哈尔滨理工大学液压传动毕业设计论文_学士学位论文.docx

哈尔滨理工大学学士学位论文哈尔滨理工大学液压传动毕业设计论文摘要随着经济建设的飞速发展，我国的基础建设力度正逐渐加大，道路交通，机场，港口，水利水电，市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，市场上汽车起重机的需求也随之增加。本文对汽车起重机液压系统各个回路的工作原理进行了分析并加以改进，通过计算，合理的选取液压系统各元件，并对汽车起重机的主要机构重铁机构进行了详细说明和计算。设计的汽车起重机能够满足使用功能的要求，安全可靠，操作使用方便，能够适用于许多工程建设，具有很强的现实意义。本设计首先介绍了起重机的国内外研究现状、发展趋势及研制中的关键技术，以伸缩臂式起重机为基础，对液压起重机构进行了原理设计及方案设计；确定了主要结构的技术参数，对结构中的关键部分-重铁机构进行结构设计，并进行验算校核，以保证其工作可靠性。关键词 汽车起重机；液压系统；工作原理；重铁机构；液压缸abstractas the increasing development of the economic construction, our countries basic construction is rising. the scale of the construction, some basic construction, like the road transportation, airport, port, water resources and hydro power, urban construction, has an ascending tend. the requirement of automobile lift on the market are going up. this essay analysis every return circuit of the hydraulic system and make advancement, and though calculating choosing the hydraulic system parts, and also have a detailed description and calculation on the main mechanism of the automobile lift. the designed automobile lift can satisfy the required function, safe and reliable, convenient to operate, can apply to lots of the engineering construction, have a strong practical meaning. first of all,development overview,development trend of auto crane in and abroad and the key technologies were presend .automatic telescopic mechanism was take program design and principle analysis on it based on auto cranes. then technology parameters of the main structure was determined;the key part(balanced-weight mechanism) of it was designed .considering its reliability,we used finite element technology to verify its static strength.keywords auto cranes; hydraulic system; function principle; balanced-weight mechanism; hydraulic oil tank.不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- iii -哈尔滨理工大学学士学位论文目录摘要iabstractii第章 绪论- 1 -1.1液压起重机- 1 -1.2液压传动应用于汽车起重机上的优缺点- 1 -1. 