【文章內(nèi)容簡介】 害的液壓油，就應(yīng)該加強(qiáng)管理，防止或減少它流到環(huán)境中去，使對環(huán)境危害最小。由于泄漏產(chǎn) w 生的環(huán)境問題也是不可忽視，而泄漏也是液壓系統(tǒng)的一個(gè)頑疾。對于泄漏的防治需要技術(shù)和管理上的支持，在設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)階段都應(yīng)考慮此問題，維修時(shí)要做好液壓油的回收。 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要研究液壓泵和液壓馬達(dá)實(shí)驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)。其基本內(nèi)容為： 泵和液壓馬達(dá)實(shí)驗(yàn)臺的液壓系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 由于不同類型的液壓泵 (馬達(dá) )有不同的測試方法標(biāo)準(zhǔn)，即使是同一類型、不同額定壓力的液壓泵 (馬達(dá) )的測試方法也不完全相同，所以只能對其中某一類型、某一壓力級別的液壓泵 (馬達(dá) )進(jìn)行性能測試或?qū)ζ渲泄餐捻?xiàng)目進(jìn)行測試。 本章小結(jié) 近年來液壓泵、馬達(dá)的測試系統(tǒng)在傳統(tǒng)的液壓測試系統(tǒng)原理上增加計(jì)算機(jī)輔助測試和虛擬測試技術(shù)，但液壓系統(tǒng)測試的基本原理大致相同。 本章主要介紹了液壓泵和液壓馬達(dá)實(shí)驗(yàn)臺發(fā)展、未來趨勢和存在的問題，并介紹了本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 w 第 2章 液壓泵實(shí)驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓泵實(shí)驗(yàn)臺工作原理 液壓泵性能試驗(yàn)臺采用變頻器驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)拖動(dòng)被試泵，控制被試泵的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀來觀測輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩值，如圖 21所示。電磁比例溢流閥控制被試泵出口加載，并且配備了卸荷閥、各類壓力傳感器和溫度傳感器。試驗(yàn)時(shí)調(diào)節(jié)變頻電機(jī) 13 控制被試泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定要求，然后控制電磁比例溢流閥給被試泵加載，通過進(jìn)出口壓力傳感器采集進(jìn)出口壓力值，通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀器采集被試泵的 輸入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值。空載排量測量時(shí)可以打開電磁球閥 2使被試泵卸荷。 液比例閥 圖 21 液壓泵實(shí)驗(yàn)回路 w 被試泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 由于不同類型的液壓泵 (馬達(dá) )有不同的測試方法標(biāo)準(zhǔn)，即使是同一類型、不同額定壓力的液壓泵 (馬達(dá) )的測試方法也不完全相同，所以只能對其中某一類型、某一壓力級別的液壓泵 (馬達(dá) )進(jìn)行性能測試或?qū)ζ渲泄餐捻?xiàng)目進(jìn)行測試。參照各類液壓泵試驗(yàn)的國家標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮現(xiàn)有的試驗(yàn)條件確定試驗(yàn)項(xiàng)目為：氣密性檢查和跑合試驗(yàn)、排量驗(yàn)證試驗(yàn)、效率試驗(yàn)、壓力振擺檢查、自吸試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、超速試驗(yàn)、超 載試驗(yàn)、滿載試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和效率檢查試驗(yàn)。 選取恒壓變量泵 63PCY141B進(jìn)行了性能測試試驗(yàn)，被試泵公稱排 量為 63mL/r，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min，確定系統(tǒng)最大流量 Q=液壓系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)液壓泵的原動(dòng)機(jī)有電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)指汽油機(jī)柴油機(jī)等，一般用于行走機(jī)械，而且不是由液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者選定的。