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XX 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ） 題目 液壓沖擊實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) 作者 學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué)號 指導(dǎo)教師 2015 年 5 月 29 日 XX 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評語 指導(dǎo)人： （簽名） 年 月 日 指導(dǎo)人評定成績： XX 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱人評語 評閱人： （簽名） 年 月 日 評閱人評定成績： XX 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄 日期： 學(xué)生： 學(xué)號： 班級： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會下列材料： 1 設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙 共 頁 3 指導(dǎo)人、評閱人評語 共 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會評語： 答辯委員會主任： （簽名） 委員： （簽名） （簽名） （簽名） （簽名） 答辯成績： 總評成績： i 摘要 原有的液壓沖擊試驗(yàn)臺，油路和液壓閥分布在三個(gè)閥塊中，三個(gè)閥塊采用堆疊式 結(jié)構(gòu)，存在著維修不便及閥塊接觸面密封性不好容易漏油的問題。本設(shè)計(jì)將原有的三 層堆疊結(jié)構(gòu)變?yōu)閮蓚€(gè)獨(dú)立閥塊采用管道連接的結(jié)構(gòu)，能有效解決上述問題。本次設(shè)計(jì) 完成了液壓沖擊插裝閥控制模塊方案，完成了流道、插裝閥、電磁閥、接頭等選型計(jì) 算，并繪制了控制模塊總裝圖計(jì)聯(lián)接塊零件圖，編寫了設(shè)計(jì)說明書。 關(guān)鍵詞：插裝閥；液壓沖擊系統(tǒng)；油路；閥塊 ii Abstract The original hydraulic impact test rig, oil and hydraulic valve distribution in three valve block, three stacked structure is used to block valve, there is a maintenance inconvenience and valve block interface is not easy to leak sealing problem. The design of the original three layer stack structure into two separate valve block the pipe connection structure, can effectively solve the above problem. This design completed the hydraulic impact cartridge valve control module, completed the flow channel, cartridge valve, solenoid valve, joint type selection calculation, and draw the control module assembly diagram meter connection piece part drawing, writing the design specification. Key words: cartridge valve; The hydraulic impact system; Oil; The valve block XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iii 目 錄 第一章 緒論 .....................................................................................................................- 1 - 1.1 選題背景與意義 ...........................................................................................................- 1 - 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...........................................................................................................- 1 - 1.3 設(shè)計(jì)要求 .......................................................................................................................- 3 - 第二章控制模塊的預(yù)期功能 .......................................................................................- 4 - 2.1 控制模塊原理圖與原理簡述 .......................................................................................- 4 - 2.2 控制模塊所需要實(shí)現(xiàn)的功能 ......................................................................................- 5 - 2.3 沖擊液壓系統(tǒng)特點(diǎn) .......................................................................................................- 5 - 2.4 原有液壓沖擊實(shí)驗(yàn)裝置的存在問題 ...........................................................................- 6 - 2.5 本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處 ...................................................................................................- 7 - 第三章 控制模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ..............................................................................