3液压起重机系统的意义及国内外现状- 1 -1.4液压系统的基本组成- 1 -1.5本课题主要研究工作- 1 -第2章 液压系统概述- 1 -2.1 液压系统的类型- 1 -2.2 起重机液压系统功能、组成和工作特点- 1 -2.3 本课题的性能参数- 1 -第3章 液压系统工况分析- 1 -3.1典型工况的分析及对系统的要求- 1 -3.2 工作状况对系统的要求- 1 -3.3 重铁机构工况分析- 1 -3.4 负载循环图和速度循环图的绘制- 1 -3.5拟定液压系统原理图- 1 -3.5.1确定供油方式- 1 -3.5.2液压系统图的总体设计- 1 -第4章 液压系统的计算和元件选择- 1 -4.1 确定系统的主要参数- 1 -4.1.1确定液压缸的主要参数- 1 -4.1.2液压缸内径d和活塞杆直径d的确定- 1 -4.1.3液压缸实际所需流量计算- 1 -4.2 液压元件的选择- 1 -4.2.1确定液压泵规格- 1 -4.2.2 驱动电机功率- 1 -4.3阀类元件及辅助元件的选择- 1 -4.3.1 对液压阀的基本要求- 1 -4.3.2 各阀的选择- 1 -4.3.3 辅助元件的选择- 1 -4.4管道尺寸的确定- 1 -4.4.1 管接头的选用- 1 -4.4.2. 管道内径计算- 1 -4.4.3. 管道壁厚的计算- 1 -4.5系统性能的验算- 1 -4.5.1 系统压力损失验算- 1 -4.5.2 系统温升的验算- 1 -第5章 液压缸的结构设计- 1 -5.1液压缸主要尺寸的确定- 1 -5.1.1液压缸壁厚和外径的计算- 1 -5.1.2液压缸工作行程的确定- 1 -5.1.3缸盖厚度的确定- 1 -5.1.4最小导向长度的确定- 1 -5.2液压缸的结构设计- 1 -5.2.1缸体与缸盖的连接形式- 1 -5.2.2活塞杆导向部分的结构- 1 -第6章 液压站结构设计- 1 -6.1 液压站的结构型式- 1 -6.2 液压泵的安装方式- 1 -6.3液压油箱的设计- 1 -6.4液压站的结构设计- 1 -6.4.1 电动机与液压泵的联接方式- 1 -6.4.2 液压泵结构设计的注意事项- 1 -结论- 1 -致谢- 1 -参考文献- 1 -附录- 1 -不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- ii -第章 绪论1.1液压起重机液压起重机是装在普通汽车底盘或特制汽车底盘上的一种起重机，其行驶驾驶室与起重操纵室分开设置。这种起重机的优点是机动性好，转移迅速。缺点是工作时须支腿，不能负荷行驶，也不适合在松软或泥泞的场地上工作。液压起重机的底盘性能等同于同样整车总重的载重汽车，符合公路车辆的技术要求，因而可在各类公路上通行无阻。此种起重机一般备有上、下车两个操纵室，作业时必需伸出支腿保持稳定。起重量的范围很大，可从8吨1000吨，底盘的车轴数，可从210根。是产量最大，使用最广泛的起重机类型。1.2液压传动应用于汽车起重机上的优缺点1、优点在起重机的结构和技术性能上的优点：来自汽车发动机的动力经油泵转换到工作机构，其间可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。不但使结构紧凑，而且使整机重量大大的减轻，增加了整机的起重性能。同时还很方便的把旋转运动变为平移运动，易于实现起重机的变幅和自动伸缩。各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动机的技术特性。便于实现自动操作，改善了司机的劳动强度和条件。由于元件操纵可以微动，所以作业比较平稳，从而改善了起重机的安装精度，提高了作业质量。采用液压传动，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，减少了润滑部位，从而减少了维修和技术准备时间。在经济上的优点：液压传动的起重机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。此种起重机作业效率高，辅助时间短，因而提高了起重机总使用期间的利用率，对加速实现四个现代化大有好处。2、缺点液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。从液压传动的优缺点来看，优点大于缺点，根据国际上起重机的发展来看，不论大小吨位都采用液压传动系统。纵观众多用户的反馈意见，液压式汽车起重机深受他们的欢迎和好评。所以,汽车起重机决定采用液压传动的形式。1. 3液压起重机系统的意义及国内外现状随着国家现代化建设的飞速发展，科学技术的不段进步，现代施工项目对起重机的要求也越来越高，高深尖液压技术在起重机上的应用越来越广泛，液压起重机系统展现了强大的发展趋势。其中，液压起重机重铁系统是整个起重机系统中较为关键的技术部分。现代施工项目对重铁系统提出了更高的新要求：节能、高效、微动以及平稳性好，为了适应这些新的要求，先前的定量马达或液控变量马达也将被取代，以至于满足现代施工的新的要求。