[优秀毕业设计精品]炼钢厂倾翻车倾翻铁水罐的液压系统分析设计

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1、本科毕业设计（论文） 目录目 录摘 要ABSTRACT1绪论1 1.1倾翻车液压系统的概述1 1.2倾翻车液压系统在国内外的发展2 1.3课题研究的意义2 1.4论文研究的主要工作32倾翻车的液压系统设计42.1倾翻车液压系统的设计要求4 2.2倾翻车液压系统的总体设计方案42.3负载分析52.4绘制负载图和速度图6 2.5初选系统工作压力7 2.6计算液压缸的主要尺寸72.6.1确定液压缸的尺寸8 2.6.2缸径、杆径取标准后的有效工作面积8 2.7确定液压缸所需流量8 2.8制定基本方案和绘制液压系统图9 2.8.1制定基本方案9 2.8.2液压源的选择11 2.8.3拟定液压系统原理图1

2、1 2.9液压元件的选择12 2.9.1液压泵的选择12 2.9.2电机的选择13 2.9.3液压阀的选择13 2.9.4蓄能器的选择14 2.9.5管道尺寸的确定16 2.10油箱容积的确定17 2.11液压系统性能验算18 2.11.1验算液压系统压力损失18 2.11.2油液温升验算19 2.12冷却器所需面积的计算 213集成块设计22 3.1液压控制装置的集成方法22 3.1.1有管集成22 3.1.2无管集成223.2无管集成液压控制装置的设计流程22 3.3集成块设计的要求23 3.4液压系统集成块设计23 3.4.1分解液压系统并构成集成块单元23 3.4.2集成块设计步骤23

3、 3.5集成块的校核244行走机构的液压系统性能分析26 4.1阀控马达模型的建立26 4.1.1阀控马达建模的说明26 4.1.2阀控马达系统的传递函数26 4.1.3电液比例阀传递函数29 4.1.4比例放大器及转速传感器传递函数29 4.1.5传递函数的计算29 4.2阀控马达系统的校正30 4.2.1PID控制策略30 4.2.2采样周期的确定30 4.2.3系统数字PI控制仿真30 4.3泵控马达模型的建立32 4.3.1机电转换元件32 4.3.2比例方向控制阀33 4.3.3阀控液压缸34 4.3.4活塞斜盘倾角37 4.3.5泵控马达组合模型38 4.3.6速度传感器建模40

4、4.3.7比例放大器建模40 4.4泵控马达系统方框图的建立40 4.5泵控马达的参数确定41 4.6泵控马达系统传递函数的确定及仿真42 4.7行走机构液压系统仿真44结论46参考文献 47致谢4849本科毕业设计（论文） 1 绪论1 绪论1.1倾翻车液压系统的概述倾翻车是炼钢厂铁水罐扒渣系统的重要组成部分。在铁水罐倒入转炉冶炼之前，通常液压行走机构将铁水送到扒渣的位置，再由倾翻液压系统将铁水罐倾翻一定的角度，然后由气动扒渣机将铁水罐中的废渣扒入渣罐中。待废渣扒完之后，倾翻车的液压系统再将铁水罐回到水平位置，为下一不工序做好准备。倾翻车倾翻驱动方式主要有机械传动驱动方式和液压油缸顶翻方式两种

5、。而机械传动又分为集中驱动方式和分散驱动方式，主要有电动机、制动器、减速机、中间齿轮和齿圈等组成。机械传动驱动方式在目前属于传统的设备，它不但倾翻能力受到限制，而且该系统在安装和使用过程中存在许多问题：设备结构复杂，基础施工量大，安装困难。动力系统在高温恶劣环境下工作，故障率高、维修成本高。电机、减速机的惯性大，启动停止时冲击大，易造成设备损坏。如滚键、传动轴变形，减速机损坏。频繁重载启动，电动机大部分时间在不良工况下运行，极易导致电机及其控制系统故障。如电动机过热和接触器烧毁等。过载能力差，经常导致电机和接触器烧毁。难以实现联动和安全闭锁，占用人员多，劳动强度大，存在安全隐患。经过多方比较，

