20～25TM自升式塔式起重机液压系统设计论文

徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 目录 前言 .3 第一章 设计任务书 .4 1设计题目 .4 2设计任务 .4 3设计文件 .4 第二章 液压缸各部分尽寸计算和结构设计 .5 第一节：计算液压缸的主要结 构尺寸 .5 第二节：缸筒壁厚计算 .10 第三节：液压缸结构设计 .14 1缸体缸的连接形式 .14 2.活塞杆与活塞的连接结构 .16 3.活塞与活塞杆处密封选用 .16 4.液压缸的缓冲装置 .17 5.液压缸的排气装置 .17 第三章 液压系统主要参数分析计算 .19 第一节：工况分析 .19 1、液压缸 载荷的组成与计算 .19 第二节 :初选系统工作压力 .20 第四章 液压元件的选择 .22 第一节：液压泵工作压力的泵定 .22 第二节：计算液压缸或液压马达所需流量 .22 第五章 拟定液压系统回路 .29 第一节 :调速方案拟定 .29 1、 进油节流调速回路 .29 2、回油节流调速回路 .30 3、旁路节流调速 .30 第二节 :方向控制回路拟定 .32 第三节 :液压动力源选择 .33 第四节 :液压系统的组合 .34 第五节 :绘制液压系统图 .35 第六章、液压系统主要性能估算 .36 第一节：液压系统压力损失 .36 第二节：液压系统发热温升计算 .39 设计小结 .43 致谢 .44 参考文献 .455 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 中文摘要 本设计是依据现场收集的数据资料而进行的液压系统设计，针对原始数据对液压系统的工况进行了分析，并确定了系统的工作压力和主要元件的结构参数。对液压元件进行了选择，拟定了液压系统图。对液压缸各部分尺寸进行了计算，各部分结构进行了设计。 关键词： 液压系统，工况分析，元件选择，系统图确定，液压缸尺寸计算，结构设计 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 前言 现在液压技术在现代工程机械中应用日益广泛，我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，其产品最初应用于机床和锻压设备，后来又用于拖垃机动机 和工程机械。自 1964 年开始从国外引进液压元件生产技术，同时自行设计液压产品以来，我国的液压元件生产以形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。目前，我国机械工业在认真消化，推广从国外引进的先进液压技术的同时，大力研制开发国产液压元件新产品。加强产品可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准的和执行新的国家标准。合理调整产品结构。对一些性能差的不符合国家标准的液压件产品，采取逐步淘汰的措施，可以看出，液压传动技术在我国的应用与发展已进入了一个崭新的历史阶段。 液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。如 果从 1795 年世界上第一台水压机诞生算起，液压传动已有 200 多年的历史，然而液压传动的真正推广使用却是近 50 多年的事，特别是 20 世纪 60 年代以后，随着原子能科学，计算机技术的发展，液压系统也得到了很大的发展，渗透至国民经济的各个邻域之中，在工程机械，冶金，军工，农机，汽车，轻纺，船舶，石油，航空和机床工业中，液压技术得到了普遍的应用，当前液压系统正向高压，高速，大功率，高效率，低噪声，低能耗，经久耐用，高度集成化等方向发展，同时，新型液压元件的应用，液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化，微机控制等工作 ，也日益取得了显著的成果。 通过对液压系统的设计，使我们对液压缸的结构，液压元件的选择，液压回路有了更深刻的理解，同时也使我们对液压系统甚至一般机械系统的设计有了初步的了解。 由于设计水平有限，在设计过程中错误在所难免，望老师指正。 朱王骏 2007 年 3 月于徐州建院 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 第一章 设计任务书 1设 计题目 20 25TM 自升式塔式起重机液压系统设计 1、工作原理 在建筑施工中塔式起重机用于提升和下放重物，随着建筑物的升高，起重机的塔身逐步升高，起重机的塔身是由一节一节的塔身标准节通过螺栓连接起来的，在塔身升高接入标准节时，需要将标准节接入即起重机上部顶升起来，标准节接入并连接好后，再将顶升起来的起重机上部落下，该任务是由液压系统来完成的。 2、主要参数 顶升力： 150KN 190KN 工作行程： 1600mm 顶升速度： 0.3 0.5m/min 2设计任务 1、进行设计计算，确定设计方案，内容包括 ： 1）确定执行元件（液压缸）的主要结构尺寸 2）绘制液压系统图 3）选择各类元件及辅助元件的型号和规格 4）确定系统的主要参数 5）设计整机布局 2、绘制设计图纸（ 6）张 液压系统图一张（ 1 号图纸） 液压缸装配图一张（ 1号图纸） 液压站总装图一张（ 1号图图纸） 零件图： 液压缸缸体图（ 2号图纸） 液压缸活塞杆图（ 2 号图纸） 液压缸活塞图（ 2号图纸） 3设计文件 说明书：一本（不少于 1.5 万字） 设计图纸 6 张 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 第二章 液压缸各部分尽寸计算和结构设计 第一 节：计算液压缸的主要结构尺寸 液压缸主要设计参数如 图 （ 2 1）图 a 为液压缸活塞杆工作在受压状态， 图 b 为活塞杆工作在受拉状态。 