【AMC-1型铰接车制动液压系统设计案例分析9800字】

AMC-1型铰接车制动液压系统设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u25591AMC-1型铰接车制动液压系统设计案例分析 125781.1铰接车制动液压系统原理图拟定 232901.2制动蓄能器的计算和选型 360531.2.1蓄能器的节能原理 398681.2.2蓄能器的分类 3291661.2.3制动蓄能器参数计算 4219421.2.4制动蓄能器的选型 535851.3电动油泵的计算和选型 5230121.3.1油泵参数计算 5309461.3.2制动液压系统压力及流量的确定 7125831.3.3油泵的选型 7125541.3.4电机的选型 9158661.4其他液压元件的选型 1075011.4.1制动阀的选择 10105291.4.2溢流阀的选择 1350391.4.3单向阀的选型 16183241.4.4过滤器的选择 17143811.4.5管路系统的选择 19196401.4.6压力变送器的选型 21313671.5阀块的设计 22铰接车制动液压系统原理图拟定1.油箱2.啮合齿轮泵3.单向阀4.过滤器5.溢流阀6.蓄能器7.制动阀8.制动液压缸图4-1制动液压系统原理图车辆启动前，电机驱动液压油泵（2），将油液从油箱（1）内，经过过滤器（4），送入制动蓄能器（6），当蓄能器内油液压力达到设定压力后，电机停止运转，蓄能器内油压被单向阀挡住，不会反向释放。当车辆需要制动时，通过调节输入比例减压阀7电磁铁的电流大小，控制进入制动缸（8）的油液压力，进而制动钳的制动力大小。为了分别控制前后车轴的制动力，同时提高制动系统的可靠性，前后车轴分别设置一个蓄能器，各个车轮的制动力分别通过比例减压阀独立控制。当实施多次制动后，制动蓄能器内油压降低到设定下限压力时，重新启动电机油泵，向蓄能器补油。溢流阀5可以限制电动油泵出口的最高压力，保护液压系统，避免过载。该制动液压系统中的溢流阀在液压系统中起保护制动液压系统作用，使制动液压缸中的液压油液能够及时通过溢流阀溢流，避免制动液压系统遭到损坏，制动液压系统中的过滤器主要是使得在液压系统中运行的工作液压油过滤到执行元件运行时所产生的污染杂质，保证流回油箱的液压油液的清洁度，提高液压油液的循环使用程度，也提高执行液压系统的运行效率。制动蓄能器的计算和选型蓄能器的节能原理蓄能器的分类制动蓄能器参数计算在该设计的制动液压系统中，为了防止制动液压系统供油不足，在设计时选用一个蓄能器作为补油装置，考虑到气体蓄能器的工作压力要与液压系统执行元件的负载压力相匹配，所以气体蓄能器的最高压力要大于制动液压系统的最大压力，最小压力要小于制动液压系统的最小压力，并且考虑蓄能器的充气压力应该小于制动液压系统的工作压力。选取蓄能器的最高压力为QUOTE5Mpa5Mpa，最低工作压力为QUOTE2Mpa2M式中：QUOTEV0V0为所需蓄能器容积（m2）；p1为系统最低工作压力（pa）；p2为系统工作最高压力（pa）；QUOTE∆VVx为蓄能器的工作容积（m2）；n为多变指数，该系统蓄能器用于补偿系统油液，等温时取n=1；QUOTEp0p0为充气压力（按0.9p1>p0>0.25p2充气）取值0.5pa。查蓄能器的产品样本，取公称容积为1.5L，可选用山西榆次生产的HXQ—B10D—Y1。所以：QUOTEV0=6.8LV0=9L制动蓄能器的选型根据派克公司生产的蓄能器型号及其技术参数，选取派克QUOTEAA系列活塞式蓄能器，型号为QUOTEA4NC0578L1KTFA4NC0578L1KTF，最大工作压力QUOTE，气体体积QUOTE9.47L9.47L。