卡套式管接头和扣压式管接头 焊接式管接头 卡套式管接头 扣压式管接头采用焊接式管接，应用接管和管子焊接。接头体和接管之间用O型管密封圈，端面密封。结构简单，密封性好，对管子尺寸精度要求不高，但要求焊接质量高，装卸不便。工作压力可达31.5MPa，工作温度为-2580摄氏度，适用于油为介质的管路系统。大泵选用管接头的联结螺纹为M422，管接头的连接螺纹为M332。卡套式管接利用卡套变形卡主管子并进行密封，结构先进，性能良好，重量轻，体积小，使用方便，广泛应用于液压系统中。工作压力可达31.5Mpa，要求管子尺寸精度高，需用冷拔光管。卡套精度亦高。适用于油、气及一般腐蚀性介质的管路系统。这种管接头由接头外套和接头芯子组成，软管装好后再用模具扣压，使软管得到一定压缩量，此种结果具有较好的看拔脱和密封性能。可与扩口式，卡套式，焊接式或快换接头联接使用。工作压力与软管结构及直径有关。适用油、水、气为介质的管路系统。介质温度：油：-40100摄氏度。3.4.4过滤器周围环境中和液压系统在制造、工作过程中所产生的固体杂质，可以通过各种渠道污染工作液体，因而妨碍系统的正常工作，降低元件的寿命，加速工作液体的质变过程。国内外生产实际统计表明，液压系统故障有75%左右是由介质的污染而直接或间接造成的。因此保护工作液体的清洁，防止其被污染，具有重要的意义。（1）过滤器的一般工作原理和主要性能参数过滤器的工作原理，就是在工作液体的通道中装置多孔可透性的介质或过滤元件（即滤芯），采用滤除油液中的非可溶性颗粒污染物。除此之外，还可以利用吸附、凝聚和磁性等过滤方式，对油液进行净化。按照结构和过滤方式，过滤器可分为表面型和深度型两大类。表面型过滤器的过滤通孔大小一般认为是均匀的，它将所有大于通孔尺寸的污染物颗粒全部截留在滤芯的上游侧，如图3-3-1所示；而小于通孔尺寸的颗粒则通过滤芯到达下游。这种过滤器的过滤原理主要是直接阻截，如金属式，绕线式，片式过滤器等。 图3-3-1深度型过滤器的过滤元件为多孔可透性材料，其表面孔径不均匀，内部具有曲折迂回的通道。它的过滤作用发生在表面孔和内部通道中，大颗粒污染物可能被截留在滤芯上游，也可能进入内部通道，甚至穿过滤芯到达下游；而进入内部通道的小颗粒污染物也可以沉积在曲折的内壁上。因此，深度型过滤器的作用，具有更大的随机性。烧结式过滤器和各种纤维或滤纸介质的过滤器，都属于这种类型。 过滤器的有关参数和性能指标包括过滤精度、压差特性、纳垢能量、工作压力、过滤能力。（2）过滤器在液压系统中的安装位置过滤器安装在液压系统的不同位置时，具有不同的滤清保护作用。而对不同位置过滤器的性能，也有不同的要求。通常，过滤器在液压系统中有下述几种安装位置。1）安装在液压泵吸油管道上如图3-3-2所示，图中为安装在液压泵吸液管道上的过滤器，它可以保护整个液压系统（包括液压泵）免受大颗粒杂质的侵入破坏。为了减少泵的吸液阻力，只能是用粗过滤器，如网式和线隙式，其过滤阻力应尽量低。图3-3-2吸油过滤器可以采用安装在油箱油面一下的不带壳体的油箱用过滤器，也可以采用接在吸油管中间的，并安装在油箱外部（上部或侧部）的过滤器。浸在油箱中的过滤器的特点是结构简单，重量轻，价格便宜。但滤油器是否被堵塞不能从油箱外部看到。要清洗或跟换滤油器时必须将滤油器从油箱内取出，这样往往会将滤网弄破或造成一些刻痕。因为没有堵塞指示装置，所以使用一段时间后便进行清洗。装在吸油管路中间的滤油器，由于要装在油箱外部，所以具有外壳，重量较大。这种滤油器一般带有指示堵塞情况的指示器或发信器。当发觉污垢积聚较多时，能很方便地将滤芯从外壳内拿出来进行清洗或更换滤芯。这种滤油器的内部还装有旁通阀，当滤芯上积聚的污垢较多时，其有效过滤面积便显著降低，这样由于内部的压差，是滤油器内部的旁通阀打开。本钻机泵站的过滤器采用安装在吸油管路中间的方式，以体现它方便性。根据本钻机的额定工作流量结合机械设计手册4，选择吸油回路的过滤器型号为：ZU A63-20S（2）安装在压力管路和会有管路中的过滤器安装在压力管路和回油管路中的过滤器一般都采用精密滤油器。