液壓系統(tǒng)綜合實驗裝置設(shè)計-液壓試驗臺含開題及4張CAD圖,液壓,系統(tǒng),綜合,實驗,試驗,裝置,設(shè)計,試驗臺,開題,cad 摘 要 本次設(shè)計題目為液壓系統(tǒng)綜合實驗臺設(shè)計，液壓實驗臺的系統(tǒng)選定額定工作壓力為7MPa。 實驗臺采用了快換接頭式結(jié)構(gòu)，這樣不僅使液壓實驗臺更容易的擴展，而且使系統(tǒng)的連接更加方便。能夠可自行設(shè)計，拆裝各類元件，組合實驗回路，能完成上百種液壓基本回路實驗。學(xué)生完全獨立自己動手進行實驗的設(shè)計、安裝、調(diào)試、排除故障，可得到工程實際的綜合訓(xùn)練。提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、動手能力、獨立思考能力、創(chuàng)新能力和工程綜合能力。 另外對液壓實驗臺的外型、液壓缸等多方面進行設(shè)計，合理布局；對性能進行了系統(tǒng)的校核，證明實驗臺的安全性；對液壓系統(tǒng)是如何安裝、調(diào)試和使用進行了介紹；還對系統(tǒng)回路舉例，并進行了分析驗證。 關(guān)鍵詞：回路；拆裝實驗；調(diào)試；傳感器 Abstract The project of this design is the hydraulic experiment set, which working pressure is 7MPa. This hydraulic experiment set uses the fast-pipe connected, so it can not only make hydraulic experiment more easily to expand, but also make the system more convenient for connections. It can be to design freely and dismount and combine experimental system circuit with various components . It can complete more than 100 kinds of the hydraulic test. Students who make their own completely independent of the experimental design, installation, debugging, troubleshooting, can receive comprehensive practical training. It can enhance their interest in learning, agility, the ability to think independently, innovation and engineering ability. In addition, the contents of this design include hydraulic experiment set’s outlook, hydraulic cylinder and so on. This design has also carried on examination several of system performance of the hydraulic experiment set, and proved that it is safe and reliable. This article introduces simply the hydraulic system about how to install debug and use it. It not only takes system circuits for example, but also has analysed and identified the circuits. Key words: circuit; Knocked-down and assemble experiment; debug; sensor 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 第2章 液壓實驗裝置的系統(tǒng)性能及參數(shù) 3 2.1 實驗臺的設(shè)計目標(biāo) 3 2.2 液壓實驗臺的功能結(jié)構(gòu)比較 3 2.3 液壓實驗臺的系統(tǒng)設(shè)計及工作原理 3 2.4 實驗臺的主要參數(shù) 5 第3章 液壓缸的設(shè)計 6 3.1 液壓缸的基本參數(shù) 6 3.2 液壓缸的缸筒的設(shè)計 6 3.2.1 缸筒的材料的選擇 7 3.2.2 缸筒內(nèi)徑的計算 7 3.2.3 缸筒壁厚的計算 8 3.2.4 缸筒底部厚度的計算 9 3.2.5 缸筒的設(shè)計要求 9 3.3 液壓缸的活塞的設(shè)計 10 3.4 液壓缸的活塞桿的設(shè)計 10 3.4.1 活塞桿的結(jié)構(gòu) 10 3.4.2 活塞桿的材料和技術(shù)要求 11 3.4.3 活塞桿的計算 11 3.5 液壓缸的缸蓋 13 3.6 液壓缸的緩沖設(shè)計 13 3.7 液壓缸的排氣裝置 14 3.8 液壓缸的安裝方式 15 3.9 液壓缸的油口設(shè)計 15 第4章 液壓元件和液壓油的選擇 16 4.1 液壓泵的選擇 16 4.1.1 液壓泵的性能參數(shù) 16 4.1.2 選擇液壓泵的規(guī)格 18 4.1.3 原動機功率計算 20 4.2 電動機的選擇 20 4.3 液壓控制閥的選擇 21 4.3.1 壓力控制閥的選擇 22 4.3.2 換向閥的選擇 22 4.4 油管、管接頭的選擇 23 4.4.1 管道的設(shè)計 23 4.4.2 管接頭的選擇 24 4.5 確定油箱容量 25 4.5.1 油箱的作用及設(shè)計要點 25 4.5.2 油箱的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計 26 4.6 過濾器的選擇 28 4.7 冷卻器和加熱器的選擇 29 4.7.1 冷卻器的選擇 29 4.7.2 加熱器的選擇 29 4.8 蓄能器的選擇 30 4.9 液壓油的選擇 31 4.10 傳感器的選擇 31 4.10.1 速度傳感器 32 4.10.2 位移傳感器 32 4.10.3 壓力傳感器 33 4.11 聯(lián)軸器的選擇 33 第5章 液壓實驗臺的總體工藝設(shè)計 34 5.1 液壓實驗臺的結(jié)構(gòu)組成 34 5.1.1 主體實驗臺 34 5.1.2 實驗電器控制器 36 5.1.3 元件柜 36 5.2 液壓實驗臺的框架結(jié)構(gòu) 36 5.3 附加結(jié)構(gòu) 37 第6章 液壓系統(tǒng)的性能驗算 38 6.1 液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 38 6.1.1 沿程壓力損失的計算 39 6.1.2 管道內(nèi)的局部壓力損失 42 6.1.3 閥類元件的局部壓力損失 42 6.