同步液压缸试验台设计大学论文.doc

南京理工大学紫金学院 毕业设计（论文）系系：机械工程系 专专 业业：机械工程及自动化 学学 生生 姓姓 名：名：学学 号：号：设计设计(论文论文)题目题目：同步液压缸试验台设计 起起 迄迄 日日 期期:2015 年 1 月 6 日 5 月 16 日 设计设计(论文论文)地点地点:指指 导导 教教 师师:专 业 负 责 人专 业 负 责 人:I 摘摘 要要 本文阐述了同步液压缸试验台设计，主要对工作原理、结构组成、参数计算等发面做了详细的分析与研究，得出一套较为合适的方法来设计试验台。主要通过查阅相关资料，应用相关公式，从而对油箱进行选择，然后来选择液压站的动力装置，确定电机与泵的安装方式，最后在根据原理图以及各项参数来进行管路与管接头的选择，从而完成整个设计。论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点从原理设计、各回路的功能分析与选择入手，从而选择液压元件，计算其性能是否符合指标，最后在校核温升。关键词关键词：液压；基本回路；同步液压缸试验台设计；试验台 全套设计请加 197216396 或 401339828 II Abstract This paper describes the design of synchronous hydraulic cylinder test bed,the working principle,structure,parameter calculation,etc to do a detailed analysis and research,draw a more appropriate method to the design of the test bench.Mainly through access to relevant information,the relevant formulas,which carries on the choice to the fuel tank,power plant and then to select the hydraulic station,determine the installation of motor and pump,the choice of pipeline according to the schematic diagram and the parameters and pipe joints,thus completing the whole design.This paper firstly summarizes the analysis of the status quo,research progress of study on the hydraulic technology at home and abroad and the significance of research background,expounding the research topic.Then from the principle of design,the function of circuit analysis and selection,thus the selection of hydraulic components,its performance meets the index calculation,the temperature rise in the check.Keywords:hydraulic basic circuit design;synchronous hydraulic cylinder testing;test bench III IV 目目 录录 1 绪论绪论.1 1.1 前言.1 1.2 题目背景.1 1.3 研究意义.1 1.4 国内外研究近况.2 1.5 主要研究内容.3 2 总体设计方案总体设计方案.5 2.1 液压传动综述.5 2.1.1 液压系统的组成.5 2.1.2 液压技术的优缺点.5 2.1.3 液压传动的发展趋势.6 2.1.4 液压系统设计要求及流程.8 2.2 液压系统的设计要求与部件选用.8 2.3 同步液压缸实验台液压系统设计.9 2.3.1 工况分析.9 2.3.2 拟定液压原理图.10 2.3.3 液压系统的计算和选择液压元件.12 2.3.4 对液压系统进行验算.16 2.3.5 液压油的选择.18 3 集成块的结构与设计集成块的结构与设计.20 3.1 集成块的结构.20 3.2 集成块的设计.20 3.2.1 分析液压系统，确定集成块结构.20 3.2.2 液压元件的布局.20 3.2.3 确定油孔的位置与尺寸.21 3.2.4 绘制集成块零件图.21 4 液压站的设计液压站的设计.22 4.1 液压油箱的设计.22 VI 4.1.1 液压油箱有效容积的确定.22 4.1.2 液压油箱的外形尺寸.22 4.1.3 液压油箱的结构设计.23 4.2 液压站的结构设计.26 4.2.1 液压泵的安装方式.26 4.2.2 电动机与液压泵的联接方式.26 4.2.3 液压站的结构设计的注意事项.26 5 管路的设计管路的设计.28 5.1 管路的选择与布置.28 5.2 管路的连接.28 5.2.1 焊接式管接头.28 5.2.2 卡套式管接头.28 5.2.3 扩口式管接头.29 5.2.4 选择管路连接方式.29 6 液压站的组液压站的组装调试、使用维护装调试、使用维护.30 6.1 液压站的组装.30 6.2 液压站的使用与检查.31 6.2.1 使用的一般注意事项.31 6.2.2 试验台的操作方法.31 6.2.3 检查.31 结 论.32 致 谢.33 参考文献.34 1 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 前言前言 液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的 95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。