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毕业设计论文示例
学号：
密级：
________________
武汉东湖学院本科毕业论文
叶滤机液压系统设计
院（系）名称：
机电工程学院
专业名称：
机械设计制造及其自动化
学生姓名：
指导教师：
二○一三年五月
BACHELOR'SDEGREETHESIS
OFDONGHUWCOLLEGEUHANUNIVERSITY
Feederhydraulicsystemdesign
College：
Mechanicalandelectricalengineeringcollege
Subject：
echanicaldesign,manufacturingandautomation
Name：
Directedby：
May2013
郑重声明
本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。
本学位论文的知识产权归属于培养单位。
本人签名：
日期：
目录
摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
第1章前言5
1.1关于液压系统5
1.1.1液压传动的优点5
1.1.2液压传动的缺点6
1.2关于叶滤机6
第2章液压系统的构成和工作原理8
2.1液压系统构成8
2.2液压系统设计分析8
第3章液压系统的主要参数及工况分析9
3.1初选系统工作压力9
3.2确定液压缸的主要结构尺寸10
3.3计算液压缸所需流量12
3.4绘制液压系统工况图12
第4章工作液压系统设计14
4.1液压泵的确定14
4.2液压阀的确定15
4.2.1单向阀的确定16
4.2.2电磁换向阀的选择16
4.2.3滤油器的选择17
4.3油箱的确定17
4.4液压系统原理图18
4.5液压系统装配图21
第5章液压系统性能验算22
5.1液压系统压力损失22
5.2液压系统的发热温升计算23
结论25
致谢26
参考文献27
摘要
本论文是对普通叶滤机进行液压系统设计，目的在于根据叶滤机工作要求，
设计出相匹配的液压系统。
本课题以385凯利式叶滤机为研究对象，以液压传动系统设计为手段，通过理论计算和大量实际资料参考，设计出符合要求的工作液压系统。
对液压缸，液压泵及系统发热进行计算取值，各元件都进行分析，使整个系统能够符合设计的初衷并能实际投入使用。
关键词：
叶滤机；液压系统；设计
ABSTRACT
Thispaperisaboutacommonleaffiltermachinehydraulicsystemwhichdesignedtoworkinaccordancewithrequirementsofleaffilterand.
ThesubjectofaKelly385-typeleaffilterforthestudytothedesignofhydraulicdrivesystemasameansthroughTheoreticalcalculationsandalargeamountofpracticalinformationonthereferencedesigntomeettherequirementsoftheworkofthehydraulicsystem.Thehydrauliccylinder,heatpumpandsystemtocalculatethevalue,theanalysisofallcomponentssothatthewholesystemcanmeet.Theoriginalintentionofthedesignandactualforuse.
Keywords:
leafhydraulic；filtrationsystem；design
第1章前言
1.1关于液压系统
每个位置的叶滤机必须有自己的一套独立的传动系统来进行运转，本课题采用的传动控制方式为液压传动。
液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。
液压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。
液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。
液压传动的基本原理：
液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。
其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。
在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。
1.1.1液压传动的优点
（1）体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的10％～20%。
因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；
（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1：
2000（一般为1：
100）；
（3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；
（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；
