波浪能畢業(yè)論文

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3000W液壓式波浪能轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 郭 悅 燕 山 大 學(xué) 2011年 6月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3000W液壓式波浪能轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）：機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)電控制工程 學(xué)生 姓名：郭悅

2、 學(xué) 號(hào)：070101010228 指導(dǎo) 教師：姚靜 答辯 日期：2011年6月 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)院： 機(jī)械工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：機(jī)電系 學(xué) 號(hào) 070101010228 學(xué)生 姓名 郭悅 專 業(yè) 班 級(jí) 07級(jí)機(jī)

3、電控制2班 題 目 題目名稱 3000W液壓式波浪能轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目性質(zhì) 工程設(shè)計(jì) 題目類型 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目來源 科研課題 主 要 內(nèi) 容 1、 系統(tǒng)構(gòu)成方案； 2、 元件選擇； 3、 參數(shù)設(shè)計(jì)； 4、 結(jié)構(gòu)原理示意如圖、液壓系統(tǒng)原理圖、零件圖、裝配圖； 5、 液壓式波浪能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建及試驗(yàn)研究。 基 本 要 求 1、 說明書不少于2萬字，嚴(yán)格按規(guī)范要求撰寫； 2、 圖紙量不少于4A0，其中必須有CAD圖； 3、 外文資料翻譯不少于5000漢字； 4、 上機(jī)繪圖。 參 考 資 料 1、 產(chǎn)品工作原理簡(jiǎn)單說明書記設(shè)計(jì)要求

4、； 2、 有關(guān)資料和書籍； 3、 液壓元件產(chǎn)品樣本； 4、 設(shè)計(jì)手冊(cè)。 周 次 第 1-4 周 第 5-8 周 第 9-12 周 第13-16 周 第17-18 周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 1、 資料翻譯 2、 方案 3、 開題報(bào)告 4、 計(jì)算 1、 元件選擇 2、 裝配圖 1、 裝配圖 2、 零件圖 1、 零件圖 2、 上機(jī)繪圖 1、 修改設(shè)計(jì) 2、 撰寫論文 3、 答辯 指導(dǎo)教師：姚靜 職稱： 講師 2011年 3月10 日 系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日

5、摘要 摘要 從上世紀(jì)70年代的石油危機(jī)開始，各國(guó)開始把注意力轉(zhuǎn)移到本地資源和尋找最適宜的廉價(jià)能源上。利用海洋波浪能為人類提供電力是當(dāng)前可再生資源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。現(xiàn)階段主要存在的裝置包括，振蕩水柱式裝置、擺式裝置、振蕩浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置和收縮波道式波能轉(zhuǎn)換裝置，這其中液壓系統(tǒng)應(yīng)用十分的廣泛。 為了克服現(xiàn)有波浪裝置技術(shù)的不足，本課題的目的在于提供可工作時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)電質(zhì)量好的一種基于液壓傳動(dòng)的雙行程做功的波浪能吸收裝置。系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于利用蓄能器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓以及吸收脈動(dòng)的效果，補(bǔ)油泵系統(tǒng)防止了系統(tǒng)元件的吸空，回油管路的背壓閥旨在使馬達(dá)穩(wěn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。 本次課題中采用CAD繪制

6、原理圖，后用Solidworks完成閥塊設(shè)計(jì)、泵站裝配工作。 關(guān)鍵詞　波浪能；發(fā)電；雙行程；馬達(dá)穩(wěn)速； I 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract Since the Oil Crisis 70s last century, various countries start to focus on native resource and searching the most proper and cheap energy. It’s one of hot research in the re

7、newable resource field nowadays that using wave energy to generate electricity for human. Main existing devices including at the present, Oscillation water column type device, pendulum device, oscillation float type wave energy transform device, contraction wave channel type wave energy transform de

8、vice. Hydraulic system has a wide application among them. In order to overcome the shortages of existing devices, The purpose of this topic is providing a double stroke wave energy absorption equipment based on hydraulic transmission which can operate longer, run stably, have great transform effic

9、iency, generate high quality electricity. The systems major innovations are reflected in, using an accumulator to stable voltage and absorb pulsation, using a slippagepump to prevent suction phenomenon, using back pressure valve in the return line to guarantee the motor steady speed. The topic fi

10、nished principle chart drawing though AutoCAD, then designed three-dimensional pumping station and valve block utilizing Solidworks eventually. Keywords　 wave energy; power generation; double block; motor steady speed I 目 錄 摘要 I Abs

11、tract II 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 波浪能應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) 3 1.4本課題的研究?jī)?nèi)容及意義 4 本章小結(jié) 6 第2章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 7 2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 7 2.2 液壓系統(tǒng)的組成及工作原理 8 2.2.1 液壓系統(tǒng)的組成 8 2.2.2 液壓系統(tǒng)的工作原理 11 本章小結(jié) 12 第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及元件選擇 13 3.1 給定參數(shù)的推算 13 3.1.1 液壓系統(tǒng)的給定參數(shù) 13 3.1.2 系統(tǒng)的壓力及流量計(jì)算 13 3.1.3 管徑的計(jì)算 14 3.2 能量轉(zhuǎn)化部分的元件

12、選擇 15 3.2.1 泵和電機(jī)的計(jì)算 15 3.2.2 液壓缸的計(jì)算 17 3.2.3 蓄能器的計(jì)算 17 3.2.4 閥的選型步驟 18 3.3 模擬動(dòng)力部分的選擇計(jì)算 19 3.3.1 泵和電機(jī)的計(jì)算 19 3.3.2 液壓缸的選擇 20 3.3.3 閥的選型步驟 20 3.4 輔助元件的選擇計(jì)算 21 3.5 油箱的設(shè)計(jì) 22 3.5.1 油箱的作用和分類 22 3.5.2 設(shè)計(jì)油箱的注意事項(xiàng) 22 3.5.3系統(tǒng)油箱容積的估算 23 本章小結(jié) 23 第4章 閥塊的設(shè)計(jì)繪制 25 4.1 概述 25 4.2 閥塊設(shè)計(jì)原則 25 4.3 集成回路的選擇

13、 27 4.4 閥塊設(shè)計(jì) 28 4.4.1 選擇材料 28 4.4.2 確定鉆孔的孔徑 29 4.4.3 閥塊的加工 29 4.4.4 閥塊的裝配及調(diào)整 29 本章小結(jié) 32 第5章 液壓泵站設(shè)計(jì) 33 5.1 泵站的基本設(shè)計(jì)要點(diǎn) 33 5.2 泵站的管路布局要求 33 5.3 泵站的具體設(shè)計(jì) 34 本章小結(jié) 35 第6章 液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試及維護(hù) 37 6.1 液壓元件的安裝 37 6.1.1液壓元件的安裝 37 6.1.2試壓 39 6.1.3調(diào)整與試運(yùn)轉(zhuǎn) 39 6.2 液壓系統(tǒng)的使用與維護(hù) 41 6.2.1日常檢查項(xiàng)目和內(nèi)容 41 6.2.2日常檢查

