液压系统各元件的确定

1、5.液压系统各元件的确定5.1对液压系统的要求液压系统设计是整个系统设计的一部分，与设计要求密切相关。设计液压系 统时，首先要明确整体设计对液压系统的要求，这是液压系统设计的依据。（1）明确主机和总体布局。主机功能和工作原理，机器总体结构，主要部件 结构、布置及再主机中的位置、作业方式和工作循环等，这些不仅是合理确定液 压执行元件的运动方式及其工作范围的需要，也是合理确定液压执行元件安装位 置及其空间尺寸限制条件的需要。（2）明确主机对液压系统的动作和性能要求。这些要求主要是指：哪些动作 要求用液压传动实现，这些动作有无同步要求、互锁要求、是否构成一定的自动 循环，运动方式（如往复直线运动、连

2、续转动、往复摆动），行程和速度范围， 负载条件，运动平稳性和精度，完成一个循环的时间（周期），工作可靠性、安 全性等。（3）明确主机工作环境。工作环境的温度、湿度、污染、冲击震动以及是否 有腐蚀性和易燃性等情况均应有明确答案。这涉及液压元件和工作介质的选择。 必要时在设计中还需附加防护措施。（4）其他要求。液压装置在质量、外观尺寸方面的限制及经济性、能耗方面 的要求等。另外要了解和搜集同类型机器的有关技术资料，如应用系统工作原理， 使用情况及存在问题等，为设计准备必要的参考资料。由若干液压元件和管路组成，以完成一定动作的整体成为液压系统。根据这 次设计要求及其他经济性等因素，液压系统图设计如图

3、37所示。图3-7液压系统原理图1油箱；2一溢流阀；3一电机；4一液压泵；5, 7一单向阀；6一滤油器；8, 9, 13 二位二通电磁阀；10一电液溢流阀；11信号接收器；12一二位四通手动换向阀；14，17， 18压力继电器；15一截止阀；16蓄能器；19液压马达；20-减速器21滚筒；22一钢 丝绳；23滑轮组；24一皮带。2）工作原理启动油泵电机，使二位四通阀12，二位二通阀9和二位二通阀13处于图示位 置（2DT和3DT失电），此时液压泵4提供的工作压力由溢流阀2（其压力由启动工 况所需的较大张力决定）调定，压力油经单向阀5,滤油器6,单向阀7和二位四 通阀12进入液压马达，以较大的张

4、力（1.5倍额定张力）实现张紧，满足启动工 况的需求，压力继电器17动作，发出信号，启动皮带输送机的驱动滚筒，并同时 使2DT和3DT得电，二位二通阀9切换到左工位，二位二通阀13切换到上工位，此 时泵的工作压力由电液比例溢流阀10调定，转为正常工作所需的压力，此时，蓄 能器16的进油路被接通，泵在向马达供油的同时，也向蓄能器充油。当蓄能器16被充满，其内压力达到额定值的1.1倍时，压力继电器14动作， 发出信号，使1DT得电，将二位二通阀8切换到左工位，泵4卸荷运转，由蓄能器 16供油，弥补泄漏，维持张力基本不变。当由于泄漏，胶带松弛等原因使压力降 低到额定值的0.95倍时，压力继电器18动

5、作，发出信号，使1DT失电，液压泵4 又恢复工作。此后将重复上述过程，使压力（张力）在额定值的0.951.2倍之 间变化，保持张力的基本恒定。为安全着想，输送带正常工作前，液压系统要提供一定的张紧力，做为背压， 防止启动阶段就打滑，这一力就为输送带启动张力f - 480 KN ，它大 约为系统正常运行时的1.5倍，正常运行后：（1） F F时，此时液压缸动作，实现张紧。（2）F F测时，此时输送带不会打滑，但长时间会使输送带疲劳 加剧断裂，影响输送带的使用寿命。因此液压缸动作，作适当的放松。直到F - F。考虑到起动阶段的张紧力大约是正常平稳运转时的1.5倍，液压系统可设置一个储能器，其作用有

6、：（1）以备液压泵故障时用，暂时提供液压力。正常平稳运转时所需的张紧力较小，几乎为零，可用此给其提供油液压力。（2）液压系统要快速反映已实现张紧，防止输送带在滚筒上打滑。因为启 动阶段所需张紧力大约为正常运行时的1.5倍，因此只要满足启动阶段的要求， 即可在以后的正常运行及制动，停止阶段都可以提供足够的张紧力，防止输送带 打滑。在时间方面有一定的要求，这在选择液压缸时充分的体现出来。如果液 压缸的缸体选用的过大，液压泵适中，这时张紧只需要很短的时间，这样可以很 快的实现张紧的目的，但是这样会使液压缸的密封性能要求非常严格，从经济角 度考虑，很不划算；如果液压缸的缸径选择的很小，液压泵适中，这样

