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湘潭大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
題 目： 液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
學(xué) 院
專 業(yè)
學(xué) 號(hào)
姓 名
指導(dǎo)教師
完成日期
目 錄
摘要 1
Abstract. 2
1 緒論 3
1.1 課題背景及目的 3
1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 3
1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.2 發(fā)展趨勢(shì) 5
1.2.2.1 以計(jì)算機(jī)軟件為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)的虛擬化 5
1.2.2.2 以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)化 5
1.2.2.3 利用PLC編程實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)的智能化 5
1.2.2.4 以液壓故障診斷系統(tǒng)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的檢測(cè)與故障分析 5
1.2.2.5 利用純水液壓傳動(dòng)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境 6
1.3 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容 6
2 液壓試驗(yàn)臺(tái)基本設(shè)計(jì)計(jì)算 7
2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 7
2.2 初選系統(tǒng)工作壓力 7
2.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 7
2.4 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖 10
2.4.1 制定基本方案 10
2.4.2 液壓試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖 11
3 液壓試驗(yàn)臺(tái)選用設(shè)計(jì) 14
3.1 液壓泵的選型與安裝 14
3.1.1 液壓泵工作壓力的確定 14
3.1.2 液壓泵流量的確定 14
3.1.3 液壓泵的安裝方式 14
3.2 電動(dòng)機(jī)功率的確定 17
3.3 液壓閥的選型與安裝 17
3.4 液壓油缸的選型 19
3.5 液壓油管的選型 19
3.6 液壓油箱的設(shè)計(jì) 20
3.6.1 液壓油箱有效容積的確定 20
3.6.2 液壓油箱的散熱計(jì)算 20
3.6.3 液壓油箱的容量計(jì)算 21
3.6.4 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4 簡(jiǎn)易輕載壓力機(jī)設(shè)計(jì) 25
4.1 概述 25
4.2 簡(jiǎn)易壓力機(jī)設(shè)計(jì) 26
5 結(jié)論 27
參考文獻(xiàn) 28
致謝 29
液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
摘要:液壓系統(tǒng)的組成、功能日益復(fù)雜，因而發(fā)生故障的機(jī)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(shí)，不但需要有熟練的技術(shù)人員，同時(shí)還要有完善的檢測(cè)設(shè)備。檢測(cè)液壓元件性能參數(shù)的試驗(yàn)設(shè)備多為性能單一的液壓試驗(yàn)臺(tái)。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(lái)看，一旦液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，常常需檢測(cè)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(dá)到及時(shí)修理的目的。本文闡述了一種液壓試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)、工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)。它綜合了液壓閥和液壓缸專用試驗(yàn)臺(tái)的性能，達(dá)到了一機(jī)多用的目的，該試驗(yàn)臺(tái)具有測(cè)試可靠、制造容易、維護(hù)方便、成本低廉等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：液壓試驗(yàn)臺(tái)；油箱；液壓閥；液壓缸；壓力機(jī)
THE DESIGN OF HYDRAULIC TEST BENCH
Abstract:The components and functions of hydraulic system become more and more complex , and thus the probability of failure also increase. Hydraulic system failure with elusive, transformation-induced and inducing factor multiplicity, so in the fault diagnosis and rule out the possibility, not only the need for skilled personnel, but also have a well-developed testing equipment, most of the test equipments that used for detecting the performance parameters of hydraulic components are a single hydraulic test bed. And generally to hydraulic parts manufacturers and research institutes dedicated. From the perspective of using, once the hydraulic system failure, are often required to detect a wide range of hydraulic components of the technical indicators to identify the root causes of fault location and to achieve the purpose of timely repairs. In this paper we explain the design of one kind of hydraulic test bench, working principle and the main technical indicators. It combinated the performance of hydraulic valves and hydraulic cylinders dedicated test-bed, to become multiple use, the test bench with characteristics of test reliable, easy to manufacture, easy maintenance, low cost and so on.
Key words: hydraulic test stand; tank; hydraulic valve; hydraulic cylinder; forcing press
1 緒論
1.1 課題背景及目的
隨著液壓工業(yè)的發(fā)展，液壓技術(shù)在各種機(jī)械中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。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(jī)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(shí)，不但需要有熟練的技術(shù)人員，同時(shí)還要有完善的檢測(cè)設(shè)備。檢測(cè)液壓元件性能參數(shù)的試驗(yàn)設(shè)備多為性能單一的液壓試驗(yàn)臺(tái)，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(lái)看，一旦液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，常常需檢測(cè)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(dá)到及時(shí)修理的目的。同時(shí)液壓傳動(dòng)課程是各類工科大學(xué)及職業(yè)院校機(jī)械、機(jī)電類專業(yè)學(xué)生的重要課程，而液壓試驗(yàn)臺(tái)則是進(jìn)行液壓傳動(dòng)課教學(xué)必不可少實(shí)驗(yàn)設(shè)備。為了滿足課程教學(xué)需要，拓寬學(xué)生知識(shí)面，提高現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種價(jià)格低廉，制造容易，于數(shù)據(jù)檢測(cè)、演示和裝置檢驗(yàn)為一身的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況
1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
