GPC-1智能液压实验台设计论文

毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）中文摘要 如今，机械行业正朝着全方位、多领域、多分支的方向发展。液压技术和其他技术相比，有着缓冲性能好、工作稳定性高、易于实现过载保护等显著优点，在机械行业中发挥的作用日益重要。液压技术给机械行业提供新的手段，同时机械行业的进步也逐步推动液压技术的进步，这是两者相辅相成的结果。但液压技术的发展离不开学生这些新生力量，只有学生学的好，才有更多的科研人员参与液压研发。所以更好的改善液压教学，在促进液压技术进步中起着格外重要的作用。针对这种实际需要，本论文设计了GPC-1型智能液压实验台。它综合了传统液压实验台和新型液压实验台的特性，同时也有着成本低、质量优、易维护的优点。本论文根据目前的需求和功能研究的基础上，分析了传统液压实验台的利弊，制定了液压试验台的设计方案；对主要液压元件进行了初步的筛选；对整个液压系统和电气控制系统进行了设计。最后，完成了对总装图的三维图、二维零件图等的设计。关键词：实验台；液压；集成块；泵站毕业设计说明书（论文）外文摘要Title GPC-01 Intelligent Hydraulic test Stand Design AbstractNowadays, hydraulic technology occupies an important position in the whole machinery industry of our country. Hydraulic technology provides new means for the machinery industry, while the progress of the machinery industry has also gradually promoted the progress of hydraulic technology, which is the result of both complement each other. But the development of hydraulic technology can not be separated from the students, these new forces, only the students learn well, only more scientific research personnel to participate in Hydraulic Research and development. Therefore, better hydraulic teaching plays an extremely important role in promoting the progress of hydraulic technology. In view of this practical need, the GPC-1 intelligent hydraulic test-bed is designed in this paper. It combines the characteristics of the traditional hydraulic test rig and the new hydraulic test-bed, and also has the advantages of low cost, high quality and easy maintenance.This paper according to the basic requirements and functional research on the analysis of the advantages and disadvantages of the traditional hydraulic experimental platform, developed the design scheme of hydraulic test bench; the main hydraulic components of the preliminary screening; to the hydraulic system and electrical control system design. At last, the design of the 3D drawing and 2D part drawing of the assembly drawing is completed.Keywords: hydraulic valve; Hydraulic;Integrated block; pumping station目 录前 言1第一章 绪 论2 1.1课题背景及目的2 1.2研究状况2 1.3发展趋势4第二章 液压系统总体方案设计5 2.1设计要求5 2.2制定基本方案5 2.2.1制定调速方案5 2.2.2制定压力控制方案6 2.2.3制定顺序动作方案6 2.2.4选择液压动力源6 2.3液压实验台系统原理图7 2.4初选系统压力工作9 2.5计算液压缸的主要结构尺寸10第三章 液压元件的设计与选用12 3.1 液压泵的选型与安装13 3.1.1 液压泵压力工作的确定13 3.1.2 液压泵流量的确定13 3.1.3 液压泵的安装方式13 3.2 