（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；
（6）操纵控制简便，自动化程度高；
（7）容易实现过载保护；
（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。
1.1.2液压传动的缺点
（1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；
（2）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；
（3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；
（4）液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。
因此液压传动不宜在很高或很低的温度下工作，一般工作温度在-15℃~60℃范围内较合适；
（5）液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统效率较低。
1.2关于叶滤机
叶滤机简单的说就是利用一种具有众多毛细孔的物料为介质，在真空的作用下，使溶液从小孔通过，而将固体截留，从而达到固液分离和固体水洗的目的。
这种过滤的作用广泛应用于冶金行业（氧化铝——精液生产）,工程机械（对液压系统的净化），医药、生物、化工、石油化工、油漆和清漆、饮料、酿酒、食品、油脂、调味品以及其他类似液体的过滤。
举例在氧化铝——精液生产的过滤工序，工厂所用多为凯利叶滤机由圆形机筒、机头、机架轨道、滤片及进出料系统、电机和搅拌组成。
这是一种加压式间歇操作过滤机，按进料、卸泥、刷车和上车进行周期性的间断操作。
它的过滤元件是大小不等的矩形滤片，它们平行隔置相距一定距离，并被固定在可动盖上。
滤片为内有金属网的框架，外包滤布，装在密闭的机壳内，为料浆所浸没。
固定滤槽是圆桶形的，滤片工作时推入固定滤槽内，密闭后，将料浆压送入槽内，过滤压力通常在0.4MPa以内。
用泵将粗液加入叶滤机内时，滤片上的滤布因前后压力不同，粗液即克服滤布对它的阻力，从出口流出制成纯净透明的精液，而浮游物被隔离留在滤布表面形成硅渣，滤饼被分离出来。
过滤完毕，启动电机打开机壳，用水刷车将滤饼和着水流冲下滤布。
冲洗完毕，再启动电机拉车、上车二。
这种过滤设备技术老化，必须打开机筒用水刷车，致使劳动强度大、刷车耗时长（30-60分钟）、台时产能低、传动件易损难维护、滤布遇冷易结疤寿命短、滤泥被冲稀耗水耗蒸汽等缺点，而且现场碱性较大对身体健康有害，高温碱气下工作环境极差。
本课题目的：
设计出一套高效的液压系统，对整个液压站的自动化程度提高。
第2章液压系统的构成和工作原理
2.1液压系统构成
叶滤机的动力机构是一种自动化程度较高的液压动力直行程自动执行机构，采用叠加阀组控制执行机构采用开式液压系统，主要由电动机，柱塞泵，叠加阀组，中高压液压缸及其他辅件组成。
其中有两组共四个液压缸，一个为执行元件，另一个控制阀门的作用。
2.2液压系统设计分析
一般液压系统共有以下几种设计：
分体式开式液压系统，分体式闭式液压系统和整体式带组合阀组闭式液压系统和整体式简化闭式液压系统。
本次课题中叶滤机液压系统环境温度为0℃∽40℃工作环境比较恶劣，系统长时间工作后发热将会很严重，因此设计出的系统必须有很好的散热性能。
油液需要经常性对锅炉检查。
以上是对系统的一些简单要求，据此，开式系统中的很大的油箱可以起到很好的自然散热作用，同时可以将油液中的污物在油箱中进行沉淀，所以，叶滤机液压系统应该采用开式系统。
叶滤机本来的输入功率比较大，属于大功率设备，液压系统的工作压力为20MPa—35MPa因此主选系统的工作压力为30MPA。
设计的液压站在满足基本条件的前提下综合考虑，选用较为经济的分开式液压系统。
分开式液压系统原理如图所示。
该系统简单，由电动机带动油泵作为液压动力源，由电磁换向阀换向，实现液压缸的双向动作。
为完善系统，增加了液位液温计，压力表等元件。
本系统控制特性为结构简单，频带宽，响应快，刚度好，在液压系统中经常被采用。
液压系统应设计合理，油泵空载启动，压力易于调节，运行稳定；控制元件反应灵敏，液压缸动作顺利，能够很好的完成预定的动作。
第3章液压系统的主要参数及工况分析
3.1初选系统工作压力
压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。
还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。
在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看出不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。
一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。
具体选择参考表3.1和表3.2。
表3.1按载荷选择工作压力
载荷/kN
＜5
5～10
10～20
20～30
30～50
＞50
工作压力/MPa
＜0.8～1
1.5～2
2.5～3
3～4
4～5
≥5
表3.2各种机械常用的系统工作压力
机械类型
机床
家业机械
小型工程机械
建筑机械
液压凿岩机
液压机
大中型挖掘机
重型机械
起重运输机械
磨床
组合机床
龙门创床
拉床
工作压力/MPa
0.8～2
