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國外幾種典型液壓錘液壓系統(tǒng)及性能比較
打樁錘的歷史可追溯到15世紀，人們利用繩索吊起重物進行打樁。如今液壓打樁錘已經(jīng)廣泛應用于橋梁、建筑、港口和碼頭等預制樁的基礎施工作業(yè)，和傳統(tǒng)的柴油打樁錘相比，液壓打樁錘具有打樁效率高、無廢氣排放、噪聲低、可調節(jié)打擊能量、適應范圍廣等特點還可以用于水下打樁以及打斜樁等。
按照錘頭的下落方式，液壓錘可分為單作用液壓錘和雙作用液壓錘。單作用液壓錘即樁錘在自重作用下以自由落體方式下落。雙作用液壓錘即樁錘在自重和液壓氣動等外力的共同作用下以大于自由落體加速度下落。按照樁錘的噸位，液壓錘可分為大型、中型和小型3種，樁錘重量3t以下的為小型液壓錘；樁錘重量在3～10t之間的為中型液壓錘；樁錘重量超過10t的為大型液壓錘。小型液壓錘適用于截面尺寸較小的鋼樁和混凝土樁；中大型液壓錘適用于港口碼頭、高層建筑、橋梁等工程的樁基施工。國外已經(jīng)形成液壓錘系列化產(chǎn)品，以滿足各種基礎施工的需要。近年來，國內樁工機械行業(yè)陸續(xù)展開液壓錘的研究和開發(fā)工作，但大噸位、高性能的液壓錘還不多，無法滿足日益增長的工程需求。為此，國內基礎施工中較多地采用了國外液壓錘。本文主要比較分析國外幾種典型液壓錘的液壓系統(tǒng)、特點和性能。
1 典型液壓打樁錘液壓系統(tǒng)
1.1 英國BSP單作用液壓錘
圖1為英國BSP公司生產(chǎn)的一種單作用液壓錘。樁錘上升階段，電磁卸荷閥9通電，左位工作。電液比例閥10起溢流閥作用，調定液壓系統(tǒng)工作壓力。電磁換向閥3斷電，上位接通，高壓蓄能器4和變量泵1的出口油流進先導控制閥6控制缸的左、右兩腔，先導控制閥6主閥的左位工作。此時，電磁換向閥7通電，左位工作，高壓油通過換向閥7的左位流入油缸5的下腔。變量泵1和高壓蓄能器4同時供油，活塞桿加速上升。液壓缸5上腔的壓力油經(jīng)過先導控制閥6流入低壓蓄能器8，經(jīng)單向閥回油箱。低壓蓄能器8吸收回油，減小壓力波動。樁錘下降階段，電磁換向閥3通電，下位工作，液壓油進入先導控制閥6控制缸的右腔，使得先導控制閥6主閥的右位工作。液壓缸5下腔的液壓油則通過換向閥7的左位、先導控制閥6的大腔以及電磁換向閥3的下位，進入液壓缸5的上腔，與液壓泵一起向油缸上腔聯(lián)合供油，錘體在重力作用下自由下落。樁錘沖擊樁頭動作完成之后，進入保壓階段。保壓結束后電磁換向閥9通電，開始新的工作循環(huán)。
1.2 芬蘭JUNTTAN單作用液壓錘
圖2為芬蘭JUNTTAN公司生產(chǎn)的一種單作用液壓錘。樁錘上升階段，電磁換向閥6上位工作，主換向閥7下位工作。此時變量泵1和高壓蓄能器5同時向液壓缸8下腔供油，活塞桿加速上升并帶動錘頭上升。液壓缸8上腔液壓油流進低壓蓄能器9回油箱。樁錘下降階段即為當樁錘到達系統(tǒng)設定的高度時，電磁換向閥6下位工作，此時控制主換向閥7上位工作，高壓油流入液壓缸8的上腔，形成差動回路，樁錘加速下落。樁錘保壓階段，為防止樁的反彈，樁錘在樁上停留很短的一段時間，即保壓時間。保壓結束后，電磁換向閥6動作使主換向閥7換向，樁錘開始上升，開始新的循環(huán)。樁錘停止工作時，溢流閥2、卸荷閥4均打開與油箱連通，來自變量泵1的壓力油直接流回油箱，液壓缸8的上、下腔相連接，壓力相等，活塞停至液壓缸8最低端位置。
1.3 荷蘭IHC雙作用液壓錘
荷蘭IHC公司推出了一種雙作用液壓錘（圖3)。樁錘上升階段，電磁換向閥7閉合，電磁換向閥5斷開，液壓泵9和高壓蓄能器8同時向油缸下腔供油，錘頭1抬起。此時氮氣室6的氣體被壓縮而儲存能量。樁錘下降階段，電磁換向閥7斷開，電磁換向閥5閉合，樁錘開始下降。氮氣室高壓氮氣釋放儲存能量，樁錘在自重和氮氣室6雙重作用下加速下降撞擊樁體，完成打擊作用。樁錘下降同時，液壓泵9向高壓蓄能器8供給液壓油。由于回油管路較長，低壓蓄能器4吸收液壓錘排出的液壓油以保證樁錘加速下降。當兩個電磁換向閥都在閉合位置時，液壓油回油箱，液壓系統(tǒng)卸載。
2 打擊頻率與打擊能量比較
1）打擊頻率 液壓打樁錘的打擊頻率取決于樁錘各階段的工作時間。工作時間越短，打擊頻率越高。由于液壓打樁錘下落加速度一般都設計在一個重力加速度或以上，下落時間很短，打擊頻率主要取決于上升時間。單作用液壓錘上升過程中，液壓泵和高壓蓄能器同時供油，上升速度快，打擊頻率較高；雙作用液壓錘在樁錘上升時，液壓泵同時向油缸和高壓蓄能器供油，樁錘上升較慢，打擊頻率較低。荷蘭IHC推出的S型雙作用液壓錘以及芬蘭JUNTTAN生產(chǎn)的HHKA型單作用液壓錘在上升階段，液壓泵和高壓蓄能器同時向液壓缸下腔供油，具有較高的打擊頻率，達到60次/min。
2） 打擊能量 打擊能量與錘體自重、上升高度、液壓缸上腔油液（或是氣體）的壓力以及打擊加速度的大小等參數(shù)有關。單作用液壓錘打樁時油缸上腔為低壓腔，與回油路相連，主要靠自重以近似自由落體方式打擊樁體，打擊能量較低。雙作用液壓錘依靠液壓力或氣動力加上錘體自重，一般打擊能量較大。表1為幾種典型液壓錘主要性能比較
3結論
通過比較國外幾種典型液壓打樁錘，可知英國BSP的CGL370型和荷蘭IHC的S型系列液壓錘打擊頻率較高，芬蘭JUNTTAN的HHKA型液壓錘打擊頻率較低。
荷蘭IHC的S型和芬蘭JUNTTAN的HHKA型液壓打樁錘都具有較高打擊能量，且可調節(jié)的范圍很大，英國BSP的CGL370系列為單作用方式液壓打樁錘，打擊能量較低，可調范圍有限。
荷蘭IHC的S型液壓錘的液壓系統(tǒng)簡單，結構緊湊，其他公司的液壓錘液壓系統(tǒng)相對復雜。IHC液壓錘油缸設有氮氣室，調節(jié)壓力從而調節(jié)打擊能量，最大打擊加速度可達2g，適合于大噸位打樁作業(yè)。
Comparison of hydraulic system and performance of several typical hydraulic hammer abroad
Hammer's history can be traced back to fifteenth Century, people use the rope to lift a weight of piling. Today, hydraulic pile hammer has been widely used in bridges, buildings, ports and terminals, such as precast pile foundation construction operations, and conventional diesel pile hammer compared, hydraulic piling hammer with pile driving high efficiency, no waste gas emission, low noise, adjustable blow energy, adapt to a wide range of characteristics can also be used for under water piling and beveling pile.