固定設(shè)備系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)需要設(shè)計(jì)者選定。根據(jù)使用的環(huán)境，決定開式、封閉扇冷式、防雨保護(hù)式、防爆式等形式及立式、臥式結(jié)構(gòu)。變頻電機(jī)選擇Y250M4B3 額定轉(zhuǎn)速： 1410r/min， 額定電壓： 380v， 額定功率： 55kw。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)決定了被試泵的測試范圍。 液壓泵實(shí)驗(yàn)臺的基本測試項(xiàng)目 排量驗(yàn)證試驗(yàn) GB7936 規(guī)定排量驗(yàn)證試驗(yàn)分為以下幾步： 第一，使液壓泵空載，即使液壓泵的負(fù)載為零，或液壓泵的輸出壓力不超過額定壓力的 5%或不超過 ； 第二，在液壓泵的最低許用轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)設(shè)定均勻的 5 檔轉(zhuǎn)速，測量每檔轉(zhuǎn)速 n 下泵的流量。 第三，計(jì)算泵的空載排量。國標(biāo) GB7936 規(guī)定： w 2 , 2 ,1 1 12211N N Nj v e j j v e jj j ji NNjjjjN n q n qVN n n? ? ???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ??? (21) 其中 iV 為空載排量 mL/r； n 為實(shí)際轉(zhuǎn)速 r/min； N 為轉(zhuǎn)速測量檔數(shù)； 2,vejq 為有效輸出流量 L/min，這是一個(gè)用最小二乘法擬合的方程，測得 N 個(gè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速和流量值，然后運(yùn)用最小二乘法擬合求其直線的斜率即為要求的空載排量。 效率試驗(yàn) 按照國標(biāo) JB/T 7042—93 規(guī)定，效率試驗(yàn)主要有以下幾步： 第一，在最大排量、額定轉(zhuǎn)速下，使泵的出 口壓力逐漸增加，至額定壓力的 25%左右。待測試狀態(tài)穩(wěn)定后，測量與效率有關(guān)的數(shù)據(jù)； 第二，按上述方法，至少測量泵的出口壓力約為額定壓力的 25%, 40%,55%, 70%， 80%， 100%時(shí)，分別測量與效率有關(guān)的數(shù)據(jù)； 第三，轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的 100%， 85%， 70%， 55%， 40%時(shí)，在上述各試驗(yàn)壓力點(diǎn)，分別測量與效率有關(guān)的數(shù)據(jù)。 第四，繪出等效率特性曲線圖 ， 或繪出性能曲線圖； 第五，在額定轉(zhuǎn)速下，進(jìn)口油溫為 20～ 35℃ 和 70～ 80℃ 時(shí)，分別測量 空載壓力至額定壓力范圍內(nèi)至少 6 個(gè)等分壓力點(diǎn)的容積效率； 第 六，繪制功率、流量、效率隨壓力變化的曲線圖。 變量特性試驗(yàn) 恒功率變量泵 恒功率變量泵的特性試驗(yàn)主要有以下幾步： (1)最低壓力轉(zhuǎn)換點(diǎn)的測定 調(diào)節(jié)變量機(jī)構(gòu)使被試泵處于最低壓力轉(zhuǎn)換狀態(tài)，測量泵出口壓力； (2)最高壓力轉(zhuǎn)換點(diǎn)的測定 調(diào)節(jié)變量機(jī)構(gòu)使被試泵處于最高壓力轉(zhuǎn)換狀態(tài)，測量泵出口壓力； (3)恒功率特性的測定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)變量機(jī)構(gòu)，測量壓力、流量相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，繪制恒功率特性曲線 ； w (4)其他特性按實(shí)際要求進(jìn)行試驗(yàn)。 恒壓變量泵 本試驗(yàn)臺安裝的為恒壓變量泵，因此應(yīng)做相應(yīng)的恒壓特性試驗(yàn)。恒壓靜特 性試驗(yàn)包括最大排量、額定轉(zhuǎn)速下加載，然后繪制不同調(diào)定壓力下的流量－壓力特性曲線。 其它試驗(yàn)項(xiàng)目 氣密性檢查和跑合 ,壓力振擺試驗(yàn) ,自吸試驗(yàn) ,低溫試驗(yàn) ,高溫試驗(yàn) ,超速試驗(yàn) ,超載試驗(yàn) ,滿載試驗(yàn) ,效率檢查試驗(yàn)。 