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大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計（論文）
液壓綜合實驗臺設(shè)計
系別：
專 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號：
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)教研室負(fù)責(zé)人:
2015年 月 日
43
摘 要
隨著科技步伐的加快，液壓技術(shù)在各個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，液壓系統(tǒng)已成為主機設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一。但是，由于設(shè)計、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的因素，影響了液壓系統(tǒng)的正常運行。因此，了解系統(tǒng)工作原理，懂得一些設(shè)計、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的知識，是保證液壓系統(tǒng)能正常運行并極大發(fā)揮液壓技術(shù)優(yōu)勢的先決條件。
本文主要研究的是液壓傳動系統(tǒng)，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計需要與主機的總體設(shè)計同時進(jìn)行。設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：回路，實驗裝置，設(shè)計
Abstract
With the quickening pace of science and technology, hydraulic technology has been widely applied in various fields, the hydraulic system has become one of the most critical parts of a host device. However, due to factors of design, manufacturing, installation, use and maintenance etc, affect the normal operation of the hydraulic system. Therefore, to understand the working principle of the system, some understanding of design, manufacture, use and maintenance and other aspects of knowledge, is to ensure the normal operation of hydraulic system is a prerequisite of great use of hydraulic technology advantage.
This paper mainly studies the hydraulic drive system, the overall design and host of hydraulic transmission system at the same time. When the design, must proceed from actual conditions, combining various transmission forms, give full play to the advantages of hydraulic transmission, and strive to design hydraulic transmission system has the advantages of simple structure, reliable operation, low cost, high efficiency, simple operation, convenient repair.
Key Words: throttle, loop, experimental apparatus, design
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 概述 1
1.1 液壓傳動特點 1
1.2 液壓傳動優(yōu)勢 1
1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求 3
第2章 液壓綜合實驗裝置液壓原理設(shè)計 6
2.1液壓傳動綜述 6
2.1.1液壓系統(tǒng)的組成 6
2.1.2液壓技術(shù)的優(yōu)缺點 6
2.1.3液壓傳動的發(fā)展趨勢 7
2.1.4液壓系統(tǒng)的應(yīng)用 9
2.1.5液壓系統(tǒng)的分類 9
2.1.6液壓系統(tǒng)設(shè)計要求及流程 10
2.2 工作原理 11
2.3課題設(shè)計要求 11
第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 13
3.1 液壓執(zhí)行元件的配置 13
3.2 液壓缸的主要結(jié)參數(shù) 13
3.3活塞桿強度計算 14
3.4液壓缸活塞的推力及拉力計算 15
3.5活塞桿最大容許行程 16
3.6液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 17
3.7 液壓泵及其驅(qū)動電動機的選擇 17
3.7.1液壓泵的最大工作壓力 18
3.7.2計算液壓泵的最大流量 18
3.7.3選擇液壓泵的規(guī)格 19
3.7.4計算液壓泵的驅(qū)動功率并選擇原動機 20
3.8其他液壓元件的選擇 21
3.8.1液壓閥及過濾器的選擇 21
3.8.2油管的選擇 22
3.8.3 油箱及其輔件的確定 23
3.9 液壓系統(tǒng)壓力損失驗算 24
第4章 實驗臺面板的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 26
4.1實驗臺面板的結(jié)構(gòu) 26
4.2實驗臺面板的設(shè)計 26
4.2.1分析液壓系統(tǒng)，確定實驗臺面板結(jié)構(gòu) 26
4.2.2液壓元件的布局 26
4.2.3確定油孔的位置與尺寸 26
4.2.4繪制實驗臺面板零件圖 27
第5章 液壓站設(shè)計與維護(hù)保養(yǎng) 28
5.1油箱的設(shè)計 28
5.2液壓站結(jié)構(gòu) 31
5.3液壓站的組裝 32
5.4 液壓站注意事項 33
第6章 管路的設(shè)計 34
6.1管路的選擇與布置 34
6.2管路的連接 34
6.2.1焊接式管接頭 34
6.2.2卡套式管接頭 34
6.2.3擴口式管接頭 35
6.2.4選擇管路連接方式 35
第7章 液壓站的組裝調(diào)試、使用維護(hù) 36
7.1 液壓站的組裝 36
7.2 液壓元件和管道安裝 36
7.3 液壓站的使用與檢查 37
7.3.1 使用的一般注意事項 37
7.3.2?檢查 37
第8章 實驗臺機架的設(shè)計 38
8.1 實驗臺機架的基本尺寸的確定 38
8.2 實驗臺材料的選擇確定 38
8.3 實驗臺主要梁的強度校核 38
參考文獻(xiàn) 41
總 結(jié) 42
致 謝 43
第1章 概述
1.1 液壓傳動特點
