新型功率回收轴向柱塞泵试验台的改进设计说明书.doc
新型功率回收轴向柱塞泵试验台的改进设计含10张CAD图
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新型功率回收轴向柱塞泵试验台的改进设计前言随着现代技术的发展，液压传动的应用越来越广泛。尤其是高压、高速、大功率的场合，液压技术的应用更为普通，与此同时，人们对液压元件的质量也提出更高的要求。液压泵是在工程机械液压系统中为液压缸和液压马达提供压力油的一种液压元件。由于当前机械需求量日益增加，市场对液压泵，尤其是高品质的液压泵的需求越发迫切。在液压元件的开发和研制过程中,相应的试验台是检验元件工作性能和发现元件存在问题,并通过试验和分析找出解决问题的办法的一个重要手段。对于生产高品质的液压泵而言，性能测试是非常重要的环节，因此搭建性能良好的试验台非常关键。这一点适用于各种液压泵的生产和测试。液压泵的研究、开发和试制出后需要一个能够对其做性能试验的试验台。试验台的好坏直接影响着被试液压泵的性能指标的真实表示1。目前液压泵实验台主要有两种：非功率回收型和功率回收型。非功率回收型泵试验台多采用的是背压加载或节流加载 , 利用可调溢流阀或节流阀在液压泵的出油管路造成一定的节流阻力, 使被试泵在负荷状态下运转, 进行测试工作。这类试验系统原理简单,但能耗量大、发热严重2。功率回收型泵实验台, 是将负载输出能量经适当装置回馈给试验系统再利用, 实现功率回收。功率回收型泵试验台有电力回馈与液压回馈。电力回馈系统发热量少、实验范围较宽,但其功率回收效率较低且价格昂贵。因此, 本文提出了一种新型功率回收型轴向柱塞泵试验台的改进设计,该实验台操作和结构简单，回收效率高, 能满足各项设计要求。目录前言11 绪论41.1 液压泵试验台的概述341.2 液压泵试验台的发展状况41.3 液压泵试验台的设计研究意义61.4 目前液压泵试验系统的试验状态81.5 液压泵试验系统的节能方式82 液压泵试验台液压系统设计82.1 液压泵试验台原理图的分析和确定82.1.1 液压泵试验的类型确定82.1.2 试验台液压系统原理图的绘制102.2液压液的选择4112.3 电机、液压泵、马达的选择和设计132.3.1 主回路液压泵的选择132.3.2 主回路电机的选择132.3.3 功率回收马达的选择152.3.4 补油泵的选择162.3.5 驱动补油泵的电机的选择162.4 连接件的选择162.4.1 油管的计算172.5 液压阀的选择5182.5.1 单向阀的选择182.5.2 溢流阀的选择182.5.3 换向阀的选择5192.6 联轴器的选择202.7 流量计的选定212.8 过滤器的选择212.8.1 主回路滤油器的选择222.8.2 补油回路滤油器的选择222.9 冷却器的选择222.10 转矩转速传感器的选择232.11 节流阀的选择233 油箱的设计5233.1 油箱的用途和分类233.2 油箱的构造与设计要点243.3 油箱的容积计算及结构设计254 系统的安装和实验项目的测试254.1 系统的安装254.2 试验项目的测试264.2.1 液压泵试验测试项目的确定12264.2.2 容积效率检查试验274.2.3 总效率检查试验274.2.4 变量特性试验284.2.5 超载试验294.2.6 其他试验项目29总结31参考文献321 绪论1.1 液压泵试验台的概述3 在人类对自然规律的探索和认识过程中，科学试验是必不可少的一个重要环节。可以说没有试验也就没有现代科学。当然科学试验中人是一直居于主导地位的。人们在获得感性认识的基础上，必须通过头脑的综合和思维，上升成为理性认识，提出假设和广义的规律性结论。为了检验和验证理性结论的正确性，人们还须主动地、积极地投身到科学试验中去，用理论来指导试验的进行，并由试验结果的分析中来不断充实、验证和发展理论，增加理论的深度和广度。因此，对于每一个献身于科学的人，特别是工程技术人员，都应对所从事的学科中的实验技术给以充分的重视。科学技术的飞速发展加速了液压技术的进步，扩大了液压技术的应用范围，因而对它的元件和系统的性能要求也就愈来愈高。液压泵是为液压传动提供加压液体的一种液压元件，是整个液压系统的心脏，它的性能直接影响着整个液压系统的性能,它的功能是把动力机(如电动机和内燃机等)的机械能转换成液体的压力能。输出流量可以根据需要来调节的称为变量泵，流量不能调节的称为定量泵。液压系统中常用的泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵3种。齿轮泵：体积较小，结构较简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏较大。叶片泵：分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀，运转平稳，噪音小，工作压力和容积效率比齿轮泵高，结构比齿轮泵复杂。柱塞泵：容积效率高，泄漏小，可在高压下工作，大多用於大功率液压系统；但结构复杂，材料和加工精度要求高，价格贵，对油的清洁度要求高。一般在齿轮泵和叶片泵不能满足要求时才用柱塞泵。还有一些其他形式的液压泵，如螺杆泵等，但应用不如上述3种普遍。另外，液压泵的性能测试时辨别产品优劣、改进结构设计、提高工艺水平、保证系统性能和促进产品升级的重要手段。因此，在对邵阳液压维克有限公司有关液压泵试验台进行了考察，提出了一种功率回收型轴向柱塞泵试验台的改进设计。1.2 液压泵试验台的发展状况在传统测试中，各种设备都是用的机械式的测试设备，其测试精度很不高，不能自动修正，误差累计严重。