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毕业设计 钢坯称重装置液压系统结构设计 班 级：11 机械 2 专 业：机械工程及自动化 所在系：机械工程系 钢坯称重装置液压系统结构设计 摘 要 液压传动是实达成生产过程自动化，尤其是产业自动化不可缺少的紧要门径，其在冶金装置中的利用非常广泛。当今,钢厂中衡量元件与称重台正常选用刚性联合方法，这样如此衡量元件直接担当钢坯拖动时的摩擦力，从而缩小了元件的利用寿命；同时，摩擦不能传送的基础，导致称重平台破坏。同时摩擦力不能传送到底座，造成了称重台的破损。钢坯称重液压系统选用液压缸将钢坯撑起称重，可以解决以上问题，从而达成称重进程。钢坯称重液压系统是冶金行业连铸连轧配置中用于钢坯智能称重的关键配置，该配置机能的好坏直接关系企业生产成本的核算继而感化企业的经济效益，液压系统的功用是联合电气操控对机械部份启动。本次设计中，经过屡次现场调研，达成了钢坯称重液压系统的设计、安置与调试全过程，并将其整顿成相关文献资料。关键词：钢坯；称重；液压系统 Design of Hydraulic Winch System ABSTRACT Winch has lifting and pulling characteristics,and has been widely used in lifting transportation,construction,port,geological prospecting and other various areas.According to the requirements,the winch has various forms of structures and operation modes.The steel ladle winch introduced here is designed by way of fluid drive.It has strong safety,reliability,smooth operation and convenient installation.Be familiar with the work of the steel ladle winch.On this basis,a large number of data collections and researches should be done.Finally we can determine the design of hydraulic systems illustrative the components.Calculate the flow of the hydraulic system.Choose hydraulic valves,hydraulic motor and tank pipes according to the flow and pressure.Design the capacity and hydraulic of the station.Complete the assembly diagram of hydraulic system（Including the hydraulic pump assembly and oil tank parts diagram）.Key Words:Wich;Hydraulic System;Hydraulic pump station;Oil tank 目 录 第一章 绪论.1 1.1 液压传动系统概论.1 1.1.1 传动的类型及液压传动的定义.1 1.1.2 液压系统的组成.1 1.1.3 液压传动系统的优缺点.1 1.2 液压传动的发展史.2 1.3 课题的研究意义.2 1.4 研究方法及手段.2 第二章 系统功效分析.4 2.1 工况分析.4 2.1.1 已知条件及技术规定.4 2.1.2 参数计算.4 2.2 拟定液压原理图.7 2.2.1 液压回路的选取.7 2.2.2 确定液压原理图.9 第三章 液压元件选取.11 3.1 液压泵的确定.11 3.1.1 液压泵的类型及特点.11 3.1.2 确定液压泵的流量及压力.12 3.1.3 选取液压泵的规格.13 3.2 电机的确定.13 3.3 液压阀的确定.15 3.3.1 压力操控阀.15 3.3.2 流量操控阀.16 3.3.4 方向操控阀.17 3.4 过滤器的选取.17 