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和散熱計算 43 6.2.1 液壓系統(tǒng)進行發(fā)熱的計算 43 6.2.2 液壓系統(tǒng)的散熱計算 44 6.3 液壓系統(tǒng)的沖擊及沖擊計算 45 6.3.1 液壓沖擊的危害 45 6.3.2 液壓沖擊產(chǎn)生的原因 46 6.3.3 防止液壓沖擊的一般方法 47 6.3.4 液壓沖擊的計算 48 第7章 液壓系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、維護和使用 49 7.1 液壓系統(tǒng)的安裝 49 7.1.1 液壓元件安裝前的準(zhǔn)備工作 49 7.1.2 液壓元件的安裝 50 7.1.3 管路的安裝 53 7.1.4 管路的清洗 53 7.1.5 系統(tǒng)的清洗 54 7.2 液壓系統(tǒng)的調(diào)試 54 7.2.1 調(diào)試前的準(zhǔn)備工作 54 7.2.2 調(diào)試和試運行 55 7.3 液壓系統(tǒng)的維護和使用 56 7.3.1 日常檢查 56 7.3.2 定期檢查 56 第8章 液壓實驗回路舉例 57 8.1 選取典型的液壓實驗 57 8.2 增壓回路 57 8.2.1 液壓原理圖 57 8.2.2 性能驗算 58 8.2.3 測量的數(shù)值 60 8.3 單向節(jié)流閥的旁油調(diào)速 60 8.3.1 實驗所需的閥塊 60 8.3.2 液壓原理圖 60 8.3.3 性能驗算 61 8.3.4 測量的數(shù)值 63 結(jié)論 64 致謝 66 參考文獻 67 Contents 摘 要 I Abstract II Introduction chapter 1 1 Chapter 2 hydraulic experiment device system performance and parameters 3 2.1 experimental design goal 3 2.2 Hydraulic experimental function structure comparison 3 2.3 hydraulic experimental system design and working principle 3 2.4 the main parameters of test bench 5 Chapter 3 hydraulic cylinder of design 6 3.1 hydraulic cylinder of basic parameters 6 3.2 hydraulic cylinder of cylinder design 6 3.2.1 cylinder of material selection 7 3.2.2 cylinder of the calculation of the inner diameter 7 3.2.3 inner cylinder of thick calculation 8 3.2.4 The cylinder at the bottom of the calculation of the thickness of 9 3.2.5 The cylinder design requirements 9 3.3 the hydraulic cylinder piston design 10 3.4 the hydraulic cylinder piston rod design 10 3.4.1 The piston rod of the structure 10 3.4.2 The piston rod of the material and technical requirements 11 3.4.3 The piston rod of the calculation 11 3.5 hydraulic cylinder of the cylinder head 13 3.6 hydraulic cylinder cushion design 13 3.7 hydraulic cylinder exhaust 14 3.8 hydraulic cylinder installation 15 3.9 hydraulic cylinder port design 15 Chapter 4, hydraulic components and hydraulic oil selection 16 4.1 choice of hydraulic pump 16 4.1.1 The pump performance parameters 16 4.1.2 Select the specifications of the hydraulic pump 18 4.1.3 The prime mover power calculation 20 4.2 motor choice 20 4.3 The hydraulic control valve selection 21 4.3.1 The pressure control valve selection 22 4.3.2 valve selection 22 4.4 tubing, pipe joints, the choice of 23 4.4.1 pipeline design 23 4.4.2 The choice of fittings 24 4.5 to determine the fuel tank capacity 25 4.5.1 The fuel tank of the role and design of points 25 4.5.2 The fuel tank material selection and structural design 26 4.6 the choice of filter 28 4.7 cooler and heater choice 29 4.7.1 cooler choice 29 4.7.2 heater choice 29 4.8 choice of accumulator 30 4.9 the choice of hydraulic oil 31 4.10 sensor selection 31 4.10.1 Speed Sensor 32 4.10.2 displacement sensor 32 4.10.3 pressure sensor 33 4.11 coupling selection 33 Chapter 5, the overall process design of the hydraulic bench 34 5.1Structure and composition of the hydraulic bench 34 5.1.1 Subject bench 34 5.1.2 Experimental electrical controller 36 5.1.3 component cabinet 36 5.2 Hydraulic bench frame structure 36 5.3 The additional structure 37 Chapter 6, the hydraulic performance of the system checking 38 6.1 hydraulic system pressure loss calculations 38 6.1.1 along the pressure loss calculation 39 6.1.2 local pressure loss in pipes 42 6.1.3 The valve components, local pressure loss 42 6.2 Hydraulic system heating and cooling calculation 43 6.2.1 The hydraulic system heat calculation 43 6.2.2 The hydraulic system's heat calculation 44 6.3 the impact of the hydraulic system and the impact of computing 45 6.3.1 hydraulic shock hazards 45 6.3.2 The hydraulic shock causes 46 6.3.3 a general method to prevent hydraulic shock 47 6.3.4 the calculation of hydraulic shock 48 Chapter 7 of the hydraulic system installation, commissioning, maintenance and use 49 7.1 the installation of the hydraulic system 49 7.1.1 The hydraulic components are installed preparatory work before 49 7.1.2 the installation of hydraulic components 50 7.1.3 The piping installation 53 7.1.4 The pipe cleaning 53 7.1.5 System of cleaning 54 7.2 Hydraulic system debugging 54 7.2.1 Debugging the preparatory work before 54 7.2.2 commissioning and trial run 55 7.3 Hydraulic system maintenance and use 56 7.3.1 The daily inspection 56 7.3.2 The periodic inspection 56 Chapter 8 hydraulic test loop example 57 8.1 select a typical hydraulic experiment 57 8.2 booster circuit 57 8.2.1 The hydraulic schematic 57 8.2.2 Performance checking 58 8.2.3 The measurement of values 60 8.3 one-way throttle valve next to the oil governor 60 8.3.1 Experimental required valve 60 8.3.2 The hydraulic schematic 60 8.3.3 Performance checking 61 8.3.4 The measurement of values 63 Conclusion 64 Acknowledgements 66 References 67 68 第1章 緒論 隨著液壓工業(yè)的發(fā)展，液壓技術(shù)在各種機械中發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。由于液壓系統(tǒng)的組成、功能日益復(fù)雜，因而發(fā)生故障的機率也隨之增多。液壓系統(tǒng)的故障具有隱蔽性、變換性和誘發(fā)因素的多元性，所以在故障診斷和排除時，不但需要有熟練的技術(shù)人員，同時還要有完善的檢測設(shè)備。檢測液壓元件性能參數(shù)的試驗設(shè)備多為性能單一的液壓試驗臺，而且一般為液壓件生產(chǎn)廠家和研究所專用。從使用方面來看，一旦液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，常常需檢測多種液壓元件的技術(shù)指標(biāo)，才能找出故障部位和根源，達到及時修理的目的。為此我們設(shè)計了一種液壓綜合試驗臺，它可以分別測試液壓泵、液壓閥和液壓缸的性能參數(shù)，且價格低廉，制造容易。 液壓行業(yè)的科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的速度發(fā)展對試驗提出了新的要求和先進的測試技術(shù)，以獲得較高的試驗精度并實現(xiàn)測量自動化。 試驗臺是檢驗產(chǎn)品的性能，驗證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，目前國內(nèi)液壓行業(yè)生產(chǎn)廠均有相應(yīng)產(chǎn)品的實驗臺，但是，試驗項目、精度大部分不能滿足試驗方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1562-1995的要求，特別是一些動態(tài)的性能得不到檢驗。此外，人工操作效率低，勞動強度大，人為因素嚴重影響試驗結(jié)果。而且就是現(xiàn)有的設(shè)備只是單一的檢測項目，而不能在一臺設(shè)備上同時對多個液壓元件進行試驗。 為了適應(yīng)我國液壓技術(shù)的飛速發(fā)展，全國各大高校都開設(shè)了液壓技術(shù)方面的課程，為了提高學(xué)生的實踐、動手能力，配置了相應(yīng)的液壓實驗裝置，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，相應(yīng)的實驗裝置也需要改進提高，基于此，進行本次液壓系統(tǒng)綜合實驗臺設(shè)計[2]。 以液壓技術(shù)發(fā)展趨勢為依據(jù)，結(jié)合當(dāng)前教學(xué)實驗需要，要求實驗臺能基本上完成液壓傳動課程的各種實驗；具有機電一體化功能。獨立元件，即插即用，方便拆卸。學(xué)生可自行設(shè)計，組裝實驗回路，可擴展，完成上百種實驗。實驗回路能及時反映油路走向，組件功能，課堂理論與實際有機結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生對液壓課程的興趣，提高創(chuàng)新能力和工程實踐能力。 第2章 液壓實驗裝置的系統(tǒng)性能及參數(shù) 2.1 實驗臺的設(shè)計目標(biāo) 本實驗臺是綜合性的教學(xué)實驗臺，考慮到能做多個實驗回路。在液壓實驗臺上，留出做相應(yīng)實驗閥板的接口，用油管連接構(gòu)成閉合的回路即可。因此初步擬訂本液壓實驗臺由：液壓泵站、主體實驗臺、實驗電氣控制器及計算機四部分組成[3].完成液壓教學(xué)課程中的各種實驗，采用實物組成，縮小教學(xué)與實際應(yīng)用差距，選用適當(dāng)工作壓力，可完成教學(xué)實驗及兼顧實用性。內(nèi)容豐富，機電一體，一機多能，獨立元件，拆裝方便，學(xué)生可利用橡膠軟管自行設(shè)計組裝實驗回路。 2.2 液壓實驗臺的功能結(jié)構(gòu)比較 傳統(tǒng)液壓實驗臺：內(nèi)容固定，功能單一，一般為整機型，管路已經(jīng)安排好，以演示為主，可選擇性差，學(xué)生動手少。 設(shè)計液壓實驗臺：采用先進液壓元件，模塊化設(shè)計，拆裝方便，可擴展。結(jié)構(gòu)設(shè)計和實驗方法可自行設(shè)計組合。內(nèi)容豐富多變。體積小，具有機電一體化功能，可完成上百種實驗，滿足教學(xué)實踐要求，培養(yǎng)動手動腦能力。 2.3 液壓實驗臺的系統(tǒng)設(shè)計及工作原理 主體實驗平臺提供了實驗過程中所需的進油接口和回(卸) 油接口及實驗電氣控制接口等[3]。實驗臺采用兩缸兩泵，必須有兩套獨立的液壓回路，兩泵從同一油箱吸油，為保證部分實驗要求，兩個液壓泵分別選用定量泵和限壓式變量泵。兩液壓泵的壓油口各設(shè)置一先導(dǎo)式溢流閥，控制系統(tǒng)壓力，保證安全，在油路的連接中，各用一個三位四通電磁換向閥，進行油路變換。 把基本油路分為四個部分： （1）供油部分：一個油箱，兩個過濾器，一個冷卻器，一個加熱器，一個定量泵，一個變量泵，兩個先導(dǎo)式溢流閥； （2）換向部分：兩個三位四通電磁換向閥； （3）執(zhí)行部分：兩個液壓缸，對頂安裝，支架上安裝位移傳感器，測試活塞桿運動情況； （4）測量部分：選用四塊壓力表，四個壓力表開關(guān)，一塊流量表，一根溫度計，測試實驗回路接點壓力大小，控制實驗回路穩(wěn)定。 實驗臺組裝回路及所需元件均為獨立元件，板式閥，可獨立安裝到一標(biāo)準(zhǔn)閥板上，閥板按元件外接相應(yīng)數(shù)量的管接頭。 基本回路如下圖2-1所示： 圖2-1 基本油路 2.4 實驗臺的主要參數(shù) 本次設(shè)計的實驗臺主要應(yīng)用于教學(xué)實驗，常選用6.3MPa就能滿足壓力需要。但是，為了盡量縮小教學(xué)與工程實驗的差距，初選系統(tǒng)的額定壓力為7MPa。 實驗臺外型尺寸：長×寬×高=2010×760×1900。 第3章 液壓缸的設(shè)計 液壓缸是液壓傳動中一類執(zhí)行元件，它是把液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是直線和力。對于不同的機種和機構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求[4]。由于液壓執(zhí)行元件與主機結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，因此所需要的液壓缸在結(jié)構(gòu)上千變?nèi)f化。根據(jù)本實驗臺的各項參數(shù)和用途，本設(shè)計采用單桿活塞液壓缸，其特點是只在活塞的一端有活塞桿，缸的兩腔有效工作面積不相等。進、出油口根據(jù)安裝方式而定。它的安裝也有缸筒固定和活塞桿固定兩種。 液壓缸設(shè)計的原始資料有：負載、運動速度、行程、結(jié)構(gòu)形式和安裝要求等。液壓缸的設(shè)計主要是計算它的尺寸，根據(jù)液壓缸的使用壓力和流量對液壓缸的零件進行強度計算，并驗證它的穩(wěn)定性。 由于本設(shè)計的液壓實驗臺的液壓缸為非標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)本實驗臺的各項參數(shù)和用途，需要自行設(shè)計。 3.1 液壓缸的基本參數(shù) 根據(jù)實驗臺的設(shè)計要求，需要兩個同類型的液壓缸，一個作為液壓缸，另一個作為負載缸。其公稱壓力系列為P=7MPa，活塞行程L=250㎜，理論作用力是F=14kN。 3.2 液壓缸的缸筒的設(shè)計 液壓缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、活塞、活塞桿等零件構(gòu)成密閉的容腔，容納油液，并將油液壓力轉(zhuǎn)化為活塞桿的動力，同時與端蓋一起，對活塞起導(dǎo)向的作用。 