8000kN立柱試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、中國礦業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計8000kN立柱試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計8000kN leg, post test-bed structural design中國礦業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書學院應(yīng)用技術(shù)學院專業(yè)年級 機械工程及自動化學生姓名 崔蕾蕾 任務(wù)下達日期：2007年 3 月 25 日畢業(yè)設(shè)計日期： 2007 年3 月25 日至 2007 年 6 月 15 日畢業(yè)設(shè)計題目：8000kN立柱試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計8000kN leg, post test-bed structural design畢業(yè)設(shè)計專題題目：畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：一、了解試驗臺的試驗內(nèi)容：二、設(shè)計立柱試驗臺框架及液壓加載系統(tǒng)。三、設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)試驗

2、長度： 16006500 mm試驗缸徑：220（工作阻力1597kN）500mm（工作阻力8443kN）承載能力： 18000 KN額定加載： 15000 KN最大加載： 17000 KN加載行程： 1200 mm平均加載速度： 200mm/min控制方式： 電腦智能化控制試驗臺控制： 液壓系統(tǒng)控制立柱控制： 乳化液系統(tǒng)控制裝機功率： KW規(guī)范標準： 歐洲標準設(shè)備重量： Kg外形尺寸LxBxH： 12000×3000×2400 mm×mm×mm院長簽字： 指導教師簽字：摘 要液壓支架是現(xiàn)代煤礦綜采工作面中的配套支護設(shè)備,立柱是其主要結(jié)構(gòu)件。液壓支架的立柱

3、以乳化液為工作介質(zhì),在液壓支架支護采煤工作面頂板，破碎頂板方面起著至關(guān)重要的作用，對液壓支架的工作性能有決定性的影響。 液壓支架立柱的可靠性及安全性直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)的正?；懊旱V工人的人身安全。隨著中國煤炭工業(yè)的不斷發(fā)展，國家對安全生產(chǎn)治理力度的加大，對礦用機電設(shè)備檢測技術(shù)提出了更高的要求。立柱性能檢測試驗臺是進行立柱產(chǎn)品質(zhì)量檢測的必要設(shè)備,是立柱質(zhì)量監(jiān)控的保障。本文對能夠兼容歐洲標準且能夠檢測最大工作阻力8500kN液壓支架立柱試驗臺的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，介紹了立柱性能檢測的方法、試驗臺的系統(tǒng)組成、原理和特點,設(shè)計了加載系統(tǒng)和承載框架。主要內(nèi)容：1.詳細設(shè)計了液壓油外加載系統(tǒng)以及外加載液壓缸、

4、增壓缸、泵站油箱、聯(lián)結(jié)罩、聯(lián)軸器、承載框架。2.選取有針對性的零部件如外加載泵站、大泵組、增壓缸、加載液壓缸、聯(lián)軸器、加載缸導向套等進行了繪圖。3.承載框架部分，借助于三維軟件SolidWorks 2007進行設(shè)計，對框架結(jié)構(gòu)進行了三維建模，并借助于SolidWorks 2007的一款有限元分析工具COSMOS進行了應(yīng)力分析。關(guān)鍵詞：液壓支架；立柱；液壓加載； 試驗臺；ABSTRACTThe hydraulic support is the modern coal mine synthesis picksin the working surface the necessary support

5、equipment, the post is main structural element. The post of hydraulic support take emulsion as actuating medium. In the hydraulic pressure support mining coal working surfaceroof, the broken roof aspect is playing the very important role, has the decisive to the hydraulic support operating performan

6、ce influence.The post of hydraulic support reliability and the securitydirectly relate the mine pit production normalized and coal miner'spersonal safety. Along with the China coal industry unceasing development, and country to safety in production government dynamics enlarging, set a higher req

7、uest to the mineral product electromechanical deviceexamination technology. Test benches are essential equipment to inspect post product quality and a guarantee for quality monitoring of the post of hydraulic support.This article also can examine the biggest working resistance 8500kN hydraulic press

8、ure post test platform to could the compatible European standard the structure to carry on the design, introduced the column performance examination method, the testplatform system composition, the principle and the characteristic,have designed the loading system and the load bearing frame.Main cont

9、ent:1. In detail has designed outside the loading system as wellas outside increase the hydraulic cylinder, the turbo-chargedcylinder, the pumping station fuel tank, joins the cover, the shaftcoupling, the load bearing frame.2. The selection had the pointed spare part like outside increase thepumpin

10、g station, greatly to pump the group, the turbo-chargedcylinder, increase the hydraulic cylinder, the shaft coupling, theincrease cylinder guidance set and so on has carried on thecartography.3.The design of load bearing frame, with the aid of three dimensional software SolidWorks 2007 carries on th

11、e design, has carried on the three dimensional modelling to the portal frameconstruction, and drew support to SolidWorks 2007 section finite element analysistool COSMOS has carried on the stress analysis.Keywords: Hydraulic Support；The Post ；Hydraulic Loading System；Test Bench；緒論0.1 課題研究背景和意義液壓支架的立柱

