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北 京 石 油 化 工 学 院毕 业 设 计 （论 文） 任 务 书学院（系、部） 机械学院 专业 机械工程及自动化 班级 机112 学生姓名 闫启亮 指导教师/职称 高辉/讲师 1.毕业设计（论文）题目海底管道金刚石绳锯切割系统设计2.任务起止日期： 2015 年 2 月 21 日 至 2015年 5 月 27 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含课题简介、任务与要求、预期培养目标、原始数据及应提交的成果）（1）课题简介我国在南海海域拥有近10个油气田群，近年来不仅油气田开发数量不断增长，而且开采深度也在不断加深。例如：西江油田平均水深100米、惠州油田群平均水深98116米、流花油田平均水深305米、陆丰221油田平均水深332米、番禺51油田平均水深110米、崖城131气田平均水深100米、文昌131油田平均水深117米。另外，从投产时间上来看绝大多数油田服役期限已达到10年以上，有的甚至超过20年。例如：涠洲103油田1986年08月投产、惠州211油田1990年9月投产、陆丰131油田1993年10月投产、崖城131气田1995年10月投产。不论从油田数量还是从服役年限来看，可以预计在未来几年中，水下钢结构物（包括：采用平台、FPSO、海底管道、吸力锚等）和海底管道维修工作量必将大幅攀升。因此，研究一套用于海底管道切割的金刚石绳锯切割系统具有重要意义。通过本课题的研究，力争使学生掌握基本的设计方法和技巧，提高知识的综合运用的能力。（2）任务与要求1) 查阅相关国内外文献资料2) 总体方案设计3) 液压系统计算及元件选型4) 液压系统计算机仿真5) 控制系统设计（3）预期培养目标通过该毕业设计，使学生将所学的知识系统化，并得到扩展和补充，将理论与实践相结合使其学会独立解决实际工程技术问题的初步技巧，掌握基本的文献检索方法，至少熟练掌握fluid-sim、protel及SolidWorks、UG、PROE等三维绘图软件中的一种，提高综合运用所学知识独立解决问题的能力，为将来的工作打下坚实的基础。（4）原始数据1) 管道直径30寸2) 最大切割速度30mm/min3) 液压系统最高工作压力21.5MPa（5）应提交的成果1) 外文资料翻译2) 设计计算过程报告3) 液压系统设计图及仿真动画4) 控制系统原理图5) 开题报告6) 毕业论文7) 工作日记4.主要参考文献1) 机械设计基础课程设计 赵卫军主编 科学出版社2) 液压元件及选用 王守城, 段俊勇主编 化学工业出版社 3) 液压系统原理图分析技巧 李松晶，丛大成，姜洪洲编著 化学工业出版社5.进度计划及指导安排周次设计任务及要求1完成课题相关文献检索2完成并提交外文资料翻译3阅读所有文件并完成文献综述4完成总体方案设计、开题报告，进行开题报告答辩5机械系统设计6零部件及装配体的二维图绘制7液压系统设计8液压系统计算机仿真9液压系统原理图绘制10电控系统设计11电控系统设计12电控系统原理图绘制13书写毕业论文14预答辩；所有毕业设计资料的修改、整理及定稿打印任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（系、部）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 北京石油化工学院教务处制表 2004年12月密密 级级公开公开学学 号号090545 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 水下海底管道金刚石水下海底管道金刚石绳锯切割机设计绳锯切割机设计 院院（系系、部部）：机械工程学院机械工程学院姓姓 名：名：年年 级：级：专专 业：业：机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化指指导导教教师师：教教师师职职称称：水下海底管道金刚石绳锯切割机设计22015 年 6 月 16 日水下海底管道金刚石绳锯切割机设计北京石油化工学院学位论文电子版授权使用协议论文水下海底管道金刚石绳锯切割机设计系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。院系名称： 作者签名： 学 号： 年 月 日水下海底管道金刚石绳锯切割机设计III北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院毕毕 业业 设设 计计 （论（论 文）文） 任任 务务 书书学院（系、部） 机械学院 专业 机械工程及自动化 班级 机112 学生姓名 闫启亮 指导教师/职称 高辉/讲师 1.毕业设计（论文）题目海底管道金刚石绳锯切割系统设计海底管道金刚石绳锯切割系统设计2.任务起止日期： 2015 年 2 月 21 日 至 2015 年 5 月 27 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含课题简介、任务与要求、预期培养目标、原始数据及应提交的成果）（1 1）课题简介）课题简介我国在南海海域拥有近 10 个油气田群，近年来不仅油气田开发数量不断增长，而且开采深度也在不断加深。例如：西江油田平均水深 100 米、惠州油田群平均水深 98116 米、流花油田平均水深 305 米、陆丰 221 油田平均水深 332 米、番禺 51 油田平均水深 110米、崖城 131 气田平均水深 100 米、文昌 131 油田平均水深 117 米。另外，从投产时间上来看绝大多数油田服役期限已达到 10 年以上，有的甚至超过 20 年。例如：涠洲103 油田 1986 年 08 月投产、惠州 211 油田 1990 年 9 月投产、陆丰 131 油田 1993年 10 月投产、崖城 131 气田 1995 年 10 月投产。不论从油田数量还是从服役年限来看，可以预计在未来几年中，水下钢结构物（包括：采用平台、FPSO、海底管道、吸力锚等）和海底管道维修工作量必将大幅攀升。因此，研究一套用于海底管道切割的金刚石绳锯切割系统具有重要意义。通过本课题的研究，力争使学生掌握基本的设计方法和技巧，提高知识的综合运用的能力。（2 2）任务与要求）任务与要求1)查阅相关国内外文献资料2)总体方案设计3)液压系统计算及元件选型4)液压系统计算机仿真5)控制系统设计（3 3）预期培养目标）预期培养目标通过该毕业设计，使学生将所学的知识系统化，并得到扩展和补充，将理论与实践相结合使其学会独立解决实际工程技术问题的初步技巧，掌握基本的文献检索方法，至少熟练掌握fluid-sim、protel及SolidWorks、UG、PROE等三维绘图软件中的一种，提高综合运用所学知识独立解决问题的能力，为将来的工作打下坚实的基础。水下海底管道金刚石绳锯切割机设计I（4 4）原始数据）原始数据1)管道直径 30 寸2)最大切割速度 30mm/min3)液压系统最高工作压力 21.5MPa（5 5）应提交的成果）应提交的成果1)外文资料翻译2)设计计算过程报告3)液压系统设计图及仿真动画4)控制系统原理图5)开题报告6)毕业论文7)工作日记4.主要参考文献1)机械设计基础课程设计 赵卫军主编 科学出版社2)液压元件及选用 王守城, 段俊勇主编 化学工业出版社 3)液压系统原理图分析技巧 李松晶，丛大成，姜洪洲编著 化学工业出版社5.进度计划及指导安排周次周次设计任务及要求设计任务及要求1完成课题相关文献检索2完成并提交外文资料翻译3阅读所有文件并完成文献综述4完成总体方案设计、开题报告，进行开题报告答辩5机械系统设计6零部件及装配体的二维图绘制7液压系统设计8液压系统计算机仿真9液压系统原理图绘制10电控系统设计11电控系统设计12电控系统原理图绘制13书写毕业论文14预答辩；所有毕业设计资料的修改、整理及定稿打印水下海底管道金刚石绳锯切割机设计II任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（系、部）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 水下海底管道金刚石绳锯切割机设计III摘摘 要要随着科技步伐的加快，液压技术在各个领域中得到了广泛应用，液压系统已成为主机设备中最关键的部分之一。但是，由于设计、制造、安装、使用和维护等方面的因素，影响了液压系统的正常运行。因此，了解系统工作原理，懂得一些设计、制造、安装、使用和维护等方面的知识，是保证液压系统能正常运行并极大发挥液压技术优势的先决条件。本文主要研究的是液压传动系统，液压传动系统的设计需要与主机的总体设计同时进行。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。本文介绍了国内外水下作业工具、水下作业系统、常用的水下切割方法和管道切割的发展现状，归纳和总结了国内外金刚石绳锯机的发展状况，提出了水下海底管道金刚石绳锯切割机进行海底油气管道切割的思路,设计出绳锯机的液压传动控制系统，并对动力源的主要技术参数进行了计算和校核。本论文主要完成了如下工作：1、 完成了水下海底管道金刚石绳锯切割机机方案确定与分析设计。2、 完成了水下海底管道金刚石绳锯切割机液压系统的设计。3、 完成了绳锯机的液压系统动力源，计算了液压执行元件的主要参数，并对绳锯机的夹紧装置、张紧装置、进给装置进行了设计。