液压综合试验台的系统设计

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）1第一章 液压传动的发展概况1.1 发展历程我国液压（含液力，下同） 、气动和密封件工业发展历程，大致可分为三个阶段，即：20 世纪 50 年代初到 60 年代初为起步阶段；6070 年代为专业化生产体系成长阶段；8090 年代为快速发展阶段。其中，液压工业于 50 年代初从机床行业生产仿苏的磨床、拉床、仿形车床等液压传动起步，液压元件由机床厂的液压车间生产，自产自用。进入 60 年代后，液压技术的应用从机床逐渐推广到农业机械和工程机械等领域，原来附属于主机厂的液压车间有的独立出来，成为液压件专业生产厂。到了 60 年代末、70 年代初，随着生产机械化的发展，特别是在为第二汽车制造厂等提供高效、自动化设备的带动下，液压元件制造业出现了迅速发展的局面，一批中小企业也成为液压件专业制造厂。1968 年中国液压元件年产量已接近20 万件；1973 年在机床、农机、工程机械等行业，生产液压件的专业厂已发展到100 余家，年产量超过 100 万件，一个独立的液压件制造业已初步形成。这时，液压件产品已从仿苏产品发展为引进技术与自行设计相结合的产品，压力向中、高压发展，并开发了电液伺服阀及系统，液压应用领域进一步扩大。气动工业的起步比液压稍晚几年，到 1967 年开始建立气动元件专业厂，气动元件才作为商品生产和销售。含橡塑密封、机械密封和柔性石墨密封的密封件工业，50 年代初从生产普通 O 型圈、油封等挤压橡塑密封和石棉密封制品起步，到 60 年代初，开始研制生产机械密封和柔性石墨密封等制品。70 年代，在原燃化部、一机部、农机部所属系统内，一批专业生产厂相继成立，并正式形成行业，为密封件工业的发展成长奠定了基础。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）2进入 80 年代，在国家改革开放的方针指引下，随着机械工业的发展，基础件滞后于主机的矛盾日益突出，并引起各有关部门的重视。为此，原一机部于 1982年组建了通用基础件工业局，将原有分散在机床、农业机械、工程机械等行业归口的液压、气动和密封件专业厂，统一划归通用基础件局管理，从而使该行业在规划、投资、引进技术和科研开发等方面得到基础件局的指导和支持。从此进入了快速发展期，先后引进了 60 余项国外先进技术，其中液压 40 余项、气动 7 项，经消化吸收和技术改造，现均已批量生产，并成为行业的主导产品。近年来，行业加大了技术改造力度，19911998 年国家、地方和企业自筹资金总投入共约 20 多亿元，其中液压 16 亿多元。经过技术改造和技术攻关，一批主要企业技术水平进一步提高，工艺装备得到很大改善，为形成高起点、专业化、批量生产打下了良好基础。近几年，在国家多种所有制共同发展的方针指引下，不同所有制的中小企业迅猛崛起，呈现出勃勃生机。随着国家进一步开放，三资企业迅速发展，对提高行业水平和扩大出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德国等国著名厂商合资或由外国厂商独资建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、气源处理三联件、机械密封、橡塑密封等类产品生产企业 50 多家，引进外资 2 亿多美元。1.2 目前状况1.2.1 基本概况经过 40 多年的努力，我国液压、气动和密封件行业已形成了一个门类比较齐全，有一定生产能力和技术水平的工业体系。据 1995 年全国第三次工业普查统计，我国液压、气动和密封件工业乡及乡以上年销售收入在 100 万元以上的国营、村办、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）3私营、合作经营、个体、 “三资”等企业共有 1300 余家，其中液压约 700 家，气动和密封件各约 300 余家。按 1996 年国际同行业统计，我国液压行业总产值 23.48亿元，占世界第 6 位；气动行业总产值 4.19 亿元，占世界第 10 位。1.2.2 当前供需概况通过技术引进，自主开发和技术改造，高压柱塞泵、齿轮泵、叶片泵、通用液压阀门、油缸、无油润滑气动件和各类密封件第一大批产品的技术水平有了明显的提高，并可稳定的批量生产，为各类主机提高产品水平提供了保证。另外，在液压气动元件和系统的 CAD、污染控制、比例伺服技术等方面也取得一定成果，并已用于生产。目前，液压、气动和密封件产品总计约有 3000 个品种、23000 多个规格。其中，液压有 1200 个品种、10000 多个规格（含液力产品 60 个品种、500 个规格） ；气动有 1350 个品种、8000 多个规格；橡塑密封有 350 个品种、5000 多个规格，已基本能适应各类主机产品的一般需要，为重大成套装备的品种配套率也可达 60%以上，并开始有少量出口。