3.4.1 吸油过滤器。.18 3.4.2 空气过滤器.19 3.5 联轴器的选取.20 3.6 选取液位计.20 3.7 选取放油塞.21 第四章 液压泵站设计.23 4.1 液压泵站的组成及类型.23 4.2 油箱设计.24 4.2.1 油箱的功效.24 4.2.2 油箱的类型.25 4.2.3 液压油箱的结构与设计.26 4.2.4 液压油箱的容积确定.28 4.3 液压油箱的外形.29 4.4 液压泵站装置图.29 致 谢.33 1 第一章 绪论 1.1 液压传动系统概论 1.1.1 传动的类型及液压传动的定义 一部完全的机械都是由原动机、传动装置和动作机组成。原动机是机械的能源；动作机是机械对外做功的部份；而传动装置则是设立在原动机和动作机之间的部份，用于达成能量的传送、转变和操控，以满意动作机对力（或力矩）、动作速率及位置的规定1。依照传动件（或转速）的差别，有机械传动、电气传动、流体传动（液体传动和睦体传动）及复合传动等。液压传动依靠液压行为动作介质来进行能量传送的一种传动形式，它经过能量转变装置（如液压泵），将原动机（如电动机）的机械能转变为液体的压力能，然后经过封闭管道、操控元件等，有另一种能量装置（如液压缸、液压马达）将液体的压力能转变为机械能，以启动负载和达成执行机构所需的直线或旋转运动。因为其的特殊技术优势，已成为当代机械配置与装置达成传动及操控的重要技巧之一。1.1.2 液压系统的组成 液压传动与操控的机械配置或装配中,其液压系统大部份利用具备连续流动性的液压油等动作介质,经过液压泵将启动泵的原动机的机械能转变为液体的压力能,通过压力、流量、方向等各种操控阀，输送到执行机构（液压缸、液压马达）中，转变为机械能去启动负载。如此液压系统正常都是有动力源、执行器、操控阀、液压附件及液压动作介质等几部份组成23。正常来说，可以达成某种特定功效的液压元件的配合，称为液压回路。为了达成对某一机械或装配的动作规定，将多少特定的根本会路连接或复合而成的整体称为液压系统。1.1.3 液压传动系统的优缺点 液压系统相比于机械传动、电力传动、气压传动相比，具备下列的优点1,3,5：.液压传动能在运转中达成无级调速，调速简易且调速范畴很大。.在等同功率的情况下，液压传动装置的体积小，重量轻，惯性小，布局紧凑（如液压马达的重量只要同功率电动机重量的 1020），而且能传送较大的力或转矩。.液压传动动作较平稳，响应快，冲击小，能高速发动、制动和换向。液压传动装置的换向频率、反转运动可达 500 次/min，来去直线运动最大可达 1000 次/min。2 当然液压传动系统也有缺点,主要包括3：.由于正常采用液体为动作介质，易泄露，油液可压缩，所以不能用于传动比规定精确的场合。.在液压传动中，由于有机械损失、压力损失、泄漏损失，所以效率较低，故不适于远距离传动。.液压传动需要有单独的能量源，液压能不能向电能那样从远处传来。1.2 液压传动的发展史 液压传动和睦压传动统称为流体传动，是按照 17 世纪帕斯卡建议的液体静压力传动道理而发展起来的一门新兴技能，1795 年英国的约瑟夫布拉曼（JosepBraman),在伦敦用水做介质，以水压机的形式将其应用在工业生产中，出生了世界上第一台水压机。1905年又将动作介质改变为油，水压机得到进一步改善1。1.3 课题的研究意义 钢坯提升机称重装置是轧钢厂用于称重进入加热炉钢坯的重量，以便检查、分析钢坯在加热过程中烧损情况，为精确计算成材率提供参考数据的装置。采用将钢坯吊起后再称重方案，可以解决传统称重配置由于钢坯表面的氧化皮受提升机振动的感化而脱落在压力应变电阻片（电子称重配置）上，感化称重精度，导致不能正常利用的问题。1.4 研究方法及手段 对钢坯称重装置液压系统结构的设计，必须在熟悉钢坯称重装置液压系统结构动作原理的前提下，大量的搜集资料、调研，最后确定设计方案，拟定系统原理图，完成液压系统总装图（包括油箱零件图液压站的装置图）。以上是完成设计所需要做的研究内容，在完成研究内容的过程中需要用到多种计算、绘图工具。设计中鉴于大量绘图动作，必须熟练 Auto CAD 软件的利用，最后液压泵站装置图和液压油箱零件图都利用此绘图工具出图。液压系统设计中，首先分析液压绞车的各种工艺，并在此基础上，进行液压系统原理图的设计，确定液压系统的各个元件。经过对资料的分析、整顿，掌握机械设计相关技术和设计方法。计算整个液压系统的流量，并根据流量和压力选取液压阀的类型和各 3 个辅助元件，设计液压站装置。