電氣工程系畢業(yè)論文

1、 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書- 引言 流體傳動與控制技術是現(xiàn)代機械工程的基本技術構成，也是現(xiàn)代控制工程的基本技術要素。由于由于其本身的獨特的技術優(yōu)勢，使得它在現(xiàn)代化農業(yè)、制造業(yè)、能源工程、化學與生物工程、交通運輸與物流工程、采礦與冶金工程、油氣探采與加工、建筑與公共工程、水利與環(huán)保工程、航天與海洋工程、生物與醫(yī)學工程、科學實驗裝置、軍事國防工程等領域獲得了廣泛的應用，成為現(xiàn)代化進程中不可替代的一項重要技術。液壓傳動是以油或油水混合物作為工作介質（也可以說是傳動件），通過液體的壓力能實現(xiàn)能量傳遞的傳動方式，其應用和發(fā)展實踐表明它具有傳動平穩(wěn)，能在大范圍內實現(xiàn)無級調速，便于實現(xiàn)復雜動作等優(yōu)點。

2、與機械傳動、電氣傳動相比，它還具有能容量大的特點。在較小的重量和尺寸下，可以傳遞較大的功率，易獲得很大的力或力矩。通過一階段的課題調研，和在企業(yè)里的實踐。我的課題是液壓壓套機。一、液壓油缸的結構選擇由于壓套機推力較大（29噸），推料長度（0.5米），為了使壓套機有良好的工作性能，考慮采用雙油缸結構或單油缸的結構。若采用兩個油缸的結構，則兩油缸之間有一定的中心距，并且兩油缸采用兩端固定式，以增加整個機構的強度和提高油缸工作穩(wěn)定性。為了使油缸在工作時不因為所受載荷的不同而引起兩鋼工作速度不同步的現(xiàn)象，對油缸采用了剛性同步，即在兩油缸之間加上一導向桿，依靠導向桿對兩油缸實現(xiàn)同步。該結構較復雜、工作可

3、靠、同步精度較高，并采用節(jié)流閥的液壓同步回路，同步精度較低（4%5%），這對壓套機的工作性能影響較大，同時很可能會造成損壞油缸，折斷活塞桿頭等事故。如果采用分流閥的 液壓同步回路，系統(tǒng)簡單，但其同步精度（25），同樣會對壓套機造成影響。采用此結構存在同步的問題。若采用雙作用單油缸的形式，就不可能存在上述的問題，根據(jù)同類設計，可以參考采用單油缸雙導桿結構。一只油缸在中間，導桿分別在油缸兩邊的形式，油缸采用兩端軸向腳座固定式。 由于采用導向桿和活塞桿采用法蘭連接，構成剛性同步，而剛性同步又是通過導向桿和推頭來實現(xiàn)的，所以導向桿和推頭之間的連接為剛性連接，以保證同步精度。二、液壓系統(tǒng)方案的選擇由于液

4、壓式壓套機的工作過程比較簡單，為工進返回停止。工進時候的油缸速度慢為，返回的速度較快，為。所以其液壓控制系統(tǒng)也比較簡單，只要在油泵和油缸之間串聯(lián)一個換向閥就可以達到目的。為了 控制系統(tǒng)壓力和對系統(tǒng)起安全保護作用，在油泵和換向閥之間并聯(lián)接上一個溢流閥另外，為了充分發(fā)揮液壓的無級調速的特性和盡可能減少系統(tǒng)元件，系統(tǒng)采用手動變量泵。（變量泵可節(jié)省調速閥，減少系統(tǒng)發(fā)熱）由于系統(tǒng)壓力較高，流量較大，油缸返回速度大，沖擊大，為了控制返回速度活兒減小沖擊，在油路上串聯(lián)一個雙向節(jié)流閥（可調），以達到目的。所有的液壓元件都安裝在集成塊（150x150x120）上帕斯卡原理指出：在充滿液體的密閉容器內，施加于靜止

