液压提升千斤顶及驱动系统的设计

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1、图书分类号：密 级：摘要 本课题设计了一种液压千斤顶。主要包括液压千斤顶的驱动部分和液压缸的结构的设计。液压千斤顶是一种小型起重机械，主要用来将重物顶起一定高度，以方便对重物进行加工，维修等工作。本课题要求千斤顶所能顶起的重量小于等于 20 吨，液压缸的外形尺寸为直径高度=250mm400mm。与机械式千斤顶相比液压千斤顶的特点是反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速，易实现功率放大，易进行过载保护，能自动润滑。关键字关键字 液压千斤顶；驱动系统；结构设计 徐州工程学院毕业设计(论文 )IIAbstractThe topic designed a hydraulic jack.

2、Including the driver of the hydraulic jack and the structure of the hydraulic cylinder design. Hydraulic jack is a small crane，mainly used to top a certain height, to facilitate the processing of heavy objects, maintenance and so on. This topic demands the jack to top of the equivalent weight less t

3、han 20 tons, the hydraulic cylinders for the dimension diameter height =250mm 400mm. Compared with the mechanical jacks, hydraulic jacks are characterized by fast response, accurate and stability, but also in the fan easy to achieve because of the CVT; easy to achieve power amplification; easy to ov

4、erload; automatically lubrication.Keywords hydraulic jack driving system structure design 徐州工程学院毕业设计(论文 )III 目 录1 绪论 .11.1 液压系统特点、应用范围、作用.11.2 液压千斤顶的分类与应用.11.3 毕业设计的意义和设计步骤.21.3.1 设计步骤.21.3.2 明确设计要求.22 机械结构的设计.42.1 液压缸的设计 .42.1.1 液压缸主要几何参数的计算.42.1.2 液压缸结构参数计算.52.1.3 液压缸主要零件的结构、材料及技术要求.112.2 液压元件的选择

5、.132.2.1 液压泵的选择.132.2.2 电动机的选择.142.2.3 其他元件的选择.143 液压系统的设计计算.213.1 基本方案 .213.1.1 调速方案.213.1.2 压力控制方案.213.1.3 顺序动作方案.223.2 绘制液压系统图 .233.2.1 供油方式 卸荷回路.233.2.2 液压系统图绘制.243.3 液压系统性能的验算.263.3.1 管路系统压力损失的验算.263.3.2 液压系统的发热温升计算.293.3.3 油箱的尺寸设计.304 液压系统的维护及注意事项.31徐州工程学院毕业设计(论文 )II4.1 液压系统的调试 .314.2 液压系统的维护及

6、注意事项.32结论 .33致谢 .34参考文献 .35附录 .36英文原文 .36中文翻译 .48徐州工程学院毕业设计(论文 )2徐州工程学院毕业设计(论文 )11 绪论1.1 液压系统特点、应用范围、作用液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量轻，结构尺寸小。在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的 l0%20%左右，反应速度快、准、稳，又能在大范围内方便地实现无级变速，易实现功率放大，易进行过载保护，能自动润滑。寿命长，制造成本较低。因此，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。几

7、乎到了工程领域内。凡有机械设备的场合，都可采用液压传动的地步。液压传动设备一般由四大元件组成，即动力元件液压泵；执行元件液压缸和液压马达；控制元件各种液压阀；辅助元件油箱、蓄能器等。液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向。压力相流量，实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。1.2 液压千斤顶的分类与应用液压千斤顶有很多不同的类型结构，常见的有：立式液压千斤顶，卧式液压千斤顶，分离式液压千斤顶等。根据控制方式不同还可分为电动和手动和气动三种。目前国内的液压千斤顶种类很所，多都是根据不同的需求设计的。它们各自有着自己的特点。比如泰州力扬机械工具有限公司生产的大吨位千斤

8、顶、电动千斤顶、空心千斤顶、薄型千斤顶、自锁式千斤顶这些产品中的大吨位千斤顶具有油压回缩快，特别在大型工程中，是易操作控制的特点。设计有安全保压装置，内置卸压阀防止过载，以保护液压顶以利于安全操作。该装置的连接，采用的是高压胶管和螺纹接头连接，具有使用快捷，并克服快速传统接头漏油缺点主要用于电力、建筑、机械制造、矿山、铁路桥梁、造船等多种行业的设备安装起顶拆卸作业；.DYG 超高压电动液压顶（ DQF 、 FCD ）：具有输出力大、重量轻、远距离操作的特点，配以超高压油泵站，可实现顶、推、拉、挤压等多种形式的作业，广泛应用于交通、铁路、桥梁、造船等各行各业，近年来又在基础沉降试验及静力压桩中得

