電液執(zhí)行器畢業(yè)論文講解

1、遼寧科技大本科生畢業(yè)設計（論文）第頁電液執(zhí)行器的設計摘要電液執(zhí)行器是一種智能型機、電、液一體化動力裝置，隨著閥門技術的不斷應用與 發(fā)展，電液執(zhí)行器也得到了更廣泛的應用。本課題所設計的是一種快關閥上應用的電液 執(zhí)行器，很大程上減小了閥門的開關時間，使得閥門的完全開啟和關閉的時間提高到了 0.2s 。通過對國外電液執(zhí)行器的借鑒，本課題對電液執(zhí)行器的液壓系統(tǒng)原理圖及執(zhí)行器 的執(zhí)行機構進行了整體設計。 本文介紹了電液執(zhí)行器的組成、 液壓原理圖及其控制機構 設計的執(zhí)行機構采用撥叉式機構， 以其獨特的扭矩曲線成為驅動大部分角行程閥最理想 的機械，為大口徑閥門提供較大的開啟扭矩。采用的液壓系統(tǒng)則由各液壓元件

2、按邏輯原 理組成，通過電氣信號的轉換從而實現(xiàn)功率的轉換，控制執(zhí)行機構動作，驅動閥門開啟 和關閉。液壓系統(tǒng)采用內置小油缸一體化設計無需額外配置龐大的液壓站，減小了執(zhí)行 器的整體體積。關鍵詞 ： 電液執(zhí)行器、快關閥、撥叉式結構遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第頁The design of the electro-hydraulic actuatorAbstractThe design of operation structure of the electro-hydraulic actuators digest electro-hydraulic actuator is a kind of in

3、telligent machine, with a integration of electricity, liquid and power installation.With the continuous application and development of valve technology, electro-hydraulic actuator has been more widely used. This topic is design of the quick closing valve on the application of electro-hydraulic actua

4、tor, largely reduced the switching time of the valve, the valve fully open and close time increased to 0.2 second. Based on the reference of foreign electro-hydraulic actuator, this topic is about the overall design of the electro-hydraulic actuator hydraulic system principle diagram and the structu

5、re of the actuator. This paper expounds the composition, hydraulic principle diagram and the control mechanism of the electro-hydraulic actuator. Actuator uses fork type, it is the most ideal driving mechanical of most of the quarter-turn valves cause of its unique torque curve , it can provide larg

6、e diameter valves with a larger torque. Hydraulic system is composed of various hydraulic components, which combine in a logical way. The system realize the transformation of the power by the transformation of the electrical signals to control the actuator motion, driving valve opening and closing.

7、Hydraulic system adopt the design of integration of built-in small oil cylinder , so there is no need of additional configuration large hydraulic station, so as to reduce the overall volume of the actuator.Key words : electro-hydraulic actuators,quick closing valves,fork type structure遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（

8、論文）第頁目錄第一章 緒論 11.1 引言 11.2 電液執(zhí)行器的發(fā)展背景及優(yōu)勢 11.3 近些年電液執(zhí)行器在國內外的發(fā)展情況 21.4 課題研究的方法及意義 2第二章 電液執(zhí)行器液壓系統(tǒng)原理設計 42.1 電液執(zhí)行器的基本結構和液壓系統(tǒng) 42.1.1 電液執(zhí)行器的基本結構 42.1.2 電液執(zhí)行器的執(zhí)行機構 42.1.3 電液執(zhí)行器的液壓控制系統(tǒng) 42.2 電液執(zhí)行器的液壓系統(tǒng)原理圖 52.2.1 液壓控制原理 52.2.2 液壓系統(tǒng)原理圖 52.2.3 液壓系統(tǒng)主要元件 62.2.4 液壓系統(tǒng)結構圖 62.3 電液執(zhí)行器的設計參數(shù) 62.4 電液執(zhí)行器的工況分析 72.4.1 電液執(zhí)行器液

9、壓缸工況分析 72.4.2 電液執(zhí)行器液壓缸負載和速度循環(huán)圖 8第三章 電液執(zhí)行器液壓缸的計算 83.1 液壓缸的負載計算 83.2 液壓缸缸筒的確定 103.2.1 缸筒的的選擇 103.2.2 缸筒的計算 103.3 液壓缸活塞桿的確定 123.3.1 活塞的選擇 123.3.2 活塞桿的計算 133.3.3 活塞桿的導向套、密封裝置、和防塵圈 143.4 液壓缸流量的確定 16第四章 液壓泵站及液壓閥的確定 174.1 液壓泵組的確定 184.2 液壓閥的確定 214.2.1 插裝閥的選擇 214.2.2 電磁換向閥的選擇 214.2.3 溢流閥的選擇 224.2.4 單向閥的選擇 22

10、4.2.5 液壓鎖的選擇 234.2.6 平衡閥的選擇 23遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第頁4.3 液壓油箱及其附件的確定 234.4 蓄能器的確定 254.5 管件及壓力表輔件的確定 27第五章 液壓系統(tǒng)性能驗算 295.1 液壓系統(tǒng)壓力損失的驗算 295.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算 315.3 系統(tǒng)的散熱量計算 315.4 系統(tǒng)熱平衡時溫度的驗算 32第六章 液壓系統(tǒng)閥塊的設計 33第七章 液壓站的結構設計 34結 論 35致 謝 36參考文獻 36遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第一章 緒論1.1 引言執(zhí)行器作為一種動力裝置，是自動化技術工具中接受控制信息并對受控對象施加控 制作

