毕业设计（论文）蓄能式液控蝶阀液压系统的设计和计算

1、目录内容提要isummaryii1绪论11.1 液压传动的发展历史11.2我国液压传动发展情况21.3液压传动在机械行业中的应用31.4液压系统的基本组成41.5 液控蝶阀51.6设计方案简述72 液控蝶阀液压系统设计82.1 技术参数和设计要求82.2蝶阀安装方式选择82.3 工况分析92.4 负载循环图和速度循环图的绘制112.5液压系统原理图的拟定122.6 控制过程综述133 液压系统的计算和元件选型153.1 液压缸主要尺寸的确定153.2液压泵的流量，压力的确定和泵规格的选择163.3液压泵匹配电动机的选定173.4 阀类元件及辅助元件的选择173.5 管道的确定204 液压缸的结

2、构设计254.1 液压缸主要尺寸的确定254.2 液压缸的结构设计275 液压油箱的设计305.1 液压油箱有效容积的确定305.2 液压油箱的外形尺寸设计315.3 液压油箱的结构设计316 液压辅助元件的选择356.1 蓄能器的选择356.2 液位控制器的选择356.3 空气过滤器的选择356.4 温度计的选择356.5 压力表的选择356.6 回油过滤器的选择356.7 液压工作介质的选择357液压系统性能的验算377.1压力损失的验算377.2 系统温升的验算378 液压系统安装及调试388.1 液压系统安装388.2 调试运行388.3 液压系统污染的控制388.4 调试注意事项39

3、8.5 液压系统的维护及注意事项39设计总结40参考文献41致谢42内容提要本设计是对蓄能式液控蝶阀液压系统的设计和计算，运用了许多液压知识和机械设计原理，液控蝶阀是国内应用比较多的一种自动控制阀，如水轮机的进水阀，以及一些管道的自动开关阀。本液压系统为蓄能式全液方式，不需要锤，减少了能量的消耗与空间，两个蓄能器，保障了辅助能源，应急动力的充分供给，并且保障了足够的容积，而且若一个有损坏，也可便于拆卸更换与维修。蓄能式液压系统结构紧凑，可置于阀门联接架上或置于阀门附近，若客户需要，可用plc进行自动控制，并可以与pc主机连接进行自动化远程控制。本液控系统的工作顺序为：首先液压系统启动油泵，压力

4、油经单向阀、换向阀进入油腔无杆腔，推动活塞运行，实现阀门开启，同时向蓄能器供油，蓄能器的油压由压力控制器确定。阀门的关闭是由蓄能器内的压力油经换向阀进入油缸有杆腔，使油缸退回，迅速关闭阀门。关闭时间及角度由油缸尾部控制部分控制。关键词：液压系统 液控蝶阀 蓄能式 自动化 控制summary the is a energy storage type hydraulic controlled butterfly valve hydraulic system design and calculation which using many hydraulic knowledge and mechani

5、cal design principle. the hydraulic controlled butterfly valve is a domestic application in many automatic control valves today in china, such as the turbine inlet valve, and some of the pipe s automatic switch valve.the hydraulic system of energy storage with all the liquid way type, dont need to h

6、ammer, whats more ,reduce the energy consumption and space. with two accumulator to guarantee the auxiliary energy, emergency power supply full, and security enough volume, besides,and if one damaged, we can facilitate the removal replacement and maintenance. energy storage type hydraulic system str

7、ucture is compact, may be placed on a shelf or in the valve valve connection near, if the customer need, can use plc for automatic control, and can be connected to the pc host for automatic remote control. the hydraulic controlled system work order: first hydraulic system startup oil pump, oil press

8、ure by the check valve, reversing valve into oil chamber no stem cavity, drive the pistons operation, the realization of the valve open, and to provide the accumulator injection, accumulator of hydraulic pressure determined by the controller. the valve is closed by the pressure inside the accumulato

