毕业设计（论文）-车体翻转机液压系统设计

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）车体翻转机液压系统设计摘要轨道交通车辆制造中，由其是铁路货车车辆制造生产线原有工装系统存在诸多缺憾和不足，导致车辆检修数量和检修难度在逐年增大。车体翻转机的合理设计使车体在检修方面的仰焊、立焊等变为平焊，使垂直工作面变为水平工作面。车体翻转机具有入位、卡紧、翻转等主要功能，能使车体卡紧后升降，并根据需要在+90180内翻转任意角度。本课题的设计题目是车体翻转机液压系统设计，文中详细论述了车体翻转机液压系统总体方案的设计，详细介绍了液压系统集成块的设计，并对液压泵站进行了合理的设计和布局。车体翻转机液压传动系统包括液压提升系统和液压翻转系统，它的应用解决了车辆检修中存在的各种问题，提高了检修效率。带来了巨大的社会效益和经济效益。关键词：车体翻转机；液压系统；集成块；效益Design of Body Flip Hydraulic SystemAbstract Rail vehicle manufacturers ,in particular the railway trucks at the original tooling manufacturing production line there are many shortcomings and deficiencies in the system ,resulting in the number of vehicle repair and maintenance difficulty increasing year by year .The rational design of turnover of the body so that the bodys Yang in the repair welding ,welding and other welding into a flat ,horizontal to vertical face into a face .Turning machine into place with the body ,clamping ,turning and other major features ,make the body after clamping down ,and as needed in the +90180at any angle within the turn. The subject is the Design of Body Flip Hydraulic System ,the paper discusses in detail the overall hydraulic system of the body turning in the design ,detailed design of the hydraulic system manifold block ,and pump station design and reasonable layout .Body turn improve the hydraulic drive system including the hydraulic system and hydraulic system and hydraulic flip system ,and its application to solve the existing vehicle maintenance problems and improve maintenance efficiency .Get tremendous social and economic benefits.Key word: Body turning machine; Hydraulic system; Manifold block; Benefits目 录引言1第一章 车体翻转机设备简介 21.1 文献综述21.1.1 主要结构及工作原理21.1.2 泵站及附属设备21.2 液压技术的发展31.2.1 液压传动的发展概况31.2.2 液压传动的优缺点4第二章 液压系统的设计 62.1 设计任务62.1.1 设计要求62.1.2 主要参数62.2 液压系统的设计与液压原理图的拟定72.2.1 总体方案设计72.2.2 液压基本回路确定92.2.3 液压原理图拟定 12第三章 液压元件的选择133.1 液压缸的计算与选型133.1.1 升降液压缸的计算与选型143.1.2 翻转液压缸的计算与选型203.2 液压缸的计算与选型213.2.1 升降系统中液压泵的计算与选型213.2.2 翻转系统中液压泵的计算与选型223.2.3 电动机的选定233.3 液压控制元件人选择24第四章 液压辅助元件及泵站的设计264.1 液压管件的设计计算264.1.1 管路计算264.1.2 管接头的选择274.2 油箱的设计与选型274.2.1 油箱容积的计算与选型284.2.2 