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南京理工大學(xué)紫金學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
系：
機(jī)械工程系
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
設(shè)計(jì)(論文)題目：
同步液壓缸試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
起 迄 日 期:
2015年1月6 日 ~ 5 月 16 日
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn):
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)負(fù)責(zé)人:
摘 要
本文闡述了同步液壓缸試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)，主要對(duì)工作原理、結(jié)構(gòu)組成、參數(shù)計(jì)算等發(fā)面做了詳細(xì)的分析與研究，得出一套較為合適的方法來(lái)設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)。主要通過(guò)查閱相關(guān)資料，應(yīng)用相關(guān)公式，從而對(duì)油箱進(jìn)行選擇，然后來(lái)選擇液壓站的動(dòng)力裝置，確定電機(jī)與泵的安裝方式，最后在根據(jù)原理圖以及各項(xiàng)參數(shù)來(lái)進(jìn)行管路與管接頭的選擇，從而完成整個(gè)設(shè)計(jì)。
論文首先綜述了國(guó)內(nèi)外液壓技術(shù)的研究進(jìn)展及研究現(xiàn)狀、分析課題的研究背景、闡述課題研究的意義和內(nèi)容。然后重點(diǎn)從原理設(shè)計(jì)、各回路的功能分析與選擇入手，從而選擇液壓元件，計(jì)算其性能是否符合指標(biāo)，最后在校核溫升。
關(guān)鍵詞：液壓；基本回路；同步液壓缸試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)；試驗(yàn)臺(tái)
I
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
37
目 錄
1 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 題目背景 1
1.3 研究意義 1
1.4 國(guó)內(nèi)外研究近況 2
1.5 主要研究?jī)?nèi)容 3
2 總體設(shè)計(jì)方案 5
2.1 液壓傳動(dòng)綜述 5
2.1.1 液壓系統(tǒng)的組成 5
2.1.2 液壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 5
2.1.3 液壓傳動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì) 6
2.1.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及流程 8
2.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與部件選用 8
2.3 同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9
2.3.1 工況分析 9
2.3.2 擬定液壓原理圖 10
2.3.3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 12
2.3.4 對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算 16
2.3.5 液壓油的選擇 18
3 集成塊的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 20
3.1 集成塊的結(jié)構(gòu) 20
3.2 集成塊的設(shè)計(jì) 20
3.2.1 分析液壓系統(tǒng)，確定集成塊結(jié)構(gòu) 20
3.2.2 液壓元件的布局 20
3.2.3 確定油孔的位置與尺寸 21
3.2.4 繪制集成塊零件圖 21
4 液壓站的設(shè)計(jì) 22
4.1 液壓油箱的設(shè)計(jì) 22
4.1.1 液壓油箱有效容積的確定 22
4.1.2 液壓油箱的外形尺寸 22
4.1.3 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
4.2 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4.2.1 液壓泵的安裝方式 26
4.2.2 電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接方式 26
4.2.3 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 26
5 管路的設(shè)計(jì) 28
5.1 管路的選擇與布置 28
5.2 管路的連接 28
5.2.1 焊接式管接頭 28
5.2.2 卡套式管接頭 28
5.2.3 擴(kuò)口式管接頭 29
5.2.4 選擇管路連接方式 29
6 液壓站的組裝調(diào)試、使用維護(hù) 30
6.1 液壓站的組裝 30
6.2 液壓站的使用與檢查 31
6.2.1 使用的一般注意事項(xiàng) 31
6.2.2 試驗(yàn)臺(tái)的操作方法 31
6.2.3? 檢查 31
結(jié) 論 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
1 緒論
1 緒論
1.1 前言
液壓技術(shù)滲透到很多領(lǐng)域，不斷在民用工業(yè)、在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、塑料機(jī)械、農(nóng)林機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應(yīng)用和發(fā)展，而且發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制和檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)?，F(xiàn)今，采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。如發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動(dòng)線都采用了液壓傳動(dòng)技術(shù)。
液壓傳動(dòng)由于其具有傳動(dòng)功率大、易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，使得其在各類機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。
本文闡述了同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，主要對(duì)工作原理、結(jié)構(gòu)組成、參數(shù)計(jì)算等發(fā)面做了詳細(xì)的分析與研究，得出一套較為合適的方法來(lái)設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)。主要通過(guò)查閱相關(guān)資料，應(yīng)用相關(guān)公式，從而對(duì)油箱進(jìn)行選擇，然后來(lái)計(jì)算液壓站的動(dòng)力裝置，確定電機(jī)與泵的安裝方式，最后在根據(jù)原理圖以及各項(xiàng)參數(shù)來(lái)進(jìn)行管路與管接頭的選擇，從而完成整個(gè)設(shè)計(jì)。
論文首先綜述了國(guó)內(nèi)外液壓技術(shù)的研究進(jìn)展及研究現(xiàn)狀、分析課題的研究背景、闡述課題研究的意義和內(nèi)容。然后重點(diǎn)從原理設(shè)計(jì)、即從各回路的功能分析與選擇入手，在選擇液壓元件，計(jì)算其性能好壞，最后在校核溫升等指標(biāo)。
1.2 題目背景
液壓傳動(dòng)產(chǎn)品等在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的地位和作用十分重要。它的發(fā)展決定了機(jī)電產(chǎn)品性能的提高。它不僅能最大限度滿足機(jī)電產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)功能多樣化的必要條件，也是完成重大工程項(xiàng)目、重大技術(shù)裝備的基本保證，更是機(jī)電產(chǎn)品和重大工程項(xiàng)目和裝備可靠性的保證。所以說(shuō)液壓傳動(dòng)產(chǎn)品的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、尤其是工業(yè)自動(dòng)化不可缺少的重要手段。
本課題主要是設(shè)計(jì)一個(gè)同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)，熟悉和掌握它的組成、工作原理以及應(yīng)用，是分析、設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)，能更好的掌握基本回路并且對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的方法和步驟有了初步的理解和應(yīng)用。
1.3 研究意義
在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)液動(dòng)機(jī)在某一段動(dòng)作過(guò)程中或在特定條件下需要高壓但對(duì)流量的需要又不太大時(shí)，經(jīng)常采用低壓泵配以增壓缸組成的雙向液壓同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)來(lái)使液動(dòng)機(jī)獲得高壓。這樣既可減小功率損失，節(jié)省設(shè)備費(fèi)用，又可在無(wú)條件設(shè)計(jì)和制造高壓泵的情況下使液動(dòng)機(jī)同樣能高壓工作。這種回路在液壓壓力機(jī)以及生活的各個(gè)方面都有較為廣泛的應(yīng)用。