电动油泵的计算和选型油泵参数计算根据对铰接车所需要的制动力，制动力矩、制动轮缸直径的计算参数以及对于液压缸负载和其液压系统压力的要求，选择了双作用单杆活塞缸，rexroth22mm25Mpa1Mpa25Mpa液压缸无杆腔面积为QUOTE12.57cm212,57cm2，液压缸无杆腔面积为QUOTE8.63cm28.63cm2，为了使计算选型匹配，液压泵的流量计算可通过液压缸的流量来计算，本设计计算速度从11.1m/s变为0m/s的制动时间设定为2.2s。=1\*GB2⑴．液压油缸的最大流量计算公式如式（4-1）所示：q=式中：LxQUOTELx为液压油缸行程；QUOTEtt为液压油缸伸缩时间；Asz1为液压油缸无杆腔面积；Asz2为液压油缸有杆腔面积。所以：q=34.69L/min。QUOTE由于选型选用双作用单杆活塞缸，则该液压油缸的运行速度计算公式如式（4-2）所示：vg式中：QUOTEqq为流入液压油缸的流量；QUOTEηcv为液压油缸的容积效率，一般取QUOTEηcv=0.98~1.0。所以：vg=0.46m/s=2\*GB2⑵．液压泵的流量计算计算公式如式（4-3）所示：Qg式中：Qg为液压泵的流量；QUOTEvgvg为液压油缸的运行速度；A为液压油缸无杆腔的有效工作面积为QUOTEA=12.57cm2A=12.87cm2所以：Qg=34.69L/min，所以液压泵的流量选取为液压泵缸流量，即：QUOTEQg=12.82L/minQg=34.69L/min在选取电机转速时，考虑本设计为小型铰接模型车，选用基地转速为QUOTEn=3000r/minn=3000r/min的直流电机，通过电机转速确定主泵的排量，其排量计算公式如式（4-4）所示：DP所以：Dp=11.47ml/r制动液压系统压力及流量的确定由于本课题中该模型车不载人不载货，不存在空载与满载的区别，所以制动系统工作压力与系统安全压力一致，液压缸的工作负载与工作压力的关系为：F=pA式中：p为液压缸的工作压力；A为液压缸活塞的有效工作面积；F为工作负载；依据第三章计算结论可知：前轮单侧制动块对制动盘的压紧力6598N，后轮单侧制动块对制动盘的压紧力3562N。其压紧力就是制动液压系统的工作负荷。通过计算可知：液压缸相关参数为：缸径为QUOTE40mm40mm，杆径为QUOTE22mm22mm，此缸为单作用缸，缸的回程靠弹簧的预紧力进行回位，所以液压缸的有效工作面积为：S=πD2=3.14*0.040*0.040=5.024*10-3m2前轮液压缸的工作压力为：P前=F前/A=6.598kN/5.024*10-3=1.31MPa后轮液压缸的工作压力为：P后=F后/A=3.562kN/5.024*10-3=0.71MPa依据《机械设计手册》中按载荷选择工作压力的原则，选定前轮系统工作最高压力为1.5MPa，选定后轮系统工作最高压力为1MPa。整个液压系统的工作压力范围为：1.5MPa。所以，该设计液压系统的压力为1.5MPa，流量为11.47ml/r。油泵的选型依据计算可知：该设计液压系统的压力为1.5MPa，流量为11.47ml/r。由于其主泵的排量为12.23ml/r，液压系统的压力为1.5MPa，所以选取的液压泵排量应该大于11.47ml/r，液压泵的额定压力应该大于1.5MPa，根据rexroth公司内啮合齿轮泵的型号和技术参数，选取PGH—2XQUOTE𝐶BF−F410QUOTE𝑃𝐺𝐻−2𝑋型号齿轮泵，如图4-2所示，其额定排量为13ml/r，额定压力为QUOTE35Mpa，最低转速QUOTE600r/minQUOTE2500𝑟/𝑚𝑖𝑛，最高转速3000r/minQUOTE，其产品额定参数如表4-1所示：表4-1QUOTE𝐶BF−F410QUOTE𝑃𝐺𝐻−2𝑋PGH−2X齿轮泵额定参数其产品的性能曲线如图4-4所示：图4-3QUOTE𝐶BF−F410QUOTE𝑃𝐺𝐻−2𝑋PGH−2X齿轮泵性能曲线其产品外观图如图4-4所示：图4-4QUOTE𝐶BF−F410QUOTE𝑃𝐺𝐻−2𝑋PGH−2X齿轮泵电机的选型液压泵工作需要靠电机驱动，所以计算永磁直流电动机的功率通过对液压泵的驱动功率就算进行估计匹配，液压泵的驱动功率计算公式如下式所示：Wg式中：QUOTEWgWg为液压泵的驱动功率；QUOTE∆p为液压系统压力，取Ps=1.5Mpa；QUOTEηmηm为液压泵的机械效率，取QUOTEηm=0.98ηm=0.98。