液压系统性能计算294.3 液压辅助件的选择294.4 液压泵站的设计30第五章 液压集成块的设计 325.1 集成块设计原则325.2 集成块的设计步骤325.2.1 绘制集成块单元回路图325.2.2 布置集成块及液压元件位置335.3 集成阀块的设计345.3.1 阀体材料的选择345.3.2 阀块尺寸的确定345.3.3 阀块内油道孔的设计355.3.4 确定集成块形位公差和表面粗糙度375.3.5 绘制集成块加工图37第六章 车体翻转机敌人安装、使用与维护 386.1 车体翻转机的安装386.2 使用注意事项386.3 液压系统的安装与调试386.3.1 安装前的准备工作386.3.2 安装过程的实施396.3.3 系统调试396.4 液压系统维护396.4.1 日常性维护工作406.4.2 加强定期维护和检查41第七章 经济效益与社会效益分析 42结束语44参考文献45引言铁路是国家的重要基础设施、国家经济的大动脉，承担着繁重的客货运输任务，尤其在煤炭、原油、钢铁等国计民生的大众物资运输方面的作用是无可替代的。今年来，随着国民经济的持续快速增长，煤电油运瓶颈制约问题十分突出。为尽快缓解铁路运输的瓶颈制约，更好地适应国民经济快速发展需要，铁路部门坚持以科学发展观为指导，快速扩充运输能力，快速提升技术装备水平，努力实现铁路的又好又快发展。发展铁路重载运输，就是在这一大背景实施的。轨道交通车辆制造中，货车制造（如各种敞车车型）生产线柔性工艺装备系统的研发与应用，是制造厂家多年的目标和愿望。我国轨道交通车辆制造业，尤其是铁路货车车辆，如各种敞车车体制造生产线原有工装系统存在诸多缺憾和不足，特别是生产过程中精、快、省、宜方面的柔性化、智能化需求，以及对资源投入的高效、持久应用等方面，与国际先进生产水平有一定差距。因此目前亟待解决的问题是设计合理的工艺设备，以达到车体的检修能力，提高效率节约成本。第一章 车体翻转机设备简介1.1 文献综述1.1.1 主要结构及工作原理 本设备由2个机架、2套升降装置、2套翻转装置（由2个UB翻转油缸组成）、横梁装置、定位锁车装置、液压系统等6个部分组成。机座在设备两端，主要用来承受车体翻转过程中产生的侧向力，并为升降装置提供导向。机座内有4根角钢1602组成的导框，机座上装有2个升降油缸，通过横梁吊起机座内的升降台，使升降台在导轨内升降，升降台上装有翻转机构，翻转机械由翻转油缸、轴承座、翻转轴等组成。翻转装置用来翻转车体及附属部件，共2套，分别设置在2个升降架内的枕梁上。它是由液压油缸、齿条、齿轮和转臂组成。两个单作用油缸用法兰与轴承座连接，齿轮轴与转臂用法兰连接，工作是，油缸活塞推动齿条，带动齿轮轴，在+90180范围内回转。平衡梁是箱形焊接结构，设置在左右两个转臂之间，与转臂用螺栓连接。其主要功能是：（1）平衡作用：使车体和回转部件的重心与回转轴线尽量重合，以减小由于偏载而产生的扭矩。（2）刚性梁作用：在左右两个回转装置之间建立起刚性的运动联系，实现左右回转装置的同步回转。（3）支撑作用：支撑夹具、定位装置和车体。车体的起升和翻转及夹紧由液压系统提供动力来控制完成的，因此该设备的工作性能，在很大程度上取决于液压系统的先进性和液压元件的可靠性。传动部分采用机械设备进行车体翻转，不再长时间占用吊车，吊车可以为其它工种服务，提高工作效率，同时，使车体自由翻转，便于各个部位的焊接和铆接，便利、快捷、平稳。起升装置带动翻转梁，梁上卡住车体，达到一定高度后翻转，根据实际车体尺寸，在翻转梁上设置2套卡具，车体由4个卡爪承担。卡具可以在梁上自由移动，可适应不同车型车体卡紧。起升缸在机架内悬挂，不固定，这样可使油缸有一定的摆动量，适应车体翻转各部件变形的需要。1.1.2 泵站及附属设备 由于液压泵站独立于主机之外布置，主机结构不受传动部分空间尺寸影响，只需考虑工作的需要、布置工作中所需的零部件的外形尺寸和放置位置即可。由于车体重量较大，采用液压传动方式，结构紧凑，起重量大，噪音小。设备的升降、翻转和夹紧三种控制回路设计在一个液压系统中。（1）、动力源部分： 由电机、油泵组成，安装在油箱上面。通过油路向系统供油，油泵为右旋，系统的回油口装有高精度滤油器，对油液进行过滤。（2）、油箱部分： 油箱采用封闭式结构，对外利用油箱盖板上面安装的空气滤清器进行“呼吸”。侧面装有液位计，用来显示油温和液位。（3）、控制与执行部分： 溢流阀、压力表用于对系统的压力进行控制和检测。动作控制有2套电磁换向阀组，分别用于执行所控制的各种换向阀以控制升降缸和翻转缸。1.2 液压技术的发展我国液压工业经过40余年的发展，已经形成了门类齐全、有一定技术水平并初具规模的生产科研体系。我国现有主要生产企业近300家，液压产品的年产量为450万件，为机床、工程机械、冶金机械、矿山机械、农用机械、汽车、铁路、船舶、电子、石油化工、国防、纺织、轻工业等行业机械设备提供种类齐全的产品。目前液压元件约有1000个品种，近万个规格。1.2.1 液压传动的发展概况 行走驱动系统是工程机械的重要组成部分。