电动机功率的确定15 3.3 液压阀的选型与安装16 3.4 液压油缸的选型18 3.5 液压油管的选型18 3.6 液压油箱的设计19 3.6.1 液压油箱由效容积的确定19 3.6.2 液压油箱的散热计算19 3.6.3 液压油箱的容量计算20 3.6.4 液压油箱的结构设计20 3.7液压泵站22 3.7.1 液压泵站的组成22 3.7.2 液压泵站的选择23 3.8液压集成块23 3.8.1 块体的结构23 3.8.2 集成块结构尺寸的确定24 3.8.3集成块的加工24第四章 电气控制系统设计26 4.1线路设计基本原理26 4.1.1主电路的设计26 4.1.2 控制电路的设计26 4.2 绘制原理图26 4.3 元器件的选择27 4.3.1 断路器的选择27 4.3.2 熔断器的选择27 4.3.3 热继电器的选择27 4.3.4 中间继电器选择27 4.3.5 交流接触器的选择27 4.3.6 万能转换开关的选择28 4.3.7 按钮的选择28 4.4控制柜结构设计29参考文献30致谢31前 言GPC-1型智能液压实验台的设计充分响应了当今时代液压技术的发展要求，即在保留传统液压实验台的优点的基础上，创新的赋予其智能化、信息化、虚拟化和模块化的特性，整套设备能大大缓解目前高校实验室中设施老旧和缺失的情况。与此同时该设备在整个液压课程教学中将发挥极大的作用，是学生学习液压课程中的不可或缺的重要组成部分。此论文重点论述了GPC-1型智能液压实验台的系统原理和元件组成。经过多个角度分析该实验台与其它传统实验台的异同，突出它的智能特性，其最突出的优点为：学生能够根据自己的想法，制定独特的液压系统，可以在实验台上做多种实验，且实验所需元件可由学生自行选型、搭接；同时，由于设计时特意为该实验台加入了若干传感器（位移、流量、压力），实验数据可被传至计算机中进行数据处理分析，从而获得精确的实验结果并且能自动绘制出图线，让学生对实验中产生的各种参数一目了然。论文围绕实验台的系统原理以及总成结构展开，然后辅以电气控制系统的设计。 第一章 绪 论1.1课题背景及目的如今，机械行业正朝着全方位、多领域、多分支的方向发展。液压技术和其他技术相比，有着缓冲性能好、工作稳定性高、易于实现过载保护等显著优点，在机械行业中发挥的作用日益重要。液压技术给机械行业提供新的手段，同时机械行业的进步也逐步推动液压技术的进步，这是两者相辅相成的结果。有句俗话说的好，“教育是国家的灵魂”，先进技术的发明单单依靠现有的人力和资金是难以实现的，只有国家培养出来新生力量的质量不断提高，教育兴国的目的才能实现。液压元件与系统系列课程，是中国高校广大大学生学习液压科目的必修课程，因为本人也是该专业的，所以我认识到，由于该课程本身具有抽象性，学生仅仅对着课本学习很难会有显著的效果。所以帮助学生们更好的理解液压系统的具体工作情况，将大大减少学生们学习这门课程的难度。目前国内的大多数高校，普遍存在着实验室中液压设备老旧、功能少、故障率高的现状。有的实验台功能单一，只能进行其中一种或两种实验，实用性不高；也有的缺少数据采集部分，由于缺乏图表、图像信息，单单做个实验满足不了学习的需求。针对这一种请况，本论文设计出的这种新型液压试验台较好的弥补了上述传统液压实验台的缺憾。从某些方面来看该液压实验台代表着当前国内新型液压实验台的较高水平。1.2研究状况传统的液压实验台一般都没有测控装置，也就是说，除了基本的泵站和液压元件以外，最多加入了一些传敢器和仪表，因此，学生做实验只能用纸和笔手动记录实验数据，并且油路换向也只能依靠手动，字动化较低。所以这种方式不置可否存在着不稳定因素，最重要的，实验的精度一般很低。不过这类实验台一般只是以演示给学生看为主要目的，最多验证验证一些重要的实验结论。为了满足市场需要，现在的液压实验台主要分为一下几种：第一种是透明式。由于液压系统需要有介质也就是液压油才能正常运作，而液压油在封闭的液压元件中是无法从外界观察的，所以不透明的液压元件增加了学生在做液压实验时理解的难度，市面上就出现了透明的液压元件。其壳体材料一般采用透明玻璃，管子也是采用的透明塑料管，而液压油一般被调制成被区分开来的颜色。这样做的好处显而易见，学生可以对油液的流向和流速亲眼可见，好理解的同时还能结合课本上所学内容加深映像，比较好的能满足当前大学教育的要求，所以深受一般高校广泛认可。第二种是快插式。这种设计一般被广泛运用在目前高校的液压实验台设备中。所谓快插，就是在实验台中运用到了很多快插接头。一般在液压元件的壳体上都装有卡口，通过这种卡口可以将液压元件稳固的装在液压实验台实验面板上，这种设计自然而然就能满足人员自行设计液压回路的需要，可以应自己需求调整元件位置。另外，有的实验台会自带若干液压集成块，以满足快速插装液压阀的需要。这种快插式设计一般具有很强的拓展性和互换性，将液压元件和对应的PLC控制系统相连接，就能组成电液控制系统，除此之外还能添加单片机控制、工控机、计算机控制等装置。具有良好的互换性以便各个不同品牌的液压元件能够相互替换。国内有名的设备主要有：吉大开发的快递插装认一组合式液压与气动教学液压实验台，有美国费斯托公司开发的TF/500液压基木回陆快递插装式液压实验台。第三种液压实验台一般具有不同的操纵方式。已过时的单一的手动控制已经难以满足现今液压技术发展的需要，所以现在的液压实验台一般都通过电气控制、计算机程序控制或者是继电器、工控机等设备，以实现液压实验台的自动控制。