3～5
2～8
8～10
10～18
20～32
F=100KN来进行计算，P取30MPA
3.2确定液压缸的主要结构尺寸
（1）计算液压缸的主要结构尺寸
单活塞杆液压缸的结构图如图所示。
单杆式活塞缸的性能参数：
由于这种缸两腔的有效工作面积不相等，故在两个方向的推力和速度也不相等。
A无杆腔进油，有杆腔回油时：
F1=A1p=
D2p （3.1）
υ1=
（3.2）
B有杆腔进油，无杆腔回油时：
F2=A2p=
（D2－d2）p （3.3）
υ2=
=0.12m/s（3.4）
p1——液压缸工作腔压力（Pa）取值参照表1表2取30MPA；
q——液压缸回油腔压力（Pa），即背压力。
其值根据回路的具体情况而定，初算时参照表3.3取值p20.5MPA
D——活塞直径（m）；
d——活塞杆直径（m）。
表3.3执行元件背压力
系统类型
背压力/MPa
简单系统或轻载节流调速系统
0.2～0.5
回油路带调速阀的系统
0.4～0.6
回油路设置有背压阀的系统
0.5～1.5
用补油泵的闭式回路
0.8～1.5
回油路较复杂的工程机械
1.2～3
回油路较短，且直接回油箱
可忽略不计
一般，液压缸在受压状态下工作，其液压缸面积为
6.86cm（3.5）
采用差动连接时，υ1/υ2=（D2-d2）/d2。
如果求往返速度相同时，应取
d=0.71D=4.87cm（3.6）活塞杆径d与活塞直径D的关系，，其比值按表3.4和表3.5选取。
表3.4按工作压力选取d/D
工作压力/MPa
≤5.0
5.0～7.0
≥7.0
d/D
0.5～0.55
0.62～0.70
0.7
表3.5按速比要求确定d/D
υ2/υ1
1.15
1.25
1.33
1.46
1.61
2
d/D
0.3
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
注：
υ1—无杆腔进油时活塞运动速度；
υ2—有杆腔进油时活塞运动速度。
对液压缸直径D和活塞杆直径d的计算值按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。
取标准值D=80mm,d=50mm（3.7）
常用液压缸内径及活塞杆直径见表3.6和表3.7。
表3.6常用液压缸内径D（mm）
40
50
63
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
表3.7活塞杆直径d（mm）
速比
缸径
40
50
63
80
90
100
110
1.46
22
28
35
45
50
55
63
3
45
50
60
70
80
速比
缸径
125
140
160
180
200
220
250
1.46
70
80
90
100
110
125
140
2
90
100
110
125
140
则
（3.8）
（3.9）
计算液压缸的工作面积和流量
=
=3.7
已知工作速度很低，即所得的工作面积不一定满足最低稳定速度的要求，则按最低运动速度来验算
式中A——液压缸有效工作面积（m2）；
Qmin——系统最小稳定流量（m3/s），在节流调速中取决于回路中所设调速阀或节流阀的最小稳定流量。
容积调速中决定于变量泵的最小稳定流量。
υmin——运动机构要求的最小工作速度（m/s）。
如果液压缸的有效工作面积A不能满足最低稳定速度的要求，则应按最低稳定速度确定液压缸的结构尺寸。
另外，如果执行元件安装尺寸受到限制，液压缸的缸径及活塞杆的直径须事先确定时，可按载荷的要求和液压缸的结构尺寸来确定系统的工作压力。
3.3计算液压缸所需流量
液压缸工作时所需流量：
式中
A——液压缸有效作用面积（m2）；
υ——活塞与缸体的相对速度（m/s）。
3.4绘制液压系统工况图
工况图包括压力循环图、流量循环图和功率循环图。
它们是调整系统参数、选择液压泵、阀等元件的依据。
1）压力循环图——（p-t）图通过最后确定的液压执行元件的结构尺寸，再根据实际载荷的大小，倒求出液压执行元件在其动作循环各阶段的工作压力，然后把它们绘制成（p-t）图。
2）流量循环图——（Q-t）图根据已确定的液压缸有效工作面积或液压马达的排量，结合其运动速度算出它在工作循环中每一阶段的实际流量，把它绘制成（Q-t）图。
若系统中有多个液压执行元件同时工作，要把各自的流量图叠加起来绘出总的流量循环图。
3）功率循环图——（P-t）图绘出压力循环图和总流量循环图后，根据P=pQ，即可绘出系统的功率循环图。
图3-2液压系统执行元件的负载图和速度图
通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。
液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。
压力决定于外载荷。
流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。
第4章工作液压系统设计
4.1液压泵的确定
液压泵的最大工作压力pp
（4.1）
式中p1MAX——液压缸或液压马达最大工作压力；
——液压泵出口到执行元件入口之间所有沿程压力损失和局部压力损失之和。
初算按照复杂管路系统取
=10*10
PA。
液压泵的流量QP系统为多液压缸同时工作，液压泵的输出流量应为
QP≥K（ΣQmax）=1.3
（4.44
m
+ 0.5×10-4m3/s）=6.435×10-4m3/s （4.2）
式中K——系统泄漏系数，一般取K=1.1～1.3，此处K取1.3；