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(duì)試驗(yàn)提出了新的要求和先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)，以獲得較高的試驗(yàn)精度并實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化。試驗(yàn)臺(tái)是檢驗(yàn)產(chǎn)品的性能，驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)液壓行業(yè)生產(chǎn)廠均有相應(yīng)產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，但是，試驗(yàn)項(xiàng)目、精度大部分不能滿足試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1562-1995的要求，特別是一些動(dòng)態(tài)的性能得不到檢驗(yàn)。此外，人工操作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人為因素嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果。而且就是現(xiàn)有的設(shè)備只是單一的檢測(cè)項(xiàng)目，而不能在一臺(tái)設(shè)備上同時(shí)對(duì)多個(gè)液壓元件進(jìn)行試驗(yàn)。
國(guó)內(nèi)狀況：普通的試驗(yàn)臺(tái)設(shè)備簡(jiǎn)陋，完全通過(guò)人手工操作方式進(jìn)行試驗(yàn)和記錄數(shù)據(jù)，這樣導(dǎo)致試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不易掌握，試驗(yàn)方法缺乏一致性，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，達(dá)不到通過(guò)試驗(yàn)最終控制和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的超聲檢測(cè)，針對(duì)溫度、流速、壓力對(duì)超聲傳播速度的影響，建立溫度—壓力—聲速模型在溫度、壓力、流量大范圍變化條件下對(duì)流量和壓力的測(cè)量。它能夠克服了傳統(tǒng)聲速流量?jī)x器對(duì)溫度敏感且不能有流量大范圍變化場(chǎng)合的不足。而現(xiàn)在普遍使用的超聲測(cè)量試儀器無(wú)論采用頻差、相差或聲差都必須在液體聲速變化范圍不大的前提下進(jìn)行，而液壓系統(tǒng)中，液壓油的溫度、壓力的變化范圍都很大，如溫度變化–40℃~60℃，壓力變化從0—32MPa。這兩個(gè)因素會(huì)引起聲速在大范圍內(nèi)變動(dòng)，由此引起的影響，用超聲測(cè)試液壓元件對(duì)測(cè)量的精度能夠滿足。同時(shí)液壓元件系統(tǒng)CAT的研究應(yīng)用比較廣泛，CAT試驗(yàn)臺(tái)的功能比較單一，不能滿足綜合試驗(yàn)的要求。另外還有計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試CAT，它是由硬件和軟件所組成的，針對(duì)測(cè)量信號(hào)復(fù)雜，為減小信號(hào)的干擾，采取數(shù)據(jù)處理方法和系統(tǒng)抗干擾措施，使測(cè)試數(shù)據(jù)更加真實(shí)、可靠，較為全面地滿足對(duì)被測(cè)液壓元件的測(cè)試要求。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)方面，傳統(tǒng)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)回路單一，實(shí)驗(yàn)效果較差，大多通過(guò)對(duì)泵和閥的控制實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)，主要是由實(shí)物液壓元件所組成的，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的重量和體積都較大，并且由于實(shí)物元件和管路不透明，學(xué)生觀察不到其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、液流及動(dòng)作等情況。同時(shí)，由于元件位置不能隨意變動(dòng)，使得所實(shí)現(xiàn)的液壓回路單一，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，直接影響了實(shí)驗(yàn)效果。其次，傳統(tǒng)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化程度低，由于傳統(tǒng)的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)多采用繼電器等元件作為控制系統(tǒng)的控制元件，其成本高；實(shí)現(xiàn)功能少，耗電高，使用壽命短，電路連接繁瑣。并且還存在可靠性和靈活性差，自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)。還有傳統(tǒng)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓油漏泄容易污染實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，通常以礦物型液壓油作為工作介質(zhì)，既消耗大量寶貴的石油資源，加重環(huán)境污染，又易泄漏、易燃燒，并且泄漏出的油液還會(huì)污染實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致部分學(xué)生怕臟而不肯動(dòng)手。[1]
國(guó)外狀況：日本島津VEH型及美國(guó)STEX公司的HVL型液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)均采用電液伺服及閥控制雙向油缸負(fù)荷、變形、位移控制由電液伺服閉環(huán)控制，同時(shí)具有電子測(cè)試和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理功能，電液伺服閥的優(yōu)點(diǎn)是靜動(dòng)態(tài)性能良好，分辨率高，滯環(huán)線性度高，工作范圍廣，更適合動(dòng)態(tài)電液伺服試驗(yàn)機(jī)。其缺點(diǎn)是：由于靜態(tài)液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上未能發(fā)揮其特點(diǎn)，使其造價(jià)提高，抗污染能力變差，工作噪聲較大，油溫升高快，有些還需要水冷卻。西德申克公司的UPV液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，其控制原理是由速度控制器控制力矩而帶動(dòng)壓力控制閥，施加負(fù)載，并且有速度電流反饋，是一種傳統(tǒng)的控制方式。在本試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行產(chǎn)品出廠測(cè)試，同時(shí)也可進(jìn)行行業(yè)檢測(cè)，采用調(diào)速電機(jī)、加載、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、控力、溫度、自動(dòng)控制和顯示，被測(cè)數(shù)據(jù)（參數(shù)）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集實(shí)時(shí)顯示。液壓缸、液壓泵、流量閥、壓力閥、溢流閥等進(jìn)行綜合的測(cè)試。該試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)范圍廣，可以滿足各種型號(hào)的液壓元件的試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，整個(gè)系統(tǒng)人機(jī)界面友好，可以進(jìn)行各種試驗(yàn)，負(fù)載效率試驗(yàn)，耐久性試驗(yàn)等，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量控制參數(shù)設(shè)定，記錄和數(shù)據(jù)處理的全自動(dòng)化，不僅減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)勞動(dòng)強(qiáng)度。改善了操作環(huán)境，而且達(dá)到了較高的試驗(yàn)效率和測(cè)量精度，通過(guò)對(duì)各種液壓元件的預(yù)測(cè)量可以看出，試驗(yàn)臺(tái)及其測(cè)控系統(tǒng)的立意和設(shè)計(jì)都比較新穎，合理和成功，取得了良好的效率。此外，在減輕試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作條件方面，綜合測(cè)試系統(tǒng)都具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。但不足之處是：系統(tǒng)需要的設(shè)備及投資較多，設(shè)備及元件的可靠行對(duì)試驗(yàn)工作的影響較大，設(shè)備的使用，維修和編程比較復(fù)雜，需要一定的專職人員。
1.2.2 發(fā)展趨勢(shì)
1.2.2.1 以計(jì)算機(jī)軟件為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)的虛擬化
虛擬實(shí)驗(yàn)的概念是從虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR)的概念中衍生出來(lái)的。從本質(zhì)上講，VR系統(tǒng)是對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的仿真，因此，仿真技術(shù)無(wú)論對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)和虛擬實(shí)驗(yàn)都是關(guān)鍵性的技術(shù)。虛擬儀器(Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱VI)在20世紀(jì)80年代末由美國(guó)研制成功，它開(kāi)創(chuàng)了儀器使用者可以成為儀器設(shè)計(jì)者的新時(shí)代。虛擬儀器作為儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是全新概念的儀器，是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，虛擬儀器采用相應(yīng)原理代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，用戶利用軟面板實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示功能，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試的自動(dòng)化、智能化，體現(xiàn)了軟件就是儀器的設(shè)計(jì)思想。虛擬儀器使用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，利用虛擬儀器，用戶可以更好的組建自己所需的測(cè)試系統(tǒng)。由于PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，借助于一塊通用的數(shù)據(jù)采集卡，用戶可以利用軟件構(gòu)造幾乎任意功能的儀器。
