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內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）1第一章 液壓傳動的發(fā)展概況1.1 發(fā)展歷程我國液壓（含液力，下同） 、氣動和密封件工業(yè)發(fā)展歷程，大致可分為三個階段，即：20 世紀 50 年代初到 60 年代初為起步階段；60~70 年代為專業(yè)化生產體系成長階段；80~90 年代為快速發(fā)展階段。其中，液壓工業(yè)于 50 年代初從機床行業(yè)生產仿蘇的磨床、拉床、仿形車床等液壓傳動起步，液壓元件由機床廠的液壓車間生產，自產自用。進入 60 年代后，液壓技術的應用從機床逐漸推廣到農業(yè)機械和工程機械等領域，原來附屬于主機廠的液壓車間有的獨立出來，成為液壓件專業(yè)生產廠。到了 60 年代末、70 年代初，隨著生產機械化的發(fā)展，特別是在為第二汽車制造廠等提供高效、自動化設備的帶動下，液壓元件制造業(yè)出現(xiàn)了迅速發(fā)展的局面，一批中小企業(yè)也成為液壓件專業(yè)制造廠。1968 年中國液壓元件年產量已接近20 萬件；1973 年在機床、農機、工程機械等行業(yè)，生產液壓件的專業(yè)廠已發(fā)展到100 余家，年產量超過 100 萬件，一個獨立的液壓件制造業(yè)已初步形成。這時，液壓件產品已從仿蘇產品發(fā)展為引進技術與自行設計相結合的產品，壓力向中、高壓發(fā)展，并開發(fā)了電液伺服閥及系統(tǒng)，液壓應用領域進一步擴大。氣動工業(yè)的起步比液壓稍晚幾年，到 1967 年開始建立氣動元件專業(yè)廠，氣動元件才作為商品生產和銷售。含橡塑密封、機械密封和柔性石墨密封的密封件工業(yè)，50 年代初從生產普通 O 型圈、油封等擠壓橡塑密封和石棉密封制品起步，到 60 年代初，開始研制生產機械密封和柔性石墨密封等制品。70 年代，在原燃化部、一機部、農機部所屬系統(tǒng)內，一批專業(yè)生產廠相繼成立，并正式形成行業(yè)，為密封件工業(yè)的發(fā)展成長奠定了基礎。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）2進入 80 年代，在國家改革開放的方針指引下，隨著機械工業(yè)的發(fā)展，基礎件滯后于主機的矛盾日益突出，并引起各有關部門的重視。為此，原一機部于 1982年組建了通用基礎件工業(yè)局，將原有分散在機床、農業(yè)機械、工程機械等行業(yè)歸口的液壓、氣動和密封件專業(yè)廠，統(tǒng)一劃歸通用基礎件局管理，從而使該行業(yè)在規(guī)劃、投資、引進技術和科研開發(fā)等方面得到基礎件局的指導和支持。從此進入了快速發(fā)展期，先后引進了 60 余項國外先進技術，其中液壓 40 余項、氣動 7 項，經消化吸收和技術改造，現(xiàn)均已批量生產，并成為行業(yè)的主導產品。近年來，行業(yè)加大了技術改造力度，1991~1998 年國家、地方和企業(yè)自籌資金總投入共約 20 多億元，其中液壓 16 億多元。經過技術改造和技術攻關，一批主要企業(yè)技術水平進一步提高，工藝裝備得到很大改善，為形成高起點、專業(yè)化、批量生產打下了良好基礎。近幾年，在國家多種所有制共同發(fā)展的方針指引下，不同所有制的中小企業(yè)迅猛崛起，呈現(xiàn)出勃勃生機。隨著國家進一步開放，三資企業(yè)迅速發(fā)展，對提高行業(yè)水平和擴大出口起著重要作用。目前我國已和美國、日本、德國等國著名廠商合資或由外國廠商獨資建立了柱塞泵/馬達、行星減速機、轉向器、液壓控制閥、液壓系統(tǒng)、靜液壓傳動裝置、液壓件鑄造、氣動控制閥、氣缸、氣源處理三聯(lián)件、機械密封、橡塑密封等類產品生產企業(yè) 50 多家，引進外資 2 億多美元。1.2 目前狀況1.2.1 基本概況經過 40 多年的努力，我國液壓、氣動和密封件行業(yè)已形成了一個門類比較齊全，有一定生產能力和技術水平的工業(yè)體系。據(jù) 1995 年全國第三次工業(yè)普查統(tǒng)計，我國液壓、氣動和密封件工業(yè)鄉(xiāng)及鄉(xiāng)以上年銷售收入在 100 萬元以上的國營、村辦、內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）3私營、合作經營、個體、 “三資”等企業(yè)共有 1300 余家，其中液壓約 700 家，氣動和密封件各約 300 余家。按 1996 年國際同行業(yè)統(tǒng)計，我國液壓行業(yè)總產值 23.48億元，占世界第 6 位；氣動行業(yè)總產值 4.19 億元，占世界第 10 位。1.2.2 當前供需概況通過技術引進，自主開發(fā)和技術改造，高壓柱塞泵、齒輪泵、葉片泵、通用液壓閥門、油缸、無油潤滑氣動件和各類密封件第一大批產品的技術水平有了明顯的提高，并可穩(wěn)定的批量生產，為各類主機提高產品水平提供了保證。另外，在液壓氣動元件和系統(tǒng)的 CAD、污染控制、比例伺服技術等方面也取得一定成果，并已用于生產。目前，液壓、氣動和密封件產品總計約有 3000 個品種、23000 多個規(guī)格。