對(duì)于同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)對(duì)這個(gè)題目的原理圖的設(shè)計(jì)，可以讓我們熟悉液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序，了解并掌握液壓傳動(dòng)這門技術(shù)。通過(guò)液壓傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，可以掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序和基本方法?？傊ㄟ^(guò)本題目的設(shè)計(jì)，可以使我們四年所學(xué)課程得到一次較為全面的實(shí)踐鍛煉。
1.4 國(guó)內(nèi)外研究近況
液壓技術(shù)近幾年發(fā)展的速度是非常迅猛的，尤其在電子技術(shù)微機(jī)控制日益發(fā)展的今天，液壓技術(shù)已迅速滲入到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域確切地說(shuō)，液壓是電子和機(jī)械技術(shù)之間的一種技術(shù)，把傳動(dòng)和控制結(jié)合起來(lái)是液壓技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國(guó)對(duì)液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視世界液壓元件的總銷售額為350億美元據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各主要國(guó)家液壓工業(yè)銷售額占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的2%～3.5%，而我國(guó)只占1%左右，這充分說(shuō)明我國(guó)液壓技術(shù)使用率較低，努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。但是近年來(lái)，液壓氣動(dòng)技術(shù)面臨與機(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)的競(jìng)爭(zhēng)，如：數(shù)控機(jī)床中小型塑機(jī)已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動(dòng)其主要原因是液壓技術(shù)存在滲漏維護(hù)性差等缺點(diǎn)為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，注意和電子技術(shù)相結(jié)合，不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓氣動(dòng)技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓氣動(dòng)產(chǎn)品參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)是否取勝的關(guān)鍵。[1]
我國(guó)液壓產(chǎn)品有一定生產(chǎn)能力和技術(shù)水平的生產(chǎn)科研體系。尤其是近十年來(lái)基礎(chǔ)產(chǎn)品工業(yè)得到國(guó)家支持，裝備水平有所提高，目前已能生產(chǎn)品種規(guī)格齊全的產(chǎn)品，已能為汽車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床、塑機(jī)、冶金礦山、發(fā)電設(shè)備、石油化工、鐵路、船舶、港口、輕工、電子、醫(yī)藥以及國(guó)防工業(yè)提供品種基本齊全的產(chǎn)品。通過(guò)科研攻關(guān)和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在液壓伺服比例系統(tǒng)和元件等成果已用于生產(chǎn)。在產(chǎn)品CAD和CAT等方面已取得可喜的進(jìn)展，并得到廣泛應(yīng)用。并且在國(guó)內(nèi)建立了不少獨(dú)資、合資企業(yè)，在提高我國(guó)行業(yè)技術(shù)水平的同時(shí)，為主機(jī)提供了急需的高性能和高水平產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
雖然取得上述成果，但和目前國(guó)內(nèi)的需求和國(guó)外先進(jìn)水平相比還有較大差距。包括產(chǎn)品趨同化、構(gòu)成不合理，性能低、可靠性差，創(chuàng)新和自我開(kāi)發(fā)能力弱，自行設(shè)計(jì)水平低。
具體表現(xiàn)在產(chǎn)品水平、產(chǎn)品體系與市場(chǎng)需求存在較大的結(jié)構(gòu)性矛盾。中國(guó)的液壓市場(chǎng)很大，用戶對(duì)產(chǎn)品的要求各異，各種高品質(zhì)、高性能的液壓元件市場(chǎng)需求量很大。而大部分國(guó)內(nèi)企業(yè)所能提供的產(chǎn)品,無(wú)論在檔次上還是種類上，都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些需求。因此，在眾多低檔產(chǎn)品壓價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，不得不讓出一塊巨大的市場(chǎng)給國(guó)外產(chǎn)品。這表明，在市場(chǎng)豐富多樣的需求面前，國(guó)內(nèi)液壓行業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品體系的結(jié)構(gòu)性過(guò)剩與結(jié)構(gòu)性短缺兩個(gè)矛盾同時(shí)并存；也表明我們?cè)诋a(chǎn)品的多樣性、層次分布性和市場(chǎng)適應(yīng)性等方面亟待調(diào)整和改善。企業(yè)在產(chǎn)品更新、裝備改造等方面的投入能力不足。目前，我國(guó)大部份氣動(dòng)企業(yè)缺乏對(duì)產(chǎn)品及裝備進(jìn)行較大更新改造的能力，在高技術(shù)產(chǎn)品及專用生產(chǎn)檢測(cè)裝備的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和投入能力上尤為缺乏，因而也限制了企業(yè)在高技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展上取得大的突破，對(duì)縮短與國(guó)際先進(jìn)水平的差距帶來(lái)影響。當(dāng)然，投入資金只是個(gè)基礎(chǔ)條件 ，還必須有技術(shù)、人才等多方面的保障才行。
1.5 主要研究?jī)?nèi)容
設(shè)計(jì)內(nèi)容有：
a.液壓系統(tǒng)的原理圖
(1)采用何種形式的供油方式。
(2)確定調(diào)速方案和速度換接方法。
(3)如何完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)循環(huán)和順序動(dòng)作。
(4)系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向等要求。
b.液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件
(1)計(jì)算液壓缸的主要尺寸以及所需要的壓力和流量。
(2)計(jì)算液壓泵的工作壓力、流量和傳動(dòng)功率。
(3)選擇液壓泵和電動(dòng)機(jī)的類型和規(guī)格。
(4)選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)格。
c.外文翻譯
選擇相關(guān)的外文文獻(xiàn)并進(jìn)行翻譯。
d.液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算
液壓系統(tǒng)的元件選型完成后，要進(jìn)行壓力損失的及系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算。
e.繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件
設(shè)計(jì)的最后要整理出全部的圖紙和技術(shù)文件。正式工作圖一般包括液壓系統(tǒng)原理圖，液壓傳動(dòng)裝置裝配圖，主要零件的零件圖。技術(shù)文件一般包括：基本件、標(biāo)準(zhǔn)件、通用件及外購(gòu)件匯總表，液壓系統(tǒng)安裝和調(diào)試要求，設(shè)計(jì)說(shuō)明書等。
2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2 總體設(shè)計(jì)方案
2.1 液壓傳動(dòng)綜述
2.1.1 液壓系統(tǒng)的組成
液壓系統(tǒng)主要由以下五個(gè)主要部分來(lái)組成：
a.能源裝置：液壓泵。它將動(dòng)力部分（電動(dòng)機(jī)或其它遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。
b.執(zhí)行裝置：液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)）。通過(guò)它將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，推動(dòng)負(fù)載做功。
c.控制裝置：液壓閥。通過(guò)它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向，根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開(kāi)關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。
d.輔助裝置：油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開(kāi)關(guān)等.通過(guò)這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。