对于想锻炼自己能力的同学还可以根据自己的需要自行设计程序，模拟各种真实场景下的液压回路，这很有利于培养毕业后踏入社会的综合应用能力。第四种实验台带有计算机仿真功能。这类实验台一般具有测试和仿真两大功能。在实验台装有各种传感器以收集实验数据，传输到计算机中以实现数据的综合处理，经过计算机自带的软件实现图形的自动绘制，相比于早期的手工绘图，具有自动化、误差小、速度快、易于打印的优点。有的实验台连接计算机，安装有仿真程序。这种仿真程序自带动画效果，能较为逼真的演示液压系统运作的过程。利用实验台的仿真功能，学生能根据要求自行调试，因为仿真只依靠计算机软件，所以大大节省了实验的成本，也一定程度上减少了油路的泄漏。最重要的是，通过计算机仿真软件直接检查出自己设计的油路的错误，真正上实验台操作时大大减少了错误率。1.3发展趋势时代在向前，液压实验台运用到的技术也应该与时代相接轨。因此，在这个强调智能化、信息化、虚拟化的时代，现代液压实验台也应朝着智能化、信息化、虚拟化发展，当今的教育模式决定着液压实验台的更新应遵从以下几点：一是智能化：将计算机充分的运用到实验台中，结合PLC自动控制或者单片机，便宜实现自动控制，系统自带的拓展单元便于增加更多模块或外接工用设备。完善仿真功能，可将仿真软件打包发给每一位学生个人电脑上，让学生在实验之前现在计算机上自行模拟液压回路，然后再上实验台动手做实验，便于提早发现错误并将之解决。二是信息化：在液压回路中加装多种传感器，比如压力、流量、速度传感器以收集实验产生的电信号，通过数据转换模块将这些电信号转换成可视的图像参数。三是虚拟化：可以利用计算机自主搭健虚拟实验平台，并佐以计算机的多媒体教学功能，使用动画展示实验回路，对教学具有极大的帮助。在液压实验台技术方面，德国的博世力士乐、费斯托以及日本的川崎有着很成熟的应用，有很多值得学习的地方。国内浙大、吉大在这方面做了深入的研究，其他单位也有比较快的进展。第二章 液压系统总体方案设计2.1设计要求本次毕业设计要求设计一种GPC-1新型智能液压实验台，实验台可操作的实验有：（1）压力形成实验；（2）液压泵性能实验；（3）溢流阀静动态性能实验；（4）节流调速回路性能实验；（5）比例阀性能实验。2.2制定基本方案 2.2.1制定调速方案液压回路的方向控制可以由三位四通换向阀或者逻辑控制单元来完成。像本论文设计的中小型系统，就基本上通过三位四通换向阀的由机组合来完成按照目标的动作。对液压高压系统大流量的高压力、大流量的液压系统，是用先导控制阀完成。液压回路速度控制由液压执行元件的输入或输出流的变化或密封的体积的变化量空间完成使用。相应的调速模式是由容积调速和节流调速。节流调速一般都是采用定量泵来泵油，基本上都是用调速阀或节流阀来切换液压执行机构的输入端或者是输出段流量来调整液压执行机构的运行速度。这种调速方式结构比较简单，但是向外散发的热量过于大，效率不高，主要用在小功率设备上。容积节流调速使用变量泵泵油，用调速阀或者节流阀调节输入或输出液压执行机构的流量，让其流量供需相符合。这种调速回路的效率也很高，速度稳定性很好，但它的结构比一般的节流调速回路复杂。节流调速一般又分为进口节流调节、出口节流调节和旁路节流三种型式。进油节流的影响不大，和回油节流阀通常用于负载回路，和旁路节流是用于高速环路。本液压实验台系统采用开式循环，在开式循环中，液压油从液压油箱进入液压泵，当液压油的压力能转变为液压执行元件的机械能，充分释放完成内能的转换后，又重新流入液压油箱。2.2.2制定压力控制方案液压执行机构正在运行时，系统的压力必须尽量保持在一个稳定的压力范围内，但是也有例外，有的液压系统就需要人为的改变压力和流量。也由的需要多次或不停连续地改变那压力。由于采用节流调速，这个系统由定量泵泵油，并加装所需的溢流阀，使得系统压力恒定。2.2.3制定顺序动作方案采用闭环控制以满足液压伺服智能实验台的伺服系统对外界干扰敏感、控制精度要求高的要求。阀门的控制来满足系统快速响应的实验平台，精度高，结构简单，功率小，没有计算效率低，热效率大，大的情况参数。采取机械形势反馈组成机液伺服系统，其输入装置用样件或靠模，反馈元件、对比元件用丝杆-螺母、齿轮、杠杆等机构，放大原件采取伺服阀。采用电气元件作为电气形式反馈即构成电液伺服系统的输入元件比较元件。采用电液伺服阀作为放大元件。比较容易实现系统校正的方法是采用电液阀作为系统的放大元件，因为它有灵活的信号处理能力，而且功率较小能够方便的调整开环增益。目前使用比较广泛的电液伺服系统拥有了电和液两方面的优点。采用的是直线运动液压缸作为位置伺服控制系统的执行器，采用位移传感器作为传感器，系统分析时加入微分环节即可。行程开关安装方便，与阀门连接相应的油路，因此对管道的连接方便的地方很适合，为降低成本，同时使操纵可靠，就采用了电脑PLC控制方式。2.2.4选择液压动力源液压系统的介质为液压油，液压泵从液压油箱中吸取油液，液压动力源即为所谓的-泵站。液压源的油液流进系统前不能带有杂质，所以必须安装有净化装置。一般在泵和油箱之间的管路都装有吸油过滤装置，使进入系统的油液符合使用要求。由于液压油都含有苯类致癌物质，所以人员操作设备时应戴橡胶手套，避免皮肤长时间、大量接触以造成人体危害。2.3液压实验台系统原理图一般原理图的设计都要在系统设计开始之前就要完成。本次设计的液压实验台液压系统可以分为大概三个子部分。一是活塞缸的油路设计；二是柱塞缸的进油回油油路的设计；三是活塞缸的压力控制油路（须要实现伺服加载，后面将重点讲述）。