液压系统设计

第四章 液压调高系统

4.1 初选系统工作压力

压力大小的选定不仅要考虑到载荷大小和设备类型而定。还要考虑到执行元件的元件供应、经济条件和装配空间等系列条件的限制。在外载荷相同的条件下，工作压力越低，势必会加大执行元件的结构尺寸，对某些特定的设备来说，尺寸要受到总体尺寸的限制，材料消耗角度考虑也不经济，对泵、缸、阀等元件的材料、密封、制造精度也会要求更高，必然会提高设备的制造成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限制的设备，压力可以低一些，行走机械重载设备压力要选的高一些。具体参考下表：

表2-1-1 按载荷选取工作压力

载荷/KN 工作压力/MPa

表2-2-2 各种机械常用的系统工作压力

农业机械 机 床 机械类型 磨 床 工作压力/MPa 0.8~2

表2-1-3 液压缸额定压力系列（GB2346-80）

0.63

本设计采煤机工作载荷 ?5.0KN，属于小型机械。因此确定液压缸工作压力为1.0 MPa。最高允许压力（也是动态试验压力）是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。通常规定为1.5倍的额定压力1.5?1.0=1.5MPa。

1 1.6 2.5 4 6.3 10 16 25 31.5 40.0 组合 机床 3~5 龙门 拉 床 液压凿岩机 刨床 2~8 8~10 10~18 20~32 起重运输机械 液压机 <5.0 0.8~1 5~10 1.5~2 10~20 2.5~3 20~30 3~4 30~50 4~5 50 >5 小型工程机械 大中型挖掘机 建筑机械 重型机械 4.2确定执行元件背压力

常见液压系统背压力如下表：

表2-2 执行元件背压力

系统类型 简单系统或轻载节流系统 回油路带调速阀的系统 回油路设置有背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路短，且直接回油箱 背压力/MPa 0.2~0.5 0.4~0.6 0.5~1.5 0.8~1.5 1.2~3 可忽略不计 此液压系统在液压锁下方放置带单向阀的节流阀，设置背压力为0.05 MPa。

4.3 液压缸主要结构参数的计算

4.3.1 液压缸内径计算

液压缸的缸筒内径、活塞杆直径及有效面积或液压马达的排量是其主要结构参数。计算方法是：先由最大负载和选取的设计压力及估取的机械效率算出有效面积或排量，然后再检验是否满足系统最小稳定流量下的最低运行速度要求。 采用单活塞杆液压缸，一般工作在受压状态。

p1A1?p2A2?Fmax/?cm 由于p2??p1，

Fmax2?103A1???0.00211m2 6p11?10?0.954A14?0.00211?0.0518m?52mm

3.14D???根据液压缸直径系列（下表）

表；液压缸内径系列（GB/T2348-93） /mm

8 80 250 10 （90) (280) 12 100 320 16 (110) (360) 20 125 400 25 (140) (450) 32 160 500 40 (180) 50 200 63 (220)

这里D?50mm

p1、p2———液压缸工作腔、回油腔压力，Pa；回油腔压力（背压力）按表选取；

A1———液压缸无杆腔的有效面积，m2，A1??D2/4 A2———液压缸有杆腔的有效面积，m2，A2??(D2?d2)/4；

D,d———液压缸缸筒内径、活塞杆直径，m；

Fmax,?cm,vmin———液压缸的最大负载力，N；机械效率（一般取0.9～0.97），最小速度，m/s；

Tmax,?mm,nmin,Vm,?p———液压马达的最大转矩，N·m；机械效率（齿轮马达和柱塞马达取0.9～0.95，叶片马达取0.8～0.9）；最小转速，rad/s；排量，m/rad；进出油口压差，Pa；

qmin———系统最小稳定流量，m/s，节流调速系统取决于流量

4.3.2 液压缸内径计算

当用上式计算液压缸的结构参数时，还需确定活塞直径与液压缸内径的关系，在计算出液压缸内径D时，利用这一关系获得活塞的直径d。通常由液压缸的往返速度比?确定这一关系。即d?D(??1)/?。

表2-3-2(a) 按工作压力选取d/D

工作压力/MPa d/D <=5.0 0.5~0.55

5.0~7.0 0.62~0.70 >=7.0 0.7 表2-3-2(b) 按速比选取d/D

v2/v1 d/D

设速度比v2/v1=1.61，综合两项考虑取d/D=0.5 根据活塞杆直径系列，见表

表 活塞杆直径系列（GB/T2348-93）

4 25 90 280

2222D?50mm ，A1??D/4?3.14?0.050/4?0.00196m=19.6cm

1.15 0.3 1.25 0.4 1.33 0.5 1.46 0.55 1.61 0.62 2 0.71 5 28 100 320 6 32 110 360 8 36 125 10 40 140 14 50 160 16 56 180 18 63 200 20 70 220 22 80 250 d?0.5?50?25mm

A2??4?(D2?d2)?3.14?(0.0502?0.0252)?0.001472m2=14.72cm2 44.3.3液压缸行程计算

根据以往采煤机的设计经验和液压缸行程系列表 表 液压缸行程系列（GB2349-80） 25 500 50 630 80 800 100 1000 125 1250 160 1600 200 2000 250 2500 320 3200 400 4000 综合液压缸的行程系列表取液压缸行程为S=200mm

4.3.4 液压缸最大流量计算

液压缸的最大流量qmax

qmax?Avmax?0.00211?0.01?0.0000211m3/s 式中，A------液压缸的有效面积，m2，（A1或A2）;

vmax-----液压缸的最大速度，m/s，这里vmax=0.01m/s。

4.4 液压泵的选择

4.4.1 确定液压泵的最大工作压力计算

Pp≥p1+∑Δp=1+0.1=1.1MPa

p1----------液压缸或液压马达的最大工作压力

∑Δp------系统进油路上的总压力损失，若系统在执行器停止运动时才出

现最高工作压力，则∑Δp=0；否则需对其进行计算（见第2.4节）。初算时可凭经验进行估取：简单系统取∑Δp=0.1～0.5MPa；复杂系统取∑Δp=0.5～1.5 MPa。这里取∑Δp=0.1MPa.。