4、 设计出水下海底管道金刚石绳锯切割机液压系统原理图，并对液压动力源的主要技术参数进行了计算和检验，选择了液压泵、电机、控制阀等元件。5、 完成了水下海底管道金刚石绳锯切割机专用液压系统设计。关键词关键词：水下海底管道金刚石绳锯切割机，金刚石绳锯切割机，设计水下海底管道金刚石绳锯切割机设计IIIAbstractWith the development of the technology, hydraulic technology has been widely used in various fields, and hydraulic system has become one of the most important parts of the host equipment. However, due to the design, manufacture, installation, use and maintenance of factors, the impact of the normal operation of the hydraulic system. Therefore, to understand the working principle of the system, to understand some of the design, manufacture, installation, use and maintenance of knowledge is a hydraulic system to ensure normal operation and great play a prerequisite for hydraulic technology advantage.This paper mainly studies the hydraulic transmission system, the design of hydraulic drive system and the overall design of the host. Design, we must proceed from the actual situation, and organically combined with various forms of transmission, give full play to the advantages of hydraulic transmission, strive to design a simple structure, reliable work, low cost, high efficiency, simple operation, convenient maintenance hydraulic transmission system.Is introduced in this paper the development status of the at home and abroad work tools, underwater operation system, common water cutting method and cutting the pipe, and sums up the developing situation at home and abroad of diamond wire saw, put forward the idea of underwater submarine pipeline diamond wire saw cutting machine for cutting the seabed oil-gas pipeline design wire saw machine hydraulic drive and control system, and main technical parameters of the power is calculated and checked. This thesis mainly completes the following work:1, the underwater submarine pipeline diamond wire saw cutting machine plan and analysis design.2. The hydraulic system design of the diamond wire saw cutting machine for underwater submarine pipeline is accomplished.3, the power source of the hydraulic system of the rope saw is finished, and the main parameters of the hydraulic execution element are calculated, and the clamp device, the tensioning device and the feeding device of the rope saw machine are designed.4, design of underwater submarine pipeline diamond wire saw cutting machine hydraulic system principle diagram, and calculating and checking the main technical 水下海底管道金刚石绳锯切割机设计Iparameters of the hydraulic power source, choose the hydraulic pump, motor, control valves and other components.5. The design of the special hydraulic system for the diamond wire saw cutting machine of underwater submarine pipeline is accomplished.Key word:underwater submarine pipeline diamond wire saw cutting machine, diamond wire saw cutting machine, design水下海底管道金刚石绳锯切割机设计III目目 录录摘摘 要要.IABSTRACT.VI第第 1 章章 概述概述.11.1 课题的来源、目的和意义.11.1.1 水下金刚石绳锯切割技术的国内发展.11.1.2 水下金刚石绳锯切割技术的国外发展.21.1.3国外水下金刚石绳锯机作业技术方案分析.11.2 本文的主要研究的内容.21.3 液压传动特点.4第第 2 章章 水下海底管道金刚石绳锯切割总体方案设计水下海底管道金刚石绳锯切割总体方案设计.72.1 课题简介及任务要求.72.2 金刚石绳锯机的基本组成及工作原理.72.3 进给传动丝杆螺母副的计算和造型.92.3.1 液压系统设计要求及流程.112.3.2 工作原理.12第第 3 章章 液压系统设计液压系统设计.133.1 液压执行元件的配置.133.2 夹紧装置液压缸的主要结参数.133.3 活塞杆强度计算.143.4 液压缸活塞的推力及拉力计算.153.5 活塞杆最大容许行程.163.6 液压缸内径及壁厚的确定.173.7 主动轮驱动液压马达的计算与选择.173.8 液压泵及其驱动电动机的选择.193.8.1 液压泵的最大工作压力.203.8.2 计算液压泵的最大流量.203.8.3 选择液压泵的规格.213.8.4 计算液压泵的驱动功率并选择原动机.223.9 其他液压元件的选择.233.9.1 液压阀及过滤器的选择.233.9.2 油管的选择.243.9.3 油箱及其辅件的确定.253.10 液压系统压力损失验算.26第第 4 章章 实验台面板的结构与设计实验台面板的结构与设计.284.1 实验台面板的结构.284.2 实验台面板的设计.284.2.1 分析液压系统，确定实验台面板结构.284.2.2 液压元件的布局.284.2.3 确定油孔的位置与尺寸.28水下海底管道金刚石绳锯切割机设计I4.2.4 绘制实验台面板零件图.29第第 5 章章 液压站设计与维护保养液压站设计与维护保养.305.1 油箱的设计.305.2 液压站结构.335.3 液压站的组装.345.4 液压站注意事项.35第第 6 章章 管路的设计管路的设计.356.1 管路的选择与布置.366.2 管路的连接.366.2.1 焊接式管接头.366.2.2 卡套式管接头.366.2.3 扩口式管接头.366.2.4 选择管路连接方式.37第第 7 章章 液压站的组装调试、使用维护液压站的组装调试、使用维护.387.1 液压站的组装.387.2 液压元件和管道安装.387.3 液压站的使用与检查.397.3.1 使用的一般注意事项.397.3.2 检查.39第第 8 章章 经济技术分析经济技术分析.40参考文献参考文献.43总总 结结.44致致 谢谢.45声声 明明.47水下海底管道金刚石绳锯切割机设计0第第 1 1 章章 概述概述1.1 课题的来源、目的和意义海洋石油开发企业正在策划这项庞大的工程，包括相关技术和工程的研究。海底管道维修作业系统这一重大课题研制成功，不仅能提高海上石油平台维修和拆除的效率，降低拆除的费用，使有用材料的回收、再利用。