机械专业毕业设计论文液压疏煤系统设计方案.doc

山东科技大学学士学位论文摘 要本毕业设计的课题来源于现场工程实际，主要任务是在现场实习调研的基础上拟定出整个疏煤系统的设计方案，设计出液压系统、电控系统及各组成部分，并选择液压元件及电控元件，最终完成整个系统的设计。本文设计的液压疏煤系统主要包括两大部分：液压系统和电控系统。其中液压部分是由液压系统控制十个液压缸伸缩，液压缸带动埋在煤中的蒺藜棍运动，进而实现煤仓的疏煤。电控部分采用PLC可编程控制器控制：对电动机的启闭、加热器的开关、电磁换向阀的换向、液压系统的卸荷等实现了手动与自动控制。本设计包括液压缸设计和电控系统设计两个专题部分。设计的液压缸采用活塞缸连杆传动方案；活塞采用组合式活塞；前端盖为法兰联接；后端盖采用焊接结构；活塞与连杆用螺母固定。设计中对缸筒，活塞杆，端盖等重要零件进行了结构分析和力学计算。设计的电控系统，采用PLC可编程控制器作为主要控制元件，压力继电器作为PLC的一个输入端。这样系统可以根据现场实际的需要来控制液压缸的伸缩，即实现了每个液压缸均可独立自动连续运行，又实现每两个液压缸自动连续运行和手动控制。此外，还对系统中的各类液压元件和电控元件进行了选择，选出合适的型号，并对电控操作台作了初步设计。 关键词：疏煤系统；液压缸；电控系统.AbstractThe design of the graduate engineering topics from the scene, the main task is to research internship at the scene on the basis of drawing up the dredging of coal system design, design a hydraulic system, electronic control systems and components and hydraulic choice components and electronic control components, the final completion of the entire system design. In this paper, the design of the hydraulic dredging coal system, including the two main parts: the hydraulic system and electronic control system. Which is part of the hydraulic control system of hydraulic telescopic eight hydraulic cylinders, hydraulic cylinders buried in the coal driven in a few words stick movement, leading to the reduced coal bunker coal. Electronic parts used PLC control: on the hoist motor, heater switch, the change to the electromagnetic valve, the hydraulic system of unloading, and so achieve the manual and automatic control. In this paper, the design of the hydraulic cylinders and electric control system of this design is part of the topic. In this paper, the design of a hydraulic cylinder piston-cylinder - link transmission programmer; Detroit Pistons used modular; front cover for the flange connection; cover after a welded structure; Pistons and the fixed link with nuts. The design of the cylinder, piston rod, cover, and other important parts of the structure