插件式液压PLC控制实验台设计3

插件式液压PLC控制实验台设计第1章 绪 论1.1 课题背景及意义液压传动课程是基础理论、液压元件、液压系统三部分组成,而液压系统回路设计既重要又灵活。因此，液压实验是液压传动课程教学的一个重要环节。本实验台是根据现代教学理论和最新的液压传动课程教学大纲要求而设计的，它具备了低泄漏、噪音低、可靠性高、能耗低、智能化高、操作简单的特点。而传统的液压传动实验台存在着内容固定、功能单一、实验回路已接好、不易修改的缺陷。学生在学了液压元件有关知识后,通过液压元件的拆装实验,在加深对液压元件实物形体、内部结构及功用理解的基础上,使用插件式液压PLC控制实验台,可以根据在书本中学到的知识,参照实验指导书选做(或由教师指定)若干个实验回路；自己拟定实验方案进行液压回路设计即元件及液压附件的选用,然后亲自动手安装元件、接油管、连导线、组成电液实际系统。在实验的过程中可得出所测系统的工况数据，并可进行理论分析或验证,提出完善的设想。学生在完成实验中，脑、手并用；通过液压回路的组装实验，可使学生初步具备液压系统的调试、分析能力；此实验方式对培养学生的学习兴趣、激发学生的创新意识有极大的作用。这样无疑提高了学生综合应用流体力学基本理论和液压传动基本原理去分析和解决实际工程问题的能力检验。与此同时,也加深了对运用PLC控制的理解和认识。实验台采用在液压泵的压油口各设置一个先导式溢流阀作安全阀；压力控制的测量精度，通过采用多个不同量程的压力表与多个压力表开关组成多套独立的测量装置来实现；液压实验的数据测量，采用相应的传感器来直接测出数据,使实验的测量更轻松可靠；实验元件均为独立元件，各元件独立安装于一标准阀板上，阀板四周接元件，外接相应数量的管接头，各相关阀采用快接头。1.2 课题研究内容本次毕业设计的任务是：自行设计液压传动实验装置，采用集中装配型结构设计，液压泵站，实验台，过渡板等，其他液压元件通过计算查表，选取标准器件。主要设计内容如下。(1)设计插装式液压实验台的液压原理图。(2)设计结构新颖、实用的插装式液压实验架。(3)设计与液压原理图相关的电气控制原理图。(4)设计、计算并选取液压系统管路、油箱等附件。(5)各类液压回路的PLC程序设计。第2章 液压实验台的总体设计2.1 液压实验台功能原理设计2.1.1液压PLC控制实验台要求液压PLC控制实验台能满足液压与气压传动等通用教材内容要求。系统除了可以进行常规的液压基本控制回路实验外，还可进行模拟液压控制技术应用实验、液压技术课程设计，以及可编程控制器（PLC）学习及其基本应用实验等，是机电完美结合的典型实验设备。要求能适应于理工科及大专院校、中专院校、职业学校中机械工程、机电一体化等专业开设液压与气压传动、PLC可编程序控制器原理及应用等相关课程的教学实验，同时也可作为机、电、液一体化的综合实验台。学生通过操作实验及课程设计，可以更准确、形象地深入了解，掌握液压元件的结构，液压基本回路的控制原理及设计方法等。还能通过实验，掌握PLC可编程序控制的功能，控制原理及编程技巧。2.1.2基本结构液压PLC控制实验台主要由实验工作台、电气控制器件、液压元器件、液压专用泵站等部分组成。2.1.3实验台的功能液压与气压传动是高等院校机械类的重要课程之一，实验教学是本课程的有机组成部分之一。传统的液压教学实验台存在着内容固定、功能单一、管路已连接好不易修改、实验以演示为主、学生动手机会少等缺陷。本次设计的实验台对以前的来液压实验台在结构设计和实验方法上作了较大改变，以实验内容丰富、多变，实验过程加强学生动手能力的培养，具有机电液一体化的功能为目标，具体功能有：(1)实验台基本能完成液压传动课程教学中的各种实验。所有液压元件均采用实物元件，系统的额定工作压力6.3MPa，缩小了教学与实际应用的差距，并能为实际的液压系统提供一个试验平台，既达到了液压传动课程的教学实验目的，又兼顾了实用性。同时还可以做PLC液压控制液压回路实验。图2-1 简单的压力调定回路液压传动基本实验回路如下：图2-2 多个溢流阀并联压力调节回路图2-3 用减压阀的减压回路图2-4 采用先导式溢流阀的卸荷回路图2-5 调速阀串联的速度换接回路图2-6调速阀并联的速度换接回路（a）进油节流调速回路（b）出油节流调速回路（c）旁路节流调速回路图2-8 用节流阀的进油节流调速回路图2-7 采用顺序阀的顺序动作回路图2-10 采用液控单向阀的闭锁(平衡)回路图2-9 采用压力继电器的顺序动作回路(2)一机多功能 实验台不仅能完成教学实验，而且能完成实际液压系统的有关实验。实验台为单侧布置，可供一组学生进行实验。所有实验元件均为独立组件，应用橡胶软管由学生自行设计、组装实验回路。每个工位都有液压油的供给回油接口、压力测试接口和实验回路的电气控制输入输出接口等，具有多种功能并可扩展。(3)直观性强 该实验台所完成的实验回路能较好地反映出油路走向和元件的作用，使课堂教学的抽象性与实际回路的应用性能有机结合。2.2实验台液压系统及其工作原理多功能液压教学实验台的液压系统组成和功能如图2-11所示。图2-11 液压系统图1-电机；2-单作用变量叶片泵；3-压力表；4-先导式溢流阀；5-二位二通换向阀；6-减压阀；7-三位四通电磁换向阀（Y型）；8-三位四通电磁换向阀（O型）； 9-单向节流阀；10-二位三通换向阀；11-工作缸；12-行程开关；13-夹紧缸(1)液压源部分:系统采用一个变量叶片泵向系统供油。