PAGE目錄摘要 1關鍵詞 11前言 22概述 23液壓缸的設計 23.1工況分析 23.2液壓缸主要幾何尺寸的計算 33.2.1液壓缸內徑的確定 33.2.2活塞桿直徑的確定與校核 43.2.3液壓缸的有效面積 53.2.4液壓缸內缸筒的行程 53.2.5液壓缸內缸筒的長度 53.3液壓缸結構參數的計算 53.3.1缸筒壁厚δ的計算和校核 53.3.2壁厚的計算 53.3.3液壓缸的缸筒壁厚的校核 53.3.4液壓缸油口直徑的計算 63.3.5缸底厚度h的計算 63.3.6缸頭與法蘭的聯結計算 63.3.7缸頭厚度h的計算 73.3.8法蘭直徑和厚度的確定 83.3.9缸蓋的聯結計算 83.3.10缸頭直徑和缸蓋直徑 93.3.11液壓缸主要尺寸的確定 93.4液壓缸主要零件的結構、材料及技術要求 103.4.1油缸的密封 103.4.2油缸缸體 104液壓系統圖的擬訂和工作原理的確定 114.1制定基本方案 114.1.1制定調速方案 114.1.2制定壓力控制方案 124.1.3制定順序動作方案 124.1.4選擇液壓動力源 124.2繪制液壓系統圖 135液壓元件的選擇和工作原理的確定……155.1液壓泵的選擇………………155.2電動機的選擇 155.3其他元件的選擇 165.3.1液壓閥的選擇 165.3.2蓄能器的選擇 165.3.3管道尺寸的確定 185.3.4油箱容量的確定 186液壓系統性能的驗算 196.1管路系統壓力損失的驗算 196.1.1液壓系統壓力損失 196.1.2沿程壓力損失 196.1.3局部損失 206.1.4總的壓力損失 216.2液壓系統的發熱溫升計算 216.2.1系統發熱量的計算 216.2.2系統的散熱計算 216.2.3系統熱平衡溫度的驗算 226.3油箱的尺寸設計 227液壓裝置的設計 237.1液壓裝置總體布局 237.2液壓閥的配置形式 237.3集成塊設計 238液壓系統安裝及調試 248.1液壓系統安裝 248.2調試前準備工作 248.3調試運行 248.4液壓系統的用液及對污染的控制 248.5調試運行中應注意的問題 259液壓系統的維護及注意事項 2510結論 25參考文獻 26致謝 27附錄 27PAGE37YS32液控蝶閥液壓站設計摘要：液壓站又稱液壓泵站，是獨立的液壓裝置。它按逐級要求供油。并控制液壓油流的方向、壓力和流量，適用于主機與液壓裝置可分離的液壓機械上。只要將液壓站與主機上的執行機構（油缸或油馬達）用油管相連，液壓機械即可實現各種規定的動作和工作循環。液壓站的工作原理：電機帶動油泵轉動，泵從油箱中吸油供油，將機械能轉化為液壓站壓力能，液壓油通過集成塊（或閥組合）實現了方向、壓力、流量調節后經外接管路并至液壓機械的油缸或油馬達中，從而控制液動機方向的變換、力量的大小及速度的快慢，推動各種液壓機械做功[1]。關鍵詞：液控；蝶閥；液壓站；調節；壓力DesignofHydraulicPressureStationforYS32HydraulicControlledButterflyValveAbstract:Hydraulicpressurestationandsayhydraulicpumpstation,isindependentofthehydraulicequipment.Itgraduallyaccordingtosupplyrequirements.Andcontrolthedirectionoftheduct,hydraulicpressureandflow,andissuitableforthehostandhydraulicdevicecanseparatethevarioushydraulicmachinery.Usersbuyaslongasthehydraulicpressurestationandafterwillhostofactuators(oilcylinderorthemotoroil)connectedwithoilpipeline,hydraulicmachinerycanberealizedofregulationsofactionandworkcycle.Theworkingprincipleofthehydraulicpressurestation:motordrivepumprotation,pumpinthefueltankoilabsorptionoilsupply,themechanicalenergyintohydraulicpressurestationpressure,hydraulicoilthroughtheintegratedblock(orvalvecombination)toimplementthedirection,pressure,andflowratebyexternalpipelineandadjustedtothehydraulicmachineryoilcylinderorinthemotoroil,soastocontrolthedirectionoftheliquidmotivationofthesizeandthepowertransformation,howquickly,promotethevarioushydraulicmechanicalworkisdone.Keywords:Hydrauliccontrolled;Butterflyvalves;Hydraulicstation;Regulation;pressure1前言我國液壓工業發展歷程，大致可分為三個階段，即：20世紀50年代初到60年代初為起步階段；60-70年代為專業化生產體系成長階段；80-90年代為快速發展階段。其中，液壓工業于50年代初從機床行業生產仿蘇的磨床、拉床、仿形車床等液壓傳動起步，液壓元件由機床廠的液壓車間生產，自產自用。進入60年代后，液壓技術的應用從機床逐漸推廣到農業機械和工程機械等領域。到了60年代末、70年代初，隨著生產機械化的發展，液壓元件制造業出現了迅速發展的局面，一批中小企業也成為液壓件專業制造廠。這時，液壓件產品已從仿蘇產品發展為引進技術與自行設計相結合的產品，壓力向中、高壓發展，并開發了電液伺服閥及系統，液壓應用領域進一步擴大[2]。至今經過40多年的努力，我國液壓元件行業已形成了一個門類比較齊全，有一定生產能力和技術水平的工業體系。隨著社會主義市場經濟的不斷深化，液壓產品的市場供求關系發生較大變化，長期來以“短缺”為特征的賣方市場已基本成為以“結構性過剩”為特征的買方市場所取代。