6、反复论证，采用液压缸顶翻方式能解决一些弊端，其优点有：倾翻采用液压油缸驱动，其传动装置结构较为紧凑，不需要电机和减速机装置复杂的设备基础，也省去了专门安装传动装置的机构，从根本上解决了电机及减速机带来的种种弊端。过载自动保护能力强，当倾翻结构被卡住或承受超过额定负荷时，系统自动卸荷，从而保护了电机和其它设备，安全性高。易于实现反转控制，当倾翻机构需要下降时，电机无需反转，采用换向阀进行换向，易于控制，动作迅速，无冲击。采用液压制动，停位准确，惯性小，省去了电磁制动系统，使得控制系统更简单。倾翻车采用液压技术，升降平稳，噪声低，使用寿命长，承受载荷大而且控制相对简单。可见采用液压系统驱动，它的优

7、越性是显而易见的。1.2倾翻车液压系统在国内外的发展随着工业自动化程度的不断提升，液压传动在自动调节和随动系统工程的应用日趋广泛，它与电力传动和气动传动相比，具有相当的优点：尺寸相同时功率放大倍数极大；运动部分惯性很小而具有优良的快速作用；结构紧凑；有阻尼作用，促进了液压系统的稳定性。液压传动可实现工作机构的往复运动、无级调速、伺服控制系统、静压支承和各种辅助运动等。液压执行元件具有推力（或转矩）大、操作方便、布置灵活、与电器配合使用易实现遥控等优点。因此被各工业部门广泛采用。在工业炼钢的大型设备中，倾翻车是不可缺少的一部分。宝钢引进的300t钢包翻包机以其高效、安全便捷等特点而著称。本钢仅二

8、炼钢近几年就上了三台此种结构的160t钢包翻包机，梅山钢厂、南钢等钢厂也将上此设备。大连重工集团有限公司与日本川崎重工株式会社鉴定的为日本住友金属和歌山制铁所研制210t配套车辆。全套车辆共11种17台，全部由大连重工按日方的参数进行设计并制造。之所以选用这么多种车辆是因为日本川重在为和歌山制铁所设计的炼铁工艺上加强了吹炼前的铁水预处理（脱磷、脱硫、脱硅均有），并采用了更合理的工艺布局和作业顺序，使炼钢的时间降为每20分钟一炉钢，川重并以此作为向住友金属和歌山制铁所的条件。而我国的转炉炼钢的时间一般为40分钟一炉钢，较好的企业也不低于30分钟一炉钢，单从这一点看，和歌山制铁所一家就相当我国两个

9、和一个半相同规模的钢厂。在这套工艺中，处理好脱硫、脱硫后的扒渣和吊车作业之间的矛盾是关键之一。国内通常的做法是在扒渣位上增加一套卷扬提升机或是液压提升钩，用于翻罐扒渣，这不仅增加了一套设备，还要多一次吊罐作业。而在铁水罐车上增加一套翻罐装置，即脱硫后的铁水罐直接行使到扒渣位置，倾翻扒渣，从而减少吊车的往返作业，缩短炼钢时间。目前对倾翻车的设计还主要存在三个难点：行走机构的设计。倾翻传动设计。倾翻罐座设计。倾翻车液压系统在国内还未形成系统化、标准化，行业之间的竞争比较激烈。价格比较昂贵，一套这样的设备价值在上百万。而我国在设计制造时，一些技术还靠欧洲的技术支持，这在降低成本上是很不利的。目前，倾

10、翻车的发展趋势是朝着高效性、节约型、承受负载大、安全性等方面发展。1.3课题研究的意义倾翻车在冶金行业的应用越来越被重视。其坚实耐用，噪声小，工作平稳可靠，便于维修保养，是目前炼钢企业不可缺少的一部分。研究倾翻车的液压系统的工作原理和设计计算是很有必要的。但是目前关于倾翻车液压系统的计算文献非常少，大多数生产厂家在设计和计算的时候都有所保守。 设计过程中根据需要计算出油缸的推力以及分析倾翻车的工作过程得到油缸的行程，为实际的生产和液压系统的设计提供理论依据。1.4论文研究的主要工作本论文主要是对炼钢厂倾翻车倾翻铁水罐的液压系统进行分析设计计算。首先对此机构的运动学和动力学进行分析，并建立一般的

11、计算模型，推导出液压缸活塞所承受的推力，为液压系统的设计提供了理论依据，同时对液压系统进行设计，主要是液压原理图的确定以及液压元件的选择，并对液压元件做成集成块的形式安装到整个系统中。对请翻车的行走液压系统看成阀控马达和泵控马达两部分进行建模仿真。本科毕业设计（论文） 2 倾翻车的液压系统设计2 倾翻车的液压系统设计2.1倾翻车液压系统的设计要求系统的倾翻的重量最大不超过300吨，最高压力不超过30MPa，上升和下降的最大速度不大于0.05米/秒，运行过程要求平稳，不能有振动，且基于钢包的安全性考虑，当出现紧急情况时（如停电、液压系统故障等）应能保证钢包中钢水的安全和系统的安全，在液压系统中有

