1、毕业设计论文液压泵试验电控系统设计论文1 前言1.1 研究背景社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保的需要，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动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。液压控制系统的优点如下：1、可以在运行过程中实现大范围的无级调速。2、在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、转动惯量小、动态性能好。3、采用液压传动可以实现无间隙传动，运动平
2、稳。4、便于实现自动工作循环和自动过载保护。5、由于一般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命。6、液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。由于以上优点，液压系统在实际中得到了广泛的应用。对其进行研究就有巨大的应用价值和经济效益。1.2 液压系统发展趋势1减少能耗,充分利用能量液压技术在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
3、维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化。3机电一体化电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协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，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点。1.3 液压系统一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能
4、，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密
5、封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。1.4 液压泵液压泵是液压系统的动力元件，其作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。液压泵的工作原理是运动带来泵腔容积的变化,从而压缩流体使流体具有压力能。液压泵是液压系统的重要组成部件。它的好坏直接影响到液压系统的性能。因此，需要对液压泵的性能参数进行测试。本此设计就是通过设计液压试验台，应用其对液压泵进行测试，从而获得液压泵的相关性能参数。2 液压泵
6、试验台的工作原理液压泵试验台的液压原理图如图1所示。图1 液压泵试验台的液压原理图电动机（16）动力输出端与被测试液压泵（20）的动力输入端连接，被测试泵的进油口与油箱（1）通过管路连接，出油口与滤油器（22）的进油口通过管路连接。本试验台采用闭式液压传动，用单向阀来保护被试泵避免由于意外的外加冲击载荷而受到损坏。由于主油路压力较高，因此采用在回路中安装流量计的方法进行补流量的测试。冷却器直接安装在主回路上，冷却速度较快，但当系统有冲击压力时，就要求冷却器能承受较高的压力。冷却器除了冷却已经发热的回油之外，还能冷却从溢流阀排出的油液。球阀用来保护冷却器，当不需要冷却时，打开球阀。电动机带动油泵
7、旋转，液压泵从油箱中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过集成块（或阀组合）被液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到油箱中。该系统还采用独立的冷却回路，可以更好地确保系统的液温保持在适当地温度。保证了试验台的准确性及稳定性。本液压泵试验台所用的主要原件如下表：序号型号名称数量生产厂家1160012001200油箱1定制2YWZ1-250T液位液温计1温州黎明3SMF-323A 空气滤清器1中航1164WB201 1-100C-550-0.5温度传感器1宝鸡秦明5TF-40080F-Y吸油滤油器1温州黎明TFX-40080滤芯1温州黎明 6Y2-100L2-4 B5电动
8、机3Kw1 7梅花联轴器1济南天成 8NB4-C100F齿轮泵 100mL/r1上海航发9YN60-6MPa耐振压力表6MPa1无锡海天 10ZU-A25010FP回油过滤器 1温州黎明TXX-25010滤芯2温州黎明11HEX615-40板式冷却器112KH-G2 (DN50)低压球阀不锈钢2上海依格13冷却水泵1外购 14RFA-25010F-Y回油过滤器2温州黎明FAX-25010滤芯2温州黎明15KH-G1”1/2(DN40)低压球阀不锈钢2上海依格16Y280S-4电动机75KW117联轴器1济南天成 18YN338-1000转换器数字式转矩转速仪1北京三晶 19联轴器1济南天成20
