平地铲液压系统设计(编辑修改稿)

平地铲液压系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

和选择液压元件、辅助元件和原动机规格型号的依据。 系统压力选定后，液压缸尺寸或液压马达的排量可由其负载确定；液压缸速度一经确定，据此进一步初定液压泵的压力和流量。 初选系统压力目前初选液压系统的工作压力主要是经验法；一般根据机器的类型选择工作压力。 表4 为几类主机的液压系统常用压力，可设计时参考。 缸1 的负载为4064N，缸2 的负载为907N，初选系统压力为 P1 = 1MPa ， P2 = 1MPa。 表4. 几类主机的液压系统常用压力Table 4Several types of the host hydraulic system monly used pressure负载 F / KN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作压力 P / MPa ＜～1～2～33～44～5＞5确定执行元件容量执行元件的容量即液压缸尺寸，这是执行元件的主要参数，对执行元件的刚度和承载能力有直接影响。 通常做法是先按最大负载 Fmax 及执行元件的估计机械效率231。 m 和选定的工作压力p 计算液压缸的有效工作面积A，再进行速度稳定性检验。 a）液压缸的有效工作面积为A =Fmax231。 m p(4)式中 A ——液压缸的有效工作面积， m 2 ；13Fmax ——液压缸最大负载， N ；231。 m ——机械效率，一般取231。 m = ~ ；P ——液压缸工作压力（已初步选定，计算时可不考虑回液腔压力）， Pa。 （1）由公式（4）算出缸 1 的有效工作面积为：193。 1 =Fmax 1231。 m1 p1=4064 1106= 10−3 m 2由式 193。 1 =240。 D 24= D 24= 10−3 m 2 ，得活塞直径 D1 = 76mm ，根据表5，圆整为 D1 = 80mm ，进而求出193。 1 =240。 D 24= 8024= 5024mm 2 = 10−3 m 2（2）由公式（4）算出缸 2 的有效工作面积为：193。 2 =Fmax 2231。 m 2 p2=907 1106= 10−3 m 2由公式 193。 2 =240。 D 24= D 24= 10−3 m 2 ,得活塞直径 D2 = 36mm ,根据表5，圆整为D2 = 40mm ，进而求出193。 2 =240。 D 24= 4024= 1256mm 2 = 10−3 m 2表 5 常用液压缸内径 DTable 5 Commonly used hydraulic cylinder diameter D常用液压缸内径系列mm4012550140631608018090200100220110250b）计算流量 = Av式中 A——液压缸有效工作面积， m 2 ；v——活塞与缸体的相对速度， m / s。 （1）对缸1： 193。 1 = 10−3 m 2 , v1max = 5 10−2 m / s ,由公式（5）算出Q1max = 193。 1v1max = 10−3 5 10−2 = 10−4 m3 / s = / s14(5)（2）对缸2： 193。 2 = 10−3 m 2 , v2 max = 5 10−2 m / s ,由公式（5）算出Q2 max = A2v2 max = 10−3 5 10−2 = 10−5 m 2 / s = / s综合以上计算得出：（1）缸1 的内径选择 80mm ；缸2 的内径选择 40mm。 P1 = P2 = 1MPa。 （2）参照表 6， P1 = P2 = 1MPa ,算出缸 1 活塞杆的直径 d1 = 40mm ， d 2 = 20mm。 表 d/DTable 6 According to the working pressure selection d/D工作压力 MPad / D≤～～～≥（3）缸1 和缸2 均采用非标准件，行程均为 200mm。 （4）最终确定液压缸的型号CDL180/40200和CDL140/20200。 绘制执行元件工况图执行元件工况图的依据是压力循环图（pt）、流量循环图（Qt）和功率循环图（Pt）绘制的。 根据负载循环图（Ft）,将相应负载除以液压缸面积A，可绘制出压力循环图（pt）。 同样根据速度循环图（ut），将各阶段速度乘以A，即可绘制出流量循环图（Qt），再根据P=pQ 可绘制功率讯画图（Pt）。 执行元件工况图是选择液压系统中其他液压元件和液压基本回路的依据，也是拟定液压系统图的依据，原因如下：（1）通过工况分析，找出最高压力点、最大流量和最大功率点，作为选择液压泵、控制阀及原动机的形式和规格的依据。 （2）利用工况图，验算各工况选定参数的合理性，以便进行合理调整。 在分析液压缸系统时，当安装循环图要求叠加起来的功率图，其最大功率互相“重合”、功率分布很不均衡时，可在工艺允许的条件下，适当调整参数，避开或消减功率“高峰”，增加功率利用的合理性，提高整个系统的效率。 另外可将所设计的工况图与调研来的各方案的工况图进行分析比较，以便借鉴和修改原设计的参数，使系统设计更加合理和经济。 （3）通过工况图的分析，可合理选择系统的主回路和其他回路及液压源形式。 例如在Qt 图中，若Qmax与Qmin相差甚大（最大可达几十倍），而相应的时间相差也较大，对于这种系统，其供液回路，既不适宜采用单定量泵，也不适宜采用蓄能器加单定量泵，而适宜采用“大小泵”双泵供液回路。 相反，尽管Qmax与Qmin相差较大，但相应时间相差不大，则适宜采用蓄能器辅助供液回路。 这时液压泵的流量按平均值选择。 拟定液压系统原理图液压系统图是表示液压系统组成与工作原理的图形符号，确定液压系统方案和拟15定液压系统图是液压系统设计的关键。 