12、良好的保护措施。2.2倾翻车液压系统的总体设计方案经过分析倾翻车的工作原理和设计要求，可以大概的确定倾翻车液压系统的总体设计方案。方案一：采用一个活塞液压缸联接在罐座的中心线位置，通过活塞杆的伸缩来驱动罐座的倾翻；动力源采用定量叶片泵提供压力油；调速回路采用进口节流调速回路。方案二：采用两个活塞液压缸联接在罐座的中心线靠到两侧处，通过两个活塞杆的同时伸缩来驱动罐座的倾翻；动力源采用定量柱塞泵提供压力油；调速回路采用出口节流调速回路。方案三：采用两个活塞液压缸联接在罐座的中心线靠到两侧处，通过两个活塞杆的同时伸缩来驱动罐座的倾翻；动力源采用变量柱塞泵提供压力油；调速回路采用出口节流调速回路。系统

13、的倾翻重量达到300吨，需要较高的压力才能将铁水罐倾翻，采用一个液压缸驱动，国内的很多液压元件都不能达到该压力，需要引进进口液压元件才能满足要求，这样的经济成本会很高，而且以后液压元件出现故障后也不方便更换；单个液压缸实现驱动对罐座的平稳性很难保证，而且倾覆力矩也比较大。采用两个液压缸共同实现罐座的倾翻基本能解决上述问题，但是这样需要两套液压系统，增加了液压元件的数目。由于液压缸的下降大部分是靠罐体自身的重力下降，只需要小部分的液压推理就能实现，从节约能源上考虑，选择定量泵有点浪费能源。叶片泵的效率没有柱塞泵的效率低，损失的功率全部用来发热，由于这个系统泵的功率比较高，损失的就相对较大。进口节

14、流调速回路中油液通过节流阀产生的热量直接随着油液进入液压缸，出口节流调速回路中的这部分热量直接排回油箱消散掉，而出口节流调速还能承受“负方向”的载荷。综上所述：设计的倾翻车液压系统采用方案三比较合理。2.3负载分析倾翻车将铁水罐倾翻一定角度的过程中，液压缸所受的力仅仅在活塞杆上的外部载荷和活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。工作载荷：作用在活塞杆轴线上的重力，当此力的方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。 式（2.1） 惯性负载：由于加速度产生的惯性力。 式（2.2）式中 速度变化量（m/s）； 启动和制动时间（s）。一般机械=0.10.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件

15、取大值。由于在下降过程中，液压缸主要是靠铁水罐的自身重力下降，再增加液压油的辅助压力使液压缸下降。因此，在液压缸下降时靠顺序阀防止液压缸由于受铁水罐的作用力而出现俯冲快速下降，在此，初步调定顺序阀的压力为24MPa。所以，当液压缸下降过程中，作用在液压缸无缸腔的作用力为： 式（2.3）式中 顺序阀的调定压力（Pa）； 液压缸无杆腔面积（）。因为液压缸在上升时所承受的推力最大，在求出上升时最大推力后就可以确定液压缸的尺寸，从而可得出液压缸无杆腔的面积。作用在活塞上的载荷还包括液压缸密封处的摩擦阻力，由于各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为 式（2.4）式中液压缸的机械

16、效率，一般取0.900.95。（机械设计手册第4卷） 表2.1 液压缸在各工作阶段的负载值 （单位：KN） 工况负载组成负载值F推力上升起动加速16301812工进16171797续表2.1减速制动1603.81782下降起动加速519.4577起动加速519.4577起动加速519.4577注：1.液压缸的机械效率取。2.不考虑铁水罐的倾覆力矩作用。2.4绘制负载图和速度图负载图按表1-1计算的数值绘制。按上升和下降时的速度相同，取。图2.1 负载图图2.2 速度图2.5初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等限制。在载荷一

17、定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，必然要提高设备的成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选的高一些。根据机械设计手册第4卷（参考文献1），可取工作压力。 表2.2 各种机械常用的系统工作压力 (单位：MP a)机械类型机床 农业机械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机 液压机、大中型挖掘机、重型机械、起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力0.823528810101820322.6 计算液压缸的主要结构尺寸为了避免液压缸下降和上升时的速度相差较