12、以乳化液為工作介質(zhì),在液壓支架支護采煤工作面頂板、破碎頂板方面起到了至關(guān)重要的作用。液壓支架立柱的可靠性及安全性直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)的正?；懊旱V工人的人身安全。隨著中國煤炭工業(yè)的不斷發(fā)展，國家對安全生產(chǎn)治理力度的加大，對礦用機電設(shè)備檢測技術(shù)提出了更高的要求。由于我國煤炭工業(yè)的迅猛發(fā)展，大型綜采配套現(xiàn)代化礦井逐年增加，液壓支架的使用量逐年上升,并且隨著技術(shù)的革新，單根立柱的缸徑已經(jīng)突破400mm，額定工作壓力突破43Mpa,額定工作阻力達到5400kN，向大缸徑、超高壓、大工作阻力發(fā)展是礦用液壓支架發(fā)展的大勢所趨，相信在不久的將來，單根工作阻力超過8000kN的立柱便會設(shè)計制造并投產(chǎn)使用，到那時

13、檢修量和實驗的工作量也大大增加。液壓支架立柱檢測設(shè)備是生產(chǎn)和研制高產(chǎn)高效液壓支架的關(guān)鍵設(shè)備，面對迅速發(fā)展的支護技術(shù)，需要有一種能夠快速、準確地檢測如此大缸徑、大工作阻力液壓支架立柱的實驗臺。為此本文設(shè)計了這臺能夠準確檢測單根額定工作阻力為8000kN液壓立柱的實驗臺。0.2 本文設(shè)計的內(nèi)容本文主要設(shè)計了液壓支架立柱試驗臺的結(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容包含試驗臺的液壓加載系統(tǒng)設(shè)計、加載液壓缸設(shè)計、增壓液壓缸設(shè)計及試驗臺承載框架設(shè)計。本試驗臺的液壓加載系統(tǒng)分別采用液壓油外加載系統(tǒng)和乳化液內(nèi)加載系統(tǒng)，這種液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,維修方便。承載框架采用鋼板焊接成整體式。本文比較詳細地設(shè)計了普通液壓油外加載系統(tǒng)以及外加載液

14、壓缸、增壓缸、外加載泵站油箱、聯(lián)結(jié)罩、聯(lián)軸器、承載框架，并選取了有針對性的零部件如外加載泵站、大泵組、聯(lián)軸器、增壓液壓缸、加載液壓缸、加載缸導向套等進行了設(shè)計并繪圖。承載框架設(shè)計部分，聽取導師的建議，借助于三維軟件SolidWorks 2007進行設(shè)計，對框架結(jié)構(gòu)進行了三維建模，并借助于SolidWorks 2007帶的一款有限元分析工具COSMOS進行了應(yīng)力分析。因有時間的限制，以上所列的個別內(nèi)容不夠細致。1 立柱試驗臺總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計1.1 立柱試驗臺檢測項目和實驗方法表11 立柱試驗臺檢測項目和實驗方法序號檢驗項目檢驗方法性能要求1空載行程立柱空載，在運動速度不大于200mmmin的工況

15、下，全行程往復運動三次不得有滯澀、爬行和滲漏2最低啟動壓力（1） 立柱空載無背壓工況下，分別對活塞腔，和活塞桿腔逐漸升壓至活柱塞全行程移動，記錄各級缸的上腔和下腔的啟動壓力。（2） 立柱活柱全縮回，中缸活塞桿腔保持供液壓力，大活塞桿腔逐漸升壓使中缸運動，記錄當中缸中部通過大缸導向套時，大缸活塞桿腔的啟動壓力。活塞腔啟動壓力不得超過3.5MPa(不包括底閥的阻力損失)活塞桿腔啟動壓力不得超過7.5MPa3活塞桿腔密封性能立柱縮至最小高度對活塞桿腔加2 MPa和1.1倍供液壓力，閉鎖密封腔穩(wěn)壓5分鐘在同溫下壓力不得下降、不得滲漏4中心讓壓性能立柱全部外伸，將安全閥開啟壓力調(diào)至額定工作壓力（1） 用

16、102mm/min速度，進行2次行程100mm的讓壓試驗（2） 用21mm/min速度，進行2次行程20mm的讓壓試驗（3） 多級立柱級間轉(zhuǎn)換處用102mm/min速度，進行2次行程100mm的讓壓試驗5中心過載性能（1）1.5倍額定載荷壓縮外加載步驟：用0.8倍的額定工作壓力使立柱全部外伸壓力腔閉鎖用1.5倍額定工作阻力外加載1次3min，在3min內(nèi)作密封試驗卸載后測量缸筒擴徑殘余變形內(nèi)加載步驟：用0.8倍的額定工作壓力使立柱全部外伸至全長的（953）%立柱兩端固定，用1.5倍額定工作壓力向壓力腔加壓壓力腔閉鎖1次3min，在3min內(nèi)作密封試驗卸載后測量缸筒擴徑殘余變形（2） 全縮回2倍

