机械毕业设计（论文）-天津钢管有限责任公司新建特殊扣油套管生产线液压系统【全套图纸】.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书第一章 绪论1.1文献综述1.1.1课题研究背景纯机械传动一般只能进行有级变速，而且一般情况下体积比较大，并且布局方式和控制方式受到限制。与机械传动相比，液压传动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易，而且液压传动调节便捷和布局灵活，尤其在高危工作环境还可以远程控制等突出优点，液压传动在现代化的工业发展中得到了广泛的应用。几乎所有工业企业中都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。1.1.2 液压技术的发展趋势社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗、提高效率、适应环保需求、机电一体化、高可靠性等是液压技术继续努力的永恒目标，也是液压产品参与市场竞争是否取胜的关键。由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：1.减少能耗，充分利用能量液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。2.主动维护液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。3.机电一体化电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传动与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低、漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动输出力大、贯性小、响应快等优点。4.液压行业：液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、低振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液压传动和控制广泛应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的新成果.而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展。因此，采用液压传动可使工业企业易于实现智能化、节能化和环保化，而这已成为当前和未来工业的发展趋势。1.1.3本文设计的内容本文主要是液压系统的设计计算，包括液压原理图的设计，系统压力的确定，液压缸、油管、阀、油泵（马达）、电机的计算与选择，冷却系统的设计计算，油箱的设计计算，系统的发热计算等。 1.2 液压技术简介1.2.1液压传动的发展概况液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术只有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线，从而使它在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业得到推广应用。20世纪60年代以来，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压工业开始于20世纪50年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。尽管如此，我国的液压元件与国外先进的同类产品相比，在性能上，在种类上、在规格上仍存在着较大的差距。20世纪80年代起我国加速了对西方先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。我国的液压技术在21世纪必将获得更快的发展。1.2.2液压传动的优点（1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力。在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻， 功率密度大，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的12左右。 （2）液压装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达每分钟500次，在实现往复直线运动时可达每分钟1000次。 （3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。 （4）液压传动易于自动化，它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，也能方便地实现远程控制。 （5）液压装置易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在堵转状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。液压件能自行润滑，使用寿命较长。 （6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。 （7）用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。1.2.3 液压传动的缺点（1）液压传动不能保证严格的传动比，这是由液压油的可压缩性和泄漏等因素造成的。（2）液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。 （3）液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。 （4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对工作介质的污染比较敏感。 （5）液压传动要求有单独的能源。（6）液压传动效率低。（7）液压传动出现故障时不易找出原因。总的来说，液压传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。第二章液压系统设计目前，有关液压系统设计计算的一些理论和方法还不够完善，主要是半经验的设计法。随着液压技术特别是计算机技术的迅速发展，一定会有更完备的理论和方法不断充实和完善，比如已经开始应用并正在发展和实践的计算机辅助设计和液压系统的逻辑设计，都将会成为一种科学的设计工具。液压系统设计，除了应符合其主机在动作循环和静、动态性能等方面所提的要求外，还必须满足结构简单、使用维护方便、工作安全可靠、性能好、成本低、效率高、寿命长等条件。2.1液压系统设计要求及有关设计参数2.1.1扣油套管生产线液压系统的设计要求该液压系统供天津钢管有限责任公司新建特殊扣油管生产线轧线的全部油缸及马达的动作。动作顺序及要求由轧钢工艺确定，操作方法及操作位置均由工艺确定。系统所处工作环境的温度大约为3550，粉尘较小。根据设备专业要求，油缸工作压力为中高压即压力应在10MPa16MPa,而液压马达工作压力为高压即属于高压系统，压力范围为16MPa32MPa。低压系统要求液压泵及电机是五用一备。2.1.2 液压系统设计参数由于本系统的油缸较多，但有些油缸的设计参数相同，具体的计算参数见（表2.1）表2.1参数序号无杆腔供油活塞杆最大受力（KN）有杆腔供油活塞杆最大受力（KN）活塞杆行程（mm）活塞杆单行程的动作时间 （s）面积比17538550422756042041.253755050041.464125903204251209038041.256753860042液压马达的设计参数： 2.2制定系统方案和系统原理图2.2.1制定系统方案液压系统方案设计的目的是在满足主机功能的前提下，优选出综合指标最优的液压系统方案。首先根据技术要求确定执行元件的种类、数量、动作顺序和动作条件，拟定驱动执行元件的基本回路。分步考虑驱动回路、控制回路、液压源回路等基本控制部分，然后综合得到总的液压系统。最后再进一步考虑安全性、节能、寿命等因素，对此基本系统进行修改补充，使之臻于完善，获得在满足技术要求的条件下，最少液压元件组成的最优液压系统。本系统采用多台液压泵供油，并且平均分配系统的流量到每个运行的液压泵（高压泵初外），而且必须至少有一套液压泵以及配套的电机备用，这样可以提高系统的安全性。低压系统采用恒压变量泵供油，此种泵具有装机功率小、运行功率因数高、主机行程次数快、液压功率损失小、系统发热小等特点，而且在压力不变的情况下更节约能源。系统采用电磁换向阀对执行元件的方向进行控制。