According to the whereabouts of hammer, hydraulic hammer can be divided into single and double acting hydraulic hammer hydraulic hammer. Single acting hydraulic pile hammer hammer falling by a free falling under gravity. Double acting hydraulic pile hammer hammer under gravity and hydraulic pneumatic force combined with the greater acceleration of free fall drop. According to the tonnage of the pile hammer, hydraulic hammer can be divided into large, medium and small three, below the pile hammer weight 3T for small hydraulic hammer, the hammer weight between 3 ~ 10t for medium-sized hydraulic hammer; hammer weight is more than 10t for large hydraulic hammer. Small hydraulic hammer is suitable for steel piles and concrete piles with smaller section size. The large hydraulic hammer is suitable for pile foundation construction of port, high-rise building and Bridge etc.. Has formed a series of hydraulic hammer products, in order to meet the needs of various basic construction. In recent years, the domestic pile industry machinery industry has started the research and development of hydraulic hammer, but the large tonnage, high performance hydraulic hammer is not much, can not meet the growing demand for engineering. Therefore, the domestic basic construction uses the foreign hydraulic hammer frequently. This paper mainly analyzes the hydraulic system, features and performance of several typical hydraulic hammer abroad..
1 typical hydraulic piling hammer hydraulic system
1.1British BSP single acting hydraulic hammer
A single - acting hydraulic hammer for the production of BSP, UK. The stage of the rise of the pile hammer, the electromagnetic unloading valve 9 power, the left position. Electro-hydraulic proportional valve 10 overflow valve role, setting hydraulic system working pressure. Solenoid valve 3 power off, the upper connected, high pressure accumulator 1 and variable pump outlet oil flow into the pilot control valve 6 control cylinder left and right two chamber, pilot control valve 6 main valve left position. At this point, the solenoid valve 7 power, the left position, the valve through the valve 7 of the left into the cavity of the cylinder 5. Variable pump 4 and high pressure accumulator 1 at the same time, the piston rod to accelerate the rise. Hydraulic cylinder 5 pressure oil through the pilot valve 6 into the low pressure accumulator 8, the check valve back to the tank. Low pressure accumulator 8 absorbs oil back and reduces pressure fluctuation.. The lower phase of the hammer, the solenoid valve 3 power, the lower position, hydraulic oil into the pilot control valve 6 control cylinder right chamber, so that the pilot control valve 6 main valve right position. Hydraulic oil of the hydraulic cylinder 5 inferior vena is through the reversing valve 7 left, pilot control valve cavity and an electromagnetic reversing valve 3 and lower into the hydraulic cylinder 5 of the chamber, and a hydraulic pump together to the upper chamber of oil cylinder with oil, a hammer body under the action of gravity free fall. After the hammer impact pile head is finished, the pressure is entered into the holding phase.. After the end of the pressure of the solenoid valve 9 power, starting a new working cycle.