9、到了广泛的应用 RCH 系列空心顶:本顶不但具有普通液压顶的一切功能，而且具有拉伸功能，并供钢缆、电缆、轴类通过使用。RCS 薄型顶，体积更小，并可产生更大的工作能力，特别在空间位置狭窄的地方使用，且具有轻便灵活、顶力大等功能，本产品广泛适用于电力、化工、钢铁、桥梁、机械等企业，并发挥其无穷动力。自锁式千斤顶主要用于需长时间支撑重物的地方，它可在除去油压时仍可支持重物，而且安全可靠。可用于水下，单作用，负载回缩，螺母自锁使负载更安全，特别在大型工程中，是易操作控制和液压千斤顶，设计有安全保压装置，内置卸压阀防止过载，以保护千斤顶以利于安全操作。该装置的连接，采用的是高压胶管和螺纹接头连接，具有

10、使徐州工程学院毕业设计(论文 )2用快捷，并克服快速传统接头漏油缺点主要用于电力、建筑、机械制造、矿山、铁路桥梁、造船等多种行业的设备安装起顶拆卸作业。1.3 毕业设计的意义和设计步骤毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节。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，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

11、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

12、率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。1.3.1 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；（4）液压系统的性能验算；（5）绘制工作图，设计液压装置（6）液压系统的维护徐州工程学院毕业设计(论文 )31.3.2 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

13、等；（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此连锁关系如何；（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。 徐州工程学院毕业设计(论文 )42 机械结构的设计2.1 液压缸的设计2.1.1 液压缸主要几何参数的计算2.1.1.1 总负载力的计算本设计中的液压缸的工况较简单:只要上升、停止、下降即可。上升和停止时要最大承重 20 吨的重物，下降时只要克服活塞与液压缸内壁间的摩擦力即可。由液压

14、缸的工况可根据参考文献11中表 30-102。可选择液压缸的结构为单活塞杆双作用缸。 计算液压缸的最大负载力见式 2.1： 式LtfaFFFF（2.1）式中：活塞的负载LF工作负载tF外摩擦负载fF惯性负载aF 200009.8/196000tFmgkgN kgN需要顶起重物的质量m1200 0.2240fFN 式aGvFgtAA（2.2）式中 取 0.020 取vA/m stA0.5s所以:： 1960000.02809.80.5aGvFNgtAA19600024080196.32LFNNNKN2.1.1.2 确定液压缸的主要尺寸和 Dd缸筒内径的确定由： 式/cmFF（2.3）徐州工程学院

15、毕业设计(论文 )5式中： 液压缸的推力F为液压缸的机械效率通常取为 0.9cm得 /196.32/0.9218.13LcmFFKNKN又因为 1FF所以 液压缸内径 D 可由式 2.4： 式114FDp（2.4）求得： 1144 218300.1673.14 10aFNDmpMP查参考文献11 根据表 2-1 取=200Dmm表 2-1 液压缸内径尺寸系列810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250（280）320（360）400（450）500查参考文献11 根据表 3-2 确定液压缸的背压为 =0.42paMP表

16、 2-2 液压缸中的背压力系统类型 背压力（Mpa）回油路上有节流阀 0.20.5回油路上有背压阀或调速阀 0.51.0采用辅助蹦泵补油的闭式回路 1.01.5因此液压缸对其速比无要求,故可根据液压缸的推力和拉力要求取=。此时，可d25D以由 和 的值求得液压缸的实际工作压力：Dd由式 2.5 式 式11122/cmFp Ap A（2.5）得：21/11221224cmDFp Ap App A 22211212()21813050.4/40.97.783/4cmaDp AFpMPAD2.1.2 液压缸结构参数计算2.1.2.1 确定液压缸的壁厚徐州工程学院毕业设计(论文 )6缸筒材料 常用 3

17、0、35、45 优质碳素结构钢的无缝钢管，也可以用合金结构钢 30CrM、35CrMo、38CrMoAlA 等，或用铸钢 ZG270500、ZG310570，不锈钢 0Cr18Ni9；铝合金 5A03、5A06，青铜 ZcuAl10Fe3、ZcuAl10Fe3Mn2 等。由于 45 优质碳素钢价格便宜，综合力学性能好，故而本设计选用 45 优质碳素结构钢的无缝钢管。缸筒壁厚的计算当钢壁厚度与内径之比时，可按薄壁筒公式校核其强度：/0.08D 式 max2pD（2.6）当时，可用下式校核强度：/0.080.3D 式 maxmax2.33pDp（2.7）当时，可用下式校核强度：/0.3D maxm

