液壓泵站的設(shè)計方法

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1、 一、液壓泵站的設(shè)計題目 1.1 系統(tǒng)參數(shù)： 系統(tǒng)的最高壓力：25Mpa 系統(tǒng)的流量范圍：4~12L/min 1.2. 系統(tǒng)工況及控制要求： 實現(xiàn)執(zhí)行元件的換向、鎖緊停止： 采用變量泵進(jìn)行調(diào)速： 實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的卸荷： 1.3．設(shè)計要求： 確定液壓傳動系統(tǒng)方案、完成液壓傳動系統(tǒng)圖設(shè)計： 完成電動機功率確定、液壓元件選型、液壓輔助元件選型： 完成液壓泵站總圖及主要零、部件圖的設(shè)計： 設(shè)計說明書及圖紙量達(dá)到課程設(shè)計大綱的要求: 二、液壓泵站的設(shè)計基本原理與要求 ?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)

2、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)。 ????2.1 設(shè)計步驟 ????液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟并無嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來說，在明確設(shè)計要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。 ????1）確定液壓執(zhí)行元件的形式； ????2）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； ????3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖； ????4）選擇液壓元件 ????5）液壓系統(tǒng)的性能驗算； ????6）繪制工作圖，編制技術(shù)文件。 ????2.2 明確設(shè)計要求 ?

3、???設(shè)計要求是進(jìn)行每項工程設(shè)計的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。 ????1）主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等； ????2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何； ????3）液壓驅(qū)動機構(gòu)的運動形式，運動速度； ????4）各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)； ????5）對調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求； ????6）自動化程序、操作控制方式的要求； ????7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求； ????8）對效率、成本等方面的要求。

4、三、制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖 ????3.1制定基本方案 ????（1）制定調(diào)速方案 ?液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 ?方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。 ?速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。 容積調(diào)速是靠改變液壓泵排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了

5、散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。 容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 ??故選擇采用柱塞式變量泵實現(xiàn)液壓回路的調(diào)速。 ????容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。 ????（2）制定壓力控制方案 ????液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在

6、節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。 ????在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 ?在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。 設(shè)計采用在壓油路放置溢流閥來實現(xiàn)液壓回路壓力的控制。 ????（3）制定順序動作方案 ????由于液壓泵站是為工作機構(gòu)提供恒定壓力壓力源的裝置，我們不必關(guān)心機械裝置的動作順序，液壓泵站

7、提供恒定的壓力源接口。 ????（4）選擇液壓動力源 ????液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。采用柱塞式變量泵容積式調(diào)速，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 ????為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 ????油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系

8、統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 ????3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 ????整機的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 ????為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。 ????大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時能迅

9、速更換，保證主要連續(xù)工作。 ????各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。 系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。 四、液壓元件的選擇與專用件設(shè)計 ????4.1 液壓泵的選擇 ????1）確定液壓泵的最大工作壓力pp ???????pp≥p1+Σ△p???????????????????? （21） ????式中 p1——液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力為25MPa ??????Σ△p——從液壓泵出

10、口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。 Σ△p的準(zhǔn)確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進(jìn)行，初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?、流速不大的，取Σ△p=（0.2～0.5）MPa；管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)閥的，取Σ△p=（0.5～1.5）MPa。 則可得液壓泵的最大工作壓力: ????2）確定液壓泵的流量QP 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時工作時，液壓泵的輸出流量應(yīng)為 QP≥K（ΣQmax）??? （22） ????式中 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1～1.3； ????ΣQmax——同時動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從（Q-t）圖上查得。對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加

11、上溢流閥的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3/s。 ?由題知系統(tǒng)的最大工作流量為12L/min ?Tt——液壓設(shè)備工作周期（s）； ??? ????Vi——每一個液壓缸或液壓馬達(dá)在工作周期中的總耗油量（m3）； ??? ?????z——液壓缸或液壓馬達(dá)的個數(shù)。 則可預(yù)選液壓泵的流量大概為Qp: 3）選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的pp和Qp值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。 選得的液壓泵的參數(shù)規(guī)格如下： 型號: 10SCY14-1B

12、 排量/mL*s^(-1): 10 額定壓力/MPa: 32 額定轉(zhuǎn)速/r*min^(-1): 1500 驅(qū)動功率/kW: 10 容積效率/%: ≥92 重量/kg: 19 4）確定液壓泵的驅(qū)動功率 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，即（p-t）、（Q-t）圖變化較平緩，則 : P=Pp*Qp/ηP ????式中 pp——液壓泵的最大工作壓力（Pa）； ???? ????QP——液壓泵的流量（m3/s）； ??????? ηP——液壓泵的總效

13、率，參考表9選擇。 表9液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6～0.7 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85 ????限壓式變量葉片泵的驅(qū)動功率，可按流量特性曲線拐點處的流量、壓力值計算。一般情況下，可取pP=0.8pPmax，QP=Qn，則 ????式中 ——液壓泵的最大工作壓力（Pa）； ??????????? ——液壓泵的額定流量（m3/s）。 ????在工作循環(huán)中，如果液壓泵的流量和壓力變化較大，即（Q-t），（p-t）曲線起伏變化較大，則須分別計算出各個動作階段內(nèi)所需功率，驅(qū)動功率取其平均功率

14、????式中 t1、t2、…tn——一個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的時間（s）； ?????????P1、P2、…Pn——一個循環(huán)中每一動作階段內(nèi)所需的功率（W）。 按平均功率選出電動機功率后，還要驗算一下每一階段內(nèi)電動機超載量是否都在允許范圍內(nèi)。電動機允許的短時間超載量一般為25%。 則可選擇電動機型號：（參數(shù)如下） 名稱＝Y(jié)系列（IP44）封閉式 三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù) -序號=31 型號=Y160M-4 額定功率\kW=11 同步轉(zhuǎn)速\r/min=1500 滿載轉(zhuǎn)速\r/min=1460 滿載電流\A=7 滿載時效率\%=88 滿載功率因

15、數(shù)\cosφ=0.84 堵轉(zhuǎn)電流/額定電流=7 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=2 最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=2.2 噪聲\dB(A)=82 轉(zhuǎn)動慣量\kg.m^2=0.07 凈重\kg=123 ????4.2 液壓閥的選擇 ????1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。 ????控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也允許有20%以內(nèi)的短時間過流量。 2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和流量選擇： 先導(dǎo)溢流

16、閥的型號（參數(shù)如下）： 名稱: 先導(dǎo)型溢流閥 公稱通徑/in: 3/8 型號: BT-03-*-32 調(diào)壓范圍/MPa: 0.5～25.0 最大流量/Lmin^(-1): 100 重量/kg: 5.0 液控單向閥的型號（參數(shù)如下）： 名稱: 液控單向閥 型號|板式連接: A※Y-H※lOB 型號|法蘭連接: 通徑/mm: 10 壓力/MPa: 32 流量/Lmin^(-1): 40 開啟壓力/MPa: a：0.04 b：0.4 控制壓力/MPa:

17、 △p ≥1.6 電磁換向閥型號（參數(shù)如下）： 通徑/mm: 10 公稱流量/Lmin^(-1): 40 公稱壓力／MPa: 31.5 允許背壓／MPa: ＜6.3 換向頻率／次*min^(-1): 干式電磁鐵30濕式電磁鐵60 最高換向頻率/次*min^(-1): 干式電磁鐵60濕式電磁鐵120 電壓: AC220V 50Hz；DC12V、24V 允許電壓變動范圍: