畢業(yè)設(shè)計(jì)論文6380Tm自升式塔式起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、中 文 摘 要塔式起重機(jī)是一種塔身直立，塔頂能夠做360度回轉(zhuǎn)的起重機(jī)，通常用于房屋建筑和設(shè)備安裝的場所。具有適用范圍廣，起升高度可調(diào)，回轉(zhuǎn)半徑大，工作效率高，操作簡便，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠等特點(diǎn)。近幾年來，隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，塔式起重機(jī)應(yīng)用日趨廣泛，且已成為高層建筑施工的主要垂直運(yùn)輸設(shè)備。由于塔式起重機(jī)的塔身由鋼架結(jié)構(gòu)一節(jié)一節(jié)組成，因此在建筑中隨著建筑物的升高塔身可逐節(jié)升高。本設(shè)計(jì)所涉及的塔式起重機(jī)液壓系統(tǒng)就是在塔身在逐節(jié)升高時控制塔頂升。本設(shè)計(jì)針對現(xiàn)場所收集的原始數(shù)據(jù)對塔式超重機(jī)液壓系統(tǒng)的工況進(jìn)行了分析，并確定了系統(tǒng)的工作壓力和主要元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。對液壓元件進(jìn)行了選擇，擬定了液壓系統(tǒng)圖。對液壓缸各部

2、分尺寸進(jìn)行了計(jì)算，各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)，液壓系統(tǒng)，工況分析，元件選擇，系統(tǒng)圖確定，液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概 述現(xiàn)在液壓技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中應(yīng)用日益廣泛，我國的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來又用于拖垃機(jī)動機(jī)和工程機(jī)械。自1964年開始從國外引進(jìn)液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，同時自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓元件生產(chǎn)以形成系列產(chǎn)品，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。目前，我國機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化，推廣從國外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時，大力研制開發(fā)國產(chǎn)液壓元件新產(chǎn)品。加強(qiáng)產(chǎn)品可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)的和執(zhí)行新的國家標(biāo)準(zhǔn)。合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。對一些

3、性能差的不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采取逐步淘汰的措施，可以看出，液壓傳動技術(shù)在我國的應(yīng)用與發(fā)展已進(jìn)入了一個嶄新的歷史階段。液壓傳動相對于機(jī)械傳動來說，是一門新技術(shù)。如果從1795年世界上第一臺水壓機(jī)誕生算起，液壓傳動已有200多年的歷史，然而液壓傳動的真正推廣使用卻是近50多年的事，特別是20世紀(jì)60年代以后，隨著原子能科學(xué)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展，滲透至國民經(jīng)濟(jì)的各個鄰域之中，在工程機(jī)械，冶金、軍工、農(nóng)機(jī)、汽車、輕紡、船舶、石油，航空和機(jī)床工業(yè)中，液壓技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用，當(dāng)前液壓系統(tǒng)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、經(jīng)久耐用、高度集成化等方向發(fā)展，同時

4、，新型液壓元件的應(yīng)用，液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化，微機(jī)控制等工作，也日益取得了顯著的成果。設(shè) 計(jì) 任 務(wù)設(shè)計(jì)題目：63-80tm自升式塔式起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、工作原理在建筑施工中塔式起重機(jī)用于提升和下放重物，隨著建筑物的升高，起重機(jī)的塔身應(yīng)逐節(jié)升高。起重機(jī)的塔身是由一節(jié)一節(jié)的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過螺栓連接起來的，在塔身升高接入塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時，需要將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接入即起重機(jī)上部頂升起來，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接入并連接好后，再將頂升起來的起重機(jī)上部落下，該任務(wù)是由液壓系統(tǒng)來完成的。2、主要參數(shù)頂升力： 500 kn700kn工作行程：1800mm頂升速度：0.30.7m/min 3、設(shè)計(jì)任務(wù)1）進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、

5、確定設(shè)計(jì)方案，內(nèi)容包括： 確定執(zhí)行元件(液壓缸)的主要結(jié)構(gòu)尺寸； 繪制液壓系統(tǒng)圖； 選擇各類元件及輔助元件的型號和規(guī)格； 確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；設(shè)計(jì)整機(jī)布局。2）繪制設(shè)計(jì)圖紙（5張）液壓缸裝配圖一張（1號圖紙）；液壓站總裝圖一張（1號圖紙）。零件圖：液壓缸缸體圖（2號圖紙） 液壓缸活塞桿圖（2號圖紙） 液壓缸活塞圖（2號圖紙）4、應(yīng)提交的設(shè)計(jì)文件及成果設(shè)計(jì)成果：包括畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書和圖紙第一章 工況分析與初定液壓系統(tǒng)參數(shù) 通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的參數(shù)提供依據(jù)。 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依