与工作系统相比，行走驱动不仅需要传输更大的功率，要求器件具有更高的效率和更长的寿命，还希望在变速调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的能力。于是，采用何种传动方式，如何更好地满足各种工程机械行走驱动的需要，一直是工程机械行走行业面对的课题。由其是近年来，随着我国交通、能源等基础设施建设进程的快速发展，建筑施工和资源开发规模不断扩大，工程机械在市场需求大大增强的同时，更面临着作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂等所带来的挑战，也进一步推动着对其行走驱动系统的深入研究。 工程机械行走系统最初主要采用机械传动和液力机械传动（全液压挖掘机除外）方式。现在，液压和电力传动方式也出现在工程机械行走驱动装置中，充分表明了科学技术发展对这一领域的巨大推动作用。 液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国际工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95的工程机械、90的数控加工中心、95以上人自动线都采用了液压传动技术。因此采用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。 近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，取得良好成效，涌现出一批各具特色的高新技术产品。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高集成化、微型化、智能化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、基数按机仿真和优化计算机控制等开发性研究方面，更日益显示出显著的成绩。1.2.2 液压传动的优缺点与其它传动方式相比，液压传动具有以下优缺点。 (1)、液压传动的优点 、可以输出大的推力或转矩，可实现低速大吨位运动，这是其它传动方式所不能比的突出优点。 、能很方便地实现无极调速，调速范围大，且可在系统运行过程中调速。 、在相同功率条件下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑，液压元件之间可采用管道连接、或采用集成式连接，其布局、安装有很大的灵活性，可以构成用其它传动方式难以组成的复杂系统。 、能使执行元件的运动十分均匀稳定，可使运动部件换向时无换向冲击，而且由于其反应速度快，故可实现频繁换向。 、操作简单，调整控制方便，易于实现自动化，特别是和机、电联合使用时，能方便地实现复杂的自动工作循环。 、液压系统便于实现过载保护，使用安全、可靠，由于各液压元件的运动均在油液中工作，能自行润滑，故元件的使用寿命长。 、液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造、维修和推广使用。 （2）、液压传动的缺点 、油的泄漏和液体的可压缩性会影响执行元件运动的准确性，故无法保证严格的传动比。 、对油温的变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度条件下工作。 、能量损失（泄漏损失、溢流损失、节流损失、摩擦损失等）较大，传动效率较低，也不适宜作远距离传动。 、系统出现故障时，不易查找原因。综上所述，液压传动的优点是主要的、突出的，它的缺点随着科学技术的发展会逐步克服的，液压传动技术的发展前景是非常广阔的。第二章 液压系统的设计液压系统是液压机械的一个组成部分，液压系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便您的液压传动系统。本设计来源于实际工程项目，属于工程设计型问题。液压系统的设计在主机设计中起着决定性作用，它的可靠性直接关系到主机的安全性。本课题主要设计液压提升系统和翻转系统。2.1 设计任务 完成液压设计要求及有关设计参数的确定，液压系统的设计与液压原理图的拟定，液压缸的设计与选型，液压泵的设计与选型，液压控制元件及泵站的设计选型等。2.1.1 设计要求 本次设计的车体翻转机主要应用于铁路运输中的各种轨道车辆的维修中，需要将车体上机入位，然后卡紧将车体升起，达到所需要高度后在将其推出转向架由卡爪卡紧实现翻转。由于车体的重量一般都比较大，维修过程中必须注意安全问题，防止提升后突然下降现象。2.1.2 主要参数最大翻转车体长度 14000mm最大翻转扭矩 59000Nm升降行程 1800mm提升力 45吨翻转角度 +90-180翻转时间 140sec/180提升速度 770mm/min总功率 9.7kw起升系统 7.5kw旋转系统 2.2kw工作压力 起升系统压力 6Mpa 旋转系统压力 10Mpa流量 起升系统 210L/min 旋转系统 9L/min外形尺寸 16640180029202.2 液压系统的设计与液压原理图的拟定 根据主机的工作环境、运转过程、以及应用条件，该液压系统用于车辆工程的移动设备上，且一般在户外工作，工作温度比较稳定，噪音、灰尘大。