9、被试泵121S28单向阀281温州黎明22QU-H25010DFP高压过滤器1温州黎明HDX-16010Q滤芯1温州黎明23KF-L8/20E压力表开关1华液 24YN100-III-40MPa-1.5级耐振压力表40MPa1无锡海天25输出4-20mA 压力传感器40MPa1 26WB201 1-100-82-0.5温度变送器40MPa1宝鸡秦明 27RVP-25板式节流阀1华德 28DBE10-1-30/315比例溢流阀1华液比例放大器1济南29DB20-1-30/315溢流阀1华德 30Z1A-H25Z5-5插件NG251济南31F02A-H25F-5阀块控制盖板NG251济南324WE
10、6D6X/EG24N9K4Z4电磁换向阀1华德33LC13-A40 1/A GF-1椭圆齿轮流量计1合肥仪表E9000B显示表1合肥仪表显示仪表63液压元件的选型3.1电机的选型及计算3.1.1 主电机的选型和计算首先,根据设计的任务书可知设计要求和条件，要求最大试验工作压力为32MPa，电机功率为75kw。其次，选择电机的容量，即额定功率。根据经验可知所选的电机的额定功率应大于或等于工作要求功率。当额定功率小于工作要求时，则不能保证电机的正常工作；额定功率过大时，则要增加成本，并且由于效率和功率因数低造成浪费。根据已知条件电机额定功率为75KW,由于试验并无特殊要求,因此选择普通电机。从而可
11、以降低成本，节约资金。由此可以根据电机的功率及实验台要求，选择四级电机，电机的型号为Y280S-4，因为根据性价比和系统的稳定性，我们选择西门子的产品，该产品的功率为75kw，额定转速为1450r/min。3.1.2 副电机的选型和计算由于给定电机功率为3Kw，并且没有特殊的要求，在这里选用普通Y系列电机，型号为Y2-100L2-4 B5。3.2 液压泵的选型及计算3.2.1 被测泵的选型在液压泵选用时首先要考虑的因素是要满足使用要求，其次还要考虑的就是价格，维修保养是否方便等。实验中最大压力要求为32Kpa，转速范围要求较大。本实验系统主要用来测量液压泵的性能参数。在这里选用力源液压的LY-
12、A2F系列斜盘式柱塞泵。该泵具有固定的排量，可用于开式系统或闭式系统做静压传动。以此为例进行设计。LY-A2F系列斜盘式柱塞泵的结构剖视图如图2所示。其主要结构为：骨架油封（1）、前盖（2）、主轴（3）、卡盘（4）、柱塞组件（5）、蝶形弹簧（6）、中心杆（7）、转子（8）、分油盘（9）、弹簧（10）。该液压泵的主要特点是：缸体与配油盘采用球面配油，在旋转中能自动对中，圆周速度较小，效率高；驱动轴能承受径向负荷；噪音低。图2 系列14（规格0225）结构剖面图LY-A2F系列斜盘式柱塞泵型号说明如图3图3 型号说明LY-A2F系列斜盘式柱塞泵主要性能参数如下表：规 格10122328455563
13、80107125160200250排量（ml/r）9.411.622.728.144.354.86380107125160200355最高转速（r/max）7500600056004750450037504000335030003650250025002240最大流量（l/min）7170127133199206252268321394424500625最大功率（kw）41417478116120147156187230247292365扭矩（N*m）15183644.77087100127170199254318398近似重量（Kg）551212232333334463638888表1 LY
14、-A2F系列斜盘式柱塞泵主要性能参数在本实验中采用LY-A2F-125R2P1作为被测泵进行设计。排量为125mL/r。3.2.2 单独冷却回路的泵的选型过滤冷却泵排量32ml/r，额定工作压力1Mpa，排量较小，工作压力也小，可选用内啮合齿轮泵。3.3 油路中管道的选择3.3.1油管的计算和选择油管的选择主要是通过计算确定油管的内径和壁厚参数。1. 油管内径计算公式为： （2）式中：q通过油管的流量; v油管中推荐的流量，吸油管取0.5-1.5m/s，压油管取2.5-5 m/s。回油管取1.5-2.5 m/s。在电机额定功率下，电机转速为1450r/min，所以流量为:q=rv=145012
15、5=1.812510 (m/s)将q代入公式（1）得：对于吸油管d=0.1520（m） 对于回油管d=0.01074（m）因此吸油管选择内径为25cm的钢管，回油管选内径20cm的钢管。 2.油管壁厚计算公式为： （3）式中：p油管内压力； 油管材料的许用应力。=/n,油管材料的抗拉强度，n为安全系数。对于钢管，p7MPa时，取n=8；当p17.5MPa时，n=4。经过查阅资料可得材料为1Cr17Ni7的钢管的抗拉强度为 520MPa。将 代入公式（2）得：吸油管 3.0769（cm）； 回油管 2.46115(cm）。按标准的规格选取吸管为 16mm4mm的无缝钢管；回油管选择 10mm2.