4.4.2确定液压泵的流量计算

多个执行器同时动作的系统，液压泵的最大流量应大于同时动作的执行器所需的总流量，并应考虑系统的泄露。

qvp?k?q1.1?0.00002?11vax?m 3210.003m00 2s/式中，K-------系统泄露系数，一般取K=1.1~1.3,这里K=1.1

?qvmax-----同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量。对于在工作过程

中用节流调速的系统，还须加上逆流阀的最小逆流量，此处略去。

4.4.3选取液压泵的规格

按照液压系统图中拟定的液压泵的形式及上述计算得到的pp和qvp值，由产品型录或样本选取相应的液压泵规格。为了保住系统不致因过度过程中过高的动态压力作用被破坏，系统应有一定的压力储备量，通常推荐液压泵的额定压力比；液压泵的额度流量宜pp高25%~60%（高压系统取高值，中低压系统取大值）与qvp相当，不应超过太多。

齿轮泵结构简单，工艺性好，体积小，重量轻，维护方便，使用寿命长，但工作压力较低，流量麦冬和压力脉动较大，如高压下不采用端面补偿时，其容积效率将明显下降。内啮合齿轮与外啮合齿轮泵相比，虽然其结构更紧凑、体积小、吸油性能好、流量均匀性较好，当结构较为复杂，加工性差。此处选用CB-B2.5型外啮合齿轮泵。

CB-B2.5型外啮合齿轮油泵是低压、小排量系类油泵。泛用于液压系统、纺织机械和其他中小型机械作为液压系统能源和润油油源及油库、油罐、油桶转油等。下表是CB-B2.5型外啮合齿轮泵的参数。

表2-4-3 下表是CB-B2.5型外啮合齿轮泵主要参数

型号 公称排量 (ml/r) 额定压力 （MPa） 额定转速（r.min-1） 驱动功率（KW） 重量（Kg） L ,S,H(mm) CB-B2.5 2.5 2.5 1450 0.13 2.5 77,65，95 容积效率 ?0.70 4.5 液压泵的驱动功率计算与电动机的选择

在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定 P?PPQP?P61.1?10?0.00002321??0.03KW0

0.85本设计为实验室科研用采煤机，无矿井易爆，多尘埃等工作特点，但要求体积小、重量轻、外形美观等特点。综合液压泵功率要求和流量计算要求选用D02-6314型号三相异步电动机。此电动机结构简单，运行可靠，技术经济指标优异，维护方便，并符合国际IEC标准中的有关规定，适宜一般驱动用。

D02-6314型号三相异步电动机主要参数如下表所示 表编号

表2-5 D02-6314型号三相异步电动机主要参

型号 功率 /KW 电流转速/ (r/min) 1400 效率/ (%) 51 功率气息长度 因素 0.85 /mm 0.25 (220V)/A 0.94 D02-6314 0.090 驱动液压泵的电动机，可根据上述计算公式算出的功率和液压泵的转速及其使用环境，从产品样本或型录中选定其型号规格。并对其校核，以保证每个工作阶段电动机的峰值超调量都低于25%。

4.6 液压阀的选择

阀的规格，根据系统的工作压力和实际流量通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。逆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速度的要求。控制阀的流量一般要选的比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间流过量。

阀的型式，按安装方式和操作方式选择。

4.6.1 手液动换向阀的选用

本机设有两只手液动换向阀，两只的内部结构和机能完全一样，均为H 型三位四通换向阀，阀芯靠弹簧复位。手液动换向阀与集成阀块板式联接，通过集成块的内部孔道，与调高泵相连。阀体左、右两侧各贴有一只三位四通电磁换向阀，作为该阀的先导控制，通过阀体的内部孔道，将电磁换向阀的A、B 口与手液动换向阀两端的控制油腔连通。当操纵电气按钮调高时，电磁换向阀动作，迫使手液动换向阀阀芯移动。电磁换向阀的中位机能是Y 型，因此该阀既可用手直接操作，也可通过电磁换向阀确定其阀的工作位置，使压力油进入调高油缸，使其伸缩，实现摇臂的升降。

此次选用隔爆比例电液换向阀GDBWH-03。

表2-6-1 GDBFWH-03型隔爆比例电液换向阀主要参数

公称直额定流工作压滞环 重复响应时相对零幅频宽 重量 径/mm 量L/min 力/MPa (%) 精度间/ms (%) 10 135 <31.5 <6 <3 <150 <3 <10 8.8 偏(%) /Hz /kg 4.6.2 溢流阀的选择

溢流阀是一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用和安全保护作用。只要有定压溢流作用和安全保护作用。

定压溢流作用：在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。

安全保护作用：系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限（系

统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高10％～20％）。此设计选用低压溢流阀调节压力为2.5 MPa。

此次设计选择BT-03-*-32溢流阀

表2-6-2 BT-03-*-32溢流阀主要参数

公称直径 /in 3/4 调压范围 /MPa 0.5~25 最大流量L/min 100 重量 /kg 5.0 4.6.3节流阀的选择

节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。

一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。 对节流阀的性能要求是：

1、流量调节范围大，流量一压差变化平滑；

2、内泄漏量小，若有外泄漏油口，外泄漏量也要小； 3、调节力矩小，动作灵敏。 此次设计选择SRC-06型节流阀。

4.6.4 液压锁的选择

SO液压锁(双向液压锁)用于工程机械液压系统中，也可直接装在液压缸上，可长时间保持液压缸活塞杆的位置不变。该液压锁主要应用于起重机机械、矿山机械、工程机械或其它机械的液压系统中。此次选择SO※－H15B。

表2-6-4 SO※－H15B型液压锁主要参数

型号 SO※－H15B 公称压力（MPa） 公称流量（L/min） 31.5 温度范围（℃） 工作油液 -20～+80 63 粘度范围（mm2/s） 10～400 公称开启压力（MPa） ≤9 过滤精度（μm） ≤10 4.7 液压油的选择

