下传动建筑砌块试验机电液传动系统设计毕业设计

理工学院毕 业 设 计学生姓名： 学 号： 071615232 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 下传动建筑砌块试验机电液传动系统设计 指导教师： 评阅教师： 2011年6月 河北科技大学理工学院毕业设计成绩评定表姓 名赵爱勇学 号071615232成 绩专 业机械设计制造及其自动化题 目下传动建筑砌块试验机电液传动系统设计指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。毕 业 设 计 中 文 摘 要 本课题为建筑砌块试验机电液传动系统设计。该试验机是专用设备，用于测量建筑砌块抗压和抗折强度。包括主机总体结构设计，选择二柱式主机结构作为主机框架；加载方案选择，为了满足对加载速率的要求，选用先进的电液比例加载系统，实现精确、稳定加载；测控系统，以单片机连接数模转换装置，实现半自动化控制，自动显示。对液压系统功能原理进行设计，其中包括液压系统原理图设计；元件选型设计。最后对液压站结构设计，包括液压阀站设计；液压泵组设计。关键词 建筑砌块 试验机 液压站 电液传动毕 业 设 计 外 文 摘 要Title Design of the Electro-Hydraulic Transmissoin System on the Building Blocks Testing Machine AbstractThis design is about the electro-hydraulic driving system of the building blocks testing machine.Based The testing machine is a dedicated equipment, used in measuring building blocks of a strong compressive and bending.including design of the main structure and selecting double-column structure as the main frame,scheme selection of the loading system which adopt advanced electro-hydraulic proportional loading system in order to realize accurate and stable loading,description of observe and control system which use digital-to-analog device connected by MCU in order to realize semi-automatic control and automatic display. Secondly design of the hydraulic system function is described. Including the design of the hydraulic system diagram and component selection and design Finally, design of hydraulic station structure is described. Including,design of the hydraulic valve;and design of the hydraulic pumps.Key Words Building block Testing machine Hydraulic station Electro-hydraulic transmission 本科毕业设计 第 页 共 页目 录1 引言11.1 国内外相关产品的技术发展状况及达到的技术水平11.2 本课题研究的目的和意义22 总体方案的设计22.1 本课题的设计要求22.2 砌块试验机总体方案的分析32.2.1 二柱砌块试验机抗折、抗压功能实现32.2.2 四柱砌块试验机功能原理实现42.3 加载方式及测控方案设计52.4 总体布局方案的确定73 液压系统功能原理设计103.1 执行元件设计压力的选取103.2 系统基本参数的确定103.3 复合液压缸设计113.3.1 实际工作压力113.3.2 复合缸缸体计算123.4 液压系统原理图的拟定153.5 液压元、辅件的选择183.5.1 液压元件的选择183.5.2液压辅件的选择203.6 电动机的选择213.7 液压系统主要性能验算224 液压系统结构设计254.1 液压阀站的设计254.1.1 分解液压系统，绘制集成块单元回路图254.1.2 集成块的设计264.2 液压泵站的设计304.2.1 液压泵站的组成314.2.2 液压泵站的类型314.2.3 液压油箱及其附件314.2.4 液压泵组33致 谢37参 考 文 献38附录A 使用说明书39毕业设计（论文）开题报告1 引言1.1 国内外相关产品的技术发展状况及达到的技术水平我国材料试验机的制造，从无到有、从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机（如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等）和动负荷试验机（如冲击试验机和疲劳试验机等）的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。