在我國加入WTO后，其沖擊有可能更大。因此，“十五”期間行業產值的增長，決不能依賴于量的增長，而應針對行業自身的結構性矛盾，加大力度，調整產業結構和產品結構，也就是應依靠質的提高，促進產品技術升級，以適應和拉動市場需求，求得更大的發展。2概述本液壓系統控制的閥門為水電站水輪機進水閥門，公稱直徑為DN2000mm，為液壓驅動和控制的液控蝶閥。該系統能實現開啟后自動投入、自動保壓，重錘和蝶板不抖動。關閥時能先關導葉，自動解除鎖定，在蓄能器和水力驅動下按調定的時間關閉閥門。本控制系統集液控與電控為一體，配置蓄能器。系統結構緊湊，動作簡單可靠，且具有能耗低的特點，完全滿足用戶提供的原理要求。本套液壓系統配有電器壓力開關，可對系統壓力實現自動控制。閥門開關時間：60-90s(可調)。3液壓缸的設計3.1工況分析執行元件的工作壓力主要根據運動循環各階段中的最大總負載力來確定，此外，還需要考慮以下因素：1)首先要考慮設備類型及各類設備的不同特點和使用場合。2)考慮執行元件的裝配空間、經濟、元件供應情況和重量等因素，工作壓力選得低，則元件尺寸大、重量重，對某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經濟；反之，壓力選得高一些，則元件尺寸小、重量輕，但對元件的材質、制造精度、密封性能要求高，必然要提高設備成本。一般來說，對于固定的、尺寸不太受限的設備，壓力可以選低一些，行走機械、重載設備壓力要選得高一些。所以，執行元件的工作壓力的選擇有兩種方式：一是根據機械類型選；二是根據切削負載選。具體選擇可參考表1和表2。表1按負載選擇工作壓力Table1Accordingtotheloadselectionworkpressure載荷/KN<55-1010-2020-3030-50>50工作壓力/Mpa<0.8-11.5-22.5-33-44-5≥5表2按機械類型選執行件的工作壓力Table1Accordingtothemechanicaltypechooseexecutionapressureofwork機械類型磨床組合機床龍門刨床拉床農業機械液壓機小型工程機械大中型挖掘機建筑機械重型機械液壓鑿巖機起重運輸機械工作壓力/Mpa0.8-23-52-88-1010-1820-32值得注意的是，高壓化是液壓系統發展趨勢之一，因此壓力應選得高一些，以減小系統的體積。此外，低壓閥已逐漸淘汰，即使是低壓系統也應采用高壓閥。啟動力為308KN，液壓缸的平均輸出速度為0.9m/min，設計液壓缸的行程，由于采用伸縮式液壓缸，其中一級活塞的行程為358mm，二級活塞（內缸筒活塞）的行程為267mm。3.2液壓缸主要幾何尺寸的計算液壓缸的主要幾何尺寸，包括液壓缸的內徑，活塞桿的直徑，液壓缸行程等。3.2.1液壓缸內徑的確定(1)初選液壓缸的工作壓力根據分析，此舉伸機構的負載較大，初選液壓缸的工作壓力為p=16Mpa。(2)計算液壓缸的尺寸取F==308000NA=F/p(1)=308000/16106=0.01925mD=m(2)=13.86510-2m查機械設計手冊GB2348-80[3]，按標準取：D=140mm3.2.2(1)活塞桿直徑的計算根據φ和P的關系速度比φ取1.6來確定活塞桿的直徑：d=D(3)=120.56mm同上，按標準取：d=130mm。（2）活塞桿的穩定性校核因為活塞桿行程為358mm，所以取活塞長為567mm，而活塞直徑為130mm，L/d=567/130=4.36<10無需進行穩定性校核[4]。圖1活塞桿3.2.3根據上面的結果，則液壓缸的有效面積為：無桿腔面積㎡(4)=0.0158m2有桿腔面積㎡(5)=0.013m23.2.4液壓缸內缸筒液壓缸內缸筒的行程為L=267mm。3.2.5液壓缸內液壓缸內缸筒的長度由液壓缸的行程決定，液壓缸內缸筒長度L=526mm。3.3液壓缸結構參數的計算液壓缸內缸筒的結構參數，主要包括缸筒壁厚，油口直徑、缸底厚度、缸頭厚度等。3.3.1缸筒壁厚δ的計算和校核3.3.2壁厚的計算查機械設計手冊第五卷，由上求得缸體內徑標準值140mm，得外徑190mm。可知δ=（190-140）/2=50/2mm=25mm。(6)3.3.3液壓缸的缸筒壁厚的校核缸的額定壓力pn=16Mpa>=16Mpa,取py=1.25pn=1.2516Mpa=20Mpa。液壓缸缸壁的材料選35號鋼，查金屬工藝學表6-5（GB699-88）[5]，得其材料抗拉強度σb=520Mpa。取安全系數為n=5，[σ]=σb/5=520/5MPa=104MPaD/δ=140/25=5.6<10，δ≥-1)mm(7)mm=14.7mm<壁厚合適。3.3.4液壓缸油口直徑的計算(8)式中--液壓缸油口直徑md—液壓缸內徑0.14mv—液壓缸最大輸出速度0.9m/min查表得--油口液流速度4.8m/s=0.004m=4mm(9)3.3.5缸底厚度h的計算該液壓缸為平形缸底且無油孔，其材料是HT350。(10)式中h--缸底厚度單位為md—液壓缸內徑m--試驗壓力Pa[σ]—缸底材料的許用應力，取安全系數n=5，則[σ]==70Mpa。由于缸的額定壓力=16MPa≤16MPa，所以取=24MPa=16.0MPa(11)=0.042m=42mm3.3.6缸頭與法蘭的聯結計算（1）聯結方式采用螺栓聯結（2）螺栓的設計首先通過計算出每一個螺栓的總拉力F，再選用8個螺栓均勻分布在缸頭上，則然后確定其直徑，螺栓連接缸頭和法蘭，主要受到變載荷的作用[6]，而影響零件疲勞強度的主要因素為應力幅，故應滿足疲勞強度條件(12)查機械原理與設計表15-3公式，設螺栓直徑>20mm，取ε=1，=1，=3.5，=4.5，求得=(13)螺栓和被聯結件均為鋼制，采用金屬墊片，故取相對剛度系數即有0.3mm由設計手冊，選M22，與原設相符。3.3.7缸頭厚度h的計算本液壓缸選用螺釘聯結法蘭，其計算方法如下：(14)式中h--法蘭厚度mF--法蘭受力總和Nd--密封環內徑m--密封環外徑m--螺釘孔分布圓直徑m--密封環平均半徑m[σ]—法蘭材料的許用應力Pa均壓槽一般寬為0.4mm，深為0.8mm，O型密封圈的壓縮率為W=（，缸頭和法蘭的聯結是固定的，其密封也是固定的[7]，取W=20%，即=0.2得=1，為密封圈直徑。