17、額定載荷立柱全縮回，在外部施加2倍額定工作阻力1次3min6偏心加載用0.1倍額定工作壓力使立柱全伸出，閉鎖壓力腔，按規(guī)定偏心量外加額定工作阻力1次3min做密封檢查，然后卸載至0.1倍額定工作壓力測量級間過渡處的擾度。7耐久性試驗（1） 偏心加載將立柱伸出至全行程的1905%，偏心量按圖1的一半加載循環(huán)： 加（1.15%）倍額定工作阻力，讓壓加載速度（10010%）mm/min，運動距離（502.5%）mm 加壓完畢，以額定供液壓力對活塞桿腔加壓回縮（502.5%）mm 用額定工作壓力的（7080）%，是液壓缸伸出至原位：循環(huán)次數(shù)大于6000次，循環(huán)完畢進行密封性能試驗。2.中心加載將立柱伸

18、出全行程的（905）%，中心加載循環(huán)： 用1.1額定倍工作阻力中心加載 卸載0.1倍的額定工作阻力，循環(huán)1500次，循環(huán)完畢進行密封性能試驗。8外伸限位 用額定工作壓力使活塞向內(nèi)部擋塊伸出，至活塞和內(nèi)部擋塊接觸后停留3min 在額定工作壓力的（805）%和（105）%之間對著內(nèi)部擋塊外伸100次9功能立柱在進行完以上全部試驗之后，將立柱的安全閥調(diào)到額定工作壓力，從全伸出開始以102mm/min的速度外加載使其全行程縮回。10全伸出2倍工作載荷1外加載用0.8倍的額定工作壓力使立柱伸出，將壓力腔閉鎖，外加2倍額定工作阻力壓載1次3min，在3min內(nèi)作密封試驗2內(nèi)加載用0.8倍的額定工作壓力使立

19、柱伸出至全長的（953）%，將其兩端固定，向壓力腔加2倍的額定工作壓力，然后壓力腔閉鎖1次3min，在3min內(nèi)作密封試驗1.2 擬定試驗臺總體結(jié)構(gòu)分析以上標準和試驗方法，測試立柱的試驗臺主要由：承載機構(gòu)、加載機構(gòu)、壓力檢測機構(gòu)、電氣控制部分組成。本試驗臺的液壓加載系統(tǒng)和試驗臺承載框架是這次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容，下面從這兩方面入手，確定方案。加載方式有很多種，例如有機械加載、電加載、液壓加載等方式。液壓加載系統(tǒng)與其他加載方式相比較具有簡單易行，可以實現(xiàn)無級變速連續(xù)加載，所需元件數(shù)量少，能遠距離控制，運動件的慣性小，能夠頻繁換向，傳動工作平穩(wěn)等優(yōu)點，所以本試驗臺加載系統(tǒng)選用液壓系統(tǒng)。本試驗臺內(nèi)加載

20、系統(tǒng)擬采用乳化液系統(tǒng)，外加載系統(tǒng)擬采用液壓油系統(tǒng)。這種液壓系統(tǒng)分配結(jié)構(gòu)簡單,維修方便。承載部分采用鋼板焊接成整體框架式。兩側(cè)承載梁的截面積及鋼板的厚度設(shè)計校核時最終確定。2 外加載液壓系統(tǒng)設(shè)計2.1 液壓技術(shù)簡介液壓傳動是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進行控制的傳動方式。液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(缸或馬達)把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，從而驅(qū)動工作機構(gòu)，實現(xiàn)直線往復運動和回轉(zhuǎn)運動。2.1.1 液壓系統(tǒng)概述液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的

21、一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。1795年英國約瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺水壓機。1905年將工作介質(zhì)水改為油,又進一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動廣泛應(yīng)用,特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的20年間,才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳

22、動 的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20 世紀初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究;1910年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。 第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間,在美國機床中有30%應(yīng)用了液壓傳動。應(yīng)該指出,日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速發(fā)展液壓傳動,1956 年成立了“液壓工業(yè)會”。近2030 年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，屆世界領(lǐng)先地位。液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床

23、等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等國；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。液壓傳動的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作介質(zhì)來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動力的。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。&

24、#160; 一個完整的液壓系統(tǒng)是由各種不同功能的基本回路構(gòu)成，去完成執(zhí)行機構(gòu)的工作要求。液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成：  1、動力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。  2、執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達） 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉(zhuǎn)運動。  3、控制元件  包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機的速度，并對液壓系

25、統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進行調(diào)節(jié)控制。  4、輔助元件  除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及油箱等，它們同樣十分重要。   5、工作介質(zhì)  工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。2.1.2 液壓傳動的優(yōu)點液壓傳動之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是由于它具有以下的主要優(yōu)點：（1）由于液壓傳動是油管連接，所以借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構(gòu)，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅(qū)動，以克服長驅(qū)動軸效率低的缺點