在设计思路上，我力求设计的液压系统经济适用，性价比高，于是在某些不必要的结构上尽可能简化，在关键技术上重点把关。所谓液压原理图，就是由选定好的控制回路图和液压泵站合在一起的图。本人设计原理图为求系统结构简单方便，注意每个元件间的连接关系，防止误动作产生。要设法加强系统的工作效率，一定的减少能量损失。液压智能实验台系统图如图l所示。该液压实验台系统的油液来自油箱，和定量泵3和变量泵16与其各自固连的电动机4共同组成液压泵站。液压缸分为主缸和负载缸，主缸为实验缸，负载缸提供负载，也可做对顶实验。在做液压系统的压力形成实验时，由于要在各种负载时读出实验缸的压力，所以主油路和负载油路同时连通，给溢流阀14不同的值，让负载缸13的伸出杆向左运动，启动定量泵3，节流阀9，三位四通换向阀11处于左位，主缸12根据溢流阀5调节压力，记录压力表的各个值。做定（变）量泵的性能实验时，打开泵3、溢流阀5、节流阀9和手动换向阀8，测试在不同的压力或者流量下液压泵的噪声、震动情况和效率。做溢流阀的性能实验时，打开节流阀9，三位四通换向阀保持中位，截止阀8也处于原位。油液流过溢流阀10，通过其控制油路的截止阀的开闭来测试溢流阀的静态和动态性能。做节流调速性能试验时，通过分别打开三个节流阀来实现进口、旁路、出口三种节流形式的实验。当液压缸测试，减压阀11被释放，节流阀的大小进行调整，以及燃料供应到液压缸的额定流量。将进出油口相接触的液压缸的借口于快速头接上。液缸的主要测试项目有以下：(1)在空载工做状态下，启动压力就低，慢慢的拧紧这那么调压阀11的手杆，液压缸先向无杆腔通入液压油，再有压力表8写下活塞杆的压力值在启动时的大小；(2)泄漏的解决方案，通过上下移动，使压力油进入气缸的每个气缸，使活塞运行到尽头，然后逐渐拧紧阀11手柄，调节阀调节测试额定压力缸，保持压力5分钟，拆下液压缸的回油管路和测量杯，看到泄漏的大小等。图2-2 液压系统图(3)电压试验，根据调整方法（2），当运行到活塞的行程结束时后，压力调节阀11转移到测量气缸压力等级的1.5倍，保压2分钟，观察到的破坏或永久变形部分的样子；(4)外渗漏，在(2)、(3)测验项目中，查看活塞杆的地方及其他结合面出油的具体样式。测试液压阀时，同测试液压缸不是不相同，调整跳接阀13的大小，使供油量达到液压阀的额定流量。将快速接头各种与液压阀的进出油口链接在一起。就拿溢流阀来说，我们需要做的主要测试如下：（1）压力变化范围，改变那测是阀的调压手轮，让其以最小压力达到被测阀额定压力，在就从额定压力调回最低时候的压力，重复三次，仔细看看压力表8的上下变化的情景，并记录其调压范围的大小；(2)压力就那么振摆值的测试，换向阀10就那么上移，测试调压阀11的额定压力测量。压力振摆值可由压力表8读出；(3)内泄漏，换向阀10往上移动，阀的调压手轮不停变换，使阀口处于常闭。调压阀24的额定压力由溢流阀泄漏测量记录调整高0.3-0.5MPa，然后值应小于某一特定值；(4)压力损失小，阀10动作，调整被测阀压力调节手轮来充分释放位置，分别由压力表8和9（低表）测量入口和出口压力。不同的是测量阀门的压力损失。2.4初选系统压力工作压力的选择要取决于负载和设备类型。同时考虑到组件的装配空间的实现，经济条件和零部件供应的限制。载荷固定的条件是的，压力就那么工作低，这一定要改变执行元件的结构尺寸，设备越复杂，设备的尺寸也跟着增大，随着尺寸的增大，系统的用料就随之增多，成本就增加；反之，压力就那么高，对系统中液压元件的材质、加工精度、密封要求就很高，肯定要就那么备成本。就这么来说，就这么固定的尺寸不就那么的设备，压力可以就低一些，行走机械就那么备压力要选的高一些。具体选择可参考表2-1、表2-2。表2-1 按载荷选择压力载荷/kN55-1010-2020-3030-5050压力就那么工作/MPa0.8-11.5-22.5-33-44-55表2-2 常用的系统压力机械类型机床小型工程机械建筑机械起重运输机械磨床组合机床刨床拉床压力工作/MPa0.8-23-52-88-1010-1820-32本实验台压力属于中低压，故初选最大工作压力为7MPa。2.5计算液压缸的主要结构尺寸液压缸由关设计参数见图2-1。（1）（2）图2-1 液压缸的主要设计参数图（1）表示液压缸活塞杆正受压，图（2）表示活塞杆工作正受拉。活塞杆受拉时 （3-1）活塞杆受压时 （3-2）式中 无杆腔活塞有效面积（）；有杆腔活塞有效面积（）； 液压缸工作腔压力(Pa)； 液压缸回油腔压力()，即背压，初算时按表选取； D活塞直径； d活塞杆直径。表2-3 执行元件背压系统类型背压/MPa简单轻载节流调速系统回油带调速阀系统回油路带背压阀系统带补油泵的闭式系统回油路复杂的大型系统回油路短，且直接回油箱可忽略不计液压缸如果在受拉情况下工作，其活塞面积为 （3-3）运用式（3-3）须先搞定A1与A2的关连，或者活塞杆径d与活塞直径D的关系，令杆径比，其比值可按表2-4和表2-5选取为0.5。表2-4 按压力选取d/D工作压力/MPa5.05.0-7.07.0d/D0.5-0.550.62-0.700.7表2-4 按速比要求确定v2/v11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：无杆腔进油时杆速度； 有杆腔进油时杆速度。初选为,液压缸机械效率取0.9，由式可计算出，则可以由表选取液压缸背压为0.2MPa,则可由公式 （3-4）计算出D=40.093mm,按表2-5圆整为40mm。