6、據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。1 載荷的組成和計(jì)算1.1 液壓缸的載荷組成塔式起重機(jī)液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件是液壓缸，由活塞桿頂升塔身升降。由分析知：作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷fg、活塞組件運(yùn)動時所產(chǎn)生的摩擦載荷和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性載荷fa。液壓缸的總載荷為： =+f m+ （1-1）1.2 液壓缸的載荷計(jì)算(1) 工作載荷fg 常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力的方向與活塞運(yùn)動方向相同為負(fù)，相反為正。本設(shè)計(jì)中工作載荷fg為塔頂重量，由原始資料可知：fg=500700kn（2）活塞組件的摩擦載荷由于液壓缸的密封材

7、質(zhì)和密封形成不同，密封阻力難以精確計(jì)算，可以用液壓缸的機(jī)械效率來考慮。 fm=（1-m）f （1-2）式中：m為液壓缸的機(jī)械效率，一般取0.90-0.95（3）慣性力fa由于活塞組件速度變化較小，所以慣性力可忽略不計(jì)。因此： = =500700kn(4)液壓缸推力 作用于活塞上的載荷f一般估算為：f=fw/m=700/0.92=760.87kn式中：f液壓缸推力 fw工作載荷 m液壓缸的機(jī)械效率 式中取0.922 初選系統(tǒng)工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對

8、某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，重載設(shè)備壓力要選得高一些。具體選擇可參考表2和表3。表1 按載荷選擇工作壓力載荷kn<5510102020303050>50工作壓力mpa<0.811.522.5334455表2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨 床組合機(jī)床龍門刨床拉 床工作壓力mpa0.82352881010182032本

9、設(shè)計(jì)是起重機(jī)械，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)本設(shè)計(jì)方案中取工作壓力為：25mpa3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸由于塔式起重機(jī)的液壓缸在對塔頂升降過程中，液壓缸的活塞及活塞桿處于受壓狀態(tài)，所以這里按受壓狀態(tài)設(shè)計(jì)液壓缸的主要參數(shù)（見圖1）。圖1 液壓缸主要設(shè)計(jì)參數(shù)活塞桿受壓時 （1-3）式中 無桿腔活塞有效作用面積(m2)； 有桿腔活塞有效作用面積(m2)； 液壓缸工作腔壓力(pa)； 液壓缸回油腔壓力(pa)，即背壓力。其值根據(jù)回路的具體情況而定，初算時可參照表3取值。 活塞直徑(m)；活塞桿直徑(m)?；钊c活塞桿直徑間的關(guān)系見表4。表3 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力mpa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油

10、路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短，且直接回油箱可忽略不計(jì)表4 按工作壓力選取dd工作壓力mpa5.o5.07.07.0d/d0.50.550.620.700.7液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，由（1-3）式可得出，其活塞面積為： （1-4）由于工作壓力在前面已經(jīng)選取為25 ，根據(jù)表4選擇d/d=0.7，由表3暫取p2 = 0.5。由式（1-4） 得出：d=197.91mm式中：f液壓缸推力，f=760.87kn； p1液壓缸工作腔壓； p2液壓缸回油腔壓。則： d=0.7d=138.54 mm液壓缸直

11、徑d和活塞桿直徑d的計(jì)算值要按國標(biāo)規(guī)定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。如與標(biāo)準(zhǔn)液壓缸參數(shù)相近，最好選用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，免于自行設(shè)計(jì)加工。常用液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑見表7和表8。表5 常用液壓缸內(nèi)徑d (mm)4050638090100110125140160180200220250表6 按速比要求確定dd211.151.251.331.461.612d /d0.30.40.50.550.620.71表7 活塞桿直徑d (mm)速比缸 徑40506380901001101.462222835454550506055706380速比缸 徑1251401601802002202501.4627090801009

12、0110100125110140125140由上表可知經(jīng)圓整后d=200mm，根據(jù)桿徑比=0.7，查表6得出速比=2，再根據(jù)表7得活塞桿直徑d=140mm。4 液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸驗(yàn)算4.1 液壓缸有效工作面積的驗(yàn)算當(dāng)工作速度很低時，且采用節(jié)流調(diào)速時，還須按下式驗(yàn)算液壓缸的尺寸。 （1-5）式中：a液壓缸有效工作面積(m2)；系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量(m3s)（在節(jié)流調(diào)速中取決于回路中所設(shè)調(diào)速閥或節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量。查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量為0.05；若為容積調(diào)速，決定于變量泵的最小穩(wěn)定流量。本設(shè)計(jì)計(jì)劃采用節(jié)流調(diào)速； 運(yùn)動機(jī)構(gòu)要求的最小工作速度(ms)。由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知液壓缸的最低速度vmin