二十世纪九十年代初，我国实行了市场经济，众多民营企业应运而生。试验机制造行业也和其它行业一样，民营企业登上了试验机行业的舞台。近几年，随着国内试验机民营企业的不断做强做大，国有企业的改制，中国的试验机行业由原来以国有企业为主逐步演变为以民营企业唱主角的时代。长期以来，试验机也一直是欧美对我国尖端科研课题限制出口的产品。随着科技技术的发展液压式试验机得到快速的发展，目前我国对砌块的检测主要使用万能液压式试验机，这样有大材小用之感，现在国内外迫切需求专一对砌块检测的机械设备。我国自主研制的新型、综合式的砌块试验机在国内外于先进水平。比如：由济南新东岳实验仪器有限公司 生产的M9抗折试验机，其特点是调速系统采用伺服电机和减速机，性能稳定可靠，具有过流、过压、过载等保护装置。如图1图1-1 M9式抗折试验机经调研知道，已有个别科研单位在此方面做过有益的尝试，并取得一定的成果，但由于采用技术不完全合理或技术上考虑不全面等种种原因，使得其项目的实用性和易推广性有很大的局限性。但研究试验机方向的专家也都有共识，我国的建筑工业和其它部门的科研院所不能直接进口某些关键材料试验的仪器设备。所以，要发展中国的试验机产业，就必须走自主创新的道路。1.2 本课题研究的目的和意义建筑砌块试验机是对试件抗压强度和抗折强度进行测量的专用机械设备 ，能够快速、准确的测量砌块的抗压和抗折强度。随着经济的快速发展，砌块在建筑行业得到大量的应用，从建筑行业的质量安全考虑，对砌块的质量的检测就更为重要。这样对建筑砌块试验机的设计成了人们所关注的问题。由于没有专门的砌块抗折和抗压试验机，所以大部分的砌块试验都是在万能液压式试验机上进行的,这样它的功能大大受到了限制。并且进行抗折、抗压试验，导致它的效率底下。而大部分抗压试验机采用电动比例阀进行加荷速度的控制，其控制特性对油质的污染相当敏感。笔者通过研究目前国内外砌块试验机的现状和发展,分析各种试验机的优势和缺陷,在现有科学技术的基础上,设计新的专用试验机。从砌块试验机的工作原理来说，砌块被放入夹具上并由液压系统驱动开始运动，一直到砌块被压碎或断裂获得抗压强度、抗折强度和速度，整个过程全部由液压系统控制。可见，液压系统担负着测量砌块的重任，是实现测量砌块抗压和抗折强度的重要部件。一部机器的使用寿命，通常取决于主要部件或构件的寿命。因此砌块试验机在保管使用过程中，液压传动系统检查成为一项重要内容，是设计试验机和制造人员经常要做的极其重要而必要的工作。2 总体方案的设计2.1 本课题的设计要求1）功能：通过滑块及压头给试件连续加载，检测并读取其抗压和抗折强度数值。2）自动化程度：半自动。3）试件主要规格：390mm190mm190mm（GB 8239-1997）。4）试验方法及精度要求：按GB/T 4111-1997。5）机器结构：二柱、四柱或其它。6）加载测控方式：电液比例加载，数字显示。7）载荷范围及加载速率：按GB/T 4111-1997计算并确定2.2 砌块试验机总体方案的分析本试验机为小型砌块等墙体材料的抗压强度和抗折强度检验设备，主要用于建材、建筑企业及相关质检部门，以解决在万能材料试验机上进行检验的大材小用问题。设计目的是在保证测量精度的前提下,依据试验机内部的特殊构造,采用先进的电液比例控制技术快速测量方法,尽量减小测量过程中使用的时间长，同时注意保证测量效率和操作方便。2.2.1 二柱砌块试验机抗折、抗压功能实现设计方案一般试验机有双柱和四柱式，其简单结构见图2.1、图2.2、。双柱式压机本体重心低，几乎与地面水平接近，因此稳定性好；工作缸在地面以下，地面以上几乎没有什么管道，用油为工作介质不易着火，比较安全；但运动部分质量较大，惯性大。四柱式为传统型机架，广泛应用于各种用途的液压机中，但液压机本体的重心高出地面很多，稳定性较差。液压机本体结构设计应考虑的三项基本原则有： 1）尽可能好的满足工艺要求、便于操作； 2）具有合理的强度与刚度，使用可靠，不易损坏； 3）具有很好的经济性，重量轻，制造维修方便。砌块试验机主机结构如图2.1。 所示,机械结构为二柱，该机有主机、电液比例加载系统和微机测控系统三部分组成。主机采用单空间布局，其框架由底座、立柱（2根）和横梁构成。加载液压缸设置在工作台底部并穿过工作台梁，其活塞杆头部连接燕尾槽的压头体，抗压试验压头和抗折试验压头可从外燕尾槽上安装或更换。