液壓系統(tǒng)各元件的確定

1、5.液壓系統(tǒng)各元件的確定5.1對液壓系統(tǒng)的要求液壓系統(tǒng)設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的一部分，與設(shè)計要求密切相關(guān)。設(shè)計液壓系 統(tǒng)時，首先要明確整體設(shè)計對液壓系統(tǒng)的要求，這是液壓系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。（1）明確主機和總體布局。主機功能和工作原理，機器總體結(jié)構(gòu)，主要部件 結(jié)構(gòu)、布置及再主機中的位置、作業(yè)方式和工作循環(huán)等，這些不僅是合理確定液 壓執(zhí)行元件的運動方式及其工作范圍的需要，也是合理確定液壓執(zhí)行元件安裝位 置及其空間尺寸限制條件的需要。（2）明確主機對液壓系統(tǒng)的動作和性能要求。這些要求主要是指：哪些動作 要求用液壓傳動實現(xiàn)，這些動作有無同步要求、互鎖要求、是否構(gòu)成一定的自動 循環(huán)，運動方式（如往復(fù)直線運動、連

2、續(xù)轉(zhuǎn)動、往復(fù)擺動），行程和速度范圍， 負(fù)載條件，運動平穩(wěn)性和精度，完成一個循環(huán)的時間（周期），工作可靠性、安 全性等。（3）明確主機工作環(huán)境。工作環(huán)境的溫度、濕度、污染、沖擊震動以及是否 有腐蝕性和易燃性等情況均應(yīng)有明確答案。這涉及液壓元件和工作介質(zhì)的選擇。 必要時在設(shè)計中還需附加防護措施。（4）其他要求。液壓裝置在質(zhì)量、外觀尺寸方面的限制及經(jīng)濟性、能耗方面 的要求等。另外要了解和搜集同類型機器的有關(guān)技術(shù)資料，如應(yīng)用系統(tǒng)工作原理， 使用情況及存在問題等，為設(shè)計準(zhǔn)備必要的參考資料。由若干液壓元件和管路組成，以完成一定動作的整體成為液壓系統(tǒng)。根據(jù)這 次設(shè)計要求及其他經(jīng)濟性等因素，液壓系統(tǒng)圖設(shè)計如圖

3、37所示。圖3-7液壓系統(tǒng)原理圖1油箱；2一溢流閥；3一電機；4一液壓泵；5, 7一單向閥；6一濾油器；8, 9, 13 二位二通電磁閥；10一電液溢流閥；11信號接收器；12一二位四通手動換向閥；14，17， 18壓力繼電器；15一截止閥；16蓄能器；19液壓馬達；20-減速器21滾筒；22一鋼 絲繩；23滑輪組；24一皮帶。2）工作原理啟動油泵電機，使二位四通閥12，二位二通閥9和二位二通閥13處于圖示位 置（2DT和3DT失電），此時液壓泵4提供的工作壓力由溢流閥2（其壓力由啟動工 況所需的較大張力決定）調(diào)定，壓力油經(jīng)單向閥5,濾油器6,單向閥7和二位四 通閥12進入液壓馬達，以較大的張

4、力（1.5倍額定張力）實現(xiàn)張緊，滿足啟動工 況的需求，壓力繼電器17動作，發(fā)出信號，啟動皮帶輸送機的驅(qū)動滾筒，并同時 使2DT和3DT得電，二位二通閥9切換到左工位，二位二通閥13切換到上工位，此 時泵的工作壓力由電液比例溢流閥10調(diào)定，轉(zhuǎn)為正常工作所需的壓力，此時，蓄 能器16的進油路被接通，泵在向馬達供油的同時，也向蓄能器充油。當(dāng)蓄能器16被充滿，其內(nèi)壓力達到額定值的1.1倍時，壓力繼電器14動作， 發(fā)出信號，使1DT得電，將二位二通閥8切換到左工位，泵4卸荷運轉(zhuǎn)，由蓄能器 16供油，彌補泄漏，維持張力基本不變。當(dāng)由于泄漏，膠帶松弛等原因使壓力降 低到額定值的0.95倍時，壓力繼電器18動

