液壓系統(tǒng)綜合實驗裝置設計-液壓試驗臺含開題及4張CAD圖,液壓,系統(tǒng),綜合,實驗,試驗,裝置,設計,試驗臺,開題,cad 摘 要 本次設計題目為液壓系統(tǒng)綜合實驗臺設計，液壓實驗臺的系統(tǒng)選定額定工作壓力為7MPa。 實驗臺采用了快換接頭式結構，這樣不僅使液壓實驗臺更容易的擴展，而且使系統(tǒng)的連接更加方便。能夠可自行設計，拆裝各類元件，組合實驗回路，能完成上百種液壓基本回路實驗。學生完全獨立自己動手進行實驗的設計、安裝、調試、排除故障，可得到工程實際的綜合訓練。提高學生的學習興趣、動手能力、獨立思考能力、創(chuàng)新能力和工程綜合能力。 另外對液壓實驗臺的外型、液壓缸等多方面進行設計，合理布局；對性能進行了系統(tǒng)的校核，證明實驗臺的安全性；對液壓系統(tǒng)是如何安裝、調試和使用進行了介紹；還對系統(tǒng)回路舉例，并進行了分析驗證。 關鍵詞：回路；拆裝實驗；調試；傳感器 Abstract The project of this design is the hydraulic experiment set, which working pressure is 7MPa. This hydraulic experiment set uses the fast-pipe connected, so it can not only make hydraulic experiment more easily to expand, but also make the system more convenient for connections. It can be to design freely and dismount and combine experimental system circuit with various components . It can complete more than 100 kinds of the hydraulic test. Students who make their own completely independent of the experimental design, installation, debugging, troubleshooting, can receive comprehensive practical training. It can enhance their interest in learning, agility, the ability to think independently, innovation and engineering ability. In addition, the contents of this design include hydraulic experiment set’s outlook, hydraulic cylinder and so on. This design has also carried on examination several of system performance of the hydraulic experiment set, and proved that it is safe and reliable. This article introduces simply the hydraulic system about how to install debug and use it. It not only takes system circuits for example, but also has analysed and identified the circuits. Key words: circuit; Knocked-down and assemble experiment; debug; sensor 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 第2章 液壓實驗裝置的系統(tǒng)性能及參數(shù) 3 2.1 實驗臺的設計目標 3 2.2 液壓實驗臺的功能結構比較 3 2.3 液壓實驗臺的系統(tǒng)設計及工作原理 3 2.4 實驗臺的主要參數(shù) 5 第3章 液壓缸的設計 6 3.1 液壓缸的基本參數(shù) 6 3.2 液壓缸的缸筒的設計 6 3.2.1 缸筒的材料的選擇 7 3.2.2 缸筒內徑的計算 7 3.2.3 缸筒壁厚的計算 8 3.2.4 缸筒底部厚度的計算 9 3.2.5 缸筒的設計要求 9 3.3 液壓缸的活塞的設計 10 3.4 液壓缸的活塞桿的設計 10 3.4.1 活塞桿的結構 10 3.4.2 活塞桿的材料和技術要求 11 3.4.3 活塞桿的計算 11 3.5 液壓缸的缸蓋 13 3.6 液壓缸的緩沖設計 13 3.7 液壓缸的排氣裝置 14 3.8 液壓缸的安裝方式 15 3.9 液壓缸的油口設計 15 第4章 液壓元件和液壓油的選擇 16 4.1 液壓泵的選擇 16 4.1.1 液壓泵的性能參數(shù) 16 4.1.2 選擇液壓泵的規(guī)格 18 4.1.3 原動機功率計算 20 4.2 電動機的選擇 20 4.3 液壓控制閥的選擇 21 4.3.1 壓力控制閥的選擇 22 4.3.2 換向閥的選擇 22 4.4 油管、管接頭的選擇 23 4.4.1 管道的設計 23 4.4.2 管接頭的選擇 24 4.5 確定油箱容量 25 4.5.1 油箱的作用及設計要點 25 4.5.2 油箱的材料選擇及結構設計 26 4.6 過濾器的選擇 28 4.7 冷卻器和加熱器的選擇 29 