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摘 要
現(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個(gè)綜合體。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位。因此，《液壓傳動(dòng)》課程是工科機(jī)械類(lèi)各專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要課程。它既是一門(mén)理論課，也與生產(chǎn)實(shí)際有著密切的聯(lián)系。為了學(xué)好這樣一門(mén)重要課程，除了在教學(xué)中系統(tǒng)講授以外，還應(yīng)設(shè)置課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，掌握液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技能和方法。
液壓傳動(dòng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的主要有以下幾點(diǎn)：
1、綜合運(yùn)用液壓傳動(dòng)課程及其他有關(guān)先修課程的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際只是，進(jìn)行液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)踐，是理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐機(jī)密結(jié)合起來(lái)，從而使這些知識(shí)得到進(jìn)一步的鞏固、加深提高和擴(kuò)展。
2、在設(shè)計(jì)實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握通用液壓元件，尤其是各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)元件的選用原則和回路的組合方法，培養(yǎng)設(shè)計(jì)技能，提高學(xué)生分析和嫁接生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力，為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。
3、通過(guò)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)在計(jì)算、繪圖、運(yùn)用和熟悉設(shè)計(jì)資料（包括設(shè)計(jì)手冊(cè)、產(chǎn)品樣本、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）以及進(jìn)行估算方面得到實(shí)際訓(xùn)練。
關(guān)鍵詞：材料試驗(yàn)機(jī)；液壓系統(tǒng)；試驗(yàn)；檢測(cè)
目 錄
摘 要 1
第一章 緒 論 4
1.1 研究背景及意義 4
1.1.1材料試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)介 4
1.1.2材料試驗(yàn)機(jī)的用途與作用 4
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 國(guó)內(nèi)材料試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀 5
1.2.2 國(guó)外材料試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀 7
1.3 本論文研究?jī)?nèi)容 9
第二章 設(shè)計(jì)要求及工況分析 10
2.1 材料試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 10
2.1.1負(fù)載動(dòng)力的合理匹配 10
2..1.2伺服閥的正確選用 10
2.1.3作動(dòng)器固有頻率的提高 11
2.1.4 夾緊油源與夾緊裝置 11
2.1.5 冷卻方式的選擇 11
2.2設(shè)計(jì)要求 12
2.3負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析 13
2.4 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 14
2.4.1初選液壓缸工作壓力 14
2.4.2計(jì)算液壓缸主要尺寸 14
第三章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 17
3.1選擇基本回路 17
3.1.1選擇調(diào)速回路 17
3.1.2選擇油源形式 17
3.1.3選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 17
3.1.4選擇速度換接回路 18
3.1.5選擇調(diào)壓和卸荷回路 18
3.2組成液壓系統(tǒng) 18
第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算及液壓元件的選擇 20
4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 20
4.1.1計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 20
4.1.2計(jì)算液壓泵的流量 20
4.1.3確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 20
4.2閥類(lèi)元件及輔件的選用 21
4.2.1 壓力控制閥 21
4.2.2 流量控制閥 22
4.2.3 方向控制閥 22
4.3管路，過(guò)濾器，其他輔助元件的選擇計(jì)算 23
4.3.1確定油管 23
4.3.2 過(guò)濾器的選擇 24
4.3.3 輔件的選擇 24
4.4 液壓元件的連接 25
4.4.1 液壓裝置的總體布置 25
4.4.2液壓元件的連接 25
4.5油箱及附件 25
4.5.1 油箱的容積 26
第五章 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 27
5.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失 27
5.1.1判斷流動(dòng)狀態(tài) 27
5.1.2計(jì)算系統(tǒng)壓力損失 27
5.2驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升 30
結(jié) 論 32
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 34
第一章 緒 論
1.1 研究背景及意義
1.1.1材料試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)介
材料試驗(yàn)機(jī)（material testing machine）是對(duì)材料、零件、構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)性能和工藝性能試驗(yàn)的儀器和設(shè)備。材料試驗(yàn)機(jī)，是在各種條件、環(huán)境下測(cè)定金屬材料、非金屬材料、機(jī)械零件、工程結(jié)構(gòu)等的機(jī)械性能、工藝性能、內(nèi)部缺陷和校驗(yàn)旋轉(zhuǎn)零部件動(dòng)態(tài)不平衡量的精密測(cè)試儀器，可以對(duì)材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞、蠕變、持久、松弛、磨損、硬度等試驗(yàn)。近年來(lái)，試驗(yàn)機(jī)行業(yè)技術(shù)突飛猛進(jìn)。試驗(yàn)機(jī)向著兩個(gè)方向即超微外力檢測(cè)與超大外力檢測(cè)發(fā)展。高檢測(cè)精度、高靈敏度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、易于操縱是目前試驗(yàn)機(jī)的主要發(fā)展方向。在研究探索新材料、新工藝、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，材料試驗(yàn)機(jī)是一種不可缺少的重要檢測(cè)儀器。常用的材料試驗(yàn)機(jī)有拉力試驗(yàn)機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、疲勞試驗(yàn)機(jī)等，能兼作拉伸、壓縮、彎曲等多種試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)稱(chēng)為萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)萬(wàn)能機(jī)。