毕业设计（论文）-电站水轮机进水阀门液压系统控制设计（全套图纸）

毕业设计（论文）-电站水轮机进水阀门液压系统控制设计（全套图纸） 全套CAD图纸，联系153893706 前言 毕业设计和毕业论文是本科生培养 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中的重要环节。学生通过毕业论文，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。通过这次检验，不但可以提高学生的综合训练设计能力、科研能力(包括实际动手能力、查阅文献能力，撰写论文能力)、还是一次十分难得的提高创新能力的机会，并从下个方 面得到训练: (1)学会进行方案的比较和可行性的论证; (2)了解设计的一般步骤; (3)正确使用各种工具书和查阅各种资料; (4)培养发现和解决实际问题的能力。 利用所学的液压方面的知识，我选择这个课题为我的毕业设计，进行大胆的尝试。设计中主要以课本和各种参考资料作为依据，从简单入手，循序渐进，逐步掌握设计的一般方法，把所学的知识形成一个整体，以适应以后的工作需要。当然，初次设计，知识有限，经验不足，一些问题考虑不周，也可能存在有某些错误和遗漏，恳请各位老师批评指正。 液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动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，有机地结合各种传动形式，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、维修方便的液压传动系统。 1 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1)进行工况分析，确定系统的主要参数; 2)制定基本方案，拟定液压系统原理图; 3)选择液压元件; 1 4)液压系统的性能验算; 5)绘制工作图，设计液压装置 6)液压系统的维护 2 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1)主机的概况:用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等; 2)液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何; 3)液压驱动机构的运动形式，运动速度; 4)各动作机构的载荷大小及其性质; 5)对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求; 6)自动化程序、操作控制方式的要求; 7)对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求; 8)对效率、成本等方面的要求。 第一章 概述 本液压系统控制的阀门为水电站水轮机进水阀门，公称直径为DN2000，为重锤式液压驱动和控制的液控蝶阀。该系统能实现开启后自动投入、自动保压，重锤和蝶板不抖动。关阀时能先关导叶，自动解除锁定，在重锤和水力驱动下按调定的时间关闭阀门。本控制系统积液控与电控为一体，配置一手动泵和蓄能器，可在电机不能正常启动时，为系统提供压力油源。系统结构紧凑，动作简单可靠，且具有能耗低的特点，完全满足用户提供的原理要求。 本套液压系统配有电了压力开关，可对系统压力实现自动控制。 2 阀门开关时间:60-90S(可调) 第二章 液压缸的设计 第2.1 工况分析 启动力为308KN，液压缸的平均输出速度为0.9m/min，设计液压缸的行程，由于采用伸缩式液压缸，其中一级活塞的行程为358mm，二级活塞(内缸筒活塞)的行程为267mm。 第2.2节 液压缸主要几何尺寸的计算 液压缸的主要几何尺寸，包括液压缸的内径，活塞杆的直径，液压缸行程等。 2.2.1液压缸内径的确定 2.2.1.1初选液压缸的工作压力 根据分析，此起重机的负载较大，按类型属于起重运输机械，初选液压缸的工作压力为p=16Mpa。 2.2.1.2计算液压缸的尺寸 取F==308000N Fmax A=F/p 6 =308000/1610， 2 =0.01925m 44，0.01925A,D=m ,3.14 -2=13.86510m ， 查机械设计手册GB2348-80，按 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 取:D=140mm。 2.2.2活塞杆直径的确定与校核 2.2.2.1活塞杆直径的计算 根据φ和P的关系速度比φ取1.6来确定活塞杆的直径: ,,1d=D , 3 d=120.56mm 同上，按标准取:d=130mm。 2.2.2.2活塞杆的稳定性校核 因为活塞杆行程为358mm，所以取活塞长为567mm，而活塞直径为130mm， 567/130=4.36<10，无需进行稳定性校核。 L/d= 2.2.3液压缸的有效面积 根据上面的结果，则液压缸的有效面积为: 223.141590.140,D，A,,无杆腔面积? 144 2=0.0158m 223.141590.130,d，A,,有杆腔面积? 244 2=0.013m 2.2.4液压缸内缸筒的行程 液压缸内缸筒的行程为L=267mm。 2.2.5液压缸内缸筒的长度 液压缸内缸筒的长度由液压缸的行程决定，液压缸内缸筒长度L=526mm。 第2.3节 液压缸结构参数的计算 液压缸内缸筒的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径、缸底厚度、缸头厚度等。 