图2.1 试验机预选机架1-上横梁；2-立柱；3-工作台；4-工作缸；5-工作压头；6-压板2.2.2 四柱砌块试验机功能原理实现设计方案砌块试验机主机结构如图2.2。 所示,机械结构为四柱，该机有主机、电液比例加载系统和微机测控系统三部分组成。主机采用单空间布局，其框架由底座、立柱（4根）和横梁构成。加载液压缸设置在工作台顶部并穿过工作台，其活塞杆头部连接燕尾槽的压头体，抗压试验压头和抗折试验压头可从外燕尾槽上安装或更换。可拆式工作台便于进行周期计量检定并减小加载缸的空载行程。 图2.2 试验机主机示意图1 工作台；2加载液压缸；3压头体；4立柱；5上压板；6上横梁考虑二种机架的特性及液压机本体结构设计原则，又下传动对立柱刚度要求相对较小，决定采用方案1进行本次砌块试验机的设计。2.3 加载方式及测控方案设计本试压机采用的是电液比例加载系统，电液比例控制技术作为连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁,已经成为现代控制工程的基本技术构成之一, 它与传统的电液伺服技术相比,具有可靠、节能和廉价等明显特点,电液比例控制系统,尽管其结构各异,功能也不尽相同,但都可归纳为由功能相同的基本单元组成的系统。如图2.3，图中的虚线为可能实现的检测与反馈。包含外反馈回路的控制系统才称为闭环控制系统,不包含外反馈的称为开环系统,如果存在比例阀本身的内反馈,也可以构成实际的局部小闭环控制。比较元件检出量图2-3 电液比例控制系统的构成电液比例控制系统具有可靠、易控、节能、廉价、精度高、工作平稳等明显而独特的优点，在本次设计中，抗折原理和抗压原理相同。 试验过程中要求匀速稳定加压，加载压力与控制电流成正比，即p=ik。根据GB/T 4111-1997混凝土小型空心砌块试验方法规定，试件抗压强度R=。故试件承受压力R1=pk1=ik2k1式中 R1试件承载压力； F外载荷； p试验加载压力； k1面积系数，k2电液比例系数； i控制电流。由上述关系式可以看出，在试验加载过程中对于加载载荷的大小最终体现在电液比例系统中电流数值的大小。因此在实现不同流量、压力的控制时可以通过改变电流来实现对阀芯开合大小的控制进而改变工作液的压力、流量等。通过对电液比例阀的电流大小的检测，通过测控显示系统等即可得到试件的抗压、抗折等数据。根据以上信息，绘制测控原理方框图如图2.4。图2.4测控原理方框图2.4 总体布局方案的确定本次课题设计试验机的试验对象为建筑砌块，首先应确认建筑砌块的制造标准及试验检验的条件与要求。依据GB8239-1997普通混凝土砌块标准可查得普通建筑砌块的抗压强度分为五个等级，具体数据如表2-1。依据GB/T 4111-1997混凝土小型空心砌块试验方法可查得：材料试验机示值误差应不大于2%，其量程选择应能使试件的预期破坏载荷（即为最大抗压强度）落在满量程的20%80%；依据我国液压标准（GB/T79381987及GB/T23462003）规定，液压系统常用工作压力为20 MPa、25 MPa及31.5 MPa。要满足建筑砌块的试验要求，依MU20.0强度等级初步选定试验机液压系统工作压力为25Mpa。进行抗压强度试验，GB/T 4111-1997要求试验机应以10kN/s30kN/s的速度加荷，直至试件破坏。在进行抗折强度试验，要求试验机应以250N/s的速度加荷至试件破坏。由于抗折强度比较小，所以计算最大载荷时按照抗压强度选择。表2-1 强度等级 MPa强度等级砌块抗压强度平均值不小于单块最小值不小于MU3.53.52.8MU5.05.04.0MU7.57.56.0MU10.010.08.0MU15.015.012.0MU20.020.016.0依据GB/T 4111-1997中计算抗压强度的公式 (1)式中 P破坏载荷，N； L、B受压面的长度和宽度，mm； R试件的抗压强度，M Pa。根据GB8239-1997，建筑砌块规格为390mm190mm190mm，其受压面积为390mm190mm。计算其破坏载荷即试验机最大载荷为P=RBL=25390190N=1852.5KN200t由公式 F=p A (2)式中 F液压缸作用力 N；P液压油工作压力 M Pa；A液压缸柱塞面积（）mm,D为柱塞直径 mm。导出柱塞直径：故活塞杆直径d=D=225.71mm根据GB/T2348-1993液压缸内径与活塞杆直径系列，初步选定液压缸内径为320mm。由于做抗折强度试验需要在试件上下加钢棒，其直径是35mm40mm,而试件高190mm，以不妨碍装卸试件为原则，初步选定工作台上下空间为500mm。根据初步选择试验机结构方案及计算的基本参数，画试验机总体结构尺寸联系图，如图2.5所示。拟定试验机总体尺寸大小为1800mm1000mm1600mm。图2.5 试验机结构及尺寸1底座； 2液压缸； 3底板； 4立柱； 5压板； 6横梁； 7电气柜3 液压系统功能原理设计3.1 执行元件设计压力的选取液压执行元件设计压力的选取，主要应考虑如下因素；执行元件及其它液压元件、辅助的尺寸、重量、加工工艺性、成本、货源及系统的可靠性和效率等。