计算整个系统的功率，最后在满意动作压力、流量的前提下确定最终方案。4 第二章 系统功效分析 2.1 工况分析 2.1.1 已知条件及技术规定 本设计已知条件:1）.系统有较好的速率稳定性和加工精度；2）.液压缸总行程 200mm，总时间小于 20s；3）.液压缸快速上升 100mm/2s，慢速上升 100mm/6s，称重 4s，慢速下降 100mm/6s，快速下降 100mm/2s。4）.钢坯最大称重为 100 吨，建议系统最高动作压力 16MPa。2.1.2 参数计算 液压缸所受外力负载 F 包括三种类型，即 afwFFFF (2-1)式中：wF动作负载 NFw9800008.91015；aF运动部件速率变化时的惯性负载；fF导轨摩擦阻力负载，由于运动元件动作仅为升降，故导轨摩擦负 载力为 0。aGvFgt (2-2)式中：G运动部件的重力，NFGw980000；g重力加速率；t加速或减速时间，正常st5.001.0，本设计为st05.0；上升：NFa200001；下降：NFa200002 按照上述计算成果，列出各动作阶段所受的外负载。5 表 2.1 动作循环各阶段的外负载 Table 2.1 operating cycle each phase of the external load 动作循环 外负载 F/N 动作循环 外负载 F/N 快速上升 NFFFaw2200001 快速下降 NFFFaw1800002 慢速上升 NFFw980000 慢速下降 NFFw980000 上升制动 NFFFaw9600001 下降制动 NFFFaw2200002 称重 NFFw980000 钢坯称重装置液压系统配置属于重型机器，此系统为高压系统，初算背油压可忽略不计。由于本次设计采用双杠刚醒同步机构。液压缸负载为总压力的一半。液压活塞面积计算公式：42DPFA (2-3)式中：F液压缸负载（N）P液压缸动作压力（Pa）D液压缸内径（m）系统初定压力 16MPa。全行程距离 200mm。根据公式计算活塞面积：20306.016490000mMPaNPFA (2-4)mmAD2004 (2-5)计算液压杠速率:smmsmmV5021001 smmsmmV1761002 根据行程数比系数mmDd1407.0 查文献，确定液压缸的内径为 D=200mm 确定液压缸的活塞杆直径为 d=140mm 油箱流量计算公式:6 min3.35042002LsmmmmAVQ (2-6)液压缸的实际有效面积：2213144cmDA；2222160)(4cmdDA；2213154cmAAA。依据上述前提可算出液压缸在动作循环中各阶段内的压力、流量和功率。动作循序 计算公式 负载)(NF 回油腔压力)(2MPap 动作腔压力)(1MPap 输 入 流量min)/(LQ 输 入 功率)(KwP 上升 启动 12212AApFpcm11vAQ QpP1 200000 12.5 快速 220000 0.5 12.8 慢速 980000 0.5 15.6 9.42 9.2 停止 200000 0.5 12.5 下降 启动 12112AApFpcm22vAQ QpP1 200000 12.3 0.6 慢速 980000 15.2 0.6 快速 220000 12.4 0.6 8.0 停止 200000 12.3 0.6 称重 112AFpcm 980000 15.1 7 2.2 拟定液压原理图 2.2.1 液压回路的选取 1）循环形式的选取：液压传动系统正常分为开式系统与闭式系统。开式系统的油液经液压泵从油箱中吸取，经过操控阀进入执行元件，再经操控阀回油箱，在油箱内进行冷却、沉淀杂质等，其结构相对闭式系统简单，成本低，根据调研，现场有较大的空间放置油箱且规定结构尽可能简单，故采用开式系统。2）液压泵类型的选取：泵源正常有叶片泵、齿轮泵、柱塞泵等几种形式。其中柱塞泵为中高压泵，其余为中低压泵，本系统动作负载大，为大钢坯称重系统故采用中高压泵，故选用柱塞泵，考虑系统的速率变化不大，可选用手动变量式柱塞泵。3）执行元件的选取：执行元件正常有达成来去直线运动的液压缸与达成连续转动的液压马达两种元件。本设计主要完成钢坯的起升与下降，故选用的执行元件为液压缸，根据调研采用四缸同步动作。4）多执行元件的同步回路选取：此系统为多执行元件，其对位置同步精度规定高，故必须采用相应的同步操控方案，其正常有多个普通节流阀或者调速阀同时利用；利用分流集流阀；利用同步马达；利用伺服阀配合液压缸位置传感器四种方案，炼钢厂钢坯辊道升降操控是非常庞大的系统，与其他配置还有配合规定，且对其可靠性比规定较高，一旦操控功效发生故障，将会引起严重的后果和巨大的经济损失。