旁置式油源的电气控制设计说明书

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1、目 录第一章 绪 论11.1 液压传动发展概况11.2 液压传动的组成部分和控制方式21.3 液压传动的优缺点31.4 液压传动在机械工业上的应用4第二章 总体设计52.1 设计要求及工艺参数62.2 总体设计62.3 确定液压控制系统82.4 液压元件的选择102.5 液压系统发热温升计算142.6 油源元件的装配14第三章 配流座的设计153.1 液压系统总体布局153.2液压集成块的结构特点163.3液压集成块设计过程173.4 集成块的设计问题特点17第四章 旁置式油源的电气控制224.1 星三角减压起动控制介绍234.2 用于13KW以下的油源电动机电路23第五章 液压可靠性和经济技

2、术分析255.1 可靠性分析255.2 技术经济分析25结论26致谢27参考文献28第一章 绪 论 1.1 液压传动发展概况 液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，但如从17世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理，18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，也已有二三百年历史了。近代液压传动在工业上的真正推广使用只是在本世纪中叶以后的事，至于它和微电子技术的密切配合，得以在尽可能小的空间传递出尽可能大的功率并加以精确控制，更是近10年内出现的新事物。 由于要使用原油连制品来作为传动介质，近代液压传动和汽车及飞机一样，是19世纪崛起发展的石油工业推动起来的。最早实践成功的液压传动装置是舰艇上炮塔转为器，

3、其后才出现了六角车床和磨床。由于缺乏成熟的液压元件，一些通用机床到本世纪20年代采用上液压传动，而且还因为各搞一套而无法进行经验交流。第二次世界大战期间，在一些兵器上用上了功率大，反应快，动作准的液压传动和控制装置，它大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善，各类元件的标准化，规格化，系列化而在机械制造，工程机械，农用机械，汽车制造等行业中推广开来。本世纪的六十年代后，原子能技术，空间技术，计算机技术（微电子技术）等的发展再次将液压技术推向前进，使它的发展包括传动，控制，检测在内的一门完整的自动化技术，使它在国民经济的各个发面

4、得到应用。液压传动技术在某些领域内甚至已占有压倒性的优势，例如，国外今日生产的95%的工程机械，90%的数控加工中心，95%以上的自动线都采用了液压。因此采用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。 当前，液压技术在实现高压，高速，大功率，高效率，低噪音，经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制，伺服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压原件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著的成绩。 我国的液压工业开始于本世纪50年代起，产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上

5、。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术，同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80年代起更加速了对西方先进液压产品和技术的有计划引进，消化，吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量，经济效益，人才培训，研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。 1.2 液压传动的组成部分和控制方式 1.2.1 液压传动装置主要有以下四部分组成：1 能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它能给液压系统提供液压油。 2 执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是做直线运动的液压缸，也可以是作回转运动

6、的液压马达。 3 控制调节装置对系统中油液压力，流量或运动方向进行控制或调节装置。例如溢流阀，节流阀，换向阀，开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。 4 辅助装置上述三部分以外的其他装置，例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常工作也有重要作用。 1.2.2 液压传动的控制方式所谓液压传动的“控制方式”有两种不同的涵义：一种是指对传动部分的操纵调节方式，另一种是指控制部分本身的结构组成形式。液压传动的操纵调节方式可以概略地归成手动式，半自动式和全自动式三种。凡需有人拨动手柄或按下按钮才能实现其动作或状态的，便是手动的。凡由人启动之后系统的各种动作或状态都能在机械的，电气的，

7、电子的或其他机构操纵下顺利地实现出来，并在全部工作完成之后自动停车的，便是半自动式的。如果连启动这一步操作也不须人来参与，它便是全自动式的。液压系统中控制部分的结构组成形成有开环的和闭环的两种。开环控制的质量受工作条件（如油温，负载等）变化的影响很大，严重的甚至无法完成工作目标。闭环系统的质量受工作条件变化的影响小，为此它可以用一般元件组成较精确的控制系统。这些控制理论中的结论在液压系统中是完全使用的。 1.3 液压传动的优缺点 1.3.1 液压传动有以下优点：1 在同等体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力，因为液压的置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机

8、的12%左右。2 液压装置工作比较平稳。由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动，制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达500次MIN，实现往复直线运动时可达1000次MIN。3 液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。4 液压传动易于自动化，这是因为他对液体压力，流量或流动方向易于进行调解或控制的缘故。当将液压控制和电气控制，电子控制或电子控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序传动，接受远程控制。5 传动易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械

9、传动装置都无法实现的。液压件能自动润滑，使用寿命长。 1.3.2 液压传动有以下缺点：1 液压传动不能保证严格的传动比，这是由液压油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。2 液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失，泄漏损失等），长距离传动时更是如此。3 液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性易受到温度的影响，因此它不易在很高或很低的温度下工作。4 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求很高，因此它的造价较贵，而且队友页的污染敏感。5 液压传动要求有单独的能源。6 液压传动出现故障时不容易找出的。总的来说，液压传动的优点是突出的，它的缺点现已大为改善，有点将随着科技的法展进一步得到克服