11、用的裝置，綜合了氣動、液壓、控制、機電、計算機、通信等技術，可以快速、穩(wěn) 定地對被控對象的位置進行精確控制，不僅應用于各種閥門的驅動、控制中，而且現(xiàn)已 廣泛應用在電力、水利、冶金、造紙、航天、管線、石化、工業(yè)裝備、食品加工等領域 眾多需要動力驅動的部位 1 。執(zhí)行器按其形式不同可分為電動執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器、電 液執(zhí)行器。電液執(zhí)行器將控制模塊和液壓動力模塊集成一體，分為直行程電液執(zhí)行器和 角行程電液執(zhí)行器兩種， 針對于電液執(zhí)行器目前市場上的使用情況， 使用最多的有兩種： 一種是電液伺服執(zhí)行器，采用開式液壓循環(huán)系統(tǒng)，通過伺服閥調節(jié)液壓油流動方向及流 量大小，實現(xiàn)對被控對象的調節(jié)；另一種是電動機控制

12、電液執(zhí)行器，采用閉式循環(huán)液壓 系統(tǒng)，通過調節(jié)步進電動機或者伺服電動機的轉向和轉速來控制雙向泵壓力油輸出方向 和流量，對被控對象進行精確控制 2 。本文主要研究的則是電液執(zhí)行器。1.2 電液執(zhí)行器的發(fā)展背景及優(yōu)勢隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，對自動化控制系統(tǒng)中配套的執(zhí)行機構，提出了大力矩、長 行程、高精確度、多功能、快速切斷及快速調節(jié)等高難度的技術要求。智能型電液執(zhí)行 器完全能滿足這些要求。目前，國內的氣動和電力執(zhí)行器大部分依靠進口，電液執(zhí)行器 的智能控制需要進一步開發(fā)，以期滿足國內需求。傳統(tǒng)電液伺服執(zhí)行器將油源站與電液伺服系統(tǒng)集成為一體， 所有部件如電動機 -泵單 元、伺服或比列控制閥、液壓缸、位置反

13、饋組件、壓力表、液位和溫度報警傳感器、過 濾器、溢流閥、單向閥等都安裝在容器內部。伺服閥為電液伺服執(zhí)行器的控制核心，既 是電液轉換元件，又是功率放大元件，其功用是將小功率的電信號輸入轉換為大功率液 壓能（壓力和流量）輸出，能夠對輸出流量和壓力進行連續(xù)雙向控制，從而實現(xiàn)對執(zhí)行 器位移、速度、加速度和力的控制，高精度的電液伺服執(zhí)行器輸出推力大，全行程時間 短，響應快，控制精度高，無超調，運行非常平穩(wěn)，適合于高壓差、高黏度介質等嚴酷遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）工況條件 3 。但其往往需要配套使用一個液壓站或者帶一套伺服控制系統(tǒng)，體積龐大， 對液壓油清潔度要求高， 往往存在等問題， 而且生產(chǎn)成本

14、、 使用成本（能耗和維護費用） 高。因而僅在少數(shù)需要大驅動力或高精度連續(xù)調節(jié)控制的時候才使用。電液執(zhí)行器集成了電控系統(tǒng)的簡易性、液控系統(tǒng)響應的快速性、電控系統(tǒng)的可靠性 和靈活性，具有響應速度快、控制精度高、輸出功率大、結構緊湊等優(yōu)點。電液執(zhí)行器 克服了氣動執(zhí)行器的控制精度低、電動執(zhí)行器的可控性差等問題，在一定的應用場合和 工作環(huán)境下， 具有無可比擬的優(yōu)勢， 因而廣泛應用在電廠、 石化等相對比較特殊的場合。1.3 近些年電液執(zhí)行器在國內外的發(fā)展情況最近幾年，液壓技術、計算機技術、電子技術和控制技術不斷發(fā)展，傳統(tǒng)電控液壓 系統(tǒng)已落伍，取而代之的是一體化的電液執(zhí)行機構。早期市場上電液執(zhí)行器多為德國產(chǎn)

15、 品，但隨著電子元器件技術、計算機技術和控制理論的發(fā)展，國內外執(zhí)行機構都跨入智 能控制時代。 目前，羅托克（ROTORK）、西博斯（SIPOSSIEMENSPositioner 的縮寫）、 瑞基（RAGA） 、奧馬（ AUMA ）、 ABB 、上儀 ROTORK、利米托克（ LIMITORQUE ） 等各種電動執(zhí)行機構以及美國福斯，韓國 HKC, 韓國 YTC,英國 FCT 等著名國際品牌的 氣動執(zhí)行器。其中英國的羅托克已成為全球閥門自動化以及流體控制市場的領導者，在 海洋石油平臺、污水處理、石油及石化、電廠等方面都有著廣泛的應用。除了這些國外品牌的電液執(zhí)行器之外，國內優(yōu)秀廠家也在這幾年陸續(xù)開