液壓傳動有機械傳動和電力拖動系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點技術(shù)無法比擬的優(yōu)點。液壓元件的布置不受嚴(yán)格的空間位置限制，系統(tǒng)中個部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成用其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。液壓傳動系統(tǒng)可以在運行過程中實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速。另外液壓傳動傳遞運動均勻平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。除此以外，液壓傳動系統(tǒng)操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制、中遠(yuǎn)程距離控制、過載保護(hù)。與電氣控制、電子控制相結(jié)合，易于實現(xiàn)自動工作循環(huán)和自動過載保護(hù)。 而且液壓元件屬機械工業(yè)基礎(chǔ)件，標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度較高，有利于縮短機器的設(shè)計、制造周期和降低制造成本。
本世紀(jì)的60年代后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)（微電子技術(shù)）等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，使它在國民經(jīng)濟的各方面都得到了應(yīng)用。液壓傳動在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已占有壓倒性的優(yōu)勢，例如，國外今日生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動。因此采用液壓傳動的程度現(xiàn)在已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
當(dāng)前，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績。
我國的液壓工業(yè)開始于本世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初只用于機床和鍛壓設(shè)備，后來才用到拖拉機和工程機械上。自1964年從國外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時進(jìn)行自行設(shè)計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對西方先進(jìn)液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進(jìn)、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益、人才培訓(xùn)、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。
1.2 液壓傳動優(yōu)勢
液壓傳動突出的優(yōu)點還有單位質(zhì)量輸出功率大，以空氣為工作介質(zhì)，處理方便，無介質(zhì)費用、泄露污染環(huán)境、介質(zhì)變質(zhì)及補充等問題。
由于液壓傳動是封閉的，多數(shù)情況下其元件均可由傳動液壓自行潤滑，因此磨損很小。液壓元件體積小、重量輕、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于集中大批量生產(chǎn)，加上近年發(fā)展起來的疊裝、插裝技術(shù)，裝配也很容易，因此造價低，比起其他機械傳動，液壓傳動常為一種最為經(jīng)濟的選擇。
驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。
如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進(jìn)入液壓缸右腔，推動活塞和工作臺向左移動，并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。
工作臺的移動速度是由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時，進(jìn)入液壓缸的油液增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。
為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。
液壓傳動是由17世紀(jì)帕斯卡提出的靜壓傳遞原理、18世紀(jì)末英國制造出世界上第一臺水壓機開始發(fā)展起來的，但液壓傳動在工業(yè)上被廣泛采用和有較大幅度的發(fā)展卻是本世紀(jì)中期以后的事情，特別是被20世紀(jì)第二次世界大戰(zhàn)期間戰(zhàn)爭的激勵，取得了很大進(jìn)展，整體上經(jīng)歷了開關(guān)控制，伺服控制，比例控制3個階段。比例控制技術(shù)是20世紀(jì)60年代末人們開發(fā)的一種可靠，廉價，控制精度和響應(yīng)特性，均能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)實際需要的控制系統(tǒng)。當(dāng)時，點液伺服技術(shù)已日益完善，但電液伺服閥成本高，應(yīng)用和維護(hù)條件苛刻，難以被工業(yè)界接受。希望有一種廉價，控制精度能滿足需要的控制技術(shù)去替代，這種需求背景導(dǎo)致了比例技術(shù)的誕生和發(fā)展。隨著液壓機械自動化程度的不斷提高，液壓元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢。
液壓控制閥在液壓系統(tǒng)中被用來控制液流的壓力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照負(fù)載的需求進(jìn)行工作。電液比例閥是比例控制系統(tǒng)中的主要功率放大元件，它可以根據(jù)輸入的電信號大小連續(xù)地成比例地對液壓系統(tǒng)的參量實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、計算機控制，與伺服控制系統(tǒng)中的伺服閥相比，在某些方面還有一定的性能差距，但它顯著的優(yōu)點是抗污染能力強，大大地減少可由污染而造成的工作故障，提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性；另一方面比例閥的成本比伺服閥低，結(jié)構(gòu)也簡單，已或得了廣泛的運用。
比例閥按主要功能分類，分為壓力控制閥，流量控制閥和方向控制閥三大類，每一類又可以分為直接控制和先導(dǎo)控制兩種結(jié)構(gòu)形式，直接控制用的小流量小功率系統(tǒng)中，先導(dǎo)控制 用的大流量大功率系統(tǒng)中。
這些年來國內(nèi)在液壓件清洗設(shè)備的研制和生產(chǎn)方面發(fā)展很快，但使用經(jīng)驗表明，還存在一些需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善的問題。首先是通用清洗設(shè)備的適用性問題。對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜和具有內(nèi)部油路的零部件，采用通用清洗設(shè)備往往效果不理想，內(nèi)部殘留的污染物很難沖洗出來，因而應(yīng)考慮選用或設(shè)計專用的清洗設(shè)備。其次是關(guān)于清洗液的潔凈性問題。零件清洗過程中清洗液應(yīng)保持一定的清洗度，這對于零件裝配前的精密清洗尤為重要。目前國內(nèi)清洗設(shè)備較普遍地存在過濾裝置不夠完善的問題，過濾精度低，納垢容量小，不能有效的濾除從零件沖洗出來的顆粒污染物。有的清洗設(shè)備甚至沒有過濾設(shè)備，而是定期對清洗設(shè)備的清洗液進(jìn)行過濾凈化。這樣，在清洗的初期清潔度可能符合要求，但清洗到后期，由于污染物積累清洗液污染越來越嚴(yán)重，不僅達(dá)不到清洗的目的，反而污染了零件。因此，清洗設(shè)備必須裝社具有足夠高的過濾精度和納垢容量的過濾器。采用可清洗濾芯和增加外過濾系統(tǒng)，可提高過濾凈化能力并節(jié)約費用。