13、為0.3 m/min。將以上各值代入（1-5）式，得：a =1.67×10-4m2 有桿腔有效作用面積為：=1.6×10-2m2 無桿腔有效作用面積為：=3.1×10-2m2 由于a a2a1，故滿足穩(wěn)定性要求。4.2 壓桿穩(wěn)定性校核對行程與活塞桿直徑比l/d 10的確受壓柱塞或活塞桿，需要進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。本設(shè)計(jì)方案中 l =1800mm，d = 140 mm，則：= =12.86 > 10故需做壓桿穩(wěn)定性校核。穩(wěn)定性驗(yàn)算如下： 1 = （1-6）式中：e為活塞桿材料的彈性模量，一般取e=210gpa；p為材料的許用應(yīng)力，查材料手冊p=280mpa。將以

14、上各值代入（1-6）式，得： 1= =86活塞桿可簡化成兩端鉸支的壓桿，所以= 1。（一端自由，一端剛性固定=2、兩端鉸接=1）?；钊麠U的截面為圓形，則壓桿截面的最小慣性半徑為：i= = = = =51.43 以上兩式中：i截面的最小極慣性矩；a活塞桿面積；d活塞的直徑；壓桿的長度系數(shù)；l活塞桿的行程。由于1,所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力，若用直線公式由表8查得優(yōu)質(zhì)鋼的a和b 分別a=461mpa, b=2.568mpa表8 直線公式的系數(shù)a和b材料（bs的單位為mpa）a(mpa)b(mpa)a3鋼b372s2353041.12優(yōu)質(zhì)碳鋼b471s3064612.568硅鋼b510s5873

15、.744353鉻鉬鋼98075.296鑄鐵332.21.454強(qiáng)鋁3732.15松木28.70.19 s為材料屈服強(qiáng)度查材料手冊s取350mpa 2 = = =43.2 由上述計(jì)算可見活塞桿的柔度介于1和2之間(21)，是中性柔度壓桿,由直線公式求出臨界應(yīng)力為: cr =a b=4612.568×51.43=328.93mpa臨界壓力為：pcr=cra= (140×103)2×328.93×106=5060.92 kn 活塞桿的工作這安全系數(shù)為： n= = =6.65查有關(guān)手冊知：活塞桿穩(wěn)定的安全系統(tǒng)nst=3.55。本設(shè)計(jì)取 nst=5，nnst，因此

16、活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。5 計(jì)算液壓缸所需流量液壓缸工作時所需流量為： q=a (1-7)式中：a液壓缸有效作用面積(m2)； 活塞與缸體的相對速度(m/s)。由任務(wù)書及前面的計(jì)算可知：頂升速度： v=0.3-0.7m/min=0.005-0.012m/s。液壓缸無桿腔面積: a=d2/4=3.14×2002/4=31400mm2=0.0314m2液壓所需最小流量: q1=a1v1=0.0314×0.005=1.57×10-4m3/s液壓缸所需最大流量: q2=a2v2=0.0314×0.012=3.768×10-4m3/s第二章 液壓基本回路確

17、定和液壓系統(tǒng)合成1 液壓基本回路確定1.1 調(diào)速回路確定液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動方向和運(yùn)動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 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(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)速方式有節(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。 節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用溢流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。 容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用

18、于功率大、運(yùn)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。由設(shè)計(jì)任務(wù)書所給的原始資料可知，該液壓系統(tǒng)只要能滿足塔頂?shù)纳导纯?，本著滿足控制要求、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)可靠的原則，決定采用節(jié)流調(diào)速方法。在節(jié)流調(diào)速回路中根據(jù)流量閥的安裝位置不同，調(diào)速方式有三種：一是安裝在液壓缸的進(jìn)油路上進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速，二是安裝在液壓缸的回油路上回油路節(jié)流調(diào)速，三是和液壓缸關(guān)聯(lián)，安裝在液壓缸的旁油路上旁油路節(jié)流調(diào)速。進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速的特點(diǎn)： 液壓泵流量必須按執(zhí)行元件最高速度所需流量選擇，供

19、油壓力按最大負(fù)載所需壓力考慮。因此，泵輸出功率較大，工作部件的運(yùn)動速度隨外負(fù)載的增減而忽慢忽快，難以得到穩(wěn)定的速度，因而進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路不宜用在負(fù)載大速度高或者負(fù)載變化較大的場合，而在低速輕載下速度剛性好，所以適用于負(fù)載變化較小、功率不大的液壓系統(tǒng)中?；赜吐饭?jié)流調(diào)速回路和進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路相比：速度負(fù)載特性，承載能力，功率特性和效率等相似。在承受負(fù)值負(fù)載能力、運(yùn)動平穩(wěn)性、油液發(fā)熱對泄露的影響方面優(yōu)于進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路。旁路節(jié)流調(diào)速回路：由于旁路節(jié)流調(diào)速回路在高速，重質(zhì)載下工作時，功率大，效率高，因此適用于動力較大、速度較高、速度穩(wěn)定性不高、且調(diào)速范圍小的液壓系統(tǒng)中。經(jīng)由以上的分析以及設(shè)計(jì)任務(wù)書