10、。 1.4 液压传动在机械工业上的应用机械工业各部门使用液压传动的出发点是不同的：有的是利用它在传递动力上的长处，如工程机械，压力机械和航空工业采用液压传动的主要原因是取其结构简单，体积小，重量轻，输出功率大;有的是利用它操纵控制上的优点，如机床上采用液压传动是取其能在工作过程中能实现无级变速，易于实现频繁的变速，易于实现自动化等等。此外，不同精度要求的主机也会选用不同的控制形式的液压传动装置。在机床上，液压传动应用在以下的一些装置中： 1 进给运动传动装置。磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动;车窗，六角车床，自动车床和刀架或转塔刀架，铣床，刨床，组合机床的工作台等的进给运动也都可

11、以采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速移动，有的则要求快速移动也有慢速移动。这些移动多半要求持续进给，有的则要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度保持恒定，有的要求有良好的换向性能等等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。 2 往复主体运动传动装置。龙门刨床的工作台，牛头刨床或插床的滑枕，由于要做高速往返直线运动，别且要求换向冲击小，换向时间短，能耗低，因此都可以采用液压传动。 3 仿形装置。车床，铣床，刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成，其精度可以达0.010.02MM。此外，磨床上的成型砂轮 修正装置和标准丝杠矫正装置亦可采用这种系统。 4 辅助装置。机床上的夹

12、紧装置，齿轮箱变速操纵装置，丝杠螺母间隙消除装置，垂直部件移动平衡装置，分度装置，工件和刀具装卸装置，工件输送装置等，采用液压传动后，有利于建华机床结构，提高机床自动化程度。 5 静压支撑。重型机床，高速机床，高精度机床上的轴承，道轨，丝杠螺母机构等处采用液体静压支撑后，可以提高工作平稳性和运动精度。 第二章 总体设计 液压系统设计，是在掌握液压传动基本知识，液压元件的工作原理，结构和基本回路的基础上进行的。只有借鉴前人的经验，并具备一定的生产实践知识，认真分析工况条件和要求，才能设计出结构简单，性能高，效率高和使用方便的液压系统。本人的设计步骤大致如下： 1 明确设计依据，进行工况分析； 2

13、 确定液压系统方案和液压元件的选择； 3 液压系统的验算和绘制工作图，编制技术文件。 根据上面的步骤本文的设计主要具体分为：能源装置设计，控制装置设计，调速装置设计。 2.1 设计要求及工艺参数 旁置式油源液压系统设计是用于为执行装置提供能源，把液压能转换成机械能的一种能源装置系统。由于泵体在油箱的侧面，所以称之为旁置式油源。采用这种液压源进行工作，产生的压力大，效率高，噪音小等优点。 工艺参数： 升降台总重 8吨 尾部平衡重 3吨 升降台摆动角度 5度15分 台面尺寸 32903490毫米控制泵的参数： 控制压力 21公斤平方厘米 流量 30升分 2.2 总体设计 2.2.1 载荷的组成和计

14、算 对液压系统各个执行元件整个工作循环的速度，负载变化规律进行分析，确定各个执行元件的最大载荷，从而确定执行元件的参数，也为其它元件的选者提供依据。 工作载荷：已知系统升降台总重为8吨，8吨=8000千克 尾部平衡重为3吨，3吨=3000千克 所以总重为11000千克 G=mg=110009.18=1.0791104N 惯性负载：Fa=(Gg)(vt) 式中 g重力加速度其值为9.81； t启动或制动时间。一般机械t为0.10.5s对轻载低速部件取最小值，对载重高速部件取最大值。行走机械一般取)(vt)0.5 1.5ms2； v速度变化量。 Fa=(Gg)(vt)=5.618104N 2.2.

15、2 能源装置的设计计算 液压泵的选择原则和类型选择：依据初定的系统压力选择泵的结构形式，一般P21mpa，选用齿轮泵和双作用叶片泵；P21mpa，选用柱塞泵。若原动机为柴油机，汽油机，主机为行走机械，宜选用齿轮泵和双作用单片泵。双作用单片泵因瞬时理论流量均匀而用于噪音指标要求较高的主机。若系统采用节流调速回路或可改变原动机的转速调节可流量，或系统对速度无调节要求，可选用定量泵或手动变量泵。此时手动泵一旦调定就相当于定量泵。若系统要求高效节能，应选用变量泵。恒压变量泵适用于低压大流量，高压小流量的系统。前者可根据要求需要调节进行如执行元件内的流量，后者输出的流量随负载的增大而减小，保持输出功率恒

16、定，多用于压力机系统；电液比例变量泵适用于多级调速系统，如注塑机，此时可实现系统的大闭环控制；负载敏感变量泵适用于要求随机调速而且功率适应的系统，如行走机械的转向机构；双向手动或手动伺服变量泵多用于闭式回路，如卷扬机，车辆的行走机构，此时泵同时期幻想和调速的作用。 a 确定液压泵最大工作压力 Ppp+P 式中： P是最高工作压力，本系统的最高工作压力为21mpa P从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。P的准确计算要待元件选定并绘制出管路图时才能进行，初步计算时可按经验数据选取；管路简单，流速不大的，取P=（0.20.5）mpa，管路复杂，进口油调速阀的，取P=（0.51.5）m

