8000kN立柱试验台结构设计

1、PAGE PAGE 中国矿业大学毕业设计计8000kN立柱试验验台结构设计8000kN leg, post test-bed structural design中国矿业大学毕业设计计任务书学院应用技术学院专业业年级 机械工程及自动动化学生姓名 崔蕾蕾 任务下达日期：2007年 3 月 25 日毕业设计日期： 2007 年3 月25 日至 2007 年 6 月 15 日毕业设计题目：8000kN立柱柱试验台结构设计计8000kN leg, post test-bed structural design毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要要求：一、了解试验台的试验验内容：二、设计立柱试验台框框架

2、及液压加载系系统。三、设备主要技术参数数试验长度： 16006500 mm试验缸径：220（工工作阻力1597kN）500mm（工作阻力8443kN）承载能力： 18000 KN额定加载： 15000 KN最大加载： 17000 KN加载行程： 1200 mm平均加载速度： 200mm/min控制方式： 电电脑智能化控制试验台控制： 液压压系统控制立柱控制： 乳乳化液系统控制装机功率： KW规范标准： 欧洲洲标准设备重量： Kg外形尺寸LxBxH： 1200030002400 mmmmmm院长签字： 指导教师签字：摘 要液压支架是现代煤矿综综采工作面中的配配套支护设备,立立柱是其主要结构构件。

3、液压支架的的立柱以乳化液为为工作介质,在液液压支架支护采煤煤工作面顶板，破破碎顶板方面起着着至关重要的作用用，对液压支架的的工作性能有决定定性的影响。 液压支架立柱的可靠性性及安全性直接关关系到矿井生产的的正常化及煤矿工工人的人身安全。随随着中国煤炭工业业的不断发展，国国家对安全生产治治理力度的加大，对对矿用机电设备检检测技术提出了更更高的要求。立柱性能检测试验台是是进行立柱产品质量检测测的必要设备,是是立柱质量监控的保保障。本文对能够够兼容欧洲标准且且能够检测最大工工作阻力8500kN液压支架立柱试验台的的结构进行了设计计，介绍了立柱性能检测的方法、试验台的系统组组成、原理和特点点,设计了加

4、载系系统和承载框架。主要内容：1.详细设计了液压油油外加载系统以及及外加载液压缸、增压缸、泵站油油箱、联结罩、联联轴器、承载框架架。2.选取有针对性的零零部件如外加载泵泵站、大泵组、增增压缸、加载液压压缸、联轴器、加加载缸导向套等进进行了绘图。3.承载框架部分，借借助于三维软件SolidWorks 2007进行设计，对框架结构进行了三维建模，并借助于SolidWorks 2007的一款有限元分析工具COSMOS进行了应力分析。关键词：液压支架；立立柱；液压加载； 试验台；ABSTRACTThe hydraulic support is the modern coal mine synthesi

5、s picksin the working surface the necessary support equipment, the post is main structural element. The post of hydraulic support take emulsion as actuating medium. In the hydraulic pressure support mining coal working surfaceroof, the broken roof aspect is playing the very important role, has the d

6、ecisive to the hydraulic support operating performance influence.The post of hydraulic support reliability and the securitydirectly relate the mine pit production normalized and coal minerspersonal safety. Along with the China coal industry unceasing development, and country to safety in production

7、government dynamics enlarging, set a higher request to the mineral product electromechanical deviceexamination technology. Test benches are essential equipment to inspect post product quality and a guarantee for quality monitoring of the post of hydraulic support.This article also can examine the bi

8、ggest working resistance 8500kN hydraulic pressure post test platform to could the compatible European standard the structure to carry on the design, introduced the column performance examination method, the testplatform system composition, the principle and the characteristic,have designed the load

9、ing system and the load bearing frame.Main content:1. In detail has designed outside the loading system as wellas outside increase the hydraulic cylinder, the turbo-chargedcylinder, the pumping station fuel tank, joins the cover, the shaftcoupling, the load bearing frame.2. The selection had the poi

10、nted spare part like outside increase thepumping station, greatly to pump the group, the turbo-chargedcylinder, increase the hydraulic cylinder, the shaft coupling, theincrease cylinder guidance set and so on has carried on thecartography.3.The design of load bearing frame, with the aid of three dim

11、ensional software SolidWorks 2007 carries on the design, has carried on the three dimensional modelling to the portal frameconstruction, and drew support to SolidWorks 2007 section finite element analysistool COSMOS has carried on the stress analysis.Keywords: Hydraulic Support；The Post ；Hydraulic L

12、oading System；Test Bench；绪论0.1 课题研究背景和和意义液压支架的立柱以乳化化液为工作介质,在在液压支架支护采采煤工作面顶板、破碎顶板方面起起到了至关重要的的作用。液压支架架立柱的可靠性及及安全性直接关系系到矿井生产的正正常化及煤矿工人人的人身安全。随随着中国煤炭工业业的不断发展，国国家对安全生产治治理力度的加大，对对矿用机电设备检检测技术提出了更更高的要求。由于我国煤炭工业的迅迅猛发展，大型综综采配套现代化矿矿井逐年增加，液液压支架的使用量量逐年上升,并且且随着技术的革新新，单根立柱的缸缸径已经突破400mm，额定定工作压力突破43Mpa,额定工作阻力达到5400k