其中，液壓有 1200 個品種、10000 多個規(guī)格（含液力產品 60 個品種、500 個規(guī)格） ；氣動有 1350 個品種、8000 多個規(guī)格；橡塑密封有 350 個品種、5000 多個規(guī)格，已基本能適應各類主機產品的一般需要，為重大成套裝備的品種配套率也可達 60%以上，并開始有少量出口。1998 年國產液壓件產量 480 萬件，銷售額約 28 億元（其中機械系統(tǒng)約占70%） ；氣動件產量 360 萬件，銷售額約 5.5 億元（其中機械系統(tǒng)約占 60%） ；密封件產量約 8 億件，銷售額約 10 億元（其中機械系統(tǒng)約占 50%） 。據(jù)中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會 1998 年年報統(tǒng)計，液壓產品產銷率為 97 .5%（液力為 101%） ，氣動為 95.9%，密封為 98.7%。這充分反映了產銷基本銜接。我國液壓、氣動和密封工業(yè)雖取得了很大的進步，但與主機發(fā)展需求，以及和世界先進水平相比，還存在不少差距，主要反映在產品品種、性能和可靠性等方面。以液壓產品為例，產品品種只有國外的 1/3,壽命為國外的 1/2。為了滿足重點主機、進口主機以及重大技術裝備的需要，每年都有大量的液壓、氣動和密封產品進口。據(jù)海關統(tǒng)計及有關資料分析，1998 年液壓、氣動和密封件產品的進口額約2 億美元，其中液壓約 1.4 億美元，氣動近 0.3 億美元，密封約 0.3 億美元，比1997 年稍有下降。按金額計，目前進口產品的國內市場占有率約為 30%。1998 年國內市場液壓件需求總量約 600 萬件，銷售總額近 40 億元；氣動件需求總量約500 萬件，銷售總額 7 億多元；密封件需求總量約 11 億件，銷售總額約 13 億元。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）41.3 今后發(fā)展走勢1.3.1 影響發(fā)展的主要因素1、企業(yè)產品開發(fā)能力不強，技術開發(fā)的水平和速度不能完全滿足先進主機產品、重大技術裝備和進口設備的配套和維修需要；2、不少企業(yè)的制造工藝、裝備水平和管理水平都較落后，加上質量意識不強，導致產品性能水平低、質量不穩(wěn)定、可靠性差，服務不及時，缺乏使用戶滿意和信賴的名牌產品；3、行業(yè)內生產專業(yè)化程度低，力量分散，低水平重復嚴重，地區(qū)和企業(yè)之間產品趨同，盲目競爭，相互壓價，使企業(yè)效益下降，資金缺乏、周轉困難，產品開發(fā)和技術改造投入不足，嚴重地制約了行業(yè)整體水平的提高以及競爭實力的增強；4、國內市場國際化程度日益提高，國外公司紛紛進入中國市場參與競爭，加上國內私營、合作經營、個體、三資等企業(yè)的崛起，給國有企業(yè)造成愈來愈大的沖擊。1.3.2 發(fā)展走勢隨著社會主義市場經濟的不斷深化，液壓、氣動和密封產品的市場供求關系發(fā)生較大變化，長期來以“短缺”為特征的賣方市場已基本成為以“結構性過?！睘樘卣鞯馁I方市場所取代。從總體能力看，已處于供大于求的態(tài)勢，特別是一般低檔次液壓、氣動和密封件，普遍供過于求；而主機急需的技術含量高的高參數(shù)、高附加值的高檔產品，又不能滿足市場需要，只能依賴于進口。在我國加入 WTO 后，其沖擊有可能更大。因此， “十五”期間行業(yè)產值的增長，決不能依賴于量的增長，而應針對行業(yè)自身的結構性矛盾，加大力度，調整產業(yè)結構和產品結構，也就是應依靠質的提高，促進產品技術升級，以適應和拉動市場需求，求得更大的發(fā)展。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）5第二章 設計說明題目分析一、設計題目：液壓試驗臺設計 二、技術參數(shù)及性能：壓力表參數(shù)：0－10 Mpa 0－4 Mpa 0－1 Mpa 精度等級：1.5 級液壓缸行程：300 mm工作壓力：0－8 Mpa輸入電壓：380 V 50 Hz三、工作量要求：1、 完成畢業(yè)實習并完成實習報告。2、 專題論文，論文題目自擬，不少于 3000 漢字。3、 專題外文翻譯不少于 5000 個字符。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）64、 設計計算說明書內容不少于 15000 漢字，設計計算應有一定量的計算機應用內容5、 制圖量折合 6 ~ 7 張 A1 圖紙。6、 論文型題目要求實驗工作量占 30%。第三章 方案設計3.1 總體方案確定一個優(yōu)秀的設計應該是技術上先進，經濟上合理，操作和維修方便，運轉安全可靠，要達到這幾個方面的要求。除了技術上的問題以外，還必須具有正確的設計指導思想和豐富的實踐經驗。當然要達到這些要求是需要一個過程的，我們應努力縮短這個過程。還應指出，一個設計良好的液壓系統(tǒng)，往往不是一次就可以完成的，而需要經過使用實踐的反復檢驗不斷的調整和修改內容才能逐步達到完善。由于具體條件不同，液壓系統(tǒng)的設計步驟不可能是固定不變的。通?？傄亚昂蟛襟E反復交叉進行，不斷的調整和修改設計內容。但是一般來說，液壓系統(tǒng)的設計過程大體上包括下述的幾個基本步驟：擬訂液壓系統(tǒng)步驟方案，液壓系統(tǒng)的設計步驟不可能是固定不變的；液壓系統(tǒng)的計算；選擇或設計各種液壓元件；對系統(tǒng)進行必要的驗算；繪制正式液壓系統(tǒng)圖和裝內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）7配圖等。