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1、攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录目录摘摘 要要ABSTRACTABSTRACT1 1绪论绪论11.11.1 倾翻车液压系统的概述倾翻车液压系统的概述11.21.2 倾翻车液压系统在国内外的发展倾翻车液压系统在国内外的发展21.31.3 课题研究的意义课题研究的意义 21.41.4 论文研究的主要工作论文研究的主要工作32 2 倾翻车的液压系统设计倾翻车的液压系统设计42.12.1 倾翻车液压系统的设计要求倾翻车液压系统的设计要求 42.22.2 倾翻车液压系统的总体设计方案倾翻车液压系统的总体设计方案42.32.3 负载分析负载分析52.42.4 绘制负载图和速度图绘制负载图和速度图 62.
2、52.5 初选系统工作压力初选系统工作压力 72.62.6 计算液压缸的主要尺寸计算液压缸的主要尺寸 72.6.1 确定液压缸的尺寸82.6.2 缸径、杆径取标准后的有效工作面积82.72.7 确定液压缸所需流量确定液压缸所需流量 82.82.8 制定基本方案和绘制液压系统图制定基本方案和绘制液压系统图 92.8.1 制定基本方案 92.8.2 液压源的选择 112.8.3 拟定液压系统原理图 112.92.9 液压元件的选择液压元件的选择122.9.1 液压泵的选择 122.9.2 电机的选择 132.9.3 液压阀的选择 132.9.4 蓄能器的选择 142.9.5 管道尺寸的确定 162
3、.102.10 油箱容积的确定油箱容积的确定172.112.11 液压系统性能验算液压系统性能验算182.11.1 验算液压系统压力损失181攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录2.11.2 油液温升验算192.122.12 冷却器所需面积的计算冷却器所需面积的计算 213 3 集成块设计集成块设计 223.13.1 液压控制装置的集成方法液压控制装置的集成方法223.1.1 有管集成 223.1.2 无管集成 223.23.2 无管集成液压控制装置的设计流程无管集成液压控制装置的设计流程223.33.3 集成块设计的要求集成块设计的要求233.43.4 液压系统集成块设计液压系统集成块设计23
4、3.4.1 分解液压系统并构成集成块单元 233.4.2 集成块设计步骤 233.53.5 集成块的校核集成块的校核244 4 行走机构的液压系统性能分析行走机构的液压系统性能分析 264.14.1 阀控马达模型的建立阀控马达模型的建立264.1.1 阀控马达建模的说明 264.1.2 阀控马达系统的传递函数 264.1.3 电液比例阀传递函数 294.1.4 比例放大器及转速传感器传递函数 294.1.5 传递函数的计算 294.24.2 阀控马达系统的校正阀控马达系统的校正304.2.1PID 控制策略304.2.2 采样周期的确定 304.2.3 系统数字 PI 控制仿真304.34.3
5、 泵控马达模型的建立泵控马达模型的建立324.3.1 机电转换元件 324.3.2 比例方向控制阀 334.3.3 阀控液压缸 344.3.4 活塞斜盘倾角 374.3.5 泵控马达组合模型 384.3.6 速度传感器建模 404.3.7 比例放大器建模 404.44.4 泵控马达系统方框图的建立泵控马达系统方框图的建立 404.54.5 泵控马达的参数确定泵控马达的参数确定414.64.6 泵控马达系统传递函数的确定及仿真泵控马达系统传递函数的确定及仿真422攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录4.74.7 行走机构液压系统仿真行走机构液压系统仿真44结论结论46参考文献参考文献 47致谢致谢
6、483攀枝花学院本科毕业设计（论文）1绪论1绪论1.1 倾翻车液压系统的概述倾翻车是炼钢厂铁水罐扒渣系统的重要组成部分。在铁水罐倒入转炉冶炼之前，通常液压行走机构将铁水送到扒渣的位置，再由倾翻液压系统将铁水罐倾翻一定的角度，然后由气动扒渣机将铁水罐中的废渣扒入渣罐中。待废渣扒完之后，倾翻车的液压系统再将铁水罐回到水平位置，为下一不工序做好准备。倾翻车倾翻驱动方式主要有机械传动驱动方式和液压油缸顶翻方式两种。而机械传动又分为集中驱动方式和分散驱动方式，主要有电动机、制动器、减速机、中间齿轮和齿圈等组成。机械传动驱动方式在目前属于传统的设备，它不但倾翻能力受到限制，而且该系统在安装和使用过程中存在
