毕业设计论文液压泵试验系统设计论文张培磊.docx
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毕业设计论文液压泵试验系统设计论文张培磊
第一章液压泵试验台的工作原理
液压泵试验台的液压原理图如图1所示
，
电机（16）动力输出端经过联轴器﹙17﹚也转矩转速仪﹙18,19﹚相连，转矩转速仪又经过联轴器与被测试泵（20）动力输入端连接，被测试泵的进油口与油箱
（1）管路连接，出油口经过单项阀﹙21﹚连入阀体，通过调试各类阀，经过仪表读出数据，从数据分析泵的性能。
最后油经过回油过滤器﹙14.2﹚回到油箱。
压力能，液压油经过控制阀组被液压阀实现了方向、压力、流量调节，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功，完成工作的高压油最后通过功率回收马达流回油箱，将大部分液压能回收利用。
所设计试验液压部分台采用的是闭式液压传动，单向阀的作用是保护被试泵避免由于外加冲击载荷而造成泵的损坏。
主油路可能会存在压力较高，所以在回路中安装流量计来进行补流量的测试在在主回路上安装冷却器，冷却速度快，但系统有冲击压力时，要求冷却器能承受较高的压力。
除了冷却已经发热的回油之外，还能冷却溢流阀排出的油液。
球阀用来保护冷却器，当不需要冷却时，打开球阀。
该系统还采用独立的冷却回路，在邮箱上设置冷却装置，可以有效地保证油的温度，采用水冷，使实验台在工作时，不会受到液压油温度的影响导致数据不够准确。
该压泵试验台所用的主要原件如下表：
序号
型号
名称
数量
生产厂家
1
1600×1200×1200
油箱
1
定制
2
YWZ1-250T
液位液温计
1
温州黎明
3
EFT-65
空气滤清器
1
温州黎明
4
WB2010-100°C-500-0.5
温度传感器M
2
宝鸡秦明
5
TF-400×80F-Y
吸油滤油器
1
温州黎明
TF-400×80F
滤芯
温州黎明
6
Y2-100L1-4B5
电动机3Kw
1
7
NL3（YA28×58/YA25×36）
内齿型弹性联轴器钢件
1
济南天成
8
NB4-C100F
内啮合齿轮泵
1
上海航发
9
YN60-6MPa
耐振压力表6MPa
1
无锡海天
10
ZU-A250×10FP
回油过滤器
1
温州黎明
TXX2-250×10
滤芯
温州黎明
11
BR07-4平方米
板式冷却器
1
江阴
12
KH-G3/4"（DN200）
低压球阀不锈钢
1
上海依格
13
冷却水泵
2
外购
14
RFA-250×10F-Y
回油过滤器
2
温州黎明
RFA-250×10
滤芯
温州黎明
15
KH-G1"1/2（DN40）
低压球阀不锈钢
2
上海依格
16
Y2-315-M4-B3
电动机110kW
1
济南
17
NL5（YA38×80/YA28×42）
联轴器钢件
3
济南天成
18
YN338-100+显示仪表
数字式转矩转速仪
1
北京三晶
19
NL5（YA38×80/YA28×42）
联轴器钢件
济南天成
20
被测泵
1
力源液压
21
S20
单向阀20
1
滑德
22
QU-H250×10DFP
高压过滤器
温州黎明
HDX-160×10Q
滤芯
温州黎明
23
KF-L8/20E
压力表开光
滑液
24
YN100-Ⅲ-40MPa-1.5级
耐压压力表50MPa
1
无锡海天
25
输出4-20mA
压力传感器400MPa
1
tecsis
26
Wb2011-100°C-82-5
温度变送器
1
宝鸡秦明
27
DRVP-25
板式节流阀
1
华液
28
DBE10-1-30/315
比例溢流阀
1
华液
比例放大器
济南
29
DB10-1-30/315
溢流阀
华德
30
Z1A-H25Z-5
插件NG16
1
济南
31
F02A-H256F-5
滑阀控制盖板NG25
1
济南
32
4WE6DX/EG24B9K4+Z4
电磁换向阀
1
华液
33
LC13-A401/AGF-1
椭圆齿轮流量计
1
合肥仪表
E900B
显示表
1
合肥仪表
显示仪表
6
第二章液压泵试验系统设计
总思路：
液压泵试验台采用合理的空间布局，有效地节省空间，合理的安装尺寸，准确的尺寸定位。
一.3试验台基本方案的选择制定
一.3.1制定试验台的总体形式
试验台安装在自己设计的底座上，设计支架支撑转矩转速仪，支架带有滑动导轨，用来装卸被测泵，底座边设计收油器，来回收装卸被测泵时流出的液压油。