电磁阀的性能及成本都介于普通阀和伺服、比例阀之间，能很好的满足本系统的设计要求。而且系统还采用单向节流阀对液压缸和液压马达进行速度的控制，采用液压锁平衡系统的压力以及对系统进行短时间的保压。从技术经济角度考虑，系统应该尽量选择统一型号的油管、阀以及其他液压辅助元件，而且应该尽量遵循“就近”原则，这样有利于供货商供货，厂家的售后服务，从而降低成本，缩短设计、维修周期进而提高效益。2.2.2 拟定液压系统图拟订液压系统图是整个液压系统设计中重要的一步，它从作用原理上和结构组成上具体体现设计任务中提出的各项要求。拟订液压系统图包括两项内容：通过分析对比选出合理的液压回路；把选出来的液压回路组合成液压系统。2.2.2.1 确定和选择基本回路它是决定主机动作和性能的基础，是构成系统的骨架。选择回路时既要考虑调速、调压、换向、顺序动作、同步动作、动作互锁等要求，也要考虑节省能源、减少发热、减少冲击、保证动作精度等问题。2.2.2.2 调速方式的选择在液压设备中，调速回路是液压系统的核心。往往调速方式一经确定，油液的循环形式、油源的结构形式、乃至其他回路的选择，都受到影响，为此必须对他多加推敲。液压调速分为节流调速、容积调速、和容积节流调速三大类。本系统采用回油路节流调速，其优点是给予背压，以抗拒负的负载产生，防止突进，实现动作比较平稳。 图2.1平衡回路 图2.2调速回路图2.3同步回路2.2.2.3 综合考虑组合液压系统图综合考虑组合拟定液压系统时，应注意以下几个方面的问题： 1.组合基本回路时，要注意防止回路间可能存在的相互干扰。2.提高系统效率，防止系统过热。3.防止液压冲击。4.确保系统安全可靠。5.为了调整和检修上的方便，在拟定液压系统图时，就应在需要检测系统参数的地方，设置工艺接头一便于安装检测仪表。 图2.3液压系统图第三章 液压系统参数的计算经过上一节液压系统方案的设计，液压系统的控制逻辑已经确定。接下来的任务就是选择合理的工作参数和确定适宜的液压元件。对于统一方案的液压系统，由于参数设计的不同，其液压元件的选型是有区别的。又由于不同参数液压元件的性能不同，导致液压系统性能的差异，为了获得最佳的工作参数和合理的液压元件，液压元件选型与参数设计时同步进行的。3.1 工矿分析该液压系统供天津钢管有限责任公司新建特殊扣油管生产线轧线的全部油缸及马达的动作。动作顺序及要求由轧钢工艺确定，操作方法及操作位置均由工艺确定。系统所处工作环境的温度大约为3550，粉尘较小。根据设备专业要求，选择单活塞杆双作用液压缸，工作压力为中高压即压力应在10MPa16MPa,而液压马达工作压力为高压即属于高压系统，压力范围为16MPa32MPa。3.2 液压执行元件的计算与选型3.2.1 液压缸的计算与选型液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。初定液压缸工作压力，液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段中的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑以下因素：(1)各类设备的不同特点和使用场合。(2)考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重；压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。液压缸的安装方式要根据负载特性和运动形式妥善选择，要使液压缸所受载荷沿动作方向而在径向不受载荷。3.2.1.1 1#液压缸的计算与选型已知参数（工艺给定）：油缸工作压力16MPa（初定）无杆腔供油活塞杆最大受力：75KN有杆腔供油活塞杆最大受力：38KN活塞杆行程：550mm活塞杆单行程的动作时间：4s面积比 ： 2一. 液压缸内径的确定（液压缸无杆腔供油时）1. 液压缸内径的计算：根据公式： 式（3.1）式中： ：活塞杆所受的力 ：油缸的工作压力 ：油缸的内径 : 液压缸机械效率有： 式（3.2）其中： 把数据代入式（3.2）中得： 根据液压缸的内径的推荐值选：2. 验算系统的压力：由式（3.1）可得： 式（3.3）把已知参数代入式（3.3）有：因而初定压力符合要求，故本系统额定压力为16MPa3. 液压缸最高允许压力的确定最高允许压力也是动态试验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力： 式中： ：额定压力 代入数据： 选最高压力为：4. 