液壓泵與液壓馬達實驗臺液壓系統(tǒng)的設計.doc

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本科畢業(yè)設計（論文） 液壓泵與液壓馬達實驗臺 液壓系統(tǒng)的設計 燕 山 大 學 2013 年 6 月 摘要 液壓泵和馬達作為液壓系統(tǒng)的動力元件和執(zhí)行元件，是整個液壓系統(tǒng)的心臟，它們的性能直接影響著整個液壓系統(tǒng)的性能。因此液壓泵、馬達性能的精確測試有著非常重要的意義。液壓泵和馬達的性能測試是辨別產(chǎn)品優(yōu)劣、改進結(jié)構設計、提高工藝水平、保證系統(tǒng)性能和促進產(chǎn)品升級的重要手段。 本次設計就是通過測定液壓泵液壓泵、液壓馬達在給定外界情況下的排量、流量、容積效率等，檢驗液壓泵和液壓馬達的是否合格。 設計了液壓泵與液壓馬達實驗臺液壓系統(tǒng)，并對有關參數(shù)進行了計算，繪制了液壓泵與液壓馬達實驗系統(tǒng)原理圖、泵站裝配圖、油箱的部件圖、閥塊零件圖一系列相關立體圖與二維圖紙，為液壓泵與液壓馬達實驗臺液壓系統(tǒng)的設計奠定了理論基礎。 關鍵詞　　液壓泵；液壓馬達；液壓系統(tǒng) Abstract As the power components and the actuator components of hydraulic system ,the hydraulic pump and the motor are the heart of the entire hydraulic system, of which the performance directly affects the entire hydraulic system`s.Therefore, there is very important significance to test the performance of hydraulic pumps and motors accurately.The performance test is an important means of identifying product strengths and weaknesses, improving structural design and technological level, ensuring system performance and promoting product upgrading. The design involved in this paper mainly discusses how to test hydraulic the eligibility of pumps and hydraulic motors by measuring displacement, flow, volumetric efficiency of the hydraulic pump-hydraulic pump, hydraulic motors with given external conditions. In this paper,we design the hydraulic system bench of the hydraulic pump and hydraulic motor, and calculate the related parameters , draw series of three-dimensional mapsand two-dimensional drawings of the hydraulic pump and hydraulic motor,including Schematic experimental system, pump station assembly drawings, parts drawings of tank and valve block parts diagrams,which lay a theoretical foundation for the design of the hydraulic pump and hydraulic motor hydraulic system bench. Key words　　 hydraulic pump; hydraulic motor; hydraulic system 目 錄 摘要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.1.1國內(nèi)外液壓泵（馬達）實驗臺發(fā)展狀況 1 1.1.2液壓泵（馬達）實驗臺未來發(fā)展趨勢 2 1.1.3存在問題 3 1.2 本次設計的主要內(nèi)容 4 1.3 本章小結(jié) 4 第2章 液壓泵實驗臺液壓系統(tǒng)的設計 5 2.1液壓泵實驗臺工作原理 5 2.2 被試泵及驅(qū)動電機的選擇 6 2.3 液壓泵實驗臺的基本測試項目 6 2.3.1排量驗證試驗 6 2.3.2效率試驗 7 2.3.3變量特性試驗 7 2.3.4其它試驗項目 8 2.4 液壓泵性能表達式及參數(shù) 8 2.5 本章小結(jié) 9 第3章 液壓馬達實驗臺液壓系統(tǒng)的設計 10 3.1液壓馬達實驗臺工作原理 10 3.2 被試馬達及主油泵的選擇 11 3.3 液壓馬達性能表達式及參數(shù) 11 3.3 本章小結(jié) 12 第4章 液壓元件的選擇 13 4.1 液壓泵實驗臺系統(tǒng)部分 13 4.1.1 被試泵、電機及聯(lián)軸器的選擇 13 4.1.2 管道尺寸的確定 14 4.1.3 液壓閥的選擇 18 4.2 液壓馬達實驗臺系統(tǒng)部分 20 4.2.1 被試馬達、泵、電機及聯(lián)軸器的選擇 20 4.2.2 管道尺寸的確定 20 4.2.3 液壓閥的選擇 20 4.3 液壓輔件的選擇 21 4.3.1 空氣濾清器的選擇 21 4.3.2 液位液溫計的選擇 21 4.3.3 加熱器的選擇 22 4.3.4 泄油口球閥的選擇 23 4.3.5壓力表儀器的選擇 23 4.3.6減震喉的選擇 23 4.4 本章小結(jié) 24 第5章 油箱的設計 25 5.1 概述 25 5.2 油箱的分類 25 5.3 油箱的設計要點 25 5.4 油箱的設計計算 27 5.4.1 油箱外形尺寸確定 27 5.5 本章小結(jié) 27 第6章 閥塊的設計 28 6.1 概述 28 6.2 閥塊的設計原則 28 6.3 閥塊的設計 29 6.3.1集成回路的選擇 29 6.3.2閥塊油道設計及三維模型 30 6.3.3閥塊選材及安裝 30 6.4 本章小結(jié) 31 第7章 液壓泵站的設計 32 7.1 概述 32 7.2 泵站設計要點 32 7.3 泵站布管 33 7.4 泵站設計 34 7.5 本章小結(jié) 34 第8章 液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試及維護 35 8.1 液壓元件的安裝 35 8.2 液壓系統(tǒng)調(diào)試 36 8.2.1調(diào)試前檢查 36 8.2.2系統(tǒng)的調(diào)試 36 8.3 本章小結(jié) 38 結(jié)論 39 參考文獻 40 致謝 42 附錄1 43 附錄2 52 附錄3 61 第1章 緒論 1.1 課題背景 1.1.1國內(nèi)外液壓泵（馬達）實驗臺發(fā)展狀況 近些年隨著計算機技術、測試技術、液壓技術的不斷進步，液壓泵、馬達性能測試試驗臺的技術取得了飛速發(fā)展。