公路加载实验设备辅助液压系统设计

山东交通学院毕业设计公路加载实验设备辅助液压系统设计主要阐述了公路加载实验设备的辅助液压系统，能实现的动作是：支腿的升降，车架的横移，利用绞盘提升机械腿。液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一。本液压系统的设计，除了满足公路加载实验设备在动作和性能方面规定的要求外，还必须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、机构简单、工作可靠、使用和维修方便等一些公认的普通设计原则。液压系统的设计主要是根据已知的条件，来确定液压工作方案、液压流量、压力、液压缸、换向阀和液压泵及其它元件的设计。关键词：公路加载实验设备,辅助液压系统山东交通学院毕业设计AbstractMainlyexpoundstheloadofexperimentalequipmenthighwayauxiliaryhydraulicsystem,canrealizethemovementsare:aleglift,vehicleshifting,winchascendingmechanicallegs.Hydraulictechnologyismechanicalequipmentfastestdevelopingspeedinoneofthetechnology.Thishydraulicsystemdesign,besidescontentedhighwayinactionandloadingexperimentequipmentperformancerequirementsoftheoutside,stillmustcomplywithsmallvolume,lightweight,lowcost,highefficiency,simplestructure,reliableoperation,useandconvenientmaintenanceandsomeotherrecognizedthecommondesignprinciples.Hydraulicsystemisdesignedaccordingtotheknowncondition,todeterminethehydraulicpressureworkingscheme,hydraulicflowrate,pressure,hydrauliccylinder,reversingvalvesandhydraulicpumpandothercomponentsdesign.Keywords:Highwayloadingexperimentequipment,Auxiliaryhydraulicsystemi山东交通学院毕业设计目录前言01绪论2L1研究公路加载实验设备的目的、意义21.2 国内外公路加载实验设备的发展概况31.3 循环式单方向加载的路面加速加载实验设备简介32辅助液压系统原理设计51. 1公路加载实验设备液压系统的基本结构52. 2液压系统设计的内容和步骤63. 3公路加载实验设备辅助液压系统工况分析62. 3.1支腿液压缸工况分析73. 3.2单个液压缸横移工况分析74. 3.3提升机械腿液压缸工况分析82.4拟定液压系统原理图933液压系统的计算和元件选型105. 1确定液压缸主要参数105.1 .1支腿液压缸主要尺寸的确定115.2 .2横移液压缸主要尺寸的确定123.1.3提升机械腿液压缸主要尺寸的确定123.2 计算在各工作阶段液压缸实际所需的流量133.3 液压元件的选择163.3.1确定液压泵规格和驱动电机功率163.3.2与液压泵匹配的电动机选定173.4阀类元件及辅助元件的选择183.5管道尺寸的确定203.6液压缸运动速度的验算244液压站结构设计254.1液压泵的安装方式.(*(*264.2液压油箱有效容积的确定264.3液压油箱的外形尺寸设计274.4液压油箱的结构设计274. 5油箱元件的选取294. 5.1吸油过滤器的选取295. 5.2回油过滤器的选取306. 5.3空气过滤器的选取307. 5.4液位/温度计的选取314. 6电动机与液压泵的联接方式31结论32致谢33参考文献34山东交通学院毕业设计前言作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高、配置灵活方便、调速范围大、工作平稳且快速性好、易于控制并过载保护、易于实现自动化和机电液一体化整合、系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素可。我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。远程液压传动系统的发展：在科学技术迅猛发展的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代化信息技术正对人类的生产生活产生着前所未有的影响。这些信息技术的进步，为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指明了方向，为数字化设计资源与制造资源的远程共享，进一步提高产品开发效率奠定了基础。这一点已经引起了学术界的广泛关注，并且有很多科研学者已经投入到了这方面的研究。