17、pa 由于进口油调速阀取P=1.0mpa Pp=21+1=22mpa b 确定液压泵的流量：QpK（Qmax） 其中 K为泄漏系数其值为1.1 Qp=3.010562LS 由于要求系统稳定可频繁往复工作，结构简单，这里我们采用单泵供油方式。泵的排量Q0=Qp=30升分钟。 c 选择液压泵的规格 根据上面的数据我们选用贵阳巷口液压件厂生产的型号为A7V40的柱塞泵： 额定转速为3400转 额定排量为40.1毫升转=30L分钟 泵体摆角变化为018度 d 确定液压泵的驱动功率：P=p0Q0=8kw （=0.9） 式中：p0液压泵的最大工作压力 Q0液压泵的流量 液压泵的总效率 2.3 确定液压控制

18、系统 2.3.1 液压系统方案确定 1）回路方式的选择 一般选用开式回路，既执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀，冷却后在进入液压泵的进口。进行机械和航空，航天液压装置为减少体积和重量可选用闭式回路，既执行元件的排油直接进入液压泵的进口。 若对执行元件的输出参数要求高精度控制，应对输出量进行检测然后反馈控制液压系统的压力和流量，即构成系统的大闭环控制。普通的液压系统为开环控制或局部反馈控制。考虑到本设计的一般性所以本设计采用开式回路。 2） 流体介质的选定 普通液压系统选用矿物油型液压油作为介质，其中室内液压设备多选用汽轮机油和普通液压油，室外液压设备选用抗磨液压油或低凝液压油，航空液压系统多选

19、用航空液压油。对象不设计这样的高温设备，应选用耐燃介质。 3） 调速方式 a 定量泵节流调速回路，因调节方式简单，一次性投资少，在中小型液压设备，特别是机床中得到广泛应用。节流调速回路中的进，回油路调速为恒压系统，系统的刚性较好；旁油路调速为变压系统，系统刚性差，主要用于对速度稳定性要求不高的粗加工和行走机械。用调速阀或旁通调速阀代替普通节流阀可提高系统的速度刚性，但会增加少量的功率损失。 b 若原动机为柴油机，汽油机，可采用定量泵变速调节流量，同时用手动多路换向阀实现微调，典型设备如液压机车起重机，液压挖掘机。 c 若原动机为柴油机。而柴油机的转速只能随主运动的处理要求调速，辅助运动又有一定

20、的速度要求时，可设置流量分配阀（单路稳流罚，双路稳流阀）优先满足辅助运动的流量要求。 d 变量泵的溶剂调速按控制方式可分为手动变量调速和压力适应变量调速。前者通过外部信号实现开环或大闭环控制；后者通过泵的出口压力或调节元件的前后压力差反馈控制。 4） 调压方式的选择 a 旁接杂压液压泵出口用以控制系统压力的溢流阀在进，回油路节流调速系统中保证系统压力恒定，在其他场合则为安全阀，如需要自动控制应选用电液比例溢流阀。 b 中低压小型液压系统为获得二次压力油可选用减压阀的减压回路，大型，高压系统宜选用单独的控制油源，以免在减压阀处出现大的能量损失。减压阀的加载方式加载溢流方式亦可根据系统的要求选用弹

21、簧加载式或比例电磁加载式。 c 当垂直负载为定值时可采用内控制外泄漏顺序阀做平衡负载；若垂直负载为变负载则应选用外控制外泄型顺序阀，保证负载平稳下落。 d 为使执行元件不工作时液压泵在很小的输出功率下运行，定量泵系统一般换向阀的中位或电磁溢流阀的卸载为实现低压卸载；变量泵则可能实现低压卸载或零件流量卸载，零流量卸载时换向阀的中位o型技能。需要指出的是：若换向阀为电液换向阀，采用低压卸载时，须保证卸载力不低于液动阀要求的最小控制压力。 5）换向回路的选择 a 对装卸机，起重机，挖掘机等工作环境恶劣的液压系统，主要考虑安全可靠，一般采用手动变向阀。若主机执行元件比较多，在结构方案设计时必需保证同时

22、操作的手柄数目不超过3个。若在某一工作位置停留时间过长，可选用钢球定位式。因为钢球定位无记忆功能，因此在方案设计时应采用无所的保全措施。若需要频繁操作，则最好选用弹簧复位式。 由若干个单连手动滑阀及安全溢流阀，单向阀，补油阀等组成的多路换向阀，因具有多种功能，其中串并联型的各滑阀之间的动作互锁，各执行元件只能实现单动，因此得到广泛应用。 b 若液压设备要求的自动化程度较高，应选用电动换向，即小流量时选点此换向滑阀大流量时选电液换向阀或二通插装阀。需要计算机控制时选电液比例换向阀或电液数字阀。 采用电动机时，各执行元件之间的顺序，互锁，连动等要求可由电气控制完成。c 采用手动双向变量泵的换向回路

