液压泵站的设计方法

一、液压泵站的设计题目1.1系统参数：系统的最高压力：25Mpa系统的流量范围：4~12L/min1.2.系统工况及控制要求：实现执行元件的换向、锁紧停止：采用变量泵进行调速：实现液压系统的卸荷：1.3．设计要求：确定液压传动系统方案、完成液压传动系统图设计：完成电动机功率确定、液压元件选型、液压辅助元件选型：完成液压泵站总图及主要零、部件图的设计：设计说明书及图纸量达到课程设计大纲的要求:二、液压泵站的设计基本原理与要求液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。2.1设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。1）确定液压执行元件的形式；2）进行工况分析，确定系统的主要参数；3）制定基本方案，拟定液压系统原理图；4）选择液压元件5）液压系统的性能验算；6）绘制工作图，编制技术文件。2.2明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；4）各动作机构的载荷大小及其性质；5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；6）自动化程序、操作控制方式的要求；7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；8）对效率、成本等方面的要求。三、制定基本方案和绘制液压系统图3.1制定基本方案（1）制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。容积调速是靠改变液压泵排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。故选择采用柱塞式变量泵实现液压回路的调速。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。（2）制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。设计采用在压油路放置溢流阀来实现液压回路压力的控制。（3）制定顺序动作方案由于液压泵站是为工作机构提供恒定压力压力源的装置，我们不必关心机械装置的动作顺序，液压泵站提供恒定的压力源接口。（4）选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。采用柱塞式变量泵容积式调速，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。3.2绘制液压系统图整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要连续工作。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。四、液压元件的选择与专用件设计4.1液压泵的选择1）确定液压泵的最大工作压力pppp≥p1+Σ△p（21）式中p1——液压缸或液压马达最大工作压力为25MPaΣ△p——从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。Σ△p的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的，取Σ△p=（0.2～0.5）MPa；管路复杂，进口有调阀的，取Σ△p=（0.5～1.5）MPa。则可得液压泵的最大工作压力:2）确定液压泵的流量QP多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为QP≥K（ΣQmax）（22）式中K——系统泄漏系数，一般取K=1.1～1.3；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。由题知系统的最大工作流量为12L/minTt——液压设备工作周期（s）；Vi——每一个液压缸或液压马达在工作周期中的总耗油量（m3）；z——液压缸或液压马达的个数。则可预选液压泵的流量大概为Qp:3）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%。选得的液压泵的参数规格如下：型号:10SCY14-1B排量/mL*s^(-1):10额定压力/MPa:32额定转速/r*min^(-1):1500驱动功率/kW:10容积效率/%:≥92重量/kg:194）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，则:P=Pp*Qp/ηP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9选择。表9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0.6～0.70.65～0.800.60～0.750.80～0.85限压式变量叶片泵的驱动功率，可按流量特性曲线拐点处的流量、压力值计算。一般情况下，可取pP=0.8pPmax，QP=Qn，则式中——液压泵的最大工作压力（Pa）；——液压泵的额定流量（m3/s）。Pp=25.4MPa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式中t1、t2、…tn——一个循环中每一动作阶段内所需的时间（s）；P1、P2、…Pn——一个循环中每一动作阶段内所需的功率（W）。按平均功率选出电动机功率后，还要验算一下每一阶段内电动机超载量是否都在允许范围内。电动机允许的短时间超载量一般为25%。则可选择电动机型号：（参数如下）名称＝Y系列（IP44）封闭式三相异步电动机技术数据-序号=31型号=Y160M-4额定功率\kW=11同步转速\r/min=1500满载转速\r/min=1460满载电流\A=7满载时效率\%=88满载功率因数\cosφ=0.84堵转电流/额定电流=7堵转转矩/额定转矩=2最大转矩/额定转矩=2.2噪声\dB(A)=82转动惯量\kg.m^2=0.07净重\kg=1234.2液压阀的选择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。根据系统的工作压力和流量选择：先导溢流阀的型号（参数如下）：名称:先导型溢流阀公称通径/in:3/8型号:BT-03-*-32调压范围/MPa:0.5～25.0最大流量/Lmin^(-1):100重量/kg:5.0液控单向阀的型号（参数如下）：名称:液控单向阀型号|板式连接:A※Y-H※lOB型号|法兰连接:通径/mm:10压力/MPa:32流量/Lmin^(-1):40Qp=14.4L/minP=7.7kW开启压力/MPa:a：0.04b：0.4控制压力/MPa:△p≥1.6电磁换向阀型号（参数如下）：通径/mm:10公称流量/Lmin^(-1):40公称压力／MPa:31.5允许背压／MPa:＜6.3换向频率／次*min^(-1):干式电磁铁30湿式电磁铁60最高换向频率/次*min^(-1):干式电磁铁60湿式电磁铁120电压:AC220V50Hz；DC12V、24V允许电压变动范围:10％电磁铁功耗(吸持时):AC：40W，DC：42W4.3过滤器的选择根据题目要求和系统性能的考虑，选择将过滤器置于压油路上，并选择纸质过滤器型号（参数如下）：型号|:ZU-H10×10S流量/(L/min):10额定压力/MPa:32过滤精度/μm|:10过滤精度/μm|:20压差指示器工作差/MPa:0.35初始压力降/MPa:0.08重量/kg:3.3外形尺寸/mm|h:193外形尺寸/mm|A:118外形尺寸/mm|B:70外形尺寸/mm|B1:外形尺寸/mm|D:φ88外形尺寸/mm|D1:φ73外形尺寸/mm|M:M27×24.4管道尺寸的确定（1）管道内径计算d4qv式中Q——通过管道内的流量（m3/s）；υ——管内允许流速（m/s），见表10。计算出内径d后，按标准系列选取相应的管子。分别取吸油、压油、回油管路的液压油流速分别如下：q2.5104m3sv0.821.7ms经计算可得：吸油路、压油路、回油路、管路的内径分别为：0.02m、0.013m、0.014mY160M-4额定功率=11kWBT-03-*-32A※Y-H※lOB并采用无缝钢管进行管路的连接。（2）管道壁厚δ的计算根据系统压力和流量以及钢管的系列标准选择相应满足要求的钢管壁厚表10允许流速推荐值管道推荐流速/（m/s）液压泵吸油管道0.5～1.5，一般常取1以下液压系统压油管道3～6，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.5～2.6式中p——管道内最高工作压力（Pa）；d——管道内径（m）；σb——管道材料的抗拉强度（Pa）；n——安全系数，对钢管来说，p＜7MPa时，取n=8；p＜17.5MPa时，取n=6；p＞17.5MPa时，取n=4。4.5油箱容量的确定初始设计时，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