液压传动由于其具有传动功率大、易于实现无级调速等优点，使得其在各类机械设备中得到了广泛的应用。本文阐述了同步液压缸实验台的设计，主要对工作原理、结构组成、参数计算等发面做了详细的分析与研究，得出一套较为合适的方法来设计试验台。主要通过查阅相关资料，应用相关公式，从而对油箱进行选择，然后来计算液压站的动力装置，确定电机与泵的安装方式，最后在根据原理图以及各项参数来进行管路与管接头的选择，从而完成整个设计。论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点从原理设计、即从各回路的功能分析与选择入手，在选择液压元件，计算其性能好坏，最后在校核温升等指标。1.2 题目背景题目背景 液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。它的发展决定了机电产品性能的提高。它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件，也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证，更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。所以说液压传动产品的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。本课题主要是设计一个同步液压缸实验台，熟悉和掌握它的组成、工作原理以及应用，是分析、设计和使用液压系统的基础。通过这个设计，能更好的掌握基本回路并且对液压系统的设计的方法和步骤有了初步的理解和应用。1.3 研究意义研究意义 在液压传动系统中，当液动机在某一段动作过程中或在特定条件下需要高压但对流量的需要又不太大时，经常采用低压泵配以增压缸组成的双向液压同步液压缸实验台来使液 2 动机获得高压。这样既可减小功率损失，节省设备费用，又可在无条件设计和制造高压泵的情况下使液动机同样能高压工作。这种回路在液压压力机以及生活的各个方面都有较为广泛的应用。对于同步液压缸实验台实验装置，通过对这个题目的原理图的设计，可以让我们熟悉液压传动系统设计的一般程序，了解并掌握液压传动这门技术。通过液压传动装置的设计，可以掌握机械设计的一般程序和基本方法。总之，通过本题目的设计，可以使我们四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。1.4 国内外研究近况国内外研究近况 液压技术近几年发展的速度是非常迅猛的，尤其在电子技术微机控制日益发展的今天，液压技术已迅速渗入到各个学科领域确切地说，液压是电子和机械技术之间的一种技术，把传动和控制结合起来是液压技术发展的必然结果液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视世界液压元件的总销售额为350 亿美元据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的 2%3.5%，而我国只占 1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动其主要原因是液压技术存在渗漏维护性差等缺点为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。1 我国液压产品有一定生产能力和技术水平的生产科研体系。尤其是近十年来基础产品工业得到国家支持，装备水平有所提高，目前已能生产品种规格齐全的产品，已能为汽车、工程机械、农业机械、机床、塑机、冶金矿山、发电设备、石油化工、铁路、船舶、港口、轻工、电子、医药以及国防工业提供品种基本齐全的产品。通过科研攻关和产学研结合，在液压伺服比例系统和元件等成果已用于生产。在产品 CAD 和 CAT 等方面已取得可喜的进展，并得到广泛应用。并且在国内建立了不少独资、合资企业，在提高我国行业技术水平的同时，为主机提供了急需的高性能和高水平产品，填补了国内空白。虽然取得上述成果，但和目前国内的需求和国外先进水平相比还有较大差距。包括产品趋同化、构成不合理，性能低、可靠性差，创新和自我开发能力弱，自行设计水平低。具体表现在产品水平、产品体系与市场需求存在较大的结构性矛盾。中国的液压市场 3 很大，用户对产品的要求各异，各种高品质、高性能的液压元件市场需求量很大。而大部分国内企业所能提供的产品,无论在档次上还是种类上，都还远远不能满足这些需求。因此，在众多低档产品压价竞争的同时，不得不让出一块巨大的市场给国外产品。这表明，在市场丰富多样的需求面前，国内液压行业现有产品体系的结构性过剩与结构性短缺两个矛盾同时并存；也表明我们在产品的多样性、层次分布性和市场适应性等方面亟待调整和改善。企业在产品更新、装备改造等方面的投入能力不足。目前，我国大部份气动企业缺乏对产品及装备进行较大更新改造的能力，在高技术产品及专用生产检测装备的系统开发和投入能力上尤为缺乏，因而也限制了企业在高技术产品发展上取得大的突破，对缩短与国际先进水平的差距带来影响。当然，投入资金只是个基础条件，还必须有技术、人才等多方面的保障才行。1.5 主要研究内容主要研究内容 设计内容有：a.液压系统的原理图液压系统的原理图(1)采用何种形式的供油方式。(2)确定调速方案和速度换接方法。(3)如何完成执行机构的自动循环和顺序动作。(4)系统的调压、卸荷及执行机构的换向等要求。b.液压系统的计算和选择液压元件液压系统的计算和选择液压元件(1)计算液压缸的主要尺寸以及所需要的压力和流量。