液压起重机无论在结构、技术性能还是在经济性上都具有很多优点，具体说明如下：1、在起重机的结构和技术性能上的优点：各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动机的技术特性。便于实现自动操作，改善了司机的劳动强度和条件。由于元件操纵可以微动，所以作业比较平稳，从而改善了起重机的安装精度，提高了作业质量。采用液压传动，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，减少了润滑部位，从而减少了维修和技术准备时间。2、在经济上的优点：液压传动的起重机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。此种起重机作业效率高，辅助时间短，因而提高了起重机总使用期间的利用率，对加速实现四个现代化大有好处。但液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。从液压传动的优缺点来看，优点大于缺点，根据国际上起重机的发展来看，不论大小吨位都采用液压传动系统。国内外研究现状我国的起重机械制造行业起步较晚，原有的基础比较薄弱，与工业先进国家相比较，差距不小。但是，经过建国60多年来的不断发展，目前的差距明显缩小，已经建立起自己的起重机研究部门、生产厂和专业人才培养的高等学校，并能够批量的生产各种类型的起重机，不仅初步满足了国内市场的需求，部分还打入了国际市场。目前，国内生产大型起重机的厂家有很多，其中以中联中科、三一重工、抚挖等公司产品系列较全，市场占有率较高，中联中科在2007年12月宣布失效品牌统一战略后，现已成功开发了50t600t履带式起重机产品系列。作为中国起重机行业的领跑者，徐州重型机械有限公司现在已形成了以汽车起重机为主导，履带式起重机和全路面起重机为侧翼强势推进的庞大型谱群。国内最具历史的履带式起重机生产企业抚挖现已拥有35t350t的履带式起重机产品系列。quy350是抚挖2007年推出的国产首台350t履带式起重机，填补了国内350t履带式起重机的产品型谱空白。国外专业生产大型起重机的厂家很多，其中利勃海尔、特雷克斯-德马格、马尼托瓦克与神钢等公司的产品系列较全，市场占有率较高。利勃海尔公司的产品技术先进、工作可靠，其生产的lr系列起重机最大起重量已达1200t，其起重机系列在2007年又添新品lr1600/2，使其产品型谱更加完善。纵观国内外研究现状，对今后的发展方向，可归纳如下：1、 大型化由于石油、化工、冶炼、造船以及电站等的工程规模越来越大，所以吊车起吊物品的重量也越来越大。如海上采油平台的超大型结构件重达3000t，所以，未来起重机将向大型化发展。2、 重视“三化”，逐步采用国际标准所谓“三化”，是指起重机械的标准化、系列化、通用化。贯彻“三化”可以缩短设计周期，保证产品制造质量，便于管理和提高经济效益。世界上许多国家，不仅重视产品的“三化”工作，而且非常注意采用国际标准（iso）。有的国家甚至废除本国标准而直接采用国际标准，其最终目的是为了促进商品的国际交流。所以，未来起重机行业将重视“三化”，逐步采用国际标准。3、 实现产品的机电一体化机械产品需要更新换代。在当今计算机技术、自控技术及数显技术大发展的年代里，更新换代的重要标志是实现产品的机电一体化。在起重机械上应用计算机技术，可以提高作业性能，增加安全性，以至于实现无人自动操作。所以，未来起重机将实现机电一体化。1.4液压系统的基本组成 1、能源装置液压泵。它将动力部分所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。2、执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。3、控制装置液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。4、辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。5、工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。1.5本课题主要研究工作本文主要论述液压起重机重铁机构系统设计。重铁机构由驱动装置、传动装置、取物装置及其他安全装置等组成，不同种类的起重机需要配置不同的取物装置，其驱动装置亦有不同。涉及内容为：液压系统的研究，包括液压系统的整体设计，液压元件的规格计算与选择；重铁机构的结构设计；液压缸的设计与选择。具体内容及方法如下: 1、根据工况选择合适的液压元件 2、设计液压系统回路 3、对重铁机构进行结构设计和计算 4、对液压缸进行设计和选择第2章 液压系统概述2.1 液压系统的类型液压系统必须经过动力源控制机构机构三个环节才能实现其工作目的。