1998 年国产液压件产量 480 万件，销售额约 28 亿元（其中机械系统约占70%） ；气动件产量 360 万件，销售额约 5.5 亿元（其中机械系统约占 60%） ；密封件产量约 8 亿件，销售额约 10 亿元（其中机械系统约占 50%） 。据中国液压气动密封件工业协会 1998 年年报统计，液压产品产销率为 97 .5%（液力为 101%） ，气动为 95.9%，密封为 98.7%。这充分反映了产销基本衔接。我国液压、气动和密封工业虽取得了很大的进步，但与主机发展需求，以及和世界先进水平相比，还存在不少差距，主要反映在产品品种、性能和可靠性等方面。以液压产品为例，产品品种只有国外的 1/3,寿命为国外的 1/2。为了满足重点主机、进口主机以及重大技术装备的需要，每年都有大量的液压、气动和密封产品进口。据海关统计及有关资料分析，1998 年液压、气动和密封件产品的进口额约2 亿美元，其中液压约 1.4 亿美元，气动近 0.3 亿美元，密封约 0.3 亿美元，比1997 年稍有下降。按金额计，目前进口产品的国内市场占有率约为 30%。1998 年国内市场液压件需求总量约 600 万件，销售总额近 40 亿元；气动件需求总量约500 万件，销售总额 7 亿多元；密封件需求总量约 11 亿件，销售总额约 13 亿元。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）41.3 今后发展走势1.3.1 影响发展的主要因素1、企业产品开发能力不强，技术开发的水平和速度不能完全满足先进主机产品、重大技术装备和进口设备的配套和维修需要；2、不少企业的制造工艺、装备水平和管理水平都较落后，加上质量意识不强，导致产品性能水平低、质量不稳定、可靠性差，服务不及时，缺乏使用户满意和信赖的名牌产品；3、行业内生产专业化程度低，力量分散，低水平重复严重，地区和企业之间产品趋同，盲目竞争，相互压价，使企业效益下降，资金缺乏、周转困难，产品开发和技术改造投入不足，严重地制约了行业整体水平的提高以及竞争实力的增强；4、国内市场国际化程度日益提高，国外公司纷纷进入中国市场参与竞争，加上国内私营、合作经营、个体、三资等企业的崛起，给国有企业造成愈来愈大的冲击。1.3.2 发展走势随着社会主义市场经济的不断深化，液压、气动和密封产品的市场供求关系发生较大变化，长期来以“短缺”为特征的卖方市场已基本成为以“结构性过剩”为特征的买方市场所取代。从总体能力看，已处于供大于求的态势，特别是一般低档次液压、气动和密封件，普遍供过于求；而主机急需的技术含量高的高参数、高附加值的高档产品，又不能满足市场需要，只能依赖于进口。在我国加入 WTO 后，其冲击有可能更大。因此， “十五”期间行业产值的增长，决不能依赖于量的增长，而应针对行业自身的结构性矛盾，加大力度，调整产业结构和产品结构，也就是应依靠质的提高，促进产品技术升级，以适应和拉动市场需求，求得更大的发展。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）5第二章 设计说明题目分析一、设计题目：液压试验台设计 二、技术参数及性能：压力表参数：010 Mpa 04 Mpa 01 Mpa 精度等级：1.5 级液压缸行程：300 mm工作压力：08 Mpa输入电压：380 V 50 Hz三、工作量要求：1、 完成毕业实习并完成实习报告。2、 专题论文，论文题目自拟，不少于 3000 汉字。3、 专题外文翻译不少于 5000 个字符。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）64、 设计计算说明书内容不少于 15000 汉字，设计计算应有一定量的计算机应用内容5、 制图量折合 6 7 张 A1 图纸。6、 论文型题目要求实验工作量占 30%。第三章 方案设计3.1 总体方案确定一个优秀的设计应该是技术上先进，经济上合理，操作和维修方便，运转安全可靠，要达到这几个方面的要求。除了技术上的问题以外，还必须具有正确的设计指导思想和丰富的实践经验。当然要达到这些要求是需要一个过程的，我们应努力缩短这个过程。还应指出，一个设计良好的液压系统，往往不是一次就可以完成的，而需要经过使用实践的反复检验不断的调整和修改内容才能逐步达到完善。由于具体条件不同，液压系统的设计步骤不可能是固定不变的。通常总要把前后步骤反复交叉进行，不断的调整和修改设计内容。但是一般来说，液压系统的设计过程大体上包括下述的几个基本步骤：拟订液压系统步骤方案，液压系统的设计步骤不可能是固定不变的；液压系统的计算；选择或设计各种液压元件；对系统进行必要的验算；绘制正式液压系统图和装内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）7配图等。