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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书- 1 -第一章 绪论1.1 文献综述1.1.1 课题研究背景纯机械传动一般只能进行有级变速，而且一般情况下体积比较大，并且布局方式和控制方式受到限制。与机械传动相比，液压传动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易，而且液压传动调节便捷和布局灵活，尤其在高危工作环境还可以远程控制等突出优点，液压传动在现代化的工业发展中得到了广泛的应用。几乎所有工业企业中都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。1.1.2
2、液压技术的发展趋势社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗、提高效率、适应环保需求、机电一体化、高可靠性等是液压技术继续努力的永恒目标，也是液压产品参与市场竞争是否取胜的关键。由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微内蒙古科技大学毕业设计说明书- 2 -电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：1.减少能耗，充分利用能量液压技术在
3、将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。2.主动维护液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。3.机电一体化电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传动与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低、漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动输出力大、贯性小、响应快等优点。4.液压行业：液压元件将向高性能、高质
4、量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、低振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液压传动和控制广泛应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的新成果.而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展。因此，采用液压传动可使工业企业易于实现智能化、节能化和环保化，而这已成为当前和未来工业的发展趋势。1.1.3 本文设计的内容本文主要是液压系统的设计计算，包括液压原理图的设计，系统压力的确定，液压缸、油管、阀、
5、油泵（马达） 、电机的计算与选择，冷却系统的设计计内蒙古科技大学毕业设计说明书- 3 -算，油箱的设计计算，系统的发热计算等。 1.2 液压技术简介1.2.1 液压传动的发展概况液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。自 18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术只有二三百年的历史。直到 20 世纪 30 年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线，从而使它在机械制造、工程机械、农业
6、机械、汽车制造等行业得到推广应用。20 世纪 60 年代以来，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试 (CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了
7、系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。尽管如此，我国的液压元件与国外先进的同类产品相比，在性能上，在种类上、在规格上仍存在着较大的差距。20 世纪 80 年代起我国加速了对西方先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。我国的液压技术在 21世纪必将获得更快的发展。1.2.2 液压传动的优点（1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力。在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻， 功率密度大，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的 12左右。内蒙古科技大学毕业设
8、计说明书- 4 -（2）液压装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达每分钟 500 次，在实现往复直线运动时可达每分钟 1000 次。（3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达 2000），它还可以在运行的过程中进行调速。 （4）液压传动易于自动化，它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，也能方便地实现远程控制。（5）液压装置易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在堵转状态下工作而不会过