为了达到高可靠性，这里优先选取机械原理的同步操控方案，因此比例伺服阀加位置传感器的同步操控方法这里不合适；由于此配置运动时同步规定比较高，所以普通的分流集流阀在这里精度达不到规定。为了满意上述动作规定，利用同步马达在这里比较合适，即可满意配置的同步操控规定，又能确保了配置的可靠性。5）换向回路的选取：换向回路中的换向阀正常根据实际操作与系统特点来选，此液压配置规定的自动化程度较高，且流量不是很大，故采用电磁换向阀保障换向平稳；如流量过大，可选用电液换向阀。图 2.1 电液换向阀与电磁换向阀 Fig2.1 electro-hydraulic directional control valve and electromagnetic directional valve POABPO 8 6）调速回路的选取：调速回路根据操控元件的差别可分为节流调速、容积调速和容积节流调速回路。本系统采用手动变量式泵，一旦调定泵的压力它就相当于定量泵，故采用节流调速回路。此调速回路结构简单，动作可靠，且成本低便于维护。图 2.2 节流调速回路与容积调速回路 Fig2.2 throttling speed control circuit and the volumetric speed control loop 7）锁紧回路的选取：由于此系统用于钢坯称重，故规定有相对静止的环境，为保持执行元件停止运动或微小位移的情况下系统压力保持基本不变，且负载可以锁紧在任意位置，宜采用锁紧回路。锁紧正常可以经过三位换向阀的中位 O 形或 M 形等滑阀机能达成，同时还可以经过液控单向阀锁紧，或者采用平衡阀锁紧。其中换向阀的中位机能虽能达成，但由于滑阀的泄漏，锁紧精度不高，故采用液压锁保障锁紧精度。图 3.4 是厂方提供的一种锁紧回路，即经过液控单向阀锁紧，但考虑到由于泵站距执行元件距离较远，且管路较细，在动作改变时，压力来不及调整，且还会感化其稳定性，故将其拆除，因此本设计在泵站上安置液压锁来达成锁紧，同时也避免了阀组 10 对系统的不稳定性感化。图 2.3 厂方给定的系统原理图执行元件部份 Fig2.3 the manufacturer of the given system schematic diagram execution component parts 9 图 2.4 调压回路 Fig2.4 voltage regulation circuit 8）调压回路的选取：调压回路是用来操控系统的动作压力，使系统动作不超过一定的压力值，或是使系统动作在差别的压力状态。调压回路采用电磁溢流阀。这种叠合式电磁溢流阀结构紧凑、所占空间小、减少管路连接、装置容易用于液压系统的卸载，且能改善系统和回路的机能，提高抗振和抗冲击性，并减少管路的振动等现象。9）辅助回路的选取：冷却回路，此配置用于钢坯连铸车间，外部环境温度高，故应设有冷却装置；过滤回路，为了保障进油路油液的清洁，应有过滤装置，但为了避免吸油时泵的进油口吸油不畅，故在泵的出口设置高压过滤器，为了避免回油杂质进入油箱，保障油箱内的油质清洁，在回油路上设置相应的回油过滤器。10）其他：考虑到此系统应用于现场生产，对其连续动作规定较高，为了不使因某一部件的损坏而感化整个生产线的生产，整套系统应为开一备一。为了便于检修，应在一定的位置安置阀门，以便随时拆卸检修。为了及时发现异常现象，采用一定的监测报警装置。2.2.2 确定液压原理图 综合上述分析和拟定的方案，将各种回路合理地组合成为该液压系统原理 图，如图所示。1 0 图 2.5 系统原理图 Fig2.5 system schematic diagram 1 1 第三章 液压元件选取 3.1 液压泵的确定 3.1.1 液压泵的类型及特点 液压泵是任何一台液压配置不可缺少的能源元件，它的功效是将原动机的机械能转变为液压能，即向液压系统提供具备所需压力和流量的液体。液压泵的动作原理是经过转动带来液压泵腔容积的变化,从而压缩液压油使油液具备一定的压力能。液压泵属于容积式泵，它正常都有定子、转子和挤子三种零件；依照挤子结构可以分为：齿轮式、叶片式、柱塞泵和螺杆泵四大类3,7,9。1.齿轮泵 结构较为简单，工艺性好，体积小，重量轻，维护简易，利用寿命长，但是动作压力较低，流量脉动和压力脉动较大，如高压下不采用端面补偿时，其容积效率将会明显下降。