7、许多问题：设备结构复杂，基础施工量大，安装困难。动力系统在高温恶劣环境下工作，故障率高、维修成本高。电机、减速机的惯性大，启动停止时冲击大，易造成设备损坏。如滚键、传动轴变形，减速机损坏。频繁重载启动，电动机大部分时间在不良工况下运行，极易导致电机及其控制系统故障。如电动机过热和接触器烧毁等。过载能力差，经常导致电机和接触器烧毁。难以实现联动和安全闭锁，占用人员多，劳动强度大，存在安全隐患。经过多方比较，反复论证，采用液压缸顶翻方式能解决一些弊端，其优点有：倾翻采用液压油缸驱动，其传动装置结构较为紧凑，不需要电机和减速机装置复杂的设备基础，也省去了专门安装传动装置的机构，从根本上解决了电机及减
8、速机带来的种种弊端。过载自动保护能力强，当倾翻结构被卡住或承受超过额定负荷时，系统自动卸荷，从而保护了电机和其它设备，安全性高。易于实现反转控制，当倾翻机构需要下降时，电机无需反转，采用换向阀进行换向，易于控制，动作迅速，无冲击。采用液压制动，停位准确，惯性小，省去了电磁制动系统，使得控制系统更简单。倾翻车采用液压技术，升降平稳，噪声低，使用寿命长，承受载荷大而且控制相对简单。可见采用液压系统驱动，它的优越性是显而易见的。1.2 倾翻车液压系统在国内外的发展1攀枝花学院本科毕业设计（论文）1绪论随着工业自动化程度的不断提升，液压传动在自动调节和随动系统工程的应用日趋广泛，它与电力传动和气动传动
9、相比，具有相当的优点：尺寸相同时功率放大倍数极大；运动部分惯性很小而具有优良的快速作用；结构紧凑；有阻尼作用，促进了液压系统的稳定性。液压传动可实现工作机构的往复运动、无级调速、伺服控制系统、静压支承和各种辅助运动等。液压执行元件具有推力（或转矩）大、操作方便、布置灵活、与电器配合使用易实现遥控等优点。因此被各工业部门广泛采用。在工业炼钢的大型设备中，倾翻车是不可缺少的一部分。宝钢引进的 300t钢包翻包机以其高效、安全便捷等特点而著称。本钢仅二炼钢近几年就上了三台此种结构的 160t 钢包翻包机，梅山钢厂、南钢等钢厂也将上此设备。大连重工集团有限公司与日本川崎重工株式会社鉴定的为日本住友金属
10、和歌山制铁所研制 210t 配套车辆。全套车辆共 11 种 17 台，全部由大连重工按日方的参数进行设计并制造。之所以选用这么多种车辆是因为日本川重在为和歌山制铁所设计的炼铁工艺上加强了吹炼前的铁水预处理（脱磷、脱硫、脱硅均有），并采用了更合理的工艺布局和作业顺序，使炼钢的时间降为每 20 分钟一炉钢，川重并以此作为向住友金属和歌山制铁所的条件。而我国的转炉炼钢的时间一般为 40 分钟一炉钢，较好的企业也不低于 30 分钟一炉钢，单从这一点看，和歌山制铁所一家就相当我国两个和一个半相同规模的钢厂。在这套工艺中，处理好脱硫、脱硫后的扒渣和吊车作业之间的矛盾是关键之一。国内通常的做法是在扒渣位上增
11、加一套卷扬提升机或是液压提升钩，用于翻罐扒渣，这不仅增加了一套设备，还要多一次吊罐作业。而在铁水罐车上增加一套翻罐装置，即脱硫后的铁水罐直接行使到扒渣位置，倾翻扒渣，从而减少吊车的往返作业，缩短炼钢时间。目前对倾翻车的设计还主要存在三个难点：行走机构的设计。倾翻传动设计。倾翻罐座设计。倾翻车液压系统在国内还未形成系统化、标准化，行业之间的竞争比较激烈。价格比较昂贵，一套这样的设备价值在上百万。而我国在设计制造时，一些技术还靠欧洲的技术支持，这在降低成本上是很不利的。目前，倾翻车的发展趋势是朝着高效性、节约型、承受负载大、安全性等方面发展。1.3 课题研究的意义倾翻车在冶金行业的应用越来越被重视
12、。其坚实耐用，噪声小，工作平稳可靠，便于维修保养，是目前炼钢企业不可缺少的一部分。研究倾翻车的液压系统2攀枝花学院本科毕业设计（论文）1绪论的工作原理和设计计算是很有必要的。但是目前关于倾翻车液压系统的计算文献非常少，大多数生产厂家在设计和计算的时候都有所保守。设计过程中根据需要计算出油缸的推力以及分析倾翻车的工作过程得到油缸的行程，为实际的生产和液压系统的设计提供理论依据。1.4 论文研究的主要工作本论文主要是对炼钢厂倾翻车倾翻铁水罐的液压系统进行分析设计计算。首先对此机构的运动学和动力学进行分析，并建立一般的计算模型，推导出液压缸活塞所承受的推力，为液压系统的设计提供了理论依据，同时对液压
13、系统进行设计，主要是液压原理图的确定以及液压元件的选择，并对液压元件做成集成块的形式安装到整个系统中。对请翻车的行走液压系统看成阀控马达和泵控马达两部分进行建模仿真。3攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计2倾翻车的液压系统设计2.1 倾翻车液压系统的设计要求系统的倾翻的重量最大不超过 300 吨，最高压力不超过30MPa，上升和下降的最大速度不大于 0.05 米/秒，运行过程要求平稳，不能有振动，且基于钢包的安全性考虑，当出现紧急情况时（如停电、液压系统故障等）应能保证钢包中钢水的安全和系统的安全，在液压系统中有良好的保护措施。2.2 倾翻车液压系统的总体设计方案经过分析倾翻车
