【文章內(nèi)容簡介】 各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液的壓力產(chǎn)生的。要克服阻力越大，缸中的油液壓力越高：反之，壓力就越低。輸入液壓缸的油液是由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出地多余的油液須經(jīng)過溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在圖式系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的由液壓力不一樣大。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 10 液壓傳動的組成部分 液壓傳動裝置主要由以下四 個部分組成： 1）能源裝置 把機械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。液壓泵是靠密封工作腔的容積變化進行工作的，而它額輸出流量的大小是由密封的工作腔的容積大小決定的。 液壓泵按其在單位時間內(nèi)所輸出的油液體積可否調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；按結(jié)構(gòu)形式可以分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類；本設(shè)計主要使用的是齒輪式有液壓泵。 2) 執(zhí)行裝置 把油液的液壓能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作旋轉(zhuǎn)的液壓馬達。它是主機的工作部件克服負載及阻力而產(chǎn)生的運動。 液壓馬達是產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行部件。從原理上說，向容積式泵中輸入壓力油，使它的軸轉(zhuǎn)動，就成為液壓馬達。大部分容積式泵都可作液壓馬達使用，但在結(jié)構(gòu)細節(jié)上有一些的不同。 3）控制調(diào)節(jié)裝置 對液壓系統(tǒng)中的液壓力、流量或流動方向進行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓傳動系統(tǒng)。 4）輔助裝置 上述三個部分以外的其他裝置，例 如油箱、過濾器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作也起重要作用。 機械工業(yè)各部門使用液壓傳動的出發(fā)點是不盡相同的：有的是利用它在傳遞動力上的長處，如工程機械、壓力機械和航空工業(yè)采用液壓傳動的原因是取其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量小、輸出功率大；有的是利用它在操縱控制上的優(yōu)點，如機床上采用液壓傳動是取其能在工作過程中實現(xiàn)無級變速、易于實現(xiàn)頻繁的換向、易于實現(xiàn)自動化；等等。此外，不同精度要求的主機也會選用不同控制形式的液壓傳動裝置。 表 2 液壓傳動在各類機械行業(yè)中的應(yīng)用實例 行業(yè)名稱 應(yīng)用場所舉例 工程機械 挖掘機，裝載機，瀝青混凝土攤鋪機 起重機械 汽車吊，港口龍門吊，叉車 礦山機械 鑿巖機，開掘機，開采機，破碎機 建筑機械 壓樁機，液壓千斤頂，平地機 農(nóng)業(yè)機械 聯(lián)合收割機，拖拉機，農(nóng)具懸掛系統(tǒng) 冶金機械 高爐開鐵口機，軋鋼機，壓力機 輕工機械 打包機，注射機，造紙機，橡膠硫化機 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 11 液壓系統(tǒng)圖的圖形符號及控制方式 圖 3 所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖，直觀性強，容易理解，但繪制起來比較的麻煩，系統(tǒng)中的元件數(shù)量多時更是如此。下圖 4 所示為同意液壓系統(tǒng)用液壓圖形符號繪制成的工作原理圖。使用這些圖形符號使液壓傳動系統(tǒng)圖簡單明了，便于繪制。 圖 液壓系統(tǒng)原理圖符號表示 所謂液壓 傳動的“控制方式”由兩種不同的含義：一種是指對傳動部分的操縱調(diào)節(jié)方式；另一種是指控制部分本身的結(jié)構(gòu)組成形式。 液壓傳動的操縱調(diào)節(jié)方式可以概略地歸成手動式、半自動式和全自動式三種。凡需要由人撥動手柄或按下按鈕才能使系統(tǒng)實現(xiàn)其動作或狀態(tài)的，便是手動式。凡是由人啟動之后系統(tǒng)的全部動作或狀態(tài)都能在機械的、電氣的、電子的或其它機構(gòu)操縱下順序的實現(xiàn)出來，并在全部工作完成 后自動停車的，便是半自動式。如果連啟動這一步都不需人來操縱或參與，它便是全自動式的。 液壓系統(tǒng)中控制部分的結(jié)構(gòu)組成形式有開環(huán)式和閉環(huán)式兩種，它們的概念和定義與“控制理論”中的描述完全相同。在這里節(jié)流閥上的那個控制液壓缸進油量的通口是事先調(diào)整好的，無法再工作過程中進行更改。 再同等的體積下，液壓裝置比氣動裝置產(chǎn)生更大的動力。再同等的功率下，液壓裝置的體積和質(zhì)量小，即其功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達的體積和質(zhì)量只有同等功率電動機的12%左右。 