A2 V1 d FW P1 P2 图（ a） V1 A1 A2 d P2 P1 图（ b） 图 2 1 液压缸主要设计参数 活塞杆受压时 F = mFw= P1A1 P2A2 活塞杆受拉时 F = mFw = P1A2 P2A1 D A1 D FW 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 式中 A1 = 42D 无杆腔活塞有效作用面积 （ m2） A2 = 4 )(22 dD 有杆腔活塞有效作用面积 (m2) P1 液压缸工作腔压力（ Pa） P2 液压缸回油腔压力（ Pa）即背压力，其值根据 回路具体情况而定初算时可参考表 2 1 取值， 差动连接时另行考虑。 D 活塞直径（ m） d 活塞杆直径（ m） 表 2 1执行元件背压力 系统类型 背压力 /MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0.2 0.5 回油路带调速阀的系统 0.4 0.6 回油路设置有背 压阀的系统 0.5 1.5 用补油泵的闭式回路 0.8 1.5 回油路较复杂的工程机械 1.2 3 回油路较短，且直接回油箱 不忽略不计 本设计方案取背压力为 0.5MPa。 一般液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为 A1 = 122P APF 试用上式须事先确定 A1 和 A2的关系或是活塞杆径 d与活塞直径 D 的关系，令杆径比 =d/D 可按表 2 2、 2 3选取 表 2 2 按工作压力选取 d/D 工作压力 /MPa 5.0 5.0 7.0 7.0 d/D 0.55 0.55 0.62 0.70 0.7 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 表 2 3 按速比要求确定 d/D V1/V2 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.7 本设计方案取 = d/D = 0.7 D = ）（PPF221 14 = KN)7.01(5.0205.18942 = 63102273.3110758 = 155.8mm 液压缸直径 D 和活塞直径 d 的计算要按国标规定的有关标准时行圆整，如与标准 液压缸参数相近，最好选用国产相当规模准液压缸，免于自行加工，常用液压缸 内径及活塞杆直径见表 2 4、表 2 5 表 2 4 常用液压缸内径 D（ mm） 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 表 2 5 活塞杆直径 d(mm) 速比 缸径 40 50 63 80 90 100 110 1.46 2 22 28 35 45 45 50 50 60 55 70 63 83 速比 缸径 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 故按表进行圆整本设计取 D = 160 mm d = 110 mm 当工作速度很低时，还必须按最低速度要求验算液压缸尺寸 A minminVq 式中 A 液压缸有效工作面积 (m2) qmin 系统最小稳定流量（ m2/S） 在节流调速中取决于回路中所设调速阀的最小稳定流量，容积调速中决定于变量泵的最小稳定流量 Vmin 运动机构要求的最小工作速度（ m/s） 从液压元件手册中查 qmin = 0.05L/min Vmin 为 0.3 m/min A = minminVq = 16.7 cm2 而有杆腔有效作用面积为 105.98cm2 无杆腔有效作用面积为 200.96cm2 故 A A2 A2 满足稳定性要求 a) 压杆稳定性校核 对行程与活塞杆直径比 L/d 10 的确 受压柱塞或活塞杆，需要做压杆稳定性验算 125 140 160 180 200 220 250 1.46 2 70 90 8 0 100 90 110 100 125 110 140 125 140 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 本设计方案中 L = 1600mm d = 110 mm dL = 1101600 =14.610 故需做压杆稳定性校核 稳定性验算如下 1 = PE2 式中 E 为活塞杆材料的弹性模量一般取 p 为材料的许用应力，查材料手册 p取 280MPa 故 1 = 6921028010210 = 86 活塞杆可简化成两端铰支杆 = 1 （一端自由，一端刚性固定 =2、两端铰接 =1） 截面为圆形 i = AI = 4d = L = 4dL = 411016001 = 58.2 i为惯性半径 是安装导向系数 由于 1 所以不能用欧拉公式计算临界压力，若用直线公式由表 2 6查得优质钢的 a和 b 分别是 a = 461MPa b = 2.568MPa 表 2 6 直线公式的系数 a 和 b 材料（ b s的单位为MPa） a(MPa) B(MPa) A3钢 b 372 s 235 304 1.12 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 优质碳钢 b 471 s 306 461 2.568 硅钢 b 510 s 353 587 3.744 铬钼钢 9807 5.296 铸铁 332.2 1.454 强铝 373 2.15 松木 28.7 0.19 s 为材料屈服强度查材料手册 s 取 350MPa 2 = ba S = 568.2 350461 = 43.2 由上述计算可见活塞杆的柔度介于 1和 2之间 ( 2 1)是中性柔度压杆 ,由直线公式求出临界应力为 cr = a b =461 2.568 58.2=311.5MPa 临界压力是 Pcr= crA=4 (110 10 3)2 311.5 106 =2958.8MPa 活塞杆的工作这安全系数为 n= maxPPcr = 5.189 8.2958 =15.6 nst 安全系数一般 nst取 3.5 5 本设计取 nst =5 n nst 因此活塞杆满足稳定性要求 第二节：缸筒壁厚计算 = 2max DP Pmax 为试验压力 x,当 P 16MPa 时 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 Pmax 一般取 1.25P=1.25 20=25MPa 是材料许用应力 =nb b为材料抗拉强度，查机械设计手册 45 号钢 b=600 n 为安全系数 n=3.5 5 一般取 5 故 =560=120 =16.7mm 参考表 2 7 额定压力（MPa） 缸 筒内径 /mm 材料 40 50 63 80 100 125 140 160 180 200 缸筒外径 /mm 2.5 55 65 80 97 124 铸铁 6.3 60 70 86 100 124 16 50 60 76 95 121 146 168 194 219 245 20钢 2 5 6 7 9 1 1 1 1 2 2 4徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 12 页 0 0 0 6 5 21 46 68 94 19 45 0钢 25 50 60 83 102 121 152 168 194 219 245 32 54 63.5 83 102 127 152 168 194 219 245 固此径圆整后取缸外径为 194mm =17mm 1、缸底厚度计算 t（ m） 一般情况下液压缸多为平底缸盖，其有效厚度 t 按强度要求可用下式进行近拟计算 无孔时 t 0.433D2 gP 有孔时 t 0.433D2 22 2 dD DP 本设计为无孔 D2 为缸底内孔孔径（ m） 式中 P为试验压力 图 2-2 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 13 页 t 0.433 11056002025.1 21.7 故 t 取 22mm 2、最小导向长度的确定 当活塞全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖，滑动支承面中点的距离 H 称为最小导向长度，如果最小导向长度过小时将便液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度，对于一般液压缸最小导向长度 H 应满足以下要求 H 20L + 2D 式中 L为液压缸最大行程 D 为液压缸的内径 H 201600+2160= 160mm 3、缸盖滑动支撑面长度确定 一般当缸筒内径 D 80mm 时导向滑动面长度取 （ 0.6 1.0） D 当缸筒内径 D 80mm 时，导向滑动面的长度取（ 0.6 1.0） d其中 d为活塞杆直径 本设计取 b=0.6d=0.6 110=66mm 4、活塞密度确定 活塞密度一般为 活塞外径的 0.6 1.0 倍，但也要根据密封材料，导向环的安装沟槽尺寸来决定对长行程的液压缸为了避免负载引起的侧向力，要考虑加长活塞宽度 本设计方案中 B 取 0.7D B=0.7X160=112mm 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 14 页 dL C BD 图 2-3 为保证最小导向长度 H，若过他增大 b 和 B，都是不合适的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套来增加 H 的值，隔套宽度由最小导向长度决定，隔套不仅能保证最小导向长主，还可以提高导向套和活塞的通用性 C = H-21（ b+B） = 160-21（ 66+112） = 71mm 5.缸体内部长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞行程和活塞宽度，以及导向套长度之和，缸体外形长度还要考虑两端盖的厚度，一般液压缸缸体长度不应大于内径的 20 30 倍 即缸体内部长度为 L 内 =1600+112+160+71 =1943mm 第三节：液压缸结构设计 1缸体缸的连接形式 由于要求设计的结构较为简单故采用对焊方式， 如图 2-4 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 15 页 图 2-4 焊接处的拉应力为 = 22214 DDF 10 6 （ MPa） 式中 F 液压缸输出的最大推力 N F = 4 AL2P AL 液压缸直径 m P 系统最大工作压力 Pa D1 液压缸外径 D2 焊缝底径 m 焊接效率通 常 0.7 式中 F 即 F=PA =20MP 0.02009m2 =402KN = 7.016.0194.0440222 KN 10 6 =60.8MPa nb 查 b 取 600MPa n 取安全系数 5 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 16 页 nb =560 = 120MPa 60.8MPa 故该方案可行 2.活塞杆与活塞的连接结构 活塞杆与活塞的连接有几种常见的连接方式，分整体式结构和组合式结构，组合式结构又分为螺纹连接，半环连接和锥销连接。 本设计方案采用螺纹式连接：该连接方式加工容易应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸 如图 2 5 图 2-5 3.