耐压试验压力PT的确定耐压试验压力PT是液压缸在检查质量时需承受的试验压力，在此压力下不出现变形或破裂 二活塞杠直径的计算根据公式： 式（3.4）式中： - 活塞杆直径 - 液压缸内径 - 面积比（无杆腔面积与有杆腔面积之比）其中： = 2把数据代入式（3.4）中得：把d圆整到推荐值：由 可知： 其中： -活塞无杆侧有效面积-活塞有杆侧有效面积三活塞杠缩回时的实际受力（液压缸有杆腔供油）根据公式：即： 式（3.5）式中： - 系统压力 - 有杆恻有效面积 - 液压缸机械效其中： 把数据代入式（3.5）中得：满足受力要求四液压缸的流量计算（一）.活塞杆外推1. 活塞外推时的线速度1）.活塞瞬间线速度 式（3.6）式中： - 活塞线速度- 活塞的有效作用面积（当杆外推时为A1，内拉时为A2）- 液压缸的流量当 = 常数时，=常数，但实际上活塞在行程两端各有一个加速或减速阶段（见图3.1）图3.1活塞线速度随时间变化图2）.活塞外推时活塞的平均线速度 式（3.7）式中： - 活塞行程（m） - 活塞在单一方向全程的运动时间(s) 工艺给定值： 则有： 3）.活塞杆外推时活塞的最高线速度 式（3.8）式中： - 活塞的线速度系数由活塞的线速度图可知：因此：2. 活塞杆外推时液压缸的最大体积流量 式（3.9）式中： 容积效率， 取代入数据：但活塞在行程开始的加速阶段和行程结束的减速阶段非常短暂，在工程实际应用中一般忽略。因此可以认为活塞在行程中过程中保持恒定速度运动。则液压缸的流量Q为：（二）.活塞杆缩回1. 活塞缩回时的线速度1）.活塞瞬间线速度式中： - 活塞线速度 - 活塞的有效作用面积（当杆外推时为，缩回时为）- 液压缸的流量当 = 常数时，=常数，但实际上活塞在行程两端各有一个加速或减速阶段（见下图）图3.2活塞线速度随时间变化图2）.活塞缩回时活塞的平均线速度式中： - 活塞行程（m） - 活塞在单一方向全程的运动时间 （s） 工艺给定值： 则有：3）.活塞杆缩回时活塞的最高线速度 式中： - 活塞的线速度系数 由活塞的线速度图可知：因此：2. 活塞杆外推时液压缸的最大体积流量 式中： 容积效率， 取代入数据：但活塞在行程开始的加速阶段和行程结束的减速阶段非常短暂，在程实际应用中一般忽略。因此可以认为活塞在行程中过程中保持恒定速度运动。则：液压缸的流量Q为：五.液压缸的功和功率液压缸所做的功为： 式(3.10)功率则为： 式(3.11)由于： 代入式（3.11）中则有： 式(3.12)即：液压缸的功率等于压力与流量的乘积式中： - 液压缸的负载（推力或拉力）（N） - 活塞的行程 （m） - 活塞的运动时间 (s) - 活塞的运动速度 (m/s) - 工作压力 (Pa) - 输入流量 (m3/s)1. 活塞杆伸出时已知参数： 代入式（3.12）中得：2. 活塞杆缩回时已知参数： 代入式（3.12）中得： 六. 液压缸的总效率 液压缸的总效率有以下效率组成：1. 机械效率 ：由活塞及活塞杆密封处的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在 额定压力下，通常取：2. 容积效率 ：由各密封件泄露所造成，在额定压力下，通常取（活塞密 封为弹性材料时）：3. 作用力效率：由排出口背压所产生的反作用力造成。当排油直接回油箱时 4. 液压缸的总效率 ：七. 油口尺寸的计算1. 油口处油液流速的选择压油口 ：回油口 ： 本系统初选： 压油口 ： 回油口 ： 2.油口内径的计算1）.压油口内径的计算根据公式： 式（3.13）式中： - 油口内径 （m） - 油口处油液流量 （m3/s） - 油口处油液流速 （m/s）其中： 把数据代入式（3.13）中得： 2）.回油口内径的计算根据公式： 式中： - 油口内径 （m） - 油口处油液流量（m3/s） - 油口处油液流速（m/s）其中： 把数据代入式（3.13）中得： 八. 