各類液壓計算機輔助測試系統(tǒng)成為了各類液壓試驗臺的主流。尤其是虛擬儀器測試系統(tǒng)的出現(xiàn)和逐漸發(fā)展成熟，幾乎應用到了近年來所有液壓元件性能測試試驗臺上。這類試驗臺采用計算機集散系統(tǒng)，對液壓試驗臺進行智能檢測、控制和管理。按照液壓油泵試驗方法國家標準控制有關條件，實時采集性能參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進行集中處理、分析、計算、存貯、顯示、傳輸、控制和維護，從根本上改變了傳統(tǒng)繼電控制模擬采集人工處理的方式，為企業(yè)標稱產(chǎn)品性能提供準確的數(shù)據(jù)，同時為企業(yè)分析產(chǎn)品質(zhì)量、改進工藝提供了決策依據(jù) 近年來的研究熱點主要集中在降低系統(tǒng)污染、減小液壓元件功率損耗、引入新型元器件、設計合理液壓回路、引入新型的傳感器測試儀表等方面。如美國的SUNDSTRON 公司的液壓傳動試驗室的CAT 系統(tǒng)，日本制鋼所的柱塞泵效率試驗臺，英國國家實驗室擁有計算機控制的ISO 標準試驗臺，法國機械工業(yè)研究中心(ETIT)也做了類似的工作。國內(nèi)也有許多高等院校及科研單位正在進行液壓 CAT 的研究工作，并在液壓測試中進行一定程度的應用。我國已經(jīng)研制出一些具有較高性能的液壓計算機輔助測試系統(tǒng)，如機械部北京自動化研究所研制的液壓元件計算機輔助測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可完成閥及泵的性能測試；北京理工大學研制的液壓泵(液壓馬達、液壓泵—液壓馬達傳動系統(tǒng))工作特性的計算機輔助試驗系統(tǒng)；上海交通大學及昆山液壓件廠共同研制的液壓閥的特性試驗系統(tǒng)，北航開發(fā)的液壓泵虛擬儀器試驗臺等。 虛擬儀器技術雖然起步較晚，但發(fā)展非常迅速。在科研開發(fā)、計檢、測控領域得到了廣泛的應用。如：比利時Intersofi電子工程公司的RASS—PDP和RASS—S軟件；美國斯坦福大學的虛擬儀器教學、試驗、仿真系統(tǒng)；挪威CARDIAC公司的基于LabVIEW平臺的測試北海油田石油、大氣、水流的MPFM系統(tǒng)等。虛擬儀器的開發(fā)和研究在國內(nèi)尚屬于起步階段，清華大學應用虛擬技術構建的汽車發(fā)動機性能出廠檢測系統(tǒng)；電子部三所的儀器自動計量控制系統(tǒng)；石油科學研究院研制的小型石油精煉試驗系統(tǒng)等；另外航天局809所、上海803所、上海交通大學、西安交通大學、浙江醫(yī)科大學以及東方振動和噪聲技術研究所等高校和公司在研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品、虛擬儀器設計平臺以及消化吸收NI等產(chǎn)品方面做了大量工作，其成果已在自動計量控制系統(tǒng)等方面得到廣泛的應用。 最近浙江大學流體傳動及控制國家重點試驗室也開發(fā)的基于虛擬儀器的液壓試驗臺CAT 系統(tǒng)便是比較典型的例子，軟件部分采用了VC++6.0實現(xiàn)試驗系統(tǒng)編程。硬件部分A/D 卡采用PCI—1713 卡(提供了32 個模擬輸入通道，12 位轉(zhuǎn)換分辨率，2.5?s 的轉(zhuǎn)換速率)。實際應用中該型系統(tǒng)可根據(jù)情況的不同采用不同的接口技術，靈活地組成相應的液壓測試系統(tǒng)。虛擬儀器的興起是測試儀器技術的一次“革命”，是儀器領域的一個新的里程碑。未來的VI 完全可以覆蓋計算機輔助測試的全部領域，幾乎能替代所有的模擬測試設備?；谟嬎銠C的全數(shù)字化測量分析是采集測試分析的未來，虛擬儀器必將在越來越多的領域中廣泛普及。數(shù)據(jù)采集、測試、過程控制、信息傳輸與通信等現(xiàn)代信息技術匯聚在一起，將最終導致標準化、規(guī)范化的卡式儀器和軟件化儀器的更廣泛流行。 1.1.2液壓泵（馬達）實驗臺未來發(fā)展趨勢 隨著液壓技術的不斷提高與發(fā)展，對液壓測試技術的要求也不斷提高。信息技術包含微電子、光電子、計算機技術等多項技術，以信息傳遞快、運算速度快、控制精確、能耗小等優(yōu)點使其在控制領域有越來越廣泛的應用，現(xiàn)代工業(yè)中，液壓技術已與信息技術緊密結(jié)合，提高了液壓傳動與控制的精確性。在液壓傳動與控制中，液壓系統(tǒng)趨于復雜化和小型化的發(fā)展趨勢，液壓測試技術要對液壓系統(tǒng)和液壓元件進行充分的測試，必然需要對大量的數(shù)據(jù)進行采集及處理，液壓測試技術和信息技術緊密結(jié)合才能符合現(xiàn)代液壓測試技術的需要。液壓計算機輔助測試技術（Computer Aided Test）將信息技術與液壓測試技術結(jié)合，可以顯著提高液壓測試的可靠性、精確性和自動化程度，它必定是液壓測試技術的發(fā)展方向。不論何種檢測系統(tǒng)，都必須有測試傳感器。傳感器使將感受到的物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵龅难b置，隨著現(xiàn)代制造工藝和材料科學的反展，傳感器的核心——敏感元件也越來越精密，測量誤差和非線性失真越來越容易為人們控制。液壓測試中，需要多種物理量的檢測，傳感器的高速發(fā)展為液壓測試精確性提供了有力的保障。 運用模塊化思維能助你理順頭緒，分清構成事物的諸功能、結(jié)構要點（模塊）及其間的聯(lián)系，從而能作出更好的設計——工程設計、產(chǎn)品設計、工藝設計、組織機構設計、布局設計等等。 利用計算機技術及傳感器技術改造舊式液壓測試設備或開發(fā)新式高精度、高自動化液壓測試設備具有廣闊的研究前景。計算機高速處理數(shù)據(jù)的能力正好滿足液壓系統(tǒng)動態(tài)測試和動態(tài)分析的要求，開發(fā)以計算機為中心的液壓測試設備可以很好的對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)測試和動態(tài)分析。