考虑到实验过程中的安全性和电机的低压启动等因素，在液压泵的压油口设置了一个先导式溢流阀做安全阀，并利用其远程控制口通过一个二位二通电磁换向阀3控制系统卸荷与升压。试验台的液压系统泵站采用旁置式结构。(2)压力测试部分:为了提高测量精度，系统可以采用多个不同量程的压力表与压力表开关组成多个独立的测压装置，分别与布置在实验台上的测压接口相连，构成测压接口。用于泵出口压力的调整。(3)执行器:液压缸组件为系统的执行器，它由两个液压缸组成，可对顶安装或顺序安装。两缸之间设有一具有两个导杆的支架，导杆上装有一个滑块(图中未画出)与左液压缸的活塞杆相连，模拟工作台的运动，支架上装有一标尺。滑块上装有指针、行程开关挡块和行程调速阀的挡块等，两液压缸活塞杆工作区段还装有一根铝合金导轨，上面装有行程开关，可在导轨上移动或者固定。以上两缸中左液压缸是主液压缸，在组装系统中一般担当工作缸；右液压缸是辅助液压缸，对顶安装可做加载缸，顺序安装时用于顺序动作的演示。(4)采用了带单向阀的快换接头:在供油回油和压力测试接口中，泵有供油接口，当未接油管时具有自封作用。回油和压力油接口采用扩口式管接头。(5)液压元件组件及橡胶软管部分(图中未画出):该实验台连接回路时所需的元件及管件是独立组件，液压元件为板式阀，各自独立安装在一块标准的过渡板上，过渡板四周按元件外接油口的相应数量装有管接头，过渡板的背面有“T”形挂钉，用于液压元件的挂装。(6)备用液压元件:本实验台所配置的备用液压元件主要有：直动式先导式溢流阀、减压阀、(单向)顺序阀、单向阀、液控单向阀、(单向)节流阀、(单向)调速阀、行程调速阀、二位四通换向阀、三位四通换向阀(O、H、M型中位机能)和压力继电器等。与传统的液压教学实验台相比，本次设计的液压教学实验台综合性强。2.3 液压实验台装置的设计2.3.1液压装置结构液压装置按其总体配置分为分散配置型和集中配置型两种主要结构类型，而集中配置型即为通常所说的液压站。本设计的液压传动实验台采用集中配置型液压装置，它是将液压系统的执行器安放在实验台上，而将液压泵及其驱动电机、辅助元件等独立安装在实验台之外，即集中设置所谓液压站。此实验台结构是将液压站设置在实验台旁侧，作为执行器的液压缸置于实验台上方，液压站通过管路将液压油传递至液压缸中从而进行实验。2.3.2铝型材、通用卡件说明铝型材区就是实验操作区。实验时将装有卡件的气动阀卡或液压阀在T型结构的型材上，再连接好气管或油管，就可以实训了，可以很方便的拆卸，液压阀放置图如图2-12所示：图2-12液压阀放置图选择做实验要用的带有卡件的液压阀，将卡件上活动件按下，把卡件下挂钩放入型材槽内，再将卡件与型材相贴，松开卡件活动件，上活动钩就钩住型材，并要仔细检查是否真的卡住，（可用手向下扳一下），此过程一定要仔细，否则容易造成人身伤害。即将带有卡件的液压阀固定在型材上，拆卸与放置顺序相反。液压元件均配有可方便安装的过渡板，实验的时候只需要将元件挂在“T”形槽中即可，实验的过程中实验油路均采用开闭式快换接头，通过软管相连接即可构成实验回路。实验台面板如图2-13所示:图2-13实验台面板图实验台上“T”形槽l与实验台是通过螺钉连接的，选用M6的螺钉，在每个“T”形槽上可以用四个螺钉进行连接，以满足实验台板2与“T”形槽1之间有足够的连接强度，螺钉受到剪切的压力，即确保实验台所受的压力要小于螺钉连接的许用应力。实验台上每两个“T”形槽之间的间距为40mm，实验过程中只要将相应的液压元件通过活动构固定到“T”形槽里面，再通过软管连接相应的接头就能构成所需的液压回路，接通液压动力源即可实验。2.3.3液压元件与底座集成结构设计将液压控制元件固定在辅助连接件底座(过渡板)上，底座内开有一系列的通油孔道，液压控制元件之间的油路联系是通过这些孔道再与油管相连接来实现的。让液压元件与底座相连，省去了大量的管件，结构紧凑，实验时使用方便，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。在底座内孔道与孔道相交处容易形成污染物集存窝或者气窝，容易有细屑。为了改善不良后果，可以把较长的盲孔改为通孔，钻完后再把一端用螺塞等堵头进行封堵，可选用锥螺纹螺塞等。第3章 液压系统元件的选择3.1液压系统中各元件的选择设计原始资料：要求工作循环中系统压力为63MPa，和额定流量为12Lmin。3.1.1泵、电动机与液压缸的选择(1)泵的选择：VP系列变量叶片泵属限压式变量叶片泵，具有压力调整装置和流量调整装置。泵的输出流量可根据负载变化自动调节，使其输出功率与负载工作速度和负载大小相适应，具有高效、节能、安全可靠等特点，特别适用于作容积调速的液压系统中的动力源，如金属切削机床、压力机械、皮革机械、液压站等。选用型号：VP-12-FA3。其牌号含义是VP-12-FA3型变量叶片泵最大流量（0.35MPa1800r/min）：12Lmin；压力调节范围：5.07.0MPa；额定转速：1800rmin；最低转速：800rmin；最高转速：1800rmin；驱动功率：2.0kW；安装方式：法兰安装；旋转方向（从轴端看）： 顺时针；重量：5kg。(2)电动机的选择:Y系列的电动机为全封闭自扇冷或水冷式笼型三相异步电机，用于空气中有易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。