- 8 - 3.1 電動機(jī)功率計(jì)算 ...........................................................................................................- 8 - 3.2 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器扭矩計(jì)算 ...........................................................................................- 8 - 3.3 油箱體積計(jì)算 ...............................................................................................................- 8 - 3.4 插裝閥的選型計(jì)算 .......................................................................................................- 9 - 3.4.1 插裝閥 26-1 計(jì)算 ...................................................................................................- 9 - 3.4.2 插裝閥 26-2 計(jì)算 ...................................................................................................- 9 - 3.4.3 插裝閥 26-3 計(jì)算 ...................................................................................................- 9 - 3.4.4 插裝閥 26-4 計(jì)算 .................................................................................................- 10 - 3.5 蓄能器計(jì)算 .................................................................................................................- 10 - 3.5.1 沖擊系統(tǒng)蓄能器計(jì)算 ..........................................................................................- 10 - 3.5.2 泵出口蓄能器計(jì)算 ..............................................................................................- 10 - 3.6 油路管徑確定 .............................................................................................................- 11 - 3.6.1 泵出油管道設(shè)計(jì) ..................................................................................................- 11 - 3.6.2 蓄能器出口經(jīng)閥 26-1 入液壓缸有桿腔進(jìn)油管道設(shè)計(jì) .....................................- 11 - 3.6.3 無桿腔經(jīng)閥 26-4 至油箱出油管道設(shè)計(jì) .............................................................- 11 - 3.6.4 蓄能器出口經(jīng)插裝閥 26-2 入液壓缸油管設(shè)計(jì) .................................................- 11 - 3.7 油路壁厚確定 .............................................................................................................- 12 - 3.8 液壓閥元件的選型 .....................................................................................................- 14 - 3.9 控制模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案比較 .................................................................................- 15 - 第四章 控制模塊的裝配及公差與配合 ................................................................- 19 - 4.1 閥塊 1 的裝配 .............................................................................................................- 20 - 4.2 閥塊 2 的裝配 .............................................................................................................- 21 - 4.4 閥塊 1 與閥塊 2 的管道連接 .....................................................................................- 23 - XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iv 4.4 插裝閥插件與閥體的配合 .........................................................................................- 26 - 4.5 閥類零件與閥塊的裝配 .............................................................................................- 27 - 4.6 插裝閥與法蘭等零件與閥塊的裝配 .........................................................................