23、，多用于起重卷扬机，车辆马达等闭环回路。2.3.2 液压系统图及工作原理为了能向执行机构提供稳定的，高压力的液压能，我们采用带有蓄能器，溢流阀，单向阀组成的液压回路。见图2.1。 液压油经沉淀自油箱通过电动机工作被吸入液压泵，即我们采用的柱塞式液压泵。在由泵体通过集成体向执行机构输送液压油。当液压油通过集成体时，要经过单向阀，溢流阀，滤油器，蓄能器，压力表等一系列的液压元件。其中，单向阀主要用来限制液流流向，要求它正向阻力小，动作灵敏可靠，反向泄漏小，密封可靠。溢流阀主要稳定压力或安全保护作用。滤油器则保持了油液的清洁度。蓄能器起到调节能量，均匀压力，减少设备容积，降低功率消耗及减少系统发热等

24、作用。在回油油路中，则回油管通过集成体的回油路线经过冷凝器后返回油箱。 图2.1 30L油源油路示意图2.4 液压元件的选择 2.4.1 液压阀的选择 1） 安装形式的选择 一般的液压系统多选择板式连接或管式连接的普通液压控制阀，这类阀的价格比较低，供货方便，容易组装。在采用板式连接时，为减少连接回路，需设计专用阀块，将阀集成块安装在阀块体上。当系统的流量增大时可选用二通插装阀，此时可选用购买基本回路块组成系统，也可只购买插装阀组件及先导控制阀，自己设计，加工阀块和盖板组成系统。某些场合，还可以选择叠加阀，每个执行元件一组叠加阀，但每组的叠加阀不宜过多。购买时最好于底版一起定货，由专业厂家组装

25、，以保证质量。 2） 控制方式的选择 若液压系统为闭环控制，或要求连续地按比例控制液压参量，应选用电液比例阀。如液压系统上述要求，应选用普通液压阀，宜降低成本。 3） 液压控制阀的规格指其通径（工程流量）和公称压力。 a 阀的通径 阀的通径大小根据在液压系统中的实际通流量及工作压力进行选择。分析流经某个阀的实际最大通径流量时应注意油路的串并联关系，活塞往返的速度比，有无差动连接等因素。对压力阀和流量阀，可以的最大流量可高于公称流量的10%；对换向阀，允许通过的流量还要受阀的功率特性的限制，即与阀的机能和工作压力有关，一般小于该通径的公称流量。 b 公称压力 液压控制阀的公称压力应大于阀的实际工

26、作压力。液压控制阀的实际工作压力因其在液压系统中的安装位置不同而不同，如安装在进油路上的液压阀的实际最高工作压力等于系统的最高压力，安装在回油路上的液压阀的最高工作压力一般低于系统的最高压力。然而，当液压系统为回油路节流调速回路时安装在回油路上的流量阀的最高工作压力可能为系统最高工作压力的两倍。 2.4.2 过滤器的选择 1）具有足够的流通能力，压力损失小 2）过滤器的精度应满足设计要求 3) 过滤器的材质应与所选择的流体介质相容，采用乳化液等难燃介质时，过滤器的流通量能力提高23倍。 4）滤心要有足够的强度为保证滤芯堵塞后能及时更换，应带有压力差信号发生器等保护措施。但对高过滤精度要求的场合

27、，如保证液压伺服系统，不允许安装旁通安全阀。 5）滤芯更换，清洗及维护方便。2.4.3 附属元件的选择附属元件的选择（例如液位计，压力表等），应根据主件的尺寸，在机械工作手册中查找相应的匹配附属元件。30L油源设计中的一些主要元件见表2.1。 表2.1 30L油源元件明细表序号元件名型号规格通径生产厂商1柱塞泵A7V4040mlr_贵阳航空液压厂2溢流阀YFL32H40Lmin32mm大连液压件厂3单向阀DTFL32H1200Lmin32mm大连液压件厂4滤油器XU-C3210032Lmin32mm天津滤油厂5蓄能器NXQ-2530mpaM422上海立新液压厂6液位计产品YWZ-200T_5.

28、2mm温州市远东液压配件厂7冷凝器2LQFL_南通市大宇液压滤油厂8空气滤清器EF45032Lmin66mm温州市远东液压配件厂9压力表TN100_宜昌仪表厂2.4.4 其它元件的选择 1）管道内径的计算： d= 式中：Q流径管路的流量 v管路允许的流速，与管路的种类有关： 对吸油管路：v=0.51.5ms 对回油管路：v=23ms 对压油管路：当压力p2.5MPa时，v=3ms 当压力p=2.510MPa时，v=35ms 当压力p10MPa时，v=57ms 对耐油橡胶管路：允许的最大流速v=5ms 经计算得：吸油管 d=36mm 回油管 d=18mm 压油管 d=32mm由于卡套式管接头由于

29、其结构紧凑，重量轻，工作压力大，装拆方便，故我们采用卡套式管接头作为我们接口方式。结构如图2.2。 图2.2 卡套式管接口结构示意图2）油箱容积的计算： v=nqp 式中 v 邮箱的有效体积 n 经验系数 中高压系统n=5 qp 液压泵的总流量 经计算v=150L 为避免油液的外溢，油箱的注油高度为油箱的高度的0.8倍则油箱的总容积vo=1.25v vo=187.5L 3）油箱的规格 为在相同的容积下得到最大的散热面积我们采用立方体，采用开式油箱，用钢板焊接而成。 2.5 液压系统发热温升计算 2.5.1 液压系统发热功率计算 液压系统发热功率：phr=prpc 式中：pr为液压系统的总输入功