本设计采煤机为实验室用采煤机液压系统的工作压力较低，环境温度不会过高，宜选用粘度较不大，耐磨性好的液压油。在液压系统中的所以元件中，以液压泵对液压油的性能最为敏感。因为泵内零件的运动速度很高，承受的压力较大，润滑要求苛刻，温升高。因此，常根据液压泵的类型及要求选用液压油的粘度。所以选用N7液压油。

4.8 管道尺寸的确定

胶管安装连接方面，适用于连接两个相对运动部件之间的管道，或弯曲形状复杂的地方。高压胶管是钢丝编织或钢丝缠绕的骨架的胶管，用于压力油路。低压胶管是麻线或棉纱编织体为骨架的胶管，用于压力较低的回路或气动管路中。 根据软管内径与流量、流速的关系按下式计算 A? d1?1qv13.625???0.71cm2 6v60.854A?4??4?0.71?9.51mm 3.14 d2??4qv43.625???3.92mm 6v3.146?5d3???qv43.625???6.20mm 6v3.146?2 /min3.L625其中 qv?145?02.?5?31?0式中 qv------通过管道内的流量（m3/s） v-----管内允许流速（m/s）

表2-8（a）允许流速推荐值

管道 液压泵吸油压力 液压系统压油管道 推荐速度（m/s） 0.5~1.5，一般常取1以下 3~6，压力高，管道短，粘度小取大值 液压系统回油压力

1.5~2.6 表2-9(b) 主要管道内径

管路名称 吸油管 压油管 回油管 通过流量 /(L/min) 3.625 3.625 3.625 允许流速管路内径 /mm 0.85 5.0 2.0 /mm 9.51 3.92 6.2 实际取值 /mm 10 5 6.3 胶管型号 A38?6S-21 B19?4S-34.5 B25?4S-27.5 2.9油箱容量的确定

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供油时，油箱不能溢出，以及系统最大充满油时，油箱的油位不低于最低限度

初始计算时，先按经验公式确定油箱的容量，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?aqv?3?3.625?10?3?0.010875m3=10.875L 式中 qv 液压泵每分钟排出液压油的容积（m3） a 经验系数

表2-10 经验系数a

系统类型 行走机械 1~2 低压机械 2~4 中压机械 5~7 锻压机械 6~12 冶金机械 10 a 2.9.1液压泵功率损失计算

H1?P(1??)?75.525?(1?0.80)?15.105W 1?106?0.00006042其中P???75.525W

?0.80pq 式中P--------液压泵的输入功率P?pq?，W

?---------液压泵的总效率，一般在0.7~0.85之间，常取0.8

p-------液压泵实际出口压力，Pa q-----液压泵实际流量，m3/s

2.9.2阀的功率损失计算

其中以泵的绝大部分流量流经手液换向阀返回油箱时，功率损失很小 H2?pq?0

p--溢流阀调整压力

q---经过溢流阀流回油箱的容量

2.9.3管路损失及其它功率损失计算

此项功率功率损失，包括很多复杂的因素，由于其值较小，加上管路散热的关系，在计算时常予以忽略，一般可取全部能量的0.03~0.05倍，即 H3?0.04 3.021P?75.5?250.?04W2.9.4系统总的功率损失计算

系统总的功率损失系统的发热功率H为上述各项之和

H?H?5.105?0?3.02?11?H2?H31 1261W8.2.9.5散热计算

液压系统各部分所产生的热量，在开始一部分由运动介质及装置本体所吸收，较少一部分向周围辐射，当温度达到一定值时，散热量与发热量相对平衡，系统即保持一定的温度不再上升，若只考虑油液温度上升所吸收的热量和油箱本身所散发的热量时，系统的温度T随运转时间t变化关系如下 T?T0?H?kA[1?exp(t )（]K） kACm 当t?t?时，系统的平衡温度为 Tmax?T?0H kA 式中T0----油液温度，K A-----油箱的散热面积，m

22W/(mK) k ----油箱的传热系数，

周围通风很差时 k=8~9 周围通风良好时 k=15 用风扇冷却时 k=23

用循环水强制冷却时 k=110~174

2.9.6油箱容积计算

环境温度为T0，时，最高允许温度 Amin?Ty的油箱的最小散热面Amin为

H18.126??0.06m721

k(Ty?T0)9?(5?020) 所以需要使用冷却器。

2.10冷却器的选用

液压系统工作时，因液压泵、液压马达、液压缸的容积损失和机械损失，或控制元件及管路的压力损失和液体摩擦损失等消耗的能量，几乎全部转化为热量。这些热量除一部分散发到周围空间，大部分使油液及元件的温度升高，如果油液温度过高（80℃）将会严重影响系统的正常工作。一般规定液压用油的正常温度范围为15~70℃。

2.10.1散热面积计算

根据热平衡方程式：

H2?H?H1

式中 H?Pp?Pe?Pp(1??p?c?m)

?c?

?p1q1?ppqp

H---系统的发热功率，W PP---油液的总熟入功率 Pe---液压执行元件的输出功率

?p---油泵的效率

?m---液压执行元件的效率，对液压缸一般取0.95计算 ?c---液压回路效率

?p1q1--各液压执行元件工作压力和输入流量乘积总和

?ppqp---各油泵供油压力和输出流量乘积总和

当液压系统处在长期连续工作状态时，为了不使系统温升增加，必须使系统产生的热量全部散发出去，即 H2?H

若H2?0,则不设冷却器。

2.10.2冷却器的散热面积计算

H25.47?103 A???0.41m2

k?tm350?38考虑到冷却器工作过程中由于污垢和铁锈的存在，导致实际散热面积减少，因此在选择冷却器时，一般将计算出来的散热面积增大20%～30%。 A??1.3?0.41?0.53m2

t1?t2t1??t2?333?339293?303 式中?tm?????38K

2222 其中?tm--油与水之间的平均温差，K t1--液压油进口温度, K t2--液压油出口温度, K

t1?t2?--冷却水进口温度, K --冷却水出口温度, K

--冷却器的传热系数，初步计算可按下列值计算： 蛇形管式水冷，k?110～175W/(m2K)