5、作，發(fā)出信號，使1DT失電，液壓泵4 又恢復(fù)工作。此后將重復(fù)上述過程，使壓力（張力）在額定值的0.951.2倍之 間變化，保持張力的基本恒定。為安全著想，輸送帶正常工作前，液壓系統(tǒng)要提供一定的張緊力，做為背壓， 防止啟動階段就打滑，這一力就為輸送帶啟動張力f - 480 KN ，它大 約為系統(tǒng)正常運行時的1.5倍，正常運行后：（1） F F時，此時液壓缸動作，實現(xiàn)張緊。（2）F F測時，此時輸送帶不會打滑，但長時間會使輸送帶疲勞 加劇斷裂，影響輸送帶的使用壽命。因此液壓缸動作，作適當(dāng)?shù)姆潘?。直到F - F?？紤]到起動階段的張緊力大約是正常平穩(wěn)運轉(zhuǎn)時的1.5倍，液壓系統(tǒng)可設(shè)置一個儲能器，其作用有

6、：（1）以備液壓泵故障時用，暫時提供液壓力。正常平穩(wěn)運轉(zhuǎn)時所需的張緊力較小，幾乎為零，可用此給其提供油液壓力。（2）液壓系統(tǒng)要快速反映已實現(xiàn)張緊，防止輸送帶在滾筒上打滑。因為啟 動階段所需張緊力大約為正常運行時的1.5倍，因此只要滿足啟動階段的要求， 即可在以后的正常運行及制動，停止階段都可以提供足夠的張緊力，防止輸送帶 打滑。在時間方面有一定的要求，這在選擇液壓缸時充分的體現(xiàn)出來。如果液 壓缸的缸體選用的過大，液壓泵適中，這時張緊只需要很短的時間，這樣可以很 快的實現(xiàn)張緊的目的，但是這樣會使液壓缸的密封性能要求非常嚴(yán)格，從經(jīng)濟角 度考慮，很不劃算；如果液壓缸的缸徑選擇的很小，液壓泵適中，這樣

7、實現(xiàn)張緊 可能要很長一段時間，不能滿足快速張緊的目的。因此要合理選用缸徑和液壓泵。 液壓油缸在啟動階段大約要10-15秒，但是在正常運行階段大約只需要0.5秒即 可。5.2油缸的選擇和計算5.2.1設(shè)計依據(jù)（1） 了解和掌握液壓缸在機械上的用途和動作要求。本設(shè)計要在前面比 較的基礎(chǔ)上。有電磁換向閥控制油路的開啟、閉合，實現(xiàn)液壓的雙向運動。（2）了解液壓缸的工作條件。工作條件不同，液壓缸的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不一 樣，本設(shè)計液壓缸運輸煤礦，一般在井下工作，粉塵大，設(shè)計時考慮防塵措施。（3）了解液壓缸的最大行程，運動速度或時間。液壓剛所需要的時間不 能太長也不能太短。5.2.2設(shè)計原則（1）保證液壓缸運動的

8、出力、速度和行程。（2）保證液壓缸每個運動零件有足夠的強度、剛度和耐用性。（3）在保證上面?zhèn)z個條件的情況下，盡量減小液壓缸的外形尺寸和重量。（4）根據(jù)液壓缸的工作條件和具體情況設(shè)置適當(dāng)?shù)木彌_，防塵和排氣裝置。各個零件的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)形式和尺寸系列。盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。（5）要求做到成本低、制造容易、維修方便。5.2.3輸送帶和液壓缸的指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)（1）根據(jù)輸送帶輸送能力q = 2500 t / h ；輸送帶長度為2000 m ；輸送帶寬度為1400 mm ；傳送速度為3 . 55 m / s液壓 缸的張緊力F = 320 KN ；啟動時的張緊力F = 480 KN ；摩擦系數(shù)為0 .0

9、2；正常工作張緊力波動范圍為土 16 KN （5 % ）；液壓缸啟動時間為0 .5 x 480/ 16= 15 s ；液壓缸響應(yīng)時間為0.5 s。選取液壓缸的啟動時間大約為10 15 秒，但實際情況一般小于10秒。（2）液壓缸的技術(shù)參數(shù)油缸工作行程的確定s 1/2 A L，式中：S 油缸行程， L 一 一液壓絞車行程；根據(jù)這一設(shè)計資料，帶式輸送機液壓絞車應(yīng)考慮輸送帶受拉力 的彈性變形、根據(jù)輸送帶長度及輸送帶長期使用后產(chǎn)生的彈性形變，對于整芯，選取。按本文輸送帶長度2000m計算，則A L = 5 m ，從經(jīng)濟角度來考慮，可將油缸選得小一點，在輸送帶安裝時進行初次張緊，張緊 油缸進行兩次張緊，張