e.工作介質(zhì)：液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來(lái)傳遞能量或信息。
2.1.2 液壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
a.與機(jī)械傳動(dòng)和電氣拖動(dòng)系統(tǒng)相比，液壓傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)在相同的體積下，液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動(dòng)力。在同等功率的情況下，液壓執(zhí)行裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。由于液壓傳動(dòng)是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以克服長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)軸效率低的缺點(diǎn)。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機(jī)等重型工程機(jī)械上，已基本取代了老式的機(jī)械傳動(dòng)，不僅操作方便，而且外形美觀大方。[12]
(2)液壓傳動(dòng)裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動(dòng)機(jī)的12%～13%。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的重量指標(biāo)，目前是發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的十分之一，液壓泵和液壓馬達(dá)可小至0.0025N/W(牛/瓦),發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)則約為0.03N/W。
(3)可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1∶2000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。
(4)傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床中的磨床傳動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。
(5)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)——借助于設(shè)置溢流閥等，同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。
(6)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化——借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時(shí)，能很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙控。
b.液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：
(1)液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免地要有泄漏，同時(shí)，液體又不是絕對(duì)不可壓縮的，因此不宜在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合采用，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的內(nèi)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)。[13]
(2)液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等，故不宜于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。
(3)液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，油溫變化會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。因此，在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動(dòng)有一定的困難。
(4)為了減少泄露，液壓元件的制造精度要求高，因此，液壓元件的制造成本高，而且對(duì)油液的污染比較敏感。
(5)液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難，因此對(duì)維修人員提出了更高的要求，既要系統(tǒng)地掌握液壓傳動(dòng)的理論知識(shí)，又要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
(6)隨著高壓、高速、高效率和大流量化，液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增大，這也是要解決的問(wèn)題。
總之，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，隨著設(shè)計(jì)制造和使用水平的不斷提高，有些缺點(diǎn)正在逐步加以克服。液壓傳動(dòng)將日益完善，液壓技術(shù)與電子技術(shù)及其它傳動(dòng)方式的結(jié)合更是前途無(wú)量。
2.1.3 液壓傳動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)
由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高技術(shù)成果，如自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。[18]盡管如此，走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來(lái)的要求。綜合國(guó)內(nèi)外專家的意見(jiàn)，其主要的發(fā)展趨勢(shì)將集中在以下幾個(gè)方面：
a.減少能耗,充分利用能量
液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換方面，已取得很大進(jìn)展，但一直存在能量損耗，主要反映在系統(tǒng)的容積損失和機(jī)械損失上。如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率得到顯著提高。為減少壓力能的損失，必須解決下面幾個(gè)問(wèn)題：
(1)減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。主要表現(xiàn)在改進(jìn)元件內(nèi)部流道的壓力損失,采用集成化回路和鑄造流道,可減少管道損失,同時(shí)還可減少漏油損失。
(2)減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節(jié)流系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)流量和壓力。
(3)采用靜壓技術(shù)，新型密封材料，減少磨擦損失。
(4)發(fā)展小型化、輕量化、復(fù)合化、廣泛發(fā)展3通徑、4通徑電磁閥以及低功率電磁閥。
(5)改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。
(6)為及時(shí)維護(hù)液壓系統(tǒng)，防止污染對(duì)系統(tǒng)壽命和可靠性造成影響，必須發(fā)展新的污染檢測(cè)方法，對(duì)污染進(jìn)行在線測(cè)量，要及時(shí)調(diào)整，不允許滯后，以免由于處理不及時(shí)而造成損失。
b.主動(dòng)維護(hù)
液壓系統(tǒng)維護(hù)已從過(guò)去簡(jiǎn)單的故障拆修，發(fā)展到故障預(yù)測(cè)，即發(fā)現(xiàn)故障苗頭時(shí)，預(yù)先進(jìn)行維修，清除故障隱患，避免設(shè)備惡性事故的發(fā)展。
要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維護(hù)技術(shù)必須要加強(qiáng)液壓系統(tǒng)故障診斷方法的研究，當(dāng)前，憑有經(jīng)驗(yàn)的維修技術(shù)人員的感宮和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)看、聽(tīng)、觸、測(cè)等判斷找故障已不適于現(xiàn)代工業(yè)向大型化、連續(xù)化和現(xiàn)代化方向發(fā)展，必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強(qiáng)專家系統(tǒng)的研究，要總結(jié)專家的知識(shí),建立完整的、具有學(xué)習(xí)功能的專家知識(shí)庫(kù)，并利用計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的現(xiàn)象和知識(shí)庫(kù)中知識(shí)，用推理機(jī)中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高維修方案和預(yù)防措施。[17]要進(jìn)一步引發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，對(duì)于不同的液壓系統(tǒng)只需修改和增減少量的規(guī)則。
另外，還應(yīng)開(kāi)發(fā)液壓系統(tǒng)自補(bǔ)償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自潤(rùn)滑、自校正，在故障發(fā)生之前，進(jìn)市補(bǔ)償，這是液壓行業(yè)努力的方向。
c.機(jī)電一體化