16、發(fā)出民族品 牌的電液產(chǎn)品。 比如國內的天津市太平洋儀表有限公司 DYZT 電液執(zhí)行機構、 武漢熱工 儀表廠 DYJ（Z） 、鞍山拜爾、麗水中德石化，雖然品質還有待提升，成本還很高昂（單 價甚至超過了原裝進口的韓國產(chǎn)品） ，但畢竟我們的民族企業(yè)家走出了艱難的第一步， 期待他們越走越好。國內市場上還有高仿國外的產(chǎn)品，對照原裝產(chǎn)品的結構與外形，很 容易辨認，對此，我們也只能說借鑒是好的， 但是要在借鑒的基礎上不斷改進才會更好。 希望國內一些廠商能夠沿著 “第一臺仿制，第二臺改進，第三臺自產(chǎn) ”的路走下去，不要 只留在初級階段。 要創(chuàng)造出屬于我們自己的領先品牌。1.4 課題研究的方法及意義執(zhí)行器控制技

17、術在我國運用已經(jīng)多年，但很多技術都還存在著一些不成熟，本課題遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）采用的主要的研究方法是文獻研究法、案例分析法和模擬法進行研究。通過文獻研究， 探究一種新型電液執(zhí)行機構，研究和設計電液執(zhí)行器的結構及工作原理；通過對現(xiàn)有電 液執(zhí)行機構的分析 ,創(chuàng)設一個相似的模型，然后通過模型來間接研究原有的電液執(zhí)行機 構。所獲得資料來自于校閱覽室、圖書館、網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫和對企業(yè)的走訪與調研。本課題 研究的主要內容是電液執(zhí)行器的電液控制系統(tǒng)和液壓執(zhí)行機構。1、本地 /遠程控制：可以在本地或遠程操作閥門開啟、關斷；2、遠程部分行程測試功能： 定期進行部分行程測試， 可以防止閥門長期在全開狀態(tài)

18、 而無法關閉。3、保位功能：閥門不動作（閥門開關到位或故障時） ，自動切斷油路保壓，保持閥 門處于原位。4、自動保壓：在動力電源丟失的情況下，系統(tǒng)可以保持正常工作壓力 8HRS。5、ESD 關閥：當控制器接收 ESD（緊急關閥）信號后，閥門緊急關斷，該信號為 優(yōu)先級信號。6、控制器輸出：1）報警及指示綜合報警指示燈輸出 :包括液位低、油溫高、壓力低、電源故障、閥 位丟失。2）閥位反饋：具有開閥到位及關閥到位狀態(tài)指示 2SPDT。3）ESD 指示：當有 ESD 信號時， ESD 指示燈亮。4）部分行程測試指示：當進行部分行程測試時，控制器輸出 1SPDT 信號。遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）

19、第二章 電液執(zhí)行器液壓系統(tǒng)原理設計2.1 電液執(zhí)行器的基本結構和液壓系統(tǒng)2.1.1電液執(zhí)行器的基本結構電液執(zhí)行器由電機驅動機構、液壓執(zhí)行機構、閥門控制機構和蓄能器等基本機構組 成，電液執(zhí)行器的的基本結構如圖所示：2.1.2電液執(zhí)行器的執(zhí)行機構1、全密封全天候防護的碳鋼外殼，裝配式結構，堅固可靠；2、撥叉式機構， 以其獨特的扭矩曲線成為驅動大部分角行程閥最理想的機械， 其特 點是為大口徑閥門提供較大的開啟扭矩；3、導向桿不但能吸收撥叉機構的橫向力，也校正了活塞桿的運動方向；4、青銅的撥叉襯套和滑塊提供了極高的機械效率，并且可延長使用壽命；5、外部的行程調整螺釘，使?jié)M行程在 90 100精確可調；

20、6、活塞桿和導向桿的表面鍍鉻并經(jīng)過拋光處理，可有效的防腐和減少摩擦阻力；7、燒結銅的導向塊襯套、活塞桿襯套、彈簧作用桿襯套、導向桿襯套上包有聚四氟 乙烯，可有效地防腐和減少摩擦阻力；8、無電鍍鎳和經(jīng)拋光處理的活塞，可有效地防腐和減少摩擦阻力；9、聚四氟乙烯的活塞和活塞桿密封圈，安裝在 O 型圈外面以降低滯后、提高靈敏 度、防止粘連問題；10、導向柱的表面鍍鉻并經(jīng)過拋光處理，可有效地防腐和減少摩擦阻力；11、液壓缸最大壓力為 32.0MPa。2.1.3電液執(zhí)行器的液壓控制系統(tǒng)1、本地 /遠程控制：可以在本地或遠程操作閥門開啟、關斷；2、遠程部分行程測試功能：定期進行部分行程測試，可以防止閥門長期

21、在全開狀態(tài)而無法關閉。3、保位功能：閥門不動作（閥門開關到位或故障時） ，自動切斷油路保壓，保持閥 門處于原位。4、自動保壓：在動力電源丟失的情況下，系統(tǒng)可以保持正常工作壓力 8HRS。遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文)5、ESD 關閥：當控制器接收 ESD(緊急關閥)信號后，閥門緊急關斷，該信號為 優(yōu)先級信號。6、控制器輸出：1) 綜合報警指示燈輸出 :包括液位低、油溫高、壓力低、電源故障、閥位丟失。2) 閥位反饋：具有開閥到位及關閥到位狀態(tài)指示 2SPDT。3) ESD 指示：當有 ESD 信號時， ESD 指示燈亮。4) 部分行程測試指示：當進行部分行程測試時，控制器輸出 1SPDT 信