1.2 Finland JUNTTAN single acting hydraulic hammer
A single acting hydraulic hammer for JUNTTAN production in Finland. The rise of the pile hammer, the solenoid valve 6, the main valve 7 lower position. The 1 variable pump and high pressure accumulator and hydraulic cylinder 5 to 8 lower fuel, accelerating piston rod and drive the hammer up. Hydraulic cylinder 8 the upper chamber hydraulic oil flow into the low-pressure accumulator 9 return to the fuel tank. Pile hammer falling stage is when the pile hammer arrived to set up the system of high, electromagnetic reversing valve 6 lower, then the control main reversing valve 7 upper work, high pressure oil into hydraulic cylinder 8 of the chamber, forming a differential circuit, the pile hammer acceleration whereabouts. The holding period of the hammer is to prevent the rebound of the piles, and the pile hammer is short for a short period of time.. After the end of the pressure, the solenoid valve 6 action to the main valve 7 commutation, the pile hammer began to rise, starting a new cycle. Pile hammer stops working, relief valve 2, unloading valve bearing 4 were opening is communicated with the oil tank, from variable pump 1 direct pressure oil flows back to the oil tank, hydraulic cylinder 8, inferior vena connected, equal pressure, the piston to stop hydraulic cylinder 8 the lowest end position.
1.3 Holland IHC double acting hydraulic hammer
Holland IHC Corporation introduced a double acting hydraulic hammer (Figure 3). The rising phase of the pile hammer, the electromagnetic reversing valve closed, electromagnetic reversing valve 5 is disconnected, the hydraulic pump and high pressure storage energy device at the same time to supply the cylinder cavity, hammer head 1 lift. At this point the gas of the nitrogen chamber 6 is compressed and stored energy. The decline of the hammer, the solenoid valve 7 open, the solenoid valve 5 closed, the pile hammer began to fall. Nitrogen chamber high pressure nitrogen release the storage energy, the pile hammer in the weight and nitrogen chamber 6 under the dual role of the impact of the acceleration of the impact of the pile, the completion of the blow. The hydraulic pump 9 supplies hydraulic oil to the high pressure accumulator 8 while the hammer is falling.. Due to the long back oil pipeline, the low pressure accumulator 4 can absorb hydraulic oil from the hydraulic hammer to ensure the acceleration of the pile hammer.. When the two solenoid valve are in the position of the hydraulic oil back to the tank, hydraulic system unloading.
2 Comparison between strike frequency and strike energy
1) the frequency of the hammer against the frequency of the hydraulic hammer is determined by the working hours of the hammer stages.. The shorter working hours, the higher the frequency of the fight. As the hydraulic piling hammer drop acceleration are generally designed in a gravity acceleration or above, the whereabouts of the time is very short, the fight frequency mainly depends on the rise time. Rise process of the single action hydraulic hammer, hydraulic pump and high pressure storage can also supply, rising fast, against high frequency; double acting hydraulic hammer pile hammer to rise, the hydraulic pump and oil to the oil cylinder and the high-pressure storage oil supply device, slower rise pile hammer against low frequency. IHC Hydrohammer launched s type double acting hydraulic hammer and Finland JUNTTAN production of the the HHKA single acting hydraulic hammer during the rising phase, hydraulic pump and high pressure storage can also to the hydraulic cylinder cavity oil, with high attack frequency, up to 60 times per minute.
2) the fight against the energy and the weight of the hammer, the height of the pressure, the pressure of the oil fluid (or the gas) and the size of the acceleration.. Single acting hydraulic pile hammer cylinder cavity for the low pressure chamber, and the return oil line connected, depends mainly on the weight in order to approximate the free falling body fight pile, fight lower energy. Double acting hydraulic hammer relies on hydraulic pressure or pneumatic power with the weight of the hammer, which generally strikes energy.. Table 1 main performance comparison of several typical hydraulic hammer
3 conclusions
Through the comparison of several typical foreign hydraulic pile hammer, BSP shows that British CGL370 type and the Netherlands IHC s series hydraulic hammer blow frequency is higher, the Finnish JUNTTAN of the HHKA hydraulic hammer blow frequency is low.
Piling hammer hydraulic, IHC Holland type s and Finland JUNTTAN of of the HHKA has higher impact energy, and adjustable scope of the great British BSP series of CGL370 for single action hydraulic pile hammer, strike energy is low, limited the scope of regulation.
The hydraulic system of the S hydraulic hammer in Holland IHC is simple and the structure is compact, and the hydraulic hammer hydraulic system of other companies is relatively complex.. IHC hydraulic hammer cylinder with nitrogen chamber, adjust the pressure to adjust the blow energy, the maximum strike acceleration of up to 2G, suitable for large tonnage piling operation.