14、項(xiàng)目和內(nèi)容 41 本章小結(jié) 42 結(jié)論 43 參考文獻(xiàn) 45 致謝 47 附錄1 開題報(bào)告 49 附錄2 文獻(xiàn)綜述 55 附錄3 外文翻譯 63 V 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 課題背景 從石油危機(jī)開始，各國(guó)開始把注意力轉(zhuǎn)移到本地資源和尋找最適宜的廉價(jià)能源上，21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，人類向大海索取能源成為必然趨勢(shì)，沿海地區(qū)把希望寄在洶涌澎湃的巨浪上——利用波浪能發(fā)電。波浪能在海洋中無處不在，無處不有，而且受時(shí)間限制相對(duì)較小，在很大程度上克服了潮汐能的這些缺點(diǎn)，同時(shí)波浪能的能流密度最大，可通過

15、較小的裝置提供可觀的廉價(jià)能量，又可以為邊遠(yuǎn)海域的國(guó)防、海洋開發(fā)等活動(dòng)提供能量，因此，世界各海洋大國(guó)均十分重視波浪能的開發(fā)和利用的研究。波浪能的開發(fā)和利用是一個(gè)涵蓋多個(gè)學(xué)科的綜合性問題，涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，空氣動(dòng)力學(xué)，流體力學(xué)，物理學(xué)，數(shù)學(xué)模型，計(jì)算機(jī)模擬，海洋科學(xué)等各領(lǐng)域[1]。 波浪能實(shí)質(zhì)上是吸收了風(fēng)能而形成的，能量傳遞速率與風(fēng)速和風(fēng)與水相互作用的距離直接相關(guān)，由于受各種氣候條件的影響，加上風(fēng)能本身具有很大的不確定性，因此波浪能是不穩(wěn)定的一種能源。波浪能以海洋表面波浪所蘊(yùn)含的動(dòng)能與勢(shì)能形式存在，水相對(duì)于海平面發(fā)生位移時(shí)，使波浪具有勢(shì)能，而水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，則使波浪具有動(dòng)能[2]。 1.2

16、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 在國(guó)外，1799年，法國(guó)的吉拉德父子，獲得了利用波浪能的首項(xiàng)專利。英國(guó)具有世界上最好的波浪能資源。從20世紀(jì)70年代開始，英國(guó)將波浪發(fā)電研究放在新能源開發(fā)的重要位置。20世紀(jì)80年代，英國(guó)已成為世界波浪能研究的中心。日本平均波能約為13 kW/km（近海）和6 kW/km（沿岸），沿海的波浪可利用能量估算約20 GW，可滿足國(guó)內(nèi)能源總需求量的1/3。挪威的波浪發(fā)電研究起始于20世紀(jì)70年代，雖然起步晚但是發(fā)展十分迅速。挪威主要對(duì)波浪發(fā)電裝置的理論設(shè)計(jì)做出了較大貢獻(xiàn)，提出了相位控制原理和喇叭口收縮波道式波能裝置等。葡萄牙的海浪發(fā)電研究起步較晚，技術(shù)以引進(jìn)為主。但葡萄牙有著發(fā)展

17、波浪發(fā)電得天獨(dú)厚的自然條件優(yōu)勢(shì)，政府和科研機(jī)構(gòu)對(duì)海浪能資源也越來越重視。此外，葡萄牙還于2008年引進(jìn)英國(guó)的海蛇發(fā)電機(jī)組，在此海洋實(shí)驗(yàn)區(qū)建立了世界上第一個(gè)商業(yè)規(guī)模的波浪發(fā)電站[3]。 圖1-1 英國(guó)海蛇發(fā)電裝置 圖1-2 海洋浮體發(fā)電裝置 我國(guó)擁有著473萬千米 的海洋、1．89萬千米綿延的海岸線，可以說有著富饒的海洋能資源。據(jù)現(xiàn)有觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，全國(guó)沿岸波浪能資源平均理論功率大約為1000余萬千瓦。波力發(fā)電技術(shù)始于20世紀(jì)70年代。1989年，我國(guó)第一座實(shí)驗(yàn)波力電站建

18、成。首座波力獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)汕尾100kW岸式波力電站于1996年12月開工，2001年2月完成進(jìn)入試發(fā)電和實(shí)海況試驗(yàn)階段，2005年1 圖1-3 廣東汕尾岸式波浪能發(fā)電站 月，第一次實(shí)海況試驗(yàn)成功。中科院廣州能源所海洋能實(shí)驗(yàn)室和氣體水合物實(shí)驗(yàn)室協(xié)同攻關(guān)，提出并解決了海洋波浪能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。利用這一技術(shù)，可以將隨機(jī)輸入的勢(shì)能轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的、可任意調(diào)控的水的動(dòng)能。目前已通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該系統(tǒng)的可行性 。我國(guó)計(jì)劃至2020年，在山東、海南、廣東各建1座l000kW級(jí)的岸式波力電站[3]。 1.3 波浪能應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) 目前，國(guó)內(nèi)外一些科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)

19、將波浪發(fā)電設(shè)備的研制制定在遠(yuǎn)海區(qū)域環(huán)境條件下使用的基礎(chǔ)上了，以后的商業(yè)化海洋波浪發(fā)電會(huì)基于這些發(fā)電裝置。遠(yuǎn)海區(qū)域比起近海岸基區(qū)域蘊(yùn)藏著更多更豐富的波浪能資源，需要的設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單。遠(yuǎn)海區(qū)域的波浪發(fā)電裝置的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。首先，遠(yuǎn)海區(qū)域的發(fā)電裝置相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低，可選取的區(qū)域廣，適合建大規(guī)模波浪發(fā)電場(chǎng)。例如，如果要建一個(gè)50MW的波浪發(fā)電場(chǎng)，岸基發(fā)電場(chǎng)選址就很困難，而且成本很高，但是，如果是在遠(yuǎn)海區(qū)域，則只需將發(fā)電裝置放在海上，而且可選取的區(qū)域也很廣。其次，遠(yuǎn)海區(qū)域的發(fā)電裝置單位發(fā)電效率較高，而且這些發(fā)電裝置的裝機(jī)容量一般也比岸基裝置高很多，這一優(yōu)點(diǎn)使其更適用于遠(yuǎn)距離輸電以及一些島嶼的用電。

20、由于上述優(yōu)點(diǎn)，所以在2004至2008年問新的波浪發(fā)電開發(fā)當(dāng)中，岸基發(fā)電裝置的裝機(jī)容量只占其中的8％，而遠(yuǎn)海區(qū)域的波浪發(fā)電裝置的占58％[2]。 波浪能的開發(fā)利用將具有很廣泛的應(yīng)用價(jià)值，目前的海浪發(fā)電的裝置可為海水養(yǎng)殖場(chǎng)，海上燈船，海上孤島，海上氣象浮標(biāo)，石油平臺(tái)等提供能源，還可以并入城市電網(wǎng)提供工業(yè)或民用的能源。波浪能開發(fā)利用的關(guān)鍵是在降低發(fā)電成本的同時(shí)，提高發(fā)電的穩(wěn)定性，發(fā)展波浪能獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，使用戶直接使用波浪能。 波浪能是一種密度低、不穩(wěn)定、無污染、可再生、儲(chǔ)量大、分布廣、利用難的能源。由于目前波浪能的利用地點(diǎn)大都局限在海岸附近，因此還容易受到海洋災(zāi)害性氣候的侵襲。由于開發(fā)成本高，