活塞与活塞杆处密封选用 活塞杆处密封圆形有 O 型、 Y型、 V 型和 YX型密封圆等。为了清除活塞杆处外露部分沾附的 飞尘，保证油液清洁及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈，常用的有无骨架防尘圈和 j 型橡胶防尘圈，也可用毛毡圈防尘，活塞及活塞杆处的密封圈选用、应根据密封部位使用压力，温度，运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。 如图 2-6， 2-7 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 17 页 图 2-6 图 2-7 4.液压缸的缓冲装置 液压缸带动工作部件运动时，固运动的质量较大， 速度高，则在到在行程终点时会产生液压冲击，甚至使活塞与缸筒端盖之间产生机械碰撞，为防止此现象发生，在行程末端，设置缓冲装置。 由于本设计方案的液压回路中使用回油调速，故在时油时，回油路上有背压，所以不会产生冲动现象，进油稳定，既在设计液压缸是缓冲装置可以省略。 5.液压缸的排气装置 对于运动速度稳定性要求较高的机床液压缸和大型液压缸，则需要设徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 18 页 置排气装置，如排气阀等。 排气阀一般安装在液压缸两端的最高处，双作用液压缸需设两个排气阀，当液压缸需要排气时，打开相应的排气阀，空气连同油液过锥部缝隙 和小孔排出缸外，直至连续排油时（不易气）就将排气阀关闭。 如图 2-8 M 1 2 4 . 3 5162.51 2 0 图 2-8 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 19 页 第三章 液压系统主要参数分析计算 第一节：工况分析 通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统各执行的参数提供依据。 液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 1、液压缸载荷的组成 与计算 液压缸的载荷包括三种类型 （ 1） 工作载荷 Fg 常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等，这些作用力的方向与活塞运动方向相同学负，相反为正。 本设计中 Fg 为 150 190KN 本方案选 fg=180KN （ 2） 导轨摩擦载荷 Ff 由于本设计中塔式起重机的液压系统中无需导轨，故在此不做考虑，但对于机床而言 平导轨道 Ff = G+Fn 对于 V 型导轨 Ff = 2SinFNG 式中 G 运动部件所承受重力 FN 外载荷作用于导轨上的正压力 摩擦系数 V 型导轨的夹角，一般为 900。 （ 3） 惯性载荷 Fa Fa=ma=tvgG 式中 g 重力加速度 g=9.8m/s2 V 速度变化量（ m/s） 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 20 页 t 起动或制动时间（ s）一般机械 t=0.1 0.5s，对载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值，行走机械一般取 V/ t = 0.5 1.5m/s2 以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷 Fw 起动加速时 Fw=Fg+Ff+Fa 稳态运行时 Fw=Fg+Ff 减速制动时 Fw=Fg+Ff-Fa 工作载荷 Fa 并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则 Fg = 0 除外载荷外，作用于活塞上的载荷 F 还包括液压缸密封处的摩擦阻力 Fm。由于各种缸口密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为： Fm=(1- m) F 式中？ m 液压缸的机械效率，一般取 0.90 0.95 F=mFw 由于塔式起重机本身质量就很大，而液压缸所占部分质量对整体的影响不大，故在本设计中惯性载荷部分可以忽略不计。 由于无加、减速运行，本设计中 Fw=Fg 取 180KN 故 F=mFw =m180 因为塔式起重机是液压缸的密封性能要求较高，相对而言密封阻力应取大值 本设计取 m = 0.95 所以 F=mFw=95.0180=189.5KN 故作用于活塞杆的载荷为 189.5 第二节 :初选系统工作压力 压力的选择要根据载荷的大小和设备的类型而定，还要考虑到执行元件的装徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 21 页 配空间，经济条件及元件供应情况的限制，在载荷一定的情况下，工作压力低，要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济，反之，压力选得太高，对泵缸，阀等元件的材质，密封制造精度也要求很高，必然要提高设备成本，一般来说对于固定的尺寸不太受限制的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备要选得高一些，具体可以参考 表 3 1 和 3 2 表 3 1按载荷选择工作压力 载荷 /KN 5 5 10 10 20 20 30 30 50 50 工作压力 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 5 表 3 2各种机械常用的系统工作压力 机械类型 机床 农业机械 小型机械 建筑机械 液压机 液压机 大中型挖掘机 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 /MPa 0.8 2 3 5 2 8 8 10 10 18 20 30 本设计是起重机械，根据经验数据，本设计方案取工作压力为： Pa =20 MPa 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 22 页 第四章 液压元件的选择 第一节：液压泵工作压力的泵定 PP P1+ p 式中 P1 液压缸或液压马达的最大工作压力 P 从液泵出口到液压马达入口之间总的管路损失， P 的准确计算要待执行元件选定并给出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取。 