多功能液压实验台本科课程设计定稿版Word格式文档下载.docx

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enoughtoachievethecompletionofthepilotprojecttosettheexperimentalmethodissimple,convenientandflexibleswitchbetweenexperiments,thecomponentsoftheworkofanormal,stable,non-leakagephenomenon。

allexperimentalcomponentsareindependentcomponents,canbestudentstodesign,assembleexperimentalcircuit。

systemratedpressure:

6.3MPa。

abletocompletetwokindsofperformancetestingofhydrauliccomponents,hydrauliccircuit12experiments,Namely:

thecharacteristicsofhydraulicpumptesting,thecharacteristicsofreliefvalvetesting。

regulatorloopdecompressionloopspeedcontrolloopintotheoil-savings,speedofadoptionoftrip-for-accessvalvecircuit,thespeedgovernorvalvefornextseriesloopspeedcontrolvalveforthespeedofparallelaccesscircuit,theorderofsequencevalveactioncircuits,usingthepressureoftheorderoftherelayloopaction,theuseofthreeoftheunloadingvalvecircuit,theunloadingreliefvalveofthecircuit,withtheorderofcircuitbalancevalve,pilotcontrolledcheckvalvewiththelockingloop.

Test-bedmulti-functionhydraulicvalveusingatripvalveandtheorderandworktoachievefast-forwardintothenextexchange,notonlysimplifiesthecircuit,butalsoactionandreliableconversionofpositionalaccuracyishigh.Astheworkisrelativelylowspeed,usingaflexiblearrangementofthesolenoidvalvetoachievethespeedofthetwo-for-workintothenext,canbesufficientaccuracyforaccess.

Keywords：

hydrauliccircuitpumpvalve

摘要

AbstractⅡ

1液压技术概述

1.1液压技术的应用和发展简况

1.2液压传动的优缺点

2液压系统方案设计

2.1调压回路

2.2减压回路

2.3进油节流调速回路

2.4采用行程阀的速度换接回路

2.5调速阀串接的速度换接回路

2.6调速阀并联的速度换接回路

2.7采用顺序阀的顺序动作回路

2.8采用压力继电器的顺序动作回路

2.9采用三位换向阀的卸载回路

2.10采用溢流阀的卸载回路

2.11用顺序阀的平衡回路

2.12用液控单向阀的锁紧回路

3液压泵概述

4直动型溢流阀概述

5液压系统的参数计算

5.1液压缸参数计算

5.2液压泵的参数计算

5.3电动机的选择

6液压元件的选择

6.1液压阀的选择

6.2油管的选择

6.3油箱的确定

6.4液压阀配置形式的选择

6.5泵-电机装置的选择

结论

致谢

参考文献

附录

1液压技术概述

液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。

虽然从17世纪中叶叶帕斯卡提出静压传递原理、18世纪末英国制造出世界上第一台水压机算起，已有几百年的历史，但液压与气压传动在工业上被广泛采用和有较大幅度的发展确是20世纪中期以后的事情。

近代液压传动是由19世纪崛起并蓬勃彭破发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转换器，其后才在机床上应用。

第二次世界大战其间，由于军事工业和装备迫切需要反应迅速、动作准确、输出功率大的液压传动装置及控制装置，促使液压技术迅速发展。

战后，液压技术很快转入民用工业，在机械、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到了大幅度的应用和发展。

20世纪60年代以后，随着原子能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。

现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。

如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。

随着液压机械自动化程度的不断提高，液压元件应用数量急剧增加，元件小型化、系统集成化是必然的发展趋势。

特别是近十年来，液压技术与传感技术、微电子技术密切结合，出现了许多诸如电液比例控制阀、数字阀、电液伺服液压缸等机（液）电一体化元器件，使液压技术在高压、高速、大功率、节能高效、低噪声、使用寿命长、高度集成化等方面取得了重大发展。

无疑，液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助实验（CAT）和计算机实时控制也是当前液压技术的发展方向。