XX 大 學
畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
學 院： 機電工程
專 業(yè)： 機械設計制造及自動化
學 號：
指導老師：
姓 名：
日 期： 年 月 日
XX大學 屆畢業(yè)設計（論文）開題報告
題 目
窗體頂端
窗體底端
液壓沖擊試驗裝置設計
作者姓名
學號
所學專業(yè)
機械設計制造及其自動化
1.立論依據(jù)
1.1研究的背景與意義：
液壓傳動與控制是機械工程學科的一個重要研究方向，湖南省是工程機械的重要生產(chǎn)基地，而工程機械廣泛使用液壓傳動，隨著技術大發(fā)展以及工業(yè)應用的需求，液壓技術正朝著高壓、高速的方向積極發(fā)展。
計算機輔助測試方法已廣泛應用于工業(yè)領域，具有效率高、精度高、可靠性高的特點，在液壓測試系統(tǒng)中的應用越來越成熟。目前為止，國內外諸多學者已經(jīng)完成了多種形式液壓試驗臺計算機輔助測試系統(tǒng)的開發(fā)與實際應用，大部分完成的是高壓大流量或者軟件測試的單一針對性實驗，上海交通大學開發(fā)了基于LabVIEW的高壓高速實驗臺，其實驗是針對泵性能測試的，特點是專用性強，但通用性差。
本高壓大流量液壓試驗臺可實現(xiàn)系統(tǒng)瞬時流量為3000L/min，滿足大部分液壓試驗的需要，并實現(xiàn)液壓回路的靈活設計。
1.2國內外研究現(xiàn)狀：
工程機械是機械裝備工業(yè)的重要組成部分，其應用領域廣泛，工程機械中95%使用液壓控制系統(tǒng)，故液壓系統(tǒng)和液壓元部件的性能測試實驗成為至關重要的部分，近年來，美國、德國等國家的工程機械的發(fā)展方向與中國不盡相同，他們致力于向節(jié)能環(huán)保，小型多功能方面發(fā)展，而中國更多是向大型工程機械的方向發(fā)展，針對于我國工程機械的發(fā)展狀況，完成高壓大流量液壓試驗臺成為必需的過程。根據(jù)其應用性能的不同，各高校及企業(yè)的研究者完成了不同針對性試驗臺的搭建，進行了大量的大流量液壓實驗。
孫紅波，王勇等人，為解決我國大流量安全閥的實驗難題，研制出可實現(xiàn)輸出流量達到500L/min的實驗裝置，成功做出大流量安全閥的動態(tài)性能實驗分析，并得出安全閥的流量、壓力的時間特性曲線。于良振、王明琳等，根據(jù)鍛壓機應用需求，對電液比例插裝閥進行了性能測試，其實驗系統(tǒng)實現(xiàn)2MPa低壓下提供3600L/min的流量，使用低壓大流量完成了流量--壓差特性實驗，實現(xiàn)最大壓力31.5MPa，最大穩(wěn)態(tài)流量300L/min，同時由4個容積大小為100L的蓄能器組合提供瞬態(tài)高壓大流量，使用高壓實驗系統(tǒng)，完成了閥的階躍響應實驗。候剛針對我國目前高性能沖擊大流量安全閥裝置的空白問題，采用9個容積100L的蓄能器，完成大流量安全閥沖擊測試。曾斌在改善管道系統(tǒng)的沖洗工藝中，采用4臺額定流量200L/min，最大工作壓力16MPa的柱塞泵的液壓系統(tǒng)，完成了液壓系統(tǒng)高壓大流量沖洗工藝研究。
姚春江、陳小虎等人完成了多功能液壓試驗臺的設計，試驗臺液壓泵由75Kw電動機驅動，實現(xiàn)最高壓力24MPa，最大流量91L/min，電磁換向閥、節(jié)流閥、溢流閥和液壓缸構成故障模擬系統(tǒng)，流量計和壓力傳感器構成檢測系統(tǒng)，電磁閥和溢流閥模擬工作。廖映華，張良棟等人為更好滿足教學及科研需求，將QCS014液壓試驗臺進行改造，舊試驗臺可完成12種基本回路實驗，可進行泵電機控制、液壓系統(tǒng)順序控制、溫度控制、計時控制，主要利用ACT-120溫度調節(jié)指示儀和JSK-5B電子計時控制器實現(xiàn)，改造后的試驗臺可實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的接觸繼電器和PLC控制，將實驗系統(tǒng)劃分為各控制模塊處理。陳六梅、高亞明等人完成了工程機械液壓系統(tǒng)檢測試驗臺的開發(fā)，試驗臺采用集成模塊化設計，油路壓力與方向有2組電磁閥分別控制，壓力由4個溢流閥和1個電液比例閥控制，各個閥安裝在集成塊四周，檢測平臺由PXI總線硬件平臺、液壓元件試驗臺、便攜式檢測單元、地面固定平臺、檢測與診斷系統(tǒng)、狀態(tài)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成，滿足工程機械液壓檢測的需求。楊小強、高亞明等人做了液壓系統(tǒng)故障通用檢測平臺的研究，也是采用模塊化思想及通用檢測平臺構成，實現(xiàn)了故障檢測系統(tǒng)的應用價值。
Smaranda，Nitn等人完成了一種特殊結構電磁閥的模型和響應特性。Elif，Erzan等人完成了高速電磁閥的結構設計和響應特性的研究。M.K.Bahr Khalil等人在工業(yè)應用和移動液壓機械的基礎上，完成了對恒功率斜盤軸向柱塞泵的研究，探討了對比例泵性能的控制方案，提出了優(yōu)化方案并得到了驗證。
基于大流量實驗的成功完成以及模塊化的應用，給本高壓大流量液壓試驗臺提供了借鑒基礎。
1.3存在問題：
原有的液壓沖擊試驗臺，油路和液壓閥分布在三個閥塊中，從而有以下主要缺點：1、因三個版塊采用堆疊的連接方式，使得維修不便，在對下層試驗臺進行維修時，需將上層試驗臺吊起來，導致維修困難。2、由于制造誤差、裝配誤差等，存在平面度誤差，使得兩個平面不能完全重合存在縫隙，導致密封性不好，在兩平面的接觸處容易出現(xiàn)漏油的狀況。
2.研究方案
2.1研究目標：通過觀察液壓沖擊試驗臺實物，查閱北京華德液壓公司及德國派克公司的相關液壓閥產(chǎn)品的資料，借鑒師兄們在設計液壓試驗臺及研究液壓閥的經(jīng)驗，結合試驗臺的參數(shù)要求，完成對試驗臺的液壓閥的布置及流道設計。在設計過程中提升自己對液壓閥專業(yè)知識的掌握，學會熟練使用機械設計手冊及液壓工程手冊，能熟練掌握AUTO-CAD、SolidWorks等二維和三維畫圖軟件，實現(xiàn)三維建模。使自己能熟悉產(chǎn)品設計過程，建立完整的設計思路。
2.2研究內容：
1. 基于插裝閥的沖擊控制模塊總裝圖設計。
2. 插裝閥、電磁換向閥、管接頭選型。
3. 連接塊零件圖設計。
2.3關鍵問題：
1. 閥塊上液壓閥的布置：將原有的三層閥塊改為非重疊的兩個閥塊，需合理布置該實驗臺上原有的液壓閥等液壓元件，使重新設計的試驗臺能夠實現(xiàn)其原有的功能。
2. 閥塊上油路的設計：原來的試驗臺，閥塊間有一面重合，結合面上有油路通過，存在密封性問題。而重新設計后的閥塊間采用管道連接，油路需重新設計，在油路設計時需結合液壓閥的參數(shù)及試驗臺參數(shù)進行合理的設計。
3. 閥塊整體尺寸計算：合理布置各元件所在的位置和各油口的方位，充分考慮元件類型及外形尺寸，便于安裝維修，給裝卸扳手留下必要的空間，力求結構緊湊、體積小、重量輕。
4.加工成本預算：將三層閥塊重新設計為兩個閥塊，會使閥塊上液壓元件的數(shù)量增加，油路也會變復雜，在設計閥塊時必須考慮加工難度與加工成本。
3.創(chuàng)新之處