and mechanical calculations. In this paper, the design of the electric control system, using todays more advanced PLC programmable logic controller as the main control devices, pressure relay as a PLC input. This system can transform the hydraulic oil-hydraulic cylinders to control the expansion, not only to achieve the independence of each cylinder can be automatically continuous operation, but also to achieve every two hydraulic cylinder automatic and manual control of continuous operation. In addition, the system in all types of hydraulic components and electronic control components of the relevant terms, elect a suitable model, and electronic control console made a preliminary design. Key words: reduced coal system; hydraulic cylinder; electronic control system.目 录摘 要IAbstractII绪 论11.设计资料及要求21.1 工作原理21.2 要求及资料31.2.1 系统设计技术参数31.2.2 系统的其他要求31.2.3 总体规则42.液压缸的设计72.1 液压缸主要结构件的设计72.1.1液压缸的设计步骤和设计原则72.1.2缸筒的设计82.1.3活塞的结构和选材132.1.4活塞杆的设计142.1.5缸盖的设计182.2其它结构的设计202.2.1导向套202.2.2确定密封装置212.2.3排气装置222.2.4缓冲装置232.2.5 防尘装置233.液压元件的选型243.1主要液压元件的选型243.1.1 液压泵的选择243.1.2 确定工作循环系统各参数303.1.3 换向阀的选择363.1.4 单向阀的选择373.1.5 溢流阀的选择373.1.6 滤油器的选择383.1.7 压力表开关的选择403.1.8 压力继电器的选择403.1.9电动机的选择413.2其它辅助元件的选择433.2.1 油箱的选择433.2.2 油管的选择443.2.3 管接头的选择453.2.4 加热器的选择463.3 验算系统性能494. 电控系统534.1 PLC程序的编写534.1.1 液压缸控制程序534.1.2 电动机控制程序594.2电控元件的选择594.2.1熔断器的选择594.2.2 接触器的选择604.2.3控制继电器的选择614.2.4控制按钮的选择614.2.5 PLC可编程控制器的选用624.2.6 电控系统图634.2.7电控操作台645. 液压传动系统的安装和使用及维护665.1液压系统安装665.1.1 液压元件的安装总要求665.1.2 管路的安装与清洗665.2液压系统的使用675.2.1 试压675.2.2调整和试运转675.3液压系统的维护686. 小 结697. 技术经济分析70参考文献72致 谢73附录一74附录二8083绪 论目前在电厂、矿山煤仓中发生过积煤大面积突然冒落而导致人员伤亡的事故。究其原因，一方面在于环境的不安因素、人的不安全行为、管理上的漏洞，另一方面是设施不健全。因此从设施上确保安全，应采用机械疏松煤仓中的积煤减少事故发生已成为急待解决的问题，而液压自动疏煤系统该系统的出现使这一问题的解决成为可能，对此加以分析、研究具有重大意义。本设计主要包括两大部分：液压系统和电控系统。其中液压部分是由液压系统控制十个液压缸伸缩，液压缸带动埋在煤中的蒺藜棍运动，进而实现煤仓的疏煤。电控部分采用当今比较先进的PLC可编程控制器控制：对电动机的启闭、加热器的开关、电磁换向阀的换向、液压系统的卸荷等实现了手动与自动控制。液压疏煤系统解决了积煤自动疏松问题，是电厂及矿山生产安全得到了提高，在以人为本的概念必将得到广泛应用。