因此，对系统精度要求不是很高。但是其工作性质决定该液压系统必须严格保证车体达到翻转位置后能在固定位置卡死不动，以防在受力情况下发生移动而带来不必要的损伤。综合以上各种要求，设计该液压系统如下： 车体入位后，由升降油缸控制完成车体的提升，为确定车体平稳升降采用2组同步液压缸。此动作需要考虑各个油缸的同步性使车体保持相同的速度或位移动作。当车体起升达到所需高度以后要进行翻转动作，可以由一组翻转油缸或者液压马达实现。在上述两个主要动作中需要考虑的是如何实现液压缸同步升降、锁死和翻转。2.2.1 总体方案设计 升降系统的执行元件是两组单作用活塞缸，为使单侧同步和双侧同步性能好，提升机构采用单机双泵和分流集流阀控制的同步回路，控制部分由三位四通换向阀、分流集流阀和平衡阀组成使系统实现双向锁死。翻转系统由一组齿轮油缸构成，控制部分由三位四通换向阀、单向节流阀和锁紧阀组成。夹紧系统由主机机构和液压控制部分共同实现。液压原理图如下：图2.1 液压原理图1、滤油器 2、液压泵 3、压力表开关 4、压力表 5、溢流阀 6、电磁换向阀 7、平衡阀 8、分流集流阀 9-12、升降液压缸 13-14、翻转液压缸 15、液控单向阀 16、单向节流阀 17、液面计 18、空气滤清器 19、电动机 此方案只用了两个控制系统即达到了车体翻转机的升降和翻转的控制。其中夹紧部分利用了车体主机的横梁结构，当起升机构将车体提升后达到横梁高度自动卡死夹紧，简化了系统整体结构。升降系统用平衡阀和分流集流阀控制两组相同的单作用液压缸，严格控制了车体的自由度使其双向锁死，保证了安全问题。翻转系统用齿轮齿条液压缸能够输出大的的转矩，且齿轮轴的摆角可以任意选择，使用比较灵活。在经济性与结构紧凑性方面也能满足要求，故采用此方案。2.2.2 液压基本回路的确定（1）、基本回路的确定 本车体翻转机液压系统用于控制车体的升降与翻转，要求运转平稳、低速，且不存在速度切换的问题。首先，根据工作要求，翻转机在使用中必须能使重物在升降或翻转中在任意位置不动，所以要用到平衡回路和锁紧回路。其次，由于是多缸同时动作，无论提升还是翻转都要求考虑同步性的问题，所以还必须有同步回路。再次，该液压控制系统工作范围是确定的，必须要求系统工作压力不超过其预调值，所以要用到调压回路。此外，还要有卸荷回路。 、平衡、锁紧回路的选择为了使工作部件能在任意位置上停留，以及在停止工作时，防止在受力的情况发生移动，可采用锁紧回路。采用O型或M型机能的三位换向阀，当阀芯处于中位时，液压缸的进出口都被封闭，可以将活塞锁紧，这种锁紧回路由于受到泄露的影响，锁紧效果差。本系统采用液控单向阀的锁紧回路，活塞可以在行程的任意位置锁紧，该阀中位机能应使液控单向阀的控制油卸压，此时液控单向阀便立即关闭，活塞停止运动。 图2.2 采用液控单向阀的锁紧回路 、同步回路的选择使两个或两个以上的液压缸在运动中保持相同位移或相同速度的回路称为同步回路。在本系统为一泵多缸，尽管液压缸的有效工作面积相等，但是由于运动中所受负载不均衡，摩擦阻力也不相等，泄漏量的不同以及制造上的误差等，不能使液压缸同步动作。同步回路的作用就是为了克服这些影响，补偿它们在流量上所造成的变化。2.3b是两个并联的液压缸，分别用调速阀控制的同步回路。两个调速阀分别调节两缸活塞的运动速度，当两缸有效面积相等时，则流量调整得相同，克服了串联液压缸同步回路（图2.3a）的缺点。同样采用分流集流阀也可实现双缸的同步动作，它具有结构简单，使用方便，精度易保，价廉和压力损失较小等优点。 图2.3a 串联液压缸同步回路图2.3b 调速阀控制的同步回路图2.3c 分流集流阀控制的同步回路、卸荷、调压回路的选择 图2.4 卸荷回路在本系统中，上面已选各回路都带有调压卸荷回路，它可以在工作循环中短时间间歇，能减少功率损耗降低系统发热，避免因液压泵频繁启、停影响泵的寿命。卸荷回路只要使用H、K、M型三位四通换向阀即可达到目的。2.2.3 液压原理图拟定 将以上选择的各种液压基本回路加以综合，经系统简化、排除干扰并完善其功能后得到液压原理图，如图2.2所示。表2.1 液压系统电磁铁动作顺序动作过程1YA2YA3YA4YA5YA6YA上升+翻转+保压转回+下降+停止第三章 液压元件的选择3.1 液压缸的计算与选型 液压缸是液压系统中的一种执行元件，是将液压能转变为直线式的机械能的能量转换装置，它使运动部件实现往复直线运动或摆动。它结构简单、工作可靠、运动平稳，在各种机械的液压系统中得到了广泛应用。液压缸一般由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置五部分组成。 液压缸按不同的使用压力可分为中低压、中高压和高压液压缸。液压缸按结构形式的不同分为活塞缸、柱塞缸、摆动缸、伸缩式液压缸等形式，其中以活塞缸应用最多。（1）、活塞缸单活塞液压缸只有一端有活塞杆，行程为两倍缸体长，占地面积小。