10、緊油缸更主要的作用是吸收輸送機啟動時其下分支輸送帶 產(chǎn)生的彈性伸長，輸送帶長期使用后永久塑性變形及輸送帶受外載沖擊引起的震 蕩波產(chǎn)生的變形，所以確定油缸的行程為s 2 m 。5.2.4油缸內(nèi)徑的計算（1）在工作壓力給定的條件下，確定缸筒內(nèi)徑的原則是保證液壓缸有足夠的 出力來推動工作負(fù)載。油缸張緊力可按下式計算F =兀 P 、D 2 d 2 / / 4000式中D -油缸缸徑（mm）；d活塞桿桿徑，d=D / 2 ( mm)；p -工作壓力（Mpa）；根據(jù)要求的負(fù)載力和作用，選取雙作用對稱液壓缸作為張緊裝置的執(zhí)行元件?？傻肈V2/ d/V =1=2A 1 /,A=2D 2/(d 2 d2 )=1

11、.33=4/ 3480可得D=3.9014 x) mm10 x。0 . 75x D2/ 4000；=V 2/V =1A 1 /A=2D 2/(d 2 d2 )=1.46；工稱壓力選取中壓或中高壓，即速比為1.33或1.46?？傻?D / d = 1 . 78；計算或者選擇液壓系統(tǒng)和元件的公稱壓力，應(yīng)符合或靠近下表所規(guī)定的數(shù)值。液壓缸的公稱壓力系列(CB2346- 80 )(bar)25406380100125160200250315400500630800注：括號內(nèi)的值為非優(yōu)選系列;1 bar =0 . 1 Mpa初步確定為：中壓中最大的即63、80bar兩個較大的公斤系列；中高壓中的100、

12、 125、160bar的公稱系列；通過查表缸筒內(nèi)徑尺寸系列，液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列，油缸活塞上的推力數(shù)值等得出符合啟動階段張緊力要求大約F啟=480 KN 的數(shù)據(jù)為p = 63,1 0 0 bar倆組數(shù)據(jù)，F(xiàn) 長 = pA =兀 p (D 2 d 2 ) / 4000；注：表中數(shù)據(jù)為工程機械和一般機械液壓缸外徑，其他機械不能套用。5.2.5液壓缸的活塞行程 液壓缸的活塞行程5.2.5液壓缸的活塞行程 液壓缸的活塞行程但是，行程，s，在初步設(shè)計時，主要按照實際工作需要的長度來設(shè)計， 實際需要的工作行程并不一定是液壓油缸的穩(wěn)定性允許的行程，為了計算 應(yīng)首先算出活塞桿的最大允許計算長度。1 .

13、01 d 2 yj n / 9 . 8 n ( cm )；式中dP式中dP活塞桿縱向壓縮負(fù)載；末端條件系數(shù)，取值為2；nk一安全系數(shù)，其值6L = 1 . 01 x 452*/9.8 x 6= 1 . 01 x 2025，1 / 30=200 cm =2 m一般情況下，液壓缸的縱向負(fù)載是知道的，根據(jù)它可以大概的求出液壓缸的最大 允許行程。然而，這樣確定的行程完全可能與液壓缸設(shè)計的活塞桿徑產(chǎn)生矛盾， 達不到穩(wěn)定性要求，這時，就要對活塞桿的直徑進行修正，修正了活塞桿的直徑 以后，再核對穩(wěn)定性是否滿足要求，如果滿足要求，再將實際工作行程進行與標(biāo) 準(zhǔn)行程相靠攏。查表選取出標(biāo)準(zhǔn)行程為2000 mm 。油

14、缸的流量估算：Q=1.5兀D2 S/ TX1。- 7 ( L /min)；式中對方案P=63(bar)， d=100( mm)，D=140(mm)，F(xiàn)張=4750(KN)；外徑為168(cm)；Q=1.5x 3.14x1002 x 2000:(1015)=(62.8一94.2 );L /min對方案P=100a r， D =90mm， d = 45mm， TOC o 1-5 h z F = 47729 KN ，外徑為 121cm 。張Q=1 . 5x 3 . 14x902x 2000; ( 23 ) =763； (10 15)=(5076. 3 );L/ min5.2.6活塞桿的強度計算5=

15、4 P / 兀 d 2 L / 20+ D / 2 ( cm )式中L 最大工作行程；缸筒內(nèi)徑。D缸筒內(nèi)徑。當(dāng)缸徑大于80mm時取A導(dǎo)向套滑動面的長度A，在缸徑小于當(dāng)缸徑大于80mm時取A活塞寬度B取B =(0.61 . 0 )D ；對方案1帶入得a =(60100)mm取 80 mm；B =(84 140)mm取120mm；H L /；20+D/ 2=2000/ 20+ 140/ 2 = 170mmC = H B /2A/ 2 =170 170/ 280/ 2=70mm(0 . 6 1 . 0帶入得A =(2745)，取 42mm；帶入得A =(2745)，取 42mm；(5490)mm，取