22、號。2.2 電液執(zhí)行器的液壓系統(tǒng)原理圖2.2.1液壓控制原理液壓系統(tǒng)由各液壓元件按邏輯原理組成， 通過電氣信號的轉換從而實現(xiàn)功率的轉換， 控制執(zhí)行機構動作，驅動閥門開啟和關閉。1、閥門開關操作 :該系統(tǒng)能夠驅動閥門打開或關閉及時保持系統(tǒng)壓力維持在正常工 作范圍內( 1416Mpa ),給開閥信號時，電機 /雙向泵順時針旋轉，驅動閥門打開，給關 閥信號時，電機 /雙向泵逆時針旋轉，驅動閥門關閉。2、蓄能器壓力控制 : 蓄能器的壓力由壓力開關控制 ，當蓄能器壓力低于低壓壓力 設定值 14Mpa 時，電機啟泵，給蓄能器補壓，低壓壓力設置由壓力開關設定，當壓力 升到高壓壓力設定值 16Mpa 時，電機

23、停止，系統(tǒng)保壓，高壓壓力設置由壓力開關設定。3、ESD 關閥：當有 ESD 信號時，電磁閥得電，邏輯閥打開，蓄能器中的液壓油通 過進入執(zhí)行機構的有桿腔，執(zhí)行機構無桿腔中的液壓油通過回油箱，從而驅動閥門快速 關閉。4、流量控制： 由于執(zhí)行機構油缸兩腔的流量不同， 通過平衡閥可以消除由于流量不 平衡而引起的振蕩和噪音。2.2.2液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示：圖2.2 液壓系統(tǒng)原理圖遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）2.2.3液壓系統(tǒng)主要元件1、電 機（ 21）：一臺電機，功率為 1.5KW ，380VAC 50Hz，提供動力；2、液壓泵（20）：一臺雙向液壓泵，驅動執(zhí)行機構開關動作及為蓄能

24、器提供壓力油；3、吸油過濾器（ 23）：粗過濾液壓油，保護液壓泵及液壓元件；4、液位顯示器（ 25）：用于觀察油箱油液的液位，帶溫度顯示；5、回油過濾器（ 22）：液壓系統(tǒng)回油過濾 ,保證油箱油液清潔；6、溢流閥（ 18、19）：保障系統(tǒng)油壓安全（出廠已經(jīng)設定好，禁止隨意調整） ；7、壓力繼電器（ 7、8）：系統(tǒng)間歇運行模式，設定系統(tǒng)高、低壓值；8、壓力表及開關（ 9、 11）：可觀察系統(tǒng)的壓力；9、ESD 電磁閥（ 5）：控制邏輯閥通斷，使閥門在 ESD 情況下快速關斷；10、液壓鎖（ 14）：閥門不動作或故障時，自動切斷油路保壓，使閥門保持原位。11、呼吸閥（ 24）：空氣過濾作用，防止外

25、界臟物對油箱內油液的污染及排氣；油箱 加油可旋開上蓋后進行加油；12、蓄能器（ 6）：儲存壓力油，提供足夠的壓力油用于快速關斷閥門；13、單向閥（ 12-17）：系統(tǒng)壓力控制和隔離不同功能系統(tǒng)油路；14、平衡閥（ 2）:平衡油缸兩腔進出口流量，消除流量不平衡而造成的管路振蕩和 噪音2.2.4 液壓系統(tǒng)結構圖2.3 電液執(zhí)行器的設計參數(shù)最大輸出力矩15000Nm動作時間0.2s1s死區(qū)0.1%7.0%精度0.157%線性度全行程的 0.05%回差全行程的 0.1%輸入信號模擬 420mA. DC 標準信號電源電壓AC 220V/380V10%瞬時最大電流 12A/AC連續(xù)平穩(wěn)電流5.5A/AC平

26、均功率1.2 千瓦撥桿設定回轉角度 0 1 0 0液壓缸最大壓力 32Mpa遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）2.4 電液執(zhí)行器的工況分析2.4.1電液執(zhí)行器液壓缸工況分析2.11、液壓缸所受外負載 F 主要有三種類型，即： F Fw Ffs Ffd式中：Fw ：工作負載；Fw 43.2KNFf ：回轉油缸摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力， 啟動后為動摩擦阻力。靜摩擦阻力：Ffs fFN 0.2 1960 392N動摩擦阻力：Ffd fFN 0.1 1960 196N式中： f 0.2 （靜摩擦阻力系數(shù) ） f 0.1（動摩擦阻力系數(shù) ）FN ：運動部件及外負載對支承面的正壓力；FN mg 2

27、00 9.8 1960N液壓缸在各工作階段的負載值：其中： m 0.9m 液壓缸的機械效率，一般取m 0.90.97工作循環(huán)各階段的外負載：表 2.1 液壓缸工況分析工況負載組成推力（ F m） N啟動F=Ffs392開閥F=Ffd Fw43396關閥F=Ffd Fw43396遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）2.4.2電液執(zhí)行器液壓缸負載和速度循環(huán)圖液壓缸的負載和速度循環(huán)圖如圖所示：圖 2.4 液壓缸負載循環(huán)圖圖 2.5 液壓缸速度循環(huán)圖第三章 電液執(zhí)行器液壓缸的計算3.1 液壓缸的負載計算根據(jù)設計需要，液壓缸系統(tǒng)供油為 1416Mpa，按要求選 P 16Mpa ；液壓缸最大推力的確定： 根