21、規(guī)模小，社會(huì)效益好但經(jīng)濟(jì)效益一般，投資回收期相對(duì)較長(zhǎng)，這些都在一定程度上束縛了波浪能的大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)利用和發(fā)展，但隨著理論和實(shí)踐方面的不斷發(fā)展成熟，波浪能開發(fā)利用的前景將是十分廣闊的[4]。 1.4本課題的研究?jī)?nèi)容及意義 隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量越來越大，由于目前作為主要能源的煤和石油均不具有可再生性，這直接導(dǎo)致了能源危機(jī)不斷地出現(xiàn)，能源的短缺甚至成為社會(huì)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，這些都在不斷地提醒人們?nèi)ふ倚碌目稍偕哪茉?。由此波浪能作為一種清潔可再生的能源越來越引起人們的關(guān)注。盡管現(xiàn)在和常規(guī)能源相比，波浪發(fā)電還有很大的距離，但是，從我國(guó)能源長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)儲(chǔ)備的角度來看，加大

22、和加快開海洋波浪能源的開發(fā)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義[3]。 結(jié)合日本“311”發(fā)生大震后而引發(fā)的核泄漏惡劣影響，我們更加意識(shí)到發(fā)展新能源，一種可再生又對(duì)環(huán)境負(fù)面作用小，以及較小甚至不存在潛在威脅的能源。波浪能無疑就處在這種優(yōu)選行列的前茅，相信人類對(duì)波浪能的開發(fā)利用又將加快腳步。 現(xiàn)有的裝置包括如下圖所示[5] [6] [7] [8]： 圖1-4 水波浮力發(fā)電裝置 圖1-5 浮力下掛液壓缸式波浪能發(fā)電裝置 圖1-6 浮體繩輪波浪能發(fā)電系統(tǒng) 圖1-7 潛浮式海洋波浪能發(fā)電裝置 為了克服現(xiàn)有波浪裝置技術(shù)的不足，本課題的

23、目的在于提供可工作時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)電質(zhì)量好的一種基于液壓傳動(dòng)的雙行程做功的波浪能吸收裝置。 對(duì)于可再生能源來說，高效轉(zhuǎn)換技術(shù)是研究的難點(diǎn)，由于波浪的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換裝置經(jīng)常處于非設(shè)計(jì)工況，因此提高波能利用率，降低波能發(fā)電的成本始終是波能研究的目標(biāo)。 研究的主要內(nèi)容包括以下方面：（1）前期調(diào)研（2）查找資料（3）方案論證與選定（4）實(shí)驗(yàn)原理圖設(shè)計(jì)繪制（5）設(shè)計(jì)計(jì)算選型（6）閥塊圖繪制和加工（7）元件購(gòu)買（8）系統(tǒng)仿真（9）泵站設(shè)計(jì)（10）系統(tǒng)搭建（11）撰寫畢業(yè)論文。 以一種浮力擺式單行程做功的波浪能量吸收裝置為例，這種裝置的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，但是存在很大的不足。該裝置只有在浮

24、力擺壓向液壓缸一側(cè)時(shí)液壓缸才會(huì)單行程做功，也就是說該裝置在整個(gè)波浪周期內(nèi)只有1/4周期是用來吸收波浪能來做功的，因此該裝置可工作做功時(shí)間短，發(fā)電時(shí)續(xù)時(shí)斷，發(fā)電效果差。這也就是本課題主要旨在解決的問題，由此課題的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)理論設(shè)計(jì)的液壓缸雙行程吸收波浪能的方案，提高發(fā)電效率，穩(wěn)定產(chǎn)生的電壓，并在仿真的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)初步運(yùn)行。 本章小結(jié) 波浪能發(fā)電是當(dāng)代能源危機(jī)大背景下的一種發(fā)展?jié)摿芨叩拈_發(fā)領(lǐng)域?，F(xiàn)有的裝置中存在著波浪能利用周期短，效率低等不足之處，本章簡(jiǎn)單介紹了波浪能發(fā)電的開發(fā)現(xiàn)狀，以及本項(xiàng)目的著眼點(diǎn)。 89

25、 第2章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 第2章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 明確對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作要求，是設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的依據(jù)，由使用部門以技術(shù)任務(wù)書的形式提出。 擬定液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖。（1）根據(jù)工作部件的運(yùn)動(dòng)形式，合理地選擇液壓執(zhí)行元件；（2）根據(jù)工作部件的性能要求和動(dòng)作順序，列出可能實(shí)現(xiàn)的各種基本回路。此時(shí)應(yīng)注意選擇合適的調(diào)速方案、速度換接方案，確定安全措施和卸荷措施，保證自動(dòng)工作循環(huán)的完成和順序動(dòng)作的完成。 液壓傳動(dòng)方案擬定后，應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號(hào)繪制正式原理圖。圖中應(yīng)標(biāo)注出各液壓元件

26、的型號(hào)規(guī)格，同時(shí)要列出標(biāo)準(zhǔn)（或通用）元件及輔助元件一覽表。 計(jì)算液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)和選擇液壓元件。計(jì)算液壓缸的主要參數(shù)；計(jì)算液壓缸所需的流量并選用液壓泵；選用油管；選取元件規(guī)格；計(jì)算系統(tǒng)實(shí)際工作壓力；計(jì)算功率，選用電動(dòng)機(jī)；油箱容積計(jì)算；還包括進(jìn)行必要的液壓系統(tǒng)驗(yàn)算，液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制液壓系統(tǒng)工作圖，編制技術(shù)文件等。 該系統(tǒng)是模擬波浪能發(fā)電的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括模擬動(dòng)力源部分及實(shí)際動(dòng)作部分。模擬動(dòng)力源部分要求實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所需的各種模擬動(dòng)力動(dòng)作，如正弦運(yùn)動(dòng)等。實(shí)際能量吸收及轉(zhuǎn)化部分要求能夠吸收模擬動(dòng)力源的模擬波浪能并將其最大效率的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)液壓缸的雙行程做功。 1) 比例伺服閥控制伺服液壓缸進(jìn)行

27、給定動(dòng)作； 2) 雙出桿液壓缸雙行程做功； 3) 蓄能器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓及吸收脈動(dòng)； 4) 換向閥進(jìn)行系統(tǒng)的壓力控制； 5) 背壓閥對(duì)馬達(dá)起到一定的穩(wěn)速作用； 6) 補(bǔ)油泵防止馬達(dá)及雙出桿液壓缸吸空。 2.2 液壓系統(tǒng)的組成及工作原理 2.2.1 液壓系統(tǒng)的組成 該液壓式波浪能轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成如圖2-1所示：該系統(tǒng)由模擬動(dòng)力源部分：定量泵、比例伺服閥、伺服缸，能量吸收及轉(zhuǎn)化部分：雙出桿液壓缸、4個(gè)單向閥、蓄能器、兩位兩通換向閥、馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、背壓閥及補(bǔ)油系統(tǒng)等組成。詳細(xì)如下： 圖2-1 液壓系統(tǒng)原理圖 （1）油箱：有效容積為750L，油箱在系統(tǒng)中的功能主要是儲(chǔ)存油液，還起

