液压泵站的设计.docx
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液压泵站的设计
摘要
由于液压技术优于传统的电力驱动而广泛使用，为液压设备提供液压动力的液压泵站的重要性也凸显出来。
液压站的工作原理：
电机带动油泵旋转，泵从油泵中吸油后打油，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）液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。
设计通过对液压泵站具体工况的分析，确定液压泵站总体方案的设计，并且对液压泵站的液压系统设计。
通过对液压泵站的详细设计，使其满足了使用者的要求，同时对不同压力和流量的液压设备提供液压动力。
关键字：
液压元件；液压站；液压系统
Abstract
Becausetheliquidpressesthetechniquebetterthantraditionalelectricpowertodriveandextensiveusage,alsohighlightfortheimportancethattheliquidpressesanequipmentstoprovidealiquidtopressadynamicalliquidtopresspumpstation.Theliquidpressestheworkprincipleofstation:
Theelectricalengineeringarousesanoilpumptorevolve,thepumpisfromtheoilpumpabsorboilbehindbeatoil,machinecanconvertedintoaliquidtopressoilypressureability,theliquidpressedoilpassanintegrationpiece（orvalvecombination）aliquidpressvalveaftercarryingoutadirection,pressure,dischargeregulatethroughcircumscribetuberoaddeliveraliquidpressinmechanicaloilurnoroilmotor,thuscontroledliquidmotiveadirectionofthesizeofthetransformation,strengthandtherateofspeedofthespeed,pushvariousliquidpressamachinedoachievement.Thedesignpassestopressapumptostandtheanalysisofconcreteworkconditiontotheliquidandmakesurethattheliquidpressesapumptostandthedesignoftotalproject,andpressestheliquidofpumpstationtopressasystemdesigntotheliquid.Passthedetaileddesigntopressthepumpstationtoliquid,makeitsatisfytherequestofuser,pressanequipmentstoprovidealiquidtopressmotivetotheliquidofthedifferentpressureandthedischargeinthemeantime.
Keyword:
Theliquidpressesacomponent;Theliquidpressesastation;Theliquidpressessystem
第一章液压站概述
1.1液压系统概述
液压系统主要有以下几部分组成：
（1）能源装置把机械能转换成流体压力能的装置，一般最常见的是液压泵或空气压缩机。
（2）执行装置把流体的压力能转换成机械能的装置，一般指做直线运动的液压缸、做回转运动的液压马达等。
（3）控制调节装置对液压系统图中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。
如溢流阀、节流阀、换向阀等。
（4）辅助装置指除以上三种以外的其他装置，如邮箱、过滤器、分水过滤器、油雾器、蓄能器等，它们对保证液压系统可靠和稳定地工作起重大作用。
（5）传动介质传动能量的流体，即液压油或压缩空气。
1.2液压站