7、实现张紧 可能要很长一段时间，不能满足快速张紧的目的。因此要合理选用缸径和液压泵。 液压油缸在启动阶段大约要10-15秒，但是在正常运行阶段大约只需要0.5秒即 可。5.2油缸的选择和计算5.2.1设计依据（1） 了解和掌握液压缸在机械上的用途和动作要求。本设计要在前面比 较的基础上。有电磁换向阀控制油路的开启、闭合，实现液压的双向运动。（2）了解液压缸的工作条件。工作条件不同，液压缸的结构和参数不一 样，本设计液压缸运输煤矿，一般在井下工作，粉尘大，设计时考虑防尘措施。（3）了解液压缸的最大行程，运动速度或时间。液压刚所需要的时间不 能太长也不能太短。5.2.2设计原则（1）保证液压缸运动的

8、出力、速度和行程。（2）保证液压缸每个运动零件有足够的强度、刚度和耐用性。（3）在保证上面俩个条件的情况下，尽量减小液压缸的外形尺寸和重量。（4）根据液压缸的工作条件和具体情况设置适当的缓冲，防尘和排气装置。各个零件的结构和尺寸应尽量采用标准形式和尺寸系列。尽量选用标准件。（5）要求做到成本低、制造容易、维修方便。5.2.3输送带和液压缸的指标及技术参数（1）根据输送带输送能力q = 2500 t / h ；输送带长度为2000 m ；输送带宽度为1400 mm ；传送速度为3 . 55 m / s液压 缸的张紧力F = 320 KN ；启动时的张紧力F = 480 KN ；摩擦系数为0 .0

9、2；正常工作张紧力波动范围为土 16 KN （5 % ）；液压缸启动时间为0 .5 x 480/ 16= 15 s ；液压缸响应时间为0.5 s。选取液压缸的启动时间大约为10 15 秒，但实际情况一般小于10秒。（2）液压缸的技术参数油缸工作行程的确定s 1/2 A L，式中：S 油缸行程， L 一 一液压绞车行程；根据这一设计资料，带式输送机液压绞车应考虑输送带受拉力 的弹性变形、根据输送带长度及输送带长期使用后产生的弹性形变，对于整芯，选取。按本文输送带长度2000m计算，则A L = 5 m ，从经济角度来考虑，可将油缸选得小一点，在输送带安装时进行初次张紧，张紧 油缸进行两次张紧，张

10、紧油缸更主要的作用是吸收输送机启动时其下分支输送带 产生的弹性伸长，输送带长期使用后永久塑性变形及输送带受外载冲击引起的震 荡波产生的变形，所以确定油缸的行程为s 2 m 。5.2.4油缸内径的计算（1）在工作压力给定的条件下，确定缸筒内径的原则是保证液压缸有足够的 出力来推动工作负载。油缸张紧力可按下式计算F =兀 P 、D 2 d 2 / / 4000式中D -油缸缸径（mm）；d活塞杆杆径，d=D / 2 ( mm)；p -工作压力（Mpa）；根据要求的负载力和作用，选取双作用对称液压缸作为张紧装置的执行元件。可得DV2/ d/V =1=2A 1 /,A=2D 2/(d 2 d2 )=1

11、.33=4/ 3480可得D=3.9014 x) mm10 x。0 . 75x D2/ 4000；=V 2/V =1A 1 /A=2D 2/(d 2 d2 )=1.46；工称压力选取中压或中高压，即速比为1.33或1.46。可得 D / d = 1 . 78；计算或者选择液压系统和元件的公称压力，应符合或靠近下表所规定的数值。液压缸的公称压力系列(CB2346- 80 )(bar)25406380100125160200250315400500630800注：括号内的值为非优选系列;1 bar =0 . 1 Mpa初步确定为：中压中最大的即63、80bar两个较大的公斤系列；中高压中的100、

12、 125、160bar的公称系列；通过查表缸筒内径尺寸系列，液压缸的活塞杆外径尺寸系列，油缸活塞上的推力数值等得出符合启动阶段张紧力要求大约F启=480 KN 的数据为p = 63,1 0 0 bar俩组数据，F 长 = pA =兀 p (D 2 d 2 ) / 4000；注：表中数据为工程机械和一般机械液压缸外径，其他机械不能套用。5.2.5液压缸的活塞行程 液压缸的活塞行程5.2.5液压缸的活塞行程 液压缸的活塞行程但是，行程，s，在初步设计时，主要按照实际工作需要的长度来设计， 实际需要的工作行程并不一定是液压油缸的稳定性允许的行程，为了计算 应首先算出活塞杆的最大允许计算长度。1 .