供靜力試驗(yàn)用的普通萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，按其傳遞荷載的原理可分為液壓式和機(jī)械式兩類(lèi)。在研究探索新材料、新工藝、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)是一種不可缺少的重要測(cè)試儀器。廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通運(yùn)輸、等工業(yè)部門(mén)以及大專(zhuān)院校、科研院所的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室。對(duì)有效使用材料、改進(jìn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、保證產(chǎn)品安全可靠等都具有重要作用。 材料試驗(yàn)機(jī)的種類(lèi)很多，有多種不同的分類(lèi)方法。按加荷方法分類(lèi): 靜負(fù)荷試驗(yàn)機(jī) (靜態(tài))和動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)(動(dòng)態(tài))。其中靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)一個(gè)主要組成部分萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)又可分為液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。
1.1.2材料試驗(yàn)機(jī)的用途與作用
材料試驗(yàn)機(jī)是對(duì)材料、零件和構(gòu)件進(jìn)行機(jī)械性能和工藝性試驗(yàn)的設(shè)備。產(chǎn)品好壞，除了從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝、處理規(guī)范諸方面去考慮以外，合理選擇材料也是一個(gè)重要方面，例如金屬、非金屬、各種新型的高溫合金、高分子化合物及復(fù)合材料等要達(dá)到物盡其用，就必須知道材料的性能；在研究新材料、新工藝，也需測(cè)定材料的機(jī)械性能；對(duì)新型機(jī)器或設(shè)備的受力部件，特別是大型構(gòu)件（如橋梁、船體等）有時(shí)還需進(jìn)行整機(jī)試驗(yàn)，以考慮所用材料及工藝設(shè)計(jì)是否合理等，都需要各種專(zhuān)門(mén)的材料試驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)量相關(guān)參數(shù)。 材料受載后表現(xiàn)出彈性、塑性、斷裂三個(gè)變型過(guò)程，并且在各個(gè)過(guò)程已有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）規(guī)定出相關(guān)性能的技術(shù)指標(biāo)，這些性能指標(biāo)的具體測(cè)定必須在試驗(yàn)機(jī)上來(lái)完成。試驗(yàn)機(jī)的功能和計(jì)量特性指標(biāo)是否滿足預(yù)期使用要求，是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的關(guān)鍵。材料試驗(yàn)機(jī)不僅是研究材料機(jī)械性能理論的基本手段和依據(jù)，也是企業(yè)、事業(yè)單位目前生產(chǎn)檢驗(yàn)的基本手段之一。 總之，材料試驗(yàn)機(jī)為合理利用原材料、降低消耗、節(jié)約資金、保障安全生產(chǎn)起到保障作用，同國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究及人民生活都有密切關(guān)系，并隨著他們的發(fā)展，試驗(yàn)機(jī)也必將得到發(fā)展。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)內(nèi)材料試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀
我國(guó)計(jì)量檢測(cè)事業(yè)的歷史悠久，但試驗(yàn)機(jī)制造行業(yè)在舊中國(guó)是空白，中華人民共和國(guó)成立后，黨和政府十分重視計(jì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，采取了許多重要措施來(lái)發(fā)展儀器儀表工業(yè)。經(jīng)過(guò)五十多年的努力，我國(guó)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的制造，從無(wú)到有、從小到大，從單參數(shù)到多參數(shù)，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，逐步發(fā)展成初具規(guī)模，具有能生產(chǎn)靜負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)（如拉、壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、松弛試驗(yàn)機(jī)、持久強(qiáng)渡試驗(yàn)機(jī)、蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)、復(fù)合應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)等）和動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)（如沖擊試驗(yàn)機(jī)和疲勞試驗(yàn)機(jī)等）的能力，有效地促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展。我國(guó)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)市場(chǎng)已形成一定的規(guī)模，試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展日趨大型化、智能化、動(dòng)靜態(tài)功能復(fù)合化，有的試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品已出口到國(guó)外，遠(yuǎn)銷(xiāo)到亞洲和歐美市場(chǎng)，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)能力。
圖1-1 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)
上圖1-1所示為電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(雙柱落地式)，它主要用于金屬、非金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)性能測(cè)試和分析研究?？勺詣?dòng)求取ReH、ReL、Rp0.2、Fm、Rt0.5、Rt0.6、Rt0.65、Rt0.7、Rm、E等試驗(yàn)參數(shù)，并可根據(jù)GB、ISO、DIN、ASTM、JIS等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)和提供數(shù)據(jù)。
1.2.1.1電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(雙柱落地式)性能特點(diǎn)
電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(雙柱落地式)采用高強(qiáng)度光杠固定在上橫梁和工作臺(tái)面，使之構(gòu)成高剛性的門(mén)式框架結(jié)構(gòu)。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)移動(dòng)橫梁上下移動(dòng),實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)加載過(guò)程.分為單空間和雙空間兩種機(jī)型。主本機(jī)采用先進(jìn)的DSCC-1全數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制及測(cè)量，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程及試驗(yàn)曲線的動(dòng)態(tài)顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，試驗(yàn)結(jié)束后可通過(guò)圖形處理模塊對(duì)曲線放大進(jìn)行數(shù)據(jù)再分析編輯，產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