前者一般用于高压，过滤精度大多为1020微米；后者安装在回油管路中，承受压力较低，过滤精度也要比前一种略低些。根据这类滤油器在液压系统中安装位置的不同，又可分为高压管路滤油器，旁通管路滤油器，回油管路滤油器和独立回路滤油器。1）高压管路滤油器安装在液压泵站输出管路（高压管路）里的滤油器叫做高压管路滤油器，这种路由器用来保护系统中的关键元件。这种滤油器要求能承受喜用的工作压力和冲击压力。为了防止滤油器堵塞后，因压降过大而使滤芯破坏，在滤油器上应并联一个旁通阀。2）旁通管路滤油器这种滤油器安装在液压系统的支流管路中，工作时只有系统流量的一部分通过过滤器，所以这种过滤方式又称为局部过滤法。采用这种过滤方法时，通过滤油器的流量应不少于总流量的2030%。其主要缺点是不能完全保证液压元件的安全。3）回油管路滤油器这种安装方式不能直接防止污物进入系统中，只能循环地清除油液中的污物，间接地保护系统。其主要有点是允许滤油器有较大的压力降，滤油器本身不承受高压。因此这种滤油器的外壳较轻。为了避免在滤油器堵塞时，承受过高压力，应在滤油器上并联一单向阀。4）独立回路滤油器这是用泵和滤油器组成的一个独独立于液压系统的过滤回路。这种过滤方法也是一种局部过滤方法。5）安装在辅助泵输出管路的滤油器如在系统中设有辅助泵（如闭式系统等），则应将滤油器安装在辅助泵的输出管路中。由于滤油器在较低压力（一般为0.51MPa）下工作，而且通过流量较小，故可采用精密过滤器。（3）选用滤油器时应考虑的几个方面理论上滤油器精度越高，油液的清洁度也越高，系统的工作就越可靠。一味追求过高的过滤精度并不现实。滤油器的选用应考虑许多因素：油液运动粘度、过滤精度(指绝对精度，可用过滤比且或过滤效率表示)，单位面积纳污能力N（），流量Q ( L/min)，压降( MPa)，使用寿命n及经济成本 S=(，N，Q，n从上述函数表达式可分析出，滤油器的选用应该在综合考虑滤油器的过滤精度、纳污能力、流通能力、使用寿命等的情况下，使目标标成本函数S达到最优。下面介绍选用滤油器使应注意的几个方面：1）过滤精度 确定过滤精度时，应根据系统中关键元件对过滤精度的要求，以及液压设备停机检修所造成的损失费用等综合考虑。所选定的过滤精度应是实际可行的和经济的。2）通流能力 所选滤油器必须足以通过系统中安装滤油器处的最大流量，同时还应考虑流量冲击，以及执行元件和蓄能器等元件对流量的影响3）压力降。4）纳垢容量 在滤油器的压力降，不影响液压系统的机能，也不损坏滤芯的前提下，滤芯所能积聚的最大污垢量。5）与所用油液的相容性 选择滤油器时，必须考虑所用油液的类型及其对滤芯、壳体和密封件的影响。6）采用可清洗滤芯还是不可清洗滤芯；是否便于清洗或更换滤芯。7）系统的压力和温度。8）滤芯及外壳的机械迁都；是否有堵塞指示或发信装置。（4）滤油器的清洗清洗方法有：用溶剂清洗 清洗滤油器所用溶剂有三氯化依稀、油漆稀释剂、甲苯、棋友。四氯化碳等。这些溶剂易着火，并有一定毒性。但是只要在使用是充分注意，脱脂清洗工作还是比较简单的。吃外，还有采用苛性钠、苛性钾等碱性溶液脱脂清洗；界面活性剂脱脂清洗以及电解脱脂清洗的。所有清洗方法都应该考虑滤芯的耐磨性，在洗后必须用水清洗等方法清除溶剂。用机械及物理方法清扫a用毛刷清扫 应采用柔软毛刷除去滤油器的污垢。因为钢丝刷有时会把网式和线隙式滤油器的滤芯损坏或使滤油器的过滤精度改变。b超声波清洗 这是将超声波作用在清洗液中，将污垢除去的方法。但应注意，滤油器是多孔物质，有吸收超声波的兴致，可能会影响清洗效果。c加热挥发法 有些滤油器上的积垢，加热方法可以除去，但应该注意在加热时不能使滤芯内部残缺、灰及固体附着物。d气压吹净 用压缩空气在虑垢积层反面吹出积垢，采用脉动气流效果更好。c用水压清洗 用水压清洗和用气压吹净法相同。同时是用气压和水压或交替用气压和水压的方法效果更好。为了保持滤油器稳定的过滤精度，并尽量延长其使用寿命，应注意滤油器的日常保养，经常注意压差指示，缩短清洗周期，并根据滤油器的过滤机理、过滤介质等的不同，采用不同的清洗方法。1）网式滤油器浸洗法将滤芯浸入煤油或柴油中，用皮头或软木堵住滤芯两端中心孔，以防污物进入滤芯内部，然后用软毛刷刷去滤芯表面的污物，再用洁净的煤油或柴油冲洗十净。