本次設計在參照原有試驗臺設計的基礎上，在使用原有設計參數(shù)滿足原有功能的前提下進行設計。將原來的三個閥塊層疊在一起的結構，改為兩個獨立的閥塊通過管道進行連接。能夠有效解決密封性問題，還能方便維修。
4設計步驟：
1. 觀察液壓試驗臺實物，通過研究試驗臺的原理圖及裝配圖了解其結構及工作原理。
2. 查閱試驗臺上相關產(chǎn)品的基本資料，了解其結構和原理。
3. 根據(jù)各液壓元件的基本資料建立試驗臺的三維模型，將各液壓元件合理布置在閥塊上。
4. 根據(jù)液壓閥的參數(shù)及試驗臺的原理圖完成流道設計。
5. 完成液壓沖擊控制模塊總裝圖及聯(lián)接塊零件圖。
6. 撰寫完成設計說明書。
5.擬使用的主要設計、分析軟件及儀器設備
AutoCAD2004，SolidWorks2014
6.參考文獻
《液壓傳動》，機械工業(yè)出版社，主編：王積偉，章宏甲，黃誼。
《機械設計手冊(第五版)》，化學工業(yè)出版社，主編成大先。
北京華德方向控制二通插裝閥產(chǎn)品設計說明書。
北京華德方向閥系列產(chǎn)品設計說明書。
德國派克比例節(jié)流閥產(chǎn)品設計說明書。
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XX 大 學 畢 業(yè) 設 計（ 論 文 ） 題目 液壓沖擊實驗裝置設計 作者 學院 機電工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 學號 指導教師 2015 年 5 月 29 日 XX 大 學 畢業(yè)設計（論文）指導人評語 指導人： （簽名） 年 月 日 指導人評定成績： XX 大 學 畢業(yè)設計（論文）評閱人評語 評閱人： （簽名） 年 月 日 評閱人評定成績： XX 大 學 畢業(yè)設計（論文）答辯記錄 日期： 學生： 學號： 班級： 題目： 提交畢業(yè)設計（論文）答辯委員會下列材料： 1 設計（論文）說明書 共 頁 2 設計（論文）圖 紙 共 頁 3 指導人、評閱人評語 共 頁 畢業(yè)設計（論文）答辯委員會評語： 答辯委員會主任： （簽名） 委員： （簽名） （簽名） （簽名） （簽名） 答辯成績： 總評成績： i 摘要 原有的液壓沖擊試驗臺，油路和液壓閥分布在三個閥塊中，三個閥塊采用堆疊式 結構，存在著維修不便及閥塊接觸面密封性不好容易漏油的問題。本設計將原有的三 層堆疊結構變?yōu)閮蓚€獨立閥塊采用管道連接的結構，能有效解決上述問題。本次設計 完成了液壓沖擊插裝閥控制模塊方案，完成了流道、插裝閥、電磁閥、接頭等選型計 算，并繪制了控制模塊總裝圖計聯(lián)接塊零件圖，編寫了設計說明書。 關鍵詞：插裝閥；液壓沖擊系統(tǒng)；油路；閥塊 ii Abstract The original hydraulic impact test rig, oil and hydraulic valve distribution in three valve block, three stacked structure is used to block valve, there is a maintenance inconvenience and valve block interface is not easy to leak sealing problem. The design of the original three layer stack structure into two separate valve block the pipe connection structure, can effectively solve the above problem. This design completed the hydraulic impact cartridge valve control module, completed the flow channel, cartridge valve, solenoid valve, joint type selection calculation, and draw the control module assembly diagram meter connection piece part drawing, writing the design specification. Key words: cartridge valve; The hydraulic impact system; Oil; The valve block XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） iii 目 錄 第一章 緒論 .....................................................................................................................- 1 - 1.1 選題背景與意義 ...........................................................................................................- 1 - 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 ...........................................................................................................- 1 - 1.3 設計要求 .......................................................................................................................- 3 - 第二章控制模塊的預期功能 .......................................................................................- 4 - 2.1 控制模塊原理圖與原理簡述 .......................................................................................- 4 - 2.2 控制模塊所需要實現(xiàn)的功能 ......................................................................................- 5 - 2.3 沖擊液壓系統(tǒng)特點 .......................................................................................................- 5 - 2.4 原有液壓沖擊實驗裝置的存在問題 ...........................................................................