拟定一份比较完善的液压系统，必须对各种基本回路、典型液压系统有全面的了解，借鉴和参考同类液压系统的设计是非常重要的。 拟定液压系统草图时应考虑如下问题。 主回路设计主回路是液压系统的主干回路。 主回路的多少与形式应该根据主机动作与性能选择。 对往复直线运动，采用液压泵——液压缸回路，并优先选择单缸活塞式液压缸，而平地铲采用的是两个单杆双作用活塞式液压缸。 拟定主回路后，再逐步添加其他辅助回路或元件（如控制右路、润滑油路及滤油器，压力表及测压点分布等），这样可组成一个完整的液压系统。 确定调速方案液压系统的原动机不同，调速方式也不同。 机床和压力机等以电动机为原动机，通常采用液压调速；变频调速是通过电动机的电频率来调节液压泵转速的，电动机变频调速适用于大功率机械；以内燃机为原动机的工程和农业机械可采用控制油门调速，也可采用液压调速。 油门调速是通过调节发动机油门大小来调节液压泵的转速的。 对速度变化范围大、负载变化小的系统，宜采用双泵调速。 平地铲液压控制系统宜采用油门调速。 压力控制回路压力控制回路有多种，变量泵系统常使用溢流阀构成恒压（调压）阀回路，同时要考虑的卸载回路，提高回路效率；容积调速和容积调速回路，若是使用安全阀限制回路最高工作压力，溢流阀动作要灵敏；执行元件较多，而工作压力要求不同时，应设置减压回路，提升重物的回路要设置平衡阀等。 平地铲的液压控制系统采用定量泵配溢流阀的压力控制回路的。 防止液压冲击执行元件的速度、方向和负载的突然变化，往往会发生液压冲击。 使用蓄能器和设计缓冲回路是防止液压冲击的有效方法。 延长换向时间，可有效避免液压冲击。 平地铲的液压系统采用了该种方案。 防止系统过热对中、低压液压系统，溢流和节流损失是发热的主要原因，对高压大功率的液压系统，串联在回路中的液压阀及油管、接头是发热的主要原因。 回路的压力适当、功率匹配设计是减少发热和提高效率的根本方法。 另外对于经常制动、停车和保压的系统，要设计卸载回路。 对于大功率回路尽量减少串联液压元件，油箱要有足够的散热16面积，必要时需设计冷却回路。 安全问题确保系统的安全可靠、确保操作人员的安全是最重要的，所以液压系统的设计要体现以人为本的理念。 例如，为防止工件部位漂移、下滑。 超速，应该设置锁紧、平衡、限速回路；为防止操作人员失误和液压元件的失灵而产生错误动作，应设置错误防止回路。 在特别重要的场合下，应设计沉余系统，确保系统连续安全可靠地工作。 平地铲采用单向阀作为保压部件。 其他问题液压系统的回路应避免回路之间的相互干扰，回路设计应力求简单，尽量采用标准液压元件。 压力、温度和液位观测点的设置要便捷，考虑安装和检修方便等。 根据以上思路，设计液压原理图如下：回路说明：(1) 平地铲液压系统分为两条分回路，一条控制升降（液压缸 1）的运动，一条控制水平（液压缸 2）的运动；(2) 升降控制回路的升回路：油箱——过滤器——齿轮泵——液控单向阀——节流阀——三位四通电磁换向阀——调速阀——液压缸 1 左腔——液压缸 1 右缸——三位四通电磁换向阀——油箱；(3) 升降控制回路的降回路：油箱——过滤器——齿轮泵——液控单向阀——节流阀——三位四通电磁换向阀——液压缸 1 右腔——液压缸 1 左缸——调速阀——三位四通电磁换向阀——油箱；(4) 水平控制回路的正回路：油箱——过滤器——齿轮泵——液控单向阀——节流阀——三位四通电磁换向阀——调速阀——液压缸 2 左腔——液压缸 2 右缸——三位四通电磁换向阀——油箱；(5) 水平控制回路的反回路：油箱——过滤器——齿轮泵——液控单向阀——节流阀——三位四通电磁换向阀——液压缸 2 右腔——液压缸 2 左腔——调速阀——三位四通电磁磁换向阀——油箱；171—控制平地铲升降的液压缸，2—控制平地铲水平的液压缸，3—调速阀，4—三位四通电磁换向阀，5—节流阀，6—液控单向阀，7—溢流阀，8—齿轮泵，9—过滤器，10—油箱，11—油管图 12 液压回路草图1Lift hydraulic cylinder, 2Level hydraulic cylinder3Speed control valve,4Three stone electromagnetic reversing valves5Throttle valve, 6Hydraulic controlled oneway7Relief valve,8Gear pump,9Filter,10Tank,11TubingFig12. Hydraulic loop sketches 液压系统的计算和选择液压元件液压泵的选择（1）工作压力的选择液压泵的工作压力为pB = P1 + ∑ ∆Pi（6）式中 P1——执行元件入口处最大压力， Pa。 Pi ——主回路压力损失之和，对管路简单流速不大的，取 Pi = ( ~ )MPa ，对管路复杂，进口有节流调速，取 Pi = ( ~ )MPa。 由公式（6）算出 pB = p1 + ∑ ∆pi = 1 + = （2）流量的选择液压泵的最大流量为18QB max = K (∑ Q) max（7）式中 K ——系统泄漏系数， K = ~ ，大流量取小值，小流量取大值；QB max ——液压泵最大流量（ QB max 取值要规范化）， l / min ；(∑ Q) max ——同时作用的执行元件所需要流量最大值， l / min。 由公式（7）算出QB max = K (∑ Q) max = (226ml / s + / s)L / min = / min（3）规格选择液压泵的额定压力要大于式（6）中的计算值的 25%~60%，使泵的工作压力有一定的储备。 对中低压系统，可取大值：对高压系统，可取小值。 注意额定压力的规范化；一般最高工作压力为额定压力的 70%是合。