18、ax0.40.3121.3pDp式中： Pmax缸内最高工作压力；缸筒材料许用应力，；BS表 2-3 缸筒常用无缝钢管材料力学性能材料力学性能标准类别类别牌号/BMPa/SMPa5(%)HP136022521HP149031021HP355045017HP445038010HP555044010国际标准ISO4394/1精加工内孔的钢管HP664054010碳素钢管3050029018同上3552031017同上4560034014锰钢钢管15Mn42025026锰钒钢钢管15MnV75050011锰钼钢钢管30CrMo95080012中国同上35CrMo100085012徐州工程学院毕业设计

19、(论文 )7同上38CrMoAlA100085015铸钢钢管ZG23045045024020同上ZG27050050028016同上ZG31057058832012铸造铝合金ZAlSi5Cu1Mg160-2306.5防锈铝合金5AO31808013标准同上5AO632016015 缸筒材料的的抗拉强度；BS 安全系数，通常 S=3。由表 2-3 查得 45 钢的=600BMPa所以： 6002003MPa初选=20，则所以按下式计算厚度：mm/0.1D maxmax2.33pDp202002 200aMPmmMP10mm所以符合强度要求。25mm2.1.2.2 缸筒底部厚度的计算： 式 1ma

20、x0.433/p（2.8）10.433 20/200aaMPMP10.137m113.7mm所以，取130mm2.1.2.3 液压缸缸体端部联接结构参考文献11表 30-113 给出了 10 种采用较多的缸体端部联接结构，本设计选取法兰联接。其优点是结构简单、易加工、易安置。缺点是比螺纹联接重、外形较大。2.1.2.4 对液压缸的技术要求缸筒内表面粗糙度在采用橡胶圈时为 0.1-0.4m，采用活塞环时为 0.2-0.4m。本徐州工程学院毕业设计(论文 )8设计取为 0.2m。液压缸内径的锥度、椭圆度误差应小于或等于直径公差的一半。完全度在 500mm 长度上应不大于 0.03mm，端面的不垂直

21、度在直径 100mm 上不大于 0.04mm。缸体的内孔与螺纹或卡环的不同心度允差为 0.02-0.05mm。一般调质处理，241-285HBS。2.1.2.5 缸头与法兰的联结计算（1）联结方式：螺栓联结（2）螺栓的设计（3）计算每个螺栓的总拉力 F 选用8个螺栓均布在缸头上，则11960002450088QFNN（4）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： 式（2.9）11122aacFccd查机械原理与设计表15-3公式，设螺栓直径20mm，取=1，1kskama=1，=3.5，=4.5，mkask求得1kska

22、ma=MPa2405 . 45 . 311MPa23.15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3 . 0211 ccc即有0.31220.313.58FMPad 160.3 215.23 10Fd徐州工程学院毕业设计(论文 )9 60.3 2 2450017.533.14159 15.23 10mm 由设计手册，选M22，与原设相符。2.1.2.6 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： 式（2.1003() LopopF Ddhd）式中 h法兰厚度 mm FL法兰受力总和 N d密封环内径 mm 密封环外径 mmHd 螺钉孔分布圆直径 mm0D 密

23、封环平均半径 mmopd 法兰材料的许用应力 MPa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00/ ) dhd 法兰的联结是固定的，其密封也是固定的，取W=20%，即=0.2得=1，为00/ )8 . 0(dd 0d0d密封圈直径。 F=196000N，=200mm，=200-/2=199.5mm，Hdopd0d0222HDddL间螺 =200mm+225+262+2 7=316mm =MPaMPanb12056003 196000 (316 199.5)22.623.14159 199.5 120hmmmm取为25mm2.1.2.7 法兰直径和厚度的确定徐

24、州工程学院毕业设计(论文 )10法兰与缸头联结取法兰直径取缸头直径相同，即405gddmm法法兰厚度取24hmm法2.1.2.8 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：zdFK214切应力：zddFKK31012 . 0合成应力为： 式（2.11）3 . 1322n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=196000N -螺纹内径 mm1d z-螺栓个数，取z=8 螺纹处的拉应力 Pa 螺纹材料的许用应力，=MPaMPanb4005 . 1600 n安全系数，一般取1.5-2.5 211.5 1960001.31.340084MPad121

25、.86dmm 由设计手册，取M22。2.1.2.9 缸头直径和缸盖直径gdGd 取两者相同，即徐州工程学院毕业设计(论文 )11 =+gdGd0D螺d间d =（200+50+2 74.5）mm=405mm 2.1.2.10 液压缸主要尺寸的确定（1）活塞最小导向长度HL为活塞的行程HL/20+D/2 =200/20+200/2=110mm。（2）活塞的宽度BB=0.57D=0.54 200mm=108mm。取为120mm2.1.3 液压缸主要零件的结构、材料及技术要求2.1.3.1 活塞的设计活塞有整体式和组合式两大类。整体式活塞结构简单可靠，但加工比较复杂，适用于活塞尺寸小，活塞杆较短的场合