所使用的液压液也是低级的液压液，没有登记要求，固然测试结果没有很高的准确性。另外，在传统的一些液压试验台对温度没有做好严格的要求，是一种很粗犷的开放的环境，温度变化比较大，这使得测试结果同样变化比较大。其次是在管接头还停留在很老式的接头上，没有用上现在的一些新型管式接头，以致产生了很大的外部泄露。再其次，随着人工工资的不断的上升。况且，液压泵的测试项目多，数据多，因此操作过程繁复，运算量大，加上度数视差，测量精度更加难以保证。所以说传统的液压泵试验台只能满足测试很低的精度要求，已不满足现代生产对液压泵高度的测试工作了。 在二十一世纪的今天，液压技术本身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来不断扩大其应用的领略，以满足不断发展的生产要求。我国的液压及气动技术是在新中国建立后才发展起来的。从1952年上海机床厂试制出我国第一个液压元件齿轮泵起，迄今大致经历了仿制国外产品、自行设计开发和引进消化提高等几个发展阶段。 近年来，通过技术引进和科研攻关，产品水平也得到提高，研制和生产出了一些具体先进水平的产品，如高压柱塞泵、齿轮泵、叶片泵，通用阀门、叠加阀、电液伺服阀、电气伺服阀，无油润滑气动元件、低功率电磁气动阀等。通过科研攻关，在液压元件和系统CAD、污染控制、比例和伺服技术、故障诊断方面取得了一系列成果。 目前，我国的液压、气动工业已能为冶金、工程机械、机床、化工机械、纺织机械等部门提供品种较为齐全的产品。因而也扩大了液压及气动技术的应用，许多工业部门先后制成了多种液压或气动的专用机械设备，建立了液压及气动元件流水生产线，实现了机械和生产过程的自动和半自动控制，改善劳动条件、提高工效等方面正在发挥着愈来愈大的作用。 应当指出，我国液压、气动工业在产品品种、数量级技术水平上，与国际水平以及主机行业的需求还有不少差距，每年还需进口大量液压、气动元件。因而，国家十分重视液压气动工业的发展，在产业政策中，把液压气动基础元件产品列入机械工业技术改造和生产重点支持之列。 目前，国内高性能的液压产品主要有以下分类： （1）高压化、集成化、高效化、机电一体化液压元件。如高压通轴式轴向柱塞泵，压力、流量及方向控制阀，高性能电液比例和伺服阀，叠加阀，高精度过滤器等； （2）机床、冶金等固定机械用高压控制阀、叶片泵、低速大扭矩液压马达；车辆与工程机械用高压柱塞泵和马达、多路阀、摆线马达、液压缸、转向器；交通运输机械用转向动力装置、超高压液压机具、管接头及总成等。 （3）冶金、矿山机械工程机械设备的成套液压系统，如轧机自动厚度、宽度控制电液伺服系统，各种车辆用静液传动装置等。 液压泵站是液压系统的动力源，它向系统提供一定压力、流量和清洁度的工作介质，是液压系统的重要组成部分。液压泵站适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械上。 液压泵站通常由以下五个相对独立的单元组成，它们是：泵组，油箱组件，控温组件，蓄能器组件及过滤器组件。实际上可以根据不同要求进行合理的取舍，设计出于工况相适应的液压泵站。 （1）泵组有液压泵，原动机，联轴器，传动底座及管路辅件等组成。 （2）油箱用于储存系统所需的足够的油液，散发系统工作时产生的一部分热量、分离油液中的气体和沉淀污物。 （3）控温组件有升温和降温两种控制组件组成。当液压系统的自身热平衡不能使工作介质处于合适的温度范围时，应在液压系统中设置控温组件，使介质温度始终处于设定的范围内。 （4）蓄能器组件通常由蓄能器、控制装置、支承台架等部件组成。在液压泵站中应用最广的是气囊式蓄能器。在压力恒定性要求高时，可采用重锤式蓄能器，但其自身惯性大，影响对冲击能量的吸收。为改善性能，可并联气囊式蓄能器。当容量特大，但对压力恒定性要求一般，并以高水基液为介质时，可选用气液直接接触式蓄能器。 （5）过滤器组件的作用是从液体中分离非溶性固体微粒，防止颗粒污染物对液压元件的磨损和堵塞小截面流道，防止油液本身的劣化变质，保持工作介质的清洁度。1.3 液压泵试验台的设计研究意义 通过摸索设计液压泵试验台来给成品液压泵做出厂试验，测试成品液压泵的各种性能：如排量检查试验、超载试验、冲击试验等，由此来确定液压泵的各项性能参数和品质指标等。 液压泵是液压系统中将机械能转换为液压能的能量转换元件，它是由原动机驱动把输入的机械能转换成液压能再以压力和流量的形式输送到系统中去。液压泵作为液压系统的动力源(或动力元件) 是整个液压系统的心脏它的性能的好坏对整个液压系统有重要的影响并将直接影响到系统的稳定性。随着液压技术和计算机控制技术的进一步发展船舶工程与各类机械工程对高性能高品质液压泵的要求量越来越大，因此对液压泵动态性能测试研究有重要的实际意义。 液压泵试验台主要内容： （1）功能：液压试验台具有计算机测试和手动辅助测试功能。系统和被试元件的相关数据由各类传感器测取，通过计算机对有关参数信号进行采集、处理，获取被测元件或系统的性能参数，并可显示、打印出相应的特性曲线，并能根据试验结果作出相应的试验结论。同时液压试验台也具有指针式和数显式仪表的显示功能。 整个液压综合试验台系统可分为液压与控制、测试两大部分。液压系统部分包括液压动力源，液压控制元件，工作台面及被测元件等;而控制、测试系统部分则包含操作、控制、测试系统以及相应的数据库管理及报表功能等。试验台的操作、控制、测试系统主要由计算机、PLC和各类传感器组成，在整个试验过程中负责对系统压力、流量、油温等信号进行监测，并具有数据采集功能。 （2）液压泵试验台主要用于液压泵的出厂检验和部分性测试，测定液压泵在试验过程中压力、流量等参数的量值及其变化，计算泵的容积效率、机械效率等参数，依次来判断泵的性能和参数是否符合设计和出厂要求。早期液压泵实验台的测试系统大多是手动测试，在实验过程中，测试人员手动调节被试泵的转速、测试压力等参数，根据试验情况来记录测试数据，计算泵的各种效率，试验人员根据实验数据处理得到泵的性能指标。显然这种测试系统占用较大的人力资源，测试过程中需要人员辅助完成实验，影响试验效率，并且得到的测试结果带有较大的人为误差，精度和重复性差。液压泵试验台是用于对液压泵进行性能测试的，是辨别产品优劣、改进结构设计提高工艺水平保证系统性能和促进产品升级的重要手段。但是液压泵性能测试涉及的参数多精度要求高并且有些参数需要间接处理同时测试过程中还有很多相关条件需要保障。液压泵的性能测试方法分为仪器仪表加人工的传统方法和机电液一体化与计算机技术相结合的现代方法。目前国内液压泵在出厂前一般所进行的出厂试验比较简单尚无法通过试验数据进行系统性能分析。1.4 目前液压泵试验系统的试验状态通常，液压泵、液压马达试验都采用功率消耗的方式进行。在做液压泵出厂试验时，要对液压泵进行耐压试验，其试验压力要高于液压泵的最高允用压力，在此试验条件下，保压5min，以检验液压泵的密封性能。另外，还要对液压泵做试运转和最低启动压力试验，这就需要高压、大排量的液压泵作为试验系统的动力源，其驱动电机的功率一般都要上千瓦。目前大多数液压泵试验台在做耐压试验等出厂试验时，液压泵输出的压力油全部经溢流阀溢流到油箱，能量也随之转化为热能散发掉了。液压泵试验系统的功率损耗，还造成试验系统的温度升高。温度升高会加速油液的老化，使液压元件加速磨损、泄漏增加、性能降低，影响液压元件的寿命和试验系统的可靠性。因此，试验系统就必须安装水冷或风冷装置对其降温，这又进一步加大了能源的消耗，浪费了宝贵的水资源。同时废弃的液压油又造成了环境的污染。由此可见，在进行液压泵试验时采取有效的节能措施就显得尤为重要。1.5 液压泵试验系统的节能方式针对液压泵试验过程中能耗偏高这一问题，设计更加节能的液压泵试验系统就成了当今的发展趋势。液压泵试验系统节能方式总体可以分为提高试验系统自身性能节能和采用功率回收方式节能。液压泵试验的过程也是能量转换的过程，在能量转换的每个环节上都存在着能量的损失。另外，部分液压能还通过液压元件的内、外泄漏、压力损失、管道损失、溢流、节流、机械摩擦等形式，产生功率损耗。因此提高试验系统自身性能显得尤为重要。因此, 本文提出了一种新型功率回收型轴向柱塞泵试验台的改进设计,该实验台操作和结构简单，回收效率高, 能满足各项设计要求。2 液压泵试验台液压系统设计2.1 液压泵试验台原理图的分析和确定2.1.1 液压泵试验的类型确定液压泵主要有三种类，柱塞泵、齿轮泵和叶片泵，试验内容也各不相同。例如液压齿轮泵其参照市中华人民共和国机械行业标准为JB/T 7042-93,叶片泵试验方法其参照市中华人民共和国国家标准JB/T 7039-93。液压轴向柱塞泵试验方法其参照中华人民共和国机械行业标JB/T7043-2006。 （1）液压系统有开式和闭式两种，闭式是指系统的液压油不回到油箱，而是重新回到回路中循环使用。这种系统使用油量减少，节约了经济成本，但是其油液污染很快，另外就是系统温度不好控制。开式是指系统中的液压油通过系统后直接回到油箱。这种系统用油量很大，但是其温度控制容易得多。 （2）由于采用液压泵直接吸油，即可减少能源消耗，节约经济成本，增加此试验台的可行性。 （3）在液压试验中，对系统的加载有机械方法加载、液压方法加载、电的加载和自动负载模拟器。机械方法其主要包括：摩擦测功器加载，扭板弹簧产生铰链力矩加载，惯性圆盘产生惯性力矩加载，直线运动部件带动一定质量的砝码加载，直线运动部件与拉簧或压簧连接以获得与位移成比例的弹性负载力。液压加载方法主要包括：液压泵的节流加载，被压加载和粘性阻尼负载的模拟。电的加载主要包括：电力测功机加载和直流他励发电机作负载。综合比较，在这个液压泵试验台回路中采用液压加载方法比较适合。而液压加载中采用被压加载方式，因为基于节流原理的加载方法，由于能量的耗损特别大，油温升高快，这将对试验带来一系列不利影响；而粘性阻尼加载成本太高，可行性不大。故采用被压加载方法，特别的在此采用远控式先导溢流阀来产生被压，来满足系统的加载需要。 （4）被试泵要作冲击试验是必做项目，为了实现冲击试验的方便，通过用一个二位四通的换向阀来实现。 （5）为了在更换不同被试泵的操作方便快捷和防止液压油流出，在被试泵出口安装一个截止阀，减轻工作换阀时的工作强度，进一步的减少换泵的时间，即减少辅助时间。 （6）实践证明，液压液的污染是液压系统发生故障的主要原因之一，这来得得影响着液压系统的可靠性及元件的寿命。特别是使液压元件的实际使用寿命往往比设计寿命低得多，并且固体颗粒加速元件磨损，堵塞元件中的小孔、缝隙及过滤器，使泵、阀的性能下降，产生噪声。故在液压系统的进油安装一个过滤器和回油时安装一个过滤器。 （7）因为实验对温度的要求很苛刻，为了使系统的油温能调节到要求的温度和精度，使用板式换热器来实现。 （8）为了防止系统压力突然升高时损坏液压泵，在被试泵和补油泵出口加上一个单向阀进行保护，增加液压泵的使用寿命。 （9）为了各种参数，和使试验数据满足要求，需要用温度计、压力计和流量计对液压泵进、出口进行测量，需要测试试验泵的转速和转矩，用速度测量仪表和转矩检测试仪。同时，为了扩大试验台的测试范围，把测量液压泵内泄漏的仪表（流量计、压力表和温度计）也装上。