4.7.1 冷卻器的選擇 29 4.7.2 加熱器的選擇 29 4.8 蓄能器的選擇 30 4.9 液壓油的選擇 31 4.10 傳感器的選擇 31 4.10.1 速度傳感器 32 4.10.2 位移傳感器 32 4.10.3 壓力傳感器 33 4.11 聯(lián)軸器的選擇 33 第5章 液壓實驗臺的總體工藝設計 34 5.1 液壓實驗臺的結構組成 34 5.1.1 主體實驗臺 34 5.1.2 實驗電器控制器 36 5.1.3 元件柜 36 5.2 液壓實驗臺的框架結構 36 5.3 附加結構 37 第6章 液壓系統(tǒng)的性能驗算 38 6.1 液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 38 6.1.1 沿程壓力損失的計算 39 6.1.2 管道內的局部壓力損失 42 6.1.3 閥類元件的局部壓力損失 42 6.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和散熱計算 43 6.2.1 液壓系統(tǒng)進行發(fā)熱的計算 43 6.2.2 液壓系統(tǒng)的散熱計算 44 6.3 液壓系統(tǒng)的沖擊及沖擊計算 45 6.3.1 液壓沖擊的危害 45 6.3.2 液壓沖擊產生的原因 46 6.3.3 防止液壓沖擊的一般方法 47 6.3.4 液壓沖擊的計算 48 第7章 液壓系統(tǒng)的安裝、調試、維護和使用 49 7.1 液壓系統(tǒng)的安裝 49 7.1.1 液壓元件安裝前的準備工作 49 7.1.2 液壓元件的安裝 50 7.1.3 管路的安裝 53 7.1.4 管路的清洗 53 7.1.5 系統(tǒng)的清洗 54 7.2 液壓系統(tǒng)的調試 54 7.2.1 調試前的準備工作 54 7.2.2 調試和試運行 55 7.3 液壓系統(tǒng)的維護和使用 56 7.3.1 日常檢查 56 7.3.2 定期檢查 56 第8章 液壓實驗回路舉例 57 8.1 選取典型的液壓實驗 57 8.2 增壓回路 57 8.2.1 液壓原理圖 57 8.2.2 性能驗算 58 8.2.3 測量的數(shù)值 60 8.3 單向節(jié)流閥的旁油調速 60 8.3.1 實驗所需的閥塊 60 8.3.2 液壓原理圖 60 8.3.3 性能驗算 61 8.3.4 測量的數(shù)值 63 結論 64 致謝 66 參考文獻 67 Contents 摘 要 I Abstract II Introduction chapter 1 1 Chapter 2 hydraulic experiment device system performance and parameters 3 2.1 experimental design goal 3 2.2 Hydraulic experimental function structure comparison 3 2.3 hydraulic experimental system design and working principle 3 2.4 the main parameters of test bench 5 Chapter 3 hydraulic cylinder of design 6 3.1 hydraulic cylinder of basic parameters 6 3.2 hydraulic cylinder of cylinder design 6 3.2.1 cylinder of material selection 7 3.2.2 cylinder of the calculation of the inner diameter 7 3.2.3 inner cylinder of thick calculation 8 3.2.4 The cylinder at the bottom of the calculation of the thickness of 9 3.2.5 The cylinder design requirements 9 3.3 the hydraulic cylinder piston design 10 3.4 the hydraulic cylinder piston rod design 10 3.4.1 The piston rod of the structure 10 3.4.2 The piston rod of the material and technical requirements 11 3.4.3 The piston rod of the calculation 11 3.5 hydraulic cylinder of the cylinder head 13 3.6 hydraulic cylinder cushion design 13 3.7 hydraulic cylinder exhaust 14 3.8 hydraulic cylinder installation 15 3.9 hydraulic cylinder port design 15 Chapter 4, hydraulic components and hydraulic oil selection 16 4.1 choice of hydraulic pump 16 4.1.1 The pump performance parameters 16 4.1.2 Select the specifications of the hydraulic pump 18 4.1.3 The prime mover power calculation 20 