2.3.3缸筒壁厚δ的计算和校核 2.3.3.1 壁厚的计算 查机械设计手册第五卷第七章表 37?7-64，由上求得缸体内径标准值140mm，得外径190mm。 可知δ=(190-140)/2 =50/2mm =25mm 2.3.3.2 液压缸的缸筒壁厚的校核 缸的额定压力p=16Mpa>=16Mpa,取p=1.25p=1.2516Mpa=20Mpa。 ，nyn 4 液压缸缸壁的材料选35号钢，查金属工艺学表6-5(GB699-88)，得其材 料抗拉强度ζ=520Mpa。 b 取安全系数为n=5，[ζ]=ζ/5=520/5MPa=104MPa b D/δ=140/25 =5.6<10， ,[]，0.4pDyδ?-1)mm ，(2[,],1.3py 140104，0.4，20mm ,，(,1)2104,1.3，20 =14.7mm<25mm 壁厚合适。 2.3.4 液压缸油口直径的计算 d0 v d,0.13，d，0v0 式中 --液压缸油口直径 m d0 d—液压缸内径 0.14m v—液压缸最大输出速度 0.9m/min 查表得--油口液流速度 4.8m/s v0 0.9d,0.13，0.14，m 04.8 =0.004m=4mm 液压缸缸筒设计 1(液压缸内径的确定 根据分析，缸筒为伸缩式液压缸的二级活塞，由上面设计可知d=190mm. ,,1由式d=D由φ和P的关系取速度比φ取1.92可得D=198.53mm 按标查机, 械设计手册GB2348-80，按标准取取D=200mm。 2. 内缸筒的稳定性校核 因为内缸筒长为526mm，而内缸筒直径为190mm， L/d=526/190=2.77<10，无需进行稳定性校核。 3( 液压缸的有效面积 5 根据上面的结果，则液压缸的有效面积为: 223.141590.19,D，有杆腔面积? A,,144 2=0.028m 223.141590.20,d，无杆腔面积A,,? 244 =0.0314? 液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径、缸底厚度、缸头厚度等。 4( 缸筒壁厚δ的计算和校核 4.1 壁厚的计算 查机械设计手册第五卷第七章表 37?7-64，由上求得缸体内径标准值200mm， 得外径245mm。 可知δ=(245-200)/2 =45/2mm =22.5mm 2.3.3.2 液压缸的缸筒壁厚的校核 缸的额定压力p=16Mpa>=16Mpa,取p=1.25p=1.2516Mpa=20Mpa。 ，nyn 液压缸缸壁的材料选35号钢，查金属工艺学表6-5(GB699-88)，得其材 料抗拉强度ζ=520Mpa。 b 取安全系数为n=5，[ζ]=ζ/5=520/5MPa=104MPa b D/δ=200/22.5 =8.89<10， ,[]，0.4pDy，(δ?-1)mm 2[,],1.3py 200104，0.4，20,，(-1)mm 2104,1.3，20 =4.8mm<22.5mm 壁厚合适。 2.3.4 液压缸油口直径的计算 d0 v d,0.13，d， 0v0 6 式中 --液压缸油口直径 m d0 d—液压缸内径 0.20m v—液压缸最大输出速度 0.9m/min --油口液流速度 4.8m/s v0 0.9 d,0.13，0.20，m04.8 =4mm 2.3.5 缸底厚度h的计算 该液压缸为平形缸底且无油孔，其材料是HT350。 pyh,，d，0.433 [,] 式中 h--缸底厚度 m d—液压缸内径 m p--试验压力 Pa y ,b [ζ]—缸底材料的许用应力，取安全系数n=5，则[ζ]==70Mpa。 5 由于缸的额定压力=16MPa?16MPa，所以取p=24MPa =16.0MPa ppynn 616，10,0.433，0.20，hm 670，10 =0.042m =42mm 2.3.6缸头与法兰的联结计算 2.3.6.1联结方式:螺栓联结 2.3.6.2螺栓的设计 2.3.6.2.1计算每个螺栓的总拉力F Q308000F,,N,38500N 选用8个螺栓均布在缸头上，则 882.3.6.2.2计算直径d 螺栓连接缸头和法兰，主要受到变载荷的作用，而影响零件疲劳强度的主 要因素为应力幅，故应满足疲劳强度条件 7 cF21 ,,，,[,]aaccd，,12 ,k，m查机械原理与设计表15-3公式，设螺栓直径>20mm，取ε[,],，,a,1sk，a,=1， =1，=3.5，=4.5， kskm,a ,k，m求得 [,],，,a,1sk，a, 1，1，240MPa= 3.5，4.5 ,15.23MPa c1螺栓和被联结件均为钢制，采用金属垫片，故取相对刚度系数 ,0.3c，c12 2F0.3，,13.58MPa即有0.3 2,，d 0.3，2F, d6,，15.23，10 0.3，2，38500 ,,21.98mm 63.14159，15.23，10由设计手册，选M22，与原设相符。 2.3.7缸头厚度h的计算 本液压缸选用螺钉联结法兰，其计算方法如下: 3F(D,d)0oph, ,，d，[,]op 式中 h—法兰厚度 m F--法兰受力总和 N d—密封环内径 m d --密封环外径 m H --螺钉孔分布圆直径 m D0 d --密封环平均半径 m op [ζ]—法兰材料的许用应力 Pa 8 均压槽一般宽为0.4mm，深为0.8mm，O型密封圈的压缩率为 W=(，缸头和法兰的联结是固定的，其密封也是固定的，取W=20%，d,h)/d00 即=0.2 (d,0.8)/d00 得=1，为密封圈直径。 