电气工程系毕业论文

1、引言流体传动与控制技术是现代机械工程的基本技术构成， 也是现代控制工程的 基本技术要素。 由于由于其本身的独特的技术优势， 使得它在现代化农业、 制造 业、能源工程、化学与生物工程、交通运输与物流工程、采矿与冶金工程、油气 探采与加工、建筑与公共工程、水利与环保工程、航天与海洋工程、生物与医学 工程、科学实验装置、 军事国防工程等领域获得了广泛的应用， 成为现代化进程 中不可替代的一项重要技术。 液压传动是以油或油水混合物作为工作介质 （也可 以说是传动件），通过液体的压力能实现能量传递的传动方式，其应用和发展实 践表明它具有传动平稳， 能在大范围内实现无级调速， 便于实现复杂动作等优点。 与

2、机械传动、电气传动相比， 它还具有能容量大的特点。 在较小的重量和尺寸下， 可以传递较大的功率， 易获得很大的力或力矩。 通过一阶段的课题调研， 和在企 业里的实践。我的课题是液压压套机。一、液压油缸的结构选择由于压套机推力较大（ 29 吨），推料长度（ 0.5 米），为了使压套机有良好的 工作性能， 考虑采用双油缸结构或单油缸的结构。 若采用两个油缸的结构， 则两 油缸之间有一定的中心距， 并且两油缸采用两端固定式， 以增加整个机构的强度 和提高油缸工作稳定性。 为了使油缸在工作时不因为所受载荷的不同而引起两钢 工作速度不同步的现象， 对油缸采用了刚性同步， 即在两油缸之间加上一导向杆， 依

3、靠导向杆对两油缸实现同步。该结构较复杂、工作可靠、同步精度较高，并采 用节流阀的液压同步回路，同步精度较低（4%-5%,这对压套机的工作性能影 响较大，同时很可能会造成损坏油缸， 折断活塞杆头等事故。 如果采用分流阀的 液压同步回路，系统简单，但其同步精度（ 2- 5），同样会对压套机造成影 响。采用此结构存在同步的问题。若采用双作用单油缸的形式， 就不可能存在上述的问题， 根据同类设计， 可 以参考采用单油缸双导杆结构。一只油缸在中间，导杆分别在油缸两边的形式， 油缸采用两端轴向脚座固定式。由于采用导向杆和活塞杆采用法兰连接，构成刚性同步，而刚性同步又是 通过导向杆和推头来实现的， 所以导向

4、杆和推头之间的连接为刚性连接， 以保证 同步精度。二、液压系统方案的选择由于液压式压套机的工作过程比较简单，为工进返回停止。工进时候的油缸速度慢为V工= 0.012m/s，返回的速度较快，为V返 0.016m/s。所以其 液压控制系统也比较简单，只要在油泵和油缸之间串联一个换向阀就可以达到目 的。为了控制系统压力和对系统起安全保护作用，在油泵和换向阀之间并联接 上一个溢流阀另外，为了充分发挥液压的无级调速的特性和尽可能减少系统元件，系统 采用手动变量泵。（变量泵可节省调速阀，减少系统发热）由于系统压力较高，流量较大，油缸返回速度大，冲击大，为了控制返回 速度活儿减小冲击，在油路上串联一个双向节

5、流阀（可调），以达到目的。所有 的液压元件都安装在集成块（150x150x120）上帕斯卡原理指出：在充满液体的密闭容器内，施加于静止液体表面 的压力将以等值同时传到液体的各点。所以在液压系统中，当忽略液体自 重时液体静止段内压力到处相等，如实验系统中压力表的示值反映表前管 道引出处的压力值。以一个不完全系统 （图2-1）为例，液压缸有杆腔活塞有效面积为A，阻力负载为 F。液压泵从油箱吸油，经压油管供油至液压缸下腔，由于F的存在将阻止液压缸下腔密封容积的增大，从而使泵不断排出的油液受到 压缩，因此导致油压不断上升，当压力升高到能克服阻力负载F时，活塞便被推动上升，这时，因缸的上腔直通油箱，P3