18、大，液压缸在下降的回路作差动连接；由于铁水罐的自身的质量较大，为了防止下降过程的俯冲，在下降的回油路连接上背压阀。在上升过程的回油路中带有调速阀，这时的回油压力可根据机械设计手册第4卷（参考文献1），按1.2MPa估算。由于上升的系统压力较高，回路中的压力可以忽略不计。各执行元件的背压力如下表2.3所示：表2.3 执行元件的背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5有补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短，且直接回油箱可以忽略不计2.6.1确定液压缸尺寸由液压缸的推力公式计

19、算出液压缸面积 式（2.5）在次可以忽略背压力，当选取液压缸内径时，取的大一点来补偿。故有液压缸有效工作面积为：液压缸内径为： 式（2.6）活塞杆的直径可以根据液压缸的内径标准值来选取。当按GB/2348200将这些直径圆整成就近标准值参考机械设计手册第4卷（参考文献1）可得出： （型号为CD350A）2.6.2缸径、杆径取标准值后的有效工作面积：无杆腔有效面积 ： 活塞杆面积： 有杆腔有效面积 ： 2.7确定液压缸所需流量 式（2.7）根据上述计算数据，可估算液压缸在各个工作段中的压力、流量和功率，如表2.4所示： 表2.4 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况推力F/KN回油腔压力

20、进油腔压力输入流量输入功率计算式上升启动加速18121.223.2工进179723193.0274减速制动178221下降启动加速5772413.6工进56213.3101.822.6减速制动56013.22.8制定基本方案和绘制液压系统图2.8.1制定基本方案执行机构的确定倾翻车的动作为直线往返运动，采用单活塞杆直接驱动，由于倾翻力较大，用两个相同的单活塞杆液压缸作为驱动机构。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。根据倾翻车的工作要求，采用手

21、动换向阀来实现方向控制。速度控制是通过改变液压执行元件的输入或输出流量或者利用蜜封空间的容积变化来实现。相应的调速方式有节流调速、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溢流阀，故效率低，发热量大，多采用功率不大的场合。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。但为了散热和补油泄露，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。容积节流调速一般采用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或者输出液压执行元件的流量

22、，并使其供油量和需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但是结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流。进油节流起动冲击小，回油节流常用于有负载的场合，旁路节流多用于高速。结合倾翻车实际工作的状况，可采用容积节流调速和回油节流。换向方式确定为了便于倾翻机构能够在任意位置停止，使调整方便，所以采用三位换向阀；只是为了实现液压油进入液压缸的方向控制，而且铁水罐在倾翻时用人工控制，在此采用三位四通手动换向阀。阀的中位机能的选择对保证系统工作性能有很大作用，为了满足本专机工作位置的调整方便性和倾翻到具体位置时，能使系统卸荷，决定采用“Y”型中位机能。安全连锁措施当铁水罐倾

23、翻到具体位置时，手动换向阀处于中位机能位置，系统处于卸荷状态，此时由于液压缸仍然处于受力较大的状态，为了实现使铁水罐稳定的停止在原位置，要求液压缸实现互锁。采用两个液控单向阀分别连接在进油路和回油路上，构成液压锁。当液压缸的活塞杆在上升或下降时，利用进油路的压力油将回油路中的单向阀打开，使液压油能顺利流回油箱；在手动换向阀处于中位机能时，系统卸荷，两个液控单向阀关闭，保证液压缸的活塞杆处于原位置，从而使铁水罐不出现运动，保证扒渣机将铁水罐中的废渣扒入渣罐中。在此液压系统中，安全性是非常重要的，要保障铁水罐的平稳地工作。只是两个液控单向阀是不够的，为了防止在下降过程中，由于铁水罐的自身的重力而向

24、下俯冲使液压缸的有杆腔产生真空，在此增加个液控单向阀和节流阀，当铁水罐向下俯冲时，使液压缸无杆腔压力升高将溢流阀打开，产生高压液压油将掖控单向阀开启，使液压油流向液压缸有杆腔，补偿系统的瞬间供油不足。为了液压缸的活塞杆在下降时，系统的液压油能进入液压缸有杆腔，而不进入回油路中，在节流阀处连接个单向阀。本系统采用的是液压锁对铁水罐固定在某一位置，需要两个溢流阀连接在进油路和回油路中，对液压锁起安全保护作用。当液控单向阀发生故障时，通过调节溢流阀来实现系统的正常工作。防止液压系统在工作过程中突然停电现象时，保障铁水罐能顺利完成一次工作循环，在该液压系统中应该有蓄能器。在液压泵停止工作时，蓄能器产生