F=308000N，=140mm，=140-/2=139.5mm(15)=140mm+23+22+27=272mm[σ]=(16)3.3.8法蘭直徑和厚度的確定法蘭直徑取與缸頭直徑相同，即法蘭厚度取3.3.9缸蓋的聯結計算聯接方式：螺栓聯接缸體螺紋處的拉應力為：(17)切應力：(18)合成應力為：(19)式中K—螺紋擰緊系數，動載荷，取K=1.5F--缸體螺紋處所受的拉力N，F=308000N--螺紋內徑mmz--螺栓個數，取z=8σ—螺紋處的拉應力Pa[σ]—螺紋材料的許用應力[8]，[σ]=n—安全系數，一般取1.5-2.5(20)由設計手冊，取M16。3.3.10缸頭直徑和缸蓋直徑取兩者相同，即==++(21)=（272+16+210）mm=304mm3.3.11液壓缸主要尺寸的確定（1）活塞最小導向長度HL為活塞的行程H≥L/20+D/2=358/20+140/2=84mm。(22)（2）活塞的寬度BB=0.57D=0.54140mm=75mm。(23)（3）導向套長AD=140mm≥80mm，取A=0.5d=0.5130mm=65mm。(24)（4）隔套長度EE=H-（A+B）/2=84-（65+80）/2=12mm。(25內缸筒最小導向長度HL為內缸筒的行程H>=L/20+D/2=267/20+2OO/2=113mm。(26)內缸筒活塞的寬度BB=0.4D=80mm。內缸筒導向套長AD=200mm>=80mm。取A=0.5D=100mm。（5）求液壓缸的最大流量=2=1.40=60s~90s=2.67=3.58油缸無桿腔作用面積：=π×2/4=3.14(27)=π×2/4=1.53V=+=13.86流量的計算：油流量：=容積/時間=13.86L/min。3.4液壓缸主要零件的結構、材料及技術要求3.4.1本次油缸設計充分考慮了其所處的環境惡劣，在密封件的造型上力求密封性能的可靠和壽命有可靠保證[9]。全套密封件采用進口德國MERKERS產品，使用壽命長達15年。3.4.2油缸缸體本工程油缸的缸體材料為優質無縫鋼管制作，強度高于ST5.2N，內徑采用GB1184中的H8配合要求，表面粗糙度達Ra0.4，直線度要求達1000:0.1，圓柱度要求達0.02，孔口有導向角，粗糙度為Ra1.6，缸口采用法蘭連接，法蘭材料為45#鍛鋼，并經正火處理。有關焊接采用氬弧焊，焊前預熱，焊后局部高溫回火去應力處理，并對焊縫進行100%超聲波探傷，按JB4730-1級標準驗收[10]。1）活塞桿材料用優質45#鍛鋼并正火處理，表面防腐采用鍍鉻工藝，鍍0.04~0.06mm硬鉻，桿頭開有夾頭及導向角，所有結構均符合國標要求，表面硬度達HRC58-64以上，圓度公差值達7級精度。2）活塞所用材料為45#鍛件正火處理加支承環結構（材料為QA19-4），活塞外徑公差達f8，內徑采用基孔制，公差為H9，其密封面（槽）的加工精度為h9，粗糙度為Ra1.6，兩端面對內孔的垂直度為0.04mm，外徑對內徑的同軸度為0.03mm，定位有導向角導入。3）缸底、缸蓋均采用鍛焊鋼件，材料為45#并經正火處理，各配合處的圓柱度高于9級，同軸度公差為0.03mm，粗糙度為Ra1.6um[11]。4）導向套45#材料，導向面的配合公差為H9和f8，粗糙度為Ra0.2um~Ra0.3um。配合面的圓度公差為0.05mm，同軸度為0.03mm。5）油缸設有排氣測壓裝置，銷軸部位設有防水防銹機構。6）關節軸承采用自潤滑軸承，用戶使用時可免維護。對液壓啟閉機的運輸采取了可靠的防撞、防震、防刮傷、防擦傷、防磕碰等防護措施。7）密封：選用O型密封圈.8）防塵：防塵圈.9）液壓缸的緩沖裝置：緩沖裝置是為了防止和減少液壓運動時的沖擊，通過節點產生內壓力抵抗液壓推力、慣性力和載荷力，降低液壓桿的速度。該系統中活塞桿的運動速度較小，移動慣性不大，選用固定性的緩沖方式[12]。10）排氣裝置：當系統長時間停止工作，系統中的油液由于本身重量的作用和其他原因而流出，這時易使空氣進入系統，如果液壓缸中有空氣或混入空氣，都會使液壓缸運動不不平穩。因此可在液壓缸的最高部位設置排氣裝置。4液壓系統圖的擬訂和工作原理的確定4.1制定基本方案4.1.1制定調速方案液壓執行元件確定后，運動方向和運動速度的控制是定液壓回路的核心問題。方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現。對于一般中小流量的液壓系統，大多通過換向閥的有機組合實現所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統，現多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。速度控制通過改變液壓執行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現。相應調整方式有節流調速、容積調速以及二者的結合——容積節流調速。節流調速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執行元件的流量來調節速度[13]。此種調速方式結構簡單，由于這種系統必須用溢流閥，故效率低，發熱量大，多用于功率不大的場合。容積調速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調速的目的。其優點是沒有溢流損失和節流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統。容積節流調速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調節輸入或輸出液壓執行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應。此種調速回路效率也較高，速度穩定性較好，但其結構比較復雜。節流調速又分別有進油節流、回油節流和旁路節流三種形式。進油節流起動沖擊較小，回油節流常用于有負載荷的場合，旁路節流多用于高速。調速回路一經確定，回路的循環形式也就隨之確定了。節流調速一般采用開式循環形式。在開式系統中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經系統釋放能量后，再排回油箱[14]。開式回路結構簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。容積調速大多采用閉式循環形式。閉式系統中，液壓泵的吸油口直接與執行元件的排油口相通，形成一個封閉的循環回路。其結構緊湊，但散熱條件差。4.1.2制定壓力控制方案液壓執行元件工作時，要求系統保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內工作，也有的需要多級或無級連續地調節壓力，一般在節流調速系統中，通常由定量泵供油，用溢流閥調節所需壓力，并保持恒定。在容積調速系統中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。在有些液壓系統中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設高壓泵。液壓執行元件在工作循環中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路[15]。在系統的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。4.1.3制定順序動作方案主機各執行機構的順序動作，根據設備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執行機構的順序動作多采用行程控制，當工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關發出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續的動作。行程開關安裝比較方便，而用行程閥需連接相應的油路，因此只適用于管路聯接比較方便的場合。另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經過一段時間，當泵正常運轉后，延時繼電器發出電信號使卸荷閥關閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機床、擠壓機壓力機等場合。當某一執行元件完成預定動作時，回路中的壓力達到一定的數值，通過壓力繼電器發出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。4.1.4選擇液壓動力源液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節流調速系統一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統的需油量，多余的油經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩定油源壓力的作用。容積調速系統多數是用變量泵供油，用安全閥限定系統的最高壓力。為節省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統所需流量相匹配。對在工作循環各階段中系統所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進入系統的油液根據被保護元件的要求，通過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據液壓設備所處環境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。4.2繪制液壓系統圖整機的液壓系統圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復多余的元件，力求系統結構簡單。注意各元件間的聯鎖關系，避免誤動作發生。要盡量減少能量損失環節。提高系統的工作效率。為便于液壓系統的維護和監測，在系統中的主要路段要裝設必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。大型設備的關鍵部位，要附設備用件，以便意外事件發生時能迅速更換，保證主要連續工作。各液壓元件盡量采用國產標準件，在圖中要按國家標準規定的液壓元件職能符號的常態位置繪制[16]。對于自行設計的非標準元件可用結構原理圖繪制。系統圖中應注明各液壓執行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。系統的油源及壓力控制：（參見液壓原理圖）1）油源：液壓系統直接利用油泵供油，滿足蝶閥開啟要求。另設有一臺手動泵，供檢修或無電時開關閥使用。2）壓力調節與控制：開啟油泵前松開溢流閥(件號8)手柄，啟動電機，空載運行5分鐘，緩慢調節溢流閥手柄，逐級調節系統壓力至20Mpa。系統輸出壓力合符工況要求的壓力油源。系統中配置一電子壓力開關(件號18)，調定好壓力開關上限壓為20Mpa，下限壓為12Mpa，電子壓力開關能在壓力調定值準確發信。液壓系統的工作程序：（參見液壓原理圖）3）開閥：關閉調速閥導葉后，中控室向液控蝶閥發出開閥指令，開啟旁通閥，管道上下游平壓后，壓差控制器發出平壓信號，液壓鎖定解除，主閥開啟，液壓鎖定投入，最后關閉旁通閥，這樣蝶閥開啟完畢。4）關閥：正常關閉：關閉調速器導葉后，中控室向液控蝶閥發出關閥指令，液壓鎖定解除，主閥關閉，液壓鎖定投入，這樣蝶閥關閉完成。事故關閉：中控室向液控蝶閥發出關閉指令，液壓緊定解除，主閥關閉，液壓鎖定投入，蝶閥關閉完成。液壓系統的動作過程：（參見液壓原理圖）1）開閥：中控室發出開閥指令，旁通閥開啟(信號指示)，當活門兩側的水壓差降至設定值時，壓差控制器發出信號，啟動電機，此時電磁鐵YV1失電、YV3得電，鎖定解除到位(信號指示)，調節節流閥可控制鎖定液壓缸的退回速度。鎖定解除后系統油壓上升，主閥開啟，在開啟過程中，調節節流閥，可得到所需的開閥時間。主閥全開到位后，電磁鐵YV3失電，鎖定投入(信號指示)，同時關閉旁通閥(信號指示)。在此過程中，系統壓力上升至壓力開關設定上限，電機停止工作，開閥過程完成。2）保壓：主閥全開到位后，液壓系統便進入保壓狀態，當系統壓力降至壓力開關設定的下限時，電機啟動；壓力上升至設定點的上限時，電機停止工作。這樣保證系統的油壓始終處在壓力開關設定的上、下限范圍內[17]。3）關閥：中控室發出指令，電磁鐵YV3得電，鎖定液壓缸退回，到位后發出指令(同時有信號指示)，電磁鐵YV1得電，主閥關閉，全關到位后(信號指示)，延時10s，電磁鐵YV3失電，鎖定再次投入，關閥過程即完成。運行速度及快、慢關角度轉換的控制：4）蝶閥在開啟過程中的運行速度可通過調節節流插件獲得。蝶閥的快、慢關速度及快、慢角度的調整，可通過調節液壓缸尾端的調節桿獲得。圖2液壓系統原理圖5液壓元件的選擇和工作原理的確定5.1液壓泵的選擇1）油泵的最大工作壓力計算