5、液體表面的壓力將以等值同時傳到液體的各點。所以在液壓系統(tǒng)中，當忽略液體自重時液體靜止段內壓力到處相等，如實驗系統(tǒng)中壓力表的示值反映表前管道引出處的壓力值。 以一個不完全系統(tǒng)(圖2-1)為例，液壓缸有桿腔活塞有效面積為A2，阻力負載為F。液壓泵從油箱吸油，經(jīng)壓油管供油至液壓缸下腔，由于F的存在將阻止液壓缸下腔密封容積的增大，從而使泵不斷排出的油液受到壓縮，因此導致油壓不斷上升，當壓力升高到能克服阻力負載F時，活塞便被推動上升，這時，因缸的上腔直通油箱，P3=0，則有。如果F不變，液壓缸下腔將維持P2不變，繼續(xù)推動活塞上移。如果F=0，略去活塞自重和其它阻力時，泵排出的油液可以推動活塞上移，但不能

6、在液壓缸下腔建立起壓力(P2=0)。以上說明，在容積式液壓傳動中，工作壓力決定于外界負載，即決定于油液運動時受到的阻力。 液壓系統(tǒng)中液流受到的阻力，往往有三大類：1、外加阻力。如液壓缸提升的荷重，推動機械位移的力，液壓馬達驅動機械回轉運動的扭矩等。2、液壓阻力。沿程阻力和局部阻力統(tǒng)稱液壓阻力。3、密封阻力。如活塞桿作直線往復運動時，它與密封件間的摩擦所產生的阻力等。在圖2-2中液壓缸上腔直通油箱，即P3=0，此時液壓缸理論推力為?？陀^上由于活塞桿與端蓋在a處和活塞與缸筒在b處存在密封阻力，a處存在外泄漏和b處存在內泄漏(由高壓腔向低壓腔的泄漏)，加之制造和安裝誤差，偏載引起活塞和活塞桿傾斜而產

7、生的附加阻力等因素，使液壓缸能推動的實際荷重F有效總小于理論推力F理，為此，用負載效率表征它們的關系，是以F有效與F理之比來表征的，即或F有效=F理-F無效 （2-1）若將式（2-1)中各力改用表壓(壓強)形式表示，則有， （2-2）式中 P有效 液壓缸有效負載壓力；P2液壓缸工作腔壓力；P無效液壓缸無效負載壓力。所以 P有效=P2-P無效 （2-3）或 P2=P有效+P無效 （2-4）式（2-4）為液壓缸工作壓力決定于外界負載的表達式，它說明要使活塞運動，工作腔的壓力P2必須等于液壓缸有效負載壓力和無效負載壓力之和。 圖2-1 壓力形成原理圖 圖2-2 液壓缸負載效率在圖2-3所示的實驗裝置

8、系統(tǒng)中，液壓缸回油路阻力可以忽略不計，即P3=0，此時泵2出口工作壓力P1由兩部分組成，一部分是從泵出口至液壓缸進口的油路上各種阻力(如調速閥4，換向閥6，節(jié)流閥7，管道等)產生的壓力損失之和P，另一部分就是液壓缸工作腔的壓力P2，P1=P2+P (2-5)式(2-5)為液壓泵出口工作壓力決定于外界負載的表達式，它說明液壓缸要獲得工作壓力P2，液壓泵的工作壓力P1必須等于液壓缸工作腔壓力和該工況下油路壓刀損失P之和。當調速閥4關閉時，泵排出的全部油液僅通過溢流閥9，10溢回油箱，泵的工作壓力由溢流閥9，10的局部阻力決定，溢流閥調定后，液阻基本不變，因此P1也基本不變。當調速閥4打開到某一開度

9、，泵排出的油一部分供液壓缸工作，多余的油仍通過閥溢回油箱，但通過閥口溢流的油必須克服調定的液阻，因此可知此時泵的出口壓力P1仍基本不變。液壓缸工作中如果外界負載在變化，則P2一定隨之變化，這時調速閥4將自動調節(jié)液阻即過閥的壓力損失P調 ，使P2+P恒等于P1，即當P2增大時，P調減小，反之亦然。三、液壓壓套機液壓系統(tǒng)傳動原理圖 四、液壓系統(tǒng)說明由于本系統(tǒng)采用葉片泵，而泵對油的清潔度要求高，不能允許有雜質，所以各液壓元件在安裝前必須清洗，油箱必須清潔，內部不允許涂漆。由于系統(tǒng)中沒有設置放氣孔，所以安裝時盡可能使系統(tǒng)全部低于油箱油面，防止空氣進入液壓系統(tǒng)。壓力表可以裝在溢流閥的壓力表接口上。五、系