9、r oil in the reversing valves into the oil cylinder rod chamber, make the oil cylinder return, quickly close the valve. closing time by the oil cylinder and angle control part control. keywords: hydraulic system ,hydraulic controlled butterfly valve , energy storage type , automatic control.1绪论1.1 液

10、压传动的发展历史液压与气压传动，又称液压气动技术，是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相融合，液压与气压技术进入了一个新的发展阶段。液压与气压传动是以流体（液压油液或压缩空气）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。它们通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。虽然从17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理、18世纪末英国制造出第一台水压机算起，已有几百年的历史，但液压与气压传动在工业上广泛采用和有较大幅度的发展确是20世纪中期以后的事

11、情，也就是60年前。近代液压传动是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转位器，其后才在机床上应用。第二次世界大战期间，由于军事工业和装备迫切需要发展迅速、动作准确、输出功率大的液压传动及控制装置，促使液压技术迅速发展。战后，液压技术很快进入民用工业，机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到了大幅度的应用和发展。20世纪60年代以后，随着原子能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包挂传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之

12、一。如发达国家生产的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。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。特别是近十年来，液压技术与传感技术、微电子技术密切结合，出现了许多诸如电液比例控制阀、数字阀、电液伺服液压缸等机（液）电一体化元器件，使液压技术在高压、高速、大功率、节能高效、低噪音、使用寿命长、高度集成化等方面取得了重大进展。无疑，液压元件和液压系统的计算机辅助设计（cad）、计算机辅助试验（cat）和计算机实时控制也是当前液压技术的发展方向。1.2我国液压传动发展情况我国的液压工业开始于20世纪5

13、0年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。 2012年液压系统技术发展新趋势分析报告指出：目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发

14、国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。首先，开展液压系统的故障揣测，落实主动维护技术。务必使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，设立完整的、拥有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。要进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力

15、的方向。1）机电一体化：机电一体化可落实液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其重要发展动向如下：液压系统将有过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，一起对压力、流量、位置、温度、速度等传感器落实标准化；提高液压元件功能，在功能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将落实自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可落实液压泵的各种调节方式，落实软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，落实高水平信息系统，简化液压系统的调节

16、、争端和维护。由于液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新资料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有定然的提高。尽管如此，走向21世纪的液压技术不约摸有惊人的技术突破，应当重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。其重要的发展趋势将集中在以下几个方面。2）减少耗费，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过程中，总存在能量耗费。为减少能量的损失，务必解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或铲除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新款密封资料，减少摩擦损失

17、；改善液压系统功能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。3）泄漏控制：泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，落实无管衔接，研制新款密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。4）污染控制：过去，液压界重要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：严格控制产品出产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之拥有更大的耐污染能力。一起开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究

18、对污染的在线测量；开发油水分手净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。它指明了中国现阶段的液压发展的现状和努力的方向。1.3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

19、港口机械起货机、锚机、舵机等铸造机械砂型压实机、加料机、压铸机等本机器适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。本机器的工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整，并能完成一般压制工艺。此工艺又分定压、定程两种工艺动作供选择。定压成型之工艺动作在压制后具有保压、延时、自动回程、延时自动退回等动作。 本机器主机呈长方形，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏

20、可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。1.4液压系统的基本组成 （1）能源装置液压泵。它将动力部分（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。 （2）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。 （3）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

21、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。 （4）辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。 （5）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。1.5 液控蝶阀 1.5.1液控蝶阀概述液控蝶阀是蝶阀的一种，液控蝶阀分保压型、锁定型和蓄能型三种。 它适用于水泵出口和水轮机的入口管路上，作为闭路阀和止回阀，用来避免和减少管路系统中介质的倒流和产生过大的水击，以保护管路系统。其保压型、锁定型液控蝶阀，靠液压驱动开启，靠重锤势能关闭。该法安装后，可替代闸阀（蝶阀）和止回

22、阀，且流阻系数小。关阀时分快慢两个阶段，前端为快关，后段为慢关，并可根据用户需要调节快、慢关闭时间及角度，保压型液压系统设有开阀自动保压和自动复位功能。锁定型具有自动保压和锁定销锁定双重保护。蓄能器液控蝶阀开启靠水泵，而关闭时靠蓄能器。由于采用了蓄能器关阀，从而省掉了重锤，因此占用空间小，安装方便、结构紧凑。电气控制可根据用户需要采用普通型控制和plc控制，实现了泵阀联动，并可实现就地远控及计算机联控。1.5.2液控蝶阀原理1）开阀：液控蝶阀开发时 ，利用液控站和举升油缸的作用力，通过举臂，重锤杆、阀轴等零件，带动碟板作90旋转。与此同时，液控站和举升油缸的作用力也通过举臂和重锤杆将重锤垂直提

23、升，将重锤的重力转换为势能，为关阀做好动力准备。2）锁定：液控蝶阀的锁定机构由传动油缸，机械锁定轴、电磁锁定轴、电磁铁等零件组成，具有机械电磁联合锁定功能，当阀门全开后，先有传动油缸的作用力驱动机械锁定轴投入到锁定位置进行初锁，后由电磁铁的电磁力驱动电磁锁定轴进行终锁，其锁定过程在一系列行程开关的作用下，完全自动进行，一气呵成。重锤的巨大作用力完全由机械锁定轴承受，机械锁定轴的退出受到电磁锁定轴的约束，而电磁锁定轴的退出则受到电磁铁的电磁力控制，只要电磁铁不失电，其电磁锁定轴和机械锁定轴就被牢牢控制住，不关阀门开启多长时间，不管重锤有多重、重锤（碟板）绝不会下落一丝一毫，确保碟板开启后始终处于

24、全开状态（最小流阻状态），期间无需任何补油、补压措施。3）关阀：关阀有三种情况，a：人为关阀；b：水泵或阀门自身故障失电关阀；c：外线失电关阀。不管哪种情况关阀，只需让电磁铁失电即可按预定的程序自动关闭，在电磁铁失电瞬间，电磁力即刻同步消失。电磁锁定轴一旦失去电磁力的作用则即刻开锁，机械锁定轴在失去电磁锁定轴的约束后也即可开锁，此时重锤的势能即重锤杆、举臂、阀轴等零件带动碟板按照预先调定的快关、缓冲、慢关程序作关闭运动，整个过程一气呵成。液控蝶阀在关闭过程中，必须排除举升油缸下腔的油液，据此，采取控制并调节举升油缸排油速度的方法，能有效地对阀门的关闭速度进行控制。液控蝶阀的关闭过程有快关、缓冲

25、、慢关三个程序，其快关时间、慢关时间、快关角度、慢关角度都可以调节。1.5.3液控蝶阀特点由于需要进行多种工艺，液控蝶阀具有如下的特点：1)设有橡胶密封的工作密封副和金属密封的检修密封副，正常工作时仅工作密封副投入使用；当用于维护检修时，检修密封副投入使用，此时无需排空压力钢管或拆卸阀体便可进行检修、更换工作密封和轴颈密封等工作。2）蝶板采用双偏心、双平板过流型式，不仅具有良好的水利特性，流阻系数小于0.2，而且关阀时具有阀门偏心势能及蓄能罐的压力势能，使阀门始终具有足够的保险系数，在任何需要关阀的情况下都能够安全可靠的关闭。3）阀体采用铸焊结构，为整体框架式，强度和刚度好，密封性能可靠。4）

26、轴端密封采用双重补偿性密封机构，密封效果好。采用箱式结构，拆卸及维护方便。5）阀轴轴承采用无铅型无给油自润滑结构，具有承载能力强、摩擦系数小、耐磨损、耐腐蚀、使用寿命长等特点。6）设置有可靠的液压保压功能，以防止蝶板全开时由于水流冲击发生抖动及系统漏油、造成蝶板关闭；设置有液压锁定和手动锁定装置，检修水轮机时，防止因误操作导致阀门开启而发生意外。7）设置有显示检修密封副位置的信号装置，可方便地观察检修密封副的状态。8）控制系统以plc（可编程控制器）为核心，采用工业人机界面（触摸屏）进行操作及显示。可就地操作进水阀、旁通阀的开和关，也可由中央控制室对整个进水阀系统进行自动控制。9）液压站、电控