表2-5 常用液压缸内径D（mm）4012550140631608018090200100220110250 经过液压缸的不同品牌的对比，甄选为上海油威生产的型号为CJT70-LA40A300B-AND-E的液压缸两台，缸内径为40（标记为A），支撑形式为横向底脚型，行程为300，缓冲方式为两端有缓冲，接口方向为上，排气口方向为左，工作压力为7Mpa，耐压10.5MPa，价格为500元/个，在同类型品牌中，质量较好，价格一般，性价比较高，故选用次液压缸。第三章 液压元件的设计与选用3.1 液压泵的选型与安装3.1.1 液压泵压力工作的确定 （3-1）是最高压液压系统执行机构工作，所以系统由于系统数据到7MPa最大压力设计，所以工作压力6.3MPa泵。3.1.2 液压泵流量的确定 (3-2)根据中低压液压系统的流量要求，本液压实验台液压系统要求最大流量为12L/min，取泄露系数K=1.1，可以求得液压泵的最大流量=13.2L/min。那么由以上参数，综合考虑后选择南京液压机械制造厂有限公司生产的YB1-6.3型定量叶片泵，压力为6.3MPa、驱动转速为1450rpm、泵的排量为6.3ml/r。变量泵选择南京液压机械制造厂有限公司生产的VVP-12型变量泵，转速为1800rpm、最大工作压力7Mpa、额定工作流量为12L/min。油泵从轴端看为顺时针旋转，进油口和出油口在同方向上的。3.1.3 液压泵的安装方式液压泵站可由多种不同类型的液压泵、电机及其联轴器组成，为了防止油液进入内部结构导致腐蚀，外表还装有罩壳保护。其安装方法主要分为立式安装和卧室安装。（1） 立式安装：液压泵和油管连接安放在液罐内压力，安装的风格是如此的紧凑，美观，大大减少了占地面积，也可以进一步保证电机和液压泵之间的同轴度，液压油液的吸入条件不错，它可以直接流回，并保存区。但是，这种按装方式不是很便利，而且散热条件太差，拆装检验不是特别方便。（2） 卧式安装：液压泵安装在外面与管道是一起的，虽然装备的时候于维护的时候比较利便，有比较好的散热环境，很多情况下电动机在于液压泵校对同轴度时不简单得到保护。泵的转动靠电机带动，因此须要选择合适的电机。一般系统使用普通的传动电机(比如三相交流异步电动机)即可实现,本系统为了提高系统的动态响应以及方便调速,选择了伺服电机来实现。通过查看液压泵的功率和转矩，经过比较同类产品的不同品牌，最终选择了台州朗博电机有限公司生产的y2-90l-4-b35型三相异步电动机。实际上现在许多液压系统可以用伺服电机直接带动泵来控制液压缸的流量，从而控制其速度，不须通过阀来控制，本系统可以在使用中加以改造变成这样的控制方式。但实际由于设计时间限制，在本系统中仍然采用阀控系统，降低设计难度。对于液压系统来说，对于执行元件的速度和压力的控制是实现系统功能的关键。图3-1 泵安装支座泵的进出油口这都选用自己的法兰把油管连起来，法兰方式链接就简单，加工十分简单，外形和尺寸如图3-2所示。图3-2 泵进油口法兰法兰上没有用于安装密封件的沟状结构，法兰的密封性能由厂家配制的机械密封件保证密封性能，密封件采用PTFE材料制成,这种密封件密封性能较好，成本不高，加工容易，适合复杂程度不高的场合。安装时要先用洗涤剂或者丙侗将密封件洗涤干净并涂上密封用的胶水。3.2 电动机功率的确定根据式3-3 （3-3）查看产品样本，选用的台州朗博电机有限公司生产的y2-90l-4-b35型三相异步电动机，参数为1.5kW/380V，额定转速为1450rpm，价格为270元/台，价格便宜且质量可靠，性价比较高。Y2系列电动机具有效率高，能耗低，功率足，用料优、产品质量可靠，产品温升低等等优点，满足二氧化碳排放低的可持续发展要求。3.3 液压阀的选型与安装设计液压阀时，一般先要确定液压阀的安装形式，其一般决定于液压系统的结构和特性：液压泵站的震动，保证系统的工作稳定性，多采用集中式配置。为了降低综合成本，液压元件之间采用管路相连接以达到最大的柔性优化。通过考虑，鉴于本系统结构较为简单，为降低成本，液压元件采用管式连接。液压阀与实验台的安装连接采用自制的安装支座，安装时，液压阀安装在实验台面上方的网上，支座就安装在工作台面上。这使得液压阀的安装位置容易调整，方便拆装和组合不同的液压回路，其外形尺寸如图3-4所示。选择阀类元件应注意的问题：选择液压阀时，一定要根据阀自身的参数和额定工作时通过阀的流量来完成对液压阀的选型，本液压实验台系统运行时的最大压力为7MPa，各个液压阀的规格型号见下表3-1：表3-1 液压实验台液压阀明细表序号 名称选用规格1溢流阀DBDH6P10/100（华德液压）2节流阀DRVP6-1-10（华德液压）3调速阀2FRM6B76-2XB/16QMV（华德液压）4三位四通电磁换向阀4WE6E61B/CG24N9Z5L（华德液压）5二位四通电磁换向阀4WE6C61B/CG24N9Z4（华德液压）6二位三通电磁换向阀3WE6A61B/CG24N9Z5L（华德液压）7先导式组合阀DBW10B-1-10B/100U（华德液压）3.4 液压油缸的选型在2.2节已经求得液压缸的直径为40mm，系统压力工作为6.3MPa。选CJT70-LA40A300B-AND-E型液压缸，缸径40mm，速度比2，活塞杆直径28，工作压力等于7MPa。3.5 液压油管的选型 （3-4）式中 qv通过管道内的流量（m3/s）；v管内允许流速（m/s），见表3-2.