3.2.1 缸筒的材料的選擇 缸筒應(yīng)具有如下幾個條件： （1）要有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)實驗壓力而不致產(chǎn)生永久變形。 （2）有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。 （3）內(nèi)表面與活塞及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力的作用下，能長期工作而磨損少，尺寸公差等級和形位公差等級足以保證活塞的密閉性。 （4）一般常用的材料有25號、35號、45號的無縫鋼管。查閱參考文獻[5]，綜合考慮選擇了45號鋼，b≥610MPa、s≥360MPa、s≥14%。 3.2.2 缸筒內(nèi)徑的計算 當(dāng)液壓缸的理論作用力及供油壓力為已知時，則無活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑的公式為： （3-1） 式中 ——為液壓缸的理論推力 (N) ——供油壓力 （MPa） ——液壓缸內(nèi)徑 (m) 由前邊已知：=14kN =7 MPa 由公式（3-1）得： 查閱參考文獻[4，20-290]表20-6-8，對缸筒的內(nèi)徑進行圓整，取50㎜。缸筒外徑1=60㎜。 3.2.3 缸筒壁厚的計算 因為根據(jù)經(jīng)驗=5㎜,有時,應(yīng)用公式為: （3-2） 式中 ——缸筒內(nèi)最高工作壓力（MPa） ——缸筒內(nèi)徑（m） ——缸筒材料的許用應(yīng)力，（MPa） ——安全系數(shù)，通常取n=5 ——缸筒材料的抗拉強度（MPa） 其中 由公式（3-2）計算得： 缸筒壁后的公式為： （3-3） 式中 ——為缸筒外徑公差余量 (m) ——為腐蝕余量 (m) 由公式（3-3）計算得： =1.35+C1+C2=5㎜ 參考同類型實驗臺，最終確定 = 5㎜ 較合理。 3.2.4 缸筒底部厚度的計算 當(dāng)缸筒底部為平面時，其厚度可以按照四周嵌入的圓盤強度公式進行計算： （3-4） 式中 ——缸底厚 (m) ——計算厚度外直徑 (m) ——筒底的許用應(yīng)力（MPa） ——筒內(nèi)最大工作壓力（MPa） 其中數(shù)值： ＝30㎜ 由公式（3-4）得： 對進行圓整到標(biāo)準(zhǔn)植 =5㎜。所以缸筒底部的厚度大于5㎜即可滿足要求。 3.2.5 缸筒的設(shè)計要求 （1）缸筒內(nèi)徑D采用H8級配合，表面粗糙度Ra取0.16，需進行研磨； （2）熱處理：調(diào)質(zhì)、硬度達 HB≥285； （3）在通往油口的內(nèi)孔口必須有倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件； （4）為防止腐蝕生銹和提高使用壽命，在缸筒內(nèi)表面可以鍍鉻，厚度為＝0.03mm～0.05mm再進行研磨，在缸筒外表面涂防銹耐油油漆。 3.3 液壓缸的活塞的設(shè)計 通常，活塞按結(jié)構(gòu)形式分為：整體式活塞和裝配式活塞。 整體式活塞在活塞圓周上開溝槽，安裝密封圈、結(jié)構(gòu)簡單，一般在液壓缸行程比較短，活塞與活塞桿直徑相差不大時采用。常用材料為35號、45號鋼。 裝配式活塞則在多數(shù)情況下使用，結(jié)構(gòu)多樣，根據(jù)密封結(jié)構(gòu)確定密封形式。可以實現(xiàn)多次拆裝，密封圈與導(dǎo)向環(huán)聯(lián)合使用，大大降低了活塞加工的成本?；钊牧线x用鑄鐵、耐磨鑄鐵或鋁合金。 實心活塞桿用35號或45號鋼，空心活塞桿用35號或45號無縫鋼管。調(diào)質(zhì)（230HB～285HB）和淬火（45HRC～55HRC）處理。摩擦密封面要鍍鉻，厚度為＝0.03mm～0.05mm并拋光。 活塞與活塞桿的連接方式有螺紋連接，卡環(huán)連接和銷軸連接等形式。 綜合考慮本設(shè)計，活塞裝入后，很少會再動，所以采用裝配式活塞，與活塞桿連接采用螺母型，應(yīng)用密封圈進行密封?；钊牟牧线x用HT300，活塞外徑的配合一般采用f9。 3.4 液壓缸的活塞桿的設(shè)計 3.4.1 活塞桿的結(jié)構(gòu) 活塞桿的結(jié)構(gòu)有實心桿和空心管兩種，一般情況下多用實心桿。只有在為了減輕液壓缸重量時采用空心桿。本實驗臺采用實心桿形式。 活塞桿的外端采用小螺栓頭，螺紋直徑與螺距為M22×1.5，螺紋長度L=30㎜。 3.4.2 活塞桿的材料和技術(shù)要求 活塞桿它承受拉力、壓力、彎曲力和振動沖擊等多種作用力，所以必須有足夠的強度和剛度來保證它的正常傳動能力。 活塞桿選用與缸體用同種材料45號鋼，這樣可以讓活塞桿與缸體具有相同熱膨脹系數(shù)?；钊麠U的處理應(yīng)進行調(diào)質(zhì)。活塞桿在導(dǎo)向套中滑動，采用H8/f7配合即可，太緊，摩擦力增大；太松，容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損?；钊麠U的外圓粗糙度Ra=0.03，太光滑，表面形成不了油膜，不利于潤滑。為了提高耐磨性質(zhì)和防銹性，活桿表面需要進行鍍鉻處理,鍍鉻層厚度= 0.03㎜。并且進行拋光或磨削加工。 3.4.3 活塞桿的計算 1. 活塞桿直徑的計算 對于活塞式單邊雙作用液壓缸，其活塞桿直徑d可根據(jù)往復(fù)運動速比來確定公式如下： （3-5） 式中 ——表示速比； 按系統(tǒng)壓力值選取，當(dāng)壓力小于10MPa時，取=1.33 ——缸筒內(nèi)徑 (m) 由公式（3-5）得： 把進行圓整到標(biāo)準(zhǔn)值 =25㎜。 2. 活塞桿的強度驗算 活塞桿在穩(wěn)定的工況下，只受軸向的推力或拉力時，可以近似地按下式進行計算： （3-6） 式中 已知 =122（MPa） 由公式（3-6）得： MPa <所以，活塞桿滿足強度要求。 3. 