25、的液压油压力使铁水罐完成一次工作循环，保证铁水罐中的钢水能顺利扒渣，从而不让钢水凝固在铁水罐中。同样在控制油路上也要有蓄能器，保证各个液压元件也能正常工作。 2.8.2液压源的选择由于该液压系统的液压缸不是采用差动连接，在整个工作循环中需油量变化大，所以选择变量泵供油系统。这样可以减小功率损失，提高系统效率。为了保证液压系统的正常工作，采用两个变量泵供油。当一个泵发生故障时，备用泵开始工作，它们两者之间用电气控制，实现互锁控制。2.8.3拟定液压系统图液压执行元件以及各基本回路确定之后，把它们有机地组合在一起。再加上其他一些辅助元件便构成倾翻车完整的的液压系统图。图2.3 液压原理系统图2.9

26、液压元件的选择2.9.1液压泵的选择液压泵工作压力的确定 式（2.8）式中 液压执行元件的最高工作压力，对于本系统，最高压力是液压缸的活塞杆上升时的入口压力，。 泵到液压缸之间总的管路损失。的准确计算要待元件选定并绘制出管路图时才能够进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的取=（0.20.5）MPa；管路复杂，进口有调速阀的，取=（0.51.5）MPa。在倾翻车液压系统中，管路较复杂，经过的单向阀数目多，在次选取所以可得出：液压泵工作压力的确定多液压缸同时工作时，液压泵的输出流量应为： 式（2.9）式中 K系统泄露系数，一般取K=1.11.3；同时动作的液压缸的最大总流量。对于在工作

27、过程中用节流调速的系统，还需要加上溢流阀的最小溢流量，一般取。所以可得出： 选择液压泵的规格根据以上求得的和值，按照系统中拟定的液压泵的形式，从机械设计手册第4卷（参考文献1）中选择相应的液压泵。为了使液压泵有一定的压力储备，提高系统的可靠性，延长泵的使用寿命，一般在固定设备中的系统正常压力可选择为泵额定压力的70%80%，车辆用液压系统工作压力可选择为泵的额定压力的50%60%。倾翻车的液压系统是固定设备，考虑到工作时的安全性和可靠性，而且该系统的压力以比较高，在此选取系统正常工作压力为泵额定压力的80%，可得出泵的额定压力泵的流量与工况有关，选择泵的流量须大于液压系统工作时的最大流量。另外

28、，泵的最高压力与最高转速不宜同时使用，以延长泵的使用寿命。根据以上所述，可选择斜轴式轴向柱塞泵，型号为A7V355，排量355mL/r，额定压力35MPa，最高压力40MP a；最高转速1650r/min，变量形式为液控。此泵由北京华德液压泵分公司生产。2.9.2电机的选择倾翻车在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。从工况图可以看出，倾翻车在将铁水罐向上倾翻时的压力和流量均较大。两个液压缸同时参加工作，一起推起铁水罐倾翻到一定位置。由前面的计算已知，液压泵的供油压力为，最大流量，由公式： 式（2.10）式中 液压

29、泵的最大工作压力（Pa）； 液压泵的流量（）； 液压泵的总效率，可以参考下表选择总效率为0.8。表2.5 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0.60.70.650.800.600.750.800.85所以液压泵的总驱动功率为：根据此计算数据，查阅电动机产品样本（机械设计实用手册参考文献15）选取Z4-280-11小型直流电动机，其额定功率为，额定转速，最高转速。2.9.3液压阀的选择液压传动系统，选择合适的液压阀，是使系统的设计合理，性能优良，安装简便，维修容易，并保证系统正常工作的重要条件。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。在选择溢流阀时，

30、按照液压泵的最大流量选取；选择节流阀时，要考虑最小稳定流量应满足液压缸最低稳定速度的要求。控制阀的流量要选得比实际通过的流量大一些。倾翻车液压阀的安装方式选择板式连接形式。板式连接适合系统较复杂，元件较多，且安装较紧凑的场合。表2.6 倾翻车液压系统所用液压元件序号名称通过流量/额定流量/额定压力/型号规格1节流阀193.0220032L-H322单向阀193.0220031.5RVP203单向顺序阀193.0224531HCG-104二位四通电磁阀314WE6Y5液控单向阀193.0225031.5SV20PB6单向节流阀193.0220032LA-H327液控单向阀386.64630WU-