同时还能使我国在相关领域的科技水平得到提高，避免受国外公司技术保密的限制。在该项课题研发成功和该设备建成并投入使用之后，可以形成对水深60米以浅的、直径为4护石油平台导管架的快速拆除能力。实现由国内工程公司完成石油平台的拆除工作，达到缩短周期，降低作业成本，减少国家和企业的损失，保护海洋环境，不妨碍其它海洋资源开发的目的。20余年时间我国也树起了近百座平台。这些海中建筑为人类带来了滚滚能源和财富，也在一定程度上改变、破坏了海洋环境。随着资源的枯竭，平台也就完成了它的使命，如何处置这些海上怪物，就提到油田开发者面前。根据国际公约、国际惯例和国内有关法律、法规要求，为保护海洋环境和不妨碍对其它海洋资源的开发，海上构筑物退役后，如无其它用途，通常应予以拆除或部分拆除。我国海上油气田寿命一般约为1020 年。根据国内有关研究部门预测，到2016年，现已投产的海上油气生产设施中的60%70%，将陆续退役并进行废弃处置，而2006年左右则是我国海上采油平台拆除的第一个高峰期2-3。1.1.1 水下金刚石绳锯切割技术的国内发展 国内绳锯产业发展较晚，比起国外存在一大段差锯。一方面是市场需求。国内绳锯机主要还是应用在石材开采加工领域，而建筑领域处于刚起步阶段，海洋开发领域尚未有太大成绩。另一方面，国内串珠绳产品的质量很低。仅有少数几个厂家研发出适合大理石开采电镀金刚石串珠绳，且切削效率远低于进口产品，仅仅占有价格优势。金刚石绳锯机的广泛应用与强大的生命力,主要是由于它在制造、性能和使用上具有一系列优越性,目前已经显示出它的广阔发展前景,很值得瞩目,金刚石绳锯机正向着切割控制计算机化、高效重型切割、海底切割等方面发展5。水下海底管道金刚石绳锯切割机设计11.1.2 水下金刚石绳锯切割技术的国外发展 20 世纪 80 年代末,金刚石绳锯开始用于切削钢材,最初用绳锯切削的钢件是钢管。当时有少数公司开始了用金刚石绳锯切割钢质材料的试验。刚开始绳锯加工仅限于小规格碳钢型材(如管材),后来应用于维修海底构件和核电站部件,如热交换器和集束管。英国的 TECNOSPAMEC 公司在 1991 年研制出了用于切割海底油气管道金刚石绳锯切割系统，对于使用特殊设计的金刚石绳锯机进行水下结构切割来讲，它是一种高效的切割系统和方法5。这个系统在一次操作中能够切割任何金属和非金属(聚氨酯保温层、钢筋混凝土、聚乙烯涂层等)，也包括切削各种合成物质，由于它出色的质量和极为卓越的价格竞争优势而广泛的用于切除各种海上结构。它与弓型锯相比较，金刚石绳锯的切割速度快，与爆炸方法相比较，它切割过程清洁，并且对操作人员和环境不会产生危害6。1 海底 2 张紧液压缸 3 切割框架动轮 4 驱动 5 进给液压缸6 夹紧框架 7 串珠绳 8 夹紧液压缸 9 导向轮 10 输油管图 1-1 TECNOSPAMEC 公司的 TL 2A 10 型金刚石绳锯机图 1-1 为英国 TECNOSPAMEC 公司 TL2A 10 型金刚石绳锯机，它结构简单，全液压驱动机构、进给机构、张紧机构和夹紧机构等组成。可直接在水下进行海底管道的切割9。绳锯机通过夹紧机构中两个夹紧液压缸分别推动夹紧瓣实施在管道上夹紧和松开；驱动轮由液压马达驱动，为串珠绳的循环运动提供动力；利用张紧液压缸保证串珠绳在工作过程中的张紧力；两端铰链的进给液压缸使切割框架绕驱动轮轴完成旋转运动，实现串珠绳的径向进给运动。采用液压驱动、控制，可以宜接在水下完成海底油气管道的切割作业。绳锯机所有的水下海底管道金刚石绳锯切割机设计2动作都是受海面上的操作人员监控。TL 2A 10 型绳锯机的性能指标见表 11。 表 11 TL 2A 10 型金刚石绳锯机主要性能指标1 进给操作手柄 2 串珠绳 3 导向轮 4 海管 5 导向部分6 夹紧液压缸 7 切割框架 8 夹紧爪 9 驱动轮 lO 液压马达图 1-2 挪威 Global Tool Management 的金刚石绳锯机工作原理图 图 1-2 为挪威的 Global Tool Management 生产的金刚石绳锯机。不但结构紧凑，而且适用管道的管径较大。绳锯机也同样包括驱动机构、进给机构、张紧机构和夹紧机构等部分。采用单个液压缸实现联动夹紧的方式，使液压系统相对简单：利用两个液压马达带动两个驱动轮转动，可以提供较大的切削力；径向采用手动或 ROV 操作的方式实现进给8,9。当金刚石绳锯机在水下工作时,可能会有安装、恢复、配置、校验的操作,如果采用ROV 协助的方法,就能使这个系统可以更好地完成它的任务。这种金刚石绳锯机的部件都由轻质材料制成,并且操作方便。绳锯机安装就位后,切割工作从海面进行控制,机器的动力来自于海面上或水下的液压动力源。因此,这个系统对于在海面上调整最适宜的绳速、进给速度、工作压力的操作者来讲是绝对安全的。整个切割的进程是 ROV、受仪器或潜水员携带的摄像机进行监视10。 金刚石绳锯水下切割最引人瞩目的有两次，一个是在 2000 年 8 月,俄罗斯的核潜艇“KURSK”号，另一个为 2003 年 7 月英吉利海峡“TRICOLOR”货船打捞过程中分离切割。绳锯切割方法的优点是精度高、效率高,并且降低了 30%的工程时间,节约了工程费用。该切割设备重量轻、结构紧凑、易于运输,施工设备要求也比较低,可自下而上或自上而下进行沉船切割,并可在沉船的非破损部水下海底管道金刚石绳锯切割机设计3位开始切割7,11。2000 年 8 月俄罗斯的核潜艇“KURSK”号在巴伦支海沉没,在之后的打捞过程中,库尔斯克号的艇身和艇首的分割工作就是利用金刚石绳锯来完成的。这项技术在首次成功运用于“KURSK”号核潜艇打捞后,又在“TRICOLOR”号沉船打捞中发挥了重要作用。2003 年 7 月在英吉利海峡同样的方法打捞 TRICOLOR 号货船,“TRICOLOR”号货船打捞行动是历史上最大的一次清航打捞行动。图 1-3 为金刚石绳锯切割“TRICOLOR”号的试验工作图。 图 1-3 绳锯切割“TRICOLOR”号试验目前在国外的一些公司中，有不少海底的金刚石绳锯机的样式。在 Wachs Subsea 的网站中有很多不同型号的绳锯机，它的海底产品水下切割技术简化视图如下所示：水下海底管道金刚石绳锯切割机设计4图 1-4 水下切割技术简视图如图 1-4 为海下金刚石绳锯机的简化图顶部为液压控制系统，往下一次为软管、控制室、软管轴。再有此向下进行延伸分别为绳锯机、往复式样、磨粉机、分离的框架和钻头组成。详细的各个部位见下图： 图 1-5 绳锯机 图 1-6 张紧轮水下海底管道金刚石绳锯切割机设计5 图 1-7 夹紧装置 图 1-8 金刚石绳上四幅图为水下金刚石绳锯机的详细照片，图 1-5 为可自我调节自动进给系统和液压动力的绳锯机得整体设计；图 1-6 是切割的导向轮，它可以自动进给系统自动控制钢丝绳的张力，进给量自动匹配切割速度；图 1-7 为完全可调功率的夹持系统的液压驱动臂；图 1-8 是金刚石绳它可以快速干净的切削不同材料、厚度的管道结构。 图 1-9 为金刚石绳锯混合材料和多串套管的理想且这部金刚石绳锯是一个自我调节的自动进给系统控制线张力、自动匹配的机器。实物图见图 1-10 和1-11：图 1-9 绳锯机串管模型水下海底管道金刚石绳锯切割机设计6图 1-10 陆地上要下水的绳锯机0 图 1-11 绳锯机下水和对应的不同的管径型号 这种水下金刚石绳锯机具有以下特点：易于更换使用长久的金刚石绳锯组件拥有耐腐蚀的阳极保护可任意安装在垂直、水平之间的位置液压手臂同步的方形安全夹拥有自动过载系统保护的离合器外径(dn100-2100)1.1.3国外水下金刚石绳锯机作业技术方案分析 通过对国外海底油气管道切割用金刚石绳锯机工作原理的分析,可以得出以下基本设计方案:(1)金刚石绳锯机动力源应该采用全液压驱动的方式。因为在水下工作时,大功率的水密电机将会使机体的体积和质量都大幅增加,给潜水员的水下协助操作带来不便,此外,在水下采用液压控制更加安全、可靠。(2)金刚石绳锯机在进行海底油气管道切割时,由于海底特殊的泥土环境,使机体的固定方式不能采用普通的基座固定形式。如果将绳锯机基座设计成可适应一定直径管道的、可实施夹持动作的结构形式,将其夹持在待切割管道的指定位置,既可以起到机体固定的作用,又兼具有保持机体在进行工件切削作业时切口位置的准确性,即使海管发生移动现象,机体与海管的相对位置仍然会保持不变,保证作业的可靠性和稳定性。(3)金刚石绳锯机的核心部分切割装置,其结构复杂,所需动力源功率较大,其中主动轮需要完成高速的旋转动作,同时液压张紧机构与径向进给机构需要协调配合,保证合适的张紧力和进给速度。(4)金刚石绳锯机所需的液压动力源可以设置在工作母船上、ROV 中或使用水下液压动力源。设置在工作母船上的液压动力源可采用电力、气源或柴油机驱动的方式,设计结构相对简单,但绳锯机作业深度增加时,管路损耗将增大;如果将液压动力源设置在 ROV 中,其设计结构简单,管路损耗也会减小,但从国内现有条件来看这种油源提供方式还是很难实现的;水下液压油源体积相对较大,设计结构复杂,密封问题较难解决。(5)金刚石绳锯机的操作主要由潜水员直接操作、辅助操作和 ROV 机械手操作等方式。潜水员直接操作的金刚石绳锯机属于手动操作的形式,其结构简单,水下海底管道金刚石绳锯切割机设计1体积小,径向进给依靠操作者的经验来完成,整个作业过程都需要潜水员的参与,当工作过程中出现断绳时,可能会给潜水员带来危险,因此必须事先做好防护工作。