与机械传动和电力拖动系统相比，液压传动具有以下优点：

1.液压元件的布置不受严格的空间位置限制，系统中各部分用管道连接，布局安装有很大的灵活性，能构成用其他方法难以组成的复杂系统。

2.可以在运行过程中实现大范围的无级调速，调速范围可达2000：

1。

3.液压传动和液气联动传递运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向。

4.操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程距离控制、过载保护。

与电气控制、电子控制相结合，易于实现自动工作循环和自动过载保护。

5.液压元件属机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。

除此之外，液压传动突出的优点还有单位质量输出功率大。

因为液压传动的动力元件可采用很高的压力（一般可达32Mpa，个别场合更高），因此，在同等输出功率下具有体积小、质量小、运动惯性小、动态性能好的特点。

液压传动的缺点：

1.在传动过程中，能量需经两次转换，传动效率偏低。

2.由于传动介质的可压缩性和泄漏等因素的影响，不能严格保证定比传动。

3.液压传动性能对温度比较敏感，不能在高温下工作，采用石油基液压油作传动介质时还需注意防火问题。

液压元件制造精度高，系统工作过程中发生故障不易诊断。

总的来说，液压传动的优点是主要的，其缺点将随着科学技术的发展会不断得到克服。

例如，将液压传动与气压传动、电力传动、机械传动合理地联合使用，构成气液、电液（气）、机液（气）等联合传动，以进一步发挥各自的优点，相互补充，弥补某些不足之处。

调压回路的功能在于调定或限制液压系统的最高工作压力，或者使执行机构在工作过程不同阶段实现多级压力变换。

一般由溢流阀来实现这一功能。

图1为最基本的调压回路。

当改变节流阀2的开口来调节液压缸速度时，溢流阀1始终开启溢流，使系统工作压力稳定在溢流阀1调定压力附近，溢流阀1作定压阀用。

如果在先导型溢流阀1的遥控口上接一远程调压阀3，则系统压力可由阀3远程调压控制。

主溢流阀的调定压力必须大于远程调压阀的调定压力。

减压回路的功能在于使系统某一支路具有低于系统压力调定值的稳定工作压力，机床的工作夹紧、导轨润滑及液压系统的控制油路常需减压回路。

最常见的减压回路是在所需低压的支路上串接定值减压阀，如图2所示。

回路中的单向阀3用于当主油路压力低于减压阀2的调定值时，防止液压缸

4的压力受其干扰，起短时保压作用。

将节流阀串联在液压泵和液压缸之间，用它来控制进入液压缸的流量达到调速的目的，为进油节流调速回路，如图3所示。

定量泵多余的油液通过溢流阀回油箱，这是进、回油节油调速回路能够正常工作的必要条件。

由于溢流阀有溢流，泵的出口压力为溢流阀的调定压力并基本保持定值。

速度换接回路用于执行元件实现速度的切换，因切换前后速度的不同，有快速-慢速的换接。

这种回路应该具有较高的换接平稳性和换接精度。

实现快、慢速换接的方法很多，更多的则是采用换向阀实现快、慢速换

接。

采用行程阀的速度换接回路，如图4，换向阀处于图示位置，液压缸活塞快进到预定位置，活塞杆上挡块压下行程阀1，行程阀关闭，液压缸右腔油液必须通过节流阀2才能流回油箱，活塞运动转为慢速工进。

换向阀左位接入回路时，压力油经单向阀3进入液压缸右腔，活塞快速向左返回。

这种回路速度切换过程比较平稳，换接点位置准确。

但行程阀的安装位置不能任意布置，管路连接较为复杂。

此回路为两种慢速的换接回路。

某些机床要求工作行程有两种进给速度，一般第一进给速度大于第二进给速度，为实现两次工进速度，常用两个调速阀串联或并联在油路中，用换向阀进行切换。

图5为两个调速阀串联来实现两次进给速度的换接回路，它只能用于第二进给速度小于第一进给速度的场合，故调速阀B的开口小于调速阀A。

这种回路速度换接平稳性好。

图6为两个调速阀并联来实现两次进给速度的换接回路，这里两个进给速度可以分别调整，互不影响。

但一个调速阀工作时另一个调速阀无油通过，其定差减压阀处于最大开口位置，因而在速度转换瞬间，通过该调速阀的流量过大会造成进给部件突然前冲。

因此这种回路不宜在同一行程两次进给速度的转换上，只可用在速度预选的场合。

顺序动作回路的功用在于使几个执行元件严格按照预定顺序依次动作。

利用液压系统工作过程中的压力变化来使执行元件按顺序先后动作是液压系统独具的控制特性。

图7是用顺序阀控制的顺序回路。

钻床液压系统的动作顺序为1.夹紧工件-2.钻头进给-3.钻头退出-4.松开工件。

当换向阀5左位接入回路，夹紧缸活塞向右运动，夹紧工件后回路压力升高到顺序阀3的调定压力，顺序阀3开启，缸2活塞才向右运动进行钻孔。

钻孔完毕，换向阀5右位接入回路，钻孔缸2活塞先退到左端点，回路压力升高，打开顺序阀4，再使夹紧缸1活塞退回原位。

图8是用压力继电器控制电磁换向阀来实现顺序动作的回路。

按启动按钮，电磁铁1Y得电，缸1活塞前进到右端点后，回路压力升高，压力继电器1K动作，使电磁铁3Y得电，缸2活塞前进。

按返回按钮，1Y、3Y失电，4Y得电，缸2活塞先退回原位后，回路压力升高，压力继电器2K动作，使2Y得电，缸1活塞后退。

压力控制的顺序动作回路中，顺序阀或压力继电器的调定压力必须大于前一动作执行元件的最高工作压力的10%～15%，否则在管路中的压力冲击或波动下会造成误动作，引起事故。