圖1-2 液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)
上圖1-2所示為液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)WAW-100型，它的程序采用開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)定義，符合標(biāo)準(zhǔn)GB228—87、GB/T228—2002、GB7314-87等試驗(yàn)方法，也可恨據(jù)用戶要求定制特殊的試驗(yàn)方法。測(cè)量方式采用的是高精度壓力傳感器、高精度位移傳感器、高線性低雜信的信號(hào)處理及放大模塊，人機(jī)交互方式分析計(jì)算測(cè)試材料的機(jī)械性能指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)自動(dòng)計(jì)算彈性模量、屈服強(qiáng)度、非比例延伸應(yīng)力等，在自動(dòng)分析的基礎(chǔ)上，還可以人工修正分析結(jié)果提高分析的準(zhǔn)確性。
液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)可配置專(zhuān)用于材料試驗(yàn)機(jī)的閉環(huán)控制和數(shù)據(jù)采集的電液控制器(可以根據(jù)客戶要求配置進(jìn)口控制器，如：DOLI)，它具備強(qiáng)大的功能，叉兼有十分優(yōu)異的性能價(jià)格比。適用于科研單位、大專(zhuān)院校、質(zhì)監(jiān)部門(mén)及檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)、科研、仲裁及特殊試驗(yàn)的需要。
1.2.1.2液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)WAW-100型的特點(diǎn)
1、控制模式：等速率活塞行程控制、等速率力控制、等速率應(yīng)力控制、等速率應(yīng)變控制、力保持控制、定應(yīng)力轉(zhuǎn)定應(yīng)變控制。
2、試驗(yàn)力量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能：若達(dá)到容量的90%自動(dòng)轉(zhuǎn)換到較大容量
3、自動(dòng)夾持：采用液壓自動(dòng)夾緊，夾持可靠，不打滑
4、多重保護(hù)：具有軟件、硬件過(guò)載和位置保護(hù)
5、自動(dòng)校準(zhǔn)：負(fù)荷、變形、位移可按標(biāo)準(zhǔn)值自動(dòng)校準(zhǔn)
6、自動(dòng)停機(jī)：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后活塞自動(dòng)停止工作
1.2.2 國(guó)外材料試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀
下圖1-4所示為AG-IC系列立式電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，它是日本島津蘇州工廠組裝的最先進(jìn)的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，現(xiàn)已在國(guó)內(nèi)的機(jī)械、電子、大學(xué)、研究院所等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。該系列立式電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)取得國(guó)際CE認(rèn)證。
圖1-4 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)
1.2.2.1電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)
1.簡(jiǎn)便直觀的中文試驗(yàn)軟件。
2.具有2.5ms采樣間隔的高速度數(shù)據(jù)采集，適合各種特性材料的測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
3.高速返回原點(diǎn)功能，縮短下次試驗(yàn)的準(zhǔn)備時(shí)間，提高試驗(yàn)效率。
4.擁有多種完善的試驗(yàn)夾具，適合多種樣品的試驗(yàn)要求。
1.2.2.2 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的用途
1．各種金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料的拉伸試驗(yàn)、壓縮、彎曲試驗(yàn)
2．機(jī)械部件、電子部件的拉伸、剝離、焊接強(qiáng)度試驗(yàn)
3．控制或循環(huán)試驗(yàn)
4．應(yīng)力松弛或蠕變?cè)囼?yàn)
下圖1-5所示為島津液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)UH-I系列，它是以電子控制液壓驅(qū)動(dòng)的伺服式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)載荷采用高精度壓力傳感器，被廣泛的應(yīng)用在鋼鐵、建材等行業(yè)。
圖1-5 液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)
1.2.2.3島津液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的用途
1． 各種金屬材料的拉伸試驗(yàn)、壓縮、彎曲試驗(yàn)
2． 木材、纖維板的壓縮、彎曲試驗(yàn)
3． 上述材料的載荷保持試驗(yàn)
4． 瀝青、混凝土的壓縮試驗(yàn)
1.2.2.4島津液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)
1. 采用大形LCD輕觸屏，可以顯示試驗(yàn)曲線，操作方便、可視性好。
2. 豐富的自動(dòng)控制程序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)配置。
3. 可以選擇模擬指針式度盤(pán)顯示器。
4. 通過(guò)試驗(yàn)軟件，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。
1.3 本論文研究?jī)?nèi)容
以往，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)主要包括:機(jī)械式、液壓式和電子式三種。七十年代初期又發(fā)展了電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是應(yīng)用較久的一種萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。
本論文主要研究材料試驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)部分。材料試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)采用高壓液壓源為動(dòng)力源，采用手動(dòng)閥、伺服閥或比例閥作為控制元件進(jìn)行控制，通過(guò)油缸實(shí)現(xiàn)加載、夾緊等。
本次課題研究的具體內(nèi)容：一是明確設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行工況分析；二是擬定液壓系統(tǒng)原理圖；三是液壓元件的計(jì)算和選擇；四是液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算。
第二章 設(shè)計(jì)要求及工況分析
2.1 材料試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
液壓式材料試驗(yàn)機(jī)主要用于材料和零部件的力學(xué)性能試驗(yàn)研究，它需要完成拉伸、壓縮、彎曲、剪切試驗(yàn)，而且還可以完成動(dòng)態(tài)下的諸如高周疲勞、低周疲勞、斷裂力學(xué)、疲勞裂紋的預(yù)制、隨機(jī)波譜試驗(yàn)等工作．靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)提出了不同的要求：靜態(tài)試驗(yàn)所追求的主要是試驗(yàn)精度；而動(dòng)態(tài)試驗(yàn)所追求的是在必要的試驗(yàn)精度基礎(chǔ)上，還應(yīng)保證較強(qiáng)的穩(wěn)定性和較高的頻響速度．以上要求通常用示值誤差、幅值精度、波形失真度、幅值穩(wěn)定度等指標(biāo)來(lái)衡量，而一套優(yōu)化合理的液壓控制系統(tǒng)無(wú)疑是保證這些性能指標(biāo)的關(guān)鍵． 具體來(lái)講，液壓式材料試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題主要有：