26、。组合式活塞的典型结构有焊接式，螺纹联接，卡环联接，双螺母联接。本设计采用双螺母联接。活塞杆的设计（1）活塞杆的直径取为 d=2/5D=80mm（2）活塞杆的强度和稳定性校核液压缸支承点和活塞杆端点的最大长度液压缸属于短行程，600BLmm10d800mm按轴向拉伸或压缩计算强度。 24Fd24 19639.313113.3380KNMPmm所以 符合强度要求（3）活塞杆头部取平头圆柱形活塞杆采用表面硬化处理，如 45 钢表面高频淬火，硬化层深度 0.051 毫米(或直径的 3%)，硬度 4555HRC，表面应镀硬铬，厚度 1525 微米，防腐要求特别高时，则徐州工程学院毕业设计(论文 )12

27、要先镀一层软铬或镍，后镀硬铬，镀后抛光，用于低负载、低速或良好环境时，活塞杆表面可以不处理。活塞杆外径公差取，直线度误差小于等于 0.02 毫米每一百毫米,表面粗糙度7f9f0.30.4m，精度要求高时取 0.10.2m。aR2.1.3.2 导向环导向环安装在活塞的外圆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的同轴度，并用以承受活塞或活塞杆的侧向力。导向套一般用低摩擦系数的材料制成，如聚四氟乙烯和细纤维增强酚醛树脂掺石墨。导向环结构多采用浮动型，用聚四氟乙烯等制成带，装在活塞外圆或活塞杆导向套内圈的沟槽内，侧向保持有间隙。2.1.3.3 液压缸的排气液压缸内最高部位

28、常常会聚集空气,空气使液压缸运动不平稳，压力增大时还会产生绝热压缩而造成局部高温。因此液压缸上应设置排气装置。排气装置通常有两种形式：一种是在液压缸的顶部开排气孔，用长管道通向排气阀排气。另一种是在液压缸的最高部位装排气阀。虽然前一种的液压缸结构较简单，但需要长管道，安装比较费时，又增加成本，故而本设计选用第二种即在液压缸的顶部安装排气阀。2.1.3.4 液压缸的缓冲活塞杆的运动速度较快，运动部件质量较大时，为了防止运动部件到终端时与缸的端盖产生撞击，液压缸应该有缓冲装置。缓冲装置利用油液的节流原理实现制动。常见的缓冲装置有环形间隙式（图 2-4a） 、节流可变式（图 2-4b）和节流口可调式

29、。每种还有多种结构形式。环形间隙缓冲装置由活塞上的圆形凸台和液压缸端盖上的凹形腔组成.当活塞移动接近端盖时,凸台进入凹孔,将封闭在活塞与端盖间的油液从环状间隙中挤出。活塞速度被减慢，形成缓冲。这种装置结构简单，开始作用时缓冲效果很大，但效果逐渐减弱，缓冲作用还受油温的影响。形成环状间隙的凸台可以做成圆锥形阶梯形和抛物线形等，可以改进其缓冲效果。图 2-1在系列化的成品液压缸中，由于事先无法知道液压缸的实际速度和运动部件的质量，徐州工程学院毕业设计(论文 )13为简单起见，多采用环形间隙式缓冲。节流可变式缓冲装置在活塞上开有轴向的三角形节流槽，活塞与端盖间的油液须经三角槽流出，而使活塞制动。缓冲

30、均匀，制动精确。出油口须装单向阀，用于反向启动。节流口可调缓冲装置也有凸台和凹孔结构，还在液压缸的端盖上装有节流阀和单向阀，活塞与端盖间的油液经针形节流阀开口，可改变吸收能量的大小。单向阀用于反向启动。这种结构应用较广泛。 考虑到本液压缸的结构和所承受的重力和冲击不大，本设计所采用的是节流可变式缓冲装置。2.1.3.5 活塞杆导向和密封结构在液压缸有杆侧的端盖内，装有导向结构和密封装置。在密封装置外侧，常装有防尘圈以防止灰尘和杂物进入液压缸。导向结构分为两种：一种是端盖式，另一种是插件式。本液压系统所采用的是插件式的。因为2.1.3.6 油口尺寸查参考文献11表 32120 得：16MP 中型

31、单杆液压缸 表 24 液压缸油口尺寸表缸径 通径 油口尺寸 200 25mm 4222.2 液压元件的选择2.2.1 液压泵的选择液压缸在整个工作循环中最大工作压力为 7.783MP，由于该系统比较复杂，所以取其压力损失P=0.8 MP，所以液压泵的工作压力为:7.7830.88.5831paPPpMP执行元件的最大流量：27maxmax6363314.1620 10628.32 10/37.699 10/min37.7 /minqAvcmmsmL徐州工程学院毕业设计(论文 )14式中 -无杆腔面积A -活塞杆上升最大速度取为 20maxv/mm smax1.2 37.7 /minpqKqL

