机械毕业设计（论文）-用调速阀的速度换接回路实验装置设计.pdf

本科毕业设计本科毕业设计(论文论文) 题目：采用调速阀的速度换接回路题目：采用调速阀的速度换接回路 实验装置设计实验装置设计 系 别： 机电信息系 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 5 月 i 用调速阀的速度换接回路实验装置设计用调速阀的速度换接回路实验装置设计 摘摘 要要 速度换接回路的功用是使液压执行机构在一个工作循环中从一种运动速度 换到另一种运行速度，因而这个转换不仅包括快速转慢速的换接，而且还包括 两个慢速之间的换接。实现这些功能的回路应该具有较高的速度换接平稳性。 本文阐述了采用调速阀的速度换接回路实验台的设计，主要对工作原理、 结构组成、参数计算等发面做了详细的分析与研究，得出一套较为合适的方法 来设计实验台。主要通过查阅相关资料，应用相关公式，从而对油箱进行设计， 然后来选择液压站的动力装置，确定电机与泵的安装方式，最后再根据原理图 以及各项参数来进行管路与管接头的选择，从而完成整个设计。 论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究 背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点从原理设计、各回路的功能分析 与选择入手，从而选择液压元件，计算其性能是否符合指标，最后校核温升。 关键词关键词：液压基本回路；速度换接回路；实验装置 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ii the design of switching circuit experiment device adopting the speed regulator valve abstract speed exchange circuits are used to make the hydraulic actuator to change from one motion to another running speed in a work cycle, so the conversion includes not only the fast switching for slow, but also includes the exchange between the two slow. loop should achieve these functions with high speed and stability this paper describes the design of circuit experiment platform for the speed regulator valve, mainly on the working principle, structure, parameter calculation etc to do a detailed analysis and research, to design the experiment which obtains a set of suitable method. through access to relevant information, related formulas are used, thus the choice of tank, power plant and then to select the hydraulic station, the installation mode of motor and pump, finally to pipeline according to the schematic and the various parameters and selection of pipe joints, so as to complete the whole design. the paper first summarizes the analysis of the status quo, and research progress of study on the hydraulic technology at home and abroad and the significance of research background, describes the research topics. then focus from the principle of design, function analysis and selection of circuits, and choosing hydraulic components, its performance is in line with the index calculation, finally the check temperature rise. key words: hydraulic basic circuit；speed changeover circuit；experimental installation iii 主要符号表主要符号表 qp 液压泵得最大流量 液压泵得最大流量 pp 液压泵最大工作压力 液压泵最大工作压力 p1 执行元件最大工作压力 执行元件最大工作压力 p 沿程压力损失 沿程压力损失 kl 系统的泄漏系数系统的泄漏系数 运动粘度 运动粘度 ct 油箱散热系数 油箱散热系数 re 管道流动雷诺数 管道流动雷诺数 iv 目目 录录 1 绪论绪论 1 1.1 前言 . 