其中主要的动力源是液压泵；主要的传输控制装置是一些输油管和各种阀的连接机构；主要的执行机构是液压马达和液压缸。不同的机构组合就形成了不同功能的液压回路。泵马达回路是起重机液压系统比较重要的回路，根据不同的泵循环方式有开式回路和闭式回路两种类型。开式回路中马达的回油直接通回油箱，工作油在油箱中冷却并沉淀过滤后再由液压泵送入系统循环，这种回路可以有效的防止液压元件磨损。然而油箱的体积比较大，空气和油液的接触机会增多，空气容易进入油箱。闭式回路中马达的回油则是直接与泵的吸油口相连，结构比较紧凑，但是系统非常复杂，散热条件也比较差，需要设置辅助泵以补充油的泄漏和冷却，过滤精度要求也较高。油箱体积却比较小，空气不容易渗入油中，工作比较平稳。 2.2 起重机液压系统功能、组成和工作特点图2-1 起重机各回路工作状态图起重机液压系统通常由起升、变幅、伸缩、回转、支腿、重铁和控制等主回路组成。1、起升回路起升回路起到使重物升降的作用。起升回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成。起升回路是起重机液压系统的主要回路，对于大、中型汽车起重机一般都设置主、副卷扬起升系统。它们的工作方式有单独吊重、合流吊重以及单独共同吊重三种方式，其中对于吊大吨位且要求速度不太高时用主卷扬吊的方式，对于吊小吨位且要求速度不太高时用副卷扬吊的方式；对于吊大吨位且要求速度比较高时用主副卷扬泵合流吊的方式；对于吊比较长的物体时用单独共同吊重方式。2回转回路回转回路起到使吊臂回转，实现重物水平移动的作用。回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成，由于回转力比较小所以其结构没有起升回路复杂。回转机构使重物水平移动的范围有限，但所需功率小，所以一般汽车起重机都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。 3变幅回路绝大部分工程起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成。工程起重机变幅按其工作性质可分为非工作性变幅和工作性变幅两种。非工作性变幅指只是在空载条件下改变幅度。它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在重物装卸移动过程中，幅度不改变。这种变幅次数一般较少，而且采用较低的变幅速度，以减少变幅机构的驱动功率，这种变幅的变幅机构要求简单。工作性变幅能在带载的条件下改变幅度。为了提高起重机的生产率和更好地满足装卸工作的需要，常常要求在吊装重物时改变起重机的幅度，这种类型的变幅次数频繁，一般采用较高的变幅速度以提高生产率。工作性变幅驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置。与非工作性变幅相比，这种变幅要求的变幅机构较复杂，自重也较大，但工作机动性却大为改善。汽车起重机由于使用了支腿，除了吊非常轻的重物之外，必须带载变幅。4伸缩回路伸缩回路可以改变吊臂的长度，从而改变起重机吊重的高度。伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸和平衡阀组成，根据伸缩高度和方式不同其液压缸的节数结构也就大不相同。汽车起重机的伸缩方式主要有同步伸缩和非同步伸缩两种，同步伸缩就是各节液压缸相对于基本臂同时伸出，采用这种伸缩方式不仅可以提高臂的伸出效率，而且可以使臂的结构大大简化，提高起重机的吊重。伸缩回路只能在起重机吊重之前伸出。5支腿回路支腿回路是用来驱动支腿，支呈整台起重机的。支腿回路主要由液压泵、水平液压缸、垂直液压缸和换向阀组成。汽车起重机设置支腿可以大大提高起重机的起重能力。为了使起重机在吊重过程中安全可靠，支腿要求坚固可靠，伸缩方便。在行驶时收回，工作时外伸撑地。还可以根据地面情况对各支腿进行单独调节。6重铁回路伸缩式重铁挂放平衡机构位于后转台，重铁伸缩臂一端与后转台固定，另一端上安装有重铁挂放机构，配重铁为便于回送时保持整机轴重均衡，分为前活动配重铁及后配重铁两部分，回送时前活动配重铁放置在底架前端，吊重时通过转车，将两块配重铁叠加，并由挂放机构（挂放油缸）吊起，起重作业时，根据实际吊重情况配重伸缩臂内的伸缩油缸进行伸缩，从而使配重伸缩臂进行一定长度的伸缩，配重机构连同配重铁的重量作用于伸缩臂这一悬臂梁结构上，形成一定的力矩与前转台吊重所产生的力矩相平衡，保证整车重心在安全支承范围内。2.3 本课题的性能参数配重总重量35t起重机最大起重量 160t最大起重力矩1700t.m第3章 液压系统工况分析3.1 典型工况的分析及对系统的要求1、伸缩机构的作业情况汽车起重机工作中主要用到的机构是主、副卷扬机构，回转机构；在重物下降定位时常常用到变幅机构。