1.2.2.2 以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)化
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的開(kāi)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)隨之提出，教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境正在發(fā)生巨大變化，它的開(kāi)放性、共享性變得越來(lái)越重要。目前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)己經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程課堂教育，已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)，國(guó)內(nèi)外多所大學(xué)已經(jīng)開(kāi)辦了遠(yuǎn)程教育。近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)的使用越來(lái)越得到廣泛重視，在大學(xué)里或大學(xué)之間利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)遠(yuǎn)程登陸相互共用各具特色的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使之成為一個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的共享系統(tǒng)，是當(dāng)今實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。使用戶能在不同地點(diǎn)、不同時(shí)間選擇完成所需要的實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)研究，不僅可以節(jié)約時(shí)間，還將節(jié)約人力、物力等方面的資源。因此，實(shí)驗(yàn)資源共享，對(duì)能夠最大限度發(fā)揮儀器設(shè)備的使用率、開(kāi)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法、提高實(shí)驗(yàn)水平都有著十分重要的意義。
1.2.2.3 利用PLC編程實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)的智能化
利用先進(jìn)的控制技術(shù)開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)臺(tái)或?qū)υ械膶?shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，將液壓技術(shù)與先進(jìn)的控制技術(shù)結(jié)合，實(shí)驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化程度大大提高。
1.2.2.4 以液壓故障診斷系統(tǒng)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的檢測(cè)與故障分析
液壓故障診斷專家系統(tǒng)是采用智能型的診斷方法，是一種基于液壓領(lǐng)域眾多著名專家的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能仿真人類專家解決液壓系統(tǒng)領(lǐng)域故障的智能計(jì)算機(jī)推理系統(tǒng)。
1.2.2.5 利用純水液壓傳動(dòng)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境
德國(guó)的Hauhinco機(jī)械廠，于1995年就研制成功淡水徑向柱塞泵陶瓷閥芯的水壓滑閥產(chǎn)品；Tampere大學(xué)等聯(lián)合開(kāi)發(fā)研制成功用于內(nèi)燃機(jī)噴射控制器、造紙、水切割等動(dòng)力源的海水軸向柱塞泵和馬達(dá)。1996年Tampere大學(xué)又成功研制出比例流量控制純水液壓系統(tǒng)[2]?，F(xiàn)今純水液壓技術(shù)已成為現(xiàn)代液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的新方向。以水(天然水、海水)為液壓介質(zhì)，具有無(wú)污染、安全、清潔衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)，并且以水為介質(zhì)的水傳動(dòng)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
1.3 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容
本論文主要對(duì)液壓試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、液壓元件選型、液壓泵站、油箱、管路及管件等選擇，具體內(nèi)容包括：
（1） 液壓試驗(yàn)臺(tái)基本設(shè)計(jì)計(jì)算；
（2） 液壓試驗(yàn)臺(tái)選用設(shè)計(jì)；
（3） 簡(jiǎn)易輕載壓力機(jī)設(shè)計(jì)。
2 液壓試驗(yàn)臺(tái)基本設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求
液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無(wú)嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要互相穿插進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。
（1） 確定液壓執(zhí)行元件的形式；
（2） 進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；
（3） 定制基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；
（4） 選擇液壓元件；
（5） 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；
（6） 繪制工作圖，編制技術(shù)文件。[3]
2.2 初選系統(tǒng)工作壓力
壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來(lái)說(shuō)，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選的太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選的高一些。具體選擇可參考表2-1、表2-2。
表2-1 按載荷選擇工作壓力
載荷/kN
＜5
5-10
10-20
20-30
30-50
＞50
工作壓力/MPa
＜0.8-1
1.5-2
2.5-3
3-4
4-5
≥5
表2-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
機(jī)械類型
機(jī)床
農(nóng)業(yè)機(jī)械
小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)
液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合機(jī)床
龍門(mén)刨床
拉床
工作壓力/MPa
0.8-2
3-5
2-8
8-10
10-18
20-32
本試驗(yàn)臺(tái)屬于中低壓裝置，初選最大工作壓力16MPa。
2.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
液壓缸有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖2-1。
（a）
（b）
圖2-1 液壓缸的主要設(shè)計(jì)參數(shù)
圖（a）未液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，圖（b）未活塞桿工作在受拉狀態(tài)。
活塞桿受拉時(shí)
（3-1）
活塞桿受壓時(shí)
（3-2）
式中 ——無(wú)桿腔活塞有效作用面積（m2）；
——有桿腔活塞有效面積（m2）；
p1——液壓缸工作腔壓力(Pa)；
p2——液壓缸回油腔壓力(Pa)，即被壓力，初算時(shí)按表2-3選?。?
D——活塞直徑；
d——活塞桿直徑。
表2-3 執(zhí)行元件被壓力
系統(tǒng)類型
被壓力/MPa
簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
0.2-0.5
回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)
0.4-0.6
回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)
0.5-1.5
用補(bǔ)油泵的閉式回路
0.8-1.5
回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械
1.2-3
回油路較短，且直接回油箱
可忽略不計(jì)
一般，液壓缸在受拉狀態(tài)下工作，其活塞面積為
（3-3）
運(yùn)用式（3-3）須事先確定A1與A2的關(guān)系，或是活塞桿徑d與活塞直徑D的關(guān)系，令桿徑比，其比值可按表2-4和表2-5選取為0.5。
表2-4 按工作壓力選取d/D
工作壓力/MPa
≤5.0
5.0-7.0
≥7.0
d/D
0.5-0.55
0.62-0.70
0.7
表2-4 按速比要求確定d/D
v2/v1
1.15
1.25
1.33
1.46
1.61
2
d/D
0.3
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：v1—無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；
v2—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。
FW初選為20kN,為液壓缸的機(jī)械效率，取0.9，由式（3-1）可計(jì)算出F≈22.2kN，由表2-3選取被壓力為0.2MPa,則可由公式
（3-4）
計(jì)算出D=40.093mm,按表2-5圓整為40mm。
表2-5 常用液壓缸內(nèi)徑D（mm）
40
125
50
140
63
160
80
180
90
200
100
220
110
250
2.4 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖
2.4.1 制定基本方案
（1）制定調(diào)速方案
運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問(wèn)題。
方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
速度控制涌過(guò)改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。
節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用溢流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。
容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)性比較復(fù)雜。
節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流啟動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。
綜合考慮本試驗(yàn)臺(tái)采用旁通節(jié)流調(diào)速，調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了，采用開(kāi)式循環(huán)形式，在開(kāi)式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)施放能量后，再排回油箱。開(kāi)式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱性好。
（2）制定壓力控制方案
液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一點(diǎn)的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力。由于采用節(jié)流調(diào)速，本系統(tǒng)由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。
（4） 制定順序動(dòng)作方案
主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，是根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的控制機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過(guò)電氣行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來(lái)控制連續(xù)的動(dòng)作。行程開(kāi)關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路連接比較方便的場(chǎng)合。為降低成本，同時(shí)使操縱可靠，本系統(tǒng)采用手動(dòng)操縱方式。
（5） 選擇液壓動(dòng)力源
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全有液壓源來(lái)提供，液壓源的核心是液壓泵。本系統(tǒng)采用定量泵供油，在無(wú)其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥用時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在泵的入口裝有吸油過(guò)濾器，使進(jìn)入系統(tǒng)的油液符合使用要求。
2.4.2 液壓試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖
液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的連鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。
液壓綜合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖如圖l所示。該試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力來(lái)源于電動(dòng)機(jī)1，它可以驅(qū)動(dòng)液壓泵3運(yùn)轉(zhuǎn)。液壓泵3是該試驗(yàn)臺(tái)的壓力油源。當(dāng)需要測(cè)試液壓閥和液壓缸時(shí)，由液壓泵3供給壓力油，通過(guò)調(diào)速閥13進(jìn)行分流，可使供油量發(fā)生變化，以滿足不同類型液壓閥和液壓缸對(duì)流量的要求，安全閥12可以限定系統(tǒng)的最高壓力。測(cè)試液壓閥和液壓缸時(shí)，采用先導(dǎo)型溢流閥作調(diào)壓閥，調(diào)壓閥11并聯(lián)在主油路中。系統(tǒng)中的換向閥10采用了手動(dòng)操縱方式，降低了成本，同時(shí)使操縱可靠。
測(cè)試液壓缸時(shí)，調(diào)壓閥11松開(kāi)，調(diào)整調(diào)速閥13的開(kāi)度，使供油量達(dá)到液壓缸的額定流量。將快速頭分別與液壓缸的進(jìn)出油口相連接。液缸的主要測(cè)試項(xiàng)目如下：
(1)最低啟動(dòng)壓力，在空載工況下，向液壓缸無(wú)桿腔通入液壓油，逐漸擰緊調(diào)壓閥11手柄，通過(guò)壓力表8記錄活塞桿啟動(dòng)時(shí)的壓力值；
(2)內(nèi)泄漏，通過(guò)上下移動(dòng)換向閥10，即可壓力油分別送入液壓缸各腔，再逐漸擰緊調(diào)壓閥11手柄，當(dāng)活塞運(yùn)行到行程終點(diǎn)后，使調(diào)壓閥11調(diào)至被測(cè)缸的額定壓力，卸下液壓缸的回油管并接一量杯，保壓5分鐘，觀察內(nèi)泄漏量；
圖2-2 液壓系統(tǒng)圖
(3)耐壓試驗(yàn)，根據(jù)(2)的調(diào)整方法，當(dāng)活塞運(yùn)行到行程終點(diǎn)后，使調(diào)壓閥11調(diào)至被測(cè)缸額定壓力的1.5倍，保壓2分鐘，觀察零件的破壞或永久變形情況；
(4)外滲漏，在(2)、(3)測(cè)試項(xiàng)目中，觀察活塞桿處及其他結(jié)合面滲油情況。
測(cè)試液壓閥時(shí)，同測(cè)試液壓缸一樣，調(diào)整調(diào)速閥13的開(kāi)度，使供油量達(dá)到液壓閥的額定流量。將快速接頭分別與液壓閥的進(jìn)出油口相連接。以溢流閥為例，其主要測(cè)試項(xiàng)目如下：
(1)壓力調(diào)節(jié)范圍，將換向閥10上移，調(diào)壓閥11調(diào)至被測(cè)閥額定壓力的1.15倍左右。調(diào)節(jié)被測(cè)閥的調(diào)壓手輪，從最小壓力至被測(cè)閥額定壓力，再?gòu)念~定壓力至最小壓力，重復(fù)三次，觀察壓力表8的上升與下降情況，并記錄調(diào)壓范圍；
(2)壓力振擺值，將換向閥10上移，調(diào)壓閥11調(diào)至被測(cè)閥的額定壓力。壓力振擺值可由壓力表8讀出；
(3)內(nèi)泄漏，將換向閥10上移，調(diào)節(jié)被測(cè)閥的調(diào)壓手輪，使閥口關(guān)閉。調(diào)壓閥24調(diào)至比被測(cè)閥額定壓力高0.3-0.5 MPa，從被測(cè)閥的溢油口測(cè)量泄漏量，該值應(yīng)小于規(guī)定值；
(4)壓力損失，將換向閥10上移，調(diào)節(jié)被測(cè)閥的調(diào)壓手輪至全松位置，分別通過(guò)壓力表8和9(低壓表)測(cè)出進(jìn)口和出口壓力，其差值即為被測(cè)閥的壓力損失。[4]
3 液壓試驗(yàn)臺(tái)選用設(shè)計(jì)
3.1 液壓泵的選型與安裝
3.1.1 液壓泵工作壓力的確定
（3-1）
p1是液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對(duì)于本系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)給定系統(tǒng)最高壓力為16MPa,則泵的工作壓力選定為16MPa。
3.1.2 液壓泵流量的確定
(3-2)
設(shè)計(jì)給定原始數(shù)據(jù)要求系統(tǒng)最大流量為12L/min，則相當(dāng)于=12L/min，取泄露系數(shù)K=1.2，求得液壓泵流量qvp=14.4L/min。
根據(jù)以上參數(shù)，綜合考慮后選用上海申葉液壓件廠生產(chǎn)的YB-E10型定量葉片泵，當(dāng)壓力為16MPa、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速為1440時(shí)，泵流量為14.4MPa/min。油泵從軸端看轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針，進(jìn)油口與出油口在同一側(cè)方向。
3.1.3 液壓泵的安裝方式
液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其聯(lián)軸器等，其安裝方式分為立式和臥式兩種。
（1）立式安裝 將液壓泵和與之相連的油管放在液壓油箱內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)形式緊湊、美觀，同時(shí)電動(dòng)機(jī)與液壓泵的同軸度能保證好，吸油條件好，漏油可直接回液壓油箱，并節(jié)省占地面積。但安裝維修不方便，散熱條件不好。
（2）臥式安裝 液壓泵及管道都裝在液壓油箱的外面，安裝維修方便，散熱條件好，但有時(shí)電動(dòng)機(jī)與液壓泵的同軸度不容易保證。