30、率 pc是输出的有效功率 因为Pr=（P0Q0）6=36KW Pc=PQ=FV1=24.1KW Phr=11.9KW 2.5.2 液压系统的散热功率计算前面初步求得油箱的容积为187.5L 所以a h b = 0.6m 油箱散热面积：At=1.8h（a+b）+1.5ab=1.796m2散热功率为： Phc=KtAtT式中 Kt-油箱散热系数，用风扇冷却，Kt=23 T-油箱温度与环境温度之差，取其值为50 Phc=236.1250=7.04kw由于PhcPhr既散热功率小于发热功率，所以必须在系统中设置冷却器。 2.6 油源元件的装配结合上述计算的液压元件，依照各元件的计算，进行合理的油路装配

31、。见图2.3 图2.3 旁置式油源简易装备示意图 1 油箱 2 电动机 3 液压泵 4 集成块 5 单向阀 6 溢流阀 7 滤油器 8 蓄能器 9 压力表 10 底座第三章 配流座的设计 概述：从介绍液压集成块的结构特点和准则入手，提出优化设计问题是布局布孔集成方案的多峰优化问题，并对其复杂性进行深入剖析，在此基础上，分析集成块立体布局的空间关系，用面向对象方法定义与问题有关的特征变量的示性表达式，给出优化目标和约束条件，确定集成块设计问题的数学优化模型，针对此类多目标、多约束、多峰值的复杂工程问题，研究应用混合智能优化算法进行集成块自动优化设计的技术路线，阐述多目标优化问题和约束条件的处理方

32、法，总结集成块总体设计的方案准则。 3.1 液压系统总体布局 （1）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与主机之外或安装在地下，组成液压站。 （2）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。 由于我们设计的有强烈的热源和烟尘污染的冶金设备，所以采用集中供油方式。分散式结构多用于机床、工程机械等可移动式设备。 用油管和管接件将液压元件连接起来，是过去应用最广泛的一种连接方式。这种连接方式需要的油管和管接头数量较多，装拆困难，占用空间大，空气易侵入，目前已很少采用。按液压技术的不断发展，目前多采用无管连接。 方案一：板式配置板式配置就是把板式液

33、压元件用螺钉固定在平板上，板上钻有与阀口对应的孔，通过管接头连接油管而将各阀按系统图连接。这种配置可根据需要灵活改变回路形式。液压实验台多采用这种形式。 方案二：集成式配置集成式配置是将液压件安装在集成块上，集成块一方面起安装底板作用，另一方面起内部油路作用。 板式配置的液压传动系统管路弯曲复杂，接头多，液体阻力大，泄露严重，安装维修不便，而且容易产生管道共振和液压噪音，我们不采用。本设计采用集成式配置，它结构紧凑、安装方便，目前液压系统大多数都采用这种配置。目前集成式配置已趋向标准化。 3.2液压集成块的结构特点 按照结构和用途划分，液压集成块有条形块、小板块、盖板、夹板、阀安装底板、泵集成

34、块、逻辑阀块、叠加阀块、专用阀块、急流排管和连接块等多种形式。实际系统中的液压集成块通常是阀块体及其上安装的各种液压阀、管接头、附件等元件组。 1.阀块体 要求设置成斜孔，阀块体是集成式液压系统的关键部件，它既是其他液压件的承装载长方体外形，材料一般用铝或可铸体，又是它们油路连通的通道体。阀块体一般都采用长方体，材料一般用铝或可铸体或锻钢。阀块体上分布着与液压阀有关的安装孔、通油孔、连接螺钉孔、定位销孔以及公共油孔、连接孔等，为保证孔道正确连通而不发生干涉，有时还要设置若干工艺孔。一般一个比较简单的阀块体上至少有40-60个孔，稍微复杂一点的就有上百个，这些孔道构成一个纵横交错的孔隙网络。阀块

35、体上的孔道有光孔、阶梯孔、螺纹孔等多种形式，一般均为采用。 2.液压阀 液压阀一般为标准件，包括各类板式阀、插装阀、叠加阀等，由连接螺钉安装在阀块体上，实现液压回路的控制功能。 3.管接头 管接头用于外部管路与集成块的连接。各种阀和阀块体组成的液压回路，要对液压缸等执行机构进行控制，以及进油回油、泄油等，必须与外部管路连接才能实现。 4.其他附件 包括管道连接法兰、工艺孔堵塞、油路密封圈等附件。 3.3液压集成块设计过程 液压集成块生产的安全生命周期包括：原理图设计、集成块设计、核准、制造、检查、安装。其中最关键的好是设计过程，可以分为装配关系设计和连通关系设计两个阶段。设计的初始条件是原理图

36、得到的连通要求。 1.装配关系设计-布局 装配关系设计是确定阀体的总体尺寸、液压阀的安装、安装位置、安装角度、公共油、管接口、控制油口以及其它特殊油口的设计过程。 装配关系设计要求： 1）结构紧凑，体积尽量小； 2）承装元件要有足够的安装调试空间； 3) 布局应为连通关系设计创造有利条件； 4） 满足用户对装配关系的一些特殊要求。 2.连通关系设计 集成块的连通关系设计是按照系统原理的要求，在装配关系设计的基础上，确定通孔的深度。连通关系设计要求： 1) 保证百分之百实现液压原理图的连通关系； 2）工艺孔数目尽量少，连通路径长度尽量短； 3）相通孔道要保证一定的流量面积，不相通的孔道之间要满足