它适用于电压为380V且无特殊要求的机械上，如泵、马达和机床等。根据给定参数的计算所得液压泵的驱动功率为2.0kw，查机械设计手册选用电机型号：Y100L1-4。该电机可防水滴、铁屑及其他物件沿垂直方向掉入电机内部，它可作为泵、机床等的动力源使用。该电机性能如下：额定功率：2.2kw；同步转速：1500rmin，四级；满载转速：1430rmin；额定转矩：2.2Nm；电压：380V；净重：34kg。（3）液压缸的选择 根据工作循环中系统压力为6.3Mpa，查机械设计手册选用液压缸型号为B-LB140C-6.3B200A。该液压缸性能如下：额定压力：6.3Mpa最低工作压力：0.3Mpa最高工作压力：10Mpa允许最高工作速度：300mms-1最低工作速度：8 mms-1最高使用温度：-1080缸径：40mm活塞杆直径：18mm允许行程：200mm3.1.2液压介质的选择液压工作介质的选择应该是根据液压系统中重要元件的油膜承载能力确定的，故应在保证承载能力的条件下，选择适合的介质黏度。工作介质黏度太大，系统的压力损失大，效率降低，而且泵的吸油状况恶化，容易产生空穴和气蚀作用，使泵运转困难，黏度太小，则系统泄漏太多，容积损失增加，系统效率亦低，并使系统的刚性变差。因此，为了使液压系统能够正常和稳定地工作，要求工作介质的黏度随温度的变化要小。工作介质对液压系统各运动部件起润滑作用，以降低摩擦和磨损，保证系统能够长时间正常工作，故要求液压系统的介质要具有很好的润滑作用。另外液压介质还要有抗氧化性，防锈和不腐蚀金属，同密封材料相容，消泡和抗泡沫性，抗乳化性，洁净度高等要求。查机械设计手册 叶片泵工作温度：540；推荐选用运动黏度(378)：30-49mm2s。综合考虑以上情况选用：LHM32矿物油型液压油。LHM32矿物油型液压油，运动黏度0时不大于420mm2s，40时运动黏度范围是288355mm2s，是防锈抗氧精制矿物油，可改善液压试验系统的抗磨性，保证试验数据真实可靠，使系统稳定运行，保持性能安全可靠。其部分质量指标如下。运动黏度：28835.2mm2s；黏度指数：95；倾点：-15;抗磨性试验： 50(叶片泵试验)；机械杂质：无；空气释放值：6min(50)； 泡沫性：15010(24)。3.1.3减压阀的选择减压阀用于将出口压力调低，并能保持出口压力的恒定。根据设计要求查机械设计手册选择型号：DR。直动式减压阀型号：DR6DP1-5XB/75YM；通径： 6mm；输入压力:31.5 MPa；输出压力 : 7.5 MPa；背压（油口Y）: 16 MPa；最大流量： 60L/min；推荐流量： 20L/min；液压油： 矿物油（DIN51524）磷酸酯液；油温范围： -2080；粘度范围： 10500 mm2s；过滤精度: NAS1638九级；重量: 1.2Kg；3.1.4换向阀的选择换向阀是借助于阀芯荷阀体之间的相对移动来控制油路的通断关系，改变油液的流动方向，从而控制执行元件的运动方向。对换向阀的基本要求：油液通过阀的压力损失要小；互不相通的油口之间的密封性好、泄漏量要小；换向控制力小，换向可靠，动作灵敏；换向平稳，冲击小。根据设计要求查机械设计手册选择型号如下：（1）二位三通电磁换向阀的选择型号：3WE6A61B/CG24N925L通径 ：6mm；介质: 矿物油、磷酸酯；介质温度: -3080；介质粘度:（2.8-380）10-6mm2s；工作压力: ABP腔 31.5MPa； T腔 16 MPa（直流） 10 MPa（交流）；消耗功率: 26W（直流）；吸合功率: 46VA交流；启动功率: 130VA交流；接通时间: 45ms（直流）30ms（交流）；断开时间: 20ms；额定流量: 60L/min；重量: 1.6Kg；电源电压: 交流50HZ 110V 220V； 直流 12V 24V 110V；流量截面（中间位置）：W型机能为额定断面的3%； Q型机能为额定断面的6%；最高环境温度： 50；最高线圈温度： 150；开关频率： 1500直流 7200交流。（2）二位四通电磁换向阀型号： 3WE6N61B/CG24N925L通径： 6mm；介质： 矿物油、磷酸酯；介质温度： -3080；介质粘度： （2.8-380）10-6mm2s；工作压力: ABP腔 31.5MPa； T腔 16 MPa（直流） 10 MPa（交流）；消耗功率: 26W（直流）；吸合功率: 46VA交流；启动功率: 130VA交流；接通时间: 45ms（直流）30ms（交流）；断开时间: 20ms；额定流量: 60L/min；重量: 1.6Kg；电源电压: 交流 50HZ 110V 220V； 直流 12V 24V 110V；流量截面（中间位置）: W型机能为额定断面的3%； Q型机能为额定断面的6%；最高环境温度: 50；最高线圈温度: 150；开关频率: 1500直流 7200交流（3）三位四通电磁换向阀（Y型）。