《液压装置论文》word版.docx
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《液压装置论文》word版
摘要
液压传动系统的整个设计流程主要分为两大部分:
一是系统的功能原理设计;二是系统的结构设计也称施工设计,它包括液压装置及电气控制装置的设计。
液压系统的功能原理设计完成之后,即可根据所选择的液压元件和辅助动作顺序图表,进行液压系统的结构设计。
液压装置设计(泛指液压系统中需自行设计的那些零件的结构设计的统称)的目的在于选择确定元、辅件的连接装配方案,具体结构,设计和绘制液压系统产品工作图样,并编制技术文件,为制造、组装和调试液压系统提供依据。
电气控制装置是实现液压装置工作控制的重要组成部分,是液压系统设计中不可缺少的重要环节。
电气控制装置设计是根据液压系统的工作节拍或电磁铁动作顺序表,选择确定控制硬件并编制相应的软件。
液压装置设计是液压系统功能原理设计的延续和结构实现,一个液压系统能否可靠而有效地运行,在很大程度上取决于液压装置设计的质量优劣,从而使液压装置结构设计在整个液压系统设计过程中成为一个相当重要的环节,所以在设计的时候必须给予足够的重视。
关键词:
液压传动、试验台
ABSTRACT
Thewholedesignofhydraulictransmissionsystemmainlydividedintotwomajorprocess:
Oneisthefunctionofthesystemdesignprinciple,Secondisthestructuredesignandsystemconstructiondesign,itincludessayshydraulicdeviceandelectriccontroldevicedesign.Hydraulicsystemdesign,functionandprinciplecanbechosenaccordingtotheorderofhydrauliccomponentsandauxiliarymotion,hydraulicsystemgraphstructuredesign.
Hydraulicdeviceinthehydraulicsystemdesign(referringtothosepartsofthedesignofstructuredesignofthepurposeof)referredtochooseoneyuan,theconnectionassemblyscheme,design,structureanddrawinghydraulicsystemproductsandtechnologies,theworkingpatternformanufacturing,assembling,filesanddebugginghydraulicsystemprovidesthebasis.Theelectricalcontroldeviceistorealizethecontrolofhydraulicequipmentworkisanimportantpartofhydraulicsystemdesignindispensableimportantsegment.Theelectricalcontroldeviceisdesignedaccordingtothehydraulicsystemofworkingrhythmorelectromagnetworkorderlist,selectthecorrespondingcontrolhardwareanddeterminationofthesoftware.
Hydraulicdeviceisdesignedtofunctionandprincipleofhydraulicsystemdesignandrealizationstructure,ahydraulicsystemisreliableandeffectiveoperation,dependsinlargepartonhydraulicdevicedesignquality,thusmakinghydraulicstructuredesigninthehydraulicsystemdesignprocessbecomesaveryimportantlinkinthedesign,soyoumustgiveenoughattention.
Keywords:
Hydraulictransmission、teststand
摘要……………………………………………………………………………………
1
前言…………………………………………………………………………………
4
第一章液压试验台的设计…………………………………………………………
5
1.液压综合试验台的总体组成及特点………………………………………
5
2.液压实验台功能原理设计…………………………………………………
6
3.液压实验台装置的设计……………………………………………………
9
4.液压实验台电气控制装置的设计…………………………………………
17
第二章液压系统元件的选择……………………………………………………
22
1.液压系统的设计计算………………………………………………………
22
2.液压系统中各元件的选择…………………………………………………
22
第三章油箱的设计…………………………………………………………………
29
1.液压系统的设计计算………………………………………………………
29
2.油箱附件的选择……………………………………………………………
31
第四章管路的设计…………………………………………………………………
32
1.管路的种类和材料…………………………………………………………
32
2.油管尺寸的确定……………………………………………………………
32
3.液压管路的连接方法………………………………………………………
33
第五章实验台的维护和常见故障排除方法………………………………………
34
1.实验台的日常检查和定期检查………………………………………………
34
2.实验台常见故障及排除方法………………………………………………
36
附表…………………………………………………………………………………
39
致谢…………………………………………………………………………………
40
参考文献……………………………………………………………………………
41
前言
液压传动系统的整个设计流程主要分为两大部分:
一是系统的功能原理设计(包括功能设计、组成元件设计和液压系统计算等三个环节);二是系统的结构设计也称施工设计,它包括液压装置及电气控制装置的设计。
液压系统的功能原理设计(包括液压系统原理图的拟订、组成元件设计和系统计算)完成之后,即可根据所选择的液压元件和辅助动作顺序图表,进行液压系统的结构设计。
液压装置设计(泛指液压系统中需自行设计的那些零件的结构设计的统称)的目的在于选择确定元、辅件的连接装配方案,具体结构,设计和绘制液压系统产品工作图样,并编制技术文件,为制造、组装和调试液压系统提供依据。
电气控制装置是实现液压装置工作控制的重要组成部分,是液压系统设计中不可缺少的重要环节。
电气控制装置设计是根据液压系统的工作节拍或电磁铁动作顺序表,选择确定控制硬件并编制相应的软件。
液压装置设计是液压系统功能原理设计的延续和结构实现,一个液压系统能否可靠而有效地运行,在很大程度上取决于液压装置设计的质量优劣,从而使液压装置结构设计在整个液压系统设计过程中成为一个相当重要的环节,所以在设计的时候必须给予足够的重视。
本次毕业设计的任务是:
自行设计液压传动实验装置,采用集中装配型结构设计,液压泵站,实验台,过渡板等,其他液压元件通过计算查表,选取标准器件。
主要设计内容如下。
(1)设计插装式液压实验台的液压原理图。
(2)设计结构新颖、实用的插装式液压实验架。
(3)设计与液压原理图相关的电气控制原理图。
(4)设计、计算并选取液压系统管路、油箱等附件。
第一章液压实验台的设计
1.液压综合试验台的总体组成及特点
1.1设计特点
液压综合试验台,以下简称试验台,应尽量采用先进的测试手段,既能满足学生试验要求,又可兼顾科研及对外科技服务,同时为后期实现计算机数据处理,留出了发展的余地。
1.2总体组成及布置
试验台由电控柜、仪器仪表柜、主操纵台、供油泵站、控制泵站、主泵站、油泵试验台、油马达试验台、阀试验台和小操纵台等组成。
在总体布置上,充分考虑到使用的方便及空间布置的紧凑。
1.3设计时主要考虑的几个问题
1.加载方式的选择
目前常用的加载方式有水力加载、电力加载、机械加载和液压加载。
本试验台采用单一的液压加载方式,便于控制调节,能源单一,结构简单,加载较稳定,且资金投入较少
2.测试原理
试验台选用模拟显示和数显两种方式作为检测手段,采用压力表、温度表、流量计进行模拟显示,学生实验教学时,便于操作,直观性强;采用压力传感器、流量传感器等进行数字输出显示,便于远程监视和控制,更主要的是为后期采用计算机进行数据处理提供技术上的必要准备。