在擬訂液壓系統(tǒng)方案以前，必須明確哪些工作機構需要用液壓系統(tǒng)來完成，哪些工作機構應用其他傳動方式去完成更合理。切不可一味盲目追求“全液壓化” 。因為盡管液壓傳動具有一系列的優(yōu)點。但它在某些方面也有缺陷，亦不如其他傳動方式。如能綜合運用各種傳動方式，注意揚長避短設計出來的機器才會是先進的和合理的。首先要調整和了解清楚所設計的液壓系統(tǒng)要完成的工作任務是傳動還是控制。易知本設計的液壓傳動系統(tǒng)的工作任務是傳動。明確工作機構的運動形式，是直線往復運動、回轉運動或是擺動，以確定選用什么形式的執(zhí)行機構—油缸、油馬達或擺動油缸，本液壓的所有工作機構均是直線運動，進而選用油缸。明確系統(tǒng)所需執(zhí)行機構的數(shù)量、動作順序、相互之間的位置關系以及自動化程度要求、精度要求等，以及確定采用什么控制方式。本液壓系統(tǒng)采用兩個定量泵。系統(tǒng)中用兩個油缸作為執(zhí)行元件。明確系統(tǒng)對安全保護的要求程度，以便選用必要的合理的安全裝置和措施。明確系統(tǒng)對傳動精度和質量的要求，如平衡性、準確性、效率等。以便決定系統(tǒng)選用的元件精度和基本回路的形式，還要明白系統(tǒng)的工作環(huán)境情況，如高溫、低溫、潮濕、灰塵、振動、腐蝕等因素，以便采取相應的特殊措施，還要知道設備是固定使用還是行走使用等。3.2 液壓傳動系統(tǒng)方案的確定如上節(jié)所述，液壓傳動系統(tǒng)有兩泵，一個定量泵，一個變量泵，一個油箱，一個油缸。在明確了液壓系統(tǒng)要完成的任務和要求的基礎上，粗略的計算一下系統(tǒng)的輸出功率，便可以確定液壓系統(tǒng)的基本形式，包括以下幾個具體內容：1、選用開式系統(tǒng)或閉式系統(tǒng)通常對于固定式機械總是采用開式系統(tǒng)，即系統(tǒng)中包含一個主油箱，作為油液循環(huán)的開口環(huán)節(jié)，有利于油液的冷卻和凈化，但不夠緊湊，考慮到實際情況，本系統(tǒng)采用開式系統(tǒng)。2、選用節(jié)流調速、容積調速或分級調速這要根據(jù)系統(tǒng)的功率大小和系統(tǒng)特點而定。正如前所述，對于系統(tǒng)效率要求不內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）8高的小功率系統(tǒng)，通常用節(jié)流調速，因其結構簡單方便；對于功率要求高的大功率系統(tǒng)，則寧愿使用結構較復雜的容積調速或分級調速，目的是盡量減少能量損失。本液壓試驗臺相對功率較低，故采用節(jié)流調速。3、選用油泵的類型目前，液壓系統(tǒng)應用最普遍的油泵有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。一般情況下，中低壓系統(tǒng)多使用齒輪泵和葉片泵，而高壓系統(tǒng)則主要應用各種柱塞泵。當然，這種劃分并非絕對。本系統(tǒng)是中低壓系統(tǒng)，因此采用葉片泵。4、 選用油缸或油馬達一般來說，工作機構做直線往復運動者，都選用各種油缸驅動；回轉運動者，都選用各種油馬達驅動；擺動者，則選用各種擺動油缸驅動。同樣，這也不是絕對的。例如，對于那些行程長的直線運動或要求位移準確的直線運動機構，也可采用油馬達徑向絲杠傳動。本設計中只有直線往復運動，故采用油缸，數(shù)量為兩個。5、確定控制方式控制方式從不同的角度來分。可有手動、機動、氣動、電動、液動、電液動等；也可分為壓力控制、行程控制；還可分為內控制和外控制等。究竟選用那種方式，應視系統(tǒng)的具體結構、功率范圍、精度要求、自動化程度、能源形式、使用的場合以及機器使用的頻率程度和利用率等因素而定。6、工作液體常用的工作液體有礦物油、合成油和水乳油。液壓傳動系統(tǒng)幾乎都采用前兩種油液，特別是各種礦物油，他既可滿足一般液壓系統(tǒng)的要求，價格又便宜；合成油液具有優(yōu)良的品質指標和特殊物質，但目前產量較少、成本高、不宜多用，常用于某些有專門技術要求的精密系統(tǒng)中?？傊?，在滿足要求的前提下，盡量選擇價格便宜的，一般工作液體，不可優(yōu)材劣用，造成浪費。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）9第四章 試驗臺液壓系統(tǒng)的設計參數(shù)分析4.1 明確液壓系統(tǒng)的設計要求本系統(tǒng)是教學用液壓試驗臺，主要進行泵的性能試驗、閥的啟閉特性試驗及液壓回路調速試驗，應用于學生實驗。本系統(tǒng)中的執(zhí)行元件為單作用活塞缸，能源裝置為液壓泵站。液壓缸采用水平安裝，活塞桿工作時承受壓應力，系統(tǒng)最大工作壓力為 8Mpa。