14、的工作原理和设计要求，可以大概的确定倾翻车液压系统的总体设计方案。方案一：采用一个活塞液压缸联接在罐座的中心线位置，通过活塞杆的伸缩来驱动罐座的倾翻；动力源采用定量叶片泵提供压力油；调速回路采用进口节流调速回路。方案二：采用两个活塞液压缸联接在罐座的中心线靠到两侧处，通过两个活塞杆的同时伸缩来驱动罐座的倾翻；动力源采用定量柱塞泵提供压力油；调速回路采用出口节流调速回路。方案三：采用两个活塞液压缸联接在罐座的中心线靠到两侧处，通过两个活塞杆的同时伸缩来驱动罐座的倾翻；动力源采用变量柱塞泵提供压力油；调速回路采用出口节流调速回路。系统的倾翻重量达到 300 吨，需要较高的压力才能将铁水罐倾翻，采用
15、一个液压缸驱动，国内的很多液压元件都不能达到该压力，需要引进进口液压元件才能满足要求，这样的经济成本会很高，而且以后液压元件出现故障后也不方便更换；单个液压缸实现驱动对罐座的平稳性很难保证，而且倾覆力矩也比较大。采用两个液压缸共同实现罐座的倾翻基本能解决上述问题，但是这样需要两套液压系统，增加了液压元件的数目。由于液压缸的下降大部分是靠罐体自身的重力下降，只需要小部分的液压推理就能实现，从节约能源上考虑，选择定量泵有点浪费能源。叶片泵的效率没有柱塞泵的效率低，损失的功率全部用来发热，由于这个系统泵的功率比较高，损失的就相对较大。进口节流调速回路中油液通过节流阀产生的热量直接随着油液进入液压缸，
16、出口节流调速回路中的这部分热量直接排回油箱消散掉，而出口节流调速还能承受“负方向”的载荷。综上所述：设计的倾翻车液压系统采用方案三比较合理。4攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计2.3 负载分析倾翻车将铁水罐倾翻一定角度的过程中，液压缸所受的力仅仅在活塞杆上的外部载荷和活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。工作载荷：作用在活塞杆轴线上的重力，当此力的方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。Fg mg 1501039.81.47106N式（2.1）惯性负载：由于加速度产生的惯性力。v0.041501031.2104N式（2.2）Fa mt0.5式中v速度变化量（m/s）；t
17、启动和制动时间（s）。一般机械t=0.10.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。由于在下降过程中，液压缸主要是靠铁水罐的自身重力下降，再增加液压油的辅助压力使液压缸下降。因此，在液压缸下降时靠顺序阀防止液压缸由于受铁水罐的作用力而出现俯冲快速下降，在此，初步调定顺序阀的压力为24MPa。所以，当液压缸下降过程中，作用在液压缸无缸腔的作用力为：66F1930.2KN式（2.3）1 pA1 2410 80424.7710p顺序阀的调定压力（Pa）；2A液压缸无杆腔面积（）。因为液压缸在上升时所承受的推力m1式中最大，在求出上升时最大推力后就可以确定液压缸的尺寸，从而可得出液压缸无
18、杆腔的面积。作用在活塞上的载荷还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，由于各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为Fm1mF式（2.4）式中m液压缸的机械效率，一般取 0.900.95。（机械设计手册第 4 卷）表 2.1液压缸在各工作阶段的负载值（单位：KN）工况起动加速上升工进负载组成负载值 F16301617推力FmF Fg Fa FmF Fg Fm518121797攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计续表 2.1减速制动起动加速下降起动加速起动加速F FgFa Fm1603.8519.4519.4519.41782577577577F F1 Fa Fm
19、FgF F1 Fa FmFgF F1 Fa FmFg注：1.液压缸的机械效率取m 0.9。2.不考虑铁水罐的倾覆力矩作用。2.4 绘制负载图和速度图负载 图按 表 1-1 计算的数值绘制。按上 升和下降 时的速度相 同，取v 0.04 m/s。图 2.1 负载图6攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计图 2.2 速度图2.5 初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，必然
