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设计

毕业设计

题目：

20吨机车升降千斤顶液压系统设计

学院：

机械自动化学院

专业：

机电一体化

学号：

**************

学生姓名：

^^^^^^^^^^^^^

指导老师：

^^^^^^^^^^^^^

日期：

2011年5月

摘要

作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。

液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。

因为液压传动控制方式的灵活性和。

便捷性，液压控制在工业上受到了广泛的重视。

液压传动是以液压油为工作介质，通过动力元件将原动机的机械能变为液压油的压力能，在通过控制元件，然后借助执行元件将压力能转换成机械能，驱动负载实现直线或回转运动，且通过对控制元件遥控操纵和对流量的调节，调定执行元件的力和速度。

液压千斤顶是典型的利用液压传动的设备，被广泛应用于流动性起重作业。

关键字：

升降千斤顶液压系统液压阀

abstract

Asamodernmachineryequipmentrealizationtransmissionandcontrolofimportanttechnicalmeans,hydraulictechnologyinnationaleconomicfieldsbeenwidelyused.Hydraulictransmissioncontrolisoftenusedinindustry,akindofcontrolmode,itadoptshydrauliccompletedtheprocessofenergy.Becausehydraulictransmissioncontrolmodeofflexibilityand.Convenience,hydrauliccontrolinindustryreceivedextensiveattention.Hydraulictransmissionistheworkingmediumofthehydraulicoilforusingdynamicelements,themechanicalenergyintowillprimemoverofthehydraulicoilpressurecould,inthroughthecontrolelements,andthenusingactuatorswillstresscanconvertenergyintomechanicalenergy,drivestraightlineorrotarymotionrealizationload,andthecontrolelementsofflowoftheremotecontrollingandadjusting,adjustmentfortheimplementationofcomponentsoftheforceandspeed.Hydraulicjackisatypicalusinghydraulictransmissionequipment,arewidelyusedinliquidityliftingoperation.

Keyword:

liftingjacks、hydraulicsystem、hydraulicvalves

目录

绪论……………………………………………………………………………………1

1油缸的选择计算…………………………………………………………………3

2泵的选择算………………………………………………………………………3

2.1泵的型号选择…………………………………………………………………3

3电动机的选择计算………………………………………………………………3

3.1电动机的类型选择…………………………………………………………4

3.2电动机的型号选择…………………………………………………………4

4联轴器的选择计算………………………………………………………………4

5液压控制元件的选择计算………………………………………………………4

5.1可调双向节流阀………………………………………………………………4

5.2安全阀组………………………………………………………………………4

5.3单向阀…………………………………………………………………………5

5.4截止阀…………………………………………………………………………5

5.5三位四通电磁换向阀…………………………………………………………5

5.6冷却器用电磁水阀……………………………………………………………5

5.7溢流阀…………………………………………………………………………5

5.8两位两通换向阀………………………………………………………………5

6油箱的选择计算…………………………………………………………………5

6.1油箱有效容积的确定…………………………………………………………5

6.2油箱的结构设计………………………………………………………………6

7冷却器的选择计算………………………………………………………………8

7.1系统的发热功率………………………………………………………………8

7.2油箱散热功率…………………………………………………………………9

7.3冷却器换热面积………………………………………………………………9

7.4冷却器去水量………………………………………………………………10

7.5冷却器的选型………………………………………………………………10

8加热器的选择计算………………………………………………………………10

9蓄能器的选择计算………………………………………………………………11

10管件的选择计算………………………………………………………………11

11过滤器的选型…………………………………………………………………12

11.1注意事项……………………………………………………………………12

11.2压油过滤器的选型…………………………………………………………13

11.3回油过滤器的选型…………………………………………………………13

12其他附件的选型………………………………………………………………13

12.1空气滤清器的选型………………………………………………………13

12.2液位控制器的选型………………………………………………………13

12.3压力表的选型………………………………………………………………13

12.4减震喉管的选型…………………………………………………………13

12.5测压接头的选型…………………………………………………………13

12.6液压锁的选型………………………………………………………………14

12.7压力继电器的选型…………………………………………………………14

12.8温度控制器的选型…………………………………………………………14

12.9温度计的选型………………………………………………………………14

13系统压力损失验算………………………………………………………………14

13.1验算回路中的压力损失……………………………………………………14

14系统的安装、试压与调试……………………………………………………16

14.1液压泵装置安装要求………………………………………………………16

14.2油箱装置安装要求…………………………………………………………16

13.3液压阀安装要求……………………………………………………………17

14.4液压系统的日常维护和定期检查…………………………………………17

15管路的安装与清洗……………………………………………………………17

结束语……………………………………………………………………………19

参考文献…………………………………………………………………………20

致谢………………………………………………………………………………21

绪论

液压传动的发展

自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历史。

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。

本世纪60年代以后，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，当前液压技术正向迅速，高压大功率高效低噪音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液压传动及控制技术发展的研究的方向