多管式水冷， k??350～580W/(m2K) 平板式水冷， k?465W/(m2K)

2.10.3冷却水量计算

冷却器的冷却水吸收的热量应等于液压油放出的热量，即

C?Q???(t2??t1?)?CQ?(t1?t2)?H2

设t2=50℃=333K，t1=339K

H25.47?103t1??t2??60?66℃CQ?1800?0.001?900因此需要的冷却水量

H25.47?103Q????7.84L/min

C???(t2??t1?)4186.8?1000?(30?20)3其中，Q，Q?---油及水的流量，m/s

C，C?--油及水的比热，C=1675~2093J/(kgK)，

C?=4186.8J/(kgK)

33????kg/mkg/m?? ，--油及水的密度，=900, =1000

选择10/0.4冷却器

2.10.4过滤器的选择

过滤器以前称滤油器，其功用是过滤液压油液中的杂质，降低油液污染度，保证液压系统正常工作。由于液压系统的各类故障绝大多数由油液污染造成，而过滤器是保持油液清洁的主要手段，所以合理选择和设置液压系统中的过滤器显得非常重要。

过滤器的设计主要根据工作压力和过滤精度的要求选择滤芯材料，按所要求的流量及选择的滤芯材料来计算过滤面积。选择过滤器的通油能力时，一般应大于通过流量的2倍以上。

Qu0.00098?2?900?100?10?66A??10??106?8820m2??p2?0.01

3式中 Q--过滤器的额定流量，m/s

?---油的动力粘度，Pas ?p--压力差，Pa

?---滤芯材料的单位过滤能力，L/cm特种滤网?=0.03~0.06，

纸质滤芯?=0.035，线隙式滤芯?=10，一般网式滤芯?=2

WU型线隙式过滤器一般安装在泵吸油管端部，起保护泵的作用，具有结构简单，通油能力大，阻力小，易清洗等优点。 因此：粗过滤器选择XU-B160?100型过滤器。 精过滤器选择ZU-H160?10型过滤器。

22.11液压缸结构参数的设计

液压缸结构参数，主要包括缸筒厚度、油口直径、缸底厚度、缸头厚度等。 液压缸采用法兰型液压缸，这类缸尺寸较大，适用于大中型液压缸，缸内径通常大于100mm,额定工作压力PN=25～40MPa，能承受较大的冲击负荷和恶劣的外界环境条件，属重型缸，多用于重型机械、冶金机械等。

液压缸材料：缸体采用45钢，并调质241～285HB,缸体内径采用H8、H9配合，缸盖选用45号锻钢活塞采用耐磨铸铁，活塞杆采用45钢，粗加工后调质到硬度为229～285HB。活塞与缸体的密封采用O型密封圈（密封性能好，摩擦系数小，安装空间小）

2.11.1缸筒壁厚的计算

对于中高压系统，或当D/??3.2时，液压缸缸筒厚度按第四强度计算

??D[?]320100(?1)?(?1)?76mm 2[?]?1.73py2100?1.73?1.25?25式中： ?--液压缸缸筒壁厚，m

pyp?1.5p--试验压力，MPa，工作压力p?16MPa时，y工作压力

p?16MPa时，py?1.25p

D—液压缸内径，m

[?]--液压缸许用应力，MPa

对于：锻钢[?]?100~120MPa 铸钢[?]?100~110MPa 钢管[?]?100~110MPa 铸铁[?]?60MPa

D1?D?2??320?80?2?480mm 液压缸油口直径计算 d0?0.13Dv?50mm v0式中 d0--液压缸油口直径，m D--液压缸内径，m

v--液压缸最大输出速度，m/s v0--油口液流速度，m/s

2.11.2缸底厚度计算

平底缸底，当缸底有油孔时、

h?0.433Dpy[?]?0.433?320?1.25?25?77mm100

式中，h--缸底厚度，mm D--液压缸内径，mm

py--试验压力，MPa

[?]--液压缸许用应力，MPa

2.11.3缸头厚度计算

由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔，因此其厚度的计算方法与缸底有所不同。对于常用的法兰式缸头，其计算方法如下

螺钉连接法兰

h?3F(D0?dcp)

?dcp[?] 式中，h--法兰厚度，m F--法兰受力总和，N

44

d--密封环内径，m

F??d2p??2(dH?d2)q

dH--密封环外径，m p--系统工作压力，pa

q--附加密封力，，pa若采用金属材料密封时，q值取值屈服点

D0--螺钉孔分布圆直径，m

dcp--密封环平均直径，m

[?]--法兰材料的许用应力，pa

2.11.4缸体与缸盖的连接形式

缸体与刚改的连接形式与工作压力、缸体材料与工作条件有关。 端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将液压缸的活塞杠(柱塞)腔封闭，并起着为活塞杆导向，防尘和密封的作用。后端盖将缸筒内腔一端封闭，并常常起着将液压缸与其他机件连接的作用。常用的缸筒与端盖的连接有拉杆、法兰、焊接、外螺纹、外卡环、内螺纹、内卡环和挡圈等八种连接型式。其中焊接连接型式只用于缸筒与后端盖的连接。

2.11.5活塞杆与活塞的连接形式

活塞材料通常用钢或铸铁，也有用铝合金制成的，它的结构上主要考虑的问题是：活塞与缸筒的滑动和密封，活塞与活塞杆之间的连接与密封。

活塞根据压力、速度、温度等工作条件来选用密封件的型式，而选定的密封件型式决定了活塞的结构型式。

活塞杆的内端是用来与活塞连接的部位，常用的活塞与活塞杆连接结构型式见下图。所有的连接结构型式均须有锁紧措施，以防止活塞作往复运动时松动。

2.11.6活塞杆的结构

活塞杆的外端是液压缸用以与负载连接的部位，可根据液压缸的安装连接方式有多种结构型式。常用的活塞杆的外端结构型式： (a)光杆(带销孔)；(b)球头；(c)圆形双耳环；(d)单耳环(带球铰)；(e)方形双耳环；(f)单耳环；(g)外螺纹(带肩)；(h)外螺纹(无肩)；(i)内螺纹