電子技術(shù)和液壓傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的液壓傳協(xié)與控制技術(shù)增加了活力，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化可以提高工作可靠性，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，改變液壓系統(tǒng)效率低，漏油、維修性差等缺點(diǎn)，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)出力大、貫性小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),其主要發(fā)展動(dòng)向如下：
(1)電液伺服比例技術(shù)的應(yīng)用將不斷擴(kuò)大。液壓系統(tǒng)將由過(guò)去的電氣液壓on-oE系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng),為適應(yīng)上述發(fā)展,壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應(yīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算機(jī)接口也應(yīng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和兼容。
(2)發(fā)展和計(jì)算機(jī)直接接口的功耗為5mA以下電磁閥，以及用于脈寬調(diào)制系統(tǒng)的高頻電磁閥(小于3mS)等。
(3)液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油的污染等數(shù)值將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量和診斷,由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格降低,監(jiān)控系統(tǒng),包括集中監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)將得到發(fā)展。
(4)計(jì)算機(jī)仿真標(biāo)準(zhǔn)化，特別對(duì)高精度、“高級(jí)”系統(tǒng)更有此要求。
(5)由電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電子直接控制液壓泵，采用通用化控制機(jī)構(gòu)也是今后需要探討的問(wèn)題，液壓產(chǎn)品機(jī)電一體化現(xiàn)狀及發(fā)展。
2.1.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及流程
液壓的設(shè)計(jì)一般泛指液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)和工作原理而言，并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別。通常所說(shuō)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，皆指液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與主機(jī)的設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系的，當(dāng)從必要性、可行性和經(jīng)濟(jì)性幾方面對(duì)機(jī)械、電氣、液壓和氣動(dòng)等傳動(dòng)形式進(jìn)行全面比較和論證，決定應(yīng)用液壓傳動(dòng)之后，二者往往同時(shí)進(jìn)行。所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)首先應(yīng)滿足主機(jī)的拖動(dòng)、循環(huán)要求，其次還應(yīng)符合結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)單、體積小重量輕、工作安全可靠、
總體看來(lái)，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程是：
a.明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
b.分析系統(tǒng)工況
c.確定主要參數(shù)
d.擬定液壓系統(tǒng)原理圖
e.選擇液壓元件
f.驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能
g.繪制工作圖編織技術(shù)文件。
2.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與部件選用
（1）試運(yùn)轉(zhuǎn)：調(diào)整系統(tǒng)壓力，使被試缸能在無(wú)負(fù)載工況下啟動(dòng)，斌全程往復(fù)數(shù)
次，排盡缸內(nèi)空氣。
（2）啟動(dòng)壓力特性試驗(yàn)：試運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)案后，在無(wú)負(fù)載工況下，調(diào)整溢流閥，事物
感強(qiáng)壓力逐漸升高，至液壓缸啟動(dòng)時(shí)，記錄下啟動(dòng)壓力即為最低壓力。
（3）耐壓試驗(yàn)：將被試缸活塞分別停在缸兩端，分別向工作腔輸入公稱壓力的
1.5 倍的油液，保壓 2min 以上。
（4）耐久性試驗(yàn)：在額定壓力下，將被試缸以設(shè)計(jì)要求最高速度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，速
度誤差上下 10%，一次連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 8h 以上，在試驗(yàn)期間，被試缸的零件均不得進(jìn)
行調(diào)整。記錄累計(jì)行程。
（5）泄漏試驗(yàn)：a.內(nèi)泄漏：在被試缸工作腔輸入公稱壓力的油液，測(cè)定經(jīng)活塞
泄至未加壓腔的泄漏量。
b.外泄漏：進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)量活塞桿密封處的泄漏量，各
結(jié)合面處不得有滲漏現(xiàn)象。
（6）緩沖試驗(yàn)：將被試液壓缸的緩沖閥全部松開(kāi)，調(diào)節(jié)被試液壓缸試驗(yàn)壓力為
公稱壓力的 50%，以設(shè)計(jì)最高速度運(yùn)行，檢測(cè)在運(yùn)行至緩沖閥全部關(guān)閉時(shí)的緩沖
效果。
（7）負(fù)載效率：將測(cè)力計(jì)裝在被試液壓缸活塞桿上，保持被試缸勻速運(yùn)行，計(jì)
算出在不同壓力下負(fù)載效率，并繪制負(fù)載效率曲線。
（8）高溫試驗(yàn)：在額定壓力下，將被試缸輸入溫度為 90 度的油液正常工作一
小時(shí)。
（9）行程檢驗(yàn)：將被試液壓缸活塞或柱塞停在兩端極限位置測(cè)量其行程長(zhǎng)度。
2.3 同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.3.1 工況分析
課題內(nèi)容：
設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由液壓站，同步油缸，電控柜等組成。要求明確主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，分析液壓系統(tǒng)工況，合理選擇液壓元件和主要參數(shù)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并擬定液壓系統(tǒng)草圖，進(jìn)行液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫。
技術(shù)要求：
1、液壓系統(tǒng)最高工作壓力：8 Mpa
2、液壓系統(tǒng)額定流量：32 L／min
3、液壓系統(tǒng)電機(jī)功率：11 KW
4、油缸缸徑φ40 mm，活塞桿徑φ28 mm，工作行程200 mm
2.3.2 擬定液壓原理圖
(1)確定液壓泵類型
葉片泵具有流量均勻，壓力脈動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，而排量較大等優(yōu)點(diǎn)。在工程機(jī)械、船舶、壓鑄及冶金設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。
工作原理主要是當(dāng)葉片泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在離心力和壓力油的作用下，尖部緊貼在定子內(nèi)表面上。這樣兩個(gè)葉片與轉(zhuǎn)子和定子內(nèi)表面所構(gòu)成的工作容積，先由小到大吸油后再由大到小排油，葉片旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，完成兩次吸油與排油。
單作用葉片泵轉(zhuǎn)自每轉(zhuǎn)一周，吸、壓油各一次，故稱為單作用。
這次所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)要求壓力不高，單作用泵可以滿足回路要求，故選用單作用葉片泵。
(2)自動(dòng)換向的實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向功能，在增壓器的兩端增加兩細(xì)桿，當(dāng)增壓器向左或向右運(yùn)動(dòng)到頭時(shí)，可觸碰提前安置好的程控開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)控制換向閥9，當(dāng)一端行程完成，觸控開(kāi)關(guān)，換向后繼續(xù)另一邊的行程，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)雙向自動(dòng)換向同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能。