根据主机的类型来选取执行器的设计压力,该机的主机类型属于液压机范畴，故设计压力在（2032）MPa之间选取。如表3.1。表3.1 各类主机液压执行器常用的设计压力主机类型设计压力/MPa机床精加工机床0.82半精加工机床35龙门刨床28拉床810农业机械、小型工程机械，工程机械辅助机构1016液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械2032地质机械、冶金机械、铁道车辆维护机械、各类液压机具等251003.2 系统基本参数的确定根据上一部分初步计算，初选液压缸设计压力p=25MPa，液压缸内径D=320mm，外加负载FH=200t。进一步反算系统压力p=27.6MPa取快进时速度v=0.04m/s,则液压系统流量q=0.04/4=0.032=193L/min系统流量太大，为减小系统流量，选用复合液压缸作为工作缸。根据GB/T2348-1993液压缸内径与活塞杆直径系列，选取小腔直径D1=120mm，复算系统流量q=0.05/4=0.00045=27 L/min3.3 复合液压缸设计复合缸的承载能力是2000KN,根据设计要求及上述设计计算为了减少流量，选取液压缸内径为320mm，活塞杆的外径为90mm，小腔尺寸为120mm。由于该主机的空行程是310，所以活塞杆长度要大于310。此复合缸采用法兰支撑且法兰处固定，即通过缸的台肩处均匀分布着的8个螺栓将液压缸固定在试验机的下台面上。这个活塞缸有3个油口，各处使用O形圈密封，缸的内部采用组合式活塞，即将活塞头与活塞杆分为两件制造，活塞头由导套、Yx形橡胶密封圈和固定挡圈组成。其中导套与挡圈材料均选用45号碳钢。导套与缸底通孔轴采用H7/h6的间隙配合要求。活塞杆为实心，材料选用45号碳素钢，热处理为调质加高频淬火，淬火后硬度要求为5060HRC。复合缸结构如下图3.1。图3.1 复合液压缸尺寸结构图3.3.1 实际工作压力快进时压力：F1=0.785D2p慢进加压时压力：F2=0.785D12快退时压力：F3 =0.785（D2-d2）p式中： p液体工作压力， 本试验机选用p=25 MPa p背压，p =1MPa根据结构尺寸，得：由于存在延程压力损失和摩擦阻力等，所以这里计算时取快进时压力： F1=280KN慢进加压时压力： F2=2000 KN回程时压力： F3 =5KN3.3.2 复合缸缸体计算（1）缸筒壁厚的计算缸体材料选用35锻钢，许用应力，为材料抗拉强度，n为安全系数，n取3.5。查得35锻钢的抗拉强度Mpa则由公式： 式中缸筒外径公差余量 腐蚀余量取缸筒壁厚为30mm图3.1中：D1油缸内径（mm） D1=320mm； D2油缸外径（mm） D2=380mm； D小腔内径（mm） D=120mm； d 活塞杆直径（mm） d=90mm。（2）缸体强度计算 缸筒壁厚验算缸体材料选用35锻钢，额定工作压力应低于极限值，保证工作安全所以中段强度满足要求。 缸底部厚度计算缸底材料选用ZG270-500，根据手册查得其屈服强度s=270MPa。缸底部为平面，其厚度可以按四周嵌住的圆盘强度公式进行近似计算： 式中 p筒内最大压力，MPa； p=25MPap筒底材料许用应力，MPa；=135MPa计算厚度外直径，；=320mm=0.32m mm，本设计取1=60mm。 缸筒头部法兰厚度计算。不考虑螺孔，则： 式中 F法兰在缸筒最大压力下所承受的轴向压力，N；即F=p2=2000000N。 ra法兰外圈半径，m；ra =225mm=0.225m。 b台肩半长； b=17.5mm=0.0175m。材料选用35锻钢，其许用应力p=108MPa。 因为存在沉孔及螺纹孔，因此本设计中去缸筒头部台肩厚度h=30mm。 缸筒法兰处螺纹连接强度计算。缸筒端盖处采用8个M12的内六角螺钉将其固定于下台面上。螺纹处的拉应力： MPa螺纹处的剪切应力： MPa合成应力： 式中 F缸筒端部承受的最大推力，N；F=P3=5000N。 d0螺纹外径，m；d0=12.16mm=0.01216m。 d1螺纹底径，m；d1=10.05mm=0.01005m。 K拧紧螺纹系数，不变载荷取K=1.252.5，变载荷取2.54；在此核算螺纹连接强度时，不变载荷时均取K=1.5，变载荷取K=2.5。 K1螺纹连接摩擦系数，K1=0.070.2，平均取K1=0.12。 Z 螺栓数量；Z。 MPa。计算得：螺纹处的拉应力： MPa螺纹处的剪切应力： MPa合成应力： 所以其螺纹强度满足要求。 缸筒卡环处强度计算。此液压缸在缸的底部采用了卡环连接，卡环材料为45号钢，MPa，其强度计算如下：卡环的剪应力： MPa卡环侧面挤压应力： MPa卡环尺寸：h卡环截面长度h， h=30mm=0.03m；l卡环截面宽度l， l=15mm=0.015m； h1=h2=0.5h=0.015m式中： p=25MPa； =320mm。所以计算得：卡环的剪应力： =42.7MPa174MPa卡环侧面挤压应力： =136.5其应力值均小于，所以强度满足要求。