設(shè)計的主要內(nèi)容包括：液壓總裝圖，非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計，液壓缸的設(shè)計，電機及泵、閥、管件的選擇使用等等。為了使設(shè)計更趨于合理化、標(biāo)注化、絕大多數(shù)零件都按照國家標(biāo)注進(jìn)行。
1.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求
液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進(jìn)行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。
液壓傳動裝置主要由以下四部分組成：
1）能源裝置——把機械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。
2）執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達(dá)。
3)制調(diào)節(jié)裝置——對系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。
4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。
液壓傳動有以下一些優(yōu)點：
1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因為
液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動機的12%左右。
2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置
易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運動時可達(dá)500次/min，實現(xiàn)往復(fù)直線運動時可達(dá)1000次/min。
3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還
可以在運行的過程中進(jìn)行調(diào)速。
4） 液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易
于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復(fù)雜的順序動作，接受遠(yuǎn)程控制。
5） 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長期在失速狀
態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。
6） 由于液壓元件已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、
制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機動性。
7） 用液壓傳動來實現(xiàn)直線運動遠(yuǎn)比用機械傳動簡單。
液壓傳動的缺點是：
1） 液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄
漏等原因造成的。
2） 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失
等），長距離傳動時更是如此。
3） 液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影
響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。
4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價
較貴，而且對油液的污染比較敏感。
5） 液壓傳動要求有單獨的能源。
6） 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。
總的說來，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，它的一些缺點有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步得到克服。
第2章 液壓綜合實驗裝置液壓原理設(shè)計
2.1液壓傳動綜述
2.1.1液壓系統(tǒng)的組成
液壓系統(tǒng)主要由以下五個主要部分來組成：
a.能源裝置：液壓泵。它將動力部分（電動機或其它遠(yuǎn)動機）所輸出的機械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。
b.執(zhí)行裝置：液壓機（液壓缸、液壓馬達(dá)）。通過它將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能，推動負(fù)載做功。
c.控制裝置：液壓閥。通過它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向，根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。
d.輔助裝置：油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關(guān)等.通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實現(xiàn)各種工作循環(huán)。
e.工作介質(zhì)：液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。
2.1.2液壓技術(shù)的優(yōu)缺點
a.與機械傳動和電氣拖動系統(tǒng)相比，液壓傳動具有以下優(yōu)點：
(1)在相同的體積下，液壓執(zhí)行裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力。在同等功率的情況下，液壓執(zhí)行裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積重量只有同等功率電動機的12%左右。由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構(gòu)，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅(qū)動，以克服長驅(qū)動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機等重型工程機械上，已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。[12]
(2)液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動機的12%～13%。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的重量指標(biāo)，目前是發(fā)電機和電動機的十分之一，液壓泵和液壓馬達(dá)可小至0.0025N/W(牛/瓦),發(fā)電機和電動機則約為0.03N/W。
(3)可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1∶2000，并可在液壓裝置運行的過程中進(jìn)行調(diào)速。
(4)傳遞運動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定。正因為此特點，金屬切削機床中的磨床傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。
(5)液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)——借助于設(shè)置溢流閥等，同時液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。