當(dāng)工作缸7向左運(yùn)動(dòng)到一半，觸碰到程控開(kāi)關(guān)19后，換向閥23切換到終止，先導(dǎo)型溢流閥22的遙控口被切斷，負(fù)載由溢流閥24設(shè)定的2MPa提升到閥22設(shè)定的6MPa。主油路開(kāi)始通過(guò)開(kāi)啟順序閥8進(jìn)入同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)，壓力經(jīng)過(guò)增壓器10逐漸升高，增壓器活塞不論向左或向右運(yùn)動(dòng)，均能輸出高壓油，只要通過(guò)不斷觸碰程控開(kāi)關(guān)15和16，換向閥9就能不斷切換不斷切換，增壓器10就能持續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，高壓油就連續(xù)經(jīng)單向閥11或14進(jìn)入工作缸7右腔，此時(shí)單向閥12或13有效地隔開(kāi)了增壓器的高低壓油路。工作缸7向右運(yùn)動(dòng)時(shí)同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)不起作用。這樣，壓力增大到6MPa后就可以繼續(xù)推動(dòng)負(fù)載缸進(jìn)行剩下另一半行程的完成了。
圖2.2 完整液壓系統(tǒng)原理圖
1.油箱2.濾油器3.油泵4.溢流閥5,25.M型三位四通換向閥
6.液控單向閥 7,20.油缸8.順序閥9.換向閥10.增壓缸11,12,13,14,21.單向閥
15,16,19.程控開(kāi)關(guān) 17,18.撞塊 22.先導(dǎo)型溢流閥 23.兩位兩通電磁閥24.遠(yuǎn)程調(diào)壓閥
a.自動(dòng)換向的實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向功能，在增壓器的兩端增加兩細(xì)桿，當(dāng)增壓器向左或向右運(yùn)動(dòng)到頭時(shí)，可觸碰提前安置好的程控開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)控制換向閥9，當(dāng)一端行程完成，觸控開(kāi)關(guān)，換向后繼續(xù)另一邊的行程，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)雙向自動(dòng)換向同步液壓缸實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能。
b.負(fù)載增加的實(shí)現(xiàn)
在工作缸7的左端加一個(gè)支路作為負(fù)載，當(dāng)實(shí)驗(yàn)前，帶遙控口的先導(dǎo)型溢流閥22通過(guò)兩位兩通換向閥與遠(yuǎn)程調(diào)壓閥24相連。遠(yuǎn)程調(diào)壓閥壓力24壓力小于溢流閥22壓力。在輸出缸7的右側(cè)增加一個(gè)負(fù)載缸20，兩缸頭各裝有撞塊17，18。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，換向閥23接通左位，此時(shí)溢流閥22的開(kāi)啟壓力為24的調(diào)定壓力。這樣回路開(kāi)始工作不經(jīng)過(guò)增壓器10就可以將負(fù)載缸20推動(dòng)，當(dāng)推到行程的1/2時(shí)，負(fù)載缸20上的撞塊18碰到程控開(kāi)關(guān)19，使得換向閥24變成右位。此時(shí)閥22的壓力變成自身的調(diào)定壓力，負(fù)載增大。這樣回路不得不經(jīng)過(guò)增壓缸10進(jìn)行油液的增壓方可推動(dòng)負(fù)載，直到負(fù)載缸20走滿行程，完成一次實(shí)驗(yàn)過(guò)程。
2.3.3 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件
a.液壓缸的主要尺寸確定
(1)工作壓力P得確定
有增壓前和增壓后兩種工作狀態(tài)。按照回路承受的最高壓力計(jì)算工作壓力，應(yīng)為增壓后壓力6MPa。
表2.2液壓設(shè)備常用得工作壓力
設(shè)備類型
機(jī)床
農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械
液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合機(jī)床
龍門刨床
拉床
工作壓力（MPa）
0.8-2.0
3-5
2-8
8-10
10-16
20-32
(2)確定缸的基本尺寸
油缸缸徑φ40 mm，活塞桿徑φ28 mm，工作行程200 mm
根據(jù)表2.3以及液壓缸內(nèi)徑尺寸系列與活塞桿直徑系列推薦的優(yōu)選尺寸，選擇缸的尺寸。。加載缸結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。
表2.3液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d之間的關(guān)系
按機(jī)床類型選取d/D
按液壓缸工作壓力選取d/D
機(jī)床類別
d/D
工作壓力p/（MPa）
d/D
磨床及研磨機(jī)床
0.2~0.3
<2
0.2~0.3
插床、拉床、刨床
0.5
>2~5
0.5~0.58
鉆、鏜、車、銑、床
0.7
>5~7
0.62~0.70
其他
—
<7
0.7
(2.1)
(2.2)
圖2.4 加載缸
進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算，要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積，必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積，即。按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸得最小穩(wěn)定速度，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量；
(2.3)
本例中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔得實(shí)際面積，可見(jiàn)上述不等式能滿足液壓缸能達(dá)到所需得最低速度。
c.計(jì)算在各工作階段液壓缸所需得流量
(2.4)
(2.5)
(1)泵的工作壓力確定，考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定得壓力損失，所以泵得工作壓力為：
(2.6)
式中，為液壓泵最大工作壓力；執(zhí)行元件最大工作壓力；進(jìn)油管路中得壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2-0.5MPa,復(fù)雜系統(tǒng)可取0.5-1.5MP,故泵系統(tǒng)取0.5MPa。
(2.7)
上述計(jì)算所得得為系統(tǒng)得靜壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況得過(guò)度階段出現(xiàn)得動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到一定得壓力儲(chǔ)藏量，并確保泵得壽命，因次選泵得額定壓力應(yīng)滿足。中低壓系統(tǒng)取最小值、高壓系統(tǒng)取最大值，在本文中，
(2)選擇液壓泵的規(guī)格
泵流量的確定，液壓泵最大流量為：
(2.8)
式中, 為液壓泵得最大流量
為同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和得最大值。如果這時(shí)溢
流閥正在工作，尚需加溢流閥得最小溢流量2-3L/min.
系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取=1.1-1.3，現(xiàn)取=1.1
(2.9)
根據(jù)以上數(shù)字查閱產(chǎn)品目錄選用YB1-20型單葉片片泵，該泵的額定壓力為6.3MPa，額定轉(zhuǎn)速為960r/min。
(3)與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定
分別計(jì)算出快進(jìn)和工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，去較大值作為選擇電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的摩擦力為5000N，僅有路壓力損失為0.3MPa。
(2.10)
電動(dòng)機(jī)的功率P為：
(2.11)
表2.4液壓泵的總效率
液壓泵類型
齒輪泵
葉片泵
柱塞泵
螺桿泵
總效率
0.6-0.7
0.6-0.75
0.8-0.85
0.65-0.8
查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本可查，選用Y160M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率是11KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。
(4)液壓控制閥和部分液壓輔助元件選擇。
本液壓系統(tǒng)采用GE系列的閥，根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過(guò)各液壓控制閥及部
分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇元件型號(hào)規(guī)格如下表：
表2.5 液壓元件明細(xì)表
序號(hào)
名稱
最大通過(guò)流量（L/min）
型號(hào)
1
電動(dòng)機(jī)
Y160M-4
2
單葉片油泵
56.3
YB1-20
3
單向閥
56.3
AF3-10B
4
三位四通換向閥
25.4
34F3-10B
5
二位二通換向閥
25.4
22F3-10B
6
液控單向閥
1.23
YAF3-E10B
7
順序閥
50
XF3-10B
8
溢流閥
6.3
YF3-10B
9
濾油器
56.3
XU-J63X
c.確定管道尺寸
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，也可接管路允許流速進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)主油路流量為增壓前流量q=40L/min，壓油管的允許流速取v＝4m/s，則內(nèi)徑d為
(2.12)
若系統(tǒng)主油路流量按增壓后取q=32L/min,則可算得油管內(nèi)徑d=12.65mm.