28、據(jù)設計和結構尺寸的需要，初步確定閥桿中心線與液壓桿中心線的距離，取：lOC 100mm 設定撥桿的轉動范圍是 0 100 ，設計要求最大扭矩為： T 15000N m ,當撥桿處于 中心位置時，即： 35 時，此時扭矩為給定值： T 4320N m，如圖 3.1所示： T 4320F143.2KND 0.1遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）當撥桿轉動到最大角度時：即： 100 時，T 15000 N m ，如圖 3.1所示 lOC100lOB263.62mmcos cos65T 15000F 3 56.81KNlOB 0.264此時液壓桿所受推力為：F F3 cos 56.81 cos65 2

29、4.01KN當撥桿轉動到最大角度時：即： 0 時，此時扭矩為給定值： T 11000N m ，如 圖 3.1 所示lOClOAcos100122.07mmcos35F2lOA110000.12290.16KN此時液壓桿所受推力為：F F 2 cos 90.16 cos35 73.85KN 液壓桿所受推力范圍是：24.01KN F 73.85KN確定液壓缸的液壓缸的最大推力為： F 73.85KN 所以當撥桿在 0 100 范圍內轉動時，液壓桿的行程為：lAC l OC tan 100 tan35 70.02mmlBC lOC tan 100 tan65 214.45mmlAB lAC lBC

30、70.02 214.45 284.47mm?。篖 300mm遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第 10 頁圖 3.1 液壓缸受力分析3.2 液壓缸缸筒的確定3.2.1缸筒的的選擇1、連接型式的選擇：設計參數(shù)給出液壓缸的額定壓力為 16Mpa,考慮到液壓缸的用途和使用環(huán)境因素， 機械設計手冊選取液壓缸筒的連接型式為法蘭連接，其優(yōu)點是：結構簡單、易加工、易 裝卸。2、材料的選擇： 液壓缸筒材料的選擇應有足夠的強度和沖擊韌性，根據(jù)設計所給出的液壓缸參數(shù)和 用途，材料選擇 45 鋼，液壓缸缸筒選用無縫鋼管，則材料的力學性能為：b 610Mpa ；s 350Mpa 。3.2.2缸筒的計算 1、液壓缸缸筒

31、內徑 D 的確定：根據(jù) 3.1 計算可知，液壓缸工作最大負載 F 73.85KN ，工作壓力 P 16Mpa可得：遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文)第 11 頁4 73850 16 10676 .67mm由文獻821-312 表 21-6-38可知： D 80mm2、缸筒壁厚的確定：液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般指缸筒結構中最薄處 的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布材料規(guī)律因壁厚的不同而 各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。本設計按照薄壁缸筒設計，材料為無縫鋼管，其壁厚按薄壁缸筒公式計算為：3.2 PmaxD2p最高允許壓力一般是額定壓力的 1

32、.5 倍，根據(jù)給定參數(shù) P=16Mpapmax (1.25 1.5) pp，取 pmax 1.5pp；py 1.5 16 24M P a；bp；np為缸筒材料的許用應力， n 為安全系數(shù)，通常取 n=5.b 610p125M p a； 8mm ，則液壓缸缸PN 0.35s D12 D2 0.35 360 9622 802 37.7MpaD1221162n5顯然工作壓力 P 16Mpa ，工作壓力低于極限壓力，所以壁厚 8mm 滿足條件遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第 12 頁4、缸筒底部厚度的確定：缸筒底部為平面時，其厚度 1可以按照四周嵌住的圓盤強度公式進行近似的計算： 1 0.433D

33、1 p 0.433 0.096 16 0.015mp 125 ，p 筒內最大工作壓力， Mpap 筒底材料許用應力， Mpa ，其選用方法與上述缸筒厚度計算相同D1 計算厚度外直徑， m所以：1 15mm5、缸體長度的確定液壓缸缸體內部的長度應等于活塞的行程與活塞寬度的和。 缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應大于缸體內徑D 的 20-30 倍。即：缸體內部長度 300 70 370mm缸體長度 2030 D 2030 800 16002400 mm mm即取缸體長度為 500mm3.3 液壓缸活塞桿的確定3.3.1活塞的選擇活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復滑動，它與

34、缸的配合應適當，既不能過緊，也 不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸 筒和活塞的滑動配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內部泄露，降低容積效率，使液壓 缸達不到要求的設計性能。1、活塞的結構型式根據(jù)活塞密封裝置型式來選用活塞結構型式 （密封裝置則按工作條件選定） 。通常分 為整體活塞和組合活塞兩類。整體活塞在活塞圓周上開溝槽， 安置密封圈， 結構簡單， 但給活塞的加工帶來困難，密封圈安裝時也容易拉傷和扭曲。組合活塞結構多樣，主要由密封型式?jīng)Q定。組合活塞 大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長。隨著耐磨的導向環(huán)的大量使用，多數(shù)密封圈遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論

35、文）第 13 頁與導向環(huán)聯(lián)合使用，大大降低了活塞的加工成本。 根據(jù)設計需要，活塞桿的結構型式采用整體活塞，同時采用 O 型密封圈密封。2、活塞與活塞桿的連接型式 活塞與活塞桿連接有多種型式，所有型式均需有鎖緊措施，以防止工作時由于往復 運動而松開。同時在活塞與活塞之間需設置靜密封。根據(jù)設計的需要，本設計采用軸套 型的連接方式。3、活塞的密封結構 通過設計需要以及對結構的分析， 活塞的密封方式采用 O 型密封圈，具有以下優(yōu)點：1）密封部位結構簡單，安裝部位緊湊，重量較輕；2）有自密封作用，往往只用 一個密封件便能完成密封；3）密封性能較好，用作靜密封時幾乎可以做到?jīng)]有泄露；4）運動摩擦阻力很小，