在支架上端设计控制阀支撑架，用来支撑阀块，减少空间。
一.3.2制定布局方案
油箱放置在底座左边，电动机，转矩转速仪，被测泵，支撑架放置在底座上，收油器紧接底座。
一.3.3动力源的选择要求
根据设计要求，满足系统要求，满足要求的电机，并且在一侧用梅花联轴器连接测速仪，要求转速能够满足系统要求。
并且能与转矩转速仪，和被测泵保持同轴等高。
第二章液压元件的选型
根据系统要求，经过合理的计算和安装要求，选择合理的液压元件。
二.3泵和电机的选型及计算
二.3.1主泵及电机的选型和计算
根据已将给出的设计参数和条件，最大试验工作压力为32MPa，电机功率为110kw。
电动机选择，首要要考虑电动的额定功率。
所选的电机的额定功率应大于或等于工作要求功率。
容量小于工作要求时，则不能保证电机的正常工作；容量过大时，则要增加成本，并且由于效率和功率因数低造成浪费。
根据设计要求电动机的为110kw，转速为1450r/s，选择四级电机，电机的型号为Y2-315-M4-B3，参考其他电动机，选择济南西门子贝德，该产品的功率为110kw，额定转速为1450r/min电机的高为315。
二.3.2独立冷却油路电机的选择
给定电机功率为3Kw，并且没有特殊的要求，在这里我选用普通Y系列电机，安装方式为B3。
二.4液压泵的选择
3.2.1被测泵的选择
被测泵选择，这要是为了方便设计，如支撑架的设计。
首先要考虑实验最大压力要求为32Kpa，其次要考虑泵的维修和保养，再次就是泵的性价比。
经过对比选用力源液压的LY-A2F系列斜盘式柱塞泵。
该泵具有固定的排量，可用于开式系统或闭式系统做静压传动，适合所设计系统的要求。
图2系列1—4（规格0—225）结构剖面图
图3型号说明
下面我开始选择柱塞泵的排量并计算泵的功率。
取泵的容积效率为90%。
液压泵由电机驱动，电机输入的功率转化为液体流量和压力。
根据公式：
………………………………………………
（1）
可计算出在各种排量、不同转速和压力下泵的功率，如下表：
1、排量V=45ml/r
Pp（MPa）
（KW）
n（r/min）
20
22
24
26
28
30
32
600
10
11
12
13
14
15
16
900
15
16.5
18
19.5
21
22.5
24
1200
20
22
24
26
28
30
32
1500
25
27.5
30
32.5
35
37.5
40
1800
30
33
36
39
42
45
48
2100
35
38.5
42
45.5
49
42.5
46
2、排量V=55ml/r
Pp（MPa）
（KW）
n（r/min）
20
22
24
26
28
30
32
600
12.2
13.4
14.7
15.9
17.1
18.3
19.6
900
18.3
20.2
22
23.8
25.7
28.3
29.3
1200
24.4
26.9
29.3
31.8
34.2
36.7
39.1
1500
30.6
33.6
36.7
39.7
42.8
45.8
48.9
1800
36.7
40.3
44
47.7
51.33
55
58.7
2100
42.8
47.1
51.3
55.6
59.9
64.2
68.4
3、排量V=63ml/r
Pp（MPa）
（KW）
n（r/min）
20
22
24
26
28
30
32
600
14
15.4
16.8
18.2
19.6
21
22.4
900
21
23.1
25.2
27.3
29.4
31.5
33.6
1200
28
30.8
36
36.4
39.2
42
44.8
1500
35
38.5
42
45.5
49
52.5
56
1800
42
46.2
50.4
54.6
58.8
63
67.2
2100
49
53.9
58.8
63.7
68.6
73.5
78.4
4、排量V=80ml/r
Pp（MPa）
（KW）
n（r/min）
20
22
24
26
28
30
32
600
17.8
19.6
21.3
23.1
24.9
26.7
28.4
900
26.7
29.3
32
34.7
37.3
40
42.7
1200
35.6
39.1
42.7
46.2
49.8
53.3
56.9
1500
44.4
48.9
53.3
57.8
62.2
66.7
71.1