4.2 motor choice 20 4.3 The hydraulic control valve selection 21 4.3.1 The pressure control valve selection 22 4.3.2 valve selection 22 4.4 tubing, pipe joints, the choice of 23 4.4.1 pipeline design 23 4.4.2 The choice of fittings 24 4.5 to determine the fuel tank capacity 25 4.5.1 The fuel tank of the role and design of points 25 4.5.2 The fuel tank material selection and structural design 26 4.6 the choice of filter 28 4.7 cooler and heater choice 29 4.7.1 cooler choice 29 4.7.2 heater choice 29 4.8 choice of accumulator 30 4.9 the choice of hydraulic oil 31 4.10 sensor selection 31 4.10.1 Speed Sensor 32 4.10.2 displacement sensor 32 4.10.3 pressure sensor 33 4.11 coupling selection 33 Chapter 5, the overall process design of the hydraulic bench 34 5.1Structure and composition of the hydraulic bench 34 5.1.1 Subject bench 34 5.1.2 Experimental electrical controller 36 5.1.3 component cabinet 36 5.2 Hydraulic bench frame structure 36 5.3 The additional structure 37 Chapter 6, the hydraulic performance of the system checking 38 6.1 hydraulic system pressure loss calculations 38 6.1.1 along the pressure loss calculation 39 6.1.2 local pressure loss in pipes 42 6.1.3 The valve components, local pressure loss 42 6.2 Hydraulic system heating and cooling calculation 43 6.2.1 The hydraulic system heat calculation 43 6.2.2 The hydraulic system's heat calculation 44 6.3 the impact of the hydraulic system and the impact of computing 45 6.3.1 hydraulic shock hazards 45 6.3.2 The hydraulic shock causes 46 6.3.3 a general method to prevent hydraulic shock 47 6.3.4 the calculation of hydraulic shock 48 Chapter 7 of the hydraulic system installation, commissioning, maintenance and use 49 7.1 the installation of the hydraulic system 49 7.1.1 The hydraulic components are installed preparatory work before 49 7.1.2 the installation of hydraulic components 50 7.1.3 The piping installation 53 7.1.4 The pipe cleaning 53 7.1.5 System of cleaning 54 7.2 Hydraulic system debugging 54 7.2.1 Debugging the preparatory work before 54 7.2.2 commissioning and trial run 55 7.3 Hydraulic system maintenance and use 56 7.3.1 The daily inspection 56 7.3.2 The periodic inspection 56 Chapter 8 hydraulic test loop example 57 8.1 select a typical hydraulic experiment 57 8.2 booster circuit 57 8.2.1 The hydraulic schematic 57 8.2.2 Performance checking 58 8.2.3 The measurement of values 60 8.3 one-way throttle valve next to the oil governor 60 8.3.1 Experimental required valve 60 8.3.2 The hydraulic schematic 60 8.3.3 Performance checking 61 8.3.4 The measurement of values 63 Conclusion 64 Acknowledgements 66 References 67 68 第1章 緒論 隨著液壓工業(yè)的發(fā)展，液壓技術在各種機械中發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。