6、=0,则有P2 。如果FA2不变，液压缸下腔将维持P2不变，继续推动活塞上移。如果F=0，略去活塞自重和其它阻力时，泵排出的油液可以推动活塞上移，但不能在液压缸 下腔建立起压力（P 2=0）。以上说明，在容积式液压传动中，工作压力决定 于外界负载，即决定于油液运动时受到的阻力。液压系统中液流受到的阻力，往往有三大类：1、外加阻力。如液压缸提升的荷重，推动机械位移的力，液压马达驱动机械回转运动的扭矩等。2、液压阻力。沿程阻力和局部阻力统称液压阻力。3、密封阻力。如活塞杆作直线往复运动时，它与密封件间的摩擦所产生的阻力等。在图2-2中液压缸上腔直通油箱，即P3=0,此时液压缸理论推力为F理P2A2

7、。客观上由于活塞杆与端盖在a处和活塞与缸筒在b处存在密封阻力，a处存在外泄漏和 b处存在内泄漏（由高压腔向低压腔的泄漏 ），加 之制造和安装误差，偏载引起活塞和活塞杆倾斜而产生的附加阻力等因素，使液压缸能推动的实际荷重F有效总小于理论推力 F理，为此，用负载效率 负载表征它们的关系，负载是以F有效与F理之比来表征的，即负载F有效100%或 F有效=F理-F无效(2-1)若将式（2-1）中各力改用表压（压强）形式表示，则有P有效F有效A2P2A2p无效F无效式中P有效液压缸有效负载压力；P2 液压缸工作腔压力； P无效一一液压缸无效负载压力。所以 P有效= P2-P无效（2-3）或 P2 = P

8、有效+ P无效（2- 4）式（2-4 ）为液压缸工作压力决定于外界负载的表达式，它说明要使活塞运动，工作腔的压力P2必须等于液压缸有效负载压力和无效负载压力之和。图 2-1 压力形成原理图 图 2-2 液压缸负载效率在图 2-3 所示的实验装置系统中，液压缸回油路阻力可以忽略不计， 即 P3=0 ，此时泵 2 出口工作压力 P1 由两部分组成，一部分是从泵出口至液 压缸进口的油路上各种阻力 ( 如调速阀 4，换向阀 6，节流阀 7，管道等 ) 产生的压力损失之和P,另一部分就是液压缸工作腔的压力P2 ,Pi = P2 + E P(2-5)式(2-5) 为液压泵出口工作压力决定于外界负载的表达式

9、,它说明液压缸 要获得工作压力 P2 ,液压泵的工作压力 P1必须等于液压缸工作腔压力和该 工况下油路压刀损失P之和。当调速阀 4关闭时，泵排出的全部油液 仅通过溢流阀 9，10 溢回油箱，泵的工作压力由溢流阀9，10 的局部阻力决定，溢流阀调定后，液阻基本不变，因此P1 也基本不变。当调速阀 4 打开到某一开度，泵排出的油一部分供液压缸工作，多余的油仍通过阀溢回 油箱，但通过阀口溢流的油必须克服调定的液阻，因此可知此时泵的出口 压力 P1 仍基本不变。液压缸工作中如果外界负载在变化，则P2 一定随之变化，这时调速阀 4将自动调节液阻即过阀的压力损失P调，使P2+E P恒等于P1，即当P2增大

10、时， P调减小，反之亦然。、液压压套机液压系统传动原理图16四、液压系统说明由于本系统采用叶片泵，而泵对油的清洁度要求高，不能允许有杂质，所 以各液压元件在安装前必须清洗，油箱必须清洁，内部不允许涂漆。由于系统中没有设置放气孔， 所以安装时尽可能使系统全部低于油箱油面， 防止空气进入液压系统。压力表可以装在溢流阀的压力表接口上。五、系统的动作原理1、动机通电，油泵工作，液压油经电磁溢流阀卸荷。2、给电液换向阀的 1dt 通电，换向阀工作，同时， 3dt 工作，切断卸荷回 路，液压油经过换向阀进入油缸，油缸工作，活塞杆向前推进，当推头前进到一 定位置时，碰上行程开关13,使其动作，行程开关控制1