27、柜的设计，与阀门分体就近安装，不仅可有效地保护控制系统，而且有利于控制系统的维护与保养。1.6设计方案简述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，必须从实际出发，有机地结合各式各种传动形式，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。液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行： （1）进行工况分析，确定系统的主要参数； （2）制定基本方案，拟定液压系统原理图； （3）选择液压元件； （4）确定液压执行元件的形式；设

28、计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进行进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 （1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； （2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； （3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； （4）各动作机构的载荷大小及其性质； （5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； （6）自动化程度、操作控制方式的要求； （7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； （8）对效率、成本等方面的要求。2 液控蝶阀液压系统设计2.1 技术参数和设计要求设计一台水电站水轮机液

29、控蝶阀的液压系统，要求实现液压蝶阀原始位置（关）-开启-任意位置停止-全开-关阀工作顺序、液压碟阀手动启闭（维修或停电情况）的工作循环,快速开关阀速度6m/min,水锤压力为10000n，蝶阀重为3000n，直径为1500mm，水平安装，工作行程500mm设计该液控蝶阀的液压系统。2.2蝶阀安装方式选择 考虑到蝶阀在刚开始开启时会需要比较大的转矩，从以下3种安装方式中选择第二种：图2.1a 蝶阀开阀刚开始位置与中心线成45图2.1b 蝶阀开阀刚开始位置与中心线成30图2.1c 蝶阀开阀刚开始位置与中心线成60图2.1蝶阀安装方式2.3 工况分析根据要求液压执行元件选用活塞式双作用缸（1）工作负

30、载 水锤的压力两侧相互抵消 fw=0n（2）摩擦负载 静摩擦阻力：ffs=0.2*3000=600n 动摩擦阻力：ffd=0.1*3000=300n （3）背压负载 fb=1000n（液压缸参数未定，估算）（4）加速负载 fa=15n液压缸在各工作阶段的负载值：其中：m=0.9 m-液压缸的机械效率，一般取m=0.9-0.97。表2.1液控蝶阀工况分析表工况负载组成推力 f/开阀起动1615n 开阀加速1315n开阀匀速 1300n开阀减速(至极位)1285n关阀起动1615n 关阀加速1315n关阀匀速 1300n关阀减速(至极位)1285n2.4 负载循环图和速度循环图的绘制图2.2负载循

31、环图图2.3 速度循环图2.5液压系统原理图的拟定（1）确定供油方式考虑到该蓄能式液压系统压力不要经常变换和调节，只需较小的功率，流量小，并有蓄能器储存能量，因此采用一低压单向定量液压泵供油。（2）调速方式的选择工作缸采用活塞式双作用缸，当压力油进入工作缸右腔，活塞带动碟阀顺时针转动开阀，先加速至6m/min后匀速，到达400mm时减速，降至为零时开阀完成；当压力油进入工作缸左腔，活塞向带动蝶阀逆时针运动，先加速至6m/min再匀速，到达液压缸行程100mm处减速开启，降至为零时完成关阀，有效的减少开阀完成和关阀完成时由于速度骤降对阀体的冲击，有效的延长了液压阀的寿命，符合工业生产的要求。本液

32、压控制系统由一台电动定量油泵组和一台定量手动油泵组提供压力油源，在通常情况下一套工作，一套备用，并互为备用，且手动泵组为维修提供方便，不受停电的影响。拟定液压系统原理图： 1、油箱 2、液位液温计 3、电机 4、柱塞油泵 5、单向阀 6、截止阀 7、蓄能器 8、压力表开关 9、压力表 10、压力控制器 11、高压胶管 12、球式换向阀 13、液压缸 14、高压胶管 15、球式换向阀 16、空气滤清器 17、网式滤油器 18、截止阀 19、节流阀 20、手动泵 21、直动型溢流阀 22、高压胶管图2.4系统原理图2.6 控制过程综述 （1）开阀。按下开阀按钮，电磁铁1yv、2yv得电，3yv失电