吹气法将滤芯浸在煤油或柴油中，用皮头堵住一端中心孔，从另一端往单通入压缩空气或用打气筒往单吹气，以吹去附在滤芯上的污物。如发现某处气泡集中，说明此处有破损，应及时更换。对于滤油器使用量大的单位，可使用超声波清洗法，它比刷洗法或吹气法更彻底、更方便快捷，缺点是一次性投入较大。2）深度型滤油器由于滤材内部无数细小的通道及微孔，用普通的浸泡刷洗和吹气法清洗效果不太理想，重复利用较差。若有条件可采取超声波清洗法，能较彻底地清洗过滤介质，在无破损的情况下可多次反复清洗后再投入使用。3）纸质滤油器纸质滤油器堵塞后清洗较困难，当压降达到极限值时，一般采取更换滤芯的方法，很少对其进行清洗。若作为应急需要清洗，可将滤芯浸在柴油或煤油中用软毛刷沿折皱方向轻轻洗刷，然后再用洁净的煤油或柴油清洗十净。4）毛毡式过滤器毛毡式过滤器清洗较方便，可将毛毡从骨架上拆下在煤油或汽油中浸泡清洗。5）金属烧结式滤油器金属烧结式滤油器的清洗相当困难，即使使用日前最先进的超声波清洗法也不太理想，因在超声波的强烈空化作用下，烧结金属颗粒易脱落，从而造成更为严重的堵塞。所以金属烧结式滤油器在其纳污能力达到极限值时，一般采取直接更换滤芯的办法。6）磁性过滤器磁性过滤器的清洗方法较简单，取出强磁棒，浸入汽油或煤油中，用棉布将上面的铁屑擦掉，再用洁净的油冲洗十净即可。上述清洗方法可以根据滤芯材料及使用在状态适当选用。拆开清洗后的滤油器，应在清洁的环境中，按拆卸顺序组装起来。滤芯应按规格交换。例如，密封材料就有氟橡胶、尼龙、石棉等多种。而且即使外观和材质相同的滤芯，也可能过滤精度不同。所以在交换滤芯是应细心。在组装时连接和密封的部位要特别注意，否则回产生泄露、吸油和排油损耗以及空气的吸入等故障。（4）结语1）滤油器的合理使用能提高系统工作的可靠性。2）应根据系统对油液的清洁度要求，合理选用滤油器，保证系统安全经济运行。3）注意滤油器的日常维护保养，保持稳定的过滤精度，并尽量延长其使用寿命。3.4.5冷却器冷却器的用途是当液压系统工作时，因液压泵、液压马达等的容积损失和机械损失，控制元件及管路的压力损失和液体摩擦损失等消耗的能量，几乎全部转化为热量。大部分热量使油液及元件的温度升高。如果油温过高，油液粘度下降元件内泄漏增加磨损加快密封老化等。将严重影响液压系统的正常工作。一般液压介质正常使用湿度范围为1565高温对泵的滑动表面油膜破坏，导致磨损烧伤，产生气穴，泄露增加，流量减少，黏度降低，摩擦增加，磨损加快。对液压缸的密封件早起老化，活塞热胀，容易卡死，对控制阀内外泄露增加，过滤器密封件材质老化，漏损增加。冷却器有水冷式和风冷式两种，固定设备使用水冷式较多，行走设备及车辆使用风冷式较多。风冷式冷却器的缺点是传热效率低，较大的设备面积，噪声大等。在设计液压系统时，考虑油箱的散热面积，是一种控制油温过高的有效措施。但是，某些液压装置由于受到结构限制，油箱不可能很大；一些液压系统全日工作，有些重要的液压装置还要求能自动控制油液的温度。所以必须采用冷却器来强制控制油液的温度，使之适应系统工作的要求。在本锚固钻机钻机设计中，我选用GLC-0.4型管式水冷式冷却器。在设计选用冷却器时注意一下几点1. 冷却器要有足够的散热面积。2. 散热效率高。3. 冷却器的压力损失尽量小。4. 结构力求紧凑、坚固、体积小重量轻。5. 结合工作和环境要求以及安装调节和经济性、可靠性的要求。同时保证作业环境接近水资源，以提供重充足的循环冷却水。6. 半年或一年内必须进行定期检查，检查周期可视水和油的污浊程度来确定。7. 冷却器内用来防止电蚀作用的锌棒，如以减少到一半就应该更换。水质较差时月三个月换一次。一半情况6个月换一次。8. 在检查时，应清扫冷却器内部，否则会因为水垢、沉淀物和微生物的附着而降低导热性。另外，冷却器内的杂质还会影响液体的流通性，降低热交换效率。3.4.6液压控制阀的选用液压阀的作用是控制液压系统的油流方向、压力和流量，从而控制整个液压系统的全部功能。如系统的工作压力，执行机构的动作程序，工作作部件的运动速度、方向，以及变换频率，输出力或力矩等等。