31、630X180F20斜轴式轴向柱塞泵386.6420500mL/r35A7V35521液压缸CD350A2.9.4蓄能器的选择本液压系统中，采用蓄能器阀组来保证倾翻车的正常工作。在此，蓄能器是用来提供主油路的，当电路发生故障或是突然停电液压泵停止工作，靠蓄能器提供压力油使铁水罐完成一个工作循环，防止铁水罐停留时间过长使铁水罐中的铁水凝固。其有效工作面积为： 式（2.11） 式中 液压缸有效作用面积（）； 液压缸行程（），在倾翻车工作过程中，取行程为=1； 油液损失系数，一般取=1.2。 有效工作面积算出后，可根据公式算出蓄能器的容积 式（2.12）式中 所需蓄能器的容积（）； 充气压力（），按

32、充气；一般折合型气囊，。 蓄能器的工作容积（）； 系统最低压力（）； 系统最高压力（）； 指数；等温时取=1；绝热时取=1.4。在此，蓄能器作用是瞬间提供大量油液，释放能量速度很快，可以认为是在绝热条件下工作，但是蓄能器工作时间较长占主要因素，所以按等温条件计算，取=1。可计算出蓄能器的容积根据蓄能器产品目录（参考文献机械设计手册第4卷1）选择蓄能器型号为NXQ1L150/31.5H。由于在产品目录中找不到容积达到240L的蓄能器，因此，使用两个上述型号的蓄能器个提供压力油来保证系统的正常工作。为了保证液压泵稳定的提供压力油和缓和手动换向阀迅速关闭和变换方向时引起的压力冲击现象，需要蓄能器吸收

33、液压泵的压力脉动和起缓冲作用。此蓄能器也同时能保证控制油液的压力稳定性。根据蓄能器的容积计算公式： 式（2.13）式中 所需蓄能器的容积（）； 充气压力（），按系统工作压力的%60充气； 缸的有效面积（）； 系统最低压力（）； 系统最高压力（）； 与泵的类型有关的系数：单缸单作用泵取0.60；单缸双作用泵取0.25；双缸单作用泵取0.25；双缸双作用泵取0.15；三缸单作用泵取0.13；三缸单双作用泵取0.06； 柱塞行程（m）； 指数；等温时取=1；绝热时取=1.4。在此，蓄能器作用是瞬间提供大量油液，释放能量速度很快，可以认为是在绝热条件下工作，但是蓄能器工作时间较长占主要因素，所以按等温

34、条件计算，取=1。可计算出蓄能器的容积根据蓄能器产品目录（参考文献机械设计手册第4卷1）选择蓄能器型号为NXQ1L100/31.5H。2.9.5管道尺寸的确定在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。钢管能承受较高的压力，价格低廉，但安装时弯曲半径不能太小（见表2.7），多用于在装配位置比较方便的地方。常用的是无缝钢管，当工作压力小于1.6Mpa时，也可以用焊接钢管。紫铜管能承受的压力较低，一般只在低压系统使用。紫铜管在装配时可按需要来弯曲，但是价格贵且抗振动能力较弱，也易使油氧化，要尽量少用。尼龙管可用在低压系统。塑料管一般只用于回油管或泄油管。胶管用作连接两个相对运动部件

35、之间的管道。胶管分为高低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力回路。低压胶管是麻线或棉线编织体为骨架的胶管，多用于低压的回路。通过以上所述，在系统的压力回路中选择无缝钢管；为了降低振动，提高稳定性，液压泵的吸油口和出油口处选择高压胶管。表2.7 推荐钢管弯曲的最小曲率半径（mm） 管子外径D101418222834425063最小曲率半径5070757590100130150190支架最大距离4004505006007008008509001000管道内径计算 式（2.12）式中 通过管道内的流量（）； 管内允许流速（），见表2.8。表2.8 允许流速推荐值管

36、道推荐流速（m/s）液压泵吸油管道0.51.5，一般常取1以下液压系统压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6可以计算出管道内径：按照标准系列（机械设计手册第4卷 表23.9-2参考文献1）选取相应的管子内径为32mm，钢管的外径为42mm。管道壁厚的计算 式（2.13）式中 管道内最高工作压力（Pa）； 管道内径（m）； 管道材料的许用应力（Pa），； 抗拉强度； 安全系数（当7Mpa时，取=8；当17.5Mpa时，取=6；当17.5Mpa时，取=4）；可计算出管子的壁厚：因为2.65，所以选取的标准管子符合要求。2.10油箱容量的确定初始设计时，先按经验公式确