3.4 液压系统原理图的拟定在拟定液压系统功能原理图的过程中，首先通过分析对比选择出各种合适的液压回路，然后将这些回路组成完整的液压系统。构成液压系统的回路有主回路和辅助回路两大类，每一类中按照具体功能还可进一步详细分类，通常根据系统的技术要求及工况图，参考现有成熟的各种回路及同类主机的先进回路进行选择。选择工作从液压源回路和对主机性能起决定影响的回路开始。在选定了满足系统主要要求的主液压回路之后，再配上过滤、测压之类的辅助回路，即可将它们组合成一个完整的液压系统。此时，应注意下列事项：力求系统简单可靠，除非系统有可靠性要求有冗余元件和回路，应避免和消除多余液压元件和回路；从实际出发，尽量采用具有互换性的标准液压元件；管路尽量要短，使系统发热少、效率高；保证工作循环中的每一动作均安全可靠，且相互间无干扰；防止液压冲击、振动及噪声；组合而成的液压系统应经济合理，避免盲 目追求先进，脱离实际；液压系统原理图应使用标准图形符号绘制。综合以上各方面，绘制了砌块试验机的液压系统的功能原理图，如图3.2所示，电磁铁动作顺序表如表3.2所示。图3.2 液压系统原理图1-油箱；2-高压纸质过滤器；3-液压泵；4 -电动机；5-压力表开关；6-压力表；7-单向阀；8-三位四通电磁换向阀；9-二位三通电磁换向阀；10 -复合液压缸；11-二位四通电磁换向阀；12、13-传感器；14-先导式溢流阀；15-电液比例溢流阀；16-过滤器（1）抗压试验过程按下抗压试验按钮，电磁铁1YA通电，三位四通电磁换向阀8置左位，二位四通电磁换向阀11置左位，二位三通电磁换向阀置9左位，电动机启动，油箱中的液压油经过滤器吸入液压泵，液压泵开始供油，压力油经左位进入复合缸小腔a，活塞杆顶出，缸快速进给；液压缸大腔中液压油，一部分经9左位补充到中腔c中，避免形成真空，另一部分经8和单向阀7回油箱。活塞杆上升到一定程度，碰触行程开关1SQ，信号反馈给计算机，电磁铁3YA通电，阀9切换至右位，泵供给的压力油通过阀8后，同时进入a腔、c腔，液压缸进入加压工段，此时电液比例溢流阀15远程调节，信号发给先导溢流阀14的控制口，从而控制系统加载压力；b腔中液压油经阀8、阀7回油箱1。系统匀速加压，直至试件破坏，压力传感器信号发生突变，电磁铁1YA、3YA断电，2YA通电，阀8切换至右位，阀9切换至左位，压力油经阀8进入b腔，c腔中油液经阀9回到b腔，形成差动连接，系统进入快退阶段，a腔中油液经阀8、阀7排回油箱。液压缸活塞杆接近底部时，行程开关2SQ脱离接触，向计算机发信号，所有电磁铁断电，阀8切换至中位，系统卸荷。至此，一个工作循环结束，等待更换试件，重复下一次试验。（2）抗折试验过程试验开始时，按下抗折试验按钮，电磁铁1YA、4YA通电，抗折用压力传感器接通开始工作，其余过程参见抗压试验过程图3.3 工况循环图表3.2电磁铁动作顺序表3.5 液压元、辅件的选择3.5.1 液压元件的选择 （1） 液压泵的确定液压泵的选择主要依据是其最大工作压力和最大流量，同时还要考虑定量或变量、原动机类型、转速、容积效率、总效率、自吸特性、噪声等因素。 首先，确定液压泵的最高工作压力：由基本参数计算可知泵的最高工作压力出现在加压阶段，p1=27.6MPa。此时缸输入压力较小，且进油路元件较少，故泵至缸间的进油压力损失估取为p=0.4MPa。则液压泵的最高工作压力p为 p= p1p27.60.428MPa其次，确定液压泵的流量：泵的最大供油量q按液压缸输入流量（27L/min）进行估算。根据公式 qK（q）max ，取泄漏系数K=1.1，则 q=1.127=29.7 L/min然后，确定液压泵及其驱动电机的规格：根据以上计算结果查阅手册，选用规格相近的JBP50ANOF型径向柱塞泵，液压泵具体参数见表3 3。表3.3 液压泵的技术参数型号排量压力/MPa转速 r/min驱动功率容积效率额定最高额定最高JBP50ANOF5028150022.990 （2） 液压控制阀的确定各种液压控制阀的规格型号，可以系统的最高压力和通过阀的实际流量为依据并考虑阀的控制特性、稳定性及油口尺寸、外型尺寸、安装连接方式、操作方式等，从产品样本中选取。 液压阀的实际流量、额定压力和额定流量。液压阀的实际流量与油路的串、并联有关：串联油路各处流量相等；同时工作的并联油路的流量等于各条油路流量之和。此外，对于采用单活塞杆液压缸的系统，要注意活塞外伸和内缩时回油流量的不同：内缩时无杆腔回油与外伸时有杆腔回油的流量之比，与两腔面积之比相等。各液压阀的额定压力和额定流量一般应与其使用压力和流量相接近。对于可靠性要求较高的系统，阀的额定压力应高出其使用压力较多。如果额定压力和额定流量小于使用压力和流量，则易引起液压卡紧和液动力，并对阀的工作品质差生不良影响；对于系统中的顺序阀和减压阀，其通过流量不应远小于额定流量，否则易产生振动或其它不稳定现象。对于流量阀，应注意其最小稳定流量。 液压阀的安装连接方式 由于阀的安装连接方式对后续设计的液压装置的结构形式有决定性的影响，所以选择液压阀时应对液压控制装置的集成方式做到心中有数。 