内齿合齿轮泵与外齿合齿轮泵相比，其优点是结构紧凑、体积小、吸油机能好，但是结构较复杂，加工性较差。2.叶片泵 结构紧凑，外形尺寸小，运动平稳，流量均匀，噪声小，寿命长，但是与齿轮泵相对比油液污染较敏感，结构较为复杂。单功用式叶片泵有一个排油口和一个吸油口，转子旋转一周，每两片间的容积各吸、排油一次，若在结构上把转子和定子的偏心距做成可变的，就是变量叶片泵。单功用式叶片泵适用于低压大流量的场合。双功用式叶片泵转子每转一周，叶片在槽内来去运动两次，完成两次吸油和排油。由于它有两个吸油区和两个排油区，相对转子中心对称分布，所以功用在转子上的功用力相互平衡，流量比较均匀。3.柱塞泵 精度较高，密封机能好，动作压力高，因此得到广泛应用。但它结构比较复杂，制造精度高，成本高，对油液污染敏感。轴向柱塞泵是柱塞平行缸体轴线，沿轴向运动；径向柱塞泵的柱塞垂直于配油轴，沿径向运动，这两类泵均可行为液压马达用。4.螺杆泵 螺杆泵实际上是一种齿轮泵，其特点是结构简单，重量轻；流量及压力的脉动小，输送均匀，无紊流，无搅动，很少产生气泡；动作可靠，噪声小，运动平稳性较高，容积效率高，吸入扬尘高。但加工较难，不能改变流量。适用于机床或精密机械的液压传 1 2 动系统。正常应用两螺杆或三螺杆泵，有立式与卧式两种安置形式。3.1.2 确定液压泵的流量及压力 1.设计压力的选定 参考表 3.1 预选空包下降时的设计压力MPp121;满载上升时的设计压力MPp252。表 3.1 液压配置常用的动作压力 Table 3.1 Hydraulic equipment commonly used in the working pressure 配置类型 机 床 农 业 机 械或 中 型 工程机械 液压机、重型机械、起重运输机 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 动作压力 P/（MPa）0.82.0 35 28 810 1016 2032 2.液压马达排量计算 查阅液压手册，取液压马达的机械效率95.0mm，则 空包下降时的马达排量：461111063.295.012123000mmpTVm3/rad (3.1)满载上升时的马达排量：462221037.495.0102510389mmpTVm3/rad (3.2)3.系统动作压力和流量 取液压马达的容积效率为92.0mv，则空包下降时1V所需的制动动作压力1p和流量1q为：85.101065.195.03000223111PaVTpmmMPa (3.3)4592.0/0.2565.1/111mvnVqL/min (3.4)满载上升时2V所需的压力2p和流量2q为：32221075.2/95.0103892/2VTpmm=22.5MPa (3.5)1 3 4.3792.0/5.1275.2/222mvnVqL/min (3.6)3.1.3 选取液压泵的规格 选取电机转速为1460pnr/min,则液压泵的排量 5.15min/1460min/451rLnqVppcm3/r (3.7)且泵的流量min/45Lqp，查阅机械设计手册5，选取 SCY14-1B 型手动变量柱塞泵。其规格如表 3.2 所列，外形如图 3.1 所示。表 3.2 液压泵规格 Table.3.2 Hydraulic pump specifications 型号 最大排量/1rml 最大压力/MPa 转速/1minr 容积效率(%)重量/kg 63SCY14-1B 63 31.5 1500 92 65 图 3.1 液压泵外形图 Fig.3.1 Hydraulic pump contour map 3.2 电机的确定 电动机为整个液压系统提供动力，它把电能转变为机械能带动液压泵转动，从而达成系统动作。1 4 电动机有很多种，大致上可以分为 Y 型和三角形两种。通常设计中选取最常用的 Y型三相异步电动机。电动机的选取正常来说是根据系统功率来确定的，其次是根据转速来确定。根据系统的最大压力和流量，可计算电动机的功率:3361075.1860/10451025/pppqpNW (式 3.8)本次设计中选取电动机的具体依据是根据液压泵的转速来确定，由于连接在液压泵上，所以根据我们已经选好的液压泵的转速为1500r/min,初步确定选取电动机的转速为 1500r/min，所以在与之相匹配的系列中进行筛选，同时又根据此系统的功率75.18PKW，所以选取电动机的额定功率也与之相差不多，在超过系统功率的前提下联合功率规定进行选取电动机。