1 1.2 题目背景及研究意义 . 2 1.3 课题主要内容 . 3 2 液压传动综述液压传动综述 . 4 2.1 液压传动系统的组成 . 3 2.2 液压传动的优缺点 . 4 2.3 液压技术的应用和发展状况 . 5 2.4 液压系统设计要求及流程 . 6 3 速度换接回路液压系统的设计速度换接回路液压系统的设计 7 3.1 液压系统的工况分析 . 7 3.2 原理图的拟定 . 7 3.2.1 确定液压泵类型 7 3.2.2 原理图设计 7 3.3 液压系统参数的计算及液压元件的选择 11 3.3.1 液压缸主要尺寸的确定 . 11 3.3.2 选择液压泵规格 13 3.3.3 液压元件的选择 14 3.3.4 确定管路尺寸 15 4 液压油路板的结构与设计液压油路板的结构与设计 . 16 4.1 液压油路板的结构 . 16 4.2 液压油路板的设计 . 16 4.2.1 分析液压系统，确定液压油路板结构 16 4.2.2 液压元件的布局及油孔的位置 16 4.2.3 绘制液压油路板零件图 17 5 液压站的设计液压站的设计 .18 5.1 液压油箱的设计 . 18 5.1.1 液压油箱有效容积的确定 18 5.1.2 液压油箱的外形尺寸 19 5.1.3 液压油箱的结构设计 19 5.2 液压站的结构设计 . 22 5.2.1 液压泵的安装方式 22 v 5.2.2 电动机与液压泵的联接方式 23 5.2.3 液压站的结构设计的注意事项 23 6 液压辅件的选择液压辅件的选择 .25 6.1 管路的选择 . 25 6.2 管路的连接 . 25 6.3 液压油的选择 . 26 7 液压系统的验算液压系统的验算 28 7.1 压力损失的验算 . 28 7.1.1 工作进给时进油路压力损失 19 7.1.2 工作进给时回油路压力损失 19 7.1.3 变量泵出口处的压力 pp . 19 7.2 系统温升的验算 . 29 8 液压站的组装调试、使用维护液压站的组装调试、使用维护 31 8.1 液压站的组装 . 31 8.1.1 液压元件和管道安装 31 8.2 液压站的使用与检查 . 32 8.2.1 使用注意事项 32 8.2.2 操作方法 32 8.2.3 检查 32 9 结论结论 33 参考文献参考文献 34 致谢致谢 . 35 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明 . 36 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明 37 1 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 前言前言 一台完整的机器一般由三个部分组成：原动机、传动装置和工作机构。原 动机包括内燃机、电动机等。工作机构是完成该机器的工作任务所需的直接工 作部分。由于原动机输出的扭矩和转速范围有限，为了适应工作机构的输出扭 矩（力）和输出转速（速度）变化范围较宽的要求，以及操纵、控制性能的要 求，必须在原动机和工作机构之间设置传动设置。 任何机器上的传动装置都是将能量或动力由原动机向工作机构的传递。通 过各种不同的传动方式使原动机的转动转变为工作机构各种不同的运动形式， 如车轮的转动、转台的回转、挖掘机动臂的升降等。因此，传动装置就是设于 原动机和工作机构之间，起传递动力和进行控制作用的装置。传动的类型有多 种，按照传动所采取的机件或工作介质的不同，可分为机械传动、电力传动、 气压传动和液体传动等。 (1) 机械传动：通过齿轮、齿条、皮带、链条等机件传递动力和进行控制 的一种传动方式。它是发展最早、应用最为普遍的传动形式。 (2) 电力传动：利用电力设备，通过调节电参数来传递动力和进行控制的 一种传动方式。 (3) 气压传动：以压缩空气为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形 式。 (4) 液体传动：以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。 按其工作原理 的不同又可分为液力传动和液压传动。液力传动的工作原理是基于流体力学的 动量矩原理，主要是以液体动能来传递动力，故又称为动力式液体传动。液压 传动是基于流体力学的帕斯卡原理，主要是利用液体静压能来传递动力，故也 称容积式液体传动或静液传动。 本文阐述了增压回路实验台的设计，主要对工作原理、结构组成、参数计 算等发面做了详细的分析与研究，得出一套较为合适的方法来设计实验台。主 要通过查阅相关资料，应用相关公式，从而对油箱进行选择，然后来计算液压 站的动力装置，确定电机与泵的安装方式，最后在根据原理图以及各项参数来 进行管路与管接头的选择，从而完成整个设计。 论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究 毕业设计（论文） 2 背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点从原理设计、即从各回路的功能 分析与选择入手，在选择液压元件，计算其性能好坏，最后在校核温升等指标。 1.2 题目背景及研究意义题目背景及研究意义 液压传动由于其具有传动功率大、易于实现无级调速等优点，使得其在各 类机械设备中得到了广泛的应用。