所以：QUOTEWg=8.65kWQUOTE𝑊𝑔=569𝑊QUOTE𝑊𝑔=150WWg=由于选用电机驱动液压泵工作，为了保证安全使用，所以其功率应该大于驱动液压泵工作功率，选取QUOTE55ZYT02QUOTE130𝐽𝐴𝑆𝑀515215𝐾−𝑀23𝐵130JASM515215K−M23B型电动机，其额定功率为QUOTE20kWQUOTE1.5𝑘𝑊1.5kW，因为电动机额定功率大于液压泵驱动功率，所以电机选择与液压泵匹配，但在实际工作中，电动机与液压泵的功率不仅要匹配，为了能保证系统正常工作，要保证电动机额定扭矩和液压泵的工作扭矩要匹配，否则会出现电动机超载现象，损害电动机，在工作中，液压泵正常工作所产生的最大扭矩计算公式如式（4-6）所示：Tg=∆p所以：电动机的额定转矩计算公式如式（4-7）所示：（4.3.7）通过计算，电动机的额定转矩大于液压泵正常工作所产生的最大扭矩，所以电动机选择满足负载匹配要求。其他液压元件的选型制动阀的选择制动阀通常是指控制车辆刹车系统的液压阀，该液压阀的开闭（控制液压系统中油液流动的方向或液流的通与断）控制执行元器件夹紧油缸的伸缩，来实现抱紧制动盘等元件，让车辆减速或者驻车的过程。制动阀的可靠、平稳制动技术对于车辆的制造、道路交通安全意义重大。1、工作原理制动阀结构原理图如下所示，利用变换阀芯在阀体内的相对工作位置,使阀体各油口连通或断开，从而改变液压系统介质的流动方向，达到控制执行元件换向或者停止。也就是使油路接通、关断或变换油流的方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。图4-5制动阀的结构原理（1）当阀心位置处于“中”位置时，油口全封闭，缸体活塞停止。（2）当阀心位置处于“左”位置时，P→A、B→T，缸体活塞向右运动。（3）当阀心位置处于“右”位置时，P→B,A→T，缸体活塞向左运动2、制动阀的分类（1）按照结构形式可以分为：滑阀式、转阀式、球阀式三种。（2）按照阀体连通的主油路数量可以分为：两通、三通、四通等。（3）按照阀心在阀体内的工作位置情况可以分为：两位、三位、四位等。（4）按照操作阀心运动的动力形式可以分为：手动、机动、电动、液动、电液动等。3、制动阀的图形符号制动阀的图形符号可以通俗地用“制动阀=操纵方式+位和通路”来表述。（1）方格数即“位”数，三格即三位。（2）箭头表示两油路连通，但不表示流向。“⊥”表示油路不通。在一个方格内，箭头或“⊥”符号与方格的交点数为油路的通路数，即“通”数。（3）每个制动阀都有一个常态位（即阀芯在未受到外力作用时的位置）。在液压系统图中，制动阀的符号与油路的连接一般应画在常态位上。例如：表4-2制动阀的常态位（3）三位制动阀的中位机能主要指三位阀常态位(即中位)各油口的连通方式。不同的中位机能是通过改变阀芯的形式和尺寸得到的，中位机能在“系统保压”“系统卸荷”“换向平稳性与精度”“启动平稳性”及“液压缸“浮动”和在任意位置上的停止”方面有重要的作用。三位换向阀的非中位机能主要有：OP型、MP型。根据本设计中铰接车液压制动原理图可知本铰接车采用的制动阀为电磁比例换向阀，最终选择sun公司的螺纹插装比例减压阀，型号为PRDP-MEN，如图4-6，原理图如图4-7、性能曲线图如图4-8所示：图4-6螺纹插装比例减压阀PRDP-MEN图4-7螺纹插装比例减压阀PRDP-MEN原理图图4-8螺纹插装比例减压阀PRDP-MEN性能曲线图溢流阀的选择我们把控制油液压力高低或利用压力变化实现某种动作的阀，称为压力控制阀，常见的压力控制阀按功用可以分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等，以上阀的共同特点是利用作用于阀芯上的液体压力和弹簧力相平衡的原理进行工作。