带载伸缩是比较危险的，在实际作业中很少使用，空载吊臂伸缩循环仅占试验基本工况作业循环次数的5，故伸缩及带载伸缩不是典型工况。2、副臂的作业情况大多数汽车起重机都带有副臂，它的作用是增加起重机的最大起升高度。很多大型汽车起重机主臂前都有一个突出滑轮，在副卷扬工作时，顺着滑轮吊下副钩，用于主、副卷扬的组合动作，而很少用副臂与主卷扬进行组合动作。本机属于中型起重机，不提倡采用副臂，不过可以增加臂的节数来增大最大起升高度。3、三个以上机构的组合作业情况有些大型汽车起重机要求有三、四个动作同时组合功能，是靠手柄的45联动功能实现的，即一个手柄同时控制两个机构的运动，这种操作方式对司机的操作水平要求很高，且有危险，实际作业中很少使用。本机为中型起重机实现功能没有大型的多，操作也没大型的那么复杂，采用电液比例伺服系统来控制，操作灵活稳定，因此，对操作人员要求不是很高。3.2 工作状况对系统的要求根据汽车起重机的典型工作状况对系统的要求主要反映在对以下几个液压回路的要求上。1. 起升回路 （1）主、副卷扬既能单动，又能同时动作，要求自动分流合流并将保证低压合流高压自动分流。 （2）副卷扬只要求单泵供油。 （3）要求卷扬机构微动性好，起、制动平稳，重物停在空中任意位置能可靠制动，即二次下滑问题，以及二次下降时的重物或空钩下滑问题，即二次下降问题。2. 回转回路 （1）具有独立工作能力。 （2）回转制动应兼有常闭制动和常开制动（可以自由滑转对中），两种情况。3. 变幅回路 （1）带平衡阀并设有二次液控单向阀锁住保护装置。 （2）要求起落臂平稳，微动性好，变幅在任意允许幅值位置能可靠锁死。 （3）要求在有载荷情况下能微动。 （4）平衡阀应备有下腔压力传感器接口，作为力矩限制器检测星号源。4. 伸缩回路本机伸缩机构采用四节臂（含有三个液压缸），由于本机为中型起重机为了使本机运用广泛，采用电液阀控制液压缸实现各节臂顺序伸缩。各节臂具有任意伸缩的选择性，但不能实现同部伸缩。5. 控制回路 （1）为了使操纵方便总体要求操纵手柄限制为两个。 （2）操纵元件必须具有45方向操纵两个机构联动能力。6. 支腿回路 （1）要求垂直支腿不泄漏，具有很强的自锁能力（不软腿）。 （2）要求各支腿可以进行单独调整。 （3）要求水平支腿伸出距离足够大，能够满足最大吊重而不至于整机倾翻。 （4）要求垂直支腿能够承载最大起重时的压力。 （5）起重机行走时不产生掉腿现象。7. 重铁回路 伸缩式重铁挂放平衡机构位于后转台，重铁伸缩臂一端与后转台固定，另一端上安装有重铁挂放机构，配重铁为便于回送时保持整机轴重均衡，分为前活动配重铁及后配重铁两部分，回送时前活动配重铁放置在底架前端，吊重时通过转车，将两块配重铁叠加，并由挂放机构（挂放油缸）吊起，起重作业时，根据实际吊重情况配重伸缩臂内的伸缩油缸进行伸缩，从而使配重伸缩臂进行一定长度的伸缩，配重机构连同配重铁的重量作用于伸缩臂这一悬臂梁结构上，形成一定的力矩与前转台吊重所产生的力矩相平衡，保证整车重心在安全支承范围内。3.3 重铁机构工况分析配重总重量3.5t，即为.1. 工作负载fw 不同的机器有不同的工作负载。对于液压起重机来说，工件的压制抗力即为工作负载。工作负载fw与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值。工作负载既可以为定值也可以为变值，其大小根据具体情况加以计算，有时还要由样机实测确定。fw=160109.8=1568kn2. 导轨摩擦负载ff导轨摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦力，其值与运动部件的导轨形式、放置情况及运动状态有关。各种形式导轨的摩擦负载计算公式可查阅有关手册。静摩擦阻力： ffs=0.23.5109.8=68.6kn动摩擦阻力： ffd=0.13.5109.8=34.3kn 3. 惯性负载fi 惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按照牛顿第二定律求出，即 fi=(g/g)(v/t)式中： g-重力加速度v-t时间内的速度变化值t启动、制动或速度转换时间。t可取0.010.5s,轻载低速时取较小值。fi=3.5100.30.4=26.25kn fn=3.510100.024=840kn4.重力负载g垂直或倾斜放置的运动部件，在没有平衡的情况下，其自重也成为一种负载。倾斜放置时，只计算重力在运动上的分力。液压缸上行时重力取正值，反之取负值。g=mg=343kn5.密封负载fs密封负载是指密封装置的摩擦力，其值与密封装置的类型和尺寸、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关。fs的计算公式详见有关手册。在未完成液压系统设计之前，不知道密封装置的参数，无法计算。