液压缸型号的选择选冶金设备用G级液压缸适用介质 ： 液压油、机械油、乳化液（不适用于磷酸酯）适用温度 ：-40+120压力级 ： 25MPa结构 ：双作用单活塞杆油口连接形式 ：缸径220mm的液压缸油口采用公制细牙螺纹缸径250mm的液压缸油口采用对开式法兰液压缸型号 ：Y-HG1-G80/56X550LZ2-HL1OT13.2.1.2 2#液压缸的计算与选型已知参数（工艺给定）：油缸工作压力16MPa（初定）无杆腔供油活塞杆最大受力：75KN有杆腔供油活塞杆最大受力：60KN活塞杆行程：420mm活塞杆单行程的动作时间：4s面积比 ： 1.256#液压缸参数的计算与1#液压缸完全相同，这里不重复计算过程，只写计算结果油缸外径 80 mm油缸内径 36 mm活塞杆伸出时液压缸所需的流量 32L/min活塞杆缩回时液压缸所需的流量 26L/min液压缸的最大体积流量 36 L/min活塞杆伸出时液压缸的功率 8.4kw活塞杆缩回时液压缸的功率 6.7kw液压缸的总效率t=0.95压油口内径 13mm回油口内径 16mm液压缸型号 ：Y-HG1-G80/36X420LZ2-HL1OT13.2.1.3 3#液压缸的计算与选型已知参数（工艺给定）：油缸工作压力16MPa（初定）无杆腔供油活塞杆最大受力：75KN有杆腔供油活塞杆最大受力：50KN活塞杆行程：500mm活塞杆单行程的动作时间：4s面积比 ： 1.463#液压缸参数的计算与1#液压缸完全相同，这里不重复计算过程，只写计算结果油缸外径 80 mm油缸内径 45 mm活塞杆伸出时液压缸所需的流量 38L/min活塞杆缩回时液压缸所需的流量 26L/min液压缸的最大体积流量 41L/min活塞杆伸出时液压缸的功率 10kw活塞杆缩回时液压缸的功率 6.9kw液压缸的总效率t=0.95压油口内径 14mm回油口内径 16mm液压缸型号 ：Y-HG1-G80/45X500LZ2-HL1OT13.2.1.4 4#液压缸的计算与选型已知参数（工艺给定）：油缸工作压力16MPa（初定）无杆腔供油活塞杆最大受力：186KN有杆腔供油活塞杆最大受力：86KN活塞杆行程：320mm活塞杆单行程的动作时间：4s面积比 ： 24#液压缸参数的计算与1#液压缸完全相同，这里不重复计算过程，只写计算结果油缸外径 125 mm油缸内径 90 mm活塞杆伸出时液压缸所需的流量 59L/min活塞杆缩回时液压缸所需的流量 29L/min液压缸的最大体积流量 73L/min活塞杆伸出时液压缸的功率 16kw活塞杆缩回时液压缸的功率 7.6kw液压缸的总效率t=0.95压油口内径 17mm回油口内径 18mm液压缸型号 ：Y-HG1-G125/90X320LZ2-HL1OT13.2.1.5 5#液压缸的计算与选型已知参数（工艺给定）：油缸工作压力16MPa（初定）无杆腔供油活塞杆最大受力：120KN有杆腔供油活塞杆最大受力：90KN活塞杆行程：380mm活塞杆单行程的动作时间：4s面积比 ： 1.255#液压缸参数的计算与1#液压缸完全相同，这里不重复计算过程，只写计算结果油缸外径 100 mm油缸内径 45 mm活塞杆伸出时液压缸所需的流量 45L/min活塞杆缩回时液压缸所需的流量 36L/min液压缸的最大体积流量 53L/min活塞杆伸出时液压缸的功率 12kw活塞杆缩回时液压缸的功率 9.5kw液压缸的总效率t=0.95压油口内径 15mm回油口内径 20mm液压缸型号 ：Y-HG1-G100/45X380LZ2-HL1OT13.2.1.6 6#液压缸的计算与选型已知参数（工艺给定）：油缸工作压力16MPa（初定）无杆腔供油活塞杆最大受力：75KN有杆腔供油活塞杆最大受力：38KN活塞杆行程：600mm活塞杆单行程的动作时间：4s面积比 ： 22#液压缸参数的计算与1#液压缸完全相同，这里不重复计算过程，只写计算结果油缸外径 80 mm油缸内径 56 mm活塞杆伸出时液压缸所需的流量 46L/min活塞杆缩回时液压缸所需的流量 23L/min液压缸的最大体积流量 49L/min活塞杆伸出时液压缸的功率 12kw活塞杆缩回时液压缸的功率 6.2kw液压缸的总效率t=0.95压油口内径 15mm回油口内径 16mm液压缸型号 ：Y-HG1-G80/56X600LZ2-HL1OT13.2.2 液压马达的计算与选型液压马达是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现回转运动的能量转换装置。液压马达时要考虑的因素有工作压力、转速范围、堵转扭矩、运行扭矩、总效率、容积效率、滑差特性、寿命等机械性能及在机械设备上的安装条件、外观等。确定了所用液压马达的种类之后，可根据所需要的转速和转矩从产品系列中选出能满足需要的若干种规格，然后利用各种规格的特性曲线查出（或算出）相应的流量和总效率。一. 