液压传动与控制是现代机械工程的基础技术, 由于其在功率质量比、无级调速、自动控制、过载保护等方面的独特技术优势， 使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现机械传动与控制的重要技术手 段。特别是 20 世纪 90 年代以来，新兴产业不断涌现，并与现代电子与信息相 结合，进一步刺激和推动了液压技术的发展，使其在国民经济各行业获得广泛 应用。液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。正确合理地设计 和使用液压系统，对于提高各类液压机械设备及装置的工作品质和技术经济性 能具有重要意义。 本课程是机械设计制造及其自动化专业的主要专业基础课和必修课，是在 完成机械设计 、 液压与气压传动等课程理论教学以后所进行的重要的实 践教学环节。本课程的学习目的在于学生综合使用液压与气压传动等专业 课程理论知识和生产实际知识，进行液压试验装置的设计实践，使理论知识和 生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。 通过该题目原理图的设计， 可以使学生熟悉液压传动系统设计的一般程序， 了解并掌握液压传动这门技术。通过液压传动装置的设计，可以使学生掌握机 械设计的一般程序和基本方法。总之，通过本题目的设计，可以使机械设计制 造及其自动化专业的学生对四年所学课程得到一次较为全面的实践锻炼。 1.3 课题主要内容课题主要内容 （1）研究采用调速阀的速度换接回路的原理； （2）设计出合理的、能满足使用要求的两种工进速度换接回路实验装置； （3）可实现两个调速阀串联、并联换接实验； （4）绘制主要零件图； （5）选择液压元件型号； （6）对系统进行温升校核。 2 液压传动综述 3 2 液压传动综述液压传动综述 2.1 液压传动系统的组液压传动系统的组成成 所谓液压传动系统，就是根据机械的生产工艺循环和生产能力的要求，用 管路将有关的液压元件合理、有机地连接起来，形成一个整体，用以完成规定 的动力传动职能。 图2.1所示的是推土机的液压系统结构件图。 推土机的液压系统由液压泵1、 液压缸 2、换向阀 3、安全阀 4、滤油器 5 及油箱 6 等组成。 图 2.1 推土机的液压系统结构件图 1- 液压泵；2- 液压缸；3- 换向阀；4- 安全阀；5- 滤油器；6- 油箱 发动机带动液压泵从油箱中吸油，并以较高的压力输出，即液压泵把发动 机的机械能转变为液压油的压力能。液压缸活塞杆的伸缩使推土机铲刀升降， 即把液压油的压力能转变为机械能传递给铲刀。换向阀的作用是控制液流的方 向，它共有 p、a、b、o 四个油口，分别与液压泵、液压缸上下腔及油箱相通。 阀杆有四个操作位置，对应于推土机的四种工作状态。当阀杆处于中立位置 i 时，在换向阀内部 p 口与 o 口相通，a 口与 b 口被封闭，此时液压泵输出的油 液不通过液压缸而直接流回油箱，液压泵卸荷，液压缸活塞保持在一定位置； 当阀杆在位置 ii 时，换向阀内部 p 口与 b 口相通，a 口与 o 口相通，液压泵输 出的油液经换向阀进入液压缸下腔，液压缸活塞杆缩回，提升铲刀，液压缸上 腔的油经换向阀流回油箱；当阀杆在位置 iii 时，液压泵输出的油液进入液压缸 毕业设计（论文） 4 上腔，使铲刀下降，液压缸下腔的油经换向阀流回油箱；当阀杆在位置 iv 时， 换向阀内部四个口全通，此时铲刀处于浮动状态。在阀杆处于位置 ii 或 iii 时， 如果液压缸活塞杆上升或下降到极限位置，液压缸内的压力便急剧上升，可能 造成油管破裂等事故，为此设置了安全阀 4，以限制系统内的最高压力。当系 统压力高于某一限定值时，安全阀开启，液压泵出口的油液通过安全阀直接流 回油箱。油箱的作用主要是储存液压油并散热。滤油器的作用是滤去工作油液 中的杂质，以减小对液压元件的磨损。 由上面的例子可以看出，液压传动系统由以下几部分组成。 (1) 动力元件包括各种液压泵。它们用来将原动机的机械能转换成工 作液体的压力能。 (2) 执行元件包括各类液压缸和液压马达。它们的作用是把工作液体 的压力能转变为机械能，推动负载运动。液压缸完成直线运动，液压马达完成 旋转运动。 (3) 控制元件包括各类压力、流量、方向控制阀等。通过它们控制和 调节液压系统中液压油的压力、流量和流向，以保证执行元件所要求的输出力、 速度和方向。 (4) 辅助元件包括液压油箱、管路、滤油器、蓄能器、冷却器、加热 器、压力表、温度计等。它们对保证液压系统正常、可靠、稳定的工作是不可 缺少的。 (5) 工作介质也称为工作液体，是传递能量的媒介。它的性质对液压 系统的正常工作有直接的重要影响。 2.2 液压技术的优缺点液压技术的优缺点 液压传动与其他传动形式相比，有许多独特的优点。 (1) 能容量大，即较小重量和尺寸的液压元件，可传递较大的功率。如液 压马达的外形尺寸约为同功率电动机的 12%，重量约为同功率电动机的 10%20%。 (2) 惯性小，启动、制动迅速，运动平稳，冲击小，换向迅速。 (3) 能在运行过程中进行无极调速，调速方便，调速范围较大，可从 100:1 至 2000:1。 (4) 简化整机结构，减少零件数目，减轻整机重量。例如，斗容量为 1m3 的机械式挖掘机，零件总数为 1500 多件，机重 41 吨，而相通斗容量的全液压 挖掘机，零件总数为 700 多件，机重 23 吨。 (5) 易于实现低速大扭矩；易于实现直线往复运动，可以直接驱动工作装 毕业设计（论文） 5 置；各液压元件间用于管道连接，因而安装位置自由度大，易于总体布置。 (6) 操纵方便，省力，控制、调节简单，易于实现自动化。与电气元件相 配合，易于实现复杂的控制操作。 (7) 由于系统充满油液，对各液压元件有自润滑作用；又由于液压系统容 易实现过载保护，因而有利于延长元件的使用寿命。 (8) 易于实现标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和维修。 液压传动与其它传动形式相比，也存在着下面一些缺点。 (1) 由于存在泄露及油的可压缩性，因而不能用于高精度的定比传动。 (2) 由于油的黏度随温度变化，影响传动系统的工作性能，因而不宜在高 温或低温下工作。 (3) 能量损失较大，因而效率较低。 (4) 对油液的污染比较敏感，要求有良好的防护和过滤设施。 (5) 液压元件制造精度要求高，造价高。 (6) 故障诊断及排除比较困难，要求操作维修人员有较高的专业水平。 2.3 液压技术的应用和发展状况液压技术的应用和发展状况 液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。 虽然从 17 世纪中叶 帕斯卡提出静压传递原理、18 世纪末英国制造出世界上第一台水压机算起，已 有几百年历史，但液压与气压传动在工业上被广泛采用和有较大幅度的发展却 是 20 世纪中期以后的事情。 近代液压传动是由 19 世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的， 最早时 间成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转位器，其后才在机床上应用。第二次 世界大战期间，由于军事工业和装备迫切需要反应迅速、动作准确、输出功率 大的液压传动及控制装置，促使液压技术迅速发展。战后，液压技术很快转入 民用工业，在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶 等行业得到了大幅度的应用和发展。20 世纪 60 年代以后，随着原子能、空间 技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括 传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度 已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的 95%的工程 机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。 随着液压机械自动化程度的不断提高，液压元件应用数量急剧增加，元件 小型化、系统集成化是必然的发展趋势。特别是近十年来，液压技术与传感技 术、微电子技术密切结合，出现了许多诸如电液比例控制阀、数字阀、电液伺 服液压缸等机（液）电一体化元器件，使液压技术在高压、高速、大功率、节 毕业设计（论文） 6 能高效、低噪声、使用寿命长、高度密集化等方面取得了重大进展。无疑，液 压元件和液压系统的计算机辅助设计（cad） 、计算机辅助试验（cat）和计算 机实时控制也是当前液压技术的发展方向。 人们很早就懂得用空气作工作介质传递动力做功，如利用自然风力推动风 车、带动水车提水灌田，近代用于汽车的自动开关门、火车的自动抱闸、采矿 用风钻等。因为空气做工作介质具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振动、冲击、 辐射等优点，近年来气动技术的应用领域已从汽车、采矿、钢铁，机械工业等 重工业迅速扩展到化工、轻工、食品、军事工业等各行各业。和液压技术一样， 当今气动技术亦发展成包含传动、控制与检测在内的自动化技术，作为柔性制 造系统（fms）在包装设备、自动生产线和机器人等方面成为不可缺少的重要 手段。由于工业自动化以及 fms 的发展，要求气动技术以提高系统可靠性、降 低总成本与电子工业相适应为目标，进行系统控制技术和机电液气综合技术的 研究和开发。显然，气动元件的微型化、节能化、无油化是当前的发展特点， 与电子技术相结合产生的自适应元件，如各类比例阀和电气伺服阀，使气动系 统从开关控制进入到反馈控制。计算机的广泛普及与应用为气动技术的发展提 供了更广阔的前景。 2.4 液压系统设计要求及流程液压系统设计要求及流程 液压的设计一般泛指液压传动系统设计。由于液压传动系统和液压控制系 统从结构和工作原理而言，并无本质上的区别。通常所说的液压系统设计，皆 指液压传动系统设计。液压系统的设计与主机的设计是紧密联系的，当从必要 性、可行性和经济性几方面对机械、电气、液压和气动等传动形式进行全面比 较和论证，决定应用液压传动之后，二者往往同时进行。所设计的液压系统首 先应满足主机的拖动、循环要求，其次还应符合结构组成简单、体积小重量轻、 工作安全可靠、 总体看来，液压系统设计的流程是： (1) 明确系统的设计； (2) 分析系统工况； (3) 确定主要参数； (4) 拟定液压系统原理图； (5) 选择液压元件； (6) 验算液压系统性能； (7) 绘制工作图编织技术文件。 3 速度换接回路液压系统的设计 7 3 速度换接回路液压系统的设计速度换接回路液压系统的设计 3.1 液压系统的工液压系统的工况分析况分析 采用调速阀的速度换接回路实验装置设计主要是利用电磁换向阀的通电与 否，不同位的工作控制不同调速阀的工作状态来实现。