dd00 N，d=140mm，=140-/2=139.5mm， F=308000ddHop0 D,d，,，d，2L0H间螺 =140mm+23+22+27=272mm ， ,600b[ζ]= ,MPa,120MPan5 3，308000，(272,139.5) h,mm,48mm3.14159，139.5，1202.3.8法兰直径和厚度的确定 法兰直径取与缸头直径相同，即 d,308mm法 法兰厚度取 h,38mm法 2.3.9缸盖的联结计算 联接方式:螺栓联接 缸体螺纹处的拉应力为: K，F, ,,2，d，z14切应力: K，K，F，d10, ,30.2d，z1合成应力为: 22,,,，3,,1.3,,[,] n 式中 K—螺纹拧紧系数，动载荷，取K=1.5 F--缸体螺纹处所受的拉力 N，F=308000N d --螺纹内径 mm 1 z--螺栓个数，取z=8 ζ—螺纹处的拉应力 Pa ,600b [ζ]—螺纹材料的许用应力，[ζ]=,MPa,400MPa n1.5 9 n—安全系数，一般取1.5-2.5 1.5，308000, 1.3,1.3，,400MPa,2，d，814 d,15.4mm 1 由设计手册，取M16。 2.3.10缸头直径d和缸盖直径 dgG 取两者相同，即 d==++ dDddgG0间螺 =(272+16+210)mm ， =304mm 2.3.11液压缸主要尺寸的确定 2.3.11.1活塞最小导向长度H L为活塞的行程 H?L/20+D/2 =358/20+140/2 =84mm。 2.3.11.2活塞的宽度B B=0.57D =0.54140mm ， 10 =75mm。 2.3.11.3导向套长A D=140mm?80mm， 取A=0.5d ，130mm =0.5 =65mm。 2.3.11.4隔套长度E E=H-(A+B)/2 =84-(65+80)/2 =12mm。 内缸筒最小导向长度H L为内缸筒的行程 H>=L/20+D/2 =267/20+2OO/2 =113mm. 内缸筒活塞的宽度B B=0.4D =80mm. 内缸筒导向套长A D=200mm>=80mm 取A=0.5D =100mm. 2.3.11.5求液压缸的最大流量 DHDH=2 =1.40 =60s~90s =2.67 =3.58 dmdmTdmdm1221 2 2SD油缸无杆腔作用面积:=π×/4=3.14dm11 2 2SD=π×/4=1.53dm22 3SSHHV=+=13.86dm1221 ?流量的计算: Q油流量: =容积/时间=13.86L/min B 第2.4节 液压缸主要零件的结构、材料及技术要求 2.4.1油缸的密封 本次油缸设计充分考虑了其所处的环境恶劣，在密封件的造型上力求密封性 11 能的可靠和寿命有可靠保证。全套密封件采用进口德国MERKERS产品，使用寿命长达15年. 2.4.2油缸缸体 本工程油缸的缸体材料为优质无缝钢管制作，强度高于ST5.2N，内径采用GB1184中的H8配合要求，表面粗糙度达Ra0.4，直线度要求达1000:0.1，圆 ，孔口有导向角，粗糙度为Ra1.6，缸口采用法兰连接，法兰材柱度要求达0.02 料为45#锻钢，并经正火处理。有关焊接采用氩弧焊，焊前预热，焊后局部高温回火去应力处理，并对焊缝进行100%超声波探伤，按JB4730-1级标准验收。 1.活塞杆材料用优质45#锻钢并正火处理，表面防腐采用镀铬工艺，镀0.04~0.06mm硬铬，杆头开有夹头及导向角，所有结构均符合国标要求，表面硬度达HRC58-64以上，圆度公差值达7级精度。 2.活塞所用材料为45#锻件正火处理加支承环结构(材料为QA19-4)，活塞外径公差达f8，内径采用基孔制，公差为H9，其密封面(槽)的加工精度为h9，粗糙度为Ra1.6，两端面对内孔的垂直度为0.04mm，外径对内径的同轴度为0.03mm，定位有导向角导入。 3.缸底、缸盖均采用锻焊钢件，材料为45#并经正火处理，各配合处的圆柱度高于9级，同轴度公差为0.03mm，粗糙度为Ra1.6um。 4.导向套45#材料，导向面的配合公差为H9和f8，粗糙度为Ra0.2um~Ra0.3um。配合面的圆度公差为0.05mm，同轴度为0.03mm。 5.油缸设有排气测压装置，销轴部位设有防水防锈机构。 6.关节轴承采用自润滑轴承，用户使用时可免维护。 对液压启闭机的运输采取了可靠的防撞、防震、防刮伤、防擦伤、防磕碰等防护 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。 7.密封:选用O型密封圈. 8.防尘:防尘圈. 9.液压缸的缓冲装置 缓冲装置是为了防止和减少液压运动时的冲击，通过节点产生内压力抵抗液压推力、惯性力和载荷力，降低液压杆的速度。该系统中活塞杆的运动速度较小， 12 移动惯性不大，选用固定性的缓冲方式。 10.排气装置 当系统长时间停止工作，系统中的油液由于本身重量的作用和其他原因而流出，这时易使空气进入系统，如果液压缸中有空气或混入空气，都会使液压缸运动不不平稳。因此可在液压缸的最高部位设置排气装置。 第三章 液压系统图的拟订 3.1制定基本方案 (1)制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。 容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。 