28、著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。給主系統(tǒng)及控制系統(tǒng)供油，并通過補(bǔ)油泵將主油箱中的油液注入到充液油箱，同時(shí)充液油箱的液位過高時(shí)，也可以高位溢流至主油箱。主油箱附件主要包含液位計(jì)、空氣濾清器等。 （2）空氣濾清器：空氣過濾器裝于油箱上，連通大氣，使得油箱內(nèi)氣體壓力不至于過高或者過低，因?yàn)檫^高影響油箱安全，過低降低泵自吸能力，而且容易產(chǎn)生氣泡，影響系統(tǒng)性能；空氣過濾器還用于油液的抽取和注入。注油口與通氣器一般合二為一[9]。 （3）液位液溫計(jì)：用以監(jiān)視觀察油箱中油液的位置和檢測(cè)油溫。 （4）液壓泵：液壓泵為能量轉(zhuǎn)換裝置，向系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的液壓能，

29、是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源。主泵提供工作缸的動(dòng)力，控制泵提供控制油液，補(bǔ)油泵可以給充液油箱補(bǔ)油。 （5）電機(jī)：將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，用以驅(qū)動(dòng)泵。 （6）馬達(dá)：馬達(dá)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而將系統(tǒng)的液壓能轉(zhuǎn)化成發(fā)電機(jī)的動(dòng)能，動(dòng)能再轉(zhuǎn)化成電能，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的。 （7）發(fā)電機(jī)：電能轉(zhuǎn)化部分，吸收馬達(dá)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并將電能輸出系統(tǒng)。 （8）吸油過濾器：過濾器是輸送介質(zhì)管道上不可缺少的一種裝置,通常安裝在減壓閥、泄壓閥、定水位閥或其它設(shè)備的進(jìn)口端，用來消除介質(zhì)中的雜質(zhì)，以保護(hù)閥門及設(shè)備的正常使用。當(dāng)流體進(jìn)入置有一定規(guī)格濾網(wǎng)的濾筒后，其雜質(zhì)被阻擋，而清潔的濾液則由過濾器出口排出，當(dāng)需要清洗時(shí)，只要將可

30、拆卸的濾筒取出，處理后重新裝入即可，因此，使用維護(hù)極為方便。在泵前設(shè)置吸油過濾器，防止大顆粒雜質(zhì)吸入泵內(nèi)，保護(hù)液壓泵。 （9）比例伺服閥：該系統(tǒng)有一個(gè)比例伺服閥，系統(tǒng)的模擬動(dòng)力部分，根據(jù)運(yùn)行動(dòng)作需要，輸入電信號(hào)來控制閥口開度的大小來調(diào)節(jié)流量，實(shí)現(xiàn)模擬海浪動(dòng)能輸入。 （10）蓄能器： 蓄能器額作用包括，作輔助動(dòng)力源，補(bǔ)償泄漏、保持恒壓，做緊急動(dòng)力源，消除壓力脈動(dòng)、降低噪聲，吸收液壓沖擊，用來輸送異性液體、有毒液體等，補(bǔ)償熱膨脹以及進(jìn)行補(bǔ)油[10]。 此設(shè)計(jì)中蓄能器用于保持系統(tǒng)壓力，補(bǔ)充泄漏，緩和沖擊。主要是為馬達(dá)提供穩(wěn)定的壓力及流量，使馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。 （11）換向閥：用于油路切斷，實(shí)現(xiàn)

31、系統(tǒng)壓力的開關(guān)作用當(dāng)系統(tǒng)的壓力沒有達(dá)到給定值時(shí)，換向閥關(guān)死，此時(shí)馬達(dá)不運(yùn)轉(zhuǎn)，即系統(tǒng)沒有開始發(fā)電，當(dāng)壓力達(dá)到系統(tǒng)工作壓力時(shí)換向閥打開，系統(tǒng)開始實(shí)際工作。 （12）單向閥：用于油路的單向?qū)?，在液壓缸出口采用的普通板式單向閥，使系統(tǒng)按指定的方向供油，并且能夠防止液壓缸的兩腔連通。在補(bǔ)油路上，防止高壓油路與馬達(dá)低壓側(cè)的連通。對(duì)單向閥的要求主要有：通過液流時(shí)壓力損失要小，而反向截止時(shí)密封性要好；動(dòng)作靈敏，工作時(shí)無撞擊和噪聲。單向閥的彈簧在保證能克服閥芯摩擦力和重力而復(fù)位的前提下，彈簧剛度盡可能小，從而減小單向閥的壓力損失。一般，單向閥的開啟壓力為0.035~0.05 MPa，通過額定流量時(shí)的壓力損失

32、不應(yīng)超過0.1~0.3 MPa。 （13）溢流閥：溢流閥是使系統(tǒng)中多余流體通過該閥溢出，從而維持其進(jìn)口壓力近于恒定的壓力控制閥。在液壓系統(tǒng)中，溢流閥可作定壓閥，用以維持系統(tǒng)壓力恒定，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓或多級(jí)調(diào)壓；作安全閥，防止液壓系統(tǒng)過載；作制動(dòng)閥，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行緩沖、制動(dòng)；作背壓閥，給系統(tǒng)加載或提供背壓；它還可與電磁閥組成電磁溢流閥，控制系統(tǒng)卸荷。溢流閥可分為：直動(dòng)式、先導(dǎo)式。當(dāng)溢流量變化時(shí)，直動(dòng)式溢流閥的進(jìn)口壓力是近于恒定的。 主泵及補(bǔ)油泵出口各有個(gè)先導(dǎo)式卸荷溢流閥，蓄能器入口處加一個(gè)溢流閥，防止高壓油路過壓，安全可靠。 （14）截止閥：截止閥，也叫截門，是使用最廣泛的一種閥門，它之所以廣

33、受歡迎，是由于開閉過程中密封面之間摩擦力小，比較耐用，開啟高度不大，制造容易，維修方便，不僅適用于中低壓，而且適用于高壓。截止閥的閉合原理是，依靠閥杠壓力，使閥瓣密封面與閥座密封面緊密貼合，阻止介質(zhì)流通。截止閥只許介質(zhì)單向流動(dòng)，安裝時(shí)有方向性。截止閥的結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)度大于閘閥，同時(shí)流體阻力大，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，密封可靠性不強(qiáng)。此設(shè)計(jì)中用于液壓系統(tǒng)壓力等各種管路上，控制油路的通斷。 （15）背壓閥：背壓閥用于保持馬達(dá)出口有一恒定壓力，在要求不是很嚴(yán)格的系統(tǒng)中可作為安全閥使用。保證馬達(dá)出口流量的穩(wěn)定性，如馬達(dá)的流量隨壓力變化較大，在馬達(dá)的出口處設(shè)置背壓閥，使馬達(dá)的輸出流量穩(wěn)定，這時(shí)一般選擇背壓閥的壓力為馬達(dá)

34、的實(shí)際使用壓力或略小于馬達(dá)的使用壓力。它使在管路或是設(shè)備容器壓力不穩(wěn)的狀態(tài)下，能保持管線所需壓力，使馬達(dá)能正常輸出流量。 接在回油路上，起到一定的馬達(dá)調(diào)速作用，旨在使馬達(dá)穩(wěn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的電壓。 （16）壓力表：測(cè)量系統(tǒng)壓力，帶有壓力表開關(guān)，以防止沖擊引起的表針損壞，需要查看壓力時(shí)打開壓力表開關(guān)。 （17）測(cè)壓接頭：測(cè)壓接頭內(nèi)有自封閥,單獨(dú)使用時(shí)由于彈簧的作用,自封閥關(guān)閉;同帶頂針的測(cè)量軟管或測(cè)量接頭相對(duì)接后就能將自封閥打開,用與高壓或低壓流體系統(tǒng)的取樣和系統(tǒng)壓力檢測(cè)。對(duì)于本系統(tǒng)，閥塊上還要有一個(gè)測(cè)壓接頭，以便觀測(cè)泵出口壓力。 （18）管接頭：管接頭的主要作用是連接管子與元件、連