36、對于壓力交變的場合也能適應；5）尺寸和溝槽已標準化，成本低，便于使用和外購。4、活塞材料 活塞桿為無導向環(huán)活塞，所以材料采用 45 鋼。3.3.2活塞桿的計算1、活塞桿結構 活塞桿的桿體選擇實心桿，活塞桿的外端頭部與載荷的拖動機構相連接，為了避免 活塞桿在工作中產(chǎn)生偏心承載力，適應液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，根據(jù)液壓 缸的具體工作要求，確定活塞桿的桿頭連接型式為大螺栓頭連接。2、活塞桿材料的選擇一般用中碳鋼（ 45 鋼）調制處理，對活塞桿通常要求淬火，淬火深度一般要求0.51mm,或活塞桿直徑每毫米淬深 0.03mm。3、活塞桿直徑的計算 根據(jù)設計要求液壓缸伸出和退回的時間相同，液壓桿從

37、零位運動到最大行程位置所 需時間為和從最大行程運動到零位所需時間均為 10s,則: v L 0.3 0.03m s 對于雙作t 10用單邊活塞桿液壓缸，其活塞桿直徑 d 可根據(jù)往復運動速比 （即面積比）來確定：查機械設計手冊 21-290表 21-6-16可知速比2，可得：遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第 14 頁1 2 1d D 80 56mm2查參考文獻 8,21-312 表 21-6-38：可得d 56mm4、活塞桿強度的計算 活塞桿在穩(wěn)定工況下，如果只受軸向推力或拉力，可以近似地用直桿承受拉壓載荷 的簡單強度計算公式進行計算：3.3F 10-6p(Mpa )d24式中：F 活塞桿作

38、用力， Nd 活塞桿直徑， mp材料的許用應力，無縫鋼管 p 100110Mpa73850 1029.98Mpa p代入式 3.3 中：F 10-6d2420.056243.3.3活塞桿的導向套、密封裝置、和防塵圈活塞桿的導向套裝在液壓缸的有桿側端蓋內，用以對活塞桿進行導向，內裝有密封 裝置以保證缸筒有桿腔的密封，外側裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質、灰塵 及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。當導向套采用非常耐磨材料時，其內圈還可裝 設導向環(huán)，用作活塞桿的導向。導向套的典型結構型式有軸套式和端蓋式兩種。1、導向套的結構根據(jù)液壓缸的使用要求，本設計采用軸套式的連接型式，增加導向環(huán)，降低了加

39、工 成本，同時增加了活塞桿的穩(wěn)定性，適用于行程較長的液壓缸。2、導向套的材料金屬導向套一般采用摩擦因數(shù)小、耐磨性好的青銅材料制作，非金屬導向套可以用 尼龍、聚四氟乙烯 +玻璃纖維和聚三氟氯乙烯材料制作。3、導向套長度的確定當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點距離為H，稱為最遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文)第 15 頁小導向長度。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性， 因此在設計時必須保證有一定的最小導向長度。對一般的液壓缸，最小導向長度 H 應滿足：L D 300 80H 55mm20 2 20 2 式中： L 液壓缸的最大行程 (mm)D 液壓

40、缸內徑 (mm)?。篐 70mm導向套滑動面的長度A ，在缸徑小于或等于 80mm 時，?。篈 0.61.0 D 0.61.0 80 4880 mm取導向滑動面長度：A 50mm活塞桿寬度一般?。築 0.61.0 D 0.61.0 80 4880 mm取活塞寬度：B 70mm4、中隔圈的確定在長行程液壓缸內，由于安裝方式及負載的導向條件，可能使活塞桿導向套受到過大的側向力而導致嚴重磨損， 因此在長行程液壓缸內需在活塞與有桿側端蓋之間安裝一個中隔圈，使活塞桿在全部外伸時仍能有足夠的支撐長度， 活塞桿在缸內支撐長度 LG 的最小值應滿足下式：LG D d 80 56 108mm225、緩沖裝置的確

41、定液壓缸的活塞運動的速度在0.1m/s以下時，不必采用緩沖裝置；在 0.2m/s 以上時，必須設置緩沖裝置， 通過計算，本課題液壓缸的活塞運動速度為 0.1m/s,不需設置緩沖裝置。6、排氣閥的選擇排氣閥的位置選擇要合理，水平安裝的液壓缸， 其位置應設在缸體兩腔端部的上方，查參考文獻 8,21-297 表21-6-23 可知，選擇整體排氣閥。這種排氣閥簡單、方便，單螺紋與錐面的密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣閥后不能密封，會造成外泄露。閥的遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第 16 頁材料選擇 45 碳素鋼。7、油口的確定液壓缸的進、 出油口可布置在端蓋或缸筒上， 本課題將液壓缸進、 出油口

42、布置在缸 筒上，進、出油口處的流速不大于 5m/s。查參考文獻 8,21-298 表 21-6-25，根據(jù) 16MPa 中型系列單桿液壓缸油口安裝尺寸 （ ISO8138）確定。進出油口的尺寸為 M27x2 。連接方式為螺紋連接。 8、密封件、防塵圈的選用查參考文獻 8,21-299，表 21-6-27 可知密封件和防塵圈的型號和尺寸。3.4 液壓缸流量的確定1、液壓缸實際有效面積：無桿腔面積：11 2 0.082 5.03 10 3 244有桿腔面積：12 D 2 d2 0.082 0.0562 2.56 10 32442、液壓缸所需流量計算根據(jù)流量公式 Q Av 得：活塞桿伸出流量：A11