(6)液壓傳動容易實現(xiàn)自動化——借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時，能很容易地實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遙控。
b.液壓傳動的缺點：
(1)液壓傳動是以液體為工作介質(zhì)，在相對運動表面間不可避免地要有泄漏，同時，液體又不是絕對不可壓縮的，因此不宜在傳動比要求嚴(yán)格的場合采用，例如螺紋和齒輪加工機床的內(nèi)傳動鏈系統(tǒng)。[13]
(2)液壓傳動在工作過程中有較多的能量損失，如摩擦損失、泄漏損失等，故不宜于遠(yuǎn)距離傳動。
(3)液壓傳動對油溫的變化比較敏感，油溫變化會影響運動的穩(wěn)定性。因此，在低溫和高溫條件下，采用液壓傳動有一定的困難。
(4)為了減少泄露，液壓元件的制造精度要求高，因此，液壓元件的制造成本高，而且對油液的污染比較敏感。
(5)液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難，因此對維修人員提出了更高的要求，既要系統(tǒng)地掌握液壓傳動的理論知識，又要有一定的實踐經(jīng)驗。
(6)隨著高壓、高速、高效率和大流量化，液壓元件和系統(tǒng)的噪聲日益增大，這也是要解決的問題。
總之，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著設(shè)計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。液壓傳動將日益完善，液壓技術(shù)與電子技術(shù)及其它傳動方式的結(jié)合更是前途無量。
2.1.3液壓傳動的發(fā)展趨勢
由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高技術(shù)成果，如自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。[18]盡管如此，走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴展，不斷擴大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。綜合國內(nèi)外專家的意見，其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面：
a.減少能耗,充分利用能量
液壓技術(shù)在將機械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換方面，已取得很大進(jìn)展，但一直存在能量損耗，主要反映在系統(tǒng)的容積損失和機械損失上。如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉(zhuǎn)換過程的效率得到顯著提高。為減少壓力能的損失，必須解決下面幾個問題：
(1)減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。主要表現(xiàn)在改進(jìn)元件內(nèi)部流道的壓力損失,采用集成化回路和鑄造流道,可減少管道損失,同時還可減少漏油損失。
(2)減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節(jié)流系統(tǒng)來調(diào)節(jié)流量和壓力。
(3)采用靜壓技術(shù)，新型密封材料，減少磨擦損失。
(4)發(fā)展小型化、輕量化、復(fù)合化、廣泛發(fā)展3通徑、4通徑電磁閥以及低功率電磁閥。
(5)改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。
(6)為及時維護(hù)液壓系統(tǒng)，防止污染對系統(tǒng)壽命和可靠性造成影響，必須發(fā)展新的污染檢測方法，對污染進(jìn)行在線測量，要及時調(diào)整，不允許滯后，以免由于處理不及時而造成損失。
b.主動維護(hù)
液壓系統(tǒng)維護(hù)已從過去簡單的故障拆修，發(fā)展到故障預(yù)測，即發(fā)現(xiàn)故障苗頭時，預(yù)先進(jìn)行維修，清除故障隱患，避免設(shè)備惡性事故的發(fā)展。
要實現(xiàn)主動維護(hù)技術(shù)必須要加強液壓系統(tǒng)故障診斷方法的研究，當(dāng)前，憑有經(jīng)驗的維修技術(shù)人員的感宮和經(jīng)驗，通過看、聽、觸、測等判斷找故障已不適于現(xiàn)代工業(yè)向大型化、連續(xù)化和現(xiàn)代化方向發(fā)展，必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強專家系統(tǒng)的研究，要總結(jié)專家的知識,建立完整的、具有學(xué)習(xí)功能的專家知識庫，并利用計算機根據(jù)輸入的現(xiàn)象和知識庫中知識，用推理機中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高維修方案和預(yù)防措施。[17]要進(jìn)一步引發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，對于不同的液壓系統(tǒng)只需修改和增減少量的規(guī)則。
另外，還應(yīng)開發(fā)液壓系統(tǒng)自補償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自潤滑、自校正，在故障發(fā)生之前，進(jìn)市補償，這是液壓行業(yè)努力的方向。
c.機電一體化
電子技術(shù)和液壓傳動技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的液壓傳協(xié)與控制技術(shù)增加了活力，擴大了應(yīng)用領(lǐng)域。實現(xiàn)機電一體化可以提高工作可靠性，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，改變液壓系統(tǒng)效率低，漏油、維修性差等缺點，充分發(fā)揮液壓傳動出力大、貫性小、響應(yīng)快等優(yōu)點,其主要發(fā)展動向如下：
(1)電液伺服比例技術(shù)的應(yīng)用將不斷擴大。液壓系統(tǒng)將由過去的電氣液壓on-oE系統(tǒng)和開環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng),為適應(yīng)上述發(fā)展,壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應(yīng)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。計算機接口也應(yīng)實現(xiàn)統(tǒng)一和兼容。
(2)發(fā)展和計算機直接接口的功耗為5mA以下電磁閥，以及用于脈寬調(diào)制系統(tǒng)的高頻電磁閥(小于3mS)等。
(3)液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油的污染等數(shù)值將實現(xiàn)自動測量和診斷,由于計算機的價格降低,監(jiān)控系統(tǒng),包括集中監(jiān)控和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)將得到發(fā)展。
(4)計算機仿真標(biāo)準(zhǔn)化，特別對高精度、“高級”系統(tǒng)更有此要求。
(5)由電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電子直接控制液壓泵，采用通用化控制機構(gòu)也是今后需要探討的問題，液壓產(chǎn)品機電一體化現(xiàn)狀及發(fā)展。
2.1.4液壓系統(tǒng)的應(yīng)用
a.液壓傳動在機械行業(yè)中的應(yīng)用
機床工業(yè)——磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機、自動機床、組合機床、數(shù)控機床、加工中心等
工程機械——挖掘機、裝載機、推土機等