- 28 - 第 5 章 控制模塊液壓工作介質(zhì) ..............................................................................- 30 - 5.1 控制模塊液壓工作介質(zhì)的安全使用與維護(hù) ............................................................- 30 - 5.2 控制模塊液壓工作介質(zhì)的選擇 ................................................................................- 32 - 5.2.1 液壓工作介質(zhì)的相關(guān)定義及要求 .....................................................................- 32 - 5.2.2 液壓工作介質(zhì)的選擇 .........................................................................................- 34 - 第六章 總結(jié)與展望 .....................................................................................................- 34 - 參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................................- 36 - 致 謝 ..........................................................................................................................- 37 - XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 1 - 第一章 緒論 1.1 選題背景與意義 液壓傳動與控制是機(jī)械工程學(xué)科的一個(gè)重要研究方向，湖南省是工程機(jī)械的重要 生產(chǎn)基地，而工程機(jī)械廣泛使用液壓傳動，隨著技術(shù)大發(fā)展以及工業(yè)應(yīng)用的需求，液 壓技術(shù)正朝著高壓、高速的方向積極發(fā)展。 計(jì)算機(jī)輔助測試方法已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，具有效率高、精度高、可靠性高的 特點(diǎn)，在液壓測試系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越成熟。目前為止，國內(nèi)外諸多學(xué)者已經(jīng)完成了 多種形式液壓試驗(yàn)臺計(jì)算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)際應(yīng)用，大部分完成的是高壓大 流量或者軟件測試的單一針對性實(shí)驗(yàn)，上海交通大學(xué)開發(fā)了基于LabVIEW的高壓高速實(shí) 驗(yàn)臺，其實(shí)驗(yàn)是針對泵性能測試的，特點(diǎn)是專用性強(qiáng)，但通用性差。 本高壓大流量液壓試驗(yàn)臺可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)瞬時(shí)流量為3000L/min，滿足大部分液壓試驗(yàn) 的需要，并實(shí)現(xiàn)液壓回路的靈活設(shè)計(jì)。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 工程機(jī)械是機(jī)械裝備工業(yè)的重要組成部分，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，工程機(jī)械中95%使用 液壓控制系統(tǒng)，故液壓系統(tǒng)和液壓元部件的性能測試實(shí)驗(yàn)成為至關(guān)重要的部分，近年 來，美國、德國等國家的工程機(jī)械的發(fā)展方向與中國不盡相同，他們致力于向節(jié)能環(huán) 保，小型多功能方面發(fā)展，而中國更多是向大型工程機(jī)械的方向發(fā)展，針對于我國工 程機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r，完成高壓大流量液壓試驗(yàn)臺成為必需的過程。根據(jù)其應(yīng)用性能的 不同，各高校及企業(yè)的研究者完成了不同針對性試驗(yàn)臺的搭建，進(jìn)行了大量的大流量 液壓實(shí)驗(yàn)。 孫紅波，王勇等人，為解決我國大流量安全閥的實(shí)驗(yàn)難題，研制出可實(shí)現(xiàn)輸出流 量達(dá)到500L/min的實(shí)驗(yàn)裝置，成功做出大流量安全閥的動態(tài)性能實(shí)驗(yàn)分析，并得出安 全閥的流量、壓力的時(shí)間特性曲線。于良振、王明琳等，根據(jù)鍛壓機(jī)應(yīng)用需求，對電 液比例插裝閥進(jìn)行了性能測試，其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)2MPa低壓下提供3600L/min的流量，使 用低壓大流量完成了流量--壓差特性實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)最大壓力31.5MPa，最大穩(wěn)態(tài)流量 300L/min，同時(shí)由4個(gè)容積大小為100L的蓄能器組合提供瞬態(tài)高壓大流量，使用高壓實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)，完成了閥的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)。候剛針對我國目前高性能沖擊大流量安全閥裝置 的空白問題，采用9個(gè)容積100L的蓄能器，完成大流量安全閥沖擊測試。曾斌在改善管 道系統(tǒng)的沖洗工藝中，采用4臺額定流量200L/min，最大工作壓力16MPa的柱塞泵的液 壓系統(tǒng)，完成了液壓系統(tǒng)高壓大流量沖洗工藝研究。 姚春江、陳小虎等人完成了多功能液壓試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)，試驗(yàn)臺液壓泵由75Kw電動 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 2 - 機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)最高壓力24MPa，最大流量91L/min，電磁換向閥、節(jié)流閥、溢流閥和液 壓缸構(gòu)成故障模擬系統(tǒng)，流量計(jì)和壓力傳感器構(gòu)成檢測系統(tǒng)，電磁閥和溢流閥模擬工 作。廖映華，張良棟等人為更好滿足教學(xué)及科研需求，將QCS014液壓試驗(yàn)臺進(jìn)行改造， 舊試驗(yàn)臺可完成12種基本回路實(shí)驗(yàn)，可進(jìn)行泵電機(jī)控制、液壓系統(tǒng)順序控制、溫度控 制、計(jì)時(shí)控制，主要利用ACT-120溫度調(diào)節(jié)指示儀和JSK-5B電子計(jì)時(shí)控制器實(shí)現(xiàn)，改造 后的試驗(yàn)臺可實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的接觸繼電器和PLC控制，將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)劃分為各控制模塊處 理。