简单管路，流速不大的取 P=(0.2 0.5)MPa 复杂管路，进口有调速阀的取 P=（ 0.5 1.5） MPa 本 设计方案取 P=0.5MPa PP 20+0.5=20.5MPa 1确定液压泵的流量 qp 多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为 qp K qmax 式中 K 系统泄漏系数，一般取 K=1.1 1.3 qmax 同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，对于在工作过程中用节流调速的系统，还必须加上溢流阀的最小溢流量一般取 0.5 10 4m3/s 第二节：计算液压缸或液压马达所需流量 1、液压缸工作时所需流量 q=AV 式中 A 液压缸有效作用面积（ m2） V 活塞与缸体相对速度（ m/s） (1)、计算无杆腔排量 A= /4D2= /4（ 0.16） 2=0.020096m2 以 V=0.5m/min 即 (0.00833m/s)时 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 23 页 q=AV =0.020096 0.00833m/s =0.000167466m3/s =10L/min 以 V=0.3m/min 即 (0.005m/s)时 q=AV =0.020096 0.005 =0.00010048m3/s =6.03L/min （ 2）、计算有杆腔排量 A=4 (D2 d2) =4 (0.162 0.112) =0.01m2 当 V=0.5m/min 即（ 0.00833m/s） 时 q=VA =0.00833 0.01 =0.0000833m3/s =4.998L/min 当 V=0.3m/min 即 (0.005m/s)时 q=VA =0.005 0.01 =0.00005m3/s =3L/min 故 qmax = 10 L/min qp K（ qmax）计算 K取 1.2 qP 1.2(10+0.05) 12.1L /min 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 24 页 2、选择液压泵规格 根据上述计算得 PP=20.5MPa qp =12.1L/min按系统中拟定的液压泵形式，从产品样本中选择相应的液压泵，为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作大 25% 60% 查机械设计手册稳定 MCY14 1B 型斜盘式轴向 柱塞泵 排量为 15L/min 额定压力 32MPa 额定转速 1500r/min 驱动功率 10Kw 容积效率 92% 最高压力 40MPa 3、电动机的选择 P=PPPqP 式中 PP 液压泵最大工作压力 Pa qp 液压泵流量 m3/s P 液压泵总效率见表 5 1 表 4 1液压泵总效率 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.60.7 0.65 0.8 0.60 0 75 0.80 0 85 本设计方案采用的是柱塞泵故 P在 0.80 0.85 中取选 本方案采用 P=0.8 P=8.060 1015104036 = 12.5Kw 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 25 页 考虑到 25%的过载能力 P=1.25 12.5=15.6Kw 查机械设计手册选择电机 YR200L1 4型 封闭绕组型三相异步电动机 额定功率队 18.5Kw 转速 1465r/min 效率 89% 功率因数 COS =0.86 最大转矩 /额定转矩 = 3.0 该型电动机由于结构型式为封闭式，因此在尘土飞扬，水土飞溅的建筑工地中使用很合适 4、液压阀的选择 阀的规格根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量选择有定型产品的阀件，溢流阀按液压泵最大流量选取，选择节流阀和调速阀时要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低速度要求 控制阀的流量一般要选的比实际通过的流量大一些，必要时，也允许有 20%以内的短时间过流量。 