11、dt断电，2dt、工作3dt 原状工作， 压力压力经过换向阀进入油箱另一腔， 活塞杆退回。 当推头退回到配 上行程开关 12，使 12 工作，控制 2dt， 3dt 断电，油缸不 工作，压力油经溢流 阀卸荷，流回油箱。3、接通1dt，重复上述动作。4、当压套机所在的车间停电时，或出现不正常的情况下，需要液压缸的活 塞杆迅速退回时，这时候，可打开相应的高压球阀，推动手动换向阀，使得蓄能 器工作，储存在蓄能器中的液压能经换向阀进入液压缸的有杆腔， 在液压能的作 用下，活塞杆退回，油从无杆腔经换向阀流回油箱。六、顺序动作表动作名称电磁铁状态1dt2dt3dt工进+停止返回+一七、油缸设计及计算(一)

12、 油缸直径计算和油缸流量计算根据活塞杆受压情况，为了保证其的稳定性，取活塞直径d=0.50.7D由 F=PA得：无杆腔D=；,带入数据得D=4?29x103?16.5=149.6mm 靠标准D=150mm d=0.5D=0.5x150=75mm(2)工作时油缸的总流量2Q缸= £v/ vv 为容积效率，取1=/4x （ 150） =40/4=10x0.012x10 3x60x10 6=12.7 升/ 分（3）返回时的流量q返 = （D4-d2）V/ vv 为容积效率，取1=3.14x（ 1502-75 2）x0.016x10 3x60x10 6/4=12.7 升/分（二）油泵流量的计

13、算Q泵Q缸K为系统泄漏系数=13.97 升/ 分（三）缸筒壁厚计算根据表11-135选取缸体材料为20#钢P为油缸工作压力D 为油缸的内径=b/nb为缸体材料拉强度取40公斤/毫米n为安全系数 取n=4公斤/毫米165x150x1022x10x10i-=1.23cm=12.3mm根据企业样本，油缸外径 D1=178mm所以缸筒的厚度 14mm（四）活塞杆的强度计算活塞杆的材料为45#钢=s/ns为材料的屈服极限强度，取s=30公斤/毫米n为安全系数取n=4公斤/毫米活塞杆所受压应力为4T2 d=30/4=7.534X 29X102=3.282X3.14X(75)公斤/毫米所以活塞杆的强度足够（

14、五）活塞杆的稳定性计算1细长比丄=500x10=26.6rk 1 75x10 14式中I为活塞杆计算长度rk为活塞杆横断面最小回转半径_ d4J为活塞杆横断面最小转动惯量A为活塞杆面积170其中m为柔性系数取85n为末端系数n_ 1/4由于l/k v m n故按高登拉金公式计算fc A其中：fc为材料决定的试验常数，对钢fc _4900kg/fA为活塞杆横断面积a为试验常数对钢，a= 1/5000n为末端条件系数，n= 1/4l为活塞杆计算长度k为横断面最小回转半径k = d/41 24900x 75x10 144500x105000 1 75x104=13781250 公斤安全系数PkP 2

15、x1378125029000_ 950.4 >6活塞杆的稳定性足够（六）油缸法兰螺栓的直径计算单只螺栓的预紧力Qo >匚f z mp为油缸的推力，p = 29000公斤f为摩擦系数，取f = 0.12z为螺栓个数，z= 10m为结合面系数，m= 1=290000.12x10x1=24166.67 公斤螺栓的许用应力sns为材料的屈服极限强度，取s=220公斤/毫米n为安全系数取n=2=220/2 = 110公斤/毫米5.2xQ3.14x110=59.7mm（七）缸底厚度的计算0.433D、P /D为缸筒的内径P为工作压力b/nb为抗拉强度，b = 610Mpan为安全系数 取n=5