液压站又称液压泵站，是独立的液压装置，它按驱动装置（主机）要求供油，并控制油流的方向、压力和流量，它适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械下。
使用者只需将液压站与主机上的执行机构（油缸和油马达）用油管相连，液压机械即可实现各种规定的动作、工作循环。
液压站是由泵装置、集成块或阀组合、油箱、电气盒组合而成。
各部件功用如下：
泵装置——上装有电机和油泵，它是液压站的动力源，将机械能转化为液压油的动力能。
集成块——是由液压阀及通道体组合而成。
它对液压油实行方向、压力、流量调节。
阀组合——是板式阀装在立板上，板后管连接，与集成块功能相同。
油箱——是钢板焊的半封闭容器，上还装有滤油网、空气滤清器等，它用来储油、油的冷却及过滤。
电器盒——分两种形式。
一种是外接引线的端子板；一种是配置了全套控制电路。
1.3液压站的工作原理
电机带动油泵旋转，泵从油泵中吸油后打油，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）液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。
1.4本章小结
本章主要讲述了液压系统、液压泵站及其工作原理，熟悉液压站设计的思路。
为接下来的设计做好准备。
第2章液压站的设计
设计要求：
系统（Q-t）、（P-t）如下图所示：
图2.1
由图可知系统需要实现一工进——快退——二工进——停止。
这样的一个工作过程。
工况
参数
压力P（MPa）
流量Q（L/min）
时间t（min）
一工进
5
100
0→5.1
快退
1
120
5.1→10
二工进
3
40
10→10.11
1.设计方案
根据（Q-t）、（P-t）图可知，由于系统最大压力为5MPa，属于低压系统，动力元件选择齿轮泵。
快进时采用泵直接供油加速，工进时采用节流调速阀，换向时选择电液换向阀，在回路上加一单向阀防止油箱中油液倒流，并在回路中加一先导式溢流阀，作为安全阀使用，从而减少损失，选择闭式油箱。
选择调速回路时。
由这个液压系统的功率较低，运动速度较低，工作变化较大，采用进口节流的调速形式。
油路循环形式采用开式系统。
2.液压系统图
图2.2
1-先导式溢流阀2-压力继电器3-三位四通电磁换向阀4-二位二通换向阀5-二位二通换向阀6-比例调速阀7-调速阀8-压力表开关9-压力表10-单向阀11-齿轮泵12-过滤器13-液位计14-空气滤清器15-液压缸
3.系统工作原理
三位四通电磁换向阀中位机能为卸荷，泵空载启动。
当Y1得电时，系统提供中低压大流量，同时压力继电器开启。
此时为快进状态，当压力电器计时3秒后给Y3发送电信号同时使Y3得电，Y4得电，此时系统换为一工进回路，当Y4断电时，此时调速阀6调速，此时为二工进回路，。
当液压缸碰到行程开关时，触发Y2得电油路换向，系统快退，直到退回初始状态，系统卸荷。
电磁铁动作顺序表如下：
Y1
Y2
Y3
Y4
一工进
+
-
+
+
二工进
+
-
+
–
快退
-
+
-
_
停止
-
-
-
-
（1）确定液压泵的最大工作压力pp
（2.1）
式中p1——液压缸或液压马达最大工作压力为27MPa；
Σ△p——从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。
Σ△p的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：
管路简单、流速不大的，取Σ△p=（0.2～0.5）MPa；管路复杂，进口有调阀的，取Σ△p=（0.5～1.5）MPa。
选择管路损失Σ△p=1MPa。
则可得液压泵的最大工作压力:
则Pp=5+1=6MPa
（2）确定液压泵的流量QP
（2.2）
式中K——系统泄漏系数，一般取K=1.1～1.3；
ΣQmax——同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可从（Q-t）图上查得。
对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取2-3L/min。
由题知系统的最大工作流量为100L/min此处取K=1.2，则可预选液压泵的流量:
Qp=120L/min
（3）选择液压泵的规格
根据以上求得的pp和Qp值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或本手册中选择相应的液压泵。