目前在液压领域中，特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在着零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题。液压传动的优点：单位功率的重量轻，即在相同功率输出的条件下，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好。可实现较大范围的无级调速。工作平稳、冲击小、能快速的启动、制动和频繁换向。获得很大的力和转矩容易。操作方便，调节简单，易于实现自动化。易于实现过载保护，安全性好。液压元件以实现了标准化、系列化和通用化，便于液压系统的设计、制造和使用。山东交通学院毕业设计1绪论1.1 研究公路加载实验设备的目的、意义为了延长路面的使用周期，降低施工和维护成本，在道路设计施工初期就应充分考虑道路的生命周期、路面长期使用性能及路面材料性质等。传统的实验方法不能真实模拟车辆在道路上的实际运行情况，用野外长期观测试验来评价现有道路尽管有一定的实效性，但因试验路段的数据采集周期太长，断面应力变化数据的准确性、真实性、实用性和实时性差，实验结果应用滞后，难以满足道路建设和交通发展的需要。2辽宁省交通科学研究院从南非购进了当前世界上设计理念最先进加速加载最快的MLS66型可移动直线式路面加速加载试验系统。利用该设备完成长江以北最大桥一一辽河特大桥钢桥面铺装加速加载试验。试验历史三个月采用了热标准轴载和超载50%两种载荷形式，模拟了常温、降雨，高温等试验条件，针对环氧沥青混凝土和浇筑时沥青混凝土两种初拟桥面铺装结构进行了对比试验，为最终确定辽河特大桥桥面铺装形式提供了科学依据。中国公路学会养护与管理分会与山东交通学院于2010年6月23日在山东省济南市联合召开了“路面加速加载试验设备技术咨询会”。会议邀请了国内目前已拥有该类设备的高校、研究所的9名专家参加了本次咨询会。会上，山东交通学院做了路面加速加载设备（ALT）的研制、开发情况报告，与会专家观看了设备的运行试验演示。大家对该设备及其技术进行了认真地讨论，并提出了一些有益的咨询意见。与会专家对该设备给予了高度的评价，由于进口一台同样类型的路面加载实验设备需要2000万人民币，认为该设备是拥有自主知识产权的科研成果，填补了我国路面加速加载试验技术领域的空白，定型生产后将会大力推动我国公路建设的发展。公路加速加载试验系统是目前国际上先进的试验、检测路面材料与结构的专用设备，运用这种设备进行试验是目前国际上先进的路面现场试验手段，采用可控轴载对足尺路面结构快速加载，真实模拟汽车轮胎在路面上的运动状态，在较短时间内加速道路损坏找出路面结构使用性能指标的变化规律，分析道路生命周期的破坏机理，得出对路面结构长期使用性能的评价，从而为道路的设计、施工、养护、验收以及新技术、新材料的应用提供依据。利用公路加速加载试验系统快速模拟车辆在不同道路上的实际运行状况，对研究路面结构的使用性能、路面材料参数及路面结构评价具有重要的意义，对我国路面结构优选产生深远影响1.2 国内外公路加载实验设备的发展概况国内外有许多单位都对路面加速加载实验设备进行了研究和探索，其中一些仅为自行研究和使用，如美国加州大学伯克利分校、普渡大学和中国的长沙理工大学等。而作为商品的设备，世界范围内只有少数国家生产，如南非、美国、澳大利亚。根据产品的结构及工作原理，目前世界上的路面加速加载试验设备可分为如下3类。澳大利亚研制生产的ALF式。机械结构比较复杂，在一个钢轨上加速装置作往复运动。正向运动时加速轮承载，为路面加载。由于运动部分质量较大,为制动和启动需要，钢轨的两端向上翘起。美国联邦公路局、交通部北京试验场采用此种设备。南非研制、美国生产的HVS式。加载运动也是往复运动，但运动轨迹始终是水平的，为了尽量缩短运动周期，运动到端点附近时要采用电气的方式进行制动，这种设备的电控部分比较复杂。南非生产的MLS设备。它既可以模拟HVS,又可以模拟ALF这两大系统单方向的实际交通载荷。4个(或6个)加载轮在一个近乎椭圆的框架上循环运行。由于MLS在单位时间里可以施加更多的轴载，因此它的测试时间比HVS和ALF都短。南非研制生产的MLS属于最新的第4代加速加载试验设备。MLS设备设计理念先进，加载速度明显高于HVS和ALF两种设备，试验周期短，维修养护成本相对较低。ALF(AcceleratedLoadingFacility)是一种可移动式、足尺路面试验系统，可对路面施加可控制的车轮荷载，在足尺试验路或路网实体工程上、模拟实际交通荷载对路面结构的破坏作用。ALF于1984年由澳大利亚新南威尔士州公路局设计制造，交通部公路科学研究所于1990年引进了加速加载系统，并将该设备应用于我国公路路面结构设计与性能研究闺。1.3 循环式单方向加载的路面加速加载实验设备简介为了真实模拟重载车辆在道路上行驶的状况，在综合研究现有路面加速加载实验设备的基础上研制了循环式单方向加载的路面加速加载试验设备。如图1.1所示。图1.1单方向加载的路面加速加载试验设备Fig.1.1Thesingledirectionloadingspeedloadingtestequipment.Road路面加速加载试验设备主体机架由钢结构焊接而成，机械结构合理，刚性,稳定性，可靠性较高。该设备在运行中采用主动轮、从动轮双轮组辗压方式，效率较单轴辗压大大提高，与路面的实际使用状况接近；加载轴荷采用液压加载无级调节方式，使系统的噪声大大降低。