①確定液壓泵的最大工作壓力pp

pp=p1+Σ△p

（28）

式中p1——液壓缸最大工作壓力；液壓缸的公稱壓力16MPa

Σ△p——從液壓泵出口到液壓缸入口之間總的管路損失。Σ△p的準確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進行，初算時可按經驗數據選取：管路簡單、流速不大的，取Σ△p=（0.2～0.5）MPa；管路復雜，進口有調速閥，取Σ△p=（0.5～1.5）MPa。這里取Σ△p=1MPa

pp=p1+Σ△p

=17MPa②確定液壓泵的的流量液壓缸的流量=容積/時間=30.41L/min（29）液壓泵的流量=K=36.5L/min（30）

式中K——系統泄漏系數，一般取K=1.1～1.3；這里取K=1.2③液壓泵的排量計算q=/n（31）其中：為油泵最大工作流量。n為電機工作轉速，選用三相異步電機，4級轉速故額定轉速n=1460rpm。那么：q=36.5×103/1460ml/rev=25ml/rev④選擇液壓泵的規格根據以上求得的pp和值，按系統中擬定的液壓泵的形式。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。這里液壓泵選用邵液提供的25SCY14-1B柱塞泵，排量25ml/rev，在轉速1460rev/min情況下，流量36.5L/min，額定工作壓力為160bar,排量可調。5.2電動機的選擇電動機的選擇N=pp×/60×η（32）表3液壓泵的總效率Table3Hydraulicpumpoverallefficiency液壓泵類型齒輪泵螺桿泵葉片泵柱塞泵總效率0.6～0.70.65～0.800.60～0.750.80～0.85注：η為電機效率，取0.6P為液壓系統油泵出口壓力Notes:ηformotorefficiency,take0.6Pforhydraulicsystempressurepumpexport那么:N=17×16.63÷60÷0.6=7.85kw查《機械設計課程設計手冊》：電機為Y160L-4，轉速n=1460r/pm,電機功率11kw。5.3其他元件的選擇5.3.1液壓閥的選擇

（1）閥的規格，根據系統的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節流閥和調速閥時，要考慮最小穩定流量應滿足執行機構最低穩定速度的要求[18]。

控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也允許有20%以內的短時間過流量。（2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。