2.1.1負(fù)載動(dòng)力的合理匹配
在試驗(yàn)機(jī)的正常工況，作動(dòng)器中活塞的運(yùn)動(dòng)速度可以從靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)的0．01 mm／s到動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)的1．5 m／s速度范圍內(nèi)變化，調(diào)速比為150 000：1，如此寬的速度變化范圍為油源的設(shè)計(jì)和伺服閥的選擇帶來(lái)了難度，導(dǎo)致出現(xiàn)靜態(tài)小流量和動(dòng)態(tài)大流量之間的矛盾．解決此矛盾的關(guān)鍵是對(duì)作動(dòng)器、伺服閥、液壓源之問(wèn)進(jìn)行合理的負(fù)載匹配．所應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則是：作動(dòng)器、伺服閥、液壓源所提供的液壓動(dòng)力應(yīng)滿足試驗(yàn)機(jī)的速度、加速度和試驗(yàn)力的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮系統(tǒng)的效率．
2..1.2伺服閥的正確選用
由于電液伺服動(dòng)靜萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)既要控制力又要控制位移和應(yīng)變，所以一般都采用位置反饋式的流量型伺服閥，以力反饋式的噴嘴擋板閥使用最為普遍．壓力型的伺服閥雖然控制作用力時(shí)性能較好，但因無(wú)法控制位置而不適用．當(dāng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)要求的流量較大時(shí)，可以采用幾個(gè)閥并聯(lián)工作，也可以采用三級(jí)伺服閥．并聯(lián)使用時(shí)由于各閥之問(wèn)存在相位差，將給電控系統(tǒng)帶來(lái)一定的麻煩．
供油壓力的選擇也很重要，較高的供油壓力，可以減輕作動(dòng)器活塞的質(zhì)量、提高伺服閥的流量增益，從而獲得較快的響應(yīng)速度．但過(guò)高的供油壓力使得伺服閥的零位泄漏量加大、使用壽命減小、系統(tǒng)噪音增大． 根據(jù)有關(guān)資料 ]，供油壓力選擇21～28 MPa的范圍為佳，負(fù)載壓力按系統(tǒng)效率最高原則確定，為供油壓力的2／3時(shí)可獲得最高的系統(tǒng)效率．動(dòng)靜萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)電液伺服閥的性能要求比較高，既有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的要求，又有壽命的要求，因此在選用上必須嚴(yán)格掌握，必要時(shí)應(yīng)從伺服閥的制造廠家訂做專(zhuān)用閥．
2.1.3作動(dòng)器固有頻率的提高
當(dāng)伺服油源壓力確定后，試驗(yàn)機(jī)要求的作用力和振幅是給定參數(shù)，作動(dòng)器固有頻率的提高只有從減小運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和提高油液彈性模量?jī)煞矫婵紤]．在作動(dòng)器可動(dòng)部分的剛度和強(qiáng)度足夠的前提下，應(yīng)盡可能減輕活塞和夾頭的質(zhì)量．對(duì)連接伺服閥和作動(dòng)器管路內(nèi)油液的當(dāng)量質(zhì)量不容忽視，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，這一部分質(zhì)量將遠(yuǎn)大于活塞的質(zhì)量．因此在設(shè)計(jì)中必須注意使伺服閥至作動(dòng)器的油腔盡可能短而且過(guò)流面積不能太?。ǔ５淖龇ㄊ撬欧y直接固定在作動(dòng)器的外圓上，且伺服閥至作動(dòng)器兩腔的油路對(duì)稱(chēng)等長(zhǎng)．
2.1.4 夾緊油源與夾緊裝置
夾緊油源是向液壓夾頭和橫梁夾緊裝置提供動(dòng)力．適當(dāng)提高夾緊油源的供油壓力，可以使液壓夾頭的體積和重量大為降低，從而使系統(tǒng)固有頻率得到提高，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度．提高夾緊油源的供油壓力也是受橫梁夾緊裝置的設(shè)計(jì)空間限制之故．因此，夾緊油源的供油壓力高于伺服油源的供油壓力，一般在35 MPa以上．
2.1.5 冷卻方式的選擇
為了維持理想的油溫，電液伺服動(dòng)靜萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)須采取強(qiáng)制冷卻方式．冷卻方式一般有三種：風(fēng)冷式、水冷式和冷媒式．風(fēng)冷式調(diào)溫能力有限，不適合大功率的油源使用；水冷式冷卻能力強(qiáng)，但冷卻裝置占用面積大；冷媒型對(duì)油溫控制精度高、體積較小，初始費(fèi)用雖較高，但運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低，且可以和油源一起安裝在室內(nèi)，因此，其應(yīng)用面在逐漸擴(kuò)大．
一套合理適用的液壓系統(tǒng)是保證試驗(yàn)機(jī)正常工作、順利完成各種動(dòng)作的保證．對(duì)電液伺服動(dòng)靜萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)而言，其液壓系統(tǒng)有相似之處，但針對(duì)不同規(guī)格的試驗(yàn)機(jī)，液壓系統(tǒng)又有著各自的特點(diǎn)．因此在設(shè)計(jì)試驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)時(shí)，一方面應(yīng)遵循共同的原則，另一方面還應(yīng)因地制宜、有的放矢。
2.2設(shè)計(jì)要求
要求設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)上升à慢速上升à停留à快速下降快進(jìn),液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。
本次設(shè)計(jì)參數(shù)參照液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)WAW-100型進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)WAW-100型的技術(shù)參數(shù)如下：
（1）最大試驗(yàn)力：100KN
（2）測(cè)量范圍：1-100KN
（3）負(fù)荷測(cè)量精度：±1%
（4）試驗(yàn)速度mm/min：0-190
（5）變形精度：示值的±0.5%以?xún)?nèi)
（6）位移精度：示值的±0.5%以?xún)?nèi)
（7）應(yīng)變速率范圍：2-60
（8）應(yīng)變速率范圍：0.00025-0.0025l/s
（9）活塞行程：150mm
（10）拉伸鉗口間最大距離（包括活塞行程）：520mm
（11）圓試樣夾持直徑：直徑6-12，12-20mm
（12）扁試樣夾持厚度mm：0-8×60
（13）壓板尺寸mm：直徑120
（14）主柱間距離：400mm
（15）試樣直徑：10mm
（16）彎曲支承最大距離：300mm
（17）移動(dòng)電機(jī)功率：0.18KW
（18）電壓：380V
（19）油泵功率：0.75KW
（20）橫梁自重：G=1500N
2.3負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析
(1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載即為實(shí)驗(yàn)力FL=1-100KN 。
(2) 摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)桿的摩擦阻力，此處可忽略不計(jì)。
(3) 慣性負(fù)載 由于實(shí)際負(fù)載時(shí)油缸速度很慢，此處慣性負(fù)載可忽略不計(jì)。
設(shè)液壓缸的機(jī)械效率ηcm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。
表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力
工況
負(fù)載組成
液壓缸負(fù)載F/N
液壓缸推力F0=F/ηcm/N
啟 動(dòng)
0~1500
0~1667
快速上升
1500