由于在实际运行过程中，车轮的轨迹基本成正态分布，为了实验数据的真实可靠，该设备按一定规则横向移动。162辅助液压系统原理设计2.1公路加载实验设备液压系统的基本结构公路加载试验设备液压系统由以下几部分组成：能源装置一一由于系统结构比较简单，且不需要连续工作，因此选择液压齿轮泵。它将电动机所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。执行装置一一四个单作用单活塞液压缸，通过它将液压能转化为机械能,起到提升整个加载设备机架的作用；四个横移油缸，通过它将液压设备专化为机械能推动设备的横移支腿，对设备的位置进行微调，以及两个提升支腿油缸,通过它将液压能转换成机械能，提升两个横移支腿，以便于设备的转场和大幅度的调整位置。控制装置一一溢流阀、节流阀、电磁换向阀等阀类元件。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向。辅助装置一一油箱、管路。工作介质液压油。因2.2液压系统设计的内容和步骤液压系统设计的内容和步骤如图2.1所示:图2.1液压系统设计的内容和步骤Fig.2.1Hydraulicsystemdesignofcontentandsteps2.3公路加载实验设备辅助液压系统工况分析设计公路加载实验设备辅助液压系统，该系统包括4个支腿的升降液压缸,四个液压缸中每两个为一组，一组一组升降，行程700皿，速度约为7mn/s,提升部件重质量为约为36t；4个横移液压缸，每个液压缸可以单个滑动，也可以四个一起滑动，其中选择单个液压缸有杆腔滑动为工作情况最恶劣的情况，支架为滑动摩擦，行程为1000mm,横移支架的总质量约为32t；2个提升机械腿的液压缸，提升总质量约为3t,行程710mm。绞盘拉力约3t53工况分析为确定系统及各执行元件的参数提供依据。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。压力决定也外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。2. 3.1支腿液压缸工况分析工作负载工件所受到的重力即为工作负载：36000晨=x9.8=88200N4(2.(1) 摩擦负载静摩擦阻力：F,=0N动摩擦阻力：F/rf=0N惯性负载由于缸体运动速度很慢，惯性载荷Fa可以忽略不计。液压缸在各工作阶段的负载值其中：%=0.9%一液压缸的机械效率，一般取为尸0.9-0.95。表2.1工作循环各阶段的外负载Tab.2.1Everystageoftheworkcycleexternalload工况负载组成R推力/%上升阶段Fw=Fg=88200N98000N下降阶段Fw=Fg=88200N98000N2.3.2单个液压缸横移工况分析工作负载Fg=0N摩擦负载根据机械设计手册m查的启动时摩擦系数为0.15-0.30,低速时摩擦系数为0.1o.12o启动时静摩擦阻力：?=x9.8x0.3=47040N(2.2)2低速时动摩擦阻力：Ffd=ix9.8xO.l=1568ON(2.3)惯性负载由于缸体运动速度很慢，惯性载荷Fa可以忽略不计。液压缸在各工作阶段的负载值其中：%=0.9/一液压缸的机械效率，一般取%=0.97.95。表2.2工作循环各阶段的外负载Tab.2.2Everystageoftheworkcycleexternalload工况负载组成尸2推力凡/%启动阶段Fw=f/5=47040N52267N横移阶段Fw=%=15680N17423N2.3.3提升机械腿液压缸工况分析工作负载工件所受到的重力即为工作负载：工件所受重力约为3t。F&=2222x9.8=14700N摩擦负载静摩擦阻力：fa=on动摩擦阻力：F=0N惯性负载由于缸体运动速度很慢，惯性载荷Fa可以忽略不计。液压缸在各工作阶段的负载值其中：%=0.9/一一液压缸的机械效率，一般取力=0.9-0.95。表2.3工作循环各阶段的外负载Tab.2.3Everystageoftheworkcycleexternalload工况负载组成F推力Fw/%上升阶段Fw=fv=14700N16333N下降阶段Fw=fv=14700NA16333N2.4拟定液压系统原理液压系统原理图如图2.2所示:图2.2液压系统原理图Fig.2.2Hydraulicsystemdiagram2.5工作原理液压泵启动时,液压泵从吸油漉油器吸油，压力油先流经两位两通电磁阀6,当两位两通电磁换向阀6处于断电状态时，油液通过电磁阀经过回油滤油器流回油箱，这时整个系统不工作，处于卸荷状态；当两位两通电磁换向阀6处于通电状态时，液压泵开始对系统供油。当三位四通（中位机能Y）电磁阀7通电时且被至于左位时无杆腔进油，活塞杆伸出,车架前端被提起来，同时通过分流阀15保证液压缸进油的同步，通过双向液压锁保证液压缸能停在任意位置而不至于窜动。当三位四通（中位机能0电磁阀8通电时横移油缸工作，机架产生横向位移，当三位四通电磁阀打开时泵给液压马达供油，液压马达转动带动绞盘工作。系统的压力可以通过溢流阀5调整。在工程机械和起重运输机械的液压系统中，为使工作机构在任意位置上停止后，避免在外力作用下而窜动，可采用双向液压锁实现此功能要求。