37、定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。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。油箱容量的经验公式为 式（2.14） 式中 液压泵每分钟排出压力油的容量； 经验系数，见表2.9。表2.9 经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a12245761210求得油箱的容量为由液压泵站的油箱公称容量系列选取油箱的容积为。2.11液压系统性能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

38、析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切的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对其进行重新调整，或采取其他必要的措施。2.11.1验算液压系统压力损失由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。压力损失的验算应按一个工作循环中的不同工作阶段分别进行计算。 液压缸上升液压缸上升时，由表2-6和图2.3可知，进油路上油液通过高压截止阀的压力损失太小，可以忽略不计。通过单向阀17.1的流量为386.64L/min，通过

39、手动换向阀8.1的流量为386.64L/min，通过单向节流阀6.1、截止阀15.1、液控单向阀5.1、顺序阀3.1的流量都是193.02L/min，油液进入液压缸无杆腔。因此进油路上的总压降为 式（2.15） 此值不大，不会使压力阀开启，故能保证泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过液控单向阀5.2、截止阀15.2、单向节流阀6.2、手动换向阀8.1和单向阀17.4的流量都是193.02L/min。由此可算出上升时有杆腔的压力与无杆腔的压力之差。 式（2.16）此值小于原估计值，所以是偏安全的。液压缸下降下降时，油液在进油路上通过截止阀15.5、单向阀17.1和手动换向阀

40、8.1的流量为152.6L/min。再经过单向节流阀6.2和液控单向阀5.2的流量为76.3L/min，进入液压缸的有杆腔。因此进油路是的总压降为 式（2.17）此值较小，所以液压泵的驱动电动机的功率是足够的。液压油在回油路上从液压缸无杆腔经过顺序阀3.1、液控单向阀5.1、截止阀15.1单向节流阀6.1、手动换向阀6.1和单向阀17.4的流量为76.3L/min，再回油箱。因此回油路上的总压降为 式（2.18）2.11.2油液温升验算计算发热功率液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。由于液压缸在上升和下降过程中，匀速过程占到95%以上，所

41、以验算时可以忽略不计。两个液压缸同时上升时的有效功率 式（2.19）液压缸在上升时液压油经过阀类元件的总损失压力为：因此液压泵输出的压力为： 式（2.20）液压缸上升时泵的总输出功率为： 式（2.21）液压缸上升时的总发热功率为： 式（2.22）两个液压缸同时上升时的有效功率为：液压缸在下降时液压泵输出的压力为：液压缸上升时泵的总输出功率为：液压缸下降时的总发热功率为：液压缸整个工作循环的总发热功率为：计算散热功率前面初步求得油箱的有效容积为，按求得油箱各边之积： 取为1.25m，、分别为2m。由油箱散热面积公式： 式（2.23）可求得散热面积为：油箱的散热功率为 式（2.24）式中 油箱散热

42、系数，取； 油温与环境温度之差。由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热的要求，管路散热是极小的；再考虑到液压缸上升到最高处停留的时间较长，虽然此时有利于油液的散热，但是对于总的发热功率来说是不够的，因此需要另设冷却器。2.12冷却器所需面积的计算冷却面积为 式（2.25）式中 传热系数，用风冷却式时，； 平均温升，。取油进入冷却器的温度，油流出冷却器的温度，冷却水入口温度，冷却水出口温度。则：所需冷却器的散热面积为考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢，水垢对传热的影响，冷却面积比计算面积大30%，实际选用冷却器散热面积为油液的冷却是通过另外的液压泵将油液从油箱里抽出，进入冷却器冷却再流回油

43、箱。对它的设计不再详细叙述。本科毕业设计（论文） 行走机构的液压系统性能分析本科毕业设计（论文） 3 集成块设计3 集成块设计3.1液压控制装置的集成方法一个液压系统中有很多控制阀，这些控制阀可用不同的方式连接起来或集成。集成方式合理与否，对液压系统的工作性能及使用维护有着很大的影响。总体而言，液压控制装置可分为有管集成和无管集成两类集成方式。3.1.1有管集成有管集成是液压技术中最早采用的一种集成方式，它用管件（管子和管接头）将各管式连接的液压控制阀集成在一起。其主要优点是连接方式简单，不需要专门设计、制造油路板或油路块等辅助连接件。缺点是当组成系统的控制元件较多时，要求有较多的管子和管接头