10、統(tǒng)的動作原理1、動機通電，油泵工作，液壓油經(jīng)電磁溢流閥卸荷。2、給電液換向閥的1dt通電，換向閥工作，同時，3dt工作，切斷卸荷回路，液壓油經(jīng)過換向閥進入油缸，油缸工作，活塞桿向前推進，當推頭前進到一定位置時，碰上行程開關13，使其動作，行程開關控制1dt斷電，2dt、工作3dt原狀工作，壓力壓力經(jīng)過換向閥進入油箱另一腔，活塞桿退回。當推頭退回到配上行程開關12，使12工作，控制2dt，3dt斷電，油缸不 工作，壓力油經(jīng)溢流閥卸荷，流回油箱。3、接通1dt，重復上述動作。4、當壓套機所在的車間停電時，或出現(xiàn)不正常的情況下，需要液壓缸的活塞桿迅速退回時，這時候，可打開相應的高壓球閥，推動手動換向

11、閥，使得蓄能器工作，儲存在蓄能器中的液壓能經(jīng)換向閥進入液壓缸的有桿腔，在液壓能的作用下，活塞桿退回，油從無桿腔經(jīng)換向閥流回油箱。 六、順序動作表動作名稱電磁鐵狀態(tài)1dt2dt3dt工進停止返回七、油缸設計及計算（一）油缸直徑計算和油缸流量計算根據(jù)活塞桿受壓情況，為了保證其的穩(wěn)定性，取活塞直徑d=0.50.7D由 F=PA得:無桿腔 D=,帶入數(shù)據(jù)得: D= =149.6mm靠標準D=150mmd=0.5D =0.5x150=75mm（2）工作時油缸的總流量Q= -為容積效率，取1 =/4x（150）x0.012x10x60x10 =12.7升/分（3）返回時的流量Q= -為容積效率，取1 =3

12、.14x（150-75）x0.016x10x60x10/4 =12.7升/分（二）油泵流量的計算QQ K為系統(tǒng)泄漏系數(shù) =1.1x12.7 =13.97升/分（三）缸筒壁厚計算根據(jù)表11-135選取缸體材料為20#鋼 P為油缸工作壓力 D為油缸的內徑=/n為缸體材料拉強度取40公斤/毫米n為安全系數(shù) 取n=4=40/4=10公斤/毫米=1.23cm =12.3mm根據(jù)企業(yè)樣本，油缸外徑D=178mm 所以缸筒的厚度14mm （四）活塞桿的強度計算 活塞桿的材料為45#鋼 =/n 為材料的屈服極限強度，取=30公斤/毫米 n為安全系數(shù) 取n=4=30/4=7.5公斤/毫米活塞桿所受壓應力為 =

13、=3.28公斤/毫米所以活塞桿的強度足夠（五）活塞桿的穩(wěn)定性計算 細長比=26.6式中l(wèi)為活塞桿計算長度為活塞桿橫斷面最小回轉半徑 J為活塞桿橫斷面最小轉動慣量A為活塞桿面積m85170其中m為柔性系數(shù)取85 n為末端系數(shù)n1/4由于l/km故按高登拉金公式計算P其中：為材料決定的試驗常數(shù)，對鋼4900kg/f A為活塞桿橫斷面積 a為試驗常數(shù)對鋼，a1/5000 n為末端條件系數(shù)，n1/4 l為活塞桿計算長度 k為橫斷面最小回轉半徑kd/4P 13781250公斤 安全系數(shù)N950.46活塞桿的穩(wěn)定性足夠（六）油缸法蘭螺栓的直徑計算單只螺栓的預緊力Qp為油缸的推力，p29000公斤f為摩擦系