潜水员辅助操作的金刚石绳锯机,基本属于自动作业的形式,首先潜水员使绳锯机夹紧装置的 V 型定位结构与待切割管道的指定位置相接触,然后执行夹紧动作将机体固定在油气管道上,潜水员离开,绳锯机按照预先设置好的张紧力和切削指标进行作业,作业过程受工作母船上的工作人员监控,作业灵活性大,可以在浑浊的水质中工作;此外,还可以避免潜水员工作中的危险,减轻他们的劳动强度。ROV 机械手的形式可以更大程度地使潜水员从恶劣的环境中解放出来,绳锯机由机械手操作,但是,这种操作方式需要很高的技术条件和大量的人力、物力和财力投入,实现的难度较大,应该属于远期发展的目标。 1.2 本文的主要研究的内容1 收集阅读国内外关于绳锯机研发资料，根据设计任务和目标提出关于水下金刚石锯绳实验台的整体结构设计方案并进行论证。2 金刚石绳锯机的总体设计结构3 进行水下金刚石绳锯机液压控制系统的研究,对液压传动系统进行设计,将电液比例流量阀引入液压控制系统,建立液压电液比例流量阀控马达速度控制系统模型,对其主要性能进行仿真分析。4 研究金刚石绳锯机的控制和监测系统,用于对水下金刚石绳锯机工作状态的实时监测,从而便于闭环控制系统的研制。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。液压传动装置主要由以下四部分组成：1）能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。2）执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。3)制调节装置对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。水下海底管道金刚石绳锯切割机设计24)辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。它们对保证系统正常工作也有重要作用。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） ，长锯离传动时更是如此。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。水下海底管道金刚石绳锯切割机设计36）液压传动出现故障时不易找出原因。总的说来，液压传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。1.3 液压传动特点液压传动有机械传动和电力拖动系统无法比拟的优点技术无法比拟的优点。液压元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中个部分用管道连接，布局安装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。液压传动系统可以在运行过程中实现大范围的无级调速。另外液压传动传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向。除此以外，液压传动系统操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程锯离控制、过载保护。与电气控制、电子控制相结合，易于实现自动工作循环和自动过载保护。 而且液压元件属机械工业基础件，标准化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。本世纪的 60 年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术（微电子技术）等的发展再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各方面都得到了应用。液压传动在某些领域内甚至已占有压倒性的优势，例如，国外今日生产的 95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。因此采用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。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。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水下海底管道金刚石绳锯切割机设计4平。液压传动突出的优点还有单位质量输出功率大，以空气为工作介质，处理方便，无介质费用、泄露污染环境、介质变质及补充等问题。由于液压传动是封闭的，多数情况下其元件均可由传动液压自行润滑，因此磨损很小。液压元件体积小、重量轻、标准化程度高，便于集中大批量生产，加上近年发展起来的叠装、插装技术，装配也很容易，因此造价低，比起其他机械传动，液压传动常为一种最为经济的选择。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。如果将换向阀手柄方向转换成往外的状态下，则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔，推动活塞和工作台向左移动，并使液压缸左腔的油经换向阀和回油管排回油管。工作台的移动速度是由节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。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。液压传动是由 17 世纪帕斯卡提出的静压传递原理、18 世纪末英国制造出世界上第一台水压机开始发展起来的，但液压传动在工业上被广泛采用和有较大幅度的发展却是本世纪中期以后的事情，特别是被 20 世纪第二次世界大战期间战争的激励，取得了很大进展，整体上经历了开关控制，伺服控制，比例控制 3 个阶段。比例控制技术是 20 世纪 60 年代末人们开发的一种可靠，廉价，水下海底管道金刚石绳锯切割机设计5控制精度和响应特性，均能满足工业控制系统实际需要的控制系统。当时，点液伺服技术已日益完善，但电液伺服阀成本高，应用和维护条件苛刻，难以被工业界接受。希望有一种廉价，控制精度能满足需要的控制技术去替代，这种需求背景导致了比例技术的诞生和发展。随着液压机械自动化程度的不断提高，液压元件应用数量急剧增加，元件小型化、系统集成化是必然的发展趋势。液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照负载的需求进行工作。电液比例阀是比例控制系统中的主要功率放大元件，它可以根据输入的电信号大小连续地成比例地对液压系统的参量实现远锯离控制、计算机控制，与伺服控制系统中的伺服阀相比，在某些方面还有一定的性能差锯，但它显著的优点是抗污染能力强，大大地减少可由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性；另一方面比例阀的成本比伺服阀低，结构也简单，已或得了广泛的运用。比例阀按主要功能分类，分为压力控制阀，流量控制阀和方向控制阀三大类，每一类又可以分为直接控制和先导控制两种结构形式，直接控制用的小流量小功率系统中，先导控制 用的大流量大功率系统中。这些年来国内在液压件清洗设备的研制和生产方面发展很快，但使用经验表明，还存在一些需要进一步改进和完善的问题。首先是通用清洗设备的适用性问题。对于一些结构复杂和具有内部油路的零部件，采用通用清洗设备往往效果不理想，内部残留的污染物很难冲洗出来，因而应考虑选用或设计专用的清洗设备。其次是关于清洗液的洁净性问题。零件清洗过程中清洗液应保持一定的清洗度，这对于零件装配前的精密清洗尤为重要。目前国内清洗设备较普遍地存在过滤装置不够完善的问题，过滤精度低，纳垢容量小，不能有效的滤除从零件冲洗出来的颗粒污染物。有的清洗设备甚至没有过滤设备，而是定期对清洗设备的清洗液进行过滤净化。这样，在清洗的初期清洁度可能符合要求，但清洗到后期，由于污染物积累清洗液污染越来越严重，不仅达不到清洗的目的，反而污染了零件。因此，清洗设备必须装社具有足够高的过滤精度和纳垢容量的过滤器。采用可清洗滤芯和增加外过滤系统，可提高过滤净化能力并节约费用。设计的主要内容包括：液压总装图，非标准零件的设计，液压缸的设计，电机及泵、阀、管件的选择使用等等。为了使设计更趋于合理化、标注化、绝大多数零件都按照国家标注进行。水下海底管道金刚石绳锯切割机设计67第第 2 章章 水下海底管道金刚石绳锯切割水下海底管道金刚石绳锯切割总体方案设计总体方案设计2.1 课题简介及任务要求我国在南海海域拥有近 10 个油气田群，近年来不仅油气田开发数量不断增长，而且开采深度也在不断加深。例如：西江油田平均水深 100 米、惠州油田群平均水深 98116 米、流花油田平均水深 305 米、陆丰 221 油田平均水深332 米、番禺 51 油田平均水深 110 米、崖城 131 气田平均水深 100 米、文昌 131 油田平均水深 117 米。另外，从投产时间上来看绝大多数油田服役期限已达到 10 年以上，有的甚至超过 20 年。例如：涠洲 103 油田 1986 年 08月投产、惠州 211 油田 1990 年 9 月投产、陆丰 131 油田 1993 年 10 月投产、崖城 131 气田 1995 年 10 月投产。不论从油田数量还是从服役年限来看，可以预计在未来几年中，水下钢结构物（包括：采用平台、FPSO、海底管道、吸力锚等）和海底管道维修工作量必将大幅攀升。因此，研究一套用于海底管道切割的金刚石绳锯切割系统具有重要意义。通过本课题的研究，力争使学生掌握基本的设计方法和技巧，提高知识的综合运用的能力。