1.设计资料及要求1.1 工作原理本系统可分为自动运行和手动控制运行。当自动运行时工作原理如下：当1号液压缸单独工作时，人工启动一号缸启动按钮SB1向PLC发出启动控制指令X1。此时如果压力继电器提供给PLC的信号X11为高电平（即液压泵启动系统压力超过压力继电器调定压力），则PLC控制输出线圈Y1通电从而控制一号缸的三位四通电磁换向阀左侧电磁换向阀1通电，液压油液经换向阀进入液压缸有杆腔，千斤顶缩回。当缩至终点时压力升高，当压力超过压力继电器预调定压力时，继电器向PLC的输出信号X9变为高电平。PLC接收到信号X11的上升沿便控制一号缸换向阀的左侧电磁换向阀1断电，右侧电磁换向阀2通电，液压油进入无杆腔，千斤顶伸出。伸至终点后，压力继电器又发出高电平信号X11给PLC，PLC控制电磁换向阀2断电，电磁阀1通电液压缸又自动回缩。这样通过PLC控制，一号液压缸就能自动运行。同理，当210号液压缸单独作用时，控制过程与1号液压缸控制过程类似。当1号、2号液压缸共同作用时，人工同时启动1号2号缸启动按钮SB1、SB2，同时向PLC发出启动指令X1、X2，则PLC同时控制电磁换向阀1、3同时通电，液压油同时进入1号、2号液压缸有杆腔。1号、2号液压缸同时缩回，缩至终点是压力升高，压力继电器向PLC发出信号X11，PLC控制电磁换向阀1、3同时断电，电磁阀2、4通电液压油进入无杆腔，1号、2号千斤顶同时伸出，伸至终点时，压力升高，压力继电器再向PLC发出信号X11，PLC控制电磁换向阀2、4断电，电磁阀1、3通电，1、2号液压缸又自动回缩。这样在PLC的控制下1、2号两缸就能同时伸缩自动运行。同理，当3号、4号、5号、6号、7号、8号、9号、10号液压缸分别两两同时作用时，其控制过程与1号、2号液压缸共同作用时的控制过程类似。当人工启动泻荷按钮SB0时，PLC就接到泻荷指令 X0，于是控制泻荷电磁阀YA0接通，泻荷回路打开就实现系统泻荷。由于泻荷回路只受X0控制，所以系统可以随时实现泻荷，即急停。1.2 要求及资料1.2.1 系统设计技术参数系统设计技术参数见表1.1表1.1系统参数参数名称代号数值拉力/NFe推力/NFt缸体行程/mmS800伸出时间/mint10.5缩回时间/mint20.5缸体内径/mmD1601.2.2 系统的其他要求 （1）液压缸的伸出、回缩速度不能太快（2）各元件的动作要平稳、安全、可靠1.2.3 总体规则（1）确定液压执行元件根据系统要求，液压执行可采用如下方案，其优缺点如下表（见表1.2）。根据上表中的优缺点比较，最终选择第二种方案为液压执行元件，即为活塞缸连杆传动。（2）明确载荷明确工艺循环作用与执行元件的载荷，如表1.2所列各项技术参数中当液压缸缩回时，液压缸有最大拉力,当液压缸外伸时，液压缸有最大推力。常用方法优点缺点复合增速缸1.整体结构紧凑，构件少2.无需动梁闭合量调节机构1.结构复杂，制造难度大2.要设计充液阀，泵的流量大，系统复杂3速度低效率低活塞缸连杆传动1.在行程的近末端将液压缸的出力放大缸径可以很小2.空行程速度高效率高3泵的流量小，液压系统1.结构复杂，制造难度大2.要设计充液阀，泵的流量大，系统复杂3速度低效率低不等径双出杆活塞缸一个装于螺杆后端直接推动螺杆，结构紧凑影响螺杆旋转机构的布置，结构复杂，体积大等径双出杆活塞缸两个活塞杆置于螺杆两端，同时作为注射座的承重、导向件，免用导轨活塞杆粗、长、费材料，操作位置对操作稍有影响表1.2 液压缸方案（3）绘制系统工况图，见图1.1图1.1 系统工况图（4）确定系统工作压力根据资料统计和实验确定，本系统的工作压力采用16MPa.（5）草拟液压系统原理图1）见图纸 2）系统工作循环图表 当液压缸1单独作用时，工作循环如下表1.3： 表1.3 工作顺序动作名称发讯元件电磁铁电动机手动自动12345678910D1D2回缩+外伸+回缩+当液压缸1、2共同作用时，工作循环如表1.4：表1.4 工作顺序动作名称发讯元件电磁铁电动机手动自动12345678910D1D2回缩+外伸+回缩+注：1.当液压缸210号单独作用时，工作循环表与当液压缸1单独作用时类似。即几号液压缸工作则与其对应的电磁铁既通电，其余电磁铁则处于断电状态。2、当液压缸310号共同作用时，其工作循环与表4，1号和2号液压缸共同作用时的情况类似。即那两个缸共同作用，则与其对应的电磁铁既共同通电，其余电磁铁则处于断电状态。3、该系统虽然有两台电动机，但通常情况下只有一台电动机工作，另一台为备用电动机。2.