溢流阀的主要作用是：溢流稳压、过载保护、液压泵卸荷以及远程调压。也就是在液压系统中在溢流去系统多余的油液的同时使液压泵的供油压力得到调整并保持基本的稳定状态。其类型主要有：直动型和先导型。直动型溢流阀的工作原理为：当P进口=P调定时，液压力克服弹簧力推开阀芯，阀口开启，液压油液溢流，P进口不再升高，起稳压的作用。其结构原理图如图4-9所示图4-9直动型溢流阀的结构原理先导式溢流阀主要由先导阀和主阀两部分组成，主阀的核心作用是：控制主油路溢流的开口；先导阀的核心作用是：控制主阀的开启压力。一般情况下，先导式溢流阀上有一个远程遥控口C，如果接远程调压阀就可以实现远程调压，如果接油箱就可以实现液压系统的卸荷功能。其结构原理图如图4-10所示：图4-10先导式溢流阀的结构原理（1）液压油：从P口→主阀前腔→阻尼孔→主阀后腔→先导阀芯。（2）当P进口小于P调定时，液压力小于弹簧力，先导阀关闭，主阀内液压油没有流动，主阀中P前腔等于P后腔，主阀关闭，无溢流。（3）当P进口等于P调定时，液压力等于弹簧力，先导阀开启，主阀内液压油开始流动，阻尼孔产生压力损失，主阀中P前腔大于P后腔，主阀开启，液压油开始溢流。先导式溢流阀的特点主要是：一是先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡，其阀口都满足压力流量方程。阀的进口压力由两次比较得到，压力值主要由先导阀调压弹簧的预压力确定，主阀弹簧起复位作用。二是通过先导阀的流量很小，是主阀额定流量的1%，因此其尺寸很小，即使是高压阀其弹簧刚度也不大，对于阀的调节性能有很大改善。溢流阀的选用：溢流阀主要用于装有蓄能器的液压回路中，当蓄能器充液压力达到阀的设定压力时自动地使液压泵溢流。阀中有内装单向阀防止蓄能器中的有压油液倒流。此时由蓄能器维持对系统供油而泵溢流从而收到节能效果。当蓄能器中油液压力降至到阀设定压力地85%左右时，阀又复载，液压泵恢复向蓄能器充液。在蓄能器系统中,蓄能器压力下降到设定的10%以下时，阀关闭，油泵向蓄能器输送压力油。调整压力时，先松开锁紧螺母。顺时针旋转手轮，压力升高；反之，压力降低，手轮每转一周，压力变化为5MPa。调整好后，拧紧锁紧螺母。本设计的液压系统原理图需要使用溢流阀，溢流阀的作用是把液压系统的工作压力限定在一个最大允许压力范围之内，是液压系统的安全保护阀，当液压系统工作时，液压系统工作压力大于液压系统最大设定压力时，液压系统中多余的工作介质液压油会通过溢流阀流出，避免液压系统在实际工作中因为液压系统工作压力升高导致液压系统的液压元件的损坏，根据SUNQUOTErexroth公司直动式溢流阀的型号和技术参数，最终选取SUN的QUOTE00系列QUOTERDBALAN直动式溢流阀T-162AQUOTE，该型号直动式溢流阀如图4-11所示，该直动式溢流阀相关参数为：最大流量为QUOTE45L/min，最大工作压力QUOTE35Mpa35Mpa，其性能曲线如图4-12所示：图4-11QUOTEQUOTERDBALANRDBALAN直动式溢流阀图4-12直动式溢流阀性能曲线单向阀的选型单向阀是液压方向控制阀的一种，有普通单向阀和液压单向阀两种。普通单向阀只允许液压油沿一个方向流动，即A通B，反向被截止，即B不通A。内部结构主要是锥阀心和弹簧，正向开启压力只需要0.03--0.05MPa。单向阀通常情况下，安装在液压泵的出口或者蓄能器系统的入口处，为了防止压力冲击影响液压泵的正常工作、防止液压泵不工作时系统液压油倒流以及被用来隔开高低压系统。