汽車工業(yè)——自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車等
農(nóng)業(yè)機械——聯(lián)合收割機的控制系統(tǒng)、拖拉機的懸掛裝置等
輕工機械——打包機、注塑機、校直機、橡膠硫化機、造紙機等
冶金機械——電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機控制系統(tǒng)等
起重運輸機械——起重機、叉車、裝卸機械、液壓千斤頂?shù)?
礦山機械——開采機、提升機、液壓支架等
建筑機械——打樁機、平地機等
船舶港口機械——起貨機、錨機、舵機等
鑄造機械——砂型壓實機、加料機、壓鑄機等
b.靜液壓傳動裝置的應(yīng)用
靜液壓傳動由于具有無級變速，調(diào)速范圍寬，可以實現(xiàn)恒扭或恒功率調(diào)速，容易實現(xiàn)電控等優(yōu)點，在工程機械中具有良好的應(yīng)用前景。但是在鏟土運輸機械和起重機械中作為主要傳動就用卻很少，其主要問題是在于國內(nèi)液壓元件質(zhì)量差，而國外的液壓元件價格又太高，會造成主同成本過高。90年代以來，國內(nèi)已引進(jìn)了德國林德公司靜液壓叉車，以及利勃海爾公司靜液壓推土機的裝載機，但在國內(nèi)市場所占份額很小。
c.遠(yuǎn)程液壓傳動裝置的應(yīng)用
在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代化信息技術(shù)正對人類 的生產(chǎn)生活產(chǎn)生著前所未有的影響。這些信息技術(shù)的進(jìn)步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設(shè)計方法與制造技術(shù)模式的改變指明了方向，為數(shù)字化設(shè)計資源與制造資源的遠(yuǎn)程共享，進(jìn)一步提高產(chǎn)品開發(fā)效率奠定了基礎(chǔ)。這一點已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并且有很多科研學(xué)者已經(jīng)投入到了這方面的研究。目前在液壓領(lǐng)域中，特別是中小企業(yè)在進(jìn)行液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計時，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復(fù)雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠(yuǎn)程設(shè)計服務(wù)可以解決這些問題。為減輕液壓設(shè)計人員的工作負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)計。
2.1.5液壓系統(tǒng)的分類
液壓系統(tǒng)可以按如下方法進(jìn)行分類：
a.按液流循環(huán)方式不同，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是：液壓泵從油箱吸油，經(jīng)節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸或液壓馬達(dá)，液壓缸或液壓馬達(dá)的回油排油油箱，工作液在油箱中冷卻及沉淀后再進(jìn)行工作循環(huán).閉式系統(tǒng)是:液壓泵的吸油管路直接與液壓馬達(dá)的回油管路相連通，形成一個閉合回路，補油泵經(jīng)單向閥補償系統(tǒng)中各液壓元件的泄漏損失。
b.按工作特征不同，液壓系統(tǒng)可分為液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)。前者以傳遞動力為主，以信息傳遞為次，追求傳動特征的完善。后者則以傳遞信息為主，以傳遞動力為次，追求控制特性的完善。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和現(xiàn)在機械設(shè)備技術(shù)性能要求的不斷提高，這種分類方法并非是絕對的。因為現(xiàn)代機械設(shè)備（如兵器、數(shù)控機床和航空航天設(shè)備等）的動力傳遞和控制指標(biāo)都很重要，所以其液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)在具體結(jié)構(gòu)上往往融為一體，這時就很難斷定這樣的系統(tǒng)是傳動系統(tǒng)或控制系統(tǒng)。
c.按執(zhí)行器的速度控制與調(diào)節(jié)方式不同，液壓系統(tǒng)可分為閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)。前者通過改變閥的開口度控制流量，從而控制執(zhí)行器的速度。后者通過改變泵的排量來改變泵的流量，從而控制速度。一般而言，閥控系統(tǒng)效率較低；而泵控系統(tǒng)效率較高。
2.1.6液壓系統(tǒng)設(shè)計要求及流程
液壓的設(shè)計一般泛指液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計。由于液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)和工作原理而言，并無本質(zhì)上的區(qū)別。通常所說的液壓系統(tǒng)設(shè)計，皆指液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計。液壓系統(tǒng)的設(shè)計與主機的設(shè)計是緊密聯(lián)系的，當(dāng)從必要性、可行性和經(jīng)濟性幾方面對機械、電氣、液壓和氣動等傳動形式進(jìn)行全面比較和論證，決定應(yīng)用液壓傳動之后，二者往往同時進(jìn)行。所設(shè)計的液壓系統(tǒng)首先應(yīng)滿足主機的拖動、循環(huán)要求，其次還應(yīng)符合結(jié)構(gòu)組成簡單、體積小重量輕、工作安全可靠、
總體看來，液壓系統(tǒng)設(shè)計的流程是：
a.明確系統(tǒng)的設(shè)計
b.分析系統(tǒng)工況
c.確定主要參數(shù)
d.擬定液壓系統(tǒng)原理圖
e.選擇液壓元件
f.驗算液壓系統(tǒng)性能
g.繪制工作圖編織技術(shù)文件。
課題的基本要求：
查閱20篇以上參考文獻(xiàn)，設(shè)計一液壓綜合實驗臺，完成總裝圖和零部件圖，并按規(guī)定格式撰寫文獻(xiàn)綜述、開題報告、畢業(yè)設(shè)計說明書。要求：方案可行，機構(gòu)合理，經(jīng)濟實用，并滿足給定的設(shè)計技術(shù)條件，實驗臺能滿跑液壓基本實驗－液阻特性實驗、液壓泵性能實驗、節(jié)流調(diào)帶回路性能實驗、溢流閥靜/動態(tài)性能實驗、減壓閥靜/動態(tài)性能實驗等。
2.2 工作原理
液壓綜合實驗裝置的液壓系統(tǒng)的油源為定量液壓泵（葉片泵），其最高工作壓力由溢流閥設(shè)定，二位二通電磁換向閥用于控制液壓泵的卸荷和供油。系統(tǒng)的執(zhí)行器為豎直液壓缸和液壓缸，其中豎直液壓缸和液壓缸的運動方向均采用電磁換向閥作為導(dǎo)閥的液控順序閥控制。豎直液壓缸進(jìn)回油路中并聯(lián)的順序閥和單向閥用于該缸差動反饋連接，液控順序閥在缸差動時關(guān)閉回油路，在非差動時，提供回油路。液壓缸的回油路上串聯(lián)的溢流閥起背壓作用。系統(tǒng)中壓力繼電器作為電磁鐵通斷電的發(fā)信裝置，控制電磁換向閥的換向動作。壓力表及其開關(guān)分別用于調(diào)整系統(tǒng)最高壓力和壓力繼電器的動作壓力時的顯示和觀測。
圖2.2 液壓綜合實驗裝置的液壓系統(tǒng)原理圖
2.3課題設(shè)計要求