電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)結(jié)方式可分為法蘭式、支架式和支架法蘭式。
（1）法蘭式：液壓泵安裝在法蘭上，法蘭再與帶法蘭盤(pán)的電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，電動(dòng)機(jī)與液壓泵依靠法蘭盤(pán)上的止口來(lái)保證同軸度，這種結(jié)構(gòu)裝拆很方便。
（2）支架式：液壓泵直接安裝在支架的止口里，然后依靠支架的底面與底板相連，再與帶底座的電動(dòng)機(jī)相連。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于保證同軸度比較困難（電動(dòng)機(jī)與液壓泵的同軸度≤0.05mm）。為了防止安裝誤差產(chǎn)生的振動(dòng)，常用帶有彈性的聯(lián)軸器。
（3）法蘭支架聯(lián)接：電動(dòng)機(jī)與液壓泵先以法蘭聯(lián)接，法蘭再與支架聯(lián)接，最后支架再裝在底板上。它的優(yōu)點(diǎn)是大底板不用加工，安裝方便，電動(dòng)機(jī)與液壓泵的同軸度靠法蘭盤(pán)的止口來(lái)保證的。
由于本試驗(yàn)臺(tái)沒(méi)有采用外部冷卻裝置，優(yōu)先考慮散熱所以液壓泵裝置采用臥式安裝。液壓泵與電動(dòng)機(jī)的連接采用支架式，安裝支架如圖3-1所示。
圖3-1 泵安裝支座
泵的進(jìn)油口和出油口采用自制的法蘭連接油管，法蘭形式簡(jiǎn)單，加工容易，外形尺寸如圖3-2所示。
圖3-2 泵進(jìn)油口法蘭
法蘭上沒(méi)有加工密封用溝槽，密封由自制的密封墊保證，密封墊由耐油橡膠制成,裝配時(shí)要先用清潔劑或者丙酮將密封墊清洗干凈并抹上密封膠，該密封墊能保證密封性能，并且成本較低，容易加工，尺寸如圖3-3所示。
圖3-3 泵進(jìn)油口密封墊
3.2 電動(dòng)機(jī)功率的確定
在試驗(yàn)臺(tái)工作過(guò)程中，由于被檢測(cè)對(duì)象的不用系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變化較大，為滿足整個(gè)設(shè)計(jì)要求，按較大功率來(lái)確定電動(dòng)機(jī)功率。
前面的計(jì)算已知，泵供油壓力為pp=16MPa，泵的流量為14.4MPa/min，取泵的總效率為=0.8，泵的總驅(qū)動(dòng)功率由公式（3-1）計(jì)算為P=4.8kW
（3-3）
考慮到本試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試對(duì)象主要為中低壓元件，而電動(dòng)機(jī)一般允許短時(shí)間超載25%，這樣電動(dòng)機(jī)的功率還可以降低一些。
查看產(chǎn)品樣本，選用4kW的電動(dòng)機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min。
3.3 液壓閥的選型與安裝
首先要確定液壓元件的安裝連接形式，液壓元件的安裝形式與液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和元件的配置形式有關(guān)：
（1）按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式確定。液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分為集中式和分散式兩種。集中式結(jié)構(gòu)是將液壓系統(tǒng)的動(dòng)力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置和油箱等放在主機(jī)之外，單獨(dú)設(shè)置一個(gè)液壓站。這中形式的優(yōu)點(diǎn)是安裝連接方便，液壓源的振動(dòng)、發(fā)熱都不會(huì)影響主機(jī)的工作性能。缺點(diǎn)就是設(shè)置液壓站，增加了占地面積和管路長(zhǎng)度。分散式結(jié)構(gòu)是將液壓元件分散放置在主機(jī)的某些部位，與主機(jī)合為一體，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、管路短。缺點(diǎn)是安裝連接（包括維修）復(fù)雜液壓源的振動(dòng)和發(fā)熱都會(huì)影響主機(jī)的工作性能和精度。為此，對(duì)于一般的液壓系統(tǒng)，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，可采用分散式安裝連接的方式，而對(duì)于組合機(jī)床、自動(dòng)線和精密設(shè)備的液壓系統(tǒng)為了減少油箱的發(fā)熱、液壓源振動(dòng)的影響，保持主機(jī)的工作精度，多采用集中式的配置形式確定。
（2）按閥類元件的配置形式確定。液壓元件的配置形式分為管式、板式和集成式配置三種形式。配置形式不同， 液壓系統(tǒng)的壓力損失和元件的連接方式也就不同。目前，閥類元件的配置形式廣泛采用集成式。通常使用的液壓元件有板式和管式兩種結(jié)構(gòu)。管式元件通過(guò)油管來(lái)實(shí)現(xiàn)相互之間的連接，液壓元件的數(shù)量越多，連接的管件越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，系統(tǒng)壓力損失越大，占用的空間就越大，維修、保養(yǎng)和拆裝越困難。因此，管式元件一般用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。板式元件固定在板件上，分為液壓油路連接、集成塊連接和疊加閥連接。把一個(gè)液壓回路中個(gè)元件合理地布置在一塊液壓油路板上，這與管式連接比較，除了進(jìn)出液壓油液通過(guò)管道外，各液壓元件用螺釘規(guī)則地固定在一塊液壓閥塊上，元件之間由液壓油路板上的孔道勾通。板式元件的液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維修方便，壓力損失小，外形美觀。但是，其結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度差，互換性不好，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，制造加工困難，使用受到限制。
通過(guò)綜合考慮，鑒于本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，為降低成本，液壓元件采用管式連接。液壓閥與試驗(yàn)臺(tái)的安裝連接采用自制的安裝支座，安裝時(shí)，液壓閥安裝在對(duì)應(yīng)的閥安裝支座上，支座再插入燕尾槽工作臺(tái)面上。這使得液壓閥的安裝位置容易調(diào)整，方便拆裝和組合不同的液壓回路，其外形尺寸如圖3-4所示。
選擇閥類元件應(yīng)注意的問(wèn)題：
(1)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，除非不得已時(shí)才自行設(shè)計(jì)專用件；
(2)閥類元件的規(guī)格主要根據(jù)流經(jīng)該閥油液的最大壓力和最大流量選取。選擇溢流閥時(shí)，應(yīng)按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，應(yīng)考慮其最小穩(wěn)定流量滿足機(jī)器低速性能的要求；
(3)一般選擇控制閥的額定流量應(yīng)比系統(tǒng)管路實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)，允許通過(guò)閥的最大流量超過(guò)其額定流量的20%。
圖3-4 液壓閥安裝支座
選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過(guò)閥的流量，本系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)最高壓力為16MPa，所選閥的規(guī)格型號(hào)見(jiàn)表3-1
表3-1 液壓試驗(yàn)臺(tái)液壓閥明細(xì)表
序號(hào)
名稱
選用規(guī)格
1
調(diào)速閥
2FRM5-20/15
2
溢流閥
DBDH8G10NG25
3
先導(dǎo)溢流閥
DB10AG1
4
手動(dòng)換向閥
DMT-03-3C2-50
3.4 液壓油缸的選型
在2.2節(jié)已經(jīng)求得液壓缸的直徑為40mm，系統(tǒng)工作壓力為16MPa。
選YHGE40/28260LJ1L1Q型液壓缸，缸徑40mm，速度比2，活塞桿直徑28，工作壓力。
3.5 液壓油管的選型
液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，同時(shí)，應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。
(1)鋼管：中高壓系統(tǒng)選用無(wú)縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價(jià)格低，性能好，使用廣泛。
(2)銅管：紫銅管工作壓力在6.5~10MPa以下，易變曲，便于裝配；黃銅管承受壓力較高，達(dá)25MPa，但不如紫銅管易彎曲。銅管價(jià)格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應(yīng)盡量少用，只用于液壓裝置配接不方便的部位。
(3)軟管：用于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間的連接。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；低壓橡膠軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，承壓能力為2.5～8MPa，多用于低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運(yùn)動(dòng)部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調(diào)速閥之間。油管的規(guī)格尺寸大多由它所連接的液壓元件接口處的尺寸所決定的，對(duì)一些重要的管道應(yīng)驗(yàn)算其內(nèi)徑和壁厚。油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。
（3-4）
式中 qv——通過(guò)管道內(nèi)的流量（m3/s）；
v——管內(nèi)允許流速（m/s），見(jiàn)表3-2.