为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%～60%。
根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后选取CBG2100型齿轮泵，其泵的排量为100mL/r，额定压力12.5MPa，额定转速2000r/min。
最高压力16MP,最高转速2500r/min，额定功率50.4KW，重量
35.5KG。
2.3.2液压介质的选择
液压介质运动粘度，即液压介质的牌号的选择：
液压系统的压力不高，为低压系统，并且液压系统回路较为简单。
在液压系统中，液压泵的负荷最重，所以根据液压泵来选择液压介质的粘度，前面选用的是齿轮泵，根据《液压设计与使用》，可以查到对于符合条件的液压介质在30-70℃时推荐为HL46，这种液压油质量比机械油高，用于中低压或简单机具的液压系统，允许粘度范围为16-850
，其最佳粘度范围为70-250
。
符合液压站的要求。
阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。
溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。
控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间过流量。
2.先导式溢流阀
溢流阀我们根据简单实用的原则，选用先导式直动型溢流阀：
灵敏度高，压力溢流量的影响较小，适合在中高压大流量下工作。
根据我们确定的流量为240L/min，并且前面我们已经确定了液压回路采用板式连接，根据《机械设计手册》我们选择采用BG-10-V-32型，调压范围0.5-25MPa，最大流量400L/min，重量8.7Kg。
3.压力继电器
压力继电器是利用液体的压力信号来启闭电气触点的液压电气转换元件。
它在油液压力达到其设定压力时，发出电信号，控制电气元件动作，实现泵的加载或卸载、执行元件的顺序动作。
本系统设定压力为6MPa。
查询《机械设计手册》第五版可知其型号为SG-02-C-20，最高使用压力35MPa。
4.三位四通电磁换向阀
电磁换向阀的主要作用是用于切换油路的走向。
在液压回路的设计中已经确定了采用电液换向阀，根据《液压元件与选用》选择用3WE0—G24型电磁换向阀，其通径为10mm，额定流量为120L/min，质量为6kg，工作压力为31.5MPa，可以采用多种直流的供电方式。
为了结合我们选用无管集成的需求，我们选用板式连接。
5.压力表开关
压力表开关的作用主要是为了当压力表出现问题是截断油路。
根据《液压设计手册》选用KF-L8/E，公称压力为31.5MPa。
6.压力表
根据系统压力6MPa，查询《液压元件与选用》选取型号为Y-60。
7.调速阀
在工进是流量为110L/min。
调速阀工作状态是系统工进的时候。
所以根据工进时流量和压力，查询《液压元件与选用》选取型号2FRM1621/160L,通径为16mm,最大流量为160L/min，工作压力31.5MPa。
8.二位二通电磁换向阀
换向阀的换向有压力继电器控制，在快进和快退的时候油路从这里通过。
所以在快进是最大流量为200L/min，系统压力最大为6MPa，查《机械设计手册》第四版，选择型号3WE10-20/W220-50，通径为10mm，额定压力31.5MPa，额定流量为120L/min。
9.单向阀
单向阀我们根据简单实用的原则，选择板式连接，选用S型单向阀，根据确定的油路流量为200L/min，查询《液压元件与选用》，我们发现当通径为10mm时，流量为260L/min，额定压力31.5MPa。
我们选择开启压力为0.3MPa的S10P3A0型。
所有元件具体规格型号及规格如表2-1。
表2-1
序号
名称
型号
件数
规格
生产厂家
额定压降MPa
1
先导式溢流阀
BG-06-C-32
1
调压范围0-25MPa
榆次油研液压公司
——
2
压力继电器
SG-02-C-20
1
压力35MPa
华德液压厂
——
3
三位四通电磁换向阀
3WE0—G24
1
31.5MPa，120L/min
北京液压厂
〈0.5
4
压力表开关
KF-L8/E
1
31.5MPa
北京液压厂
——
5
压力表
Y-60
1
华德液压厂
〈0.2
6
调速阀
2FRM1621/
160L
1
31.5MPa,-160L/min
华德液压厂
〈0.5
7
二位二通电磁换向阀
3WE10-20/W220-50
1
31.5MPa,
120L/min
北京液压厂
〈0.5
8
单向阀
S10P3A0
1
35.1MPa，260L/min
华德液压厂
——
油箱的有效容积（油面高度为油箱高度的80%时的容积）根据液压系统发热，散热平衡计算。
但是对于液压站来说，根据液压泵的最大流量为120L/min，油箱容量的经验公式为
（2.3）
式中QV——液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）；
α——经验系数，见表2-2。
表2-2经验系数α
系统类型
行走机构
低压系统
中压系统
锻压机械
冶金机械
α
1～2
2～4
5～7
6～12
10
由前面可知压力为6MPa，系统为中低压，取
。
初步确定油箱容量为
。
根据《液压站的设计与使用》可以取油箱容量为400L最为接近，长宽高分别为1514mm、735mm、430mm，油箱至少厚度3mm。
根据以往设计的经验可知箱底厚度应大于箱壁厚度，取其厚度为6mm，箱盖厚度应比箱壁厚度和箱底厚度大，选取箱盖厚度为9mm。
为了便于放油和搬运，应该把油箱升起来，油箱底离地50mm。
并且设有支架，油箱是用钢板焊接成的，而支架是通过单独制作的焊接在油箱的箱底边缘。
支架上设置有4×φ14的螺栓固定在底板上。
1、隔板，放油塞，清洗孔，通气器，注油口的设计
前面我们已经确定了，把电机机和液压泵放置在油箱上面，为了保证油泵吸油的干净，需要把油箱用隔板分成两部分。
一侧是吸油区，另一侧为回油区，并且在回油区我们把地面设计有1/10左右的倾斜度，以利于杂质沉淀，并且在下方设置放油口，在附近放置一些永磁体，取出油液中的铁屑，这样液压回路的回油必须在回油区沉淀一下后，才能经过隔板下的缝隙流进吸油区，保证吸油的干净。
油箱需要定期清洗，所以为了清洗的方便应该在油箱的两侧都设置了清洗口，清洗孔采用螺丝钉连接固定板密封，并加上密封垫子。
注油口对油箱来说是必不可少的，考虑选择带有清洗油口，直接用清洗油口注油。
2、吊耳
为了便于搬运油箱，在油箱的四角箱壁的上方和焊接了吊耳，吊耳有圆柱形和钩型两种。
选用圆柱吊耳，通过估算，液压站的重量肯定不大于600kg，根据《液压站的设计与使用》，我们选用0.7t的。
3.管路的配置
（1）吸油管和回油管
吸油管设置在吸油区，管口最低面在液面以下，在管口设置了滤油器（具体选择见滤油器的选择）。
回油管设置在回油区，管口斜切45度，这样可以增加开口面积，降低了液流的速度，有利于沿箱壁环流。
为了防止空气进入管中，吸油管和回油管管口都淹没在液面以下，为了过滤大颗粒杂质，保护液压泵，我们在吸油管口安装了过滤器。
（2）泄油管
泄油管单独接入油箱，并且在油箱液面以上终结。
（3）穿孔的密封
吸油管，回油管以及泄油管都是要在油箱顶部进入油箱的，如果密封不好，空气肯会从此处进入油箱，所以必须考虑他们的密封问题。
由于设计油箱顶盖只有9mm厚，这样薄的壁厚不利于密封，所以需要在油管进入油箱出焊接了一个20mm厚的一个凸台，这样便于密封。
并且可以防止在维修的时候，污染物进入油箱内。
1.控制阀的布置
液压站的控制回路较为简单，根据拟定的系统原理图来布置液压阀，为了保证用最短的回路连接各个液压阀，减少沿程压力损失，需要把相关的液压阀都布置在一起。
具体的液压阀型号在前面的液压阀的选择中可以知道。
10.孔径的确定
液压回路孔道的尺寸，根据前面选择确定的液压阀的型号。
查阅《机械设计手册》，可以得到其外形尺寸，根据其通径尺寸确定与之对应的油路板上的尺寸。
11.油路板的安装形式
油路板的安装有整体式，支架式盒框架式三种，但是三种情况都不太适合这种情况，虽然采用L型安装刚度好，但是会增加很多空间。
结合情况，油路板尺寸比较小，油箱顶部平面很大。
采用平板式安装，把油路板平铺在油箱顶面，完全是可以的，并且不用铸造成L型这样麻烦。
此外，油路板的外接油口都采用螺纹连接管件。
根据题目要求和系统性能的考虑，选择将过滤器置于液压泵吸油管路上油，并查询《机械设计手册》第四卷，选取型号为ZU-H250
10FS，流量为250L/min，额定压力32MPa，过滤精度10μm，压差指示器工作差0.35MPa，初始压力降0.15MPa。
1.管道内径计算
2.
（2.4）
3.式中:
d—管道内径（mm）；
4.q—通过管道内的流量（m3/s）；
5.υ—管内允许流速（m/s），见表2-3。
6.计算出内径d后，按标准系列选取相应的管子。
分别取吸油、压油、回油管路的液压油流速分别如下：
7.
8.
（2.5）
9.
（1）对于液压泵压油管这段取流量为120L/min，压力为6MPa；
10.
（2）分支到各条液压支路的压油管取流量为70L/min压力为6MPa。
11.（3）回油管选取流量为120L/min压力为6MPa。
12.经计算可得：
吸油路、压油路、回油路管路的内径分别为：
0.053m、0.022m、0.053m。
并采用无缝钢管进行管路的连接。
13.表2-3允许流速推荐值
14.管道
15.推荐流速（m/s）
16.液压泵吸油管
17.0.5～1.5，一般常取1以下
18.液压系统压油管
19.3～6，压力高，管道短，粘度小取大值
20.液压系统回油管
21.1.5～2.6
22.管道壁厚δ的计算
根据系统压力和流量采用无缝钢管，选择相应满足要求的钢管厚
（2.6）
式中
——管壁厚度（m）；
p——管道内最高工作压力（Pa）；
d——管道内径（m）；
——材料许用拉应力，其值
；
σb——管道材料的抗拉强度（Pa）；
n——安全系数，对钢管来说，p＜7MPa时，取n=8；p＜17.5MPa时，取n=6；p＞17.5MPa时，取n=4。
据《机械设计手册》表选择管的标准外径和内径。
吸油路管路内径和外径为40mm、50mm，压油路管路内径和外径为20mm、28mm，回油路管管路内径和外径为40mm、50mm。
对于液压泵站采用无缝钢管，可以采用多种接头形式，有焊接式管接头，扩口密封管接头，卡套式管接头。
焊接式管接头式最常用的，它采用接管焊接油管，焊接工作很大，需要酸洗，耐振性很好。
扩口密封接头，需要对油管进行扩口处理，耐振性很差并且只能用于管径小于34mm的系统。
卡套式连接装配比较方便，但是对油管的要求很高。
综合比较，我们发现采用焊接式管接头比较符合我们的要求，但是也有很多不足，接头型号也不是很全面，需要考虑专门设计接头，采用螺纹密封和连接。
空气滤清器主要是保持液压油箱油液的纯洁度，以免灰尘进入。
查《机械设计手册》选用型号为Y200L1-6。
液位计一般设置在油箱侧壁上，以指示油箱中的液面位置。
通常油箱上还应该设置温度计，以检测其油温，为了结构设计的合理性，选取带温度计的液位指示器。
所以，查《机械设计手册》选取型号AF3-Ea20B。
在前面已经确定了液压泵的型号为CBG2100型齿轮泵，驱动功率为50.4KW,液压泵工作压力为4.4Pa，流量240L/min,根据表2-4取泵的总效率
，则液压泵驱动电动机所需的功率为
。
表2-4液压泵的总效率
液压泵类型
齿轮泵
螺杆泵
叶片泵
柱塞泵
总效率
0.6～0.7
0.65～0.80
0.60～0.75
0.80～0.85
查阅《机械设计手册》取Y250M-2三相异步电动机。
额定功率为55KW,同步转速2970r/min，
为91.5%。
电机与液压泵的传动一般有带传动或者联轴器连接两轴，一般联轴器是两轴转速相同，要求结构紧凑的场合。
带传动是用于中心距离比较大，传动比不为1不能采用联轴器直接连接的传动。
根据《机械设计手册》可以知道电动机机的转速为
，液压泵的额定转速为
最高转速为2500r/min,可以知道柴油机的转速满足液压泵的转速范围，并且液压泵站要求结构紧凑，液压泵要求上置，所以可以确定采用联轴器传动。
下面进行联轴器的选择：
根据公式：
（2.7）
其中P为电动机的输出功率，T为输出轴的转矩，n为额定转速，
效率，由此可以计算出公称转矩T＝
N.mm。
查《机械设计》第八版的工作系数
，计算转矩
。
为了减小启动载荷，缓和冲击，并且柴油机和齿轮泵安装在同一个机架上，没有较大的曲线偏移补偿，所以应该采用弹性联轴器，一般我们采用弹性柱销联轴器。
。
型号的选择需要根据柴油机输出轴的直径才可以确定。
通过查询电机转轴直径为55mm。
查GB/T4323-1984选择LT型。
本章根据设计条件建立液压系统图，并根据《液压传动系统》依次设计，根据需要选定好系统元件。
构成完整系统。
压力损失包括管路的沿程损失
，管路的局部压力损失
和阀类元件的局部损失
，总的压力损失为:
（3.1）
沿程压力损失，主要是快速注射时进油管路的压力损失。
此管路假设最长为2m，管内经40mm，快进是流量80L/min，选用L-HL46号油正常运转后油的运动粘度
，油的密度
。
查《机械设计手册》知在管路中的实际流速为：
（3.2）
代入相关数据：
（3.3）
代入数据：
查《液压传动》可知，
时油在管路中呈层流状态，其沿程阻力系数为：
（3.4）
按如下公式求得压力损失：
（3.5）
代入相关数据：
可见，沿程压力损失的大小与流量成正
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