型号: 4WE6J61B/CG24N通径: 6mm；介质: 矿物油、磷酸酯；介质温度： -3080；介质粘度:（2.8-380）10-6mm2s；工作压力： ABP腔 31.5MPa； T腔 16 MPa（直流） 10 MPa（交流）；消耗功率： 26W（直流）；吸合功率： 46VA交流；启动功率： 130VA交流；接通时间： 45ms（直流）30ms（交流）；断开时间： 20ms；额定流量： 60L/min；重量： 1.6Kg；电源电压： 交流50HZ 110V 220V； 直流 12V 24V 110V；流量截面（中间位置）：W型机能为额定断面的3%； Q型机能为额定断面的6%；最高环境温度： 50；最高线圈温度： 150；开关频率： 1500直流 7200交流。（4）三位四通电磁换向阀（O型）型号： 4WE6E61B/CG24N通径： 6mm；介质： 矿物油、磷酸酯；介质温度： -3080；介质粘度：（2.8-380）10-6mm2s；工作压力： ABP腔 31.5MPa； T腔 16 MPa（直流） 10 MPa（交流）；消耗功率： 26W（直流）；吸合功率： 46VA交流；启动功率: 130VA交流；接通时间: 45ms（直流）30ms（交流）；断开时间: 20ms；额定流量: 60L/min；重量: 1.6Kg；电源电压: 交流50HZ 110V 220V； 直流 12V 24V 110V；流量截面（中间位置）: W型机能为额定断面的3%； Q型机能为额定断面的6%；最高环境温度: 50；最高线圈温度: 150；开关频率: 1500直流 7200交流。3.1.5直动式顺序阀的选择顺序阀是用来控制多个执行元件的顺序动作.通过改变控制方式、泄油方式和油路的接法，顺序阀还可构成其他功能，作背压阀、平衡阀或卸荷阀用。根据设计要求查机械设计手册选择型号。型号: DZ6DP/-50B通径: 6mm；调节方式: 调节按钮；输入压力: 油口PB(X） 小于31.5 Mpa；输出压力: 油口A 小于21.0 Mpa；背压油口（Y）：小于16 Mpa；液压油： 矿物油（DIN51524）磷酯酯液；油温范围： -2080；粘度范围： 10-38 mm2s；过滤精度： NAS1638九级；最大流量： 60L/min；推荐流量： 20L/min。3.1.6单向节流阀的选择型号： MK6G1.2/通径： 6mm； G表示管式连接；流量： 14L/min；工作压力： 小于35Mpa；单向阀开启压力： 0.05MPa；介质： 矿物液压油、磷酸酯液；介质粘度： 2.8-380 mm2s；介质温度： -20-100；安装位置： 任意。3.1.7压力表开关的选择压力表开关是小型截止阀或截流阀，主要用于切断流路与压力表的连接，或者调节其开口大小起阻尼作用，减缓压力表急剧抖动，防止损坏。根据计算，最大工作压力为60MPa，查机械设计手册选压力表型号：AF6EA30100。AF6EA30130牌号的含义如下。工作压力： 315MPa；单阀螺纹连接；压力表指示范围：10MPa(指示范围应超过最大范围的30)。3.1.8溢流阀的选择DBDBW型溢流阀具有压力高，调压性能平稳，最低调节压力和调压范围大等优点。DB型阀组要用于控制系统压力；DBW型电磁溢流阀也可以控制系统的压力并能在任意时刻使之卸荷。设计调节泵的出口压力为6MPa，查机械设计手册选择溢流阀型号：直动式溢流阀DBDH6P10B/100、先导式溢流阀DBl050B/100V。 DBDH6P10B/100型直动式溢流阀部分参数如下。通径：6mm；工作压力：P口40MPa，T口小于315MPa；流量：120Lmin；介质粘度范围： 2.8380 mm2s；介质温度范围： -2070； DBl050B/100V型先导式溢流阀部分参数如下。 通径：10mm；最大调节压力：10MPa；最大流量：250Lmin；背压： 小于31.5MPa；工作压力油口AB（X）： 小于35.0MPa；过滤精度： NAS1638九级；推荐流量： 63L/min。3.1.9液控单向阀的选择液压试验系统马达部分试验油路采用两单向阀与两液控单向阀组成的“桥式油路”，以保证在马达正转与反转时回流油液都经过流量计。根据系统设计最大压力6.0MPa和流量15Lmin选择液控单向阀，查机械设计手册选择液控单向阀型号：SV10PA2-30B/。SL10GB1302型液控单向阀是锥阀式结构，只允许油流正向通过，反向则截止。当接通控制油口X时，压力油使锥阀离开阀座，油液可反向流动。此液控单向阀参数的含义如下。V代表不带泄油口；10代表通径10；P代表连接方式板式；A不带先导阀；2代表开启压力0.5MPa；30代表系列号；2代表米制。液控单向阀的部分技术规格如下。X口控制容积：2.23；Y口控制容积：-；工作压力：小于315MPa；控制压力：0.5315MPa；油温范围：-3070；液流方向：A至B自由流通、B至A自由流通（先导控制）；黏度范围：28380mm2s；重量：25kg。3.1.10过滤器的选择查机械设计手册选用滤油器型号：XU-16200。此滤油器为中压线隙式滤油器，为法兰连接。其部分技术规格如下。流量：16Lmin；过滤精度：200m；额定压力：618MPa；初始压力降：0.06MPa；重量：240kg。3.1.11压力表的选择查机械设计手册选择耐震压力表，基本数据如下：公称直径: 100mm；测量范围：10MPa；精确度等级：1.5；接头螺纹：M201.5。3.2 管路的设计 管路是液压系统传递工作介质的各种油管的总称。管接头用于油管与油管或油管与液压元件之间的连接。为保证液压系统工作可靠，管路及管接头应有足够的强度，良好的密封，其压力损失要小，拆装要方便。3.2.1管路的种类及材料（1）管路的种类按管路在液压系统中的作用，可分为以下几种。