调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。 13 节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。 容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。(2)制定压力控制方案 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。 在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。 在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。 (3)制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。 另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。 (4)选择液压动力源 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源 14 压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。 油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 3.2 绘制液压系统图 整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。 为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件(如压力表、温度计等)。 大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要连续工作。 各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。 系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。 . 统的油源及压力控制:(参见液压原理图SYYZ912-0-101) 1 油源:液压系统直接利用油泵供油，满足蝶阀开启要求。另设有一 台手动泵，供检修或无电时开关阀使用。 2 压力调节与控制:开启油泵前松开溢流阀(件号8)手柄，启动电机， 空载运行5分钟，缓慢调节溢流阀手柄，逐级调节系统压力至20Mpa。 系统输出压力合符工况要求的压力油源。系统中配置一电子压力开关 (件号18)，调定好压力开关上限压为20Mpa，下限压为12Mpa，电子压 15 力开关能在压力调定值准确发信。 液压系统的工作程序:(参见液压原理图SYYZ912-0-101) 1 开阀:关闭调速阀导叶后，中控室向液控蝶阀发出开阀指令，开 启旁通阀，管道上下游平压后，压差控制器发出平压信号，液压锁定 解除，主阀开启，液压锁定投入，最后关闭旁通阀，这样蝶阀开启完 毕。 2 关阀: a 正常关闭:关闭调速器导叶后，中控室向液控蝶阀发出关阀指令， 液压锁定解除，主阀关闭，液压锁定投入，这样蝶阀关闭完成。 , 事故关闭:中控室向液控蝶阀发出关闭指令，液压紧定解除，主 阀关闭，液压锁定投入，蝶阀关闭完成。 液压系统的动作过程:(参见液压原理图SYYZ912-0-101) 1 开阀:中控室发出开阀指令，旁通阀开启(信号指示)，当活门两侧的水压差降至设定值时，压差控制器发出信号，启动电机，此时电磁铁1YV失电、2YV得电，锁定解除到位(信号指示)，调节节流阀可控制锁定液压缸的退回速度。锁定解除后系统油压上升，主阀开启，在开启过程中，调节节流阀，可得到所需的开阀时间。主阀全开到位后，电磁铁2YV失电，锁定投入(信号指示)，同时关闭旁通阀(信号指示)。在此过程中，系统压力上升至压力开关设定上限，电机停止工作，开阀过程完成。 2 保压:主阀全开到位后，液压系统便进入保压状态，当系统压力降 至压力开关设定的下限时，电机启动;压力上升至设定点的上限时，电 机停止工作。这样保证系统的油压始终处在压力开关设定的上、下限范 围内。 3 关阀:中控室发出指令，电磁铁2YV得电，锁定液压缸退回，到 位后发出指令(同时有信号指示)，电磁铁1YV得电，主阀关闭，全关 到位后(信号指示)，延时10s，电磁铁2YV失电，锁定再次投入，关 阀过程即完成。 运行速度及快、慢关角度转换的控制: a. 蝶阀在开启过程中的运行速度可通过调节节流插件(件号12.1)获 16 得。 蝶阀的快、慢关速度及快、慢角度的调整，可通过调节液压缸尾端的调节杆获得，具体参见下图: 3.3工作原理的确定 b. 液压系 慢关节流调节杆 快关节流调节杆液压缸 快慢关角度调节杆 顺时针调节节流杆，关阀时间变慢，反之则变快。 顺时针调节快、慢角度调节杆，则快关角度变大，慢关角度变小，反之，则快关角度变小，慢关角度变大。 第四章 液压元件的选择 第4.1节 液压泵的选择 1(油泵的最大工作压力计算 1)确定液压泵的最大工作压力p p p=p+Σ?p p1 式中 p——液压缸最大工作压力;液压缸的公称压力16 MPa 1 Σ?p——从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失。 Σ?p的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取:管路简单、 17 流速不大的，取Σ?p=(0.2,0.5)MPa;管路复杂，进口有调阀的，取Σ?p=(0.5,1.5)MPa。