液壓泵性能表達(dá)式及參數(shù) 試驗(yàn)油路是為一定的試驗(yàn)?zāi)康姆?wù)的，離不開具體的試驗(yàn)內(nèi)容，要求 測試液壓泵的各種性能指標(biāo)，而這些指標(biāo)又與各種參數(shù)有關(guān)。有關(guān)液壓泵 的主要性能表達(dá)式有： 排量 3: ( / ) 1 0 ( / m in )ppV V q n L?? (22) 式中 q 為泵輸出的實(shí)際流量 (L/min)； n 為泵軸 轉(zhuǎn)速 (r/min)；泵的空載排量 V i 為空載時(shí)測出的排量最大值。 泵軸輸入的理論轉(zhuǎn)矩 TPth ： (23) 其中 ph為泵的出口壓力 (MPa)； p i 為泵的進(jìn)口壓力 (MPa)。 容積效率 : ( / ) 100 %P V P V P P kVV?? ?? (24) 機(jī)械效率 : ( / ) 100 %P m P m P t h PTT?? ?? (25) 泵輸入功率 4: 1. 5 10 ( )i i P nP P T k W??? (26) 其中 TP 為泵軸輸入轉(zhuǎn)矩 ()； n 為泵的轉(zhuǎn)速 (r/min) 泵的輸出功率00: ( )60pqP P kW?? (27) 其中 Δ p為泵的進(jìn)、出口壓力差 (MPa)； q為泵實(shí)際輸出流量 (L/min) 總效率0: ( / ) 1 5 9 1 0 0 %P P i PnpqPP T?? ?? ? ? (28) 實(shí)際輸出流量 3: 10 ( / m in)Pnq q V L??? (29) () ()22i h i iP t h V p p V pT N M????? ? ? w 泄漏流量 3: 1 0 ( / m in)L L inq q V q L?? ? ? (210) 本章小結(jié) 此液壓泵實(shí)驗(yàn)臺油路根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，用以檢測液壓泵的技術(shù)特性 。本章介紹了液壓泵實(shí)驗(yàn)臺的基本原理，并說明了液壓泵的測試項(xiàng)目及測試計(jì)算方法。 w 第 3章 液壓馬達(dá)實(shí)驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 4章 液壓元件的選擇 液壓泵實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)部分 被試泵、電機(jī)及聯(lián)軸器的選擇 被試泵的選擇 液壓泵是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換組件，在液壓系統(tǒng)中，液壓泵作為動(dòng)力組件向液壓系統(tǒng)提供液壓能。 選取恒壓變量泵 63PCY141B 進(jìn)行了性能測試試驗(yàn)，被試泵公稱排 量為 63mL/r，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min。 泵的基本參數(shù)是壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率。泵的最高壓力與最高轉(zhuǎn)速不宜同時(shí)使用，以延長泵的使用壽命。轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格表中規(guī)定的數(shù)據(jù)，不得超過最高轉(zhuǎn)速值。至于其最低轉(zhuǎn) 速，在正常使用條件下，并沒有嚴(yán)格的限制。 液壓泵的主要類型有：外嚙合齒輪泵、內(nèi)嚙合齒輪泵、螺桿泵、葉片泵、柱塞泵。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)為低壓系統(tǒng)，故可選雙螺桿泵，具體型號由系統(tǒng)的最大工作壓力與所需液壓泵的流量決定。 電機(jī)的選擇 電氣傳動(dòng)用交流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，特點(diǎn)是：調(diào)速優(yōu)良，過載能力大，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速起動(dòng)制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，多用于寬調(diào)速的場合和要求有特殊運(yùn)行性能的自動(dòng)控制場合。交流電機(jī)中最常用的是三相異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，重量較輕，成本較低，工作 效率較高，負(fù)載特性較硬，能滿足大多數(shù)工業(yè)機(jī)械的電氣傳動(dòng)需要；同步電動(dòng)機(jī)廣泛適用于拖動(dòng)不要求調(diào)速和功率較大的生產(chǎn)機(jī)械。比較之后，本系統(tǒng)選擇通用異步電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)被試泵的規(guī)格， 變頻電機(jī)選擇 Y250M4B3 額定轉(zhuǎn)速： 1410r/min， 額定電壓： 380v， 額定功率： 55kw。 