1667
慢速上升
1500~100000
1667~111111
停留
100000
111111
快速下降
1500~0
1667~0
根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載，即可繪制液壓缸的工況圖如圖1所示。
圖1 液壓缸的負(fù)載循環(huán)圖
2.4 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)
2.4.1初選液壓缸工作壓力
所設(shè)計(jì)的材料試驗(yàn)機(jī)在停留加壓時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力p1=16MPa。
2.4.2計(jì)算液壓缸主要尺寸
鑒于動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。工進(jìn)時(shí)為防止孔鉆通時(shí)負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為p2=0.6MPa。
表2 按負(fù)載選擇工作壓力
負(fù)載/ KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作壓力/MPa
<0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
機(jī)械類(lèi)型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械
小型工程機(jī)械
建筑機(jī)械
液壓鑿巖機(jī)
液壓機(jī)
大中型挖掘機(jī)
重型機(jī)械
起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合試驗(yàn)機(jī)
龍門(mén)刨床
拉床
工作壓力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
表4 執(zhí)行元件背壓力
系統(tǒng)類(lèi)型
背壓力/MPa
簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)
0.2~0.5
回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)
0.4~0.6
回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)
0.5~1.5
用補(bǔ)油泵的閉式回路
0.8~1.5
回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械
1.2~3
回油路較短且直接回油
可忽略不計(jì)
表5 按工作壓力選取d/D
工作壓力/MPa
≤5.0
5.0~7.0
≥7.0
d/D
0.5~0.55
0.62~0.70
0.7
表6 按速比要求確定d/D
2/1
1.15
1.25
1.33
1.46
1.61
2
d/D
0.3
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：1—無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度；
2—有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。
由式得
則活塞直徑
參考表5及表6，得d0.71D =71mm，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得D=100mm，d=75mm。
由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為
根據(jù)計(jì)算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖2所示。
表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值
工況
推力
F0/N
回油腔壓力
p2/MPa
進(jìn)油腔壓力
p1/MPa
輸入流量
q×10-3/m3/s
輸入功率
P/KW
計(jì)算公式
啟動(dòng)
0~1667
—
0~0.37
—
—
快速上升
1667
p1+Δp
0.37
1.4×10-2
0.0052
慢速上升
1667~111111
0.6
0.97~15.5
7.85×10-3
0.008~0.122
停留
111111
—
14.9
—
—
快速下降
1667~0
0.5
0.87
1.08×10-2
0.0094
注：1. Δp為液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取Δp=0.5MPa。
2． 快退時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無(wú)桿腔回油，壓力為p2。
圖2 液壓缸的工況圖
第三章 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
本次設(shè)計(jì)要完成的工作循環(huán)是：快進(jìn)上升、慢速上升、停留、快速下降。
3.1選擇基本回路
液壓基本回路是指由一些液壓元件與液壓輔助元件按照一定關(guān)系組合，能夠?qū)崿F(xiàn)某種特定液壓功能的油路結(jié)構(gòu)。
最常用的基本回路是：壓力控制回路；速度控制回路；方向控制回路；多執(zhí)行元件控制回路。每一個(gè)基本回路都具備一種特定功能。液壓基本回路實(shí)驗(yàn)臺(tái)的回路選取應(yīng)盡量貼近現(xiàn)實(shí)工程中的液壓工作實(shí)際，選取典型的液壓回路。
3.1.1選擇調(diào)速回路
由圖2可知，這臺(tái)試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)功率較小，油缸運(yùn)動(dòng)速度低，選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止實(shí)驗(yàn)時(shí)負(fù)載突然消失引起運(yùn)動(dòng)部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。
3.1.2選擇油源形式
從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比qmax/qmin=0.5/(0.84×10-2)60；其相應(yīng)的時(shí)間之比(t1+t3)/t2=(1+1.5)/56.8=0.044。這表明在一個(gè)工作循環(huán)中的大部分時(shí)間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源。考慮到前者流量突變時(shí)液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時(shí)向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖2a所示。
3.1.3選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路
本系統(tǒng)已選定液壓缸差動(dòng)連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。考慮到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時(shí)回油路流量較大，故選用換向時(shí)間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，所以選用三位四通電磁換向閥，同時(shí)外加二位三通電磁換向閥如圖2b所示。
3.1.4選擇速度換接回路
由于本系統(tǒng)滑臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，速度變化大（1/2=0.1/(0.88×10-3)114），為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用電磁閥控制的換接回路，如圖2c所示。
3.1.5選擇調(diào)壓和卸荷回路
在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問(wèn)題都已基本解決。即油缸慢速上升時(shí)，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無(wú)需另設(shè)調(diào)壓回路。在油缸慢速上升和停止時(shí)，低壓大流量泵通過(guò)液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑臺(tái)停止時(shí)雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。
圖2 選擇的基本回路
3.2組成液壓系統(tǒng)
將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3所示。在圖3中，為了解決滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無(wú)法建立的問(wèn)題，增設(shè)了單向閥6。為了避免試驗(yàn)機(jī)停止工作時(shí)回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，圖中添置了一個(gè)單向閥13。考慮到這臺(tái)試驗(yàn)機(jī)用于測(cè)試材料力學(xué)性能，對(duì)位置精度要求較高，圖中增設(shè)了一個(gè)壓力繼電器14。當(dāng)油缸碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號(hào)，操縱電液換向閥換向。
圖3 液壓原理圖
第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算及液壓元件的選擇
液壓元件主要包括有：油泵，電機(jī)，各種控制閥，管路，過(guò)濾器等。有液壓元件的不同連接組合構(gòu)成了功能各異的液壓回路，下面根據(jù)主機(jī)的要求進(jìn)行液壓元件的選擇計(jì)算。
4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率
4.1.1計(jì)算液壓泵的最大工作壓力
小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為p1=15.5MPa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.6MPa，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差Dpe=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為
大流量泵只在快進(jìn)和快退時(shí)向液壓缸供油，由表7可見(jiàn)，快退時(shí)液壓缸的工作壓力為p1=1.43MPa，比快進(jìn)時(shí)大?？紤]到快退時(shí)進(jìn)油不通過(guò)調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.3MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為
4.1.2計(jì)算液壓泵的流量
由表7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.5×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則兩個(gè)泵的總流量為
考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時(shí)的流量為0.84×10-5 m3/s =0.5L/min，則小流量泵的流量最少應(yīng)為3.5L/min。
4.1.3確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率
根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/33型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和33mL/r，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速np=940r/min時(shí)，其理論流量分別為5.6 L/min和31L/min，若取液壓泵容積效率ηv=0.9，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為
由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，若取液壓泵總效率ηp=0.8，這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為
根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L—6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。
4.2閥類(lèi)元件及輔件的選用
液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能多的由標(biāo)準(zhǔn)液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù)是閥所在的油路的最大工作壓力和通過(guò)該閥的最大實(shí)際流量，下面根據(jù)該原則依次進(jìn)行壓力控制閥，流量控制閥和換向閥的選擇。
4.2.1 壓力控制閥
壓力控制閥的選用原則
壓力：壓力控制閥的額定壓力應(yīng)大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力控制閥正常工作。
壓力調(diào)節(jié)范圍：系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力應(yīng)在法的壓力調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。
流量：通過(guò)壓力控制閥的實(shí)際流量應(yīng)小于壓力控制閥的額定流量。
結(jié)構(gòu)類(lèi)型：根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)性及工作原理，壓力控制閥可以分為直動(dòng)型和先導(dǎo)型兩種，直動(dòng)型壓力控制閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調(diào)壓偏差大，不適用在高壓大流量下工作。但在緩沖制動(dòng)裝置中要求壓力控制閥的靈敏度高，應(yīng)采用直動(dòng)型溢流閥，先導(dǎo)型壓力控制閥的靈敏度和響應(yīng)速度比直動(dòng)閥低一些，調(diào)壓精度比直動(dòng)閥高，廣泛應(yīng)用于高壓，大流量和調(diào)壓精度要求較高的場(chǎng)合。
此外，還應(yīng)考慮閥的安裝及連接形式，尺寸重量，價(jià)格，使用壽命，維護(hù)方便性，貨源情況等。
根據(jù)上述選用原則，可以選擇直動(dòng)型壓力閥，再根據(jù)發(fā)的調(diào)定壓力及流量和相關(guān)參數(shù)，可以選擇DBD式直動(dòng)式溢流閥，相關(guān)參數(shù)如下：
型號(hào)：DBDS6G10 最低調(diào)節(jié)壓力：5MPa
流量： 40L/min 介質(zhì)溫度：
4.2.2 流量控制閥
流量控制閥的選用原則如下：
壓力：系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內(nèi)。
流量：通過(guò)流量控制閥的流量應(yīng)小于該閥的額定流量。
測(cè)量范圍：流量控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意，在選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，所選閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要求。
該千斤頂液壓系統(tǒng)中所使用的流量控制閥有分流閥和單向分流閥，單向分流閥的規(guī)格和型號(hào)如下：
型號(hào)： FDL-B10H 公稱(chēng)通徑：10mm
公稱(chēng)流量: P,O口 40L/min A，B口 20L/min
連接方式：管式連接 重量：4Kg
分流閥的型號(hào)為：FL-B10
其余參數(shù)與單向分流閥相同。
4.2.3 方向控制閥
方向控制閥的選用原則如下：
壓力：液壓系統(tǒng)的最大壓力應(yīng)低于閥的額定壓力
流量：流經(jīng)方向控制閥最大流量一般不大于閥的流量。
滑閥機(jī)能：滑閥機(jī)能之換向閥處于中位時(shí)的通路形式。
操縱方式：選擇合適的操縱方式，如手動(dòng)，電動(dòng)，液動(dòng)等。
方向控制閥在該系統(tǒng)中主要是指電磁換向閥，通過(guò)換向閥處于不同的位置，來(lái)實(shí)現(xiàn)油路的通斷。所選擇的換向閥型號(hào)及規(guī)格如下：
型號(hào)：4WE5E5OF 額定流量：15L/min
消耗功率：26KW 電源電壓：
工作壓力：A.B.P腔 T腔： 重量：1.4Kg
根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過(guò)各閥類(lèi)元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類(lèi)元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用Q—6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03 L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)的流量0.5L/min。