选择阀的型号见 表 4 2 表 4 2 液压阀型号规格 元件名称 型号 工作压力(MPa) 通过流量（ L/min） 数量 液控单向阀 2AYF10D AB 31.5 40 I 三 34SM 21 20 I 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 26 页 位四通阀 L10H T 单向节流阀 LA F10D AB 31.5 40 I 溢流阀 Y2 Ha10 32 40 I 滤油器 3XUB48100 48 I 压力计开关 KF L8/E I 压力计 Y 100T I 5、确定油管尺寸 管道内径计算 d=2Vq 式中 q 通过管道的流量 (m3/s) V 管道内允许的流速（ m/s）见表 4 3 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 27 页 表 4 3 管道 液压泵吸油管道 液压系统压油管道 液压系统回油管道 推荐流速 0.5 1.5一般取以下 3 6 压力高管道短，粘度大取小值 1.5 2 6 在本设计方案中取油泵吸油管道流速为 1m/s，压油管道流速为4.5m/s 回油管道流速为 2m/s 则进油管道直径 d= 2Vq =21601015 3 = 17.8mm 查液压传动设计手册取 d=20mm 无缝钢管，钢管外径为 28mm 油 泵回油管径 d=2Vq= 22601015 3 = 12.6mm 查液压传动设计手册 d=15mm 无缝钢管外径为 22mm 油泵压油管径 d=2Vq=25.4601015 3 =8.4 查液压传动设计手册取 d=12 无缝钢管，外径为 18mm。 6、确定油箱容积 初始计算设计，先按下式确定油箱容量，待系统确定后，再按散垫要求进行校核，油箱容积的经验公式为 V = aqv 式中 qv 为液压泵每分钟排出动压力油的容积为 m3 a 经验系数 系 行 低 中 锻 冶徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 28 页 统类型 走机械 压系统 压系统 压机械 金机械 a 12 24 57 612 10 本设计方案 a取 12 V=aqv =12 15 10 3m3 =180L 在确定油箱尺寸时，一方面满足系统供油需求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不可能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不能低于最低限度。 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 29 页 第五章 拟定液压系统回路 第一节 :调速方案拟定 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题，速度控制是指通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现的控制方法，相应的调速方式有节流调速，容积调速以及二者结合 容积节流调速 节流调速是指靠改变定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度，此种调速方式结构简单。 而容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的，其优点是没有溢流损失和节流损失，效率高，但为了散热和补充泄露，需要有辅助泵，此种调速方案适 用于功率大运动速度高的液压系统。 本设计本着满足控制要求，经济，结构简单可行的原则，综合考点选择节流调速而节流调速又分别有进油节流调速，回油节流调速和旁路节流调速三种形式。 1、进油节流调速回路 节流阀串接在进油路上，改变其通流面积，可以调节液压缸运动速度， 如图（ 5 1） 这种调速方式起动冲击小，平稳。 图 5-1 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 30 页 2、回油节流调速回路 节流阀串接在回油路上，改变节流口通流面积调节液压缸的运动速度，常用于有负载的场合 ， 如图（ 5 2） 所示 图 5-2 3、旁路节流调速 节流阀与液压缸并联调节节流阀的通流面积可以控制液压缸的运动速度，这种回路结构简单，价格低廉，效率高，但调速范围小，承载能力受速度变化影响，多用于高速，不能承受负载， 如图（ 5-3） 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 31 页 图 5-3 故综合上述三种节流调速方式，本设计采用回油节流调速 如图（ 5 4） 图 5-4 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 32 页 第二节 :方 向控制回路拟定 本设计自升式塔式起重机随着建筑物层的增高，需不断调整自身的塔高，在调速塔身高度时，需将塔帽部分顶升，并能停止在一定的位置，液压缸的顶升，进退，需改变液压油的方向。 采用三位四通阀，利用其中间机能，当某个工作状态执行元件需停止，以保证塔身标准节的安装工作完成。本设计方案拟采用 M型三位四通阀，因为处于中间位置时它能使液压缸能够锁紧，且液压泵此时处于卸荷状态，从节约能源角度和满足控制要求，经济实用几个方面综合考虑， M型三位四通阀均能满足要求。 M型 如图（ 5 5）、（ 5 6） 图 5-5 图 5-6 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 33 页 第三节 :液压动力源选择 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵，节流调速系统一般采用定量泵供油，在无其它辅助油的情况下，液压泵供油量要大于系统的需油量，多余的经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用，容积调速度系统多数是采用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵供油量要尽量与系统所需流量相匹配，对工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况一般 采用多泵供油或变量泵供油，对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。 