3液压系统的计算和元件选型3.1确定液压缸主要参数整个工作系统工作压力凡的确定：工作压力Pi可根据负载大小及机器的类型来初步确定，由机械设计手册查表取初选液压缸的工作压力为lOMPa,采用单杆活塞液压缸。图3.1单活塞杆液压缸计算示意图Fig.3.1Singlepistonrodhydrauliccylindercalculationschemes3.1.1支腿液压缸主要尺寸的确定计算液压缸内径和活塞杆直径4。由表2.1知最大负载6为98000N,由于液压油直接回油箱，根据液压系统设计图集闾查的按该书表2.2-4取p2=0,因此外可以忽略不计，按工作压力选取液压缸活塞杆直径4与缸筒直径口满足去=0.7的关系，/7,=10MPao支腿液压缸缸筒直径。产112(m)=112mm(3.1)根据机械设计手册查表取液压缸缸筒腔直径。尸1251nm由沪0.7可得4=0.7),=0.7X125=87.5mm(3.2)根据机械设计手册查表取液压缸活塞杆直径取4:90mm。因此取支腿液压缸缸筒直径，和活塞杆直径4分别为125mm和90mm。根据该液压缸的安装方式，需要选择中部法兰连接的液压缸。查看机械设计手册选用型号为HSG*F0.7*165822*700的液压缸。HSGF-0.7165822700的含义是：HSG一工程用双作用单活塞杆液压缸；F法兰连接；0.7活塞杆直径4与缸筒直径R的比值；16一压力等级；5安装方式为中部法兰；8整体式活塞杆耳环装关节轴承；2一缸盖带缓冲；2油口连接方式为法兰连接；700一行程为700mm。3.1.2 横移液压缸主要尺寸的确定计算液压缸内径。、和活塞杆直径入。由表2.2知最大负载F,为52267N,一根据液压系统设计图集查的按表2.2-4取P产0可以忽略不计，为了在较恶劣的工作环境下(单个液压缸有杆腔滑动)取得较大的推力，可选取液压缸活塞杆直径内与缸筒直径。2满足今5的关系，尸lOMPa。2横移液压缸=0.082(m)=82imn根据机械设计手册查表取横移液压缸缸筒直径二100mm由幺=0.5可得办=0.5O2=50mm根据机械设计手册查表取横移液压缸。2活塞杆直径为d2=50mm因此取横移液压缸缸筒直径6和活塞杆直径刈分别为100mm和50mm。根据该液压缸的安装方式，需要选择耳环连接的液压缸。查看机械设计手册选用型号为HSGL0.5161821000的液压缸。HSG*L0.5*161821*1000的含义是：HSG一工程用双作用单活塞杆液压缸；L一外螺纹连接；0.5活塞杆直径d2与液压缸缸筒直径山的比值；16一压力等级；1 一安装方式为缸盖耳环带衬套；8整体式活塞杆耳环装关节轴承；2一缸盖带缓冲；1油口连接方式为内螺纹连接；1000一行程为lOOOmmo3.1.3 提升机械腿液压缸主要尺寸的确定计算液压缸内径名和活塞杆直径由表2.3知最大负载&为16333N,根据液压系统设计图集查的按表2.2-4取产金0可以忽略不计，由于提起机械腿是液压缸有杆腔进油工作，为了取得较大的推力，取液压缸活塞杆直径”与缸筒直径。3满足曲=。.5,产lOMPa。03提升机械腿液压缸。产根据机械设计手册查表取提升机械腿液压缸缸筒直径。产63皿由&-=().5可得八二0.5。产0.5X63=31.5mmDy根据机械设计手册查表取提升机械腿液压缸活塞杆直径取出二35mm因此取提升机械腿液压缸缸筒直径和活塞杆直径外分别为63mm和35mm。根据该液压缸的安装方式，需要选择耳环连接的液压缸。查看机械设计手册选用型号为HSGL0.716182710的液压缸。HSGL0.5161821710的含义是：HSG一工程用双作用单活塞杆液压缸；L一外螺纹连接；0.5活塞杆直径/与液压缸缸筒直径久的比值；16一压力等级；1安装方式为缸盖耳环带衬套；8整体式活塞杆耳环装关节轴承；2一缸盖带缓冲；1 一油口连接方式为内螺纹连接；710行程为710mm。3.2计算在各工作阶段液压缸实际所需的流量%升尸M下降)二乂伸出尸缩回)二”提升广匕放下)=7mm/s(3.3)(1)支腿的升降过程际所需的流量八、3.14x0.125x0.125x0.42cOTz.小“、Q；.)=01VM升)/4=5.2L/min(3.4)/一3.14x（0.1252-0.092）八八八,/a下降产（M下降）/4=-x0.42=2.5L/mm支架的横移过程际所需的流量八a,乙3.14x0.1x0,1x0.42自伸出）=ndV（伸出）/4=3.3L/mm缩回）=51（0?）”缩回）/4=-j-一-k42=2.5L/min（3）提升机械腿的过程际所需的流量八1八”人3.14x（0.0632-0.0352）八八自掘开产”（。3一出）匕提升）/4=X0.42=0.9L/min八八2i7/a3.14x0.063x0.063x0.42.ct/.Q（放下产。3M放下）/4=1.3L/mm表3.1单个液压执行元件实际工作压力的确定（在较恶劣工况下）Tab.3.1Singlehydraulicactuatorstodeterminetheactualworkingpressure（Inasevereconditions）工况执行元件载F/N无杆腔面有杆Pa流量L/mi“MPa积m2腔面积m2n支腿上升支液r腿:压卜.980000.01230.005905.28.0支V伸1杆J动:出无琵）横液移压522670.00780.005903.36.7支架伸出（有杆腔滑动）0i.i供液移:压522670.00780.005902.58.9机，腿J7泯波.