陳六梅、高亞明等人完成了工程機(jī)械液壓系統(tǒng)檢測試驗(yàn)臺的開發(fā)，試驗(yàn)臺采用集 成模塊化設(shè)計(jì)，油路壓力與方向有2組電磁閥分別控制，壓力由4個(gè)溢流閥和1個(gè)電液比 例閥控制，各個(gè)閥安裝在集成塊四周，檢測平臺由PXI總線硬件平臺、液壓元件試驗(yàn)臺、 便攜式檢測單元、地面固定平臺、檢測與診斷系統(tǒng)、狀態(tài)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成，滿足 工程機(jī)械液壓檢測的需求。楊小強(qiáng)、高亞明等人做了液壓系統(tǒng)故障通用檢測平臺的研 究，也是采用模塊化思想及通用檢測平臺構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了故障檢測系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。 Smaranda，Nitn等人完成了一種特殊結(jié)構(gòu)電磁閥的模型和響應(yīng)特性。Elif，Erzan 等人完成了高速電磁閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和響應(yīng)特性的研究。M.K.Bahr Khalil等人在工業(yè)應(yīng) 用和移動液壓機(jī)械的基礎(chǔ)上，完成了對恒功率斜盤軸向柱塞泵的研究，探討了對比例 泵性能的控制方案，提出了優(yōu)化方案并得到了驗(yàn)證。 基于大流量實(shí)驗(yàn)的成功完成以及模塊化的應(yīng)用，給本高壓大流量液壓試驗(yàn)臺提供了借 鑒基礎(chǔ)。 近幾年工業(yè)的發(fā)展，對于檢測與控制系統(tǒng)的要求越來越高，要求儀器能夠完成實(shí) 時(shí)測試以外，還能滿足多種多樣的使用要求，能完成監(jiān)測、分析、控制、優(yōu)化等操作。 在液壓傳動領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)普及化，各類監(jiān)測軟件的使用已經(jīng) 得到了成熟的應(yīng)用。 近年來，虛擬儀器越來越顯現(xiàn)其優(yōu)勢，LabVIEW的應(yīng)用越來越廣泛，帶給研究者更 大的便利，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最前強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，G語 言編程，產(chǎn)生的程序是圖框形式，編程就像畫電路圖一樣，不需要文本程序代碼，而 且有C/C++等其他計(jì)算機(jī)高級語言一樣各種各樣、功能強(qiáng)大的函數(shù)庫，可以完成從數(shù)據(jù) 采集到數(shù)據(jù)分析、仿真、調(diào)試控制等功能。 東北大學(xué)的宋濤采用LabVIEW7.1，研制出一套基于虛擬儀器的閥性能測試系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)對電液伺服動靜態(tài)性能測試與研究。羅會銘應(yīng)用LabVIEW8.2建立一套基于柱塞泵 的液壓泵試驗(yàn)臺測試系統(tǒng)，完成從數(shù)據(jù)采集到分析控制等功能。陳遠(yuǎn)玲、李中山等人 以LabVIEW為平臺，開發(fā)了一套具有較好通用性、靈活性和擴(kuò)展性的多功能液壓試驗(yàn)臺。 吳麗華、高紅俐等人以LabVIEW8.5為開發(fā)工具，建立一套以徑向液壓柱塞泵為對象的 測試系統(tǒng)。楊磊做的基于虛擬儀器和電業(yè)比例技術(shù)液壓測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用LabVIEW 開發(fā)，通過對QCS003型液壓試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)，主要完成了液壓泵性能測控系統(tǒng)、溢流閥 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 3 - 特性測控系統(tǒng)和節(jié)流閥調(diào)速回路性能測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。譚心、李超等人以LabVIEW 為平臺，設(shè)計(jì)了一套計(jì)算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的液壓實(shí)驗(yàn)臺。楊忠仁、饒程等人研究了基 于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用LabVIEW端口調(diào)用圖標(biāo)，利用CIN圖標(biāo)調(diào)用C語言驅(qū)動程 序，實(shí)現(xiàn)LabVIEW的數(shù)據(jù)采集。鄒憲軍、譚壘等人在自主研制的YCS-DII電液伺服比例 綜合試驗(yàn)臺上，利用LabVIEW開發(fā)了電液伺服閥在線診斷軟件，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) 了再線故障診斷應(yīng)用。華東理工大學(xué)吳帥應(yīng)公司實(shí)際需求，針對液壓系統(tǒng)大流量變化 和高精度控制，為從測試液壓控制系統(tǒng)性能和智能傳感接頭，基于LabVIEW監(jiān)測，研制 了一種多功能電液控制試驗(yàn)臺與測試系統(tǒng)，其系統(tǒng)性能穩(wěn)定，測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，滿足工 程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析要求。 1.3 設(shè)計(jì)要求 本次設(shè)計(jì)在參照原有試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在使用原有設(shè)計(jì)參數(shù)滿足原有功能的 前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)。將原來的三個(gè)閥塊層疊在一起的結(jié)構(gòu)，改為所有液壓元器件裝在一 個(gè)閥塊上，或幾個(gè)獨(dú)立閥塊上，閥塊間用管道連接。要能夠有效解決堆疊式閥塊存在 的密封性問題，還要方便維修。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 4 - 第二章控制模塊的預(yù)期功能 2.1 控制模塊原理圖與原理簡述 進(jìn)油口 回油箱 回油箱 圖 2.1 控制模塊原理圖 原理圖上各液壓閥功能簡介： 比例節(jié)流閥：比例節(jié)流閥系列蓋板插裝閥靠一個(gè)電流控制 PWM 信號利用自調(diào)節(jié) 液壓設(shè)計(jì)來控制流量，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對主閥芯的伺服型控制而不用電反饋傳感器。 