26、。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機等重型工程機械上，已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。（2）液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達的體積為電動機的12%13%。液壓泵和液壓馬達單位功率的重量指標，目前是發(fā)電機和電動機的十分之一，液壓泵和液壓馬達可小至0.0025N/W(牛/瓦),發(fā)電機和電動機則約為0.03N/W。（3）可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達，可以實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達12000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調(diào)速。（4）傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。正因為此特點，金屬切削機床中的磨床傳動

27、現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。（5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護借助于設(shè)置溢流閥等，同時液壓件能自行潤滑，因此使用壽命長。（6）液壓傳動容易實現(xiàn)自動化借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時，能很容易地實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遙控。（7）液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。2.1.3 液壓技術(shù)的缺點（1）使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔；  （2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高；  （3）液壓元件維修較復雜，且需有較高的技術(shù)水平；  （4）用油做工作介質(zhì)，在

28、工作面存在火災隱患；  （5）傳動效率低。2.2 液壓加載系統(tǒng)工況分析及設(shè)計要求仔細理解歐洲標準中規(guī)定的立柱試驗的過程，可得到加載液壓缸的設(shè)計要求。（1）加載系統(tǒng)加載力要求理論上可以計算出加載系統(tǒng)所需產(chǎn)生的最大推力，即該系統(tǒng)的最大加載力： 根據(jù)設(shè)計要求，該系統(tǒng)的最大加載力取F=17000 kN（2）加載系統(tǒng)拉力分析試驗臺工作情況該系統(tǒng)的平均力取F拉=100 kN（3） 液壓加載缸的運動速度加載缸在試驗過程中的運動速度：最小加載速度：讓壓速度 ： 最大加載速度：空載運行速度：V空 縮回速度：（4）液壓加載缸最大加載行程按照設(shè)計要求，加載缸所需的最大加載行程1000 mm。2.

29、3 液壓加載系統(tǒng)方案設(shè)計2.3.1 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。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。參考國內(nèi)礦用設(shè)備及國內(nèi)同類或相關(guān)設(shè)備和資料，經(jīng)初步估算該液壓系統(tǒng)的壓力和流量的變化范圍大，采取兩臺泵較合適。擬選用一臺恒壓變量柱塞泵，一臺定量柱塞泵。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)定油源壓力

30、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。所以本系統(tǒng)擬采用操縱變量機構(gòu)改變系統(tǒng)流量和采用單向節(jié)流調(diào)速閥結(jié)合的方式達到調(diào)節(jié)速度的目的。系統(tǒng)背壓力初估為1.5MPa。2.3.2 選擇執(zhí)行元件加載缸又正向加載和反向縮回兩個方向的動作，因此選用雙作用單活塞桿液壓缸。加載缸空載運行速度與縮回速度相等，確定無桿腔面積A1 等于有桿腔面積 A2的2倍，即A1 = 2A2 。2.3.3 確定控制方式執(zhí)行元件的控制方式有泵控制方式和閥控制方式，泵控制方式采用雙向變量泵，通過控制泵的流量實現(xiàn)執(zhí)行元件的速度控制，通過控制泵的出流方向?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行器的方向控制。這種方式中每個執(zhí)行元件需要一個變量泵

31、。重視能源的經(jīng)濟的場合或者負載慣性大、起動停止沖擊成問題時可以采用。閥控制方式中，用方向控制閥實現(xiàn)執(zhí)行器的方向控制，用流量控制閥實現(xiàn)執(zhí)行器的速度控制。這種方式應(yīng)用最廣泛，適用于一個液壓源同時驅(qū)動多個執(zhí)行器的場合或者輸入信號很復雜而要求快速響應(yīng)的場合。本試驗臺采用換向閥的控制方式。2.3.4 液壓回路設(shè)計由于設(shè)計者的思路、經(jīng)驗或?qū)λ性目紤]方法不同，即使針對同樣目的，設(shè)計出來的液壓回路也是千差萬別的。因此擬定幾種符合目的的液壓回路，再從成本、重量、使用方便等方面進行對比論證，確定最合適的液壓回路。液壓回路包括油壓發(fā)生回路、執(zhí)行器控制回路、油液處理回路、其他輔助回路等。無論多么復雜的液壓系統(tǒng)，

32、都是由實現(xiàn)種種功能的基本回路組成的。經(jīng)過多年的經(jīng)驗積累，已經(jīng)形成了許多簡便成熟、行之有效的基本回路。用標準圖形符號繪制擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，并注明壓力控制閥、壓力繼電器等設(shè)定壓力和液壓泵或蓄能器工作時各段路的流量，以便后面選定元件和確定管子口徑。2.3.4.1 油壓發(fā)生回路 此回路包括液壓泵部分和壓力控制部分，要設(shè)計成能在必要的時候最有效地供給所需要的壓力和流量。液壓泵的功率在泵控制方式中根據(jù)執(zhí)行器的最大功率算出，在閥控制方式中根據(jù)各執(zhí)行器所需的最大功率算出，在蓄能器驅(qū)動的賣命根據(jù)蓄能器的最高工作壓力、一循環(huán)中消耗的全部液量在充液過程中補充所需的泵流量和卸載時間算出。在實際的工作循環(huán)中，有時低