43、vv5.03 10 3 0.030.980.15L s活塞桿縮回流量：式中：Q2A12vv2.56 10 3 0.030.980.078 L sQ1、Q2 液壓缸流量11 液壓缸無桿腔面積12 液壓缸有桿腔面積遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第 17 頁v 液壓桿運動速度通過計算得出：Q max Q1 0.15L s 。所以，液壓缸的最大流量為 0.15L s。第四章 液壓泵站及液壓閥的確定液壓泵站是多種元、附件的組合而成的整體，作為液壓系統(tǒng)的動力源，它為一個或遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第 18 頁幾個系統(tǒng)存放一定清潔度的工作介質，并輸出一定壓力、流量的液體動力，兼作整體式 液壓站安

44、放液壓閥組的基座的整體裝置。 液壓泵站是整個液壓系統(tǒng)或液壓站的一個重要 部件，設計質量的優(yōu)劣和使用維護的合理性，對液壓設備性能影響很大。液壓泵站通常由液壓泵組、油箱組件、控溫組件、過濾器組件、和蓄能器組件五個 相對獨立的部分組成。盡管這五個部分相對獨立，但在液壓泵站的設計和使用中，除了 根據(jù)及其折本的工作特點和使用的具體要求合理進行取舍外， 經(jīng)常需要將它們進行適當 的組合，合理構成一個部件。例如，常需將控溫組件中的液溫計和過濾器組件作為油箱 附件而組合在一起構成液壓油箱等。液壓泵站按液壓泵組布置的方式不同有多種分類方式，包括：上置式液壓泵站和非 上置式液壓泵站，本設計考慮到節(jié)省占地面積，結構緊

45、湊，采用上置式液壓泵站的安裝 方式，電動機采用立式安裝，液壓泵置于油箱內，這種安裝方式也成為立式液壓泵站。4.1 液壓泵組的確定1、液壓泵的選擇液壓泵的主要技術參數(shù)有壓力、排量、轉速、效率等，為了保證系統(tǒng)正常運轉和使 用壽命，一般在固定設備中，正常工作壓力為泵的額定壓力的 80%左右；要求工作可靠 性較高的系統(tǒng)或移動的設備，系統(tǒng)正常工作壓力為泵的額定壓力的60%70%。通過對液壓系統(tǒng)原理圖的分析可知，液壓缸的換向是通過液壓泵的調節(jié)實現(xiàn)的，所 以本設計采用雙作用泵，通過對比分析可知，齒輪泵的結構簡單、價格相對較低、可以 滿足設計的流量和壓力要求，所以本設計采用雙作用齒輪泵。通過 3.3 計算可知

46、，液壓缸的最大流量為 Qmax Q1 0.15L s 9L min 。（1）確定液壓泵的最大工作壓力 Pp :Pp P1 P 4.1式中：P1 缸的最大工作壓力（ Mpa ）；P 從液壓泵出口到液壓缸入口之間總的管路損失。管路簡單，流速不大的取 0.20.5MPa;復雜管路取 0.5 1.5MPa。此處取 P 1MPa。代入 4.1 可得：遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第 19 頁Pp P1 P 16 1 17MPa（2）確定液壓泵的流量 qvp ：本課題其他支路無速度要求， 故液壓泵流量只要滿足電液執(zhí)行器的液壓缸的速 度要求即可，故按液壓缸缸的速度來選取液壓泵qvp kq （4.2）式中

47、 k 系統(tǒng)泄漏系數(shù) 取1.1 1.3 ，此處取 k 1.1代入式（ 4.2 ）可得：qvp kq 1.1 9 9.9L/min（ 3）選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上求得的 Pp 和 qvp 值，按系統(tǒng)中擬立的的液壓泵形式，從樣本中選擇相 應的液壓泵。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，查機械設計手冊 21-138，表 21-5-16 可知，選 CBN-E306 型齒輪泵， 下表 為其性能參數(shù)表 4.1 雙作用齒輪泵性能參數(shù)型號CBN-E30631.5公稱壓力 MPa12公稱排量 L/min理論流量 L/min2000 r/min123000 r/min18驅動功率

48、Kw3.72、電機的選擇根據(jù)液壓泵的驅動功率選擇電機，查參考文獻 7,17-53 表 17-1-35 選取 Y112M-2型號三相異步電動機。其性能參數(shù)如下。表 4.2 電動機性能參數(shù)型號 Y112M-2額定功率 /kW4額定電流 /A8.2滿載時轉速 /r min -12890效率 /%85.5噪聲 /dB74振動速度 /mm s-11.8轉動慣量 /kg m20.0055質量 /kg45第 20 頁遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）3、聯(lián)軸器的選擇梅花形彈性聯(lián)軸器具有減震、緩沖、徑向尺寸小，不用潤滑、維護方便的特點，通 過梅花形連接可以防止泵的震動傳給其它元件，并且也可以避免泵的震動加劇。