4.2 確定主要參數(shù)本系統(tǒng)的工作壓力為 8Mpa，活塞的運動速度可以調節(jié)，系統(tǒng)工作時無桿腔進油，退回時有桿腔進油，其缸筒內徑及無桿腔面積和有桿腔面積計算如下：1、缸筒內徑 D當最大推力 F = 8×103N 時D =[ 4×F / (πP×η ) ]21其中：η 為油缸的機械效率，η=0.95則： D =[ 4×8×/10 3 (3.14×8×103×0.95 )]= 0.0366 (ｍ)內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）10根據(jù)液壓缸內徑系列（GB/T2348-1993）取 D = 40 (mm)2、無桿腔有效面積 A1A1 = πD2/4 = 0.11× (ｍ2)210?3、活塞桿直徑 d液壓缸直徑 D 與活塞桿的直徑之比稱桿徑比 ф ф=d/D=υ2/υ1 = D 2/( D2 - d2)按《機械設計手冊》第五卷Ｐ105 表 37.5-6，活塞的往返速度相同取 ф= 0.7 d =0.0256 (ｍ)根據(jù)國家標準 GB2348 — 80 活塞桿活塞直徑系列取 d = 25 (mm) 4、有桿腔活塞的有效面積 A2A2=πd2/4= 0.052× (ｍ2)210?5、流量計算按《機械設計手冊》第五卷式(37.5-19)計算液壓缸工作時所需流量Q = A1×υ1/η V ×60=7.26 L/min式中： ηV —— 為容積效率，彈性密封時 ηV = 1υ1 —— 活塞的速度，υ1 = 0.11ｍ/ｓ6、工作壓力計算由最后確定的液壓缸結構尺寸,計算出液壓缸的實際工作壓力工作剛前進時,工作壓力 P1=(F+P2A2)/A1其中：P2 為工作剛前進時，液壓缸又桿腔的被壓為保證運動平穩(wěn)，選回油背壓為 Pb = 1 Mpa則：P1=(F+P2A2)/A1 =6.3 Mpa內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）11第五章 壓力系統(tǒng)原理圖的設計5.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖的相關注意事項在確定了上述諸多問題的基礎上，便可著手擬定和繪制初步的液壓系統(tǒng)原理圖。擬定液壓系統(tǒng)原理圖是液壓設計中的一個很重要的步驟，這一步要做的工作就是合理應用液壓基本回路的有關知識和各種液壓元件的基本特征及功能的知識，組成一個滿足試驗臺要求的液壓系統(tǒng)。但能夠滿足同樣要求的液壓系統(tǒng)不會是唯一的，一定會有多種形式和結構，應當從不同的系統(tǒng)中，選擇最佳方案。在擬定液壓系統(tǒng)原理圖時，還應特別注意分析國內外類似設計中的液壓系統(tǒng)，并從分析比較中吸取精華，為我所用。在前人工作成果的基礎上加以改進和提高，這對比較缺乏經驗的我們來說極為重要，這樣可以避免重復性的工作和少走彎路，成功的把握較大，也應當防止一味的照搬照抄，脫離實際造成浪費。在繪制液壓系統(tǒng)原理圖時，常須注意幾個重要的問題：內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）121、當系統(tǒng)有較多的執(zhí)行機構時，要防止互相干擾和影響。例如用一臺油泵向幾個油缸或馬達供油，當其中一個油缸的負載突然降低時，會使并聯(lián)的其它所有的油缸或馬達的壓力也隨之降低，建立不起壓力，因而不能正常工作。如果幾個油缸的耗油量和工作壓力相差很大時，就應考慮用多臺油泵分別單獨供油，或裝設單向閥、減壓閥、順序閥等，以便控制油缸或馬達完成規(guī)定的動作。2、統(tǒng)的組成應力求簡化，避免出現(xiàn)多余回路或多余的元件和裝置。不必要的復雜化，不僅浪費，而且導故障的增加，多消耗能量，使油液發(fā)熱，維修不方便。應當遵循的原則是：完成的動作要求使用的元件越少越好，回路越簡單越好。對于系統(tǒng)所用的每個元件的作用都應能夠說明，否則該元件就是多余的，一定要取消。設計時，還必須盡力使系統(tǒng)及其元件符合標準化、系列化和通用化的“三化”的原則，盡可能選用標準件與通用件，只有在滿足不了要求的情況下，才可以設計專用的非標準件。3、證系統(tǒng)使用可靠性。盡量提高設備的運轉率。當系統(tǒng)有過載危險存在時，應裝設安全閥；還應考慮負載突然消失造成工作機構飛車的可能性。對于垂直運動的大質量負載，要有平衡和限速裝置，某些精密元件由于油溫過高或污染，開始引起卡住失靈現(xiàn)象，要對其凈化裝置尤為注意。為了防止和及時發(fā)現(xiàn)故障，在此較重要的液壓系統(tǒng)，應當裝設諸如故障顯示信號燈、油溫報警器信號、自動停車及停車按紐等。對關鍵性和易出故障的裝置要考慮配有備用件。4、要采取措施減少系統(tǒng)的振動沖擊、噪聲、漏油污染環(huán)境等，對高溫、低溫、潮濕、腐蝕、灰塵等使用場合，要有專門的措施。要特別注意液壓系統(tǒng)的安裝、操作和經常性的維護檢修方便以及對操作者可靠的安全保護措施。這些方面的問題往往被缺乏操作經驗的設計者忽略，結果，系統(tǒng)本身雖然合理，但卻不受使用和操作人員的歡迎，也不能算是成功之作。5、高系統(tǒng)效率，防止系統(tǒng)過熱內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）13這就要求在選擇回路以及在組成系統(tǒng)的整個設計過程中，應力求減少系統(tǒng)壓力和容積損失。它涉及的面廣，比如：要注意選用高效率的液壓元件、輔件；正確選用液壓油；合理選擇油管內徑。盡量減少油管長度和彎曲處；采用效率較高的壓力、流量和功率適應回路等。6、了調整和檢修上的方便，在擬定液壓系統(tǒng)時，就應在需要檢測系統(tǒng)參數(shù)的地方，設置工藝接頭以便于安裝檢修儀表。