33、速大負載、有時高速小負載、有時卸載，可以求出平均功率并據(jù)以確定泵的驅(qū)動電機的容量。但是循環(huán)中的峰值負載不得超過電動機額定功率的1.5倍。查閱該類檢測設(shè)備的資料，本類設(shè)備加載缸的最大工作壓力可高達70100 MPa，而目前國內(nèi)液壓泵的最高供油壓力為40 MPa。而且進一步考慮到，此檢測設(shè)備并不是總需要超高壓，若選擇超高壓的泵，其效率不會充分利用，因此擬選用兩臺中低壓或中高壓的液壓泵，采用一套增壓比為34的增壓回路來滿足系統(tǒng)的要求。從長遠考慮，采用這種方案一次性投資并不比采用單臺超高壓泵大，而且其液壓泵的效率和壽命能充分發(fā)揮，電動機的功率耗損也會降低。2.3.4.2 執(zhí)行器控制回路 執(zhí)行器控制回路

34、要根據(jù)負載特性，適當?shù)乜刂品较?、速度等。泵控制方式中，在雙向變量泵回路上加壓力控制回路即可組成執(zhí)行器控制回路。閥控制方式中的執(zhí)行器控制回路，由方向控制回路、速度控制回路、壓力控制回路適當組合而成：（1）方向控制回路 用方向控制閥來實現(xiàn)執(zhí)行器動作方向的控制，掌握方向控制閥的通油時間來控制執(zhí)行器的位移量。調(diào)整換向閥的切換時間、設(shè)置二速回路、與行程減速閥并用，或者采用比例閥、伺服閥都可以控制執(zhí)行器起動、停止時的加速減速特性。為了保證換向的平穩(wěn)性和該試驗臺電氣控制部分的操作，采用電液換向閥的方向控制回路，Y型中位機能三位四通閥即可滿足本試驗臺液壓系統(tǒng)要求。（2）速度控制回路 用流量控制閥來實現(xiàn)執(zhí)行器速

35、度的控制。根據(jù)負載變化情況和流量精度要求選定采用節(jié)流閥還是調(diào)速閥來控制?？紤]對負載方向的適應(yīng)性，負載變化對精度的影響及回路的效率等因素，決定采用進口節(jié)流、出口節(jié)流還是旁通節(jié)流方式。經(jīng)初步計算，液壓加載系統(tǒng)至少需設(shè)置2根加載液壓缸，為使多根液壓缸的加載速度保持同步，系統(tǒng)擬在回油路上設(shè)置采用單向節(jié)流調(diào)速回路。（3）壓力控制回路 壓力控制回路不僅包括控制執(zhí)行器輸出力（或力矩）的回路，還包括用來吸收執(zhí)行器起停時的制動力、外負載引起的沖擊力的安全回路。作為輸出力控制回路，有用溢流冷漠限制最高壓力的調(diào)壓回路，還有用減壓閥把某個執(zhí)行器限制到低于油源壓力的壓力的減壓回路。制動回路、平衡回路、安全回路等中所用的

36、壓力控制閥，有直動式、先導式、內(nèi)控式、外控式等各種結(jié)構(gòu)，性能和特性也有多種不同，實際使用時必須十分注意。液壓系統(tǒng)管道中的液體突然變換或換向時，會引起液體壓力突然急劇增高，這種現(xiàn)象就是液壓沖擊。液壓沖擊時所出現(xiàn)的最大壓力（即沖擊壓力）往往比正常情況下的壓力大好幾倍。在沖擊壓力作用下，往往使油管發(fā)生破裂，同時液壓沖擊中出現(xiàn)的壓力波動，會引起液壓系統(tǒng)的振動與噪音，使聯(lián)接螺栓松動，甚至會破壞管道和液壓元件的密封裝置，出現(xiàn)嚴重的泄漏等。特別是在高壓、大流量的液壓系統(tǒng)中，液壓沖擊所造成的破壞性影響更為嚴重。因此，必須采取預防措施。為了吸收系統(tǒng)液壓沖擊，系統(tǒng)中靠近兩加載缸設(shè)置蓄能器。2.3.4.3 液壓油處

37、理回路 液壓油處理回路包括進行液壓油液污染控制的過濾回路和油液溫度控制回路。在過濾回路中，要根據(jù)所用液壓元件和液壓油的種類確定過濾器的容量，過濾精度和設(shè)置部位。當環(huán)境溫度較高或液壓裝置內(nèi)部發(fā)熱較多，單靠油箱和管路系統(tǒng)自然散熱無法維持與所用元件相適應(yīng)的溫度和精度時，必須設(shè)置油冷卻器，環(huán)境溫度過低，液壓泵超支困難時，必須考慮設(shè)置加熱器或其他暖機運行方式。帶有電液閥的方向控制回路對液壓油的清潔度有嚴格的要求，為保證系統(tǒng)可靠工作，并且考慮到日常維護的方便，選用近年流行的新型產(chǎn)品反沖洗過濾器作為系統(tǒng)的細濾器。2.3.4.4 輔助回路 輔助回路包括液壓系統(tǒng)維修所需的回路和作為安全措施專門設(shè)置的回路。在保養(yǎng)