- 6 - 2.5 本次設計的創(chuàng)新之處 ...................................................................................................- 7 - 第三章 控制模塊結構設計計算 ..............................................................................- 8 - 3.1 電動機功率計算 ...........................................................................................................- 8 - 3.2 轉矩轉速傳感器扭矩計算 ...........................................................................................- 8 - 3.3 油箱體積計算 ...............................................................................................................- 8 - 3.4 插裝閥的選型計算 .......................................................................................................- 9 - 3.4.1 插裝閥 26-1 計算 ...................................................................................................- 9 - 3.4.2 插裝閥 26-2 計算 ...................................................................................................- 9 - 3.4.3 插裝閥 26-3 計算 ...................................................................................................- 9 - 3.4.4 插裝閥 26-4 計算 .................................................................................................- 10 - 3.5 蓄能器計算 .................................................................................................................- 10 - 3.5.1 沖擊系統(tǒng)蓄能器計算 ..........................................................................................- 10 - 3.5.2 泵出口蓄能器計算 ..............................................................................................- 10 - 3.6 油路管徑確定 .............................................................................................................- 11 - 3.6.1 泵出油管道設計 ..................................................................................................- 11 - 3.6.2 蓄能器出口經(jīng)閥 26-1 入液壓缸有桿腔進油管道設計 .....................................- 11 - 3.6.3 無桿腔經(jīng)閥 26-4 至油箱出油管道設計 .............................................................- 11 - 3.6.4 蓄能器出口經(jīng)插裝閥 26-2 入液壓缸油管設計 .................................................- 11 - 3.7 油路壁厚確定 .............................................................................................................- 12 - 3.8 液壓閥元件的選型 .....................................................................................................- 14 - 3.9 控制模塊結構設計與方案比較 .................................................................................- 15 - 第四章 控制模塊的裝配及公差與配合 ................................................................- 19 - 4.1 閥塊 1 的裝配 .............................................................................................................- 20 - 4.2 閥塊 2 的裝配 .............................................................................................................- 21 - 4.4 閥塊 1 與閥塊 2 的管道連接 .....................................................................................- 23 - XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） iv 4.4 插裝閥插件與閥體的配合 .........................................................................................- 26 - 4.5 閥類零件與閥塊的裝配 .............................................................................................