5.2 本系統(tǒng)中包括的液壓回路及其作用5.2.1 泵的性能試驗深入理解葉片泵的靜態(tài)特性。著重測試液壓泵靜態(tài)特性中實際流量 Q 與工作壓力 p 之間的關系即 q-p 曲線；容積效率、總效率與工作壓力 p 之間的關系及曲線；通過實驗，學會小功率液壓泵的測試方法和本實驗所用的儀器和設備。測試液壓泵的液壓系統(tǒng)原理圖如下：圖 5.1 中 8 為被試泵，它的進油口裝有線隙式濾油器 22，出油口并聯(lián)有溢流閥9 和壓力表 P6。被試泵輸出的油液經節(jié)流閥 10 和橢圓齒輪流量計 20 流回油箱。用節(jié)流閥 10 對被試泵加載。圖 5.1 泵的性能試驗液壓系統(tǒng)原理圖內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）145.2.2 閥的啟閉特性試驗關閉溢流閥 11，調節(jié)被試閥 14 至調壓范圍的最高值 63kgf/ cm2，并鎖緊其調節(jié)手柄，使通過被試閥 14 的流量為試驗流量。1、開啟特性反向擰緊溢流閥 11 的手柄，從被試閥 14 不溢流開始，使系統(tǒng)壓力逐漸升高，當被試閥 14 的溢流量達到實驗流量的 1%時，此時的壓力為開啟壓力，再繼續(xù)擰緊溢流閥 11 的手柄，分 10 檔逐漸升壓，一直升到被試閥 14 的調壓范圍最高值63kgf/ cm2。記下每次相應的壓力和流量。2、閉合特性慢慢松開溢流閥 11 的手柄，使系統(tǒng)壓力分 10 檔逐漸降低，每次記錄過被試閥14 的流量，直到被試閥 14 的溢流量減少到額定流量的 1%（小流量時用量杯測量） 。此時的壓力為閉合壓力（由壓力表 P12—2 讀出） 。繼續(xù)松開溢流閥 11 的手柄，直到全部流量從溢流閥 11 流走。測試閥啟閉特性的液壓系統(tǒng)原理圖如下：圖5.2 閥啟閉特性的液壓系統(tǒng)原理圖5.2.3 節(jié)流調速回路性能實驗節(jié)流調速回路由定量泵、流量控制閥、溢流閥和執(zhí)行元件等組成，可通過改變內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）15流量控制閥閥口的開度，即通流截面積來調節(jié)和控制流入或流出執(zhí)行元件的流量，以調節(jié)其運動速度。節(jié)流調速回路按照其流量控制閥安放位置的不同，有進油路、回油路和旁路三種情況。節(jié)流調速可分為節(jié)流閥調速回路和調速閥調速回路兩頭類。流量控制閥采用節(jié)流閥或調速閥時，其調速性能各有自己的特點，同是節(jié)流閥，調過回路不同，它們的調速性能也有差別。節(jié)流調速回路性能實驗的液壓系統(tǒng)原理圖如下：該液壓系統(tǒng)由兩個回路組成。圖 5.3 左半部是調速回路，右半部則是加載回路。圖5.3 節(jié)流調速回路性能實驗的液壓系統(tǒng)原理圖在加載回路中，當壓力油進入加載液壓缸 18 右腔時，由于加載液壓缸活塞桿與調速回路液壓缸 17（以后簡稱工作液壓缸）的活塞桿將處于同心位置直接對頂，而且它們的缸筒都固定在工作臺上，因此工作液壓缸的活塞桿受到一個向左的作用力（負載 FL） ，調節(jié)溢流閥 9 可以改變 FL 的大小。在調速回路中，工作液壓缸 17 的活塞桿的工作速度 V 與節(jié)流閥的通流面積a、溢流閥調定壓力 P1（泵 1 的供油壓力）及負載 FL 有關。而在一次工作過程中，內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）16a 和 P1 都預先調定不再變化，此時活塞桿運動速度 V 只與負載 FL 有關。V 與 FL之間的關系，稱為節(jié)流調速回路的速度負載特性。a 和 P1 確定之后，改變負載 FL的大小，同時測出相應的工作液壓缸活塞桿速度 V，就可測得一條速度負載特性曲線。5.3 系統(tǒng)原理圖的擬定液壓執(zhí)行元件以及以上三種基本回路確定之后，把它們有機、合理地組合在一起，擬定液壓試驗臺液壓系統(tǒng)原理圖如下：圖 5.4 試驗臺液壓系統(tǒng)原理圖1、8.葉片泵 2、9.溢流閥 3、12.三位四通電磁換向閥 4.調速閥 5、6、7、10.節(jié)流閥 11、16.兩位三通電磁換向閥 13.壓力傳感器 14.先導式溢流閥 15.兩位兩通電磁換向閥 17.工作缸 18.加載缸 19.功率表 20.流量計 21、22.濾油器 23.電控溫度計5.3.1 試驗臺系統(tǒng)原理圖該試驗臺的動力來源于電動機 M，它可以分別驅動液壓泵 1 和液壓泵 8運轉。液壓泵 1 是主泵，它是該試驗臺的壓力油源。當需要測試液壓閥和液壓缸時，由液壓泵 1 供給壓力油，通過調速閥 4 進行分流，可使供油量發(fā)生變化，以內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）17滿足不同類型液壓閥和液壓缸對流量的要求。如果需要測試液壓泵性能時，可以切斷電動機 M 與主泵１的動力，將電動機動力與被測試泵 8 連接，根據(jù)不同類型液壓泵的尺寸，可以更換被測泵的連接板。另外，電動機可以實現(xiàn)正反轉，以適應各種液壓泵對旋向的要求。由于該試驗臺所測液壓泵屬中、低壓元件，故采用了節(jié)流加載方式，節(jié)流閥１０串聯(lián)在主油路上。測試液壓閥和液壓缸時，采用先導型溢流閥作調壓閥，調壓閥９并聯(lián)在主油路中。