13、01 d 2 yj n / 9 . 8 n ( cm )；式中dP式中dP活塞杆纵向压缩负载；末端条件系数，取值为2；nk一安全系数，其值6L = 1 . 01 x 452*/9.8 x 6= 1 . 01 x 2025，1 / 30=200 cm =2 m一般情况下，液压缸的纵向负载是知道的，根据它可以大概的求出液压缸的最大 允许行程。然而，这样确定的行程完全可能与液压缸设计的活塞杆径产生矛盾， 达不到稳定性要求，这时，就要对活塞杆的直径进行修正，修正了活塞杆的直径 以后，再核对稳定性是否满足要求，如果满足要求，再将实际工作行程进行与标 准行程相靠拢。查表选取出标准行程为2000 mm 。油

14、缸的流量估算：Q=1.5兀D2 S/ TX1。- 7 ( L /min)；式中对方案P=63(bar)， d=100( mm)，D=140(mm)，F张=4750(KN)；外径为168(cm)；Q=1.5x 3.14x1002 x 2000:(1015)=(62.8一94.2 );L /min对方案P=100a r， D =90mm， d = 45mm， TOC o 1-5 h z F = 47729 KN ，外径为 121cm 。张Q=1 . 5x 3 . 14x902x 2000; ( 23 ) =763； (10 15)=(5076. 3 );L/ min5.2.6活塞杆的强度计算5=

15、4 P / 兀 d 2 L / 20+ D / 2 ( cm )式中L 最大工作行程；缸筒内径。D缸筒内径。当缸径大于80mm时取A导向套滑动面的长度A，在缸径小于当缸径大于80mm时取A活塞宽度B取B =(0.61 . 0 )D ；对方案1带入得a =(60100)mm取 80 mm；B =(84 140)mm取120mm；H L /；20+D/ 2=2000/ 20+ 140/ 2 = 170mmC = H B /2A/ 2 =170 170/ 280/ 2=70mm(0 . 6 1 . 0带入得A =(2745)，取 42mm；带入得A =(2745)，取 42mm；(5490)mm，取

16、 74mm；L /20+D / 2 =2000/ 20+ 90/ 2 = 145mmH B /2 A / 2 =145 88/ 2 42/ 2 =80 mmH 5.2.8液压缸的稳定性能计算液压缸的稳定性条件当活塞受压，液压缸的计算长度L大于活塞杆直径d的15倍时， 进行稳定性计算。要对液压缸根据材料力学，一根受压的轴向负载力P超过稳定临界值pk时，即丧失稳定，液压缸的稳定条件为:P P / N ( N )式中P活塞杆承受的压力稳定安全系数;液压缸的稳定临力稳定安全系数;N =2 4 。采用雅辛斯基公式计算，这个公式对于中度柔杆也适用。-柔性系数，取m 80；与材料有关的系数，45号钢a =

17、4500P = A ( a -柔性系数，取m 80；与材料有关的系数，45号钢a = 4500与材料有关的系数，钢b = 3617；-活塞杆的横截面积；bm2 ( 4500-36. 1780)3 . 14 x 452500( KNbm2 ( 4500-36. 1780)3 . 14 x 452500( KN(4500)36106P k / N k =2500625(KN(KN经验算知：P 901322单位同上（3）柱塞泵 可用于高压下工作但结构复杂，这里不予考虑。对方案1P =63 bar，D =140mm，d =100mm，F=张4750KN，外径为168cm；Q = 1.5 x3 . 14

18、x 1002 x2000: ( 23)=942; (10 15)=(62.894. 2);L / min对方案2 P=100bar， D=90 mm，d=45 mm，F=张4772KN，外径为121cm；Q = 1.5 x3 . 14x 902 x 2000; ( 2 3 )=763: (10 15)=(5076. 3 ); L / m inT =60 V / Q =60 兀(D 2 d 2 ) l / 4 x 106 q式中D缸筒内径(mm)；d活塞杆内径(mm)；Q流量(L/min)；L活塞行程(mm)；对方案1T =60 V/ Q=60兀（D 2d 2)L/ 4 x 10-6 Q=15

19、兀(14021002 ) X 10- 6 X2000/ 80=11( s )对方案2T =60 V/ Q=60兀（D 2d 2)L/ 4 x 10-6 Q=15 兀(902452)X 10- 6X 2000/ 75=8 ( s )相比而言，方案2更接近实际情况。故选择方案2。取液压泵启动阶段流量Q = 100 L / m in。正常工作流量为q = 80 L / m in 。5.4蓄能器的选择蓄能器的作用如下：（1）辅助动力源；（2）系统保压；（3）吸收系统脉动，缓解液压冲击本文选用皮囊式蓄能器。这种蓄能器具有尺寸小，重量轻、结构简单、安装容易、充气方便、反应性好等特点。本文选择NXQ-B10

20、B，其参数如下：型号公称压 力公称容量罐外径罐壁厚罐高油管通 径油罐连NXQ-B1 0B10010188mm10mm560mm172”M 48 x 25.5滤油器的选择本文选用两个滤油器，一个用网式滤芯的用于泵入口的吸油滤油器，其过滤能力 应为泵流量的2倍以上。另一个用纸质滤芯的用于泵出口的高压滤油器，它主要 用来清除进入液压系统的污染杂质，一般用过滤精度为1015um的滤油器。5.6液压油的功能和基本要求液压油液是液压系统中传递能量的工作介质，同时还兼有润滑、密封、冷却和 防锈的功能。在液压系统中，由于压力、速度及温度在很大范围内变化，为了保证工作状态 的稳定，要求所应用的液压油液能适应这种变化，并保证稳定的性能，不能因外 界条件变化而引起很大的改变或破坏，因此对液压油液提出以下要求：（1）具有适当的粘度和良好的粘-温