44、，上下交叉，纵横交错，占用空间大，从而使系统布置相当不便，安装维护和故障诊断困难，系统运行时，压力损失大，且容易产生泄漏，混入空气及振动噪声等不良现象。因此仅用在简单的液压系统及有些行走机械设备中。3.1.2无管集成无管集成是将液压控制元件固定在某种专用或通用的辅助元件上，辅助连接件内开有一系列通油孔道，液压控制元件之间的油路联系通过孔道来实现。按辅助连接件形式的不同，无管集成可分为板式、块式、叠加式、插装式及由这几种集成方式组合而成的复合式集成等形式。它们共同的特点是：油路直接做在辅助件或液压阀阀体上，省去了大量管件（无管集成因此而得名）；结构紧凑，组装方便，外形整体美观；安装位置灵活；油路

45、通道短，压力损失小，不易泄漏。此种集成方式可以用于各类工业液压设备中。3.2无管集成液压控制装置的设计流程如上所述，尽管几种不同的集成方式采用的辅助连接件名称、结构各异，但其实质是相同的，即都是借助辅助连接件及其通油孔道，实现液压控制阀及其他元件的管道的集成连接和油路联系，构成所需的液压控制装置。因此。可将不同形式的辅助连接件统称为油路块或阀块。从而可给出下图所示的无管集成液压控制装置的一般设计流程。图3.1 无管集成液压控制装置的一般设计流程由于每一种集成方式所用的液压阀和油路块各不相同，所以设计时，设计流程中的各个环节会表现出一些差异，例如：在分解或转换液压系统并绘制集成油路图环节中，板式

46、集成是将整个液压系统按功能、执行器动作或需要分解成几个回路，每个回路的元件安装在一块油路板上，然后将几个回路的油路板用油管连接起来；块式集成则是根据执行器动作功能及需要，将液压系统原理图分解并转换为若干集成块单元回路，每一单元回路上包含所安装的控制阀及其数目以及各阀之间的油路联系情况；而对于叠加阀式集成，则需要对叠加阀系列型谱进行研究，并按规定绘制出液压叠加回路图，就实现了原液压系统图的等效转换。再如，油路块的设计及其加工图绘制环节，板式集成中表现为油路板的设计，块式集成中表现为集成块的设计，叠加阀式集成中，由于叠加阀兼通道体，它的油路仅有基块一种，所以表现为基块的设计等。3.3集成块设计的要

47、求油路块（阀块）是各种集成方式中的关键零件，块的外表面用于安装液压阀和管接头等元件，内部的复杂孔系用于实现各液压阀的油路沟通和联系。因此，不同油路块在结构、加工精度及使用的材料等方面有一些共性的要求。绘制的油块加工图样，要有足够的视图数目，以正确、全面地表达油路块的内外形状；除了标注油路块的总体尺寸外，液压阀等元件的安装尺寸、各种孔道的形状尺寸和位置尺寸等应标柱齐全、正确；所确定的基准和标柱的尺寸，应便于块的加工和元件的安装。油路块各平面的铣削和磨削余量不小于2mm；油路块上液压阀安装平面的表面粗糙度应满足制造厂产品样本的要求，通常不小于0.8；有关尺寸公差及形状位置公差参见各类板式液压阀安装

48、面的有关标准。油路块的油口和孔系较为复杂，孔道与孔道相交处，要考虑不形成污染物集成窝或气窝，易于排除切削与去毛刺。为了改善工艺性，可以适当增加一些工艺孔，即把较长的盲孔（不通孔）改变为通孔，钻完后再把一端用螺塞等堵头进行封堵。安装管接头的油口，应加工出连接罗纹孔，液压元件及油路主要使用米制细牙螺纹和锥螺纹。为了保证工作时在油压作用下不被击穿，互不相通的孔道间以及孔道与表面间的最小壁厚应满足强度条件。考虑到油路块在加工过程中的各类误差及管螺纹的紧固力矩等因素的影响，最小壁厚通常不应小于5mm。3.4液压系统集成块设计3.4.1分解液压系统并构成集成块单元由液压系统原理图2.3可知，液压缸组件是贴在液压缸上面的，这组中的九个液压元件集成一个块；四个单向节流阀、四个压力表和四个高压截止阀组成的调速部分组成一个集成块，由于这部分的液压元件较多，而且在油路上的通道也是相同的，为了减少设计的难度，可以将这部分分为四个相同的集成块，即一个单向节流阀、一个压力表和一个高压截止阀构成一个集成块；将手动换向阀、