任务与要求任务与要求6) 查阅相关国内外文献资料7) 总体方案设计8) 液压系统计算及元件选型9) 液压系统计算机仿真10) 控制系统设计原始数据原始数据4) 管道直径 30 寸5) 最大切割速度 30mm/min6) 液压系统最高工作压力 21.5MPa2.2 金刚石绳锯机的基本组成及工作原理金刚石绳锯机进行切割作业时,它的切削“刀具”金刚石串珠绳通常为闭合环状的形式,靠安装在轨道上的或者沿固定轴转动的设备以理想的速度驱动,水下金刚石绳锯机主要由主运动系统、进给系统、金刚石串珠绳、张紧装置、导向机构和控制系统等部件组成9，12。切割海底油气管道或海上石油平台导管架用金刚石绳锯机工作原理简图如图 1-12 所示:工作时,先用夹紧装置将金刚石绳锯机固定在输油管道待切割位置,使油气管道或导管架成为绳锯机的“基座”;4 个导向轮中有一个或两个兼做主动轮,由其中一套驱动装置带动主动轮高速旋转,使张紧的金刚石串珠绳做循环运动,实现其沿管道的切向进给运动;同时另一套驱动装置推动切割装置作直线运动,实现串珠绳相对管道的径向进给运动;张紧装置可以保证金刚石串珠绳在工作过程中始终处于张紧状态,保证切割所需的张紧力;如果绳锯机是在干式环境8中工作,在串珠绳进行切削的工作区附近必须设有冷却系统,以保证串珠绳良好的切削环境和切削状态13，14。图 1-12 绳锯机方案示意简图1 切割框；2 导向滑轮；3 夹紧框；4 绳锯； 水下金刚石串珠绳锯主要由主运动系统(驱动装置)、进给系统(进给装置)、张紧装置、夹紧装置、导向装置、锯弓板框架、切割框架、控制系统、液压动力源系统等组成。如图 1 所示。92.3 进给传动丝杆螺母副的计算和造型(1) 计算进给牵引力纵向进给选为两根导杆滑动导轨。参考表 6.22，6.23 两表机床设计手册.3 查书综合作业指导书P22)(GFfkfFZxm在正常情况下：考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取 K=1.15k滑动导轨磨擦系数 0.150.18f移动部件重量，取=1200NGG=1.15 2648.66+0.16 (4237.85+800)=2175.94(N)(GFfkfFZxm(2) 计算最大动负载 CC=3LwfmFL10660nTn01000Lvs参考机床设计手册.3P185P210 选用滚珠丝杆导轨式中：滚珠丝杆导程。 初选0L06Lmm为最大条件下的进给速度，可取最高进给速度的 1/21/3sv 取3m/minmaxV使用寿命（h） ，对于数控取 =15000h 0T运转系数，按一般运转取 1.21.5（查表 314综合作业指wf导取为 1.2wf寿命以 转为 1 单位L610丝杆转速 r/minn01000Lvns10003500611310606nTL660500 1500010C=19512.57mwFfL3(3) 滚珠丝杆螺母副的选型可采用 WD6008 外循环螺纹调整预紧的双螺母珠丝杆副，1 列 2.5 圈，其额定功动负载为 18200（N） ，精度等级按表综合作业指导书表 3-17 选为 3 级。(4) 传功效率计算：=)tan(/tanrr式中：r螺旋升角，WD6008 r=2530磨擦角取 10 滚动磨擦系数 0.0030.00410953. 0)10253tan()253tan()tan(tan00rr(5) 刚度验算先画出此进给滚珠丝杠支承方式草图如 A 图所示，最大牵引力 2175.94(N)。支承 L=1500mm，丝杆螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷 1/3。 丝杠的拉伸或压缩变形量1查综合作业指导书图 3-4，根据=2175.94(N), mFmmD600查出10-5 可算出65. 0LL=(0.6510-51500)mm=0.97510-2 mm1LL由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杆进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高 4 倍。其实际变形量(mm)为1=1/4=0.97510-2/2=0.24410-2mm11 滚珠与螺纹滚道间接触变形2查综合作业指导书图 3-5，W 系列 1 列 2.5 圈滚珠和螺纹滚道接触变形量Q =6.0mQ因进行预紧 =1/2=1/26.0=3.0m2Q 支承滚珠丝杆轴承的轴向接触变形3采用 D8208 型推力球轴承，=35mm,滚动体直径=6.35mm,滚动体数量1dQdZ=18, mmZdFQmc009056. 01835. 665.329600052. 000052. 0332222注意此公式中单位应为 N因施加预紧力，故 =1/2=1/20.009065=0.004528mm3c根据以上计算 =0.002440.00300.004528=0.009968定位精度321因为查表达 1-1综合作业指导书定位精度为0.01(6) 稳定性校核滚珠丝杆两端采用推力球轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。(7) 纵向滚珠丝杆副几何参数表 3：WD6008 滚珠丝杆副几何参数参数名称符号关系式WD6006公称直径0d60螺导 程0L611接触角2.183钢球直径qd3.969滚道法面半径RdR52. 02.064偏心锯esin2pdRe0.0030纹滚道螺纹升角r=rdL00arctan2530外 径d=-(0.20.25) d0dqd59.2内 径1d=221d0deR55.878螺杆接触直径2d=Cos2d0dqd56.034螺纹直径D=22D0deR64.122螺 母内 径1D=(0.20.25) 1D0dqd60.79382.3.1 液压系统设计要求及流程液压的设计一般泛指液压传动系统设计。由于液压传动系统和液压控制系统从结构和工作原理而言，并无本质上的区别。通常所说的液压系统设计，皆指液压传动系统设计。液压系统的设计与主机的设计是紧密联系的，当从必要性、可行性和经济性几方面对机械、电气、液压和气动等传动形式进行全面比较和论证，决定应用液压传动之后，二者往往同时进行。所设计的液压系统首先应满足主机的拖动、循环要求，其次还应符合结构组成简单、体积小重量轻、工作安全可靠、总体看来，液压系统设计的流程是：a.明确系统的设计b.分析系统工况c.确定主要参数d.拟定液压系统原理图e.选择液压元件f.验算液压系统性能g.绘制工作图编织技术文件。课题的基本要求： 查阅 20 篇以上参考文献，设计一液压综合实验台，完成总装图和零部件图，并按规定格式撰写文献综述、开题报告、毕业设计说明书。要求：方案可行，机构合理，经济实用，并满足给定的设计技术条件，实验台能满跑液压基本实验液阻特性实验、液压泵性能实验、节流调带回路性能12实验、溢流阀静/动态性能实验、减压阀静/动态性能实验等。2.3.2 工作原理水下海底管道金刚石绳锯切割机的液压系统的油源为定量液压泵（叶片泵），其最高工作压力由溢流阀设定，二位二通电磁换向阀用于控制液压泵的卸荷和供油。系统的执行器为竖直液压缸和液压缸，其中竖直液压缸和液压缸的运动方向均采用电磁换向阀作为导阀的液控顺序阀控制。竖直液压缸进回油路中并联的顺序阀和单向阀用于该缸差动反馈连接，液控顺序阀在缸差动时关闭回油路，在非差动时，提供回油路。液压缸的回油路上串联的溢流阀起背压作用。系统中压力继电器作为电磁铁通断电的发信装置，控制电磁换向阀的换向动作。压力表及其开关分别用于调整系统最高压力和压力继电器的动作压力时的显示和观测。图 2.2 水下海底管道金刚石绳锯切割机的液压系统原理图13第第 3 章章 液压系统设计液压系统设计水下海底管道金刚石绳锯切割机的制作过程包括：液压缸的结构、装置、机架。并根据系统压力、流量选择了液压阀、电机、泵。本文的设计能够满足水下海底管道金刚石绳锯切割机要求。3.1 液压执行元件的配置由于水下海底管道金刚石绳锯切割机要求布置，行程较小，故选用缸筒固定的单杆活塞杆（取缸的机械效率） 。1.90cm3.2 夹紧装置液压缸的主要结参数因为课题要求液压系统最高工作压力 21.5Mpa，考虑到液压损失等因数，结合常见机床的压力选择要求，初步选择该切割机液压系统的压力为 16Mpa.根据表 2.3 以及液压缸内径尺寸系列与活塞杆直径系列推荐的优选尺寸，选择缸的尺寸。表 2.3 液压缸内径 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/（MPa）d/D磨床及研磨机床0.20.3250.50.58钻、镗、车、铣、床0.7570.620.70其他=%）输出扭矩（N/m）重量（kg）80202560020002500 90 20313.53.8 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、转速大扭矩的回转运动20范围宽径向柱塞泵转速低，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。3.8.1 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)p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p估取，简单系统取=（0.20.5） 106Pa，复杂系统取=（0.51.5）pp106Pa，该系统中取为 0.5 106Pa。