9、热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。液压件能自行润滑，使用寿命较长。（6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。（7）用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。1.2.3 液压传动的缺点（1）液压传动不能保证严格的传动比，这是由液压油的可压缩性和泄漏等因素造成的。（2）液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。（3）液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。（4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要
10、求较高，因此它的造价较贵，而且对工作介质的污染比较敏感。（5）液压传动要求有单独的能源。（6）液压传动效率低。（7）液压传动出现故障时不易找出原因。总的来说，液压传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。内蒙古科技大学毕业设计说明书- 5 -第二章 液压系统设计目前，有关液压系统设计计算的一些理论和方法还不够完善，主要是半经验的设计法。随着液压技术特别是计算机技术的迅速发展，一定会有更完备的理论和方法不断充实和完善，比如已经开始应用并正在发展和实践的计算机辅助设计和液压系统的逻辑设计，都将会成为一种科学的设计工具。液压系统设计，除了应符合其主机
11、在动作循环和静、动态性能等方面所提的要求外，还必须满足结构简单、使用维护方便、工作安全可靠、性能好、成本低、效率高、寿命长等条件。2.1 液压系统设计要求及有关设计参数2.1.1 扣油套管生产线液压系统的设计要求该液压系统供天津钢管有限责任公司新建特殊扣油管生产线轧线的全部油缸及马达的动作。动作顺序及要求由轧钢工艺确定，操作方法及操作位置均由工艺确定。系统所处工作环境的温度大约为 3550，粉尘较小。根据设备专业要求，油缸工作压力为中高压即压力应在 10MPa16MPa,而液压马达工作压力为高压即属于高压系统，压力范围为 16MPa32MPa。低压系统要求液压泵内蒙古科技大学毕业设计说明书-
12、6 -及电机是五用一备。2.1.2 液压系统设计参数由于本系统的油缸较多，但有些油缸的设计参数相同，具体的计算参数见（表 2.1）表 2.1参数序号无杆腔供油活塞杆最大受力（KN）有杆腔供油活塞杆最大受力（KN）活塞杆行程（mm）活塞杆单行程的动作时间 （s）面积比 1 75 38 550 4 22 75 60 420 4 1.253 75 50 500 4 1.464 125 90 320 4 25 120 90 380 4 1.256 75 38 600 4 2液压马达的设计参数： n=2rpm0.95Pm转 速 低 负 载 : 16MP压 差 高 负 载机 械 效 率 低 负 载 ： 1
13、20 Nm负 载 力 矩 高 负 载 ： 72.2 制定系统方案和系统原理图2.2.1 制定系统方案液压系统方案设计的目的是在满足主机功能的前提下，优选出综合指标最优的液压系统方案。首先根据技术要求确定执行元件的种类、数量、动作顺序和动作条件，拟定驱动执行元件的基本回路。分步考虑驱动回路、控制回路、内蒙古科技大学毕业设计说明书- 7 -液压源回路等基本控制部分，然后综合得到总的液压系统。最后再进一步考虑安全性、节能、寿命等因素，对此基本系统进行修改补充，使之臻于完善，获得在满足技术要求的条件下，最少液压元件组成的最优液压系统。本系统采用多台液压泵供油，并且平均分配系统的流量到每个运行的液压泵（
14、高压泵初外） ，而且必须至少有一套液压泵以及配套的电机备用，这样可以提高系统的安全性。低压系统采用恒压变量泵供油，此种泵具有装机功率小、运行功率因数高、主机行程次数快、液压功率损失小、系统发热小等特点，而且在压力不变的情况下更节约能源。系统采用电磁换向阀对执行元件的方向进行控制。电磁阀的性能及成本都介于普通阀和伺服、比例阀之间，能很好的满足本系统的设计要求。而且系统还采用单向节流阀对液压缸和液压马达进行速度的控制，采用液压锁平衡系统的压力以及对系统进行短时间的保压。从技术经济角度考虑，系统应该尽量选择统一型号的油管、阀以及其他液压辅助元件，而且应该尽量遵循“就近”原则，这样有利于供货商供货，厂
15、家的售后服务，从而降低成本，缩短设计、维修周期进而提高效益。2.2.2 拟定液压系统图拟订液压系统图是整个液压系统设计中重要的一步，它从作用原理上和结构组成上具体体现设计任务中提出的各项要求。拟订液压系统图包括两项内容：通过分析对比选出合理的液压回路；把选出来的液压回路组合成液压系统。2.2.2.1 确定和选择基本回路它是决定主机动作和性能的基础，是构成系统的骨架。选择回路时既要考虑调速、调压、换向、顺序动作、同步动作、动作互锁等要求，也要考虑节省能源、减少发热、减少冲击、保证动作精度等问题。2.2.2.2 调速方式的选择在液压设备中，调速回路是液压系统的核心。往往调速方式一经确定，油液的循环
16、形式、油源的结构形式、乃至其他回路的选择，都受到影响，为此必须对他多加推敲。液压调速分为节流调速、容积调速、和容积节流调速三大类。本系统采用回油路节流调速，其优点是给予背压，以抗拒负的负载产生，防止突进，实现动作比较平稳。内蒙古科技大学毕业设计说明书- 8 -图 2.1 平衡回路图 2.2 调速回路内蒙古科技大学毕业设计说明书- 9 -图 2.3 同步回路2.2.2.3 综合考虑组合液压系统图综合考虑组合拟定液压系统时，应注意以下几个方面的问题：1.组合基本回路时，要注意防止回路间可能存在的相互干扰。2.提高系统效率，防止系统过热。3.防止液压冲击。4.确保系统安全可靠。5.为了调整和检修上的方便，在拟定液压系统图时，就应在需要检测系统参数的地方，设置工艺接头一便于安装检测仪表。内蒙古科技大学毕业设计说明书- 10 -图 2.3 液压系统图第三章 液压系统参数的计算经过上一节液压系统方案的设计，液压系统的控制逻辑已经确定。接下来的任务就是选择合