液壓系統(tǒng)的自動化控制與液壓測試密不可分，液壓系統(tǒng)閉環(huán)反饋控制必然要求對液壓系統(tǒng)參數(shù)進行測量和反饋，液壓測試技術的發(fā)展也有利于液壓傳動及控制技術的發(fā)展與提高；發(fā)展液壓測試技術以提高液壓控制技術也是以后液壓測試技術的重要發(fā)展方向。 1.1.3存在問題 由于被測液壓泵（馬達）的型號不同，存在大功率液壓泵（馬達）測試能耗大，浪費液壓油，主要反映在系統(tǒng)的容積損失和機械損失。如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉(zhuǎn)換過程的效率得到顯著提高。 有液壓元件測試必然存在液壓油污染問題，不論哪一類液壓油流入環(huán)境，都會造成不同程度的危害。在使用中，液壓油會慢慢老化，老化的油液在更換時不能被回收，就會排到環(huán)境中，造成污染；泄漏是液壓系統(tǒng)常見的故障，油流到環(huán)境中會造成污染，同時也會造成經(jīng)濟上的損失。因此對于液壓介質(zhì)，應開發(fā)新的無污染、可降解的液壓油，這樣即使流到環(huán)境中，一定時間后也會降解而不造成危害；如果還是使用對環(huán)境有危害的液壓油，就應該加強管理，防止或減少它流到環(huán)境中去，使對環(huán)境危害最小。由于泄漏產(chǎn)生的環(huán)境問題也是不可忽視，而泄漏也是液壓系統(tǒng)的一個頑疾。對于泄漏的防治需要技術和管理上的支持，在設計、使用、維護階段都應考慮此問題，維修時要做好液壓油的回收。 1.2 本次設計的主要內(nèi)容 本設計主要研究液壓泵和液壓馬達實驗臺液壓系統(tǒng)。其基本內(nèi)容為： 1.液壓泵和液壓馬達實驗臺的液壓系統(tǒng)方案的設計 2.液壓泵和液壓馬達實驗臺液壓系統(tǒng)元件的選擇與設計 3.液壓泵和液壓馬達實驗臺整體結(jié)構的設計 5.有關參數(shù)的計算 由于不同類型的液壓泵(馬達)有不同的測試方法標準，即使是同一類型、不同額定壓力的液壓泵(馬達)的測試方法也不完全相同，所以只能對其中某一類型、某一壓力級別的液壓泵(馬達)進行性能測試或?qū)ζ渲泄餐捻椖窟M行測試。 1.3 本章小結(jié) 近年來液壓泵、馬達的測試系統(tǒng)在傳統(tǒng)的液壓測試系統(tǒng)原理上增加計算機輔助測試和虛擬測試技術，但液壓系統(tǒng)測試的基本原理大致相同。本章主要介紹了液壓泵和液壓馬達實驗臺發(fā)展、未來趨勢和存在的問題，并介紹了本次設計的主要內(nèi)容。 第2章 液壓泵實驗臺液壓系統(tǒng)的設計 2.1液壓泵實驗臺工作原理 液壓泵性能試驗臺采用變頻器驅(qū)動三相交流電機拖動被試泵，控制被試泵的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀來觀測輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩值，如圖2-1所示。電磁比例溢流閥控制被試泵出口加載，并且配備了卸荷閥、各類壓力傳感器和溫度傳感器。試驗時調(diào)節(jié)變頻電機13 控制被試泵的轉(zhuǎn)速達到設定要求，然后控制電磁比例溢流閥給被試泵加載，通過進出口壓力傳感器采集進出口壓力值，通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀器采集被試泵的輸入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值?？蛰d排量測量時可以打開電磁球閥2使被試泵卸荷。 1.被試泵 2.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀 3.高壓傳感器 4.真空傳感器 5.變頻電機 6.流量計7.過濾器 8.電液比例閥 9.卸荷閥 圖2-1 液壓泵實驗回路 2.2 被試泵及驅(qū)動電機的選擇 由于不同類型的液壓泵(馬達)有不同的測試方法標準，即使是同一類型、不同額定壓力的液壓泵(馬達)的測試方法也不完全相同，所以只能對其中某一類型、某一壓力級別的液壓泵(馬達)進行性能測試或?qū)ζ渲泄餐捻椖窟M行測試。參照各類液壓泵試驗的國家標準，綜合考慮現(xiàn)有的試驗條件確定試驗項目為：氣密性檢查和跑合試驗、排量驗證試驗、效率試驗、壓力振擺檢查、自吸試驗、高溫試驗、超速試驗、超載試驗、滿載試驗、沖擊試驗和效率檢查試驗。 選取恒壓變量泵63PCY14-1B進行了性能測試試驗，被試泵公稱排 量為63mL/r，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，確定系統(tǒng)最大流量 Q=94.5L/min 液壓系統(tǒng)中驅(qū)動液壓泵的原動機有電動機和發(fā)動機。發(fā)動機指汽油機柴油機等，一般用于行走機械，而且不是由液壓系統(tǒng)設計者選定的。固定設備系統(tǒng)中驅(qū)動液壓泵的電動機需要設計者選定。根據(jù)使用的環(huán)境，決定開式、封閉扇冷式、防雨保護式、防爆式等形式及立式、臥式結(jié)構。變頻電機選擇Y250M-4-B3 額定轉(zhuǎn)速：1410r/min， 額定電壓：380v， 額定功率：55kw。 驅(qū)動電機決定了被試泵的測試范圍。 2.3 液壓泵實驗臺的基本測試項目 2.3.1排量驗證試驗 GB7936 規(guī)定排量驗證試驗分為以下幾步： 第一，使液壓泵空載，即使液壓泵的負載為零，或液壓泵的輸出壓力不超過額定壓力的5%或不超過0.5MPa； 第二，在液壓泵的最低許用轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)設定均勻的5 檔轉(zhuǎn)速，測量每檔轉(zhuǎn)速n 下泵的流量。 第三，計算泵的空載排量。國標GB7936 規(guī)定： (2-1) 其中為空載排量mL/r；n 為實際轉(zhuǎn)速r/min；N 為轉(zhuǎn)速測量檔數(shù)； 為有效輸出流量L/min，這是一個用最小二乘法擬合的方程，測得N 個點的轉(zhuǎn)速和流量值，然后運用最小二乘法擬合求其直線的斜率即為要求的空載排量。 2.3.2效率試驗 按照國標JB/T 7042—93 規(guī)定，效率試驗主要有以下幾步： 第一，在最大排量、額定轉(zhuǎn)速下，使泵的出口壓力逐漸增加，至額定壓力的25%左右。