33、。这时的油路进油路为：定量泵单向阀5.1单向阀5.2电液换向阀15左节流阀液压缸右腔回油路为： 液压缸左腔电液换向阀12.1左调速阀19电液换向阀12.2左过滤装置油箱（2）关阀。按下关阀按钮，电磁铁1yv、2yv、3yv失电。这时液压油路为：变量泵单向阀5.1溢流阀21过滤装置油箱开关阀时的加速和减速可调整调速阀改变背压来实现。（3）任意位置停止。按下停止按钮，电磁铁1yv、2yv、3yv得电。这时液压油路为：变量泵单向阀5.1溢流阀21过滤装置油箱3 液压系统的计算和元件选型3.1 液压缸主要尺寸的确定（1）工作压力p的确定。 工作压力p可根据负载大小及机器的类型来确定，由机械设计手册查表

34、取液压缸工作压力为25mpa.（2）计算液压缸内径d和活塞杆直径d。由负载图知最大负载f为337500n 按液压与气压传动第三版表8-2取p2=0.5mpa，考虑到快进、快退速度相等，取d/d=0.7图3.1单活塞杆液压缸计算示意图fw=(a1p1-a2p2) m a2=0.51a1 （d/d=0.7）所以300000=(25 a1-0.50.51a1)0.91000000a1=0.01347 d=0.7d=0.0923m按gb2348-80查机械设计手册表19-6-3将这些直径圆整成标准值时得：d=160mm,d=110mm由此求得液压缸的实际有效面积为： （3）计算在各工作阶段液压缸所需流

35、量q（快进）=a1v（快进）=0.020161000=120.6l/minq(工进)=a1v（工进）=0.02010.251000=5.025l/min q（快退）=a2v（快退）=0.010661000=63.6l/min 3.2液压泵的流量，压力的确定和泵规格的选择3.2.1 泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 pp=p1+rp式中，pp液压泵最大工作压力； p1执行元件最大工作压力； rp进油管路中的压力损失，简单系统可取0.20.5mpa。故可取压力损失rp=0.5mpa所以pp=p1+rp=25+0.5=25.5 mpa上述计算所得的pp是系

36、统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过度阶段出现的动态压力往往超出静态压力，另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的压力值pa应为pa1.25pp1.6pp因此3.2.2 泵的流量确定液压泵的最大流量应为qkl（q）max（q）max为同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量。kl系统泄漏系数，一般取，现取kl=1.2故qp=kl(q）max=1.2（120.6+2.4)=147.6l/min3.2.3 选择液压泵的规格由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械

37、设备（如龙门刨床、拉床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特点：（1）工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（），最高可以达到1000105pa。（2）流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。（3）改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。（4）柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。根据以上算得的和在查阅相关手册机械设计手册第三版表19-5-35得：现选用，排量63ml/r，额定压力

38、32mpa，额定转速1500r/min，驱动功率59.2kn，容积效率，重量71kg，容积效率达92%。3.3液压泵匹配电动机的选定电机功率计算： 其中：p 为电动机功率（kw）pa为液压泵最大工作压力(mpa)qp为液压泵的输出流量（l/min）为液压泵的总效率。柱塞泵为0.80-0.85取=0.85。那么:p=31.875147.6/（600.85）=92.25kw 选用： 电机型号为y315s-411，转速n=1480rpm,电机功率为110kw3.4 阀类元件及辅助元件的选择对液压阀的基本要求：（1) 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。（2) 密封性能好。结

39、构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。3.4.1溢流阀的选择图3.2 电磁溢流阀11简图溢流阀设定压力25mpa；稳定启动时系统流量很小，故卸荷时流量较小；电磁溢流阀采用管式连接13。据此选择电磁溢流阀型号为dbw10b-2-30/315cg2414，其主要技术参数为：通径10mm ；最高调定压力 31.5mpa；管式连接。3.4.2 换向阀的选择图3.3 电液换向阀简图换向阀的主要作用是通过切换液控单向阀控制口与控制油路或泄漏油路的通断来控制液控单向阀的开闭。其最大工作压力为25mpa。由此选择二位三通电磁换向阀 型号为4we10j20/cg24nz25l14，其主要技术参数为：通径