13、N，向大缸径、超高压、大工作阻力发展是矿用液压支架发展的大势所趋，相信在不久的将来，单根工作阻力超过8000kN的立柱便会设计制造并投产使用，到那时检修量和实验的工作量也大大增加。液压支架立柱检测设备是生产和研制高产高效液压支架的关键设备，面对迅速发展的支护技术，需要有一种能够快速、准确地检测如此大缸径、大工作阻力液压支架立柱的实验台。为此本文设计了这台能能够准确检测单根根额定工作阻力为为8000kN液液压立柱的实验台台。0.2 本文设计的内容本文主要设计了液压支支架立柱试验台的的结构，主要内容包含试试验台的液压加载载系统设计、加载载液压缸设计、增增压液压缸设计及及试验台承载框架架设计。本试验

14、台的液压加载系系统分别采用液压压油外加载系统和和乳化液内加载系系统，这种液压系系统结构简单,维维修方便。承载框框架采用钢板焊接成整体式。本文比较详细地设计了了普通液压油外加载载系统以及外加载载液压缸、增压缸缸、外加载泵站油油箱、联结罩、联联轴器、承载框架，并选取取了有针对性的零零部件如外加载泵泵站、大泵组、联轴器、增压液压缸、加加载液压缸、加载载缸导向套等进行行了设计并绘图。承承载框架设计部分，听取导导师的建议，借助助于三维软件SolidWorks 2007进行设计，对框架结构进行了三维建模，并借助于SolidWorks 2007带的一款有限元分析工具COSMOS进行了应力分析。因有时间的限制

15、，以上所列的个别内容不够细致。1 立柱试验台总体结结构方案设计1.1 立柱试验台检测测项目和实验方法法表11 立柱试验台台检测项目和实验验方法序号检验项目检验方法性能要求1空载行程立柱空载，在运动速度度不大于200mmmin的的工况下，全行程程往复运动三次不得有滞涩、爬行和渗渗漏2最低启动压力（1） 立柱空载无背背压工况下，分别别对活塞腔，和活活塞杆腔逐渐升压压至活柱塞全行程程移动，记录各级级缸的上腔和下腔腔的启动压力。（2） 立柱活柱全缩缩回，中缸活塞杆杆腔保持供液压力力，大活塞杆腔逐逐渐升压使中缸运运动，记录当中缸缸中部通过大缸导导向套时，大缸活活塞杆腔的启动压压力。活塞腔启动压力不得超超

16、过3.5MPa(不包括底阀阀的阻力损失)活塞杆腔启动压力不得得超过7.5MPa3活塞杆腔密封性能立柱缩至最小高度对活活塞杆腔加2 MPa和1.1倍供液压力，闭锁密封腔稳压5分钟在同温下压力不得下降、不得渗漏4中心让压性能立柱全部外伸，将安全全阀开启压力调至至额定工作压力（1） 用102mm/min速度，进进行2次行程100mm的让压压试验（2） 用21mm/min速度，进进行2次行程20mm的让压试试验（3） 多级立柱级间间转换处用102mm/min速度，进进行2次行程100mm的让压压试验5中心过载性能（1）1.5倍额定载载荷压缩外加载步骤：用0.8倍的额定工作作压力使立柱全部部外伸压力腔闭

17、锁用1.5倍额定工作阻阻力外加载1次3min，在在3min内作密密封试验卸载后测量缸筒扩径残残余变形内加载步骤：用0.8倍的额定工作作压力使立柱全部部外伸至全长的（953）%立柱两端固定，用1.5倍倍额定工作压力向向压力腔加压压力腔闭锁1次3min，在在3min内作密密封试验卸载后测量缸筒扩径残残余变形（2） 全缩回2倍额额定载荷立柱全缩回，在外部施施加2倍额定工作作阻力1次3min6偏心加载用0.1倍额定工作压压力使立柱全伸出出，闭锁压力腔，按按规定偏心量外加额额定工作阻力1次次3min做密封封检查，然后卸载载至0.1倍额定定工作压力测量级级间过渡处的扰度度。7耐久性试验（1） 偏心加载将立

18、柱伸出至全行程的的1905%，偏偏心量按图1的一一半加载循环：加（1.15%）倍额额定工作阻力，让让压加载速度（10010%）mm/min，运动距离（502.5%）mm加压完毕，以额定供液液压力对活塞杆腔腔加压回缩（502.5%）mm用额定工作压力的（7080）%，是液液压缸伸出至原位位：循环次数大于于6000次，循循环完毕进行密封封性能试验。2.中心加载将立柱伸出全行程的（905）%，中心加载循环：用1.1额定倍工作阻阻力中心加载卸载0.1倍的额定工工作阻力，循环1500次次，循环完毕进行行密封性能试验。8外伸限位用额定工作压力使活塞塞向内部挡块伸出出，至活塞和内部部挡块接触后停留留3min

19、在额定工作压力的（805）%和（105）%之间对着内部挡块外伸100次9功能立柱在进行完以上全部部试验之后，将立立柱的安全阀调到到额定工作压力，从从全伸出开始以102mm/min的速度外加载使其全行程缩回。10全伸出2倍工作载荷1外加载用0.8倍的额定工作作压力使立柱伸出出，将压力腔闭锁锁，外加2倍额定定工作阻力压载1次次3min，在3min内内作密封试验2内加载用0.8倍的额定工作作压力使立柱伸出出至全长的（953）%，将其两端固定，向压力腔加2倍的额定工作压力，然后压力腔闭锁1次3min，在3min内作密封试验1.2 拟定试验台总总体结构分析以上标准和试验方方法，测试立柱的的试验台主要由：