表3-2 允许流速推荐值管道推荐流速/(m/s)液压泵吸油管道0.5-1.5，就常取1以下液压系统压油管道3-6，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.5-2.63.6 液压油箱的设计液压油箱的作用是存放液压油，隔离液压油的杂质于空气，而且可以起到一定的去热作用。3.6.1 液压油箱有效容积的确定油箱是实验台的必要部分，没有油箱就没法实现液压系统的正常运行，很多必要的功能都需要油箱来实现，所以设计油箱是设计实验台的必要因素，而其容量是油箱的主要急速参数。但就这么要求较高的液压系统由必要分析系统的每个种要求，并以热量为基础采用计算的方法来确定。在各种的工作环境下影响油箱散热的因素有很多，一般由按压力的工作范围来设计。油箱容量的经验公式为 （3-5）式中 qv液压泵每分钟排出的压力油的容积；经验系数，见表3-3。表3-3 经验系数系统类型行走机构低压系统中压系统锻压机械冶金机械12245761210本系统为中低压系统，最大流量为12L/min，经验系数取7，由公式（3-5）计算得液压油箱的由效容积为84L。3.6.2 液压油箱的散热计算（1）系统发热量计算，在液压系统中，系统中的损失都转变成了内能，通过热量散发出系统之外。本系统的散热按系统输入功率最大值的20%来计算，系统的输入功率为1.5千瓦，则发热功率为0.3kW。（2）冷却能力计算，由于额外的冷却装置没有安装在系统上，忽略系统中其他地方的散热，只考虑冷却罐，显然系统加热总功率H全部由冷却水箱考虑。这时油箱散热面积A的计算公式为 （3-6）式中 A油箱的散热面积（m2）；H油箱需要散热的热功率（W）；油温（就这么以55考虑）与周围环境温度的温度（）；K散热系数。与油箱周围通风条件的好坏而不同，通风很差时K=89；良好时K=1517.5；风扇强行冷却时K=2023；强迫水冷时K=110175。已知步骤得出的结果H=800W，取15，散热系数取9，则根据公式3-6计算得A=5.93m2。系统停止运行之后，系统中存在的部分液压油在地心引力的作用下重新流入液压油箱，故液压油箱的液位不能太高太高之后液压油会从油箱里面溢出，就这么不应高过液压油箱液面高度的80%，固本系统决定的用的油箱容量为110L。3.6.3 液压油箱的容量计算 效率，油箱的容量适当增大，要计算液压油箱的容积，须要计算出系统各个元件在同时工作时的最大流量然后乘上一定的系数即为设计值。经过分析可以发现，在液压垫快进时活塞缸和柱塞缸同时进油，此时为系统通油的最大流量。下面计算各执行元件同时工作的最大流量。我们已知活塞缸的无杆腔直径为180mm,杆径为140mm,液压垫快进速度为100mm/s,柱塞缸杆径为160mm,缸径为180mm,其上行速度应与活塞缸相同即100mm/s。活塞缸流量的计算公式本系统所用的油箱装油量为1000L。3.6.4 液压油箱的结构设计液压油箱采用多根方管相互焊接起来的形式，配合数根角钢，加以横向支撑。与铸造方式相互比较，有着表面较平整光洁，无需清理表面毛刺飞边，且原料可以取用废旧方钢和板材的优点，不用单单为了铸造此油箱而单独出铸模，大大节省了成本。其结构：本次的油箱主体部分有箱板、侧板和顶盖。箱板与侧板之间由焊缝连接。顶盖与箱板和侧板之间没有直接连接，采取的连接方式是：在箱板和侧板上焊接上等边角钢或者称之为角铁，然后把顶盖放置于角铁上，角铁的焊缝必须严格把关，保证顶盖的稳定性。一般液压油箱可以做成整体式或者焊接式的。整体式的液压油箱适合用来做小容量的油箱，因为整体式的油箱大都是通过焊接来制造的，大容量的油箱如果使用焊接方式加工，则模具会很大而且工艺性不好，所以大多采用焊接式。本次的油箱主体部分有箱板、侧板和顶盖。箱板与侧板之间由焊缝连接。顶盖与箱板和侧板之间没有直接连接，采取的连接方式是：在箱板和侧板上焊接上等边角钢或者称之为角铁，然后把顶盖放置于角铁上，角铁的焊缝必须严格把关，保证顶盖的稳定性。在箱板下布置了四个支脚（两个前支脚，两个后支脚），起到了支撑的作用。支撑板中间加工出圆孔，从材料力学可以知道，空心结构的力学性能尤其抗弯强度比实心结构更好。箱板上镗出孔，用来作清洗孔。配备清洗孔端盖，端盖与箱板间用O型密封圈作静密封，利用非标准螺母（焊接于箱板内侧）与六角头螺栓连接清洗孔端盖与箱板。一般液压油箱可以做成整体式或者焊接式的。整体式的液压油箱适合用来做小容量的油箱，因为整体式的油箱大都是通过焊接来制造的，大容量的油箱如果使用焊接方式加工，则模具会很大而且工艺性不好，所以大多采用焊接式。在顶盖上设置空气滤清器（附带注油口），起到了防止油液受污染的作用，保证了系统的安全稳定地运行，这里选择无锡福力德制造厂生产的EF7-100型空气滤清器。油箱的箱板下部即油箱底面并不是完全与地面平行的，而是在高度方向上保证一定的梯度（保证了放油的充分性，避免积液）在终端设置成与地面平行的结构，在其中部设置放油口，配以放油塞，这里选择型号为GN741-32-M26*1.5-os-1的刚特铝制油塞。选择无锡福力德制造厂生产的YWZ-400T型号的液位计，指示油液的位置。在油箱的侧板处焊接四个吊耳，以适应在运输，喷涂以及清洗等各个环节装卸的需要。在油箱中部设置隔板，起到增加油液循环流动时间，调整油液温度，吸收油液压力波动的作用。在合适的位置设置过滤网，使回油管路与吸油管路隔开。配置小型的配电箱，用于电机与电源的连接。油箱内外表面须通过涂漆来防止氧化生锈或者腐蚀。