液压缸的设计2.1 液压缸主要结构件的设计2.1.1液压缸的设计步骤和设计原则液压缸是液压传动的执行元件，它与主机和主机上的机构有着直接的联系，对于不同的机种机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。因此，在设计前要作好调查研究，备齐必要的原始资料和设计依据，如表1.5所示：表2.1 系统参数参数名称代号数值拉力/NFe推力/NFt缸体行程/mmS800伸出时间/S36缩回时间/S24工作压力/ M 161.液压缸设计的一般原则：（1)保证液压缸往复运动的速度、行程和液压缸推力；（2)保证液压缸每个零件有足够的强度、刚度和耐久性；（3)在合理选择液压泵供油压力和流量的条件下，尽量减小液压缸的尺寸；（4)活塞杆工作时最好承受拉力，以免产生纵向弯曲；（5)液压缸尽量避免承受侧向载荷；（6)液压缸的轴线应与被拖动机构的导向方向平行；（7)长行程液压缸活塞杆伸出时应尽量避免下垂；（8)液压缸各部密封可靠、泄漏小、摩擦力小、寿命长；（9)液压缸因温度变化膨胀伸长时，不能因受限制而产生挠曲；（10)根据液压缸的工作条件和具体情况考虑缓冲、排气和防尘措施；（11)液压缸各结构要素应采用标准系列尺寸，尽量选择经常使用的标准件；（12)液压缸应做到成本低、制造容易、维修简单。2.设计步骤液压缸的设计内容和步骤大致如下：(1)根据负载机构的动作要求选择液压缸适当的结构形式、安装方式以及密封、缓冲、排气、防尘装置等；(2)根据液压缸所承受的外部载荷作用力确定液压缸在行程各阶段上负载的变化规律以及必须提供的动力数值；(3)根据液压缸的工作负载和选定的油液工作压力，确定活塞及活塞杆的直径(4)根据液压缸的运动速度、活塞及活塞杆的直径，确定液压泵的流量；(5)选择缸筒材料，计算(6)绘制液压缸装配图和零件图；(7)审定全部设计计算资料、图纸及其他技术文件。2.1.2缸筒的设计1.缸筒结构常用的缸筒结构有八类，通常根据缸筒与端盖的连接形式选用，而连接形式又取决于额定工作压力，用途和使用环境等因素。综合考虑本系统各种因素选用：缸体为钢管，一端焊接法兰与缸头连接，一端与缸底焊接。优点：结构较简单，易加工,易装卸。缺点：重量比螺纹连接的大，但比连杆连接的小，外径较大。2.缸筒的材料选择缸筒材料和毛坯时，不仅要考虑它的机械性能、工艺性能，还要考虑它的经济性。一般要求有足够的强度和耐冲击韧性，对焊接的缸筒还要有良好的焊接性能。缸筒毛坯：普遍采用退火的冷拔或热轧无缝钢管。根据缸体材料的要求，查机械设计手册液压传动部分表21-6-7综合考虑选30号优质碳素结构钢无缝钢管作为缸体材料，它的，。3.对缸筒的要求(1）有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。(2）有足够的刚度，能承受活塞侧向和安装的反作用力而不致产生弯曲。(3）内表面在活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。(4）要焊接的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊上法兰或管接头后不至于产生裂纹或过大变形。4.缸筒的计算(1）缸筒内径当液压缸的理论作用力为F（推力或拉力）及供油压力P为已知时，则无杆腔侧缸筒内径为： 式（2.1） -推力 -油液压强 -液压缸系数 缸筒内径应按上式计算后取较大的一个在取整，根据查第五版机械设计手册表21-6-9取标准值得液压缸的缸内径。(2）缸筒的壁厚缸筒在液压力的作用下，有一种沿圆周方向破坏的趋势，为了防止这种破坏，缸筒壁厚必须有一定的厚度。缸筒的壁厚为：式中：-为缸筒材料要求的最小值 - 为缸筒外径公差余量 - 腐蚀余量关于的值，可按下列情况分别计算：当时，可用薄壁缸筒的实用公式计算： 其中液压缸的最大工作压力；D缸筒内径； 缸筒材料的许用拉应力 式（2.2）缸筒材料的抗拉强度极限；n安全系数，一般取n=5，,恰好为条件临界点。当时： 缸筒材料的许用压力，MPa ,刚好满足条件。当时：，不满足条件综合比较取合理。(3）缸筒外径的确定： 式（2.3）D缸筒内径(4）缸筒壁厚的验算 对最终采用的缸筒壁厚，应做以下三方面的验算，以保证液压缸安全工作。 液压缸的额定压力应低于一定的极限值来保证工作安全：成立 式中：液压缸额定压力；缸筒内径；缸筒外径；材料的屈服强度极限。 同时额定工作压力也应与完全塑性变形压力有一定比例范围，以避免塑性变形的发生，即 缸筒发生完全塑性变形的压力，MPa, , 满足条件。