液压泵分定量泵与变量泵两类，在这基础上又分齿轮泵，叶片泵，柱塞泵三种： 1、齿轮泵：它的主要优点是：结构简单，工作可靠，自吸能力强，对油液的污染不敏感；其缺点是：流量和压力的脉动大，噪声大和排量不可变，存在泄漏，困油现象和径向力不平衡等问题。 2、叶片泵：其流量脉动小，工作平稳，噪声较小，寿命较长，所以被广泛应用于机械制造中的专用机床，自动线等中低压系统中，但其结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感。 3、柱塞泵：是靠 柱塞在缸中工作住复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵，与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点，首先，构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压下工作仍有较高的容积效率；其次，只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量，再者柱塞泵主要零件均受压应力，材料强度性能可以得到充分利用，由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压，大流量，大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械，矿山冶金机械，船舶上得到广 泛应用。 柱塞泵按柱塞的排列和运动的方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。 本设计方案综合上述因素考虑选项取轴向柱塞泵。 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 34 页 第四节 :液压系统的组合 因为塔式起重机本身工作过程中需要速度稳定（即流量、压力稳定）尽量避免冲击，在定量泵节流调速回路中，要保证进口压力比较恒定系统压力不再升高，故要采用溢流阀将系统中多余的油液送回油箱并保持压力稳定。 由于塔式起重机有很大的自重，三位四通阀在中位地受重压，长期工作造成磨损，可能会存在漏油的情况，导致系统锁紧不好，故在该液压回路中应增双向液压锁，当三位四通阀中 位时，液压泵卸荷活塞杆伸出，由于塔帽自重，有一定的压力，此时液控单向阀（即液压锁）锁紧油液回路，使之不能下行，液控单向阀密封性好，锁紧可靠，不会因部件的自重而导致下行。 此外由于建筑工地灰尘很大，当这些杂质进入液压系统后，会导致泵，阀液压缸等元件早期磨损，不但增加了维修，管理工作，同时也缩短了液压元件的寿命。因此还需增加滤油器。 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 35 页 第五节 :绘制液压系统图 DS 工作原理：当液压缸顶升时，此时液压泵供油，通过三位时通阀（此时阀处于连通状态）向上，经单向节流阀和液压控单向阀进入液压缸的下端，随着缸内液压油的增加， 推动活塞向上移动，将塔帽部分顶起，当活塞杆顶升到一定程度以后（即满足塔身标准节安装高度）用手动换向阀的中位机能将供油路线切断，使得液压缸的上下两腔压力平衡再加上液控单向阀的作用，实现液压自锁回路，使得活塞不能压缩液压油回油中，仍保持顶升状态。 待塔式起重机的标准节安装完成以后，活塞在塔帽自重的压力下，开始向下压油，此时在液控单向阀的控制油口通入压力油，使阀芯打开，再将手动换向阀打到通路状态，油液开始回油，整个过程完成。 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 36 页 第六章、液压系统主要性能估算 液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式，液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统时行各项性能分析，对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失，容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等，根据分析计算，发现问题，对某些不合理的设计重新进行调整，或采取其他必要的措施。 第一节：液压系统压力损失 压力损失包括管路的沿程损失 P1 管路的局部压力损失 P2 和阀类元件的局部压力损失 P3总的压力损失为 P1= P1+ P2+ P3 P1=22VdLP P2=22V P 式中 L 管道长度一般取（ 2 5）本设计取 3m d 管道内径（ m） V 液流平均速度（ m/s） P 液压油密度（ kg/m3） 冶积阻力系数 局部阻力系数 V=24d = 6002.04101023 = 0.53m/s Re = VdH 为液压油的运动度 m2/s 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 37 页 本设 计采用 L-HM 型抗磨液压油 =46 10-6m2/s 故液压油在管路中为层流状态，其沿程阻力系数为 只是选取的数值不同，对于圆管层流冶程阻力损失，理论值=64/Re 考虑到实际圆管截面可能有变形，以及靠近管壁处的液层可能冷却阻力略有加大 实际计算时金属管取 =75/Re 橡胶管取 =80/Re =Re75=23075=0.33 1、进油路压力损失 P1= 22 53.022 PV= 90002.0 331.0 =6492Pa=0.0069MPa P2= PV22 本设计取 7.2 故 P2=7.2 900253.02 =0.001MPa P3= Pn 