查阅机械设计手册6，故选取 Y180L-4 型电动机。其规格如图 3.3 所列，其外形如图3.2 所示。表 3.3 电动机型号 Table 3.3 Type of motor 图 3.2 电机外形图 Fig.3.2 motor figure 型号 额定功率/kw 满载转速/min/r 额定电流/A 效率（%）重量/kg Y180L-4 22 1470 42.5 91.5 192 1 5 3.3 液压阀的确定 一个完全的液压系统是由四个部份组成，分别为动力元件、执行元件、操控元件和辅助元件。其中的液压操控元件即液压操控阀(简称液压阀)是操控操控液压系统中液体的流向、压力及流量，使液压执行元件及其启动的动作机构获得所需的运动方向、速率等。将差别的液压阀经过适当的组合，可以达到操控液压系统的执行元件(液压缸与液压马达)的输出力和转矩、速率与运动方向等目的10。任何一个液压系统，不论其如何简单，都不可缺少液压阀。而在同一目的的液压机械配置中，经过液压阀的差别组合和利用，可以组成右路的结构也截然差别。所以液压阀是液压技术种品种与规格最多、应用最广泛的元件3,9,15。液压阀机能的好坏，动作是否可靠，以及能否正确选用都将对整个液压系统是否正常动作产生直接的感化。它是液压系统分析、设计的关键部份，要引起足够重视。液压阀的种类较多，根据差别的分类方法有以下几种类型。根据阀用途差别分类，液压阀可分为三大类:方向操控阀(如单向阀、换向阀等)、压力操控阀(如溢流阀、减压阀等)以及流量操控阀(如节流阀、调速阀等)。而方向操控阀又是液压系统中占数量比重较大的操控元件，它是利用阀芯与阀体间相对位置的改变来达成油路的接通与断开，以满意系统对油流方向的规定11。压力操控阀是利用功用在阀芯上的液压力与弹簧力相平衡的原理进行动作。它是操控和调节液压系统油液压力或利用液压力行为操控信号操控其他元件动作的阀类。流量操控阀是液压系统中操控油液流量的元件，它是依靠改变阀的通油面积的大小或通油通道的长短来改变液阻，从而操控经过阀的流量达到调节执行元件的运转速率的目的。这三类阀还可根据需要互相组合成为组合阀，以减少管路连接，使其结构更为紧凑、连接简单，并提高效率1213。3.3.1 压力操控阀 压力操控阀依照用途差别，又可分为溢流阀、减压阀和顺序阀3。（1)溢流阀 可以操控液压系统在达到一定压力时保持恒定状态。用于过载保护的溢流阀又称为安全阀。当系统发生故障时，系统内部压力升高到可能造成破坏的限定值时，阀口会打开，保证系统的安全。（2)减压阀 可以操控分支回路得到比主回路油压低的稳定压力。低压阀依照所操控压力功效差别，又可分为定值减压法、定差减压阀和定比减压阀。（3)顺序阀 1 6 顺序阀的基本功效是操控多个执行元件的顺序动作，根据其功效的差别，分别称为顺序阀、背压阀、卸荷阀和平衡阀。顺序阀的机能与溢流阀基本相同，但由于功效的差别，对顺序阀还有其特殊的规定：(1)为了使执行元件准确达成顺序动作，规定顺序阀的调压精度较高，偏差小；(2)为了顺序动作的准确性，规定阀关闭时内泄漏量小；(3)对于单向顺序阀，规定反向压力损失及正向压力损失值均应较小。顺序阀的主要功用为：(1)操控多个元件的顺序动作；(2)用于保压回路；(3)防止因自重引起油缸活塞自由下落而做平衡阀用；(4)用外控顺序阀做卸荷阀，使泵卸荷；(5)用内控顺序阀做背压阀 3.3.2 流量操控阀 利用调节阀芯与阀体间的节流口面积和它所产生的局部阻力对液压系统内流量进行调节，从而操控执行元件的运动速率。流量阀按用途可分为 5 种(1)节流阀 在调定节流口面积后，可以是在和压力变化不大和运动均匀性规定不高的执行元件的运动速率基本保持稳定。节流阀是经过改变节流截面或节流长度操控流体流量的阀门。节流阀的外形结构与截止阀并无很大区别，只是他们启闭时的形状有所差别。节流阀的启闭件大多为圆锥型，经过它来改变通道截面积而达到调节流量和压力的目的。(2)调流阀 在载荷压力变化时能保持节流阀的进出口压力差为定值。这样的话，在节流口面积调定以后，不管载荷压力如何变化，调速阀都可以保持节流阀的流量不变，从而使执行元件的运动速率保持稳定。(3)分流阀 在载荷压力变化时，可以使同一油源的两个执行元件得到相同流量的叫等量分流阀；得到依照一定比例分配流量的叫比例分流阀。(4)集流阀 功用与分流阀相反，可以使流入及流阀的流量按比例分配。