14、數(shù)，取f0.12z為螺栓個數(shù)，z10m為結合面系數(shù)，m124166.67公斤螺栓的許用應力為材料的屈服極限強度，取=220公斤/毫米 n為安全系數(shù) 取n=2=220/2110公斤/毫米59.7mm（七）缸底厚度的計算 D為缸筒的內徑P為工作壓力為抗拉強度，610Mpan為安全系數(shù) 取n=5=610/5122 MPa 31.35mm取整缸底的厚度為35mm八、油管的選用（一）、壓力油管的內徑計算對壓力油管的允許流速m/s根據(jù)系統(tǒng)情況取4 m/sQ=d= =22.5mm靠標準取d=25mm此時管內的流速： = =3.25m/s由于油缸活塞桿退回時，回油流量很大，為了防止此時的管內的流速太高而損壞液

15、壓元件,回油管內流速進行驗算：活塞桿退回時的速度= = =0.016m/s回油流量= = =16.9升/分采用d=25mm時，回油管道 流速VV= = =3.44m/s從計算結果可以看出，活塞桿退回時管內的流速太大，為了適當降低回油管內的流速，對回油管道直徑取d=32mm此時回油管的流速VV= = =2.1m/s（二）、油管的壁厚計算根據(jù)表11-385，選取管道材料為15#冷拔無縫鋼管（YB231-70）=為公稱壓力D為管子內徑 =/n 為材料的抗拉強度，取=35公斤/毫米 n為安全系數(shù) 取n=5=35/5=7公斤/毫米=1.79mm靠標準=2.5mm油管外徑30x2.5 = =2.3mm靠標

16、準=3mm油管外徑38x3九、液壓油的選取 由于系統(tǒng)采用了PVD1-10型油泵，對油管的清潔度較高推薦用粘度為2045的液壓油或透平油，同時要考慮道系統(tǒng)壓力較高，流量較大，流速中等，壓套機工作時的工作溫度和環(huán)境溫度很高，系統(tǒng)密封要求等情況。為了減少系統(tǒng)泄漏和使系統(tǒng)壓力損失盡可能地小，所以選取液壓油的粘度不能太大，也不能太小，粘度的大小將會引起壓力損失的增加，太小則會增加密封要求。并且考慮到液壓油的性能和是否經(jīng)濟合理等情況，采用40號稠化液壓油粘度為3.743里斯該油氧化穩(wěn)定性好，防銹，工作時泡沫少，噪音小，粘度指數(shù)高。如果采用機械油作為液壓油，由于其含有微量的機械雜質和抗氧化性差等缺點，將會損

17、壞油泵，油品下降而生成膠質沉淀，這會給系統(tǒng)造成很多不利的因素。所以，經(jīng)過以上的分析和比較，該液壓系統(tǒng)采用液壓油為40#稠化油。 十、計算溢流閥的調定壓力，選取各液壓元件及說明（一）、雷諾數(shù)的計算：V為管道內的平均流速d為管道的內徑為運動粘度，取40里斯 =2031.3（二）系統(tǒng)中沿程壓力損失，局部阻力損失，各閥阻力損失的計算。（1） 沿程阻力損失的計算 設系統(tǒng)油路長10m=7.2x3.25x10/(25)=0.5公斤/厘米（2） 局部阻力損失的計算a)設系統(tǒng)從油箱到油缸的管道共有10處90彎管，局部壓力損失系數(shù)： 表11-34b）分支管局部阻力損失系數(shù) 表11-34C） 為油密度 =（10x1