这里取Σ?p=1 MPa p=p+Σ?p =17 MPa p1 2)确定液压泵的的流量 液压缸的流量=容积/时间=13.86L/min Qmax 液压泵的流量=K=16.63 L/min QQpmax 式中 K——系统泄漏系数，一般取K=1.1,1.3; 这里取K=1.2 3)液压泵的排量计算 q=/n Qp 其中:为油泵最大工作流量。 Qp n为电机工作转速，选用三相异步电机，4级转速故额定转速 n=1460rpm。 3那么:q=16.63×10/1460ml/rev=11.39ml/rev 4)选择液压泵的规格 根据以上求得的p和Q值，按系统中拟定的液压泵的形pp 式。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%,60%。这里液压泵选用邵液提供的CBW-F316-ALP齿轮泵，排量16ml/rev，在转速1460rev/min情况下，流量为23L/min，额定工作压力为160bar,排量可调。 第4.2节 选择电动机 电动机的选择 QN=p×/60×η pp 液压泵的总效率 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.6,0.7 0.65,0.80 0.60,0.75 0.80,0.85 18 其中:η为电机效率，取0.6 P为液压系统油泵出口压力 那么:N=17×16.63?60?0.6=7.85kw 查《机械设计课程设计手册》选用: 电机，型号为Y160L-4，转速n=1460rpm,电机功率为11kw。 4.3其他元件的选择 4.3.1 液压阀的选择 1)阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取;选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间过流量。 2)阀的型式，按安装和操作方式选择。 4.3.2 蓄能器的选择 根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。 4.3.2.1 液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为 2 式中 A——液压缸有效作用面积(m); l——液压缸行程(m); K——油液损失系数，一般取K=1.1; 3 Q——液压泵流量(m/s); P t——动作时间(s) ,V,(0.028，0.358，0.0314，0.267)，1.1,0.01663/60，60,3.6L , 根据要求选用工作压力为6MPa的NXQ1-L4/31.5-H的皮囊式蓄能器.。 4.3.2.3蓄能器的工作原理 蓄能器内腔由皮囊分为两个部分:囊内装氮气，囊外充液压油。当液压泵将液压油压入蓄能器时，皮囊就受压变型，气体体积随压力增加而减少。液压油被逐渐储存。若液压系统工作需要增加液压油，则蓄能器将液压油排出，使系统的能 19 量行到补偿。 4.3.2.4蓄能器型号说明 NXQ 1 - L 4 / 31.5 - H NXQ:囊式蓄能器 1.1型结构 H:矿物油 2.2型结构 31.5:公称压力31.5兆帕 L:螺纹连接 4:公称容积4升 F:法兰连接 4.3.2.5蓄能器附件 充气工具: 概述:该工具是蓄能器进行充气、补气、修正气压和检查充气压力等专用工 具。它具有结构紧凑、使用方便、安全可靠、承高、压耐冲击等特点。是蓄 能器最理想的随机附件。 (1) 使用说明: 工具装有充气阀、排气阀、测压表及本体，使用时首先去掉蓄能器上 端的保护后，旋上该工具即可特用。 (一)充(补)气:把工具上的高压胶管连接氮气瓶，拧开氮气瓶上 的手轮充气到所需压力即可。 (二)排(放)气:如遇蓄能器充气压力太高时，顺时针旋手轮打开 蓄能器上端的充气阀后，打开排气阀放气到需要压力后关闭排气 阀，逆时针旋手轮到原位即可。 (三)测压:同上一样打开充气阀，即可测主机工作压力。 (四)拆卸工具时需先放掉工具内存气。 (2) 根据蓄能器压力选用(参照下表) 配用压力表 蓄能器压力(Mpa) 充气工具型号 软管内径规格 刻度范围 精度等级 10 CQJ-16 0~16 1(5 φ6 20 CQJ-25 0~25 1(5 φ6 31(5 CQJ-40 0~40 1(5 φ6 4.3.3 管道尺寸的确定 (1)管道内径计算 20 3 式中 Q——通过管道内的流量(m/s); υ——管内允许流速(m/s)，见表10。 d==22mm. 4，0.0018997/3.14，5 计算出内径d后，按标准系列选取相应的管子。 (2)管道壁厚δ的计算 表10 允许流速推荐值 管道 推荐流速/(m/s) 液压泵吸油管道 0.5,1.5，一般常取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 1.5,2.6 式中 p——管道内最高工作压力(Pa); d——管道内径(m); [σ]——管道材料的许; 用应力(Pa)，[σ]=173MPa. σ——管道材料的抗拉强度(Pa); 取为520MPa. b n——安全系数，对钢管来说，p,7MPa时，取n=8;p,17.5MPa时，取n=6;p,17.5MPa时，取n=4。 16×22/2×173=2mm. ,, 4.3.4 油箱容量的确定 初始设计时，先按经验公式(31)确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。 