此外，尚须验算缸筒径向变形应处在允许范围内：变形量不应超过密封圈允许范围式中：缸筒耐压试验压力,MPa 缸筒材料弹性模量，MPa 缸筒材料泊松比，钢材 最后还应验算缸筒的爆裂压力 式中：缸筒爆裂压力； 系统工作压力； 缸筒材料抗拉极限； 满足条件综合以上三个验算公式均成立，故缸筒壁厚符合要求可保证液压缸安全工作。2.1.3活塞的结构和选材活塞（如图2.1）是液压缸将液压能转变为机械能的主要元件，它在缸筒内往复滑动，所以配合应适当，既不能过紧也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低动作压力增高，降低液压系统的机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低液压系统的容积效率。(1)活塞结构型式由于本系统中，活塞受压为中低压受力不大。综合考虑选择拆装方便，加工成本低，使用寿命长的组合式活塞。(2)活塞与活塞杆连接型式连接型式需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开，同时还需在活塞与活塞杆之间设置静密封。综合考虑该系统选用螺母型连接。(3)活塞密封结构根据本液压缸的疏通作用和工作压力选用V型密封圈。(4)活塞材料无导向环活塞：选用高强度铸铁HT200300(5)活塞尺寸及加工公差活塞宽度：H活塞宽度， D活塞外径（缸筒内径）取活塞外径的配合采用f9,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半。图2.1 活塞的结构2.1.4活塞杆的设计活塞杆是液压缸传递动力的重要元件，它要承受拉力、压力、弯曲力、振动冲击等载荷的作用必须有足够的强度。 1活塞杆的结构和材料活塞杆（如图2.2）有实心杆和空心杆。空心活塞杆一般用于缸筒运动液压缸，空心部分可以用来导通油路。大型液压机的活塞杆或柱塞也采用空心结构，用以减轻重量。综合考虑该液压缸活塞杆为实心杆，材料选用45号钢（）调质处理。一端与活塞螺栓连接，查机械设计手册表21-6-14根据GB/T2350-1980选取活塞杆螺纹尺寸 图2.2 活塞杆的结构2活塞杆的计算(1)活塞杆直径计算对于双作用单边活塞杆液压缸，其活塞杆直径d可由往复运动的速比确定。由表2.2；表 2.2 液压缸速比公称压力/MPa12.520201.331.46 2.0 2.0取=1.46 根据液压缸活塞往复运动的速度之比： 得公式： 式（2.4）式中d活塞杆直径；D缸筒内径；液压缸往复运动速比查第五版机械设计手册表21-6-16按照JB218377中所制定的标准规定的活塞杆外径尺寸圆整取。(2)活塞杆的强度计算活塞杆工况稳定，只受推力和拉力近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算：， 式中 ：d活塞杆直径; F活塞杆的最大推力；活塞材料的许用应力，中碳钢（调质）活塞杆一般都设有螺纹退刀槽等结构，这些部位往往是活塞杆上的危险截面也要进行计算。危险截面处的合成应力应满足：危险截面合成应力活塞杆的拉力危险截面的直径材料的许用应力，中碳钢调质则： 活塞杆危险截面满足强度要求。(3)活塞杆弯曲稳定性验算液压缸的支撑长度需验算活塞杆弯曲稳定性式中：LB液压缸支撑长度；S缸体行程；d活塞杆直径；假设活塞杆受力完全在轴线上，主要是按下式验证： 式中：Fk活塞杆弯曲失稳临界压缩力，N；nk安全系数，通常取,这里取nk=5；K液压缸安装及导向系数，见表21-6-17取0.7；E1实际弹性模量，MPa；a材料组织缺陷系数，钢材a一般取；b活塞杆截面不均匀系数，一般取；E材料的弹性模量，钢材,MPa；I活塞杆截面惯性矩，m4；LB液压缸支撑长度； 则： 满足弯曲稳定性条件。(4)确定活塞杆长度： 活塞行程； 活塞宽度； 活塞前端盖宽度； 后端螺纹长度； 附加长度；2.1.5缸盖的设计 （1）缸盖的结构和材料缸盖（如图2.3 2.4）装在液压缸的两侧，与缸筒构成密闭的压力油腔。因此它不仅有足够的强度承受液压力，而且还必须具有一定的连接强度。综合考虑选该缸盖为螺钉连接，这种连接方法结构简单，加工装配容易，缸盖材料选用45号钢。 图2.3 缸头端盖的结构 图2.4缸底端盖的结构（2）缸筒端盖厚度的计算端盖厚度h为： 式（2.5）式中h端盖厚度；D1螺钉孔分布直径(m)；P液压力(MPa)；dcp密封坏形端面平均直径（m）材料的许用应力（MPa）；缸底为平底，由材料力学中圆盘计算公式，得缸底端盖厚度： 式（2.6） = =150 M 式（2.7） 缸底内径; 安全系数;缸底材料的抗拉强度极限则2.2其它结构的设计2.2.1导向套 活塞杆导向套装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。