CBN-F300齿轮泵容积效率实验台

淮 阴 工 学 院

毕业设计说明书（论文）

作 者: 学 院: 专 业: 题 目:

学 号： 机械工程学院

机械设计制造及其自动化 CBN-F300齿轮泵容积效率实验台 --机械结构及液压系统设计

教授

指导者：

评阅者：

2015 年 6 月

毕业设计说明书（论文）中文摘要

液压泵作为液压系统的动力元件是整个液压系统的心脏，它的性能直接影响着液压系统的性能。出厂前对其进行性能测试，不仅可以辨别产品优劣，对改进产品结构设计、提高工艺水平、促进产品升级都具有很重要的意义。 本次设计主要设计了针对CBN-F300双联齿轮泵进行容积效率测试的实验台，就是在给定的外界条件下，测出其实际排量，并与理论排量相比较，所得比值即为该齿轮泵的容积效率。 根据毕业设计任务书，本次设计主要完成了容积效率测试液压系统的设计，实验台和油箱的设计，管路的布局，液压辅件的选型，以及齿轮泵夹具的设计。 关键词 CBN-F300齿轮泵，容积效率，实验台，液压系统，夹具 毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Test Bench for The Volume Efficiency of CBN-F300 Gear Pump _——The Mechanical Structure and Hydraulic System Design

Abstract As the dunamic components of the hydraulic system,hydraulic pump is the heart of the system,its performance directlu affects the performance of the hydraulic system.The performance test before the delivery not only can identify the product quality,but also improve the product structure design,improve the level of technology and upgrade the products. The projection designed a volume efficiency test bench for CBN-F300 duplex gear pump .In the condition of the given outside world ,we measure the actual displacement and compare it with the theory displacement.Then,the income ratio is the columtic efficiency of the gear pump. According to the description of the graduated-design plan,this projection mainly completed the design of hydraulic system for testing the volumetic efficiency,the test bench and tank,piping layout,selectionof auxiliary hydraulic parts,and the gear pump fixture design. Keywords CBN-F300 gear pump,volumetric efficiency,test bench, hydraulic system,fixture

目 录

1 绪论 ?????????????????????????????? 1 2 容积效率实验台设计 ??????????????????????? 1 2.1 课题的提出 ?????????????????????????? 1 2.2 课题的研究现状及前景 ????????????????????? 2 3 容积效率实验台液压系统的设计 ???????????????????3 3.1 齿轮泵的介绍 ????????????????????????? 3 3.2 齿轮泵实验台的工作原理 ?????????????????????4 3.3 被试泵、驱动电机及联轴器的选择 ??????????????????

5

3.4 管道尺寸的确定 ?????????????????????????6 3.5 硬管的选用 ???????????????????????????7 3.6 软管的选用 ???????????????????????????8 3.7 管接头的选用 ??????????????????????????9 4 液压元件的选择 ?????????????????????????10 4.1 节流阀的选择??????????????????????????10 4.2 空气过滤器的选择????????????????????????10 4.3 液位计、温度计的选择???????????????????????10 4.4 加热器的选择 ?????????????????????????11 4.5 过滤器的选择 ??????????????????????????12 4.6 压力表仪器的选择 ????????????????????????12 11

4.7 流量计的选择 ??????????????????????????

2

4.8 冷却器的选择 ??????????????????????????

2

5 油箱的设计 ???????????????????????????14 5.1 概述 ??????????????????????????????

4

5.2 油箱的设计计算 ?????????????????????????

5 5.3 油箱外形尺寸设计 ????????????????????????

11

1

5

5.4 油箱上液压辅助件的布局 ?????????????????????15 6 实验台的结构设计 ????????????????????????16 6.1 实验台轮廓尺寸的设计??????????????????????16 6.2 实验台底座的设计 ????????????????????????17 6.3 齿轮泵夹具的设计 ????????????????????????18 7 液压系统安装调试及维护 ?????????????????????19 7.1 液压系统调试 ??????????????????????????20 7.2 液压系统维护 ??????????????????????????21 结论 ????????????????????????????????22 致谢 ????????????????????????????????23 参考文献 ????????????????????????????24