p故可知 pp16 106+0.5 106=16.5 106Pa，即液压泵的最大工作压力为17Mpa。3.8.2 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 qv21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） 。由于水下海底管道金刚石绳锯切割机每分钟循环次数为 86 次，故可知两个液压缸循环一次约为 0.7s，初选竖直液压缸和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)mFai=mFai2/181. 980005 .815sm(4.4)atv 可知=0.175m/s smatv/175. 01可知液压缸的最大移动速度为 0.175m/s。maxv液压缸的工作行程根据公式S=0.15m (4.5)221at2175. 0121故液压泵的最大流量 竖直液压缸qv=K(A1-A2)=1.1 m3/s1pqmaxV53.911975.1071.059-56.6122）（ 液压缸 smVAAKqqvp/344.5875.10)4 .326 .63(1 . 1)(3max212取液压泵的最大流量为 120sm /33.8.3 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22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Pq于泵的输出流量 qP为 = 10-3 v(4.6)PqVn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)Vvnq11000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0qp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/rVvnq110009 . 030001000vq27.444.90300053.91191000泵的输出流量min/953.1199 . 0103000427.441033LVnqvp =20m4-10s/3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。3.8.4 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pP （W） (4.8)ppppqpP 23式中 为液压泵的最大工作压力（Pa）和最大流量（m /s） ；为液压PPqp 、3p泵的总效率，取 80%。 =ppppqpP KW.5428 . 0102010174-6b. 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31P3000r/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 2.2N m。3.9 其他液压元件的选择3.9.1 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。水下海底管道金刚石绳锯切割机系统中，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MPa16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/L1min型 号1双叶片叶片泵120YB252溢流阀4Y-10B3、16、18压力表K-6B4溢流阀4Y-10B5、6、7液控顺序阀1.6XY-25B8溢流阀4Y-10B249、10、11液控顺序阀1.6XY-25B12顺序阀1.6XY-25B13单向阀20I-25B14、15三位四通换向阀3235-63BY1D17、19压力继电器BDP63120二位二通换向阀32BHD632213.9.2 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)vQd4式中 Q通过管道内的流量3m / sv管道内允许流速 m / s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v吸v压v回=20.2mm,=10.7mm,=15.2mm。根据内径按标准系列选取相应的管d吸d压d回子。按表 37-9-1 经过圆整后分别选取=20mm，=10.7mm, =15mm。对d吸d压d回应管子壁厚。1 6 . mm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25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（YB 231-70） 。3.9.3 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。以防止吸油管吸入空气；回油管飞溅产生气泡。管口一般与油箱底、箱壁的锯离不小于管径的 3 倍。吸油管应安装 80 或 100m 的网式或线隙式滤油器，安装位置要便于装卸或清洗滤油器。回油管口斜切 45角并面向箱壁，以防回油冲击油箱底部的沉积物。c. 吸油管和回油管的锯离尽可能远一点，中间要设置隔板，使油液在油箱中流动速度缓慢一点，时间长一些，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。d. 为了保持油液清洁，油箱应有密封的顶盖，顶盖上应没有带滤油网的注油口及带空气滤清器的通气孔，注油及通气一般都由一个空气滤清器来完成。为了便于放掉油，油箱底应有一定倾斜度，最低处设放油阀。e. 箱壁上应考虑安装液面指示器、冷却器。加热器及温度计等位置。f.油箱也可以设计成完全密封的充压式油箱，用以改善液压的吸油状况。一般充气压力为 0.070.1MPa。根据以上六点设计要点以及对照本设计的需要，绘制油箱简图如下：262987654311吸 油管 ；2 网式 滤油 器； 3 空气 滤清器 ；4 回油 管；5 油箱 盖；6 油位 指示器 ；7、9 隔板 ；8 放油 塞图 4-5 油箱简图初始设计时，先按经验确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。初始设计时，先按经验公式确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。初设计时，按经验公式(5.10)vaQV 3m式中液压泵每分钟排出压力油的容积 VQ 经验系数,按下表取 =5：aa表 5.4 各系统经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械a12245761210中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的 57 倍，故油箱容积为=5 120=600LvaQV 3.10 液压系统压力损失验算验算的目的在于了解执行元件能否得到所需工作压力。系统进油路上的压力损失由管道的沿程压力损失、局部压力损失两部分组成，即ppp27 =+（Pa） (5.11)pppa. 沿程压力损失沿程压力损失p=（Pa） (5.12)式中 沿程阻力系数，可按液压传动p22vdl系统设计与使用表 2-34 相应的公式进行计算，也可以由图 2-14 查得； 管道长度，m；l 液体密度，；3/mKg 液流平均速度，。vsm/因此由公式可得沿程压力损失 =0.1（Pa）p22.80903002.00222vdl b. 局部压力损失局部压力损失p （Pa）(5.13)22vp式中 局部阻力系数，其具体数值与局部阻力装置的类型和雷诺数有关，通常，当 Re时，；510无关与Re 液体密度，；3/mKg液流平均速度，。vsm/因此由公式可得局部压力损失（Pa）.6122.80222vp28第第 4 章章 实验台面板的结构与设计实验台面板的结构与设计4.1 实验台面板的结构试验台面板是盖在实验台表面的面板。其正面需要直接与各类液压元件相连，背面要求与油管相连。结构以 20mm 的钢板为主，在上面分布的是各种螺孔与通孔，用来安装各个液压元件。试验台面板的安装固定也是重要的。油路板一般采用框架固定，要求安装、维修和检测方便。它可安装固定在机床上或机床附属设备上，但比较方便的是安装在液压站上。本次采用螺栓直接固定在用角钢焊接而成实验台支架上。这种设计装卸方面，符合实验台要求。4.2 实验台面板的设计4.2.1 分析液压系统，确定实验台面板结构本次试验台设计都采用的是用管接头来连接液压阀与管道，选用的是卡套式管接头。这就要求面板的一端连接阀底部有空，另一端设计成螺纹孔以便与管接头相连。本次采用的是 14mm 外径的钢管来作为油管，管接头将采用卡套式直通管接头，然后连接油管。4.2.2 液压元件的布局绘出面板平面尺寸，把制作好的液压元件样板放在面板上进行布局，此时要注意：(1)液压阀阀芯应处于水平位置，防止阀芯自重影响液压阀的灵敏度，特别是换向阀一定要水平布置。(2)与液压油路板上主液压油路相同的液压元件，其相应的油口应尽量要沿同一坐标布置。(3)压力表开关布置在最上方，如果需要在液压元件之间布置，则应留足压力表的安装空间。(4)液压元件之间的锯离应大于 5mm，换向阀上的电磁铁、压力阀的先导阀以及压力表等可伸到面板的轮廓外。 