3.7液压泵站液压泵站是液压系统的动力来源，液压泵通过电动机的驱动从液压油箱吸取油液，并通过泵的离心或者挤压作用将液压油泵进系统，完成了从机械能到液压油的压力能的转换，是液压系统核心的部分。3.7.1 液压泵站的组成液压泵站集成了液压系统的泵,电机,阀,油箱以及各个输回油管路,其可直接连接执行元件,集供油、换向、调速等功能于一身，液压泵站集成了液压系统的泵,电机,阀,油箱以及各个输回油管路,其可直接连接执行元件,集供油、换向、调速等功能于一身，是本液压系统的关键组成部分。合理地设计泵站是保证液压系统安全、稳定以及高效工作的关键。是本液压系统的关键组成部分。合理地设计泵站是保证液压系统安全、稳定以及高效工作的关键。箱板下布置了四个支脚（两个前支脚，两个后支脚），起到了支撑的作用。支撑板中间加工出圆孔，从材料力学可以知道，空心结构的力学性能尤其抗弯强度比实心结构更好。箱板上镗出孔，用来作清洗孔。配备清洗孔端盖，端盖与箱板间用O型密封圈作静密封，利用非标准螺母（焊接于箱板内侧）与六角头螺栓连接清洗孔端盖与箱板。在顶盖上设置空气滤清器（附带注油口），起到了防止油液受污染的作用，保证了系统的安全稳定地运行，这里选择南宫市兴华过滤器材制造厂生产的EF7-100型空气滤清器。油箱的箱板下部即油箱底面并不是完全与地面平行的，而是在高度方向上保证一定的梯度（保证了放油的充分性，避免积液）在终端设置成与地面平行的结构，在其中部设置放油口，配以放油塞，这里选择型号为GN741-32-M26*1.5-os-1的刚特铝制油塞。本系统对过滤精度的要求比较低，所以选用网式过滤器。3.7.2 液压泵站的选择如前文所述，之前我已经阐述了液压油箱、柱塞泵的选择以及电机的选择。已知油箱容积2000L以及其结构，电机参数和结构以及两个柱塞泵的参数和结构。首先考虑泵的安装形式。液压泵主要的安装形式有卧式和立式。卧式的由卧式电机通过联轴器与液压泵相连，液压泵必须要安装进油过滤器。立式安装可以把液压泵安装于液压油箱的液面以下，此时不须要安装进油过滤器，且省去了进油管路（因为液压泵浸入到液面下泵内充满液压油），另外同轴度较高。选择了卧式电机通过梅花形弹性联轴器与柱塞泵连接，采用了长螺栓加安装板的方式固定液压泵。液压泵的出油管接阀块的进油通道（P口）。阀块安装于油箱顶板上，其出油管接油缸。柱塞缸的进回油管路通过顶板通油箱。泵站中要合理安装回油过滤器和冷却器。定量叶片泵组 y2-90l-4-b35+yb1-6 功率/电压 1.5kw/380v 流量排量6ml/r 最高压力6.3mpa 转速 1450r/min变量叶片泵组 y2-90l-4-b35+vvp-12-f-a3 功率/电压 1.5kw/380v 流量排量 06.7ml/r 最高压力7mpa 转速 1450r/min 电动机功率1.5kw/380V3.8液压集成块液压阀块用来安装液压系统中各个阀，在其内部设进回油油道以及各个阀的油路通道。液压阀的连接方式有管式连接（各个阀通过液压油管连接），板式连接（各个液压阀与一个油路板连接），叠加式（各个液压阀叠加在一起，通过长螺栓固定连接）然后就是用集成阀块连接。用集成阀块的优点是空间集约，质量好，性能可靠，设计生产周期不长且能够专业化生产。本液压系统采用集成阀块。由于本系统阀较多，所以得采用多个阀块（这里设计为4个）叠加在一起的方式组成，由于选用了大流量的逻辑阀，所以此阀块尺寸较大，而且这个阀块上集成的阀数量众多，所以设计这个阀块难度较大也是重点。3.8.1 块体的结构阀块体的尺寸设计为矩形六面体，材料用35号钢。由于本液压系统的液压回路中液压阀数量不少，所以可以考虑采取多个集成块相互叠加，组合成一个整体的集成块组，上面可以叠装各种液压阀，以达到节省空间、好看的目的。其中阀和集成块贴合面可以采用O型圈加以密封，集成块与集成块之间采用螺栓连接。对于安装孔进行了合理的改变和创新。主级孔道考虑了加工的简便以及减小流动阻力损失。减少了复杂孔道、倾斜孔道三维斜孔。采用法兰连接外接油口。工艺孔道采用螺塞封堵，用于孔道清理跟检查。设置必要的检测油口，用于检测液压回路的工作参数。设置铭牌和吊装结构。本设计参考JK系列集成块。三个集成块的面用来连液压阀，其余一个则连接液压执行元件。每个液压集成块，根据系统图的要求，按要求钻孔。3.8.2 集成块结构尺寸的确定为了方便安装，集成块上孔的直径最好和安装在各面的液压阀的孔径相互匹配，都要满足各自的流量要求。孔与孔之间的距离壁厚不可以过于的小，一是为了阻止使用的时候中被油压给击穿，另一块是为了防止在加工的时候导致油孔的偏斜而错误的穿通了一通道。对于安装孔进行了一合理的改变和创新。主级孔道考虑了加工的简便以及减小流动阻力损失。减少了复杂孔道、倾斜孔道三维斜孔。采用法兰连接外接油口。3.8.3集成块的加工为了使集成块的安装界面与液压元件组合起来，还必须要使漏油的情况不出现，这就必须使安装面由形位公差并满足要求：平面度5-7级；表面粗糙度为轮廓算术平均偏差R。12.5-0.8微米；起孔时候的垂直误差度，台上肩的同轴度必需在精度5-7级以内。集成块的内部结构一般相对复杂，为了清楚地知晓内部结构，制图时最好采用1：1的比例绘制，不这样的话看起来不够直观，生产时也会出问题。集成材料块就选用铸铁也可以是中低碳优质钢，最好的是既要保证强度，加工也要便利。本集成块选用35号钢。铸铁要经过退火处理，有时为了保障产品的合格率也会采用人工时效处理。内部流道有时可以直接铸，这样做的好处是省的在进行额外的工序，清砂方面必需做好，确保铸件干净无毛刺无飞边，锻件要经过退火处理，以消除内应力。内部要进行探伤，防止裂纹。第四章 电气控制系统设计4.1线路设计基本原理4.1.1主电路的设计液压传动系统中的液压元件主要有电磁阀、调速阀、溢流阀、蓄能器、减压阀、换向阀、压力继电器和各种仪表等。当前，几乎所有的大型机械都是机电液算控一体化的产品，压力机液压系统也不例外。通常情况下，在工业环境中都是采用PLC(可编程逻辑控制器)对液压传动系统进行控制。PLC诞生于第二十个世纪的六零年代，是一种新型的自动化控制装置。4.1.2 控制电路的设计由于传统的继电器控制装置具有体积大，接线繁以及修改难等缺陷，人们便开发了PLC。最早的PLC功能远没有现在这么强大，当时它只能够实现逻辑运算、计数、计时以及顺序控制等功能，且其控制仅仅适用于开关量，其能替代程序控制，先前的主要应用领域为单机控制，另外随着该领域的发展也出现了多机群控制以及自动化生产线之类。用一台三菱FX2N来来完成对系统的自动控制。4.2 绘制原理图根据要求要来完成人为控制与自动控制，绘制的控制电路图如下：4.3 元器件的选择4.3.1 断路器的选择但现在，PLC已进入包括位置控制、过程控制等场合所有的控制领域，也可用于需要闭环的位置控制和速度控制，现在除了仍然保留的控制逻辑器的所有长除外，还吸收了发展了其他的设备如计算机等的优点。4.3.2 熔断器的选择在完成了静态设计和确定了一液压元件的参数还有已经完成了元件的选型之后，就该对系统进行动态设计。因此根据三相异步电机所给的额定电流计算出电气柜熔断器的选择范围应是:0.51-0.68A.4.3.3 热继电器的选择(1) 额定电流选大一级的。(2) 额定值就为电动机电流的 1.7-2 倍。4.3.4 中间继电器选择一般用于继电保护和PLC系统中，用来提高触点的容量。它都是用在控制传递电路中运送中间信号。它的结构与原理与交流接触器大致相符，与接触器的主要区别在于：中间继电器的触头和接触器的触头不同，前者只能通过小电流，而后者可以通过大电流。所以，它只能用在控制电路中。4.3.5 交流接触器的选择由PLC采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑设计相似，显得简单、直观和好掌握等好处，对于工程技术人员来说，即使不具备专门的计算机方面的知识，也能够轻松的掌握，所以便于普及、开发和使用。4.3.6 万能转换开关的选择4.3.7 按钮的选择一般选用用绿按钮和红按钮各两个来完成机械的启动和停止的按钮，在选用11个绿色的按钮来展示对输入PLC的控制。4.4控制柜结构设计参考文献1杨黎明等编：机械零件设计手册，国防工业出版社，1986。2雷天觉主编：新编液压工程手册，北京理工大学出版社，1998。3叶伟昌主编：机械工程及自动化简明设计手册，机械工业出版社，2001。4杨培元、朱福元主编：液压系统设计简明手册，机械工业出版社，1999。5李壮云、葛宜远主编：液压元件与系统，机械工业出版社，2000。6王春行主编：液压控制系统，机械工业出版社，2002。7陈愈、沈关俊编著：液压阀，中国铁道出版社，1982。8何存兴：液压元件，机械工业出版社，1981，第一版。9章宏甲，黄谊，王积伟编：液压与气压传动，机械工业出版社，2000。10GR 凯勒：液压系统分析，国防工业出版社，1985，第一版。11. 夏廷栋，杜绍武：液压系统的使用与管理，机械工业出版社，1986，第一版。12王友斌编：液压传动实验指导书。13凌更成、罗金堂编：液压传动实验指导书，机械工业出版社，1990，第一版。 14上海立新液压有限公司元件说明书。15黎明液压有限公司产品说明书。16. 成大先主编：机械设计手册，化学工业出版社，2004。17. J.-C. Renn and C. Tsai著：Development of an unconventional electro-hydraulic proportional valve with fuzzy-logic controller for hydraulic presses.致谢时间飞逝，依稀还记得当时在实验室准备开题报告的片段，而如今已经经过了论文的查重，正准备着过一段时间的答辩，真是时间不等人啊！这段时间，我都一个人负责对设备的调试、运行，一个人完成了开题报告、外文翻译、论文以及所有图纸的设计及修改，虽然没有队员一起陪伴，但是也充分的吸取了其他课题同学的意见和建议，和其他同学一起完成毕业设计。首先，对我的导师表示感谢，是他的谆谆教诲让我的大学生活充满了成功的喜悦，高老师给予我的不仅是智慧的启迪，还有更多的是思想上的正能量的武装。他工作特别勤勤恳恳，专业知识丰富，为人和蔼可亲，是我今后一直学习的楷模。在此，我再一次感谢高老师的无私奉献，祝他在今后的生活中健康平安，万事如意。 其次，我感谢母校，感谢母校的栽培，一个良好的学习环境是我们成功进步的基础，一帮催人奋进的老师是我们成长的催化剂，一系列合理的教学管理机制为我们走向成功打开一扇扇门，这一切都是母校的悉心照料与栽培。母校给我们提供了一个个锻炼自己的平台，让我们的青春得到锻炼与张扬，在这个美丽的校园里，我结识了一帮好兄弟，让我的生活充满了乐趣。母校给予了我们这么多，今后我一定会把在大学四年学习的知识用在工作中，让母校令我感到骄傲。 最后，我感谢我的那帮同窗好友，四年的陪伴，感情的积累，道一声兄弟们：我们永远是好兄弟！失意时一起排忧解难，开心时一起分享喜悦，一起