待測試狀態(tài)穩(wěn)定后，測量與效率有關的數(shù)據(jù)； 第二，按上述方法，至少測量泵的出口壓力約為額定壓力的25%, 40%,55%, 70%，80%，100%時，分別測量與效率有關的數(shù)據(jù)； 第三，轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的100%，85%，70%，55%，40%時，在上述各試驗壓力點，分別測量與效率有關的數(shù)據(jù)。 第四，繪出等效率特性曲線圖，或繪出性能曲線圖； 第五，在額定轉(zhuǎn)速下，進口油溫為20～35℃和70～80℃時，分別測量 空載壓力至額定壓力范圍內(nèi)至少6 個等分壓力點的容積效率； 第六，繪制功率、流量、效率隨壓力變化的曲線圖。 2.3.3變量特性試驗 恒功率變量泵 恒功率變量泵的特性試驗主要有以下幾步： (1)最低壓力轉(zhuǎn)換點的測定 調(diào)節(jié)變量機構使被試泵處于最低壓力轉(zhuǎn)換狀態(tài)，測量泵出口壓力； (2)最高壓力轉(zhuǎn)換點的測定 調(diào)節(jié)變量機構使被試泵處于最高壓力轉(zhuǎn)換狀態(tài)，測量泵出口壓力； (3)恒功率特性的測定 根據(jù)設計要求調(diào)節(jié)變量機構，測量壓力、流量相對應的數(shù)據(jù)，繪制恒功率特性曲線； (4)其他特性按實際要求進行試驗。 恒壓變量泵 本試驗臺安裝的為恒壓變量泵，因此應做相應的恒壓特性試驗。恒壓靜特性試驗包括最大排量、額定轉(zhuǎn)速下加載，然后繪制不同調(diào)定壓力下的流量－壓力特性曲線。 2.3.4其它試驗項目 氣密性檢查和跑合,壓力振擺試驗 ,自吸試驗,低溫試驗,高溫試驗,超速試驗,超載試驗,滿載試驗,效率檢查試驗。 2.4 液壓泵性能表達式及參數(shù) 試驗油路是為一定的試驗目的服務的，離不開具體的試驗內(nèi)容，要求 測試液壓泵的各種性能指標，而這些指標又與各種參數(shù)有關。有關液壓泵 的主要性能表達式有： 排量 (2-2) 式中q 為泵輸出的實際流量(L/min)；n 為泵軸轉(zhuǎn)速(r/min)；泵的空載排量V i 為空載時測出的排量最大值。 泵軸輸入的理論轉(zhuǎn)矩TPth ： (2-3) 其中ph為泵的出口壓力(MPa)； p i 為泵的進口壓力(MPa)。 容積效率 (2-4) 機械效率 (2-5) 泵輸入功率 (2-6) 其中TP 為泵軸輸入轉(zhuǎn)矩(N.m)； n 為泵的轉(zhuǎn)速(r/min) 泵的輸出功率 (2-7) 其中Δp為泵的進、出口壓力差(MPa)；q為泵實際輸出流量(L/min) 總效率 (2-8) 實際輸出流量 (2-9) 泄漏流量 (2-10) 2.5 本章小結(jié) 此液壓泵實驗臺油路根據(jù)國家標準設計，用以檢測液壓泵的技術特性。本章介紹了液壓泵實驗臺的基本原理，并說明了液壓泵的測試項目及測試計算方法。 第3章 液壓馬達實驗臺液壓系統(tǒng)的設計 第4章 液壓元件的選擇 4.1 液壓泵實驗臺系統(tǒng)部分 4.1.1 被試泵、電機及聯(lián)軸器的選擇 4.1.1.1 被試泵的選擇 液壓泵是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換組件，在液壓系統(tǒng)中，液壓泵作為動力組件向液壓系統(tǒng)提供液壓能。 選取恒壓變量泵63PCY14-1B進行了性能測試試驗，被試泵公稱排 量為63mL/r，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。泵的基本參數(shù)是壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率。泵的最高壓力與最高轉(zhuǎn)速不宜同時使用，以延長泵的使用壽命。轉(zhuǎn)速的選擇應嚴格按照產(chǎn)品技術規(guī)格表中規(guī)定的數(shù)據(jù)，不得超過最高轉(zhuǎn)速值。至于其最低轉(zhuǎn)速，在正常使用條件下，并沒有嚴格的限制。 液壓泵的主要類型有：外嚙合齒輪泵、內(nèi)嚙合齒輪泵、螺桿泵、葉片泵、柱塞泵。因為本系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，故可選雙螺桿泵，具體型號由系統(tǒng)的最大工作壓力與所需液壓泵的流量決定。 4.1.1.2 電機的選擇 電氣傳動用交流電動機是將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的旋轉(zhuǎn)機械，特點是：調(diào)速優(yōu)良，過載能力大，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動制動和反轉(zhuǎn)，多用于寬調(diào)速的場合和要求有特殊運行性能的自動控制場合。交流電機中最常用的是三相異步電動機和同步電動機，異步電動機結(jié)構簡單，維護方便，重量較輕，成本較低，工作效率較高，負載特性較硬，能滿足大多數(shù)工業(yè)機械的電氣傳動需要；同步電動機廣泛適用于拖動不要求調(diào)速和功率較大的生產(chǎn)機械。比較之后，本系統(tǒng)選擇通用異步電動機。 根據(jù)被試泵的規(guī)格，變頻電機選擇Y250M-4-B3 額定轉(zhuǎn)速：1410r/min， 額定電壓：380v， 額定功率：55kw。 4.1.1.3 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是連接兩軸或軸和口轉(zhuǎn)件，在傳遞運動和動力過程中一同回轉(zhuǎn)而不分開的一種裝置。此外，聯(lián)軸器還可能具有補償兩軸相對位移、緩沖和減振以及安全防護功能。聯(lián)軸器的類型應根據(jù)使用要求和工作條件來確定。具體選擇時考慮以下幾點： 1.所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖和減振方面的要求。 2.聯(lián)軸器工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小，對于高速傳動軸，應選 用平衡精度高的聯(lián)軸器，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器。 3.兩軸相對位移的大小和方向，當安裝調(diào)整后，難以保持兩軸精確對 中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加位移時，應選用撓性聯(lián)軸器。 4.聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。 5.聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和成本，在滿足使用性能的前提下應選 擇拆裝方便、維護簡單、成本低的聯(lián)軸器。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器，由于具有良好的綜合性能，適宜于一般的中小功率傳動。 由于泵與電動機之間的傳動不屬于大功率傳動，選擇連軸器型號：黎明CC-115。 4.1.2 管道尺寸的確定 4.1.2.1 管道的計算 由新版機械設計手冊第四卷，第23篇，第4章―液壓傳動系統(tǒng)設計計算，查得 管道內(nèi)徑計算公式為： (4-1) 壁厚計算公式 (4-2) P──管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）； d──管道內(nèi)徑（m）； [σ]──管道材料的許用應力（MPa），； σb──管道材料的抗拉強度（MPa），σb=520MPa； n──安全系數(shù)，對鋼管來說，P＜7 MPa時，取n=8；P＜17.5 MPa時，取n=6；P＞17.5 MPa時，取n=4；這里取n=8。 則 (4-3) 管道內(nèi)液體的流動速度如表4-2所示 表4-2 允許流速推薦值 管道 推薦流速/(m/s) 液壓泵吸油管道 0.5~1.5,一般常取1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3~6，壓力高，管道短，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5~2.6 取吸油管路油液流速為1 m/s，壓油管路流速為6 m/s，回油管路為2 m/s。 液壓泵吸油管道內(nèi)徑： ， 圓整取標準值50 mm。 液壓泵吸油管道壁厚： ， 圓整取標準值3 mm。 液壓泵壓油管道內(nèi)徑： ， 圓整取標準值25 mm。 液壓泵壓油管道壁厚： ， 圓整取標準值2 mm。 液壓泵回油管道內(nèi)徑： ， 圓整取標準值32 mm。 液壓泵壓油管道壁厚： ， 圓整取標準值2 mm。 4.1.2.2 硬管的選擇 對于具有不同管路長度的剛性聯(lián)接一般使用硬管。在硬管和軟管之間做出選擇時，應選擇硬管，因為硬管成本低、阻力小、安全。多選用無縫鋼管，無縫鋼管耐壓高，變形小，耐油，抗腐蝕，雖裝配時不易彎曲，但裝配后能長久保持原狀，用于中壓系統(tǒng)。硬管可分為兩大類，一類是通經(jīng)定尺寸，另一類是外徑定尺寸的。 泵的吸油和壓油口直徑是固定的，分別為50 mm和42 mm，根據(jù)新版機械設計手冊第四卷，第23篇，第9章，表23.9-2―鋼管公稱通徑、外徑、壁厚、聯(lián)接螺紋和推薦流量表，選取鋼管管道直徑如表4-3所示。 表4-3 過濾系統(tǒng)管徑 (mm) 管道 外徑 內(nèi)徑 吸油管道 50 44 壓油管道 42 38 回油管道 42 38 布管的基本要求是： 1.為了減少摩擦損失，管子長度應盡可能最短。 2.固定點之間的直管段至少要有一個松彎以適應熱脹冷縮。應不惜任何代價的避免緊死的直管。這種直管能在管路中造成嚴重的拉壓應力，并使得管子從接頭體后退才能裝卸的管接頭難以聯(lián)接。 3.彎管應減至與布管的幾何形狀一致的最少數(shù)量，并采用盡可能大的彎管半徑，否則難以與管接頭找正。管子總應該有一段直管接近管接頭，而把任何近處的彎管調(diào)整到遠處。 4.所有管路，尤其是高壓管路均應適當支撐，尤其在高壓系統(tǒng)中彎管前后及與軟管連接之前必須支撐。流量的任何突然擾動都將在彎管處產(chǎn)生使彎管伸直的傾向，如果管子未加支撐則導致“甩動”。不過管夾不應將管子卡死，而應為熱脹冷縮留出足夠的竄動自由度。 5.彎管的半徑R應根據(jù)管子中心和外徑d來規(guī)定。最小彎管半徑為外徑的2.5倍。 4.1.2.3 軟管的選擇 軟管用于連接相互運動的液壓元件之間的撓性聯(lián)接，或者用于有關元件的布置很不利，致使軟管連接成為唯一現(xiàn)實的解決的辦法的場合。軟管還起吸振和消聲的作用，泵的出口要有一段軟管，其目的就在于此。系統(tǒng)壓力、壓力波動、油液流速、溫度、油液、及環(huán)境條件構成了液壓軟管使用中的重要因素。 液壓系統(tǒng)用的高壓軟管由合成橡膠制成，并根據(jù)擬用的負載加固。與油連接的是耐油合成橡膠制成的內(nèi)管，內(nèi)管外面有若干層加固層。加固材料可以是天然或合成纖維或細金屬絲或它們的組合。加固層可以是編織的，纏繞的或兩者兼而有之。最外面是一層耐油的蒙皮。各層之間有粘接劑。 系統(tǒng)壓力，壓力波動，油液流速，溫度，油液及環(huán)境條件構成液壓軟管使用中的重要因素。 本系統(tǒng)在泵的出口處應設液壓軟管，目的是吸收泵出口處的壓力脈動。 型號：A106S-35 4.1.2.4 管子連接以及管接頭的選擇 管子與元件、管子與管子都需要相互連接。連接有可拆卸連結(jié)和永久性連接。永久性接頭可以是熔焊的、釬焊的、冷擠壓的和膠合的。這種接頭是由航空航天工業(yè)開發(fā)的，主要考慮可靠度高、安裝成本低和重量輕。雖然是為航空航天工業(yè)開發(fā)的，但是這種接頭中有許多現(xiàn)在已經(jīng)用于工業(yè)界。當然，它們是不能重復使用的?？刹疬B接是可以重復使用的，所用的連接件有法蘭、管接頭、底板之類，也可以不用聯(lián)接件而直接把管子與元件連上。 管接頭的主要作用是連接管子與元件、連接管子與管子及在隔墻處提供連接與固定。焊接式、卡套式、擴口式管接頭應用較普遍，管接頭的基本型有7種：端直通管接頭、直通管接頭、端直角管接頭、直角管接頭、端三通管接頭、三通管接頭和四通管接頭。凡帶端字的都是用于管子與機件之間的連接，其余是用于管件之間的連接。 法蘭與管子的連接，可以是螺紋連接也可以是焊接。法蘭和法蘭之間，法蘭和機件之間，用螺紋進行連接，用O型密封圈密封。 液壓系統(tǒng)中，金屬管之間，金屬管與元件之間的連接，可采用焊接連接、法蘭連接和管接頭連接。直接焊接時，焊接工作要在現(xiàn)場進行，安裝后拆卸不方便，焊接質(zhì)量不易檢查。 根據(jù)本系統(tǒng)的實際情況，主要選擇焊接式端直通管接頭。 根據(jù)如下標準選擇： 卡套式端直通管接頭(GB 3733.1-83) 卡套式直角管接頭 (GB 3740.1-83) 卡套式三通管接頭 (GB 3745.1-83) 4.1.3 液壓閥的選擇 4.1.3.1 溢流閥的選擇 在液壓系統(tǒng)中，用來控制流體壓力的閥統(tǒng)稱為壓力控制閥，簡稱壓力閥。 按用途，壓力閥可分為溢流閥、遙控閥、安全閥、電磁溢流閥、卸荷溢流閥、制動閥、背壓閥、平衡閥、緩沖閥、壓力繼電器、壓力表保護閥等。壓力控制閥的安裝連接方式可分為螺紋式、板式和法蘭式，其中螺紋式連接的管口結(jié)構及技術條件可參見國家標準GB/T2878-93。 