2.1.2 试验台液压系统原理图的绘制 图 2.1 液压泵试验台液压系统原理图 此液压系统所需元件如表2-1。 表2-1功率回收型液压泵试验台在液压试验台所需元件表序号型号名称数量生产厂家1-1CY-Y160斜盘式轴向柱塞泵1邵阳液压公司1-2YB-A26B叶片泵1榆次液压件厂2A6V 斜轴式变量马达1力源液压3LC-20.2/A椭圆齿轮流量计3合肥仪表4WB201 0-100C-0.5 500温度变送器M27X24宝鸡秦明5YN-100Z耐震压力表4安徽天康股份有限公司6-1Y2H32L先导式溢流阀1邵阳液压公司 6-2DBDS15G10/20直动型溢流阀1沈阳液压件厂6-3DBDS15G10/10直动型溢流阀1沈阳液压件厂6-4DG02C2*直动型溢流阀1榆次油研液压有限公司6-5DBDS30P10/40直动型溢流阀1沈阳液压件厂7-1S-10-P-12-0S型式单向阀1邵阳液压公司7-2S-10-P-12-0S型式单向阀1邵阳液压公司8-1SU3-F506滤油器 1沈阳滤油器厂 8-2 8-3ZU-H25010FS滤油器1沈阳滤油器厂9-1Y315L1-4三相异步电动1岳阳县电机厂9-2LY-A2F80R2三相异步电动1常德市电机厂10NL8联轴器3济南天成11JC3B转速转矩传感器1湘仪元件仪器厂12BR0.23冷却器2四平四环冷却器1334SOH10BT手动换向阀1邵阳液压公司14SMF-323A空气滤清器1中航11615YWZ1-160T液位液温计1中航116161300800860油箱1星箭航天17KHB-M36X1.5-1212-01X高压二通球阀DN201HYDAC1824SOH10BT二位四通阀1邵阳液压件厂19MG10G1.2节流阀1沈阳液压件厂2.2液压液的选择4在液压系统中，液压液是传递动力和信号的工作介质，有的还起到润滑、冷却和防锈的作用。液压系统能否可靠、有效的工作，在很大程度上取决于系统中所用的液压液。因此，正确而合理的选用和维护液压液对于液压系统达到设计要求、保障工作能力、满足环境条件、延长使用寿命、提高运行可靠性、防止事故发生等方面都有重要影响。液压系统对液压工作介质的主要要求如表2-2:表2-2 液压系统对液压工作介质要求 说明粘度合适，随温度的变化小 工作介质粘度是根据液压系统中重要液压元件的油膜承载能力确定的，故应在保证承载能力的条件下，选择合适的介质粘度润滑性良好 工作介质对液压系统中的各运动部件起润滑作用，以降低摩擦和减少磨损，保证系统能长时间正常工作。近来，液压系统和元件朝高性能化方向发展，许多摩擦部件处于边界润滑状态。抗氧性 工作介质与空气接触会产生氧化变质，高温、高压和某些物质会加速氧化过程。氧化后介质的酸性值会增加，腐蚀性增强，而且氧化生成的粘稠物质会堵塞元件的孔、隙，影响系统的正常工作。 剪切安定性好 工作介质在经过泵、阀和微孔元、器件时，要经受剧烈的剪切。这种机械作用会使介质产生两种形式的粘度变化：即在高剪切速度下的暂时粘度损失和聚合性增粘剂分子破坏后造成的永久性粘度下降。在高速、高压时这种情况尤为严重。粘度降低到一定程度就不能继续使用。防锈和不腐蚀金属 液压系统许多金属零件长期和工作介质接触，其表面在溶解于介质的水分和空气的作用下会发生锈蚀，使精度和表面质量受到破坏。粘度降到一定程度后就不能够继续使用。同密封材料相容 工作介质必须同元件的密封材料相容，不容易溶胀、软化或硬化，否则，密封会失效，产生泄露，使系统压力下降，工作不正常。消泡和抗泡沫性 混入和溶于工作介质的空气，常以（直径大于1.0mm）和雾沫空气（直径小于0.5mm）两种形式折出，即起泡。起泡的介质使系统的压力降低，润滑条件恶化，动作刚性下降，并引起系统产生异常噪声、振动和气蚀。此外，空气泡和雾沫空气的表面积大，同介质接触使氧化加速。抗乳化性 水可能从不同途径混入工作介质。含水的液压油工作时受剧烈搅动极易乳化，乳化使油液劣化变质和生成沉淀物，妨碍冷却器的导热，阻滞管道和阀门，降低润滑性及腐蚀金属。清洁度 工作介质中的机械杂质会堵塞液压元件通路，引起系统故障。机械杂质又会使液压元件加速磨损，影像设备正常工作，加大生产成本。其他 良好的化学稳定性、低温流动性、抗燃性，以及无毒、无臭，在工作压力下，具有充分的不可压缩性。此处选用矿油型液压油工作介质，另外，根据所用的液压泵不同，用油也不尽相同，由于系统的被试泵是轴向柱塞泵，根据液压泵选用液压油的平品种和黏度，如下表2-3。 表2-3 根据液压泵选用液压油的品种和黏度 液压泵类型40的黏度v/mms 适用品种和黏度等级 540C 4080C 轴向柱塞泵 40 70150HL油，（高压用HM），32、46、68、100、150在推荐的L-HM46和L-HM68两种液压油，经过综合比较选用L-HM46液压油，其各项指标完全满足要求。其主要参数见表2-4： 表 2-4 L-HM46的主要参数类型 质量等级比热容KJ.(Kg.C)密度（Kg/m）L-HM46优等品1.889002.3 电机、液压泵、马达的选择和设计2.3.1 主回路液压泵的选择根据课题要求：液压试验台最大试验压力为31.5MPa，考虑到压力损失等因素，一般选用35MPa，=40MPa的柱塞泵。柱塞泵类型分为：轴向柱塞泵、径向柱塞泵和卧式柱塞泵。其中，轴向柱塞泵有结构紧凑、转动惯量小、压力高、效率高等优点，故应用广泛。本设计也采用轴向柱塞泵。 考虑到泵在工作中的效率，选择变量泵以提高液压系统的效率，减少能量损失。变量泵的变量形式有很多种：有定量、手动、恒压、恒功率等方式。查阅液压设计传动手册2，本系统采用邵阳液压件厂CY-Y160斜盘式轴向柱塞泵。