提升液压缸163330.00320.002201.35.1机械腿提升提升液压163330.00320.002200.97.4实际工作压力匕的计算公式：尸产(F+8A2)/AI(3.5)3.3液压元件的选择3.3.1确定液压泵规格和驱动电机功率确定液压泵的流量，压力和选择泵的规格泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进出油路上阀和管道有一定的压力损失，所以泵的工作压力为：(3.6)式中：Pp液压泵最大工作压力；一执行元件最大工作压力；Z一进油管路中的压力损失。在单个液压缸伸出或缩回(有杆腔工作时的工况最为恶劣)情况下液压缸有最大的工作压力为8.9MPao虽然管路简单，但是来回有将近52米长，压力损失比较大，可取ZAp=LO-1.5Mpao故可取进出油路上阀和管道上压力损失EZkP=L5Mpa物Pp=P+ZM=8.9+1.5=10.4MP上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过度阶段出现的动态压力往往超出静态压力，另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的压力值Pa应为Pa1.25Pb-l.6Pb因此Pa=l.25Pp=l.25x10.4=13MPa泵的流量确定max液压泵的最大流量应为QpKL(LQ)山东交通学院毕业设计(3.7)式中Qp一液压泵的最大流量勺-系统泄漏系数，一般取勺=1.11.3,现取勺=1.2（2）鹏-同时动作的各执行所需流量之和的最大值由表3.1可知液压缸的流量最大的情况发生在支腿上升的过程中，为5.2L/min故Qp=KL（EQ）max=l.2x5.2=6.24L/min2个支腿升降液压缸总流量。意=2XQp=12.48L/min取泵的容积效率为人=0.94(3. 8)-=13.28L/min%0.94选择液压泵的规格齿轮泵具有结构简单，工作可靠，自吸能力强，对油液的污染不敏感，齿轮泵是对称的旋转体，齿轮泵允许的转速较高，最高转速可达3000r/min.根据以上算得的Pa和。泉在查阅机械设计手册后选择G5-10的齿轮泵,现选用G5-10-A15F-20-L的齿轮泵。排量10.0ml/r,额定压力25Mpa,最高转速4000r/min最低转速900r/min,重量2.2kg。G5-10-A15F-20-L的含义是：G-齿轮泵；5-结构代号；A-菱形法兰，止口直径82.55,符合SAE标准；15-SAE渐开线花键轴伸DP16/329齿；F-法兰连接；20-涉及编号；L-旋向（从轴端方向看），左旋（逆时针）。3. 3.2与液压泵匹配的电动机选定表3.2计算各个工作阶段功率，取泵的总效率Tabe3.2Calculationofallstagespower,Take山东交通学院毕业设计pumptotalefficiency=o.s工况总流量L/min压力MPa功率kw支腿上升12.4883.1支架伸出（无杆腔滑动）3.966.70.9支架伸出（有杆腔滑动）3.08.90.9机械腿放下3.125.10.5由上表得知，本液压系统最大功率出现在支腿上升阶段，此时最大功率为3.IKWoY3系列的三相异步电机采用优质的冷轧硅钢片作为导磁材料，具有设计新颖、造型美观、噪声低、转矩高、启动性能好、结构紧凑、使用维护方便的特点。其效率完全符合中小型三相异步电动机能效限定值及节能节级的规定,采用F级绝缘，且全系列升温按B级考虑，从而大大提高了安全可靠性。安装尺寸符合IEC标准规定。Y3系列的三相异步电机可广泛运用于机床、风机、水泵、压缩机和交通运输、农业食品加工等行业中的各类机械传动设备。根据机械设计手册查的选Y3112M4,额定功率4KW,电压380V,转速1430r/min,电流8.7A,效率0.84,功率因数0.82,转动惯量0.0095Kg*m23. 4阀类元件及辅助元件的选择对液压阀的基本要求动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。阀类元件及辅助元件型号和规格的确定主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格：&,=2XQp=12.48L/minPa=l.25Pp=1.25x10.4=13MPa溢流阀选取溢流阀的型号为DBDS10K10/20含义及参数：DBD-直动式溢流阀调压范围031.5MPa；S-调节方式为带保护罩的调节螺栓;10通径为10mm；K插入式阀；额定流量330L/min；10一系列树；20一压力等级；生产厂家力士乐系列、上海立新液压件厂。两位两通电磁换向阀选取两位两通电磁换向阀的型号为3WE6N含义及参数：3一两位两通调压范围031.5MPa；WE电磁换向阀6通径为6mm；N一带故障检查按钮；额定流量60L/min；质量：1.6kg；介质温度；-3080度。生产厂家力士乐系列、榆次油研液压件公司。三位四通电磁换向阀（中位机能Y）选取三位四通电磁换向阀的型号为3WE6YN含义及参数：3三位四通调压范围031.5MPa；WE电磁换向阀6通径为6nnn；YY型中位机能；N一带故障检查按钮；额定流量60L/min；质量：1.6kg；介质温度；-3080度。生产厂家力士乐系列、榆次油研液压件公司。