35、接管子與管子及在隔墻處提供連接與固定。焊接式、卡套式、擴(kuò)口式管接頭應(yīng)用較普遍，管接頭的基本型有7種：端直通管接頭、直通管接頭、端直角管接頭、直角管接頭、端三通管接頭、三通管接頭和四通管接頭。凡帶端字的都是用于管子與機(jī)件之間的連接，其余是用于管件之間的連接[11]。 （19）壓力傳感器：根據(jù)不同的使用要求，壓力傳感器可以與數(shù)字測(cè)量?jī)x、巡回檢測(cè)裝置或計(jì)算機(jī)等配套使用，便于實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化。 （20）聯(lián)軸器：聯(lián)軸器是連接兩軸或軸和口轉(zhuǎn)件，在傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力過程中一同回轉(zhuǎn)而不分開的一種裝置。此外，聯(lián)軸器還可能具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移、緩沖和減振以及安全防護(hù)功能。聯(lián)軸器的類型應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件來確定。

36、 2.2.2 液壓系統(tǒng)的工作原理 此裝置的主要功能在于通過液壓缸雙向吸收海浪的能量從而用來發(fā)電。 原理圖中右側(cè)的部分為模擬動(dòng)力源部分，利用比例伺服閥控制液壓缸，使其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的特定運(yùn)動(dòng)形式（這里模擬海浪的運(yùn)動(dòng)形式，接近于正弦運(yùn)動(dòng)）。在模擬海浪的作用下液壓缸雙向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞桿向左運(yùn)動(dòng)時(shí)液壓缸左腔形成高壓腔，同理當(dāng)活塞桿向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，右腔形成高壓，兩側(cè)的壓力經(jīng)過比較后，較高的一側(cè)經(jīng)過單向閥傳向馬達(dá)的高壓輸入端。在這工程中高壓油路上設(shè)置一個(gè)溢流閥，一個(gè)蓄能器。其中溢流閥為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過壓保護(hù)，在高壓油路上的壓力超過系統(tǒng)的最高壓力值時(shí)，實(shí)現(xiàn)溢流保護(hù)。蓄能器為了在系統(tǒng)的壓力不足時(shí)進(jìn)行補(bǔ)壓，吸收壓力

37、脈動(dòng)，保持系統(tǒng)壓力，補(bǔ)充泄漏，緩和沖擊。當(dāng)經(jīng)過換向閥的壓力比較之后，系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定值，換向閥打開，馬達(dá)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。馬達(dá)輸出端接低壓油腔，低壓油路的節(jié)流閥來形成背壓用來進(jìn)行過壓保護(hù)。這里的馬達(dá)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的二次調(diào)節(jié)裝置的馬達(dá)工況，其工作原理簡(jiǎn)述為通過控制油路的壓力油控制馬達(dá)前的伺服閥，閥控缸產(chǎn)生的信號(hào)輸送馬達(dá)的控制部分，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的調(diào)速。下側(cè)的液壓泵組件用來向系統(tǒng)補(bǔ)油，避免馬達(dá)和液壓缸的低壓腔形成真空。 本章小結(jié) 本章介紹了此液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的目的及要求，給出了液壓原理的詳細(xì)講解，闡述了液壓系統(tǒng)的組成和工作原理。

38、 第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及元件選擇 第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及元件選擇 3.1 給定參數(shù)的推算 3.1.1 液壓系統(tǒng)的給定參數(shù) 系統(tǒng)模擬實(shí)際的波浪動(dòng)能，由于實(shí)際波浪能很不穩(wěn)定，利用率有限，并且實(shí)際的吸收效果也不容易控制，所以系統(tǒng)初步選定發(fā)電機(jī)的功率，預(yù)期在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)波浪能的液壓式吸收轉(zhuǎn)化過程模擬。 表3-1 給定的設(shè)計(jì)參數(shù) 序號(hào) 項(xiàng)目 參數(shù) 序號(hào) 項(xiàng)目 參數(shù) 1 發(fā)電機(jī)功率 3000W 3 馬達(dá)排量 40mL/r 2 電機(jī)轉(zhuǎn)速 1500r/min 3.1.2 系統(tǒng)的壓力及流量計(jì)算

39、 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷》，液壓馬達(dá)排量： Vm= （3-1） 可取馬達(dá)效率 馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩：T=9550 （3-2） ——其中P為電動(dòng)機(jī)軸上的輸出功率KW 則T=9550=19.1 而馬達(dá)理論轉(zhuǎn)矩為T= （3-3） 推出 ===3 MPa 液壓馬達(dá)所需的最大流量為： =401500/0.95=63.16L/min （3-4） 查出樣本處,則可取為60 實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩為： T0==17.2。

40、3.1.3 管徑的計(jì)算 1、根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷》，模擬動(dòng)力及轉(zhuǎn)化部分 管子內(nèi)徑d(單位mm)的計(jì)算,可以按流速選?。? （3-5） 式中 ——流體流量（m/s）； V ——流速（m/s）。對(duì)于吸油管v ≤0.5～2m/s； 對(duì)于壓油管v ≤2.5～6 m/s；對(duì)于回油管v ≤1.5～3m/s。 因此，根據(jù)公式（3-5）得： 此系統(tǒng)屬于低壓系統(tǒng)，且流體的流速較慢，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源選擇閥塊管子內(nèi)徑： ，取40mm 查樣本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有軟管的產(chǎn)品樣本，查得軟管的壁厚為6mm。 回油路管子內(nèi)徑： ，取31

41、.5mm 查樣本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有軟管的產(chǎn)品樣本，查得軟管的壁厚為6mm。 2、補(bǔ)油泵部分 ，取22mm 硬管的壁厚計(jì)算公式為： （3-6） P──管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）； d──管道內(nèi)徑（m）； [σ]──管道材料的許用應(yīng)力（MPa），； σb──管道材料的抗拉強(qiáng)度（MPa），σb=520MPa； n──安全系數(shù)，對(duì)鋼管來說，P＜7 MPa時(shí)，取n=8；P＜17.5 MPa時(shí)，取n=6；P＞17.5 MPa時(shí)，取n=4；這里取n=8。 則 ，圓整取標(biāo)準(zhǔn)值2mm

42、3、其他管子根據(jù)元件出入口內(nèi)徑選擇，外徑選擇標(biāo)準(zhǔn)的。 3.2 能量轉(zhuǎn)化部分的元件選擇 3.2.1 泵和電機(jī)的計(jì)算 液壓泵是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換組件，在液壓系統(tǒng)中，液壓泵作為動(dòng)力組件向液壓系統(tǒng)提供液壓能。 泵的基本參數(shù)是壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率。一般應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工況來選擇，為了提高系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)泵的使用壽命，一般在固定設(shè)備中液壓系統(tǒng)的正常工作壓力可選為泵額定壓力的70%~80%，車輛用液壓系統(tǒng)的正常工作壓力可選擇為泵額定壓力的50~60％。選擇泵的第二個(gè)重要因素是泵的流量或排量，泵的流量與工況有關(guān)，選擇泵的流量需大于液壓系統(tǒng)工作的最大流量。泵的效率值是泵質(zhì)量好