16、=610/5 = 122 MPa0.433x150、290x9.81x10 2 /122> 31.35mm取整缸底的厚度为35mm八、油管的选用（一）、压力油管的内径计算对压力油管的允许流速V管 25 m/s根据系统情况取V管 4 m/sQ缸=d管$ V管4d4x95.7x106x4x103 x60=22.5mm靠标准取d管=25mm此时管内的流速：V管也管d管=4x95.7x10-3(2.5x10-3) x60=3.25m/s由于油缸活塞杆退回时，回油流量很大，为了防止此时的管内的流速太高而损坏液压元件，回油管内流速进行验算：活塞杆退回时的速度V退、/ 4Q 缸 /2V退=2 厂(D

17、2 = 一 150x10-2 x0.016x10x60 =16.9 升/分采用d管=25mm寸，回油管道 流速V回 d2)=4X95.7X10-3 /2=7"2150X1075X10X60=0.016m/s回油流量Q回Q回 = D 2 V 退回44Q回4x16.9x10-3=25x10-3 2x10=3.44m/s从计算结果可以看出，活塞杆退回时管内的流速太大，为了适当降低回油管内的流速，对回油管道直径取 d管=32mn此时回油管的流速V回4Q回4x16.9x10= 32x10x10=2.1m/s（二）、油管的壁厚计算根据表11-385，选取管道材料为15#冷拔无缝钢管（YB231-

18、70）_Pg D25= 2Pg为公称压力D为管子内径=b/ns为材料的抗拉强度，取s=35公斤/毫米n为安全系数取n=5=35/5=7公斤/毫米2100x2525 = 7x2x102=1.79mm靠标准 25=2.5mm油管外径30x2.532Pg D2=100x322x7x102=2.3mm靠标准 32 =3mm油管外径 38x3九、液压油的选取由于系统采用了 PVD1-10型油泵，对油管的清洁度较高推荐用粘度为 2045 的液压油或透平油，同时要考虑道系统压力较高，流量较大，流速中等，压套机 工作时的工作温度和环境温度很高， 系统密封要求等情况。 为了减少系统泄漏和 使系统压力损失尽可能地

19、小， 所以选取液压油的粘度不能太大， 也不能太小， 粘 度的大小将会引起压力损失的增加， 太小则会增加密封要求。 并且考虑到液压油 的性能和是否经济合理等情况， 采用 40 号稠化液压油粘度为 3.743 里斯该油氧 化稳定性好，防锈，工作时泡沫少，噪音小，粘度指数高。如果采用机械油作为液压油，由于其含有微量的机械杂质和抗氧化性差等 缺点，将会损坏油泵， 油品下降而生成胶质沉淀， 这会给系统造成很多不利的因 素。所以，经过以上的分析和比较，该液压系统采用液压油为40#稠化油。十、计算溢流阀的调定压力，选取各液压元件及说明（一）、雷诺数的计算：ReV为管道内的平均流速d为管道的内径为运动粘度，取

20、40里斯Re3.25x25x1040x10=2031.3（二）系统中沿程压力损失，局部阻力损失，各阀阻力损失的计算（1）沿程阻力损失的计算设系统油路长10m2R 7.2xV 丨/d2=0.5公斤/厘米（2）局部阻力损失的计算a）设系统从油箱到油缸的管道共有 10处90弯管，局部压力损失系数:1.12表 11-34b)分支管局部阻力损失系数1.3表 11-34C)P2V22gx10 4为油密度(10x1.12+1.3)x3.2522x9.81x0.9x10x103=0.6 公斤/厘米2(3) 换向阀的阻力损失P阀1=3公斤/厘米2(4) 单向节流阀的阻力损失P阀2=3公斤/厘米(5) 油缸直径1