其参数如下： 表2-5 M-CY-Y160型斜轴式轴向柱塞泵参数5型号排量压力/MPa转速CY-Y16016031.510001500满足课题的设计要求。2.3.2 主回路电机的选择(1)与被试泵相匹配的电动机，根据式（2.1）选定： （2.1） 式中 电动机的额定功率； 变量柱塞泵的额定压力； 变量柱塞泵达到额定压力时，输出的流量； 变量柱塞泵的机械效率。这里，取。式中 变量柱塞泵的排量（单位：）； n 变量柱塞泵的额定转速（单位：）按式（2.2）可得 （2.2）则所选电动机的额定功率140KW，且额定转速要与液压泵转速相匹配，。查阅机械设计手册（单行本）减（变）速器电机与电器，选用Y系列三相异步电动机，由于功率不大，在此考虑用交流电动机（直流电动机一般用于大功率的场合）。另外，知道被试泵的转速为1500r/min，故可知驱动电动机必须转速要达到1500r/min。由Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件，其行业标准JB/T 9616-1999可查得：选择Y315L1-4，额定功率为160KW,同步转速为1500r/min，满载转速为1480r/min。 表 2-6 Y系列三相异步电动机技术数据型号额定功率/KW满载时堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩转速r/min效率%功率因数cosY315L1-4160148094.50.891.82.2 Y315L1-4电动机外形及安装尺寸如表2-7所示：图2.2 Y315L1-4电动机外形及安装尺寸表2-7 Y315L1-4 电动机外形及安装尺寸型号HABCDEFG315-L5085082161702271GDKAAABACADBBHAHDL1428125640645550 7454877012402.3.3 功率回收马达的选择功率回收马达的进油口与被测试泵的出油口管路连接，动力输出端与电机动力输入端连接，功率回收马达的出油口与油箱管路连接。完成工作的高压油最后通过功率回收马达流回油箱，将大部分液压能回收利用。 高速马达具有体积小、重量轻、结构简单、工艺性好、对油液的污染不敏感、耐冲击和惯性小等优点。缺点有扭矩脉动较大、效率较低、起动扭矩较小（仅为额定扭矩的60%70%）和低速稳定性差等。低速液压马达是结构简单、工作可靠、品种规格多、价格低。其缺点是体积和重量较大，扭矩脉动较大 。根据泵的选择及该马达的作用，选择高速液压马达。实验最大压力要求为31.5Kpa，被测试泵的排量为160ml/r，完成工作的高压油通过功率回收马达，油压转化成动力转矩后挤出，一部分油液流回邮箱，综合考虑选择A6V型柱塞马达。其具体参数为：表2-8 A6V型斜轴式柱塞马达参数型号排量（ml/r）输出转矩(Nm)A6V最大最小45/260450082.3.4 补油泵的选择 按照经验，简单闭式系统补油泵的流量为系统流量的10%，而系统最大理论流量。补油泵选YB型叶片泵，具有结构简单，性能稳定，排量范围大，压力流量脉动小，噪声低，寿命长等一系列优点，选取型号为YB-A26B,其技术参数见表2-9。 表2-9 YB-A26B型叶片泵技术参数5型号理论排量/mlr-1额定压力/MPa输出流量/Lmin-1驱动功率/kW额定转速/rmin-1YB-A26B26.1722.53.810002.3.5 驱动补油泵的电机的选择 由表2-10可知，补油泵的驱动功率为3.8kW，额定转速为1000rmin-1，由Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件，其行业标准JB/T 9616-1999可查得：选择Y132M1-6，额定功率为4KW,同步转速为1000r/min，满载转速为960r/min。表 2-10 Y系列三相异步电动机技术数据型号额定功率/KW满载时堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩转速r/min效率/%功率因数cosY132M1-64960840.772.02.22.4 连接件的选择油管的作用是保证液压系统工作液体的循环和能量的传输，管接头用以把油管与油管或油管与元件连接起来而构成管路系统。由于该试验台为固定设备不经常拆卸且系统的最大压力较高，因钢管承压能力强，价格低廉，强度高，刚度好，因此这里油管选择钢管5。2.4.1 油管的计算油管的计算主要是确定油管的内径和壁厚。 （1）选择油管内径，根据管中油的油的流速计算油管内径 （2.3）式中 d油管内经（mm）； q通过油管的流量（）； v油管在管内的允许流动速度（）。吸油管取0.5-1.5m/s，p大于16MPa，压油管取5-6m/s，回油管取1.5-3 m/s。在电机额定功率下，电机转速为1480r/min，所以流量，将q代入公式得：对于吸油管d=0.1517（m） 对于回油管d=0.09556（m）因此吸油管选内径15cm的钢管，回油管选内径10cm的钢管。 （2） 选择油管壁厚金属管壁厚计算公式(2.4)为： (2.4) 式中：p油管内最高工作压力； 油管材料的抗拉强度； n为安全系数。p7MPa时，取n=8；当p17.5MPa时，n=4。查阅资料可得材料为1Cr17Ni7的钢管的抗拉强度为520MPa。 经计算得：吸油管2.9614（mm）； 回油管1.4642（mm）。按标准规格选取吸管为15mm3mm，无缝钢管；回油管选择10mm1.5mm的无缝钢管。 （3）管接头的选择管接头是油管与油管、油管与液压元件之间的可拆式连接件，管接头必须具有耐压能力高、通流能力大、压降小、装卸方便、连接牢固、密封可靠和外形紧凑等条件。