流量控制阀的选用 节流阀、调速阀的最小稳定流量应满足执行元件最低工作速度的要求。为了保证调速阀的控制精度、应保证一定压差。对于环境温度变化较大的情况，应选用温度补偿型调速阀。 方向控制阀的选用 对于结构简单的普通单向阀，主要应注意其开启压力的合理选用：较低的开启压力，可以减小液流经过单向阀的阻力损失；但是，对于作背压阀使用的单向阀，其开启压力较高，以保证足够的背压力。对于液控单向阀，除了换向阀中相关的注意事项外，为避免引起系统的异常振动和噪声，还应注意合理选用其泄压方式：当液控单向阀的出口存在背压时，宜选用外泄式，其他情况可选内泄式。对于换向阀，应注意从满足系统对自动化和运行周期的要求出发，从手动、机械、电磁、电液动等形式中合理选用其操纵形式。正确选用滑阀式换向阀的中位机能并把握其过渡状态机能。对于采用液压锁（双液控单向阀）锁紧液压执行元件的系统，应选用“H” 、“Y”形中位机能的滑阀式换向阀，以使换向阀中位时，两个液控单向阀的控制腔均通油箱，保证液控单向阀可靠复位和液压执行元件的良好锁紧状态。所选用的滑阀式换向阀的中位机能在换向过渡位置，不应出现油路完全堵死的情况，否则将导致系统瞬间压力无穷大并引起管道爆破等事故。3.5.2液压辅件的选择 油液过滤器的确定 选择过滤器的主要依据有过滤精度、流通能力、工作压力及允许压降、油液黏度、工作温度等。 油管和管接头的确定 常用的油管有硬管（钢管和铜管）和软管（橡胶管和尼龙管）两类。一般应尽量选用硬管。油管的规格尺寸多由于它连接的液压元件的油口尺寸决定，只有对一些重要油管才计算其内径的壁厚。常用的管接头有焊接式、靠套式、扩口式、法兰式和软管用管接头等。 压力表与压力表开关的确定 液压泵的出口、安装压力控制元件处、与主油路压力不同的支路及控制油路、蓄能器的进油口等处，均应设置测压点，以便用压力表对压力调节或系统工作中的压力数值及其变化情况进行观测。压力表测量范围应大于系统的工作压力的上限，并安装在便于观测之处；系统常用的压力表形式为一般弹簧压力表，对于需用远程传送信号或自动控制的系统，可选用电接点式压力表。压力表开关主要用于压力表和油路间的通、断，通过开关的阻尼作用，减轻压力表在压力脉动下的振动，延长其使用寿命。如果系统中测压点数目较多，可选择使压力表分别和液压系统的多个被测油路通断的多测量点压力表开关，以减少系统中压力表的用数。液压辅助元件及液压阀的具体规格如表3.4所示。表3.4 砌块试验机液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格序号名称通径mm通过流量（L/min）额定流量（L/min）额定压力（MPa）调压范围（MPa）型号规格1油箱非标件2过滤器40WU-401803液压泵32JBP50ANOF4电动机Y225M-65压力表开关631.5AF6E6压力表Y-607单向阀106031.5S10P58三位四通电磁阀1010031.5031.54WE10G209二位三通电磁阀1010031.5031.53WE10B2010复合缸6032非标件11二位四通电磁阀1010031.54WE10C2012压力传感器35MPM388-1813压力传感器10MPM388-1514先导式溢流阀1025031.5DB/10A15电液比例溢流阀10352FRE1016高压纸质过滤器4032ZU-H4010BS3.6 电动机的选择电动机作为所有机械设备的动力元件，其容量从1kw到1万kw，每分转速从三千到几百转，主要形式为同步电动机，异步电动机和直流电动机三种。分别应用于不同的场合，直流电动机调速方便，多用于速度大范围变化的场合。同步电动机转速恒定，功率因数高，主要用于大中型机械设备。异步电动机可分为鼠笼式及线绕式两种。鼠笼式应用最广泛，可适用于所有的机械设备，其特点为造价低、运行可靠、维护简单，线绕式电机调速方便，主要用于吊车、提升装置的拖动。三相感应电动机概述:三相感应电动机又称三相异步电动机，它在工农业生产中应用非常广泛。例如，中小型轧钢设备、矿山机械、机床、起重运输机械、鼓风机、水泵和农副产品加工机械等大部分均采用三相感应电动机来拖动。根据统计，在电网的总动力负载中，感应电动机约占85%。随着电气化、自动化技术的发展，它在工农业生产和人民生活中的重要性也日益显著。社会生产的不断发展，人民生活的不断提高，需要不断地开发新机型。电动机中的小型三相异步电动机，其产量大，用途广，在电网的负荷中，它的用电量约占40%，单就这一点已足以证明小型异步电动机在国民经济中的重要性。由公式 Pp= 取泵的总效率p=0.9，则所需电动机功率为 Pp=KW选用电动机型号：从机械设计手册查得，满足上述要求的电动机的型号为三相异步电动机，其具体型号为： Y225M-6，其转速为980r/min。3.7 液压系统主要性能验算液压系统性能演算的目的在于对液压系统的设计质量做出评定和评价，若发生矛盾，则应对液压系统进行修正或改变液压元件规格。