32、45.24 /minpqL50pVmL式中 ： -考虑系统中有泄露等因素的修正吸收，取为 1.2K根据前面设计计算过程中的和值，即可从产品样本中选择为了使液压泵工作安pPpq全可靠,液压泵应有一定的压力储备量,通常泵的额定压力可比高 25%60%。泵的额定pP流量则宜与相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失。pq查参考文献11选取 CBF-E50 型齿轮泵其各项参数为：表2-5 CBF-E50型齿轮泵各项参数表型号理论排量/mL1r额定压力MPa最大压力MPa额定转速/minr最高或最低转速/minr容积效率pvCBF-E505016202000 2500912.2.2 电动机的选择因为

33、50/pVmL r所以=pq50 146073pV nL638.583 1073 1012.750.819 60ppppPqpKw查参考文献表 31-22，拟定电动机的型号为 Y160L-4，功率为 15Kw，额定转速为1460/minr徐州工程学院毕业设计(论文 )152.2.3 其他元件的选择2.2.3.1 液压阀的作用液压阀用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量，可以分为方向阀，压力阀和流量阀三大类。形状相同的阀，可以因作用机制的不同，而具备不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制系统的压力和流量，方向控制阀则利用过流通道的更换控制油液的流动方向。所有阀都由阀芯、

34、阀体和驱动阀芯动作的元、部件组成。2.2.3.2 对液压阀的要求液压系统中所使用的液压阀，应满足以下要求：(1)动作灵敏，使用可靠，工作时振动和冲击小；(2)油液流过时压力损失小；(3)密封性能好；(4)结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。2.2.3.3 方向控制阀主要用来通断油路或改变油液的流动方向，从而控制执行元件的启动、停止或改变其运动方向。按照用途可分为单向阀和换向阀两大类。（1）单向阀 普通单向阀的作用是只允许油液沿一个方向流动，不允许其反向流动。普通单向阀按连接方式可分为管式和板式等，按进出口油流方向可分为通式和直角式的。根据需要这里的单向阀选用的是SDN15A1型单向

35、阀其通径为15mm流量为65工作/minL压力为31.5。aMP（2）换向阀换向阀概述换向阀利用阀芯相当阀体运动，使油路接通、关闭或改变油流的方向，从而使液压执行元件启动、停止或改变运动方向。对换向阀的主要要求：1） 油业流经时的压力损失要小；2） 互不相通的油口间的泄露要小；3) 换向要平稳、迅速、可靠。换向阀的典型结构主体部分 滑阀式换向阀的主体部分由阀体和阀芯组成。滑阀阀芯是一个具有多徐州工程学院毕业设计(论文 )16个台肩的圆柱体，与之相配的阀体有若干个沉割槽。滑阀机能 换向阀处于中间位置或原始位置时，阀中各油口的连通方式即为它的滑阀机能。采用不同滑阀机能的换向阀会直接影响执行元件的工

36、作状态，正确选择换向阀的滑阀机能是十分重要的。控制部分 换向阀的控制部分主要是提供外力，是阀芯在阀体内做相对运动，从而使油路换向。换向阀的控制方式有很多，常用的有以下几种：电磁换向阀、液控换向阀、电液换向阀、手动换向阀、机动换向阀。由于本系统需要保压回路，所以要选择一个滑阀机能为型的三位四通手动换向阀。这种阀依靠手动杠杆的作用力驱动阀芯运动来实现油路的通断或切换。手动换向阀有弹簧复位式和定位器结构，二者的差别仅在定位部分。弹簧复位式的特点是一旦去除作用在手柄上的外力，阀芯立即返回初始位置。要使阀芯维持在换向位置，必须始终保持作用在手柄上的外力。这种阀适用于动作频繁、工作持续时间短的场合，操作比

37、较安全。机构定位式的特点是，当手柄推动阀芯左右移动时，阀芯的位置依靠定位器定位，去除施加在手柄上的外力后，阀芯仍能停留在该工作位置上。根据需要本系统选用机构定位式定位的34SOF-B20-W型换向阀。2.2.3.4 压力控制阀溢流阀溢流阀的功能及应用 溢流阀的主要作用是保持系统的压力恒定，防止系统过载，保护泵和油路系统的安全。溢流阀的主要用途有：（1）做溢流阀，使系统压力恒定；（2）作安全阀，起过载保护作用；（3）与电磁阀组成电磁溢流阀，使系统卸荷；（4）作远程调压用；（5）多级调压；（6）作加载阀或背压阀；（7）作制动阀，对执行机构进行缓冲，制动。本系统中的溢流阀用作安全阀，起过载保护作用。