16、 74mm；L /20+D / 2 =2000/ 20+ 90/ 2 = 145mmH B /2 A / 2 =145 88/ 2 42/ 2 =80 mmH 5.2.8液壓缸的穩(wěn)定性能計算液壓缸的穩(wěn)定性條件當(dāng)活塞受壓，液壓缸的計算長度L大于活塞桿直徑d的15倍時， 進行穩(wěn)定性計算。要對液壓缸根據(jù)材料力學(xué)，一根受壓的軸向負(fù)載力P超過穩(wěn)定臨界值pk時，即喪失穩(wěn)定，液壓缸的穩(wěn)定條件為:P P / N ( N )式中P活塞桿承受的壓力穩(wěn)定安全系數(shù);液壓缸的穩(wěn)定臨力穩(wěn)定安全系數(shù);N =2 4 。采用雅辛斯基公式計算，這個公式對于中度柔桿也適用。-柔性系數(shù)，取m 80；與材料有關(guān)的系數(shù)，45號鋼a =

17、4500P = A ( a -柔性系數(shù)，取m 80；與材料有關(guān)的系數(shù)，45號鋼a = 4500與材料有關(guān)的系數(shù)，鋼b = 3617；-活塞桿的橫截面積；bm2 ( 4500-36. 1780)3 . 14 x 452500( KNbm2 ( 4500-36. 1780)3 . 14 x 452500( KN(4500)36106P k / N k =2500625(KN(KN經(jīng)驗算知：P 901322單位同上（3）柱塞泵 可用于高壓下工作但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這里不予考慮。對方案1P =63 bar，D =140mm，d =100mm，F(xiàn)=張4750KN，外徑為168cm；Q = 1.5 x3 . 14

18、x 1002 x2000: ( 23)=942; (10 15)=(62.894. 2);L / min對方案2 P=100bar， D=90 mm，d=45 mm，F(xiàn)=張4772KN，外徑為121cm；Q = 1.5 x3 . 14x 902 x 2000; ( 2 3 )=763: (10 15)=(5076. 3 ); L / m inT =60 V / Q =60 兀(D 2 d 2 ) l / 4 x 106 q式中D缸筒內(nèi)徑(mm)；d活塞桿內(nèi)徑(mm)；Q流量(L/min)；L活塞行程(mm)；對方案1T =60 V/ Q=60兀（D 2d 2)L/ 4 x 10-6 Q=15

19、兀(14021002 ) X 10- 6 X2000/ 80=11( s )對方案2T =60 V/ Q=60兀（D 2d 2)L/ 4 x 10-6 Q=15 兀(902452)X 10- 6X 2000/ 75=8 ( s )相比而言，方案2更接近實際情況。故選擇方案2。取液壓泵啟動階段流量Q = 100 L / m in。正常工作流量為q = 80 L / m in 。5.4蓄能器的選擇蓄能器的作用如下：（1）輔助動力源；（2）系統(tǒng)保壓；（3）吸收系統(tǒng)脈動，緩解液壓沖擊本文選用皮囊式蓄能器。這種蓄能器具有尺寸小，重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、安裝容易、充氣方便、反應(yīng)性好等特點。本文選擇NXQ-B10

20、B，其參數(shù)如下：型號公稱壓 力公稱容量罐外徑罐壁厚罐高油管通 徑油罐連NXQ-B1 0B10010188mm10mm560mm172”M 48 x 25.5濾油器的選擇本文選用兩個濾油器，一個用網(wǎng)式濾芯的用于泵入口的吸油濾油器，其過濾能力 應(yīng)為泵流量的2倍以上。另一個用紙質(zhì)濾芯的用于泵出口的高壓濾油器，它主要 用來清除進入液壓系統(tǒng)的污染雜質(zhì)，一般用過濾精度為1015um的濾油器。5.6液壓油的功能和基本要求液壓油液是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，同時還兼有潤滑、密封、冷卻和 防銹的功能。在液壓系統(tǒng)中，由于壓力、速度及溫度在很大范圍內(nèi)變化，為了保證工作狀態(tài) 的穩(wěn)定，要求所應(yīng)用的液壓油液能適應(yīng)這種變化，并保證穩(wěn)定的性能，不能因外 界條件變化而引起很大的改變或破壞，因此對液壓油液提出以下要求：（1）具有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼?溫