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1、 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第47页第一章 绪论1.1 课题的来源与意义1.1.1 液压系统简介液压与气压传动是以流体（液压液或压缩空气）作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式，相对于机械传动来说，它是一门新技术。但如从1650年帕斯卡提出静压传递原理，1850年开始英国将帕斯卡原理先后应用于液压起重机、压力机等算起，也已经有二三百年的历史了。而液压与气压传动在工业上的真正推广使用，则是在20世纪中叶以后的事。近几十年来，随着微电子和计算机技术的迅速发展，且渗透到液压与气动技术中并与之密切结合，使其应用领域遍及到各个工业部门，已成为实现生产过程自动化、提高劳动生产率等必不可少的
2、重要手段之一。液压与气动技术在工业中推广应用还是在20世纪中叶以后的事，时间还不很长。由于要使用原油炼制品来作为传动介质，近代液压传动是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的。最早实践成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转位器。第二次世界大战期间，在一些兵器上用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制定和完善，各类元件的标准化、规格化、系列化在机械制造、工程机械、农业机械汽车制造等行业中推广开来。20世纪60年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术、微电子技术等的发展再次将液压技术推向
3、前进，使它在国民经济的各个方面都得到了应用。液压传动在某些领域内甚至已占有压倒性优势。我国的液压工业开始于20世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自从1964年从国外引进一些液压元件生产技术，并自行设计液压产品以来，我国的液压元件已在各种机械设备上得到了广泛的使用。20世纪80年代起更加速了对国外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、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪音、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控
4、制、伺服控制、数字控制等技术上也有许多新的成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的成就。液压传动有以下一些优点：1） 在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等的功率下，液压装置的体积小，质量轻，即其功率密度大，结构紧凑。液压马达的体积和质量只有同等功率电机的12%左右。2） 液压装置工作比较平稳。由于质量轻、惯性小、反应快、液压装置易于实现快速气动、制动和频繁换向。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） 液压传动易于对液体压力、流量或流动方向
5、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和自动化。5） 液压装置易于实现过载保护。6） 由于液压元件已经实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。7） 用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。但液压传动也有自身的缺点：1） 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。2） 液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很容易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。3） 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此
6、它的造价较高，而且对工作介质的污染也比较敏感。4） 液压传动出现故障时不易找出原因。总的来说，液压传动的优点还是主要的，在应用的时候，扬长避短，我们就能在实际生产中发挥出液压装置的巨大优势。1.1.2 工作介质工作介质在传动及控制中起传递能量和信号的作用。流体传动及控制（包括液压与气压传动），它在工作、性能特点上和机械、电气传动之间的差异主要取决于载体的不同，前者采用工作介质是他们之间的根本不同。目前90%以上的液压设备采用石油基液压油液。基油为精制的石油润滑油馏分。未了改善液压油的性能，以满足液压设备的不同要求，往往在基油中加入各种添加剂。添加剂有两类：一类是改善油液化学性能的，如抗氧化剂、
7、防腐剂、防锈剂等；另一类是改善油液物理性能的，如增粘剂、抗磨剂、防爬剂等。但是，为了军事目的，近年来在某些舰船液压系统中，也有以海水或淡水为工作介质的。而且正在逐渐向水下作业、河道工程、海洋开发等领域延伸。在某些有特殊要求的场合，如煤矿用液压支架，也需要用以高水基为传动介质的液压设备，近几十年来，高水基技术逐渐得到了广泛的应用和发展。近几十年来工业上大规模地应用了液压设备，使这种以液压液作为动力传送的技术得到了普遍的应用。多年来，液压系统所使用的液压液全部是矿物油型液压油。七十年代中期，由于石油来源日益紧张，以及人们环境仪式的逐渐提高，发展高水基液压液日益受到重视。1.2 高水基液压液高水基液