（1）验算系统压力损失按选定的液压元件接口尺寸确定管道尺寸直径d=32mm，进、回油管道长度均取l=2m；取油液运动黏度=110-4m2/s,油液密度=0.9174103m3。已知进、回油管道中通过的最大流量q=66L/min，由此计算雷诺数Re=1992320故可推出：各工况下的进、回油路中液流均为层流。将适用于层流的沿程阻力系数=75/Re和管道中液体流速v=4q/（d2）带入沿程压力损失计算公式 p=0.8358q在管道具体结构尚未确定情况下，管道局部压力损失p=常按以下经验公式计算p=0.1p各工况下的阀类元件局部压力损失按公式pv=pn（q/qn）2计算。根据以上三式计算出各工况下的进回油管道的沿程、局部和阀类元件的压力损失，如表3.5所示表3.5 各工况下进回油管道的沿程、局部和阀类元件的压力损失管道压力损失/Pa工况快进加压快退进油pppvp0.7731050.07731051.4481052.26741050.006851050.000691055105约51050.4521050.04521050.3171050.814105回油pppvp0.3921050.03821050.4061050.7721050.00341050.000341056105约61050.6601050.06851052.381053.096105将回油路上压力损失折算到进油路上，可得总的压力损失。如，经折算加压工况下总的压力损失为p=（510561050.5）=8105 Pa其余工况以此类推。尽管上述结果与估取值不同，但不会使系统工作压力超过其能达到的最高压力。（2）发热升温估算 液压系统的压力，容积和机械损失构成总的能量损失，这些能量损失都将转化为热量，使系统油温升高，产生一系列不良影响。为此，必须对系统进行发热与温升计算，以便对系统温升加以控制。液压系统发热的主要原因，是由于液压泵和执行元件的功率损失以及溢流阀的溢流损失所造成的。因此，系统的总发热量按下列公式计算: = W。式中，为液压泵的输出功率，W; 为执行元件的输出功率,W。 液压系统中产生的热量，由系统中各个散热面散发至空气中，其中油箱是主要散热面。因为管道的散热面相对较小，且与其自身的压力损失产生的热量基本平衡，故一般不计，当只考虑油箱发热时，其热量 式中:为散热系数，W/(), 计算时可选用推荐值: 通风很差时, =8 W/() ; 通风良好时,= 14 20 W/(); 风扇冷却时, = 2025W/(); 用循环水冷却时,=110175W/(); 为油箱散热面积, ; t 为系统温升,即系统达到热平衡时油温与环境温度之差, ,工程机械t 40。 当系统产生热量等于其散发出的热量 时，系统达到热平衡，此时 由于油箱的长、宽、高比例为1：2：2且液面高度是油箱高度的0.8倍时, 式中:为油箱的有效容积, L。4 液压系统结构设计液压系统结构按总体配置不同，可分为分散配置和集中配置，集中配置即为通常所说的液压站。与分散式液压装置相比，液压站具有元件布置整齐，外形美观，便于组装维护，便于采集和检测电液信号以利于自动化，可以隔离液压系统振动、发热等对主机的影响等显著优点。基于以上特点，本次设计选用集中配置即液压站安放液压装置。4.1 液压阀站的设计液压阀站通常有有管集成与无管集成两种集成方式。由于无管集成是将液压控制元件固定在某种专用或通用的辅助连接件上，连接件内开有通油孔道液压元件之间联系通过这些孔道来实现。油路直接做在辅助件或液压阀阀体上，省去大量管件；结构紧凑，组装方便，外形整齐美观；安装位置灵活；油路通道短，压力损失较小，不易泄漏。此种集成方式即可用于各类工业液压设备中，也可用于行走机械及其他设备上，是目前应用最多的集成方式。故本设计选用无管集成中的块式集成安装各液压阀。（1）块式集成的优点可简化设计设计灵活，更改方便易于加工，专业化程度高结构紧凑，装配维护方便系统运行效率高4.1.1 分解液压系统，绘制集成块单元回路图根据执行器动作功能及需要将系统分解成几个单元回路，并绘制集成块单元回路图。如图4.1。将系统分为三个基本回路，中间集成块1是一个泄压回路，在集成块1上安装两个液压阀和一个过滤器；控制整个系统的压力。中间集成块2为方向控制回路，在集成块2上安装4个液压阀和3个管接头孔道，通过改变油液流动方向，控制液压缸工作，来完成测试。顶块是一个测压回路，这个回路安装了压力表及压力表开关，这压力表是单点测压，用来测定系统压力，同时密封中间集成块的公共油路。图4.1 集成块单元回路图4.1.2 集成块的设计（1）公共油孔数目的确定集成块体的公共油道孔，通常为二孔式和三孔式设计方案。二孔式集成块体分别设置压力油孔P和回油孔O各一个，用四个螺栓孔与块组连接螺栓间的环形孔来作为泄漏油通道。其优点有：结构简单，公用通道少，便于布置元件；泄漏油道孔德通流面积大，泄漏油的压力损失小。但也有其不足之处，如：在基块上需将四个螺栓孔相互钻通，所以需堵塞的工艺孔较多，加工麻烦，为防止油液外漏，集成块间相互叠积面的粗糙度要求较高，一般小于Ra0.8m。三孔式集成块体分别设置压力油孔P、回油孔O和泄油孔L共三个公用孔道。