20、要提高设备的成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选的高一些。根据 机械设计手册 第 4 卷（参考文献1），可取工作压力p25MPa。表 2.2 各种机械常用的系统工作压力(单位：MP a)农业机机床机械类型磨床工作压力0.82组合机床35龙门刨床28拉床810械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机1018液压机、大中型挖掘机、重型机械、起重运输机械20322.6 计算液压缸的主要结构尺寸为了避免液压缸下降和上升时的速度相差较大，液压缸在下降的回路作差动连接；由于铁水罐的自身的质量较大，为了防止下降过程的俯冲，在下降的回油路连接上背压阀。在上升过
21、程的回油路中带有调速阀，这时的回油压力可根据 机械设计手册第 4 卷（参考文献1），按 1.2MPa 估算。由于上升的系统压力较7攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计高，回路中的压力可以忽略不计。各执行元件的背压力如下表 2.3 所示：表 2.3执行元件的背压力系统类型简单系统或轻载节流调速系统回油路带调速阀的系统回油路设置有背压阀的系统有补油泵的闭式回路回油路较复杂的工程机械回油路较短，且直接回油箱背压力/MPa0.20.50.40.60.51.50.81.51.23可以忽略不计2.6.1 确定液压缸尺寸由液压缸的推力公式计算出液压缸面积Fm A1p1 A2p2式（2.5）在
22、次可以忽略背压力p2，当选取液压缸内径时，取的大一点来补偿。故有液压缸有效工作面积为：A1液压缸内径为：D Fm1812103 0.07248m2p1251064A140.07248 0.304m 304mm式（2.6）活塞杆的直径可以根据液压缸的内径标准值来选取。当按 GB/2348200 将这些直径圆整成就近标准值参考机械设计手册第4 卷（参考文献1）可得出：D 320mmd 220mm（型号为 CD350A）2.6.2 缸径、杆径取标准值后的有效工作面积：无杆腔有效面积：A1活塞杆面积：A34D2d24320280424.77mm2222 2 03 8 0 1 3 mm.2 744有杆腔
23、有效面积：A2 A1 A3 42411.5mm22.7 确定液压缸所需流量663q Av 80424.7710 0.04 3216.9910 m/s1L21 9 3.0/m i式（2.7）根据上述计算数据，可估算液压缸在各个工作段中的压力、流量和功率，如表 2.4 所示：8攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计表 2.4 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况推力回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率计算式F/KNp2/MPap1/MPaq/Lmin1P/KW启动加速上升工进减速制动启动加速下降工进减速制动18121797178223.21.2232113.62413.313
24、.2193.02101.874p1(F p2A2)/A1q AV1 1P p1qp1 F/A2q A2V2P p1q57756256022.62.8 制定基本方案和绘制液压系统图2.8.1 制定基本方案执行机构的确定倾翻车的动作为直线往返运动，采用单活塞杆直接驱动，由于倾翻力较大，用两个相同的单活塞杆液压缸作为驱动机构。制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。根据倾翻车的工作要求，采用手动换向阀来实现方向控制。速度控制是通过改变液压执行元件的输入
25、或输出流量或者利用蜜封空间的容积变化来实现。相应的调速方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用溢流阀，故效率低，发热量大，多采用功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补油泄露，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般采用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或者输出液压执9攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计行元件的流量，并使