溢流閥是使系統(tǒng)中多余流體通過該閥溢出，從而維持其進口壓力近于恒定的壓力控制閥。在液壓系統(tǒng)中，溢流閥可作定壓閥，用以維持系統(tǒng)壓力恒定，實現(xiàn)遠程調(diào)壓或多級調(diào)壓；作安全閥，防止液壓系統(tǒng)過載；作制動閥，對執(zhí)行機構進行緩沖、制動；作背壓閥，給系統(tǒng)加載或提供背壓；它還可與電磁閥組成電磁溢流閥，控制系統(tǒng)卸荷。溢流閥可分為：直動式、先導式。當溢流量變化時，直動式溢流閥的進口壓力是近于恒定的。 本系統(tǒng)選取選取比例溢流閥：AGZMO-A-20-315Y。 4.1.3.2 單向閥的選擇 單向閥又稱止回閥，它使液體只能沿一個方向通過。其作用是使液體只能沿一個方向流動，不許它返回倒流。用在液壓泵的出口，防止系統(tǒng)壓力突然升高而損壞液壓泵，防止系統(tǒng)中的油液在泵停機時倒流回油箱；用作旁通閥，與其它類型的液壓閥相并聯(lián)，從而構成組合閥。單向閥還可做保壓作用，對開啟壓力大的單向閥，還可做背壓閥使用。分類：按進出口流道的布置形式可分為直通式和直角式兩種，按閥芯的結(jié)構形式可分為鋼球式和錐閥式。 對單向閥的要求主要有： 1.通過液流時壓力損失要小，而反向截止時密封性要好； 2.動作靈敏，工作時無撞擊和噪聲。單向閥的彈簧在保證能克服閥芯摩擦力和重力而復位的前提下，彈簧剛度盡可能小，從而減小單向閥的壓力損失。一般，單向閥的開啟壓力為0.035~0.05 MPa，通過額定流量時的壓力損失不應超過0.1~0.3 MPa。 選擇管式單向閥，規(guī)格為S25A2，通徑為25 mm，開啟壓力為0.15 MPa，重量0.32 kg。 4.1.3.3 蝶閥的選擇 在吸油口設置一個蝶閥，當拆卸液壓泵時，不會使油液流出，前面已經(jīng)算出吸油管直徑為50 mm，系統(tǒng)壓力1.2 MPa。根據(jù)天津塘沽瓦特斯有限公司的產(chǎn)品樣本，選擇蝶閥規(guī)格為XD71X-10C DN50，直徑為50 mm，工作壓力0.6-1.0 MPa。 4.1.3.4 球閥的選擇 主要用于截斷或接通管路中的介質(zhì)，亦可用于流體的調(diào)節(jié)與控制，其中硬密封V型球閥其V型球芯與堆焊硬質(zhì)合金的金屬閥座之間具有很強的剪切力，特別適用于含纖維、微小固體顆料等介質(zhì)。而多通球閥在管道上不僅可靈活控制介質(zhì)的合流、分流、及流向的切換，同時也可關閉任一通道而使另外兩個通道相連。 選用電磁球閥M-3SEW6C30B420M，公稱壓力31.5MPa，工作電壓：12V 。 4.2 液壓馬達實驗臺系統(tǒng)部分 4.2.1 被試馬達、泵、電機及聯(lián)軸器的選擇 4.2.1.1 被試馬達的選擇 液壓馬達是將液壓能轉(zhuǎn)化成機械能的液壓組件，其工作原理與液壓泵相同。選取被試馬達A2F28W391，排量：28 mL/r，最大轉(zhuǎn)速：4750r/min。 4.2.1.2 加載泵及電機的選擇 主油泵根據(jù)被試馬達規(guī)格選取A2F28W3P1，電機選擇馬可波羅Y250M-4-B35型電機。 4.2.1.3 補油泵及電機的選擇 補油泵的作用是給上位充液油箱打油，大部分時間都是處于閑置狀態(tài)。本系統(tǒng)補油泵安放在主油箱的頂部，需要較好的自吸能力。設定一次打滿充液油箱需要16分鐘左右進行對泵的選擇。 補油泵選擇力士樂PFE-410B5，排量：85.3mL/r，額定壓力:21MPa，輸出流量：114L/min，驅(qū)動功率：59kw，轉(zhuǎn)速：700-2000r/min。 補油泵電機選擇馬可波羅Y160L-4-B35，額定功率：15kw，額定電壓：380V, 額定轉(zhuǎn)速：1480r/min。 4.2.1.3 聯(lián)軸器的選擇 加載泵聯(lián)軸器選擇CC-145,補油泵聯(lián)軸器選擇CC-115. 4.2.2 管道尺寸的確定 液壓馬達實驗臺管道尺寸的確定方法及計算公式與液壓泵的相同，計算得出壓油管管徑25mm，回油管管徑35mm。 4.2.3 液壓閥的選擇 主要元件列表： 序號 元件名稱 代號 1 蝶閥 DN50 2 比例溢流閥 AGZMO-A-20-315Y 3 單向閥 S20P1 4 電磁球閥 M-3SEW6C30B420M 5 電液換向閥 H-WEH25E51/W221-51ED1 6 比例調(diào)速閥 2FRE16-4X/100LBK4M 7 管式單向閥 S25A2 表 4-1 4.3 液壓輔件的選擇 4.3.1 空氣濾清器的選擇 空氣濾清器簡稱空濾器。它不僅可以防止液壓系統(tǒng)工作時，由空氣中帶入油箱的灰塵，還可以防止加油過程中混入顆粒物質(zhì)，從而簡化了油箱的結(jié)構，有利于油箱的凈化。 空氣過濾器裝于油箱上，連通大氣，使得油箱內(nèi)氣體壓力不至于過高或者過低，因為過高影響油箱安全，過低降低泵自吸能力，而且容易產(chǎn)生氣泡，影響系統(tǒng)性能；空氣過濾器還用于油液的抽取和注入。注油口與通氣器一般合二為一。取下通氣帽時可以注油，放回通氣帽即成通氣過濾器。周圍環(huán)境較臟時，應采用油浴式空氣過濾器。當周圍空氣的溫度較大時，有與空氣干燥器合用的注油通氣器，它兼有除濕、收塵和注油的功能。 空氣過濾器的精度不應小于系統(tǒng)的過濾精度,空氣過濾器的空氣流量應大于系統(tǒng)最大流量的3倍以上,在安裝條件允許的情況下,流量盡可能大些,以防止濾芯堵塞影響系統(tǒng)的正常工作。 由前面的計算可知，系統(tǒng)的總流量為300 L/min，根據(jù)溫州黎明液壓有限公司的產(chǎn)品樣本，選擇空氣濾清器的規(guī)格為QUQ2.5-103.0，過濾精度為10 μm，空氣流量為2 m3/min。 4.3.2 液位液溫計的選擇 由前面的計算可知，油溫是在30℃~55℃之間變化的，油箱的高度為1400 mm，則油面的最高高度為Hmax=140080%=1120 mm，液位計的下刻線至少應比吸油過濾器或吸油管口上緣高出75 mm，吸油管口上緣高度為300 mm，則取液位計的下刻線距油箱最低點距離為700 mm，根據(jù)溫州黎明液壓有限公司的產(chǎn)品樣本，選擇YWZ液位液溫計，規(guī)格為YWZ-500T。 4.3.3 加熱器的選擇 加熱器的作用在于低溫起動時，將油液溫度升高到適當?shù)闹担?5℃）。采用電加熱器加熱器安裝在油箱內(nèi)。 加熱器的發(fā)熱能力可按下式估計： (4-5) 式中 N──加熱器的發(fā)熱能力； C──油的比熱，取C=1800J/(kg℃)； γ──油的密度，取γ=900 kg/m3； V──油箱內(nèi)的油液體積； ΔQ──油加熱后的溫升，取ΔQ=15 ℃； T──加熱時間，取T=3600s。 