主管路包括吸油管路、压油管路和回油管路，用来实现压力能的传递。控制管路用来实现液压元件的控制或调节以及与检测仪表连接的管路。旁通管路将通入压油管路的部分或全部压力油直接引回油箱的管路。考虑到系统为中高压系统，需要保证运行时的安全性以及系统的耐用性，系统内所用的所有管路，包括软管和硬管，根据系统的最高工作压力60MPa、系统的最大流量15Lmin计算选取。（2）管路的材料软管选用麻线或棉线编织体为骨架的橡胶软管，用于压力较低的回油路或气动管路中。该管适用于普通液压液体，工作温度范围为-40100、内径为5-51mm的钢丝增强液压橡胶软管。不适用于蓖麻油基和酯基液体。3.2.2油管尺寸的选择（1）油管内径确定 排油管内径的确定 油管的内径取决于管路的种类及管内的流量。油管内径d（mm）由式确定 d=4.61 式中q流经油管的流量，L/min； d排油管内径，mm； v油管内允许流速，m/s。流经油管的流量q为15L/min，油管内允许流速为2.5-6m/s，取v=5m/s，经计算得d=7.98 mm。按标准圆整后取内径为d=8mm。吸油管内径的确定流经油管的流量q为15 L/min，油管内允许流速为0.5-2m/s，取1.5m/s，由上述中公式可得吸油管内径d=14.58mm。按标准圆整后取内径为d=15mm。回油管内径的确定流经油管的流量q为15 L/min，油管内允许流速为1.5-3m/s，取2m/s，由上述中公式可得回油管内径d=12.63mm。按标准圆整后取内径为d=14mm。 （2）油箱管路的选择排油管的选择查机械设计手册选择油箱管路，基本数据如下：型号：1型（一层钢丝编织的液压橡胶软管）；公称内径：8mm；成品软管外径：最小值 16.7mm；最大值 18.3mm；增强层外径：最小值 12.1mm； 最大值 13.3mm；设计工作压力：32.0MPa；最小弯曲半径：115mm。吸油管的选择本设计中吸油管选择有缝钢管。回油管的选择本设计中回油管选择塑料软管。3.2.3管接头的选择根据系统中各元件间连接方式和尺寸的要求，查机械设计手册共选用以下接头。快换接头（两端开闭式）适用于介质温度为-2080，以油、气为介质的管路系统中两端开闭式快换接头。型号 JB/ZQ4078-1997公称通径： 8mm；公称压力： 31.5MPa；公称流量：25L/min；重量： A型 0.20kg； B型 0.25kg。3.2.4液压管路的连接方法液压管路的连接有焊接、螺纹连接和法兰连接三种，可根据不同的情况，视压力、管路类型、材料等综合参考选定。（1）焊接焊接连接成本低，不易泄漏，不需要管路配件，因此在保证安装和拆卸的条件下，应尽量采用焊接。本液压试验系统的油箱管路宜采用焊接方式。手工电弧焊焊接接头的型式、尺寸可参见GB985-80。（2）螺纹连接螺纹连接适用于管径较小的油管，低压管直径在50.8mm以下；高压管在2542896mm以下。管路旋入端的连接螺纹采用国标规定的普通细螺纹，本系统主要采用普通细牙螺纹连接，并用组合垫圈或“O”形垫圈进行端面密封。密封性能好，广泛用于高压系统。硬管安装时，对于平行或交叉管道，相互之间需有10mm以上的空隙，防止干扰和振动。在高压大流量场合为防止管道振动，每隔1m左右用管夹将管路固定在支架上。管道安装时路线应尽可能短，布置要整齐，直角转弯要少，其弯曲半径应大于管道外径的3倍，管道不得有波浪变形、凹凸不平、压裂扭曲等现象。对安装前的钢管应检查其内壁是否有锈蚀现象，若有应清洗干净，确认合格再行安装。（3）法兰连接系统有些地方需要法兰连接，如油管直径较大时，常用直通法兰连接钢管于液压元件。中间法兰常用于管路与管路的连接。法兰盖用于堵住液压元件或管路上的连接法兰的油路。本设计采用螺纹连接。第4章 液压泵站（动力源装置）设计 液压泵站是多种元件、附件组合而成的设计，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介质，并输出一定压力、流量的液体动力，兼作整体使液压站安放液压控制装置基座的整体装置。液压泵站是整个液压系统或液压站的一个重要部件，其设计质量的优劣和使用维护的合理性，对液压设备性能关系很大。4.1液压泵站的组成及类型4.1.1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、过滤组件和储能器组件五个相对独立的部分组成，见表4-1。表4-1 液压泵站的组成：组成部分元器件作用组成部分元器件作用液压泵组液压泵将原动机的机械能转换为液压能 控温组件油温计显示、观测油液温度原动机（电动机或内燃机）驱动液压泵温度传感器检测并控制油温联轴器连接原动机和液压泵加热器油液加热传动底座安装和固定液压泵及原动机冷却器油液冷却 油箱组件油箱储存油液、散发油液热量、逸出空气、分离水分、沉淀杂质和安装元件 过滤器组件各类过滤器分离油液中的固体颗粒，防止堵塞小截面流道,保持油液清洁度液位计显示和观测液面高度蓄能器组件蓄能器蓄能、吸收液压脉动和冲击通气过滤器注油、过滤空气放油塞清洗油箱或更换油液放油支撑架台安装蓄能器尽管这五个部分相对独立，但在设计的过程中，除了根据机器设备的工况特点和使用的具体要求进行合理取舍外，还经常需要将它们进行适当的组合，合理构成一个部件。例如，油箱上常需要将控温组件中的温度计、过滤器组件作为油箱附件而组合在一起构成液压油箱等。