20、承载机构构、加载机构、压压力检测机构、电电气控制部分组成成。本试验台的液压加载系系统和试验台承载载框架是这次毕业业设计的主要内容容，下面从这两方方面入手，确定方方案。加载方式有很多种，例例如有机械加载、电加载、液压加加载等方式。液压压加载系统与其他他加载方式相比较较具有简单易行，可可以实现无级变速速连续加载，所需需元件数量少，能能远距离控制，运运动件的惯性小，能能够频繁换向，传传动工作平稳等优优点，所以本试验验台加载系统选用用液压系统。本试验台内加载系统拟拟采用乳化液系统，外加载系统统拟采用液压油系系统。这种液压系统分配配结构简单,维修修方便。承载部分采用钢板焊接接成整体框架式。两侧承载梁的的

21、截面积及钢板的的厚度设计校核时时最终确定。2 外加载液压系统设计2.1 液压技术简介液压传动是用液体作为为工作介质来传递递能量和进行控制制的传动方式。液液压系统利用液压压泵将原动机的机机械能转换为液体体的压力能，通过过液体压力能的变变化来传递能量，经经过各种控制阀和和管路的传递，借借助于液压执行元元件(缸或马达)把液体压力能转转换为机械能，从从而驱动工作机构构，实现直线往复复运动和回转运动动。2.1.1 液压系统概述 HYPERLINK /pic/49/11758443645444052.jpg 液压传动和气压传动称称为流体传动，是是根据17世纪帕帕斯卡提出的液体体静压力传动原理理而发展起来的

22、一一门新兴技术，是是工农业生产中广广为应用的一门技技术。如今，流体体传动技术水平的的高低已成为一个个国家工业发展水水平的重要标志。1795年英国约瑟夫夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在在伦敦用水作为工工作介质,以水压压机的形式将其应应用于工业上,诞诞生了世界上第一一台水压机。1905年年将工作介质水改改为油,又进一步步得到改善。 第一次世界大战(1914-1918)后液液压传动广泛应用用,特别是1920年年以后,发展更为为迅速。液压元件件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年年间,才开始进入入正规的工业生产产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力

23、平衡衡式叶片泵,为近近代液压元件工业业或液压传动 的的逐步建立奠定了了基础。20 世世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递递所进行的理论及及实际研究;1910年年对液力传动(液液力联轴节、液力力变矩器等)方面面的贡献，使这两两方面领域得到了了发展。 第二次世界大战(1941-1945)期间间,在美国机床中中有30%应用了了液压传动。应该该指出,日本液压压传动的发展较欧欧美等国家晚了近近 20 多年。在在 1955 年年前后 , 日本本迅速发展液压传传动,1956 年成立了“液压压工业会”。近2030 年间，日本液压传动发展之快，届世界领先地位。液压传动有许多突出的的

24、优点，因此它的的应用非常广泛，如如一般工业用的塑塑料加工机械、压压力机械、机床等等；行走机械中的的工程机械、建筑筑机械、农业机械械、汽车等；钢铁铁工业用的冶金机机械、提升装置、轧辊调整装置等等；土木水利工程程用的防洪闸门及及堤坝装置、河床床升降装置、桥梁梁操纵机构等；发发电厂涡轮机调速速装置、核发电厂厂等国；船舶用的的甲板起重机械（绞绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推推进器等；特殊技技术用的巨型天线线控制装置、测量量浮标、升降旋转转舞台等；军事工工业用的火炮操纵纵装置、船舶减摇摇装置、飞行器仿仿真、飞机起落架架的收放装置和方方向舵控制装置等等。液压传动的基本原理是是在密闭的容器内内，利用有压力的的

25、油液作为工作介介质来实现能量转转换和传递动力的的。其中的液体称称为工作介质，一一般为矿物油，它它的作用和机械传传动中的皮带、链链条和齿轮等传动动元件相类似。一个完整的液压系统是是由各种不同功能能的基本回路构成成，去完成执行机机构的工作要求。液压系统主要由：动力力元件（油泵）、执行元件（油缸缸或液压马达）、控制元件（各种种阀）、辅助元件件和工作介质等五五部分组成：1、动力元件（油泵） 它的作用是把液液体利用原动机的的机械能转换成液液压力能；是液压压传动中的动力部部分。2、执行元件（油缸、液压马达） 它它是将液体的液压压能转换成机械能能。其中，油缸做做直线运动，马达达做旋转运动。3、控制元件包括括

26、压力阀、流量阀阀和方向阀等。它它们的作用是根据据需要无级调节液液动机的速度，并并对液压系统中工工作液体的压力、流量和流向进行行调节控制。4、辅助元件除上上述三部分以外的的其它元件，包括括压力表、滤油器器、蓄能装置、冷冷却器、管件及油油箱等，它们同样样十分重要。 5、工作作介质工作介介质是指各类液压压传动中的液压油油或乳化液，它经经过油泵和液动机机实现能量转换。2.1.2 液压传动的优点点液压传动之所以能得到到广泛的应用，是是由于它具有以下下的主要优点：（1）由于液压传动是是油管连接，所以以借助油管的连接接可以方便灵活地地布置传动机构，这这是比机械传动优优越的地方。例如如，在井下抽取石石油的泵可