在拟订液压系统方案以前，必须明确哪些工作机构需要用液压系统来完成，哪些工作机构应用其他传动方式去完成更合理。切不可一味盲目追求“全液压化” 。因为尽管液压传动具有一系列的优点。但它在某些方面也有缺陷，亦不如其他传动方式。如能综合运用各种传动方式，注意扬长避短设计出来的机器才会是先进的和合理的。首先要调整和了解清楚所设计的液压系统要完成的工作任务是传动还是控制。易知本设计的液压传动系统的工作任务是传动。明确工作机构的运动形式，是直线往复运动、回转运动或是摆动，以确定选用什么形式的执行机构油缸、油马达或摆动油缸，本液压的所有工作机构均是直线运动，进而选用油缸。明确系统所需执行机构的数量、动作顺序、相互之间的位置关系以及自动化程度要求、精度要求等，以及确定采用什么控制方式。本液压系统采用两个定量泵。系统中用两个油缸作为执行元件。明确系统对安全保护的要求程度，以便选用必要的合理的安全装置和措施。明确系统对传动精度和质量的要求，如平衡性、准确性、效率等。以便决定系统选用的元件精度和基本回路的形式，还要明白系统的工作环境情况，如高温、低温、潮湿、灰尘、振动、腐蚀等因素，以便采取相应的特殊措施，还要知道设备是固定使用还是行走使用等。3.2 液压传动系统方案的确定如上节所述，液压传动系统有两泵，一个定量泵，一个变量泵，一个油箱，一个油缸。在明确了液压系统要完成的任务和要求的基础上，粗略的计算一下系统的输出功率，便可以确定液压系统的基本形式，包括以下几个具体内容：1、选用开式系统或闭式系统通常对于固定式机械总是采用开式系统，即系统中包含一个主油箱，作为油液循环的开口环节，有利于油液的冷却和净化，但不够紧凑，考虑到实际情况，本系统采用开式系统。2、选用节流调速、容积调速或分级调速这要根据系统的功率大小和系统特点而定。正如前所述，对于系统效率要求不内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）8高的小功率系统，通常用节流调速，因其结构简单方便；对于功率要求高的大功率系统，则宁愿使用结构较复杂的容积调速或分级调速，目的是尽量减少能量损失。本液压试验台相对功率较低，故采用节流调速。3、选用油泵的类型目前，液压系统应用最普遍的油泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。一般情况下，中低压系统多使用齿轮泵和叶片泵，而高压系统则主要应用各种柱塞泵。当然，这种划分并非绝对。本系统是中低压系统，因此采用叶片泵。4、 选用油缸或油马达一般来说，工作机构做直线往复运动者，都选用各种油缸驱动；回转运动者，都选用各种油马达驱动；摆动者，则选用各种摆动油缸驱动。同样，这也不是绝对的。例如，对于那些行程长的直线运动或要求位移准确的直线运动机构，也可采用油马达径向丝杠传动。本设计中只有直线往复运动，故采用油缸，数量为两个。5、确定控制方式控制方式从不同的角度来分。可有手动、机动、气动、电动、液动、电液动等；也可分为压力控制、行程控制；还可分为内控制和外控制等。究竟选用那种方式，应视系统的具体结构、功率范围、精度要求、自动化程度、能源形式、使用的场合以及机器使用的频率程度和利用率等因素而定。6、工作液体常用的工作液体有矿物油、合成油和水乳油。液压传动系统几乎都采用前两种油液，特别是各种矿物油，他既可满足一般液压系统的要求，价格又便宜；合成油液具有优良的品质指标和特殊物质，但目前产量较少、成本高、不宜多用，常用于某些有专门技术要求的精密系统中。总之，在满足要求的前提下，尽量选择价格便宜的，一般工作液体，不可优材劣用，造成浪费。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）9第四章 试验台液压系统的设计参数分析4.1 明确液压系统的设计要求本系统是教学用液压试验台，主要进行泵的性能试验、阀的启闭特性试验及液压回路调速试验，应用于学生实验。本系统中的执行元件为单作用活塞缸，能源装置为液压泵站。液压缸采用水平安装，活塞杆工作时承受压应力，系统最大工作压力为 8Mpa。4.2 确定主要参数本系统的工作压力为 8Mpa，活塞的运动速度可以调节，系统工作时无杆腔进油，退回时有杆腔进油，其缸筒内径及无杆腔面积和有杆腔面积计算如下：1、缸筒内径 D当最大推力 F = 8103N 时D = 4F / (P ) 21其中： 为油缸的机械效率，=0.95则： D = 48/10 3 (3.1481030.95 )= 0.0366 ()内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）10根据液压缸内径系列（GB/T2348-1993）取 D = 40 (mm)2、无杆腔有效面积 A1A1 = D/4 = 0.11 ()2103、活塞杆直径 d液压缸直径 D 与活塞杆的直径之比称杆径比 =d/D=2/1 = D /( D - d)按机械设计手册第五卷105 表 37.5-6，活塞的往返速度相同取 = 0.7 d =0.0256 ()根据国家标准 GB2348 80 活塞杆活塞直径系列取 d = 25 (mm) 4、有杆腔活塞的有效面积 A2A2=d/4= 0.052 ()2105、流量计算按机械设计手册第五卷式(37.5-19)计算液压缸工作时所需流量Q = A11/ V 60=7.26 L/min式中： V 为容积效率，弹性密封时 V = 11 活塞的速度，1 = 0.11/6、工作压力计算由最后确定的液压缸结构尺寸,计算出液压缸的实际工作压力工作刚前进时,工作压力 P1=(F+P2A2)/A1其中：P2 为工作刚前进时，液压缸又杆腔的被压为保证运动平稳，选回油背压为 Pb = 1 Mpa则：P1=(F+P2A2)/A1 =6.3 Mpa内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）11第五章 压力系统原理图的设计5.1 拟定液压系统原理图的相关注意事项在确定了上述诸多问题的基础上，便可着手拟定和绘制初步的液压系统原理图。拟定液压系统原理图是液压设计中的一个很重要的步骤，这一步要做的工作就是合理应用液压基本回路的有关知识和各种液压元件的基本特征及功能的知识，组成一个满足试验台要求的液压系统。但能够满足同样要求的液压系统不会是唯一的，一定会有多种形式和结构，应当从不同的系统中，选择最佳方案。在拟定液压系统原理图时，还应特别注意分析国内外类似设计中的液压系统，并从分析比较中吸取精华，为我所用。在前人工作成果的基础上加以改进和提高，这对比较缺乏经验的我们来说极为重要，这样可以避免重复性的工作和少走弯路，成功的把握较大，也应当防止一味的照搬照抄，脱离实际造成浪费。在绘制液压系统原理图时，常须注意几个重要的问题：内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）121、当系统有较多的执行机构时，要防止互相干扰和影响。例如用一台油泵向几个油缸或马达供油，当其中一个油缸的负载突然降低时，会使并联的其它所有的油缸或马达的压力也随之降低，建立不起压力，因而不能正常工作。如果几个油缸的耗油量和工作压力相差很大时，就应考虑用多台油泵分别单独供油，或装设单向阀、减压阀、顺序阀等，以便控制油缸或马达完成规定的动作。2、统的组成应力求简化，避免出现多余回路或多余的元件和装置。不必要的复杂化，不仅浪费，而且导故障的增加，多消耗能量，使油液发热，维修不方便。应当遵循的原则是：完成的动作要求使用的元件越少越好，回路越简单越好。对于系统所用的每个元件的作用都应能够说明，否则该元件就是多余的，一定要取消。设计时，还必须尽力使系统及其元件符合标准化、系列化和通用化的“三化”的原则，尽可能选用标准件与通用件，只有在满足不了要求的情况下，才可以设计专用的非标准件。3、证系统使用可靠性。尽量提高设备的运转率。当系统有过载危险存在时，应装设安全阀；还应考虑负载突然消失造成工作机构飞车的可能性。对于垂直运动的大质量负载，要有平衡和限速装置，某些精密元件由于油温过高或污染，开始引起卡住失灵现象，要对其净化装置尤为注意。为了防止和及时发现故障，在此较重要的液压系统，应当装设诸如故障显示信号灯、油温报警器信号、自动停车及停车按纽等。对关键性和易出故障的装置要考虑配有备用件。4、要采取措施减少系统的振动冲击、噪声、漏油污染环境等，对高温、低温、潮湿、腐蚀、灰尘等使用场合，要有专门的措施。要特别注意液压系统的安装、操作和经常性的维护检修方便以及对操作者可靠的安全保护措施。这些方面的问题往往被缺乏操作经验的设计者忽略，结果，系统本身虽然合理，但却不受使用和操作人员的欢迎，也不能算是成功之作。5、高系统效率，防止系统过热内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）13这就要求在选择回路以及在组成系统的整个设计过程中，应力求减少系统压力和容积损失。它涉及的面广，比如：要注意选用高效率的液压元件、辅件；正确选用液压油；合理选择油管内径。尽量减少油管长度和弯曲处；采用效率较高的压力、流量和功率适应回路等。6、了调整和检修上的方便，在拟定液压系统时，就应在需要检测系统参数的地方，设置工艺接头以便于安装检修仪表。5.2 本系统中包括的液压回路及其作用5.2.1 泵的性能试验深入理解叶片泵的静态特性。着重测试液压泵静态特性中实际流量 Q 与工作压力 p 之间的关系即 q-p 曲线；容积效率、总效率与工作压力 p 之间的关系及曲线；通过实验，学会小功率液压泵的测试方法和本实验所用的仪器和设备。