單向閥：只允許油液從一個(gè)方向流動，而不允許反向流動。 方向控制二通插裝閥：主要實(shí)現(xiàn)液路的通或斷，與普通液壓控制閥組合使用時(shí)， 才能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)油液方向、壓力和流量的控制。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 5 - 2.2 控制模塊所需要實(shí)現(xiàn)的功能 液壓沖擊實(shí)驗(yàn)控制模塊專為動力沉樁機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的模塊，該控制模塊由 1 個(gè)插裝式單向閥、5 個(gè)換向用插裝閥、1 個(gè)比例流量閥，3 個(gè)蓄能器及輔助閥組成。 該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)被控液壓缸 3 個(gè)動作。 1）液壓缸慢速上提 液壓油通過比例流量閥 27 到達(dá)液壓缸無桿腔（A2 工作油口），有桿腔（B2 工作 油口）的液壓油通過插裝閥 30 回油箱，液壓缸上升速度通過比例流量閥 27 調(diào)節(jié)，該 閥放大器輸入電壓為 0-10V，輸入電壓為 10V 時(shí)通流能力最大。 2）液壓缸快速上提 液壓缸快速上提采用差動回路，泵出口壓力油及蓄能器壓力油一起從插裝閥 26-2 中進(jìn)入活塞腔（A2 工作油口），活塞桿腔（B2 工作油口）回油經(jīng)插裝閥 26-3 回到活 塞腔中。實(shí)現(xiàn)沖擊循環(huán)時(shí)的快速上提。 3）液壓缸下沖打樁 泵出口壓力油及蓄能器壓力油一起從插裝閥 26-1 中進(jìn)入活塞桿腔（B2 工作油口）， 活塞腔（A2 工作油口）回油經(jīng)插裝閥 26-4 回油箱，由于沖擊速度快，插裝閥 26-4 是 通流量最大的閥，其通徑為 100mm?；赜拖涞交钊恢小?2.3 沖擊液壓系統(tǒng)特點(diǎn) 本液壓系統(tǒng)有如下特點(diǎn)： 1.采用電控可調(diào)變量泵，隨沖程的變換調(diào)節(jié)泵的排量。 2.分程采用差動回路，減少系統(tǒng)所需最大流量。泵的排量和蓄能器的容積減少，節(jié)約 成本和體積。 3.采用插裝閥，內(nèi)阻小，響應(yīng)快，密封好，泄漏小，流通能力大。 4.采用壓力傳感器、電磁溢流閥及控制程序，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在選定壓力范圍內(nèi)工作。 5.采用雙蓄能器，保證在高速時(shí)提供足夠的液壓油。 6.缸的進(jìn)、出口油管通過單向閥與溢流閥相連。防止電控失靈，管道爆裂造成安全事 故。 7.當(dāng)停留時(shí)間隨工況要求增長時(shí)，蓄能器沖液時(shí)間增長，系統(tǒng)壓力增大，可以增加沖 擊速度 8.小沖程工作時(shí)，相應(yīng)的減少泵的排量，即可在允許的壓力范圍內(nèi)工作。相應(yīng)調(diào)節(jié)停 留時(shí)間，即可達(dá)到要求的打擊頻率。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 6 - 9.系統(tǒng)停留時(shí)間可按經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。 2.4 原有液壓沖擊實(shí)驗(yàn)裝置的存在問題 原有的液壓沖擊試驗(yàn)臺，油路和液壓閥分布在三個(gè)閥塊中，從而有以下主要缺點(diǎn)： 1、因三個(gè)版塊采用堆疊的連接方式，使得維修不便，在對下層試驗(yàn)臺進(jìn)行維修時(shí)，需 將上層試驗(yàn)臺吊起來，導(dǎo)致維修困難。2、由于制造誤差、裝配誤差等，存在平面度誤 差，使得兩個(gè)平面不能完全重合存在縫隙，導(dǎo)致密封性不好，在兩平面的接觸處容易 出現(xiàn)漏油的狀況。 圖 2.2 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 7 - 原有沖液壓擊試驗(yàn)臺三維圖 2.5 本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處 本次設(shè)計(jì)在參照原有試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在使用原有設(shè)計(jì)參數(shù)滿足原有功能的 前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)。將原來的三個(gè)閥塊層疊在一起的結(jié)構(gòu)，改為兩個(gè)獨(dú)立的閥塊通過管 道進(jìn)行連接。能夠有效解決密封性問題，還能方便維修。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 8 - 第三章 控制模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 電動機(jī)功率計(jì)算 液壓泵排量 q=270ml/r, 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1480r/min, 液壓泵理論流量： .................（3.1）min/40182703-LnqQ???? 壓力 P=20Mpa，取容積效率為 9.v? 實(shí)際流量： .......................（3.2）in/328.04vr? 取最大流量時(shí)壓力 P=20Mpa 理論輸出功率： .................（3.3）WPQNt 13026???? 根據(jù)泵樣本，壓力 P=20Mpa 時(shí)總效率為 90%，則實(shí)際輸入功率： ..................（3.4）Kt 4879.13?? 取電動機(jī)功率為 160KW 3.2 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器扭矩計(jì)算 電動機(jī)額定扭矩 M 為： ..........................（3.5）NmN103260148?????? 考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)矩過載能力是 2.2 倍，可取傳感器額定扭矩為: ................................(3.6）s39 3.3 油箱體積計(jì)算 試驗(yàn)臺是開式系統(tǒng)，油箱固定，考慮到試驗(yàn)一般是非連續(xù)工作，取油箱有效容積 為泵每分鐘流量的 6 倍，油箱有效容積 V： ..........................（3.7)34.204mLQV??? XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 9 - 3.4 插裝閥的選型計(jì)算 3.4.1 插裝閥 26-1 計(jì)算 插裝閥 26-1 給沖擊液壓缸的上腔供油，已知活塞的最大速度為: ,設(shè)smV/4.62? 