27、采用液液压传动来驱动，以以克服长驱动轴效效率低的缺点。由由于液压缸的推力力很大，又加之极极易布置，在挖掘掘机等重型工程机机械上，已基本取取代了老式的机械械传动，不仅操作作方便，而且外形形美观大方。（2）液压传动装置的的重量轻、结构紧紧凑、惯性小。例例如，相同功率液液压马达的体积为为电动机的12%13%。液压泵泵和液压马达单位位功率的重量指标标，目前是发电机机和电动机的十分分之一，液压泵和和液压马达可小至至0.0025N/W(牛/瓦),发发电机和电动机则则约为0.03N/W。（3）可在大范围内实实现无级调速。借借助阀或变量泵、变量马达，可以以实现无级调速，调调速范围可达12000，并可可在液压装

28、置运行行的过程中进行调调速。（4）传递运动均匀平平稳，负载变化时时速度较稳定。正正因为此特点，金金属切削机床中的的磨床传动现在几几乎都采用液压传传动。（5）液压装置易于实实现过载保护借助于设置溢流流阀等，同时液压压件能自行润滑，因因此使用寿命长。（6）液压传动容易实实现自动化借借助于各种控制阀阀，特别是采用液液压控制和电气控控制结合使用时，能能很容易地实现复复杂的自动工作循循环，而且可以实实现遥控。（7）液压元件已实现现了标准化、系列列化和通用化，便便于设计、制造和和推广使用。2.1.3 液压技术的缺点点（1）使用液压传动对对维护的要求高，工工作油要始终保持持清洁；（2）对液压元件制造造精度要

29、求高，工工艺复杂，成本较较高；（3）液压元件维修较较复杂，且需有较较高的技术水平；（4）用油做工作介质质，在工作面存在在火灾隐患；（5）传动效率低。2.2 液压加载系统工况分析析及设计要求仔细理解欧洲标准中规规定的立柱试验的的过程，可得到加加载液压缸的设计计要求。（1）加载系统加载力力要求理论上可以计算出加载载系统所需产生的的最大推力，即该该系统的最大加载载力： 根据设计要求，该系统统的最大加载力取取F=17000 kN（2）加载系统拉力分析试验台工作情况该该系统的平均力取取F拉=100 kN（3） 液压加载缸的的运动速度加载缸在试验过程中的的运动速度：最小加载速度：让压速度 ： 最大加载速度

30、：空载运行速度：V空 缩回速度：（4）液压加载缸最大大加载行程按照设计要求，加载缸缸所需的最大加载载行程1000 mm。2.3 液压加载系统方案设计计2.3.1 选择液压动力源源液压系统的工作介质完完全由液压源来提提供，液压源的核核心是液压泵。为为节省能源提高效效率，液压泵的供供油量要尽量与系系统所需流量相匹匹配。对在工作循循环各阶段中系统统所需油量相差较较大的情况，一般般采用多泵供油或或变量泵供油。对对长时间所需流量量较小的情况，可可增设蓄能器做辅辅助油源。参考国内矿用设备及国国内同类或相关设设备和资料，经初初步估算该液压系系统的压力和流量量的变化范围大，采采取两台泵较合适适。拟选用一台恒压

31、变量柱柱塞泵，一台定量量柱塞泵。节流调调速系统一般用定定量泵供油，在无无其他辅助油源的的情况下，液压泵泵的供油量要大于于系统的需油量，多多余的油经溢流阀阀流回油箱，溢流流阀同时起到控制制并稳定油源压力力的作用。容积调调速系统多数是用用变量泵供油，用用安全阀限定系统统的最高压力。所所以本系统拟采用用操纵变量机构改改变系统流量和采采用单向节流调速速阀结合的方式达达到调节速度的目目的。系统背压力力初估为1.5MPa。2.3.2 选择执行元件加载缸又正向加载和反反向缩回两个方向向的动作，因此选选用双作用单活塞塞杆液压缸。加载缸空载运行速度与与缩回速度相等，确确定无杆腔面积A1 等于有杆腔面积 A2的2

32、倍，即A1 = 2A2 。2.3.3 确定控制制方式执行元件的控制方式有有泵控制方式和阀阀控制方式，泵控控制方式采用双向向变量泵，通过控控制泵的流量实现现执行元件的速度控制，通通过控制泵的出流流方向实现执行器器的方向控制。这这种方式中每个执执行元件需要一个变量量泵。重视能源的的经济的场合或者者负载惯性大、起起动停止冲击成问问题时可以采用。阀控制方式中，用方向向控制阀实现执行行器的方向控制，用用流量控制阀实现现执行器的速度控控制。这种方式应应用最广泛，适用用于一个液压源同同时驱动多个执行行器的场合或者输输入信号很复杂而而要求快速响应的的场合。本试验台采用换向阀的的控制方式。2.3.4 液压回路设

33、设计由于设计者的思路、经经验或对所有元件件的考虑方法不同同，即使针对同样样目的，设计出来来的液压回路也是是千差万别的。因因此拟定几种符合合目的的液压回路路，再从成本、重重量、使用方便等等方面进行对比论论证，确定最合适适的液压回路。液压回路包括油压发生生回路、执行器控控制回路、油液处处理回路、其他辅辅助回路等。无论论多么复杂的液压压系统，都是由实实现种种功能的基基本回路组成的。经经过多年的经验积积累，已经形成了了许多简便成熟、行之有效的基本本回路。用标准图形符号绘制拟拟定的液压系统原原理图，并注明压压力控制阀、压力力继电器等设定压压力和液压泵或蓄蓄能器工作时各段段路的流量，以便便后面选定元件和和