49、而且適 用于啟動頻繁，中低速、中小功率的傳動，正滿足本課題的要求，所以選擇梅花形聯(lián)軸 器。PwTc TKwKK zKt 9550 w KwKK zKt Tn（ 3.23 ）n式中 T 理論轉矩（ N m ）；Pw 驅動功率（ Kw ）；n 工作轉速（ r/min ）；Kw 動力機系數(shù)：電動機 Kw 1.0 ；K 工作系數(shù) K 1.5；查機械設計手冊 6-55 ，表 6-2-2Kz 啟動系數(shù) Kz 1.0；Kt 溫度系數(shù) Kt 1.0；Tn 公稱轉矩（ N m ）。3.8Tc 9550 1.5 1.0 1.0 1.0 18.84（N m）2890根據(jù)計算的 Tc 值和電機與泵的軸頸以及長度，選取

50、 LMD2型聯(lián)軸器遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）第 21 頁4.2 液壓閥的確定液壓閥是液壓系統(tǒng)中的控制元件，用來控制系統(tǒng)中液體的流向、壓力及流量，以使 液壓執(zhí)行元件及其驅動的工作機構獲得所需的運動方向、運動速度（轉速）及推力（轉 矩）等。任何一個液壓系統(tǒng)，不論其如何簡單，都不能缺少液壓閥；同一工藝目的的液壓機 械設備，通過液壓閥的不同組合與使用，可以組成油路結構截然不同的多種液壓系統(tǒng)方 案，故液壓閥是液壓技術中品種與規(guī)格最多、應用最廣的元件；一個液壓系統(tǒng)設計的合 理性、運轉的可靠性及安裝維護的便利性等，在很大程度上取決于其中所采用的各種液 壓閥性能優(yōu)劣及參數(shù)匹配是否合理。根據(jù)系統(tǒng)的工作壓

51、力和通過閥的最大流量選取。 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以內的過流量。 本課題所采用的液壓閥包括： 溢 流閥、單向閥、電磁換向閥、截止閥、平衡閥。4.2.1插裝閥的選擇插裝閥是一種用小流量控制油來控制大流量工作油液的開關式閥。本設計快速關斷 時，所需流量較大最大流量為 476L/min ，查參考文獻 8,21-7-149 ，表 21-7-150 ，確 定插裝閥型號為： Z1B-Hb32Z-4。4.2.2電磁換向閥的選擇電磁換向閥主要 是利用電磁鐵通電吸合時產(chǎn)生的力來操縱滑閥閥芯移動的 . 由于受 到電磁鐵的尺寸和推力的限制 ,電磁換向閥允許通過的流量較

52、小 , 其通徑不大于 10mm本, 設計所用的電磁換向閥是為了調節(jié)插裝閥的開啟，所以所需的流量不大，根據(jù)原理圖和 華德手冊選取電磁換向閥：型號為 3WE6A-61/CG24N9Z5。L表 4.3 電磁換向閥性能參數(shù)技術參數(shù)最高工作壓力油口 A、 B、P（MPa）至 31.5油口 T（ MPa）至 21最大流量（ L/min ）至 60介質礦物質液壓油或磷脂液壓油粘度范圍 （mm2/s）10800溫度范圍 （ C）-30+80過濾精度NAS9 級第 22 頁4.2.3溢流閥的選擇遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）在泵的出口處和油箱處安裝溢流閥，用來限定系統(tǒng)的最高壓力，可以起到過載保 護作用，系統(tǒng)

53、正常工作時此閥處于常閉狀態(tài)，當某些原因導致系統(tǒng)壓力高于正常工作壓 力時，閥口打開溢流，使壓力不再升高。根據(jù)系統(tǒng)的流量與壓力要求，查華德手冊選用 DBW10B-2-30/315G24NZ5型L 溢流閥。表 4.4 先導式溢流閥能參數(shù)技術參數(shù)工作壓力（油口 A、P、 X ）至 35背壓（油口 Y ）至 16最大流量（ L/min ）至 250介質礦物質液壓油或磷脂液壓油粘度范圍 （mm2/s）10800溫度范圍 （ C）-30+80過濾精度NAS 9 級4.2.4單向閥的選擇1、過濾器出口處和快速關斷回路處用單向閥系統(tǒng)壓力控制和隔離不同功能系統(tǒng)油路，為防止油液倒流回過濾器擊穿過濾器， 故在過濾器出

54、口處安裝單向閥，根據(jù)壓力與流量選取 S20A0型單項閥，其性能參數(shù)如下 表所示：表 4.5 單向閥性能參數(shù)技術參數(shù)工作壓力（油口 A、P、 X ）至 31.5遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計(論文) 第 23 頁最大流量( L/min )至 60介質礦物質液壓油或磷脂液壓油粘度范圍 (mm2/s)2.8500溫度范圍 ( C)-30+804.2.5液壓鎖的選擇液壓鎖實質是由兩個液控單向閥組成，閥門不動作或故障時，自動切斷油路保壓，使閥 門保持原位，根據(jù)流量和壓力的要求，查華德手冊可選取 Z2S6-40型疊加式液控單向閥 其性能參數(shù)如下：表 4.6 單向閥性能參數(shù)技術參數(shù)工作壓力(油口 A、P、 X )至 31.5最大流量( L/min )至 60面積比A1/A2=1 ： 3介質礦物質液壓油或磷脂液壓油粘度范圍 (mm2/s)10800溫度范圍 ( C)-30+80重量 (kg)0.84.2.6平衡閥的選擇平衡油缸兩腔進出口流量，消除流量不平衡而造成的管路振蕩和噪音4.3 液壓油箱及其附件的確定液壓油