26、其供油量和需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但是结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流。进油节流起动冲击小，回油节流常用于有负载的场合，旁路节流多用于高速。结合倾翻车实际工作的状况，可采用容积节流调速和回油节流。换向方式确定为了便于倾翻机构能够在任意位置停止，使调整方便，所以采用三位换向阀；只是为了实现液压油进入液压缸的方向控制，而且铁水罐在倾翻时用人工控制，在此采用三位四通手动换向阀。阀的中位机能的选择对保证系统工作性能有很大作用，为了满足本专机工作位置的调整方便性和倾翻到具体位置时，能使系统卸荷，决定采用“Y”型中位机能。安全连锁措施当铁水罐倾翻到具
27、体位置时，手动换向阀处于中位机能位置，系统处于卸荷状态，此时由于液压缸仍然处于受力较大的状态，为了实现使铁水罐稳定的停止在原位置，要求液压缸实现互锁。采用两个液控单向阀分别连接在进油路和回油路上，构成液压锁。当液压缸的活塞杆在上升或下降时，利用进油路的压力油将回油路中的单向阀打开，使液压油能顺利流回油箱；在手动换向阀处于中位机能时，系统卸荷，两个液控单向阀关闭，保证液压缸的活塞杆处于原位置，从而使铁水罐不出现运动，保证扒渣机将铁水罐中的废渣扒入渣罐中。在此液压系统中，安全性是非常重要的，要保障铁水罐的平稳地工作。只是两个液控单向阀是不够的，为了防止在下降过程中，由于铁水罐的自身的重力而向下俯冲
28、使液压缸的有杆腔产生真空，在此增加个液控单向阀和节流阀，当铁水罐向下俯冲时，使液压缸无杆腔压力升高将溢流阀打开，产生高压液压油将掖控单向阀开启，使液压油流向液压缸有杆腔，补偿系统的瞬间供油不足。为了液压缸的活塞杆在下降时，系统的液压油能进入液压缸有杆腔，而不进入回油路中，在节流阀处连接个单向阀。本系统采用的是液压锁对铁水罐固定在某一位置，需要两个溢流阀连接在进油路和回油路中，对液压锁起安全保护作用。当液控单向阀发生故障时，通过调节溢流阀来实现系统的正常工作。防止液压系统在工作过程中突然停电现象时，保障铁水罐能顺利完成一次工作循环，在该液压系统中应该有蓄能器。在液压泵停止工作时，蓄能器产生的液压
29、油压力使铁水罐完成一次工作循环，保证铁水罐中的钢水能顺利扒渣，从而不让钢水凝固在铁水罐中。同样在控制油路上也要有蓄能器，保证各个液压元件也能正常工作。10攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计2.8.2 液压源的选择由于该液压系统的液压缸不是采用差动连接，在整个工作循环中需油量变化大，所以选择变量泵供油系统。这样可以减小功率损失，提高系统效率。为了保证液压系统的正常工作，采用两个变量泵供油。当一个泵发生故障时，备用泵开始工作，它们两者之间用电气控制，实现互锁控制。2.8.3 拟定液压系统图液压执行元件以及各基本回路确定之后，把它们有机地组合在一起。再加上其他一些辅助元件便构成倾翻
30、车完整的的液压系统图。油缸组件油缸组件图 2.3 液压原理系统图2.9 液压元件的选择11攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计2.9.1 液压泵的选择液压泵工作压力的确定pP p1p式（2.8）式中p1液压执行元件的最高工作压力，对于本系统，最高压力是液压缸的活塞杆上升时的入口压力，p1 23.2MPa。p泵到液压缸之间总的管路损失。p的准确计算要待元件选定并绘制出管路图时才能够进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的取p=（0.20.5）MPa；管路复杂，进口有调速阀的，取p=（0.51.5）MPa。在倾翻车液压系统中，管路较复杂，经过的单向阀数目多，在次选取p 1
31、.5MPa所以可得出：pP 23.21.5 24.7MPa液压泵工作压力的确定多液压缸同时工作时，液压泵的输出流量应为：qVp KqV max式（2.9）式中K系统泄露系数，一般取 K=1.11.3；对于在工作过程中用节流调qV max同时动作的液压缸的最大总流量。速的系统，还需要加上溢流阀的最小溢流量，一般取0.5104m3/s。所以可得出：qVp1.22193.02 20.5104601000L/minL4 3 8 6.6/m i选择液压泵的规格根据以上求得的pP和qVP值，按照系统中拟定的液压泵的形式，从机械设计手册第 4 卷（参考文献1）中选择相应的液压泵。为了使液压泵有一定的压力储备