2.11.7活塞杆的导向、密封和防尘

活塞杆的导向套安装在液压缸有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。当导向套采用非耐磨材料时，其内侧还可装导向环，用作活塞杆的导向。

在液压缸的前端盖内，有对活塞杆导向的内孔；有对缸筒有杆侧腔密封的密封件；有活塞杆内缩时刮除附着在表层的杂质、灰尘和水份的防尘圈。

活塞杆的导向有无导向套(环)、金属导向套和非金属导向环等三种结构型式。

2.12联轴器计算

不同的联轴器有不同的作用，综合各种联轴器的作用如下：把原动机和 工作机械的轴联接起来并传递扭矩；可以适当补偿两根轴因制造、安装等因 素造成的径向和轴向误差；当发生过载时，联轴器打滑或销子断开以保护工 作机械；弹性联轴器还有缓冲和吸振的作用。

2.12.1联轴器的理论转矩计算

联轴器的理论转矩是根据功率和工作转速计算而得，即

T?9550P30W?9550??195N?m n1470式中，T--理论转矩

W--驱动功率，KW P n--工作转速，r/min

2.12.2联轴器的计算转矩计算

联轴器的计算转矩是由理论转矩和动力机系数、工况系数及其有关系数计算而得，即

?195?1?1.5?1.?31.?1N4 1?m8WKKZKt Tc?TK式中，KW--动力机系数，动力机是电动机，KW?1 K--工况系数，工作机是泵，K?1.5 KZ--起动系数，KZ?1.3

Kt--温度系数，工作温度假设为30°~ 40°，Kt?1.1

2.12.3通过选用计算确定联轴器的规格

当需要减振、缓冲、改善传动系统对中性能时，应选用弹性联轴器，机组系统中联轴器为唯一弹性部件，主、从动机可简化为两个质量系统。

弹性活销联轴器减振、缓冲性能好、补偿量大，工作平稳可靠，无噪音，不用润滑和密封，拆装方面，工艺性能好，成本低，使用寿命长，通用性好，适用范围广，便于各种行业选用配套，更换弹性元件不用移动联轴器。可广泛用于冶金、矿山、起重、运输、化工、船舶、交通、纺织、轻工、农机等轴系传动。

通过计算，选用LF9弹性活销联轴器。

表2-12-3 LF9弹性活销联轴器主要参数

公称转型号 矩/N?m 910 /r/min 铁 LF9 3180 钢 4240 许用转速轴孔直/mm 50~65 径转动惯外径/mm 180 量/kg?m 0.059 2质量/kg 19.1 2.13 管道选择、布置与连接

2.13.1管道的作用

液压系统中元件与元件之间的连接，以及载能工作介质的输送是借助于管路、软管、油路块的孔道来实现的。在接口处通常使用可以拆开的连接件。选择管路、接头与连接件时耍考虑的因素有：静态和动态压力、所通过的流量、密封特性、机械振动和液压脉动、安装的便利性、周围的条件和货源及成本等。

2.13.2管道的要求

2.13.2.1管子的强度

管于的强度应足以承受所使用的工作压力．并能承受机器循环中的任何阶段可能出现的最高冲击压力；足以支撑安装在管路中的元件；足以减小或抑制由机器的正常工作所产生的冲击等。 2.13.2.2管子的口径

既保证最佳的流动状态，又能经济地利用材料。 2.13.2.3管子的连接

与元件连接处要设置可拆开的连接件(管接头或法兰)，以便检修或拆装元件；连接处要妥为密封；连接密封要设计成能以最短的时间和最少的维修工作量重复使用。

2.13.3管路布置的一般要求

①管路布置一股公所连接的元件及设备布置完毕后进行，这就限制了布置方案的多样性。

②管路敷设位置应便于装拆、维修，且不妨碍生产人员通道、维修区、操作者活动区的通畅，不妨碍液压元件和设备部件的调整、运转(如机床排屑，上、

下料相机件运动)、检修和拆装。

③管子外壁与相邻管路的管件轮廓边缘之间，应留有一段允许最小距离。同一排管路的法兰或活接头匝错开一定距离，保证安装和拆卸方便，能单独拆装而不干扰其他管路或元件。

④机体上的管路应尽量靠近机体，且不得妨碍机器动作。 ⑤管子应有充分的支撑和固定，不得在元件连接面上诱发应力。

⑥对于由若干个独立的部分(如液压泵站、阀架、蓄能器架等)组成的液压系统，则每部分内部的管路匝引到该部分的一例结束。对外连接的各油口或接头应有与回路图上一致的标记。各油口之间要留有足够的间隙以便能单独装拆每根外部接管。

⑦管子应有弯．弯管半径要足够大。但管接头附近应是直管。

⑧对于软管，应使其不被拉紧、不受扭曲、不被弯成过小半径不在管接头附近弯曲，不互相摩擦也不被摩擦。

2.13.4管路布置的限制因素

管路布置的限制因素有管路通径、材质、妨碍操作、空间大小、干涉(与机件的干涉及管路间的干涉)、可转拆性、管路用料量、压力损失、动态特性等，这些因素相互关联。

根据这些限制因素，管路布置应遵循的具体规则如下： ①美观性原则。管路应横平竖直．排列整齐、疏密适当。

②最短距离原则。这不是单纯几何意义上的直线距离最短。由于系统中元件布置、干涉问题、弯管工艺性等的影响，最短距离原则主要应考虑管路用料量及管路能量损耗。

③直角化原则。理论上，为了连结的需要，管道弯曲可以是任意角度。但由于施工条件的限制，在大多数情况下，金属管采用直角弯管。

④规避原则。管路的具体布置，—般是在所连接的元件及设备布置完华后进行。由于不允许元件或部件的位置作较大变动，因此只能对管路的走向加以调整。规避原则，要考虑避免运动于涉及装配干涉等。并考虑避免与先前布置好的管路干涉。