这种回路只适用于系统中执行元件数目不多、负载变化不大的场合。

卸载回路是在系统执行元件短时间不工作时，不频繁启停驱动泵的原动机，而使泵在很小的输出功率下运转的回路。

因为泵的输出功率等于压力和流量的乘积，因此卸载的方法有两种，一种是将泵的出口直接接回油箱，泵在零压或接近零压下工作；

一种是使泵在零流量或接近零流量下工作。

前者称为压力卸载，后者称为流量卸载。

当然，流量卸载只适用于变量泵。

定量泵可借助M型、H型或K型换向阀中位机能来实现泵降压卸载，如图9所示用换向阀中位机能的卸载回路。

因回路需保持一定（较低）控制压力以操纵液动元件，在回油路上应安装背压阀a。

图10是采用二位二通电磁阀控制先导型溢流阀的卸载回路。

当先导型溢流阀1的遥控口通过二位二通电磁阀2接通油箱时，泵输出的油液以很低的压力经溢流阀回油箱，实现卸载。

为防止卸载或升压时产生压力冲击，在溢流阀遥控口与电磁阀之间可设置阻尼b。

平衡回路的功能在于使执行元件的回油路上保持一定的背压值，以平衡重力负载，使之不会因自重而自行下落。

图11是采用单向顺序阀的平衡回路，调整顺序阀，使其开启压力与液压缸下腔作用面积的乘积稍大于垂直运动部件的重力。

活塞下行时，由于回油路上存在一定背压支撑重力负载，活塞将平稳下落；

换向阀处于中位，活塞停止运动，不再继续下行。

此处的顺序阀又被称作平衡阀。

在这种平衡回路中，顺序阀调整压力调定后，若工作负载变小，系统的功率损失将增大。

又由于滑阀结构的顺序阀和换向阀存在泄漏，活塞不可能长时间存在任意位置，故这种回路适用于工作负载固定且活塞闭锁要求不高的场合。

锁紧回路的功能是通过切断执行元件的进油、出油通道来使它停在任意位置，并防止停止运动后因外界因素而发生窜动。

使液压缸锁紧的最简单的方法是利用三位换向阀的M型或O型中位机能来封闭缸的两腔，使活塞在行程范围内任意位置停止。

但由于滑阀的泄漏，不能长时间保持停止位置不动，锁紧精度不高。

最常用的方法是采用液控单向阀作锁紧元件，如图12所示，在液压缸的两侧油路上都串接一液控单向阀（液压锁），活塞可以在行程的任何位置上长期锁紧，不会因外界原因而窜动，其锁紧精度只受液压缸的泄漏和油液压缩性的影响。

为了保证锁紧迅速、准确，换向阀应采用H型或Y型中位机能。

图12所示回路常用于汽车起重机的支腿油路和飞机起落架的收放油路上。

液压泵的工作原理归纳：

1）液压泵必须具有一个由运动件（柱塞）和非运动件（缸体）所构成的密闭容积，该容积的大小随运动件的运动发生周期性变化。

容积增大时形成真空，油管的油液在大气压作用下进入密封容积（吸油）；

容积减小时油液受挤压克服管路阻力排出（排油）。

因它的吸油和排油均依赖密闭容积的容积变化，因此称之为容积式泵。

2）液压泵的密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；

同理，密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。

3）液压泵每转一转吸入或排出的油液体积取决于密闭容积的变化量。

4）液压泵的吸油的实质是邮箱的油液在大气压的作用下进入具有一定真空度的吸油腔。

为防止气蚀，真空度应小于0.05MPa，因此对吸油管路的液流速度及油液提升高度有一定的限制。

泵的吸油腔容积能自动增大的泵称为自吸泵。

5）液压泵的排油压力取决于排油管路油液流动所受到的总阻力，即液流的管道损失、元件的压力损失及需要克服的外负载阻力。

总阻力越大，排油压力越高。

若排油管路直接接回油箱，则总阻力为零，泵排出压力为零，泵的这一工况称之为卸载。

6）组成液压泵密闭容积的零件，有的是固定件，有的是运动件。

它们之间存在相对运动，因此必然存在间隙。

当密闭容积为排油时，压力油将经此间隙向外泄露、使实际排出的油液体积减小，其减小的油液体积称为泵的容积损失。

7）为了保证液压泵的正常工作，泵内完成吸、压油的密闭容积在吸油与压油之间相互转换时，将瞬间存在既不与吸油腔相通、又不与压油腔相通的闭死的容积。

若此闭死容积在转移的过程中大小发生变化，则容积减小时，因液体受挤压而使压力提高；

容积增大时又会因无液体补充而使压力降低。

必须注意的是，如果闭死容积的减小是发生在该容积离开压油腔之后，则压力将高于压油腔的压力，这样会导致周期性的压力冲击，同时高压液体会通过运动副之间的间隙挤出，导致油液发热；