1800
53.3
58.7
64
69.3
74.7
80
85.3
2100
65
68.4
74.7
80.9
87.1
93.3
99.6
5、排量V=107ml/r
Pp（MPa）
（KW）
n（r/min）
20
22
24
26
28
30
32
600
23.8
26.2
28.5
30.9
33.3
35.7
38
900
35.7
39.2
42.8
46.4
49.9
53.5
57.1
1200
47.6
52.3
57.1
61.8
66.6
71.3
76.1
1500
59.4
65.4
71.3
77.3
83.2
89.2
95.1
1800
71.3
78.5
85.6
92.7
99.9
107
114.1
2100
83.2
91.5
99.9
108.2
116.5
124.8
133.2
6、排量V=125ml/r
Pp（MPa）
（KW）
n（r/min）
20
22
24
26
28
30
32
600
27.8
30.6
33.3
36.1
38.9
41.7
44.4
900
41.7
45.8
50
54.2
58.3
62.5
66.7
1200
55.6
61.1
66.7
72.2
77.8
83.3
88.9
1500
69.4
76.4
83.3
90.3
97.2
104.2
111.1
1800
83.3
91.7
99.3
108.3
116.7
125
133.3
2100
97.2
106.9
116.7
126.4
136.1
145.8
155.6
7、排量V=160ml/r
Pp（MPa）
（KW）
n（r/min）
20
22
24
26
28
30
32
600
35.6
39.1
42.7
46.2
49.8
53.3
56.9
900
53.3
58.7
64
69.3
74.7
80
85.3
1200
71.1
78.2
85.3
92.4
99.6
106.7
113.8
1500
88.9
97.8
106.7
115.6
124.4
133.3
142.2
1800
106.7
117.3
128
138.7
149.3
160
170.7
2100
124.4
136.9
149.3
161.8
174.2
186.7
199.1
根据计算，和转速选择当排量V=160ml/r时是符合要求。
所选择排量是160ml/r的斜盘式柱塞泵，通过回路中压力表和流量计的读数可以测出不同的转速以及最大压力范围内的各压力值，便可以知道泵的性能。
1.2.2单独冷却回路的泵的选择
过滤冷却泵排量NB4-C100F，额定工作压力1Mpa，排量较小，工作压力也小，可选用内啮合齿轮泵，性价比较好，维修简单。
没有特殊工作要求，满足系统冷却要求就可。
二.5油路中管道的选择
3.3.1油管的计算和选择
油管的计算主要是确定油管的内径和壁厚参数。
油管的长度根据装配和试验台油箱摆放确定。
1.油管内径计算公式为：
式中：
q——通过油管的流量;
v——油管中推荐的流量，吸油管取0.5-1.5m/s，压油管取2.5-5m/s。
回油管取1.5-2.5m/s。
在电机额定功率下，电机转速为1450r/min，所以流量为:
q=r×v=1450/60×250/60×
=100.69×
（
/s）
设计要求系统的最大流量v为250l/min
将q代入公式得：
对于吸油管d=0.32（m）
对于回油管d=0.16（m）
因此吸油管选择内径为32cm的钢管，回油管选内径16cm的钢管。
计算结果，油管能够承受系统压力，满足系统要求。
2.油管壁厚计算公式为：
式中：
p——油管内压力；
系统要求最大工作压力为32MPa
——油管材料的许用应力。
=
/n,
油管材料的抗拉强度，n为安全系数。
对于钢管，p<7MPa时，取n=8；当p<17.5MPa时，取n=6；当p>17.5MPa时，n=4，p最大为32Mpa所以n为4。
选择材料为1Cr17Ni7的钢管的抗拉强度为
520MPa。
将
代入公式得：
吸油管
3.846（cm）；
回油管
1.928cm）。
按标准的规格选取吸管为
32mm×4mm的无缝钢管；回油管选择
16mm×2mm的无缝钢管。
3.3.2管接头的选择
选择管接头主要考虑，拆卸方便、密封性好、连接可靠牢固、外形尺寸小、压降小、工艺性好等要求。
综合考虑各类油管接头，对照性价比，本系统采用可焊接管接头。
图4管接头