1导向套的结构与材料：查第五版机械设计手册表21-6-18选得该液压疏通系统的液压缸选用轴套式导向套，其特点为摩擦阻力大，一般采用青铜材料制作，适用于重载低速的液压缸中。导向套的材料一般采用摩擦因数小、耐磨性好的青铜材料制作。2导向套最小导向长度当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动中点的距离称为最小导向长度H。如果导向长度太小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般液压缸的最小导向长度应满足下式要求： 式（2.8）式中： H最小导向长度，是从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离S液压缸的最大工作行程； D缸筒内径则导向套滑动面的长度A, 因缸内径大于80 mm，取，式中：d活塞杆外径；活塞的宽度B则取，B=0.8140=112 mm导向套在活塞杆往复运动时起导向作用，它要求配合精度高、运动滑快、耐磨性好，并能承受活塞杆因外力而引起的压力、弯曲、冲击、振动和自重力等作用。由于本系统中液压缸的行程较短中间没必要加隔套。3加工要求导向套外圆与端盖的孔的配合多为H8/f7，内孔与活塞杆外圆的配合多为H9/f9。外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03，圆度与圆柱度公差不大于直径公差之半，内孔的环形油槽和直油槽要浅而宽，保证良好润滑。 2.2.2确定密封装置液压缸的密封装置广泛采用圆截面橡胶圈，这种型式结构简单，装卸方便，寿命长，在30 M压力下具有良好的密封性能。根据润滑与密封手册表32-7（第1805页）得：端盖式导向套的外径与缸筒内径密封处采用截面直径为7.0的O型橡胶圈密封。根据润滑与密封手册得，端盖式导向套的内径与活塞杆密封处，内侧选用尼龙材料的导向环，中间部分根据润滑与密封手册表32-22（第1836页）查得:选用形密封圈。端盖式导向套的内径外侧装有防尘圈，根据润滑与密封手册表32-55（第1805页）得：选用无骨架防尘圈，其材料为聚氨酯橡胶。2.2.3排气装置液压系统里总是要混入一定量的空气，特别是每一次油箱换油时，全系统的油放空后，空气立即填入；换上了新油，填入的空气还残存在系统内部此外，无论何种油液，本身总是溶解有的空气，这些以溶解状态存在的空气，在系统内部的真空地带（如油泵吸油口及管路拐弯处等）往往会分离出来，形成小气泡真空地带密封不好，外界空气也乘隙而入以上种种，都是液压系统内部难免存在空气的基本原因。图2.5 排气装置液压系统内部存在空气，对工作性能有严重影响，会引起执行机构爬行或颤抖现象，致使动作速度不稳定为此在设计上采用排气装置，以排除空气排气装置通常安置在系统的最高处，而且多数是安装在液压缸的最高处每隔一定时间或每次更换新油时，进行专门的排气操作，考虑其适用性和经济性选螺丝型排气装置。2.2.4缓冲装置液压缸活塞运动速度在0.1m/s以下时不必采用缓冲装置。在0.2m/s以上时必须设置缓冲装置。由于本系统中活塞速度在0.1m/s以下，所以不必设置缓冲装置。2.2.5 防尘装置液压缸的活塞杆伸出时，常常有灰尘污物或金属粉末落往上面，当活塞杆缩回时往往会将其带进液压缸，这样不仅会加剧相互运动表面之间的磨损，有时还会研伤运动表面，使液压元件无法工作。因此在一些工作环境不洁,或是精密机械液压缸中，往往要设防尘装置。防尘装置有两种：一种是防尘圈，另一种是防XIT尘罩。防尘圈可以将落在活塞杆上的尘污刮掉，防尘罩可以防止污物落在活塞杆上。考虑经济性原则与适应性原则选取防尘圈。本设计中前端盖选用A型液压缸活塞杆用防尘圈.查手册机械设计手册润滑与密封表10424选型号FA78X90X10密封圈。3.液压元件的选型3.1主要液压元件的选型3.1.1 液压泵的选择1工作速度和流量(1)确定流量：前已求得本系统工作速比为1：1.46，又系统要求伸出与缩回的总时间为1min ，则： 系统回缩时间： 系统伸出时间： 系统理论速度为： 推出时： 缩回时： 则该系统的理论供油流量为： 推出时： 缩回时： 由于该系统流量严格按速比求得，推拉时基本相等。工程中不要求有调速系统，所以该液压缸推拉时流量不变可取。