(2)计算液压泵的工作压力、流量和传动功率。(3)选择液压泵和电动机的类型和规格。(4)选择阀类元件和辅助元件的规格。c.外文翻译外文翻译 选择相关的外文文献并进行翻译。d.液压系统的验算液压系统的验算 液压系统的元件选型完成后，要进行压力损失的及系统温升的验算。e.绘制正式工作图和编制技术文件绘制正式工作图和编制技术文件 设计的最后要整理出全部的图纸和技术文件。正式工作图一般包括液压系统原理图，液压传动装置装配图，主要零件的零件图。技术文件一般包括：基本件、标准件、通用件 4 及外购件汇总表，液压系统安装和调试要求，设计说明书等。2 液压系统的设计 5 2 总体设计方案总体设计方案 2.1 液压液压传动综述传动综述 2.1.1 液压系统的组成 液压系统主要由以下五个主要部分来组成：a.能源装置：能源装置：液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。b.执行装置：执行装置：液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。c.控制装置：控制装置：液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。d.辅助装置：辅助装置：油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。e.工作介质：工作介质：液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。2.1.2 液压技术的优缺点 a.与机械传动和电气拖动系统相比，液压传动具有以下优点：(1)在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体积重量只有同等功率电动机的 12%左右。由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。12(2)液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机的 12%13%。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至 0.0025N/W(牛/瓦),发电机和电动机则约为 0.03N/W。(3)可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调 6 速范围可达 12000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。(4)传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。(5)液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。(6)液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。b.液压传动的缺点：(1)液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。13 (2)液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。(3)液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。(4)为了减少泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而且对油液的污染比较敏感。(5)液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。(6)随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是要解决的问题。总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。2.1.3 液压传动的发展趋势 由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。18尽管如此，走向二十一世纪的液压技术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，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：7 a.减少能耗减少能耗,充分利用能量充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：(1)减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。(2)减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。(3)采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。(4)发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展 3 通径、4 通径电磁阀以及低功率电磁阀。(5)改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。(6)为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。b.主动维护主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。17要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。