系統(tǒng)中的換向閥３、１２、１５、１６均采用了電動操縱方式，降低了成本，同時使操縱可靠。5.3.2 試驗臺工作原理當測試液壓泵時，調速閥 4 全關，節(jié)流加載閥 5 全開，液壓泵供出的壓力油經節(jié)流加載閥 5 進入主油路，此時換向閥 16 打開，調壓閥 14 低壓卸荷，逐漸關小節(jié)流加載閥 10，可以通過壓力表 P6 讀出被測液壓泵的供油壓力。安全閥 9 可以限定系統(tǒng)的最高壓力。液壓泵輸出的流量就可以通過流量計 20 流回油箱，這樣就可以觀測到被測泵 8 的實際流量。測出不同壓力下的流量，便可算出泵的容積效率。如果需要測試液壓缸，應將節(jié)流加載閥 10 全開，調壓閥 14 松開，換向閥 16關閉，調整調速閥 4 的開度，使供油量達到液壓缸的額定流量。液壓缸的主要測試項目如下： （1）最低啟動壓力 在空載工況下，向液壓缸無桿腔通入液壓油，逐漸擰緊調壓閥 9 手柄，通過壓力表 P6 記錄活塞桿啟動時的壓力值；（2）內泄漏 通過上下移動換向閥 12，即可將壓力油分別送入液壓缸各腔，再逐漸擰緊調壓閥 9 手柄，當活塞運行到行程終點后，使調壓閥 9 調至被測缸的額定壓力，卸下液壓缸的回油管并接一量杯，保壓 5 分鐘，觀察內泄漏量；（3）耐壓試驗 根據(jù)（2）的調整方法，當活塞運行到行程終點后，使調壓閥9 調至被測缸額定壓力的 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）測試項目中，觀察活塞桿處及其他結合面滲油情況。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）18如果測試液壓閥，同測試液壓缸一樣，使供油量達到液壓閥的額定流量。以溢流閥為例?熏其主要測試項目如下：（a）壓力調節(jié)范圍 將換向閥 11 下移，調壓閥 9 調至被測閥額定壓力的 1.15倍左右。調節(jié)被測閥的調壓手輪，從最小壓力至被測閥額定壓力，再從額定壓力至最小壓力，重復三次，觀察壓力表 P5 的上升與下降情況，并記錄調壓范圍；（b）壓力振擺值 將換向閥 11 下移，調壓閥 9 調至被測閥的額定壓力。壓力振擺值可由壓力表 P5 讀出；（c）內泄漏 將換向閥 11 下移，調節(jié)被測閥的調壓手輪，使閥口關閉。調壓閥 9 調至比被測閥額定壓力高 0.3～0.5 MPa，從被測閥的溢油口測量泄漏量，該值應小于規(guī)定值；（d）壓力損失 將換向閥 11 下移，調節(jié)被測閥的調壓手輪至全松位置，分別測出通過被測閥進口和出口壓力，其差值即為被測閥的壓力損失。5.3.3 結論1、試驗臺可以分別測試液壓泵、液壓閥和液壓缸的性能參數(shù)，與專用試驗臺相比，具有一機多用的優(yōu)點；2、測試液壓泵時，采用節(jié)流加載方式符合該系統(tǒng)中低壓的要求，測試簡單、可靠；3、本試驗臺采用管式連接油路，且泵站、測試操作臺和油箱相互之間留有0.5 m 的距離，所以制造加工容易，拆裝維修方便；4、利用調速閥分流的方式代替調速電機，以滿足不同類型液壓閥和液壓缸對流量的要求，降低了試驗臺的成本。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）19第六章 液壓缸的選擇和設計液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機構，是將液壓能轉化成機械能的能量轉換裝置。6.1 液壓缸主要參數(shù)及尺寸的確定6.1.1 壓力1、額定壓力 Pn：即公稱壓力，是液壓缸用以長期工作的壓力。根據(jù) GB2436 — 80 選取液壓系統(tǒng)的工作壓力為 6.3Mpa。2、最高允許壓力 Pmax:是液壓缸在瞬間所能承受極限壓力，一般有： Pmax≤ 1.5Pn（Mpa）對于本系統(tǒng)最高允許壓力 Pmax = 8（Mpa）內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）20圖 6.1 液壓缸結構示意圖１—防塵圈，2— 前端蓋密封 “O”型圈，3— 缸體，4—活塞，5—孔用密封，6— 后缸蓋，7—活塞桿密封“O”型圈, 8—活塞桿，9—前蓋，10— 軸用密封6.1.2 缸筒內徑 D當最大推力 F = 8×103ND = )η(π/4其中：η 為油缸的機械效率，η=0.95則 D = [ 4×8×/103 (3.14×8×103×0.95 )]= 0.0366 (ｍ)根據(jù)液壓缸內徑系列《機械設計手冊》第五卷Ｐ173 表 37.7-1 根據(jù)國家標準（GB/T2348-1993）取 D = 40 (mm)6.1.3 無桿腔有效面積 A1A1 = πD2/4 = 0.11× (ｍ2)210?6.1.4 活塞桿直徑 d液壓缸直徑 D 與活塞桿的直徑之比稱桿徑比 ф 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）21ф=d/D=υ2/υ1 = D 2/( D2- d2)按《機械設計手冊》第五卷 P105 表 37.5-6，活塞的往返速度相同取 ф= 0.7d =0.0256 (ｍ)按《機械設計手冊》第五卷 P173 表 37.7-2 活塞桿外徑尺寸系列根據(jù)國家標準(GB2348 — 80) 取 d=25 (mm) 6.1.5 有桿腔活塞的有效面積 A2A2=πd2/4= 