无论是一个最简单的或非常复杂的液压系统都少不了液压阀。液压阀的性能是杏可靠，是关系到整个液压系统能否正常工作的问题。1液压控制阀的分类1）压力控制阀主要控制执行机构输出力或输出转矩的大小，并确定液压泵及整个液压系统的工作负载，在过载时起到保护系统的作用:它的主要品种有溢流阀、减压阿、卸荷阀、顺序阀、压力继电器等。2）流量控制阀的上要用途。是根据执行机构运动速度的要求供给所需的流量。它的主要品种有节流阀、调速阔及分流集流阀等。3）方向控制阀控制油流的通、切断或改变油流的方向，以控制执行机构的运动力一向等。它的上要品种有单向阀、液控单向阀、电磁换向阀、电液换向阀、手动换向阎、多路换向阀、截止f、转阀等。以上三类阀还可以互相组合，成为复合阀，以减少管路的连接，使结构更为紧赓，提高系统的效率。2液压阀的选择液压传动系统，选择合适的液压阀，是使系统的设计合理，性能优良，安装简便，维修容易.并保证该系统正常工作的重要条件。除按系统功能需要选择各种类型的液压控制阀以外，还需考虑额定压力、通过流量、安装形式、动作方式、性能特点等因素。本泵站的控制元件分别选择如下：（1）溢流阀的选择本系统中，选用先导式溢流阀使液压系统中压力保持稳定。在定量泵系统中，根据泵的压力和流量选择先导型溢流阀：泵的出口处选用YF-L10C溢流阀型号意义：YF溢流阀L螺纹联接通经10mmC调压范围3.514MPa额定流量（L/min）： 40系统进程选用溢流阀型号：S-BG-10型号意义： S低噪声溢流阀； B先导型溢流阀 06通经代号 L调压手轮方向为左性能参数：公称直径1（1/4）调压范围（MPa）0.425最大流量（L/min）400重量（Kg）10.5数量：2（2）换向阀的选择考虑到该系统相对较大，故选用三位四通手动换向阀，手动换向阀的阀芯运动是借助于机械外力来实现的用手操纵杠杆即可推动阀芯相对于阀体运动，从而改变工作位置。它的特点是工作可靠。参照机械设计手册4的液压传动部分，选用手动换向阀。根据泵的压力和流量，对于液压缸选用换向阀的型号：DMG-03-3C-50型号意义：DM手动换向阀 G板式 03公称尺寸 3置位数，三位 C弹簧配置形式，弹簧对中性能参数： 最大流量（L/min）100 最高使用压力（MPa）25 允许背压（MPa）16重量（Kg）4根据马达的压力和流量，马达控制阀选用型号为：DMG-06-3C-50型号意义：DM手动换向阀 G板式 06公称尺寸 3置位数，三位 C弹簧配置形式，弹簧对中性能参数： 最大流量（L/min）500 最高使用压力（MPa）31.5 允许背压（MPa）21 重量（Kg）11.5（3）可调式节流阀的选择在本系统里，可调式节流阀用作旁路调速，用以调节液压缸的行进速度。该阀选用型号为：SRCG-10型号意义：SRC单向节流阀 G板式 03通经代号，通经10mm性能参数： 额定流量（L/min）30 最小稳定流量（L/min）3 最高工作压力（MPa）25 重量（Kg）2.5（4）可调式分流阀的选择由于本泵站同时给马达和液压缸两个执行元件供油，而这两个执行元件的流量各不相同却需要同时工作，所以泵站需要选用一个可按比例调节流量的分流集流阀。参考机械设计手册4选择分流集流阀型号为：3FJLK-L10-50H型号意义：3三通 FJL分流集流阀 K可调 L螺纹联接 10-50流量范围，1050L/min H公称压力，21MPa第4章 液压系统设计4.1系统液压可以完成的工作循环a.液压缸下降；b.前进；c.液压缸上升和后退；d.停止。4.2液压执行元件的配置由于矫直机要求立式布置，行程较小，故选用缸筒固定的立式单杆活塞杆（取缸的机械效率）。作为执行元件，驱动机构对板料进行矫直。4.3负载分析计算a.初选液压缸的工作压力为，移动部件总重力，快进快退的速度为1.7m/s，加速、减速时间，静摩擦因数，动摩擦因数。b.负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装备产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。