轴器，轴孔分别为25mm和42mm，两个半联轴器中间采用十字连接。

图3-3 联轴器

3.4 管道尺寸的设计计算

双联齿轮泵流量 qv?q?n26?2500??65L/min?1.08?10?3m3/s 10001000根据《液压系统设计元器件选型手册》，液压系统管道推荐流速如下表3-1所示：

表3-1 允许流速推荐值

管道 液压泵吸油管道 液压系统压油管道 液压系统回油管道 推荐流速/(m/s) v?1~2 ,一般常取1以下 v?3~6，压力高，管道短，粘度小取大值 v?1.5~2.5 取吸油管流速为1m/s,压油管流速为5m/s,回油管流速为2m/s。

3.4.1 齿轮泵吸油管道

qv1.08?10?3内径为d?1130?1130??37.1mm

v1圆整取标准值为40mm

壁厚??pdpdS20?40?4???3.07mm 2???2?2?520圆整取标准值为4.5mm 所以吸油管道外径为49mm 3.4.2 齿轮泵压油管道

qv1.08?10?3内径为d?1130?1130??16.6mm

v5圆整取标准值为20mm 壁厚??pdpdS20?20?4???1.54mm 2???2?2?520圆整取标准值为2mm 所以压油管道外径为24mm 3.4.3 齿轮泵回油管道

qv1.08?10?3内径为d?1130?1130??26.3mm

v2圆整取标准值为32mm 壁厚??pdpdS20?32?4???2.46mm 2???2?2?520圆整取标准值为2.5mm 所以回油管道外径为37mm 各管道内外径如下表3-2所示：

表3-2 管道内外径（mm）

管道 内径 外径

吸油 40 49

压油 20 24

回油 32 37

3.5 硬管的选用

对于不同管路长度的刚性联接一般使用硬管连接，在硬管和软管之间做出选择时，应尽量选硬管，因为硬管成本低、阻力小、安全。多选用无缝钢管，因为无缝钢管耐压高，变形小，耐油，抗腐蚀，虽装配时不易弯曲，但装配后能长久保持原状，用于中压系统。硬管一般可分为两大类，一类是通经定尺寸，另一类是外径定尺寸的。

泵的吸油和压油口直径是确定的，分别是18mm，14mm，根据《液压系统设计元器件选型手册》，钢管公称通径、外径、壁厚、联接螺纹和推荐流量表，选取钢管管道直径如下表3-3所示

表3-3 过滤系统管径（mm）

管道 吸油管道 压油管道 回油管道 外径 18 14 14 内径 12 8 8

硬管布置的基本要求： 1.管长尽量短以减小摩擦损失。

2.固定点之间的直管段至少要有一个松弯以适应热胀冷缩，一定要避免紧死的直管，这种直管能在管路中造成的拉压应力非常严重。

3.弯管应减至与布管的几何形状一致的最少数量，并采用尽可能大的弯管半径，否则很难与管接头找正。管子总应该有一段直管接近管接头，而把任何近处的弯管调整到远处。

4.所有管路，特别是高压管路均应适当支撑，尤其在高压系统中弯管前后及与软管连接之前必须有支撑。流量的任何突然扰动都将在弯管处产生使弯管伸直的倾向，如果管子未加支撑则导致“甩动”。但是管夹不能将管子卡死，而应为热胀冷缩留出足够的窜动自由度。

5.弯管的半径R应根据管子中心和外径d来确定。最小弯管半径为外径的2.5倍。

3.6 软管的选用

相互运动的液压元件之间需要挠性联接，或者有关元件的布置很不方便时，致使软管连接成为唯一现实的解决的办法。软管能够吸振和消声，所以泵的出口要有一段软管。系统压力、压力波动、油液流速、温度、油液、及环境条件构成了液压软管使用中的重要因素。

液压系统用的高压软管由合成橡胶制成，并根据拟用的负载加固。与油接触的是耐油合成橡胶制成的内管，外面有若干层加固层。加固材料可以是合成纤维或天然的或细金属丝或它们的组合材料。加固层可以是编织的，缠绕的或两者组合的。最外面是一层耐油的蒙皮。各层之间有粘接剂。

系统压力，压力波动，油液流速，温度，油液及环境条件构成液压软管使用中的重要因素。

本系统在泵的出口处应设液压软管，目的是吸收泵出口处的压力脉动。 型号：A10×6S-35

3.7 管接头的选用

液压系统中，金属管之间，金属管与元件之间的连接，可以采用焊接连接、法兰连接和管接头连接。直接焊接时，结构简单，易制造，但焊接工作要在现场进行，拆卸不方便，焊接质量要求较高且不易检查。