在实际的现场应用中，经常使用的单向阀主要是液控单向阀，其工作压力结构图如图4-13所示：图4-13单向阀的结构原理（1）其功用是允许液压油正向流动，反向是否允许流动由控制口X控制。（2）当控制油口X不通压力油时，油液只能从A口流到B口。当控制油口X流通液压油时，正。反向的液压油均可以自由流动通过。本设计的液压系统原理图需要使用单向阀，使液压油缸能够在正常工作时保持给定压力，并且防止液压系统油液回流，根据计算可知液压泵的最大流量为QUOTE12.82L/min11.47L/min，并结合设计液压系统原理图，所需单向阀的通过流量应该大于液压缸的最大流量，根据SUNQUOTErexroth公司单向阀的型号和技术参数，最终选取SUN的QUOTE00系列QUOTECXBAXCNCXBAXCN单向阀QUOTET-162AT-162A，该型号单向阀如图4-14所示，该单向阀相关参数为：最大流量为QUOTE40L/min40L/min，最大工作压力QUOTE35Mpa35Mpa，其性能曲线如图4-15所示：图4-14QUOTECXBAXCNQUOTECXBAXCNCXBAXCN单向阀图4-15QUOTECXBAXCNQUOTECXBAXCNCXBAXCN单向阀性能曲线过滤器的选择液压系统中的过滤器是对系统工作介质液压油进行进化过滤的液压辅助元件，在液压系统中有着重要的作用，过滤器的两大构成部分是滤芯和壳体，液压系统使用过滤器的主要作用是因为其过滤作用可以提高液压系统介质油液的干净程度，不仅保证液压系统中工作油液的质量程度，还可以降低液压系统中工作元件的污染程度、减缓液压执行元件工作所产生的磨损划伤的程度以及避免了由于液压油中的杂质堵塞液压元件上的孔及其缝隙提高整个液压系统中液压元件工作寿命，而且能够极大的提高液压系统中液压元件的整体工作效率，减少液压系统的工作故障，在本设计液压制动系统，考虑到介质油液的复杂程度，所以为了保证系统运行的实际效率，在设计中选用过滤器。在液压系统中，过滤器的使用根据液压油路有所不同，当然其也可以不安装在油路中，可安装在系统外部作为单独的过滤设备，在选取过滤器时，不仅要考虑过滤器的过滤精度，而且还有考虑液压系统中的工作压力、压力损耗及其液压系统的纳垢容量，最后保证过滤器过滤的工作介质能够满足液压系统允许运行的清洁度。目前通用的过滤器有几种类型：=1\*GB2⑴．吸油过滤器：吸油过滤器主要是保护液压泵，防止液压泵在工作时所吸收的工作介质液压油中较大的污染颗粒，由于吸油过滤器在工作时受到液压系统液压泵吸油时的特点的制约，所以其压差一般小于等于，否则可能会因为系统压差增大导致使得液压泵吸空液压油而损坏。=2\*GB2⑵．压油过滤器：压油过滤器一般是选择按照在液压泵下游的压力管路中，主要是使得过滤的清洁液压油输送到液压系统，压力过滤器主要是用于有压工作，一般可分为高压、中压以及低压油路的过滤作用。=3\*GB2⑶．回油过滤器：回油过滤器通常是安装在液压系统的回油管路上的过滤器，可以保证系统中运行的液压油经过回油过滤器作用，去除液压系统中所产生的污染杂质，给液压泵输入清洁度较高的液压油，回油过滤器可能受到液压缸的影响使得回油过滤器的过滤性能降低。=4\*GB2⑷．空气过滤器：空气过滤器的主要作用是避免止污染物随空气进入造成液压油液的污染。对于过滤器的选型计算过于复杂，本设计采用一般经验，选取过滤器的通油能力时，一般应该大于实际流量的两倍以下，考虑到液压泵及其液压缸的流量，根据QUOTESUNSUNQUOTErexroth公司过滤器的型号和技术参数，最终选取QUOTESUNSUN的QUOTE11系列QUOTEQUOTEFLDAXDNFLDAXDN过滤器QUOTET-13AT-13A，该型号过滤器如图4-16所示，该过滤器相关参数为：最大流量为QUOTE40L/min40L/min，最大工作压力QUOTE35Mpa35Mpa，其性能曲线如图4-17所示：图4-16QUOTEQUOTEFLDAXDNFLDAXDN过滤器图4-17过滤器性能曲线管路系统的选择在整个制动液压系统结构中，根据液压缸的缸径以及对于液压缸负载及其液压系统压力的要求，完成液压系统管路，管接头、测压接头、过滤器、压力变送器等液压辅件进行选型，以满足整个液压系统能够正常工作。