【正文】 ，是疊加溢流閥的調(diào)定壓力的 倍。系統(tǒng)啟動時，二位二通電磁換向閥 3 不通電，疊加溢流閥不通導，油液只能經(jīng)由直動溢流閥 2 溢流；系統(tǒng)啟動后穩(wěn)定運行時，二位二通電磁換向閥 3 通電，疊加溢流閥通導，油液經(jīng)由調(diào)定壓力較低的疊加溢流閥溢流。這樣便可實現(xiàn)兩級壓力控制。系統(tǒng)要求啟動迅速，即液壓缸要迅速拉緊原來松弛的皮帶，這就使得液壓缸啟動時需要很大的流量。穩(wěn)定運行時，張緊的皮帶使得液壓缸 活塞桿移動范圍很小，這時液壓缸需要的流量下降。為解決這個問題，加了一個蓄能器用以補油，既能及時補油，又能在正常穩(wěn)定工作時保持恒定壓力。 首先，電機 13 啟動帶動泵 12 運轉(zhuǎn)給系統(tǒng)加壓。當系統(tǒng)壓力達到壓力繼電器 9 設定的啟動壓力后，壓力繼電器 9 發(fā)信號，皮帶 5 式傳送機啟動。皮帶式傳送機啟動后帶速達到穩(wěn)定值時，二位二通電磁換向閥 3 通電，疊加溢流閥通導，油液經(jīng)由調(diào)定壓力較低的疊加溢流閥溢流，同時系統(tǒng)切換到由伺服閥 4 控制的狀態(tài)。伺服閥的工作原理：預先確定壓力指令信號μ r ，它與壓力傳感器的壓力反饋 信號μ i 相比較，其偏差量 (實際壓力與給定壓力的差值 )經(jīng)放大器處理后產(chǎn)生電流 i 輸給伺服閥 4，控制加載液壓缸，這樣就形成了伺服閥壓力控制回路。液壓缸的拉力與指令信號 μ r 一一對應。 總體設計方案的確定 （ 1）液壓回路設計。 （ 2）元件的確定。包括：油缸的選擇和計算，液壓油的確定，液壓泵的選擇及計算，電動機的確定，各種閥類的選擇。 （ 3）主要部件的設計及計算強度校核 6 第 3 章 各元件的確定 油缸的選擇和計算 由液壓缸的行程為 2m，最大拉力為 ,參考《液壓元件產(chǎn)品樣本》，決定選用缸徑為 100mm，活塞桿直徑為 55mm，行程為 ，最大拉力為 87kN，速比為 的 HSG 系列的油缸。油缸內(nèi)的壓力為： P2 =ηπ F )d(D4 22 啟 式中 F啟—— 啟動拉力， N； D —— 油缸內(nèi)徑， mm； d —— 活塞桿直徑， mm； η —— 油缸機械效率，一般取 η= 。 輸送機啟動、正常運行的壓力分別為： P1224FDd??? 啟（ ） 2275. 29 4 14. 4610 5 aMP? ????（ ） aMPπηdDπ F =)5 . 510( 4=)( 4=P 22222 油缸 的有效工作面積為： )d(4= 22DπA 222 =)5 . 510(4= cmπ 油缸工作時所需要的最大流量為： Q = v A 式中 v —— 油缸活塞桿運動速度， m/min； 7 A —— 油缸有效工作面積， m2。 速度 v =4m/min，則： Q=v A=4101=液壓缸的結(jié)構(gòu)圖如下所 示： 液壓油液的功能和基本要求 液壓油液是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，同時還兼有潤滑、密封、冷卻和防銹等功能。 在液壓系統(tǒng)中，由于壓力、速度及溫度在很大范圍內(nèi)變化，為了保證工作狀態(tài)的穩(wěn)定，要求所應用的液壓油液能適應這種變化，并保持穩(wěn)定的性能，不致因外界條件的變化而引起很大的改變或破壞，因此對液壓油液提出如下基本要求： （ 1）具有適當?shù)恼扯群土己玫恼常瓬靥匦浴Ｕ扯纫蠈嶋H工作條件，粘度國大，摩擦損失將增加；粘度過小，會造成泄漏。