40、10mm；工作压力31.5mpa。3.4.3单向阀的选择 图3.4单向阀液控单向阀外控口接零压时，液控单向阀不开启，有杆腔出油口被锁住，油液无法流出；液控单向阀外控油引入时，有杆腔出油口被打开，使液压控制回路接通。为保证液控单向阀锁紧的可靠，液控单向阀要采用外控外泄式，而且锁紧时液控单向阀外控口必须接零压。通过液控单向阀的最大流量为147.6l/min，液控单向阀的最高工作压力为25mpa。选择液控单向阀型号为z2s10-1-30/，其主要技术参数为：最高工作压力31.5mpa，开启压力0.1mpa；控制压力范围 0.131.5mpa；面积比a1/a2=1/2.78,a3/a2=1/16；重2

41、kg。本系统的工作压力在25mpa左右，根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格： 表3.1 压机液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格序号元件名称型号规格 1轴向柱塞变量泵63ycy14-1b32mpa，驱动功率59.2kw2电磁溢流阀dbw10b-2-30/315cg2410通径，调节压力31.5mpa3单向阀s30p1.030通经，开启压力0.05mpa4三位四通电液换向阀4we10j20/cg24nz

42、25l10通径，工作压力31.5mpa5叠加式液控单向阀z2s10-13010通径，工作压力31.5mpa6叠加式单向节流阀z2fs1-30/s210通径，工作压力31.5mpa7压力继电器hed1oa40/350l24最大调节压力35 mpa8压力表开关kfl8-30e32mpa，6测点9蝶阀d71x-32c10通径，32mpa10球阀dn40qjh-40f40通径，32mpa3.5 管道的确定3.5.1管子的选用在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管以及尼龙管等。（1）金属管液压系统用钢管，常为无缝钢管，有精密无缝钢管和普通无缝钢管。卡套式管接头须采用精密无缝钢管，焊接式管接头一般采用普

43、通无缝钢管。材料用10号或15号钢，中、高压或大通经（dn80）采用15号钢。这些钢管均要求在退火状态下使用。铜管有紫铜管和黄铜管。紫铜管用于压力较低（p6.5-10mpa）的管路，黄铜管可承受较高压力（p25mpa），但不易弯曲。在液压系统中，管路联接螺纹有公制细牙螺纹、55非密封管螺纹、55密封管螺纹、60圆锥管螺纹，以及公制圆锥管螺纹。螺纹的形式一般根据回路公称压力确定。公称压力16mpa的中低压系统，上述各种螺纹联接型式均可采用。公称压力为16-31.5mpa的中、高压系统采用55非密封管螺纹，或公制细牙螺纹。根据要求，本系统中选用15号钢管，公制细牙螺纹连接。（2）胶管胶管是用于联接

44、两个相对运动部件之间的管道。分高、低压两种。高压胶管以钢丝编织或钢丝缠绕为骨架的胶管，用于压力油路。低压胶管是以麻线或棉线编织体为骨架的胶管，用于压力较低的回油路或气动管路中。为了减少系统冲击，根据要求，本液压系统中在液压泵出口上方使用高压胶管。3.5.2 管路尺寸的计算管子内径(m)计算公式为 上式中： qv为通过管路的流量，l/min v为流体在管路的流速，m3/s（1）液压泵吸油管路的计算液压泵最大输出流量为147.6l/min；吸油管路流速一般小于12m/s，此处取 ；则液压泵吸油管路内径： 圆整取钢管公称通径为65mm,取钢管外径为75mm，即钢管壁厚为10mm。（2）系统控制油管路