5.3.2蓄能器的選擇

根據蓄能器在液壓系統中的功用，確定其類型和主要參數。（1）液壓執行元件短時間快速運動，由蓄能器來補充供油，其有效工作容積為（33）

式中A——液壓缸有效作用面積（m2）；

l——液壓缸行程（m）；

K——油液損失系數，一般取K=1.1；

QP——液壓泵流量（m3/s）；

t——動作時間（s）根據要求選用工作壓力為6MPa的NXQ1-L4/31.5-H的皮囊式蓄能器。（2）蓄能器的工作原理蓄能器內腔由皮囊分為兩個部分：囊內裝氮氣，囊外充液壓油。當液壓泵將液壓油壓入蓄能器時，皮囊就受壓變形，體積隨壓力增加而減少。液壓油被逐漸儲存。若液壓系統工作需要增加液壓油，則蓄能器將液壓油排出，使系統能量得到補償。（3）蓄能器型號說明NXQ1-L4/31.5-H囊式蓄能器1型結構礦物油公稱壓力31.5兆帕螺紋連接公稱容積4升（4）蓄能器附件充氣工具：該工具是蓄能器進行充氣、補氣、修正氣壓和檢查充氣壓力等專用工具。它具有結構緊湊、使用方便、安全可靠、承高、壓耐沖擊等特點。是蓄能器最理想的隨機附件。使用說明：工具裝有充氣閥、排氣閥、測壓表及本體，使用時首先去掉蓄能器上端的保護后，旋上該工具即可特用。①充（補）氣：把工具上的高壓膠管連接氮氣瓶，擰開氮氣瓶上的手輪充氣到所需壓力即可。②排（放）氣：如遇蓄能器充氣壓力太高時，順時針旋手輪打開蓄能器上端的充氣閥后，打開排氣閥放氣到需要壓力后關閉排氣閥，逆時針旋手輪到原位即可。③測壓：同上一樣打開充氣閥，即可測主機工作壓力。④拆卸工具時需先放掉工具內存氣。表4蓄能器壓力選擇表Table4Theaccumulatorpressureselectiontable配用壓力表配用壓力表蓄能器壓力（Mpa）充氣工具型號刻度范圍精度等級軟管內徑規格10CQJ-160-161．5φ620CQJ-250-251．5φ631．5CQJ-400-401．5φ65.3.3管道尺寸的確定（1）管道內徑計算（34）

式中

Q——通過管道內的流量（m3/s）；

υ——管內允許流速（m/s），見表5。d==22mm.計算出內徑d后，按標準系列選取相應的管子。（2）管道壁厚δ的計算（35）式中p——管道內最高工作壓力（Pa）；

d——管道內徑（m）；σb——管道材料的抗拉強度（Pa）；取為520MPa.

n——安全系數，對鋼管來說，p＜7MPa時，取n=8；p＜17.5MPa時，取n=6p＞17.5MPa時，取n=4。16×22/2×173=2mm.表5允許流速推薦值Table5Allowvelocityrecommendedvalue管道推薦流速/（m/s）液壓泵吸油管道0.5～1.5，一般常取1以下液壓系統壓油管道3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值液壓系統回油管道1.5～2.6

5.3.4油箱容量的確定

初始設計時，先初步確定油箱的容量，待系統基本確定后，再按散熱的要求進行校核。

油箱容量的經驗公式為（36）

式中QV——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）；

α——經驗系數，見表6。V=20×16.63=332.6L取油箱體積為350L表6經驗系數αTable6Experiencecoefficientα系統類型行走機械低壓系統中壓系統高壓系統冶金機械α1～22～45～78～2010在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統供油的要求，還要保證執行元件全部排油時，油箱不能溢出，及系統中最大可能充滿油時，油箱油位不低于最低限度。根據系統工作壓力和通過閥的實際流量選擇元件及輔助元件，系統的元件其型號和參數見系統圖。6液壓系統性能的驗算液壓系統初步設計是在某些估計參數情況下進行的，當各回路形式、液壓元件及聯接管路等完全確定后，針對實際情況對所設計的系統進行各項性能分析。這主要是確切地計算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統效率，壓力沖擊和發熱溫升等[19]。然后發現問題，對不合理的設計要進行重新調整，或采取其他必要的措施。