一般用液压缸的机械效率加以考虑，一般取=0.90.97。6背压负载fb背压负载是指液压缸回油腔背压所造成的阻力。在系统方案及液压缸结构尚未确定之前，其无法计算，在负载计算时，可暂时不考虑。7. 液压缸在各工作阶段的负载值：其中：。 液压缸的机械效率，一般取=0.90.97。表3-1： 工作循环各阶段的外负载工况负载组成推力 f/ f= fn+ ffs-g=560kn628knf= fn+ ffd+fi-g=557kn619knf= fn+ ffd-g=531kn590knf= fn+ ffd+ fw-g=2100kn2333knf= fn+ ffd+g=1217kn1353kn3.4 负载循环图和速度循环图的绘制负载图按上面的数值绘制，速度图按给定条件绘制，如图所示： 图3-1速度循环图 图3-2 负载循环图3.5拟定液压系统原理图3.5.1确定供油方式考虑到该机床在工作进给时需要承受较大的工作压力，系统功率也较大，现采用轴向柱塞泵，具有将32mpa压力的纯净液压油输入到各种油压机、液动机等液压系统中，以生产巨大的工作动力，该柱塞泵结构紧凑，效率高，工作压力高，流量调节方便。3.5.2液压系统图的总体设计 图3-3 重铁系统液压原理图图3-3为重铁系统液压原理图。操纵伸缩先导操纵阀1，控制油路通过先导操纵阀1的a7(b7)口，进入四联阀组2的a7(b7)口，使四联阀组换向，重铁主油路接通，主泵的液压油通过四联阀组2、液压锁，分别进出伸缩油缸的有杆腔或无杆腔，从而驱动伸缩油缸进行工作，实现重铁油缸的伸缩动作。当操纵手动换向阀时，液压油经手动换向阀、双向液压锁进入挂放油缸，实现挂放油缸的挂放动作。双向液压锁的作用是封闭油缸的进出油路，闭锁无杆腔液压油，使挂放油缸的活塞杆锁定在某一工作位置，保证系统安全。平衡阀的作用是在起重机重铁下降时，防止在载荷或重铁自重的作用下，其下降速度过快，引起机构失控，而造成事故。第4章 液压系统的计算和元件选择4.1 确定系统的主要参数 液压系统的主要参数设计是指确定液压执行元件的工作压力和最大流量。液压执行元件的工作压力可以根据负载图中的最大负载来选取，见表4-1也可以根据主机的类型来选取，见表4-2最大流量则由液压执行元件速度图中最大速度计算出来。工作压力和最大流量的确定都与液压执行元件的结构参数（指液压缸的有效工作面积a或液压马达的排量vm）有关。一般的做法是先选定液压执行元件的类型及其工作压力p，在按照最大负载和预估的液压执行元件的机械效率求出a或vm，并通过各种必要的验算、修正和圆整成标准值后定下这些结构参数，最后，再算出最大流量qmax来。 表4-1 按负载选择液压执行元件的工作压力载荷/kn 50工作压力/mpa=57表4-2 按主机类型选择液压执行元件的工作压力设备类型机床农业机械汽车工业小型工程机械辅助机构工程机械重型机械锻压设备液压支架等船用系统磨床组合机床齿轮加工机床刨床车床铣床研磨机床拉床龙门刨床工作压力/mpa1.26.32425101016163214254.1.1确定液压缸的主要参数按液压机床类型初选液压缸的工作压力为25mpa，根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积a应为有杆腔工作面积a的6倍，即活塞杆直径与缸筒直径满足： 的关系。快进时，液压缸回油路上必须具有背压，防止上压板由于自重而自动下滑，根据液压系统设计简明手册表2-2中，可取=1mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取，快退时，回油腔是有背压的，这时亦按2mpa来估算。4.1.2液压缸内径d和活塞杆直径d的确定以单活塞杆液压缸（伸缩油缸）为例来说明其计算过程。图4-1：单活塞杆液压缸计算示意图其中 液压缸工作腔的压力 pa 液压缸回油腔的压力 pa 故： a= 0.0524md=0.2508m=250.8mm=0.1994m=199.4mm当按gb2348-80将这些直径圆整成进标准值时得：d=260mm,d=200mm. 由此求得伸缩油缸缸面积的实际有效面积为：a=0.0531 ma=0.02167 m同理可求得重铁挂放油缸d=160mm,d=100mm.由此求得挂放油缸缸面积的实际有效面积为：a=0.0201 ma=0.01225 m4.1.3液压缸实际所需流量计算 工作快速空程时所需流量其中 液压缸的容积效率，取q=0.05310.31060/0.9610=995.625l/min 工作缸压制时所需流量q=0.05310.011060/0.9610=33.1875l/min 工作缸回程时所需流量 q=0.021670.061060/0.9610=81.2624l/min同理，可求得重铁挂放油缸q=0.02010.31060/0.9610=376.875l/minq=0.02010.011060/0.9610=12.5625l/min q=0.012250.061060/0.9610=45.9375l/min4.2 液压元件的选择4.2.1确定液压泵规格 1.