45、的计算用过控制油管路流量为5.025l/min；压油管路流速 ，系统压力很高，故压油管流速可取较大值，取3m/s；则压油管路内径 控制油管路油液压力较大，管子壁厚要较大，圆整取钢管公称通径为10mm外径为18mm，则壁厚为8mm。（3）回油管路的计算通过回油管路的流量为63.6l/min；回油管路流速 ，取；则回油管路内径 圆整取钢管内径为32mm，外径为42mm，壁厚为10mm。3.5.3 油管的管径按设计要求，油管内允许流速为：压油管：va=3.0m/s吸油管：vs=0.8m/s回油管：vb=2.0 m/s根据公式10，以及管道壁厚计算公式10，计算结果如下： 表6-1 管道的管径的计算

46、管道名称通过流量（l/min）允许流速（m/s）管路内径/mm管道外径/mm泵吸油管147.60.86575控制油管0.80431018泵回油管63.623242 故，油路中吸油管路的管径为75mm，65mm，压力控制油路的管径为20mm，回油油路管径为42mm，32mm3.5.4 管道壁厚的计算 式中： p管道内最高工作压力 pa d管道内径 m管道材料的许用应力 pa，管道材料的抗拉强度 pan安全系数，对钢管来说，时，取n=8；时，取n=6； 时，取n=4。根据上述的参数可以得到：我们选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度=600mpa; (1) 液压泵压油管道的壁厚 (2)液压

47、泵回油管道的壁厚 所以所选管道适用。3.5.5 管接头的选用管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有：焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（zm）和普通细牙螺纹（m）。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或o形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。本系统中采用焊接式管

48、接头，利用接管与管子焊接。接头体和接管之间用o形圈进行端面密封。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，装拆不便。工作压力可达31.5mpa，工作温度为-2580，适应于油为介质的管路系统。4 液压缸的结构设计4.1 液压缸主要尺寸的确定4.1.1 液压缸壁厚和外经的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径d与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁

49、圆筒公式计算 设 计 计 算 过 程式中 液压缸壁厚(m)； d液压缸内径(m)； 试验压力，一般取最大工作压力的(1.25-1.5)倍； 缸筒材料的许用应力。无缝钢管：。 =251.25=31.25 则=31.250.16/220=0.0227m 取=25mm在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为4.1.2 液压缸工作行程和缸盖厚度的确定（1）液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定

50、，并参阅p12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。液压缸工作行程选 l=700mm（2）缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时 有孔时 式中 t缸盖有效厚度(m)； 缸盖止口内径(m)； 缸盖孔的直径(m)。液压缸：无孔时 = 取 t=45mm有孔时=取 t =45mm4.1.3 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离h称为最小导向长度（如下图2所示）。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度

51、h应满足以下要求：设 计 计 算 过 程 式中 l液压缸的最大行程； d液压缸的内径。活塞的宽度b一般取b=(0.6-10)d；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径d而定；当d80mm时，取。为保证最小导向长度h，若过分增大和b都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套k来增加h的值。隔套的长度c由需要的最小导向长度h决定，即滑台液压缸：最小导向长度：=700/20+160/2=115mm取 h=150mm活塞宽度：b=0.6d=96mm缸盖滑动支承面长度：l1=0.6d1=66mm隔套长度：=115-(66+96)/2=34mm 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体

52、外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20-30倍。液压缸：缸体内部长度l=b+l=96+700=796mm当液压缸支承长度lb(10-15)d时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计不需进行稳定性验算。4.2 液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。4.2.1 缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。本次设计中采用外

53、半环连接，如下图4.1所示： 图4.1缸体与缸盖的连接方式缸体与缸盖外半环连接方式的优点：（1）结构较简单（2）加工装配方便缺点：（1）外型尺寸大（2）缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚2活塞杆与活塞的连接结构参阅p15表2-8，采用组合式结构中的螺纹连接。如下图4.2.2所示：图4.2活塞杆与活塞螺纹连接方式特点：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。4.2.2 活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。参阅p16表2-9，在本次设计中，采用导向套导向的结构形式，其特点为：导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料