首先，液压油液通过液 压泵输出，经由未连接调速阀的油路直接工作给液压缸，实现液压缸快进的工 作状态，通过控制电磁换向阀的通电，先使某一个调速阀进行工作，控制液压 泵输出后的流量的大小，实现液压缸一工进的任务要求，然后控制不同电磁换 向阀的通电，实现液压缸二工进的任务要求。其中，通过液压回路的设计，实 现调速阀之间的串并联要求，以此完成题目中的任务要求。 任务书中给出压力的大小为 2.5mpa 左右，液压缸的速度为 13m/min。 3.2 原理原理图的图的拟定拟定 3.2.1 确定确定液压泵液压泵类型类型 叶片泵具有流量均匀，压力脉动小，运转平稳，噪声小，结构紧凑，体积 小，重量轻，而排量较大等优点。在工程机械、船舶、压铸及冶金设备中得到 广泛应用。 工作原理主要是当叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下， 尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容 积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排 油。 单作用叶片泵转自每转一周，吸、压油各一次，故称为单作用。 这次所设计的实验台要求压力不高，单作用泵可以满足回路要求，故选用 单作用叶片泵。 3.2.2 原理原理图的设计图的设计 a. 二二调速阀调速阀串联两串联两工工进进速度换接回路的设计速度换接回路的设计 (1) 二二调速阀调速阀串联串联的的两两工工进进速度换接回路速度换接回路 如图 3.1 所示为我们教材中常见的二调速阀串联的两工进速度换接回路。 当阀 1 左位工作且阀 3 断开时，控制阀 2 的通断与否，使油路经调速阀 a 或既 经调速阀 a 后又经调速阀 b 才能进入液压缸左腔， 从而实现第一次工作进给或 第二次工作进给。这里要求调速阀 b 的开口需要调节的比调速阀 a 的开口小， 毕业设计（论文） 8 即第二次工进的速度必须比第一次工进的速度低；此外，第二次工作进给时， 油液流经调速阀 a 后又流过调速阀 b，须经过两个调速阀，故液压能量损失较 大。 图 3.1 二调速阀串联的两工进 图 3.2 二调速阀串联的两工进 速度换接回路原有原理图 速度换接回路新原理图 (2) 新回路的组成与原理新回路的组成与原理 将现有回路图 3.1 中阀 3 接在 e 点的油路略略改动，移接到 d 点处，即阀 3 的进、出油口分别接到 c、d 处，只与调速阀 a 并联，另外阀 2 的规格相应 加大，而其他部分均无变化。如图 3.1 所示，这就是新回路的组成。图 3.2 则是 新回路图 3.2 的另一种等效画法。 新回路不但可以完全实现已有回路 3.1 所要求 的动作循环，而且还具有现有回路不具备的一些新的优点，现分析如下（参考 图 3.3） ： 图 3.3 二调速阀串联的两工进速度换接回路新原理图 毕业设计（论文） 9 1) 快进快进 按下启动按钮，电磁铁 1ta 通电，三位换向阀 1 左位接入系统工作；电磁 铁 3ya 及 4ya 均不带电，阀 2 和阀 3 的右位（常开）接入系统工作；从油泵 来的压力经阀 1 左位、阀 3 和阀 2 的右位进入液压缸左腔；液压缸右腔的油经 阀 1 回油箱，推动活塞快速右移，实现快进。 2) 一工进一工进 电磁铁 1ya 通电，阀 1 左位接入系统工作，电磁铁 4ya 通电、3ya 仍不 通电，阀 3 左位、阀 2 右位接入系统工作；从油泵来的压力流经流经阀 1 左位 后，流过调速阀 a，在流经阀 2 右位而进入液压缸左腔，液压缸右腔油经阀 1 回油箱；活塞推动工作台慢速右移，实现了第一次工作进给，进给量的大小由 调速阀 a 来调节。 3) 二工进二工进 电磁铁 1ya 仍通电，阀 1 左位仍接入系统工作；此时电磁铁 4ya 失电（与 已有回路图 2.1 中通电刚好相反，从而可节约用电） 、3ya 通电，阀 3 的右位和 阀 2 的左位接入系统工作；从油泵来的压力经过阀 1 左位后，会流过阀 3 的右 位，再流经调速阀 b 而进入液压缸左腔；液压缸右腔的油经阀 1 后回油箱；活 塞推动工作台慢速右移，实现了第二次工作进给，进给量的大小由调速阀 b 来 调节，不受调速阀 a 通流面积大小的限制。 （现有回路图 3.1 中，阀 b 的开度 需调的比 a 小，即二工进速度必须比一工进速度低） 。 4) 快退快退 电磁铁 1ya 失电、2ya 通电，阀 1 的右位接入系统工作；电磁铁 3ya 和 4ya 均失电，阀 2 和阀 3 的右位同时接入系统工作。从油泵来的压力油经阀 1 右位流入液压缸右腔；液压缸左腔的油经阀 2 和阀 3 的右位后，再流经阀 1 后 位而进入油箱；活塞带动工作台快速左移，实现了快退。 5) 原位停止原位停止 工作台快速退回到原位后，工作台上的挡块压下行程开关、发出信号，使 电磁铁 2ya 断电，至此全部电磁铁皆断电，阀 1 处于中位，液压缸两腔油路均 被切断，活塞与工作台原位停止。此时，油泵经阀 1 中位卸荷。 综上所述，图 3.2 和图 3.3 所示的新回路不但完全可以实现图 3.1 所示现有 回路的所有循环动作，而且还具有现有回路不具备的新特点。 b. 二调速阀并联两工进速度换接回路的设计二调速阀并联两工进速度换接回路的设计 两个调速阀并联的速度换接回路设计思路与两调速阀串联的原理大同小异，通 断电情况、工进情况均相同，原理图如图 3.4。 毕业设计（论文） 10 图 3.4 二调速阀并联的两工进速度换接回路原理图 c. 实验原理图的完善实验原理图的完善 在一个液压站的实验装置设计实验中，要求完成两种工进速度换接回路实 验装置的设计，可实现两个调速阀的串联、并联换接实验，原理图如图 3.5。 