由于液壓系統(tǒng)的組成、功能日益復雜，因而發(fā)生故障的機率也隨之增多。液壓系統(tǒng)的故障具有隱蔽性、變換性和誘發(fā)因素的多元性，所以在故障診斷和排除時，不但需要有熟練的技術人員，同時還要有完善的檢測設備。檢測液壓元件性能參數(shù)的試驗設備多為性能單一的液壓試驗臺，而且一般為液壓件生產廠家和研究所專用。從使用方面來看，一旦液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，常常需檢測多種液壓元件的技術指標，才能找出故障部位和根源，達到及時修理的目的。為此我們設計了一種液壓綜合試驗臺，它可以分別測試液壓泵、液壓閥和液壓缸的性能參數(shù)，且價格低廉，制造容易。 液壓行業(yè)的科學研究和工業(yè)生產的速度發(fā)展對試驗提出了新的要求和先進的測試技術，以獲得較高的試驗精度并實現(xiàn)測量自動化。 試驗臺是檢驗產品的性能，驗證產品質量的關鍵設備，目前國內液壓行業(yè)生產廠均有相應產品的實驗臺，但是，試驗項目、精度大部分不能滿足試驗方法標準：GB/T1562-1995的要求，特別是一些動態(tài)的性能得不到檢驗。此外，人工操作效率低，勞動強度大，人為因素嚴重影響試驗結果。而且就是現(xiàn)有的設備只是單一的檢測項目，而不能在一臺設備上同時對多個液壓元件進行試驗。 為了適應我國液壓技術的飛速發(fā)展，全國各大高校都開設了液壓技術方面的課程，為了提高學生的實踐、動手能力，配置了相應的液壓實驗裝置，隨著液壓技術的發(fā)展，相應的實驗裝置也需要改進提高，基于此，進行本次液壓系統(tǒng)綜合實驗臺設計[2]。 以液壓技術發(fā)展趨勢為依據(jù)，結合當前教學實驗需要，要求實驗臺能基本上完成液壓傳動課程的各種實驗；具有機電一體化功能。獨立元件，即插即用，方便拆卸。學生可自行設計，組裝實驗回路，可擴展，完成上百種實驗。實驗回路能及時反映油路走向，組件功能，課堂理論與實際有機結合，培養(yǎng)學生對液壓課程的興趣，提高創(chuàng)新能力和工程實踐能力。 第2章 液壓實驗裝置的系統(tǒng)性能及參數(shù) 2.1 實驗臺的設計目標 本實驗臺是綜合性的教學實驗臺，考慮到能做多個實驗回路。在液壓實驗臺上，留出做相應實驗閥板的接口，用油管連接構成閉合的回路即可。因此初步擬訂本液壓實驗臺由：液壓泵站、主體實驗臺、實驗電氣控制器及計算機四部分組成[3].完成液壓教學課程中的各種實驗，采用實物組成，縮小教學與實際應用差距，選用適當工作壓力，可完成教學實驗及兼顧實用性。內容豐富，機電一體，一機多能，獨立元件，拆裝方便，學生可利用橡膠軟管自行設計組裝實驗回路。 2.2 液壓實驗臺的功能結構比較 傳統(tǒng)液壓實驗臺：內容固定，功能單一，一般為整機型，管路已經安排好，以演示為主，可選擇性差，學生動手少。 設計液壓實驗臺：采用先進液壓元件，模塊化設計，拆裝方便，可擴展。結構設計和實驗方法可自行設計組合。內容豐富多變。體積小，具有機電一體化功能，可完成上百種實驗，滿足教學實踐要求，培養(yǎng)動手動腦能力。 2.3 液壓實驗臺的系統(tǒng)設計及工作原理 主體實驗平臺提供了實驗過程中所需的進油接口和回(卸) 油接口及實驗電氣控制接口等[3]。實驗臺采用兩缸兩泵，必須有兩套獨立的液壓回路，兩泵從同一油箱吸油，為保證部分實驗要求，兩個液壓泵分別選用定量泵和限壓式變量泵。兩液壓泵的壓油口各設置一先導式溢流閥，控制系統(tǒng)壓力，保證安全，在油路的連接中，各用一個三位四通電磁換向閥，進行油路變換。 把基本油路分為四個部分： （1）供油部分：一個油箱，兩個過濾器，一個冷卻器，一個加熱器，一個定量泵，一個變量泵，兩個先導式溢流閥； （2）換向部分：兩個三位四通電磁換向閥； （3）執(zhí)行部分：兩個液壓缸，對頂安裝，支架上安裝位移傳感器，測試活塞桿運動情況； （4）測量部分：選用四塊壓力表，四個壓力表開關，一塊流量表，一根溫度計，測試實驗回路接點壓力大小，控制實驗回路穩(wěn)定。 實驗臺組裝回路及所需元件均為獨立元件，板式閥，可獨立安裝到一標準閥板上，閥板按元件外接相應數(shù)量的管接頭。 基本回路如下圖2-1所示： 圖2-1 基本油路 2.4 實驗臺的主要參數(shù) 本次設計的實驗臺主要應用于教學實驗，常選用6.3MPa就能滿足壓力需要。但是，為了盡量縮小教學與工程實驗的差距，初選系統(tǒng)的額定壓力為7MPa。 實驗臺外型尺寸：長×寬×高=2010×760×1900。 第3章 液壓缸的設計 液壓缸是液壓傳動中一類執(zhí)行元件，它是把液壓能轉換為機械能的能量轉換裝置。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是直線和力。對于不同的機種和機構，液壓缸具有不同的用途和工作要求[4]。由于液壓執(zhí)行元件與主機結構有著直接關系，因此所需要的液壓缸在結構上千變萬化。根據(jù)本實驗臺的各項參數(shù)和用途，本設計采用單桿活塞液壓缸，其特點是只在活塞的一端有活塞桿，缸的兩腔有效工作面積不相等。