4.1.2液压泵站的类型液压泵站的类型颇多，分类方式及特点各异。按液压泵组布置方式的分类：可将液压泵站分为上置式液压泵站、非上置式液压泵站、柜式和便携式液压站。a.上置式液压泵站。此类液压泵站中的泵组布置在油箱之上。当电动机卧式安装，液压泵置于油箱之上时，称为卧式液压泵站；当电动机立式安装，液压泵置于油箱内时，称为立式液压泵站。上置式液压泵站的特点是占地面积小，结构紧凑。液压泵置于油箱内的立式安装，噪音低且便于收集漏油，油箱容量可达1000L，在中、小功率液压站中被广泛采用，其液压泵可以使用定量型或变量型（恒功率式、恒压式、恒流量式、限压式及压力切断式等）。对于卧式液压泵站将液压泵置于油箱之上，是为了防止液压泵站进油口产生过大的真空度，造成吸空或气穴现象。所以在使用时应注意各类液压泵的吸油高度不要超过其允许值。各类液压泵的吸油高度见表4-2.表4-2 液压泵的吸油高度液压泵螺杆泵齿轮泵叶片泵柱塞泵吸油高度5001000300400500500b.非上置式液压泵站。此类液压泵站式将布置在底座或是地基上。如果泵组安装在于油箱一体的公用底座上，则称为整体型液压泵站，它又可分为旁置式、下置式两种；如果将它泵组安装在地基上，则称为分离式液压泵。非上置式液压泵站由于液压泵置于油箱页面以下，故能有效改善液压泵的吸入性能，液压泵可以是定量型或变量型（恒功率式、恒压式、恒流量式、限压式及压力切断式等），且具有高度低，便于维护的优点，但占地面积大。因此，使用时又要求很快投入运行的场合。上置式与非上置式液压泵站的综合比较见表4-3表4-3 上置式与非上置式液压泵站的综合比较项目上置式非上置式立式卧式占地面积小较大振动较大小清洗油箱较麻烦容易漏油收集方便需另设滴油盘需另设滴油盘液压泵工作条件泵浸在油中，工作条件好一般好安装要求泵与电动机又同轴度要求泵与电动机又同轴度的要求；需考虑液压泵的吸油高度；吸油管与泵的连接出密封要求严格泵与电动机又同轴度要求；吸油管与泵的连接处密封要求严格应用中小型液压站中小型液压站较大型液压站c.柜式和便携式液压站。柜式液压泵站式将泵组和油箱整体置于封闭型柜体内，其优点是外形整齐美观，且可在柜体上方便地布置压力、流量、温度等测量仪表板和电控箱。柜体封闭泵从而屏蔽了噪音，同时能有效的减少外界污染。其缺点是由于需顾及操作和维护的空间及液压系统的散热，致使其外形尺寸较大，通常仅用于中小功率及实验式场合下。将液压泵及其驱动电动机、油箱及少数控制元件集成在一起的液压动力单元或液压动力包，即为便携式液压泵站。它体积与重量较小，压力高（可达25MPa以上，带增压器的最高可达200MPa），但油箱容量较小（通常为330L），应用非常广泛。按液压泵组的驱动方式分类 液压泵站油电动机型、机动型和手动型三种驱动方式。以电动机作为原动机的电动型液压泵站适宜有稳定电力供应的固定式机械设备采用，工作式噪音低应用最为普通。以柴油机或汽油机为原动机的机动型液压泵站，不需要电源，便于没有电力供应或电力短缺的偏远地区以及野外作业的各类施工设备使用，但工作时噪音较大。以人力操作的手动型液压泵站，实质是一种手摇泵，尽管其工作效率较低，但通过简单配管即可向小行程液压缸供油，常与小型压力机、试验机、弯管机核对抢险救援拆破器具、液压剪等手动机具和设备配套使用，并可作为机动车辆的便携式动力源，用于车辆抢修及日常维护保养等。按液压泵组输出压力高低和流量特性分类 按液压泵组输出压力高低可将液压泵站分为低压、中压、高压和超高压等类型等；按液压泵组输出流量特性可将液压泵站分为定量型和变量型两种而变量型泵站按压力-流量的调节特性又可分为恒功率式、恒压式、恒流量式及压力切断式等。不同的输出压力和流量特性分别可以适应不同的主机工况和工作要求。本设计采用上置式卧式液压泵。4.2液压油箱及其设计与制造4.2.1液压油箱的功用液压油箱简称油箱，它往往式一个功能组件，在液压系统中具有储存油液、散发油液热量、逸出空气、分离水分、沉淀杂质和安装元件等作用。其详细说明如下：存储液压油液：油箱必须能够存放液压系统中所有油液。液压泵从油箱抽走油液送至系统，油液在系统中完成动力传递之后返回油箱。散发油液热量:液压系统的容积损失和机械损失导致油液温度升高。油液从系统中带回来的热量大部分靠油箱壁散发到周围空气中，这就要求油箱有足够的尺寸，尽量设置在通风良好的位置上，必要时油箱外壁要设置翅片来增加散热能力。逸出空气:液压系统低压区液压低于饱和蒸汽压、吸油管漏气或液位过低时由旋涡作用引起泵吸人空气、回油的搅拌作用都是形成气泡的原因。油液泡沫会导致噪声和损坏液压装置，尤其在液压泵中会引起气蚀。未溶解的空气可在油箱中逸出，因此增大油液面积，并使油液在油箱里停留较长的时间，有助于排出气泡。沉淀杂质:未被过滤器捕获的细小污染物，如磨损屑或油液老化生成物，可以沉落到油箱底部并在清洗油箱时加以处理。分离水分:由于温度变化，空气中的水蒸气在油箱内壁上凝结成水滴而落入油液中，其中只有很少溶解在油液里，未溶解的水会使油液乳化变质。油箱提供油水分离的机会，使这些游离水聚积在油箱中的最低点，以被清除。安装元件在中小设备的液压系统中，往往把液压泵组和一些阀直接安装在油箱顶盖上，油箱必须制造得足够牢固以支撑这些元件。一个牢固的油箱还在降低噪声方面发挥作用。油箱的总容量包括油液容量和空气容量。油液容量是指油箱中油液最多时，即液面在液位计的上刻度线时的油液体积。