测试液压泵的液压系统原理图如下：图 5.1 中 8 为被试泵，它的进油口装有线隙式滤油器 22，出油口并联有溢流阀9 和压力表 P6。被试泵输出的油液经节流阀 10 和椭圆齿轮流量计 20 流回油箱。用节流阀 10 对被试泵加载。图 5.1 泵的性能试验液压系统原理图内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）145.2.2 阀的启闭特性试验关闭溢流阀 11，调节被试阀 14 至调压范围的最高值 63kgf/ cm2，并锁紧其调节手柄，使通过被试阀 14 的流量为试验流量。1、开启特性反向拧紧溢流阀 11 的手柄，从被试阀 14 不溢流开始，使系统压力逐渐升高，当被试阀 14 的溢流量达到实验流量的 1%时，此时的压力为开启压力，再继续拧紧溢流阀 11 的手柄，分 10 档逐渐升压，一直升到被试阀 14 的调压范围最高值63kgf/ cm2。记下每次相应的压力和流量。2、闭合特性慢慢松开溢流阀 11 的手柄，使系统压力分 10 档逐渐降低，每次记录过被试阀14 的流量，直到被试阀 14 的溢流量减少到额定流量的 1%（小流量时用量杯测量） 。此时的压力为闭合压力（由压力表 P122 读出） 。继续松开溢流阀 11 的手柄，直到全部流量从溢流阀 11 流走。测试阀启闭特性的液压系统原理图如下：图5.2 阀启闭特性的液压系统原理图5.2.3 节流调速回路性能实验节流调速回路由定量泵、流量控制阀、溢流阀和执行元件等组成，可通过改变内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）15流量控制阀阀口的开度，即通流截面积来调节和控制流入或流出执行元件的流量，以调节其运动速度。节流调速回路按照其流量控制阀安放位置的不同，有进油路、回油路和旁路三种情况。节流调速可分为节流阀调速回路和调速阀调速回路两头类。流量控制阀采用节流阀或调速阀时，其调速性能各有自己的特点，同是节流阀，调过回路不同，它们的调速性能也有差别。节流调速回路性能实验的液压系统原理图如下：该液压系统由两个回路组成。图 5.3 左半部是调速回路，右半部则是加载回路。图5.3 节流调速回路性能实验的液压系统原理图在加载回路中，当压力油进入加载液压缸 18 右腔时，由于加载液压缸活塞杆与调速回路液压缸 17（以后简称工作液压缸）的活塞杆将处于同心位置直接对顶，而且它们的缸筒都固定在工作台上，因此工作液压缸的活塞杆受到一个向左的作用力（负载 FL） ，调节溢流阀 9 可以改变 FL 的大小。在调速回路中，工作液压缸 17 的活塞杆的工作速度 V 与节流阀的通流面积a、溢流阀调定压力 P1（泵 1 的供油压力）及负载 FL 有关。而在一次工作过程中，内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）16a 和 P1 都预先调定不再变化，此时活塞杆运动速度 V 只与负载 FL 有关。V 与 FL之间的关系，称为节流调速回路的速度负载特性。a 和 P1 确定之后，改变负载 FL的大小，同时测出相应的工作液压缸活塞杆速度 V，就可测得一条速度负载特性曲线。5.3 系统原理图的拟定液压执行元件以及以上三种基本回路确定之后，把它们有机、合理地组合在一起，拟定液压试验台液压系统原理图如下：图 5.4 试验台液压系统原理图1、8.叶片泵 2、9.溢流阀 3、12.三位四通电磁换向阀 4.调速阀 5、6、7、10.节流阀 11、16.两位三通电磁换向阀 13.压力传感器 14.先导式溢流阀 15.两位两通电磁换向阀 17.工作缸 18.加载缸 19.功率表 20.流量计 21、22.滤油器 23.电控温度计5.3.1 试验台系统原理图该试验台的动力来源于电动机 M，它可以分别驱动液压泵 1 和液压泵 8运转。液压泵 1 是主泵，它是该试验台的压力油源。当需要测试液压阀和液压缸时，由液压泵 1 供给压力油，通过调速阀 4 进行分流，可使供油量发生变化，以内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）17满足不同类型液压阀和液压缸对流量的要求。如果需要测试液压泵性能时，可以切断电动机 M 与主泵的动力，将电动机动力与被测试泵 8 连接，根据不同类型液压泵的尺寸，可以更换被测泵的连接板。另外，电动机可以实现正反转，以适应各种液压泵对旋向的要求。由于该试验台所测液压泵属中、低压元件，故采用了节流加载方式，节流阀串联在主油路上。测试液压阀和液压缸时，采用先导型溢流阀作调压阀，调压阀并联在主油路中。系统中的换向阀、均采用了电动操纵方式，降低了成本，同时使操纵可靠。5.3.2 试验台工作原理当测试液压泵时，调速阀 4 全关，节流加载阀 5 全开，液压泵供出的压力油经节流加载阀 5 进入主油路，此时换向阀 16 打开，调压阀 14 低压卸荷，逐渐关小节流加载阀 10，可以通过压力表 P6 读出被测液压泵的供油压力。安全阀 9 可以限定系统的最高压力。液压泵输出的流量就可以通过流量计 20 流回油箱，这样就可以观测到被测泵 8 的实际流量。测出不同压力下的流量，便可算出泵的容积效率。如果需要测试液压缸，应将节流加载阀 10 全开，调压阀 14 松开，换向阀 16关闭，调整调速阀 4 的开度，使供油量达到液压缸的额定流量。液压缸的主要测试项目如下： （1）最低启动压力 在空载工况下，向液压缸无杆腔通入液压油，逐渐拧紧调压阀 9 手柄，通过压力表 P6 记录活塞杆启动时的压力值；（2）内泄漏 通过上下移动换向阀 12，即可将压力油分别送入液压缸各腔，再逐渐拧紧调压阀 9 手柄，当活塞运行到行程终点后，使调压阀 9 调至被测缸的额定压力，卸下液压缸的回油管并接一量杯，保压 5 分钟，观察内泄漏量；（3）耐压试验 根据（2）的调整方法，当活塞运行到行程终点后，使调压阀9 调至被测缸额定压力的 1.5 倍，保压 2 分钟，观察零件的破坏或永久变形情况；（4）外渗漏 在（2）、（3）测试项目中，观察活塞杆处及其他结合面渗油情况。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）18如果测试液压阀，同测试液压缸一样，使供油量达到液压阀的额定流量。以溢流阀为例?熏其主要测试项目如下：（a）压力调节范围 将换向阀 11 下移，调压阀 9 调至被测阀额定压力的 1.15倍左右。调节被测阀的调压手轮，从最小压力至被测阀额定压力，再从额定压力至最小压力，重复三次，观察压力表 P5 的上升与下降情况，并记录调压范围；（b）压力振摆值 将换向阀 11 下移，调压阀 9 调至被测阀的额定压力。压力振摆值可由压力表 P5 读出；（c）内泄漏 将换向阀 11 下移，调节被测阀的调压手轮，使阀口关闭。调压阀 9 调至比被测阀额定压力高 0.30.5 MPa，从被测阀的溢油口测量泄漏量，该值应小于规定值；（d）压力损失 将换向阀 11 下移，调节被测阀的调压手轮至全松位置，分别测出通过被测阀进口和出口压力，其差值即为被测阀的压力损失。5.3.3 结论1、试验台可以分别测试液压泵、液压阀和液压缸的性能参数，与专用试验台相比，具有一机多用的优点；2、测试液压泵时，采用节流加载方式符合该系统中低压的要求，测试简单、可靠；3、本试验台采用管式连接油路，且泵站、测试操作台和油箱相互之间留有0.5 m 的距离，所以制造加工容易，拆装维修方便；4、利用调速阀分流的方式代替调速电机，以满足不同类型液压阀和液压缸对流量的要求，降低了试验台的成本。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）19第六章 液压缸的选择和设计液压缸是液压系统的执行机构，是将液压能转化成机械能的能量转换装置。6.1 液压缸主要参数及尺寸的确定6.1.1 压力1、额定压力 Pn：即公称压力，是液压缸用以长期工作的压力。根据 GB2436 80 选取液压系统的工作压力为 6.3Mpa。2、最高允许压力 Pmax:是液压缸在瞬间所能承受极限压力，一般有： Pmax 1.5Pn（Mpa）对于本系统最高允许压力 Pmax = 8（Mpa）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）20图 6.1 液压缸结构示意图防尘圈，2 前端盖密封 “O”型圈，3 缸体，4活塞，5孔用密封，6 后缸盖，7活塞杆密封“O”型圈, 8活塞杆，9前盖，10 轴用密封6.1.2 缸筒内径 D当最大推力 F = 8103ND = )(/4其中： 为油缸的机械效率，=0.95则 D = 48/103 (3.1481030.95 )= 0.0366 ()根据液压缸内径系列机械设计手册第五卷173 表 37.7-1 根据国家标准（GB/T2348-1993）取 D = 40 (mm)6.1.3 无杆腔有效面积 A1A1 = D/4 = 0.11 ()2106.1.4 活塞杆直径 d液压缸直径 D 与活塞杆的直径之比称杆径比 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）21=d/D=2/1 = D /( D- d)按机械设计手册第五卷 P105 表 37.5-6，活塞的往返速度相同取 = 0.7d =0.0256 ()按机械设计手册第五卷 P173 表 37.7-2 活塞杆外径尺寸系列根据国家标准(GB2348 80) 取 d=25 (mm) 6.1.5 有杆腔活塞的有效面积 A2A2=d/4= 0.052 ()2106.1.6 活塞行程按机械设计手册第五卷 P173 表 37.7-3 液压缸行程参数系列 根据国家标准（GB2349 80）选取活塞的行程 