机车升降千斤顶是典型的利用液压传动的设备，机车升降千斤顶具有结构紧凑性能可靠等优点，被广泛应用于起重作业。

千斤顶是用于刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托抓在小行程内顶升重物的轻巧起重设备。

液压系统的基本组成

1）能源装置——液压泵。

它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。

2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。

通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。

3）控制装置——液压阀。

通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

4）辅助装置——油箱、管路、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。

5）工作介质——液压油。

绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。

题目名称：

20吨机车升降千斤顶液压系统设计

主要技术参数：

（1）系统工作压力范围：

8~28MPa；

（2）负载：

20吨；采用4个油缸做驱动元件，速度30mm/s,行程400mm；

系统原理图如下：

1油缸的选择计算

负载20吨，采用4个油缸做驱动元件，速度30mm/s，行程400mm，压力范围8～28MPa。

P1=10MPa,P2=0，F=5t=5000Kg，P1=10MPa=100bar=100Kg/cm2

取d=40mm（

）

选HSG型工程用液压缸HSG·F-2·E-4611-400.2

2液压泵的选择计算

液压泵是能量转换装置，向系统提供具有一定压力和流量的液体，把机械能转换成液体的压力能。

液压泵主要是根据系统的工况来选择的。

泵的主要技术参数有压力、流量、转速、效率。

为了保证系统正常运转和泵的使用寿命，根据经验，一般情况下系统工作压力为泵的额定压力的2/3左右。

泵的流量要大于系统工作的最大流量，为了延长泵的寿命，泵的最高压力与最高转速不宜同时使用。

2.1泵的型号选择

对为系统主回路供油的泵采用变量泵，液压泵的额定工作压力应比系统的工作压力大25%左右，以便留出适当的压力储备。

PN=10×（1+25%）=12.5MPa。

取泵的额定压力为35MPa。

选择国产A7V型斜轴式轴向柱塞泵。

这种型式的泵转速高，自吸能力强，耐冲击性能好，效率高，易于实现多种变量型式。

其额定压力为35MPa，最高压力可达40MPa。

系统流量：

Q总=9×4=36L/min

泵25：

A7V20DRIRPFO。

其额定压力为35MPa，最高压力为40MPa，最大排量为205mL/r，最小排量为0，吸口压力0.1MPa时最高转速为4100r/min，吸口压力0.15MPa时最高转速为4750r/min，转速为145r/min时的流量为28.8L/min，压力为35MPa时的功率为17KW，转矩为114N﹒m。

重量为19Kg。

3电动机的选择计算

3.1电动机的类型选择

电动机有交流电动机和直流电动机之分，一般工厂都采用三相交流电，因而多采用交流电动机，而且多采用Y系列三相异步电动机。

其结构简单，起动性能好，工作可靠，价格低廉，维护方便。

由于液压泵通常在空载下启动，故对电动机的启动转矩没有过高要求，负荷变化比较平稳，起动次数不多，因此可以采用Y系列笼型异步电动机。

3.2电动机的型号选择

考虑到计算液压泵的流量时均在转速为1450r/min的情况下选择的，故可选择与其相近的电动机转速1500r/min，则液压泵的流量仍可满足系统的要求。

电动机18:

Y132S-4

其额定功率为5.5KW，转速为1500r/min。

4联轴器的选择计算

选用弹性套柱销联轴器

型号LT5

型号

公称转矩

Tn/（N.m）

许用转速[n]/（r/min）

轴孔直径

（mm）

重量

（Kg）

转动惯量

（Kg.m2）

LT5

125

4600

25.28

6.05

0.012

5液压控制元件的选型

5.1可调双向节流阀

两个对称的单向节流阀在一个方向上通过调整节流口截面积大小调节流量，在另一个方向上通过单向阀回油，通过选择不同安装位置或不同型号实现进口或出口节流。

双向节流阀型号：

Z2FS6-10/S2V。

 一端通径为6mm，流量为80L/min。

另一端通径为10mm，流量为160L/min。

出口节流：

S2；V：

磷酸酯液压油。

5.2安全阀组

型号：

AJS10*Z-20

AJ型蓄能器安全阀组；S手控泄压；公称通径10mm；

安全阀压力级31.5MPa；Z直动式溢流阀。

5.3单向阀

单向阀17：

选用型号C2G-805-*

通径10mm；最高压力31.5MPa；公称流量40L/min；

开启压力0.035MPa；重量1.5Kg。

单向阀18：

选用型号C2G-815-*

通径20mm；最高压力35MPa；公称流量80L/min；

开启压力0.35MPa；重量3Kg。

5.4截止阀

截止阀8：

选用DV型节流截止阀

型号：

DVP10-3-10/V2

流量75L/min；工作压力35MPa；P：

板式连接；Ｖ：

磷酸酯油；

通径：

１０ｍｍ—管道直接安装。

截止阀9：

选用CJZQ型球心截止阀

型号：

CJZQ-H10F；公称通径：

10mm；公称压力：

31.5MPa；F：

法兰连接。

截止阀10：

选用DRV型单向节流截止阀

型号：

DRVP10-1-10/V2；流量：

75L/min；工作压力：

35MPa；P：

板式连接。

通径：

10mm；—管道直接安装。

5.5三位四通电磁换向阀

型号：

34D0-B10H-T流量：

100L/min；通径：

10mm；压力：

31.5MPa。

5.6冷却器用电磁水阀

型号：

ZCT-15H通径：

15mm；额定电压：

220V；功率：

15KW。

5.7溢流阀

型号：

DBW10B2-5X315G24NZ5L通径为10mm;设定压力为31.5MPa.

5.8两位两通换向阀

6油箱的选择计算

6.1油箱有效容积的确定

油箱必须有足够大的容量，以保证系统工作时能够保持一定的液位高度；为满足散热的要求，对于管路比较长的系统，还应考虑维修时能容纳油液自由流

回油箱时的容量；在油箱容积不能增大而又不能满足散热的要求时，需要考虑冷却装置。

油箱有效容量一般为泵每分钟流量的3～7倍。

对于行走机械，冷却效果比较好的设备，油箱的容量可以选择小些；对于固定设备，空间，面积不受限制的设备，则应采用较大的容量。

如冶金机械液压系统的油箱容量通常取每分钟流量的7～10倍，锻压机械的油箱容量通常取为每分钟流量的6～12倍。

油箱中的油液温度一般推荐30～50℃，最高温度不应该超过65℃，最低也不要低于15℃。

对于工具机及其他设备固定装置，工作油温度允许在40～55℃。

本系统中，采用以下经验公式初定油箱容积：

V=α⋅QP

此系统中取α=7。

则有：

V=7×2×28.8=403L

采用圆筒形结构的油箱，设备重量轻，加工性能好，油箱内部压力可达0.05MPa。

制造长L1为1000mm，直径D为800mm的圆筒油箱。

其容积约为：

保证容积有500L。

这样可以保证，在检修及系统不工作时，系统油液回油箱时不会溢出。

根据筒形油箱的外形尺寸，可估算其散热面积为:

6.2油箱的结构设计

（1）形状由于本系统流量较大，采用一般设备中常用的钢板焊接的分离式圆筒液压油箱。

（2）过滤器设置油箱的回油口一般都设置系统所要求的过滤精度的回油过滤器，以保证返回油箱的

油液具有允许的污染等级。

由于此系统选用的双筒回油过滤器直接安装在油箱上，故在油箱上方回油管一侧设置两个连接法兰，以安装双筒回油过滤器。

（3）油箱的主要油口设置

油箱的排油口与回油口之间的距离应尽可能的远些，管口都应插入最低油面之下，

以免发生吸空和回油冲溅产生气泡。

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。

将主回路的吸油口设在隔板一侧，且尽量远离隔板，系统的主回油口以及泄漏油口均设在隔板另一侧，且也尽量远离隔板，以拉开吸油口与回油口的距离。

吸油口采用法兰连接，泄漏油口采用螺纹连接。

对于冷却回路的吸油口，由于冷却回路的作用在于把刚回到油箱的热油尽快冷却并过滤后为系统提供适当温度与清洁度的油液，故将此吸油口设在系统主回油管一侧，且尽量靠近主回油管，而冷却回路的回油口则设在系统主吸油管一侧。