确定液压泵的最高供油压力及额定供油压力由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为式中 p-执行元件的最高工作压力p-从液压泵出口到执行元件入口之间的总的压力损失该值较为准确的计算需要管路和元件的布置图确定后才能进行，初步计算可按经验数据选取。对简单系统流速较小时，p取0.20.5mpa，对复杂系统流速较大时，p取0.51.5mpa上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力应满足：2.确定液压泵的最大供油量液压泵的最大流量应为：式中 液压泵的最大流量同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量。系统泄漏系数，一般取，现取。计算得出 92.139 l/min3.选择液压泵的规格由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大，大流量，所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特点：1） 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（），最高可以达到。2） 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。3） 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。4） 柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。根据以上算得的和在查阅相关手册机械设计手册成大先p20-195得：现选用，排量63ml/r，额定压力32mpa，额定转速1500r/min，驱动功率59.2kn，容积效率，重量71kg，容积效率达92%。4.2.2 驱动电机功率驱动液压泵的电动机根据驱动功率和泵的转速来选择。在整个工作循环中，若液压泵的压力和流量比较稳定，即工况图曲线变化比较平稳时，则驱动泵的电动机功率为np=ppqp/式中 pp液压泵的最高供油压力qp液压泵的实际输出流量液压泵的总效率。柱塞泵为，取0.82。 选用1000r/min的电动机，则驱动电机功率为：选择电动机 ，其额定功率为18.5kw。4.3阀类元件及辅助元件的选择4.3.1 对液压阀的基本要求(1). 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。(2). 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。表4-3 选择液压控制元件的主要依据和应考虑的问题液压控制元件主要依据应考虑的问题压力控制元件阀所在的油路的最大工作压力和通过阀的最大实际流量压力调节范围，流量变化范围，所要求的压力灵敏度和平稳性等。流量控制元件流量调节范围，流量-压力特性曲线，最小稳定流量，压力与温度的补偿要求，对工作介质清洁度的要求，阀进口压差的大小以及阀的内泄漏大小等方向控制元件性能特点，换向频率，阀口压力损失的大小以及阀的内泄漏大小等4.3.2 各阀的选择1.溢流阀的选择直动式溢流阀的响应快，一般用于流量较小的场合，宜做制动阀、安全阀用；先导式溢流阀的启闭特性好，用于中、高压和流量较大的场合，宜做调压阀、背压阀用，最低调定压力一般只能在0.51mpa范围内。溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，并应注意其允许的最小稳定流量，一般来说，最小稳定流量为额定流量的15%左右。2.流量阀的选择一般中、低压流量阀的最小稳定流量为50100ml/min，高压流量阀为2.520ml/min。流量阀的进出口需要有一定的压差，高精度流量控制阀约需1mpa压差。3.换向阀的选择a.按通过阀的流量来选择结构形式。一般来说，流量在190l/min以上时宜用二通插装阀；190l/min以下时可采用滑阀型换向阀。70l/min以下时用电磁换向阀（一般为6,10mm通径），否则需要选用电液换向阀。b.按换向性能等来选择c.按系统要求来选择滑阀机能。选择三位换向阀时，应特别注意中位机能。一泵多缸系统，中位机能必须选择o型和y型，若回路中有液控单向阀或液压锁时，必须选择y或h型4.单向阀及液控单向阀的选择应选择开启压力小的单向阀；开启压力较大的单向阀可做背压阀用。外泄式液控单向阀与内泄式相比，其控制压力低，工作可靠，选用时优先考虑。