供油方式试验台采用开式液压系统,专设一个供油泵,可给被试主泵和马达供油,采用这种方式灵活性较强,被试泵不直接从油箱吸油,而由供油泵供油,解决了有些泵自吸能力差的问题,给各种泵、马达的试验带来极大的方便。
3.控制方式
试验台从控制的灵活性方面考虑,采用就近控制及远程控制两套控制方式。
就近控制,就是在试验台上安装调压阀,学生做实验时,可直接调节调压阀手柄,直观性强,便于学生对原理的理解,远程控制设在主操纵台上,通过操纵台上的监视器,实现远程控制,试验台工作过程中出现意外故障时,可及时停止,以免损坏设备,提高了安全性。
4.元件的选择
在液压元件的选择上,考虑两种方式:
一是集成化元件,元件布置集中、台面规整、管道连接方便,但集成化元件有查排故障难,不便于检修等缺点,同时,由于集成化,导致直观性差,不利于学生实验;二是分离式元件,元件布置分散、台面不规整、管道连接不方便,但分离式元件直观性好,查找故障容易,便于检修,有利于学生实验。
因此,本试验台采用分离元件,集中布置方式,把分离元件集
中布置在阀块上,这样既直观,台面又比较规整,查找故障和检修也较容易。
5.主要功能及作用
试验台可完成液压泵的效率及参数测定、液压马达的性能测定、溢流阀的静动态特性测定、伺服系统的动态特性试验、控制系统的校正试验及控制系统的稳定性试验等试验,使我院的液压传动课程的试验开出率达到了100%,满足了教学的要求,丰富了试验的内容。
学生可以根据自己掌握的知识,设计出一些综合性试验,在试验台设计时,充分地考虑了这一点,以利于培养学生的动手能力。
利用试验台开展对外科技服务。
该试验台可用以测试煤矿所有的液压泵、溢流阀、液压马达的性能,加强了与各厂矿的联系,一方面可获得一定的经费来加强设备的维护,另一方面,通过合作,提高了学院的知名度及社会影响,有利于学院今后的进一步发展。
2.液压实验台功能原理设计
2.1实验台的功能
《液压传动》是高等院校机械类的重要课程之一,实验教学是本课程的有机组成部分之一。
传统的液压教学实验台存在着内容固定、功能单一、管路已连接好不易修改、实验以演示为主、学生动手机会少等缺陷。
本实验台适应了近年来液压实验台在结构设计和实验方法上的较大变化,以实验内容丰富、多变,实验过程加强学生动手能力的培养,具有机电液一体化的功能为目标,具体功能如下。
(1)实验台基本能完成液压传动课程教学中的各种实验所有液压元件均采用实物元件,系统的额定工作压力6.3MPa,缩小了教学与实际应用的差距,并能为实际的液压系统提供一个试验平台,既达到了液压传动课程的教学实验目的,又兼顾了实用性。
①常用液压元件的性能测试
a.液压泵的特性测试。
b.溢流阀的特性测试。
c.节流阀的特性测试。
d.调速阀的特性测试。
e.减压阀的特性测试。
f.液压缸的特性测试(液压缸加载)。
②液压传动基本实验回路实验
a.采用节流阀的进油节流调速回路(进油节流调速、回油节流调速、旁路节流调速)。
b.采用调速阀的定压节流调速回路。
c.简单的压力调定回路。
d.变量泵加旁路小孔节流的调压回路。
e.用多个溢流阀的压力调节回路(二级调压回路)。
f.用减压阀的减压回路。
g.采用行程阀的速度换接回路。
h.调速阀串联的速度换接回路。
i.调速阀并联的速度换接回路。
j.采用三位换向阀的卸荷回路。
k.采用先导式溢流阀的卸荷回路。
1.采用顺序阀的顺序动作回路。
m.采用电器行程开关的顺序动作回路。
n.采用压力继电器的顺序动作回路。
o.采用液控单向阀的闭锁(平衡)回路。
p.用顺序阀的平衡回路。
(2)一机多功能 实验台不仅能完成教学实验,而且能完成实际液压系统的有关实验。
实验台为单侧布置,同时只能供一组学生进行实验。
所有实验元件均为独立组件,应用橡胶软管由学生自行设计、组装实验回路。
每个工位都有液压油的供给/回油接口、压力测试接口和实验回路的电气控制输入/输出接口等,具有多种功能并可扩展。
(3)直观性强 该实验台所完成的实验回路能较好地反映出油路走向和元件的作用,使课堂教学的抽象性与实际回路的应用性能有机结合。
2.2实验台液压系统及其工作原理
如图1-1所示为多功能液压教学实验台的液压系统原理图,其组成和功能如下。
图1-1实验台液压系统原理图
1-变量泵;2-油箱;3-液位计;4-电动机;5-定量泵;6-过滤器;7-截止阀;8-先导式溢流阀;9-电磁换向阀;10-压力表;11-带单向阀的快速接头;12-液压缸组件