32、，提高系统的可靠性，延长泵的使用寿命，一般在固定设备中的系统正常压力可选择为泵额定压力的 70%80%，车辆用液压系统工作压力可选择为泵的额定压力的 50%60%。倾翻车的液压系统是固定设备，考虑到工作时的安全性和可靠性，而且该系统的压力以比较高，在此选取系统正常工作压力为泵额定压力的 80%，可得出泵的额定压力24.7pPMPa 32.93MPa75%泵的流量与工况有关，选择泵的流量须大于液压系统工作时的最大流量。另12攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计外，泵的最高压力与最高转速不宜同时使用，以延长泵的使用寿命。根据以上所述，可选择斜轴式轴向柱塞泵，型号为A7V355，排量
33、355mL/r，额定压力 35MPa，最高压力40MP a；最高转速1650r/min，变量形式为液控。此泵由北京华德液压泵分公司生产。2.9.2 电机的选择倾翻车在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。从工况图可以看出，倾翻车在将铁水罐向上倾翻时的压力和流量均较大。两个液压缸同时参加工作，一起推起铁水罐倾翻到一定位置。由前面的计算已知，液压泵的供油压力为pP32.93MPa，最大流量，由公式：qV ma x386.64L/minP pPqV maxP式（2.10）式中pP液压泵的最大工作压力（Pa）；m3/s）q
34、V m a液压泵的流量（；xP液压泵的总效率，可以参考下表选择总效率为 0.8。表 2.5 液压泵的总效率液压泵类型总效率齿轮泵0.60.7螺杆泵0.650.80叶片泵0.600.75柱塞泵0.800.85所以液压泵的总驱动功率为：32.93106386.64103P KW 249.65KW30.856010根据此计算数据，查阅电动机产品样本（机械设计实用手册 参考文献15）选取 Z4-280-11 小型直流电动机，其额定功率为Pn 250KW，额定转速，最高转速nn 2000r/min。nn1500r/min2.9.3 液压阀的选择液压传动系统，选择合适的液压阀，是使系统的设计合理，性能优良
35、，安装简便，维修容易，并保证系统正常工作的重要条件。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。在选择溢流阀时，按照液压泵的最大流量选取；选择节流阀时，要考虑最小稳定流量应满足液压缸最低稳定速度的要求。控制阀的流量要选得比实际通过的流量大一些。倾翻车液压阀的安装方式选择板式连接形式。板式连接适合系统较复杂，元件较多，且安装较紧凑的场合。13攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计表 2.6倾翻车液压系统所用液压元件序号123456789101112131415161718192021名称节流阀单向阀单向顺序阀二位四通电磁阀液控单向阀单向节流阀液控单向阀手动换向
36、阀先导溢流阀蓄能器安全阀组蓄能器耐震压力表表线测压点高压球阀溢流阀单向阀梭阀过滤器斜轴式轴向柱塞泵液压缸通过流量/Lmin193.02193.02193.02193.02193.02386.64386.641额定流量/Lmin200200245250200250100050045020500mL/r1额定压力/MPa3231.5313131.53231.531.53531.531.504031.53031.563035型号规格L-H32RVP20HCG-104WE6YSV20PBLA-H32SL20PBDMG-10-3D*-40DBW20A-5XAQJ-L25H3NXQ1-L100YN-100
37、CSH-M1/2(M1/2)-1200A2103-01-18.00HDJZFS-J20B1DBDH6PRVP30KS-L6WU-630X180FA7V355CD350A2.9.4 蓄能器的选择本液压系统中，采用蓄能器阀组来保证倾翻车的正常工作。在此，蓄能器是用来提供主油路的，当电路发生故障或是突然停电液压泵停止工作，靠蓄能器提供压力油使铁水罐完成一个工作循环，防止铁水罐停留时间过长使铁水罐中的铁水凝固。其有效工作面积为：V Ali iK式（2.11）式中Ai液压缸有效作用面积（m2）；l液压缸行程（m），在倾翻车工作过程中，取行程为l=1m；14攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统