则实际工作速度为： 式（3.1）= 17.9mm/S 式（3.2）双作用液压缸，其实际往复运动的速比为： 式（3.3）计算液压缸最大需用流量Q当单缸作用液压缸外伸时： 式（3.4）当单缸作用液压缸回缩时： 式（3.5） 式（3.6） 式（3.7） 当双缸作用液压缸工作时系统总流量不变。则： 式（3.8）其中，Qmax为最大流量，以此流量为液压泵的额定流量。2选择液压泵型号（1）齿轮泵其特点是结构简单，工艺性好，体积小，重量轻，维护方便，使用寿命长，但工作压力较低，流量脉动和压力脉动较大，高压下不采用端面补偿时，其容积效率明显下降，内啮合齿轮泵与外啮合齿轮泵相比，优点是结构更紧凑，体积小，吸油性好，流量均匀性好，但结构较复杂，加工性较差。（2）叶片泵其特点是结构紧凑，外形尺寸小，运动平稳，流量均匀，噪声小， 寿命长，与齿轮泵相比对油液污染较敏感，结构复杂。单作用式叶片泵适用于低压精度高，价格贵，对油液污染敏感。轴向柱塞泵是柱塞平行缸体轴线，沿轴向运动，径向柱塞泵的柱塞垂直与配油轴沿径向运动，这两类泵均可作为液压马达用。（3）柱塞泵 其特点是精度高，密封性能好，工作压力高，因此得到广泛的应用。但它的结构比较复杂，制造精度高，价格贵，对油液污染敏感。轴向柱塞泵是柱塞平行缸体轴线，沿轴向运动，径向柱塞泵的柱塞垂直与配油轴沿径向运动，这两类泵均可作为液压马达用。（4）螺杆泵 螺杆泵实质上是一种齿轮泵，其特点是结构简单，重量轻，流量及压力的脉动小，输送均匀，无紊流，无搅动，很少产生气泡，工作可靠，噪声小，运转平稳性比齿轮泵与叶片泵高，容积效率高，吸入扬程高。但加工较难，不能改变流量。适用与机床或精密机械的液压传动系统。一般应用两螺杆或三螺杆泵，有立式和卧式四种安装方式。一般采用螺杆泵用立式安装。 比较这几种方案的优缺点，可以采用外啮合齿轮泵和柱塞泵这两种方案。3计算液压泵参数计算由液压缸工作压强为16MPa，本系统要求不高一般不会超载，所以取液压泵额定压力。方案一：当采用第一种方案时，根据理论压强20MPa查机械设计手册表21-5-63选取型径向变量柱塞泵.额定排量qe=19ml/r额定转速ne=1800r/min。 所以该液压泵的额定流量为： 式（3.9）当液压缸单独作用并外伸时的速度 式（3.10） 所用时间 式（3.11） 当液压缸单独作用并回缩时的速度 式（3.12） 所用时间 式（3.13）当液压缸双缸作用并外伸时的速度 式（3.14）所用时间 式（3.15） 当液压缸双缸作用并回缩时的速度 式（3.16）所用时间 式（3.17）方案二：根据第五版机械设计手册表21-5-16，选取外啮合齿轮泵CBF-F型，根据压强和流量选取转速为2500。则可求得液压泵的额定排量为： 式（3.18）根据求得液压泵的流量，压强，排量查第五版机械设计手册表21-5-16选取CBF-F412.5-AL型外啮合齿轮泵。见表3.1得：该泵理论排量为14ml/r额定压强为20MpaCBF-F412.5-AL 型号含义： CB齿轮泵; F系列代号; F压力等级，20Mpa; 4此轮模数; 12.5公称排量（ml/r）型号排量额定压力/Mpa额定转速驱动功率KwCBF-F412.5-AL12.520250012.4容积效率/%重量/Kg3.3则泵的额定流量为： 式（3.19）当液压缸单缸作用并外伸时的速度: 式（3.20）当液压缸单缸作用并回缩时的速度： 式（3.21液压缸外伸作用时间 式（3.22）液压缸回缩所用的时间 式（3.23）当液压缸双缸作用并外伸时的速度 式（3.24）液压缸外伸所用时间 式（3.25）当液压缸双缸作用并内缩时的速度 式（3.26）液压缸回缩时所用时间 式（3.27）由上述计算结果可知液压缸基本能满足系统要求。比较两种方案，方案二更接近该系统要求。虽然柱塞泵工作效率高，工作稳定性高，但本课题中液压系统并不经常工作，对工作效率不要求太高。且柱塞泵价格较高，不经济。齿轮泵即经济又能满足要求，所以选取方案二。