双活塞液压缸两端都有活塞杆，整个工作台的运动范围为其有效行程的三倍。它的进、出口布置在缸筒两端，以实现双向运动，称为双作用液压缸。（2）、柱塞缸柱塞缸工作面是柱塞端面，动力是通过柱塞本身传递的。柱塞缸只能实现一个方向的液压传动，反向运动要靠外力，若要实现双向运动，则必须成对使用。柱塞只靠缸套支撑而不与缸套接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸。此外，柱塞往往重量较大，水平放置时容易自重而下垂，造成密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。（3）、摆动缸摆动缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连在一起，根据进油方向，叶片将带动转子做往复摆动。齿轮缸由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构所组成。这种液压缸的特点是：将活塞的直线往复运动经过齿轮齿条机构转换成回转运动。（4）、伸缩缸伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成。伸缩缸的外伸作用时逐级进行的从大到小，而空载缩回的顺序是从小到大。随着工作级数的增大，外伸缸直径越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度变快。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农用机械中。根据系统需要，选用单杆活塞缸和齿轮缸分别实现车体升降与翻转动作。3.1.1 升降液压缸的计算与选型已知参数：提升力 45t 提升速度 770mm/min 升降行程 1800mm由提升力计算得分配到各液压缸上的力 F=450009.8/4=110250N（1）、缸筒内径计算该液压系统为中高压工程应用，根据资料统计，预选工作压力为P1=20MPa表3.1 液压缸速度比和工作压力P的关系工作压力/MPa 10 12.520 20 1.33 1.46、2 2由于选用单杆式的液压缸，一般要求无杆腔面积A1应为有杆腔工作面积A2的2倍，因此可得：=V2/V1=A1/A2=2表3.2 d/D与速度比之间的关系v2/v11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71所以活塞杆直径d与缸筒内径D呈d=0.71D的关系。 在提升过程中，液压缸回路上必须有背压，根据参考文献1中推荐数值，可取P=2MPa。 由提升力= 得故有 无杆腔压力，即工作压力有杆腔回油有背压无杆腔面积，单位有杆腔面积，单位液压缸机械效率=0.98由 得=由 得d=0.71D=60mm按GB/T2348-1993元整成标准值得D=100mm d=63mm由此得液压缸的有效面积为： 通过上述计算可以得到液压缸的实际工作压力： 液压缸下降时的实际受力为：（2）、缸筒壁厚的计算 、缸筒材料的选择 a、一般要求有足够的强度和冲击韧性，要求焊接的缸筒有良好的焊接性能。 b、缸筒毛坯：普通采用退火的；冷拔或热轧无缝钢管。 c、对于低于-50的液压缸，必须用35钢或45钢，且要调制处理。 d、液压缸体常用材料为20钢、30钢和45钢的无缝钢管。e、有足够的强度，能长期承受最高压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。根据以上原则，在满足各种性能的基础上，选择45钢作为缸筒材料。 、缸筒壁厚的计算 一般按薄壁筒计算： 材料抗拉强度，=600MPa， n安全系数 ，根据手册取n=5 由 得 试验压力，当额定压力时， 当额定压力时，即 缸筒外径查参考文献2表23.6-59，当额定压力，缸径D=100mm时，缸筒外径，所以缸筒壁厚、缸筒壁厚校核a、额定工作压力应低于一定极限值，以保证工作安全 符合条件 缸筒外径 mm D缸筒内径 mm 材料屈服极限 MPa （45号钢=360MPa） b、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 发生塑性变形压力 MPa 所以，符合要求c、缸筒变形D应处在允许范围内，D不应该超过密封圈允许范围 符合条件缸筒耐压试验压力 MPaE材料弹性模量 MPa材料泊松比 d、验算爆裂压力 远小于额定压力，符合条件 抗拉强度 MPa 45号无缝钢管 ，（3）、活塞杆的设计 、活塞杆材料的选择 一般选用中碳钢（如45钢）调制处理，。活塞杆要在导向套中滑动，一般采用H8/h7或H8/f7配合。活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.10.3um。 、强度校核由前面计算知d=0.063m，活塞杆在稳定工况下，只受推力或拉力，可近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： 已知 、弯曲稳定性验算 由已知行程L=1800mm L/d=1800/63=28.6（1015）d，因此可知液压缸支撑长度，因此，需进行活塞杆稳定性校核。