⑤贴近原则。由于系统中的管路是在给定系统后布置的，例如泵站的管路布

置在油箱、阀组之间，为了既有利于固定办可节省管路用料，管路应贴近油箱表面布置。

⑥工艺原则。即考虑到管道动态特性、管路压力损失和管道加工性对管道布置的影响，要求对管长、管径、弯角有所限制。

2.13.5管路的选择

2.13.5.1硬管的选择

对于具有不同管路长度的刚性连接．一般使用硬管。因为硬管成本低、阻力小、安全，故在硬管和软管之间作出选择时，应优先选用硬管。硬管可分成两大类，一类是通径定寸的，另一类是外径定寸的。 2.13.5.2软管的选择

软管用于相互运动的液压元件之间的挠性连接，或者用于有关元件的布置很不利，致使软管连接成为惟一现实的解决办法的场合。软管还兼有吸振和消声的作用，例如液压泵的出口安装一段软管，其目的就在于此。软管在行走设备上的应用要较固定设备多。

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，内管外面有若干层加固层。加固材料有天然或合成纤维成纱、金属丝或它们的组合。加固层可以是编织的、缠绕的或两者兼而有之。最外面是一层耐泊耐天候的蒙皮。各层之间有粘接剂。

2.13.6管路的连接

管接头的主要作用是连接硬管或软管与液压元件、连接管子与管子以及在隔墙处提供链接与固定。如图所示

管子与液压元件、管子与管子之间的连接有可拆连接和永久性连接。永久性接头可以是熔焊的、钎焊的、冷挤压的或胶合的。这种接头是由航空航天工业开

发的，它主要从可靠度高、安装成本低和重量轻方面考虑。这种接头尽管是为航空航天业开发的．但是目前在工业设备中已经得到应用。然而．它们不能重复使用。

可拆连接可以至复使用，所用的连接件有管接头、法兰、底板之类，也可以不用连接件而把管子与元件直接连接。管子连接件的种类与持点见表

2.14油箱及其设计

2.14.1油箱的作用:

①存储液压油液

油箱必须能够放液压系统中的所有油液，液压泵从油箱吸油送至系统，油液在系统中完成动力传递之后返回油箱。

②散发油液热量

液压系统中的容积损失和机械损失导致油液温度升高。油液从系统中带回的热量有很大一部分靠油箱壁散发到周围空气中。这就要求油箱有足够的尺寸，尽量设置在通风良好的位置上，必要时油箱外壁要设置翘片来增加散热能力。

③溢出空气

液压系统低压区低于饱和蒸汽压、吸油管漏气或液位过低时由漩涡作用引起泵吸入空气、回油的搅动作用等都是形成气泡的原因。油液泡沫会导致恼人的噪音和损坏液压装置，尤其在液压泵中会引起气蚀。未溶解的的空气在油箱中逸出，因此希望有尽可能大的油液面积，并使油液在油箱里逗留较长的时间。

④沉淀杂质

未被过滤器捕获的细小污染物如磨损屑或油液老化生成物，可以沉落到油箱底部并在清洗油箱时加以清除。

⑤分离水分

由于温度变化，空气中的水蒸气在油箱内壁上凝结成水滴而落入油液中，其中只有很少数量溶解在油液里。未溶解的水会使油液乳化变质。油箱提供水分离的机会，使这些游离水聚积在油箱的最低点，以备清除。

⑥安装元件

在中小型设备的液压系统中，往往把液压泵组合一些阀或整个液压控制装置有直接安装在油箱顶部上。油箱必须制造得足够牢固以支撑这些元件。一个牢固的油箱还在降低噪音方面发挥作用。

2.14.2油箱的结构设计

2.14.2.1油箱的形状

油箱的形状取决于主机的要求和安装空间的限制，工程机械常用的有方形和异型。如图所示。

2.14.2.2箱顶

油箱顶部的结构取决于它上面装些什么。箱顶上安装其他控制元件时，顶板的厚度应为侧板厚度的2-4倍，以免产生振动，且应设隔振垫。为了便于布置和维修，有时采用装在箱顶上的回油过滤器。箱顶上的螺纹孔应该用不通孔，以防污染物落入油箱之内。箱顶上各类元件的设置见图。箱顶结构如图。

.

2.14.2.3箱壁、清洗口、吊耳

当箱盖与箱壁之间为不可拆连接时，应在箱壁上至少设置一个清洗口。清洗口的数量和位置应便于用手清理所有内表面。清洗口盖板应该能由一个人拆装。盖板应配有可以重复使用的弹性密封件。清洗盖板及密封件的细节见图。

搬动油箱时，可以使用叉车，也可以使用吊车。起吊时可以利用焊在油箱四角箱壁上方的吊耳。圆柱形焊接吊耳见图和表，钩形焊接吊耳见图。估算吊耳的起重量时不要忘记油液的重量。

表2-14-2-3（a） 圆柱形焊接吊耳尺寸 单位mm

每吊耳起重量/吨 0.7 φ26 1.7 φ40 3.9 φ55 7.4 φ70 11.2 φ80 φ36 φ55 φ80 φ100 φ120

表2-14-2-3（b） 钩形焊接吊耳尺寸 单位mm

每吊b h1 h2 h L l S R r1 r2 r3 80 38 25 6 4 15 62 30 20 5 3 12 48 23 16 4 2 9 33 16 10 3 2 6 20 10 6 1.6 1 5 d d1 L l R r c K

重量kg 0.09 0.4 1.28 3.04 5.64 K 重 耳起重量/吨 1.6 3.3 5.4 7.8 10.3 8 10 12 14 16 80 112 145 178 210 70 20 50 20 20 15 8 25 26 20 8 32 30 25 9 量 kg 20 10 4 0.35 25 13 5 0.64 30 15 7 1.54 100 25 60 130 30 75 160 35 90 38 36 30 12 35 18 8 2.7 190 40 105 45 40 35 14 40 20 9 3.85 2.14.2.4箱底