油箱容量的经验公式为 V=αQ (31) V3 式中 Q——液压泵每分钟排出压力油的容积(m); V α——经验系数，见表11。 V=7×16.63=116.3L 取油箱体积为160L。 表11 经验系数α 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 锻压机械 冶金机械 1,2 2,4 5,7 6,12 α 10 在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。 21 根据系统工作压力和通过阀的实际流量选择元件及辅助元件，系统的元件其型号和参数如下表: 序数代 号 名称及规格 材料 备注 号 量 01 油箱160L 成品 1 02 YWZ-200T 液位计 成品 1 03 QUQ1-10*1.0 空气滤清器 成品 1 04 CBW-F316-ALP 油泵 16mL/r 成品 1 长源 20MPa 05 Y160M-4-B5 电机 11KW 成品 1 天能 1460r/min 06 SYZB11 手动泵 成品 1 邵液 07 JZC-16H 截止阀 DN16 成品 1 奉化二厂 08 DBDS6K10B/315 直动型溢流阀 成品 1 华德 09 单向阀 成品 3 邵液 10 截止阀 成品 1 邵液 11 23QDF6B/315E24 电磁球阀 成品 1 上海伟勋 12 DVE-10 节流阀 成品 2 宁波镇海 M24*1.5 13 NXQ1-L4/315-H 皮囊式蓄能器 成品 1 14 PPT-3 测压接头 成品 2 15 HFH2-P1-3-P-0.8 测压软管 成品 1 16 HFH2-E2-3-P-0.8 测压软管 成品 1 17 YN60-? 耐震压力表(0,成品 1 25MPa) 18 XML-B300D2C11+X 电子压力开关 成品 1 施耐德 ZCC43FCP40B 19 Z1B-Hb16Z-4 基本插件 成品 1 邵液 20 球式换向阀控制成品 1 邵液 盖 21 SYYG752A 锁定缸 ,125/,成品 1 邵液 60-40 22 SYYG941 接力器 成品 1 邵液 23 KHB-M22*1.5-DN8 高压球阀 成品 1 奉化二厂 24 23QDF6K/315E24 电磁球阀 成品 1 上海伟勋 25 WU-63*100-J 滤油器 成品 1 26 A-8*2W-2000 高压胶管 成品 1 27 A-16*3W-3000 高压胶管 成品 1 22 第5章 液压系统性能的验算 液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。 第5.1节 管路系统压力损失的验算 5.1.1液压系统压力损失 油液在进油管中的流速为: qpv= A ,316，10,m/s ,32(18，10)，3.14159，60 =4.72m/s。 压力损失主要包括管路的沿程损失?p，管路的局部损失?p和阀类元件的局部12 损失?p，总的压力损失为: 3 ?p=?p+?p+?p。 123 5.1.2沿程压力损失 首先，要判别管中的流态，设系统采用46#抗磨液压油， 精度等级不低于NAS8级，其工作环境温度为20-50?时，查机械设计手册常用液压油的牌号和黏 ,62,1度表取其运动粘度=50，， ,，10mm?s 所以有: 23 vdRe= , -3，， 4.72 2210 2,1mms? = ,6，5010 =2077 -3000，因为系统中采用无缝钢管，是光滑的金属圆管，其临界雷诺数为2000而实际流动时的雷诺数为2077，小于2000-3000，则管中应为层流，则阻力系数: λ=75/Re =75/2077 =0.036 3油液的密度为ρ=890kg/m，则进油路上的沿程压力若取油管长度均为3m， 损失为: 2,l，，v?p=λ λ1d，2 2，，38904.72，Pa=0.036 ,3，，22102 5=0.486610Pa ， =0.049MPa。 5.1.3局部损失 液体流经如阀口、弯管、通流截面变化等局部阻力处所引起的压力损失。液流经过这些局部阻力处时，由于液流方向和流速均发生变化，在这里形成了旋涡，使液体的指点之间互相撞击，从而产生能量的损耗。 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道的具体结构而定，一般取沿程压力损失的10%，而后者与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失为q和，则当通过阀的n,pn流量为q时的阀的压力损失为为 ,pv 2,,q=,, ,p,pvn,,qn,, 在该系统中主要有手动换向阀、液控单向阀和液压缸，根据各个产品的参数 24 (如前表)，可知，各个阀的压力损失如下: 2,,q换,,= ,p,pnv换,,qn换,, 216,,=0.01Mpa ，,,7.35,, =0.047MPa 2,,q单,,= ,p,pnv单,,qn单,, 27.5,,=0.01Mpa ，,,12.4,, =0.60MPa 液压缸回油路上的流量为: q，A进回 q,回A进 16，25.8,L/min 31.4 =13.1L/min 则回油路管中的流速为: q回v ,A ,313.1，10,m/s 2,660，3.14159，18，10 =0.22m/s 可算出: vdRe= , -3-6 =0.221810/6010，，， =660 λ=75/Re =75/660 25 =0.114 所以回油了路上的沿程压力损失为: 2,,lv,,p ,回2d 2，，，0.11438900.22,MPa ,3，，18102 =0.004MPa 5.1.4总的压力损失 由上面的计算所得可求出: ? ,p,,p，,p，,p123 =[0.049+(0.6+0.047)+0.004]MPa=0.7MPa原设?