其优点在于：结构简单，公用油道孔数较少。缺点有：泄油孔L要与各元件的泄漏油口相通，故其连通孔道一般细而长，加工较困难，且工艺孔较多。考虑到元件选型中只有压力表开关有泄漏油口，故选择三孔式集成块体，结构简单，工艺孔数目较少，便于加工。（2）孔道直径及通油孔间壁厚的确定集成块上的孔道分为三类：第一类是通油孔道，期中包括贯通上下叠积面的共用通道，安装液压阀的三个侧面上直接与阀油口相通孔道，另一侧面安装管接头的孔道，不直接与阀油口相通的中间孔道即工艺孔；第二类是连接孔；第三类是质量在30以上的集成块的起吊螺钉孔。 通油孔道的直径的确定a 与阀油口相通孔道的直径，应与液压阀油口直径相通。b 与管接头相连接的孔道，其直径一般应按通过的流量和允许流速，用式d= 计算确定，但孔口须按管接头螺纹小径钻孔并攻螺纹。c 工艺孔应用螺塞或球胀堵死。d 公用孔道中压力油孔和回油孔的直径可以类比同压力等级的系列集成块中的孔道直径确定。 连接孔直径的确定。a 固定液压阀的定位销孔的直径和螺纹孔（螺孔）的直径，应分别与所选定的液压阀的定位销直径及配合要求与螺钉孔的螺纹直径相同。b 连接集成块组的螺栓规格可类比相同压力等级的系列集成块的连接螺栓确定，也可以确定通过强度计算得到。单个螺栓的螺纹小径d (m)的计算公式为：d式中，P为块体内部最大受压面的推力，N；n为螺栓个数；为单个螺栓的材料许用应力，。螺栓直径确定后，其螺栓孔（光孔）的直径也就随之而定，系列集成块的螺栓直径为M8M12，其相应的连接孔直径为914mm。c 起吊螺钉孔的直径。单个集成块质量在30以上时，应按质量和强度确定起吊螺钉孔的直径。d 油孔间的壁厚及其校核。通油孔间的最小壁厚的推荐值不小于5mm.本设计与阀连接的孔道，根据阀的油口直径，设计为10.5mm。与管接头相连的的孔道根据公式d=计算确定，其中，q为油管中最大流速，v为油管中的允许流速；取值见表4-1。本系统为高压系统，故取v=2.5m/s，则d=23.7mm依管道内径标准值，取d=25mm。表4-1 油管中的允许流速油液流经油管吸油管高压管回油管短管及局部收缩处允许流速/（m/s）0.51.52.551.52.557说明高压管：压力高时取大值，反之取小值；管道长的取小值，反之取大值；油液黏度大时取小值通油孔间的最小壁厚推荐值不小于5mm，以防系统在使用中被击穿。（3）绘制集成块加工图根据液压阀布置及管接头预留孔，绘制集成块加工图，为了便于读图、加工和安装，加工图包括各侧面视图及顶面视图、各层孔道剖面图和该集成块单元回路图，并将各孔编号列表，注明孔径、孔深及与之阻通的孔号。为减少工作量及绘图方便，加工图常常省去各层孔道剖面图，而只用编号列表来说明情况，并用绝对坐标标注各孔的位置尺寸等。集成块材料因液压系统压力高低和主机类型不同而异。通常，对于固定机械，低压系统集成块宜选用HT250或球墨铸铁；高压系统集成块一选用20钢和35钢锻件，此处选用20钢锻件。集成块各部位的粗糙度和公差要求不同，见表4.2。表4.2 集成块各部位的粗糙度和公差要求项目部位数值/m项目部位数值粗糙度各表面和安装嵌入式液压阀的孔0.8公差定位销孔直径H12末端管接头的密封面3.2安装面的表面平面度每100mm距离上0.01mmO形圈沟槽3.2沿X和Y轴计算孔位置尺寸0.1mm备注一般通油孔道12.50.1mm1.块结合面不得有明显划痕； 2.为了美观，机械加工后的铸铁和钢质集成块表面可镀锌0.2mm块间结合面的平行度0.03m四侧面与结合面的垂直度0.1mm不画各层孔道剖面图的顶块、集成块零件图如图4.2、4.3,其余见图纸。图4.2 顶块加工图图4.3 不画各层孔道剖面图的集成块1加工图4.2 液压泵站的设计液压泵站是多种元、附件组合而成的整体，作为液压系统的动力源，它为一个或几个系统存放一定清洁度的工作介质，并输出一定压力、流量的液体动力，兼作整体式液压站安放液压控制装置基座的整体装置。4.2.1 液压泵站的组成液压泵站通常由液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤器组件和蓄能器组件五个相对独立的部分组成。在液压泵站设计和使用中，合理取舍、组合使用这几部分，构成不同要求的泵站。4.2.2 液压泵站的类型液压泵站通常按液压泵组布置可分为上置式液压泵站（立式或卧式）；非上置式液压泵站（旁置式或下置式）；柜式和便携式液压泵站。由于上置式液压动力源占地面积小，结构紧凑，液压泵置于油箱内的离石安装，噪声底且便于收集漏油。在中、小功率液压站中被广泛采用，本次设计则采用上置式立式液压泵站。4.2.3 液压油箱及其附件液压油箱简称油箱，它往往是一个功能组件，在液压系统中的主要功能是存储液压油液、散发油液热量、逸出空气及消除泡沫和安装元件等。（1） 确定油箱容量油箱容量是油箱的基本参数，油箱的总容量包括油液容量和空气容量。油箱容量可用经验法或根据散热加以确定，并符合JB/T7938-1999液压泵站油箱公称容量系列（参见表4.3）的规定。 表4.3 液压泵站油箱公称容量系列