（1）管道的选型液压系统中常用的油管一般为硬管和软管两大类，本实设计的液压制动系统需要有较好的稳定性，所以采用橡胶软管，其不仅可以吸收振动减轻液压系统的冲击和降低噪声影响等特点，而且在液压系统安装时的设备装配比较容易，在选取管道时，其内径的大小应与其流通能力匹配，若管道选择过小，会导致液压系统压力增大，使得液压系统运行效率下降，并且导致液压系统噪音和冲击，若管道选择过大，会使得整个液压系统结构变大，不利于安装，所以选择管道时要合理，本设计的管道内径根据通过的最大流量和允许的流速确定，本设计利用液压泵的最大流量及其流速计算，其管道内径计算公式如式（4-9）所示：d=式中：QUOTEdd为管道内径；QUOTEQvQv为通过油管的流量，取QUOTEQv=12.82L/min； Qv=11.47L/minQUOTEvdvd为通过油管的流速，吸油管路取0.5~1.5m/s，高压管路取2.5~5m/sQUOTE，回油管路取1.5~2.5m/sQUOTE，短管及局部管路取QUOTE5~7m/s，取Vd=4m/s。所以：QUOTEd=8.29mmd=7.84mm为了使得管道与整个液压系统运行工况匹配，根据派克公司液压软管型号及其技术参数，选取派克481QUOTE481系列软管QUOTE11层钢丝编织增强液压软管，型号为QUOTE481-10-MH481-10-MH，最大工作压力14MpaQUOTE14Mpa，爆破压力56MpaQUOTE56Mpa，最小弯曲半径100mmQUOTE100mm。(2)管接头的选型管接头是液压系统管道之间，管道与元件之间可拆卸的连接元件，管接头又可以分为卡套式管接头、焊接式管接头、扩口式管接头等，这三类管接头主要都是应用于液压系统的硬管连接，考虑到本设计的液压制动系统，选用扣压式管接头，这类管接头主要是用于软管与其他液压元件之间的连接，在液压系统中，于管接头选型的主要标准是管接头的强度要符合工作要求，在此基础上，尽量保证其安装拆卸方便、密封性好和压力损失小等要求，根据所选管道的通径查QUOTEAA型扣压式管接头的型号和技术参数，选取JB1885-77QUOTEJB1885-77型管接头，其技术参数为：管子内径QUOTE10mm，公称压力QUOTE16Mpa，管子外径QUOTE21mm21mm，管接头型号如图4-18所示：图4-18QUOTEAA型扣压式管接头压力变送器的选型在液压系统中，压力变送器时用来测量液压系统的压力、液压系统的流量及其液压系统压差等的一种压力传感器，为了能在铰接车实际工作中时刻能够测量液压系统的压力变化，保障液压系统能够持续稳定的工作，在本设计的液压系统中需要选用相应的压力变送器，压力变送器是一种能够感受液压系统的压力信号，并且能够按照一定的变化规律将将压力信号转变成可用的输出信号，如气动信号、电动信号，实现对液压系统进的控制和远传的传感器设备，这类元件有体积较小、安装设备和设备调试方便、性能可靠稳定、较高精确性等特点，在选取压力变送器的时候，首先需要考虑在液压系统工作中需要测量液压系统压力的最大值，一般选取测量压力大与实际工作最大压力值的QUOTE1.51.5倍，其次要考虑液压系统中工作介质液压油的物理特性对压力变送器会产生的影响，对于具有腐蚀性的液压工作介质，应该采取相应的化学手段保障压力变送器的正常工作，最后要考虑到整个液压系统的工作效率，选取能够达到预定精度要求的压力变送器，本设计根据液压系统的压力变化、压力变化量程和液压系统工作介质等