活塞桿的彎曲穩(wěn)定性驗算 查參考文獻[4，20-298]，由于受力完全在軸線上，應(yīng)滿足下式要求： （3-7） （3-8） （3-9） （3-10） 式中 ——活塞桿彎曲臨界壓縮力 (N) ——安全系數(shù)，本式中 =5 ——實際彈性模數(shù)（MPa） ——活塞桿橫截面慣性矩 (m4) ——液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，查閱考文獻[4，20-299]表20-6-17可知，取k=1 ——材料組織缺陷系數(shù)，鋼材a≈1/12 ——活塞桿截面不均勻系數(shù)， b≈1/13 ——材料的彈性模數(shù)，鋼材 E=2.10×105（MPa） 其中 =14KN =690㎜ 由公式(3-8)得: 由公式(3-7)得: 故活塞桿滿足彎曲的穩(wěn)定性。 3.5 液壓缸的缸蓋 液壓缸蓋的材料有35、45鋼鍛件、ZG35、ZG25的鑄件或HT300、HT350的灰口鑄鐵。此時最好選用鑄鐵，并且在其工作面溶堆黃銅、青銅或耐磨材料。根據(jù)本實驗臺的工作特點，最終缸蓋選用ZG270-500[6]。 3.6 液壓缸的緩沖設(shè)計 液壓缸的工作原理是使缸筒底壓腔內(nèi)油壓（全部或部分）通過節(jié)流將動能轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生的熱量則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外。如圖（3-1）所示，質(zhì)量為m的活塞和活塞桿以速度v運動，當(dāng)緩沖柱塞1進入緩沖腔2時，就在被遮斷的郵箱2內(nèi)產(chǎn)生壓力，液壓缸的運動部分的動能被腔2內(nèi)的液體吸收，從而達到緩沖的目的。 圖3-1 緩沖裝置的工作原理 緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時缸底或端部的沖擊，在它們的行程終端實現(xiàn)速度的遞減直至為零。由于本實驗系統(tǒng)的液壓沖擊不會很大，所以液壓缸就不設(shè)計緩沖裝置。 當(dāng)活塞運動的速度很高（V>12m/min）或運動部件質(zhì)量很大時，為防止行程終了時，活塞撞擊缸體，必須設(shè)置。 本液壓實驗系統(tǒng)的液壓沖擊比較小，所以液壓缸可以不設(shè)計緩沖裝置[7]。 3.7 液壓缸的排氣裝置 液壓系統(tǒng)在安裝過程中或停止工作一段時間后有空氣混入系統(tǒng)，會產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，使液壓缸爬行或振動。為此，液壓缸必須設(shè)計排氣裝置以排除系統(tǒng)中的空氣。 排氣裝置應(yīng)位于液壓缸蓋的最高處，工作前將排氣裝置打開，將空氣排盡，有油液流出再閉死，以保證系統(tǒng)正常工作。 3.8 液壓缸的安裝方式 液壓缸與機體的安裝方式有很多種，而本實驗臺的缸體與機體無相對運動，故可采用法蘭式固定安裝方式。 3.9 液壓缸的油口設(shè)計 油口包括油口孔和油口連接螺紋。液壓缸的進出油口可布置在端蓋或缸筒上。 查閱文獻得：缸內(nèi)徑D=50mm時，進出油口的連接螺紋為EC M5×1.5。 設(shè)計的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-2 液壓缸結(jié)構(gòu) 第4章 液壓元件和液壓油的選擇 4.1 液壓泵的選擇 液壓泵是依靠密封工件容積變化實現(xiàn)吸壓油液作用，從而將輸入機械能轉(zhuǎn)換成液壓能的裝置。提供輸入機械能的原動機通常為電動機或柴油機。由液壓泵概念可知，它是能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用是將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，由液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件提供動力，是液壓系統(tǒng)的核心元件和重要組成部分之一。 4.1.1 液壓泵的性能參數(shù) 液壓泵的性能參數(shù)主要是指液壓泵壓力、流量和排量、功率和效率等。 1. 液壓泵壓力 液壓泵的壓力參數(shù)主要是工作壓力和額定壓力。額定壓力是保證液壓泵在正常工作條件下，按實驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力。 液壓泵的最大工作壓力可按下式確定： （4-1） 式中 ——液壓泵的額定壓力/最大工作壓力（MPa） ——有效的最大工作壓力（MPa） ——系統(tǒng)總的壓力損失（MPa） 本液壓實驗臺為可拆裝式，故壓力值可根據(jù)具體的實驗而定，但是根據(jù)參考同類型的液壓實驗臺[8]的數(shù)據(jù)可得出P=6.3Mpa。此壓力即可滿足現(xiàn)有所有的實驗壓力的需要。而可取經(jīng)驗數(shù)值，本設(shè)計為一端節(jié)流調(diào)速回路且管路簡單的系統(tǒng)，取=0.5MPa即可滿足現(xiàn)有的所有的實驗的壓力的要求。 由公式（4-1）得： 對進行圓整取值，取=7MPa，即為液壓泵的最大工作壓力值。 2. 液壓泵的流量 液壓泵的流量分理論流量、實際流量和額定流量。三者的關(guān)系是：。 液壓泵的流量的計算可按下式計算： （4-2） 式中 ——液壓泵的流量 (m3/s) ——液壓缸的最大流量 (m3/s) ——系統(tǒng)泄漏折算系數(shù) 上式值取值范圍在1.1~1.3之間，為了確保系統(tǒng)的安全性，取=1.3。參考同類型實驗臺，取=1.5×10-4m3/s即可。滿足實驗要求。 由公式（4-2）得： 圓整流量大小為：Q=2.0×10-4 m3/s 3. 液壓泵的排量 液壓泵的排量是泵軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔幾何尺寸變化計算而得到的排出液體的體積。 由下式計算液壓泵的排量： （4-3） 式中 ——液壓泵的流量 (m3/s) ——葉片泵的轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速定在=1500（r/min） 由公式（4-3）得： 4.1.2 選擇液壓泵的規(guī)格 本實驗臺所用的液壓泵選用葉片泵。葉片泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，流量均勻，噪音小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)壽命長等優(yōu)點。因而廣泛的應(yīng)用于中壓、低壓液壓系統(tǒng)中。 