0.052× (ｍ2)210?6.1.6 活塞行程按《機械設計手冊》第五卷 P173 表 37.7-3 液壓缸行程參數(shù)系列 根據(jù)國家標準（GB2349 — 80）選取活塞的行程 L=300mm6.1.7 缸筒壁厚的計算6.1.7.1 缸筒壁厚度計算按《機械設計手冊》第四卷 P212 表 19-6-12 缸筒厚度 δ 計算公式δ= δ0 + C1 + C2 (ｍ) 進行計算式中： δ0 —— 為缸筒材料強度要求的最小值(ｍ)；C1 —— 缸筒外徑公差余量(ｍ)；C2 —— 腐蝕余量(ｍ)；經分析 δ/D ≤ 0.08，可用薄壁缸筒的實用計算式：δ≥ Pmax×D/（2[б]） (m)式中：Pmax —— 缸筒內最大工作壓力（Mpa） ；[б] —— 缸筒材料的許用應力（Mpa） ；[б] = б b/nб b=600 Mpaб b —— 缸筒材料的抗拉強度（Mpa） ；n —— 安全系數(shù)，通常取 n = 5內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）22計算得：δ= 0.00133 (m)缸筒的外徑為 D1 =D＋2δ=42.6 (mm)按《機械設計手冊》第五卷 P245 表 37.7-64 活塞缸外徑尺寸系列取 D1 =50(mm)6.1.7.2 缸筒壁厚度驗算對最終采用的缸筒厚度主要應做兩方面的驗算：1、額定工作壓力 Pn 應低于一定的極限值，以保證工作安全：Pn ≤ 0.35δ s (D12 – D02)/D12 （MPa）= 0.35×340×(0.492 – 0.42)/0.492= 42.84（ MPa）δs —— 為缸筒材料的屈服強度（MPa） ，δs= 340（MPa ）由于 8 MPa 10）,則應校核活塞桿的縱向彎曲強度或穩(wěn)定性。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）25本系統(tǒng)或活塞的長度Ｌ＝300ｍｍ＜10D=400ｍｍ，因而不需校核活塞桿的縱向彎曲強度或穩(wěn)定性。6.3.5 活塞桿的材料及技術要求液壓缸的活塞桿材料通常要求淬火深度一般為 0.5 ～ 1mm，或活塞桿直徑每毫米淬深 0.03mm，在本系統(tǒng)中選用 45 號鋼?；钊墓ぷ鞑糠址值燃壙扇?f7-f8，表面粗糙度不大于 Ra0.4μm，工作表面的直線度誤差在 500 mm 長度上≤0.03mm；活塞桿工作部分及安裝活塞的部分圓度和圓柱度誤差不大于各自直徑公差的一半，跳動不大于 0.01mm；活塞加工后調質，硬度為(229 ～ 285)HB，必 須進行高溫淬火，厚度 (0.5 ～ 1)，硬度為(45 ～ 55)HRC 。防腐應先鍍一層鉻，后鍍硬鉻，鍍鉻后拋光?；钊麠U上的螺紋，按中等精度制造。6.3.6 活塞桿的導向6.3.6.1 導向環(huán)導向環(huán)安裝在活塞外圓的溝槽內或活塞桿導向套內圓的溝槽內，以保持活塞與缸筒或活塞桿與其導向套同軸度，并以承受活塞或活塞桿的側向力。導向環(huán)有嵌入型和浮動型。本系統(tǒng)采用嵌入型導向環(huán)，在活塞外圓加工出燕尾型截面溝槽，用青銅 QAL9-4，表面加工成略帶拱形，用木槌卯入溝槽內，最后加工導向環(huán)外圓，導向環(huán)周圍切出一個 45o 斜口。6.3.6.2 導向套活塞桿導向套裝在液壓缸有桿側端內，用以對活塞桿進行導向，內裝有密封裝置以保證缸筒有桿側的密封性，外側有防塵圈以防止活塞桿在內縮時把雜質、灰塵及水分帶到密封裝置區(qū)，以致?lián)p壞密封。當導向套不是用耐磨材料制成的，其內圓還可裝有導向環(huán)，用以對活塞導向。導向套有端蓋式和插件式兩種，本系統(tǒng)采用端蓋式，用端蓋直接導向。導向套用青銅作為材料，導向套的外圓與端蓋內孔的配合多為 H7/ f8 ，內孔與活塞桿的配合多為 H9/ f9，外圓與內孔的同軸度公差不大于 0.03 mm/100 mm，圓度與圓柱度公差不大于直徑公差的一半。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）266.3.7 密封圈按《機械設計手冊》第五卷 P227 表 37.7-53 活塞桿的密封預防塵結構。系統(tǒng)采用 O 型密封圈，它可分為靜密封和動密封兩種，用來防止工作介質的泄露及外界灰塵、異物的侵入。本系統(tǒng)采用靜密封。第七章 液壓元件的選擇和設計７.1 液壓站組成及工作原理７.1.1 液壓站組成液壓站又稱液壓泵站，是液壓傳動裝置的動力源。它按主機要求供油，并控制油流的方向、 壓力和流量，適用于驅動裝置與液壓站分離的各種機械上，將液壓站與驅動裝置（油缸或油馬達）用油管相連，液壓系統(tǒng)即可實現(xiàn)各種規(guī)定的動作、工作循環(huán)。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）27液壓站是由泵裝置、集成塊或閥組合、油箱、電氣盒組合而成。各部件功用如下：泵裝置 —— 上裝有電機和油泵，它是液壓站的動力源，將機械能轉化為液壓油的壓力能。集成塊 —— 是由液壓閥及通道體組裝而成,它對液壓油實行方向、壓力、流量調節(jié)。閥組合 —— 是板式閥裝在立板上，板后管連接，與集成塊功用同。油 箱 —— 是板焊的半封閉容器，上還裝有濾油網空氣濾清器等，它用來儲油、油的冷卻及過濾。電氣盒 —— 分兩種形式。一種設置外接引線的端子板；一種是配置了全套控制電器。