油箱底部应该向清洗口倾斜，倾斜度通常为1/25～1/20。这样可以促使沉积物（油泥或水）聚集到油箱中的最低点。应在最低点设置不小于M18*1.5的放油塞。

2.14.2.5隔板、隔墙与除气网

为了延长油液在油箱中逗留的时间，促进油液在油箱中的环流，促使更多的油液参与在系统中的循环，从而更好地发挥油箱的散热、除气、沉淀等功能，油箱中，尤其在油液容量超过100L的油箱中应设置内部隔板。隔板要把系统回油区与吸油区隔开，并尽可能使油液在油箱内沿着油箱壁环流。隔板缺口处要有足够大的过流面积，使环流流速为0.3～0.6m/s。典型的隔板结构见图。如果隔板与油箱内表面之间采用焊接连接，则焊缝应该满焊，不要留下可能无法清理的藏污纳垢的缝隙。隔板的设置给油箱内部清洗带来一定困难，在清洗口及放油口的设置上应作相应的考虑。

图所示的除气网有助于油液中的气泡浮出液面。除气网用网眼直径为0.5mm的金属网，倾斜10°～30°布置。

图2-14-2-5(a) 除气网

2.14.3油箱附件的配置及其注意事项

油箱附件的配置，一般是根据液压系统的要求来进行的，但不外乎包括空气滤清器、吸回油滤油器、液位液温计等等。 2.14.3.1空气滤清器

对开式油箱来说，空气滤清器是必备的。通常，它兼作注油口用，其容量一般按泵最大流量的１.５～２倍选取，以便即使在系统尖峰需要期间液面迅速下降时也能在油箱内保持大气压力。通常将它置于油箱的顶部，对行走机械，滤清器安放位置应考虑车辆爬最大坡度和下坡时不致使油液从其中溢出（见图）。

图2-14-3-1

2.14.3.2吸油滤油器

吸油滤油器一般作保护型过滤器用，用来保护液压泵不被较大颗粒污染物所损坏。常常安放在液压油箱的里面。带滤芯和滤壳的滤油器不仅有自封能力而且可方便地带有真空表，被应用得越来越广。 2.14.3.3回油滤油器

回油滤油器一般作工作型过滤器用，常选用精滤器。安放位置：它可以被安放在油箱的顶部或侧面。但必须保证油液的出口始终淹没在液面以下，以防产生泡沫。

2.14.3.4液位、液温计

小型油箱液位计的最高刻度线对应油液最高位置，最低刻度线对应最低允许油位（为了确保液压泵不吸空，最低允许油位一般设在泵吸油口以上75mm左右）。大型油箱，在最低允许油位处设一小液位计，或使用液位传感器。当液位达到最低允许油位时，发出报警信号，提醒操作者加油。液位计安放在便于观察的地方。

2.15液压站设计

2.15.1液压装置设计的目的意义

液压系统的整个设计流程实质上分为两大部分：一是系统的功能原理设计(包括功能设计、组成元件设计和液压系统计算等3个环节)；二是系统的技术设计(包括液压装置及电气控制装置的设计)。液压装置设计(泛指液压系统中需自行设计的那些零部件的结构设计的统称)的目的在于选择确定元、辅件的连结装配方案、具体结构，设计和绘制液压系统产品工作图样，并编制技术文件，为制造、组装和调试液压系统提供依据。电气控制装置是实现液压装置工作控制的重要部分，尽管电气控制装置的设计超出了液压专业的范围，但却是液压系统设计中不可缺少的重要环节。电气控制装置设计在于根据液压系统的工作节拍或电磁铁动作顺序表，确定相应的控制电路、选择电气控制器件并设计其控制柜(箱)。 所设计和绘制的液压系统产品工作图样包括液压装置及其部件的装配图、非标准零部件的工作图及液压系统原理图、系统外形图、安装因、管路布置图，电气原理图、自制零部件明细表、标准液压元件及标准连接件、外购件明绍表、备料清单、设计任务书、设计计算书、使用说明书、安装试车要求等技术文件。 液压装置设计是液压系统功能原理设计的延续和结构实现，可以说也是整个液

压系统设计过程的归宿。事实上，一个液压系统能否可靠有效的运行，在很大程度上取决于液压装置设计的质量的优劣．从而使液压装置结构设计在整个液压系统设计过程中成为一个相当重要的环节．故设计者必须给予足够重视。

2.15.2液压泵站上泵组的布置

液压泵站上泵组的布置方式分成上置式和非上置式。泵组置于油箱上的上置式液压泵站中，采用立式电动机并将液压泵置于油箱之内时，称为立式（图1）；采用卧式电动机时称为卧式（图2）。非上置式液压泵站中，泵组与油箱并列布置的为旁置式（图3）；泵组置于油箱下面时为下置式（图4）。

图2-15-2(a) 上置式液压站（立式） 图2-15-2 (b) 上置式液压站（卧式）

2-15-2(c) 旁置式液压站图 2-15-2(d) 下置式液压站 此次设计采用旁置式液压站

2.15.3液压泵站的集成方式

液压泵站的集成方式有两种：有管集成和无管集成。

有管集成是液压技术中最早采用的一种集成方式。它用管件（管子和管接）将各管式连接液压控制阀集成在一起。其主要优点连接方式简单，不需要设计和制造油路板或油路块。缺点是当系统的控制元件较多时，要求有较多的管子和管接头，上下交叉，纵横交错，占用空间大，从而使得系统布置相当不便，安装维护和故障诊断困难，系统运行时，压力损失打，且容易产生泄露，混入空气及振动噪音等不良现象。此种集成方式仅用于较简单的液压系统及有关机械设备中。 无管集成是将液压元件固定在某种专用或通用的辅助连接上，辅助连接件内开有一系列通孔油道来实现，按辅助连接形式不同，无管集成可分为板式、快式、链式、叠加阀和插装式等。它们的共同特点是：油路直接坐在辅助元件或液压阀体上，省去了管件；结构紧凑，组装方面，外形整齐美观，安装位置灵活；油路通道短，压力损失较小，不易泄露。此种集成方式既可适用于工业液压设备中，也可用于行走设备及其他设备上。