34、确定管子口径。 油压压发生回路 此回路包括液压泵部分分和压力控制部分分，要设计成能在在必要的时候最有有效地供给所需要要的压力和流量。液液压泵的功率在泵泵控制方式中根据据执行器的最大功功率算出，在阀控控制方式中根据各各执行器所需的最最大功率算出，在在蓄能器驱动的卖卖命根据蓄能器的的最高工作压力、一循环中消耗的的全部液量在充液液过程中补充所需需的泵流量和卸载载时间算出。在实实际的工作循环中中，有时低速大负负载、有时高速小小负载、有时卸载载，可以求出平均均功率并据以确定定泵的驱动电机的的容量。但是循环环中的峰值负载不不得超过电动机额额定功率的1.5倍倍。查阅该类检测设备的资资料，本类设备加加载缸的最

35、大工作作压力可高达70100 MPa，而目前国内液压泵的最高供油压力为40 MPa。而且进一步考虑到，此此检测设备并不是是总需要超高压，若若选择超高压的泵泵，其效率不会充充分利用，因此拟拟选用两台中低压压或中高压的液压压泵，采用一套增增压比为34的增压回路来来满足系统的要求求。从长远考虑，采用这种种方案一次性投资资并不比采用单台台超高压泵大，而而且其液压泵的效效率和寿命能充分分发挥，电动机的的功率耗损也会降降低。 执行行器控制回路 执行器控制回路要根据据负载特性，适当当地控制方向、速速度等。泵控制方方式中，在双向变变量泵回路上加压压力控制回路即可可组成执行器控制制回路。阀控制方方式中的执行器控

36、控制回路，由方向向控制回路、速度度控制回路、压力力控制回路适当组组合而成：（1）方向控制回路 用方向控制阀来来实现执行器动作作方向的控制，掌掌握方向控制阀的的通油时间来控制制执行器的位移量量。调整换向阀的的切换时间、设置置二速回路、与行行程减速阀并用，或或者采用比例阀、伺服阀都可以控控制执行器起动、停止时的加速减减速特性。为了保证换向的平稳性性和该试验台电气气控制部分的操作作，采用电液换向向阀的方向控制回回路，Y型中位机机能三位四通阀即即可满足本试验台台液压系统要求。（2）速度控制回路 用流量控制阀来来实现执行器速度度的控制。根据负负载变化情况和流流量精度要求选定定采用节流阀还是是调速阀来控制

37、。考考虑对负载方向的的适应性，负载变变化对精度的影响响及回路的效率等等因素，决定采用用进口节流、出口口节流还是旁通节节流方式。经初步计算，液压加载载系统至少需设置置2根加载液压缸缸，为使多根液压压缸的加载速度保保持同步，系统拟拟在回油路上设置置采用单向节流调调速回路。（3）压力控制回路 压力控制回路不不仅包括控制执行行器输出力（或力力矩）的回路，还还包括用来吸收执执行器起停时的制制动力、外负载引引起的冲击力的安安全回路。作为输输出力控制回路，有有用溢流冷漠限制制最高压力的调压压回路，还有用减减压阀把某个执行行器限制到低于油油源压力的压力的的减压回路。制动动回路、平衡回路路、安全回路等中中所用的

38、压力控制制阀，有直动式、先导式、内控式式、外控式等各种种结构，性能和特特性也有多种不同同，实际使用时必必须十分注意。液压系统管道中的液体体突然变换或换向向时，会引起液体体压力突然急剧增增高，这种现象就就是液压冲击。液液压冲击时所出现现的最大压力（即即冲击压力）往往往比正常情况下的的压力大好几倍。在在冲击压力作用下下，往往使油管发发生破裂，同时液液压冲击中出现的的压力波动，会引引起液压系统的振振动与噪音，使联联接螺栓松动，甚甚至会破坏管道和和液压元件的密封封装置，出现严重重的泄漏等。特别别是在高压、大流流量的液压系统中中，液压冲击所造造成的破坏性影响响更为严重。因此此，必须采取预防防措施。为了吸

39、收系统液压冲击击，系统中靠近两两加载缸设置蓄能能器。 液压压油处理回路 液压油处理回路包括进进行液压油液污染染控制的过滤回路路和油液温度控制制回路。在过滤回回路中，要根据所所用液压元件和液液压油的种类确定定过滤器的容量，过过滤精度和设置部部位。当环境温度度较高或液压装置置内部发热较多，单单靠油箱和管路系系统自然散热无法法维持与所用元件件相适应的温度和和精度时，必须设设置油冷却器，环环境温度过低，液液压泵超支困难时时，必须考虑设置置加热器或其他暖暖机运行方式。带有电液阀的方向控制制回路对液压油的的清洁度有严格的的要求，为保证系系统可靠工作，并并且考虑到日常维维护的方便，选用用近年流行的新型型产品