進、出油口根據(jù)安裝方式而定。它的安裝也有缸筒固定和活塞桿固定兩種。 液壓缸設計的原始資料有：負載、運動速度、行程、結構形式和安裝要求等。液壓缸的設計主要是計算它的尺寸，根據(jù)液壓缸的使用壓力和流量對液壓缸的零件進行強度計算，并驗證它的穩(wěn)定性。 由于本設計的液壓實驗臺的液壓缸為非標準件，根據(jù)本實驗臺的各項參數(shù)和用途，需要自行設計。 3.1 液壓缸的基本參數(shù) 根據(jù)實驗臺的設計要求，需要兩個同類型的液壓缸，一個作為液壓缸，另一個作為負載缸。其公稱壓力系列為P=7MPa，活塞行程L=250㎜，理論作用力是F=14kN。 3.2 液壓缸的缸筒的設計 液壓缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、活塞、活塞桿等零件構成密閉的容腔，容納油液，并將油液壓力轉化為活塞桿的動力，同時與端蓋一起，對活塞起導向的作用。 3.2.1 缸筒的材料的選擇 缸筒應具有如下幾個條件： （1）要有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)實驗壓力而不致產生永久變形。 （2）有足夠的剛度，能承受活塞側向力和安裝的反作用力而不致產生彎曲。 （3）內表面與活塞及導向環(huán)的摩擦力的作用下，能長期工作而磨損少，尺寸公差等級和形位公差等級足以保證活塞的密閉性。 （4）一般常用的材料有25號、35號、45號的無縫鋼管。查閱參考文獻[5]，綜合考慮選擇了45號鋼，b≥610MPa、s≥360MPa、s≥14%。 3.2.2 缸筒內徑的計算 當液壓缸的理論作用力及供油壓力為已知時，則無活塞桿側的缸筒內徑的公式為： （3-1） 式中 ——為液壓缸的理論推力 (N) ——供油壓力 （MPa） ——液壓缸內徑 (m) 由前邊已知：=14kN =7 MPa 由公式（3-1）得： 查閱參考文獻[4，20-290]表20-6-8，對缸筒的內徑進行圓整，取50㎜。缸筒外徑1=60㎜。 3.2.3 缸筒壁厚的計算 因為根據(jù)經驗=5㎜,有時,應用公式為: （3-2） 式中 ——缸筒內最高工作壓力（MPa） ——缸筒內徑（m） ——缸筒材料的許用應力，（MPa） ——安全系數(shù)，通常取n=5 ——缸筒材料的抗拉強度（MPa） 其中 由公式（3-2）計算得： 缸筒壁后的公式為： （3-3） 式中 ——為缸筒外徑公差余量 (m) ——為腐蝕余量 (m) 由公式（3-3）計算得： =1.35+C1+C2=5㎜ 參考同類型實驗臺，最終確定 = 5㎜ 較合理。 3.2.4 缸筒底部厚度的計算 當缸筒底部為平面時，其厚度可以按照四周嵌入的圓盤強度公式進行計算： （3-4） 式中 ——缸底厚 (m) ——計算厚度外直徑 (m) ——筒底的許用應力（MPa） ——筒內最大工作壓力（MPa） 其中數(shù)值： ＝30㎜ 由公式（3-4）得： 對進行圓整到標準植 =5㎜。所以缸筒底部的厚度大于5㎜即可滿足要求。 3.2.5 缸筒的設計要求 （1）缸筒內徑D采用H8級配合，表面粗糙度Ra取0.16，需進行研磨； （2）熱處理：調質、硬度達 HB≥285； （3）在通往油口的內孔口必須有倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件； （4）為防止腐蝕生銹和提高使用壽命，在缸筒內表面可以鍍鉻，厚度為＝0.03mm～0.05mm再進行研磨，在缸筒外表面涂防銹耐油油漆。 3.3 液壓缸的活塞的設計 通常，活塞按結構形式分為：整體式活塞和裝配式活塞。 整體式活塞在活塞圓周上開溝槽，安裝密封圈、結構簡單，一般在液壓缸行程比較短，活塞與活塞桿直徑相差不大時采用。常用材料為35號、45號鋼。 裝配式活塞則在多數(shù)情況下使用，結構多樣，根據(jù)密封結構確定密封形式。可以實現(xiàn)多次拆裝，密封圈與導向環(huán)聯(lián)合使用，大大降低了活塞加工的成本。活塞材料選用鑄鐵、耐磨鑄鐵或鋁合金。 實心活塞桿用35號或45號鋼，空心活塞桿用35號或45號無縫鋼管。調質（230HB～285HB）和淬火（45HRC～55HRC）處理。摩擦密封面要鍍鉻，厚度為＝0.03mm～0.05mm并拋光。 活塞與活塞桿的連接方式有螺紋連接，卡環(huán)連接和銷軸連接等形式。 綜合考慮本設計，活塞裝入后，很少會再動，所以采用裝配式活塞，與活塞桿連接采用螺母型，應用密封圈進行密封。活塞的材料選用HT300，活塞外徑的配合一般采用f9。 3.4 液壓缸的活塞桿的設計 3.4.1 活塞桿的結構 活塞桿的結構有實心桿和空心管兩種，一般情況下多用實心桿。只有在為了減輕液壓缸重量時采用空心桿。本實驗臺采用實心桿形式。 活塞桿的外端采用小螺栓頭，螺紋直徑與螺距為M22×1.5，螺紋長度L=30㎜。 3.4.2 活塞桿的材料和技術要求 活塞桿它承受拉力、壓力、彎曲力和振動沖擊等多種作用力，所以必須有足夠的強度和剛度來保證它的正常傳動能力。 活塞桿選用與缸體用同種材料45號鋼，這樣可以讓活塞桿與缸體具有相同熱膨脹系數(shù)?；钊麠U的處理應進行調質?；钊麠U在導向套中滑動，采用H8/f7配合即可，太緊，摩擦力增大；太松，容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損。活塞桿的外圓粗糙度Ra=0.03，太光滑，表面形成不了油膜，不利于潤滑。為了提高耐磨性質和防銹性，活桿表面需要進行鍍鉻處理,鍍鉻層厚度= 0.03㎜。并且進行拋光或磨削加工。 3.4.3 活塞桿的計算 1. 活塞桿直徑的計算 對于活塞式單邊雙作用液壓缸，其活塞桿直徑d可根據(jù)往復運動速比來確定公式如下： （3-5） 式中 ——表示速比； 按系統(tǒng)壓力值選取，當壓力小于10MPa時，取=1.33 ——缸筒內徑 (m) 由公式（3-5）得： 把進行圓整到標準值 =25㎜。 