这样需要考虑的力有：墩粗力、导轨摩擦力和惯性力。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为，动摩擦力为，则(3.1)惯性负载是运动部件在启动和制动过程中的惯性力，其平均值可按下式计算(3.2)式中g重力加速度，启动或制动时间，s；一般机械=0.10.5，轻载低速运动部件取小值，重载高速部件取大值，行走机械一般取。上述三种负载之和即为液压缸的外负载F。4.4液压泵及其驱动电动机的选择确定液压执行元件的形式液压执行元件大体分为液压缸或液压泵。前者实现直线运动，后者完成回转运动，二者的特点及适用场合见下表4.1表4.1各执行元件的特点名称特点适用场合双活塞杆液压缸双向对称双作用往复运动柱塞缸结构简单单向工作，靠重力或其他外力返回齿轮泵结构简单，价格便宜高转速低扭矩的回转运动叶片泵体积小，转动惯量小高转速低扭矩动作灵敏的回转运动摆线齿轮泵体积小，输出扭矩大低速，小功率，大扭矩的回转运动轴向柱塞泵运动平稳、扭矩大、转速范围宽大扭矩的回转运动径向柱塞泵转速低，结构复杂，输出大扭矩低速大扭矩的回转运动注：A1无杆腔的活塞面积A2有杆腔的活塞面积常用液压泵主要有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等类型，各种泵间的特性有很大差异。选择液压泵的主要依据是其最大工作压力和最大流量。同时还要考虑定量或变量、原动机类型、转速、容积效率、总效率、自吸特性、噪声等因素。这些因素通常在产品样本中均有反映。叶片泵也就是常说的离心泵，优点是结构简单，流量大，调节也很方便。故选择叶片泵作为系统的油源。通过查资料，得知叶片泵的额定压力是16Mpa，中压，排量1350mL/r，最高转速5004000r/min，最大功率320kW，容积效率8094%，总效率7590%，适用黏度20200mm2/s，自吸能力好，功率质量比大，输出压力脉动小，污染敏感度大，叶片磨损后效率下降较小，黏度对效率的影响较小，噪声小中，价格中，适用于机床、液压机、注塑机、工程机械、飞机及要求噪声较低的场合。4.4.1液压泵的最大工作压力液压泵的最大工作压力pp取决于执行元件（液压缸或液压马达）的最大工作压力，即ppp1+(4.1)式中p1液压缸或液压马达的最大工作压力，16MPa；系统进油路上的总压力损失系统管路未曾确定前，可按经验进行估取，简单系统取=（0.20.5）106Pa，复杂系统取=（0.51.5）106Pa，该系统中取为0.5106Pa。故可知pp16106+0.5106=16.5106Pa，即液压泵的最大工作压力为17Mpa。4.4.2计算液压泵的最大流量主液压缸的最大流量qP（m3/s）取决于系统所需流量qv对于采用差动缸回路的系统，液压泵的最大流量为qPqv=K(A1-A2)vmax(4.2)式中A1、A2液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积，m3；vmax液压缸的最大移动速度，m/s；K系统的泄漏系数，一般取1.11.3（大流量取小值，小流量取大值）。假设矫直机每分钟循环次数为86次，液压缸循环一次约为0.7s，初选液压缸前进和后退的时间相同，故每次前进或者后退的时间约为0.175s。故由公式可知(4.3)=(4.4)可知=0.175m/s可知液压缸的最大移动速度为0.175m/s。液压缸的工作行程根据公式S=0.15m(4.5)故液压泵的最大流量液压缸qv=K(A1-A2)=1.1m3/s取液压泵的最大流量为1204.4.3选择液压泵的规格按照液压系统图中拟订的液压泵的型式及上述计算得到的pp和qP值，由产品样本或手册选取相应的液压泵规格。为了保证系统不致因过渡过程中过高的动态压力作用被破坏，液压泵应有一定的压力储备量，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%60%（高压系统取小值，中低压系统取大值）。