40、反冲洗过滤器器作为系统的细滤滤器。 辅助助回路 辅助回路包括液压系统统维修所需的回路路和作为安全措施施专门设置的回路路。在保养维修方方面，要考虑测压压口、油液取样口口、元件拆卸时防防止油液外流的措措施、易于组成冲冲洗回路等，在安安全方向，要考虑虑长期停机时防止止自重引起下落的的措施，防止误动动作的措施，双重重安全措施等。2.3.5 选定液压压油类型油液在液压系统中实现现润滑与传递动力力的双重功能，必必须根据使用环境境和目的慎重造反反。油液的正确选选择保证系统元件件的工作与寿命。系系统中工作最繁重重的元件是泵和马马达，针对泵和马马达造反的油液也也适用于阀。推荐的油液粘度范围见见下表：表21 推荐

41、的油液液粘度泵与马达类型推荐粘度范围（mm2/S）40下的粘度运行粘度起动时最高粘度直轴柱塞式32681354220齿轮式、叶片式、斜轴轴式860低速大扭矩叶片马达110起动时粘度过度会引起起泵气蚀和噪声；连续工作在较高高粘度下会使空气气悬浮在油液中，从从而引起泵、马达达的提前失效和阀阀的冲刷磨损；粘粘度过低会造成系系统效率降低和动动力润滑破坏。不不同粘度等级的油油液，其精度为表表5的推荐值时对对应的温度见下表:表22粘度等级（40以下下）(mm2/s)起动时最高粘度(mm2/s)运行粘度(mm2/s)860220110541332-12614276246-612223471680192942

42、81本液压系统选择液压油油的型号：LHM32普普通液压油， 液液压油密度 900 (kg/m3)，工作温度下的粘粘度 m2s。表23 L-HM液液压油换油指标(SH/T 05991994)项目换油指标试验方法40运动粘度变化率率(%)超过+15或-10GB/T 265，经经计算水分(%)大于0.1GB/T 260色度增加(比新油)，号号大于2GB/T 6540酸值降低(%)超过或或增加值(mgKOH/g)大于350.4GB/T 264，经经计算正戊烷不溶物(%)大大于0.1GB/T 8926A法铜片腐蚀(100，3h)，级大于2aGB/T 5096注：允许采用GB/T 511方法，使使用609

43、0石油醚作溶剂，测测定试样机械杂质质。2.3.6 系统压力、流量的调定和测量量为便于液压系统的维护护和监测，在系统统中的主要路段要要装设必要的检测测元件。为了调定系统压力和保保证系统安全，在在每台液压泵出油油口设溢流阀。为为了实时监测系统统压力，在泵的出出油口、加载缸的的进回油路上均设设置液压表。为了将实时监测到的系系统压力传输到电电脑控制部分，在在泵的出油口、加加载缸的进回油路路上均设置液压传传感器。2.4 拟定外加载系统统原理图由拟定好的控制回路及及液压源组合成整整机的液压系统图图，各回路相互组合合时去掉重复多余余的元件，按照力求系统结构构简单、保证各元件间的的联锁关系、尽量减少能量损损失

44、环节的原则，绘绘制外加载系统的的原理图。图2-1 外加载液压压系统原理图2.5 加载液压缸主要要参数计算2.5.1 初选液压缸缸工作压力图22 单活塞缸工作原理初选液压缸工作压力为为70MPa，初选选系统背压为pb=1 MPa，管管路损失为p=0.5 MPa则则p2=1.5 MPa。加载缸的最大加载力为F1=8500kN2.5.2 确定液压缸缸的主要结构尺寸寸当压力油进入无杆腔时时，活塞上所产生生的力为： （21）式中：液压缸的有效面积 液压缸的的总效率，由机械效率率、容积效率、作用用力效率 组成，= 机械效率：活塞及活活塞杆密封处的摩摩擦阻力所造成的的摩擦损失，在额额定压力下通常取取：0.9

45、0.95 容积效率：由各密封封件泄漏所造成，活活塞密封为弹性材材料时通常取1 作用力效率：由排液液口背压所产生的的反向作用力造成成。当排油直接回回油箱时1 缸筒筒内径mm 活塞杆直直径mm 当活活塞杆伸出时为进进油压力，当活塞塞杆伸出时为排油油压力 当活活塞杆伸出时为排排油压力，当活塞塞杆伸出时为进油油压力将数据代入式21得得： 因8500 kN计算得0.4099 m =0.2898 m根据GB/T2348-1993选取相相近的尺寸加以圆圆整：400 mm =320 mm则=0.12567 m2 =0.04524 m22.5.3 验算最小稳稳定速度对选定后的液压缸内径径必须进行最小稳稳定速度验

46、算。要要保证液压缸节流流腔的有效工作面面积必须大于保证证最小稳定速度的的最小有效面积min，即min 。 （22）式中：流量阀的最小稳定定流量液压缸的最低速度度查手册Q-H20型单单向调速阀的最小小稳定流量=0.1 L/min, 液压缸的最低速速度=2 mm/min代入公式2-2得 =0.05 m2=0.12567 m2 min 即满足最低速度的要求求。2.5.4 活塞杆稳定定性验算当液压缸的支撑长度LB （10-15）d 时，需要验算活活塞杆弯曲稳定性性。活塞杆稳定性验算公式式为： （23） N （24）式中：活塞杆弯曲失稳临临界压缩力，N安全系数，通常取取3.56 ，取取=4K液压缸安装及