焊接式、卡套式、扩口式管接头应用较普遍，管接头的基本型有7种：端直通管接头、端直角管接头、直通管接头、直角管接头、端三通管接头、三通管接头和四通管接头。凡带端字的都是用于管子与机件之间的连接，其余是用于管件之间的连接。

根据本实验台管路连接的特点，主要选择焊接式端直通管接头。 选用卡套式直角管接头 (GB 3740.1-83)，如下图3-2所示

图3-4 卡套式直角管接头

4 液压元件的选择

4.1 节流阀的选择

通过旋转节流阀的调节螺母，可以改变节流口通流面积的大小，从而调节流量的大小。本系统中，选择DRV型单向节流截止阀，不仅可以调节流量，而且可以控制系统油液的流向，防止出现倒吸、倒流等现象。

根据前面的计算可知，系统的流量为65L/min，参照《液压系统设计元器件选型

手册》，选择的节流阀的型号为DRV-10-3-10，其最高使用压力为35MPa，开启压力为0.05MPa，额定流量为75L/min,流量调整范围为1~75L/min。

4.2 溢流阀的选择

选择先导式溢流阀作为系统的安全阀，以防系统压力超过齿轮泵的最高工作压力25MPa，故所选溢流阀的最高调节压力为31.5MPa，所选溢流阀的型号为DB25AG1-50。

4.3 空气过滤器的选择

空气过滤器不仅可以防止液压系统工作时，由空气带入油箱的灰尘，还可以防止加油过程中混入的颗粒物质，简化了油箱的结构，有利于油箱的净化。

空气过滤器装于油箱盖上，与大气相连，使得油箱内气体压力不至于过高或者过低，过高影响油箱安全，过低降低泵吸油能力，而且容易产生气泡，影响系统性能；空气过滤器还可用于油液的抽取和注入。注油口与通气器一般合二为一。取下通气帽时可以注油，放回通气帽即成通气过滤器。周围环境较脏时，应采用油浴式空气过滤器。当周围空气的温度较大时，应用与空气干燥器合用的注油通气器，它有除湿、收尘和注油的功能。

空气过滤器的精度不能小于系统的过滤精度,空气过滤器的空气流量应大于系统最大流量的3倍以上,在安装条件允许的情况下,流量尽可能大些,以防止滤芯堵塞影响系统的正常工作。

由前面的计算可知，系统的总流量为65 L/min，根据液压选型手册，选择空气过滤器的规格为EF6-80，空气过滤精度为0.105mm2，加油量为70lL/min,空气流量为675L/min。

4.4 液位计、温度计的选择

油箱高度为700mm，则液位最高高度为700?80%=560mm，吸油口为与箱底以上150mm的地方，所以液位计的量程为300mm，根据《液压系统元器件选型手册》选择YK-60/300的液位指示器，由液位传感器与油量表及24V直流电源组成，从油量表上可以直接读出油位的高低，可以进行距离显示液位的联接变化。

液压系统中的油温一般应该控制在30~55°C之间，最高不应该高于70°C，最低不应该低于15°C，故可以选择WSS型双金属温度计，精度等级为1.5，测温范围

号应与设计相符。

（2） 流量调试

系统速度的调试应逐个回路（系直带动和控制一个机械机构的液压系统）进行，在调试一个回路时，其余回路应处于关闭（不通油）状态。

在系统调试过程中所有元件和管道无漏油和异常振动；所有连锁装置应准确、灵敏、可靠。

速度调试完毕后，再检查泵的工作情况。要求在起动、换向及停止时平稳，在规定低速下运行时 ，不得爬行 ，运行速度应符合设计要求。

速度调试应在正常工作压力和工作油温下进行 。系统调试应有调试规成和详尽的调试纪录。

7.2 系统维护

液压系统的维护，通常采用“日常检查”和“定期检查”的方法，以保证设备的正常运行。液压系统的合理使用 ，还必须注意以下维护原则:

[4]

（1） 了解元件的结构、原理、性能、特征及使用方法和注意事项。 （2） 检查元件的使用条件是否恰当。 （3） 掌握元件的寿命及其使用条件。 （4） 事先了解故障易发生的场所和预防措施。