21、50mrfl寸工作压力P1 =T/2A3=29x10（三）溢流阀调定压力溢流阀调定压力P0 PP1P2P阀1P阀2=82.1+0.5+0.6+3+3+2=91.2公斤/厘米2所以溢流阀的调定压力取Po=91.2公斤/厘米2（四）选择各液压元件根据P泵=115公斤/厘米2Q缸=12.7升/分Q泵=13.97升/分（1）换向阀在液压系统中，由于系统工作压力较大，同时为了减少换向阀 在换向时的冲 击和噪音。采用带双阻尼的三位四通电液换向阀，以满足系统对阀压力的压力及流量的要求。并降低了冲击和噪音三位四通电液换向阀型号：4WE10J/W220V该阀共有四个工作油口，三个工作位置，不通电时阀芯处于中位（

22、中位机能J型），左电磁铁得电，P、A相通，T、B不相通。右电磁铁得电，P、B相通，T、A不相通。（2）、液位计为可以检视油箱里的液压油是否在正常的液面高度， 可以在油箱的侧面安装一个 液位计，选取液位计的型号为：YWZ-150T（3） 、电磁溢流阀由于压套机的间隙时间比较长， 油泵所作的无用功较大， 非工作状态下， 油泵的 功率大部分转变成油液的热能。 另外，溢流阀在溢流时的压力损失， 同样使得油 温上升，影响系统正常工作，并使油液质量恶化。为了避免这种情况的产生，在 该液压系统中采用电磁溢流阀， 对非工作状态下， 油泵进行卸荷， 以降低油液发 热，这比采用溢流阀和冷却器来得更经济和方便。 由

23、于电磁溢流阀卸荷时的压力 损失很小，基本上对油液没有提供热量。电磁溢流阀的型号：DBW10B/W220V（4）压力表根据系统压力选取压力表型号：YNC6（0 060MP）a 为电触点型压力表，当叶片泵达到工作压力时，发讯号切断 电动机， 使泵不工作， 当压力低于工作压力时， 会发讯号启动泵， 使继续工作。 从而达到节能的作用。减少系统的压力损失。（5）压力表开关压力表开关型号：KF-L8/14E（6）叶片泵由于系统工作压力较高，同时考虑泵的工作性能和效率，以及充分发挥液压 系统的无级变速的优点， 并使系统功率损失最小， 减少液压元件， 简化油路， 降低油的发热温度，采用定量叶片泵。压套机的速度

24、由双向节流调速阀来控 制。选取泵的型号： PVD1 10（7）滤油器由于叶片泵 PVD1-10 油液的清洁度要求较高，为了防止杂质进入油泵而损 坏油泵，在进油路上安装滤油器使油泵的安装必须低于油箱液面，防止油泵 吸油真空而损坏，并且滤油器的流量为油泵的流量额 2 倍左右，滤油器的压 力损失要小。根据上述情况选取滤油器的型号：Wu-160x80um（8）、空气过滤器在油箱加油口， 安装一个空气过滤器， 以保证液压油为加入时清洁， 选择空气过 滤器的型号为：E2F-32（9） 双向节流阀由于油缸活塞杆在返回时的速度较大， 造成油缸的冲击， 为了避免这样的情况发 生，在油缸的回油路上接入一只双向节流

25、阀，通过调节经过节流阀 流量大小来 控活塞杆的返回速度的快慢、而活塞杆在在前进时，通过回油路调速。另外，根 据活塞杆返回时的回路流量， 在液压系统中， 为了充分液压系统的特性无级 调速的特点，需要调速，只要调节进入油缸的流量，就可以达到调速的目的，在 油缸和液控单向阀之间串联一只双向节流阀 , 调速时需要和溢流阀同时起作用， 才能达到调速的目的。选取双向节流阀的型号：Z2FS10（10） 、单向阀为了使油缸的油倒流回叶片泵中， 在叶片泵和压力表之间串联一只单向阀， 单向 阀的型号为：DIF-L32H-S（11）、液控单向阀为了使油缸能在行程范围内任意位置停留，且停留欧不会因外力因素而移动位 置