47、导向向系数 取K=2实际弹性模数材料组织缺陷系数数，钢材一般取b活塞杆截面不均匀匀系数，一般取E材料弹性模数，钢钢材E MPaI活塞杆横截面惯性性矩，MPa圆截面：=0.049mm取活塞杆的最大伸出量量L=1，将数值代入公式（2-4）得：= kN=/4=N = N符合条件 2.6 计算系统压力2.6.1 计算加载缸缸各工况压力由式2-1得 （25）1.启动工况负载F启=100kN 由式2-5得系统压力力：p启=1.5（Mpa） 2.缩回工况负载F缩=100kN 由式2-5得系统压力力：p缩=6.6（Mpa）3.试验2倍额定工作作阻力时负载F2倍=100kN 由式2-5得系统压力力：p2倍=73

48、.3（Mpa）4.试验1.5倍额定定工作阻力时负载F1.5倍=6332kN 由式2-5得系统压力力：p1.5倍=54.1+0.6=54.7（Mpa）5.试验1.1倍额定定工作阻力时负载F1.1倍=4644kN 由式2-5得系统压力力：P1.1倍=39.7+0.6=40.3（Mpa）6.试验额定工作阻力力时负载F1倍=4222kN 由式2-5得系统压力力：p1倍=36.1+0.6=36.7（Mpa）2.6.2 确定系统供供油压力多数情况下系统压力可可以自由选定。适适当提高压力可以以降低成本。因此此，系统压力有逐逐渐提高的趋势，但但液压系统的压力力受到所用元件的的限制。提高系统压力，可以使使响应速

49、度提高、输出力加大、功功率密度提高、管管路的压力传播速速度提高，并且不不容易发生执行器器低速爬行现象。但但是提高压力也带带来一些问题，如如元件寿命缩短，易易于发生阀的卡死死及自激振荡，液液压油易变质，内内泄漏加大，油温温升高，必须采取取措施防止漏油。系统中设置有增压回路路，计算系统所需需的供油压力的时时候要考虑到增压压比对系统的影响响。初选增压回路的增压比比K=3，按加载载缸最大工作压力力计算系统的供油油压力：p供=73.3/3=24.4（Mpa）考虑到增压缸的效率，取取系统供油压力P供=26 MPa2.7 计算系统各工况况的流量q = A v （26）式中：q系统流量L/minA液压缸有效工

50、作面积m2v活塞的运动速度mm/min1. 系统空载启动q空载=0.12567m2100mm/min=12.6 L/minq空载总= 25.2L/min2. 加载缸100 mm/min让让压试验q 1=0.12567m2100mm/min=12.6 L/minq 1总=25.2L/min3. 加载缸10 mm/min让让压试验 q 2=0.12567m210mm/min=1.26L/minq 2总=2.52L/min4. 加载缸2 mm/min让让压试验q 3=0.12567m22mm/min=0.25L/minq 3总=0.5 L/min5. 加载缸缩回时q缩=0.04524 m2100mm

51、/min 4.5L/minq缩总= 9L/min2.8 液压泵的参数计计算与型号选择液压泵是液压系统的动动力源。要选用能能适应执行器所要要求的压力发生回回路的泵，同时要要充分考虑可靠性性、寿命、维修性性等以便所选的泵泵能在系统中长期期运行。液压泵的的种类非常多，其其特性也有很大差差别 。流量取决决于执行元件所需需的运动速度、出出口压力决定于负负载。 2.8.1 计算液压泵泵的最大工作压力力液压泵的输出压力应是是执行器所需压力力、配管的压力损损失、控制阀的压压力损失之和。它它不得超过样本上上的额定压力。强强调安全性、可靠靠性时，还应留有有较大的余地。样样本上的最高工作作压力是短期冲击击时允许的压

52、力。如如果每个循环中都都发生冲击压力，泵泵的寿命会显著缩缩短，甚至泵会损损坏。液压泵所需工作压力的的确定，主要根据据液压缸在工作循循环各阶段所需最最大压力p1，再加上油泵的的出油口到缸进油油口处总的压力损损失p，即pp p1+p (27)式中:p1液压缸最大工作压压力； p从液压泵出口到到液压缸或液压马马达入口之间总的的管路损失。 p的准确计计算要待元件选定定并绘出管路图时时才能进行，初算算时可按经验数据据选取：p包括油液流经流流量阀和其他元件件的局部压力损失失、管路沿程损失失等，一般管路简简单的节流阀调速速系统p为(25)105Pa，用调速阀阀及管路复杂的系系统p为(515)105Pa，p也

53、也可只考虑流经各各控制阀的压力损损失，而将管路系系统的沿程损失忽忽略不计，各阀的的额定压力损失可可从液压元件手册册或产品样本中查查得。取p=0.5Mpa泵的最高工作压力：pp 26+0.5=26.5 Mpa上述计算的pp 是系系统的静态压力，考考虑到系统在各种种工况的过渡阶段段出现的动态压力力往往超过静态压压力。另外，考虑虑到一定的压力储储备量，并确保泵泵的寿命，因此选选泵的额定压力pr应满足pr（1.251.6）pp。中低压系统取小小值，高压系统取取大值。则泵的额定压力 ： pr 1.3 pB = 1.3 26.5=34.45 Mpa2.8.2 确定液压泵泵的输出流量 液压泵的输出流量（Lm