c.机电一体化机电一体化 电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优 8 点,其主要发展动向如下：(1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压 on-oE 系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。(2)发展和计算机直接接口的功耗为 5mA 以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于 3mS)等。(3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。(4)计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。(5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。2.1.4 液压系统设计要求及流程 液压的设计一般泛指液压传动系统设计。由于液压传动系统和液压控制系统从结构和工作原理而言，并无本质上的区别。通常所说的液压系统设计，皆指液压传动系统设计。液压系统的设计与主机的设计是紧密联系的，当从必要性、可行性和经济性几方面对机械、电气、液压和气动等传动形式进行全面比较和论证，决定应用液压传动之后，二者往往同时进行。所设计的液压系统首先应满足主机的拖动、循环要求，其次还应符合结构组成简单、体积小重量轻、工作安全可靠、总体看来，液压系统设计的流程是：a.明确系统的设计 b.分析系统工况 c.确定主要参数 d.拟定液压系统原理图 e.选择液压元件 f.验算液压系统性能 g.绘制工作图编织技术文件。2.2 液压系统的设计要求与部件选用液压系统的设计要求与部件选用（1）试运转：调整系统压力，使被试缸能在无负载工况下启动，斌全程往复数 9 次，排尽缸内空气。（2）启动压力特性试验：试运转结案后，在无负载工况下，调整溢流阀，事物 感强压力逐渐升高，至液压缸启动时，记录下启动压力即为最低压力。（3）耐压试验：将被试缸活塞分别停在缸两端，分别向工作腔输入公称压力的 1.5 倍的油液，保压 2min 以上。（4）耐久性试验：在额定压力下，将被试缸以设计要求最高速度连续运转，速 度误差上下 10%，一次连续运转 8h 以上，在试验期间，被试缸的零件均不得进 行调整。记录累计行程。（5）泄漏试验：a.内泄漏：在被试缸工作腔输入公称压力的油液，测定经活塞 泄至未加压腔的泄漏量。b.外泄漏：进行上述实验时，测量活塞杆密封处的泄漏量，各 结合面处不得有渗漏现象。（6）缓冲试验：将被试液压缸的缓冲阀全部松开，调节被试液压缸试验压力为 公称压力的 50%，以设计最高速度运行，检测在运行至缓冲阀全部关闭时的缓冲 效果。（7）负载效率：将测力计装在被试液压缸活塞杆上，保持被试缸匀速运行，计 算出在不同压力下负载效率，并绘制负载效率曲线。（8）高温试验：在额定压力下，将被试缸输入温度为 90 度的油液正常工作一 小时。（9）行程检验：将被试液压缸活塞或柱塞停在两端极限位置测量其行程长度。2.3 同步液压缸实验台液压系统设计同步液压缸实验台液压系统设计 2.3.1 工况分析 课题内容：设计的实验平台由液压站，同步油缸，电控柜等组成。要求明确主机对液压系统设计的要求，分析液压系统工况，合理选择液压元件和主要参数来进行结构设计并拟定液压系 10 统草图，进行液压系统的性能验算，实现液压系统的优化设计，最终完成毕业设计说明书的撰写。技术要求：1、液压系统最高工作压力：8 Mpa 2、液压系统额定流量：32 Lmin 3、液压系统电机功率：11 KW 4、油缸缸径40 mm，活塞杆径28 mm，工作行程 200 mm 2.3.2 拟定液压原理图(1)确定液压泵类型 叶片泵具有流量均匀，压力脉动小，运转平稳，噪声小，结构紧凑，体积小，重量轻，而排量较大等优点。在工程机械、船舶、压铸及冶金设备中得到广泛应用。工作原理主要是当叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排油。单作用叶片泵转自每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。这次所设计的试验台要求压力不高，单作用泵可以满足回路要求，故选用单作用叶片泵。(2)自动换向的实现 为了实现自动换向功能，在增压器的两端增加两细杆，当增压器向左或向右运动到头时，可触碰提前安置好的程控开关，开关控制换向阀 9，当一端行程完成，触控开关，换向后继续另一边的行程，如此往复，实现双向自动换向同步液压缸实验台的功能。当工作缸 7 向左运动到一半，触碰到程控开关 19 后，换向阀 23 切换到终止，先导型溢流阀 22 的遥控口被切断，负载由溢流阀 24 设定的 2MPa 提升到阀 22 设定的 6MPa。主油路开始通过开启顺序阀 8 进入同步液压缸实验台，压力经过增压器 10 逐渐升高，增压器活塞不论向左或向右运动，均能输出高压油，只要通过不断触碰程控开关 15 和 16，换向阀 9 就能不断切换不断切换，增压器 10 就能持续往复运动，高压油就连续经单向阀 11 或14 进入工作缸 7 右腔，此时单向阀 12 或 13 有效地隔开了增压器的高低压油路。工作缸 7向右运动时同步液压缸实验台不起作用。这样，压力增大到 6MPa 后就可以继续推动负载缸进行剩下另一半行程的完成了。11 图 2.2 完整液压系统原理图 1.油箱 2.滤油器 3.油泵 4.溢流阀 5,25.M 型三位四通换向阀 6.液控单向阀 7,20.油缸 8.顺序阀 9.换向阀 10.增压缸 11,12,13,14,21.单向阀 15,16,19.程控开关 17,18.撞块 22.先导型溢流阀 23.