(3)分流阀 同时具备分流阀和集流阀两种功效 1 7 3.3.4 方向操控阀 方向操控阀是液压系统中占数量比重较大的操控元件，它是利用阀芯与阀体间相对位置的改变来达成油路的接通或断开，以满意系统对油流方向的规定。可分为普通单向阀、液控单向阀、梭阀、双压阀、快速排气阀、手动换向法、行程阀、电磁换向阀、电液换向阀等3,5,16。其中电磁换向阀是达成油路的换向、顺序动作及卸荷的液压操控阀，是经过电气系统的按钮开关、限位开关、压力继电器、可编程操控器以及其他元件发出的电信号操控的。电磁换向阀的电磁铁有交流、直流和交流本整型三种，又分干式和湿式11,12,13。直流电磁换向阀的优点是换向频率高，换向特性好，动作可靠度高，对低电压、短时超电压、超载和机械卡住反应不敏感。交流电磁换向阀的优点是动作时间短，电气操控线路简单，不需要特殊的触头保护；缺点是换向冲击大，启动电流大，线圈比直流的易损坏。湿式电磁铁具备良好的散热机能，动作噪声也小。无论干式或湿式电磁铁，直流的利用寿命总要比交流的长。根据系统动作压力与经过各液压操控阀及部份辅助元件的最大流量，经查机械设计手册8所选取的元件型号规格如表3.4所列。表.液压系统部份辅助元件型号 Table 3.4 Part of the hydraulic system of auxiliary components models 名 称 型 号 平衡阀 FD12PA10 溢流阀 DW10B2 二位四通电磁换向阀 4WE10D 三位四通电磁换向阀 4WE10M 顺序阀 DZ10DP 3.4 过滤器的选取 过滤器的功效是清除液压系统动作介质中的固体污染物，使得动作介质保持清洁，延长元器件的利用寿命，使液压元件动作机能更加稳定。所以过滤器是液压系统中不可缺少的重要辅件。其主要机能参数有：过滤精度、过滤能力、纳垢容量、动作压力和允许压力降等。1 8 过滤器可分为吸油过滤器、高压过滤器、回油过滤器、离线过滤器、泄油过滤器、安全过滤器、空气过滤器、注油过滤器、磁性过滤器、水过滤器等。选取过滤器时首先要考虑过滤器的安置型式，其次过滤器应有足够大的通油能力正常应大于实际经过流量的 2 倍并且压力损失较小，再次过滤器的过滤精度应满意液压系统所学的清洁规定，最后应考虑其结构尽量简单、紧凑，安置合理。表 3.5 过滤器的分类及用途 Table 3.5 Classification and application of filter 名 称 用 途 精度类别 滤材形式 效 果 吸油过滤器 保护液压泵 粗过滤器 网式、线隙式滤芯 特精过滤器 能滤掉m颗粒。精过滤器：能过滤掉m颗粒。普经过滤器：能滤掉10m颗粒。粗过滤器：能滤掉m以上的颗粒。高压过滤器 保护泵下游元件不受污染 精过滤器 纸质、不锈钢纤维滤芯 回油过滤器 降低油液污染度 普经过滤器 纸质、纤维滤芯 离线过滤器 连续过滤保持清洁度 精过滤器 纸质、纤维滤芯 泄油过滤器 防止污染物进入邮箱 普经过滤器 网式滤芯 安全过滤器 保护污染抵抗力低的元件 特精过滤器 纸质、纤维滤芯 空气过滤器 防止污染物随空气侵入 普经过滤器 多层叠加式滤芯 注油过滤器 防止注油时侵入污染物 粗过滤器 网式滤芯 磁性过滤器 清除油液中的铁屑 粗过滤器 磁性体 水过滤器 清除冷却水的杂质 粗过滤器 网式滤芯 3.4.1 吸油过滤器。吸油过滤器正常安置在液压泵吸油管端部，用以保护液压泵，具备结构简单，通油能力大，阻力小，易清洗等优点；但是其过滤精度较低。本次设计根据系统的流量及油管通径，选取 WU-40180 型网式吸油过滤器。其外形如图 3.3 所示 1 9 图 3.3 吸油过滤器外形图 Fig.3.3 Oil filter contour map 3.4.2 空气过滤器 液压油箱通常都是与大气想通的，为了在油箱页面上升或下降形成油箱呼吸时，不使大气中的灰尘等侵入油箱，必须在油箱上安置空气过滤器。空气过滤器结构较为简单、安置利用比较简易。图 3.4 空气过滤器外形图 Fig.3.4 Air filter contour map 根据本次设计的油液流量与系统过滤精度的需要，选取 QUQ2-201.0 型空气过滤器。其外形与连接形式如图 3.4 所示。2 0 3.5 联轴器的选取 联轴器是用来联接电机轴与液压泵轴，并使之共同旋转以传送扭矩的机械零件。在电机告诉运转中，有些轴还具备缓冲、减振和提高轴系动态机能的功用。正常来说，联轴器分为两个半部份组成，分别为与主动轴和从动轴联接。联轴器种类繁多，正常分为：固定式联轴器、可以使联轴器。