54、in)，应该该大于或等于液压压系统中同时工作作的各个执行元件件所需的最大流量量之和：液压泵输输出流量应包括执执行器所需流量；溢流阀的最小溢溢流量、各元件的的泄漏量的总和、电动机掉转(通通常1r/s左右右)引起的流量减减少量、液压泵长长期使用后效率降降低引起的流量减减少量(通常57%)等。多液压缸同时动作时，液液压泵的流量要大大于同时动作的几几个液压缸(或马马达)所需的最大大流量，并应考虑虑系统的泄漏和液液压泵磨损后容积积效率的下降，即即qpK(q)max (L/min) (2-8)式中：K系统泄漏系数，一一般取1.11.3，大大流量取小值，小小流量取大值；(q)max同时动作的的液压缸(或马达

55、达)的最大总流量量(L/min)。如果这时溢流阀阀正在工作，还需需加上溢流阀的最最小溢流量23 L/min由前面的计算和分析可可知系统空载时和和最高压力工况下下流量最高，下面面分别计算这两个个工况下泵所需的的输出流量：（1）空载启动时 qp 1.225.2+2.5 = 32.7 (L/min)（2）最大工作压力时时：此时系统增压回路处于于工作状态，根据据能量守恒，忽略略增压缸的效率则则增压缸进出油口口的功率可表示为为：P入= P出 P入= p入 q入 P出= p1 q1总 因增压缸的增压比K=3，即p入= p1 综合上式可得：q入= 3q1总 则此时所需泵的流量：qp 1.2（325.2）+2

56、.5 = 93.2 (L/min)2.8.3 选择液压泵泵 选择择液压泵需考虑的的要点液压泵是液压系统中的的动力元件，它输输出压力能。选择择液压泵时要考虑虑的因素有工作压压力、流量、转速速、定量或变量、变量方式、容积积效率、总效率、寿命、原动机的的种类、噪声、压压力脉动率、自吸吸能力等，还要考考虑与液压油的相相容性、尺寸、重重量、经济性、维维修性。转速关连着泵的寿命、耐久性、气穴、噪声等。虽然样样本上写着容许的的转速范围，但最最好是在与用途相相适应的最佳转速速下使用。特别是是用发动机驱动泵泵的情况下，油温温低时若低速则吸吸油困难，有因润润滑不良引起卡咬咬失效的危险，而而高转速下则要考考虑产生气

57、蚀、振振动、异常磨损、流量不稳定等现现象的可能性。转转速剧烈变动还对对泵内部零件的强强度有很大影响。寿命可以说是“在定定环境下能经济地地维持所需性能的的时间”。 由于液压压元件的特殊性，在在完全相同的条件件下使用的情况并并不多见，失效分分布往往不明确，寿寿命的估计很困难难。制造厂提供的的额定寿命数据，通通常是根据泵内轴轴承的B10寿命命(一组轴承中有有90能达到和和超过的工作小时时数)和实验测得得的磨损特性确定定的。寿命还与暂暂载率有关。油液液不清洁、安装不不正确 (如轴上上承受径向载荷)、使用不当(如如频繁带载起动、长时间低速运行行)等会使泵夭折折，而降低参数使使用可以延长泵的的使用寿命。开

58、式回路中需要泵具有有一定的自吸能力力。发生气蚀不仅仅可能使泵损坏，而而且还引起振动和和噪声，使控制阀阀、执行器动作不不良，对整个液压压系统产生恶劣影影响。在确认所用用泵的自吸能力的的同时，必须在考考虑液压装置的使使用温度条件、液液压油的粘度来计计算吸油管路的阻阻力的基础上，确确定泵相对于油箱箱液位的安装位置置并设计吸油管路路。另外，泵的自自吸能力就计算值值来说要留有充分分裕量。定量泵结构简单、便宜宜，变量泵复杂、贵，但节省能量量。定量泵与变量量泵分别有自己的适用用场合。变量泵(尤其是轴向变量量柱塞泵)的变量量机构有各种形式式：就控制方法来说说，有手动控制、内部压力控制、外部压力控制、电磁阀控制

59、、顺顺序阀控制、电磁磁比例阀控制、伺伺服阀控制等。就就控制结果来说，有有比例变量、恒压压变量、恒流变量量、恒转矩变量、恒功率变量、负负载传感变量等。变变量方式的选择要要适应系统的要求求，实际使用中要要弄清这些变量方方式的静特性、动动特性和使用方法法。通过前面的分析计算不不难发现，本试验验台系统的特点，其其中有两个工况非非常关键：第一就就是空载启动工况况，这个工况下系系统需要大流量但但系统压力低；第第二就是最大负载载工况，这个工况况下系统既需要大大流量有需要高压压力，也就是说液液压泵既要提供高高压又要提供大的的流量。又考虑到试验台液压系系统工作时，因试试验对象的不同，系系统的流量的变化化范围非常

60、大，若若只采用一台泵从从经济方面来讲不不合适，所以本系系统采用两台液压压泵的型式：一台台定量柱塞泵，主主要用于大流量工作；一台台变量柱塞泵，主主要用于小流量工作。柱塞泵工作压力高(常常用压力为：2040MPa、最高可达80MPa)，加工性好，配合精度高，密封性好，结构紧凑，效率高，流量高，调节方便，单位功率的重量小，寿命长。缺点是结构复杂，制造工艺要求较高，价格贵，油液抗污染敏感性强，自吸能力差，使用与维护要求高。主要适用于高压、大流量、大功率的系统，且流量需要调节的场合图23 轴向柱塞泵泵结构示意图确定泵泵排量泵的输出流量： qp= (2-9)式中 ：n轴的转速(r/min)qp输出流量(L