有前面的設計可知，油箱的尺寸為70014002100，則郵箱中油液的體積為 則 加熱器的功率為 (4-6) 式中 η──熱效率。η=0.7。 則加熱器的功率為 經(jīng)計算，可確定取一個15.4 KW的加熱器既可滿足要求。根據(jù)溫州黎明液壓有限公司的產(chǎn)品樣本，選擇加熱器的規(guī)格為GYY2-220/2，功率為20 KW，數(shù)量為1。 4.3.4 泄油口球閥的選擇 在油箱底部泄油口設置截止閥，用于排出油箱底部的污泥；在油箱蓋板上邊緣的泄油口設置一截止閥，用于排出蓋板上積蓄的油液。根據(jù)奉化市朝日液壓有限公司的產(chǎn)品樣本，選擇內(nèi)螺紋連接式高壓球閥，規(guī)格為 底部：Q11F-16-DN20，通徑為20，工作壓力1.6 MPa。 蓋板處：Q11F-16-DN10，通徑為10，工作壓力1.6 MPa。 4.3.5壓力表儀器的選擇 4.3.5.1 壓力表 選用YN系列耐震壓力表，這種壓力表適于測量無爆炸，不結(jié)晶，不凝固，對銅和銅合金無腐蝕作用的液體、氣體或蒸汽的壓力。 選擇溫州黎明生產(chǎn)的壓力表，型號YN-100，測量范圍0～60MPa 4.3.5.2 壓力表開關 壓力表開關是小型的截止閥或節(jié)流閥，主要用于切斷壓力表和油路的連接，或調(diào)節(jié)開口度起著阻止作用，減輕壓力表急劇跳動，防止損壞。 根據(jù)壓力表的連接規(guī)格，選擇奉化生產(chǎn)的壓力表開關，型號 KF-L8/14E，通徑8mm，工作壓力31.5MPa,壓力表接頭螺M201.5，壓力油進口M141.5。 4.3.5.3 壓力傳感器 根據(jù)不同的使用要求，壓力傳感器可以與數(shù)字測量儀、巡回檢測裝置或計算機等配套使用，便于實現(xiàn)測試自動化。 本系統(tǒng)選擇托斯生產(chǎn)的壓力傳感器，型號E-ATR-5/400/I，壓力測試范圍0～400bar，電壓輸出型號0～10V。 4.3.6減震喉的選擇 液壓泵在安裝時，要求較高的同心度，特別是斜軸泵對安裝位置比較特殊。安裝減震喉既可以減小油箱與泵連接應力，接頭兩端可任意偏轉(zhuǎn)，便于自由調(diào)節(jié)軸向或橫向壓力，還可以降低液壓泵吸油的沖擊。 主泵過濾器出口道通徑為65mm，所以選擇KXT型可曲撓橡膠接管，型號為：KXT-(I)-65，其工作壓力為2.0MPa，爆破壓力：6.0MPa，真空度：100kPa，適用溫度：-20～+115℃。 4.4 本章小結(jié) 本章分別對液壓泵和液壓馬達測試系統(tǒng)進行了選件計算，確定實驗泵、電機、閥、液壓輔件的型號，以及管道的尺寸，同時還確定了油箱的容積。 第5章 油箱的設計 5.1 概述 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油之外，還起著散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量，分離油液中混入的空氣，沉淀污染物及雜質(zhì)等作用。在油箱上，安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣濾清器、及液位計等。 5.2 油箱的分類 按照油面是否與大氣相通，油箱可分為開式油箱和閉式油箱。開式油箱廣泛應用于一般液壓系統(tǒng)，它在油箱蓋上裝有空氣濾清器，溝通油箱內(nèi)部與大氣的連接，并兼作注油口用。開式油箱結(jié)構簡單，安裝維護方便。閉式油箱一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達0.05MPa。 按照油箱的形狀來分，油箱可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，大型冶金設備中經(jīng)常采用。 5.3 油箱的設計要點 設計油箱時應考慮如下幾點： （1） 基本結(jié)構 為了在相同的容量下得到最大的散熱面積，油箱外形以立方體形或長六面體為宜，油箱的頂蓋上有時要安放泵和電機，閥的集成裝置有時也安裝在想改上，最高油面只允許達到油箱高度的80%,油箱一般用鋼板焊接而成，頂蓋可以是整體的，也可以是分為幾塊，油箱底腳高度應該在150mm以上，以便散熱、搬移和放油；油箱四周要有吊耳，以便起吊裝運。 （2） 吸、回、泄油口的設置 泵的吸油管與系統(tǒng)回油管之間的距離應盡可能遠些，管口都應該插于最低液面以下，但離油箱底要大于管徑的2～3倍，以免吸空和飛濺起泡。吸油端部所安裝的濾油器，離箱壁要有2～3倍管徑,以便四面進油。回油管口應截成45斜角，以增大回流截面，并使斜面對著箱壁，以利散熱和沉淀雜質(zhì)；閥的泄油管口應在液面之上，以免產(chǎn)生背壓；液壓馬達和泵的泄油管則應引入液面之下，以免吸入空氣；為防止油箱表面泄油落地，必要時在油箱下面或頂蓋四周設泄油回收盤。 （3） 隔板的設置 在油箱中設置隔板的目的是將吸、回油隔開，迫使油液循環(huán)流動，利于散熱和沉淀。一般設置一至兩個隔板，高度常為液面高度的2/3～3/4。為了散熱效果好，應使液流在油箱中有較長的流程，如果與四壁都接觸，效果更佳。隔板缺口處要有足夠大的過流面積，使環(huán)流速為0.3～0.6m/s。如果隔板與油箱內(nèi)表面之間采用焊接連接，則焊縫應該滿焊，不要留下可能無法清理的藏污納垢的縫隙。 （4） 空氣濾清器與液位計的位置 空氣濾清器的作用是使油箱與大氣相通，保證泵的自吸能力，濾除空氣中的灰塵雜物，接作加油口。它一般布置在頂蓋上靠近油箱邊緣處。液位計用于監(jiān)測油液高度，其安裝位置應使液位計窗口滿足對油箱吸油區(qū)最高、最低液位的觀察。同時應設在注油口附近，以便注油時可以監(jiān)視液面。 （5） 放油口與清洗口的設置 油箱底部做成斜面，傾斜坡度通常為1/25～1/20，這樣可以促使沉淀物聚集到油箱的最低點。在最低處設置放油口，平時用螺塞或放油閥堵住，螺塞規(guī)格不小于M161.5。為了便于換油時清洗油箱，大容量的油箱一般均在側(cè)壁設清洗窗口。 （6） 密封裝置 油板蓋板和窗口連接處均需要加密封墊，各進出油管通過都需要裝有密封墊，確保連接處嚴格密封。 （7） 油溫控制 油箱正常工作溫度應該在15～66℃，必要時應該安裝溫度控制系統(tǒng)，或設置加熱器和冷卻器。 （8） 油箱內(nèi)壁的加工 油箱的內(nèi)壁應進行拋丸或噴砂處理，以清除焊渣和鐵銹。待灰砂清理干凈后，按不同工作介質(zhì)進行防腐處理。對于礦物油，常采用磷化處理。對于高水基或水、乙二醇等介質(zhì)，則應采用與介質(zhì)相容的涂料進行涂刷，以防油漆剝落污染油液。 在考慮油箱內(nèi)部的防腐處理時，不但要顧及與介質(zhì)的相容性，還要考慮處理后的可加工性、制造到投入使用之間的時間間隔以及經(jīng)濟性，條件允許時采用不銹鋼制油箱無疑是最理想的選擇。 