在最高液面以上要留出等于油液容量的1015的空气容量，以便形成油液的自由表面，容纳热膨胀和泡沫，促进空气分离，容纳停机或检修时靠自重流回油箱的油液。4.2.2油箱的类型按油箱结构和用途不同，通常可分为整体式油箱、两用油箱和独立式油箱三种类型。整体式油箱 整体式油箱是指在液压系统或机器的构件内形成的油箱。例如，在工业生产设备中的各类机床床身或底座的内部的空腔往往稍加一点成本就可制成不漏油的油箱，或者车辆与工程机械上的管形构件用作油箱，这样不需要额外的附加空间。整体式油箱以最小的空间提供最大的性能，并且通常提供特备整洁的外观。但是必须细心设计，以克服可能存在的局部发热和操作者难以接近等工作问题。两用油箱 两用油箱是指液压油与机器中的其他目的用油的公用油箱。例如，拖拉机传动系统壳可用做拖拉机液压悬挂系统的油箱；再如采用液压传动的齿轮淬火及空腔底座，兼作液压系统和淬火用油的油箱。两用油箱的最大优点是节省空间。但油几个局限性与此优点相抵触。油液必须既满足液压系统对传动介质的要求，又满足传动系齿轮的润滑或工件淬火等其他工艺目的的要求。再某些高性能液压系统中，这些要求可能式几乎互不相容的。此外，油液温度控制可能很困难，因为对于总量减少了的油液来说存在着两个热源。如果必须另设冷却器来控制油温，用冷却器所需的空间可能抵消所节省的空间。独立油箱 独立油箱式应用最为广泛的一类油箱，其热量主要通过油箱壁靠辐射和对流作用散发，因此油箱应该尽可能窄而高的形状。独立油箱最通常用于工业生产设备，它通常做成矩形的，液压泵和电动机旁置于油箱的左面的公共底座上；液压泵吸油管在液面以下或以上穿过油箱侧壁进入油箱。按照油箱液面与大气是否相通。油箱还有开式与闭式之分。开式油箱应用最广，油箱中液面与大气相通，为减少油液污染，油箱顶盖上应设置通气过滤器，使大气与油箱内的空气经过过滤器相通。在潮湿地区应用的油箱，在通气过滤器上好用装有一定量的干燥剂。闭式油箱油隔离式和充压式两种。隔离式油箱又有带折叠器和带挠性隔离性隔离器两种结构。本设计采用独立油箱。4.2.3油箱的容量油箱容量是油箱最基本的参数。油箱的总容量包括油液容量和空气容量。油箱容积的确定是油箱设计的关键。油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时，最低液面应在进口过滤器之上，保证不会吸入空气，当系统有大量回油而无供油，或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。按使用情况确定油箱容量 初始设计时，可依据使用情况按照油箱容积的经验公式来确定油箱容积，经验公式为 V0=qp 式中V0油箱的有效容积，m3； qp液压泵的流量，m3min； 经验系数，对于安装空间允许的固定机械，或需借助油箱顶盖安放液压泵及电动机和液压阀集成装置时，系数可适当取较大值。低压系统=24，中压系统=57 ，高压系统=615。 已知泵的流量为15Lmin，实验室内通风不好，油箱散热性较差。系统为中压系统，故取=6，则 V0=qp=615=90L查机械设计手册，选用油箱的公称容量100L，即油箱的最高位占总高度的80左右，就可以保证液压系统的部分油液在自重的作用下返回油箱而不会溢出。如果安装空间不受限制，可适当增加油箱的容积，以提高其散热能力，系统确定后当按照系统的发热与散热关系进行校核。4.2.4标准油箱的规格及外形尺寸油箱的公称容量100L，故取油箱的总容积V=125V0 =125L。在确定了油箱的容积以后，即可从标准油箱系列中选定油箱的具体规格，标准油箱的外形尺寸如表4-4表4-4 标准油箱的外形尺寸公称油箱容量b1b2l1l2h近似油液深度固定孔d1最小壁厚（不含箱顶）1004603606333934103401434.2.5系统温升验算（1）工作参数以模拟机床工作为例快进：v1=10m/min 工进：25m/min工作压力：5Mpa车削力：F=2.5D2=3140N由于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，系统的总发热功率可按以下式计算Ph=Php+PhA+PhV+PhlPhp=Ppi（1-）PhA=PA（1-）PhV=103Phl=0.03PP式中 Ppi液压泵的输入功率，kW； PAo执行元件的输出功率，kW。 Php液压泵的发热功率，kW； PhA液压执行器的发热量，kW。 PhV阀孔损失发热量，kW； Phl管路及其他损失产生的发热量，kW。经计算可得Ppi=pq=31061210-3/60=0.6KWPhp= Ppi（1-）=0.6（1-0.95）=0.03kW，PhA= PA（1-）=0.1（1-0.93）=0.007kW，PhV=103=0.5106（4010-3）2=0.0067kW，Phl=0.03PP=0.03（0.6/0.9）=0.0201kW，Ph= Php+PhA+PhV+Phl=0.03+0.007+0.0067+0.0201=0.0638kW（2）发热量计算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，其中油箱式主要散热面。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，故一般略去不计。