6.1管路系統壓力損失的驗算6.1.1液壓系統壓力損失油液在進油管中的流速為:v==4.72m/s。（37）壓力損失主要包括管路的沿程損失△p1，管路的局部損失△p2和閥類元件的局部損失△p3，總的壓力損失為:△p=△p1+△p2+△p3。（38）6.1.2沿程壓力損失首先，要判別管中的流態，設系統采用46#抗磨液壓油，精度等級不低于NAS8級，其工作環境溫度為20-50℃時，查機械設計手冊常用液壓油的牌號和黏度表取其運動粘度=50，所以有:Re===2077（39）因為系統中采用無縫鋼管，是光滑的金屬圓管，其臨界雷諾數為2000-3000，而實際流動時的雷諾數為2077，小于2000-3000，則管中應為層流，則阻力系數:λ=75/Re=75/2077=0.036（40）若取油管長度均為3m，油密度為ρ=890kg/m，則進油路上的沿程壓力損失為:△pλ1=λ（41）=0.036=0.049MPa。6.1.3局部損失液體流經如閥口、彎管、通流截面變化等局部阻力處所引起的壓力損失。液流經過這些局部阻力處時，由于液流方向和流速均發生變化，在這里形成了旋渦，使液體的指點之間互相撞擊，從而產生能量的損耗。局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損失，前者視管道的具體結構而定，一般取沿程壓力損失的10%，而后者與通過閥的流量大小有關，若閥的額定流量和額定壓力損失為qn和，則當通過閥的流量為q時的閥的壓力損失為為（42）在該系統中主要有手動換向閥、液控單向閥和液壓缸，根據各個產品的參數，可知，各個閥的壓力損失如下：==0.01Mpa=0.047Mpa（43）==0.01Mpa=0.60Mpa（44）液壓缸回油路上的流量為:L/min=13.1L/min（45）則回油路管中的流速為:m/s=0.22m/s（46）可算出:Re=（47）=0.221810-3/6010-6=660λ=75/Re=75/660=0.114所以回油了路上的沿程壓力損失為:（48）=0.004MPa6.1.4總的壓力損失由上面的計算所得可求出：∑（49）=[0.049+（0.6+0.047）+0.004]MPa=0.7Mpa原設∑=0.8MPa，這與計算結果略有差異，且大于計算結果，不必更改6.2液壓系統的發熱溫升計算系統在工作時，有壓力損失、容積損失和機械損失，這些損失所消耗的能量多數轉化為熱能。特別是液壓系統，系統發熱使油溫升高，導致油的粘度下降、油液變質，影響正常的工作[20]。為此，必須控制溫升在許可的范圍內，如工程機械和機車車輛應控制在△T=35-40℃。該系統中產生熱量的元件主要有液壓缸、液壓泵、溢流閥和單向閥，散熱的元件主要有油箱，系統經一段時間后，發熱與散熱會相等，即達到熱平衡。6.2.1系統發熱量的計算根據以上的計算可知：電動機的輸入功率為:Pp=Ppqp/ηp（50）=161061610-3/600.85w=4267w.6.2.2系統的散熱計算液壓系統的散熱途徑有油箱表面和油管表面，在本系統中只考慮油箱表面散熱。在單位時間內，油箱的散熱量為H0=hA△t，設油箱的三個邊的比例為a：b：h=1：1.5：2.5，則散熱面積為:A=0.065（51）㎡=2.36㎡式中h是散熱系數，取1510-3kw/（㎡·℃）。△t為系統的溫升，等于系統熱平衡事的溫度和環境溫度之差，取油液的最高工作溫度為60℃，工作的環境溫度為40℃，則△t=（60-40）℃=20℃（52）H0=2.361510-311kw=0.39kw6.2.3系統熱平衡溫度的驗算當系統達到熱平衡的時候有：H=H0，即t=℃=51.6℃（53）環境溫度為40℃，熱平衡溫度為51.6℃<60℃，沒有超出允許范圍。6.3油箱的尺寸設計根據上面計算結果對散熱面積的要求，對油箱的尺寸進行計算。假設油箱的長、寬、高分別為a，b、c。一般情況下，油為的高度為箱高的0.8倍，即0.8h，與油直接接觸的表面算全散熱，與油不直接接觸的算半散熱[21]，其外形如下圖：根據上面確定的油箱的容積V=350L和散熱面積A=2.36㎡，可查機械設計手冊，V=0.8abhmm3（54）A=1.8h（a+b）+1.5ab㎡（55）和長、寬、高的比例a：b：h=1：1.5：2.5，聯立解方程，可求得a=1.0mb=1.05mh=0.75m 圖3油箱圖Fig3Tankfigure7液壓裝置的設計7.1液壓裝置總體布局液壓系統總體布局有集中式、分散式。

集中式結構是將整個設備液壓系統的油源、控制閥部分獨立設置于主機之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機、鍛壓機、電弧爐等有強烈熱源和煙塵污染的冶金設備，一般都是采用集中供油方式。

分散式結構是把液壓系統中液壓泵、控制調節裝置分別安裝在設備上適當的地方。機床、工程機械等可移動式設備一般都采用這種結構。7.2液壓閥的配置形式1）板式配置板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對應的孔，通過管接頭聯接油管而將各閥按系統圖接通。這種配置可根據需要靈活改變回路形式。液壓實驗臺等普遍采用這種配置。

2）集成式配置目前液壓系統大多數都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內部油路作用。這種配置結構緊湊、安裝方便。7.3集成塊設計

1）塊體結構集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設備可用鑄鐵，高壓強振場合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長方體。