按最大流量計(jì)算，本系統(tǒng)的最大流量為12L/min，吸油管v取0.8m/s，由公式（3-4）計(jì)算得d=17.867mm，選取公稱通徑15mm，外徑22mm，壁厚2mm的鋼管；壓油管v取3m/s，由公式（3-4）計(jì)算得d=9.226mm；回油管v取1.5m/s，計(jì)算得d=13.048mm，選取公稱通徑15mm，外徑22mm，壁厚2mm的鋼管。由于壓油管選用的是膠管總成，液壓元件的進(jìn)出油口尺寸不同也就需要不同的接頭，所以膠管在經(jīng)濟(jì)允許的條件下可以購(gòu)買一系列的不同尺寸的膠管，用于實(shí)驗(yàn)的不同液壓元件的連接和回路組織。
表3-2 允許流速推薦值
管道
推薦流速/(m/s)
液壓泵吸油管道
0.5-1.5，一般常取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3-6，壓力高，管道短，粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5-2.6
3.6 液壓油箱的設(shè)計(jì)
液壓油箱的作用是貯存液壓油，分離液壓油中的雜質(zhì)和空氣，同時(shí)還起到散熱的作用。
3.6.1 液壓油箱有效容積的確定
液壓油箱容量是油箱主要的技術(shù)參數(shù)，油箱必須有一定的容量，才能實(shí)現(xiàn)基本功能，設(shè)計(jì)油箱容量涉及很多的因素，常采用經(jīng)驗(yàn)法，但對(duì)于要求較高的液壓系統(tǒng)有必要分析系統(tǒng)的各種要求，并以熱量為基礎(chǔ)采用計(jì)算的方法來(lái)確定。液壓油箱在不同的工作條件下影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來(lái)考慮。
油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為
（3-5）
式中 qv——液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積；
——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見(jiàn)表3-3。
表3-3 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
系統(tǒng)類型
行走機(jī)構(gòu)
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓機(jī)械
冶金機(jī)械
1~2
2~4
5~7
6~12
10
本系統(tǒng)的最大流量為12L/min，為中低壓系統(tǒng)，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取7，由公式（3-5）計(jì)算得油箱的有效容量為84L。
3.6.2 液壓油箱的散熱計(jì)算
（1）系統(tǒng)發(fā)熱量計(jì)算，在液壓系統(tǒng)中，凡系統(tǒng)中的損失都變成熱能散發(fā)出來(lái)。由于本系統(tǒng)工作裝置和回路并非固定形式，因?yàn)榻M裝不同的液壓元件、不同的工況而產(chǎn)生不同效率，損失也就不同，本系統(tǒng)的散熱按系統(tǒng)輸入功率最大值的20%來(lái)計(jì)算，系統(tǒng)的輸入功率為4kW，則發(fā)熱功率為0.8kW。
（2）散熱量計(jì)算，由于本系統(tǒng)沒(méi)有安裝額外的冷卻裝置，忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱是，顯然系統(tǒng)的總發(fā)熱功率H全部由油箱散熱來(lái)考慮。這時(shí)油箱散熱面積A的計(jì)算公式為
（3-6）
式中 A——油箱的散熱面積（m2）；
H——油箱需要散熱的熱功率（W）；
——油溫（一般以55℃考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫度（℃）；
K——散熱系數(shù)。與油箱周圍通風(fēng)條件的好壞而不同，通風(fēng)很差時(shí)K=8~9；良好時(shí)K=15~17.5；風(fēng)扇強(qiáng)行冷卻時(shí)K=20~23；強(qiáng)迫水冷時(shí)K=110~175。
上面步驟已經(jīng)計(jì)算出H=800W，取15，散熱系數(shù)取9，則又公式3-6計(jì)算得A=5.93m2。
設(shè)備在停止運(yùn)行后，設(shè)備中的那部分油液會(huì)因重力作用而流回液壓油箱，為了防止液壓油從油箱里溢出，油箱的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過(guò)液壓油箱高度的80%，本系統(tǒng)所用的油箱容量為110L。
3.6.3 液壓油箱的容量計(jì)算
液壓油箱的有效容積為84L，油箱的散熱面積為5.39m2，綜合考慮試驗(yàn)臺(tái)整體設(shè)計(jì)，由于沒(méi)有設(shè)置外部冷卻裝置，為提高冷卻效率，油箱的容量適當(dāng)增大，油箱尺寸設(shè)計(jì)為：1057×1341×933mm，油箱總?cè)萘繛?322L，由于設(shè)備在停止運(yùn)行后，設(shè)備中的那部分油液會(huì)因重力作用而流回液壓油箱，為了防止液壓油從油箱里溢出，油箱的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過(guò)液壓油箱高度的80%，本系統(tǒng)所用的油箱裝油量為1000L。
3.6.4 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
液壓油箱采用鋼板焊接的分離式液壓油箱。其結(jié)構(gòu)：
（1）隔板
①作用：增長(zhǎng)液壓油流動(dòng)循環(huán)時(shí)間，除去沉淀的雜質(zhì)、分離、清降水和空氣，調(diào)整溫度，吸收液壓油壓力的波動(dòng)及防止液面的波動(dòng)。
②安裝形式：隔板的安裝形式有多種，可以設(shè)計(jì)成高出液壓油面，使液壓油從側(cè)面流過(guò)，還可以把隔板設(shè)計(jì)成低于液面，其高度為最低油面的2/3，使液壓油從隔板上方流過(guò)，本系統(tǒng)采用后者。
（2）吸油管和回油管：
①回油管出口：回油管出口有直口、斜口、彎管直口、帶擴(kuò)散器的出口等幾種形式，斜口應(yīng)用得教多，一般為45°斜口。為防止液面波動(dòng)，可以在回油管出口裝擴(kuò)散器?；赜凸鼙仨毞胖迷谝好嬉韵拢话憔嘁簤河拖涞酌娴木嚯x大于300 ，回油管出口絕對(duì)不允許放在液面以上。本系統(tǒng)才用45°斜口形式，加工容易。
②回油集管：?jiǎn)为?dú)設(shè)置回油管當(dāng)然是理想的，但為了安裝方便，本系統(tǒng)使用回油集管。
③泄漏油管的配置：管子直徑和長(zhǎng)度要適當(dāng)，管口在液面之上，以避免產(chǎn)生背壓，泄漏油管單獨(dú)配置，避免與回油管集流配置。
④吸油管：吸油管前設(shè)置了線隙濾油器，過(guò)濾精度為100，流量為16L/min，要有足夠的容量，避免阻力太大，濾油器與箱底間的距離為25mm。吸油管插入液壓油面以下，防止吸油時(shí)卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動(dòng)油面，致使油中混入氣泡。
⑤吸油管與回油管的方向：為了使油液流動(dòng)具有方向性，綜合考慮隔板、吸油管和回油管的配置，把吸油管和回油管用隔板隔開(kāi)。為了不使回油管的壓力波動(dòng)及吸油管，吸油管及回油管的斜開(kāi)口方向一致。