液压站的组装调试、使用维护与故障诊断

正确安装调试及合理使用维护液压站．是保证其长期发挥和保持其良好工作性能的重要条件之一。为此，在液压站安装调试中，必须熟悉主机的工况特点及其液压系统的工作原理与液压站各组成部分的结构、功能和作用并严格按照设计要求来进行：在液压站使用维护中应对其加强日常维护和管理，井遵循制造厂的使用维护要求。

2.16液压站的组装

在组装液压站之前，首先应熟悉有关技术文件和资料，如液压系统原理因、液压控制装置的集成回路图、电气原理因、液压站各部件(如液压油箱、液压泵组、液压控制装置、蓄能器装置)的总装图、管道布置图、液压元件和附件清单相有关产品样本等；然后按液压元附存清单．准备好有关物料．井对其规格和质量按有关规定进行细致检查，检查不合格的元件和物料，不得装上液压站。

2.16.1液压元件的检查

液压元件的型号规格应与元件清单上一致：生产日期不宜过早，否则其内部密封件可能老化；各元件上的调节螺钉、手轮及其他配件应完好无损；电磁阀的电磁铁、压力继电器的内置微动开关及电接触式压力表内的开关等应工作正常；

元件及安装底板或油路块的安装面应乎整，其沟槽不应有飞边、毛刺、棱角，不应有磕碰凹痕，油口内部应清洁；油路块的工艺孔封堵螺塞或球涨等堵头应齐全并连接密封良好；油箱内部不能有锈蚀，通气过滤器、液位计等油箱附件应井全，安装前应清洗干净。

2.16.2管件的检查

油管的材质、牌号、通径、壁厚相接头的型号规格及加工质量均应符合设计要求及有关规定。

金属材质油管的内外壁不得有腐蚀和伤口裂痕，表面凹入或有别离层和结疤；软管(胶管和塑料管)的生产时间不得过久。管接头的螺纹、密封困的沟槽棱角不得有伤痕、配合不得松动或卡涩。

2.16.3液压元件的拆洗与测试

液压元件一般不宜随便拆开，但对于内部污染或生产、库存时间过久，密封件可能自然老化的液压元件则应根据情况进行拆洗和测试。 2.16.3.1拆洗

拆洗液压元件必须在熟悉其构造、组成和工作原理的基础上进行。元件拆开时建议对各零件拆下的次序进行记录，以便拆洗结束组装时正确、顺利的安装e清洗时，一般应先用洁净的煤油清洗，再用液压系统中的工作油液清洗。不符合要求的零件和密封件必须更换。组装时要特别注意不使各零件被再次污染和异物落入元件内部。此外，油箱、油路板及油路块的通油7L道也必须严格清洗并妥善保管。 2.16.3.2测试

经拆洗的液压元件应尽可能进行试验，一些主要液庄元件的测试项目见 试的元件均应达到规定的技术指标，测试后应妥善保管，以防再次污染。

2.16.4液压元件和管道安装

2.16.4.1液压元件的安装

(1)液压泵和液压马达的安装

液压泵与原动机、液压马达与其拖动的主机工作机构问的同袖度偏差应在0．1mm以内．轴线间的倾角不得大于1°；不得用敲击方式安装联轴器、液压泵和液压马达的旋转方向及进出油口方向不得接反。

(2)液压缸的安装

安装前应仔细检查其活塞杆是否弯曲。液压缸有多种安装方式，对于底座式或法兰式液压缸可通过底座或法兰前设贵挡块的方法，力求安装螺钉不直接承受负载．以减小倾覆力矩；对于抽销式或耳环式液压缸，则应使活塞杆顶端的连接头方向与耳袖方向一致．以保证活塞杆的稳定性。行程较长和油温较高的液压缸， 一端应保持浮动，以补偿热膨胀的影响。

(3)液压控制阀(以板式阀为例)的安装

方向阀一般应保持袖线水平安装；各油口处的密封困在安装后应有一—S压缩量以防泄漏；固定螺钉应均匀拧紧(勿用锤子敲打或强行扳拧)．不要拧偏，最后使阀的安装平面与底板或油路块安装平面全部接触。

(4)液压附件的安装

应严格按要求的位置安装，并注意便于使用、维护相调整；同时注意在符合设计要求情况下，保持整齐、美观。例如，压力表应装在振动较小、易观测处；蓄能器应安装在易用气瓶充气的地方；过滤器应尽量安装在易于拆卸、检查的位置；冷却器注意水质、水量、水温及冷却水结冰等问题，等等。 2.16.4.2管道安装

在液压系统中．管道的主要作用是传输载能工作介质。一般应在所连接的设备及各液压装置部件、元件等组装、固定完毕后再进行管道安装。安装管道时应特别注意防振、防漏问题。

全部管道应分两次安装，其大致顺序是：预安装---耐压试验---拆散---酸洗---正式安装---循环冲洗---组成液压站系统。

(1)管道敷设

管道效设应便于装拆和维护，并不妨碍生产人员行走及机电设备的运行和维护。长管道应安装支架或管夹，通常支架间距可按表6—2选取。对于要求振动持别小的液压系统和液压站，则应通过计算确定管路的固有频率，使其避开共振管长。

(2)管道加工

在管道安装过程中，应根据其尺寸、形状及焊接要求加工管材。切割加—r的管材端部应乎整，无裂纹和重皮等缺陷；需弯曲加工的钢质管道，弯管前要进行退火处理，以防弯管时起皱或交扁，弯曲半径一般应大于管子外径的3倍，弯制后的椭圆率应小于8％；管端螺纹应与相配的螺纹的基本尺寸和公差标准一致，螺纹加工后应无裂纹和凹痕等缺陷；管子的焊接坡口形式、尺寸及接头间隙可根据壁厚进行加工组对。经加工而成的管道，应将切屑、毛刺等去除干净。

(3)管道焊接

应根据焊接对象的材质选用合适的焊接材料；管壁较厚的管道焊前应进行预热；液压伺服系统的管道和不锈钢材质的管道，官用氯弧焊接或打底。管道焊接完中，要将焊缝及周围的熔渣及飞溅物清理干净，井进行耐压试验，试验压力为工作压力的1．5—2倍．试压不合格的管道应进行补焊，同一部位的返修次数不宜超过3次。

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