37、一定的壁厚要求； 4) 满足某些阀的动态特性要求。 3.4 集成块的设计问题特点 1.布局与布孔的关系 集成块的布局和布孔是相辅相成而又相互制约的，设计中应两者相互兼容。如果布局合理，则孔道连通方便，工艺孔道连通方便，工艺孔数目少；否则孔道间很容易发生干涉，工艺数目多，甚至无法保证正确连通，此时需要调整布线顺序或者重新进行布局方案设计。 所以说，布局为孔道连通创造初始条件，同时连通设计也对布局方案给出量化评价，为布局方案调改提供依据。因此本文提出：液压集成块设计中，布局设计和布孔设计是相互影响、不可分割的两个阶段；集成块优化设计和布孔设计是相互影响、不可分割的两个阶段；集成块优化设计问题是布局

38、布孔集成方案的寻优问题，其目标函数是对布局结果的综合评价。 虽然有的文献指出了该问题是布局布孔组合问题，遗憾的是他们在设计过程中，仍然将布局策略和连通算法分开来研究，也就无法得到总体最优的集成块设计方案。 2.液压元件的布局将做好的元件样板放在集成块各视图上进行布局，布局时要注意一下问题： 1）用透明样板在集成块视图上完成布局后，可用分规扎眼的办法，通过样板在图纸上将油孔中心的位置确定，然后根据基准所确定的定位尺寸和样本中提供的孔间距，进行绘图、尺寸标注和验算。 2）液压元件之间的距离应大于5MM，换向阀上的电磁铁、压力阀、先导阀以及压力表等可适合延伸到集成块安装平面以外，这样可减少集成块的体

39、积。但要注意延伸部分不要与其他零件相碰。 3）在布局时，应考虑阀体的安装方向是否合理，应该使芯处于水平方向，防止阀芯的自重影响阀的灵敏度，特别是换向阀一定要水平布置。4）液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好。需要相互连通的孔，最好直接正交；若有困难，至少也应保证交半个孔以上，如图3.1所示。否则，应钻垂直工艺孔进行连通。集成块加工完毕后，工艺应用丝堵封住或用堵销堵焊。图3.1 加工集成块交孔示意图5）不通的孔道之间的最小壁厚应不小于5MM，必要时要进行强度校核，如图3.2所示。图3.2 集成块不通孔壁厚示意图6) 要注意液压元件在集成块上的固定螺孔不要与油道相碰，必要时也要进行强度校核

40、。 3.自动优化设计 目前的集成块设计布局和布孔孤立开来分阶段处理，更多的依靠人工凭经验所施加的交互性辅助技术来完成，以期获得一个可行的设计方案。对于复杂的工程问题，即使在可视化程度较高的CAD软件环境中，交互调整设计方案也是十分困难的事情，何况无法保证综合设计指标最优化。 既然布局设计和布孔设计在集成块的设计中是紧密联系、不可分割的，因此只有把两者结合起来，才能很好的完成集成块的优化设计。这样，就形成集成块的两个迭代循环，小循环是在孔道连通设计内部调整布线顺序；大循环是不断调整布局方案后进行布孔计算。因此，必须采取一种具有智能性的优化策略，完成液压阀在阀体上的布局定位、实时校核下的孔道自动实

41、施，最终生成集成块布局布孔优化方案。 同时，为给设计人员提供尽量多的备选方案，自动优化方案应该根据解的某一划分原则给出若干不同的形式的最优解，包括局部最优解。这样，集成块的优化设计问题又演变成一个多峰值优化的问题。 4.复杂性分析 立体空间中的约束布局问题是一个崭新的热点领域吸引了国内许多学者对其进行研究，在物理模型的数学表达和算法方面取得了一些阶段性的布局布孔问题比通常的三维装填布局问题更加复杂，主要表现在一下几个方面： 1）要求把不规则的液压阀在不发生相互碰撞并且保留一定的安装和操作空间的情况下尽可能紧凑的分布到阀体的五个或四个面上（底面或顶面用来安装到系统中）。然后根据系统连接要求进行布

42、孔计算，生成内部待布物（孔道）。所以它不仅有内部的三维装填布局问题，还有在阀块体表面的布局问题。 2）根据系统原理图设计的要求，集成块中的各类孔道既要达到百分之百的布通率而且同一线网之间不发生干涉（最近距离大于安全壁厚）。这比三维装填布局问题中仅对内部待布物之间不能发生干涉的要求更加复杂。 3）为了满足连通要求或为了得到更优的方案而进行调改时，不是仅仅调整其中一个内部孔道的位置，而是将处于同一阀上的孔组做整体移动，“牵一发而动全身”，故常出现顾此失彼的情况。其中的工艺孔数量、孔道尺寸和位置都有可能发生改变。而在通常的布局问题中待布物的数量和尺寸保持不变，只是调整其空间位置。 4）对一个集成块布