如果闭死容积的增大是发生在该容积刚离开吸油腔之后，则会使闭死容积的真空度增大，以致引起气蚀和噪声。

这种因存在闭死容积大小发生变化而导致的压力冲击、气蚀、噪声等危害液压泵的性能和寿命的现象，称为液压泵的困油现象，在设计与制造液压泵时应竭力消除与避免。

4直动型溢流阀概述

早起出现的直动型溢流阀为滑阀式，如图14所示，由阀芯7、阀体6、调压弹簧3、调节杆1等零件组成。

图示为阀的安装位置（常位），阀芯在弹簧力Ft的作用下处于最下端位置，阀芯台肩的封油长度L将进、出油口隔断。

当阀的进口压力油经阀心下端的径向孔、轴向小孔a进入阀芯底部油室，油液受压形成一个向上的液压力F。

在液压力F等于或大于弹簧力Ft阀芯向上运动，上移行程L后阀口开启。

随着通过阀口的流量q增大，阀口进一步开启，阀的出口流量流回油箱。

此时，阀芯处于受力平衡状态，阀口开度为x，通流量为q，进口压力为p。

如果记弹簧开度为K，预压缩量为xo,阀芯直径为D，阀口刚开启时的进口压力为pk，通过额定流量qs时的进口压力为ps,作用在阀芯上的稳态液动力为Fs，则可以得到：

1）阀口刚开启时的阀芯受力平衡关系式

2）阀口开启溢流时阀芯受力平衡关系式

3）阀口开启溢流的压力流量方程

联立求解式2）和3）可求得不同流量下的进口压力。

如上所述，可以归纳以下几点：

调节弹簧的预压缩量xo，可以改变阀口的开启压力pk，进而调节控制阀的进口压力p，即对应于一定弹簧预压缩量xo，阀的进口压力p基本为定值。

此处弹簧称之为调压弹簧。

当流经阀口的流量增大使阀的开口增大时，弹簧会进一步被压缩而产生一个附加弹簧力△Ft=Kx，同时液动力Fs也发生变化，这将导致阀的进口压力p随之增大。

弹簧腔的泄漏油经阀体上的泄油通道直接引到溢流阀的出口，然后回油箱。

若回油路有背压，则背压力作用在阀芯的上端，导致溢流阀的进口压力随之增大。

4）直动型溢流阀因液压力直接与弹簧力相比较而得名。

若阀的压力较高、流量较大，则要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这不仅使调节性能变差，而且结构上也难以实现。

所以滑阀式直动型溢流阀已很少采用。

为此，近年来出现了锥阀式直动型溢流阀。

针对阀口大小改变时阀口液动力和附加弹簧力变化的影响，采取了相应的结构措施，故额定压力可达40MPa,最大通流量为330L/min。

5.1.1初选液压缸的工作压力

参考同类型组合机床，初定液压缸的工作压力为

。

5.1.2确定液压缸的主要结构尺寸

本例要求动力滑台的快进、快退速度相等，现采用活塞杆固定的单杆式液缸。

取无杆腔有效面积A1等于有杆腔有效面积A2的两倍，即A1=2A2。

为了防止在钻孔钻通时滑台突然前冲，在回油路中装有背压阀，初选背压

由表1可知最大负载为工进阶段的负载F=22105N，按此计算A1则

液压缸直径

由A1=2A2可知活塞杆直径

按GB/T2348-1993将所计算的D与d值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。

圆整后得D=9cm,d=6.3cm。

按标准直径算出

5.1.3计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率

根据液压缸的负载和速度以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的工作压力、流量和功率，在计算工进时背压按

代入，快退时背压按

代入计算公式和计算结果列于下表2

表2液压缸所需的实际流量、压力和功率

工作循环

计算公式

负载F/N

进油压力Pj/Pa

回油压力Pb/Pa

所需流量L/min

输入功率P/kW

快进

1053

13

0.174

工进

22105

0.32

0.021

快退

12.9

0.281

由表2可知工进阶段液压缸工作压力最大，若取进油路总压力损失

，压力继电器可靠动作需要压力差为

，则液压泵最高工作压力

，因此泵的额定压力可取

由表2可知，快进快退时液压缸所需的最大流量是13L/min，则泵的总流量为

即大流量泵的流量

根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用YB-16型定量叶片泵，该泵额定压力

，额定转速