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于質(zhì)量和慣性小、反映快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速 氣動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運動時可達 500次每分鐘，實現(xiàn)往復(fù)直線運動時可達 1000次每分鐘。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 12 運動機構(gòu)的選擇 圖 機構(gòu)尺寸 如圖 3所示的結(jié)構(gòu)是 上述的緊急制動機構(gòu)在平路面時的平面圖，在圖中以大概表出中型貨車大梁和地面，車輪等的大概尺寸 。 為了方便校核 該機構(gòu)的強度 條件及其計算方便其間 該 車的重量故看 作 m 重力加速度為 g。 圖 機構(gòu)的制動葉片 葉片的尺寸按車輪的大小來確定，高度由 90176。對面的圓弧來確定 .該葉片應(yīng)做成空心的，這樣有利于該機構(gòu)的放下和收起。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 13 方案的初步設(shè)定 方案 一 圖 方案一圖 在這機構(gòu)中： 1. 為產(chǎn)生壓力而安裝的液壓缸 ，把油液的油液壓力轉(zhuǎn)化為機械能。它可以是做直線運動的液壓缸，也可以是作旋轉(zhuǎn)運動的液壓馬達。 2．固定方塊的液壓缸 3. 滑塊 該方案在此機構(gòu)中的特點是； 由兩種液壓缸的作用下 該 機構(gòu)控制方便，可靠，該機構(gòu)工作時各部分的運動穩(wěn)定。 該 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于質(zhì)量和慣性小、反映快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速氣動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運動時可達 500次每分鐘，實現(xiàn)往復(fù)直線運動時可達 1000次每分鐘。 缺點；該機構(gòu)工作時所受到?jīng)_擊極大 ， 因此該機構(gòu)所用的液壓缸的強度等力學(xué)性能不夠滿足要求。 液壓傳動在工作工程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失），長距離傳動時更是如此。再 有 就是 該機構(gòu)發(fā)放和收縮 時非常的 不 方便。 液壓傳動對油溫的變化比較敏感，它的運動速度和系統(tǒng)工作穩(wěn)定性很容易受到溫度的影響，因此，它不宜在很高或很低的溫 度條件下進行工作。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 14 方案二 圖 方案圖二 該 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)： 1．液壓缸 2．支撐桿 3．葉片 該方案中的優(yōu)缺點： 在這機構(gòu)中該機構(gòu)工作時所受到?jīng)_擊極大，因此該機構(gòu)所用的液壓缸的強度等力學(xué)性能不夠滿足要求，相關(guān)計算數(shù)據(jù)在 下文中進行敘述 。在有該機構(gòu)發(fā)放和收縮不便。 該 液壓 機構(gòu) 能自動防止過載，易于吸收沖擊力。液壓系統(tǒng)內(nèi)，全部運動機構(gòu)都在液壓油內(nèi)工作，能夠自行潤滑，可以經(jīng)久耐用。 該 液壓元件易于實現(xiàn)通用化和標(biāo)準(zhǔn)化 。 再同等的體積下，液壓裝置比氣動裝置產(chǎn)生更大的動力。再同等的功率下，液壓裝置的體積和質(zhì)量小，即其功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達的體積和質(zhì)量只有同等功率電動機的 12%左右。 缺點：該機構(gòu)不夠穩(wěn)定， 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價較貴，而對油液的污染比較敏感。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 15 方案三 圖 方案圖三 該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)： 1．液壓缸 2．曲柄搖桿機構(gòu) 3．葉片 該方案的設(shè)計合理實際要求；因為包含贏服此制動機構(gòu)工作時受到?jīng)_擊的曲柄搖桿機構(gòu)。 有關(guān)沖擊條件與原理在后續(xù)章節(jié)詳細分析。 該制動系統(tǒng)中的曲柄搖桿機構(gòu)不僅應(yīng)付所受沖擊而機構(gòu)簡單，制造方便，各構(gòu)造桿件強度校核方便，控制可靠， 容易實現(xiàn)，因此選改方案且進行詳細計算。該液壓傳動結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障時不易找的其中的原因。 液壓傳動過程中常有較高的能量損失，長距離傳動時更是如此。