有桿腔面積為 S ................................(3.8）23108.m??? 最大流量 ：2Q .........（3.9)in/L1463in/46...333- ???VS 已知，開始供油的初速度是 1.33 m/s, 此時(shí)流量: ...........(3.10）mi/0i/0..108. 33-01 ?? 平均流量 ：A ......................（3.11） in/8424621 LQ??? 考慮到最大流量和平均流量，查華德插裝閥樣本，取型號 LC63A05E6XB 通徑 63，面積比 2：1，開啟壓力為 0.05MPa，不帶緩沖凸頭（E），流量 1000L/min 時(shí) 壓降約為 0.1Mpa。 3.4.2 插裝閥 26-2 計(jì)算 插裝閥 26-2 在沖擊液壓缸上提時(shí)供油，已知，活塞的最大速度為 ,其smV/5.23? 作用面積為 最大流量 ：23109.6mS???3Q ...........（3.12）in/928mi/928.065. -33 LVQ?? 根據(jù)分析，開始供油的初速度是 0, 平均流量 ：B ...................（3.13） i/4in/4.29833B? 考慮到最大流量和平均流量，查華德插裝閥樣本，取型號 LC50A05E6XB 通徑 50，面積比 2：1，開啟壓力為 0.05MPa，不帶緩沖凸頭（E），流量 1000L/min 時(shí) 壓降約為 0.1Mpa。 3.4.3 插裝閥 26-3 計(jì)算 插裝閥 26-3 在沖擊液壓缸上提時(shí)上腔油通過該閥進(jìn)入下腔，前已述及，活塞的最 大速度為 ,上腔作用面積為smV/5.2? 23108.mS??? 最大流量 ：4Q ...........（3.14）in/5i/5.60.218.3332 LS??? XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 10 - 根據(jù)分析，開始供油的初速度是 0, 平均流量 ：CQ ...............................（3.15）min/5.426834LQC? 考慮到最大流量和平均流量，查華德插裝閥樣本，取型號 LC50A05E6XB 通徑 50，面積比 2：1，開啟壓力為 0.05MPa，不帶緩沖凸頭（E），流量 1000L/min 時(shí) 壓降約為 0.1Mpa。 3.4.4 插裝閥 26-4 計(jì)算 插裝閥 26-4 在沖擊液壓缸下沖時(shí)下腔油通過該閥回油箱，已知，活塞的最大速 度為 ,上腔作用面積為 ，最大流量 ：smV/4.62?2310mS???5Q ..........（3.16）in/840in/84.6.10 325 LSQ??? 根據(jù)分析，開始供油的初速度是 1.33 m/s, 此時(shí)流量： .........（3.17）i/79i/79.3. 301V??? 平均流量 ：D ......................（3.18） min/23197834265 LQ??? 考慮到最大流量和平均流量，查華德插裝閥樣本，取型號 LC100A05E6XB 通徑 100，面積比 2：1，開啟壓力為 0.05MPa，不帶緩沖凸頭（E），流量 2000L/min 時(shí)壓降約為 0.1Mpa。 3.5 蓄能器計(jì)算 3.5.1 沖擊系統(tǒng)蓄能器計(jì)算 根據(jù)計(jì)算，蓄能器容積 ，此處要計(jì)算蓄能器的最大排放量，根據(jù)計(jì)算，LV3.210? 蓄能器提供的最大流量： ..................（3.19）min/07194626Qr? 選用兩個(gè)蓄能器，每個(gè)容積 40L NXQ A -40/31.5-F-A， JB/T 7035.1-93 2 臺，蓄能器外徑 299mm，每臺的最大排放流量 為 15L/s，兩臺同時(shí)排放為 30L/s，合計(jì)為 1800L/min，必須留有較大余量。 同體積的法蘭聯(lián)結(jié)最大排放流量大于螺紋聯(lián)結(jié)的蓄能器，故只能選用法蘭聯(lián)結(jié)方 式。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 11 - 3.5.2 泵出口蓄能器計(jì)算 選用 NXQ A -10/31.5-F-A ，JB/T 7035.1-93 1 臺。 3.6 油路管徑確定 3.6.1 泵出油管道設(shè)計(jì) 已知：泵的最大流量為 。s/m1067.in/403-??L ?? qd ..................................（3.20） d-油管內(nèi)徑； q-通過油管的最大流量； v-油管中允許流速，查表得 v=5m/s； 代入式(3.1)中解得： md039.514.367???? 查標(biāo)準(zhǔn)取管道內(nèi)徑 40mm。 3.6.2 蓄能器出口經(jīng)閥 26-1 入液壓缸有桿腔進(jìn)油管道設(shè)計(jì) 已知：最大流量為 ，當(dāng)壓力大、管道短、流量大時(shí)通smL/104.2in/14633??? 過油管的流速可取大值，取 。sv 代入式（3.1）解得： d062.14.323???? 查標(biāo)準(zhǔn)取管道內(nèi)徑 63mm。 3.6.3 無桿腔經(jīng)閥 26-4 至油箱出油管道設(shè)計(jì) 已知：最大流量為 ，取 v=7m/s。s/m1064in/L3803-?? 代入式（3.1）解得： d97.14.33? 計(jì)算查標(biāo)準(zhǔn)取管道內(nèi)徑 100mm。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 12 - 3.6.4 蓄能器出口經(jīng)插裝閥 26-2 入液壓缸油管設(shè)計(jì) 已知：最大流量為 ，取 。smL/105.in/9283???sv/6? 代入式（3.1）解得： d47.614.33? 計(jì)算查標(biāo)準(zhǔn)取管道內(nèi)徑 50mm。 其余壓力油管道均取 40mm，控制管道取 12mm。 3.7 油路壁厚確定 模塊材料的選擇：由于 45 號鋼，具有較高的強(qiáng)度和較好的切削加工性，經(jīng)適當(dāng)?shù)?熱處理以后可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性，材料來源方便。適合于氫焊和氬弧焊。 所以模塊材料選擇 45 號鋼。 45 號鋼力學(xué)性能簡介： 抗拉強(qiáng)度：不小于 600Mpa ； 屈服強(qiáng)度：不小于 355Mpa ； 伸長率：16[1] % ； 收縮率：40% ； 油路最大承受內(nèi)部壓力計(jì)算： 管道的最大承受的壓力（壓強(qiáng)）： .............................（3.21）??n2DSTp? 式中： P——管內(nèi)水壓強(qiáng)，MPa； D——管內(nèi)徑，mm； [S]——管材的許用拉應(yīng)力強(qiáng)度 MPa， T——管壁厚，mm。 n——安全系數(shù)。 又已知許用拉應(yīng)力大于 600Mpa，油路最大壓強(qiáng) 32Mpa，n 取 6 控制油路：其中 D=12mm，求得： ..........................