若受力F完全在轴线上，则当时，活塞杆稳定。查参考文献2表21-6-16 失稳临界压缩力 式（2.1）其中，横截面惯性矩：, 由上式得 , ，即，符合要求。 活塞杆弯曲失稳临界压缩力 单位 N 安全系数，通常取3.56 K活塞杆断面回转半径 单位m 实际弹性模量 单位MPa E材料的弹性模量，钢材 单位MPa a材料组织缺陷系数，钢材一般取a1/12 b活塞杆截面不均匀系数，一般取b1/13 I活塞杆横截面惯性矩 单位 、活塞杆连接方式 活塞与活塞杆有多种连接方式，所有形式均需有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开。查参考文献2表4-24，常选用螺纹连接，活塞杆螺纹尺寸M241.5长型48，活塞杆伸出端采用外螺纹形式。（4）、液压缸流量计算 查参考文献4单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积 由于,则 对于单活塞杆液压缸：活塞杆伸出 活塞杆缩回 V液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积， 单位 Lt 液压缸活塞一次行程所需要时间，单位 minD液压缸内径，单位 md活塞杆直径，单位 mv活塞杆运动速度，单位m/min 液压缸容积效率，活塞密封材料为弹性材料（5）、液压缸功W和功率N的计算 功W=FS（J）=1102501.8=198450J 功率N=W/t=FS/t=Fv=1102500.77/60=1414.9W（6）、液压缸总效率液压缸的总效率包括机械效率，容积效率，作用力效率，当排油直接回油箱时取。 （7）、液压缸油口尺寸计算单杆液压缸油口安装尺寸由参考文献5表21-6-25已知缸体内径D=100mm，查出油口尺寸为ISO8136中型系列，EC：M332，EF：，EA：35.30.25，ED：M1.25。（8）、液压缸型号选择综合该液压缸的应用范围、工作环境等，额定压力P=20MPa，D=100mm，d=63mm，s=1800mm，选用工程液压缸：型号HSGF100/632041121800。对照参考文献2HSG型工程用液压缸技术参数均要求。液压缸的安装连接方式用尾部法兰连接。3.1.2 翻转液压缸的计算与选型已知参数：最大翻转扭矩 58000Nm 翻转角度+90180所以得单缸最大扭矩（1）、液压缸的选型翻转油缸用的是齿轮齿条摆动液压缸，由缸的最大翻转扭矩对液压缸进行选型。齿条液压缸有法兰式和脚架式两种安装方式；有单齿条、双齿条两种结构形式。这里选用UB型液压缸，它在机械企业中已是标准品，国标为JB/ZQ4713-1988。安装方式采用法兰式，轴输出，单齿条形式。查参考文献2表21-6-100选用型号为：UBFZD160，查表21-6-109，其质量为355+48.12=451.2kg ，缸径为160mm。（2）、液压缸流量计算液压缸每度转角用油量为0.03509L/由资料统计得：翻转梁的翻转速度为n=1r/3min所以流量（3）、液压缸压力计算已知单杆最大扭矩转矩公式 式（3.1）将带入上式得缸体为等面积无杆腔，所以双向工作压力相等。（4）、液压缸功率计算 式（3.2）T液压缸最大转矩n液压缸翻转线速度3.2 液压泵的计算与选型 液压泵是液压系统的能源装置，其功能是将原动机（内燃机或电动机）的机械能转换为油液的压力能，向系统提供具有一定压力的流量。选择液压泵不仅要适应工作压力的要求，同时必须冲分考虑可靠性、寿命、维护性等以便所选的泵能够长期运行。液压泵的形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。液压泵按流量是否可调节分为：定量泵和变量泵。齿轮泵：体积小，结构简单，对油的清洁度要求不严，价格较便宜；但泵轴受不平衡力，磨损严重，泄漏量较大，属于定量泵。叶片泵：分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀、运转平稳、噪音小、压力作用和容积效率比齿轮泵高、结构复杂。有定量泵和变量泵两种。柱塞泵：容积效率高、泄漏小、可在高压下工作、大多应用于大功率液压系统；但结构复杂。材料和加工精度要求高、价格贵，对油的清洁度要求高。一般在齿轮泵和叶片泵不能满足要求时才用柱塞泵。3.2.1 升降系统中液压泵的计算与选型（1）、泵的工作压力计算由上一节计算的液压缸实际工作压力，取进油路上的压力损失P=0.6MPa，则泵的最大工作压力为 额定压力为 其值应为系统安全阀开启压力的1.11.5倍（2）、泵的流量计算液压泵流量应满足其中，K系统泄漏系数，取1.11.3，大流量取小值，小流量取大值。 活塞杆伸出时的流量则（3）、泵的功率计算输入 输出 其中，液压泵总效率， 即容积效率与机械效率的乘积。