粘度過大或過小都將導致效率的降低 。因此為了使液壓系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作，液壓油液的粘度隨溫度的變化要小，也即要具有良好的粘－溫特性。 （ 2）具有優(yōu)良的潤滑性。液壓油液對液壓系統(tǒng)中的各運動部件起潤滑作用，以降低摩擦和減少磨損，保證系統(tǒng)能夠長時間正常工作。當前，液壓系統(tǒng)和元件正朝高壓、高速方向發(fā)展，液壓元件內(nèi)部摩擦副處于邊界潤滑狀態(tài)，這時，液壓油液更應具有良好的潤滑性。 （ 3）具有良好的化學穩(wěn)定性。液壓油液與空氣接觸會產(chǎn)生膠質(zhì)沉淀物質(zhì)，這些沉淀粘附在滑閥表面或節(jié)流縫隙處會堵塞孔、隙等 8 通道，影響元件的動作，從而降低系統(tǒng)的效率。因此， 液壓油液應具有良好的化學穩(wěn)定性。 （ 4）剪切安定性好，液壓油液通過液壓元件和狹窄通道時要經(jīng)受劇烈的剪切，使一些聚合型增粘劑分子破壞，造成粘度永久性下降，這在高速、高壓時尤為嚴重。為延長液壓油液使用壽命，液壓油液的剪切安全性要好。 （ 5）抗乳化性好。水可能從不同途徑進入液壓油液，含水的液壓油液在泵和其他元件的劇烈攪拌下極易乳化，致使液壓油液變質(zhì)或生成沉淀物，防礙冷卻器的導熱，阻滯閥門和管道，降低潤滑性且腐蝕金屬，所以，液壓油液應具有良好的抗乳化性。 （ 6）消泡抗泡性能好。在大氣中，礦物 油通常能溶解 5%至 10%的空氣，空氣混入液壓油液后會產(chǎn)生氣泡，氣泡在液壓系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，不僅會使系統(tǒng)的剛性下降，動特性變壞，潤滑條件惡化，而且還會產(chǎn)生異常的噪音、振動。此外，氣泡還增大了與空氣的接觸，使氧化加速，所以，液壓油液應具有良好的消泡和抗泡能力。 （ 7）防銹性能好，對金屬的腐蝕性小。長期與液壓油液接觸的金屬件，在溶解于液壓油液中水分和空氣的作用下會產(chǎn)生銹蝕，而使精度和表面質(zhì)量受到破壞。銹蝕而使精度和表面質(zhì)量受到破壞。銹蝕顆粒在系統(tǒng)中循環(huán)，還會使磨損加速和系統(tǒng)發(fā)生故障。所以，液壓油液應具有良好的防 銹性能和不腐蝕金屬性能。 （ 8）對密封等材料的相容性。密封材料長期共存于液壓油液中會產(chǎn)生溶脹軟化或干縮硬化，使密封失效，產(chǎn)生泄漏，系統(tǒng)壓力下降，以致工作不正常。所以，液壓油液對密封材料應有良好的相容性。 液壓自動張緊裝置是在工作時，其工作環(huán)境的溫度不高，但有防塵要求，油壓缸的最高工作壓力為 ，參考《液壓元件產(chǎn)品樣本》，綜合確定選用 20 號精密機床液壓油。 20 壓力油的運動粘度 17(=50v ～ 23) 106m2/s,取 50v =20 106m2/s，密度為 103kg/m3則 20 號液壓油的動力粘度 μ 為： pa s??? ? ? 9 液壓泵的選擇及計算 GBG1016 型單級齒輪泵屬于中高壓齒輪泵。采用了固定的雙金屬側(cè)板和二次密封結(jié)構(gòu)，具有耐沖擊、維修方便、工作 可靠等優(yōu)點。廣泛用于裝卸機、鏟運機、推土機等機械液壓系統(tǒng)的液壓能源。 由于液壓油在主油路只流經(jīng)一個單向閥的主油路，其壓力損失很小，粗估其壓力損失 Ps = ，則油泵的工作壓力為： 111 p p M Pap p p M Pa額額 2ss= + = + == + = + = 所以油泵的最大工作壓力 P 泵 ＝ 油泵泄漏系數(shù)Ｋ =～ ,?。耍?，則油泵的流量為： Q 泵 ≥ KQ= =24L/min 根據(jù)《液壓元件產(chǎn)品樣本》選用 GBG1016 型單級齒輪泵。其參數(shù)為每轉(zhuǎn)排 量 q=， 驅(qū)動功 率Ｐ＝ ，額定 工作壓 力P=16MPa。當由 n=1460r/min 的電動機驅(qū)動時，該泵最大流量Ｑ＝ 1460=24L/min。油泵效率 η=。 電動機的確定 電動機功率為： 泵電 泵h= 取 η 泵 =，則電動機功率為： 14 .95 24 661 .2 1P KW電 180。==180。 當連軸器的效率 η = 時，電動機功率為39。/PP電 電 聯(lián)h==／=，查手冊，選用電動機轉(zhuǎn)數(shù) n=1440r/min，功率Ｐ＝ 的 Y132M4 型電動機。 10 各種閥類的選擇 .1 電磁換向閥的選擇 電磁換向閥也叫電磁閥，是液壓控制系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換元件。它利用通電電磁鐵的吸力推動滑閥閥芯移動，改變油流的通斷，來實現(xiàn)執(zhí)行元件的換向、啟動、停止。電磁換向閥有滑閥和球閥兩種結(jié)構(gòu)，通常所說的電磁換向閥為滑閥結(jié)構(gòu)，而稱球閥結(jié)構(gòu)的電磁換向閥為電磁球閥，電磁換向閥可直接用于液壓系統(tǒng)，控制主油路的通斷和切換；也可用作先導閥來操縱主油路的主閥，如溢流閥、液控閥、調(diào)速閥及插裝閥等。 電磁換向閥的品種很多 ，按其工作位置數(shù)和通路數(shù)的多少可分為二位二通、三位四通、三位三通、二位四通等；按其復位和定位形式可分為彈簧復位式、鋼球定位式、無復位彈簧式等；按其閥芯切換油路的臺肩數(shù)可分為兩臺肩和三臺肩式；按其閥體內(nèi)的沉槽數(shù)可分為三槽式和五槽式；按其閥體與電磁鐵的連接形式可分為法蘭連接和螺紋連接；按其所配電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式可分為干式和濕式兩類，每一類又有交流、直流等形式。 由于主油管中的最高工作壓力為 ，當油泵所供液壓油經(jīng) 電 磁 換 向 閥 、 溢 流 閥 全 部 卸 荷 時 ， 通 過 電 磁 換 向 閥 的 流 量 為24L/min，參照《液壓元件 產(chǎn)品樣本》，選用 24DOB10HT 型電磁換向閥，其工作壓力為 ，公稱流量為 30L/min。 下面是電磁換向閥的結(jié)構(gòu)圖。 1推桿 2閥體 3閥芯 4彈簧座 5蓋板 它有兩個工作油口（即近油口 P 和出油口 A ）和兩個工作位置： 11 當電磁鐵斷電時，復位彈簧將閥芯推向左邊的位置。當電磁鐵通電時，則將閥芯推向右邊的初始位置。圖中所示的初始位置為 P、 A 相通，換向位置為 P、 A 不通，是常開型的滑閥機能， 溢流閥的選擇 溢 流閥是使系統(tǒng)中多余流體通過該溢流閥溢出，從而維持其進口壓力近于恒定的壓力控制閥。 在液壓系統(tǒng)中，溢流閥可作定壓閥，用以維持系統(tǒng)壓力，實現(xiàn)遠程調(diào)壓火多極調(diào)壓；作安全閥，防止液壓系統(tǒng)過載；作制動閥，對執(zhí)行機構(gòu)進行緩沖、制動；作背壓閥，給系統(tǒng)加載或提供背壓；它還可與電磁閥組成電磁溢流閥，控制系統(tǒng)卸荷。 按結(jié)構(gòu)類型和工作原理，溢流閥可分為直動式溢流閥和先導式溢流閥。直動式溢流閥是作用在閥芯上的主油路液壓力與調(diào)壓彈簧力直接相平衡的溢流閥，下圖為直動式溢流閥的原理圖 1調(diào)壓手輪 2縮緊螺母 3閥體 4閥芯 直動式溢流閥圖形符號 在直動式溢流閥中，當液壓作用力低于調(diào)定彈簧力時，閥口關(guān)閉，閥芯在彈簧力的作用下壓緊在閥座上，溢流口無液體溢出；當液壓作用力超過彈簧力時，閥芯開啟，液體溢流，彈簧力隨著開口 12 量的增加而增加，直至與液壓作用力相平衡。 當閥芯重力、摩擦力和液動力忽略不計時，直動式溢流閥在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的力平衡方程為： P=K(X0+X)/A （ 3— 1） 式中 P—— 進口壓力即系統(tǒng)壓 力（ Pa）； A—— 閥芯的有效承壓面積（ m2）； K—— 彈簧鋼度（ N/m）； X0—— 彈簧預壓縮量（ m）； X—— 閥開口量（ m）。 由式 （ 3— 1） 可 以 看 出 ， 只要 在 設 計 時 保證 X ? X0， 即 可使P=K(X0+X)/A ? KX0/A=常數(shù)。這就表明，當溢流量變化時，直動式溢流閥的進口壓力是近于恒定的。 兩個溢流閥的工作壓力分別為 和 ，當壓力油全部通過溢流閥卸荷時，其流量為 24L/min,查《液壓元件產(chǎn)品樣本》由此確定選用 YEL10H 型溢流閥 ，其工作壓力為 ～ ，公稱流量為 40L/min。在液壓系統(tǒng)中，將連個溢流閥分別調(diào)整到Ｐ＝ 和 P= 的工作壓力即可。 壓力繼電器的選擇 壓力繼電器是當壓力信號達到給定值時，電氣開關(guān)動作，從而發(fā)出電信號的液電信號轉(zhuǎn)換元件。主要用于泵的加載或卸荷控制、執(zhí)行元件的順序動作以及系統(tǒng)的安全保護和連鎖等。當有液壓力達到壓力繼電器的調(diào)定壓力時，即發(fā)出電信號，以控制電磁鐵、電磁離合器、繼電器等電氣元件動作，使油路卸壓、換壓，執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)順序動作，或關(guān)閉電 動機，使系統(tǒng)停止工作，起到安全保護作用等。主要性能有 （ 1）壓力繼電器由壓力 位移轉(zhuǎn)移部件和微動開關(guān)兩部分組成。 按結(jié)構(gòu)類型和工作原理，壓力繼電器可分為柱塞式、彈簧管式、膜片式和波紋管式 4 種。其中柱塞式壓力繼電器最常用，按其結(jié)構(gòu)有單柱塞式和雙柱塞式之分，而單柱塞式又有柱塞、差動柱塞和柱塞 杠桿 3 種。 按所發(fā)出電信號的功能，壓力繼電器有單觸點和雙觸點之分。 （ 2）對壓力繼電器的性能要求是： 13 。壓力繼電器的調(diào)壓范圍是指其能夠發(fā)出電信號的最低工作壓力和最高工作 壓力的范圍。