18、.12+1.3）x =0.6公斤/厘米（3） 換向閥的阻力損失 =3公斤/厘米（4） 單向節(jié)流閥的阻力損失 =3公斤/厘米 （5） 油缸直徑150mm時 工作壓力P=T/2A = =82.1公斤/厘米油缸阻力損失據(jù)資料取=2公斤/厘米（三）溢流閥調定壓力溢流閥調定壓力 =82.1+0.5+0.6+3+3+2=91.2公斤/厘米所以溢流閥的調定壓力取=91.2公斤/厘米（四）選擇各液壓元件根據(jù) =115公斤/厘米 =12.7升/分 =13.97升/分 （1） 換向閥在 液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)工作壓力較大，同時為了減少換向閥 在換向時的沖擊和噪音。采用帶雙阻尼的三位四通電液換向閥，以滿足系統(tǒng)對閥 壓

19、力的壓力及流量的要求。并降低了沖擊和噪音三位四通電液換向閥型號:4WE10J/W220V該閥共有四個工作油口，三個工作位置，不通電時閥芯處于中位（中位機能J型），左電磁鐵得電，P、A相通，T、B不相通。右電磁鐵得電，P、B相通，T、A不相通。 （2）、液位計為可以檢視油箱里的液壓油是否在正常的液面高度，可以在油箱的側面安裝一個液位計，選取液位計的型號為：YWZ-150T (3) 、電磁溢流閥由于壓套機的間隙時間比較長，油泵所作的無用功較大，非工作狀態(tài)下，油泵的功率大部分轉變成油液的熱能。另外，溢流閥在溢流時的壓力損失，同樣使得油溫上升，影響系統(tǒng)正常工作，并使油液質量惡化。為了避免這種情況的產生

20、，在該液壓系統(tǒng)中采用電磁溢流閥，對非工作狀態(tài)下，油泵進行卸荷，以降低油液發(fā)熱，這比采用溢流閥和冷卻器來得更經(jīng)濟和方便。由于電磁溢流閥卸荷時的壓力損失很小，基本上對油液沒有提供熱量。電磁溢流閥的型號：DBW10B/W220V（4）壓力表根據(jù)系統(tǒng)壓力選取壓力表型號：YNC60（060MPa）為電觸點型壓力表，當葉片泵達到工作壓力時，發(fā)訊號切斷電動機，使泵不工作，當壓力低于工作壓力時，會發(fā)訊號啟動泵，使繼續(xù)工作。從而達到節(jié)能的作用。減少系統(tǒng)的壓力損失。（5）壓力表開關壓力表開關型號：KF-L8/14E（6）葉片泵由于系統(tǒng)工作壓力較高，同時考慮泵的工作性能和效率，以及充分發(fā)揮液壓系統(tǒng)的無級變速的優(yōu)點，

21、并使系統(tǒng)功率損失最小，減少液壓元件，簡化油路，降低油的發(fā)熱溫度，采用定量葉片泵。壓套機的速度由雙向節(jié)流調速閥來控制。選取泵的型號：PVD110（7）濾油器由于葉片泵PVD1-10油液的清潔度要求較高，為了防止雜質進入油泵而損壞油泵，在進油路上安裝濾油器使油泵的安裝必須低于油箱液面，防止油泵吸油真空而損壞，并且濾油器的流量為油泵的流量額2倍左右，濾油器的壓力損失要小。根據(jù)上述情況選取濾油器的型號：Wu-160x80um（8）、空氣過濾器在油箱加油口，安裝一個空氣過濾器，以保證液壓油為加入時清潔，選擇空氣過濾器的型號為：E2F-32 (9) 雙向節(jié)流閥由于油缸活塞桿在返回時的速度較大，造成油缸的沖

22、擊，為了避免這樣的情況發(fā)生，在油缸的回油路上接入一只雙向節(jié)流閥，通過調節(jié)經(jīng)過節(jié)流閥 流量大小來控活塞桿的返回速度的快慢、而活塞桿在在前進時，通過回油路調速。另外，根據(jù)活塞桿返回時的回路流量，在液壓系統(tǒng)中，為了充分液壓系統(tǒng)的特性無級調速的特點，需要調速，只要調節(jié)進入油缸的流量，就可以達到調速的目的，在油缸和液控單向閥之間串聯(lián)一只雙向節(jié)流閥,調速時需要和溢流閥同時起作用，才能達到調速的目的。選取雙向節(jié)流閥的型號：Z2FS10 (10)、單向閥為了使油缸的油倒流回葉片泵中，在葉片泵和壓力表之間串聯(lián)一只單向閥，單向閥的型號為：DIF-L32H-S（11）、液控單向閥為了使油缸能在行程范圍內任意位置停留