、根据以上准则，布局出各个阀类的位置，然后就可以在是实验台面板上根据液压元件的要求布局各个孔的位置以及尺寸了。4.2.3 确定油孔的位置与尺寸实验台面板的正面用来安装液压元件。上面布置有液压元件固定螺孔、油路板固定孔和液压元件的油孔。当液压元件布置完毕后，基本位置就确定了。29液压油路背面，设计有与执行元件连接的油孔、与液压泵连接的压力油孔以及与液压油箱连接的回油孔。此类液压油孔可加工成米制细牙螺纹或者英制管螺纹孔。在设计过程中，会出现各个孔间的干涉问题。采用的方法是可以把油路板设计成偏心油孔，只要两孔有公共部分即可保证油路的畅通。4.2.4 绘制实验台面板零件图试验台面板结构复杂，用多个视图表达，主视图表示液压元件安装固定的位置、液压元件进出油口位置和大小，后视图表示各油管接头位置和尺寸。图2.5 为实验台面板的主视图。图 3.1 实验台面板30第第 5 章章 液压站液压站设计与维护保养设计与维护保养5.1 油箱的设计液压油箱的作用是贮存液压油、分离液压油中杂质和空气，同时还起到散热的作用。5.1.1 油箱有效容积的确定液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量 V 可概略地确定为：在低压系统中 p2.5MPa 可取： (4.1)pqV)42(在中压系统中 p6.3MPa 可取： (4.3)pqV)126(式中V液压油箱有效容量； 液压泵额定流量。pq在本课题中，56.3 / minpqL56.3 5281.5VL应当注意：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%。根据设计条件，本实验台属于中压系统，油箱有效容积取 200L。5.1.2 液压油箱的外形尺寸表 4.1BEX 系列液压油箱外形尺寸 尺寸（mm）型号AbcBEX63A550450600BEX100700500600BEX160800600660BEX2501000650680BEX-100018001100800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 1：1：11：2：3。为提高冷却效率，在安装位置不受时，31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，本文只介绍其中的一种。此次选用的油箱型号为 BEX-63A，可满足设计所需要求。设计图如 4.1 所示。图 4.1 油箱主视图5.1.3 液压油箱的结构设计在一般设备中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱。(1)吸油管与回油管吸油管与回油管1)油管出口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，一般锯液压油箱底面的锯离大于300mm，回油管出口绝对不允许放在液面以上。2)回油集管回油集管单独设置回油管当然是理想的，但不得已时则应使用回油集管。对溢流阀、顺序阀等，应注意合理设计回油集管，不要人为地施以背压。3)泄漏油管的配置泄漏油管的配置管子直径和长度要适当，管口应在液面之上，以避免产生背压。泄漏油管以单独配管为好，尽量避免与回油管集流配管的方法。4)吸油管吸油管吸油管前一般应设置滤油器，其精度为 100200 目的网式或线隙式滤油器。滤油器要有足够的容量，避免阻力太大。滤油器与箱底间的锯离就不小于3220mm。吸油管应插入液压油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。5)吸油管与回油管的方向吸油管与回油管的方向为了使油液流动具有方向性，要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管用隔板开。为了不使回油管的压力波动波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向应一致，而不是相对着。(2)防止杂质侵入防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（1.5mm 厚以上的耐油密封垫）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。(3)顶盖及清洗孔顶盖及清洗孔1)顶盖顶盖在液压油箱顶盖上装设泵、马达、阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。液压油箱同它们的接合面要平整光滑，将密封填料、耐油橡胶密封圈（厚21.5mm 左右）以及液态密封胶（耐油性、半干燥性）衬入其间，以防杂质、水和空气侵入，并防止漏油。同时，不允许由阀和管道泄漏在箱盖上的液压油流回液压油箱内。液压泵及液压马达的底座要与上顶盖分开，另行制做。如图4.1 所示。图 4.1 油箱顶盖2)清洗孔清洗孔液压油箱上的清洗孔，应最大限度地易于清扫液压油箱内的各个角落和取出箱内的元件。333)杂质和污油的排放杂质和污油的排放为了便于排放污油，液压油箱底部应做成倾斜式箱底，并将放油塞安放在最低处。(4)液压油箱的防锈液压油箱的防锈为了防止液压油箱内部生锈，应在油箱内壁涂耐油防锈涂料。(5)液压油箱的加热与冷却液压油箱的加热与冷却为提高液压系统工作的稳定性，应使系统在适宜的油温度下工作。液压油温度一般希望保持在 30C50C 范围内，最高不超过 60C，最低不低于15C。1)加热加热寒冷地区因温度低，液压泵走动困难，需首先加热。工厂中常用型油2SRY用管状电加热器。2)冷却冷却液压系统工作时，因各种损失，有时使液压油液产生大量的热量，直接影响系统的正常工作，这些热量单凭一般的液压油箱散发是不够的。因此，需设置冷却设备。液压系统中冷却器的常用冷却方式有水冷和风冷两种。5.2 液压站结构5.2.1 液压泵的安装方式液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电动机及其联轴器等。其安装方式分为立式和卧式两种。本次设计采用的是卧式安装。液压泵及挂到都安装在液压油箱外面，安装维修方便，散热条件好。符合实验台设计的要求。图 4.2 液压泵的卧式安装5.2.2 电动机与液压泵的联接方式电动机与液压泵的联接方式分为法兰式、支架式和支架法兰式。为避免安装时产生同轴度误差带来的不良影响，常采用带有弹性的联轴器。这种联轴器可以选用零件手册中的标准结构，也可自行设计。为增加电动机与34液压泵的联接刚性，避免产生共振，可以把液压泵和电动机先装在刚性较好的底板上使其成为一体，然后底板加垫再装到液压油箱盖上。此次设计采用的是支架式安装，采用凸缘联轴器把泵和电机相连。5.2.3 液压站的结构设计的注意事项(1)液压装置中各部件、元件的布置要均匀、便于装配、调整、维修和使用，并且要适当地注意外观的整齐和美观。(2)液压泵与电动机可装在液压油箱的盖上，也可装在液压油箱之处，主要考虑液压油箱的大小与刚度。(3)在阀类元件的布置中，行程阀的安放位置必须靠近运动部件。手动换向阀的位置必须靠近部位。换向阀之间在留有一定的轴向锯离，以便进行手动调整或装拆电磁铁。压力表及其形状应布置在便于观察和调整的地方。(4)液压泵与机床相联的管道一般都先集中接到机床的中间接头上，然后再分别通向不同部件的各个执行机构中去，这样做有利于搬运、装拆和维修。(5)硬管应贴地或沿着机床外形壁面敷设。相互平等的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性管。软管安装时应避免发生扭转，以名影响使用寿命。综上所述，设计采用液压泵卧式安装；电动机与泵的连接采用支架式连接。以满足液压站易维护、易保养的要求。正确安装调试及合理使用维护液压站，是保证其长期发挥和保持其良好工作性能的重要条件之一。为此，在液压站安装调试中，必须熟悉主机的工况特点及其液压系统的工作原理与液压站各组成部分的结构、功能和作用并严格按照设计要求来进行：在液压站使用维护中应对其加强日常维护和管理。 5.3 液压站的组装在组装液压站之前，首先应先熟悉有关技术文件和资料，如液压系统原理图、液压控制装置的集成回路图、电气原理图、液压站各部件（如液压油箱、液压泵组、液压控制装置、蓄能器装置）的总装图、管道布置土、液压元件和附件清单和有关产品样本等；然后按元件付存清单，准备好有关物资，并对其有关规格和质量按有关规定进行细致检查，加查不合格的元件和清单，不得装上液压站。5.3.1 液压元件和管道安装a.液压元件的安装液压泵安装：液压泵与原动力、液压马达与其拖动的主机工作机构间的同轴度偏差应在 0.1mm 以内，轴线间的倾角不得大于 1；不得用敲击方式安装联轴器，液压泵和液压马达的旋转方向及进出油口方向不得接饭。液压缸：安装前应仔细检查其活塞杆是否弯曲。液压缸有多种安装方式，对于底座世或法兰式液压缸可通过底座或法兰前设置挡块的方法，力求安装螺钉不直接承受负载，以减小倾覆力矩；对于轴销式或耳环式液压缸，则应使活35塞杆顶端的连结头方向与耳轴方向一致，以保证活塞杆的稳定性。行程较长和油温较高的液压缸，一端应保持浮动，不补偿热膨胀的影响。阀类：方向阀一般应保持轴线水平安装；各油口出的密封圈在安装后应有一定压缩量以防泄漏；固定螺钉应均匀拧紧（勿用锤子敲打或强行扳拧） ，不要拧偏，最后使阀的安装平面与底板或油路块安装平面全部接触。附件：应严格按照设计要求的位置安装，并注意便于使用、维护和调整；同时注意在符合设计要求情况下，保持整齐、美观。