查表JB827-66,同時(shí)考慮制作方便，油管選用內(nèi)徑為13 mm ，外徑為14mm的10號(hào)冷拔無(wú)縫鋼管。其它油管可直接接所連接的液壓元、輔件的接口尺寸決定其管徑大小。
表2.6油管中的允許流速
油液流經(jīng)油管
吸油管
高壓管
回油管
短管及局部收縮處
允許流速（m/s）
0.5~1.5
2.5~5
1.5~2.5
5~7
表2.7安全系數(shù)（鋼管）
管內(nèi)最高工作壓力（MPa）
<7
7~17.5
17.5
安全系數(shù)
8
6
4
d.液壓油箱容積的確定
中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5～7倍，現(xiàn)選用容量為200L的油箱。
2.3.4 對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算
a.壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整
(1)增壓后的壓力損失驗(yàn)算
增壓前管路中的流量?jī)H為7.66L/min，因此流速很小所以沿程壓力損失和局部壓力損失都很小，比起增壓前來(lái)說(shuō)比較小，可以忽略不計(jì)。這時(shí)進(jìn)油路上只考慮調(diào)速閥的壓力損失，小流量泵的調(diào)整壓力應(yīng)等于工進(jìn)時(shí)液壓缸的工作壓力加上進(jìn)油路壓差，則。
(2)增壓前的壓力損失驗(yàn)算
在增壓前，其壓力損失要比增壓后大，因此必須計(jì)算快進(jìn)油路與回油路壓力損失，以便確定泵的卸載壓力。
進(jìn)油路和回油路管的長(zhǎng)度均為,油管內(nèi)徑d=13mm。通過(guò)的流量為進(jìn)油路，回油路。液壓系統(tǒng)選用N32號(hào)液壓油，考慮最低工作溫度為，由手冊(cè)查出此時(shí)油的運(yùn)動(dòng)粘度,油的密度。
1)確定油流的流動(dòng)狀態(tài)
(2.13)
式中 為平均速度
為油管內(nèi)徑
為油的運(yùn)動(dòng)粘度
為通過(guò)的流量
則進(jìn)油路中液流的雷諾數(shù)是
＜ (2.14)
回油路中液流的雷諾數(shù)是
＜ (2.15)
由上可知，進(jìn)回油路中的流動(dòng)都是層流。
2)沿程壓力損失
在進(jìn)油路上，流速則壓力損失為
(2.16)
在回油路上，流速則壓力損失為
(2.17)
3)局部壓力損失
表2.8閥類元件局部發(fā)力損失
元件名稱
額定流量
實(shí)際通過(guò)的流量
額定壓力損失
實(shí)際壓力損失
單向閥
25
16
2
0.82
三位四通電磁閥
63
32
4
1.03
兩位三通電磁閥
63
32
4
1.03
若取進(jìn)油路的壓力損失，回油路壓力損失則進(jìn)油路和回油路總的壓力損失為
(2.18)
(2.19)
(2.20)
因此，泵卸載閥的調(diào)整壓力應(yīng)大于。
從以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，各種工況下的實(shí)際壓力損失都小于初選的壓力損失值，而且比較接近，說(shuō)明液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)、元件的參數(shù)是合理的，滿足要求。
b.液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升校核
在整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中，增壓階段占用時(shí)間最長(zhǎng)，所以系統(tǒng)的發(fā)熱主要是在增壓時(shí)的，故按增壓時(shí)驗(yàn)算系統(tǒng)溫升。
液壓泵的輸入功率，此時(shí)泵的效率為0.2,泵的出口壓力為，
液壓缸的輸出功率
(2.21)
系統(tǒng)的總發(fā)熱動(dòng)率為：
(2.22)
已知油箱容積，則有相近似散熱面積為
(2.23)
假設(shè)通風(fēng)良好，取油箱散熱系數(shù)，則可得油液溫升為
(2.24)
設(shè)環(huán)境溫度，則熱平衡溫度為
(2.25)
所以油箱散熱基本可以達(dá)到要求。
2.3.5 液壓油的選擇
液壓油是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作介質(zhì)，又是液壓元件的潤(rùn)滑劑。液壓油分為礦油型、乳化型和合成型三大類。
液體流動(dòng)時(shí)，流層之間的內(nèi)部摩擦力稱為液體的粘性。表示粘性大小的量稱為粘度。它是選擇用油的主要指標(biāo)。常用動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度及相對(duì)粘度來(lái)表示。目前我國(guó)主要采用運(yùn)動(dòng)粘度。
液壓油應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼扯?，良好的粘溫特性，良好的?rùn)滑性，能抗氧化、無(wú)腐蝕作用，抗燃燒，不易乳化，不破壞密封材料，無(wú)毒，有一定的消泡能力。
選擇液壓油時(shí)，應(yīng)根據(jù)泵的種類、工作溫度、系統(tǒng)壓力等，確定適用粘度范圍，再選擇合適的液壓油品種。
本系統(tǒng)選用L-HL46液壓油。要綜合考慮液壓油的價(jià)格、使用壽命、以及液壓系統(tǒng)和維護(hù)、安全運(yùn)行周期等情況，著眼于經(jīng)濟(jì)效益好的。[17]
3 集成塊的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
3.1 集成塊的結(jié)構(gòu)
集成塊是蓋在試驗(yàn)臺(tái)表面的面板。其正面需要直接與各類液壓元件相連，背面要求與油管相連。結(jié)構(gòu)以20mm的鋼板為主，在上面分布的是各種螺孔與通孔，用來(lái)安裝各個(gè)液壓元件。
集成塊的安裝固定也是重要的。油路板一般采用框架固定，要求安裝、維修和檢測(cè)方便。它可安裝固定在機(jī)床上或機(jī)床附屬設(shè)備上，但比較方便的是安裝在液壓站上。本次采用螺栓直接固定在用角鋼焊接而成試驗(yàn)臺(tái)支架上。這種設(shè)計(jì)裝卸方面，符合試驗(yàn)臺(tái)要求。
3.2 集成塊的設(shè)計(jì)
3.2.1 分析液壓系統(tǒng)，確定集成塊結(jié)構(gòu)