20、中所給的已知參數(shù)，本系統(tǒng)決定選擇回油路節(jié)流調(diào)速回路。考慮到無論塔頂上升或下降，均能進(jìn)行回油路節(jié)流調(diào)速，且使回路保持一定的背壓，同時進(jìn)油路又敝通無阻，決定液壓缸的無桿腔和有桿腔均通過單向節(jié)流閥接通，其連接方式如圖2所示。圖2 采用單向節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路1.2 方向控制回路確定自升式塔式起重機(jī)隨著建筑物層數(shù)的增加，需不斷調(diào)整自身的塔高，在調(diào)整塔身高度時，需將塔頂部分頂升，并能停止在一定的位置，這需要鎖緊回路來完成；塔頂?shù)捻斏拖陆?，需要換向回路來完成。1.2.1 鎖緊回路的確定能使執(zhí)行元件鎖緊的方法有多種，如利用三位換向閥的中位機(jī)能。三位換向閥的中位機(jī)能為m、o時，均能使液壓缸鎖緊，但其鎖緊效果

21、欠佳，因?yàn)殚y芯和閥體間有間隙，隨著時間延長，油液會慢慢泄漏，因此這里采用雙向液壓鎖進(jìn)行鎖緊，如圖3所示。圖3 雙向液壓鎖鎖緊回路1.2.2 換向回路確定執(zhí)行元件的換向一般由換向閥來控制，換向閥的作用是利用閥芯相對于閥體的運(yùn)動來控制液流方向，接通或斷開油路，從而改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方向、啟動或停止。由于液壓缸的活塞桿要帶動塔頂升降，所以需要換向閥來改變流入液壓缸的液流方向。   換向閥的種類很多，一般按換向閥閥芯的運(yùn)動方式、控制方式、工作位置數(shù)和通路數(shù)等特征進(jìn)行分類。見表9，由于潤滑式換向閥操作控制方便，在液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。因此本系統(tǒng)采用滑閥式換向閥。表9 閥式

22、換向閥類型分類方式名稱按閥芯運(yùn)動方式滑閥 轉(zhuǎn)閥按操縱閥芯的方式手動 電動 機(jī)動 液動 電液動按閥的工作位置數(shù)二位 三位 四位按閥的通路數(shù)二通 三通 四通 五通按閥的安裝方式管式 板式 發(fā)蘭式由于塔頂能升、降和停止，所以需要采用三位四通換向閥。為了配合雙向液壓鎖使液壓缸鎖緊，換向閥采用h型的中位機(jī)能。由于塔身每升、降一次均要工作較長時間，換向閥工作不太頻繁，所以采用手動操作裝置。其回路如圖4所示。圖4 換向回路1.3 壓力控制回路確定壓力控制回路是利用壓力控制元件來控制系統(tǒng)或局部油路的壓力，以滿足執(zhí)行元件的要求。它可分為溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器等。設(shè)計(jì)任務(wù)書可知要頂起塔頂,液壓缸需要一

23、定的工作壓力。因此需要有溢流閥來完成。溢流閥的作用主要有兩個，一是在定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，用來保持液壓泵出口壓力恒定，并將液壓泵多余的油液溢流回油箱，即起定壓和溢流作用；二是在系統(tǒng)中起安全保護(hù)作用，在液壓系統(tǒng)正常工作時溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，使系統(tǒng)壓力不再增加，對系統(tǒng)起過載保護(hù)作用。經(jīng)分析知：本系統(tǒng)中的溢流閥起定壓溢流作用。    溢流閥根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，分為直動式和先導(dǎo)式兩類。直動式用于低壓系統(tǒng)，先導(dǎo)式用于中、高壓系統(tǒng)。    直動式溢流閥的閥芯在彈簧的作用下處于關(guān)閉位置。油液從進(jìn)油口進(jìn)入，油液壓力作用于溢流閥的閥芯上，

24、使閥芯產(chǎn)生一個打開趨勢的液壓推力。當(dāng)液壓力小于彈簧力時，閥芯不動，閥口關(guān)閉，油口不通。當(dāng)液壓力超過彈簧力時，閥芯移動，閥口打開，油口相通，溢流閥溢流，油液便從油口流回油箱。從而保證進(jìn)口壓力基本恒定，系統(tǒng)壓力不再升高。扭動螺冒可改變彈簧的壓力，從而調(diào)整溢流閥的工作壓力。直動式溢流閥由于采用了閥芯上設(shè)阻尼小孔的結(jié)構(gòu)，因此可以避免閥芯動作過快時造成的振動，提高了閥工作的平穩(wěn)性。但這類閥用于高壓大流量時，需要設(shè)置剛度較大的彈簧，且隨著流量的變化，其調(diào)節(jié)后的壓力波動較大，故這種閥只適用于系統(tǒng)壓力較低，流量不大的場合。    先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)尺寸較小，調(diào)壓彈簧剛度