当只考虑邮箱的散热时，其散热功率Pho可按下式计算：Pho=KA式中 K散热系数，W/（m），计算时可选用推荐值：通风很差（空气不循环）时，K=89；通风良好（空气；流速为1m/s左右）时，K=1420；风扇冷却式，K=2025；用循环水冷却时，K=110175； A油箱散热面积，m2； 系统温升，即系统达到热平衡时油温与环境温度之差，固定式机械设备55；移动式小型装置，如车辆与工程机械65；数控机床25.当系统达到热平衡，即Ph=Pho，油温不再升高，此时最大温升（3）系统温升系统温升按以下公式计算：=Ph/（KA）=Pho/（KA）=t1-t2，式中 K散热系数，W/（m）t2室温20， t1系统温度，1565.由于系统通风很差，则K=8. 散热面积按以下公式计算：A=1.8（b2+l1）h+1.5b2l1式中 b2油箱宽度，m， l1油箱长度，m， h油箱高度，m，经查上述表5-4可知， 散热面积 A=1.8（b2+l1）h+1.5b2l1=1.8（0.36+0.633）0.41+1.50.360.633=1.08m2，系统温升=Ph/（KA）=Pho/（KA） =0.0638103/（81.08） =7.38系统温度由公式=t1-t2得，系统温度t1=+t2=7.38+20=27.384.2.6油箱的结构及其设计要求总则 油箱包括油箱体及箱上所设置的各种附件。油箱体主要由箱顶、箱壁、箱底等部分构成。为了保证装上各类元件、辅件和注油后发生较大变形，箱体的结构设计除应有足够的强度外，还必须有足够的刚度。用叉车或吊车搬运装有油液的油箱时，不应引起油箱永久变行。装于油箱的各检测装置各类原辅件，应便于从外部拆卸，在这些器件修理时不必将油箱放油或大量漏油，也不应造成污染。油箱内壁上应尽量保持平整，少焊接和少装东西，以便清理箱内污垢。箱顶、通气器（空气过滤器）、注油口 a.油箱的箱顶结构取决于其上面安装的元件。例如，如果液压泵布置在油箱内部液面以下，则箱顶应为或应有可拆卸的盖。箱盖及吸油、回油和泄油管子引出口之类的所有开口都应很好密封。箱顶上安装液压泵组时，顶板的厚度应为侧板厚度的四倍，以免产生振动。液压泵组和箱顶之间应设置隔振垫。为了便于布置和维修，有时采用装在箱顶上的回油过滤器。b.箱顶上一般要设置通气器（空气过滤器）、注油口，通气器通常为图5-1所示附带注油口的结构，拧下空气过滤器可以注油，放回（旋入）即为通气器。注油过滤器（滤网）的网眼应小于250m，过流量应大于20Lmin。空气过滤芯的过滤精度最小应为40m，其容量应是液压泵容量的两倍，以便即使系统需要尖峰流量期间液面迅速下降时，也能在油箱内部保持大气压力，或者保持通气压降不超过0.1kPa。空气过滤器一般带有保险链用以预防其跌落或丢失。周围环境较脏时，应采用油浴式空气过滤器。当周围空气湿度较大时，可采用与空气干燥器（吸图5-1 附带注油口的通气过滤器1注油口过滤器；2底座；3空气过滤器4空气过滤芯；5防尘罩湿器）合用的注油通气器，它兼有除湿、收尘和注油的功能。为了减少和防止污物浸入油箱可将通气器和注油口设在油箱侧壁上。c.油箱箱顶上固定元件、辅件的螺纹孔应用盲孔，以防污物落入油箱内。箱顶上液压泵组、会有过滤器以及管件等元器件的设置如图5-2。图5-2 卧室液压泵组本设计采用箱顶可拆卸式，且箱盖及吸油、回油和泄油管出口之类的开口都应有很好的密封性。顶板的厚度为20mm。箱顶通气器选择附带注油口结构。过滤器主要用于过滤进入开式油箱的空气，使空气清洁。本设计选择过滤器的型号为QUQ2,其基本数据如下：空气流量：0.254.0m3/min;过滤精度:10-40m。箱壁、清洗孔、吊耳（环）、液位计 a.对于钢板焊接的油箱，用来构成有箱体的中碳钢板的最小厚度查表可得。若在油箱顶上安装液压泵组和阀组，则应适当加大侧板厚度。b.当箱顶与箱壁之间为不可拆卸连接时，应在箱壁上至少设一个清洗孔。清洗孔的数量和位置应便于用手清理油箱所有内表面。清洗口法兰盖板通常应该能由一个人拆装。法兰板应配有可以重复使用的弹性密封件。c.为了便于油箱的搬移，应在油箱四角的箱壁上设置有足够强度的吊耳（环）或起吊孔。常用吊耳有圆柱形和钩形两种，可采用焊接和铸造方法获得。d.油箱的内部和便于观察的位置上（一般设在油箱外壁并靠近注油口）应安装能目视的透明液位计，以便注油时观测液面。液位计通常带有温度计且可有上、下液面限位线。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管口上边缘高出75mm，以防吸入空气。液位计的上刻线对应着油液的容量。液位计与油箱的连接处有密封措施。对于油温有严格要求的液压装置，可采用传感式液位温度计，其温度计是利用灵敏度较高的双金属片的热胀冷缩原理来测试油温的。本设计箱壁采用中碳钢板，材料为Q235A。箱顶和箱壁可拆卸故不设清洗孔。为了便于油箱的搬移采用手把式。液位计采用能目视的透明液位计型号为YW2-150 T，其中T表示带有温度计。箱底、放油塞、支脚 a.应在油箱底部最低点设置放油塞，以便油箱清洗和油液更换。为此，箱底应朝向清洗孔和放油塞倾斜，倾斜坡度通常为125120；这样可以促使沉积物（油泥或水）聚集到油箱中的最低点。b.为了方便搬移、放油和散热，应将油箱架起来，油箱底至少离开安装面150mm。油箱应设有支脚。固定式液压站的的油箱支脚可以单独制作后焊接在箱底边缘上；也可以通过适当增加两侧壁高度，以使其经弯曲加工