（3）防止雜質(zhì)侵入
為了防止液壓油被污染，液壓油箱做成完全封閉型的。
①配管通過(guò)隔壁接頭和油箱連接，這樣能很好的防止空氣、雜質(zhì)和水等從其周圍的間隙侵入。
②為了保證液壓油箱通大氣并凈化抽吸空氣，本系統(tǒng)配備了空氣濾清器，空氣濾清器為既能過(guò)濾空氣又能加油結(jié)構(gòu)。
（4） 頂蓋及清洗
①頂蓋 在液壓油箱頂蓋上裝設(shè)泵、馬達(dá)、閥組、空氣濾清器時(shí)，必須十分牢固。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)為了便于液壓元件的安裝，方便組裝不同的回路，在頂蓋安裝有燕尾工作臺(tái)面，液壓元件可通過(guò)自制的液壓閥安裝支座安裝在工作臺(tái)面上，安裝位置可自由調(diào)整，且不和油箱相同，使安裝拆卸方便同時(shí)不影響油箱的密閉性，其結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。
圖3-5 燕尾槽臺(tái)面
液壓油箱同它們的結(jié)合面要平整光滑，將密封填料、耐油橡膠密封墊圈（厚2～1.5 左右）以液態(tài)密封膠（耐油性、半干燥性）襯入其間，以防止雜質(zhì)、水和空氣侵入，并防止漏油。
②人孔 液壓油箱上的人孔，要能最大限度地易于清掃液壓油箱內(nèi)的各個(gè)角落和取出箱內(nèi)的元件。人孔蓋由自行加工，人孔蓋結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。與油箱的密封由自制的密封墊完成，密封用耐油橡膠加工，裝配時(shí)先用清潔劑或者丙酮將密封墊清洗干凈并抹上密封膠然后再安裝，密封墊結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。
圖3-6 人孔蓋
圖3-7 人孔蓋密封墊
③雜質(zhì)和污油的排放 為了便于排放污油，箱底部做成傾斜式箱底，并將放油塞安放在最低處，油塞和油箱同過(guò)支座連接，在支座上加工螺紋孔，油塞通過(guò)螺紋安裝在支座上，支座焊接在油箱上，安裝支座結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。
圖3-8 油塞安裝支座
（5）液面指示
為了觀察液壓油箱內(nèi)的液面情況，應(yīng)在油箱的側(cè)面安裝液面指示計(jì)，指示最高、最低油位，液面指示計(jì)選用帶溫度計(jì)的。
（5）液壓油箱的起吊
為了方便液壓試驗(yàn)臺(tái)的裝卸搬運(yùn)，在油箱上裝設(shè)有吊耳。
（7）液壓油箱的防銹
油箱焊接后內(nèi)壁涂X06-1磷化底漆（HGZ-27-64），油箱外面涂X06-1磷化底漆（HGZ-27-64）。
4 簡(jiǎn)易輕載壓力機(jī)設(shè)計(jì)
4.1 概述
壓力機(jī)是鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金、成形、打包等工藝中廣泛應(yīng)用的壓力加工機(jī)械，是最早應(yīng)用液壓傳動(dòng)的壓力加工機(jī)械之一。壓力機(jī)的類型很多，其中以四柱式液壓機(jī)最為典型。主機(jī)為三梁四柱式結(jié)構(gòu)，上滑塊由四柱導(dǎo)向。上液壓缸驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)：快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→快速回程→原位停止的動(dòng)作循環(huán)。下液壓缸布置在工作臺(tái)中間空內(nèi)，驅(qū)動(dòng)下滑塊實(shí)現(xiàn)：向上頂出→向下退回或浮動(dòng)壓邊下行→停止→頂出的動(dòng)作循環(huán)由圖4-1所示。壓力機(jī)液壓系統(tǒng)以壓力控制為主，系統(tǒng)壓力高，流量大，功率大，尤其要注意如何提高系統(tǒng)效率和防止產(chǎn)生液壓沖擊。[5]
圖4-1 液壓機(jī)的工作循環(huán)
4.2 簡(jiǎn)易壓力機(jī)設(shè)計(jì)
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)上要安裝的壓力機(jī)是一種簡(jiǎn)易的夾緊裝置，通過(guò)液壓缸水平頂推搖臂，搖臂旋轉(zhuǎn)后頂壓被夾緊件，從而達(dá)到夾緊的目的。液壓缸的方向由換向閥控制，搖臂的外形尺寸如圖4-2所示。
圖4-2 搖臂
搖臂安裝在支座上，支架結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。
由于收實(shí)驗(yàn)臺(tái)面安裝限制，該簡(jiǎn)易壓力機(jī)不能提供太高的壓力。
圖4-3 搖臂安裝支座
5 結(jié)論
本試驗(yàn)臺(tái)可以分別測(cè)試液壓元件的性能參數(shù)、組裝不同液壓回路，同時(shí)具備輕載壓力機(jī)功能，與專用試驗(yàn)臺(tái)相比，具有一機(jī)多用的優(yōu)點(diǎn)；試驗(yàn)臺(tái)采用管式連接油路，各元件采用軟管總成連接，測(cè)試元件可安裝于燕尾槽臺(tái)面上，無(wú)需和油箱連接，不影響油箱的密封，而且安裝拆卸方便，能自由調(diào)整安裝位置；系統(tǒng)利用調(diào)速閥分流的方式代替調(diào)速電機(jī)，以滿足不同類型液壓閥和液壓缸對(duì)流量的要求，降低了試驗(yàn)臺(tái)的成本。由于自身知識(shí)面不夠廣，同時(shí)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，本試驗(yàn)臺(tái)難免有不少需要改進(jìn)的地方，以后要不斷加強(qiáng)和提高。
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致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)在緊張而忙碌的日子中即將結(jié)束了，我們四年的大學(xué)生活也將畫(huà)上句號(hào)了。雖然只有短短的四年時(shí)間，但是它將會(huì)在我們以后的生活中以及在我們的一生當(dāng)中留下深刻的印記。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的設(shè)計(jì)課題是《液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)》，指導(dǎo)老師為朱石沙老師。在為期三個(gè)多月的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，朱老師給予了我悉心的指導(dǎo)，使我對(duì)我的設(shè)計(jì)課題有了一個(gè)由淺入深、由表及里的認(rèn)識(shí)過(guò)程，并幫助我解決了一個(gè)又一個(gè)的設(shè)計(jì)難題，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù),達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，收獲很多。畢業(yè)設(shè)計(jì)中，朱老師給我講解了設(shè)計(jì)的一般思路，應(yīng)該怎樣去考慮某一種設(shè)計(jì)的固定模式以及一般設(shè)計(jì)所應(yīng)遵循的原則，使我們認(rèn)識(shí)了設(shè)計(jì)的目的、意義極其重要性，并引領(lǐng)我們逐步進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)，從而為圓滿地完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我由衷地感謝朱老師對(duì)我的關(guān)懷和教誨，這將會(huì)給我以后的生活和工作很大的幫助。