16、5mm的无缝钢管。3.3.2 管接头的选择管接头是用来连接油管和液压元件或阀板的可拆卸的连接件。管接头应满足外形尺寸小、拆卸方便、密封性好、连接可靠牢固、压降小、工艺性好等要求。管接头的分类：液压软管、高压球阀、意图奇的快速接头、焊接式管接头、高压软管。本实验系统采用可焊接管接头。 图4 管接头3.4 联轴器的选择梅花联轴器是一种得到普遍应用的联轴器,又叫爪式联轴器,是由两个金属爪盘和一个弹性体组成。两个金属爪盘一般是45号钢制作,但是在要求载荷灵敏的情况下也可以采用铝合金。梅花联轴器经过车削，铣削，和拉削等几种机械加工方法加工而成，再经过整体热处理，以保证足够的机械强度。目前还有一种爪盘是铸
17、件，能够大批量的生产，而且免去了加工损耗。价格相对便宜，但是铸件的性能不是很好。弹性体一般都是工程塑料或是橡胶组成。联轴器的寿命也就是弹性体的寿命。一般弹性体的寿命为10年。由于弹性体具有缓冲，减振的作用，所以在有强烈振动的场合下使用较多。弹性体的性能极限温度，决定了联轴器的使用温度,一般为-35至+80度。梅花联轴器的主要特点：(1)紧凑型、无齿隙，提供三种不同硬度弹性体； (2)可吸收振动，补偿径向和角向偏差； (3)结构简单、方便维修、便于检查； (4)免维护、抗油及电气绝缘、工作温度20-60； (5)梅花弹性体有四瓣、六瓣、八瓣和十瓣； (6)固定方式有顶丝，夹紧，键槽固定。本实验梅
18、花联轴器选择型号为65型3.5 液压阀的选择3.5.1 单向阀的选择单向阀的作用，是使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。所选单向阀除了需要实现防止液体倒流的功能外，还应满足试验台的通流能力。本试验台所用单向阀为S28。3.5.2 球阀的选择球阀的工作原理：球阀具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。应用方便。球阀的主要特点是结构紧凑，维修方便，密封可靠，结构简单，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修。 球阀的主要优点： 1流体阻力小，全
19、通径的球阀基本没有流阻。 2结构简单、体积小、重量轻。 3紧密可靠。4操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90，便于远距离的控制。 5维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便。 6在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。 7适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。球阀的结构图如下：图6 球阀的结构在本实验系统选用上海依格的产品。型号为KH-G1”1/2(DN40)3.5.3 溢流阀的选择溢流阀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。溢流阀一般有两种结构：1、直动型溢流阀
20、。2、先导型溢流阀。本实验系统华德生产的溢流阀。其型号为Z1A-H25Z5-5。3.6滤油器的选择3.6.1独立冷却回路吸油滤油器的选择吸油滤油器一般安装在油泵的吸油口处，用来 保护油泵和其他液压元件，从而避免吸入污染杂质，可以有效的控制液压系统的清洁度。为了不影响泵的吸油性能，并防止发生气穴现象，滤油器的过滤能力应为液压泵流量的两倍以上，压力损失不超过0.010.035MPa。在本试验系统中,冷却泵排量为100ml/r，电机额定转速为1450r/min，由此可计算出泵的理论流量：q=1001450=145000ml/min=145（l/min）因此，冷却回油滤油器可选择公称流量为250l/m
21、in，其型号为：ZU-A25010FP。3.6.2 主回路滤油器的选择回油滤油器用于液压系统回的油过滤，在过滤液压系统中过滤由于元件磨损从而产生的金属颗粒，心脏密封件产生的污染物，使流回油箱的油液保持清洁，因回油路压力很低，可采用滤芯强度不高的精滤油器，并允许滤油器有较大的压力降。在本试验系统中，被测柱塞泵的排量为125ml/r，电机的额定转速为1450r/min，由此可计算出泵的理论流量：q=1251450=181.25（l/min）。因此主回油滤油器可选择公称流量为250 l/min，其型号是QU-H25010DFP。3.7压力表的选择压力表是以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于环境压力的
22、仪表。在工业过程控制与技术测量过程中，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性，使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。压力表种类很多，有一般（普通）指针指示型、数字型、常规型、特种型、接点型、隔膜型、远传型、耐振型、震型、耐腐型压力表系列完整。常规系列、数字系列、普通介质应用系列，还有特殊介质应用系列、开关信号系列、远传信号系列等等，它们都源于实践需求，先后构成了完整的系列。 压力表的规格型号齐全，结构型式完善。从公称直径看，有40mm、50mm、60mm、75mm、100mm、150mm、200mm、250mm等。压力表的安装结构型式，有直接安装式、嵌装式和凸装式，