對于較簡單的液壓系統，其閥件較少，可安裝在同一個集成塊上。如果液壓系統復雜，控制閥較多，就要采取多個集成塊疊積的形式。

相互疊積的集成塊，上下面一般為疊積接合面，鉆有公共壓力油孔P，公用回油孔T，泄漏油孔L和4個用以疊積緊固的螺栓孔。

P孔，液壓泵輸出的壓力油經調壓后進入公用壓力油孔P，作為供給各單元回路壓力油的公用油源。

T孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。

L孔，各液壓閥的泄漏油，統一通過公用泄漏油孔流回油箱。

集成塊的其余四個表面，一般后面接通液壓執行元件的油管，另三個面用以安裝液壓閥。塊體內部按系統圖的要求，鉆有溝通各閥的孔道。2）集成塊結構尺寸的確定外形尺寸要求滿足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求。為減少工藝孔，縮短孔道長度，閥的安裝位置要仔細考慮，使相通油孔盡量在同一水平面或是同一豎直面上。對于復雜的液壓系統，需要多個集成塊疊積時，一定要保證三個公用油孔的坐標相同，使之疊積起來后形成三個主通道。油孔之間的壁厚δ不能太小，一方面防止使用過程中，由于油的壓力而擊穿，另一方面避免加工時，因油孔的偏斜而誤通。對于中低壓系統，δ不得小于5mm，高壓系統應更大些。8液壓系統安裝及調試8.1液壓系統安裝1）預安裝時，先將液壓系統，液壓缸固定在規定的基礎上，然后根據圖紙要求把液壓系統各部件的進出油口按原理圖管路連線要求用要求的管路連接起來，彎管處橢圓度不低于97%[22]；2）正式安裝前，要將管道內部沖洗干凈，本套設備要求沖洗后管道內部清潔度不低于17/14（ISO4406），相當于Nas8級；3）正式安裝時，各管口要求擦拭干凈，不準有砂粒、焊渣等污物進入管道內，管道安裝完畢后，可在適當位置上安裝管夾，以防止管道震動。8.2調試前準備工作1)用加油泵往油箱中加規定牌號的液壓油，將油加至液面達液位計最高位置。2)按照液壓原理圖，將各液壓元件的手柄打到正確的啟、閉位置上，鎖定。8.3調試運行1)首次啟動電機時，注意保證電機正確的旋轉方向；在啟動前，給油泵灌入清潔的引液。2)啟動油泵電機，待油泵空運轉數分鐘之后，方可將系統壓力逐步調節至設計要求。3)油泵運轉正常后，按前面所說次序調好系統壓力、流量、電子壓力開關等系統各參數。4)系統壓力油液輸出正常后，按前面所說各調試好控制元件調的控制參數。8.4液壓系統的用液及對污染的控制1）液壓所用油液對液壓系統能否正常使用具有十分重要的意義，除系統設計的合理、元件制造的質量和維護使用等條件外，油液的適用性和油液清潔度是一個十分重要的因素。2）液壓油液作為液壓傳動的工作介質，除了傳替能量外，還有潤滑液壓元件運動副以及保護金屬不被銹蝕等作用。3）液壓油液污染嚴重時，液壓系統工作性能惡化，容易產生故障、元件加速磨損、壽命縮短、甚至造成設備和操作的重大事故。8.5調試運行中應注意的問題1）在正常運行情況下，各截止閥手柄按原理圖處于正確的位置，并將其鎖定；2）溢流閥、節流閥調定值應按前面的數值調定，并將其鎖定；3）在沒有電源的情況下，可以手動按下電磁球閥23QDF6B/315E24實現手動換向，實現閥門開關及系統泄荷。4）當因故需要拆卸壓力表、電子壓力開關、蓄能器時，需打開截止閥，將蓄能器內壓力油排盡，方可操作。9液壓系統的維護及注意事項1）液壓系統應加規定牌號的液壓油液，不得將不同牌號的液壓油液混合使用。2）應保證液壓系統所用液壓油液污染度等級不低于規定的污染度等級要求。3）系統第一次投入運行三個月后，應將液壓油液過濾一次或更換，并清洗油箱；以后，一般每一年換一次油液；油液每三個月應化驗一次，對于已經變質老化或被嚴重污染的液壓油液應及時更換。4）不得隨意將壓力控制繼電器的控制點變動，以免影系統正常工作。5）要經常檢查儀表及其它元件功能是否正常，如要維修更換，請注意型號和說明書要求。6）每班檢查一次油箱內的液面高度，如異常應檢查各元件和管線滲漏點；如果發現滲漏點，在不影響使用的情況下作好標記，停機時進行處理，如滲漏嚴重，應立即停機處理。7）要保持液壓系統周圍環境的清潔，要求周圍環境的相對濕度不大于85%，且無雨雪侵蝕。8）液壓系統要定期檢修，過濾或更換液壓油液，并清洗油箱。9）當系統需要檢修電磁球閥時，要使電機在不工作情況下，打開截止閥，讓系統及蓄能器的油排干，方可操作。10結論通過近兩個月的畢業設計，使我們充分的掌握了一般的設計方法和步驟，不僅是對所學知識的一個鞏固，也從中得到新的啟發和感受，同時也提高了自己運用理論知識解決實際問題的能力，而且比較系統的理解了液壓設計的整個過程。在整個設計過程中，我本著實事求是的原則，抱著科學、嚴謹的態度，主要按照課本的步驟，到圖書館查閱資料，在網上搜索一些相關的資料和找老師指導。在設計的時候不停的計算、比較、修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期間也遇到不少的困難和挫折，幸好有莫亞武本次設計課題是水電站的液壓系統，通過控制蝶閥的開關來控制進水量的大小及速度，從而達到控制水電站的發電水量，事實證明使用液控蝶閥液壓站來控制可以方便快速并安全的達到要求。此設計中主要運用到的有液壓、機械原理、熱處理、機械制圖、CAD繪圖等方面的知識，這也比較系統的運用了所學的知識，但這是微不足道的，還需要在以后的實際工作中繼續學習和應用，努力加強設計的能力。參考文獻[1]何存興主編.液壓與氣壓傳動（2版）[M].武漢：華中科技大學出版社，2000:2-4.[2]王三民，諸文俊主編.機械原理與設計[M].北京:機械工業出版社,2000:23-24.[3]徐灝主編.機械設計手冊(第5卷)[M].北京:機械工業出版社,1992:106-107.[4]丁德全主編.金屬工藝學[M].北京:機械工業出版社,2000:54-56.[5]陳立德主編.機械設計基礎課程設計指導書[M].北京:高等教育出版社,2000:12-14.[6]張利平.現代液壓技術應用220例[M].北京:化學工業出版社,2009:57-459.[7]溫松明主編.互換性與測量技術基礎[M].長沙:湖南大學出版社,2003:24-2