ΣQmax——同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可从（Q-t）图上查得。
对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3/s。
选择液压泵的规格根据以上求得的pp和Qp值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或本手册中选择相应的液压泵为柱塞式液压泵。
为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%～60%。
确定液压泵的驱动功率在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，即（p-t）、（Q-t）图变化较平缓，pp’=
=32.5×106×6.435×10-4/0.85=24604W=24.6KW
式中pp——液压泵的最大工作压力（Pa）；
QP——液压泵的流量（m3/s）；
ηP——液压泵的总效率，参考表4.1选择。
表4.1液压泵的总效率
液压泵类型
齿轮泵
螺杆泵
叶片泵
柱塞泵
总效率
0.6～0.7
0.65～0.80
0.60～0.75
0.80～0.85
在工作循环中，如果液压泵的流量和压力变化较大，即（Q-t），（p-t）曲线起伏变化较大，则须分别计算出各个动作阶段内所需功率，驱动功率取其平均功率
电动机允许的短时间超载量一般为25%。
根据所算得数据，选用XB-H3.15/6.3F型柱塞泵，其额定转速为1450r/min,最高压力为35Mpa,最大功率5.2KW，质量为13KG
4.2液压阀的确定
1）阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。
溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。
控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间过流量。
2）阀的型式，按安装和操作方式选择。
4.2.1单向阀的确定
S10A型单向阀技术参数表
通径
最大流量（l/min）
最大工作压力（MPa）
开启压力（MPa）
生产厂家
10
100
35
0.04
德国力士乐
4.2.2电磁换向阀的选择
电磁换向阀以电磁铁的推力去推动阀芯换向，弹簧复位，实现油路的通段和切换。
它是电磁操控液压系统的重要元件选用4WE10D3XCG12Z4电磁换向阀，电磁铁电源为直流12伏，额定压力31.5mpa，额定流量40L/min，进出油口采用螺纹联接。
管道的选择：
管道的内径
—通过管道中的流量
—管内允许的流量
油液流经的管道
推荐流速
油液泵吸油管道
0.5～1.5，一般常取1m/s
液压系统压油管道
3～7压力高，管道短，取大值
液压系统回油管道
1.5～2.6
则可计算
，确定数值如下表
液压管路油管及管接头连接螺纹尺寸
油管位置
主压油管
吸油管
回油管
类型
钢管
钢管
钢管
内径
外径
连接螺纹
4.2.3滤油器的选择
滤油器的的主要组成部分有壳体和过滤元件，滤芯为纤维滤材折叠式，油液从外向内流径滤芯。
本系统滤油精度一般，选用：
过滤器技术参数表
安装位置
型号
过滤精度（μm）
公称流量（l/min）
额定压力（MPa）
生产厂家
吸油管
WU-100X100F
100
100
1
黎明液压
压油管
ZU-H100X10B
10
100
31.5
黎明液压
回油管
XU-A100X30
30
100
1.6
黎明液压
4.3油箱的确定
初始设计时，先按经验公式（31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。
油箱容量的经验公式为
V=αQV = 10×6.435×10-4m3/s×60s=0.3861m3 （31）
式中QV——液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）；
α——经验系数，见表10。
表10 经验系数α
系统类型
行走机械
低压系统
中压系统
锻压机械
冶金机械
α
1～2
2～4
5～7
6～12
10
在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。
4.4液压系统原理图
（1）
液压系统原理图如图所示，启动开关，，液压泵开式工作，此时电磁铁2YA，5YA通电使三位四通电磁换向阀切换到下位，液压杆前移；压下行程开关3SQ,5SQ压下3SQ,5SQ，液压缸杆后移；压下行程开关2SQ,4SQ；液压缸杆前移。
（2）液压缸杆前移
进油路：
主泵1的压力油→普通单向阀3→单向节流阀→三相四位换向阀6的下位→液控单向阀7→单向节流阀9→液压缸13左腔，推动液压缸杆向右右快速移动。
回油路：
液压缸13右腔→液控单向阀8→三相四位换向阀6的下位→油箱。
（2）液压缸杆后移
进油路：
主泵1的压力油→普通单向阀4→三相四位换向阀6的上位→液控单向阀8→液压缸13右腔，推动液压缸杆左移动。
回油路：
液压缸13左腔→单向节流阀9→液控单向阀7→三相四位换向阀6的上位→油箱。
其中5为电磁溢流阀，起卸荷作用。
4.5液压站装配图
液压元件的装配选用叠加阀式安装。
叠加阀是在板式阀集成化的基础上发展起来的它
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