液壓傳動由于其具有傳動功率大、易于實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點，使得其在各類機械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。通過該題目原理圖的設(shè)計，可以使學(xué)生熟悉液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般程序，了解并掌握液壓傳動這門技術(shù)。通過液壓傳動裝置的設(shè)計，可以使學(xué)生掌握機械設(shè)計的一般程序和基本方法?？傊?，通過本題目的設(shè)計，可以使機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生對四年所學(xué)課程得到一次較為全面的實踐鍛煉。
第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計
液壓綜合實驗裝置的制作過程包括：液壓缸的結(jié)構(gòu)、裝置、機架。并根據(jù)系統(tǒng)壓力、流量選擇了液壓閥、電機、泵。本文的設(shè)計能夠滿足液壓綜合實驗裝置要求。
3.1 液壓執(zhí)行元件的配置
由于液壓綜合實驗裝置要求布置，行程較小，故選用缸筒固定的單桿活塞桿（取缸的機械效率）。
3.2 液壓缸的主要結(jié)參數(shù)
根據(jù)表2.3以及液壓缸內(nèi)徑尺寸系列與活塞桿直徑系列推薦的優(yōu)選尺寸，選擇缸的尺寸。。加載缸結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。
表2.3液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d之間的關(guān)系
按機床類型選取d/D
按液壓缸工作壓力選取d/D
機床類別
d/D
工作壓力p/（MPa）
d/D
磨床及研磨機床
0.2~0.3
<2
0.2~0.3
插床、拉床、刨床
0.5
>2~5
0.5~0.58
鉆、鏜、車、銑、床
0.7
>5~7
0.62~0.70
其他
—
<7
0.7
現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)時采用差動聯(lián)接，并取無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即。為了防止在在回油路中裝有背壓閥，初選背壓。
初選最大負(fù)載F=22000N，按此計算則
(3.4)
液壓缸直徑
由可知活塞桿直徑
按GB/T2348-1993將所計算的D與d值分別圓整到最相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得
按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出
3.3活塞桿強度計算
活塞桿在穩(wěn)定工作下，如果僅受軸向拉力或壓力載荷時，便可以近似的采用直桿承受拉、壓載荷的簡單強度計算公式進(jìn)行計算，
活塞桿應(yīng)力 (3.5)
或 (3.6)
式中P—活塞桿所受的軸向載荷
d—活塞桿直徑
—活塞桿制造材料的許用應(yīng)力
根據(jù)以上公式可知
豎直液壓缸
液壓缸
可見，活塞桿的強度均滿足要求。
3.4液壓缸活塞的推力及拉力計算
液壓油作用在液壓缸活塞上的作用力P，對于一般單邊活塞桿液壓缸來說，當(dāng)活塞桿前進(jìn)時的推力：
(3.7)
當(dāng)活塞桿后退時的拉力：
(3.8)
當(dāng)活塞桿差動前進(jìn)時（即活塞的兩側(cè)同時進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力：
(3.9)
式中 D—活塞直徑（即液壓缸內(nèi)徑）cm
d—活塞桿直徑 cm
-液壓缸的工作壓力
當(dāng)活塞桿前進(jìn)時的推力：
當(dāng)活塞桿后退時的拉力：
當(dāng)活塞桿差動前進(jìn)時（即活塞的兩側(cè)同時進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力：
液壓缸活塞的推力及拉力可以直接從附錄中的有關(guān)計算中查出；大部分也可以從《機械設(shè)計手冊》表11-133中直接讀出。
表11-133為活塞桿直徑d采用速度比計算得出，不同液壓缸直徑D和壓力下液壓缸活塞上的推力及拉力數(shù)值。
圖3.1 液壓缸活塞的受力
3.5活塞桿最大容許行程
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表11-141和表11-142即可以概略的求出液壓缸的最大容許行程。
兩個液壓缸均采用如圖固定—自由模式進(jìn)行安裝。
圖3.2 安裝型式簡圖
根據(jù)長度公式
(3.13)
可知豎直液壓缸活塞桿計算長度l和實際行程S分別為
==52.54cm
=52.54-6=46.5cm
液壓缸活塞桿計算長度l和實際行程S分別為
=
=72.78-5.5=67.28cm
3.6液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定
當(dāng)P和p已知，則液壓缸內(nèi)徑D可按公式得：
(3.14)
式中 P—活塞桿上的總作用力，N
p—液壓油的工作壓力，KN
可知 豎直液壓缸的內(nèi)徑為125mm,液壓缸的內(nèi)徑為90mm。
3.7 液壓泵及其驅(qū)動電動機的選擇
確定液壓執(zhí)行元件的形式
液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實現(xiàn)直線運動，后者完成回轉(zhuǎn)運動，二者的特點及適用場合見下表4.1
表4.1 各執(zhí)行元件的特點
名 稱
特 點
適 用 場 合
雙活塞桿液壓缸
雙向?qū)ΨQ
雙作用往復(fù)運動
柱塞缸
結(jié)構(gòu)簡單
單向工作，靠重力或其他外力返回
齒輪泵
結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜
高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運動
葉片泵
體積小，轉(zhuǎn)動慣量小
高轉(zhuǎn)速低扭矩動作靈敏的回轉(zhuǎn)運動
擺線齒輪泵
體積小，輸出扭矩大
低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運動
軸向柱塞泵
運動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬
大扭矩的回轉(zhuǎn)運動
徑向柱塞泵
轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出大扭矩
低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運動
注：A1——無桿腔的活塞面積
A2——有桿腔的活塞面積
常用液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等類型，各種泵間的特性有很大差異。選擇液壓泵的主要依據(jù)是其最大工作壓力和最大流量。同時還要考慮定量或變量、原動機類型、轉(zhuǎn)速、容積效率、總效率、自吸特性、噪聲等因素。這些因素通常在產(chǎn)品樣本中均有反映。葉片泵也就是常說的離心泵，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，流量大，調(diào)節(jié)也很方便。故選擇葉片泵作為系統(tǒng)的油源。
通過查資料，得知葉片泵的額定壓力是16Mpa，中壓，排量1~350mL/r，最高轉(zhuǎn)速500~4000r/min，最大功率320kW，容積效率80~94%，總效率75~90%，適用黏度20~200mm2/s，自吸能力好，功率質(zhì)量比大，輸出壓力脈動小，污染敏感度大，葉片磨損后效率下降較小，黏度對效率的影響較小，噪聲小~中，價格中，適用于機床、液壓機、注塑機、工程機械、飛機及要求噪聲較低的場合。
3.7.1液壓泵的最大工作壓力
液壓泵的最大工作壓力pp取決于執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）的最大工作壓力，即
ppp1+(4.1)
式中 p1——液壓缸或液壓馬達(dá)的最大工作壓力，16MPa；