2. 活塞桿的強度驗算 活塞桿在穩(wěn)定的工況下，只受軸向的推力或拉力時，可以近似地按下式進行計算： （3-6） 式中 已知 =122（MPa） 由公式（3-6）得： MPa <所以，活塞桿滿足強度要求。 3. 活塞桿的彎曲穩(wěn)定性驗算 查參考文獻[4，20-298]，由于受力完全在軸線上，應滿足下式要求： （3-7） （3-8） （3-9） （3-10） 式中 ——活塞桿彎曲臨界壓縮力 (N) ——安全系數(shù)，本式中 =5 ——實際彈性模數(shù)（MPa） ——活塞桿橫截面慣性矩 (m4) ——液壓缸安裝及導向系數(shù)，查閱考文獻[4，20-299]表20-6-17可知，取k=1 ——材料組織缺陷系數(shù)，鋼材a≈1/12 ——活塞桿截面不均勻系數(shù)， b≈1/13 ——材料的彈性模數(shù)，鋼材 E=2.10×105（MPa） 其中 =14KN =690㎜ 由公式(3-8)得: 由公式(3-7)得: 故活塞桿滿足彎曲的穩(wěn)定性。 3.5 液壓缸的缸蓋 液壓缸蓋的材料有35、45鋼鍛件、ZG35、ZG25的鑄件或HT300、HT350的灰口鑄鐵。此時最好選用鑄鐵，并且在其工作面溶堆黃銅、青銅或耐磨材料。根據(jù)本實驗臺的工作特點，最終缸蓋選用ZG270-500[6]。 3.6 液壓缸的緩沖設計 液壓缸的工作原理是使缸筒底壓腔內油壓（全部或部分）通過節(jié)流將動能轉化為熱能，產生的熱量則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外。如圖（3-1）所示，質量為m的活塞和活塞桿以速度v運動，當緩沖柱塞1進入緩沖腔2時，就在被遮斷的郵箱2內產生壓力，液壓缸的運動部分的動能被腔2內的液體吸收，從而達到緩沖的目的。 圖3-1 緩沖裝置的工作原理 緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時缸底或端部的沖擊，在它們的行程終端實現(xiàn)速度的遞減直至為零。由于本實驗系統(tǒng)的液壓沖擊不會很大，所以液壓缸就不設計緩沖裝置。 當活塞運動的速度很高（V>12m/min）或運動部件質量很大時，為防止行程終了時，活塞撞擊缸體，必須設置。 本液壓實驗系統(tǒng)的液壓沖擊比較小，所以液壓缸可以不設計緩沖裝置[7]。 3.7 液壓缸的排氣裝置 液壓系統(tǒng)在安裝過程中或停止工作一段時間后有空氣混入系統(tǒng)，會產生氣穴現(xiàn)象，使液壓缸爬行或振動。為此，液壓缸必須設計排氣裝置以排除系統(tǒng)中的空氣。 排氣裝置應位于液壓缸蓋的最高處，工作前將排氣裝置打開，將空氣排盡，有油液流出再閉死，以保證系統(tǒng)正常工作。 3.8 液壓缸的安裝方式 液壓缸與機體的安裝方式有很多種，而本實驗臺的缸體與機體無相對運動，故可采用法蘭式固定安裝方式。 3.9 液壓缸的油口設計 油口包括油口孔和油口連接螺紋。液壓缸的進出油口可布置在端蓋或缸筒上。 查閱文獻得：缸內徑D=50mm時，進出油口的連接螺紋為EC M5×1.5。 設計的結構如圖3-1所示： 圖3-2 液壓缸結構 第4章 液壓元件和液壓油的選擇 4.1 液壓泵的選擇 液壓泵是依靠密封工件容積變化實現(xiàn)吸壓油液作用，從而將輸入機械能轉換成液壓能的裝置。提供輸入機械能的原動機通常為電動機或柴油機。由液壓泵概念可知，它是能量轉換裝置，其作用是將機械能轉換為液壓能，由液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件提供動力，是液壓系統(tǒng)的核心元件和重要組成部分之一。 4.1.1 液壓泵的性能參數(shù) 液壓泵的性能參數(shù)主要是指液壓泵壓力、流量和排量、功率和效率等。 1. 液壓泵壓力 液壓泵的壓力參數(shù)主要是工作壓力和額定壓力。額定壓力是保證液壓泵在正常工作條件下，按實驗標準規(guī)定連續(xù)運轉的最高壓力。 液壓泵的最大工作壓力可按下式確定： （4-1） 式中 ——液壓泵的額定壓力/最大工作壓力（MPa） ——有效的最大工作壓力（MPa） ——系統(tǒng)總的壓力損失（MPa） 本液壓實驗臺為可拆裝式，故壓力值可根據(jù)具體的實驗而定，但是根據(jù)參考同類型的液壓實驗臺[8]的數(shù)據(jù)可得出P=6.3Mpa。此壓力即可滿足現(xiàn)有所有的實驗壓力的需要。而可取經驗數(shù)值，本設計為一端節(jié)流調速回路且管路簡單的系統(tǒng)，取=0.5MPa即可滿足現(xiàn)有的所有的實驗的壓力的要求。 由公式（4-1）得： 對進行圓整取值，取=7MPa，即為液壓泵的最大工作壓力值。 2. 液壓泵的流量 液壓泵的流量分理論流量、實際流量和額定流量。三者的關系是：。 液壓泵的流量的計算可按下式計算： （4-2） 式中 ——液壓泵的流量 (m3/s) ——液壓缸的最大流量 (m3/s) ——系統(tǒng)泄漏折算系數(shù) 上式值取值范圍在1.1~1.3之間，為了確保系統(tǒng)的安全性，取=1.3。參考同類型實驗臺，取=1.5×10-4m3/s即可。滿足實驗要求。 由公式（4-2）得： 圓整流量大小為：Q=2.0×10-4 m3/s 3. 液壓泵的排量 液壓泵的排量是泵軸每轉一周，由其密封容腔幾何尺寸變化計算而得到的排出液體的體積。 由下式計算液壓泵的排量： （4-3） 式中 ——液壓泵的流量 (m3/s) ——葉片泵的轉速，額定轉速定在=1500（r/min） 由公式（4-3）得： 4.1.2 選擇液壓泵的規(guī)格 本實驗臺所用的液壓泵選用葉片泵。