图 3.5 液压试验原理图 毕业设计（论文） 11 电磁铁动作顺序表如表 3.1。 表 3.1 电磁铁动作顺序表 1ya 2ya 3ya 4ya 5ya 快进 一工进 二工进 / / 快退 停止 3.3 液压系统的计算和液压元件的选择液压系统的计算和液压元件的选择 3.3.1 液压液压缸缸主要主要尺寸尺寸的的确定确定 a. 工作压力工作压力 p 的的确定确定 液压缸的工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设 备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。由表 3.2 列出的数据 【4】 ， 可选择工作压力为 2.5mpa。 表 3.2 液压设备常用的工作压力 设备类型 机 床 农 业 机 械 或 中 型 工 程机械 液压机、重 型机械、起 重运输机械 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力 p/(mpa) 0.82.0 35 28 810 1016 2032 b. 计算液压计算液压缸内径缸内径 d 和活塞杆直径和活塞杆直径 d。 分析得液压缸所受的外负载： waf ffff+= （3.1） 式中 fw- 工作负载，为 0； ff- 导轨摩擦阻力负载： f 为导轨摩擦系数， 其中静摩擦系数为 0.2， 动摩擦系数为 0.1。 ffs=0.2100=20n ffa=0.1100=10n f- 运动部件速度变化时的惯性负载： 毕业设计（论文） 12 t v g g f a d d = （3.2） t 取 0.0006s，v=3 时，fa为最大。 nn g fa850 6000006 . 0 3100 = = 取 v=1.5 时，nn g g fa425 6000006 . 0 5 . 1 = = 所有液压元器件的尺寸计算由压力最大时的计算， 故： f最大=850n+20n=870n cm fc f ff h =+ （3.3） 式中 f- 工作循环中最大的外负载； ffc- 液压缸密封处的摩擦力，精确值不易求得，通常由 cm进行估算； cm- 液压缸的机械效率，现取值 0.9。 解得 ffc=96.6n f+ffc=966.66n d2= 1 )(4pff fc p+（d2- d2） 12 pp （3.4） 式中 p1- 液压缸工作压力； p2- 液压缸回油腔背压力，由表 3.3 可知； d/d- 活塞杆直径与液压缸内经之比，由表 3.4 可知 d=0.5d； 带入式（3.4）得 d=35mm 表 3.3 执行元件背压的估算值 系 统 类 型 背压 p2（mpa） 中、低压系统 08mpa 简单系统、 一般轻载的节流调 速系统 0.20.5 回油路带调速阀的调速系统 0.50.8 回油路带背压阀 0.51.5 采用带补液压泵的闭式回路 0.81.5 中高压系统816mpa 同上 比中低压系统高 50%100% 高压系统1632mpa 如锻压机械等 初算时背压可忽略不计 毕业设计（论文） 13 表 3.4 液压缸内经 d 与活塞杆直径 d 的关系 按机床类型选取 d/d 按液压缸工作压力选取 d/d 机床类别 d/d 工作压力 p/（mpa） d/d 磨床、绗磨及研磨机床 0.20.3 2 0.20.3 插床、拉床、刨床 0.5 25 0.50.58 钻、镗、车、铣床 0.7 57 0.620.70 7 0.7 通过查询表 3.5、表 3.6 可知 d 取 40mm，取 20mm。 表 3.5 液压缸内径尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 320 400 500 630 表 3.6 活塞杆直径系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 c. 计算在各工作阶段液压缸所需的流量计算在各工作阶段液压缸所需的流量 q进=4 2 dpv=4p0.0423m/min=3.768l/min q工进=4 2 dpv=4p0.0421.5m/min=1.884l/min q退=4)( 22 dd -pv=4p（0.042- 0.022）3m/min=2.826m/min 3.3.2 选择液压泵的选择液压泵的规格规格 a. 液压泵工作压力的液压泵工作压力的确定。确定。考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损 失，所以绷得工作压力为 pp=p1+p （3.5） 式中 pp液压泵最大工作压力； p1执行元件最大工作压力； 毕业设计（论文） 14 p进油管路中的压力损失，本例取 0.5mpa。 pp=p1+p=2.5+0.5mpa=3mpa b. 液压泵流量的确定。液压泵流量的确定。液压泵的最大流量应为 qpkl（q）max （3.6） 式中 qp液压泵的最大流量； (q)max 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值； kl系统泄漏系数，一般取 1.11.3，现取 1.2。 qp=1.23.768l/min=4.5216l/min c. 选择液压泵的规格。选择液压泵的规格。根据以上算得的 pp和 qp再查阅有关手册，现选用 yb16.3 型液压泵， 该泵的基本参数为： 公称排量为 6.3ml/r， 转速为 1450r/min， 额定压力为 6.3mpa，容积效率为 0.8，总效率为 0.62，驱动功率为 2.2kw。 