(1)液压源部分 系统采用一个定量齿轮泵5和一个变量叶片泵1向系统供油,两泵既可以同时供油,也能单独供油。
考虑到实验过程中的安全性和电机的低压启动等因素,在两个液压泵的压油口各设置了一个先导式溢流阀8做安全阀,并利用其远程控制口通过一个二位二通电磁换向阀9控制系统卸荷与升压。
试验台的液压系统泵站采用旁置式结构,从维修的角度考虑,在两泵的吸油口与油箱的连接管路上各安装了一个截止阀7。
(2)压力测试部分为了提高测量精度,系统可以采用多个不同量程的压力表与压力表开关组成多个独立的测压装置,分别与布置在实验台上的测压接口相连,构成测压接口。
分别在两泵的压油口连接两个压力表测量压力,用于泵出口压力的调整。
(3)执行器液压缸组件12为系统的执行器,它由两个液压缸组成,可对顶安装或顺序安装两缸之间设有一具有两个导杆的支架,导杆上装有一个滑块与左液压缸的活塞杆相连,模拟工作台的运动,支架上装有一标尺。
滑块上装有指针、行程开关挡块和行程调速阀的挡块等,两液压缸活塞杆工作区段还装有一根铝合金导轨,上面装有行程开关,可在导轨上移动或者固定。
(4)采用了带单向阀的快换接头 在供油/回油和压力测试接口中,每台泵都有供油接口,当未接油管时具有自封作用。
回油和压力油接口采用扩口式管接头。
(5)液压元件组件及橡胶软管部分(图中未画出) 该实验台连接回路时所需的元件及管件是独立组件,液压元件为板式阀,各自独立安装在一块标准的过渡板上,过渡板四周按元件外接油口的相应数量装有管接头,过渡板的背面有“T”形挂钉,用于液压元件的挂装。
(6)备用液压元件 本实验台所配置的备用液压元件主要有:
直动式/先导式溢流阀、减压阀、(单向)顺序阀、单向阀、液控单向阀、(单向)节流阀、(单向)调速阀、行程调速阀、二位四通换向阀、三位四通换向阀(O、H、M型中位机能)和延时压力继电器等。
与传统的液压教学实验台相比,该液压教学实验台综合性强;学生在完成实验中,脑、手并用;通过液压回路的组装实验,可使学生初步具备液压系统的调试、分析能力;此实验方式对培养学生的学习兴趣、激发学生的创新意识有极大的作用。
3.液压实验台装置的设计
3.1液压装置结构特征
液压装置按其总体配置分为分散配置型和集中配置型两种主要结构类型,而集中配置型即为通常所说的液压站。
此液压传动实验台是集中配置型液压装置,它是将液压系统的执行器安放在实验台上,而降液压泵及其驱动电机、辅助元件等独立安装在实验台之外,即集中设置所谓液压站。
此实验台结构是将液压站设置在实验台旁侧,作为执行器的液压缸至于实验台上方,液压站通过管路将液压油传递至液压缸中从而进行试验。
3.2液压动力源装置的组成及特征
液压动力源是由多种元件、附件组合而成的整体,可为一个或者几个系统存放一定清洁度的工作介质,并输出一定压力
、流量的液体动力,它是整个液压系统或液压站的一个重要部件。
液压动力源一般由液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤器组件和蓄能器组件五个相对独立的部分组成,见表1-1。
尽管这五个部分相对独立,但在设计的过程中,除了根据机器设备的工况特点和使用的具体要去进行合理取舍外,还经常需要将它们进行适当的组合,合理构成一个部件。
例如,油箱上长需要将控温组件中的温度计、过滤器组件作为油箱附件而组合在一起构成液压油箱等。
表1-1液压动力源装置的组成
组成部分
包含元器件
作用
液压泵组
液压泵
将原动机的机械能转换为液压能
原动机
驱动液压泵
联轴器
连接原动机与液压泵
传动底座
安装和固定液压泵及原动机
油箱组件
油箱
储存油液、散发油液热量、溢出空气、分离水分、沉淀和安装文件
液位计
现实和观测液面高度
通气过滤器
注油、过滤空气
放油塞
清洗油箱或更换油液放油
控温组件
油温计
显示、观测油液温度
温度传感器
检测并控制油温
加热器
油液加热
冷却器
油液冷却
过滤器组件
各类过滤器
分离油液中的固体颗粒,防止堵塞小截面流道,保持油液清洁度等
蓄能器组件
蓄能器
蓄能、吸收液压脉动和冲击
支撑台架
安装蓄能器
液压动力源按照泵组布置的方式属于上置式,电动机卧式安装称为卧式液压动力源,实物图如图1-2所示。
图1-2上置式卧式液压动力源
上置式液压动力源特点是占地面积小,结构紧凑。
液压泵可以是定量型的,也可以是变量型(恒功率式、恒压式、恒流量式、限压式及压力切断式等)的。