=0.8MPa，这与计算结果略有差异，且大于计,p 算结果，不必更改 5.2 液压系统的发热温升计算 系统在工作时，有压力损失、容积损失和机械损失，这些损失所消耗的能量多数转化为热能。特别是液压系统，系统发热使油温升高，导致油的粘度下降、油液变质，影响正常的工作。为此，必须控制温升在许可的范围内，如工程机械和机车车辆应控制在?T=35-40?。 该系统中产生热量的元件主要有液压缸、液压泵、溢流阀和单向阀，散热的元件主要有油箱，系统经一段时间后，发热与散热会相等，即达到热平衡。 5.2.1系统发热量的计算 根据以上的计算可知: 电动机的输入功率为: P=Pq/ηpppp 6-3=16，101610/600.85w ，，， =4267w. 5.2.2系统的散热计算 液压系统的散热途径有油箱表面和油管表面，在本系统中只考虑油箱表 26 面的散热。 在单位时间内，油箱的散热量为H=hA?t，设油箱的三个边的比例为a:0 b:h=1:1.5:2.5， 则散热面积为: 32V A=0.065 32,0.065168.75? =2.36? -3式中h是散热系数，取1510kw/(???)。 ， ?t为系统的温升，等于系统热平衡事的温度和环境温度之差，取油液的最高工作温度为60?，工作的环境温度为40?，则 ?t=(60-40)? =20? 可求出: -3H=2.36151011kw=0.39kw ，，，0 5.2.3系统热平衡温度的验算 当系统达到热平衡的时候有:H=H，即 0 Ht= ,hA 0.4267,? ,3215，10，2.36 =51.6? 环境温度为40?，热平衡温度为51.6?<60?，没有超出允许范围。 5.3油箱的尺寸设计 根据上面计算结果对散热面积的要求，对油箱的尺寸进行计算。 假设油箱的长、宽、高分别为a，b、c。一般情况下，油为的高度为箱高的0.8倍，即0.8h，与油直接接触的表面算全散热，与油不直接接触的算半散热，其外形如下图: 27 根据上面确定的油箱的容积V=168.75L和散热面积A=2.36?，可查机械设计手册，公式: 3V=0.8abh mm ，， A=1.8h(a+b)+1.5ab? ， :b:h=1:1.5:2.5，联立解方程，可求得 和长、宽、高的比例a a=0.75 b=0.45m h=0.50m 油箱简图附后。 第六章 液压装置的设计 6.1 液压装置总体布局 液压系统总体布局有集中式、分散式。 集中式结构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外或安装在地下，组成液压站。如冷轧机、锻压机、电弧炉等有强烈热源和烟尘污染的冶金设备，一般都是采用集中供油方式。 分散式结构是把液压系统中液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的地方。机床、工程机械等可移动式设备一般都采用这种结构。 6.2 液压阀的配置形式 1)板式配置 板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上，板上钻有与阀口对应的孔，通过管接头联接油管而将各阀按系统图接通。这种配置可根据需要灵活改变回路形式。液压实验台等普遍采用这种配置。 2)集成式配置 目前液压系统大多数都采用集成形式。它是将液压阀件安装在集成块上，集成块一方面起安装底板作用，另一方面起内部油路作用。这种配置结构紧凑、安装方便。 6.3 集成块设计 1)块体结构 集成块的材料一般为铸铁或锻钢，低压固定设备可用铸铁，高压 28 强振场合要用锻钢。块体加工成正方体或长方体。 对于较简单的液压系统，其阀件较少，可安装在同一个集成块上。如果液压系统复杂，控制阀较多，就要采取多个集成块叠积的形式。 相互叠积的集成块，上下面一般为叠积接合面，钻有公共压力油孔P，公用回油孔T，泄漏油孔L和4个用以叠积紧固的螺栓孔。 P孔，液压泵输出的压力油经调压后进入公用压力油孔P，作为供给各单元回路压力油的公用油源。 T孔，各单元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。 L孔，各液压阀的泄漏油，统一通过公用泄漏油孔流回油箱。 集成块的其余四个表面，一般后面接通液压执行元件的油管，另三个面用以安装液压阀。块体内部按系统图的要求，钻有沟通各阀的孔道。 2)集成块结构尺寸的确定 外形尺寸要求满足阀件的安装，孔道布置及其他工艺要求。为减少工艺孔，缩短孔道长度，阀的安装位置要仔细考虑，使相通油孔尽量在同一水平面或是同一竖直面上。对于复杂的液压系统，需要多个集成块叠积时，一定要保证三个公用油孔的坐标相同，使之叠积起来后形成三个主通道。 各通油孔的内径要满足允许流速的要求，具体参照本章4.4节确定孔径。一般来说，与阀直接相通的孔径应等于所装阀的油孔通径。 油孔之间的壁厚δ不能太小，一方面防止使用过程中，由于油的压力而击穿，另一方面避免加工时，因油孔的偏斜而误通。对于中低压系统，δ不得小于5mm，高压系统应更大些。 第七章 液压系统安装及调试 7.1液压系统安装 1 预安装时，先将液压系统，液压缸固定在规定的基础上，然后根 据图纸要求把液压系统各部件的进出油口按原理图管路连线要求 用要求的管路连接起来，弯管处椭圆度不低于97%; 2 正式安装前，要将管道内部冲洗干净，本套设备要求冲洗后管道 内部清洁度不低于17/14(ISO4406)，相当于N,,8级; 3 正式安装时，各管口要求擦拭干净，不准有砂粒、焊渣等污物进 入管道内，管道安装完毕后，可在适当位置上安装管夹，以防止 管道震动。 