三位四通电磁换向阀（中位机能0）选取三位四通电磁换向阀的型号为3WE60N含义及参数：3三位四通调压范围031.5MPa；WE电磁换向阀6通径为6mm；D型中位机能N一带故障检查按钮；额定流量60L/min；质量：1.6kg；介质温度；-3080度。生产厂家力士乐系列、榆次油研液压件公司。单向节流阀选取单向节流阀的型号为MK8G1.2含义及参数：MK-单向节流阀调压范围031.5MP”；8通径为8mm；额定流量30L/min；介质温度；-2070度。生产厂家力士乐系列、榆次油研液压件公司。分流阀选取分流阀的型号为3FLL30H含义及参数：3三通；FL一分流阀；L一螺纹连接；30额定流量30L/min；H额定压力21MPa,生产厂家上海液压件二厂。3.5管道尺寸的确定油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，Pa=13MPa,钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管上。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。管接头的选用：管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件,它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有：焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定较接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹(ZM)和普通细牙螺纹(M)o锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或0形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。液压管道在液压系统中的作用，是连接泵、阀、缸、等元件，构成液压油传输回路，实现液压能的传递。液压能是以压力和流量的形式传递的，因此液压管道先应具备承受压力的能力，即必须选用适当的材料和壁厚；同时还应保证适当的流速，即合理的通径。表3.3钢管的通径、外径、壁厚、连接螺纹、和推荐流量见表Tab.33Steelpipesizes,diameterandwallthickness,connectingthread,andrecommend公钢管接工称压力 Pn /MPa管道通过推荐流量flowseetable称管头安通外装螺径DN/mm径/mm栓/mm2.58162531.5ml/sml/s管道壁厚/mm610M10x11111.61.61056.3814M14x1.5111.6224172510,1218M18x1.511.622.5366840管道内径计算：d=(3.9)式中Q通过管道内的流量力V一管内允许流速也见表：此次设计中管道内的流量为。=0.000276%表3.4液压系统各管道流速推荐值Tab.3.4Hydraulicsystemrecommendedvalueeachpipevelocity油液流经的管道推荐流速m/s液压泵吸油管0.6-1.3液压系统压油管道27,压力高，管道短粘度小取大值液压系统回油管道1.54.5(4x0.000276V x2.5液压泵压油管道的内径：取v=2.5m/s35根据机械设计手册P20-641查得：取d=12mm,钢管的外径D=18mm;管接头连接螺纹为M18xl.5。液压泵回油管道的内径：取v=L5m/s4 x 0.000276 zrxl.5根据机械设计手册P23-583：取d=15mm,钢管的外径D=22mm;管接头连接螺纹为M22X1.5。液压泵吸油管道的内径：取v=0.6m/sd =4x0.000276/rxO.6m = 18,75?根据机械设计手册P20-641查得：取d=20mm,钢管的外径D=28mm;管接头连接螺纹为M27xl.5。管道壁厚5的计算(3.10)式中：P管道内最高工作压力Pad一管道内径m。一管道材料的许用应力Pa,=n与一管道材料的抗拉强度Pan安全系数，对钢管来说，v7MPa时，取n=8；175MPu时，取n=4此次设计的p=13MPa故n=6由此可得材料的抗拉强度6 = 355MPap = 16Mpa根据上述的参数可以得到：我们选钢管的材料为15#钢,r1355MPa八cr=59A7MPa液压泵压油管道的壁厚16x12mm=mm=1.62x59.167液压泵回油油管道的壁厚16x152t - 2x59.167mm = 2.1mm液压泵吸油管道的壁厚Pd16x202t - 2x59.167mm = 2.5/77/?所以所选管道适用。3.6液压缸运动速度的验算根据上面可知液压泵的主要参数为：排量10.0ml/r,额定压力25Mpa,最高转速4000r/mint最低转速900r/mino电极的主要参数为：额定功率4KW,电压380V,转速1430r/min,电流8.7A,效率0.84,功率因数0.82,转动惯量0.0095Kg?2=1430r/minX10.0ml/r=14.3L/min由于泵的容积效率为么=0.94。指排=14.3L/minX小=13.442L/min液压泵的工作流量确定,液压泵的最大流量应为0NKL(EQ)max式中Qp一液压泵的最大流量勺-系统泄漏系数，一般取K,=1.11.3,现取。