43、局布孔方案的度量，不仅要考虑液压阀在集成块上的布局方案的优劣，还需要在连通计算生成布孔方案后进行综合评价，而且往往后者所占的权值要更高。而一般布局问题通常可以直接得到评估目标。 5）除了对集成块几何参数的约束外，还要对其内部孔道网络流畅的动态特性分析，以满足系统对响应和动力的某些严格要求，生成高性能的设计方案。 5.零件图的绘制 1）集成块结构复杂，块内孔道纵横交错，层次多，需要多个视图和剖面图才能表达清楚。为了便于检查和装配集成块，应将各孔道编上号，在图中列表说明各个孔的名称、直径、深度以及与哪些孔相交等情况。 2）用透明样板早集成块视图上完成布局后，可用分规扎眼的方法，通过样板在图纸上将油

44、孔中心的位置确定，然后根据基准所确定的定位尺寸和样本中提供的孔间距，进行绘图、尺寸标注和验算。 3）依据阀体油口的孔径确定集成块上油道的通经，一般二者相等。需要强调的是，后者不能大于前者。否则阀体上的“0”形密封圈压不紧，会造成油液的渗漏。4）为防止杂物沉积在垂直油道所形成的“死区”内，正确的方法如图3.3所示。图3.3 加工集成块垂直管道示意图5）由于孔系的位置精度要求较高，因此，要选好基准，定位尺寸与公差要标注合理。一般阀体固定螺孔之间的孔间距公差等级应高于油口与基准之间尺寸公差等级。 6）集成块的6个面均为加工面，一般用3个侧面安装液压元件。安装液压元件的表面。其表面粗糙度的要求应高于其

45、它表面，同时集成块各侧面与基准面之间的垂直精度与平行度，也应有充分保证。 7）由于孔径孔深已在表中列出，为使图画尺寸的标注尽可能简洁，孔径孔深等尺寸不必在图中重复标注。 8）在零件图完成后，要特别注意验算各尺寸的标注是否准确，否则可能会出现孔位不正，使该相交的孔交不上，或不该相交的孔连通。做这一步工作的时候要特别细心，这是集成块设计成败的关键。 通过上述分析，可以将集成块设计问题的特点简单地归纳为：多个布局布孔集成方案的自动优化设计。这是本文后面努力实现的目标。 根据以上集成块设计要求，本次设计旁置式30L油源设计的集成块见图3.4。 图3.4 旁置式30L油源集成块第四章 旁置式油源的电气控

46、制 本次设计的旁置式30L油源油路系统中，由于内部的压力为中高压，所以必须选取较大容量的电动机（大于10KW），从而致使起动电流较大。为了保护电路中的元器件，不能采用全压起动，应采用减压起动。有时为了减小起动时对机械设备的冲击，即便是允许采用直接启动的电动机，也往往采用减压起动。减压起动时，先降低加在电动机定子绕组上的电压，待起动后再将电压升高到额定值，使之在正常电压下运行。由于电枢电流和电压成正比，所以将低电压可以减小起动电流，这样不致在电路中产生过大的电压降，减少对线路电压的影响。本次电气控制我们采用星三角减压起动。4.1 星三角减压起动控制介绍 正常运行时，定子绕组接成三角形运转的三相笼

47、型异步电动机，都可采用星三角减压起动。起动时，定子绕组衔接成星形，然后接入三相交流电源。由于每相绕组的电压下降到正常工作电压的1，故起动电流则下降到全压起动时的13，电动机起动旋转，当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改接成三角形，电动机进入正常运行状态。这种减压起动方法简单，经济，可用在操作较频繁的场合，但其启动转矩只有全压起动时的13，适用于空载或轻载。星三角起动电压有多种，本次设计的油源电动机小于13KW，故采用13KW以下的电动机电路图。4.2 用于13KW以下的油源电动机电路图4.1为用2个接触器和一个时间继电器实现星三角启动的控制电路。图中KM1为线路接触器，KM2为星三角变换接

48、触器，QF2为减压启动时间继电器。电路工作原理：合上电源开关后，按下启动开关QF3，KM1，QF2线圈同时通电吸合并自锁，KM1主触头闭合接入电源，其辅助常闭触头KM1断开，使KM2线圈2线圈处于断电状态，电动机接为星型，减压起动。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器QF2动作，其延时断开常闭触头断开，使KM1线圈断电释放，KM1主触头断开，切断电动机电源，辅助常闭触头KM1闭合。QF2上延时闭合的常开触头闭合，使KM2线圈通电并自锁，KM2的主触头将电动机定子接为三角形，常闭触头KM2断开，使QF2断电，由于QF2的延时断开的常闭触头闭合，使KM1线圈重新吸合，于是电动机在三角形联接下正常

49、运行。 图4.1 30L油源电器控制电路图 电动机主电路中采用KM2常闭辅助触头来短接电动机的三组绕组末端，因容量有限，故该电路仅适用于13KW以下的电动机的起动控制。第五章 液压可靠性和经济技术分析 5.1 可靠性分析 衡量产品的质量应该有两类指标：一类是反映产品性能指标，另一类是反映产品保持其性能指标能力的可靠性指标。产品的性能代表其使用价值，但是产品在使用过程中，并不是按照人们的预想实现其性能，则认为该产品工作可靠，否则，认为不可靠或不太可靠。不可靠的产品是没有使用价值的。可靠度其定义是：产品在规定的条件下和规定的时间完成规定功率的概率。这个定义中包含了对象、功能、使用条件、时间和概率值