38、維修方面，要考慮測壓口、油液取樣口、元件拆卸時防止油液外流的措施、易于組成沖洗回路等，在安全方向，要考慮長期停機時防止自重引起下落的措施，防止誤動作的措施，雙重安全措施等。2.3.5 選定液壓油類型油液在液壓系統(tǒng)中實現(xiàn)潤滑與傳遞動力的雙重功能，必須根據(jù)使用環(huán)境和目的慎重造反。油液的正確選擇保證系統(tǒng)元件的工作與壽命。系統(tǒng)中工作最繁重的元件是泵和馬達，針對泵和馬達造反的油液也適用于閥。推薦的油液粘度范圍見下表：表21 推薦的油液粘度泵與馬達類型推薦粘度范圍（mm2/S）40下的粘度運行粘度起動時最高粘度直軸柱塞式32681354220齒輪式、葉片式、斜軸式860低速大扭矩葉片馬達110起動時粘度過

39、度會引起泵氣蝕和噪聲；連續(xù)工作在較高粘度下會使空氣懸浮在油液中，從而引起泵、馬達的提前失效和閥的沖刷磨損；粘度過低會造成系統(tǒng)效率降低和動力潤滑破壞。不同粘度等級的油液，其精度為表5的推薦值時對應(yīng)的溫度見下表:表22粘度等級（40以下）(mm2/s)起動時最高粘度(mm2/s)運行粘度(mm2/s)860220110541332-12614276246-61222347168019294281本液壓系統(tǒng)選擇液壓油的型號：LHM32普通液壓油， 液壓油密度 900 (kg/m3)，工作溫度下的粘度 m2s。表23 L-HM液壓油換油指標(SH/T 05991994)項目換油指標試驗方法40運動粘度

40、變化率(%)超過+15或-10GB/T 265，經(jīng)計算水分(%)大于0.1GB/T 260色度增加(比新油)，號大于2GB/T 6540酸值降低(%)超過或增加值(mgKOH/g)大于350.4GB/T 264，經(jīng)計算正戊烷不溶物(%)大于0.1GB/T 8926A法銅片腐蝕(100，3h)，級大于2aGB/T 5096注：允許采用GB/T 511方法，使用6090石油醚作溶劑，測定試樣機械雜質(zhì)。2.3.6 系統(tǒng)壓力、流量的調(diào)定和測量為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件。為了調(diào)定系統(tǒng)壓力和保證系統(tǒng)安全，在每臺液壓泵出油口設(shè)溢流閥。為了實時監(jiān)測系統(tǒng)壓力，在泵的出油口

41、、加載缸的進回油路上均設(shè)置液壓表。為了將實時監(jiān)測到的系統(tǒng)壓力傳輸?shù)诫娔X控制部分，在泵的出油口、加載缸的進回油路上均設(shè)置液壓傳感器。2.4 擬定外加載系統(tǒng)原理圖由擬定好的控制回路及液壓源組合成整機的液壓系統(tǒng)圖，各回路相互組合時去掉重復多余的元件，按照力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、保證各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系、盡量減少能量損失環(huán)節(jié)的原則，繪制外加載系統(tǒng)的原理圖。圖2-1 外加載液壓系統(tǒng)原理圖2.5 加載液壓缸主要參數(shù)計算2.5.1 初選液壓缸工作壓力圖22 單活塞缸工作原理初選液壓缸工作壓力為70MPa，初選系統(tǒng)背壓為pb=1 MPa，管路損失為p=0.5 MPa則p2=1.5 MPa。加載缸的最大加載力為F1=8

42、500kN2.5.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸當壓力油進入無桿腔時，活塞上所產(chǎn)生的力為： （21）式中：液壓缸的有效面積 液壓缸的總效率，由機械效率、容積效率、作用力效率 組成，= 機械效率：活塞及活塞桿密封處的摩擦阻力所造成的摩擦損失，在額定壓力下通常?。?.90.95 容積效率：由各密封件泄漏所造成，活塞密封為彈性材料時通常取1 作用力效率：由排液口背壓所產(chǎn)生的反向作用力造成。當排油直接回油箱時1 缸筒內(nèi)徑mm 活塞桿直徑mm 當活塞桿伸出時為進油壓力，當活塞桿伸出時為排油壓力 當活塞桿伸出時為排油壓力，當活塞桿伸出時為進油壓力將數(shù)據(jù)代入式21得： 因8500 kN計算得0.4099 m