L=300mm6.1.7 缸筒壁厚的计算6.1.7.1 缸筒壁厚度计算按机械设计手册第四卷 P212 表 19-6-12 缸筒厚度 计算公式= 0 + C1 + C2 () 进行计算式中： 0 为缸筒材料强度要求的最小值()；C1 缸筒外径公差余量()；C2 腐蚀余量()；经分析 /D 0.08，可用薄壁缸筒的实用计算式： PmaxD/（2） (m)式中：Pmax 缸筒内最大工作压力（Mpa） ； 缸筒材料的许用应力（Mpa） ； = b/n b=600 Mpa b 缸筒材料的抗拉强度（Mpa） ；n 安全系数，通常取 n = 5内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）22计算得：= 0.00133 (m)缸筒的外径为 D1 =D2=42.6 (mm)按机械设计手册第五卷 P245 表 37.7-64 活塞缸外径尺寸系列取 D1 =50(mm)6.1.7.2 缸筒壁厚度验算对最终采用的缸筒厚度主要应做两方面的验算：1、额定工作压力 Pn 应低于一定的极限值，以保证工作安全：Pn 0.35 s (D1 D0)/D1 （MPa）= 0.35340(0.49 0.4)/0.49= 42.84（ MPa）s 为缸筒材料的屈服强度（MPa） ，s= 340（MPa ）由于 8 MPa 10）,则应校核活塞杆的纵向弯曲强度或稳定性。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）25本系统或活塞的长度30010D=400，因而不需校核活塞杆的纵向弯曲强度或稳定性。6.3.5 活塞杆的材料及技术要求液压缸的活塞杆材料通常要求淬火深度一般为 0.5 1mm，或活塞杆直径每毫米淬深 0.03mm，在本系统中选用 45 号钢。活塞的工作部分分等级可取 f7-f8，表面粗糙度不大于 Ra0.4m，工作表面的直线度误差在 500 mm 长度上0.03mm；活塞杆工作部分及安装活塞的部分圆度和圆柱度误差不大于各自直径公差的一半，跳动不大于 0.01mm；活塞加工后调质，硬度为(229 285)HB，必 须进行高温淬火，厚度 (0.5 1)，硬度为(45 55)HRC 。防腐应先镀一层铬，后镀硬铬，镀铬后抛光。活塞杆上的螺纹，按中等精度制造。6.3.6 活塞杆的导向6.3.6.1 导向环导向环安装在活塞外圆的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内，以保持活塞与缸筒或活塞杆与其导向套同轴度，并以承受活塞或活塞杆的侧向力。导向环有嵌入型和浮动型。本系统采用嵌入型导向环，在活塞外圆加工出燕尾型截面沟槽，用青铜 QAL9-4，表面加工成略带拱形，用木槌卯入沟槽内，最后加工导向环外圆，导向环周围切出一个 45 斜口。6.3.6.2 导向套活塞杆导向套装在液压缸有杆侧端内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆侧的密封性，外侧有防尘圈以防止活塞杆在内缩时把杂质、灰尘及水分带到密封装置区，以致损坏密封。当导向套不是用耐磨材料制成的，其内圆还可装有导向环，用以对活塞导向。导向套有端盖式和插件式两种，本系统采用端盖式，用端盖直接导向。导向套用青铜作为材料，导向套的外圆与端盖内孔的配合多为 H7/ f8 ，内孔与活塞杆的配合多为 H9/ f9，外圆与内孔的同轴度公差不大于 0.03 mm/100 mm，圆度与圆柱度公差不大于直径公差的一半。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）266.3.7 密封圈按机械设计手册第五卷 P227 表 37.7-53 活塞杆的密封预防尘结构。系统采用 O 型密封圈，它可分为静密封和动密封两种，用来防止工作介质的泄露及外界灰尘、异物的侵入。本系统采用静密封。第七章 液压元件的选择和设计.1 液压站组成及工作原理.1.1 液压站组成液压站又称液压泵站，是液压传动装置的动力源。它按主机要求供油，并控制油流的方向、 压力和流量，适用于驱动装置与液压站分离的各种机械上，将液压站与驱动装置（油缸或油马达）用油管相连，液压系统即可实现各种规定的动作、工作循环。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）27液压站是由泵装置、集成块或阀组合、油箱、电气盒组合而成。各部件功用如下：泵装置 上装有电机和油泵，它是液压站的动力源，将机械能转化为液压油的压力能。集成块 是由液压阀及通道体组装而成,它对液压油实行方向、压力、流量调节。阀组合 是板式阀装在立板上，板后管连接，与集成块功用同。油 箱 是板焊的半封闭容器，上还装有滤油网空气滤清器等，它用来储油、油的冷却及过滤。电气盒 分两种形式。