設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到了很多問(wèn)題，由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有些問(wèn)題是我從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)的，我就向同學(xué)們請(qǐng)教，同學(xué)們都非常熱情，給了我無(wú)私的幫助，在這短短的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我再一次的體會(huì)到友情的珍貴，我充分的認(rèn)識(shí)到：同學(xué)之間的這段友情值得我一生去珍惜。
雖然，我的大學(xué)生活即將結(jié)束，即將走出校園，但這并不意味著我學(xué)習(xí)生活的結(jié)束，在我以后的生活和學(xué)習(xí)中，我會(huì)更加努力學(xué)習(xí)，提高自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，掌握更多的知識(shí)，從而來(lái)提高自身素質(zhì)，只有這樣才不會(huì)在這競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)中被淘汰。
最后，我再一次向幫助和支持過(guò)我的老師和同學(xué)表示誠(chéng)摯的謝意。
附錄
一種新的檢測(cè)液壓油的機(jī)械試驗(yàn)方法應(yīng)用
施密特，克勞斯
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究所，漢堡技術(shù)大學(xué)，德國(guó)
摘 要：本文介紹了在一臺(tái)新開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行一個(gè)摩擦磨損試驗(yàn)，該試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)發(fā)于涂漢堡哈爾堡，用于研究液壓油的潤(rùn)滑性能。開(kāi)發(fā)這種新的檢測(cè)方法的目的是為了更好的表述摩擦學(xué)與流體動(dòng)力機(jī)械之間的影響與聯(lián)系，采用線接觸研究液壓油的潤(rùn)滑性能表明，可利用摩擦、磨損和腐蝕試驗(yàn)區(qū)分不同液體的潤(rùn)滑性能。在不同的試驗(yàn)通過(guò)不斷的改進(jìn)試驗(yàn)裝置和開(kāi)發(fā)測(cè)試實(shí)驗(yàn)的全自動(dòng)控制程序來(lái)滿足高重復(fù)性的邊界條件。該試驗(yàn)機(jī)的開(kāi)發(fā)符合測(cè)試程序、形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的要求，可以從各種材料和生產(chǎn)設(shè)備公司生產(chǎn)，現(xiàn)有的這類公司都生產(chǎn)流體動(dòng)力元件。
關(guān)鍵詞：液壓 流體 潤(rùn)滑 試驗(yàn)
1.引言：
液壓油的一個(gè)非常重要特點(diǎn)的是它可能使摩擦加載面分離以減少這種連接中的摩擦磨損，試驗(yàn)測(cè)試液壓油潤(rùn)滑性能最可靠的試驗(yàn)是實(shí)地測(cè)試，即流體在典型工作條件和典型操作期間下的應(yīng)用。出于多種原因，實(shí)地測(cè)試費(fèi)時(shí)而且成本高，以及操作環(huán)境的不同應(yīng)用方法通常也會(huì)很大不同，因此實(shí)地測(cè)試的結(jié)果往往不具有通用性。這種情況導(dǎo)致流體生產(chǎn)者以及靜壓機(jī)械生產(chǎn)者必須先在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室測(cè)試他們的產(chǎn)品，然后再去做現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)清楚地看到，只有當(dāng)他們能夠逼真的模擬出機(jī)器摩擦接觸時(shí)的狀態(tài)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試才能起到作用。
漢堡科技大學(xué)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究所開(kāi)發(fā)了新的試驗(yàn)臺(tái)和測(cè)試方法，用于研究液壓油的潤(rùn)滑性能[1]，按照DIN51389，今后的這項(xiàng)測(cè)試可能代替葉片泵試驗(yàn)[2]。該項(xiàng)目的目的是找到一個(gè)測(cè)試方法，盡可能的再現(xiàn)所有摩擦磨損對(duì)液壓機(jī)械的影響，通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試形式和試驗(yàn)臺(tái)的簡(jiǎn)單測(cè)量，從中獲得力學(xué)參數(shù)。負(fù)載條件下的摩擦系統(tǒng)內(nèi)液壓件（接觸壓力，相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式）、速度、析構(gòu)函數(shù)和連接部分的屬性決定了連接區(qū)域的參數(shù)（溫度和幾何構(gòu)造），對(duì)摩擦系統(tǒng)的摩擦系數(shù)、臨界載荷和磨損性能產(chǎn)生主要影響。測(cè)試方法和試驗(yàn)機(jī)的開(kāi)發(fā)源自研究項(xiàng)目DGMK514[3]，514-1[4]610[5]的一種系統(tǒng)方法。
2.主要測(cè)試儀器的安排
開(kāi)發(fā)新的測(cè)試方法是為了實(shí)現(xiàn)以下目的：
·使定量測(cè)試結(jié)果精度高；
·測(cè)試樣本簡(jiǎn)單，不需要特殊的制造技術(shù)；
·自動(dòng)化、能耗低、測(cè)試液量小和測(cè)試時(shí)間短的測(cè)試方法。
對(duì)液壓件內(nèi)部的摩擦接觸的詳細(xì)分析是對(duì)這個(gè)新的測(cè)試方法和試驗(yàn)臺(tái)詳細(xì)說(shuō)明的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)方法、順序配置以及實(shí)驗(yàn)的主要發(fā)現(xiàn)如圖1所示。這臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)的配置允許測(cè)試線接觸和面接觸。在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，線接觸更有趣，能夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)區(qū)分不同液壓油的潤(rùn)滑性能。這也是大多數(shù)的測(cè)試只使用線接觸數(shù)據(jù)的原因。
圖1 MPH試驗(yàn)臺(tái)-主要測(cè)試儀器的安排
液壓油的潤(rùn)滑