——系統(tǒng)進(jìn)油路上的總壓力損失[系統(tǒng)管路未曾確定前，可按經(jīng)驗進(jìn)行估取，簡單系統(tǒng)取=（0.2~0.5）106Pa，復(fù)雜系統(tǒng)取=（0.5~1.5）106Pa，該系統(tǒng)中取為0.5106Pa]。
故可知 pp16106+0.5106=16.5106Pa，即液壓泵的最大工作壓力為17Mpa。
3.7.2計算液壓泵的最大流量
主液壓缸的最大流量qP（m3/s）取決于系統(tǒng)所需流量qv
對于采用差動缸回路的系統(tǒng)，液壓泵的最大流量為
qPqv=K(A1-A2)vmax (4.2)
式中 A1、A2——液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積，m3；
vmax——液壓缸的最大移動速度，m/s；
K——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1~1.3（大流量取小值，小流量取大值）。
由于液壓綜合實驗裝置每分鐘循環(huán)次數(shù)為86次，故可知兩個液壓缸循環(huán)一次約為0.7s，初選豎直液壓缸和液壓缸前進(jìn)和后退的時間相同，故每次前進(jìn)或者后退的時間約為0.175s。故由公式
可知 (4.3)
=
(4.4)
可知=0.175m/s
可知液壓缸的最大移動速度為0.175m/s。
液壓缸的工作行程根據(jù)公式
S===0.15m (4.5)
故液壓泵的最大流量
豎直液壓缸
qv=K(A1-A2)=1.1 m3/s
液壓缸
取液壓泵的最大流量為120
3.7.3選擇液壓泵的規(guī)格
按照液壓系統(tǒng)圖中擬訂的液壓泵的型式及上述計算得到的pp和qP值，由產(chǎn)品樣本或手冊選取相應(yīng)的液壓泵規(guī)格。為了保證系統(tǒng)不致因過渡過程中過高的動態(tài)壓力作用被破壞，液壓泵應(yīng)有一定的壓力儲備量，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%~60%（高壓系統(tǒng)取小值，中低壓系統(tǒng)取大值）。
關(guān)于泵的流量，在實際選擇中，由于產(chǎn)品樣本上通常給出泵的排量、轉(zhuǎn)速范圍及典型轉(zhuǎn)速下不同壓力下的輸出流量，故在系統(tǒng)所需流量qv已知的情況下，泵的流量（L/min）、轉(zhuǎn)速n(r/min)與排量V（mL/r）應(yīng)綜合考慮。事實上，由于泵的輸出流量qP為
= 10-3 v(4.6)
式中 v——泵的容積效率，%；
所以，一般首先根據(jù)系統(tǒng)所需流量qv（L/min）和初選的液壓泵轉(zhuǎn)速n1(r/min)及泵的容積效率v（可從產(chǎn)品樣本查得或估取為v=0.9）計算泵排量參考值，即
Vg= (4.7)
然后再倒算（復(fù)算）出泵的實際流量即可，對于定量泵，最終選擇的泵流量盡可能與系統(tǒng)所需流量相符合。
根據(jù)上述計算公式，可知
Vg==mL/r
泵的輸出流量
=20m
根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取YB-25型單級葉片泵。
3.7.4計算液壓泵的驅(qū)動功率并選擇原動機
a. 驅(qū)動功率的計算
若工作循環(huán)中，泵的壓力和流量比較恒定（即工況圖上p-t曲線和q-t曲線變化較為平穩(wěn)），則液壓泵驅(qū)動功率應(yīng)按下式計算
（W） (4.8)
式中 為液壓泵的最大工作壓力（Pa）和最大流量（m/s）；為液壓泵的總效率，取80%。
=
b. 電動機的選擇
固定設(shè)備的液壓系統(tǒng)，其液壓泵通常用電動機驅(qū)動。
根據(jù)上述計算出的功率和液壓泵的轉(zhuǎn)速及其使用環(huán)境，從產(chǎn)品樣本或手冊中選定其型號規(guī)格[額定功率、轉(zhuǎn)速、電源、結(jié)構(gòu)型式（立式、臥式，開式、封閉式等）]，并對其進(jìn)行超載能力核算，以保證每個工作階段電動機的峰值超載量都低于25%~50%。
根據(jù)《液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用》的參數(shù)信息，選擇同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y225M-2三相異步電動機。滿載轉(zhuǎn)速為2970r/min，額定功率為45kW，額定轉(zhuǎn)矩為2.2Nm。
3.8其他液壓元件的選擇
3.8.1液壓閥及過濾器的選擇
根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格。液壓綜合實驗裝置系統(tǒng)中，所有液壓閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，所有元件的規(guī)格型號列于下表中。過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。表中序號與系統(tǒng)原理圖中的序號一致。
表4.2 液壓元件明細(xì)表
序 號
元件名稱
最大通過流量/L·
型 號
1
雙葉片葉片泵
120
YB25
2
溢流閥
4
Y-10B
3、16、18
壓力表
K-6B
4
溢流閥
4
Y-10B
5、6、7
液控順序閥
1.6
XY-25B
8
溢流閥
4
Y-10B
9、10、11
液控順序閥
1.6
XY-25B
12
順序閥
1.6
XY-25B
13
單向閥
20
I-25B
14、15
三位四通換向閥
32
35-63BY
17、19
壓力繼電器
20
二位二通換向閥
32
3.8.2油管的選擇
方案一：在液壓、氣壓傳動及潤滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能承受較高的壓力，價廉，但安裝時的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便的地方。這里作者們采用鋼管連接。
管道內(nèi)徑計算
(5.9)
式中 Q——通過管道內(nèi)的流量
v——管道內(nèi)允許流速
允許流速推薦值
表5.3 允許流速推薦值
油液流經(jīng)的管道
推薦流速 m/s
液壓泵吸油管道
0.5~1.5，一般取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3~6，壓力高，管道粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5~2.6
取=0.8m/s，=4m/s, =2m/s.分別應(yīng)用上述公式得
=20.2mm,=10.7mm,=15.2mm。根據(jù)內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。按表37-9-1經(jīng)過圓整后分別選取=20mm，=10.7mm, =15mm。對應(yīng)管子壁厚。
方案二：根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來計算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動連接快進(jìn)快退時，油管內(nèi)通油量最大，其實際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)240L/min。
綜上所述，液壓缸進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號冷拔鋼管（YB 231-70）。
3.8.3 油箱及其輔件的確定
油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲存油液外，還起著散發(fā)油液中的熱量（在周圍環(huán)境溫度較低的情況下則是保持油液中熱量）、分離油液中的氣泡、沉淀固體雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如空氣濾清器及液位計等。
設(shè)計油箱時應(yīng)考慮如下幾點：
a .油箱必須有足夠大的容積。以滿足散熱要求，停車時能容納液壓系統(tǒng)中所有的油；而工作時又保持適當(dāng)?shù)挠臀灰蟮取?