3.1.2 确定工作循环系统各参数（1）工作泵的理论流量： 式（3.28） （2）油路压力损失 当单缸作用并外伸时，取 式（3.29） 当单缸作用并内缩时，取 当双缸作用并外伸时，取 当双缸作用并内缩时，取（3）工作泵出口压力 当液压缸单独作用并外伸时： 式（3.30）单缸作用并回缩时： 式（3.31） 当双杆作用并外伸时： 式（3.32）当双缸作用并回缩时： 式（3.33） （4）液压缸运动速度：（前已计算） 当液压缸单缸作用并外伸时： 当液压缸单缸作用并回缩时： 当液压缸双缸作用并外伸时： 当液压缸双缸作用并回缩时： （5）液压缸的动作行程 当液压缸单缸作用并外伸时 当液压缸单缸作用并内缩时 当液压缸双缸作用并外伸时 当液压缸双缸作用并内缩时 （6）动作持续时间 当液压缸单缸作用并外伸时 式（3.34）当液压缸单缸作用并内缩时 式（3.35） 当液压缸双杆作用并外伸时 式（3.36） 当液压缸双缸作用并内缩时 式(3.37）（7）工作泵输入功率 当液压缸单缸作用并外伸时 式（3.38） 当液压缸单缸作用并回缩时 式（3.39）当液压缸双缸作用并外伸时 式(3.40）当液压缸双缸作用并内缩时 式（3.41） （8）电动机输出功率 当液压缸单缸作用并外伸时 式（3.42） 当液压缸单缸作用并回缩时 式（3.43） 当液压缸双缸作用并外伸时 式（3.44） 当液压缸双缸作用并内缩时 式（3.45） （9）系统输入功 当液压缸单缸作用并外伸时 式（3.46） 当液压缸单缸作用并回缩时 式（3.47） 当液压缸双缸作用并外伸时 式（3.48） 当液压缸双缸作用并回缩时 式（3.49）（10）执行元件有效功 当液压缸单缸作用并外伸时 式（3.50） 当液压缸单缸作用并内缩时 式（3.51） 当液压缸双缸作用并外伸时 式（3.52） 当液压缸双缸作用并内缩时 式（3.53）液压缸单缸作用时的工作周期系统流量图，见图3.1图3.1 流量图液压缸双缸作用时的工作周期系统流量图，见图3.2图3.2 流量图液压缸单缸作用时的工作周期系统压力循环图，见图3.3图3.3循环图液压缸双杆作用时的工作周期系统压力循环图，见图3.4图3.4 循环图3.1.3 换向阀的选择流经换向阀的最大流量为： 最大工作压力为： 查机械设计手册手册表21-7-49可选DSG-01-3C-50型号的三位四通电磁换向阀 型号含义： DSG：电磁换向阀 01：通径代号b 3：位置数三位 C：滑阀弹簧形式，弹簧对中。50:设计号该电磁阀的技术规格如表3.2所示表3.2电磁阀参数通径/mm3最高压力/Mpa31.5最高允许背压/Mpa16最大流量/(L/min)63换向频率/Hz质量2.2生产厂商榆次油研有限公司3.1.4 单向阀的选择根据系统要求可采用C型单向阀，C型单向阀在所设定的开启压力下使用，控制油流单方向流动，完全阻止反方向流动。因为系统最大流量： 最高使用压力： 查液压元件与选用手册表4.155可采用型号CIT-03型的单向阀 该型号的含义： CC型单向阀 I直通单向阀 T管式联接 03通径代号，公称通径为10mm该单向阀的技术规格如表3.3所示： 表3.3 单向阀参数 型号接口尺寸最高压力/Mpa工程流量/重量/Kg生产厂CIT-033/821400.18相次液压件厂3.1.5 溢流阀的选择 根据系统要求，可以采用Y2型先导是溢流阀，该阀主要用于保持系统压力恒定，它采用二级同心结构，因系统最大流量，最大系统压力为，所以采用型号为Y2D1H32C10型的交流式溢流阀。 该型号的含义如下： Y2二级同心式溢流阀 H滑阀机能常开式 C调压范围为820Mpa 10公称通径为10mm 32额定压强32MPa 该溢流阀的技术规格如表3.4所示：表3.4溢流阀参数先导溢流阀型号通径/mm压力/Mpa额定流量/Y2H32C10103240调压范围/Mpa重量/Kg先导溢流阀C4.7 注：生产厂：上海液压件二厂、南通液压件厂、济南液压件厂.3.1.6 滤油器的选择过滤器的选择应考虑以下几个要求：（1）过滤精度应满足液压系统的要求；（2）具有足够大的过滤能力，压力损失小； （3）滤芯及外壳应有足够的强度，不致因油压而破坏； （4）有良好的抗腐蚀性，不会对油液造成化学的或机械的污染；（5）在规定的温度下，能保持性能稳定，有足够的耐久性；（6）清洗维护方便，更换滤芯容易；（7）结构尽量简单、紧凑；（8）价格低廉。滤芯的有效过滤面积： 式（3.54）式中：Q过滤器的额定流量，L/min;油的动力粘度，Pa*s;压力差，Pa；滤芯材料的单位过滤能力，L/cm2 ，此处取=0.035 经上述粗略计算，可选择型号为：ZUH4020S的过滤器。 该型号含义： ZU纸质过滤器； H压力为32MPa； 40额定流量为40L/mm； 20过滤精度为20m； S带发信装置。该过滤器的技术规格如表3.5所示。表3.5 过滤器参数表型号流量/l/min额定压力/mpa过滤精度/m压差工作器工作压差/mpaZU-H4020S403220035初始压力降重量/Kg00175注：生产厂：沈阳滤油器厂、远东液压配件厂。3.1.7 压力表开关的选择根据系统要求可选择如下型号的压力表开关