23、其中嵌装式又可以分为径向嵌装式和轴向嵌装式，凸装式也有径向凸装式和轴向凸装式之分。直接安装式，又分为径向直接安装式和轴向直接安装式。其中径向直接安装式是基本的安装型式，一般在未指明安装结构型式时，均指径向直接安装式。轴向直接安装式考虑其自身支撑的稳定性，一般只在公称直径小于150mm的压力表上才选用。所谓嵌装式和凸装式压力表，就是带边（安装环）压力表。轴向嵌装式既轴向前带边、径向嵌装式是指径向前带边、径向凸装式（也叫墙装式）是指径向后带边压力表。4部件的设计非标准件包括油箱、肋板、各种支架和支座等。4.1 油箱的设计4.1.1 油箱的简介 油箱有支撑、存储油液、冷却、防止污染物侵入等作用，也起
24、着分离油液中的气体和沉淀污物的作用。在一个液压系统中，油箱时必不可少的部件，并且在设计一个系统时，油箱的设计又是非常重要的，油箱内的布局，油箱的容积计算，油箱放置方式及其附件等都需要设计者进行合理设计和规划。根据具体的系统条件合理选用油箱的容积、形式和附件，以使油箱充分发挥作用。油箱有开式和闭式两种。开式油箱应用广泛。油箱液面与大气相通，为防止油液被大气污染，在邮箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口。主要用于各种固定设备。闭式油箱一般指箱内油液不与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接。多用于行走车辆与工程机械。油箱形状一般为矩形，容积大于2时，可采用圆形的。油箱大部分是用钢板焊接而成
25、的，油箱顶板需要安装油泵和阀件，因此，设计时要考虑油箱的容量、油量的指示，油箱的清洗、顶板的强度、油箱的散热、隔板的设置等问题。一个设计合理的油箱是液压系统正常工作的基础条件。因此，合理设计油箱十分重要。4.1.2 油箱的结构设计与分析 油箱必须有足够大的容积，以保证系统工作时能够保持所需的液位高度。为满足散热要求，对管路比较长的系统来说，还应考虑停车系统维护时能容纳油液会自由流回油箱时的容量；在油箱容积不能增大而又不能满足散热要求时，需要设冷却装置。 设置过滤器。油箱的回油口一般都设有系统所要求的过滤精度，所以会有过滤器，以保持返回油箱的油液具有允许的污染等级。油箱的排油口（及泵的吸口）为了
26、防止意外落入油箱中污染物，有时也装有吸油网式过滤器。由于这种过滤器侵入油箱的深处，不好清理，因此，即使设置，过滤网目也是很低的，一般为60目以下。 设置油箱主要的油口。油箱的排油口和回油口之间的距离一般应尽可能远些，管口都应插入最低的油面以下，以免发生吸空和回油飞溅产生气泡。管口制成45斜角。以增大吸油和回油的截面积，使油液流动时速度变化不致过大，管口应面向管壁。吸油管离箱底距离H 2D（D为管径），距箱边不小于3D。回油管离箱底距离h 3D。 设置隔板将吸、回油管隔开，已达到使液流循环油流中的气泡污物分离和沉淀。隔板结构有溢流式标准型、回流式及溢流式等几种。另外还可以在隔板上设置过滤网。 在
27、开式油箱上部的通气孔上必须配置空气滤清器，并且可以兼作进油口。油箱的进油口一般不从油桶中将油直接注入油箱，而是经过滤车从注油口注入。这样可以保证注入油箱的油液具有一定的污染等级。 放油孔要设置在油箱的最底部，使换油时油液和污染物能顺利地从放油孔流出。在设计油箱时，从结构上应尽可能考虑换油的方便性，设置清洗孔，以便于油箱中沉淀物的清洗。 当液压泵和电机安装在油箱盖板上时，必须设有安装板，安装板在油箱上通过螺栓固定，或焊接固定。 为了能够观察向油箱注油的液位上升情况以及在系统过程中看见液位高度，必须设置液位计。按GB/T37661983中5.2.3a规定：“油箱的底部应离地面150mm以上，以便于
28、搬移、放油和散热。 为了防止油液可能流到地面上，可在油箱下部或上盖附近四周设有油盘，油盘必须有排油孔，以便油盘的清洗工作。油箱的内壁应进行抛丸或喷砂处理，以清除焊渣和铁锈。待灰沙清理干净后，按不同的工作介质进行处理或者涂层。对于矿物油常常采用磷化处理。对于高水基或水乙二醇等介质，则应采用与介质相容的涂料进行涂刷，以防油漆剥落导致污染油液。油箱的两端应该设有2个大洞，用端盖和密封圈密封，他们主要是用来方便人进入到油箱内，方便对油箱的清洗17。4.1.3油箱的容积计算油箱有效容积一般为泵每分钟流量的3-7倍，对于固定设备，空间面积不受限制的设备则应采用较大的容积。油箱中温度一般推荐为3050，最高
29、不应超过65，最低不低于15，对于固定机及其它一些设备，工作温度允许在4055。油箱的总体结构如下图：图10 油箱5 液压泵试验台的布局设计5.1 液压泵试验台油箱布局泵组和油箱组件分离单独安装在地基上，改善了液压泵的吸入性，安装方便，便于维修。5.2 阀组及仪表的安装试验台所用的各种阀安装在试验台架上，流量计以及压力表安装在台架的控制面板上。5.3 泵组的安装方式液压泵、电动机、数字式测速仪通过各自的支架固定在共同的底座上，这样可以保证上述原件的同轴度。5.4独立冷却油路的放置 考虑到此油路的空间形式及大小，在本实验系统中将它放置在油箱上，这样既可以让油箱做支撑装置，节省空间和成本，又可以方便进行冷却，减少了在油路中的损失和污染物的带入。6 控制电路的设计及相关电器的选型本实验系统的控制为普通的电气控制。主要的控制电路位于控制柜中。在此，主要介绍电动机的启动电路设计。6.1 主电动机的启动电路本实验系统的主电机功率为75Kw，启动选用星