葉片泵具有結構緊湊，流量均勻，噪音小，運轉平穩(wěn)壽命長等優(yōu)點。因而廣泛的應用于中壓、低壓液壓系統(tǒng)中。 表4-1 各類液壓泵的的性能和應用 類型 性能 參數(shù) 齒輪泵 葉片泵 柱塞泵 內嚙合 外 嚙 合 單 作 用 雙 作 用 軸向 徑向 漸 開 線 擺 線 式 斜 盤 式 斜 軸 式 軸 配 式 閥 配 式 壓力MPa 低壓型 中高壓型 2.5 ≤30 1.6 16 2.5 ≤30 ≤6.3 6.3 ≤32 ≤40 ≤40 35 ≤70 排量范圍mL/r 0.3～ 300 2.5～ 150 0.3～ 650 1～ 320 0.5～ 480 0.2～ 560 0.2～ 3600 160～ 2500 <4200 轉速范圍r/min 300～ 4000 1000～ 4500 3000～ 7000 500～ 2000 500～ 4000 600～ 6000 700～ 4000 ≤1800 ～ 容積效率 % ≤96 80～90 70～95 58～92 80～94 80～94 80～90 90～95 ～ 總效率 % ≤96 65～80 63～87 54～81 65～82 81～88 81～83～86 流量脈動 小 小 小 小 中等 中等 ～ 功率質量 比kW/kg 大 中 中 小 中 大 中～大 小 大 噪 音 小 大 較大 小 大 對油液污 染敏感性 不敏感 敏感 敏感 流量調節(jié) 不能 能 能 自吸能力 好 中 差 價 格 較低 低 很低 中 很低 高 應用范圍 機床、農業(yè)、工程機械、 航空、船舶、一般機械 機床、注塑、液壓、飛機等 工程、運輸機械、飛機船舶、 機床和液壓 通過表4-1的比較可知： 葉片泵按結構來分有單作用式和雙作用式兩大類[9]。單作用式葉片泵主要用做變量泵，雙作用式葉片泵用做定量泵。雙作用式葉片泵徑向力平衡，流量均勻，壽命長。與齒輪泵比較易于實現(xiàn)變量；與柱塞泵比較有較好的自吸能力。缺點是對油液污染太敏感，轉速不能太高。 本實驗臺根據(jù)排量選擇兩個葉片泵，一個定量泵和一個變量泵。液壓泵的型號為如表 4-2： 表4-2 液壓泵的型號 型號 理論排量 額定壓力 總效率 驅動功率 （ml/r） （MPa） （kW） 定量葉片泵 YB-A9B 9.1 7 0.85 1.3 變量葉片泵 YBX-A16N 16 7 0.85 3.5 4.1.3 原動機功率計算 原動機選用電動機，在液壓泵的壓力和流量穩(wěn)定不變的系統(tǒng)中，原動機的功率可按下式[4]計算： （4-4） 式中 ——液壓泵的最大工作壓力（MPa） ——液壓泵的額定流量 (m3/s) ——液壓泵的效率 其中：=0.85 由公式（4-4）得： 4.2 電動機的選擇 選擇電動機是根據(jù)電源的種類（交流和直流）、工作條件（環(huán)境、溫度、空間、位置、載荷大小、性質變化、過載情況等）、啟動性能和啟動、制動、正反轉的頻率程度等條件來選擇。因為生產單位一般多采用三相交流電源，因此無特殊要求時均應選用三相交流電動機。 本設計采用Y系列的三相籠式異步電動機。因其具有效率高、耗電少、性能好、噪音低、震動小、體積小、重量輕、運行可靠、維修方便等優(yōu)點。選用兩個電動機分別為定量泵和變量泵提供動力。查閱文獻,得到電動機如表 4-3[10]： 表4-3 Y系列電動機 型號 功率（kW） 轉速（r/min） 最大轉矩 定量泵的電機 Y90L-4 1.5 1400 2.2 變量泵的電機 Y112-4 4 1440 2.2 4.3 液壓控制閥的選擇 液壓閥的選擇依據(jù)為系統(tǒng)的最高壓力及流量，通過該閥的最大流量及安裝方式，應盡量采用標準液壓元件，只有在不得已的情況下采用自行設計的非標準液壓元件。 每個閥的額定壓力應與液壓泵輸出壓力匹配。如果閥的額定壓力選擇過低，則閥泄漏嚴重；如果選擇過高，往往提高成本。所以閥的額定流量應與所要通過的流量相匹配。選擇溢流閥時應按液壓泵的最大流量進行選取。節(jié)流閥和調速閥的公稱流量應大于管路中的最大流量；最小穩(wěn)定流量要低于管路中最小穩(wěn)定流量要求；其他閥的額定流量要大于管路中的實際流量。必要時允許通過該閥的流量要大于額定流量，一般以不超過20%為準。 對閥的基本性能要求： （1）動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊小，震動小，噪音小，具有一定的壽命； （2）油液通過該閥時所產生的壓力損失盡量小； （3）具有良好的密封性能，內外漏??； （4）結構簡單、緊湊，安裝、調整、維護方便。 本次設計的液壓實驗臺，相應的每一個實驗對應著相應的液壓控制閥，現(xiàn)只對基礎的液壓回路進行分析，選擇液壓控制閥。 4.3.1 壓力控制閥的選擇 在液壓傳動系統(tǒng)中選擇合適的液壓閥，是使系統(tǒng)設計合理，性能優(yōu)良，安裝維修方便，并保證該系統(tǒng)正常工作的重要條件?？刂朴鸵簤毫Ω叩偷囊簤洪y稱之為壓力控制閥，簡稱壓力閥。控制閥是利用作用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的原理工作。 本液壓實驗臺的最高工作壓力Pmax=7MPa。查閱表得到設計中用到的系統(tǒng)壓力控制閥中的溢流閥[11]，型號為：BG-03-B（兩個）。 4.3.2 換向閥的選擇 方向控制閥是用以控制和改變液壓系統(tǒng)中各油路之間的液流方向閥，方向控制可以分為單向閥和換向閥兩大類。換向閥利用閥芯相對于閥體的相對運動，使油路接通、關斷，或變換油流的方向，從而使液壓執(zhí)行元件啟動、停止或變換運動方向。