=L2（）皿一同时动作的各执行所需流量之和的最大值013.442Qp%=n=ll.2L/minKi单个液压缸的排量为。广与=5.6L/ndn由于液压缸运动速度的计算公式为：V,因此只要使液压缸的面积S为最大就可算出液压缸的最小移动速度。由表5.1可知升降液压缸无杆腔的面值是最大的，为0.0123m2。将数据代入公式可得：V=455.3mm/min=7.59mm/sS0.0123系统要求液压缸的运动速度为7mm/s7.59mm/s7mm/s满足系统要求。由此可得上述的液压泵及电机符合液压系统设计的要求。4液压站结构设计液压站是由液压油箱，液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器，滤油器，液面指示器和清洗孔等。液压站装置包括不同类型的液压泵，驱动电机及其它们之间的联轴器等，液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其联接体。液压站的结构型式机床液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。集中式这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立于机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的振动、发热都与机床隔开；缺点是液压站增加了占地面积。分散式这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各处。例如，利用机床或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操作的地方。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油回收，节省占地面积，但安装维修方便。同时供油装置的振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故较少采用，一般非标设备不推荐使用。本次设计采用集中式。国4.1液压泵的安装方式液压站装置包括不同类型的液压泵、驱动电动机及其联轴器等。其安装方式为立式和卧式两种。立式安装将液压泵和与之相联接的油管放在液压油箱内，这种结构型式紧凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省占地面积。但安装维修不方便，散热条件不好。卧式安装液压泵及管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便，散热条件好，但有时电动机与液压泵的同轴度不易保证。考虑到维修，散热等方面的要求。本设计中采用卧式联接。4.2液压油箱有效容积的确定根据液压系统设计图集可知液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量v可概略地确定为:展力后(4.1)表4.1系统类型Tab.4.1Systemtype系统类型低压系统中压系统中高压或大(/?2.5MPa)(/?63MP。)a2457612根据实际设计需要,选择的Pa=13MPa,所以此系统属于中高压系统(p6.3MP)，所以取：V=(612)gy(4.2)式中V一液压油箱有效容量；。出一液压泵额定流量。参照机械设计手册成大先P20-767可知油箱容积通常取为每分钟流量的6-12倍。即：(=6X14.36L/min12X14.36L/min=87.66L/min175.26L/min取V=130L/min应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应超过液压油箱高度的80%o所以，实际油箱的体积为：丫=二=辛=162.5L/min0.80.8(4.3)4.3液压油箱的外形尺寸设计液压油箱的有效面积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，为了提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量予以增大，本设计中的油箱根据液压泵与电动机的联接方式的需要以及安装其它液压元件需要，选择长为0.71叫宽为0.43m,高为0.54m。并选择开式油箱中的分离式油箱设计。其优点是维修调试方便，减少了液压油的温升和液压泵的振动对机械工作性能的影响；其缺点是占地面积较大。4.4液压油箱的结构设计一般的开式油箱是用钢板焊接而成的，大型的油箱则是用型钢作为骨架的,再在外表焊接钢板。油箱的形状一般是正方形或长方形。设计油箱时应考虑的几点要求：壁板：壁板厚度一般是34mm；容量大的油箱一般取46mm。本设计中取油箱的壁厚为5m0。底板与底脚：底板应比侧板稍厚一些。油箱的底部应装设底脚，底脚高度一般为50lOOnnn,以利于通风散热及排出箱内油液。顶板：顶板一般取得厚一些，为48mm,因为本设计把泵、阀和电动机安装在油箱顶部上时，顶板厚度选最大值5mm。顶板上的元件和部件的安装面应该经过机械加工，以保证安装精度，同时为了减少机加工工作量，安装面应该用形状和尺寸适当的厚钢板焊接。