w 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是連接兩軸或軸和口轉(zhuǎn)件，在傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力過程中一同回轉(zhuǎn)而不分開的一種裝置。此外，聯(lián)軸器還可能具有補(bǔ)償兩軸相對位移、緩沖和減振以及安全防護(hù)功能。聯(lián)軸器的類型應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件來確定。具體選擇 時(shí)考慮以下幾點(diǎn)： 。 ，對于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選 用平衡精度高的聯(lián)軸器，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器。 ，當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸精確對 中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。 。 、安裝、維護(hù)和成本，在滿足使用性能的前提下應(yīng)選 擇拆裝方便、維護(hù)簡單、成本低的聯(lián)軸器。一般的非金屬彈性元件聯(lián)軸器，由于具有良好的綜合性能，適 宜于一般的中小功率傳動(dòng)。 由于泵與電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)不屬于大功率傳動(dòng)，選擇連軸器型號：黎明CC115。 管道尺寸的確定 管道的計(jì)算 由新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第四卷，第 23 篇，第 4 章―液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算，查得 管道內(nèi)徑計(jì)算公式為： vqd v?4? (41) 壁厚計(jì)算公式 ? ??? ???2 dP (42) P──管道內(nèi)最高工作壓力（ Pa）； d──管道內(nèi)徑（ m）； w [σ]──管道材料的許用應(yīng)力（ MPa）， ? ?n b?? ?； σb──管道材料的抗拉強(qiáng)度（ MPa）， σ b=520MPa； n──安全系數(shù)，對鋼管來說， P＜ 7 MPa 時(shí)，取 n=8； P＜ MPa 時(shí)，取 n=6； P＞ MPa 時(shí)，取 n=4；這里取 n=8。 則 ? ? bndPdP ?? ???????? 22 (43) 管道內(nèi)液體的流動(dòng)速度如表 42 所示 表 42 允許流速 推薦值 管道 推薦流速 /(m/s) 液壓泵吸油管道 ~,一般常取 1 以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3~6，壓力高，管道短，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 ~ 取吸油管路油液流速為 1 m/s，壓油管路流速為 6 m/s，回油管路為2 m/s。 液壓泵吸油管道內(nèi)徑： mmvqd V 3 ??? ???? ??? ， 圓整取標(biāo)準(zhǔn)值 50 mm。 液壓泵吸油管道壁厚： mmndP b ?? ???? ??? ?? ， 圓整取標(biāo)準(zhǔn)值 3 mm。 液壓泵壓油管道內(nèi)徑： w mmvqd V 3 ??? ???? ??? ， 圓整取標(biāo)準(zhǔn)值 25 mm。 液壓泵壓油管道壁厚： mmndP b ?? ???? ??? ?? ， 圓整取標(biāo)準(zhǔn)值 2 mm。 液壓泵回油管道內(nèi)徑： mmvqd V 3 ??? ???? ??? ， 圓整取標(biāo)準(zhǔn)值 32 mm。 液壓泵壓油管道壁厚： mmndP b ?? ???? ??? ?? ， 圓整取標(biāo)準(zhǔn)值 2 mm。 硬管的選擇 對于具有不同管路長度的剛性聯(lián)接一般使用硬管。在硬管和軟管之間做出選擇時(shí)，應(yīng)選擇硬管，因?yàn)橛补艹杀镜?、阻力小、安全。多選用無縫鋼管，無縫鋼管耐壓高，變形小 ，耐油，抗腐蝕，雖裝配時(shí)不易彎曲，但裝配后能長久保持原狀，用于中壓系統(tǒng)。硬管可分為兩大類，一類是通經(jīng)定尺寸，另一類是外徑定尺寸的。 泵的吸油和壓油口直徑是固定的，分別為 50 mm 和 42 mm，根據(jù)新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第四卷，第 23 篇，第 9 章，表 ―鋼管公稱通徑、外徑、壁厚、聯(lián)接螺紋和推薦流量表，選取鋼管管道直徑如表 43 所示。 w 表 43 過濾系統(tǒng)管