当采用卧式液压动力源时,由于液压泵置于油箱之上,必须注意各类液压泵的吸油高度,以防止液压泵进油口产生过大的真空,造成吸空或气穴现象,各类液压泵的吸油高度见表1-2。
表1-2液压泵的吸油高度/mm
液压泵
螺杆泵
齿轮泵
叶片泵
柱塞泵
吸油高度
500~1000
300~400
≤500
≤1000
液压动力源使用电动机作为原动机,适用于稳定电力供应的设备,工作时噪音低,应用最为普遍。
3.3油箱的作用及结构
油箱在液压系统中具有存储液压油液、散发油液热量、逸出空气、沉淀杂质、分离水分和安装元件等作用。
(1)存储液压油液
油箱必须能够存放液压系统中所有油液。
液压泵从油箱抽走油液送至系统,油液在系统中完成动力传递之后返回油箱。
(2)散发油液热量
液压系统的容积损失和机械损失导致油液温度升高。
油液从系统中带回来的热量大部分靠油箱壁散发到周围空气中,这就要求油箱有足够的尺寸,尽量设置在通风良好的位置上,必要时油箱外壁要设置翅片来增加散热能力。
(3)逸出空气
液压系统低压区液压低于饱和蒸汽压、吸油管漏气或液位过低时由漩涡作用引起泵吸入空气、回油的搅拌作用都是形成气泡的原因。
有野泡沫会导致噪音和损坏液压装置,尤其在液压泵中会引起气浊。
未溶解的空气可在油箱中溢出,因此增大油液面积,并使油液在油箱里停留较长时间,有助于排除气泡。
(4)沉淀杂质
未被过滤器捕获的细小污染物,如磨损屑或油液老化生成物,可以沉落到油箱底部并在清晰油箱时加以清除。
(5)分离水分
由于温度变化,空气中的水蒸气在油箱内壁上凝结成水滴而落入油液中,其中只有很少溶解在油液里,未溶解的水会使油液乳化变质。
油箱提供油水分离的机会,使这些游离水聚积在油箱中的最低点,以被清除。
(6)安装文件
在中小设备的液压系统中,往往把液压泵组合一些阀直接安装在油箱顶盖上,油箱必须制造得足够牢固以支撑这些元件。
一个牢固的油箱还在降低噪音方面发挥作用。
油箱的总容量包括油液容量和空气容量。
油液容量是指油箱中油液最多时,即液面在液位计的上刻度线时的油液体积。
在最高液面以上要留出等于油液容量的10%~15%的空气容量,以便形成油液的自由表面,容纳热膨胀和泡沫,促进空气分离,容纳停机或检修时靠自重流回油箱的油液。
在确定油箱容量之后,可以从标准油箱系列中选取邮箱的具体规格。
标准油箱的外形如图1-3所示。
油箱尺寸的计算见后面的
“油箱的设计”。
图1-3标准油箱外形结构
油箱的箱顶结构取决于它上面安装的元件,在箱顶上安装液压泵组时,顶板的厚度应为侧板的四倍,以免产生振动。
液压泵组与箱顶之间应设置隔振垫。
为了便于不知和维修,在箱顶上的回油口安装会有过滤器。
箱顶上还要设置通气孔(空气过滤器)、注油口,通气器为附带注油口的结构,取下通气帽就可以注油,放回通气帽即成同期过滤器。
在油箱的箱壁上设置一个清洗孔,以便用手清洗油箱所有内表面。
清洗口法兰盖板能一个人拆装,同时配有可以重复使用的弹性密封件。
液位计是带有温度计的结构,设置在油箱的外壁上,并靠近注油口,以便注油时观测液面。
在油箱内安装冷却器和加热器的母的在于把油液黏度维持在液压泵制造商推荐的范围之内。
油箱内的油液温度,对于含水难燃液体通常不应超过50℃,对于其他油液一般不应超过55℃。
在油箱的底部最低处设置放油塞以便油箱内油液更换。
为便于油箱搬运,油箱底离地面150mm,可设置支脚,支脚应该有足够大的面积以便可以用垫片等来调平。
液压泵组指液压泵及驱动泵的原动机、联轴器及传动底座组件,液压泵组采用
卧式安装。
液压泵与电动机通过联轴器相连。
3.4液压实验台的结构特征
液压实验台采用铝合金词材料加工而成,实验台面板为“Γ”行槽结构,其结构如图1-4所示。
实验台设计为折叠式,实验台板2左右和前面三面壁厚10mm,中间是空的。
支架3与实验台板2之间通过半圆头柳钉连接,两者之间可以相对转动,在未进行试验的时候支架3绕着柳钉连接点逆时针旋转30°与实验台板2重合,这样能够节约摆放实验台所需要的空间。
支架3的宽度为51mm,器右上角设计形状为圆弧形,如图1-5所示。
在做实验的时候由支架上角的“Γ”行槽1来支撑实验台板2,以保持实验台的受力平衡。
图1-4实验台结构
1-“Γ”行槽;2-实验台板;3-支架
液压元件均配有可方便安装的过渡板,实验的时候只需要将元件挂在“Γ”行槽中即可,实验的过程中实验油路均采用开闭式快换接头,通过软管相连即可成实验回路。
图1-5支架
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