43、=0.2898 m根據(jù)GB/T2348-1993選取相近的尺寸加以圓整：400 mm =320 mm則=0.12567 m2 =0.04524 m22.5.3 驗算最小穩(wěn)定速度對選定后的液壓缸內(nèi)徑必須進行最小穩(wěn)定速度驗算。要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積min，即min 。 （22）式中：流量閥的最小穩(wěn)定流量液壓缸的最低速度查手冊Q-H20型單向調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量=0.1 L/min, 液壓缸的最低速度=2 mm/min代入公式2-2得 =0.05 m2=0.12567 m2 min 即滿足最低速度的要求。2.5.4 活塞桿穩(wěn)定性驗算當液壓缸的支撐長度L

44、B （10-15）d 時，需要驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性?；钊麠U穩(wěn)定性驗算公式為： （23） N （24）式中：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，N安全系數(shù)，通常取3.56 ，取=4K液壓缸安裝及導向系數(shù) 取K=2實際彈性模數(shù)材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取b活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取E材料彈性模數(shù)，鋼材E MPaI活塞桿橫截面慣性矩，MPa圓截面：=0.049mm取活塞桿的最大伸出量L=1，將數(shù)值代入公式（2-4）得：= kN=/4=N = N符合條件 2.6 計算系統(tǒng)壓力2.6.1 計算加載缸各工況壓力由式2-1得 （25）1.啟動工況負載F啟=100kN 由式2-5得系統(tǒng)壓力：p啟=1.5（Mpa） 2

45、.縮回工況負載F縮=100kN 由式2-5得系統(tǒng)壓力：p縮=6.6（Mpa）3.試驗2倍額定工作阻力時負載F2倍=100kN 由式2-5得系統(tǒng)壓力：p2倍=73.3（Mpa）4.試驗1.5倍額定工作阻力時負載F1.5倍=6332kN 由式2-5得系統(tǒng)壓力：p1.5倍=54.1+0.6=54.7（Mpa）5.試驗1.1倍額定工作阻力時負載F1.1倍=4644kN 由式2-5得系統(tǒng)壓力：P1.1倍=39.7+0.6=40.3（Mpa）6.試驗額定工作阻力時負載F1倍=4222kN 由式2-5得系統(tǒng)壓力：p1倍=36.1+0.6=36.7（Mpa）2.6.2 確定系統(tǒng)供油壓力多數(shù)情況下系統(tǒng)壓力可以自

46、由選定。適當提高壓力可以降低成本。因此，系統(tǒng)壓力有逐漸提高的趨勢，但液壓系統(tǒng)的壓力受到所用元件的限制。提高系統(tǒng)壓力，可以使響應(yīng)速度提高、輸出力加大、功率密度提高、管路的壓力傳播速度提高，并且不容易發(fā)生執(zhí)行器低速爬行現(xiàn)象。但是提高壓力也帶來一些問題，如元件壽命縮短，易于發(fā)生閥的卡死及自激振蕩，液壓油易變質(zhì)，內(nèi)泄漏加大，油溫升高，必須采取措施防止漏油。系統(tǒng)中設(shè)置有增壓回路，計算系統(tǒng)所需的供油壓力的時候要考慮到增壓比對系統(tǒng)的影響。初選增壓回路的增壓比K=3，按加載缸最大工作壓力計算系統(tǒng)的供油壓力：p供=73.3/3=24.4（Mpa）考慮到增壓缸的效率，取系統(tǒng)供油壓力P供=26 MPa2.7 計算系

47、統(tǒng)各工況的流量q = A v （26）式中：q系統(tǒng)流量L/minA液壓缸有效工作面積m2v活塞的運動速度mm/min1. 系統(tǒng)空載啟動q空載=0.12567m2100mm/min=12.6 L/minq空載總= 25.2L/min2. 加載缸100 mm/min讓壓試驗q 1=0.12567m2100mm/min=12.6 L/minq 1總=25.2L/min3. 加載缸10 mm/min讓壓試驗 q 2=0.12567m210mm/min=1.26L/minq 2總=2.52L/min4. 加載缸2 mm/min讓壓試驗q 3=0.12567m22mm/min=0.25L/minq 3總=

48、0.5 L/min5. 加載缸縮回時q縮=0.04524 m2100mm/min 4.5L/minq縮總= 9L/min2.8 液壓泵的參數(shù)計算與型號選擇液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力源。要選用能適應(yīng)執(zhí)行器所要求的壓力發(fā)生回路的泵，同時要充分考慮可靠性、壽命、維修性等以便所選的泵能在系統(tǒng)中長期運行。液壓泵的種類非常多，其特性也有很大差別 。流量取決于執(zhí)行元件所需的運動速度、出口壓力決定于負載。 2.8.1 計算液壓泵的最大工作壓力液壓泵的輸出壓力應(yīng)是執(zhí)行器所需壓力、配管的壓力損失、控制閥的壓力損失之和。它不得超過樣本上的額定壓力。強調(diào)安全性、可靠性時，還應(yīng)留有較大的余地。樣本上的最高工作壓力是短期沖擊