（3.22）??mSpD92.16023T??? XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 13 - 主油路: 當(dāng) D=100mm 時(shí) ....................（3.23）??mSpD02.1623T??? 當(dāng) D=63mm 時(shí) .....................（3.24）??Sp08.1623T??? 當(dāng) D=50mm 時(shí) ..........................（3.25）??mSpD860253T??? 當(dāng) D=40mm 時(shí) .........................（3.26）??Sp4.6023T??? 從而，控制油路的最小壁厚為 1.92mm，主油路的壁厚應(yīng)根據(jù)油路通徑確定相應(yīng)壁 厚。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 14 - 3.8 液壓閥元件的選型 表 3.1 液壓元件選型表 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 15 - 3.9 控制模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案比較 方案甲：將所有閥及其他液壓元器件安裝在一個(gè)閥塊上。 優(yōu)點(diǎn):所有元器件都裝在一個(gè)閥塊上，密封性較好，而且避免了采用管道連接，且 避免了閥塊間的裝配誤差。結(jié)構(gòu)較為集中，節(jié)約空間。 編號 名稱 型號 生產(chǎn)廠家 數(shù)量 1 DN40 插裝閥蓋板 LFA40WEA-6X 北京華德 1 2 DN40 插件 LC40A10D-6X 北京華德 1 3 DN40 插裝閥蓋板 LFA40D-6X/F 北京華德 1 4 DN40 插件 LC40B10E-6X 北京華德 1 5 比例節(jié)流閥 TDA040EW09A2NLW 德國派克 1 6 DN50 插裝閥蓋板 LFA50WEA-6X 北京華德 2 7 DN50 插件 LC50A10D-6X 北京華德 1 8 DN50 插件 LC50B10D-6X 北京華德 1 9 DN63 插裝閥蓋板 LFA63WEA-6X 北京華德 1 10 DN63 插件 LC63A10D-6X 北京華德 1 11 DN100 插裝閥蓋板 LFA100WEA-6X 北京華德 1 12 DN100 插件 LC100B10D-6X 北京華德 1 13 單向閥 S20P11 北京華德 2 14 齒輪定量泵 CB-FE10E-f1-1-R 榆次液壓 1 15 齒輪定量泵 CB-FE20E-f1-p-27 榆次液壓 1 16 蓄能器 EHV20-330/90 OLAER（天津） 2 17 蓄能器 EHV6-330/90 OLAER（天津） 1 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 16 - 缺點(diǎn)：閥塊體自身體積過大，且內(nèi)部油路太過復(fù)雜，導(dǎo)致閥塊的加工難度很大， 加工成本過高。故該方案不太容易實(shí)現(xiàn)。 方案乙：將閥及其他液壓元器件安裝在三個(gè)閥塊上。三個(gè)閥塊間采用管道連接。 優(yōu)點(diǎn)：將原有的液壓閥安裝在三個(gè)獨(dú)立的閥塊上，閥塊間采用管道連接，各閥塊 結(jié)構(gòu)相對簡單，閥塊易加工。 缺點(diǎn)：將閥分布在三個(gè)閥塊上，相通油路采用管道連接，因油路較復(fù)雜使得接頭 和管道數(shù)量過多，裝配較復(fù)雜，密封性較差。 方案丙：將原有的三層閥塊堆疊結(jié)構(gòu)，改為兩個(gè)獨(dú)立的閥塊采用管道連接的結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：將液壓閥等液壓元器件安裝在兩個(gè)獨(dú)立的閥塊上，結(jié)構(gòu)較緊湊。由于不采 用閥塊間堆疊的方式密封性有所提高，且該方案的閥塊加工不是特別復(fù)雜。裝配較為 簡單。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相比原有結(jié)構(gòu)復(fù)雜些。采用了管道連接也會引起一些密封性方面的問 題。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 17 - 圖 3.1 閥塊 1 三維圖 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 18 - 圖 3.2 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 19 - 閥塊 2 三維圖 綜上所述選擇方案丙作為最終設(shè)計(jì)方案，該方案采用將液壓元器件安裝在兩個(gè)獨(dú) 立的閥塊上，閥塊間采用管道連接。既有效解決了原液壓試驗(yàn)臺的閥塊接觸面漏油和 維修不便的問題，又充分考慮到了節(jié)約空間和閥塊加工的問題，該結(jié)構(gòu)閥塊 1 長寬高 為 350mm×400mm×250mm，閥塊 2 長寬高為 550mm×550mm×350mm，所占空間較為合理， 且加工方便。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 20 - 第四章 控制模塊的裝配及公差與配合 4.1 閥塊 1 的裝配 1-法蘭 2-DN40 插裝閥（30 ） 3-DN40 插裝閥（10-2） 4-螺塞 5- 單向閥（28-2） 6-比例節(jié)流閥（27） 7-單向閥（ 28-1） 圖 4.1 閥塊 1 裝配簡圖 1 2 3 4 5 6 7 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 21 - 閥塊 1 上主要安裝有插裝閥（10-2）、比例節(jié)流閥及 DN40 插件、兩個(gè)板式單向 閥、及插裝閥 DN40（30）。 根據(jù)北京華德液壓的產(chǎn)品說明書，DN40 插裝閥蓋板與閥塊間的連接主要采用 4 個(gè) M20 螺紋長度為 45 的內(nèi)六角螺釘連接。插裝閥蓋板與電磁閥之間的連接采用 4 個(gè) M6 的內(nèi)六角螺釘連接。 兩個(gè)通徑為 20 的板式單向閥，與閥塊間的連接采用 4 個(gè) M14 螺紋長度為 55 的內(nèi) 六角螺釘連接。 根據(jù)德國派克公司的產(chǎn)品說明書，比例節(jié)流閥與閥塊間采用 4 個(gè) M20 螺紋長度為 45 的內(nèi)六角螺釘連接。 因需要與閥塊 2 及其他油路連接，閥塊 1 上裝有 6 個(gè) FUS66DN38 高壓法蘭，該 型號法蘭與閥塊連接采用 4 個(gè) M16 螺紋長度為 30 的內(nèi)六角螺釘連接。 為了方便打孔，閥塊 1 上用螺塞堵住一些多余的孔，其中采用了一個(gè) M45 的內(nèi)六 角螺塞，以及兩個(gè) M24 內(nèi)六角螺塞。 因需要與其他油路連接，該閥塊還采用了一個(gè) M25 的 A 型扣壓式膠管接頭，該型 號的接頭密封性較好，裝配方便。 該閥塊內(nèi)還存在著三個(gè)插裝閥插件與閥塊的配合，具體尺寸精度要求詳見裝配圖 及零件圖。 閥塊 1 的整體尺寸為長 350mm，寬 400mm，高 250mm。