二.6联轴器的选择
本系统联轴器应用在电动机机和转矩转速仪之间，转矩转速仪和被测泵之间，根据系统的特殊性选择梅花联轴器。
梅花联轴器主要适用于起动频繁、正反转、中高速、中等扭矩和要求高可靠性的工作场合，适合本系统要求。
其次花形弹性联轴器结构简单，径向尺寸小，重量轻，转动惯量小，适用于中高速场合，梅花形弹性联轴器工作稳定可靠，具有良好的减振、缓冲和电绝缘性能。
梅花形弹性联轴器具有较大的轴向、径向和角向补偿能力，梅花形弹性联轴器高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油，承载能力大，使用寿命长，安全可靠，联轴器无需润滑，维护工作量少，可连续长期运行。
电动机轴的为170×80，转矩转速仪的轴为105×55，被测泵的直径为90×45，根据轴的直径和长度选择两联轴器均为，CH4-C20-1257171-43
图5CH4型梅花联轴器
3.5液压阀的选择
3.5.1单向阀的选择
单向阀是防止液体倒流的液压元件，油路是单向。
所选单向阀除了需要实现防止液体倒流的功能外，还应满足试验台的通流能力，能够满足最大流量250/min本试验台所用单向阀选用S20公。
3.5.2球阀的选择
球阀是由旋塞阀演变而来的。
它的旋塞体是球型，有圆形通孔或通道通过其轴线。
球面和通道口，即当球旋转90度时，在进、出口处应全部呈现出球面，从而截断液流。
球阀只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密，油液停滞。
完全平等的阀体内腔为介质提供了阻力较小、直通的流道。
通常认为球阀最适宜直接做开闭元件使用，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用[13]。
本系统对于球阀的节流效果要求不高。
球阀的主要作用是要用于开关、切断或接通管路中的介质，亦可用于流体的调节与控制本。
试验台选用上海依格流体技术有限公司生产的球阀，型号为KH-G1"1/2（DN40）和KH-G1"3/4（DN20）。
这种型号和其它型号相比结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修。
图6球阀的结构图
3.5.3溢流阀的选择
溢流阀啊在系统中起着订压溢流作用和保护总用。
溢流阀的参数要求是最好工作压力和最大流量值，审查各阀在各种工况下达到的最高工作压力和最大流量值，以此选择阀的额定压力和额定流量。
一般情况下，阀的实际压力和流量应与额定压力和流量相近，到必要时允许实际流量超过额定流量的20%。
综合比较几类溢流阀选择，电液溢流阀。
电液溢流阀设计与所加电气成比例调节系统压力。
3.6滤油器的选择
3.6.1独立冷却回路吸油滤油器的选择
滤油器的一般要求能满足液压系统对过滤精度要求，即能阻挡一定尺寸的杂质进入系统，滤芯应有足够强度，不会因压力而损坏，通流能力大，压力损失小，易于清洗或更换滤芯。
选择滤油器主要考虑的是d和工作压力。
冷却泵排量为32ml/r，电机额定转速为1450r/min由此可计算出泵的理论流量：
q=32
1450=46400ml/min=46.4（l/min）
因此冷却回油滤油器可选择公称流量为250l/min，其型号为：
ZU-A250×10FP。
3.6.2主回吸油路滤油器的选择
系统的最高流量是250l/min，最大流量是32Mpa，电机的额定转速为1450r/min，
由此可计算出泵的理论流量：
q=250
1450=362.5（l/min）。
因此主回油滤油器可选择公称流量为400l/min，其型号是TF-400×80F-Y
3.7冷却器的选择
冷却器主要通过管道散热面积直接吸收油液中的热量，还可以使油液流动出现紊流，通过破坏油液边界层来增加油液的传热系数。
根据冷却器的选用原则：
冷却器的额定流量是系统流量的3-6倍。
主回路流量：
q=r×v=1450×250/60=6.042×
（
/s），所以冷却器的流量可为6×
/s。
实验系统采用水冷板式冷却器，有独立的冷却回路，不受主油路干扰。
水冷式冷却器特点是:
冷却水从管内流过，油从列管间流过，中间折板使油折流，并采用双程或四程流动方式，冷却效果显著。
3.8椭圆齿轮流量计的选择
流量计是由计量箱和装在计量箱内的一对椭圆齿轮，与上下盖板构成一个密封的初月形空腔（由于齿轮的转动，所以不是绝对密封的）作为一次排量的计算单位。