液压马达类型的选择根据工况情况选径向球塞液压马达适用工况：负载转矩较大，速度中等二. 计算液压马达的排量已知参数： 根据公式： 式（3.14）式中： - 液压马达的排量 （m3/r） - 液压马达的负载力矩 (N.m) - 液压马达的进出口压差（在没有背压的情况下即为进口压力。在实际的系统中由于滤油器等元件的存在不可能没有背压，但对于本系统，液压泵的计算来说影响不大可以忽略不记。） （Pa） - 液压马达的机械效率把已知数据代入式（3.14）中得低负载： 高负载： 则有液压马达的流量为：三. 液压马达型号的选择根据以上计算数据查阅产品手册，最后确定选取1QJM62-5.0Z型液压马达.特性参数 ：最大压力 ：31.5 MPa转速范围 ：150 r.p.m最大输出扭矩：23826 N.m生产厂：上海液压泵厂3.3 液压泵的选型液压泵是液压系统的动力源。要选用能适应执行元件所要求的压力发生回路的泵，同时要充分考虑可靠性、寿命、维修性等以便所选的泵能在系统中长期运行。选择液压泵时要考虑的因素有工作压力、流量、转速、定量或变量、变量方式、容积效率、总效率、寿命、原动机的种类、噪声、压力脉动率、自吸能力等，主要考虑与液压油的相容性、尺寸、重量、经济性、维修性。液压泵的输出压力应是执行元件所需压力与配管的压力损失和控制阀的压力损失之和。它不得超过样本上的额定压力。强调安全性、可靠性时，还应留有较大的余地。样本上的最高工作压力是短期冲击时允许的压力。如果每个循环中都发生冲击夺力，泵的寿命会显著缩短，甚至损坏。3.3.1 低压泵的选型一. 确定液压泵的工作压力 液压泵的最大工作压力 式（3.15）式 中 ： - 执行元件的最大工作压力（MPa）- 液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失。按经验数据选取其 中 ： 则 有 ： 二. 确定液压泵的流量 QP多液压缸（或马达）同时动作时，液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸（或马达）所需的最大流量，并要考虑到系统的漏损和液压泵磨损后容积效率的下降，即 ： 式（3.16）式 中 ： - 系统的泄露系数，一般取1.11.3- 同时动作的液压缸（或马达）的最大总流量，对于工作过程始终用节流调速的系统，在确定流量时，尚需加上溢流阀的最小溢流量，一般取23 （L/min）。其 中： 把已知数据代入式（3.16）中得：三. 选择液压泵的型号按式（3.15）确定的 PP 仅是系统的静态压力。系统工作过程中存在过渡过程中的动态压力，其最大值往往比静态压力要大很多，所以选取液压泵的压力时应比系统最高压力大 25%60%（本系统取 30% ）使液压泵有一定的压力储备。则选取液压泵时的最高压力又因为本系统液压泵为五台（五台泵型号相同）使用一台备用，即五台液压泵同时动作，则每台泵的流量为：再结合工况选160PCY14-1B型恒压变量泵：特性参数 ：最大压力 ：32 MP转 速 ：1500 r.p.m排 量： 160 ml/r生 产 厂：上海液压泵厂四. 确定驱动液压泵的功率根据公式： 式（3.17） 式 中 ： - 液压泵的最大工作压力（MPa） - 液压泵的额定流量（L/min） - 液压泵的总效率其 中 ： 把数据代如式（3.17）中得：根据上述计算结果选择Y280M-4型电机特性参数 ：额定功率 ：90 kw转 速 ：1480 r.p.m3.3.2 高压泵的选型计算过程与低压泵相同，在这里不再重复一. 确定液压泵的工作压力 液压泵的最大工作压力 其 中 ： 则 有 ： 二. 确定液压泵的流量 QP取泄露系数,溢流阀的溢流量 2 L/min则 有：三.选择液压泵的型号再结合工况选10PCY14-1B型恒压变量泵：特性参数 ：最大压力 ：32 MP转 速 ：1500 r.p.m排 量： 10 ml/r生 产 厂： 上海液压泵厂四. 确定驱动液压泵的功率根据公式： 其 中 ： 则 有 ：根据上述计算结果选择 Y132M-4 型电机特性参数 ：额定功率 ：7.5 kw转 速 ：1460 r.p.m3.4 液压控制元件选型选定液压控制元件时，要考虑的因素有压力、流量、工作方式、连接方式、节流特性、控制性、稳定性、油口尺寸、外形尺寸、重量等，但价格、寿命、维修性等也需考虑。液压控制元件的容量要参考制造厂样本上的最大流量值及压力损失值来确定。一. 电磁换向阀的选择 换向阀使用时的压力、流量不要超过制造厂样本的额定压力、额定流量，否则液压卡紧现象和液动力的影响往往引起动作不良。