38、设计K油液损失系数，一般取K=1.2。V A1 A2lK0.0 8 0 4 2 47 720.1 4 7 40.0 41 5 1 1.m224 1有效工作面积算出后，可根据公式算出蓄能器的容积V0Vxp1/p01n1n式（2.12）1p1/p2式中V0所需蓄能器的容积（m3）；p0充气压力（，按0.9p1 p00.25p2充气；一般折合型气囊，pa）p00.8 0.85p2。Vx蓄能器的工作容积（m3）；p1系统最低压力（pa）；p2系统最高压力（pa）；n指数；等温时取n=1；绝热时取n=1.4。在此，蓄能器作用是瞬间提供大量油液，释放能量速度很快，可以认为是在绝热条件下工作，但是蓄能器工作
39、时间较长占主要因素，所以按等温条件计算，取n=1。可计算出蓄能器的容积V00.147413.2/0.8223.2 0.2373m3113.2/23.2根据蓄能器产品目录（参考文献机械设计手册第 4 卷1）选择蓄能器型号为 NXQ1L150/31.5H。由于在产品目录中找不到容积达到 240L 的蓄能器，因此，使用两个上述型号的蓄能器个提供压力油来保证系统的正常工作。为了保证液压泵稳定的提供压力油和缓和手动换向阀迅速关闭和变换方向时引起的压力冲击现象，需要蓄能器吸收液压泵的压力脉动和起缓冲作用。此蓄能器也同时能保证控制油液的压力稳定性。根据蓄能器的容积计算公式：V0AkLp1/p01031p1/
40、p21n1nm2式（2.13）式中V0所需蓄能器的容积（m3）；p0充气压力（pa），按系统工作压力的%60 充气；A缸的有效面积（m2）；p1系统最低压力（pa）；15攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计p2系统最高压力（pa）；k与泵的类型有关的系数：单缸单作用泵取 0.60；单缸双作用泵取 0.25；双缸单作用泵取 0.25；双缸双作用泵取 0.15；三缸单作用泵取 0.13；三缸单双作用泵取 0.06；L柱塞行程（m）；n指数；等温时取n=1；绝热时取n=1.4。在此，蓄能器作用是瞬间提供大量油液，释放能量速度很快，可以认为是在绝热条件下工作，但是蓄能器工作时间较长占主
41、要因素，所以按等温条件计算，取n=1。可计算出蓄能器的容积0.130.35513.2/0.8223.2103V074.3L113.2/23.2根据蓄能器产品目录（参考文献机械设计手册第 4 卷1）选择蓄能器型号为 NXQ1L100/31.5H。2.9.5 管道尺寸的确定在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。钢管能承受较高的压力，价格低廉，但安装时弯曲半径不能太小（见表 2.7），多用于在装配位置比较方便的地方。常用的是无缝钢管，当工作压力小于 1.6Mpa时，也可以用焊接钢管。紫铜管能承受的压力较低，一般只在低压系统使用。紫铜管在装配时可按需要来弯曲，但是价格贵且抗振动能
42、力较弱，也易使油氧化，要尽量少用。尼龙管可用在低压系统。塑料管一般只用于回油管或泄油管。胶管用作连接两个相对运动部件之间的管道。胶管分为高低压两种。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，可用于压力回路。低压胶管是麻线或棉线编织体为骨架的胶管，多用于低压的回路。通过以上所述，在系统的压力回路中选择无缝钢管；为了降低振动，提高稳定性，液压泵的吸油口和出油口处选择高压胶管。表 2.7 推荐钢管弯曲的最小曲率半径（mm）管子外径 D最小曲率半径支架最大距离1050400147045018755002275600289070034100800421308505015090063190100
43、0管道内径计算d 4qV式（2.12）v16攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计式中qV通过管道内的流量（m3/s）；v管内允许流速（m/s），见表 2.8。表 2.8允许流速推荐值管道液压泵吸油管道液压系统压油管道液压系统回油管道推荐流速（m/s）0.51.5，一般常取 1 以下36，压力高，管道短，粘度小取大值1.52.6可以计算出管道内径：d 4193.02 28.62mm1000560按照标准系列（机械设计手册第 4 卷表 23.9-2 参考文献1）选取相应的管子内径为 32mm，钢管的外径为 42mm。管道壁厚 的计算pd式（2.13）2式中p管道内最高工作压力（Pa
44、）；d管道内径（m）；管道材料的许用应力（Pa），b抗拉强度；当p17.5Mpa 时，取n=4）；可计算出管子的壁厚：26.21060.032 0.00259m 2.6mm2647106/4bn；n安全系数（当p7Mpa 时，取n=8；当p17.5Mpa 时，取n=6；因为 2.65，所以选取的标准管子符合要求。2.10 油箱容量的确定初始设计时，先按经验公式确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。油箱容量的经验公式为17攀枝花学院本科毕业