25、較小，因此壓力調(diào)定比較輕便，但需要先導(dǎo)閥和主閥都動作后才起控制作用，因此反應(yīng)不如直動式溢流閥靈敏。先導(dǎo)式溢流閥中主閥彈簧主要用于克服閥芯的摩擦力，彈簧剛度小。當(dāng)溢流量變化引起主閥彈簧壓縮量變化時，彈簧力變化較小。因此閥的進(jìn)口壓力變化也較小，故先導(dǎo)式溢流閥調(diào)壓穩(wěn)定性好。因先導(dǎo)式溢流閥是由先導(dǎo)閥來控制和調(diào)節(jié)溢流壓力，而由主閥用來溢流，故在工作過程中振動小，噪聲低，壓力較穩(wěn)定，它適合于高壓，大流量的場合。通過對溢流閥的分析比較，本系統(tǒng)采用先導(dǎo)式溢流閥來調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需壓力，并保持壓力恒定。該溢流閥按裝在液壓泵的出口，與執(zhí)行元件并聯(lián)安裝，在系統(tǒng)中不做功，只對元件起控制作用。1.4液壓動力源回路確定液壓動力

26、源回路是液壓系統(tǒng)中提供一定壓力和流量傳動介質(zhì)的動力源回路。常用的液壓動力源回路有開式液壓系統(tǒng)回路、閉式液壓系統(tǒng)回路兩種形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。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。經(jīng)分析比較，本系統(tǒng)決定采用開式系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)的能量完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，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

27、壓力的作用，如圖5所示。圖5 液壓動力源回路1.5濾油器選擇據(jù)統(tǒng)計(jì)液壓系統(tǒng)中有75%以上的故障是和液壓油的污染有關(guān)。油液中的污染能加速液壓元件的磨損，卡死閥芯，堵塞工作間隙和小孔，使元件失效。導(dǎo)致液壓系統(tǒng)不能正常工作，因而必須對油液進(jìn)行過濾，過濾器的功用在于過濾液壓油中的雜質(zhì)，使進(jìn)入到液壓系統(tǒng)中去的油液的污染度降低，保證系統(tǒng)正常工作。液壓系統(tǒng)對過濾器的要求是：有足夠的過濾精度，有足夠的過濾能力，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，濾芯有良好的抗腐蝕能力，濾芯便于清洗、更換，便于拆裝和維護(hù)。過濾器按濾芯結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)式、線隙式、紙質(zhì)、燒結(jié)式和磁性過濾器等。網(wǎng)式濾油器：由1-2層銅絲網(wǎng)圍在開口的金屬圓筒式圓形的支架上

28、組成，過濾精度一般為0.08-0.18mm，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，壓力損失?。?.01mpa-0.025mpa）多在系統(tǒng)的吸油路上作粗濾用，也有用較細(xì)的2-3層金屬網(wǎng)做成精度較高的網(wǎng)式濾油器。用于調(diào)速閥前的過濾。線隙式濾油器：濾芯是由金屬線細(xì)繞在多角形式或圓筒金屬骨架上構(gòu)成，利用線間的縫隙過濾油液。線隙式過濾器結(jié)構(gòu)簡單，過濾效果好，通過能力強(qiáng)，耐高溫高壓，但是過濾精度較低，多用于吸液管路和油液管路過濾。紙芯式過濾器：紙芯是油濾紙圍繞在酚醛樹脂或木漿微孔濾紙制成的芯架上，為增大過濾器面積，紙芯做成折疊形。這種濾油器適于精過濾，精度可達(dá)0.005mm，工作壓力可達(dá)38mpa，壓力損失為0.05mpa

29、-0.12mpa，但這種過濾器易堵塞，且無法清洗。故使用時紙芯應(yīng)定期更換，多用于壓力管路和回液管路。燒結(jié)式濾油器：其濾芯由青銅等金屬燒結(jié)而成，它是利用金屬顆粒間的縫隙進(jìn)行過濾的。構(gòu)成濾芯的金屬粉末顆粒不同，過濾進(jìn)度也不同，精度范圍為0.007mm-0.1mm。這種濾油器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，抗腐蝕，過濾精度高，適用于精濾器，但顆粒易脫落，壓力損失大（0.03mpa-0.2mpa）難以清洗。磁性濾油器：磁性濾油器的濾芯有永久磁鐵做成，用于清除油液中的鐵屑、鑄鐵粉末等鐵磁性物質(zhì)。綜上所述，在泵的入口要裝置粗過濾器，即網(wǎng)式過濾器以除去液壓油中的雜質(zhì)，使進(jìn)入到液壓系統(tǒng)中的油液污染度降低，保證系統(tǒng)