d. 与液压泵匹配的电动机的选定。与液压泵匹配的电动机的选定。 需要电机的功率 kw qp p pp 365 . 0 62 . 0 60 5216 . 4 3 = = = h （3.7） 故选择电机的型号为 yz- 90s- 6。 3.3.3 液压元件的选择液压元件的选择 本液压系统采用 ge 系列的阀，根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部 分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择元件型号规格如下表 3.7： 表 3.7 元件型号图 序号 名称 代号 1 液压泵 yb1- 6.3 2 溢流阀 y1- d6b 3 调速阀 aqt1- d6b- 6 4 三位四通换向阀 34e01- f6b 5 两位三通换向阀 23d- b10h 6 两位两通换向阀 22f3- 10b 7 电动机 tz- 90s- 6 毕业设计（论文） 15 3.3.4 确定管道尺寸确定管道尺寸 油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可接管路允许 流速进行计算。本系统主油路流量为 q=4.5216l/min，压油管的允许流速取 v 4m/s，则内径 d 为 mmmmvqd9 . 445216 . 4 6 . 4/6 . 4= （3.8） 若系统主油路流量按快退时取 q=2.826l/min,则可算得油管内径 d=3.9mm. 综合诸因素，现取油管的内径 d 为 10mm，外径为 12mm。 4 液压油路板的结构与设计 16 4 液压油路板的结构与设计液压油路板的结构与设计 4.1 液压油路板的结构液压油路板的结构 液压油路板是盖在实验台表面的面板。一般用灰铸铁制造，要求材料致密， 无缩孔疏松等缺陷。其正面需要直接与各类液压元件相连，背面要求与油管相 连。结构以 20mm 的钢板为主，在上面分布的是各种螺孔与通孔，用来安装各 个液压元件。 液压油路板的安装固定也是重要的。油路板一般采用框架固定，要求安装、 维修和检测方便。它可安装固定在机床上或机床附属设备上，但比较方便的是 安装在液压站上。本次采用螺栓直接固定在用角钢焊接而成实验台支架上。这 种设计装卸方面，符合实验台要求。 4.2 液压油路板的设计液压油路板的设计 4.2.1 分析分析液压系统，液压系统，确定确定液压油路板结构液压油路板结构 本次实验台设计都采用的是用管接头来连接液压阀与管道，选用的是卡套 式管接头。这就要求面板的一端连接阀底部有空，另一端设计成螺纹孔以便与 管接头相连。本次采用的是 12mm 外径的钢管来作为油管，管接头将采用卡套 式直通管接头，然后连接油管。 4.2.2 液压元件的液压元件的布局及布局及油油孔孔的的位位置置 绘出油路面板平面尺寸，把制作好的液压元件样板放在面板上进行布局， 此时要注意： a. 液压阀阀芯应处于水平位置，防止阀芯自重影响液压阀的灵敏度，特别 是换向阀一定要水平布置。 b. 与液压油路板上主液压油路相同的液压元件，其相应的油口应尽量要沿 同一坐标布置。 c. 压力表开关布置在最上方，如果需要在液压元件之间布置，则应留足压 力表的安装空间。 d. 液压元件之间的距离应大于 5mm， 换向阀上的电磁铁、 压力阀的先导阀 以及压力表等可伸到面板的轮廓外。 根据以上准则，布局出各个阀类的位置，然后就可以在是实验台面板上根 据液压元件的要求布局各个孔的位置以及尺寸了。 毕业设计（论文） 17 液压油路板的正面用来安装液压元件。上面布置有液压元件固定螺孔、油 路板固定孔和液压元件的油孔。当液压元件布置完毕后，基本位置就确定了。 液压油路板背面，设计有与执行元件连接的油孔、与液压泵连接的压力油 孔以及与液压油箱连接的回油孔。此类液压油孔可加工成米制细牙螺纹或者英 制管螺纹孔。 在设计过程中，会出现各个孔间的干涉问题。采用的方法是可以把油路板 设计成偏心油孔，只要两孔有公共部分即可保证油路的畅通。 4.2.3 绘制液压油路板零件图绘制液压油路板零件图 实验台面板结构复杂，用多个视图表达，主视图表示液压元件安装固定的 位置、液压元件进出油口位置和大小，后视图表示各油管接头位置和尺寸。图 4.1 为实验台面板的主视图。 图 4.1 实验台面板主视图 5 液压站的设计 18 5 液压站的设计液压站的设计 5.1 液压油箱的设计液压油箱的设计 液压油箱的作用是贮存液压油、分离液压油中杂质和空气，同时还起到散 热的作用。 5.1.1 液压油箱液压油箱有效容积有效容积的的确定确定 液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考 虑。液压油箱的有效容量 v 可概略地确定为： 在低压系统中（p2.5mpa）可取： p qv)42(= (5.1) 在中压系统中（p6.3mpa）可取： p qv)75(= (5.2) 在中高压或高压大功率系统中（p6.3mpa）可取： p qv)126(= (5.3) 式中 v液压油箱有效容量； p q液压泵额定流量。 在本课题中 qp=3.768l/min，v=3.7685=18.84l。 应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分油液会因策略作用而流回液 压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不 应超过液压油箱高度的 80%。 