表4-1 各類液壓泵的的性能和應(yīng)用 類型 性能 參數(shù) 齒輪泵 葉片泵 柱塞泵 內(nèi)嚙合 外 嚙 合 單 作 用 雙 作 用 軸向 徑向 漸 開 線 擺 線 式 斜 盤 式 斜 軸 式 軸 配 式 閥 配 式 壓力MPa 低壓型 中高壓型 2.5 ≤30 1.6 16 2.5 ≤30 ≤6.3 6.3 ≤32 ≤40 ≤40 35 ≤70 排量范圍mL/r 0.3～ 300 2.5～ 150 0.3～ 650 1～ 320 0.5～ 480 0.2～ 560 0.2～ 3600 160～ 2500 <4200 轉(zhuǎn)速范圍r/min 300～ 4000 1000～ 4500 3000～ 7000 500～ 2000 500～ 4000 600～ 6000 700～ 4000 ≤1800 ～ 容積效率 % ≤96 80～90 70～95 58～92 80～94 80～94 80～90 90～95 ～ 總效率 % ≤96 65～80 63～87 54～81 65～82 81～88 81～83～86 流量脈動 小 小 小 小 中等 中等 ～ 功率質(zhì)量 比kW/kg 大 中 中 小 中 大 中～大 小 大 噪 音 小 大 較大 小 大 對油液污 染敏感性 不敏感 敏感 敏感 流量調(diào)節(jié) 不能 能 能 自吸能力 好 中 差 價 格 較低 低 很低 中 很低 高 應(yīng)用范圍 機床、農(nóng)業(yè)、工程機械、 航空、船舶、一般機械 機床、注塑、液壓、飛機等 工程、運輸機械、飛機船舶、 機床和液壓 通過表4-1的比較可知： 葉片泵按結(jié)構(gòu)來分有單作用式和雙作用式兩大類[9]。單作用式葉片泵主要用做變量泵，雙作用式葉片泵用做定量泵。雙作用式葉片泵徑向力平衡，流量均勻，壽命長。與齒輪泵比較易于實現(xiàn)變量；與柱塞泵比較有較好的自吸能力。缺點是對油液污染太敏感，轉(zhuǎn)速不能太高。 本實驗臺根據(jù)排量選擇兩個葉片泵，一個定量泵和一個變量泵。液壓泵的型號為如表 4-2： 表4-2 液壓泵的型號 型號 理論排量 額定壓力 總效率 驅(qū)動功率 （ml/r） （MPa） （kW） 定量葉片泵 YB-A9B 9.1 7 0.85 1.3 變量葉片泵 YBX-A16N 16 7 0.85 3.5 4.1.3 原動機功率計算 原動機選用電動機，在液壓泵的壓力和流量穩(wěn)定不變的系統(tǒng)中，原動機的功率可按下式[4]計算： （4-4） 式中 ——液壓泵的最大工作壓力（MPa） ——液壓泵的額定流量 (m3/s) ——液壓泵的效率 其中：=0.85 由公式（4-4）得： 4.2 電動機的選擇 選擇電動機是根據(jù)電源的種類（交流和直流）、工作條件（環(huán)境、溫度、空間、位置、載荷大小、性質(zhì)變化、過載情況等）、啟動性能和啟動、制動、正反轉(zhuǎn)的頻率程度等條件來選擇。因為生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源，因此無特殊要求時均應(yīng)選用三相交流電動機。 本設(shè)計采用Y系列的三相籠式異步電動機。因其具有效率高、耗電少、性能好、噪音低、震動小、體積小、重量輕、運行可靠、維修方便等優(yōu)點。選用兩個電動機分別為定量泵和變量泵提供動力。查閱文獻,得到電動機如表 4-3[10]： 表4-3 Y系列電動機 型號 功率（kW） 轉(zhuǎn)速（r/min） 最大轉(zhuǎn)矩 定量泵的電機 Y90L-4 1.5 1400 2.2 變量泵的電機 Y112-4 4 1440 2.2 4.3 液壓控制閥的選擇 液壓閥的選擇依據(jù)為系統(tǒng)的最高壓力及流量，通過該閥的最大流量及安裝方式，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，只有在不得已的情況下采用自行設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)液壓元件。 每個閥的額定壓力應(yīng)與液壓泵輸出壓力匹配。如果閥的額定壓力選擇過低，則閥泄漏嚴重；如果選擇過高，往往提高成本。所以閥的額定流量應(yīng)與所要通過的流量相匹配。選擇溢流閥時應(yīng)按液壓泵的最大流量進行選取。節(jié)流閥和調(diào)速閥的公稱流量應(yīng)大于管路中的最大流量；最小穩(wěn)定流量要低于管路中最小穩(wěn)定流量要求；其他閥的額定流量要大于管路中的實際流量。必要時允許通過該閥的流量要大于額定流量，一般以不超過20%為準(zhǔn)。 對閥的基本性能要求： （1）動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊小，震動小，噪音小，具有一定的壽命； （2）油液通過該閥時所產(chǎn)生的壓力損失盡量小； （3）具有良好的密封性能，內(nèi)外漏?。? （4）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，安裝、調(diào)整、維護方便。 本次設(shè)計的液壓實驗臺，相應(yīng)的每一個實驗對應(yīng)著相應(yīng)的液壓控制閥，現(xiàn)只對基礎(chǔ)的液壓回路進行分析，選擇液壓控制閥。 4.3.1 壓力控制閥的選擇 在液壓傳動系統(tǒng)中選擇合適的液壓閥，是使系統(tǒng)設(shè)計合理，性能優(yōu)良，安裝維修方便，并保證該系統(tǒng)正常工作的重要條件?？刂朴鸵簤毫Ω叩偷囊簤洪y稱之為壓力控制閥，簡稱壓力閥。控制閥是利用作用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的原理工作。 本液壓實驗臺的最高工作壓力Pmax=7MPa。查閱表得到設(shè)計中用到的系統(tǒng)壓力控制閥中的溢流閥[11]，型號為：BG-03-B（兩個）。 4.3.2 換向閥的選擇 方向控制閥是用以控制和改變液壓系統(tǒng)中各油路之間的液流方向閥，方向控制可以分為單向閥和換向閥兩大類。換向閥利用閥芯相對于閥體的相對運動，使油路接通、關(guān)斷，或變換油流的方向，從而使液壓執(zhí)行元件啟動、停止或變換運動方向。對換向閥的主要要求 換向閥應(yīng)滿足以下三點：1油液流經(jīng)換向閥時的壓力損失要小2互不相通的油口間的泄露要小3換向要平穩(wěn)、迅速且可靠。 換向閥的作用是利用閥芯和閥體的相對位移關(guān)閉或接通油路，從而改變液流方向，使執(zhí)行元件啟動、停止或改變運動方向。