30、正常工作。過濾器在回路中的連接情況如圖5所示。2 液壓系統(tǒng)合成在以上液壓基本回路確定以后，可根據(jù)上述的基本回路合成液壓系統(tǒng)，如圖6所示。液壓系統(tǒng)工作原理： 液壓泵3由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，從油箱1中吸油。油液經(jīng)過濾器2過濾后流往液壓泵，經(jīng)泵向系統(tǒng)輸送。來自液壓泵的壓力油流經(jīng)換向閥與單向節(jié)流閥，再經(jīng)液壓鎖進(jìn)入液壓缸左腔，推動活塞連同工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油通過換向閥經(jīng)回油管排回油箱。 圖6 塔式起重機(jī)液壓系統(tǒng)圖1油箱；2濾油器；3電動機(jī)；4葉片泵；5壓力表；6液壓鎖；7油 缸第三章 液壓元件的選擇與專用件設(shè)計(jì)1 液壓泵的選擇1.1 確定液壓泵的最大工作壓力ppppp1+p (3-1)式中：

31、p1液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力，mpa； p從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。p的準(zhǔn)確計(jì)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(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵巍⒘魉俨淮蟮?，取p =(0.20.5)mpa；管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)速閥的，取p =(0.51.5)mpa。式中p取0.5mpappp1+p=25mpa+0.5mpa=25.5mpa1.2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qpk(qmin)式中：k系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取k=1.11.3;式中取1.2 qmin同時動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上

32、溢流閥的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3s。 qp1.2×（3.768+0.5）×10-4m3s =5.1216×10-4m3s1.3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2560%。所以pp額=25.5×（1+25%）=31.875mpa查相關(guān)手冊可知選,擇斜盤式軸向柱塞泵，型號為mcy14-1b，有關(guān)參數(shù)見表10。 表10 柱塞泵主要參數(shù)類別型號排量ml/r壓力mpa轉(zhuǎn)速r/min特 點(diǎn)生 產(chǎn) 廠斜盤

33、式軸向柱塞泵mcy14-1b25321500結(jié)構(gòu)緊湊，有一定的自吸能力，耐沖擊差沈陽液壓機(jī)廠1.4 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，則：p= pp qp/p （3-2）式中：pp液壓泵的最大工作壓力(pa)； qp液壓泵的流量(m3s)； p液壓泵的總效率，參考下表式中選柱塞泵p=0.83。表11 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0.60.70.650.800.600.750.800.85將各值代入（3-2）式得：p= pp qp/p=25.5×6.25×10-4/0.83=1.15kw2 液壓閥的選擇 &#

34、160; 閥的選擇原則：根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)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(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求?？刂崎y的流量一般要選得比實(shí)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。溢流閥的選擇：依據(jù)液壓泵的流量為（6.25×10-4m3/s）和系統(tǒng)壓力選擇。 根據(jù)有關(guān)手冊可知，選擇型號為yf型溢流閥。其有關(guān)參數(shù)見下表。表12 溢流閥主要參數(shù)型 號最大壓力范圍mpa額定流量l/min公稱直徑mmyf型溢流7-32 4010換向閥的選擇：由設(shè)計(jì)書中所選的液壓泵的流量為6.25

35、15;10-4m3/s，可換算為37.5l/min，根據(jù)相關(guān)手冊選擇wmm型手動換向閥，其相關(guān)參數(shù)為：.單向節(jié)流閥的選擇：根據(jù)相關(guān)手冊可知，應(yīng)選擇mk型單向節(jié)流閥，其相關(guān)參數(shù)為：雙向液壓鎖的選擇：（補(bǔ)充）3 管道尺寸的確定管路在液壓系統(tǒng)中用于傳遞工作介質(zhì)。為保證液壓系統(tǒng)工作可靠，管路應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，良好的密封，壓力損失要小，拆裝要方便。管路按其在液壓系統(tǒng)中的作用可分為主管路、泄油管路、控制管路和旁通管路。選擇的管路應(yīng)有足夠的通流面積和承壓能力。對于重要的管道還需驗(yàn)算其內(nèi)徑和壁厚。 3.1 管道內(nèi)徑計(jì)算 （3-3）式中： 通過管道內(nèi)的流量(m3s)；管內(nèi)允許流速(ms)，見表13。表13 允許流

36、速推薦值管 道液壓泵吸油管道液壓系統(tǒng)壓油管道液壓系統(tǒng)回油管道推薦流速(m/s)0.51.5，一般常取1以下36，壓力高，管道短，粘度小取大值1.52.63.1.1 吸油管內(nèi)徑將q=6.25，v=0.8代入（3-2）式得：          d吸=2=0.028mm=28mm  液壓泵的吸油壓力較小，由于液壓泵的及油管一般為固定連接，所以應(yīng)選擇鋼管或銅管。這里選擇鋼管，其直徑d=32mm。3.1.2 壓油管道內(nèi)徑將q=6.25，v=5代入（3-2）式得：   