（4）、泵的选型 由计算知最大工作压力和最大流量可求出排量 式（3.3） 选外齿合齿轮泵，结构紧凑、体积小、吸油性好、流量均匀性好、效率高、转速高，型号为表3.2 技术参数型号理论排量ml/r压力Mpa转速r/min容积效率%总效率%质量kg额定最高额定最高20.1920252000300090818.85在上式中，n液压泵的转速，n=2000/min 液压泵的容积效率，3.2.2 翻转系统中液压泵的计算与选型（1）、泵的工作压力 （2）、泵的最大流量与所需排量 排量 （3）、泵的功率计算 输入 输出 泵的选用规格与升降系统中相同。3.2.3 电动机的选定（1）、驱动频率的计算 如果液压泵的压力和流量比较恒定，则可以计算出电动机的驱动频率 升降系统中 翻转系统中 、液压泵最大工作压力 、液压泵流量 液压泵总效率 （2）、电动机的选定 由于所选泵为齿轮泵，因此电动机可直接根据泵的功率大小来选定。升降缸的输入功率为5.83kw，泵的驱动频率为350.18w，所以选择电机型号为Y132S2-2;翻转缸输入功率为2.95kw，泵的驱动功率为176.83w，所以选择电机型号为Y132S1-2。表3.3 电动机的选定电机型号额定功率 /kw满载转矩/（r/min） 堵转矩最大转矩额定转矩额定转矩同步转速3000r/min，2级Y132S1-2 5.5 2900 2.0 2.2Y132S2-2 7.5 2900 2.0 2.23.3 液压控制元件的选择 液压控制阀是对系统中油液压力、流量或油液流动方向进行控制或调节的元件，是影响液压系统性能、可靠性和经济性的重要元件。所以可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。由于本设计并没有特殊的要求，因此所有阀都可以从标准件中选择。选择时应注意以下问题：所选定的控制阀的额定压力和流量尽可能与计算值相近似，必要时，通过控制阀的最大实际流量可允许超过其额定流量的25。选择压力控制阀，由于其调压范围有限，故最好不要选用比最高使用压力还高的阀，否则，当阀在低压下工作时，会出现工作不稳定现象，还要注意阀的结构形式、特性、连接方式、继承方式及操纵方式等。（1）、换向阀的选择由于控制升降液压缸的换向阀使用普通电磁换向阀即可，由于活塞伸出时缸内的实际压力为21.8Mpa，同时泵的最大流量为13.288L/min，所以选择电磁换向阀的型号为：DSG-01-3C60-a200CN-50。控制翻转液压缸的换向阀选择时考虑到缸内工作压力为15.628Mpa，泵的流量为9.262L/min，选用与升降缸相同的阀。（2）、分流集流阀得儿选择根据计算所得液压缸流量可知，查参考文献2表21-7-184选FJL型阀，能按固定比例自动分配或集中两股油流，使执行元件双向同步运行。其型号为：FJL-B10H，公称压力最高32Mpa，最低2Mpa，质量13.8kg。（3）、液控单向阀的选择由于系统要实现双向自锁，所以选用CP型液控单向阀。根据系统压力及流量查参考文献2表21-7-71选用型号为：CP-T-03-20-50 。（4）、溢流阀的选择D型直动式溢流阀用于防止压力过载和保持系统压力恒定，由于油泵的额定压力均为20Mpa，所以选直动式溢流阀DT-02-H-22，调压范围721Mpa 。（5）、单向节流阀的选择单向节流阀用来控制速度减小冲击，查参考文献2表21-7-43选择型号为：TC1 G-01-C-40，最高使用压力25Mpa，质量0.6kg。（6）、平衡阀的选择为了使翻转架在任意位置上静止或任意位置被锁紧，选用了平衡阀。再次直接选用FD型平衡阀，它主要应用于起重机械的液压系统，使液压缸或液压马达的速度不受载荷变化的影响，保持稳定。选用12系列的不带阻尼器的平衡阀：FD12PA12/B00。第四章 液压辅助件及泵站的设计4.1 液压管件的设计计算管件包括输送工作介质的管道和连接管道与管道或液压元件与管道的管接头。查参考文献11，液压系统对管件的要求如下：（1） 要有足够的强度，一般限制所承受的最大静压和动态冲击压力。（2） 液流的压力损失要小，一般通过限制通流量或流速予以保证。（3） 密封性能要好，绝对不允许有外泄漏存在。（4） 与工作介质之间有良好的相容性，耐油、抗腐蚀性好。 （5） 拆装、布管方便。液压管路的设计将和液压各件的安装方式有关，由于是使用集成块安装，所以一律采用硬管连接。4.1.1 管路计算（1） 、吸油管路与回油管路管子内径d 式（4.1）Q液体流量，Q=13.288L/minv按推荐值选定，取v=1.5m/s经计算得 ，由参考文献2表21-8-2选用钢管外径18mm，管接头连接螺纹M181.5，管子壁厚2mm。（2）、泵与集成块之间的管路由前述章节中计算的，v=2m/s，所以管子内径，查表21-8-2选用与（一）相同型号的钢管。（3）、集成块与液压缸之间的管路v取3m/s，所以查表21-8-2选择钢管外径14mm，管接头连接螺纹M141.5，管子壁厚2mm。4.1.2 管接头的选择所有管接头均用金属管接头。