43、壞的體現(xiàn)，一般來說，應(yīng)使主機(jī)的常用工作參數(shù)處在泵效率曲線的高效區(qū)域。另外，泵的最高壓力與最高轉(zhuǎn)速不宜同時(shí)使用，以延長(zhǎng)泵的使用壽命。轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格表中規(guī)定的數(shù)據(jù)，不得超過最高轉(zhuǎn)速值。至于其最低轉(zhuǎn)速，在正常使用條件下，并沒有嚴(yán)格的限制。 液壓泵的主要類型有：外嚙合齒輪泵、內(nèi)嚙合齒輪泵、螺桿泵、葉片泵、柱塞泵。軸向柱塞泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位功率體積小、重量輕、工作壓力高（額定工作壓力一般可達(dá)32~40MPa）、在高壓下仍能保持較高的容積效率（一般在95%左右）容易實(shí)現(xiàn)變量等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有資源，另外進(jìn)行以下驗(yàn)算[10]。 1、根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷》，確定液壓泵的最大工作

44、壓力 （3-7） 式中 ——執(zhí)行元件最大工作壓力； ——液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間的壓力損失。的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單、流速不大的，取=（0.2-0.5）MPa；管路復(fù)雜、進(jìn)口有調(diào)速閥的，取=（0.5-1.5）MPa。這里取0.4MPa。 由式3-7得， 在選擇液壓泵的額定壓力時(shí)應(yīng)該比系統(tǒng)最高壓力大25%～60%，高壓系統(tǒng)壓力儲(chǔ)備宜取小值。 2、確定液壓泵流量

45、 （3-8） 式中k ——系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取1.11.3，大流量取小值，反之取大； ——同時(shí)動(dòng)作液壓缸最大總流量，這里為60L/min。 由式（3-8）得， 3、確定驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率 （3-9） 式中——液壓泵的總效率，本系統(tǒng)采用的效率最高的柱塞泵，取0.85。 4、選擇規(guī)格 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)有的配置，主泵為啟動(dòng)恒宇的軸向柱塞泵一臺(tái)，故根據(jù)以上的計(jì)算進(jìn)行核對(duì)，此柱塞泵能夠充分滿足系統(tǒng)的壓力及流量要求。又因?yàn)檩S向柱塞泵的自吸性能較差，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有一單級(jí)葉片泵在之前為其供油。 軸向柱塞泵性能參數(shù)

46、：額定壓力31.5MPa，排量10mL/r，最高轉(zhuǎn)速1500r/min；最佳油溫25-90℃，不能超過115℃；吸油口25mm，出油口25mm。 型號(hào)：10MCY14-1B（一臺(tái)） 單級(jí)葉片泵性能參數(shù)：額定壓力31.5MPa，排量26mL/r，最高轉(zhuǎn)速1500r/min；最佳油溫30-80℃，不能超過110℃。 型號(hào)：YB-A26B（一臺(tái)） 電氣傳動(dòng)用交流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，特點(diǎn)是：調(diào)速優(yōu)良，過載能力大，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速起動(dòng)制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，多用于寬調(diào)速的場(chǎng)合和要求有特殊運(yùn)行性能的自動(dòng)控制場(chǎng)合。交流電機(jī)中最常用的是三相異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)

47、方便，重量較輕，成本較低，工作效率較高，負(fù)載特性較硬，能滿足大多數(shù)工業(yè)機(jī)械的電氣傳動(dòng)需要；同步電動(dòng)機(jī)廣泛適用于拖動(dòng)不要求調(diào)速和功率較大的生產(chǎn)機(jī)械。比較之后，本系統(tǒng)選擇通用異步電動(dòng)機(jī)。 本設(shè)計(jì)中電機(jī)為天津大明三相異步電動(dòng)機(jī)，效率高、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)動(dòng)安全可靠。 型號(hào)：Y120M-4 性能參數(shù)： 功率110kW，轉(zhuǎn)速990r/min，效率94%，質(zhì)量1120kg。 3.2.2 液壓缸的計(jì)算 根據(jù)所查資料，所研究系統(tǒng)所處區(qū)域波浪的較低，一般可取0.5Hz，則運(yùn)動(dòng)周期T=2s，則雙出桿活塞缸的單向運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=1s。 液壓缸所需提供的流量： Q==1m3 由于此系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，若

48、取液壓缸行程為125，為滿足所需流量要求，計(jì)算得D=116.5,則取標(biāo)準(zhǔn)系列可取D=125，d=70 就有 V=40，qmax=60L/min，D=125，d=70 設(shè)模擬波浪的正弦波為，其中頻率取，則，則有活塞桿行程=250，可取正弦波幅值A(chǔ)=125，對(duì)求導(dǎo)，可得速度變化為，再次求導(dǎo)令=0，可求得正弦波速度最大值在t=0或t=0.5s處，代入=12510-33.141=0.393m/s，按此速度可計(jì)算得所需流量： Q需 =0.393m/s（1252-702）10-6m2=3.3110-3m3/s=198.5L/min 所以經(jīng)驗(yàn)證所選雙出桿活塞缸可滿足要求。 3.2.3 蓄能器的計(jì)算

49、 （1）根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷》，蓄能器最低工作壓力P1和最高工作壓力P2，蓄能器靠近液壓馬達(dá)取 , （3-10） 其中壓力損失取，作為輔助動(dòng)力源蓄能器，為使其在輸出有效容積過程中液壓機(jī)構(gòu)壓力相對(duì)穩(wěn)定些，一般取，則 ， （3-11） 同時(shí)，為使壓力相對(duì)穩(wěn)定性較高，要求和之差盡量在1MPa左右。綜上可取5MPa， =6MPa （2）充氣壓力 為使蓄能器重量最小，取，可取=4MPa （3）蓄能器有效工作容積Vm （3-12） 其中Vi—各種執(zhí)行元件耗油量，K—系統(tǒng)泄

50、漏系數(shù)，取K=1.2則 （4）蓄能器的總?cè)莘e （3-13） 下面驗(yàn)證蓄能器是否滿足系統(tǒng)要求： 因?yàn)橐簤厚R達(dá)處所需最大流量為60L/min，則按此流量工作容積，所以馬達(dá)排出流體時(shí)間 ， 而液壓實(shí)驗(yàn)室蓄能器型號(hào)為：NXQA—25/31.5—L—A。囊式蓄能器膠囊端為小口，公稱容積為25L，公稱壓力為31.5MPa，螺紋連接，公稱通徑40mm，螺紋M60X，數(shù)量為4個(gè)。 蓄器處安全球閥AQF-40H3-A，奉化液壓件廠，公稱壓力，公稱通徑為，壓力等級(jí)H3-，直動(dòng)式溢流閥，壓力隨閥提供。 3.2.4 閥的選型步驟 1、 兩位三通電磁換向閥 需要滿足最大流量大于，壓力大于，液壓