23、，且停留歐不會因外力因素而移動位置，可以推一根鋼胚，也可以推數(shù)根鋼胚，使得控更方便，更靈活。所以采用液控單向閥串聯(lián)在雙向節(jié)流調速閥和三位四通電磁換向閥之間。由于液控單向閥的閥座一般為錐閥式結構，所以密封性好，泄漏極少，鎖緊的精度注意取決于液壓鋼的泄漏。選擇液控單向閥的型號為：Z2S10（12） 兩位兩通手動換向閥：蓄能器：高壓球閥在本液壓系統(tǒng)中，液壓缸在工作期間發(fā)生斷電或其他不利因素，要求活塞桿和推頭在沒有達到工作行程的情況下縮回時，只要系統(tǒng)中并聯(lián)兩位兩通手動換向閥和蓄能器及附件（高壓球閥）。根據(jù)系統(tǒng)需要，分別選取它們的型號：兩位兩通手動換向閥：蓄能器：NXQ-63-H2高壓球閥AQF-L32

24、-H2十一、油缸活塞的最大返回速度 由于活塞桿返回時壓力低，該壓力不足打開溢流閥，油泵流量全部供給油缸 = =0.016m/s十二、雙向節(jié)流閥的流量調整將油缸的活塞桿返回速度控制在0.012m/s油缸回油量QQ= = =12.7L/Min即將單向節(jié)流閥的流量調整到12.7L/Min十三、油泵流量的調整由上面計算得到Q= 13.97L/Min考慮到在換向回路中換向閥的控制油路需要一定的流量，故將油泵的流量調整為：Q=14.5 L/Min十四、電動機的功率計算及選取型號N 為油泵工作壓力 Q油泵的流量為油泵總效率取=0.95=3.29Kw選取電動機的功率P=4Kw十五、系統(tǒng)發(fā)熱及油箱容量的計算（一

25、）、油泵功率損失產生熱量HH=P（1- ） =x860=x860=17.7千卡/小時 （二）、油缸壓力損失產生的熱量HHx860 x860 544.7千卡/小時（三）、通過雙向節(jié)流調速時產生的熱量H節(jié)流閥上的壓差x=Px= P xx(1-) =16.55(1-75/150) 12.41公斤/厘米H1.4PQ 1.4x12.41x19330千卡/小時 （四）換向閥上的壓力損失產生的熱量計算HH1.4 PQ 1.4x12.7x3 53.4千卡/小時 （五）、經(jīng)過溢流閥的發(fā)熱量H活塞桿退回使得溢流量QQQ 12.7 9.5升/分H1.4 PQ =1.4x16.5x9.5 =219.4千卡/小時(六)

26、、管道中的壓力損失和沿途壓力損失產生的熱量很少，在考慮到管道的散熱作用，所以產生的熱量可以忽略不計。（七）、總熱量H（1-2/3）（HHHHH）1/3x（17.7+544.7+330+53.4+219.4）388.4千卡/小時（八）油箱容積的計算 V 其中為允許最高溫度，為60C 為環(huán)境的溫度，為25C油箱的容量按經(jīng)驗可推出油箱的容量為160L16、 液壓元件表編號元件名稱型號備注1油缸Y-HG1-150/d75-500-J12三位四通電磁換向閥4WE10J/W220V3單向節(jié)流閥LDF-B32C4減壓閥JF-B10C5壓力表YN60(025MPa)6壓力表開關KL-14E7電磁溢流閥DBW10B/W220V8油泵(葉片泵)PVD1-109電動機Y14.5L-4-4Kw/4極臥式10進油過濾器Wu-160x80um11油箱160L12行程開關13空氣過濾器E2F-3214聯(lián)軸器NL15液控單向閥Z2S1016雙向節(jié)流閥Z2FS1017單向閥DIF-L32H-S18集