38、查机械设计师手册下选取DBDH20G10/DN6型直动式溢流阀。这种溢流阀结构简单，灵敏度高，但静态调压偏差较大，动特性与结构形式有关。不适合在高压、大流量下工作，常用作安全阀或用于调压精度要求不高的场合。2.2.3.5 液压管件（1）管路徐州工程学院毕业设计(论文 )17液压系统中常见的管子有钢管、铜管、胶管以及尼龙管等。金属管分类及应用 无缝钢管耐压高、变形小、耐油、抗腐蚀，虽然装配是不易变曲，但装配后能长期保持原形。焊接式管接头一般采用普通无缝钢管（YB231-1970） ，卡套式管接头必须采用精密无缝钢管（GB3639-1983） 。材料采用10号或15号钢。有缝钢管即焊接钢管，主油路

39、的吸油管和回油管可采用焊接管。其价格便宜，最高工作压力不大于1.6Mpa。紫铜管用于压力较低(p6.510Mpa)的管路，装配时可按需要来弯曲，但抗振能力较低，且易使油氧化，价格昂贵。黄铜管比紫铜管可承受更高压力（p25Mpa） ，但不如紫铜管容易弯曲。考虑本设计中液压系统的最高压力达到16Mpa，属于中压系统，所以不能用紫铜和有缝钢管，黄铜又不容易弯曲所以本系统采用材料为15MnV的无缝钢管。（2）管路旋入端用联接螺纹在液压系统中，管路旋入端用的联接螺纹采用国家标准米制锥螺纹（GB/T14151992）和普通细牙螺纹。米制螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用麻、聚四氟乙烯、塑料填料进行密封，广泛用于

40、中、低压系统；普通细牙螺纹用组合垫圈或“O”形圈进行两端密封，其密封性能好，广泛应用于高压系统。（3）管接头表30-298列出了各类管接头的特点与应用。根据需要，选用扩口式管接头。其特点是利用管子端部进行密封，不需其他密封件。结构简单，适用于薄壁管件联接。允许使用压力碳钢管在516Mpa，紫铜管在3.516Mpa。适用于油气及为介质的压力较低的管路系统。（4）管道尺寸1）油管的内径 油管的内径取决于管路的种类及管内的流速。油管内径d(mm)由下式确定： 式（2.12）041000Qd式中 流经油管的流量。Q3/ms 油管内的允许流速0/m s对吸油管可取（一般常取以下） ，回油管可取。0(1

41、2)/m s1/m s0(1.5 2.5)/m s压力油管，当时，取；时，取2.5PMpa02/m s(2.5 16)pMpa；时， ；在工程机械和行走机械的液压系统中，当时，0(3 4)/m s14pMpa21pMpa取。管道较长或油液粘度较大时，取较小值。0(5 6)/m s0所以，回油管内径为：徐州工程学院毕业设计(论文 )183044 0.882 10100010003.14 224Qdmm上式计算的结果，应按有关标准整为标准值。对橡胶软管，流速都不能超过。(3 5)/m s2）金属油管的壁厚: 式（2.13） 2pd式中 油管壁厚（） ；mm 油管内液体的最大压力（） ；pMpa 油

42、管内径（） ；dmm 许用应力（） ； Mpa对钢管（ 为抗拉强度（） ，可在各种材料手册中查得，为安全 /bnbMpan因数） ；当时，取；当时，取；当时，取7pMpa8n 17.5pMpa6n 17.5pMpa。钢管取许用应力。 4n 25Mpab管道材料的抗拉强度（Pa） ； 取为 750MPa. n安全系数，对钢管来说，p7MPa时，取n=8；p17.5MPa时，取n=6；本例中取n=6则： 216 242 750/61.536pd 取为2mm2.2.3.6 油箱及其附件（1） 油箱容量的确定油箱容量的确定，是设计油箱的关键。油箱容积应能保证当系统有大量供油而无回油时，最低液面应在进口

43、过滤器之上，保证不会吸入空气；当系统有大量回油而无供油，或系统停止运转，油液返回油箱时，油液不致溢出。按下面的经验公式来确定油箱容量V徐州工程学院毕业设计(论文 )19 式（2.14）pVQ式中 -液压泵的流量()；pQ3/minm-经验系数，见表2-6。表2-6 经验系数行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械1-2 2-45-76-1210本系统属于中压系统，所以取=7，则：3777 50/min 1460 /min7 73 /min0.511/minppVQQVnmLrLm（2） 油箱的结构及内壁加工油箱的结构油箱的结构应能使油箱实现存油、散热和分离污染物及防止污染的作用。结构设计应考虑