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 22 - 4.2 閥塊 2 的裝配 1-DN100 插裝閥（26-4 ） 2-DN50 插裝閥（26-3 ） 3-螺塞 4-法蘭 5-DN63 插裝閥（26-1 ） 6-DN50 插裝閥（26-2 ） 圖 4.2 閥塊 2 的裝配簡圖 閥塊 2 上主要安裝有四個(gè)插裝閥。 1 2 3 4 5 6 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 23 - 根據(jù)北京華德液壓的產(chǎn)品說明書，插裝閥 DN100 與閥塊 2 的連接采用 6 個(gè) M30 的內(nèi)六角螺釘連接，螺紋長度為 63mm。 插裝閥 DN63 與閥塊 2 的連接采用 4 個(gè) M30 的內(nèi)六角螺釘連接，螺紋長度為 65mm。 插裝閥 DN50 與閥塊 2 的連接采用 4 個(gè) M20 的內(nèi)六角螺釘連接，螺紋長度為 45mm。 為了方便打孔，閥塊 2 采用了 4 個(gè)螺塞來堵塞多余的油口，其中三個(gè)采用的是 M56 的螺塞，一個(gè)采用的是 M68 的螺塞。 因閥塊 2 需與其他油路連接，采用了一個(gè) FUS68DN50 高壓法蘭，該法蘭與閥塊的 連接采用 4 個(gè) M20 的內(nèi)六角螺釘連接，螺紋長度為 45mm。 閥塊 2 還采用了一個(gè) FUS68DN63 高壓法蘭，該法蘭與閥塊的連接采用 4 個(gè) M24 的內(nèi)六角螺釘連接，螺紋長度為 45mm。 閥塊 2 裝配了 1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓法蘭 DN100，該法蘭與閥塊的連接采用 4 個(gè) M16 的內(nèi)六 角螺釘連接，螺紋長度為 30 閥塊 2 裝配了 1 個(gè)高壓圓法蘭 DN100，該法蘭與閥塊的連接采用 6 個(gè) M30 的內(nèi)六 角螺釘連接，螺紋長度為 55。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 24 - 4.4 閥塊 1 與閥塊 2 的管道連接 圖 4.3 進(jìn)油口 接頭 1 接頭 2 接頭 3 接頭 4 接頭 5 接頭 6 D N 4 0 插裝閥 （ 1 0 - 2 ） D N 4 0 插裝閥 （ 3 0 ） 比例節(jié)流閥 （ 2 7 ） 單向閥 （ 2 8 - 2 ） 單向閥 （ 2 8 - 1 ） XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 25 - 閥塊 1 的管道連接示意圖 圖 4.4 閥塊 2 的管道連接示意圖 D N 6 3 插裝閥 （ 2 6 - 1 ） D N 5 0 插裝閥 （ 2 6 - 2 ） 螺塞 接頭 7 D N 1 0 0 插裝閥 （ 2 6 - 4 ) 接頭 8 接頭 9 D N 5 0 插裝閥 （ 2 6 - 3 ） 接頭 1 1 接頭 1 0 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 26 - 進(jìn)油口 回油箱 回油箱 圖 4.5 液壓沖擊試驗(yàn)臺原理圖 在液壓沖擊試驗(yàn)臺中，由于液壓閥分布在兩個(gè)獨(dú)立的閥塊中，插裝閥的控制油路 若采用內(nèi)控油路較為復(fù)雜，故所有插裝閥均采用外控油路。 液壓沖擊試驗(yàn)臺從位于閥塊 1 上的進(jìn)油口進(jìn)油。閥塊上的接頭 1 用于連接位于閥 塊 2 上的接頭 10。閥塊 1 上的接頭 2 用來回油箱。閥塊 1 上的接頭 3 用來接閥塊 2 上 的接頭 11。閥塊 1 上的接頭 4 和 DN40 插裝閥蓋板上出油孔以及閥塊 2 上的接頭 7 還 有 4 個(gè)插裝閥的外控油路一起通過一個(gè)聯(lián)接塊接在蓄能器上。 閥塊 1 上的接頭 5 用來接 B2 工作油口。閥塊 1 上的接頭 6 用來接另一個(gè)蓄能器。 閥塊 2 上的接頭 8 用來回油箱。閥塊 2 上的接頭 9 用來接 A2 工作油口。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 27 - 4.4 插裝閥插件與閥體的配合 圖 4.6 插裝閥閥體零件圖 插裝閥插件與閥體間存在著許多配合，如圖所示插裝閥閥體上下腔圓柱面都有較 高的加工要求。閥體上下腔的極限尺寸偏差均為上偏差 0.03，下偏差為 0。因?yàn)椴寮?與閥體產(chǎn)生相對運(yùn)動，閥體與插件采用間隙配合，閥體尺寸下偏差為 0。又因?yàn)殚y體與 插件有較高的配合精度要求，故閥體下腔有圓跳動不大于 0.05 這一形狀公差要求，該 公差以上腔內(nèi)表面為基準(zhǔn)。閥體上腔內(nèi)表面要求粗糙度值小于 Ra0.8，下腔內(nèi)表面要求 粗糙度值小于 Ra1.6。考慮到插裝閥蓋板的裝配及密封性能，閥塊表面和閥體上腔內(nèi)表 面有垂直度要求，要求垂直度小于 0.1。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 28 - 4.5 閥類零件與閥塊的裝配 圖 4.7 閥塊零件圖 1 閥類零件裝配在閥塊上時(shí)，要求較高的配合精度。如圖所示，閥塊在裝有液壓元 件的表面上都要求表面粗糙度值小于 Ra1.6.因?yàn)槿舯砻嫣植诳赡軙?dǎo)致蓋板和閥塊 的接觸面漏油。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 29 - 4.6 插裝閥與法蘭等零件與閥塊的裝配 圖 4.8 閥塊零件圖 2 如圖所示，要保證 DN100 插裝閥和閥塊 2 的裝配，需要用 8 個(gè) M30 的螺釘來固定， 又因?yàn)樵撋w板本身比較重，故螺紋孔也比較深。在上圖中可見，要固定一個(gè) DN50 高 壓法蘭，需要采用 4 個(gè) M24 的螺釘，由于是高壓法蘭，受力較大，螺紋長度也較長， 以確保能承受足夠大的力。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 30 - 第 5 章 控制模塊液壓工作介質(zhì) 5.1 控制模塊液壓工作介質(zhì)的安全使用與維護(hù) 液壓傳動有結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量穩(wěn)定、機(jī)械效率高，輕易實(shí)現(xiàn)自動化等諸多優(yōu)點(diǎn)。因 此，目前很多大，中型機(jī)械都采用液壓傳動系統(tǒng)，但是液壓技術(shù)也存在漏油，油溫變 化影響運(yùn)行速度的控制、噪聲等缺點(diǎn)。如何更安全、高效地使液壓機(jī)械運(yùn)行，根據(jù)系 統(tǒng)壓力，運(yùn)行速度、工作油量、環(huán)境溫度正確地選用液壓油，公道地使用與維護(hù)，長 期保持油液優(yōu)良的工作性能，發(fā)揮最優(yōu)的工作效能，才是工作的關(guān)鍵。針對這一點(diǎn)， 平時(shí)要按規(guī)范操縱，科學(xué)的治理。并采取以下一些預(yù)防措施，防止污染雜質(zhì)混進(jìn)液壓 油。 (1) 液壓用油、油桶要設(shè)置在干凈安全的地方，加強(qiáng)治理。所用的油桶，濾油機(jī)，油漏 斗、油管等都應(yīng)保持干凈。裝運(yùn)液壓油的油桶必須事先清洗干凈，油桶需專用，不要 與其他油桶混雜。 (2) 控制模塊應(yīng)經(jīng)常保持清潔，為防止灰塵雜物落進(jìn)油液中，油箱應(yīng)加蓋密封。 (3) 油箱中的油液應(yīng)根據(jù)工作情況定期更換。在換油時(shí)