8、压液一般是指含水80%以上的液压传动也，它与矿物油型液压液相比有一下优点：1.价格低廉。由于含水80%以上，其价格远远低于矿物油型液压液。2.不易燃。据美国矿务局1959年调查87次使用矿物油型液压液设备着火事故，其中73%是由液压油引起的。3.对生态环境污染小。4.粘-温特性好。由于含水量高，粘度随温度的变化较小。5.冷却性好。高水基液压液具有压缩损失和粘度剪切损失小，比热大，热传导性好的优点。除上述优点外，高水基液压液还有许多亟待改进的不足之处，如粘度低，易泄漏，润滑性差，对金属腐蚀性大等，为了使高水基液压液从性能上达到或超过矿物油型液压液，需要加入抗腐蚀剂防止金属腐蚀；加入挤压剂，以增加
9、抗磨性能，其他如乳化剂，防冻剂，消泡剂，偶联剂等。除了添加各种化学添加剂外，还需要从液压元件和液压系统方面进行相应的研究，以适应高水基液压液的要求。就目前国外研究使用的高水基液压液看，主要分为两大类。一类是乳化液型，另一类是化学溶液型。乳化油型是在水中加入5%20%的矿物油与化学添加剂，油在水中是分散状态，形成水包油型乳化液，化学溶液型是在水中约含5%20%化学合成添加剂的液压液。高水基液压液一般含水量为95% , 含复合添加剂为5%。在复合添加剂中通常含油性剂、防锈剂、消泡剂、防霉剂等等。高水基液体性能优劣主要取决于复合剂的性能。早期的高水基液是以乳化液的形式出现的, 在5% 的复合剂中含有
10、一定量的矿油和适量的乳化剂,与95% 的水混合时形成乳白色的乳化液。这类高水基液最大缺点是稳定性差, 使用一段时间后容易产生分层, 同时润滑性不太理想, 使得其在应用中受到限制。以后, 经过不断地改进, 相继出现半透明的微型乳化液和清亮透明的化学溶液。这两类高水基液体改进了稳定性, 同时提高了润滑性, 使得应用的范围更加扩大。这三类高水基液压液的粘度特征如表1-1所示。表1-1 高水基液的粘度特征1.3 高水基液压液特点1.3.1粘度小高水基液压液的粘度与水的粘度相近, 40时通常为0. 7 2. 0mm 2 s。粘度小, 对于液力传动系统是有利的, 这样可以减少液力损失, 但也容易造成泵的泄
11、漏。1.3.2 抗燃性好由于高水基液压液含95% 的水, 所以具有好的抗燃烧性, 在高温或明火环境使用时比较安全。热岐管抗燃试验表明: 在704的高温时, 高水基液不发生燃烧。1.3.3 导热性好由于水的传热性好, 所以高水基液的导热性比油好。在相同系统中, 与使用矿油相比, 液压系统的运转温度约低11左右。1.3.4 节能高水基液体节能体现在两个方面: 一是可代替一部分矿油产品使用, 缓解矿油紧张; 二是由于高水基液体压力损失小, 粘性阻力小, 与矿油相比, 系统有效能提高了15% 20%。1.3.5 有利于环保高水基液的主要成分是水, 另外5% 的复合剂也是无毒的水溶性添加剂。一旦溢出或泄
12、漏时容易清除, 不会对环境造成污染, 有利于对环境的保护。1.3.6 价格低在各类油品和液体当中, 高水基液是最便宜的一类, 成本为矿油的1/ 5 1/6, 这是由于生产成本低, 运输和贮存价格低。因为后两者只运送和保管5% 的复合剂, 而不需运输和保存大量的水。1.3.7 剪切安定性好由于通常高水基液体中不含高聚物, 而且液体的粘度又低, 所以剪切稳定性较好。用超声波剪切试验方法对6 种不同的高水基液体进行检测, 其测定结果如表1-2所示。表1-2 高水基液压液超声剪切实验结果表1-2数据表明: 与矿油相比, 各种高水基液剪切后粘度下降较低, 表明高水基液较矿油的抗剪切稳定性好。经过不断发展
13、, 高水基液体的性能不断提高和完善。表1-3给出了两种具有代表性的高水基液体的理化性能, 一种为美国的HWBF5607, 另一种为国产(石油化工科学研究院研制)HWBF2110。可见两种产品理化性能相当。表1-3高水基液理化性能实测数据1.4 选择高水基传动液需注意的问题由于高水基液的组成和性能与矿油产品有较大区别, 所以在使用中要注意有关问题。1) 要选择合适的使用压力。大多数高水基液压系统推荐的最佳压力为6864.66kPa。压力太高, 会使系统部件寿命缩短; 压力越低, 系统部件寿命越长。2) 要选择大排量泵, 以补偿内泄漏。这是针对高水基液粘度低、内泄漏量大(是矿油的10 20倍)而采
14、取的措施。3) 要选择合适的配套材料。这是由于高水基液含有大量的水, 同时要求pH 值在810的原因。配套材料的选择可参照表1-4 进行。表1-4高水基液体与材料的适应性4) 使用高水基液体的系统温度通常控制在60以下为宜。温度过高会造成水分的挥发, 引起不良后果。5) 由于高水基液体密度较矿油大, 一般在1 左右, 所以难从贮罐中抽吸上来和进入泵中。通常是将贮罐架高, 采用压力贮罐或增压泵。如果泵的入口是负压, 可通过每升高油箱0.71 m 获得6.86 kPa 入口压来调整油箱高度。额定速度下, 活塞泵、齿轮泵、叶片泵的最低入口压力为0, 最高入口压不得超过34. 3 kPa。入口管线要尽
15、量短, 并有足够的口径。6) 高水基液体所用水的硬度一般控制在300g/g 以下, 否则在液体中会形成不溶性的钙皂和镁皂, 堵塞滤器和阀门。7) 高水基液在使用过程中要经常检查其pH值, 一般控制pH在8% 10% 为好。过低的pH表明液体有污染, 主要是生物污染。此时应对pH 值进行调整。1.5 毕业设计任务1) 明确高水基液压液的优点和缺点；2) 对液压控制阀的总体情况进行深入了解，并对当时学习内容进行巩固复习；3) 做毕业设计开题报告和调研报告；4) 在图书馆查阅相关的书籍，网上搜集相关的资料，并完成有关的英文论文的翻译；5) 进行方案设计和总体结构的设计，并确定有关的技术参数；为适应高水基液压液的特点，参考其他的液压控制阀，设计高水基液压控制阀的阀体、阀芯、阀套、等主要部件；根据高水基液压系统的要求，正确选择密封和润滑装置，确定插装阀和电磁阀的安装方式，使其能够实现既定的功能；6) 手工绘制主要零件草图等图纸，装配总图草图（包括装配图、主要部件计算、验算、技术经济分析、截面图等）；7) 准备中期检查表，进行预答辩；8) 用计算机绘制正式的装配总图（包括装配图、截面图等），主要零件图等图纸；9) 撰写毕业设计计算说明书；10) 对整个毕业设计内容进行检查，更正错误，准备答辩。