(5) 保证备好迅速修理所需质量好、价钱较低的设备。

结 论

目前，随着计算机技术、测试技术、液压技术的不断进步，液压泵性能测试试验台的技术取得了飞速发展。各类液压计算机辅助测试系统成为了各类液压试验台的主流。经过近四个月的毕业设计，得出以下结论：

1、齿轮泵测试系统基本原理大体不变，主要面对问题是齿轮泵的测试精度。 2、针对测试精度的提高，相应出现虚拟仪器测试系统逐渐发展成熟，几乎应用到了近年来所有液压元件性能测试试验台上。

3、液压泵作为液压系统的动力元件，是整个液压系统的心脏，它们的性能直接影响着整个液压系统的性能，所以做好液压泵出厂实验具有非常重要的意义。

4、本实验台的优点：

①结构简单，实验台制造方便； ②所选零件多为标准件，便于采购； ③操作简便，对操作工人技术不高； ④齿轮泵的测试精度较高。 实验台的不足：

①还需工人干预，未完全实现自动化； ②通用性不够高，不能适用于所有齿轮泵。

经过以上工作，说明了齿轮泵测试的重要性，提高齿轮泵的测试精度，是液压研究人员急需解决的问题。由于这是我第一次将大学所学习的理论知识应用于工程实际项目的设计，所以在计算和选件过程中，难免会存在一些错误，细节考虑得不够全面，希望老师予以批评指正。

致 谢

毕业设计初期，对本课题感到很茫然，齿轮泵、容积效率等词之前虽然有接触到过，不过当时学液压传动时对这一部分要求不太高，自己也没有深入了解，所以感觉无从下手。是左晓明老师不厌其烦地给我们讲解相关知识，并带我们去相关的工厂进行参观，请了福斯特公司的周总给我们介绍了齿轮泵的相关知识，使我对容积效率实验台有了更深入的了解。在设计的过程中，左老师对我们的提问有问必答，在我们松懈时提醒我们抓紧时间。在老师和同学的帮助下，我学到了很多书本上没有的东西，包括AutoCAD和ProE的绘图技巧，液压专业知识横向、纵向的拓展以及液压工程实际设计的经验等等。

还要感谢和我搭档的杨苏同学以及与我们课题接近的王干和常松同学，在平时设计中和我一起讨论，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利完成，在此表示深深的谢意。

参 考 文 献

1 周恩涛，徐学新.液压系统设计元器件选型手册.北京：机械工业出版社，2007 2 杜国森.液压元件产品样本.北京：机械工业出版社，1999 3 许贤良，王传礼.液压传动.北京：国防工业出版社，2006 4 徐菊若，陈伟明.机械设计.北京：化学工业出版社，2005

5 张京英，张辉，焦永和.机械制图.北京:北京理工大学出版社，2013 6 李凤云，张凯，王桂录.机械制图.北京大学出版社，2013

7 陈茂生，韦柱杰.AutoCAD 2005机械制图.北京：机械工业出版社，2006 8 成大生.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2002 9 左建民.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，2007 10 吕安吉，郝坤孝.化工制图.北京化学工业出版社，2011 11 黄琳，金波.沈海阔基于虚拟仪器的液压试台CAT系统设计[期刊论文]-液压与气动.2005

12 云杰媒体工作室.Pro/Engineer零件设计初级指南.北京：北京大学出版社，2012

13 何少平，李国顺，舒金波.机械结构工艺性.长沙：中南大学出版社，2012 14 叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册（上册）.北京：机械工业出版社，2010

15 郝建民.机械工程材料.西安：西北工业大学出版社，2010

16 张福润，徐鸿本，刘延林.机械制造技术基础（第二版）.武汉：华中科技大学出版

17 鲁屏宇.工程制图（第一版）.北京：机械工业出版社，2012

图5-1 油箱装配图

6 实验台的结构设计

6.1 实验台轮廓尺寸的设计

如下图6-1所示，实验台的材料为灰铸铁，由厚度为12mm的铁板焊接而成。考虑到便于操作工人的操作、实验台实际所需的工作面积，以及根据以往的设计经验，确定实验台的工作平台的高度为1.2m，长为1.2m，前后宽度为0.8m，工作台的四周可以焊上一圈20mm高的防护，以防止实验台上放置的东西由于实验台工作时的轻微震动而滑落。实验台的操作面板的高度为1m，宽为0.3m。实验台自带顶盖，以防止灰尘落入表盘内而影响实验台的精度。为便于散热、减轻重量，可以在实验台上挖去一些对整体影响不大的材料，出于制造方便和美观考虑，可以在实验台上挖去一些排列整齐的圆。