b. 吸油管及回油管應(yīng)插入最低油位以下。以防止吸油管吸入空氣；回油管飛濺產(chǎn)生氣泡。管口一般與油箱底、箱壁的距離不小于管徑的3倍。吸油管應(yīng)安裝80或100μm的網(wǎng)式或線隙式濾油器，安裝位置要便于裝卸或清洗濾油器?；赜凸芸谛鼻?5°角并面向箱壁，以防回油沖擊油箱底部的沉積物。
c. 吸油管和回油管的距離盡可能遠(yuǎn)一點，中間要設(shè)置隔板，使油液在油箱中流動速度緩慢一點，時間長一些，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。
d. 為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有密封的頂蓋，頂蓋上應(yīng)沒有帶濾油網(wǎng)的注油口及帶空氣濾清器的通氣孔，注油及通氣一般都由一個空氣濾清器來完成。為了便于放掉油，油箱底應(yīng)有一定傾斜度，最低處設(shè)放油閥。
e. 箱壁上應(yīng)考慮安裝液面指示器、冷卻器。加熱器及溫度計等位置。
f.油箱也可以設(shè)計成完全密封的充壓式油箱，用以改善液壓的吸油狀況。一般充氣壓力為0.07~0.1MPa。
根據(jù)以上六點設(shè)計要點以及對照本設(shè)計的需要，繪制油箱簡圖如下：
圖4-5 油箱簡圖
初始設(shè)計時，先按經(jīng)驗確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
初始設(shè)計時，先按經(jīng)驗公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。初設(shè)計時，按經(jīng)驗公式(5.10)
式中——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積
——經(jīng)驗系數(shù),按下表取 =5：
表5.4 各系統(tǒng)經(jīng)驗系數(shù)
系統(tǒng)類型
行走機械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機械
1～2
2～4
5～7
6～12
10
中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5~7倍，故油箱容積為
=5120=600L
3.9 液壓系統(tǒng)壓力損失驗算
驗算的目的在于了解執(zhí)行元件能否得到所需工作壓力。系統(tǒng)進(jìn)油路上的壓力損失由管道的沿程壓力損失、局部壓力損失兩部分組成，即
=+（Pa） (5.11)
a. 沿程壓力損失
=（Pa） (5.12)式中 —沿程阻力系數(shù)，可按《液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用》表2-34相應(yīng)的公式進(jìn)行計算，也可以由圖2-14查得；
—管道長度，m；
—液體密度，；
—液流平均速度，。
因此由公式可得沿程壓力損失
=0.1（Pa）
b. 局部壓力損失
（Pa）(5.13)
式中 —局部阻力系數(shù)，其具體數(shù)值與局部阻力裝置的類型和雷諾數(shù)有關(guān)，通常，當(dāng)Re＞時，；
—液體密度，；
—液流平均速度，。
因此由公式可得局部壓力損失
（Pa）
第4章 實驗臺面板的結(jié)構(gòu)與設(shè)計
4.1實驗臺面板的結(jié)構(gòu)
試驗臺面板是蓋在實驗臺表面的面板。其正面需要直接與各類液壓元件相連，背面要求與油管相連。結(jié)構(gòu)以20mm的鋼板為主，在上面分布的是各種螺孔與通孔，用來安裝各個液壓元件。
試驗臺面板的安裝固定也是重要的。油路板一般采用框架固定，要求安裝、維修和檢測方便。它可安裝固定在機床上或機床附屬設(shè)備上，但比較方便的是安裝在液壓站上。本次采用螺栓直接固定在用角鋼焊接而成實驗臺支架上。這種設(shè)計裝卸方面，符合實驗臺要求。
4.2實驗臺面板的設(shè)計
4.2.1分析液壓系統(tǒng)，確定實驗臺面板結(jié)構(gòu)
本次試驗臺設(shè)計都采用的是用管接頭來連接液壓閥與管道，選用的是卡套式管接頭。這就要求面板的一端連接閥底部有空，另一端設(shè)計成螺紋孔以便與管接頭相連。本次采用的是14mm外徑的鋼管來作為油管，管接頭將采用卡套式直通管接頭，然后連接油管。
4.2.2液壓元件的布局
繪出面板平面尺寸，把制作好的液壓元件樣板放在面板上進(jìn)行布局，此時要注意：
(1)液壓閥閥芯應(yīng)處于水平位置，防止閥芯自重影響液壓閥的靈敏度，特別是換向閥一定要水平布置。
(2)與液壓油路板上主液壓油路相同的液壓元件，其相應(yīng)的油口應(yīng)盡量要沿同一坐標(biāo)布置。
(3)壓力表開關(guān)布置在最上方，如果需要在液壓元件之間布置，則應(yīng)留足壓力表的安裝空間。
(4)液壓元件之間的距離應(yīng)大于5mm，換向閥上的電磁鐵、壓力閥的先導(dǎo)閥以及壓力表等可伸到面板的輪廓外。、
根據(jù)以上準(zhǔn)則，布局出各個閥類的位置，然后就可以在是實驗臺面板上根據(jù)液壓元件的要求布局各個孔的位置以及尺寸了。
4.2.3確定油孔的位置與尺寸
實驗臺面板的正面用來安裝液壓元件。上面布置有液壓元件固定螺孔、油路板固定孔和液壓元件的油孔。當(dāng)液壓元件布置完畢后，基本位置就確定了。
液壓油路背面，設(shè)計有與執(zhí)行元件連接的油孔、與液壓泵連接的壓力油孔以及與液壓油箱連接的回油孔。此類液壓油孔可加工成米制細(xì)牙螺紋或者英制管螺紋孔。
在設(shè)計過程中，會出現(xiàn)各個孔間的干涉問題。采用的方法是可以把油路板設(shè)計成偏心油孔，只要兩孔有公共部分即可保證油路的暢通。
4.2.4繪制實驗臺面板零件圖
試驗臺面板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用多個視圖表達(dá)，主視圖表示液壓元件安裝固定的位置、液壓元件進(jìn)出油口位置和大小，后視圖表示各油管接頭位置和尺寸。圖2.5為實驗臺面板的主視圖。
圖3.1 實驗臺面板
第5章 液壓站設(shè)計與維護(hù)保養(yǎng)
5.1油箱的設(shè)計
液壓油箱的作用是貯存液壓油、分離液壓油中雜質(zhì)和空氣，同時還起到散熱的作用。
5.1.1油箱有效容積的確定
液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量V可概略地確定為：
在低壓系統(tǒng)中p<2.5MPa可?。?
(4.1)
在中壓系統(tǒng)中p<6.3MPa可?。?
(4.2)
在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中p>6.3MPa可?。?
(4.3)
式中 V——液壓油箱有效容量；
——液壓泵額定流量。
在本課題中，
應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會因策略作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過液壓油箱高度的80%?！?
根據(jù)