4.3.3 辅助元件的选择1.滤油器的选择滤油器是保持工作介质清洁，使系统正常工作所不可缺少的辅助元件。滤油器应根据其在系统中所处部位及被保护元件对工作介质的过滤精度要求、工作压力、过流能力及其他性能要求而定。2.油箱的设计液压系统中油箱的作用是储油，保证供给系统充分的油液；散热，液压系统中由于能量损失所转换的热量大部分由油箱表面散逸；沉淀油中的杂质；分离油中的气泡，净化油液。3.冷却器的选择液压系统如果依靠自然冷却不能保证油温保持在限定的最高温度之下，就需要装设冷却器进行强制冷却。对冷却器的选择主要依据其热交换量来确定其散热面积及其所需要的冷却介质量。4连接件的选择连接件包括油管和管接头。4.4管道尺寸的确定油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，p=31.25mpa ， 钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。4.4.1 管接头的选用管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有：焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（zm）和普通细牙螺纹（m）。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或o形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。4.4.2. 管道内径计算 式中 q通过管道内的流量 v管内允许流速 ，见表：表4-4：液压系统各管道流速推荐值油液流经的管道推荐流速 m/s液压泵吸油管0.51.5液压系统压油管道36，压力高，管道短粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6 (1). 液压泵压油管道的内径： 取v=4m/s 根据机械设计手册查得：取d=20mm,钢管的外径 d=28mm； 管接头联接螺纹m272。(2). 液压泵回油管道的内径：取v=2.4m/s根据机械设计手册查得：取d=25mm,钢管的外径 d=34mm； 管接头联接螺纹m332。4.4.3. 管道壁厚的计算 式中： p管道内最高工作压力 pa d管道内径 m管道材料的许用应力 pa，管道材料的抗拉强度 pan安全系数，对钢管来说，时，取n=8；时，取n=6； 时，取n=4。根据上述的参数可以得到：我们选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度=600mpa；(1). 液压泵压油管道的壁厚(2). 液压泵回油管道的壁厚 所以所选管道适用。4.5系统性能的验算估算液压系统性能的目的在于评估设计质量或从几种方案中评选最优设计方案。估算内容一般包括：系统压力损失、系统效率、系统温升等。4.5.1 系统压力损失验算液压系统压力损失包括管道内的沿程损失和局部损失等。计算系统压力损失时，不同的工作阶段要分开来计算。回路上的压力损失要折算到进油路上去。因此，某一工作阶段液压系统总的压力损失为p=p+(pa/a)但由于系统的具体管路布置和长度尚未确定，所以压力损失暂时无法计算。4.5.2 系统温升的验算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。当v=10mm/s时，即v=600mm/min即 此时泵的效率为0.9，泵的出口压力为26mp，则有（公式p）即此时的功率损失为：假定系统的散热状况一般，取，油箱的散热面积a为系统的温升为根据机械设计手册：油箱中温度一般推荐30-50，所以验算表明系统的温升在许可范围内。第5章 液压缸的结构设计5.1液压缸主要尺寸的确定5.1.1液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径d与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 式中 液压缸壁厚(m)； d液压缸内径(m)； 试验压力，一般取最大工作压力的(1.25-1.5)倍； 缸筒材料的许用应力。无缝钢管：。故 =22.9则在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为d+2=260+235=330mm5.1.2液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅p12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。液压缸工作行程选 l=2655mm l=2455mm5.