图6-1 实验台

6.2 实验台底座的设计

在实验台上焊上一个用45钢制成的基底，便于放置电机，用螺钉将基底与底座连接起来，起到固定电机的作用。如下图6-2所示：

图6-2 底座

6.3 齿轮泵夹具的设计

齿轮泵工作时会有轻微的震动，在实验台上安齿轮泵的夹具可以增加系统的刚性，使齿轮泵工作更加稳定。

由于联轴器大小以及齿轮泵大小的不同，如下图6-3所示，齿轮泵所在位置的高

度可能有所不同，故可以通过内外螺纹的配合来调整夹具的高度，将两个夹具侧板通过螺栓与夹具板连接，夹具板的对面使用带有内螺纹的空心圆柱，一端通过螺栓与一个夹具侧板相连，另一端用调节旋钮通过螺纹将另一端的夹具侧板夹紧从而使齿轮泵夹紧。

图6-3 齿轮泵夹具图

6.4 CBN-F300容积效率实验台整体结构

如下图6-4即为实验台的整体结构

图6-4 实验台的整体结构

7 液压系统安装调试及维护

液压系统安装质量的好坏，是关系到整个液压系统能否可靠工作的关键。因此必须正确、合理地完成安装过程中的每一个环节。安装时一般应注意如下问题：

（1）安装前应检查元件的质量，根据情况进行拆洗，测试，合格后方可进行安装。

（2）安装前应将各种自动控制仪表进行校验。这对以后的调整极为重要，避免不准确而造成事故。

（3）齿轮泵及其传动，要求较高的同心度，即使使用挠性联轴器，安装时也要尽量同心。一般情况下，必须保证同心度在0.1mm以下，倾斜角不得大于1°。

（4）在安装联轴器时，不要大力敲打泵轴，以免损伤泵。

（5）齿轮泵的入口、出口和旋转方向，一般在泵上均有标明，不得接反。 （6）油箱应仔细清洗，用压缩空气干燥后，再用煤油检查焊缝质量。

（7）系统内开闭器的按钮位置，应注意操作方便。

（8）泵、各种阀以及指示仪表等的安装位置，应注意使用及维修的方便。 （9）安装各种阀时，应注意进油口与回油口方位，某些阀如将进油口与回油口装反，会造成事故。

（10）为避免空气渗入阀内，连接前应保证密封良好。

（11）某些阀件为了安装方便，往往开有相同作用的两个孔，安装后不用的一个孔一定要堵死。

（12）再次安装时，阀及某些连接件购置不到时，可以代用，但应相适应，一般油的耗油量不得大于技术性能内所规定的40%。

（13）用法兰安装的阀件，螺钉不能拧的过紧，因为有时过紧反而会造成密封不良。必要拧紧时，对于原来的密封件或材料如不能满足密封时，应更换密封件的形式或材料。

（14）一般调整的阀件，瞬时针方向旋转时，增加流量、压力，反时针方向旋转时，则减少流量、压力。

（15）安装方向控制阀时，应尽量使轴线安装在水平位置上。

7.1 液压系统调试

液压系统设备安装、酸洗、循环冲洗合格后，都要整个系统进行必要的调整试车，使其在满足各项技术要求的前提下，按实际生产工艺进行必要的调整，使其在重负载的情况下也能正常运转。 7.1.1 调试前检查

（1）根据系统原理图、装配图及配管图检查并确认每个元件； （2）确认每个动作是否正确；

（3）将泵吸油管截止阀、回油路上截止阀打开，将所有调压阀调压至最低； （4）将流量控制阀置于最低压力位置。 7.1.2 系统调试

（1） 压力调试

系统的压力调试应从压力调定值最高的主溢流阀开始，主次调整每个分支回路的各种压力阀。压力调定后，须将调整螺杆锁紧。压力调定值及以压力连锁的动作和信

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