44、以下几个问题：1）油箱必须有足够大的容量，在油箱容积不能增大又不能满足散热要求时，须要设置冷却装置。2）开式油箱液面应和大气连通，为防止空气中的污物进入油箱，油箱上部的通气孔上必须配置空气滤清器。一般通气孔兼作注油口用。3）设置过滤器。在油箱的排油口（即液压泵的吸油口）上，必须安装网式过滤器，以滤除较大的颗粒杂质（0.13-0.14mm） ，保护液压泵。油箱的回油口上建议安装精过滤器，清除更细微的颗粒杂质。4）设置油箱主要油口。油箱的进油口和回油口之间的距离应尽可能远点，管口都应插入最低液面以下，以免发生吸空和回油冲溅产生汽泡。管口制成45斜角，以增大吸有油和回油的截面，使油液流动速度变化不致

45、过大。斜口应面向箱壁。吸油管离油箱底距离H2D（D为管子直径） ，距箱边不小于3D。回油管离箱底距离H3D。5）设置隔板。隔板将吸、回油路断开，是油液循环，油液中的气泡和杂质分离和沉淀。6）放油孔应设置在油箱底部最低部位，是使换油时油液和污物能顺利从放油孔排出。为此，油箱底部应做成倾斜的。7）油箱一般可卸下上盖清洗对于容量较大的油箱，应在油箱侧壁设置清洗孔即入孔，平时用侧板密封。徐州工程学院毕业设计(论文 )208）当液压泵和电动机安置在油箱盖板上时，必须设置安装板。安装板在油箱盖面上通过螺栓固定。9）设置液位计。在充液点旁设置液位计，能够观察充液时液位上升的情况及在系统工作过程中看见液位高度

46、。10）当油箱重量较大时，应设置吊环，便于起重机吊运。也可以利用焊在油箱四角箱壁上方的吊耳起吊。11）按GB3766-1983规定，油箱底部应离地面150mm以上，以便搬移，放油和散热。12）为防止油液流到地面，应在油箱下部或上盖附近设置油盘。油盘应有排油口，以便于油盘的清洗。油箱内壁的加工油箱内壁加工的目的是清除焊接后产生的鳞屑和铁锈。通常采用抛丸、喷沙、酸洗等方法处理。待灰砂清理干净之后，按不同工作介质进行处理或者涂层。对于矿物油，常采用磷化处理。对于高水基或水、乙二醇等介质，则应采用与介质相容的涂料进行涂刷，以防油漆剥落污染油液。（3）油箱附件1）空气过滤器本系统选用的空气过滤器型号为E

47、F4-50。生产厂为温州黎明液压机电厂。2）液位计 从参考文献11表中选取型号为XYW-150的液位计徐州工程学院毕业设计(论文 )213 液压系统的设计计算3.1 基本方案3.1.1 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

48、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。其优点是没有溢流徐州工程学院毕业设计(论文 )22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

49、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。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。3.1.2 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

50、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。3.1.3 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

51、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。压力控制多用徐州工程学院毕业设计(论文 )23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。本设计中的动作顺序如图3-1图 3-1 液压系统工作顺序原理图工作过程为：由电动机带动齿轮并将油箱中的油泵起打开换

52、向阀后，油液流经换向阀进入油缸无杆腔（图b）将活塞和活塞杆推动向上运动，到达指定位置，此时将换向阀换向使其阀芯处于中位（图a）系统保压活塞杆顶着重物维持在刚刚的位置。当工作完成后，将换向阀打到右位（图c）此时油液由换向阀进入液压缸有杆腔，活塞杆下降。油液由无杆腔流经换向阀回油箱。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

53、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。徐州工程学院毕业设计(论文 )243.2.1 供油方式 卸荷回路本系统主要是实现物体的提升和下降，所以对流量和速度的要求不高，选用定量泵即可。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

54、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。

55、由于工作要求，本系统中需要卸荷回路，设计采用中位机能为O型的三位四通手动换向阀实现。3.3.2 液压系统图绘制徐州工程学院毕业设计(论文 )25图 3-2 为液压千斤顶工作原理图 1-油箱 2-虑油器 3-液压泵 4-电动机 5-溢流阀 6-单向阀 7-三位四通手动换向阀 8-液压缸如图3-2所示，此时液压系统处于保压状态，物体被提升后需要保持高度，此时系统保持压力，缸位置不变。油液基本不流动。当换向阀处于左位时，油液由液压泵从油箱泵出压力不断上升，流经单向阀，换向阀到液压缸底部使活塞杆上升，顶起重物。如3-3：油液的流动方向为：油箱-滤油器-齿轮泵-溢流阀和单向阀-换向阀-液压缸下腔-液压缸