放油孔要设置在油箱底部最低的位置，使换油时油液和污物能顺利的从放油口流出。

在油箱两侧的最低位置各设置一个放油孔，即可保证将油箱中的油放干净，放油孔采用法兰连接。

（4）隔板设置在油箱中间设置隔板以增长液压油流动循环时间，将吸、回油管隔开，除去沉淀的

杂质，分离，清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。

在隔板上安装过滤网，使吸油管与回油管隔开，这样液压油可以经过一次过滤。

过滤网使用100目左右的金属网。

（5）空气滤清器设置在开式油箱上部的通气孔上必须配置空气滤清器。

兼作注油口用。

在油箱顶部设一

连接法兰以安装空气滤清器，法兰尺寸参照所选空气滤清器的安装尺寸设计。

若油箱上方空间不够，也可将空气滤清器设在清洗盖上。

（6）清洗孔设置在设计油箱时，从结构上应考虑清洗换油的方便，设置清洗孔，以便于油箱内沉积

物的定期清理。

由于油箱被隔板一分为二，故在油箱顶部隔板两侧各设一个清洗孔。

清洗孔的孔口大小应能够使一个人自由出入。

（7）液位计设置为了能够观察向油箱注入油液的上升情况和在系统过程中看见液位的高度，必须设

置液位计。

在油箱一侧设置两个连接法兰，以安装液位计，法兰尺寸参照所选液位计的安装尺寸设计。

（8）加热器设置由于本系统采用的是电加热器，须始终浸入油中，故在油箱下方分别设置四个加热

器连接法兰，以安装加热器。

法兰尺寸参照所选加热器的安装尺寸设计。

（9）（9）温度传感器设置

温度传感器有螺纹连接和法兰连接两种型式。

选用法兰连接型式的温度传感器，故在油箱顶部设一连接法兰，以安装温度传感器。

法兰尺寸参照所选温度传感器的安装尺寸设计。

（10）取样油口设置为了方便随时了解油箱中油液的污染情况，在油箱一侧的中下方位置设置一取样油

口，由于该油口很小，故采用螺纹连接。

（11）吊环

由于此油箱重量很大，故在油箱顶部两侧各设置一个吊环，以便于起重机吊运。

7冷却器的选择计算

泵会使油液的温度上升，当然还有系统自身的压力损失以及周围环境的温度。

这些热量除了一部分散发到周围空间，大部分是使油液及元件的温度升高，当油箱来不及散热时油温过高，将使油液迅速变质，则必须采用冷却器。

通过冷却器来降低油液的温度,使之适合系统的工作要求。

一般规定液压油的正常温度范围为15oC～65oC之间。

本系统采用循环水单独冷却，单独的油泵将热工作介质通入冷却器，冷却器不受液压冲击的影响，可以起到保护冷却器的作用，延长冷却器（特别是板式冷却器）的寿命。

供冷却用的液压泵吸油管应靠近主回油路的回油管或泄油管。

根据热交换量确定冷却器需要的换热面积和冷却水量。

7.1系统的发热功率

对于复杂的回路系统，功率损失环节太多，若按分别计算发热部位的方法计算系统的发热功率则太麻烦，故通常采用下式进行估算。

系统总发热功率

H（Kw）：

式中NP---液压泵的总输入功率（KW）；

Ne---执行元件的有效功率（KW）；

ηp---液压泵的效率；

液压泵的总效率一般在0.7～0.85之间，常取0.8；

ηc---液压回路效率；

ηm---液压执行元件的效率，对液压缸一般按0.95计算；

在本系统中：

7.2油箱散热功率

因管路散热量与其发热量基本平衡，故液压系统的散热一般只考虑油箱的散热。

油箱的散热功率H1（KW）可由下式计算：

式中K—油箱的散热系数；

采用循环水强制冷却时，K在

之间取值，本系统取K=120W/（m2⋅℃）；

A—油箱散热面积（m2）；

Δt—系统的温升（℃），Δt=t1−t2；

t1—系统中的油温（℃）；

t2—环境温度（℃）；

油箱中油液温度一般推荐30～50（℃），最高不应超过65（℃），最低不低于15（℃）。

取t1=45（℃），t2=35（℃），则Δt=10（℃）。

7.3冷却器换热面积

冷却器必需的散热面积A（m2）为：

式中H2—冷却器热流量，应等于系统发热功率与散热功率之差；（W）

Δtm—油和水之间的平均温度差；（oC）

K—冷却器的传热系数；（W/m2K）

t1—液压油的进口温度；（oC）

t2—液压油的出口温度，根据系统对油温的控制要求确定；（oC）

t1'—冷却介质（水或风）的进口温度，一般为环境温度；（oC）

t2'—冷去介质的出口温度；（oC）

选用板式水冷时，取K=55W/m2K

取t1=55（℃）t2=40（℃）

t‘1=35（℃）t’2=40（℃）

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﹪。

则有

7.4冷却器去水量

式中Q，Q'—油及水的流量（L/min）；

c，c'—油及水的质量热熔，

c=（1675～2093）τ/（Kg⋅K），c'=4186.8τ/（Kg⋅K）;

ρ，ρ'—油及水的密度，

ρ=900kg/m3，ρ'=103kg/m3。

取c=2000τ/（Kg⋅K），则有

7.5冷却器的选型

传热系数为55W/m2K，工作压力1.