吸油管与压油管路接头分别选用JB/T966-ZZJ-18，JB/T966-SIJ-18；泵与集成块之间的管接头选用JB/T966-ZTJ-18；集成块与液压缸之间的管接头选用JB/T966-SAJ-14，JB/T966-ZTJ-14。4.2 油箱的设计与选型油箱在液压系统中的功用有：储存液压系统所需的工作介质；散发液压系统工作中产生的一部分热量；沉淀混入工作介质中的杂质；分立混入工作介质中的水分和空气。因此合理选用油箱的容积、形式和附件可以使油箱充分发挥其作用。油箱的构造及设计要点： （1）油箱必须有足够大的容量，以保证系统工作时能够保持一定的液位高度；为满足散热要求，对于管路比较长的系统，还应考虑停车维修时能容纳油液自由流回油箱时的容量；在油箱容积不能增大又不能满足散热要求时，需要设冷却装置。（2）、设置过滤器。油箱回油口一般都没有系统所要求的过滤精度和回油过滤器，以保持返回油箱的油液具有允许的污染等级。油箱的排油口为了防止意外落入油箱中的污染物，有时也装设吸油网式过滤器。（3）、设置油箱主要油口。油箱的回油口与排油口之间的距离应尽可能远些，管口都应插入最低油面以下，以免发生吸油孔和排油孔的冲溅，产生气泡。管口制成45的斜角，以增大吸油及出油的截面，使油液流动时速度变化不至于过大。管口应面向箱壁。吸油管离箱底距离H2D，距箱边不小于3D。回油管离箱底的距离h3D。（4）、设置隔板将吸、回油管隔开，使液流循环，油流中的气泡与杂质分离和沉淀。隔板结构有溢流标准型、回流式、溢流式等几种。（5）、在开式油箱上部的通气孔上必须设置空气滤清器，兼做注油口用，油箱的注油口一般不从油桶中直接注入油箱，而是经过过滤车从注油口注入，这样可以保证注入的油液具有一定的污染等级。（6）、放油孔要设置在油箱底部的最低位置，使换油时油液和污染物能顺利的从放油孔流出，设计油箱时，从结构上应考虑换油和清洗的方便，设置清洗孔，以便油箱内的沉淀物定期的清理。（7）、当液压泵和电动机安装在油箱的盖板上时，必须设置安装板。安装板载油箱盖板上通过螺栓加以固定。（8）、为了能观察向油箱注入的液位上升情况和可看见液位高度，必须设置液位计。（9）、按GB/T3766-1983中5-2-3a规定：油箱底部应距离底面150mm以上，以便于搬移、放油和散热。（10）、为防止油液可能落在地面上，可在油箱下部或上部盖附近设置油盘，油盘必须有排油口，以便于油盘的清洁。4.2.1 油箱容积的计算与选型（1）、有效容积的计算一般推荐油箱的有效容积，为液压系统各执行元件同时工作时液压泵的流量总和，所以（2）、散热面积的计算工程机械的液压传动系统油箱中油液温度一般在3080范围内较好，设定油箱尺寸的高、宽、长之比为（1:1:1）（1:2:3），油面高度达到油箱高度的0.8时，油箱靠自然冷却使系统保持在允许温度以下时，查参考文献9,油箱散热面积可用下列近似公式计算： 式（4.2） V油箱的有效面积，查参考文献2表21-8-182选取规格为120的油箱，可得其主要尺寸为：，。油箱型号为AB40-30/0160AN13ST，带支撑脚的矩形油箱，标准型75kg，工作容积25.5L。4.2.2 液压系统性能验算（1）、验算系统发热功率 式（4.3）其中，P工作循环输入主系统的平均功率 执行元件的平均有效功率 所以， 符合要求（2）、验算温升 油箱的散热面积 设系统热量全部由A散发出，在平衡状态下油液达到的温度为 式（4.4） 其中，环境温度20 散热系数 油液温度值超出了正常工作范围，因此需要设置冷却器降低系统工作温度。（3）、验算系统的总效率 % 4.3 液压辅助件的选择（1）、蓄能器的选择蓄能器的功用主要是储存油液的压力能。在液压系统中常用来：（1）在短时间内供应大量压力油液；（2）维持系统压力；（3）减少液压冲击或压力脉冲。其主要种类有弹簧式和充气式。在这里选用活塞式蓄能器，型号为：HXQ-A2.5D。（2）、过滤器的选择过滤器的功用在于滤除混在液压油中的杂质，使进到系统中去的油液的污染度降低，保证系统能正常地工作。选择时，应根据液压系统技术要求，按过滤精度、流通能力、工作压力、油液粘度、工作温度等条件选择。所以，吸油管路上要求过滤有较大的流通能力和较小的阻力，一般采用过滤精度较低的网状滤油器，型号为21FH2100-15，51-100。回油管路上可用精过滤器，型号为21FH2410-6,51-10。（3）、压力表的选择 由滤油器的选择可知P=0.02Mpa，选型号Y-40压力表。（4）、冷却器的选择 根据冷却面积、技术要求及经济性确定冷却器的型号为2LQFWA1.46F，质量为54kg。4.4 液压站的设计（1）、液压站的结构形式液压站是由泵组、油箱组件、滤油器组件、驱动电机、溢流阀等包括各种控制阀在内的液压装置。其工作原理是：电动机带动油泵工作提供压力源，通过集成块，液压阀等对驱动装置进行方向、压力、流量的调节和控制，实现各种规定动作。液压站的结构形式主要以泵装置的结构形式、安装位置及冷却方式来区分。本系统体积小、结构紧凑，功率也不大，采用上置卧式，即泵装置卧式安装在油箱盖板上，控制阀也可置于油箱之上，结构紧凑，占地面积小。（2）、构件的选择 见第三章、第四章，液压站安装形式见附