37、0;         d壓=2=11mm由于液壓泵輸出的液壓油壓力比較大，每個控制元件之間有一定的相對位置，所以管應(yīng)能承受一定的壓力，還有彎曲，所以選鋼管或橡膠管。這里選擇橡膠管，其直徑d=13mm。3.1.3 回油管道內(nèi)徑將q=6.25，v=2代入（3-2）式得：            d回=2 =18mm由于液壓回油路的壓力較低且為固定連接，所以回油管選擇銅管、尼龍管或鋼管。這里選擇鋼管，其直徑d=20

38、mm                      表14  各種管子的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)種 類管 子 內(nèi) 徑軟管膠管46810131619222532384551/硬管鋼管34681215202532405065801003.2 管道壁厚的計(jì)算 (3-4) 式中 管道內(nèi)最高工作壓力(pa)； 管道內(nèi)徑(m)；管材的許用應(yīng)力。對鋼管： ，b為管材的抗拉強(qiáng)度，可由材料手冊查出；n為安

39、全系數(shù)，當(dāng)7mpa時，取n=8；當(dāng)7mpa<17.5mpa時，取n=6；當(dāng)>17.5mpa時取n=4。對銅管：25mpa。由于本系統(tǒng)壓力較高，故大部分管路選用無縫鋼管，而且已知=25.5，所以取，又由液壓元件手冊查的 （3-5）吸油管道壁厚：由于吸油管壓力較低，不需要進(jìn)行壁計(jì)算，查手冊按最薄管壁選擇即可。其管壁厚度為:1.6mm。壓油管道壁厚：d=11mm=0.935mm查相關(guān)手冊，決定選擇壁厚為:1mm的管路。回油管道壁厚：由于回油管壓力較低，不需要進(jìn)行壁計(jì)算，查手冊按最薄管壁選擇即可。其管壁厚度為:1mm。4 油箱容量的確定油箱的主要功能是：儲存液壓系統(tǒng)所需的足夠的油液，散發(fā)系

40、統(tǒng)工作時所產(chǎn)生的一部分熱量，沉淀油液中的雜質(zhì)，分離油液中的氣體。油箱容積的確定是設(shè)計(jì)油箱的關(guān)鍵，油箱的容積應(yīng)能保證當(dāng)系統(tǒng)有大量供油而無回油時，最低液面應(yīng)在進(jìn)油口過濾器之上，保證不會吸入空氣；當(dāng)系統(tǒng)有大量回油而無供油時，或系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，油液返回油箱時，油液不至于溢出。可按下式確定油箱的容積： （3-6） 式中 液壓泵每分鐘排出壓力油的容積(m3)； 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表15。表15 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓機(jī)械冶金機(jī)械al2245761210這里取=10 ,則:v=aqv=10×6.25×10-4m3/s=10×6.25×10-4×

41、60m3/min=375l油箱的容積為375l.第四章  液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實(shí)際情況對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。1 液壓系統(tǒng)壓力損失壓力損失主要包括管路的沿程損失p1，管路的局部壓力損失p2和閥類元件的局部損失p3，總的壓力損失為：p=p1+p2+p3 （3-7） （3-8） （3-9）式中 

42、; 管道的長度(m)；d管道內(nèi)徑(m)； 液流平均速度(ms)； 液壓油密度(kg/m3)； 沿程阻力系數(shù)； 局部阻力系數(shù)。式中為未知數(shù)，所以要加以計(jì)算。要確定值需要判別液體的流動狀態(tài)?？捎美字Z數(shù)re判別。re=d/v （3-10）式中 流動液體平均速度；    d管道直徑；    v液體運(yùn)動黏度，見表16；    re雷諾數(shù)。表16 液壓泵類型推薦用油的運(yùn)動黏度條 件液壓泵類型環(huán)境溫度5-40時v/min2s-1（40）環(huán)境溫度40-80時v/min2s-1（40）葉片泵7mpa以下30-50

43、40-757mpa以上50-7055-90 齒輪泵30-7065-165 柱塞泵30-8065-240 將各值代入（3-10）得：re壓=壓dh/v壓黏=5×13×10-3/50×10-6=1300<2320 屬于層流根據(jù)計(jì)算公式金屬管沿程阻力系數(shù)=75/re；橡膠管=80/re。所以=80/1300=0.073，將值代入（3-8）式得： 沿程阻力損失： 式中： l管道長度取3m；       v液流平均速度取5m/s；       d管道

44、內(nèi)徑d=13×10-3m；      液壓油密=900kg/m3。局部阻力損失用下式估算：p2 =（0.05-0.15）p1=0.1×0.224=0.0224mpa  通過閥的阻力損失可用下式計(jì)算：p3=pn（q/qn）2 （3-11）式中：pn液壓閥在額定流量時的最大壓力損失，見表17； qn通過液壓閥的額定流量100l/min=1.66×10-3m3/s；q通過液壓閥的實(shí)際流量為5.1216×10-4m3/s。表17 部分閥類的壓力損失閥 名壓力損失pv/mpa閥名壓力損失pv/mpa單 向