一种设置外接引线的端子板；一种是配置了全套控制电器。.1.2 液压站工作原理电机带动油泵工作提供压力源，电机通过带动油泵旋转，泵从油箱中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过集成块（或阀组合）被液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。.2 泵、电机的选择.2.1 液压泵的分类液压泵是能量转换装置，它向系统提供具有一定压力和能量的液体，把机械能转换成液体的压力能(如图 7.1 液压缸分类)。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）28图 7.1 液压缸分类.2.2 液压泵的选择.2.2.1 液压泵工作压力的确定由经验可知，液压泵的工作压力 Pp 至少要有 25%的压力储备，即Pp P1（1+25%） P1 执行元件的最大工作压力 Pmax （MPa） P 液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失 （MPa）则：Pp 8 （1 +25%）=10 MPa.2.2.2 确定液压泵的流量 Qp液压泵的额定流量应与计算的流量相当，不要超过太多，液压泵的输出流量为：Q p K（Qmax ）m/s本系统只有一个执行元件，因此泵的最大流量大于执行元件的最大流量，并且考虑到泄露 Q p =K Qmax式中：K 系统的泄露系数，一般取 K = 1.1 1.3(大流量取小值,小流量取大值)内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）29Qmax 同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量。对于在工作过程中有节流调速的系统，还需加上溢流阀的最小流量，一般取 0.510-4 本系统取 K = 1.3则: Qp = 1.3 ( 7.26+3 )=13.338 L/min.2.2.3 选择液压泵根据算出的流量和系统压力选择液压泵。液压泵的额定流量应与计算的流量相当，不要超过太多，但泵的额定压力可以比系统工作压力高 25%，或更高一些。由产品样本查出:上海液压件厂生产的 YBD16 型叶片泵能满足上述估算出的压力和流量要求。其各项参数如下：额定压力：10 Mpa 排量：16 L/ 额定转速：1000 r/min 转速范围：600 2000 r/min 最大功率：3.3 Kw 质量：9.5 Kg.2.3 选择电动机按液压泵的使用情况，计算其驱动功率 P：P = PN QP /（10p） （Kw）式中： PN 液压泵额定压力，P a；Qp 液压泵的额定流量，m/s；p 液压泵的总效率，取 p = 0.68； 转换系数： = Pmax/ PN;Pmax 液压泵实际使用的最大工作压力，P a。 = 6.3/8 = 0.7875P = 0.78756.31060.002223/(100.68)=16.2 Kw根据泵的技术参数选取电机，选 Y200L1-6 型三相异步电动机。其技术参数如下：额定功率：18.5 Kw 转速：910 r/ min内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）30同步转速：1000 r/ min 电流：37.2A功率因数：cos=0.83 效率：89.8%.2.4 辅助泵的选择辅助泵的作用是控制液控单向阀的开闭,在系统快进时使平衡阀达到背压的作用。根据液控开启压力选择泵的规格。一般地，单向阀开启压力，即最低开闭总压力一般为 0.2 0.6 Mpa，初选 0.2 Mpa，根据 液压工程手册选择 CB 32 型齿轮泵，参数如下：排量： 32.06ml/r 压力：2.5 Mpa转速： 1000 r/ min 功率：0.48 Kw.2.5 驱动辅助泵的选择根据泵的技术参数选取电机，选 Y90S 6 型三相异步电动机。其技术参数如下：额定功率：0.75 Kw 转速：910 r/ min同步转速：1000 r/ min 电流： 2.25A功率因数：cos= 0.76 效率：72.5%.3 液压元件的选择7.3.1 液压执行元件的选择本系统的运动形式为直线往复运动，故选取双作用单杆活塞缸。7.3.2 选择液压阀压力阀根据工作压力和通过的最大流量等因素来进行选择与设计；流量阀根据工作压力，通过的最大流量，最小稳定流量等因素来选取的；方向阀根据工作压力，最大流量，所要求的滑阀功能，控制方式来选取的。选取阀的额定压力和流量相接近，必要时，通过阀的最大实际流量可允许超过其额定流量的 20%，对于可靠性要求特别高的系统，阀的额定压力应高于其工作压力较多；对于流量控制阀，还应考虑最小稳定流量。另外，还应考虑控制阀的操作，安装方式等。