50、等五方面的因素。可靠度为时间的函数用R(t)表示。其值在0和1之间。在分析系统的可靠性时，首先要透彻了解系统中每个单元的功能上的关系。在此基础上在将系统的工作原理图转变为可靠性图框。可靠性既然表示产品的质量，不能只有定性说明，还应该有定量指标。实践证明，产品的可靠性很难只有一个数量指标来表示。有时用产品完成规定的功能的概述来表示；有时用产品从开始使用到丧失功能的时间来表示。5.2 技术经济分析一个好的产品设计，不仅要安全可靠的实现设计任务的功能。而且还要考虑设计费用，制造费用以及使成本降低，评价产品的技术经济性应该从产品的技术性能，经济效益和社会影响等方面进行综合分析和比较。1） 技术评价技术

51、性能评价：是以所设计的方案能否实现所要求的功能及现实程度问中心，评价方案在技术上的先进性、可靠性、可行性、实用性。本设计是旁置式30L油源设计及控制，采用了带蓄力器的回油油路这样保证了总够压力能使油液的充分供給和工作稳定，并且采用了并不复杂的回路设计能使其功率发挥到最大。2） 经济评价经济性能评价是指设计过程中尽可能采用外购件和标准件以降低成本。在设计中我尽可能采用了标准的液压元件和在外能买到的一般标准件这样使本设计的成本降低很多。结论在本次设计中配流座的设计过程是相对复杂的过程，设计出一个好的配流座要从总体布局上和孔道布局的合理性和优化性等多方面考虑。在液压泵和液压阀的选择上应从实际情况来考

52、虑。在基本阀体的选择上要通过油液的流量计算来选择阀的通径。在总体实际的方面要把整个设计分成若干块，便于针对性设计。本设计的特点有：1. 实用性强：本设计的油源设计简单易懂，在选择元件上基本上都是选的标准件或外购件。在配流座的孔道设计上都是简单的设计，很容易组装。2. 可靠性高：液压系统采用当今液压技术设计的先进路线，结构上大量采用集成块式安装结构。具有结构紧凑，速度快且可靠的特点。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

53、和应用，努力加强设计的能力。此外，在旁置式30L油源设计及控制这各题目中，使我认识到了作为一个设计人员，应该抓住每一个条件。比如，在设计时，导师曾给过一个平衡台摆动角度。起初我没有太在意，直到在一次校正时，才发现自己出现了严重的错误。所以，在拿到了一课题后应该认真审题。其次，应该多和导师沟通。在我设计油箱的时候，我曾为一个液位计的选取伤透脑筋，是导师及时给我指出了正确的方向，此外，在于导师完成其他的项目时，也让我懂得了不少在实际中出现的问题，在导师的帮助下不但解决了问题，同时，也增加了经验，使自己的设计更加贴近实际。最后，在做设计时，不能把眼光局限在一点，应该勇于创新，找到更适合自己的方法。在

54、设计集成块时，导师曾指导我设计出了3种方案。经过演算，我设计的方案中，比传统的设计不但体积小，强度也提高了不少。 所以，要大胆创新。以上经验，就是我在设计旁置式30L油源设计及控制中总结的经验。作为一名设计人员，我应该吸取教训，总结经验，在今后能作出更加完善的设计。致谢通过近四个月的毕业设计，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

55、和相关产品信息。这一次设计是大学四年来最系统、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，幸好有褚剑锋老师的指导和帮助，才能够顺利的完成了设计。也要谢谢在大学四年传授我知识的所有的老师们。在本次设计中由于时间仓促加之本人的能力有限对本设计的一些缺点和不足还望老师和专家谅解。希望各位老师专家提出宝贵意见，以便在今后的工作和学习中加以改进，使整个设计方案更趋于合理和完善，深表谢意。 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，第1页 2 诸文俊主编，机械原理

56、与设计，北京:机械工业出版社,2000.12，第10页 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，第20页 4 丁德全主编，金属工艺学，北京:机械工业出版社,2000.5，第44页 5 雷天觉主编，新编液压工程手册，北京:理工大学出版社,1998，第69页 6 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，第77页 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，第66页 8 章宏甲，液压与气动传动，北京：机械工业出版社，2003，第89页 9 何存兴、张铁华，液压传动与气压传动， 第二版，华中科技大学出版社，

57、2003，第105页 12 吴宗泽，机械设计，第一版，高等教育出版社，2001，第98页 13 G.E.McCreey，Liquid flow and vapor formation phenomena a flat heat pipe，Heat Transfer Engineering，1994，第77页 14. Zong-Yi LE，Transient thermoelastic problem on the vapor flow of heat pipe.Applied Mathematics and Cpmputation，2004，第79页 15. Bernd Gromoll，Advanced Micro Air-Cooling Systems for High Density Packaging，Tenth IEEE THERM Symposium ，1994，第123页 16. H.Vollbrecht，Stress in cylindrical and spherical walls subjected to internal