45、 閥0.20.3背壓閥0.30.8行 程 閥0.150.2轉(zhuǎn)閥0.150.2換 向 閥0.150.3節(jié)流閥0.20.3順 序 閥0.150.3調(diào)速閥0.30.5 將各值代入（3-11）式得：p3=pn（q/qn）2 =0.048mpa 則系統(tǒng)總的阻力損失為：p=p1+p2+p3=0.224+0.0224+0.048=0.2944<0.5mpa系統(tǒng)的調(diào)整壓力為：                   pt>p

46、1+p （3-12）式中：pt液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力      p1選擇的工作壓力25mpa；  p總壓力損失0.2944mpa。則： pt25+0.2944=25.2944mpa2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱計(jì)算液壓系統(tǒng)工作時，液壓泵和執(zhí)行元件存在著容積損失和機(jī)械損失，管路和各種閥類零件通過液流時要產(chǎn)生壓力損失和泄漏。所有的這些損失所消耗的能量均轉(zhuǎn)變成熱能，使油溫升高。連續(xù)工作一段時間后，系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量與散發(fā)到空氣中的熱量相等即達(dá)到熱平衡狀態(tài)，此后溫度不再升高。不同的主機(jī)，因工作條件與工作狀況的不同，最高充許油溫是不同的，

47、系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算，就是計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)際油溫，如果實(shí)際油溫小于最高允許溫度，則系統(tǒng)滿足要求。2.1 系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算通常用下式計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率phr=prpc (3-13) 式中 pr液壓系統(tǒng)的總輸人功率；pc輸出的有效功率。 (3-14) 式中 液壓泵的工作壓力，mpa； 液壓泵的實(shí)際流量，l/min； 液壓泵的效率，0.800.85，這里取0.85。將泵的各參數(shù)代入(3-14)式得：=25×6.25×10-4/0.85=18.382kw液壓缸的輸出功率為：  pc= fn v （3-13）式中：pc輸出功率；fn 額定壓力為25.2944mpa； 

48、0; v 液壓缸的最低運(yùn)行速度0.005m3/s；應(yīng)為液壓缸的最低運(yùn)行速度 pc =25.2944×0.005=12.647 kw發(fā)熱功率為：phr =prpc =18.382-12.647=5.735kw2.2 液壓系統(tǒng)散熱功率計(jì)算液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱表面。散熱功率可按下式計(jì)算：phc=kat (3-14)式中 k油箱散熱系數(shù)，當(dāng)自然冷卻通風(fēng)很差時，k=(89)w/m2·；當(dāng)自然冷卻通風(fēng)良好時，k=1517w/m2·；用風(fēng)扇冷卻時k=23w/m2·；用循環(huán)水冷卻時，k=(110170)w/m2·，這里取k=150 w/m2·

49、； t油溫與環(huán)境溫度之差(ºc)；a油箱的散熱面積(m2)；a=0.065 (3-15)上式中：v油箱有效面積，由前計(jì)算可知v=375（l）；a油箱散熱面積。（m2）a=0.065=3.38m2則溫升： t =phr/ka=2.573/23×10-3×3.38=33液壓系統(tǒng)最高溫度為： t1=t2+tt1 （3-16）式中：t2在常溫下為20。則： t1= t2+t=20+ 33 =53 t1由表17可知：液壓系統(tǒng)最高溫度在允許值范圍內(nèi)，不需要加裝冷卻器，表17 各種機(jī)械允許油溫(0c)液壓設(shè)備類型數(shù)控機(jī)床一般機(jī)床機(jī)車車輛船舶冶金機(jī)械液壓機(jī)工程機(jī)械礦山機(jī)械正常工作

50、溫度305030554060306040705080最高允許溫度557055707080809060907090第五章 液壓缸結(jié)構(gòu)計(jì)算1 液壓缸主要尺寸計(jì)算1.1 缸筒壁厚計(jì)算缸筒選用無縫鋼管，當(dāng)工作壓力為16mpa時，無縫鋼管材料為20號鋼，其余壓力下無縫鋼管選45號鋼。根據(jù)系統(tǒng)工作壓力為25mpa，缸內(nèi)徑為200mm，可查表18得出液壓缸外徑尺寸為245mm。表18 缸筒的內(nèi)、外徑缸徑mm液 壓 缸 外 徑mm缸徑液 壓 缸 外 徑mmp16mpa202531.5mmp16mpa202531.540505050541101331331331405060606063.5125146146152152637676838314016816816816880959510210216019419419419490108108108114180219219219219100121121121127200245245245245根據(jù)上面所給參數(shù)，液壓缸外徑為