选取联轴器时，应事先根据动作规定选定合适的类型，然后依照轴的直径计算扭矩和转速，再从机械手册中查出适用的型号。根据电机轴、液压泵轴的直径及扭矩，选取 LMZ5-160 型梅花型联轴器9。其外形及连接形式如图 3.5 所示。图 3.5 梅花型联轴器 Fig.3.5 Plum coupling 3.6 选取液位计 液位计的是用于观察液面，油液少的时候可以添加油液防止吸空发生。液位计正常设在油箱外壁上，并且靠近注油口，以便在注油时观察液面，随时掌握油液情况。液位计的下刻线这少应该比吸油过滤器上缘高出75mm，以便防止吸入空气，液位计的上刻线对应着油液的容量15。2 1 经过查阅机械设计手册，选取 CYW-150 型液位液温计。其外形与连接形式如图 3.6所示。图 3.6 液位计 Fig.3.6 Liquid level meter 3.7 选取放油塞 放油是油箱必须的环节，放油口的大小可以根据油箱的大小自行定制，但符合放油塞的大小。放油塞在油箱的底部，要注意密封，为了防止油液泄露，要添加密封件17。根据放油口大小可以适当的选取，只要能差不多时间完成放油动作就可以。考虑到钢板厚度只有 5mm,查阅文献9，选取外六角螺塞行为堵塞。其外形与油箱连接形式如图 3.7 所示。2 2 图 3.7 放油塞 Fig.3.7 Oil drain plug 2 3 第四章 液压泵站设计 4.1 液压泵站的组成及类型 液压泵站是多种元、附件组合而成的整体，行为液压系统的动力源，它为一个或几个系统存放清洁度的动作介质，并且输出一定压力、流量的液体动力。液压泵站是整个液压系统的一个重要部件，其设计质量的好坏，对液压配置机能有很大的感化12。液压泵站依照液压泵组布置形式大体可以分为：上置式液压泵站、非上置式液压泵站、柜式和便携式液压泵站。其中上置式液压泵站又可分为立式和卧式(如图 4.1 所示)。旁置式：旁置式还叫分离式，是指液压泵单独安置，正常安置在油箱的旁边，旁置式可用来安置备用泵，主要用于油箱容量大比较大的，正常大于300L，电机功率 8 千瓦 以上的液压系统。如图4.2 所示。图 4.1 上置式液压泵站安置示意图 Fig.4.1 Installation diagram on the hydraulic pump station 2 4 图 4.2 旁置式液压泵站示意图 Fig.4.2 Side mounted hydraulic schematic diagram 依照液压泵组的启动方位又可分为：电动型、机动型、手动型。依照液压泵组输出压力高低又可分为：低压、中压、中高压、高压和超高压几类。4.2 油箱设计 4.2.1 油箱的功效 油箱在系统中的功效，主要是储油和散热，也起着分离油液中的气体及沉淀污物的功用。根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积、形式和附件，以使油箱充分发挥功用。油箱在液压系统中起着至关重要的功用3,18：1.存储液压油液 油箱必须可以存放液压系统中的动作循环所需的油量。液压泵从油箱抽走液压油送至系统，载能有也在系统中完成动力传送之后返回油箱。2.散发油液热量 液压系统动作过程中的容积损失和机械损失导致液压油液温度上升。油液从系统中带回的热量有很大一部份靠油箱壁散发到周围的空气中。这就规定液压油箱要有足够的尺寸，尽量安置在通风良好的位置上，必要时油箱外壁要设计翘片来增加散热能力。3.逸出空气及消除泡沫 液压系统低压区压力低于饱和蒸汽压、吸油管漏气或液位过低时，由漩涡功用引起液压泵吸入空气、回油的搅动功用等都是形成旗袍的原因。有业泡沫会导致噪声，同时会损坏液压装置，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，因此希望有尽可能大的油液面积，并使油液在油箱中逗留时间较长。2 5 4.安置元件 在中小型的液压系统中，往往把液压泵组和一些液压阀或整个液压操控装置直接安置在油箱箱顶盖上。油箱必须制造得足够牢固，用以支撑这些元件，而且一个牢固的油箱在降低液压系统噪音方面也会发挥一定的功用。依照新进的液压系统污染操控理论的规定，液压油箱不应只是一个容纳污垢的场合，而规定在油箱的油液本身达到一定的清洁等级，提供给液压泵和整个液压系统，因此液压油箱的设计、制造、利用和维护都应依照以上这些功效的规定来实施。4.2.2 油箱的类型 液压油箱按油箱结构和用途差别，通常可分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱三