1、武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书1目录船舶轴系三向耦合运动电液比例控制系统设计 21.概述 22.工况分析 32.1 设计要求 32. 2 设计参数 .32.3 工作分析 43.液压原理图的拟定 43.1.确定船舶轴系三向耦合运动液压系统的总主组成及作用 43.2.拟定液压系统原理图 53.3 集成块 64.液压元件的选择 64.1.液压缸的选择 64.2.液压泵的选择 74.3.电动机的确定 84.4.系统元件选型 94.5 液压油管的选择 .134.6 液压油箱的体积的确定 134.7 液压油的选择 145.船舶轴系三向耦合运动液压系统的性能分析 175.1.液压系统压力损失的计算
2、 175.2 液压系统热平衡的计算 185.3 冷却器所需冷却面积的计算 195.4 系统结构设计 .206.总结 26参考文献 27武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书2船舶轴系三向耦合运动电液比例控制系统设计1.概述随着科技科技的飞速发展，液压系统已经在各个部门得到越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部门就越多。液压传动是用液体作为介质来传递能量的。液压传动有以下优点：易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准
3、化、系列化。液压传动的基本目的就是用液压介质来传递能量，而液压介质的能量是由其具有的压力及流量来表现的。而所有的基本回路的作用就是控制液压介质的压力和流量。因此液压基本回路的作用就有三个方面：控制压力、流量的大小，控制流动的方向。所以基本回路可以按照这三方面而分成三类：压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。船 舶 轴 系 是 从 主 机 输 出 端 法 兰 起 至 艉 轴 为 止 ， 连 接 主 机 和 螺 旋 桨。对于直接传动的推进系统，包括传递功率的传动轴及其轴承 等 零 部 件 ， 主 要 有 推力轴武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书3和推力轴承、中间轴和中间轴承、尾轴和尾轴承
4、以及其他附件等；对于间接传动的推进系统，除有上述传动轴和轴承外，还有离合器、弹性联轴器和减速齿轮箱等部件。2.工况分析2.1 设计要求所设计的电液比例控制系统能分别实现船舶轴系纵向、横向和竖向耦合运动，各运动方向互不干扰，且速度可调。2. 2 设计参数系统额定压力：Pn=16MPa;系统共有三个液压缸，各液压缸受力参数相同，分别为最大推力：F1=68KN，最大拉力：F2=40KN;各液压缸负载质量：2100Kg；各液压缸工作行程：5 mm，最大速度：0.01m/s；各液压缸运动频率：2HZ。S=5sinwt式中 w=2 f=4V=s=5wcoswt=20wcoswt式中 V max=0.063
5、m/s=3.77m/sa=V=-5w2 sinwt武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书4式中 a max=80 2mm/s2=0.79m/s22.3 工作分析液压系统中的油温，一般控制在 3050范围内，最高不能高于 65，最低不应低于 15。油温过高，使油液迅速老化变质，同时使油液的粘度降低，泄露增加，系统效率降低。油温过低，油液粘度过大，泵吸油困难。所以本系统中工作油温设为 3050。在液压系统中，压力损失过大会造成能源浪费，同时由于摩擦作用造成油液发热，引起元件与密封件热变形，系统粘度变化产生的泄漏增大，设备发生故障频率增加，并使系统传动效率、工作性能和使用寿命降低。压力损失已成为制
6、约液压系统正常工作和液压技术发展的重要因素之一。系统压力损失是不可避免的，但可以通过优化设计和合理安装调试尽可能地减少压力损失。因此，研究分析产生压力损失的原因，并采取积极有效措施，克服因压力损失产生的不良影响是非常必要的。3.液压原理图的拟定3.1.确定船舶轴系三向耦合运动液压系统的总主组成及作用一个完整的液压系统由五部分组成，即动力组件、执行组件、控制组件、辅助组件和液压油。轴系三向耦合运动动力组件的作用是将原动机的机械能转化为液压能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力，在本套系统中一个变量泵供油。执行组件的作用是将液体的压力能转化为机械能，驱动负载作直线往复运动。本方案主要采用
7、三个执行组件：横向调位液压缸、纵向调位液压缸、竖向调位液压缸。对于简单的直线运动机构可以采用液压缸直接驱动，有切断机的特点决定，可采用单活塞杆液压缸，其有效工作面积大，双向不对称，往返不对称的直线运动。轴系三向耦合运动控制组件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，其液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书5控制阀。压力控制阀又可分为溢流阀、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、分流阀、集流阀等；方向控制阀包括单向阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定制控制阀和比例控制阀。系统中将用到
8、大部分常见控制组件，实现系统的最优化。系统的辅助组件包括油箱、过滤器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位温度计等。起连接、输油、贮油、过滤和压力测量等作用。3.2.拟定液压系统原理图如上图所示，该液压系统是由液位计 1、放油阀 2、螺塞 3、加热器 4、油箱 5、空气滤气器 6、球阀 7、可曲挠性接头 8、变量泵 9、电机 10、胶管接头11 和 12、电磁溢流阀 13、高压过滤器 14、测压接头 15、压力传感器 16、测压软管 17、抗震压力表 18、电液比例方向阀 19、液压缸 20 等组成。通过 PLC 控制 系统中的电磁开关使电动机 10 启动，齿轮泵 9 通过球阀 7从油箱 5 中
9、吸取液压液，齿轮泵 9 输出的高压液通过精过滤器 14 经三位四通电武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书6液比例方向控制阀 19 向液压缸 20。回油路经过冷却器 23、过滤器 24 将液压油输回油箱。可挠性接头 8 起着减震的作用，溢流阀 13 能够稳定电路，冷却器起着散热冷却的作用等等。3.3 集成块此系统包含 1 个集成块。它是由 3 个电液比例方向阀 19、1 个电磁溢流阀13、1 个高压过滤器 14 组成 。通过电动操作各电液比例换向阀，能使三向液压缸执行伸出缩回的动作。工况说明：电机带动泵机旋转，开始给系统供油，此时各电磁铁都不得电，各液压缸都处于缩回状态或不供油状态；1、DT
10、1 得电，延迟 1s 后电机空载启动，电机启动后延迟3s，DT1 失电。2、DT2 得电后，横向液压缸伸出，一直伸到行程终点。 3、若 DT3 得电，横向液压缸缩回。4、若 DT4 得电，纵向液压缸伸出。5、DT5 得电，纵向液压缸缩回。6、若 DT6 得电，则竖向液压缸伸出。 7、DT7 得电，竖向液压缸缩回。 三向液压缸的运动轨迹与时间的关系都假设为正玄函数。4.液压元件的选择4.1.液压缸的选择 武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书7液压缸的面积估算（1）式中 P-工作压力， 这里取 P=10MPaa-液压缸加速度，a max=0.79m2/sF1-液压缸推力 ， F1=68KNm-
11、液压缸负载质量，m=2100kg所以 A=0.009m2 又因为 .（2）所以 D=107.2mm，根据机械手册第 5 版表 22.1-9 取 D=125mm。返回公式（1） ，求得工作压力 P=7.35MPa活塞杆面积 A2=A-A1式中 A1-液压缸有杆腔面积（3）所以 A1=5667.9mm2A2=6613.9mm2所以活塞杆直径 d=91.77mm，根据机械手册第 5 版表 22.1-9，取 d=80mm。4.2.液压泵的选择1)确定液压泵的最大工作压力 PpPp Pj+ P（4）分析可知工件夹紧阶段液压缸压力最大，P j=16MPa=16x106Pa，若取进油PmgFA14DPFma
12、x武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书8路总压力损失 P=5x105Pa，则液压泵最高工作压力可按式算出Pp Pj+ P=(16l06+5105) Pa=16.5MPa因此泵的额定压力可取Pp 1.2516.5MPa=20MPa。2)液压泵流量的确定Qp K Q max.（5）式中 K系统泄露系数，一般取 K=l.1、1.3，这里取 K=1.2；Q max 一系统液压缸最大总流量，求Q max;对液压系统做分析可知，液压缸快进时，所需流量最大：Q max =V*A，其中 V max =3.77m/min，A 为液压缸无杆腔面积则：Q max =V*A=46.26L/min； Qp=l.24
13、2.26=55.52L/min故选用 CBF-F 型外啮合齿轮泵，其额定压力为 20MP，最高压力 25MPa，理论排量为 32mL/r，额定转速为 2000r/min。生产商阜新液压件厂（参考文献机械设计手册（第五版） 表 22.5-4)4.3.电动机的确定驱动液压泵的功率为：（6）式中PN液压泵最大工作压力，P N=20MPa；QN液压泵额定流量:QN=vm*nm=32*2000/1000=64L/min,其中，v m 为泵的排量，n m 为泵的正常工作转速；液压泵总效率，=0.9则：P=23.7KW考虑到运动时间很短，而电动机一般允许在短时间内超载 25%，因此:P=23.7/125%=
14、18.96KW310NQP武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书9故选定 Y200L-4 型三相异步电机，其额定电流为 56.8A，额定功率为30KW，转速为 1470r/min，效率为 92.2%，功率因子 0.87，重 253kg。4.4.系统元件选型液压控制阀的选择1）安装方式的选择以前的液压系统一般多选择板式连接或管式连接的普通液压控制阀，这类阀价格低，供货方便、易组装。在采用板式连接时，为减少连接管路，需设计专用集成块，将阀集成安放在集成块上。当系统的流量较大时，可选用二通插装阀，此时可购买基本回路块组成系统，也可以只购买插装阀组件及先导控制阀，自己设计、加工阀块和盖板组成系统。集
15、成块是在板式阀集成化的基础上发展起来的新型液压元件。每个集成块既起到控制元件的功能，又起连接块和通道的作用。集成块回路的优点是结构紧凑、体积小、重量轻，设计、加工、装配周期短，系统配置灵活、外观整齐美观、维护方便。综合上述因素，本系统均选择板式方式安装。2）控制方式的选择若液压系统为闭环控制，或要求连续地按比例控制液压参量，应选用电液比例阀。如液压系统无上述要求，应选用普通液压阀，以降低成本。本系统为闭环控制，因此选用电液比例阀。3）规格的选择液压阀的规格是指其通径（公称流量）和公称压力。（1） 阀的通径 阀的通径大小根据其在液压系统中的实际通流量及工作压力进行选择。分析流经某个阀的实际最大通
16、流量时应注意油路的串并联关系、活塞往返运动速比，有无差动连接等因素。对压力阀和流量阀，允许的最大流量可高于公称流量的 10%；对换向阀、允许通过的流量还要受阀的功率特性的限制，即与阀的机能和工作压力有关，一般小于该通径阀的公称流量。选择溢流阀的通径时，还必须考虑其正常工作时的最小溢流量的要求；而流量阀则要考虑其最小稳定流量是否能满足执行元件的最低速度要求。（2） 公称压力 液压控制阀的公称压力应大于阀的实际工作压力。液压控武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书10制阀的实际工作压力因其在液压系统中的安装位置不同而异，如安装在进油路上的液压阀的实际最高工作压力等于系统的最高压力，安装在回油路的
17、液压阀的最高工作压力一般低于系统的最高压力。4）冷却器的选择根据计算的散热面积和安装方式从产品样本中选取冷却器的型号、规格。采用水冷式冷却器时，应保证冷却水在冷却器中的流速不超过 1.2m/s，否则将增大冷却器的过流段面面积，同时保证液压油通过冷却器时的压力损失小于0.1MPa。对于行走机械等设备的液压系统或工作场地缺乏水源时，宜选用风冷式冷却器。5）需要注意的问题选择控制阀的依据是系统的最高压力表和通过阀的实际流量以及阀的操纵，安装方式等，需要注意的问题是：（1） 确定通过阀的流量。要注意通过管路的流量与油路串，并联的关系：油路串联时，系统的流量即为油路中各处所通过的流量：测距并联且各油路同
18、时工作时，系统的流量等于各分支测距通过流量的和。（2） 注意单活塞杆液压缸两腔加油的差异。活塞外伸和内缩时的回油流量是不同的，内缩时无杆腔回油流量与外伸时有杆腔的回油流量之比，等于两腔有效作用面积之比。（3） 控制阀的使用压力，流量不要超过其额定值，否则，易引起液压卡紧和液动力，对阀的工作品质造成不良影响。也不要使通过减压阀，顺序阀的流量远小于其额定流量，否则，易产生振动或其它不稳定现象。（4） 注意单向阀开启压力表的合理流动选用，一般来说，为了减小流动阻力损失，应尽可能使用低开启压力表的单向阀：另一方面，对于诸如为保持电液换向阀必要的控制压力，保持以单向阀作为背压阀使用时的足够的背压力表等情
19、况，应选用开启压力足够大的单向阀。（5） 注意便是选用液控单向阀的泄压方式。当液控单向阀的出存在背压时，宜选用外泄式，其它情况可选内泄式。（6） 注意电磁换向阀和电液换向阀的应用场合。电磁换向阀电磁铁的类型（直流式，交流式等）和阀的结构一经确定，阀的换向时间就定了：电液换向武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书11阀的换向时间，可通过调节其控制油路上节流器的调整。（7） 要注意合理选用先导式溢流阀泄漏量比其它控制阀大的情况，这这种阀的泄漏量可多达 1L/min 以上，而且只要阀处于工作状态，泄漏就存在，在选择液压泵流量时，要充分考虑到这一点。（8） 注意节流阀，高速的最小稳定流量符合要求，其
20、最小稳定流量，关系着执行元件的最低工作带宽是否能实现，故不能忽视。（9） 过滤器以前称滤油装置，功用是过滤液压油液中的杂质，降低油液污染度，证液压系统正常工作由于液压系统的各类故障绝大多数由油液污染环境造成，而过滤器是保持油液清洁的主要手段，所以合理选择和设置液压系统中的过滤器显得非常重要。按照过滤器在液压系统中安放部位的不同，过滤器有多种形式类型。滤油器的类型序号 类型 作用 1 吸油过滤器 保护液压泵2 高压过滤器 保护液压泵以外的液压元件3 回油过滤器 滤除液压元件磨损后生成的污物4 离线过滤器独立于主系统之外，连续清除系统杂质5 泄油过滤器 防止生成物进入油箱 6 注油过滤器 防止注油
21、时污物侵入7 安全过滤器 保反抗污染能力低的液压元件选择过滤器应考虑如下几点：具有足够的通流能力、压力损失要小。过滤精度应满足设计要求。过滤器的材质应与所选流体介质相容，采用乳化液等难燃介质时，过滤器的通流能力应提高 23 倍。滤芯要有足够的强度，为保证滤芯堵塞后及时更换，应带有压差信号武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书12发生器等保护措施。但对高过滤精度要求的场合，如液压伺服系统，不允许安装旁通安全阀。滤芯更换、清洗及维护方便。过滤器的主要性能指标有：过滤精度（滤除各种不同尺寸的污染颗粒的能力） ，压降特性和纳垢容量（压力降达到其规定限值之前，可以滤除并容纳的污染物数量） 。按照过滤精
22、度的不同，过滤器又可分为为粗过滤器，普通过滤器，精过滤器和特精过滤器四类，各类过滤器的过滤精度及其适用。技术要求经过比较和选择，所确定的过滤器类型，过滤精度及尺寸规格，应满足过滤精度符合预定要求，具有足够的通流能力，滤芯具有足够的强度，滤芯的抗腐蚀性能超群好，滤芯清洗和更换方便等条件。（10） 压力表与压力开关的选择。液压系统的静态压力测量一般采用弹簧管式压力表。测量单点压力时采用单点压力表开关。若一个压力表检测多点的压力，可用多点压力开关。在压力表开关和压力表之间应设缓冲阻尼器，以保护压力表不因动态压力冲击而损坏。根据液压泵站的最大工作压力、通过各阀类元件和辅助元件的实际流量以及所使用的液压
23、介质，可选择出液压系统中各阀类元件、液压辅件及测试仪表的型号及规格，如下表所示：系统元件参数表武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书134.5 液压油管的选择油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力较高，钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统：塑料管一般用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两
24、种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。油管的规格尺寸多由连接的它的液压元件的油口尺寸决定，本计算只针对一些重要的油管计算其内径和壁厚，比如恒压变量泵输出油管。根据内径计算公式：（7）式中：d油管内径，m；g通过油管的最大流量， ；sm/3v油管中允许的流速，m/s；取定量泵的流量为通过油管的最大流量，则有q=QN=64L/S=1.07X103m3/S高压油管允许流速一般为 36m/s，本计算取 v=4.5m/s，则有油管内径：所以 d=
25、17.4mm故变量泵输出油路油管内径取 20mm，外径 28mm，对应管接头 M27X2（参考文献， 机械手册第 5 版表 22.9-7）vqd4武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书144.6 液压油箱的体积的确定液压油箱面积估算 （8）qV式中 V-油箱的有效容积（m 3）q-液压泵的流量（m 3/min）-经验系数，这里取 =8所以 V=512L 根据机械手册第五版表 22.9-5 选择 V=600L 的油箱。油箱的容量也可根据液压系统的发热与散热关系的计算以及对油箱允许的温升来确定。按照这个方法计算的结果，可得出如下图所示的关系表。该表的用法如下：若已知油箱的允许温升和供油系统的功率
26、，即可由表查出油箱所需容量。反之也可由已知油箱的容积和功率查出油箱达到的温升。发热功率 Phr=p(1-).（9）Phr=30X(1-0.74)kW，式中 P电动机的实际输入功率，P=30KW ；系统的总效率。系统功率损失主要有三个方面：泵损失，管路损失和油缸损失。在液压系统油路中，采用定量泵，查阅手册，设定泵效率为 85%；管路效率为 95%；带动定量泵工作的电机效率 92.2%。则系统总效率为：=0.85X0.95X0.922=0.74所以 Phr=7.8KW且已知允许温升 30即可查出油箱容量为 600L。4.7 液压油的选择根据船舶轴系三向耦合运动正常工作的环境温度为 3050等一系列
27、因素，通过下列表格：表 2.4 工作介质的选用原则选用原则 考虑因素液压系统的环境 室内、露天、水上、地下武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书15条件 热带、寒区、严寒区、固定式、移动式高温热源、火源、旺火等液压系统的工作条件使用压力范围（润滑性、极压抗磨性）使用温度范围（粘度、粘-温特型、热氧化安定性、低温流动性）油泵类型（抗磨性、防腐蚀性）水、空气进入状况（水解安定性、抗乳化性、抗泡性，空气释放性）转速（气蚀、对轴承面浸润力）工作介质的质量物理化学指标对金属和密封件的适应性防锈、防腐蚀能力抗氧化安定性剪切安定性技术经济性价格及使用寿命维护保养的难易程度表 2.5 依据环境和工况选择液压
28、油（液）环境压力 7MPa 以下，温度 50以下压力714MPa ，温度 50以下压力714MPa ，温度 5080压力 14MPa 以上，温度80100室内、固定液压设备HL HL 或 HM HM HM寒天、寒区或严寒区HR HV 或 HS HV 或 HS HV 或 HS武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书16地下、水上HL HL 或 HM HM HM高温热源 HFAE HFB HFDR HFDR明火附近 HFAS HFC HFDR HFDR表 2.6 按工作温度范围选用品种的粘度等级泵型 压力/MPa运动粘度/（ mm2/s）（540）运动粘度/（ mm2/s）（4080）适用品种和粘
29、度等级叶片泵7MPa 以下3050 4075 HM 油，32、46、68叶片泵7MPa 以上5070 5590 HM 油，46、68、100螺杆泵- 3050 4080 HL 油，32、46、68齿轮泵- 3070 95165 HL 油（中、高压用 HM） ，32、46、68、100、150径向柱塞泵- 3050 65240 HL 油（高压用 HM） ，32、46、68、100、150轴向柱塞泵- 40 70150 HL 油（高压用 HM） ，32、46、68、100、150540，4080均系液压系统工作温度。根据以上 3 个表格所视内容，可知，此系统应该选用 HM-68 型液压油武汉理工大
30、学液压元件与系统课程设计说明书17表 2.7 液压介质的密度(kg/m3)介质 种类矿油型 液压油水包油 乳化液油包水 乳化液水-乙二醇 液压液磷酸酯 液压液高水基 液压液密度 85096099010009109601030108011201200 1000根据此表可知，由于 HM-68 型液压油属于普通液压油，故可归为矿油型液压油，密度选择 900kg/m35.船舶轴系三向耦合运动液压系统的性能分析5.1.液压系统压力损失的计算1）沿程损失系统的具体管路布置尚未确定，管道压力损失无法确定，所以初定管路长度为 20m。由前面计算所知，油管内径为 20mm。考虑到沿程流量损失和局部流量损失，液压
31、泵出口处管道的流量应该是最大的，由于各处管道内径都相等，所以出口处的流速是最大的，为了系统安全，整个系统液压油流速都取液压泵出口处液压油流速。系统中定量泵出口处流速为.（10）式中 变量泵实际流量， ；pqL/min2.34qpd管道内径，d =20mm。则 管 道 雷 诺 数 为（11）式中 v液体运动的平均速度，为 3.4m/s；水力直径，因为是圆管，所以 d=20mm；Hd液体的运动粘度，为 100mm/s。所以 Re=6802300sV/4.32HRe武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书18可见油液在压油管道内的流态为层流，可知其沿程阻力系数为.（12）式中 管道雷诺数，R e=6
32、80e故管路压力损失为：.（13）式中： 沿程阻力系数， ；08.管道单程长度， =20m；lld管道内径， ；d=20mm;油液密度， ；3/90mkg液体运动的平均速度， =3.4m/s。vv2）局部压力损失局部压力损失包括通过管路中弯管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部压力损失。其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。在该系统油路上，考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，这里取进油管路压力损失 0.5MPa， 。阀损失压力包括一个电磁换向阀和一个过滤器压力损失之和，查表计算为=4+0.1+0.5=4.6MPa（14）2p3）总体压力损
33、失对系统油路而言，齿轮泵的工作压力为.（15）MPa42.16.47.035P21P 式中 定量泵至少所需工作压力；pp液压缸无杆腔工作压力；进油管路中的沿程压力损失；1进油管路上局部压力损失。2由此可见，齿轮泵设定压力 p=20MPa 是合理的，选用的拨盘缸和夹紧缸液压系统里其他元件都是可行的。8.0Re642vlP1武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书195.2 液压系统热平衡的计算液压系统工作时所损失的能量必然转化成热能，使液压系统的油温升高。油温升高后会产生很多不良后果，如油温上升，油液粘度很快下降，泄漏增大，容积效率降低；油温升高还会使注液形成胶状物质，堵塞元件小孔和缝隙，使液压
34、系统不能正常工作等。因此，对液压系统的发热温升，必须进行验算，并予以控制。液压系统的总发热量 Phr，可用下式计算=7.8KW)1(phr式中 P电动机的实际输入功率，P=30KW；系统的总效率。系统功率损失主要有三个方面：泵损失，管路损失和油缸损失。在液压系统油路中，采用定量泵，查阅手册，设定泵效率为 85%；管路效率为 95%；带动定量泵工作的电机效率 88%。则系统总效率为：；74.092.X508.液压系统所产生的热量，一部分使油液和系统的温度升高，另一部分经过冷却表面，散发到空气中。当系统产生的热量和散热的热量相等时，系统达到了热平衡状态，油温不再上升，而稳定在某一温度上。初步求得油
35、箱的有效容积为 0.8 ，按 V=0.8abh 求得油箱各边之积：3mm3.（15）h、a、b 之比可取 1:1:11:2:3。根据各部件的布置以及在做管道压力损失试验时液箱中空气能够有效地逸出，h、a、b 分别取 625、1130、1070mm。则，油箱散热面积为.（16）29.45.18.Amabht 油箱的散热功率为.（17）TKPthc式 中 油 箱 散 热 系 数 ， 查 询 机 械 设 计 手 册 ， 上 置 式 油 箱 ， 取 15t tK；C)/(m2W油温和环境温度之差，取 =30TT64.08.512武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书20kW93.10329.415）
36、（TAKPthc由此可见，油箱的散热 1.93KW 小于系统的发热量 7.8KW，故油箱的散热满足不了系统散热的要求，其中管路散热较小，故需要另设冷却器。5.3 冷却器所需冷却面积的计算冷 却 面 积 为（18）式 中 K传热系数，用列管式冷却器时，取 K=500 ； ）（ 2W/m平均温升mt.（19）取油进入冷却器的温度 =60，油流出冷却器的温度 =50，冷却水入1T2T口温度 =25，冷却水出口 =30。则1t 2t =27.5所需冷却器散热面积为考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢、水垢对传热的影响，冷却面积应比计算值大 30%，实际选用冷却器散热面积为227.05.31mA取 标
37、 准 值 0.8m25.4 系统结构设计1） 集成块的特点mhcrtKPA-2-11tTtm0-260mt234.0.X1)98.7(武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书21集成块原理图从集成块的组成原理图可以看出，集成块由板式元件与通道体组成，元件可以根据设计要求任意选择，因此，集成块的连接装置广泛地应用在机床及组合机床自动线中，其工作压力为 6.3l063.5xl0 7 Pa，流量一般在 3060Lmin，集成块与其它连接方式相比有以下特点：（1）可以采用现有的板式标准元件，很方便的组成各种功能的单元集成回路，且各回路的更换很方便，只需更换或增、减单元回路块就能实现，因而有极大的灵活性
38、。（2）由于是在小块体上加工各种孔道，固制造简单，工艺孔大为减少，便于检查和及时发现毛病，如果加工中出现问题，仅报废其中的一小块通道体，而不致整个系统报废。（3）系统中的管道和管接头可以减少到最少程度，使系统的泄漏大为减少，提高了系统的稳定性，并且结构紧凑，占地面积小，装配与维修方便。（4）由于装在通道体侧面的各液压元件间距离很近，油道孔短，而且通油孔径还可选 择大一些，因而系统中管路压力损失小，系统发热量也小。（5）有利于实现液压装置的标准化、通用化、系列化，能组织成批生产。由于组成装置的灵活性大，固设计和制造周期大为缩短，生产成本降低，为在机床上广泛应用液压技术提供了方便。2）.集成块装置
39、的设计步骤（1）绘制集成块单元回路图。将液压系统图分解，并绘制成集成块单元回路图，图中应示出集成块的数量，每块上安装的阀数，是否采用过渡板或专用阀，以及阀之间的油路连通情况。此图即为设计集成块的根据。集成块单元回路分解的原则如下：a、优先采用系列集成块单元回路，以减少设计工作量。武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书22b、集成块上单元回路安排要紧凑，块数要少。简单的回路，可合用一个块体。有时泵源的出口需串接单向阀时，也可以采用管式单向阀，串接在泵与底板之间。采用集成块专用阀。充分利用顶盖的结构，可将集成块与顶盖组合成调压测压回路，或者组成测压卸荷、测压夹紧回路。也可将阀安装在顶盖的项面上。
40、采用过渡板。过渡板上安装通用阀比采用专用阀方便、可靠。但过渡板最佳的安装螺孔位置往往被阀的安装螺孔所占用。这样不得不改变过渡板安装螺孔的位置。此外，有时可以充分利用执行元件油管接头的空间，在集成块左侧面安装控制阀，必要时也可改变连接管接头的油口位置。（2）制作液压元件样板。为了在集成块上合理布置液压元件和正确安排通油孔，最好预先制作元件样板，在硬图纸上绘出各元件顶视图的轮廓尺寸及元件底面上各油口位置尺寸，剪下即成样板，但应注意如下两点：a)、产品样本中的尺寸可能与实物不符，应与实物核对。b)、样本中的图样是液压元件的底视图，制作样板时应将样本上的图样改为顶视图。布置液压元件。将制作的元件样板，
41、放在绘有集成块各视图外形轮廓的纸上，然后安排位置。（3）.绘制集成块加工图。武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书23绘制集成块四个侧面和项面的视图。以集成块的底边和任一邻边为坐标，定出各元件基准线的坐标。然后绘制各油孔和安装螺孔，以基准线为坐标标注尺寸。根据各层孔道布局绘出各层剖视图。为加工方便，可将各孔编号列表，并注明通径、孔深和与之连通的孔号。绘制集成块装配外形图。集成块上各阀安装后的外形图表示各阀的安装位置和方向，不必画的太详细。（4）.集成块的设计a、公用油道孔的选定。集成块的主要作用为连通各液压元件，以便组成单元回路。因此，集成块上一般必须有公用的压力油口 P。回油口 O 以及泄
42、漏油孔L，他们是从上往下贯穿通道体的。集成块通道体，有二孔式、三孔式、四孔式、五孔式等多种设计方案，目前广泛应用的为二孔式和三孔式。b、油孔直径的确定。油孔直径可按下式去确定：.（20） 式中， Q流经油孔的流量(L min)；V孔道中的允许流速( m/s)。公用泄漏油孔 L 的孔径一般按经验确定，当 Q=25Lmin 时，取 6；当 Q=63 Lmin 时，取 l l。mv6.4d（ ）Q武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书24直接与阀相通的孔，块体上的孔径应等于阀的油孔直径。不直接与阀相通的工艺孔，应用螺塞或短圆柱堵死。与油管接头相连接的油孔，其孔径与相应的阀口直径相同，但孔口必须按管
43、接头螺纹底孔尺寸钻孔并攻丝。c、油孔间最小间隙的确定。若相邻油孔间的距离太近，则油液压力作用下可能造成油道串通，致使集成块报废，因此在设计油孔的具体位置时，必须确定通道体内各通道孔间的最小尺寸间隔 一般推荐 不小于 5mm。当油液压力高于 6.3l06 Pa 或孔道间隔尺寸较小时，还要做强度校核，以防止使用过程中被击穿。d、通道体高度的确定。确定通道体的高度 H 主要考虑所安装元件的高度。各个单元回路块的高度可以相等，也可以不等。e、通道体外形尺寸的确定。确定通道体外形尺寸时，应首先布置好公用通道孔。通道体的长度与宽度尺寸除了考虑安放最大尺寸的元件外，还必须流出足够的调整尺寸，以利于在设计通道
44、体内油孔时调整阀的位置。调整尺寸大致为：长度方向 4050mm，宽度方向 2030mm。如果调整尺寸取的较大，对设计通道体来说，布置孔道的困难会小一些，但通道体的外形尺寸较大，重量增加。若调整尺寸小一些，虽具有结构紧凑、体积小、重量轻等优点，但布置孔道困难，工艺孔也会增加。应当注意，在一个工厂，所使用的集成块在统一额定压力、额定流量的情况下应有同一外形尺寸和公用孔道的坐标，以避免非标系列太多，不宜管理使用。f、元件在通道体上的初步布局。如何确定液压元件在通道体上的安放位置，涉及道通道孔内部孔道结构的复杂程度、加工工艺性的好坏和压力损失的大小。因此它是集成块设计是否合理的关键，不但与典型单元回路
45、的合理性有一定关系，还要受元件自身的结构、操作调整的方便性等因素的影响。即使单元回路完全合理，但元件的安放位置不妥当，也会给通道体的设计带来困难。目前，国内外尚无一套完整的设计方法，往往要借助设计者的实践经验，用试凑法逐步摸索。多设计出几种方案来进行分析比较，选择其中比较合理的方案。a.中间块通常是按单元回路的通路要求在集成块上钻孔构成通油孔道，在集成块的三个侧面安装所需的板式控制元件，左侧面安装通往执行元件的管接头。武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书25电磁换向阀应安装在集成块前、后侧面上。电磁铁伸出部分要尽量避免与侧面的阀相碰，右侧面或前面安放需经常调节的控制阀如调速阀、溢流阀、减压
46、阀等。要尽量减少钻孔的数量。集成块中的油孔分为公用油孔和与阀孔相通的油孔两类。在布置元件垂直位置时应使与元件相通的油孔排列在公用油孔的直径范围内，以减少中间接通孔的数量。对于不相通的孔应注意保持一定的壁厚（一般应不小于 5mm） ，孔钻好后应进行耐压试验以免工作时击穿，并注意减少水平层次。同理，在布置元件水平位置时，应将与公用孔相通的油孔排列在公用孔的直径范围内。有时为了减少过多的拐弯而钻了一些工艺孔，在管道连通后所有的工艺孔都用螺堵堵死，不得凸出和漏油。当有多级压力回路（如双泵供油，减压阀后的油路等）时，可增设一公用油孔 P0。由于集成块内部的油孔是立体的，为了将油路表示清楚，一般需画出三层
47、横剖面图，电磁铁的 P、 O 孔为一层，A、B 孔为另一层。而与电磁阀油孔不相通的其它阀的通油孔则列为第三层，在布置时应避免与上述两层孔相碰。若难安排时，可变动电磁阀的位置（如从前面调至后面） 。对无法剖到的油孔，可在某层上用虚线表示，或用局部剖视表示。b.底板底板的作用，一是将集成块组件固定在油箱板面上，二是将 P 孔、O 孔和螺钉孔、合用的 L 孔从底板上引出，用管接头连接到相应的泵源或通入油箱，因此底板上的垂直压油孔 P 为盲孔，通过横孔将压油孔 P 在底板后侧面引出，由管接头与泵源相连，回油孔 O 与泄漏油孔 L 可直接通油箱。泵源出口经某些液压元件（如单向阀）后才进入主压油路时，加泵
48、源的 P 压油孔由底板前侧面引入，进入安装在这一集成块侧面的液压元件的输入孔，由输出孔与集成块上的公用孔 P 相通。c.顶盖项盖的作用时封闭主油路，连接集成块组，并在右侧面安装压力表开关以武汉理工大学液压元件与系统课程设计说明书26便测压。当测压点较多时，为了减少集成块中的测压油孔，除主油路 P 直接在顶盖上钻孔与压力表开关测压点接头相连外，其它的测压点应尽量放在顶盖上。d.过渡板。当集成块上安装四个液压元件时，为避免阀的安装螺孔或通油孔与集成块的安装螺孔相碰，可采用过渡板。将相邻两阀的油路与过渡板的进油口 P1、出油口 P2、泄油孔 L 预先在过渡板上钻通。然后把过渡板安装在集成块的前后侧面
49、上。也可借用阀的安装孔作为过渡板上的安装螺孔，并用加长螺钉固定。为避免相碰，过渡板的高度至少应比集成块的高度小 2mm。过渡板的宽度可超过集成块的宽度，但应注意不要与两侧的元件相碰。有时为了改变阀的通油口位置而添加过渡板。此时只安装一个阀。过渡板上的横孔位置根据所改变油口的需要而定。如果集成块上液压元件数超过四个，一般将液压元件分别安装在两块集成块上为佳，在集成块之间仅添加通油所需的几个过渡孔 K 即可。3） 、具体设计步骤液压阀集成块在液压系统设计中占有很重要的地位，阀集成块的设计原则为：（1）合理选择集成阀的个数，若集成的阀太多，会使阀块的体积过大，设计、加工困难；集成的阀太少，集成的意义又不大。（2）在阀块设计时，块内的油路应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔，阀块中的孔径要与通过的