本次試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)都采用的是用管接頭來(lái)連接液壓閥與管道，選用的是卡套式管接頭。這就要求面板的一端連接閥底部有空，另一端設(shè)計(jì)成螺紋孔以便與管接頭相連。本次采用的是14mm外徑的鋼管來(lái)作為油管，管接頭將采用卡套式直通管接頭，然后連接油管。
3.2.2 液壓元件的布局
繪出面板平面尺寸，把制作好的液壓元件樣板放在面板上進(jìn)行布局，此時(shí)要注意：
(1)液壓閥閥芯應(yīng)處于水平位置，防止閥芯自重影響液壓閥的靈敏度，特別是換向閥一定要水平布置。
(2)與液壓油路板上主液壓油路相同的液壓元件，其相應(yīng)的油口應(yīng)盡量要沿同一坐標(biāo)布置。
(3)壓力表開(kāi)關(guān)布置在最上方，如果需要在液壓元件之間布置，則應(yīng)留足壓力表的安裝空間。
(4)液壓元件之間的距離應(yīng)大于5mm，換向閥上的電磁鐵、壓力閥的先導(dǎo)閥以及壓力表等可伸到面板的輪廓外。、
根據(jù)以上準(zhǔn)則，布局出各個(gè)閥類的位置，然后就可以在是集成塊上根據(jù)液壓元件的要求布局各個(gè)孔的位置以及尺寸了。
3.2.3 確定油孔的位置與尺寸
集成塊的正面用來(lái)安裝液壓元件。上面布置有液壓元件固定螺孔、油路板固定孔和液壓元件的油孔。當(dāng)液壓元件布置完畢后，基本位置就確定了。
液壓油路背面，設(shè)計(jì)有與執(zhí)行元件連接的油孔、與液壓泵連接的壓力油孔以及與液壓油箱連接的回油孔。此類液壓油孔可加工成米制細(xì)牙螺紋或者英制管螺紋孔。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各個(gè)孔間的干涉問(wèn)題。采用的方法是可以把油路板設(shè)計(jì)成偏心油孔，只要兩孔有公共部分即可保證油路的暢通。
3.2.4 繪制集成塊零件圖
集成塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用多個(gè)視圖表達(dá)，主視圖表示液壓元件安裝固定的位置、液壓元件進(jìn)出油口位置和大小，后視圖表示各油管接頭位置和尺寸。圖2.5為集成塊的主視圖。
圖3.1 集成塊
4 液壓站的設(shè)計(jì)
4 液壓站的設(shè)計(jì)
4.1 液壓油箱的設(shè)計(jì)
液壓油箱的作用是貯存液壓油、分離液壓油中雜質(zhì)和空氣，同時(shí)還起到散熱的作用。
4.1.1 液壓油箱有效容積的確定
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。液壓油箱的有效容量V可概略地確定為：
在低壓系統(tǒng)中p<2.5MPa可取：
(4.1)
在中壓系統(tǒng)中p<6.3MPa可?。?
(4.2)
在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中p>6.3MPa可?。?
(4.3)
式中 V——液壓油箱有效容量；
——液壓泵額定流量。
在本課題中，
應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會(huì)因策略作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中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%?！?
根據(jù)設(shè)計(jì)條件，本試驗(yàn)臺(tái)屬于中壓系統(tǒng)，油箱有效容積取200L?！ ?
4.1.2 液壓油箱的外形尺寸
表4.1BEX系列液壓油箱外形尺寸
尺寸（mm）
型號(hào)
A
b
c
BEX－63A
550
450
600
BEX－100
700
500
600
BEX－160
800
600
660
BEX－250
1000
650
680
BEX-1000
1800
1100
800
液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長(zhǎng)：寬：高）為1：1：1～1：2：3。為提高冷卻效率，在安裝位置不受時(shí)，可將液壓油箱的容量予以增大。如果所設(shè)計(jì)的液壓油箱能滿足下列尺寸的要求，則可以從中選擇一種。由于我國(guó)液壓油箱還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本文只介紹其中的一種。
此次選用的油箱型號(hào)為BEX-63A，可滿足設(shè)計(jì)所需要求。設(shè)計(jì)圖如4.1所示。
圖4.1 油箱主視圖
4.1.3 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在一般設(shè)備中，液壓油箱多采用鋼板焊接的分離式液壓油箱。
(1)吸油管與回油管
1)油管出口
回油管的出口形式有直口、斜口、彎管直口、帶擴(kuò)散器的出口等幾種型式，斜口應(yīng)用得較多，一般為45°C斜口。為了防止液面波動(dòng)，可以在回油管出口裝擴(kuò)散器。回油管必須旋轉(zhuǎn)在液面以下，一般距液壓油箱底面的距離大于300mm，回油管出口絕對(duì)不允許放在液面以上。
2)回油集管
單獨(dú)設(shè)置回油管當(dāng)然是理想的，但不得已時(shí)則應(yīng)使用回油集管。對(duì)溢流閥、順序閥等，應(yīng)注意合理設(shè)計(jì)回油集管，不要人為地施以背壓。
3)泄漏油管的配置
管子直徑和長(zhǎng)度要適當(dāng)，管口應(yīng)在液面之上，以避免產(chǎn)生背壓。泄漏油管以單獨(dú)配管為好，盡量避免與回油管集流配管的方法。
4)吸油管
吸油管前一般應(yīng)設(shè)置濾油器，其精度為100～200目的網(wǎng)式或線隙式濾油器。濾油器要有足夠的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離就不小于20mm。吸油管應(yīng)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，要綜合考慮隔板、吸油管和回油管的配置，盡量把吸油管和回油管用隔板開(kāi)。為了不使回油管的壓力波動(dòng)波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向應(yīng)一致，而不是相對(duì)著。
(2)防止雜質(zhì)侵入
為了防止液壓油被污染，液壓油箱應(yīng)做成完全密封型的。在結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1)不要將配管簡(jiǎn)單地插入液壓油箱，這樣空氣、雜質(zhì)和水分等便會(huì)從其周圍的間隙侵入。同時(shí)應(yīng)盡量避免將液壓泵及馬達(dá)直接裝在液壓油箱頂蓋上。