本液压系统采用可焊接管接头。2.5 液压阀的选择5 在液压系统中，选择合理的液压阀，是使系统的设计合理，性能优良，安装简便，维修容易，并保证系统正常工作的重要条件。所以，液压阀的选择正确与否，对系统的成败有很大的关系，在选阀时必须认真对待。2.5.1 单向阀的选择 单向阀7-1,7-2是防止液体倒流的元件，所选单向阀除实现防止液体倒流的功能外，还应还应满足试验台的通流能力。选单向阀时，单向阀要满足流量要求，同时压力损失要小。被试泵的输出流量为240L/min，查阅液压传动设计手册，在单向阀7-1、7-2选S型式单向阀，型号为S-10-P-12-0，最大流量为260L/min。其中S表示单向阀，10为通径，P表示该阀为板式阀，1表示开启压力为0.05MPa，2表示螺纹连接,0表示0-0系列。2.5.2 溢流阀的选择根据液压系统原理图给定情况，审查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。一般情况下，阀的实际压力和流量应与额定压力和流量相近，到必要时允许实际流量超过额定流量的20%。有的电磁换向阀有时会出现高压下换向停留时间较长不能复位的情况，因此用于有可靠性要求的系统时，其压力以降压（32MPa降至2025MPa）使用为宜， 或选用强制对中的电液换向阀。根据系统额定压力为31.5MPa，理论流量为240L/min，溢流阀6-1选型为Y2型先导式溢流阀，主要用于保持系统压力恒定和液压系统卸载，型号为Y2H32L，技术规格如表2-11： 表2-11 Y2H32L技术规格5先导溢流阀型号电磁溢流阀型号通径/mm压力/MPa额定流量/Lmin-1调压范围/MPa重量/kgY2H32LH32L1532 25016329.4溢流阀6-2、6-3选型为DBD型直动式溢流阀，技术规格如表2-123： 表2-12 溢流阀2、3技术规格5溢流阀编号通径/mm工作压力/MPa流量/Lmin-12152025031510250溢流阀6-4作为补油泵的安全阀，其所控制的过载压力，一般比系统的工作压力高8%10%,而补油泵的额定压力为7MPa，查阅液压传动设计手册，溢流阀6-4的选型为DG02C2*，其工作介质为矿物液压油、含水工作液，D表示直动式溢流阀，G表示为板式，02表示为直动溢流阀，C表示压力调节范围为3.514MPa，2*为系列号。溢流阀5实现冷却器的过压安全保护，其所控制的过载压力，一般比系统的工作压力高8%10%,而系统的额定压力为31.5MPa， 查阅液压传动设计手册，溢流阀6-5的选型为DBD直动型溢流阀，型号为DBDS15P10/40。S表示带保护罩的调节螺栓，15为通径，P表示板式阀，10为系列号，40表示工作压力。 2.5.3 换向阀的选择5换向阀13实现了被试泵在不同工作压力下进行跑合实验，由液压系统的理论流量为240L/min，最大工作压力为31.5MPa，查阅液压传动机械手册，换向阀13的选型为34SOH10BT，为三位四通手动换向阀，S表示手动，O表示滑阀机能，H表示公称压力为31.5MPa，10表示通径，B表示板式连接，T表示带复位弹簧。换向阀19是为了做变量特性试验而设计的。由液压系统的理论流量为240L/min，最大工作压力为31.5MPa，查阅液压传动机械手册，换向阀18的选型为24SOH10BT，为二位四通手动换向阀，S表示手动，O表示滑阀机能，H表示公称压力为31.5MPa，10表示通径，B表示板式连接，T表示带复位弹簧。2.6 联轴器的选择用于n500r/min工况条件的联轴器 ，应考虑联轴器外缘离心力和弹性元件变形等影响因素，并应作动平衡 。高速时不应选用非金属弹性元件弹性联轴器，高速时形成弹性元件变形，宜选择高精度 的挠性联轴器，目前国外用于高速的联轴器不外乎膜片联轴器和高精度鼓形齿式联轴器。联轴器的理论转矩 T=9550=9550Nm1018.67Nm (2.5)电机轴径为80mm，马达轴径为39mm，可选用NL5内齿形弹性联轴器，材料为HT200。NL型内齿形弹性联轴器图形及符号如图2.3。NL8内齿形弹性联轴器技术规格见表2-13。 图2.3 NL型内齿形弹性联轴器图形及符号 表2-13 NL8 型内齿形弹性联轴器基本参数和尺寸型号公称许用主要尺寸(mm)允许安装尺寸偏差惯性扭矩质量扭矩(N.m)转速(r/min)轴孔直径d1d2半轴长度L1L2总长LL1+L2+L3DD1D2EL3轴向(mm)径向(mm)角度aO(kg.cm2)(kg)NL8125036002860501401142841409667430.6298.519.52.7 流量计的选定本试验台选用LC-A型椭圆齿轮流量计，铸铁椭圆齿轮流量计，广泛用于各种油品及对铸铁不腐蚀液体介质的计量。型号为LC-20.2/A，流量0.43，介质温度-20+60，公称压力为1.6MPa，介质粘度为2200Pas，准确度等级为0.5。2.8 过滤器的选择 过滤器是液压系统中重要元件。它可以清除液压油中的污物，保持油液清洁度，确保系统元件工作的可靠性。 吸油滤油器一般安装在油泵的吸油口处，用以保护油泵和其他液压元件，以避免吸入污染杂质，可以有效的控制液压系统的清洁度。滤器对液压系统来说是重要的不可缺少的附件。过滤器的选择就考虑如下几个方面5：(1)过滤精度应满足液压系统的要求(2)过滤器就具有足够大的通油能力，并且压力损失要小。其通流能力一般应大于实通过流量的2倍以上。(3)具有足够大的过滤能力，压力损失小。(4)滤芯使用的虑材应满足使用工作介质的要求，并有足够的强度。 （5）有良好的抗腐蚀性，不会对油液造成化学的或机械的污染。 （6）在规定的工作温度下，能保持性能稳定，有足够的耐久性。 （7）清洗维护方便。 （8）结构尽量简单，更换滤芯容易。 （9）价格要低廉。 2.8.1 主回路滤油器的选择 主回路的理论流量 q=n*V=1500r/min*160ml/r=240L/min (2.6) 所以吸油滤油器的公称流量应大于480L/min。其型号为ZU-H25010FS,其技术规格如下表2-14： 表2-14 ZU-H25010FS技术规格2型号通径/mm额定流量/Lmm额定压力/MPa原始压力损失允许最大压力损失过滤精度/umMPaZU-H25010FS250320.150.35102.8.2 补油回路滤油器的选择补油泵输出流量为22.5L/min，所以补油滤油器可选型SU-F506，为烧结式滤油器。其技术规格如表2-15：表2-15 SU3-F506技术规格2型号额定流量/Lmm工作压力/MPa过滤精度/um管径SU3-F50650206M3322.9 冷却器的选择 液压系统工作时，因液压泵、液压马达的容积损失和机械损失，或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，几乎全部转化成能量。这些热量除一部分散发到周围空间，大部分使油液及元件的温升高。如果油液温度超过80，将严重影响液压系统的正常工作。一般规定液压用油的正常温度范围为1565。本液压系统采用液压泵-液压马达的闭式系统，由于油液强制冷却的办法，通过冷却器来控制油液的温度，使之适合系统工作的要求5。 本液压系统选用B型板式换热器，其型号为BR0.23,换热面积为8，设计压力为1.0MPa，工作压力为1.6MPa,设计温度为150，工作温度为100，落地式结构。2.10 转矩转速传感器的选择转矩转速传感器是一种测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器。本系统中转矩转速传感器是用来测试柱塞泵的扭矩和转速的。JC系列转矩转速传感器主要用于测量各种动力机械的转速和扭矩，在选用传感器时，首先要确定被测设备的最大扭矩和转速，被测设备的最大扭矩最好使用在传感器额定扭矩的67%-120%范围，且最高转速不要超过传感器的额定转速。这样既可保证所选传感器能在长期使用中的安全可靠，又可以保证足够的测量精度。选择传感器的型号是JC系列转矩转速传感器。型号为JC3B，额定转矩是JC5000Nm，使用转速范围是03000r/min。JC型转矩转速传感器的基本原理是：通过弹性轴、两组磁电信号发生器，把被测转矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号，这两组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比，而其相位差的变化部分又与被测转矩成正比。2.11 节流阀的选择 调节节流阀19可调节被试泵出口压力，实现被试泵的变量特性试验的测定。由被试泵的额定流量和工作压力对节流阀选型，其选型为MG10G1.2，MG表示节流阀，10表示通径为10mm，G表示管式连接，1.2表示系列号为1.25。3 油箱的设计53.1 油箱的用途和分类油箱在液压系统中的主要功用是储存液压系统中所需的足够油液，散发油液中的热量，分离油液中气体及沉淀物。油箱可分为开式油箱和闭式油箱两种。开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气滤清器。开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达0.05MPa。如果按油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用，；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但制造较难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。本液压系统选用的是闭式、矩形油箱。3.2 油箱的构造与设计要点 （1）油箱必须有足够大的容积，以保证系统工作时能够保持的液位高度。为满足散热要求，对管路比较长的系统，还应考虑停车系统维护时能容纳油液自由流回油箱时的容量；在油箱容积不能增大而又不能满足散热要求时，需要设冷却装置。 （2）设置过滤器。油箱的回油口一般都设置系统所要求的过滤精度会有过滤器，以保持返回油箱的油液具有允许的污染等级。油箱的排油口（及泵的吸口）为了防止污染物，有时也装置设吸油网式过滤器。由于这种过滤器侵入油箱的深处，不好清理，因此，即使设置，过滤网目也是很低的，一般为60目以下。 （3）设置油箱主要油口。油箱的排油口和回油口之间的距离一般应尽可能远些，管口都应插入最低油面以下，以免发生吸空和回油冲溅产生气泡。管口制成450斜角。以增大吸油和回油截面，使油液流动时速度变化不致过大，管口应面向管壁。吸油管离箱底距离H2D（D为管径），距箱边不小于3D。回油管离箱底距离h3D。 （4）设置隔板将吸回油管隔开，使液流循环油流中的气泡污物分离和沉淀。隔板结构有溢流式标准型、回流式及溢流式等几种。另外还可以在隔板上设置滤网。 （5）在开式油箱上部的通气孔上必须配置空气滤清器，兼作进油口。油箱的进油口一般不从油桶中将油直接注入油箱，而是经过滤车从注油口注入。这样可以保证注入油箱的油液具有一定的污染等级。 （6）放油孔要设置在油箱的最底部，使换油时油液和污染物能顺利地从放油孔流出。