例如，压力表应装在振动较小、易观测处；蓄能器应安装在易用气瓶充气的地方；过滤器应尽量安装在易于拆卸、检查的位置；冷却器注意水质、水量、水温及冷却水结冰等问题，等等。b.管道安装管道安装在液压系统中，管道的主要作用是传播载能工作介质。一般应在所连接的设备及各液压装置部件、元件等组装、固定完毕后再进行管道安装。安装管道时应特别注意防振、防漏问题。全部管道应分两次安装，其大致顺序是：预安装耐压试验拆散酸洗正式安装循环冲洗组成液压站系统。5.4 液压站注意事项5.4.1 使用的一般注意事项 液压站使用中的注意事项如下：(1)低温下，油温应达到 20C 以上才准许顺序动作；油温高于 60C 时应注意系统的工作情况。 15(2)停机 4h 以上的设备，应先使液压泵空载运转 5min，再起动执行器工作。(3)不许任意调整电气控制装置系统的互锁装置，随意移动各限位开关、挡块、行程撞块的位置。(4)各种液压元、辅件未经主管部门同意，不准私自调节或拆换。(5)液压站出现故障时，不准擅自乱动，应通知有关部门分析原因并排除。除上述几点外，还应按有关规定做好对各类液压件备件及液压油的管理工作。5.4.2 实验台的操作方法操作时，开启电机后，油泵启动。所有换向阀置于中位终止。换向阀开启后，负载取决于遥控口压力 2MPa，当负载缸进行到一半行程时，触碰程控开关，自动切换换向阀，关闭遥控口。这是，负载变成 6MPa，油液开始进左侧增压回路，压力逐渐增大，走完另一半行程后完成实验。5.4.3 检查36液压系统种类繁杂，各有其特定用途和使用要求。为了及时了解和掌握液压站和整个系统的运行状况，消除故障隐患，缩短维修周期，通常应采用点检和定检的方法对系统进行检查。第第 6 6 章章 管路的设计管路的设计在完成以上选择后，进入到管路阶段。6.1 管路的选择与布置对于具有不同管路长度的刚性连接，一般使用钢管。钢管能承受较高压力，廉价。表 5.1 管材特点和用途管材特点用途钢管尺寸精度高、表面光洁各类液压设备铜管起油液氧化催化剂作用、扩口是易砷作硬化、耐振性差低压固定用途铝管易弯管、易扩口低压液压系统根据本次实验台的回路流量、压力以及多方面的综合考虑，采用外径14mm 的钢管。在第二章已通过计算。6.2 管路的连接 可拆连接可以重复使用，所用的连接件有管接头、法兰、底板之类，也可以不用连接件而把管子与元件直接连接。管子连接的种类有螺纹式，接头式、法兰式、扩口试、压缩套式、卡套式。6.2.1 焊接式管接头焊接式管接头的特点是，连接牢固、密封可靠、耐高压；但焊接工作量大。6.2.2 卡套式管接头卡套式管接头适用压力为 16-40MP，使用很方便。压力为 E 级（16MP）的卡套式管接头采用米制锥螺纹与机体连接，依靠锥螺纹自身的结构和塑料填料进行密封。压力为 G、J（25、40MP）的卡套式管接头采用普通细牙螺纹与机体连接。此时接头体与机体端的联接处需加密封垫圈。拧紧螺母时把卡套推进接头体的内锥里，进一步拧紧螺母时卡套的刃口在管子外径上形成环形切槽而密封。卡套的弹簧作用还在管子、街头体及螺母之间起防松垫圈的作用，使连接耐振动。37卡套式管接头在国外使用很普遍，但对管子的径向尺寸精度要求很高，用于高压系统应该谨慎。如果管子材料符合要求，管子切割得垂直而且使用规定的拧紧扭矩，则可以保证不泄漏连接。6.2.3 扩口式管接头扩口试管接头适用于薄壁铜管，适用于中低亚管路系统。接头体和机体的连接有两中形式：一中采用米制锥螺纹，此时依靠锥螺纹自身的结构和塑料填料进行密封。另一种采用普通细牙螺纹，此时接头体和机件端的连接处需加密封垫圈。这种管接头装配方便，仅需要尺寸合适的扳手和扩口工具即可。这种管接头允许重复拆装。套装是连接的心脏，它使管子对中并支撑管子，而且还协助减少振动和管子疲劳。由于旋转螺母时套管不转动，故管子不受扭转作用即完成装配。6.2.4 选择管路连接方式对于此液压装置来说，综合经济性和安装的方便性，决定选用卡套式管接头，结构如图 5.1 所示。内径为 14mm。具体计算在第二章中已有介绍。图 5.1 卡套式管接头38第第 7 章章 液压站的组装调试、使用维护液压站的组装调试、使用维护正确安装调试及合理使用维护液压站，是保证其长期发挥和保持其良好工作性能的重要条件之一。为此，在液压站安装调试中，必须熟悉主机的工况特点及其液压系统的工作原理与液压站各组成部分的结构、功能和作用并严格按照设计要求来进行：在液压站使用维护中应对其加强日常维护和管理。 7.1 液压站的组装在组装液压站之前，首先应先熟悉有关技术文件和资料，如液压系统原理图、液压控制装置的集成回路图、电气原理图、液压站各部件（如液压油箱、液压泵组、液压控制装置、蓄能器装置）的总装图、管道布置土、液压元件和附件清单和有关产品样本等；然后按元件付存清单，准备好有关物资，并对其有关规格和质量按有关规定进行细致检查，加查不合格的元件和清单，不得装上液压站。7.2 液压元件和管道安装a.液压元件的安装液压元件的安装液压泵安装：液压泵与原动力、液压马达与其拖动的主机工作机构间的同轴度偏差应在 0.1mm 以内，轴线间的倾角不得大于 1；不得用敲击方式安装联轴器，液压泵和液压马达的旋转方向及进出油口方向不得接饭。液压缸：安装前应仔细检查其活塞杆是否弯曲。液压缸有多种安装方式，对于底座世或法兰式液压缸可通过底座或法兰前设置挡块的方法，力求安装螺钉不直接承受负载，以减小倾覆力矩；对于轴销式或耳环式液压缸，则应使活塞杆顶端的连结头方向与耳轴方向一致，以保证活塞杆的稳定性。行程较长和油温较高的液压缸，一端应保持浮动，不补偿热膨胀的影响。阀类：方向阀一般应保持轴线水平安装；各油口出的密封圈在安装后应有一定压缩量以防泄漏；固定螺钉应均匀拧紧（勿用锤子敲打或强行扳拧） ，不要拧偏，最后使阀的安装平面与底板或油路块安装平面全部接触。附件：应严格按照设计要求的位置安装，并注意便于使用、维护和调整；同时注意在符合设计要求情况下，保持整齐、美观。例如，压力表应装在振动较小、易观测处；蓄能器应安装在易用气瓶充气的地方；过滤器应尽量安装在易于拆卸、检查的位置；冷却器注意水质、水量、水温及冷却水结冰等问题，等等。b.管道安装管道安装在液压系统中，管道的主要作用是传播载能工作介质。一般应在所连接的设备及各液压装置部件、元件等组装、固定完毕后再进行管道安装。安装管道时应特别注意防振、防漏问题。39全部管道应分两次安装，其大致顺序是：预安装耐压试验拆散酸洗正式安装循环冲洗组成液压站系统。7.3 液压站的使用与检查7.3.1 使用的一般注意事项 液压站使用中的注意事项如下：(1)低温下，油温应达到 20C 以上才准许顺序动作；油温高于 60C 时应注意系统的工作情况。 15(2)停机 4h 以上的设备，应先使液压泵空载运转 5min，再起动执行器工作。(3)不许任意调整电气控制装置系统的互锁装置，随意移动各限位开关、挡块、行程撞块的位置。(4)各种液压元、辅件未经主管部门同意，不准私自调节或拆换。(5)液压站出现故障时，不准擅自乱动，应通知有关部门分析原因并排除。除上述几点外，还应按有关规定做好对各类液压件备件及液压油的管理工作。7.3.2 检查液压系统种类繁杂，各有其特定用途和使用要求。为了及时了解和掌握液压站和整个系统的运行状况，消除故障隐患，缩短维修周期，通常应采用点检和定检的方法对系统进行检查。40第第 8 章章 经济技术分析经济技术分析在工业设计其中，对于产品的设计在其中占了主导的地位。当消费者选择所需要的东西的时候，他们会主要从产品的性能、价值等方面进行考量。然而产品的这些性质都必须在设计的过程中就开始考虑。所以在保证产品性能稳定、质量符合要求的前提之下，如何来降低生产的成本，提高生产的效率，增长企业经济的效益在工业设计的过程中都是相当重要的。价值分析，其实就是一种方案来创造与优选的技术。它所研究的产品如何来用最低的生命周期的费用，可靠地实现用户所需的必需的功能，以提高其价值，取得更好的技术及经济效益。产品的生命周期以及其生命周期的费用是对产品价值的一个很好的评判标准。产品的生命周期就是指从该产品从刚投入使用开始，一直到该产品因丧失其使用的功能而被停止使用时为止的这段时间。该产品在其整个的生命周期当中所产生的所有费用就是生命周期费用。 C= C1 +C2+ C3式中，C生命周期费用；C1购置费用；C2使用费用；C3残值费用。一般来说 C3 通常不会产生，因此是忽略不计 产品的价值=产品的功能/产品的生命周期费用 即V=F/C （5-1）根据这个公式可以得出以下结论： 1.产品的价值是与产品的功能成正比关系，与其生产费用以及使用费用是成反比关系；2.具有相同功能的产品，生命周期费用较少的产品，该产品的价值就是高于另外的产品的价值；若两个或者更多的产品的生产费用基本相同的时候，具有较高性能的产品与其他的产品相比较，其价值高于其他产品。可靠性分析生产出来的产品是否能够达到长期稳定，无故障的工作要求是与该产品的设计、制作、使用和维护息息相关的。然而对于产品的可靠性影响最大的过程还是产品的设计过程。因此为了保证产品能够长期稳定的工作，要在该产品的设计过程之中进行一些可靠性的试验。可靠性指标主要有：（1）可靠度；产品在规定的条件下完成所需的功能的概率。 （5-2）1 tRFe式中 R可靠度（0R1） ；F不可靠度；故障率；t 时间。41根据同类型产品的相关资料的查找，取 =0.01；t=10根据公式（1-2）可以计算出产品的可靠率为:0.905(2) 维护度；产品正常工作，不产生工作故障，持续稳定进行工作的概率。 （5-3）1 utMe式中 M维护度；修理率；t时间。根据同类型产品的相关资料的查找；取 =0.1,t=10；根据公式（1-3