2)在接合面上需襯入密封填料、密封膠和液態(tài)密封膠，以保證可靠的氣密性。例如，液壓油箱的上蓋可直接焊上，也可加密封墊（1.5mm厚以上的耐油密封墊）進(jìn)行密封。
3)為保證液壓油箱通大氣并凈化抽吸空氣，需配備空氣濾清器?？諝鉃V清器常設(shè)計(jì)成既能過(guò)濾空氣又能加油的結(jié)構(gòu)。
(3)頂蓋及清洗孔
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。液壓油箱同它們的接合面要平整光滑，將密封填料、耐油橡膠密封圈（厚2~1.5mm左右）以及液態(tài)密封膠（耐油性、半干燥性）襯入其間，以防雜質(zhì)、水和空氣侵入，并防止漏油。同時(shí)，不允許由閥和管道泄漏在箱蓋上的液壓油流回液壓油箱內(nèi)。液壓泵及液壓馬達(dá)的底座要與上頂蓋分開(kāi)，另行制做。如圖4.1所示。
圖4.1 油箱頂蓋
2)清洗孔
液壓油箱上的清洗孔，應(yīng)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。
3)雜質(zhì)和污油的排放
為了便于排放污油，液壓油箱底部應(yīng)做成傾斜式箱底，并將放油塞安放在最低處。
(4)液壓油箱的防銹
為了防止液壓油箱內(nèi)部生銹，應(yīng)在油箱內(nèi)壁涂耐油防銹涂料。
(5)液壓油箱的加熱與冷卻
為提高液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，應(yīng)使系統(tǒng)在適宜的油溫度下工作。液壓油溫度一般希望保持在30°C～50°C范圍內(nèi)，最高不超過(guò)60°C，最低不低于15°C。
1)加熱
寒冷地區(qū)因溫度低，液壓泵走動(dòng)困難，需首先加熱。工廠中常用型油用管狀電加熱器。
2)冷卻
液壓系統(tǒng)工作時(shí)，因各種損失，有時(shí)使液壓油液產(chǎn)生大量的熱量，直接影響系統(tǒng)的正常工作，這些熱量單憑一般的液壓油箱散發(fā)是不夠的。因此，需設(shè)置冷卻設(shè)備。液壓系統(tǒng)中冷卻器的常用冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種。
4.2 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.2.1 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)電動(dòng)機(jī)及其聯(lián)軸器等。其安裝方式分為立式和臥式兩種。
本次設(shè)計(jì)采用的是臥式安裝。液壓泵及掛到都安裝在液壓油箱外面，安裝維修方便，散熱條件好。符合試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的要求。
圖4.2 液壓泵的臥式安裝
4.2.2 電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接方式
電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接方式分為法蘭式、支架式和支架法蘭式。
為避免安裝時(shí)產(chǎn)生同軸度誤差帶來(lái)的不良影響，常采用帶有彈性的聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器可以選用零件手冊(cè)中的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，也可自行設(shè)計(jì)。為增加電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接剛性，避免產(chǎn)生共振，可以把液壓泵和電動(dòng)機(jī)先裝在剛性較好的底板上使其成為一體，然后底板加墊再裝到液壓油箱蓋上。
此次設(shè)計(jì)采用的是支架式安裝，采用凸緣聯(lián)軸器把泵和電機(jī)相連。
4.2.3 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
(1)液壓裝置中各部件、元件的布置要均勻、便于裝配、調(diào)整、維修和使用，并且要適當(dāng)?shù)刈⒁馔庥^的整齊和美觀。
(2)液壓泵與電動(dòng)機(jī)可裝在液壓油箱的蓋上，也可裝在液壓油箱之處，主要考慮液壓油箱的大小與剛度。
(3)在閥類元件的布置中，行程閥的安放位置必須靠近運(yùn)動(dòng)部件。手動(dòng)換向閥的位置必須靠近部位。換向閥之間在留有一定的軸向距離，以便進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整或裝拆電磁鐵。壓力表及其形狀應(yīng)布置在便于觀察和調(diào)整的地方。
(4)液壓泵與機(jī)床相聯(lián)的管道一般都先集中接到機(jī)床的中間接頭上，然后再分別通向不同部件的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去，這樣做有利于搬運(yùn)、裝拆和維修。
(5)硬管應(yīng)貼地或沿著機(jī)床外形壁面敷設(shè)。相互平等的管道應(yīng)保持一定的間隔，并用管夾固定。隨工作部件運(yùn)動(dòng)的管道可采用軟管、伸縮管或彈性管。軟管安裝時(shí)應(yīng)避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)，以名影響使用壽命。
綜上所述，設(shè)計(jì)采用液壓泵臥式安裝；電動(dòng)機(jī)與泵的連接采用支架式連接。以滿足液壓站易維護(hù)、易保養(yǎng)的要求。
5 液壓站的結(jié)構(gòu)總成
5 管路的設(shè)計(jì)
在完成以上選擇后，進(jìn)入到管路階段。
5.1 管路的選擇與布置
對(duì)于具有不同管路長(zhǎng)度的剛性連接，一般使用鋼管。鋼管能承受較高壓力，廉價(jià)。
表5.1 管材特點(diǎn)和用途
管材
特點(diǎn)
用途
鋼管
尺寸精度高、表面光潔
各類液壓設(shè)備
銅管
起油液氧化催化劑作用、擴(kuò)口是易砷作硬化、耐振性差
低壓固定用途
鋁管
易彎管、易擴(kuò)口
低壓液壓系統(tǒng)
根據(jù)本次試驗(yàn)臺(tái)的回路流量、壓力以及多方面的綜合考慮，采用外徑14mm的鋼管。在第二章已通過(guò)計(jì)算。
5.2 管路的連接
可拆連接可以重復(fù)使用，所用的連接件有管接頭、法蘭、底板之類，也可以不用連接件而把管子與元件直接連接。管子連接的種類有螺紋式，接頭式、法蘭式、擴(kuò)口試、壓縮套式、卡套式。
5.2.1