2qnq 式中 Pn 液压阀在额定流量时最大压力损失 q 通过液压阀的额定流量 q 通过液压阀的实际流量 查产品样本换向阀 34SM L10H T 压力损失为 0.15 0.3MPa 本设计取 0.2MPa P3A=0.2(2010)2=0.05MPa 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 38 页 查产品样本手册溢流阀 Y2 Ha10 压力损失为 0.3 0.5MPa 本方案取 0.4MPa P3B=0.4(4010)2=0.025MPa 查产品样本手册单向阀 2AY F100 AB 压力损失为 0.3MPa P3C=0.3(4010)2=0.019MPa 有四个数故 P3C 4=0.019 4=0.076 查产品样本手册节流阀 LA F10D AB 压力损失为 0.3MPa P3D=0.3(4010)2=0.019MPa 有两个数 P3D=0.019 2=0.038 故 P3= P3A+ P3B+ P3C+ P3D =0.05+0.038+0.076+0.025 =0.189MPa 故进油路压力损失为 P= P1+ P2+ P3 =0.0069+0.001+0.189 =0.197MPa 2、退油时压力损失计算 退油时最大速度为 0.5m/min Q退 max=5L/min V = 2max4d = 60015.0410523 = 0.5m/s Re = 61046015.05.0 = 163 2300 故油液在回油管路中仍为层液 = Re75 = 16375 = 0.46 P1 = PVdL 22 = 0.46 90025.0015.0 32 = 0.01MPa 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 39 页 P2 = PV22 = 7.2 90025.02 = 810MPa = 0.00081MPa 查产品样本手册换向阀 34SM L10H T 压力损失为 0.15 0.3MPa 本设计取 0.2MPa P3A = 0.2 2205 =0.0125MPa 查产品样本手册单向阀 2AY F10D AB 压 力损失为 0.3MPa P3B =0.3 2405 =0.0047MPa 有四个故 P3B 4=0.019MPa 查产品样本手册溢流阀 Y2-Ha10 最在压力损失为 0.4MPa P3C = 0.4 2405 =0.0063MPa 查产品样本手册节流阀 LA-F10D-AB 的最大压力损失为 0.3MPa P3D =0.3 2405 =0.0047MPa 有两个故 P3D= 0.0047 2=0.0094MPa P3= P3A+ P3B+ P3C+ P3D =0.0125+0.019+0.0063+0.0094 =0.0472MPa 由上述计算可表明系统工作压力损失总和不超过 0.5MPa，故以上设计方案可行，无需进行调整。 第二节：液压系统发热温升计算 液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转换为热量，使油温升高，连续工作一段时间后，系统所产生徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 40 页 的热量与散发到空气中的热量相等即达到热平衡状态，此后，温度不 在升高，不同的主机，固工作条件工人状况不同，最高允许的油温是不同的，系统发热温升的验算，就是计算系统的实际油温，如果实际油温小于最高允许温度，则系统满足要求。系统中散发热量的元件主要是油箱。 系统单位时间内的发热量为 =P1 P2 式中 P1 液压泵输入功率（ Kw） P2 系统输出功率 (Kw)，执行元件是液压缸时为液压缸的输出功率。 若在一个工作循环中有几个工作阶段，则可根据各阶段的发热量求系统的平均发热量。 = 2405 式中 t 工作循环周期（ S） ti 第 i个工作阶段的持续时间（ S） P1i 第 i 个工作阶段泵输入功率。 P2i 第 i 个工作阶段系统的输出功率。 由于本设计的液压系统较为简单故 =P1 P2。 如图 6-1所示 图 6-1 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 41 页 P1=Paq=20X 6010101036 = 3.3KW P2=FVmin F 为活塞杆推力 F=PaA1 103 = 20 0.020096 =402KN 当 V=0.3m/min 时速度最小 P2=402 0.005m/s =2.01KW =P1-P2 =3.3-2.01 =1.29KW 如果油箱三个边长比例在此 1： 1： 1 到 1： 2： 3 范围内且油面高度为油箱高度的 80%，其散热面积就可近拟为 A=0.0653 2V 式中 V 有油箱的有效容积（ L） V 油箱的有效容积（ L） A 散热面积（ m2） A=2.1 油箱单位时间的散热量 = h A T 式中 A 油箱散热面积（ m2） T 系统温升 T=T1 T2（） T1 系统达到热平衡油温（） T2 环境温度（） h 油箱散热系数，当自然冷却通风很差时 h=（ 8 9） 10 3Kw/m2， 当自然冷却通风良好 时 h=15 103Kw/m2 用风扇冷却时 h=23 10 3Kw/m2? 用循环水冷却时 h=（ 110 170） 10 3Kw/m2 本设计取 h=15 10 3Kw/m2 液压系统达到热平衡时 =即 T= /hA 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 第 42 页 =1.29/15 2.1 =41 T = T2 + T T2 取自然平均温度 20 T = 20+41 =61 T 值 见 表 6 1 表 6 1 各种机械允