在设计油箱时，从结构上应考虑换油的方便性设置清洗孔，以便于油箱中沉淀物的清洗。 （7）当液压泵和电机安装在油箱盖板上时，必须设置安装板，安装板在油箱上通过螺栓固定，或焊接固定。 （8）为了能够观察向油箱注油的液位上升情况和在系统过程中看见液位高度，必须设置液位计。 （9）按GB/T37661983中5、2、3a规定：“油箱的底部应离地面150mm以上，以便于搬移、放油和散热。 （10）为了防止油液可能流到地面上，可在油箱下部或上盖附近四周设置油盘，油盘必须有排油孔，以便于油盘的清洗。油箱的内壁应进行抛丸或喷砂处理，以清除焊渣和铁锈。待灰沙清理干净后，按不同工作介质进行处理或者涂层。对于矿物油常采用磷化处理。对于高水基或水乙二醇等介质，则应采用与介质相容的涂料进行涂刷，以防油漆剥落污染油液。3.3 油箱的容积计算及结构设计油箱有效容积一般为泵每分钟流量的3-7倍，对于固定设备，空间面积不受限制的设备则应采用较大的容积。油箱中温度一般推荐为3050，最高不应超过65，最低不低于15，对于固定机及其它一些设备，工作温度允许在4055。 油箱总体结构如下： 图3.1 油箱结构4 系统的安装和实验项目的测试 4.1 系统的安装在所有的准备工作做好了，就该是系统的安装了。对于液压泵表态特性测试试验台的安装不是把上面的几个系统简单的组合起来，而是该通过整体的剖局，局部的有机组合起来。其主要应该注意的是：（1）被试泵的进、出油口与压力、温度测量点之间的管道应为直硬管，管道应均匀并与进、出油口尺寸保持一致。 （2）泵组和油箱组件分离单独安装在地基上，改善了液压泵的吸入性，便于维修。 （3）功率回收马达、柱塞泵、电机、转矩转速传感器、以及联轴座直接或通过各自的支架固定在共同的底座上，这样可以保证上述元件的同轴度。 （4）试验台所用各种阀安装在试验台架上，流量计以及压力表安装在台架控制面板上。 （5）管道中压力测量点的位置应设置在离被试元件进、处油口端面的（2-4d）处。如果该处有影响压力稳定等因素，允许将测量点的位置移动至更远，但要考虑管路的压力损失。 （6）管道中温度测量点的位置应设置在离压力测量点的（2-4d）。4.2 试验项目的测试国家标准和行业标准还对液压泵试验按其性质分为液压泵型式试验和液压泵出厂试验。液压泵的型式试验的主要目的是要全面掌握产品的结构完整性、工作性能和耐久性，确定设计或生产能否定型。它的试验条件较为严格。实验项目主要包括静态特性、动态特性、结构完整性和耐久性，试验结果为产品的特性曲线，其测试精度较高，可作为科研开发、设计定型和生产定型的依据。液压泵出厂试验的主要目的是查明已定型产品在批量生产中的质量稳定性它的试验条件较型式试验低，试验项目主要是表态特性，试验结果为制定工矿下的性能数据，测试精度不如型式试验高，主要用作出厂试验、产品验收和修复验收。而此次设计的柱塞泵试验台要符合出厂试验和型式试验，主要做出厂试验。故要参照JB/T7043-2006，在设计中参照液压泵测定方法。4.2.1 液压泵试验测试项目的确定12由于此试验台是用于液压轴式柱塞泵泵的出厂试验，故可知其测试项目为见表2-1： 表 2-1 轴式柱塞泵出厂试验项目与试验方法序列试验项目试验方法实验类型备注1容积效率实验在额定工况下，测试容积效率必试2总效率实验在额定工况下，测量总效率抽试CY系列轴向柱塞泵可不进行该项实验3变量特性试验在额定转速下，使被试泵变量机构全程往复变量三次必试仅对变量泵 4超载性能试验在最大排量、额定转速、最高压力或125%的额定压力（选择其中高者）的工况下，连续运转不少于1min 抽试5外渗漏检查在上述全部实验过程中，检查动、静密封部位，不得又外渗漏必试允许采用实验转速代替额定转速。试验转速可由企业根据试验设备条件自行确定，但应保证产品性能。 4.2.2 容积效率检查试验 容积效率检查时液压泵重要的静态特性，是液压泵质量好坏的重要指标，是液压泵出厂试验的必试项目。同样在测试前也要将液压泵进行跑合试验。 容积效率 液压泵的实际流量q与理论流量的比值成为液压泵的容积效率，可表示为式（4.1）： （4.1）4.2.3 总效率检查试验总效率是指液压泵输出的液压功率与输入的机械功率的比值，其数值的高低反映着液压泵质量的高低，性能的优劣。其性能越高越好，节约了能源。其测试条件为稳态工况下测定，其测量的各个参数也必须满足稳态的要求。其测试的内容如下： 输入功率 驱动液压泵轴的机械功率为泵的输入功率，若记输入转矩为T、角速度为，则： （4.2） 输出功率P 液压泵输出的液压功率，即平均实际流量q和工作压力p的成绩为输出功率，即： (4.3) 总效率和机械效率 液压泵的输出功率P与输入功率之比为总效率，即： (4.5) 一台性能良好的液压泵应要求其总效率最高，而不仅仅是容积效率最高。4.2.4 变量特性试验 （1）恒功率变量泵恒功率变量泵的特性试验主要有以下几步：最低压力转换点的测定：调节变量机构使被试泵处于最低压力的转换状态，测量泵出口压力；最高压力转换点的测定：调节变量机构使被试泵处于最高压力转换状态，测量泵出口压力；恒功率特性的测定：根据设计要求调节变量机构，测量压力、流量相对应的数据，绘制恒功率特性曲线（压力流量特性曲线）图；其他特性按设计要求进行试验（2）恒压变量泵 恒压静特性试验：在最大排量、额定转速下加载，绘制不同调定压力下的流量压力特性曲线。调定压力：33%、66%、100%输出流量：0 100%注： 上下行曲线分别不得少于 10 个点； 试验系统中的安全阀不得开启； 额定
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