隔板：油箱内一般设有隔板，隔板的作用是使回油区与泵的吸油区隔开,增大油液循环的路径，降低油液的循环速度，有利于降温散热、气泡析出和杂质沉淀。隔板的安装型式有多种，隔板一般沿油箱的纵向布置，其高度一般为最低液面高度的2/33/4。有时隔板可以设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过；在中部开有较大的窗口并配上适当面积的滤网，对油液进行粗滤。侧板：侧板厚度一般为3-6mm,侧板四周顶部应该加工成高出油箱顶板46皿，为了使液压元件的在工作等的情况下泄漏出来的油不至于洒落在地面上或操作者的身上，同时可以防止液压油箱的顶板在潮湿的气候中腐蚀。回油管及吸油管为了防止出现吸空和回油冲击油面形成泡沫，油泵的吸油管和回油管应布置在油箱最低液面70120皿以下，管口与箱底距离不应小于2倍的管径，防止吸入沉淀物。回油管的出口绝对不允许放在液面以上。回油集管的考虑：单独设置回油管当然是理想的，但不得已时则应使用回油集管。对溢流阀、顺序阀等，应注意合理设计回油集管，不要人为地施以背压。吸油管：吸油管前一般应该设置滤油器。滤油器要有足够大的容量，避免阻力太大。吸油管应插入液压油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。泄油油管的配置：管子直径和长度要适当，管口应该在液面之上，以避免产生背压。泄漏油管以单独配管为最好，尽量避免与回油管集流配管的方法。滤油器：滤油器的作用及过滤精度液压系统中的液压油经常混有杂质，如空气中的尘埃、氧化皮、铁屑、金属粉末。密封材料碎片、油漆皮和纱纤维。这些杂质是造成液压元件故障的额重要原因，它们会造成油泵、油马达及阀类元件内运动件和密封件的磨损和划伤，阀芯卡死，小孔堵塞等故障，影响液压系统的可靠性和使用寿命。近年来对液压油的污染控制已经开始引起人们的极大重视。为了便于随时检查和观察箱内液体液位的情况，应该在油箱壁板的侧面安装液面指示器，指示最高、最低油位。液面指示器一般选用带有温度计的液面指示器。油箱顶板需要装设空气滤清器，对进入油箱的空气进行过滤，防止大气中的杂质污染液压油。空气滤清器的过滤能力一般为油泵流量的两倍，其过滤精度应与液压系统中最细的滤油器的精度相同。油箱内部应刷耐油油漆，以防止锈蚀。4.5油箱元件的选取4.5.1吸油过滤器的选取选取吸油过滤器的流量至少是泵流量的两倍的原则，选取吸油过滤器的流量为泵流量的2.5倍。故有：滋器=。泉x2.5=14.3x2.5=35.75L/min查机械设计手册表22.822得，选取TF型箱外吸油过滤器，型号为:TF-40XL-Yo表42参数Tab.4.2parameters型号通径mm公称流量L/min过滤精度jLimTF-40XF-Y2040100TF-40XF-Y含义是：TF一箱上吸油过淀器;F法兰连接；YDC24V发信器。4.5.2回油过滤器的选取选取回油过滤器的流量至少是泵流量的两倍的原则，选取回油过滤器的流量为泵流量的2.5倍。故有：。过.零=。泉x2.5=14.3x2.5=35.75L/min(4.4)查机械设计手册表22.830得，选取RFA型微型回油过滤器，型号为:RFA-40XF-Yo表4.3参数Tab.4.3Parameters型号通径mm公称流量L!min过滤精度RFA-42040300XF-YRFA-40XF-YRFA一微型直过滤器；连接；含义是：回式回油F法兰Y一带CYB-I型发信号器。4.5.3空气过滤器的选取按照空气过漉器的流量至少为液压泵额定流量2倍的原则，即:沙器=2xQ4,=2xl4.3L/niin=28.6L/niin选用PFB型增压空气过漉器，型号为：PFB-70-45F。参照机械设计手册表22.8-89得，将其主要参数列于下表:表4.4参数Tab.4.4Parameters型号阀阀开启压力/MPa空气流L/min连接方式空气进滤精度mm重量/kgPFB-70-45F0.070450法兰100.27PFB-70-45F的含义为：PFB一增压空气过滤器；F法兰连接。4.5.4液位/温度计的选取选取YWZ系列液位液温计,参照机械设计手册表22.8-92选用YWZ-200T-2型。YWZ-200T-2的含义为：YWZ一液位液温计；200螺钉中心距；T一带温度计；2铝罩壳。4.6电动机与液压泵的联接方式电动机与液压泵的联接方式分为法兰式、支架式和支架法兰式。法兰式液压泵安装在法兰上，法兰再与带法兰盘的电动机联接，电动机与液压泵依靠法兰盘上的止口来保证同轴度。这种结构装拆很方便。支架式液压泵直接装在支架的止口里，然后依靠支架的底面与底板相连，再与带底座的电动机相联。这种结构对于保证同轴度比较困难（电动机与液压泵的同轴度40.05）。为了防止安装误差产生的振动，常用带有弹性的联轴器。法兰支架式电动机与液压泵先以法兰联接，法兰再与支架联接，最后支架再装在底板上。它的优点是大底板不用加工，安装方便，电动机与液压泵的同轴度靠法兰盘上的止口来保证。网本设计采用法兰支架式联接。同时考虑本设计中的电动机与液压泵的联接在安装时产生同轴度误差带来的不良影响，常用带有弹性的联轴器。为了增加电动机与液压泵的联接刚性，避免产生共振，本设计把液压泵和电动机先装在刚性较好的底板上使其成为一体，然后底板加垫再装到液压油箱盖上。结论根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。液压传动的应用性是