56、上腔-换向阀-油箱。达到指定位置便可由人工换向使换向阀处于中位即图3.2.1所示位置保压。需要将重物放下时，再通过手工将换向阀的阀芯置为右位即可。当换向阀的阀芯处于右位时的图为图3-4。这时油液的流动方向为：油箱-滤油器-齿轮泵-溢流阀和单向阀-换向阀-液压缸上腔-液压缸下腔-换向阀-油箱。当物体降到最低点后，关闭电源即可。 徐州工程学院毕业设计(论文 )26图3-31-油箱 2-虑油器 3-液压泵 4-电动机 5-溢流阀 6-单向阀7-三位四通手动换向阀 8-液压缸图3-41-油箱 2-虑油器 3-液压泵 4-电动机 5-溢流阀 6-单向阀7-三位四通手动换向阀 8-液压缸 徐州工程学院毕业

57、设计(论文 )273.3 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。3.3.1 管路系统压力损失的验算3.3.1.1 液压系统压力损失油液在进油管中的流速为:v=Aqp 33 250 10/(24 10 )3.14/4 601.84/m sm s压力损失主要包括管路的沿程损失p1，管路的局部损失p2

58、和阀类元件的局部损失p3，总的压力损失为:p=p1+p2+p3。3.3.1.23.3.1.2 沿程压力损失沿程压力损失首先，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度表取其运动粘度=50，12610smm所以有:Re=vd =-3216 1.84 25 10 50 10mm s =920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2000-3000，而实际流动时的雷诺数为 920，小于2000-3000，则管中应为层流，则阻力系数:徐州工程学院毕业设计(论文 )28 =75/Re=75

59、/920=0.082若取油管长度均为3m，油液的密度为=890kg/m ，则进油路上的沿程压力损失为:3p1=22dvl =0.082233 890 (1.84)25 102Pa =0.329 105Pa =0.329MPa。3.3.1.3 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

60、定流量和额定压力损失为 qn和，则当通过阀的流量为 q 时的阀的压力损失np为为vp= 式（3.1）vpnp2nqq在该系统中主要有手动换向阀、单向阀和液压缸，根据各个产品的参数（如前表），可知，各个阀的压力损失如下：=换vpnp2换换nqq=0.01Mpa235. 716=0.047MPa=单vpnp2单单nqq徐州工程学院毕业设计(论文 )29=0.01Mpa24 .125 . 7=0.60MPa液压缸回油路上的流量为:进回进回AAqq L/min4 .318 .2516=13.1L/min则回油路管中的流速为:Aqv回 m/s623101814159. 360101 .13 =0.22m

61、/s可算出:Re=vd=0.22 18 10-3/60 10-6=660=75/Re=75/660=0.114所以回油了路上的沿程压力损失为:dvlp22回 MPa2101822. 08903114. 032 =0.004Mpa徐州工程学院毕业设计(论文 )303.3.1.4 总的压力损失由上面的计算所得可求出：321pppp=0.049+（0.6+0.047）+0.004MPa=0.7MP原设=0.8MPa，这与计算结果略有差异，且大于计算结果，不必更改p3.3.2 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

62、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。3.3.2.1 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: 63/16 1016 10/60 0.854267ppppPP qww3.3.2.2 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面的散热。在单位时间内，油箱的散热量为 H0=hAt，设油箱的三个边的比例为a：b：h=1：1.

63、5：2.5，则散热面积为:3232220.0650.065 5004.09Amm式中 h 是散热系数，取 15 10-3kW/（）。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，则徐州工程学院毕业设计(论文 )31(6040)20tCCA可求出:304.09 15 10110.67HkwkW3.3.2.3 系统热平衡温度的验算当系统达到热平衡的时候有：H=H0，即t =hAH2336. 210154267. 0= 51.6环境温度为 40，热平衡温度为 51.660，没有超出允许范围。3.3.3 油箱的尺寸设计根据上面计算结果对散

64、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。根据上面确定的油箱的容积 V=500L 和散热面积 A=7.2，可得：33(0.8)(1.8() 1.5)Va b h mmAhabab m 和长、宽、高的比例 a：b：h=1：1.5：2.5，联立解方程，可求得:0.530.8250.135ambmhm这只是近似计算，可以适当调整得：0.60.751.0ambmcm 徐州工程学院毕业设计(论文 )324 液压系统的维护及注意事项4.1 液压系统的调试液压系统

65、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。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

66、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。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%；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 Nas8 级；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。（1）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。（2）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）启动油泵电油泵空运转数分钟之后，方可将系统压力逐步调节至设机，待计要求。3）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。（3）液压系统的用液及对污染的控制 徐州工程学院毕业设计(论文 )331）液压所用油液对液压