- 27 - 4.6 插裝閥與法蘭等零件與閥塊的裝配 .........................................................................- 28 - 第 5 章 控制模塊液壓工作介質 ..............................................................................- 30 - 5.1 控制模塊液壓工作介質的安全使用與維護 ............................................................- 30 - 5.2 控制模塊液壓工作介質的選擇 ................................................................................- 32 - 5.2.1 液壓工作介質的相關定義及要求 .....................................................................- 32 - 5.2.2 液壓工作介質的選擇 .........................................................................................- 34 - 第六章 總結與展望 .....................................................................................................- 34 - 參考文獻 ..........................................................................................................................- 36 - 致 謝 ..........................................................................................................................- 37 - XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 1 - 第一章 緒論 1.1 選題背景與意義 液壓傳動與控制是機械工程學科的一個重要研究方向，湖南省是工程機械的重要 生產(chǎn)基地，而工程機械廣泛使用液壓傳動，隨著技術大發(fā)展以及工業(yè)應用的需求，液 壓技術正朝著高壓、高速的方向積極發(fā)展。 計算機輔助測試方法已廣泛應用于工業(yè)領域，具有效率高、精度高、可靠性高的 特點，在液壓測試系統(tǒng)中的應用越來越成熟。目前為止，國內外諸多學者已經(jīng)完成了 多種形式液壓試驗臺計算機輔助測試系統(tǒng)的開發(fā)與實際應用，大部分完成的是高壓大 流量或者軟件測試的單一針對性實驗，上海交通大學開發(fā)了基于LabVIEW的高壓高速實 驗臺，其實驗是針對泵性能測試的，特點是專用性強，但通用性差。 本高壓大流量液壓試驗臺可實現(xiàn)系統(tǒng)瞬時流量為3000L/min，滿足大部分液壓試驗 的需要，并實現(xiàn)液壓回路的靈活設計。 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 工程機械是機械裝備工業(yè)的重要組成部分，其應用領域廣泛，工程機械中95%使用 液壓控制系統(tǒng)，故液壓系統(tǒng)和液壓元部件的性能測試實驗成為至關重要的部分，近年 來，美國、德國等國家的工程機械的發(fā)展方向與中國不盡相同，他們致力于向節(jié)能環(huán) 保，小型多功能方面發(fā)展，而中國更多是向大型工程機械的方向發(fā)展，針對于我國工 程機械的發(fā)展狀況，完成高壓大流量液壓試驗臺成為必需的過程。根據(jù)其應用性能的 不同，各高校及企業(yè)的研究者完成了不同針對性試驗臺的搭建，進行了大量的大流量 液壓實驗。 孫紅波，王勇等人，為解決我國大流量安全閥的實驗難題，研制出可實現(xiàn)輸出流 量達到500L/min的實驗裝置，成功做出大流量安全閥的動態(tài)性能實驗分析，并得出安 全閥的流量、壓力的時間特性曲線。于良振、王明琳等，根據(jù)鍛壓機應用需求，對電 液比例插裝閥進行了性能測試，其實驗系統(tǒng)實現(xiàn)2MPa低壓下提供3600L/min的流量，使 用低壓大流量完成了流量--壓差特性實驗，實現(xiàn)最大壓力31.5MPa，最大穩(wěn)態(tài)流量 300L/min，同時由4個容積大小為100L的蓄能器組合提供瞬態(tài)高壓大流量，使用高壓實 驗系統(tǒng)，完成了閥的階躍響應實驗。候剛針對我國目前高性能沖擊大流量安全閥裝置 的空白問題，采用9個容積100L的蓄能器，完成大流量安全閥沖擊測試。曾斌在改善管 道系統(tǒng)的沖洗工藝中，采用4臺額定流量200L/min，最大工作壓力16MPa的柱塞泵的液 壓系統(tǒng)，完成了液壓系統(tǒng)高壓大流量沖洗工藝研究。 姚春江、陳小虎等人完成了多功能液壓試驗臺的設計，試驗臺液壓泵由75Kw電動 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 2 - 機驅動，實現(xiàn)最高壓力24MPa，最大流量91L/min，電磁換向閥、節(jié)流閥、溢流閥和液 壓缸構成故障模擬系統(tǒng)，流量計和壓力傳感器構成檢測系統(tǒng)，電磁閥和溢流閥模擬工 作。廖映華，張良棟等人為更好滿足教學及科研需求，將QCS014液壓試驗臺進行改造， 舊試驗臺可完成12種基本回路實驗，可進行泵電機控制、液壓系統(tǒng)順序控制、溫度控 制、計時控制，主要利用ACT-120溫度調節(jié)指示儀和JSK-5B電子計時控制器實現(xiàn)，改造 后的試驗臺可實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的接觸繼電器和PLC控制，將實驗系統(tǒng)劃分為各控制模塊處 理。陳六梅、高亞明等人完成了工程機械液壓系統(tǒng)檢測試驗臺的開發(fā)，試驗臺采用集 成模塊化設計，油路壓力與方向有2組電磁閥分別控制，壓力由4個溢流閥和1個電液比 例閥控制，各個閥安裝在集成塊四周，檢測平臺由PXI總線硬件平臺、液壓元件試驗臺、 便攜式檢測單元、地面固定平臺、檢測與診斷系統(tǒng)、狀態(tài)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成，滿足 工程機械液壓檢測的需求。楊小強、高亞明等人做了液壓系統(tǒng)故障通用檢測平臺的研 究，也是采用模塊化思想及通用檢測平臺構成，實現(xiàn)了故障檢測系統(tǒng)的應用價值。 Smaranda，Nitn等人完成了一種特殊結構電磁閥的模型和響應特性。Elif，Erzan 等人完成了高速電磁閥的結構設計和響應特性的研究。M.K.Bahr Khalil等人在工業(yè)應 用和移動液壓機械的基礎上，完成了對恒功率斜盤軸向柱塞泵的研究，探討了對比例 泵性能的控制方案，提出了優(yōu)化方案并得到了驗證。 