49、時允許的壓力。如果每個循環(huán)中都發(fā)生沖擊壓力，泵的壽命會顯著縮短，甚至泵會損壞。液壓泵所需工作壓力的確定，主要根據(jù)液壓缸在工作循環(huán)各階段所需最大壓力p1，再加上油泵的出油口到缸進油口處總的壓力損失p，即pp p1+p (27)式中:p1液壓缸最大工作壓力；    p從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達入口之間總的管路損失。 p的準確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進行，初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。簆包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部壓力損失、管路沿程損失等，一般管路簡單的節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng)p為(25)×105Pa，用調(diào)速閥及管路復雜的系統(tǒng)p為(515)×10

50、5Pa，p也可只考慮流經(jīng)各控制閥的壓力損失，而將管路系統(tǒng)的沿程損失忽略不計，各閥的額定壓力損失可從液壓元件手冊或產(chǎn)品樣本中查得。取p=0.5Mpa泵的最高工作壓力：pp 26+0.5=26.5 Mpa上述計算的pp 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外，考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pr應(yīng)滿足pr（1.251.6）pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。則泵的額定壓力 ： pr 1.3 pB = 1.3 26.5=34.45 Mpa2.8.2 確定液壓泵的輸出流量 液壓泵的輸出流量（Lmin)，應(yīng)該大于或等于液壓系統(tǒng)中

51、同時工作的各個執(zhí)行元件所需的最大流量之和：液壓泵輸出流量應(yīng)包括執(zhí)行器所需流量；溢流閥的最小溢流量、各元件的泄漏量的總和、電動機掉轉(zhuǎn)(通常1r/s左右)引起的流量減少量、液壓泵長期使用后效率降低引起的流量減少量(通常57%)等。多液壓缸同時動作時，液壓泵的流量要大于同時動作的幾個液壓缸(或馬達)所需的最大流量，并應(yīng)考慮系統(tǒng)的泄漏和液壓泵磨損后容積效率的下降，即qpK(q)max (L/min) (2-8)式中：K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.11.3，大流量取小值，小流量取大值；(q)max同時動作的液壓缸(或馬達)的最大總流量(L/min)。如果這時溢流閥正在工作，還需加上溢流閥的最小溢流量23 L

52、/min由前面的計算和分析可知系統(tǒng)空載時和最高壓力工況下流量最高，下面分別計算這兩個工況下泵所需的輸出流量：（1）空載啟動時 qp 1.225.2+2.5 = 32.7 (L/min)（2）最大工作壓力時：此時系統(tǒng)增壓回路處于工作狀態(tài)，根據(jù)能量守恒，忽略增壓缸的效率則增壓缸進出油口的功率可表示為：P入= P出 P入= p入 q入 P出= p1 q1總 因增壓缸的增壓比K=3，即p入= p1 綜合上式可得：q入= 3q1總 則此時所需泵的流量：qp 1.2（325.2）+2.5 = 93.2 (L/min)2.8.3 選擇液壓泵2.8.3.1 選擇液壓泵需考慮的要點液壓泵是液壓系統(tǒng)中的動力元件，

53、它輸出壓力能。選擇液壓泵時要考慮的因素有工作壓力、流量、轉(zhuǎn)速、定量或變量、變量方式、容積效率、總效率、壽命、原動機的種類、噪聲、壓力脈動率、自吸能力等，還要考慮與液壓油的相容性、尺寸、重量、經(jīng)濟性、維修性。轉(zhuǎn)速關(guān)連著泵的壽命、耐久性、氣穴、噪聲等。雖然樣本上寫著容許的轉(zhuǎn)速范圍，但最好是在與用途相適應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速下使用。特別是用發(fā)動機驅(qū)動泵的情況下，油溫低時若低速則吸油困難，有因潤滑不良引起卡咬失效的危險，而高轉(zhuǎn)速下則要考慮產(chǎn)生氣蝕、振動、異常磨損、流量不穩(wěn)定等現(xiàn)象的可能性。轉(zhuǎn)速劇烈變動還對泵內(nèi)部零件的強度有很大影響。壽命可以說是“在定環(huán)境下能經(jīng)濟地維持所需性能的時間”。 由于液壓元件的特殊性，在完全相同的條件下使用的情況并不多見，失效分布往往不明確，壽命的估計很困難。制造廠提供的額定壽命數(shù)據(jù)，通常是根據(jù)泵內(nèi)軸承的B10壽命(一組軸承中有90能達到和超過的工作小時數(shù))和實驗測得的磨損特性確定的。壽命還與暫載率有關(guān)。油液不清潔、安裝不正確 (如軸上承受徑向載荷)、使用不當(如頻繁帶載起動、長時間低速運行)等會使泵夭折，而降低參數(shù)使用可以延長泵的使用壽命。開式回路中需要泵具有一定的自吸能力。發(fā)生氣蝕不僅可能使泵損壞，而且還引起振動和噪聲，使控制閥、執(zhí)行器動作不良，對整個液壓系統(tǒng)產(chǎn)生惡劣影響。在確認所用泵的自吸能力的同時，必須在考慮液壓裝置的使用溫度條件、液壓油的粘度來計算吸油管