綜上所述，綜合考慮設計了如下的油箱。 5.4 油箱的設計計算 本系統(tǒng)有兩個油箱：主油箱和上位充液油箱，本次畢設僅對主油箱的結(jié)構進行了設計。 5.4.1 油箱外形尺寸確定 5.4.1.1 油箱的有效容積 按照經(jīng)驗公式確定油箱的容量，如下： （5-1） 式中 ——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）; a——液壓經(jīng)驗系數(shù)。 表5-1 液壓經(jīng)驗系數(shù)a 系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機械 冶金 a 1～2 2～4 5～7 6～12 10 本系統(tǒng)為高壓鍛造機械，a取10，得到： V=60.297=1.78（m3），取6.3系列。 5.4.1.2 油箱的外形尺寸 油箱尺寸高、寬、長之比可以取1：2：3，液面高度達油箱高度的0.8倍，設高為X，得油箱的有效容積等于1X2X3X。得： 主油箱 0.7m1.4m2.1m 5.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了泵站油箱的分類及設計要點，計算了本次液壓機主油箱的外形尺寸，設計了主油箱的結(jié)構。 第6章 閥塊的設計 6.1 概述 液壓閥塊在液壓系統(tǒng)中的重要性已被越來越多的人們所認識，其應用范圍也越來越廣泛。液壓閥塊的使用不僅能簡化液壓系統(tǒng)的設計和安裝，而且便于實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的集成化和標準化，有利于降低制造成本，提高精度和可靠性。因此，液壓集成塊是液壓系統(tǒng)無管化連接方式的一種常用方法，液壓元件由散裝改為集成化，使之具有以下優(yōu)點： （1）元件距離近，油道短，壓力損失小，效率高； （2）無管子引起的振動及噪音，泄漏小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好； （3）節(jié)省大量的管路、接頭和密封件。結(jié)構緊湊，占有空間小，可使系統(tǒng)減輕重量，降低成本； （4） 安裝、調(diào)試、使用、維護方便。 然而，隨著液壓系統(tǒng)復雜程度的提高，也增加了液壓閥塊的設計、制造和調(diào)試的難度，若設計考慮不周，就會造成制造工藝復雜、加工成本提高、原材料浪費、使用維護煩瑣等一系列問題。 6.2 閥塊的設計原則 集成塊的閥體是安裝各種液壓元件，并且其內(nèi)部按照液壓系統(tǒng)原理圖的要求能實現(xiàn)各個元件之間油道連通的復雜功能塊，是集成設計的關鍵，有如下幾條注意點[3]： （1）集成塊的尺寸是考慮了其正面所安裝疊加閥的類型，外形尺寸，以及保證板內(nèi)油路孔與疊加閥的油路孔相對應的原則下，應該力求結(jié)構緊湊，體積小，重量輕。 （2）在集成塊設計時，板內(nèi)的油路應盡量簡捷，盡量減少深孔、斜孔，盡量縮短油路長度，減少拐彎，板中的孔徑要與疊加閥的孔徑和通過的流量相匹配，特別要注意相關通的孔要有足夠的通流面積。 （3）板塊設計時，應注意進出油口的方向和位置，應與系統(tǒng)的總體布置及管道連接的形式匹配，并考慮安裝操作便利。 （4）對于工作中須要調(diào)節(jié)的元件，設計時要考慮其操作和觀察的方便性，如溢流閥、調(diào)速閥等可調(diào)元件應設置在調(diào)節(jié)手柄便于操作的位置。需要經(jīng)常檢修的元件及關鍵元件如比例閥、伺服閥等應處于閥塊的上方或外側(cè)，以便于拆裝。 （5）重量較大的閥塊，應設置起吊螺釘孔。 （6）根據(jù)經(jīng)驗，一般集成塊管道通徑和閥或外聯(lián)管道的尺寸相對應，等于或小于閥口通徑，最小壁厚≥5mm。 在設計過程中，首先分清油路的串并聯(lián)關系，液壓元件與主油路是串聯(lián)的則主油路需要通過該元件；待完成主油路的設計后再考慮并聯(lián)元件。在進行內(nèi)部結(jié)構設計時，首先應確定貫穿所有閥體的壓力油孔，回油孔及泄油孔的位置，元件油道的布置以他們?yōu)闇蕜t。在布置元件位置時，不僅考慮閥體的安裝面的尺寸，還應該注意元件的外形尺寸，以防止元件間或元件與其它設備之間的干涉。 6.3 閥塊的設計 6.3.1集成回路的選擇 在設計閥塊之前，要將整個系統(tǒng)劃分成幾個集成回路，確定要將那些基本回路集成在一起，每個塊體上包括的元件數(shù)量應適中,元件太多閥塊體積大，設計、加工困難；元件太少，集成意義不大，造成材料浪費。 圖6-1 主泵出口閥塊的原理圖 本系統(tǒng)分為3個集成回路，需要3個集成閥塊，包括主泵出口閥塊，控制泵出口閥塊和主分配閥塊。這里主要對主泵出口閥塊進行了結(jié)構設計，它的液壓原理如圖6-1所示。 6.3.2閥塊油道設計及三維模型 根據(jù)主泵出口閥塊的原理圖，初步設計了閥塊的管道布置。 在布置閥塊孔道時，首先根據(jù)系統(tǒng)的總體布置確定各油口的方位，互相溝通的元件應盡量置于互相垂直的相鄰面上以簡化孔道布置，然后先走通主 油路，再完成小通徑的油路和控制油路。采用深孔流道時，必須考慮鉆頭的長度及鉆孔時發(fā)生偏斜的可能，一般長徑比應小于10mm。所有孔距的確定應保證其壁厚有足夠的強度，對于中高壓系統(tǒng)而言，采用鑄鐵塊的壁厚應大于5mm，采用鋼材的應大于或等于3mm，如果是深孔，還應考慮鉆頭在允許范圍內(nèi)的偏斜，應適當加大孔距。另外，還應校驗元件的安裝螺釘孔是否與其它孔道貫通。設計的初步管道如圖6-2所示。 圖6-2 主泵出口閥塊的初步管道圖 最后利用pro/e進行三維建模，如圖6-3所示，同時用Solidworks裝配了閥塊上的閥體，如圖6-4所示。這樣不僅可以簡化CAD圖紙的繪制，而且可以檢驗油道的布置及油道之間的連通是否符合設計要求，檢查閥體之間是否存在干涉，這在閥體的設計中十分重要。 6.3.3閥塊選材及安裝 本系統(tǒng)工作壓力為25MPa，屬于高壓，選用45號鋼。用氣割從板材上裁制閥塊材料時，應留有足夠的加工余量，將閥塊的毛坯進行鍛造后再加工。 閥塊安裝：在集成閥塊底面加工四個螺紋孔，將閥固定在底板上，再將底板安裝在油箱上，這樣拆卸十分方便。 6.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了閥塊設計的重要性及設計要點，設計了本次液壓機的泵出口閥塊油道結(jié)構，并進行了三維建模。 圖6-3 主泵出口閥塊三維模型 圖6-4 主泵出口閥塊裝配三維模型 第7章 液壓泵站的設計 7.1 概述 液壓泵站是液壓系統(tǒng)的重要組成部分（動力源）。它向液壓系統(tǒng)提供一定壓力、流