根据设计条件，本实验台属于中压系统，液压油箱的有效容量按泵的流量 的 57 倍来确定(参照表 5.1)，现油箱有效容积取 150l。 表 5.1 bex 系列液压油箱外形尺寸 尺寸(mm) 型号 a b c bex63a 550 450 600 bex100 700 500 600 bex160 800 600 660 bex250 1000 650 680 bex- 1000 1800 1100 800 毕业设计（论文） 19 5.1.2 液压油箱的外形尺寸液压油箱的外形尺寸 液压油箱的有效容积确定后， 需设计液压油箱的外形尺寸， 一般尺寸比 （长： 宽：高）为 1：1：11：2：3。为提高冷却效率，在安装位置不受时，可将液 压油箱的容量予以增大。如果所设计的液压油箱能满足下列尺寸的要求，则可 以从中选择一种。由于我国液压油箱还没有统一的标准，本文只介绍其中的一 种。 此次选用的油箱型号为 bex- 63a，可满足设计所需要求。设计图如 5.1 所 示。 图 5.1 油箱主视图 5.1.3 液压油箱的结构设计液压油箱的结构设计 在一般设备中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱。 a. 隔板隔板 (1) 作用 增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，分离、清除水和 空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。 (2) 安装形式 隔板的安装形式有多种，可以设计成高出液压油面，使液 压油从隔板侧面流过；还可以把隔板设计成低于液压油面，其高度为最低油面 的 2/3，使液压油从隔板上方流过。 本次实验设计中隔板的安装形式如图 5.2。 毕业设计（论文） 20 图 5.2 隔板 b. 吸油管与回油管吸油管与回油管 (1) 油管出口油管出口 回油管的出口形式有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种型式， 斜口应用得较多，一般为 45c 斜口。为了防止液面波动，可以在回油管出口装 扩散器。 回油管必须旋转在液面以下， 一般距液压油箱底面的距离大于 300mm， 回油管出口绝对不允许放在液面以上。 (2) 回油集管回油集管 单独设置回油管当然是理想的，但不得已时则应使用回油集管。对溢流阀、 顺序阀等，应注意合理设计回油集管，不要人为地施以背压。 (3) 泄漏油管的配置泄漏油管的配置 管子直径和长度要适当，管口应在液面之上，以避免产生背压。泄漏油管 以单独配管为好，尽量避免与回油管集流配管的方法。 (4) 吸油管吸油管 吸油管前一般应设置滤油器，其精度为 100200 目的网式或线隙式滤油 器。滤油器要有足够的容量，避免阻力太大。滤油器与箱底间的距离就不小于 20mm。 吸油管应插入液压油面以下， 防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的 液压油搅动油面，致使油中混入气泡。 (5) 吸油管与回油管的方向吸油管与回油管的方向 为了使油液流动具有方向性，要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置， 尽量把吸油管和回油管用隔板开。为了不使回油管的压力波动波及吸油管，吸 油管及回油管的斜口方向应一致，而不是相对着。 c. 防止杂质侵入防止杂质侵入 毕业设计（论文） 21 为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全密封型的。在结构上应注意 以下几点： (1) 不要将配管简单地插入液压油箱，这样空气、杂质和水分等便会从其 周围的间隙侵入。同时应尽量避免将液压泵及马达直接装在液压油箱顶盖上。 (2) 在接合面上需衬入密封填料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的气 密性。例如，液压油箱的上盖可直接焊上，也可加密封垫（1.5mm 厚以上的耐 油密封垫）进行密封。 (3) 为保证液压油箱通大气并净化抽吸空气，需配备空气滤清器。空气滤 清器常设计成既能过滤空气又能加油的结构。 d. 顶盖及清洗孔顶盖及清洗孔 (1) 顶盖顶盖 在液压油箱顶盖上装设泵、马达、阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。 液压油箱同它们的接合面要平整光滑，将密封填料、耐油橡胶密封圈（厚 21.5mm 左右）以及液态密封胶（耐油性、半干燥性）衬入其间，以防杂质、 水和空气侵入，并防止漏油。同时，不允许由阀和管道泄漏在箱盖上的液压油 流回液压油箱内。液压泵及液压马达的底座要与上顶盖分开，另行制做。如图 5.3 所示。 图 5.3 油箱顶盖 (2) 清洗孔清洗孔 液压油箱上的清洗孔，应最大限度地易于清扫液压油箱内的各个角落和取 出箱内的元件。 (3) 杂质和污油的排放杂质和污油的排放 为了便于排放污油，液压油箱底部应做成倾斜式箱底，并将放油塞安放在 最低处。 e. 液面指示液面指示 毕业设计（论文） 22 为观察液压油箱内的液面情况，应在箱的侧面安装液位指示计，指示最高、 最低油位。液面指示计可选用带温度的（见图 5.4） 。 图 5.4 液面指示计的形式与位置 f. 液压油箱的防锈液压油箱的防锈 为了防止液压油箱内部生锈，应在油箱内壁涂耐油防锈涂料。 g.