51、實(shí)驗(yàn)室中此類型電磁換向閥型為：3WE10B31B/CG24N9Z5L 2、 單向閥 對(duì)于雙出桿活塞缸進(jìn)出口四個(gè)單向閥可選擇同一型號(hào)，為滿足系統(tǒng) 最大流量和最高工作壓力，可選取華德管式單向閥S20A1.0B/*，其通徑為，在壓差時(shí)流量可達(dá)，最高工作壓力為，閥的開啟壓力也在左右，補(bǔ)油泵出口為滿足流量壓力要求選擇華德 S10P1.0B/* ，通徑為，在壓差為時(shí)流量可達(dá)。 3、 截止閥 只需滿足最大流量要求，只需考慮其所連管道直徑BHK-25S-DN20 實(shí)驗(yàn)室截止閥：QJH—20NL 奉化QJH型高壓球閥通徑20mm，內(nèi)螺紋連接，壓力31.5MPa。 4、 馬達(dá)出

52、口節(jié)流閥 做背壓用，選擇Rexroth節(jié)流閥MG20G1X/*，通徑在壓差為時(shí)，流量可達(dá)。 5、 溢流閥 蓄能器溢流閥因蓄能器最低工作壓力，最高工作壓力，所以可以選擇Rexroth先導(dǎo)式溢流閥，DB20B-5X/100通徑，用于底板安裝，設(shè)定壓力，主閥芯通徑。 3.3 模擬動(dòng)力部分的選擇計(jì)算 3.3.1 泵和電機(jī)的計(jì)算 1、 確定液壓泵的最大工作壓力 式中 ——執(zhí)行元件最大工作壓力； ——液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間的壓力損失。的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：管路簡(jiǎn)單、流速不大的，取=（0.2-0.5）MPa；管路復(fù)雜、進(jìn)口有

53、調(diào)速閥的，取=（0.5-1.5）MPa。這里取0.4MPa。 由式3-7得， 在選擇液壓泵的額定壓力時(shí)應(yīng)該比系統(tǒng)最高壓力大25%～60%，高壓系統(tǒng)壓力儲(chǔ)備宜取小值。 2、 確定液壓泵流量 式中 k——系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取1.11.3，大流量取小值，反之取大； ——同時(shí)動(dòng)作液壓缸最大總流量，這里為60L/min。 由式（3-8）得， 3、 確定驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率 式中 ——液壓泵的總效率，本系統(tǒng)采用的效率最高的柱塞泵，取0.85。 4、 選擇規(guī)格 ① 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)有的配置，主泵為啟動(dòng)恒宇的軸向柱塞泵一臺(tái)，故根據(jù)以上的計(jì)算進(jìn)行核對(duì)，此柱塞泵能夠充分滿足系統(tǒng)

54、的壓力及流量要求。 性能參數(shù)：額定壓力31.5MPa，排量25mL/r，最高轉(zhuǎn)速1500r/min；最佳油溫25-90℃，不能超過115℃；吸油口33mm，出油口33mm。 型號(hào)：25PCY-1B（一臺(tái)） ② 電機(jī)為天津大明三相異步電動(dòng)機(jī)，效率高、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)動(dòng)安全可靠。 型號(hào)：Y160M-4 性能參數(shù)： 功率110kW，轉(zhuǎn)速990r/min，效率94%，質(zhì)量1120kg。 3.3.2 液壓缸的選擇 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有阿托斯的伺服液壓缸一件，滿足系統(tǒng)的要求，型號(hào)為CKF100-100/70*250-E200。 3.3.3 閥的選型步驟 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源，選擇博士力士樂的

55、型號(hào)為4WSE2ED10-5X20B13_315K31EV*。 3.4 輔助元件的選擇計(jì)算 1、壓力表和壓力表開關(guān) 選耐震壓力表即可滿足要求YN-60測(cè)量范圍，壓力表直徑，壓力表開關(guān)選擇AF6ET30/Y63通徑為彈簧復(fù)位板式連接指示范圍到； 液壓實(shí)驗(yàn)室：黎明壓力表，測(cè)壓范圍到6.3MPa 2、 測(cè)壓接頭 根據(jù)溫州黎明液壓有限公司的產(chǎn)品樣本，選擇PT-21，測(cè)壓接頭的螺紋為M10，2個(gè)。 3、 過濾器 對(duì)補(bǔ)油泵吸油口過濾器根據(jù)其所需過濾精度及流量壓力要求可取XU-A25030FS，通徑 ，額定流量，額定壓力，過濾精度為 液壓實(shí)驗(yàn)室：賀德克HYDAC DF高壓過濾器 DF

56、 BN/HC 160G5C1.1，規(guī)格為160，過濾精度5mm，查表知此過濾器最大流量為170L/min左右，絕對(duì)過濾方式。 4、壓力傳感器 本系統(tǒng)選擇宇航科技生產(chǎn)的壓力傳感器，型號(hào)ZQ-Y4，壓力測(cè)試范圍0～2500bar，電壓輸出型號(hào)0～1.5mV/V。 5、空氣濾清器 由前面的計(jì)算可知，系統(tǒng)的總流量為60 L/min，根據(jù)溫州黎明液壓有限公司的產(chǎn)品樣本，選擇空氣濾清器的規(guī)格為QUQ1-101.0，過濾精度為10 μm，空氣流量為2 m3/min。 6、液位液溫計(jì) 用于指示液位及液溫的高低，選用溫州黎明的的產(chǎn)品，型號(hào)為YWZ-150T。 7、聯(lián)軸器 由于泵與電動(dòng)機(jī)之間的

57、傳動(dòng)不屬于大功率傳動(dòng)，選擇連軸器型號(hào)：HL3聯(lián)軸器[10]。 3.5 油箱的設(shè)計(jì)[8] 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)存油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜志等作用。油箱中安有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器和液位計(jì)等。 3.5.1 油箱的作用和分類 油箱可分為開式油箱和閉式油箱兩種，開式油箱中的液面和大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器。開式油箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維修方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力油箱，能充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達(dá)0.05 MPa。如果按油箱的形狀來分，還可分成矩形油箱和圓罐型油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安裝液壓元件，所以被廣泛采用；圓

58、罐型油箱強(qiáng)度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常使用。 3.5.2 設(shè)計(jì)油箱的注意事項(xiàng) 1.油箱必須有足夠大的容積。一方面盡可能的滿足散熱要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)，而工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何弧? 2.吸油管及回油管應(yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁之間的距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100 μm左右的網(wǎng)式或線隙式過濾器，安裝的位置要便于裝卸和清洗過濾器?；赜凸芸谝鼻?5度角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉淀物，同時(shí)也利于散熱。 3.吸油管和回油管之間的距離要盡量遠(yuǎn)些，之間應(yīng)

59、設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板的高度應(yīng)為液面的2/3-3/4。 4.為了保證油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過濾器，注油及通氣一般都用一個(gè)空氣過濾器完成。為便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥。對(duì)不易開蓋的油箱，要設(shè)清洗孔，以便于油箱內(nèi)部的清理。 5.油箱底部應(yīng)距地面150 mm以上，以便于搬運(yùn)、放油和散熱。在油箱的適當(dāng)位置上要設(shè)吊耳，以便于搬運(yùn)，還要設(shè)置液位計(jì)，以監(jiān)視液位。 6.對(duì)油箱內(nèi)部的防腐處理要給予充分的注意。考慮油箱內(nèi)部的防腐處理時(shí)，不但要顧及與介質(zhì)的相容性，還要考慮處理后的可加工性、制造到投入