两位两通电磁阀 24.远程调压阀 a.自动换向的实现自动换向的实现 为了实现自动换向功能，在增压器的两端增加两细杆，当增压器向左或向右运动到头时，可触碰提前安置好的程控开关，开关控制换向阀 9，当一端行程完成，触控开关，换向后继续另一边的行程，如此往复，实现双向自动换向同步液压缸实验台的功能。b.负载增加的实现负载增加的实现 在工作缸 7 的左端加一个支路作为负载，当实验前，带遥控口的先导型溢流阀 22 通过两位两通换向阀与远程调压阀 24 相连。远程调压阀压力 24 压力小于溢流阀 22 压力。在输出缸 7 的右侧增加一个负载缸 20，两缸头各装有撞块 17，18。实验开始时，换向阀23 接通左位，此时溢流阀 22 的开启压力为 24 的调定压力。这样回路开始工作不经过增压器 10 就可以将负载缸 20 推动，当推到行程的 1/2 时，负载缸 20 上的撞块 18 碰到程控开关 19，使得换向阀 24 变成右位。此时阀 22 的压力变成自身的调定压力，负载增大。这样回路不得不经过增压缸 10 进行油液的增压方可推动负载，直到负载缸 20 走满行程，完成一次实验过程。12 2.3.3 液压系统的计算和选择液压元件 a.液压缸的主要尺寸确定液压缸的主要尺寸确定(1)工作压力 P 得确定 有增压前和增压后两种工作状态。按照回路承受的最高压力计算工作压力，应为增压后压力 6MPa。表 2.2 液压设备常用得工作压力 设备类型 机床 农业机械或中型工程机械 液压机、重型机械、起重运输机械 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力（MPa）0.8-2.0 3-5 2-8 8-10 10-16 20-32(2)确定缸的基本尺寸 油缸缸径40 mm，活塞杆径28 mm，工作行程 200 mm 根据表 2.3 以及液压缸内径尺寸系列与活塞杆直径系列推荐的优选尺寸，选择缸的尺寸。加载缸结构如图 2.4 所示。表 2.3 液压缸内径 D 与活塞杆直径 d 之间的关系 按机床类型选取 d/D 按液压缸工作压力选取 d/D 机床类别 d/D 工作压力 p/（MPa）d/D 磨床及研磨机床 0.20.3 25 0.50.58 钻、镗、车、铣、床 0.7 57 0.620.70 其他 7 0.7 min/56.12421LDA (2.1)min/66.7)(4222LdDA (2.2)13 图 2.4 加载缸 进行最小稳定速度的验算，要保证液压缸节流腔的有效工作面积A，必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积，即。按最低工进速度验算液压缸得最小稳定速度，查产品样本，调速阀最小稳定流量；2323minmin3.8min1006.01005.0cmcmAvq (2.3)本例中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔得实际面积，可见上述不等式能满足液压缸能达到所需得最低速度。c.计算在各工作阶段液压缸所需得流量 min/32.15)(422LvdDq增压前增压前 (2.4)min/66.7)(422LvdDq增压后增压后 (2.5)(1)泵的工作压力确定，考虑到正常工作中进油管路有一定得压力损失，所以泵得工作压力为：pppp1 (2.6)式中，为液压泵最大工作压力；执行元件最大工作压力；进油管路中得压力损失，初算时简单系统可取 0.2-0.5MPa,复杂系统可取 0.5-1.5MP,故泵系统取 0.5MPa。MPapppp5.61 (2.7)上述计算所得得为系统得静压力，考虑到系统在各种工况得过度阶段出现得动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定得压力储藏量，并确保泵得寿命，因次选泵得额定压力应满足。中低压系统取最小值、高压系统取最大值，在本文中，(2)选择液压泵的规格 14 泵流量的确定，液压泵最大流量为：maxpLqk q (2.8)式中,为液压泵得最大流量 m a xq为同时动作的各执行元件所需流量之和得最大值。如果这时溢 流阀正在工作，尚需加溢流阀得最小溢流量 2-3L/min.LK系统的泄漏系数，一般LK取=1.1-1.3，现取LK=1.1 40)(maxpkqLp (2.9)根据以上数字查阅产品目录选用 YB1-20 型单叶片片泵，该泵的额定压力为 6.3MPa，额定转速为 960r/min。(3)与液压泵匹配的电动机的选定 分别计算出快进和工进两种不同工况时的功率，去较大值作为选择电动机规格的依据。首先计算快进时的功率，快进时的摩擦力为 5000N，仅有路压力损失为 0.3MPa。625000100.31.080.094ppMPaMPa (2.10)电动机的功率 P 为：kWqpppp64.0 (2.11)表 2.4 液压泵的总效率 液压泵类型 齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 螺杆泵 总效率 0.6-0.7 0.6-0.75 0.8-0.85 0.65-0.8 查阅电动机产品样本可查，选用 Y160M-4 型三相异步电动机，其额定功率是11KW，额定转速为 1400r/min。(4)液压控制阀和部分液压辅助元件选择。本液压系统采用 GE 系列的阀，根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部 分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择元件型号规格如下表：15 表 2.5 液压元件明细表 序号 名称 最大通过流量（L/min）型号 1 电动机 Y160M-4 2 单叶片油泵 56.3 YB1-20 3 单向阀 56.3 AF3-10B 4 三位四通换向阀 25.4 34F3-10B 5 二位二通换向阀 25.4 22F3-10B 6 液控单向阀 1.23 YAF3-E10B 7 顺序阀 50 XF3-10B 8 溢流阀 6.3 YF3-10B 9 滤油器 56.3 XU-J63X c.