根據(jù)具體操作方式不同，可分為：手動換向閥、機動換向閥、電磁換向閥、液動換向閥、電液動換向閥等。結(jié)合本液壓實驗臺應(yīng)具有的特點，采用電磁換向閥。電磁換向閥應(yīng)用廣泛，它是依靠電磁鐵的吸合來推動閥芯移動，從而達到轉(zhuǎn)換工位位置之間的目的。特點是換向靈敏、迅速、操作方便、便于自動控制和遠距離控制，沖擊力小，壽命長。 本實驗臺的液壓系統(tǒng)中換向閥，選擇三位四通電磁換向閥即可，選用中位機能為O型，特點是處于中間位置時油口全關(guān)閉、液壓缸鎖緊、系統(tǒng)不卸荷，啟動時較平穩(wěn)、換向精度較高，但換向時有一定的慣性沖擊。 查閱文獻得：選擇換向閥的型號為34DF30-E6B-D（兩個），其額定壓力為16MPa，通過的流量為25L/min，交流電壓220V。 4.4 油管、管接頭的選擇 液壓系統(tǒng)中的管件包括管路、管接頭、連接法蘭、螺塞和管夾等，是連接各類液壓元件，輸送壓力油的裝置。管件應(yīng)具有足夠的耐壓能力（強度）、無泄露、壓力損失小、拆裝方便。液壓系統(tǒng)中的油管和管接頭的作用是將液壓元件連接起來，以保證工作介質(zhì)的循環(huán)流動并進行能量轉(zhuǎn)換和傳遞，因此要求油管在油液傳輸過程中壓力損失小，無泄漏，有足夠的強度及裝配維修方便等。 為保證油管的壓力損失較小，油管的材料、直徑、長度、走向和布局都應(yīng)設(shè)計得合理，油管和管接頭必須有足夠多的通流面積，使得油液在管內(nèi)的流動速度不致過大，要求油管長度盡可能短，管壁光滑，盡可能避免通流面積個突變和液流方向的急劇變化，液流方向管接頭的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)選擇適當(dāng)，否則不僅會增大壓力損失、降低液壓系統(tǒng)效率、產(chǎn)生振動和噪音，而且往往會發(fā)生漏油和開裂，影響液壓系統(tǒng)的正常工作。 4.4.1 管道的設(shè)計 （1）管道的尺寸確定 根據(jù)軟管內(nèi)徑與流量，流速的關(guān)系按下式計算： （4-5） 式中 A——軟管的通流截面積 (m2) ——管內(nèi)流量 (m3/s) ——管內(nèi)流速 (m/s) 通常軟管的允許流速≤6m/s，本設(shè)計取=9.1×10-3×1400 =5m/s。 由公式（4-5）得： 因為，則有： （2）管路設(shè)計的要求 管接頭與膠管聯(lián)接處有一段直的部分，長度大于外徑的兩倍；膠管的管接頭軸線盡量放置在運動平面內(nèi)，避免兩端互相運動膠管扭結(jié)。為便于安裝可選有色紋的膠管，便于檢查；膠管避免與實驗臺上的尖角接觸或摩擦，防止管子損壞。 根據(jù)（GB/T 3683—1992）選擇公稱為8㎜的鋼絲增強液壓橡膠管，型號為1T型。成品軟管外徑最大值14.1㎜，外膠層厚度0.76㎜，工作壓力17.5MPa。 4.4.2 管接頭的選擇 本實驗臺為拆裝式連接，所以采用快換接頭，兩端為開閉式。因其具有在管子拆開后，可自行密封，管道內(nèi)液體不會流失，適合于經(jīng)常拆卸的場合。管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆裝連接件，它應(yīng)滿足拆裝方便，連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、壓力損失小及工藝性能好等要求。 根據(jù)（JB/ZQ 4078—1997）選擇公稱通徑DN為8㎜的A型快換接頭[12]。公稱壓力31.5MPa，公稱流量25L/min。 4.5 確定油箱容量 4.5.1 油箱的作用及設(shè)計要點 油箱在實驗臺中的作用是儲油、散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等。合理的確定油箱容量是保證液壓系統(tǒng)正常工作的重要條件。按液壓泵流量和系統(tǒng)壓力確定郵箱容量。所以油箱的應(yīng)該滿足以下要求： （1）具有足夠的容量，以滿足液壓系統(tǒng)對油量的要求，同時，當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時，油液面應(yīng)保持一定的高度。當(dāng)系統(tǒng)停止工作或檢修時，應(yīng)容納下返回的油液； （2）能分離出油液中的空氣和雜質(zhì)，使得油液中的雜質(zhì)保持在系統(tǒng)允許值以下，并能散發(fā)出液壓系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量，使油液溫度不超過容許值； （3）油箱上部應(yīng)適當(dāng)透氣，以保證液壓泵能正常的吸油。同時，油箱的主要排油口與回油口之間的距離應(yīng)該盡可能遠一些，管口插入最低油面之下，以免發(fā)生吸空氣和回油沖濺產(chǎn)生氣泡。管口制成45°的斜角，以增大吸油和出油的截面，使油液流動時速度不致過大，管口面向油箱壁； （4）便于油箱中的元件和附件的安裝、更換。如液壓泵和電動機安裝在油箱蓋板上時，必須設(shè)置安裝板，螺栓固定；設(shè)置隔板，使液流循環(huán)等； （5）便于裝油和排油。放油口要設(shè)置在油箱底部的最低位置，換油時能使油液和污物順利流出。 油箱的散熱是決定油箱容量、結(jié)構(gòu)的主要因素。 油箱中的熱量經(jīng)過油與油、油與金屬、金屬與空氣的接觸而傳導(dǎo)到低溫的大氣中去。在散熱過程中，油與油之間的導(dǎo)熱性最差，是散熱的主要矛盾，單純的依靠增大油箱容積提高散熱效果是不顯著的。為了散熱，應(yīng)使油箱中的油液不斷的流動，使熱油盡可能與油箱壁充分接觸。 確定油箱容量的經(jīng)驗公式為： （4-6） 式中 ——額定泵的額定流量=23L/min ——經(jīng)驗系數(shù) 液壓實驗臺一般取α=3即可。 由公式（4-6）得： L 本設(shè)計有2個獨立的回路，根據(jù)實際需要選取125L的油箱即可滿足要求。 4.5.2 油箱的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計 油箱的結(jié)構(gòu)比較大，形狀簡單，可采用焊接工藝焊制，選用材料為Q235鋼板。壁厚5mm即可滿足要求，而油箱采用上置式結(jié)構(gòu)，頂板厚度應(yīng)為側(cè)板厚度的4