60、使用之間的時(shí)間間隔以及經(jīng)濟(jì)性，條件允許時(shí)采用不銹鋼制油箱無疑是最理想的選擇。 3.5.3系統(tǒng)油箱容積的估算 1、已知加載泵的流量為60L/min,油箱的容積大約為泵流量的5倍左右，V=560=300L，實(shí)驗(yàn)室的油箱長(zhǎng)為1100mm，高為850mm，寬為750mm，容積為V0=1.10.850.75=0.7m3=700L，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。 2、已知補(bǔ)油泵的流量為60L/min，油箱的容積大約為泵流量的5倍左右，V=560=300L，實(shí)驗(yàn)室的油箱長(zhǎng)1150mm，高為500mm，寬為1000mm，容積V0=1.150.51=0.575m3=575L，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。 本章

61、小結(jié) 本章分別對(duì)模擬動(dòng)力液壓系統(tǒng)、油箱、能量轉(zhuǎn)化液壓系統(tǒng)進(jìn)行了選件計(jì)算，確定了旁液壓系統(tǒng)中的泵、電機(jī)、閥、液壓輔件的型號(hào)，以及管道的尺寸，同時(shí)還確定了油箱的容積。 第4章 閥塊的設(shè)計(jì)繪制 第4章 閥塊的設(shè)計(jì)繪制 4.1 概述 通常使用的液壓元件有板式和管式兩種結(jié)構(gòu)。管式元件通過油管實(shí)現(xiàn)，相互之間的連接，液壓元件的數(shù)量越多，連接的管件越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，系統(tǒng)壓力損失越大，占用空間也越大，維修、保養(yǎng)和拆裝越困難。因此，管式元件一般用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。 板式元件固定在板件上，分為液壓油路板連接、集成塊連接和疊加閥連接。把

62、一個(gè)液壓回路中各元件合理地布置在一塊液壓油路板上，這與管式連接比較，除了進(jìn)出液壓油液通過管道外，各液壓元件用螺釘規(guī)則的固定在一塊液壓閥塊上，元件之間由液壓油路板上的孔道溝通。板式元件的液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維修方便，壓力損失小，外觀美觀。但是，其結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度差，互換性不好，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，制造加工困難，使用受到限制。此外，還可以把液壓元件分別固定在幾塊集成塊上，再把各集成塊按設(shè)計(jì)規(guī)律裝配成一個(gè)液壓集成回路，這種方式與油路板比較，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化程度高，互換性能好，維修，拆裝方便，元件更換容易，集成塊可進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)，其質(zhì)量好，性能可靠而且設(shè)計(jì)周期短。使用近年來，在液壓回路板和集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的

63、新型液壓元件疊加閥組成回路也有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它不需要另外的連接件，由疊加閥直接閥加而成。其結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積更小，重量更輕，無管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動(dòng)和噪聲[12]。 4.2 閥塊設(shè)計(jì)原則 液壓閥塊在液壓系統(tǒng)中的重要性已被越來越多的人們所認(rèn)識(shí)，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。液壓閥塊的使用不僅能簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝，而且便于實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化，有利于降低制造成本，提高精度和可靠性。因此，液壓集成塊是液壓系統(tǒng)無管化連接方式的一種常用方法，液壓元件由散裝改為集成化，使之具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）元件距離近，油道短，壓力損失小，效率高； （2）無管子引起的振動(dòng)及噪音

64、，泄漏小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好； （3）節(jié)省大量的管路、接頭和密封件。結(jié)構(gòu)緊湊，占有空間小，可使系統(tǒng)減輕重量，降低成本； （4） 安裝、調(diào)試、使用、維護(hù)方便。 然而，隨著液壓系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，也增加了液壓閥塊的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試的難度，若設(shè)計(jì)考慮不周，就會(huì)造成制造工藝復(fù)雜、加工成本提高、原材料浪費(fèi)、使用維護(hù)煩瑣等一系列問題。 集成塊的閥體是安裝各種液壓元件，并且其內(nèi)部按照液壓系統(tǒng)原理圖的要求能實(shí)現(xiàn)各個(gè)元件之間油道連通的復(fù)雜功能塊，是集成設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，有如下幾條注意點(diǎn)： （1）集成塊的尺寸是考慮了其正面所安裝疊加閥的類型，外形尺寸，以及保證板內(nèi)油路孔與疊加閥的油路孔相對(duì)應(yīng)的原則下，應(yīng)該力求結(jié)構(gòu)緊

65、湊，體積小，重量輕。 （2）在集成塊設(shè)計(jì)時(shí)，板內(nèi)的油路應(yīng)盡量簡(jiǎn)捷，盡量減少深孔、斜孔，盡量縮短油路長(zhǎng)度，減少拐彎，板中的孔徑要與疊加閥的孔徑和通過的流量相匹配，特別要注意相關(guān)通的孔要有足夠的通流面積。 （3）板塊設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意進(jìn)出油口的方向和位置，應(yīng)與系統(tǒng)的總體布置及管道連接的形式匹配，并考慮安裝操作便利。 （4）對(duì)于工作中須要調(diào)節(jié)的元件，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其操作和觀察的方便性，如溢流閥、調(diào)速閥等可調(diào)元件應(yīng)設(shè)置在調(diào)節(jié)手柄便于操作的位置。需要經(jīng)常檢修的元件及關(guān)鍵元件如比例閥、伺服閥等應(yīng)處于閥塊的上方或外側(cè)，以便于拆裝。 （5）重量較大的閥塊，應(yīng)設(shè)置起吊螺釘孔。 （6）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般集成塊管道

66、通徑和閥或外聯(lián)管道的尺寸相對(duì)應(yīng)，等于或小于閥口通徑，最小壁厚≥5mm。 在設(shè)計(jì)過程中，首先分清油路的串并聯(lián)關(guān)系，液壓元件與主油路是串聯(lián)的則主油路需要通過該元件；待完成主油路的設(shè)計(jì)后再考慮并聯(lián)元件。在進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定貫穿所有閥體的壓力油孔，回油孔及泄油孔的位置，元件油道的布置以他們?yōu)闇?zhǔn)則。在布置元件位置時(shí)，不僅考慮閥體的安裝面的尺寸，還應(yīng)該注意元件的外形尺寸，以防止元件間或元件與其它設(shè)備之間的干涉[12]。 4.3 集成回路的選擇 液壓回路劃分為若干單元回路，每個(gè)單元回路，一般由三個(gè)液壓元件組成，采用通用的壓力油路P和回路T，這樣的單元回路稱為液壓元件集成回路。設(shè)計(jì)液壓?jiǎn)卧苫芈窌r(shí)，優(yōu)先選用通用液壓?jiǎn)卧苫芈?，以減少集成塊設(shè)計(jì)工作量，提高通用性。 把各液壓元件集成回路連接起來，組成液壓集成回路。一個(gè)完整的液壓集成回路由底板、供油回路、液壓控制回路、方向回路、調(diào)速回路、頂蓋及測(cè)壓回路等單元液壓集成回路組成。液壓集成回路設(shè)計(jì)完成后，要和液壓回路進(jìn)行比較，分析工作原理是否相同，否則說明液壓集成回路出了差錯(cuò)。 本系統(tǒng)中將能量轉(zhuǎn)