当被测液体经管道进入流量计时，由于进出口处产生的压力差推动一对齿轮连续旋转，不断地把经初月形空腔计量后的液体输送到出口处，椭圆齿轮的转数与每次排量四倍的乘积即为被测液体流量的总量（原理见图）。
流量计主要是由壳体、计数器、椭圆齿轮和联轴器（分磁性联轴器和轴向联轴器）等组成。
流量测量与流体的流动状态无关，这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的。
粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核测介质的粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利。
椭圆齿轮流量计计量精度高，适用于高粘度介质流量的测量，但不适用于含有固体颗粒的流体（固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量）。
如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。
根据最大的流量250l/min，选择的流量计为LC13-A401/AGF-1。
显示表为EL-9000。
第三章结构件的设计
非标准件包括油箱、肋板、各种支架和支座等，本章主要介绍油箱的设计。
三.3油箱的设计
三.3.1油箱的功能和分类
油箱的功用主要是储存油液，此外还起着散发油液中热量（在周围环境温度较低的情况下则是保持油液中热量）、释出混在油液中的气体、沉淀油液中污物等作用。
在一个液压系统中，油箱时必不可少的部件，并且在设计一个系统时，油箱的设计非常重要的，主要包括油箱内的布局，油箱的容积计算，油箱放置方式及其附件等都需要设计者进行合理设计和规划。
油箱有开式和闭式两种。
开式油箱应用比较广泛。
油箱液面与大气相通，为防止油液被大气污染，在邮箱顶部设置空气滤清器，并有时兼作注油口。
闭式油箱一般指箱内油液不与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接以防止空气杂质的侵入[17]。
三.3.2油箱的结构设计与分析
油箱必须有足够大的容积，一方面要保证系统工作时所需的液位高度。
另一方面为满足散热要求，系统在停止工作时要能够容纳所有介质。
；在油箱容积不能增大而又不能满足散热要求时，需要设冷却装置。
②合理设置油箱主要的油口。
尽量使邮箱的排油口和回油口之间的距离远些，管口插入最低的油面以下，以免发生吸空和回油飞溅产生气泡。
管口制成450斜角，以增大吸油和回油的截面积，使油液流动时速度变化不致过大，管口应面向管壁。
吸油管离箱底距离H
2D（D为管径），距箱边不小于3D。
回油管离箱底距离h
3D。
③设置吸油和回油过滤器。
油箱的回油口一般都设有系统所要求的过滤精度，所以会有过滤器，以保持返回油箱的油液具有允许的污染等级，以此来保证系统的精度。
油箱的排油口（及泵的吸口）为了防止意外落入油箱中污染物，有时也装有吸油网式过滤器。
由于这种过滤器侵入油箱的深处，不好清理，因此，即使设置，过滤网目也是很低的，一般为60目以下。
箱内设置隔板使吸、回油管隔开，使液流循环油流中的气泡污物沉淀和分离。
隔板结构采用溢流式标准型。
在可以在隔板上设置过滤网。
在开式油箱上部的通气孔配置空气滤清器，兼作进油口。
设置油箱的进油口不从油桶中将油直接注入油箱，而是经过滤车从注油口注入。
保证注入油箱的油液具有一定的污染等级，使油液干净，保持系统的精度。
放油孔要设置在油箱的最底部，使换油时油液和污染物能顺利地从放油孔流出。
在设计油箱工程中，从结构上应尽可能考虑换油的方便性，设置清洗孔，以便于油箱中沉淀物的清洗。
⑦为了能够观察向油箱注油的液位上升情况以及在系统过程中看见液位高度，必须设置液位计。
⑧按GB/T3766—1983中5.2.3a规定：
“油箱的底部应离地面150mm以上，以便于搬移、放油和散热。
⑨油液可能流到地面上，可在油箱上盖和下部附近四周设置油盘，油盘上设置有排油孔，以便油盘的清洗工作，保持油盘洁净。
油箱的内壁处理应进行抛丸或喷砂，用来清除铁锈和焊渣。
待灰沙清理干净后，按不同的工作介质进行处理或者涂层。
对于矿物油常常采用磷化处理。
对于高水基或水乙二醇等介质，则应
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