确定管道尺寸确定管道尺寸 油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可接管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为增压前流量 q=40L/min，压油管的允许流速取 v4m/s，则内径 d为 49.13/6.4vqd (2.12)若系统主油路流量按增压后取 q=32L/min,则可算得油管内径 d=12.65mm.查表 JB827-66,同时考虑制作方便，油管选用内径为 13 mm，外径为 14mm 的 10 号冷拔无缝钢管。其它油管可直接接所连接的液压元、辅件的接口尺寸决定其管径大小。表 2.6 油管中的允许流速 油液流经油管 吸油管 高压管 回油管 短管及局部收缩处 允许流速（m/s）0.51.5 2.55 1.52.5 57 表 2.7 安全系数（钢管）管内最高工作压力（MPa）7 717.5 17.5 16 安全系数 8 6 4 d.液压油箱容积的确定液压油箱容积的确定 中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的 57 倍，现选用容量为 200L 的油箱。2.3.4 对液压系统进行验算 a.a.压力损失的验算及泵压力的调整压力损失的验算及泵压力的调整 (1)增压后的压力损失验算增压后的压力损失验算 增压前管路中的流量仅为 7.66L/min，因此流速很小所以沿程压力损失和局部压力损失都很小，比起增压前来说比较小，可以忽略不计。这时进油路上只考虑调速阀的压力损失515 10pPa，小流量泵的调整压力应等于工进时液压缸的工作压力1p加上进油路压差1p，则114.5ppppMPa。(2)增压前的压力损失验算增压前的压力损失验算 在增压前，其压力损失要比增压后大，因此必须计算快进油路与回油路压力损失，以便确定泵的卸载压力。进油路和回油路管的长度均为1.8lm,油管内径 d=13mm。通过的流量为进油路smLq/10276.0min/16331，回油路smLq/10534.0min/32331。液压系统选用N32 号液压油，考虑最低工作温度为15 C，由手册查出此时油的运动粘度21.51.5/stcms,油的密度3900/kg m。1)确定油流的流动状态确定油流的流动状态 441.2732Re1010vdqd (2.13)式中 v为平均速度/m s d为油管内径 m 为油的运动粘度2/cms q为通过的流量3/ms 则进油路中液流的雷诺数是 17 1515.1101510246.02732.1Re3312300 (2.14)回油路中液流的雷诺数是 3025.1101510534.02732.1Re3312300 (2.15)由上可知，进回油路中的流动都是层流。2)沿程压力损失沿程压力损失p 在进油路上，流速smdqv/51.1421则压力损失为 Papvdlp5111052.02Re64 (2.16)在回油路上，流速smdqv/02.3421则压力损失为 Papvdlp5111004.12Re64 (2.17)3)局部压力损失局部压力损失 表 2.8 阀类元件局部发力损失 元件名称 额定流量 实际通过的流量 额定压力损失 实际压力损失 单向阀 25 16 2 0.82 三位四通电磁阀 63 32 4 1.03 两位三通电磁阀 63 32 4 1.03 若取进油路的压力损失510.3 10jpPa，回油路压力损失510.5 10jpPa则进油路和回油路总的压力损失为 PaPap5511023.210)3.046.026.082.052.0(2.18)PaPap552106.310)5.003.103.103.1(2.19)Papppp5111068.12 (2.20)18 因此，泵卸载阀的调整压力应大于。从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。b.b.液压系统的发热和温升校核液压系统的发热和温升校核 在整个循环系统中，增压阶段占用时间最长，所以系统的发热主要是在增压时的，故按增压时验算系统温升。液压泵的输入功率，此时泵的效率为 0.2,泵的出口压力为4MPa，Wp7091 液压缸的输出功率 WwFvp7.16106011000022 (2.21)系统的总发热动率为：WWpp3.692)7.16709(21 (2.22)已知油箱容积3310200200mLV，则有相近似散热面积为 22323225.2200065.0065.0mmvA (2.23)假设通风良好，取油箱散热系数3215 10/TCkWmC，则可得油液温升为 CACTT51.2025.21015103.69233 (2.24)设环境温度225TC，则热平衡温度为 CTCCTTT5551.45)51.2025(121 (2.25)所以油箱散热基本可以达到要求。2.3.5 液压油的选择 液压油是液压传动系统的工作介质，又是液压元件的润滑剂。液压油分为矿油型、乳化型和合成型三大类。液体流动时，流层之间的内部摩擦力称为液体的粘性。表示粘性大小的量称为粘度。它是选择用油的主要指标。常用动力粘度、运动粘度及相对粘度来表示。目前我国主要采用运动粘度。液压油应具有适当的粘度，良好的粘温特性，良好的润滑性，能抗氧化、无腐蚀作用，19 抗燃烧，不易乳化，不破坏密封材料，无毒，有一定的消泡能力。选择液压油时，应根据泵的种类、工作温度、系统压力等，确定适用粘度范围，再选择合适的液压油品种。本系统选用 L-HL46 液压油。要综合考虑液压油的价格、使用寿命、以及液压系统和维护、安全运行周期等情况，着眼于经济