45、设计（论文）2倾翻车的液压系统设计V aqv式（2.14）式中qv液压泵每分钟排出压力油的容量(m3)；a经验系数，见表 2.9。表 2.9 经验系数系统类型a行走机械12低压系统24中压系统57锻压机械612冶金机械10求得油箱的容量为V 10386.64103 3.8m3由液压泵站的油箱公称容量系列选取油箱的容积为4m3。2.11 液压系统性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切的计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。
46、根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计对其进行重新调整，或采取其他必要的措施。2.11.1 验算液压系统压力损失由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先估算阀类元件的压力损失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。压力损失的验算应按一个工作循环中的不同工作阶段分别进行计算。液压缸上升液压缸上升时，由表 2-6 和图 2.3 可知，进油路上油液通过高压截止阀的压力损失太小，可以忽略不计。通过单向阀 17.1 的流量为 386.64L/min，通过手动换向阀 8.1 的流量为 386.64L/min，通过单向节流阀 6.1、截止阀 15.1、液控
47、单向阀 5.1、顺序阀 3.1 的流量都是 193.02L/min，油液进入液压缸无杆腔。因此进油路上的总压降为222386.64386.64193.02p 0.20.50.54501000200193.02193.020.30.3 0.846MPa式（2.15）250250此值不大，不会使压力阀开启，故能保证泵的流量全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过液控单向阀 5.2、截止阀 15.2、单向节流阀 6.2、手动换向阀 8.1 和单向阀 17.4 的流量都是 193.02L/min。由此可算出1822攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计上升时有杆腔的压力与无杆腔
48、的压力之差。2222193.02193.02193.02193.02p 0.30.50.50.22502001000450 0.778MPa式（2.16）此值小于原估计值，所以是偏安全的。液压缸下降下降时，油液在进油路上通过截止阀 15.5、单向阀 17.1 和手动换向阀 8.1 的流量为 152.6L/min。再经过单向节流阀 6.2 和液控单向阀 5.2 的流量为 76.3L/min，进入液压缸的有杆腔。因此进油路是的总压降为222 203.6 203.6101.8p 0.20.50.54501000200101.80.3 0.24MPa式（2.17）250此值较小，所以液压泵的驱动电动机
49、的功率是足够的。液压油在回油路上从液压缸无杆腔经过顺序阀 3.1、液控单向阀 5.1、截止阀15.1 单向节流阀 6.1、手动换向阀 6.1 和单向阀 17.4 的流量为 76.3L/min，再回油箱。因此回油路上的总压降为2222101.8101.8101.8p 0.30.30.5250250200101.8101.80.50.2 0.29MPa式（2.18）1000450222.11.2 油液温升验算计算发热功率液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。由于液压缸在上升和下降过程中，匀速过程占到95%以上，所以验算时可以忽略不计。两个液压缸
50、同时上升时的有效功率P0 2Fv 217970.04 143.76KW式（2.19）液压缸在上升时液压油经过阀类元件的总损失压力为：p 0.8640.778 1.642MPa因此液压泵输出的压力为：pP p1p 23.20.864 24.064MPa式（2.20）液压缸上升时泵的总输出功率为：19攀枝花学院本科毕业设计（论文）2倾翻车的液压系统设计PipPqP24.064106386.64186.83KW式（2.21）0.83100060液压缸上升时的总发热功率为：Phr PiP0186.83143.76 43KW式（2.22）两个液压缸同时上升时的有效功率为：P0 2Fv 25620.04