７.1.2 液壓站工作原理電機帶動油泵工作提供壓力源，電機通過帶動油泵旋轉，泵從油箱中吸油后打油，將機械能轉化為液壓油的壓力能，液壓油通過集成塊（或閥組合）被液壓閥實現(xiàn)了方向、壓力、流量調節(jié)后經外接管路傳輸?shù)揭簤簷C械的油缸或油馬達中，從而控制了液動機方向的變換、力量的大小及速度的快慢，推動各種液壓機械做功。７.2 泵、電機的選擇７.2.1 液壓泵的分類液壓泵是能量轉換裝置，它向系統(tǒng)提供具有一定壓力和能量的液體，把機械能轉換成液體的壓力能(如圖 7.1 液壓缸分類)。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）28圖 7.1 液壓缸分類７.2.2 液壓泵的選擇７.2.2.1 液壓泵工作壓力的確定由經驗可知，液壓泵的工作壓力 Pp 至少要有 25%的壓力儲備，即Pp ≥ P1（1+25%） P1 —— 執(zhí)行元件的最大工作壓力 Pmax （MPa）△ P —— 液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間的壓力損失 （MPa）則：Pp ≥ 8 ×（1 +25%）=10 MPa７.2.2.2 確定液壓泵的流量 Qp液壓泵的額定流量應與計算的流量相當，不要超過太多，液壓泵的輸出流量為：Q p≥ K（∑Qmax ）m3/s本系統(tǒng)只有一個執(zhí)行元件，因此泵的最大流量大于執(zhí)行元件的最大流量，并且考慮到泄露 Q p =K Qmax式中：K —— 系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般取 K = 1.1 ～ 1.3(大流量取小值,小流量取大值)內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）29∑Qmax ——同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量。對于在工作過程中有節(jié)流調速的系統(tǒng)，還需加上溢流閥的最小流量，一般取 0.5×10-4ｍ ３ ／ｓ本系統(tǒng)取 K = 1.3則: Qp = 1.3 ×( 7.26+3 )=13.338 L/min７.2.2.3 選擇液壓泵根據(jù)算出的流量和系統(tǒng)壓力選擇液壓泵。液壓泵的額定流量應與計算的流量相當，不要超過太多，但泵的額定壓力可以比系統(tǒng)工作壓力高 25%，或更高一些。由產品樣本查出:上海液壓件廠生產的 YB－D16 型葉片泵能滿足上述估算出的壓力和流量要求。其各項參數(shù)如下：額定壓力：10 Mpa 排量：16 ｍL/ｒ 額定轉速：1000 r/min 轉速范圍：600 ～2000 r/min 最大功率：3.3 Kw 質量：9.5 Kg７.2.3 選擇電動機按液壓泵的使用情況，計算其驅動功率 P：P = ψPN QP /（103ηp） （Kw）式中： PN —— 液壓泵額定壓力，P a；Qp —— 液壓泵的額定流量，m3/s；ηp —— 液壓泵的總效率，取 ηp = 0.68；ψ —— 轉換系數(shù)：ψ = Pmax/ PN;Pmax ——液壓泵實際使用的最大工作壓力，P a。ψ = 6.3/8 = 0.7875P = 0.7875×6.3×106×0.002223/(103×0.68)=16.2 Kw根據(jù)泵的技術參數(shù)選取電機，選 Y200L1-6 型三相異步電動機。其技術參數(shù)如下：額定功率：18.5 Kw 轉速：910 r/ min內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）30同步轉速：1000 r/ min 電流：37.2A功率因數(shù)：cosφ=0.83 效率：89.8%７.2.4 輔助泵的選擇輔助泵的作用是控制液控單向閥的開閉,在系統(tǒng)快進時使平衡閥達到背壓的作用。根據(jù)液控開啟壓力選擇泵的規(guī)格。一般地，單向閥開啟壓力，即最低開閉總壓力一般為 0.2 ～ 0.6 Mpa，初選 0.2 Mpa，根據(jù) 《液壓工程手冊》選擇 CB — 32 型齒輪泵，參數(shù)如下：排量： 32.06ml/r 壓力：2.5 Mpa轉速： 1000 r/ min 功率：0.48 Kw７.2.5 驅動輔助泵的選擇根據(jù)泵的技術參數(shù)選取電機，選 Y90S — 6 型三相異步電動機。其技術參數(shù)如下：額定功率：0.75 Kw 轉速：910 r/ min同步轉速：1000 r/ min 電流： 2.25A功率因數(shù)：cosφ= 0.76 效率：72.5%７.3 液壓元件的選擇7.3.1 液壓執(zhí)行元件的選擇本系統(tǒng)的運動形式為直線往復運動，故選取雙作用單桿活塞缸。7.3.2 選擇液壓閥壓力閥根據(jù)工作壓力和通過的最大流量等因素來進行選擇與設計；流量閥根據(jù)工作壓力，通過的最大流量，最小穩(wěn)定流量等因素來選取的；方向閥根據(jù)工作壓力，最大流量，所要求的滑閥功能，控制方式來選取的。選取閥的額定壓力和流量相接近，必要時，通過閥的最大實際流量可允許超過其額定流量的 20%，對于可靠性要求特別高的系統(tǒng)，閥的額定壓力應高于其工作壓力較多；對于流量控制閥，還應考慮最小穩(wěn)定流量。另外，還應考慮控制閥的操作，安裝方式等。