表8液壓元件規(guī)格及型號(hào)
序號(hào)
元件名稱(chēng)
通過(guò)的最大流量q/L/min
規(guī)格
型號(hào)
額定流量qn/L/min
額定壓力Pn/MPa
額定壓降?Pn/MPa
1
雙聯(lián)葉片泵
—
PV2R12-6/33
5.1/27.9*
16
—
2
節(jié)流調(diào)速閥
<1
Q—6B
6
6.3
—
3
單向閥
70
I—100B
100
6.3
0.2
4
單向閥
29.3
I—100B
100
6.3
0.2
5
背壓閥
<1
B—10B
10
6.3
—
6
溢流閥
5.1
Y—10B
10
6.3
—
7
濾油器
36.6
XU—80×200
80
6.3
0.02
8
壓力繼電器
—
PF—B8L
—
14
—
*注：此為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940r/min時(shí)的流量。
4.3管路，過(guò)濾器，其他輔助元件的選擇計(jì)算
4.3.1確定油管
在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計(jì)算的結(jié)果如表9所列。
表9允許流速推薦值
管道
推薦流速/(m/s)
吸油管道
0. 5～1.5，一般取1以下
壓油管道
3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值
回油管道
1. 5～3
由表9可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度符合設(shè)計(jì)要求。
根據(jù)表7數(shù)值，按表9推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計(jì)算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為
為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號(hào)冷拔鋼管。
4.3.2 過(guò)濾器的選擇
過(guò)濾器的選擇應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
(1)具有足夠大的通油能力，壓力損失小，一般過(guò)濾器的通油能力大于實(shí)際流量的二倍，或大于管路的最大流量。
(2)過(guò)濾精度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，一般液壓系統(tǒng)的壓力不同，對(duì)過(guò)濾精度的要求也不同，系統(tǒng)壓力越高，要求液壓元件的間隙越小，所以過(guò)濾精度要求越高，過(guò)濾精度與液壓系統(tǒng)壓力的關(guān)系如下所示：
表 10 過(guò)濾精度與液壓系統(tǒng)的壓力關(guān)系
（3）濾芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，過(guò)濾器的實(shí)際壓力應(yīng)小于樣本給出的工作壓力。
（4）濾芯抗腐蝕性能好，能在規(guī)定的溫度下長(zhǎng)期工作。
根據(jù)上述原則，考慮到螺桿泵的流量，選定過(guò)濾器為燒結(jié)式過(guò)濾器，其型號(hào)及具體參數(shù)如下所示：
型號(hào)： 流量：
過(guò)濾精度： 接口尺寸：
工作壓力： 壓力損失:
4.3.3 輔件的選擇
4.3.3.1 溫度計(jì)的選擇
液壓系統(tǒng)常用接觸式溫度計(jì)來(lái)顯示油箱內(nèi)工作介質(zhì)的溫度，接觸式溫度計(jì)有膨脹式和壓力式。本系統(tǒng)中選用膨脹式，其相關(guān)參數(shù)如下：
型號(hào)：
測(cè)量范圍：，，
名稱(chēng)：內(nèi)表式工業(yè)玻璃溫度計(jì)
4.3.3.2壓力表選擇
壓力表安裝于便于觀察的地方。其選擇如下：
型號(hào)：Y-60
測(cè)量范圍：
名稱(chēng)：一般彈簧管壓力表
4.4 液壓元件的連接
4.4.1 液壓裝置的總體布置
液壓裝置的總體布置可以分為幾種式和分散式兩種。
集中式布置是將液壓系統(tǒng)的油源、控制及調(diào)節(jié)裝置至于主機(jī)之外，構(gòu)成獨(dú)立的液壓站，這種布置方式主要用于固定式液壓設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)是裝配、維修方便，從根本上消除了動(dòng)力源的振動(dòng)和油溫對(duì)主機(jī)的影響。本液壓系統(tǒng)采用集中式布置。
4.4.2液壓元件的連接
液壓元件的連接可以分為管式連接、板式連接，集中式連接三種。這里介紹整體式連接中的整體式閥板。它是本液壓系統(tǒng)中將要采用的連接方式。
整體式閥板的油路是在整塊板上鉆出或用精密鑄造鑄出的，這種結(jié)構(gòu)的閥板比粘合式閥板可靠性好，應(yīng)用較多，但工藝較差，特別是深孔的加工較難。當(dāng)連接元件較多時(shí)，各孔的位置不易確定。它屬于無(wú)管連接，多用于不太復(fù)雜的固定式機(jī)械中。
采用整體式閥板時(shí)，需要自行設(shè)計(jì)閥板，閥板的設(shè)計(jì)可參考相關(guān)資料。
4.5油箱及附件
油箱在系統(tǒng)中的主要功能為：儲(chǔ)存系統(tǒng)所需要的足夠的油液;散發(fā)系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的一部分熱量，分離油液中的氣體及沉淀污物。
4.5.1 油箱的容積
油箱容積的確定是設(shè)計(jì)油箱的關(guān)鍵，油箱的容積應(yīng)能保證當(dāng)系統(tǒng)有大量供油而無(wú)回油時(shí)。最低液面應(yīng)在進(jìn)口過(guò)濾器之上，保證不會(huì)吸入空氣，當(dāng)系統(tǒng)有大量回油而無(wú)供油時(shí)或系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，油液返回油箱時(shí)，油液不致溢出。
初始設(shè)計(jì)時(shí)，可依據(jù)使用情況，按照經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱容積：
式中: 油箱的容積 單位
液壓泵的流量 單位
經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 見(jiàn)下表
表9.1
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機(jī)械
1—2
2—4
5—7
6—12
10
本試驗(yàn)機(jī)為中壓系統(tǒng)，取=7，則油箱的容量可以確定為:
第五章 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能
5.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失
由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時(shí)，首先確定管道內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)，然后計(jì)算各種工況下總的壓力損失。現(xiàn)取進(jìn)、回油管道長(zhǎng)為l=2m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度取=1′10-4m2/s，油液的密度取r=0.9174′103kg/m3。
5.1.1判斷流動(dòng)狀態(tài)
在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油管路中所通過(guò)的流量以快退時(shí)回油流量q2=70L/min為最大，此時(shí)，油液流動(dòng)的雷諾數(shù)
也為最大。因?yàn)樽畲蟮睦字Z數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動(dòng)狀態(tài)全為層流。
5.1.2計(jì)算系統(tǒng)壓力損失
將層流流動(dòng)狀態(tài)沿程阻力系數(shù)
和油液在管道內(nèi)流速
同時(shí)代入沿程壓力損失計(jì)算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得
可見(jiàn)，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動(dòng)所決定的。
在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失?pζ常按下式作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算
各工況下的閥類(lèi)元件的局部壓力損失可根據(jù)下式計(jì)算
其中的Dpn由產(chǎn)品樣本查出，qn和q數(shù)值由表8和表9列出?；_(tái)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計(jì)算如下：
1．快速上升
滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過(guò)電液換向閥差動(dòng)連接。在進(jìn)油路上，油液通過(guò)單向閥10、電液換向閥2，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過(guò)行程閥3進(jìn)入無(wú)桿腔。在進(jìn)油路上，壓力損失分別為
在回油路上，壓力損失分別為
將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上去，便得出差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的總的壓力損失
2．慢速上升
滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過(guò)電液換向閥2、調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過(guò)電液換向閥2、背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為0.6MPa。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進(jìn)油路上總的壓力損失為
此值略小于估計(jì)值。
在回油路上總的壓力損失為
該值即為液壓缸的回油腔壓力p2=0.66MPa，可見(jiàn)此值與初算時(shí)參考表4選取的背壓值基本相符。
按表7的公式重新計(jì)算液壓缸的工作壓力為
此略高于表7數(shù)值。
考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差Dpe=0.5MPa，則小流量泵的工作壓力為
此值與估算值基本相符，是調(diào)整溢流閥10的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。
3．快速下降
滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過(guò)單向閥10、電液換向閥2進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過(guò)單向閥5、電液換向閥2和單向閥13返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓力損失為
此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。
在回油路上總的壓力損失為
此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。
大流量泵的工作壓力為
此值是調(diào)整液控順序閥7的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。
5.2驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升
由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來(lái)計(jì)算。在工進(jìn)時(shí)，大流量泵經(jīng)液控順序閥7卸荷，其出口壓力即為油液通過(guò)液控順序閥的壓力損失
液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率
液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率
由此可計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為
按式計(jì)算工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)中的油液溫升，即
°C
其中傳熱系數(shù)K=15 W/（m2·°C）。
V: 油箱體積，當(dāng)油箱的3個(gè)邊長(zhǎng)之比在1:1:1 ~ 1:2:3范圍內(nèi)，且油位高占油箱高80%時(shí)，其散熱面積
設(shè)環(huán)境溫T2=25°C，則熱平衡溫度為
°C
油溫在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積符合要求，不必設(shè)置冷卻器。
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，通過(guò)這次對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)理論知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范能力以及其他專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。
這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我積累了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝起來(lái)，也必然讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。
順利如期的完成本此畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專(zhuān)業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足與欠缺，留下了些許遺憾，不過(guò)不足與遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行，今后我更會(huì)關(guān)注新科技新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭(zhēng)取盡快的掌握這些先進(jìn)知識(shí)，更好的為祖國(guó)的四化服務(wù)。
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致 謝
大學(xué)四年即將結(jié)束，在這短短的四年里，讓我結(jié)識(shí)了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠(chéng)摯的感謝。
首先，向本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師——****老師表示最誠(chéng)摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時(shí)間對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)，時(shí)刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計(jì)的全過(guò)程，從借閱參考資料到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅使我學(xué)會(huì)書(shū)本中的知識(shí)，更學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，如何合理安排時(shí)間和論文的編寫(xiě)，同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，她和我們?cè)谝黄鸸餐鉀Q了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。
其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助的老師們，以及同學(xué)們以誠(chéng)摯的謝意，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，他們也給我很多幫助和無(wú)私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒(méi)有這些資料就不是一個(gè)完整的論文。
另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)表示感謝。
總之，本次的設(shè)計(jì)是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果，在設(shè)計(jì)的一個(gè)月里，我們合作的非常愉快，教會(huì)了大我許多道理，是我人生的一筆財(cái)富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝！
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