尤其在液压缸回路中，活塞杆外伸和内缩时回油流量是不同的。内缩时回油流量比泵的输出流量还大，流量放大倍数等于缸两腔活塞面积之比，要特别注意。压力损失对液压系统的回路效率有很大影响，所以确定阀的通径时不仅考虑换向阀本身，而且要综合考虑回路中所有阀的压力损失、油路块的内部阻力和管路阻力等。换向阀的中位滑阀机能关系到执行元件停止状态下位置保持的安全性，必须考虑内泄漏和背压情况，从回路上充分论证。另外，最大流量值随滑阀机能的不同会有很大变化，应予注意。二. 单向阀和液控单向阀的选择 单向阀的开启压力取决于内装弹簧的刚度。一般来说为减小流动力可使用开启压力低的单向阀。当流过单向阀的流量远小于额定流量时，单向阀有时会产生振动。流量越小，开启压力越高，油中含气越多，则越容易振动。打开液控单向阀所需要的控制压力取决于负载压力、阀芯受压面积及控制活塞的受压面积。三. 节流阀的选择 应用场合所需的流量调节精度，应由所选的凋速阀在整个调节范围内加以保证。样本上的精度值一般是针对额定压力、最大流量时的调节精度。实际使用压力、流量不同时精度也不同。对流量进行控制需要一定的压差，高精度的流量控制约需1MPa的压差。普通调速阀存在着流量跳动现象，这是因为开始调节时调速阀中的压力补偿器尚处于开启位置，全部压降都作用在节流口上，致使流量过大。为了克服它的不良影响，可选用手调补偿初始开度的调速阀或带外控关闭功能的调速阀。四. 溢流阀的选择 溢流阀有直动式和先导式。一般说来直动式响应较快，宜用作安全阀，先导式启闭特性较好，宜用作调压阀。启闭特性是选用溢流阀时要考虑的重要因素。如果启闭特性太差，则负载压力低于设定压力时溢流阀开始溢流，随着压力升高溢流流量加大，执行元件速度减慢，达到设定压力时执行元件停止。因此，执行元件速度在负载力大时变得不稳定，回路效率也显著降低。溢流阀的动态特性是很重要的。在负载激烈变化下，希望溢流阀既响应快又稳定。溢流阀的调压范围可通过更换调压弹簧改变，但所用的弹簧的设定压力可能改变启闭特性。对于本题目所有阀的具体参数及型号等见表（3.1）（表3.1）序号名称型号规格最大实际流量（L/min）通径数量压力（MP）流量（L/min）1单向节流阀MK10G1.231.550101022单向节流阀MK15G1.231.52004915723单向节流阀MK20G1.231.52005320204单向节流阀MK25G1.231.54001462515液控单向阀SV10GA1-3031.580101026液控单向阀SV15GA1-3031.51504915727液控单向阀SV20GA1-3031.52007320228电磁换向阀4WE6J10/G24NZ431.560101019电磁换向阀4WE6J15/G24NZ431.56049153610电磁换向阀4WE6J20/G24NZ431.56053201011电磁换向阀4WE6J25/G24NZ431.512014625112高压球阀JZQ-H32F31.540024032613高压球阀JZQ-H10F31.5501010414高压球阀JZQ-H15F31.5150491514415高压球阀JZQ-H20F31.515053204216高压球阀JZQ-H25F31.530014625217溢流阀DBDH8P10/31.531.510018118溢流阀DBDH32P10/2525350632619分流集流阀FJL-B20H32100/50120120单向阀S8A131.53028221单向阀S32A131.5400632622压力表开关KF-L8/20E34.58208注：以上液压阀均由上海立新液压件厂生产（引进德国力士乐技术）适应工况： 介质：矿物质液压油；介质温度范围（） ：-20+80介质粘度范围（m2/s） ：（2.8380）X 1063.5 过滤器的选型保持液压油清洁，对保证液压系统正常工作和延长液压元件寿命都具有重要意义。油中的污粒可能来自外部，也可能来自油泵或其他元件正常磨损所产生的金属微粒。要把油中全部污物清除是不可能的。但可根据系统的工作要求，对污粒的尺寸和数量加以限定。对于中低压系统，一般要求油中的污粒不大于0.05毫米，高压系统不大于0.025毫米。在选用液压滤油器时，一般需要参考滤油器制造厂提供的产品样本。然而产品的样本一般只是给出基本的参数，而对具体使用条件不可能一一说明。