关于泵的流量，在实际选择中，由于产品样本上通常给出泵的排量、转速范围及典型转速下不同压力下的输出流量，故在系统所需流量qv已知的情况下，泵的流量（L/min）、转速n(r/min)与排量V（mL/r）应综合考虑。事实上，由于泵的输出流量qP为=10-3v(4.6)式中v泵的容积效率，%；所以，一般首先根据系统所需流量qv（L/min）和初选的液压泵转速n1(r/min)及泵的容积效率v（可从产品样本查得或估取为v=0.9）计算泵排量参考值，即Vg=(4.7)然后再倒算（复算）出泵的实际流量即可，对于定量泵，最终选择的泵流量尽可能与系统所需流量相符合。根据上述计算公式，可知Vg=mL/r泵的输出流量=20m根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最后确定选取YB-25型单级叶片泵。4.4.4计算液压泵的驱动功率并选择原动机a.驱动功率的计算若工作循环中，泵的压力和流量比较恒定（即工况图上p-t曲线和q-t曲线变化较为平稳），则液压泵驱动功率应按下式计算（W）(4.8)式中为液压泵的最大工作压力（Pa）和最大流量（m/s）；为液压泵的总效率，取80%。=b.电动机的选择固定设备的液压系统，其液压泵通常用电动机驱动。根据上述计算出的功率和液压泵的转速及其使用环境，从产品样本或手册中选定其型号规格额定功率、转速、电源、结构型式（立式、卧式，开式、封闭式等），并对其进行超载能力核算，以保证每个工作阶段电动机的峰值超载量都低于25%50%。根据液压传动系统设计与使用的参数信息，选择同步转速为3000r/min的Y225M-2三相异步电动机。满载转速为2970r/min，额定功率为45kW，额定转矩为2.2Nm。4.5其他液压元件的选择4.5.1液压阀及过滤器的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。矫直机系统中，所有液压阀的额定压力都为，额定流量根据各阀通过的流量，所有元件的规格型号列于下表中。过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表中序号与系统原理图中的序号一致。表4.2液压元件明细表序号元件名称最大通过流量/L型号1片叶片泵120YB252溢流阀4Y-10B3压力表K-6B4溢流阀4Y-10B5溢流阀4Y-10B6单向阀20I-25B7三位四通换向阀3235-63BY8压力继电器9二位二通换向阀324.5.2油管的选择方案一：在液压、气压传动及润滑的管道中常用的管子有钢管、铜管、胶管等，钢管能承受较高的压力，价廉，但安装时的弯曲半径不能太小，多用在装配位置比较方便的地方。这里作者们采用钢管连接。管道内径计算(5.9)式中Q通过管道内的流量v管道内允许流速允许流速推荐值表5.3允许流速推荐值油液流经的管道推荐流速m/s液压泵吸油管道0.51.5，一般取1以下液压系统压油管道36，压力高，管道粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6取=0.8m/s，=4m/s,=2m/s.分别应用上述公式得=20.2mm,=10.7mm,=15.2mm。根据内径按标准系列选取相应的管子。按表37-9-1经过圆整后分别选取=20mm，=10.7mm,=15mm。对应管子壁厚。方案二：根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达240L/min。综上所述，液压缸进、出油管直径d按产品样本，选用内径为15mm，外径为19mm的10号冷拔钢管（YB231-70）。4.5.3油箱及其辅件的确定油箱在液压系统中除了储存油液外，还起着散发油液中的热量（在周围环境温度较低的情况下则是保持油液中热量）、分离油液中的气泡、沉淀固体杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如空气滤清器及液位计等。设计油箱时应考虑如下几点：a.油箱必须有足够大的容积。以满足散热要求，停车时能容纳液压系统中所有的油；而工作时又保持适当的油位要求等。b.吸油管及回油管应插入最低油位以下。以防止