7.2调试前准备工作 1 用加油泵往油箱中加入规定牌号的液压油液，将油液加至液面高 29 度达液位计最高位置。 2 按照液压原理图，将各液压元件的手柄打到正确的启、闭位置上， 锁定。 7.3调试运行 1 首次启动电机时，注意保证电机正确的旋转方向;在启动前，给 油泵灌入清洁的引液。 2 启动油泵电机，待油泵空运转数分钟之后，方可将系统压力逐步 调节至设计要求。 3 油泵运转正常后，按前面所说次序调好系统压力、流量、电子压 力开关等系统各参数。 4 系统压力油液输出正常后，按前面所说各调试好控制元件调的控 制参数。 7.4液压系统的用液及对污染的控制 1 液压所用油液对液压系统能否正常使用具有十分重要的意义，除 系统设计的合理、元件制造的质量 和维护使用等条件外，油液 的适用性和油液清洁度是一个十分重要的因素。 2 液压油液作为液压传动的工作介质，除了传替能量外，还有润滑 液压元件运动副以及保护金属不被锈蚀等作用。 3 液压油液污染严重时，液压系统工作性能恶化，容易产生故障、 元件加速磨损、寿命缩短、甚至造成设备和操作的重大事故。 7.5调试运行中应注意的问题 1 在正常运行情况下，各截止阀手柄应按原理图处于正确的位置， 30 并将其锁定; 2 溢流阀、节流阀调定值应按前面的数值调定，并将其锁定; 3 在没有电源的情况下，可以手动按下电磁球阀23QDF6B/315E24 实现手动换向，实现阀门开关及系统泄荷。 4 当因故需要拆卸压力表、电子压力开关、蓄能器时，需打开截止 阀(件号10.1)，将蓄能器内压力油排尽，方可操作。 第八章 液压系统的维护及注意事项 1 液压系统应加入规定牌号的液压油液，不得将不同牌号的液压油 液混合使用。 2 应保证液压系统内所使用的液压油液的污染度等级不低于规定的 污染度等级要求;系统第一次投入运行三个月后，应将液压油液 过滤一次或更换，并清洗油箱;以后，一般每一年换一次油液; 油液每三个月应化验一次，对于已经变质老化或被严重污染的液 压油液应及时更换。 3 不得随意将压力控制继电器的控制点变动，以免影系统正常工作。 4 要经常检查仪表及其它元件功能是否正常，如要维修更换，请注 意型号和说明书要求。 5 每班检查一次油箱内的液面高度，如异常应检查各元件和管线渗 漏点;如果发现渗漏点，在不影响使用的情况下作好标记，停机 时进行处理，如渗漏严重，应立即停机处理。 31 6 要保持液压系统周围环境的清洁，要求周围环境的相对湿度不大 于85%，且无雨雪侵蚀。 7 液压系统要定期检修，过滤或更换液压油液，并清洗油箱。 8 当系统需要检修电磁球阀时，要使电机在不工作情况下，打开截 止阀(件号10)，让系统及蓄能器的油排干，方可操作。 参考文献 1 左健民主编.液压与气压传动(2版).北京:机械工业出版社，1999.5 2 王三民，诸文俊主编.机械原理与设计.北京:机械工业出版社,2000.12 3 徐灏主编.机械设计手册(第5卷).北京:机械工业出版社,1992.1 4 丁德全主编.金属工艺学.北京:机械工业出版社,2000.5 5 陈立德主编.机械设计基础课程设计指导书.北京:高等教育出版社,2000 6 姜继海,宋锦春,高常识主编.液压与气压传动.北京:高等教育出版社,2002.1 7 温松明主编.互换性与测量技术基础.长沙:湖南大学出版社,2003.6 总结 通过近两个月的毕业设计，使我们充分的掌握了一般的设计方法和步骤，不仅是对所学知识的一个巩固，也从中得到新的启发和感受，同时也提高了自己运用理论知识解决实际问题的能力，而且比较系统的理解了液压设计的整个过程。 在整个设计过程中，我本着实事求是的原则，抱着科学、严谨的态度，主要按照课本的步骤，到图书馆查阅资料，在网上搜索一些相关的资料和相关产品信息。这一次设计是大学三年来最系统、最完整的一次设计，也是最难的一次。在设计的时候不停的计算、比较、修改，再比较、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期间也遇到不少的困难和挫折，幸好有老师的指导和帮助，才能够在设计中少走了一些弯路，顺利的完成了设计。 32 本次设计课题是汽车运输中的液压系统，这对于涉世未深的我来说也存在一定的困惑，因此在设计的过程中，有些实际问题也未能完全考虑到，也存在一定的失误。 在这个设计中，主要运用到的知识有液压、机械原理、热处理、公差、机械制图、CAD绘图、金属工艺学等方面，这也比较系统的运用了所学的知识，但在这个飞速发展的信息网络时代，这是微不足道的，这更需要在以后的实际工作中继续学习和应用，努力加强设计的能力。 致谢 在本次设计中首先感谢老师对我的设计课题不厌其烦的细心指点。老师首先细致地为我讲解;当我迷茫于众多的资料时，他又为我提纲挚领，梳理脉络，使我确立了本设计的框架。从框架的完善，到内容的扩充;从行文的用语，到 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 的规范，老师都严格要求，力求完美。我再次为老师的付出表示感谢。 其次感谢母校，感谢各位大学四年来的任课老师，感谢他们四年来对我的栽培和教导～ 最后感谢机制本科班的全体同学的关心和帮助，感谢他们在平时学习生活中对我的帮助～ 我将用我以后的成就来回报我的母校，回报所有关心和爱护我的人～谢谢你们～ 33