因此，还必须根据具体的系统及其工作条件，考虑元件对污染的敏感性、工作压力及负载特性、流量波动、环境条件和对污染侵入的控制程度等因素。滤油器的类型和结构与他在液压回路中的位置有关，在液压系统中，滤油器根据需要可安装在吸油路、压力油路和回油路中，也可以安装在主系统之外，组成单独的外过滤系统。对于本系统而言， 由于大多数阀及其他液压元件基本都属于常规元件，因此对油液的过滤要求不是太高，故本系统只设计了两套过滤装置（冷却循环系统处；总回油管处）。综合上述技术要求再结合实际工况，滤油器的实际通流量应比过滤系统流量大25%40%或者更大。本系统选过滤精度为20m的线隙式滤油器，型号为：XUA 630X20BS和XUA 1300X20BS3.6 蓄能器的计算与选择本系统蓄能器作应急动力源使用，即：突然停电、发生故障，油泵中断供油，蓄能器能提供一定的油量作为应急动力源，使执行元件能继续完成必要的动作。一. 蓄能器有效容积（蓄能器有效供液容积）的计算根据公式： 式（3.18）式 中 ： - 应急操作时，各执行元件的耗油量（L）。 - 系统泄漏系数，一般取。对本系统来说，并不是所有执行元件在必要的时候都进行应急操作，而是部分的元件需要应急操作（这里取50%的执行元件在必要的时候进行应急操作），又因为本系统采用两个蓄能器并联使用。因此有：把数据代入式（3.18）中得：二. 蓄能器型号的选择根据以上计算数据选NXQL25/20A型蓄能器第四章 液压装置的设计液压系统原理图确定以后，根据所选用或设计的液压元件、辅件，便可进行液压装置的设计。4.1 液压油箱的设计4.1.1 油箱的功能每个液压设备都应该有自己的油箱，而且油箱通常都是自制的。油箱的作用主要是:（1）盛放液压油液-油箱必须能够盛放系统中的全部油液。液压泵从油箱里抽走油液送入系统，油液在系统中完成传递动力的任务后返回油箱。（2）散发热量-液压系统中的功率损失导致油液温度升高。油液从系统中带回来的热量有很大一部分靠油箱壁散发到周围的空气中。这就要求油箱应具有足够的尺寸，尽量设置在通风良好的位置上，必要时油箱外壁要设置翅片来增加散热能力。（3）逸出空气-油液泡沫导致噪声和液压元件的损坏，尤其在液压泵中会引起气蚀。低压区压力低于溶解空气的饱和点、吸油管漏气或液位过低时由旋涡作用引起液压泵吸入空气以及回油的搅动作用等都导致形成气泡。未溶解的空气可在油箱中逸出，因此希望有尽可能大的油液面积，并应让油液在油箱里逗留更长的时间。（4）沉淀杂质-未被过滤器捕获的细小污染物，如磨屑或油液的老化生成物，可以沉落到油箱底部。（5）分离水分-由于温度的变化，空气中的水蒸气在油箱内壁上凝结成水滴而落入油液中，其中只有很少数量溶解在油液里。未溶解的水会使油液乳化变质。油箱提供了油水分离的机会，使这些游离水聚积在油箱中的最低点，以备清除。（6）安装元件-往往把液压滤油器等液压元件直接装在油箱板上。4.1.2 确定油箱的容量液油箱容量包括油液容量和空气容量。油液容量是指油箱中的油液最多时，即液面在液位计的上刻度线时的油液体积。在最高液面以上要留出等于油液容量的空气容量。根据公式： 式（4.1）式中： - 油箱容量（L）； -液压泵总额定流量（L/min）；- 经验系数，高压冶金设备57其中： （L/min）把数据代入式（4.1）中得：（L）4.1.3 油箱的结构设计对于本系统只对油箱结构原理的设计，不做详细的尺寸设计，所有的图均为原理示意图，制造是可根据结构原理图自己做或到相应的厂家进行定做。一. 油箱的形状油箱的形状取决于主机的要求和安装空间的限制，工程机械常用的有方形和异型。如图4-1所示。图4.1液压油箱二. 箱顶油箱顶部的结构取决于它上面装些什么。箱顶上安装其他控制元件时，顶板的厚度应为侧板厚度的2-4倍，以免产生振动，且应设隔振垫。为了便于布置和维修，有时采用装在箱顶上的回油过滤器。箱顶上的螺纹孔应该用不通孔，以防污染物落入油箱之内。箱顶上各类元件的设置见图4-2。箱顶结构如图4-3。. 图4.2 油箱顶部元件设置 图4.3箱顶与侧壁的连接三箱壁、清洗口、吊耳当箱盖与箱壁之间为不可拆连接时，应在箱壁上至少设置一个清洗口。清洗口的数量和位置应便于用手清理所有内表面。清洗口盖板应该能由一个人拆装。盖板应配有可以重复使用的弹性密封件。清洗盖板及密封件的细节见图4-4。图4.4 清洗口盖板细节搬动油箱时，可以使用叉车，也可以使用吊车。起吊时可以利用焊在油箱四角箱壁上方的吊耳。圆柱形焊接吊耳见图4-5和表4-1，钩形焊接吊耳见图4-6 和表4-2。估算吊耳的起重量