26、，可以推一根钢胚，也可以推数根钢胚，使得控更方便，更灵活。所以采用液 控单向阀串联在双向节流调速阀和三位四通电磁换向阀之间。 由于液控单向阀的 阀座一般为锥阀式结构， 所以密封性好， 泄漏极少， 锁紧的精度注意取决于液压 钢的泄漏。选择液控单向阀的型号为：Z2S10（ 12） 两位两通手动换向阀：蓄能器：高压球阀在本液压系统中， 液压缸在工作期间发生断电或其他不利因素， 要求活塞杆和推 头在没有达到工作行程的情况下缩回时， 只要系统中并联两位两通手动换向阀和 蓄能器及附件（高压球阀） 。根据系统需要，分别选取它们的型号：两位两通手动换向阀：蓄能器： NXQ-63-H2高压球阀AQF-L32-H

27、21一、油缸活塞的最大返回速度由于活塞杆返回时压力低，该压力不足打开溢流阀，油泵流量全部供给油缸V返max4Q 泵 /k2 D2 d24x13.97x10-3/1.13 23 22150x10 375x10 3=0.016m/s十二、双向节流阀的流量调整将油缸的活塞杆返回速度控制在 0.012m/s油缸回油量QoQo ±xD2 V2= x(150x10 2)2 x0.012x10x60 4=12.7L/Mi n即将单向节流阀的流量调整到12.7L/Min十三、油泵流量的调整由上面计算得到Q泵=13.97L/Min考虑到在换向回路中换向阀的控制油路需要一定的流量，故将油泵的流量调整为：

28、Q泵=14.5 L/Min十四、电动机的功率计算及选取型号N空2 Pe为油泵工作压力612Q油泵的流量为油泵总效率取 =0.95= 16.5x110612x0.9=3.29Kw选取电动机的功率P=4Kw十五、系统发热及油箱容量的计算（一）、油泵功率损失产生热量H1H1 =P（ 1-）=："泵以60= 612x0.950.95）x860=17.7千卡/小时（二）、油缸压力损失产生的热量 H2PQ总H2 二 6 “泵）x860-（1 0.9） X860612x0.95=544.7千卡/小时（三八 通过双向节流调速时产生的热量 H3 节流阀上的压差 P2 2Px D =PoX （D d ）

29、44P= P o xx（1-4D2=16.55（1-752/150 2）=12.41公斤/厘米2H3 = 1.4PQ=330千卡/小时（四）换向阀上的压力损失产生的热量计算H4H4 = 1.4 PQ=53.4千卡/小时（五八经过溢流阀的发热量h5活塞杆退回使得溢流量 Q'二Q缸 - Q退2 2=12.7 /4 150x10-2 75x10- 2x0.012x60x10H5 = 1.4 PQ=219.4千卡/小时（六）、管道中的压力损失和沿途压力损失产生的热量很少，在考虑到 管道的散热作用，所以产生的热量可以忽略不计。（七）、总热量h=（ 1-2/3 ） （H + h2 + H + h4

30、 + h5 ）=1/3x （17.7+544.7+330+53.4+219.4 ）=388.4千卡/小时（八）油箱容积的计算其中为允许最高温度，为60CoT2为环境的温度，为25C0油箱的容量按经验可推出油箱的容量为 160L十六、液压元件表编号元件名称型号备注1油缸Y-HG1- 150/d75-500-J12三位四通电磁换向阀4WE10J/W220V3单向节流阀LDF-B32C4减压阀JF-B10C5压力表YN60（0 25MPa）6压力表开关KL-14E7电磁溢流阀DBW10B/W220V8油泵（叶片泵）PVD1-109电动机Y14.5L-4-4KW/4 极卧式10进油过滤器Wu-160x80um11油箱160L12行程开关13空气过滤器E2F-3214联轴器NL15液控单向