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 16 第三章 機構(gòu)尺度綜合 液壓缸的選擇 根據(jù)設(shè)計要求所選的液壓缸，尺寸和有關(guān)信息如圖所示 圖 液壓缸及尺寸 液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能以實現(xiàn)直線往復(fù)運動的能量裝換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞式、柱塞缸兩類。活塞缸和柱塞缸的輸入為壓力和流量，輸出為推力和速度。 本文主要應(yīng)用的是活塞缸，并且是單桿活塞缸。它的進、出油口德布置視其安裝方式而定，可以缸筒固定，也可以活塞桿固定，機構(gòu)的移動范圍都是活塞（或缸筒）的有效行程的兩倍。 由于液壓缸兩腔的有效工作面積不等，因此它在兩個方向上的推力 F 和速度V 亦不等，其值為： 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 17 1 1 212221 1 2 2 2222 1 2 2 1 11 212 222( ) [ ( ) ]4( ) [ ( ) ]444()mmmmvVvVF p A p A p p D p dF p A p A p p D p dqqvADqqvA D d????????????? ? ? ? ?? ? ? ? ??????(4) 在液壓缸的活塞往復(fù)運動速度有一定的要求的情況下，活塞桿直徑 d 通常情況下根據(jù)液壓缸的速度比 21vvv?? 的 要求以及缸內(nèi)直徑 D 來確定。由下式，得 22111 ( ) vv dvD????(5) 1vvdD???? (6) 由此可知，速比 v? 越大，活塞直徑 d 越大。 單桿活塞缸在其左右兩腔都接通高壓油時稱為“差動連接”，這時液壓缸稱作差動缸。差動連接時活塞（或缸筒）只能向一個方向運動，要使它反向運動時，油路的接法必須和非差動式連接相同。差動連接時輸出的推力和速度為 23 1 1 2 1() 4mmF p A A p d???? ? ? 則有 1 3 2 33 212 4A v q A vqqvAA d?????? 考慮容積效率 v? 3 24 vqv d ??? 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 18 液壓泵的選擇 確定設(shè)計變量及目標(biāo)函數(shù) 本設(shè)計所研究 1齒輪泵的相關(guān)參數(shù)如下：齒輪材料， 20CrMnTi；工作壓力，13MPa；輸出流量， 40L／ min；轉(zhuǎn)速， 500r／ min；機械效率， 91 ；容積效率，91 ；設(shè)計壽命，一年 (300天 )；初始優(yōu)化參數(shù)， m=4， z=15， b=60mm ， d=30mm ， l=60． 5mm 。 齒輪泵是輸出一定壓力與流量的液壓能源裝置。外嚙合齒輪泵具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、工藝性好、成本低、自吸性能好、轉(zhuǎn)速范圍大、對油液污染不敏感等優(yōu)點，因而受到液壓系統(tǒng)設(shè)計人員和使用者的青睞。排量和流量的計算是齒輪泵設(shè)計、制造和使用中經(jīng)常遇到的問題， 而現(xiàn)有的各種手冊、教材和其他資料中，其計算公式也有所差異，特別是變位齒輪泵的排量計算，參考資料也比較少，給設(shè)計者帶來困惑。 齒輪泵排量的定義是泵每轉(zhuǎn)一周，由其幾何尺寸計算而得到的排除液體的體積叫泵的排量Ⅲ。在不同的資料上有不同的解釋，主要有 2種說法： 1)對于由一對齒數(shù)相等的齒輪組成的外嚙合齒輪泵，它的排量是兩個 (齒數(shù)相同的 )齒輪所有齒槽有效容積的總和。 目前流行的齒輪泵排量計算公式都是這個基于這個原理。 (2)對于由一對齒數(shù)相等的齒輪組成的外嚙合齒輪泵，其主軸旋轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積等于兩齒輪所有輪齒體積之和 。 圖 齒輪泵 本設(shè)計是以齒輪泵的體積最小為目標(biāo)，由于齒輪 與 軸 的 尺寸是決定齒輪泵體新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 19 積的依據(jù)，因此可按它們的體積最小的原則來建立目標(biāo)函數(shù)。影響齒輪泵體積的因素主要是模數(shù) ，齒數(shù) ，中心距 a，分度圓直徑 D，齒寬 b，軸直徑 d，殼體內(nèi)軸的長度 z，設(shè)計變量應(yīng)是獨立的參數(shù)，所以選取， b， z， d， d， l 作為設(shè)計變量，取設(shè)計變量為 x= [ 1 2 3 4 5, , , ,x x x x x ]=[b， z， d， d， l] 。因為需要優(yōu)化的齒輪泵的主、從動輪的參數(shù)大小相同，即傳動比。根據(jù)齒輪泵幾何尺寸及齒輪泵結(jié)構(gòu)尺寸的計算公式，并認為殼體內(nèi)的軸長等于齒寬，現(xiàn)只考慮一個齒輪及軸的體積，簡化后的體積表達式為 ： 2 2 211()44V b D d d??? ? ? 依據(jù)上式化簡后的目標(biāo)函數(shù)： 2 2 2 21 2 3 1 4 4 51( ) ( )4f x V x x x x x x x?? ? ? ? 圖 齒輪泵 CAD 圖 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 20 確定函數(shù)的約束條件 (1)根切約束 用 輕微根切設(shè)計，齒根強度 削 弱不大，變位系數(shù)應(yīng)滿足 21