對換向閥的主要要求 換向閥應滿足以下三點：1油液流經換向閥時的壓力損失要小2互不相通的油口間的泄露要小3換向要平穩(wěn)、迅速且可靠。 換向閥的作用是利用閥芯和閥體的相對位移關閉或接通油路，從而改變液流方向，使執(zhí)行元件啟動、停止或改變運動方向。根據(jù)具體操作方式不同，可分為：手動換向閥、機動換向閥、電磁換向閥、液動換向閥、電液動換向閥等。結合本液壓實驗臺應具有的特點，采用電磁換向閥。電磁換向閥應用廣泛，它是依靠電磁鐵的吸合來推動閥芯移動，從而達到轉換工位位置之間的目的。特點是換向靈敏、迅速、操作方便、便于自動控制和遠距離控制，沖擊力小，壽命長。 本實驗臺的液壓系統(tǒng)中換向閥，選擇三位四通電磁換向閥即可，選用中位機能為O型，特點是處于中間位置時油口全關閉、液壓缸鎖緊、系統(tǒng)不卸荷，啟動時較平穩(wěn)、換向精度較高，但換向時有一定的慣性沖擊。 查閱文獻得：選擇換向閥的型號為34DF30-E6B-D（兩個），其額定壓力為16MPa，通過的流量為25L/min，交流電壓220V。 4.4 油管、管接頭的選擇 液壓系統(tǒng)中的管件包括管路、管接頭、連接法蘭、螺塞和管夾等，是連接各類液壓元件，輸送壓力油的裝置。管件應具有足夠的耐壓能力（強度）、無泄露、壓力損失小、拆裝方便。液壓系統(tǒng)中的油管和管接頭的作用是將液壓元件連接起來，以保證工作介質的循環(huán)流動并進行能量轉換和傳遞，因此要求油管在油液傳輸過程中壓力損失小，無泄漏，有足夠的強度及裝配維修方便等。 為保證油管的壓力損失較小，油管的材料、直徑、長度、走向和布局都應設計得合理，油管和管接頭必須有足夠多的通流面積，使得油液在管內的流動速度不致過大，要求油管長度盡可能短，管壁光滑，盡可能避免通流面積個突變和液流方向的急劇變化，液流方向管接頭的結構形式應選擇適當，否則不僅會增大壓力損失、降低液壓系統(tǒng)效率、產生振動和噪音，而且往往會發(fā)生漏油和開裂，影響液壓系統(tǒng)的正常工作。 4.4.1 管道的設計 （1）管道的尺寸確定 根據(jù)軟管內徑與流量，流速的關系按下式計算： （4-5） 式中 A——軟管的通流截面積 (m2) ——管內流量 (m3/s) ——管內流速 (m/s) 通常軟管的允許流速≤6m/s，本設計取=9.1×10-3×1400 =5m/s。 由公式（4-5）得： 因為，則有： （2）管路設計的要求 管接頭與膠管聯(lián)接處有一段直的部分，長度大于外徑的兩倍；膠管的管接頭軸線盡量放置在運動平面內，避免兩端互相運動膠管扭結。為便于安裝可選有色紋的膠管，便于檢查；膠管避免與實驗臺上的尖角接觸或摩擦，防止管子損壞。 根據(jù)（GB/T 3683—1992）選擇公稱為8㎜的鋼絲增強液壓橡膠管，型號為1T型。成品軟管外徑最大值14.1㎜，外膠層厚度0.76㎜，工作壓力17.5MPa。 4.4.2 管接頭的選擇 本實驗臺為拆裝式連接，所以采用快換接頭，兩端為開閉式。因其具有在管子拆開后，可自行密封，管道內液體不會流失，適合于經常拆卸的場合。管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆裝連接件，它應滿足拆裝方便，連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、壓力損失小及工藝性能好等要求。 根據(jù)（JB/ZQ 4078—1997）選擇公稱通徑DN為8㎜的A型快換接頭[12]。公稱壓力31.5MPa，公稱流量25L/min。 4.5 確定油箱容量 4.5.1 油箱的作用及設計要點 油箱在實驗臺中的作用是儲油、散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質等。合理的確定油箱容量是保證液壓系統(tǒng)正常工作的重要條件。按液壓泵流量和系統(tǒng)壓力確定郵箱容量。所以油箱的應該滿足以下要求： （1）具有足夠的容量，以滿足液壓系統(tǒng)對油量的要求，同時，當液壓系統(tǒng)工作時，油液面應保持一定的高度。當系統(tǒng)停止工作或檢修時，應容納下返回的油液； （2）能分離出油液中的空氣和雜質，使得油液中的雜質保持在系統(tǒng)允許值以下，并能散發(fā)出液壓系統(tǒng)工作中產生的熱量，使油液溫度不超過容許值； （3）油箱上部應適當透氣，以保證液壓泵能正常的吸油。同時，油箱的主要排油口與回油口之間的距離應該盡可能遠一些，管口插入最低油面之下，以免發(fā)生吸空氣和回油沖濺產生氣泡。管口制成45°的斜角，以增大吸油和出油的截面，使油液流動時速度不致過大，管口面向油箱壁； （4）便于油箱中的元件和附件的安裝、更換。如液壓泵和電動機安裝在油箱蓋板上時，必須設置安裝板，螺栓固定；設置隔板，使液流循環(huán)等； （5）便于裝油和排油。放油口要設置在油箱底部的最低位置，換油時能使油液和污物順利流出。 油箱的散熱是決定油箱容量、結構的主要因素。 油箱中的熱量經過油與油、油與金屬、金屬與空氣的接觸而傳導到低溫的大氣中去。在散熱過程中，油與油之間的導熱性最差，是散熱的主要矛盾，單純的依靠增大油箱容積提高散熱效果是不顯著的。為了散熱，應使油箱中的油液不斷的流動，使熱油盡可能與油箱壁充分接觸。 確定油箱容量的經驗公式為： （4-6） 式中 ——額定泵的額定流量=23L/min ——經驗系數(shù) 液壓實驗臺一般取α=3即可。 由公式（4-6）得： L 本設計有2個獨立的回路，根據(jù)實際需要選取125L的油箱即可滿足要求。 4.5.2 油箱的材料選擇及結構設計 油箱的結構比較大，形狀簡單，可采用焊接工藝焊制，選用材料為Q235鋼板。壁厚5mm即可滿足要求，而油箱采用上置式結構，頂板厚度應為側板厚度的4