基于大流量實驗的成功完成以及模塊化的應用，給本高壓大流量液壓試驗臺提供了借 鑒基礎。 近幾年工業(yè)的發(fā)展，對于檢測與控制系統(tǒng)的要求越來越高，要求儀器能夠完成實 時測試以外，還能滿足多種多樣的使用要求，能完成監(jiān)測、分析、控制、優(yōu)化等操作。 在液壓傳動領域，計算機輔助測試系統(tǒng)的應用已經(jīng)普及化，各類監(jiān)測軟件的使用已經(jīng) 得到了成熟的應用。 近年來，虛擬儀器越來越顯現(xiàn)其優(yōu)勢，LabVIEW的應用越來越廣泛，帶給研究者更 大的便利，是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最前強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，G語 言編程，產(chǎn)生的程序是圖框形式，編程就像畫電路圖一樣，不需要文本程序代碼，而 且有C/C++等其他計算機高級語言一樣各種各樣、功能強大的函數(shù)庫，可以完成從數(shù)據(jù) 采集到數(shù)據(jù)分析、仿真、調試控制等功能。 東北大學的宋濤采用LabVIEW7.1，研制出一套基于虛擬儀器的閥性能測試系統(tǒng)， 實現(xiàn)對電液伺服動靜態(tài)性能測試與研究。羅會銘應用LabVIEW8.2建立一套基于柱塞泵 的液壓泵試驗臺測試系統(tǒng)，完成從數(shù)據(jù)采集到分析控制等功能。陳遠玲、李中山等人 以LabVIEW為平臺，開發(fā)了一套具有較好通用性、靈活性和擴展性的多功能液壓試驗臺。 吳麗華、高紅俐等人以LabVIEW8.5為開發(fā)工具，建立一套以徑向液壓柱塞泵為對象的 測試系統(tǒng)。楊磊做的基于虛擬儀器和電業(yè)比例技術液壓測控系統(tǒng)的設計，利用LabVIEW 開發(fā)，通過對QCS003型液壓試驗臺的設計，主要完成了液壓泵性能測控系統(tǒng)、溢流閥 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 3 - 特性測控系統(tǒng)和節(jié)流閥調速回路性能測控系統(tǒng)的設計研究。譚心、李超等人以LabVIEW 為平臺，設計了一套計算機輔助測試系統(tǒng)的液壓實驗臺。楊忠仁、饒程等人研究了基 于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用LabVIEW端口調用圖標，利用CIN圖標調用C語言驅動程 序，實現(xiàn)LabVIEW的數(shù)據(jù)采集。鄒憲軍、譚壘等人在自主研制的YCS-DII電液伺服比例 綜合試驗臺上，利用LabVIEW開發(fā)了電液伺服閥在線診斷軟件，結合BP神經(jīng)網(wǎng)絡，實現(xiàn) 了再線故障診斷應用。華東理工大學吳帥應公司實際需求，針對液壓系統(tǒng)大流量變化 和高精度控制，為從測試液壓控制系統(tǒng)性能和智能傳感接頭，基于LabVIEW監(jiān)測，研制 了一種多功能電液控制試驗臺與測試系統(tǒng)，其系統(tǒng)性能穩(wěn)定，測試數(shù)據(jù)準確，滿足工 程實驗數(shù)據(jù)分析要求。 1.3 設計要求 本次設計在參照原有試驗臺設計的基礎上，在使用原有設計參數(shù)滿足原有功能的 前提下進行設計。將原來的三個閥塊層疊在一起的結構，改為所有液壓元器件裝在一 個閥塊上，或幾個獨立閥塊上，閥塊間用管道連接。要能夠有效解決堆疊式閥塊存在 的密封性問題，還要方便維修。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 4 - 第二章控制模塊的預期功能 2.1 控制模塊原理圖與原理簡述 進油口 回油箱 回油箱 圖 2.1 控制模塊原理圖 原理圖上各液壓閥功能簡介： 比例節(jié)流閥：比例節(jié)流閥系列蓋板插裝閥靠一個電流控制 PWM 信號利用自調節(jié) 液壓設計來控制流量，該設計實現(xiàn)對主閥芯的伺服型控制而不用電反饋傳感器。 單向閥：只允許油液從一個方向流動，而不允許反向流動。 方向控制二通插裝閥：主要實現(xiàn)液路的通或斷，與普通液壓控制閥組合使用時， 才能實現(xiàn)對系統(tǒng)油液方向、壓力和流量的控制。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 5 - 2.2 控制模塊所需要實現(xiàn)的功能 液壓沖擊實驗控制模塊專為動力沉樁機液壓系統(tǒng)實驗設計的模塊，該控制模塊由 1 個插裝式單向閥、5 個換向用插裝閥、1 個比例流量閥，3 個蓄能器及輔助閥組成。 該系統(tǒng)能實現(xiàn)被控液壓缸 3 個動作。 1）液壓缸慢速上提 液壓油通過比例流量閥 27 到達液壓缸無桿腔（A2 工作油口），有桿腔（B2 工作 油口）的液壓油通過插裝閥 30 回油箱，液壓缸上升速度通過比例流量閥 27 調節(jié)，該 閥放大器輸入電壓為 0-10V，輸入電壓為 10V 時通流能力最大。 2）液壓缸快速上提 液壓缸快速上提采用差動回路，泵出口壓力油及蓄能器壓力油一起從插裝閥 26-2 中進入活塞腔（A2 工作油口），活塞桿腔（B2 工作油口）回油經(jīng)插裝閥 26-3 回到活 塞腔中。實現(xiàn)沖擊循環(huán)時的快速上提。 3）液壓缸下沖打樁 泵出口壓力油及蓄能器壓力油一起從插裝閥 26-1 中進入活塞桿腔（B2 工作油口）， 活塞腔（A2 工作油口）回油經(jīng)插裝閥 26-4 回油箱，由于沖擊速度快，插裝閥 26-4 是 通流量最大的閥，其通徑為 100mm?；赜拖涞交钊恢小?2.3 沖擊液壓系統(tǒng)特點 本液壓系統(tǒng)有如下特點： 1.采用電控可調變量泵，隨沖程的變換調節(jié)泵的排量。 2.分程采用差動回路，減少系統(tǒng)所需最大流量。泵的排量和蓄能器的容積減少，節(jié)約 成本和體積。 3.采用插裝閥，內阻小，響應快，密封好，泄漏小，流通能力大。 4.采用壓力傳感器、電磁溢流閥及控制程序，可以實現(xiàn)系統(tǒng)在選定壓力范圍內工作。 5.采用雙蓄能器，保證在高速時提供足夠的液壓油。 6.缸的進、出口油管通過單向閥與溢流閥相連。防止電控失靈，管道爆裂造成安全事 故。 7.當停留時間隨工況要求增長時，蓄能器沖液時間增長，系統(tǒng)壓力增大，可以增加沖 擊速度 8.小沖程工作時，相應的減少泵的排量，即可在允許的壓力范圍內工作。相應調節(jié)停 留時間，即可達到要求的打擊頻率。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 6 - 9.系統(tǒng)停留時間可按經(jīng)驗設定。 2.4 原有液壓沖擊實驗裝置的存在問題 原有的液壓沖擊試驗臺，油路和液壓閥分布在三個閥塊中，從而有以下主要缺點： 1、因三個版塊采用堆疊的連接方式，使得維修不便，在對下層試驗臺進行維修時，需 將上層試驗臺吊起來，導致維修困難。2、由于制造誤差、裝配誤差等，存在平面度誤 差，使得兩個平面不能完全重合存在縫隙，導致密封性不好，在兩平面的接觸處容易 出現(xiàn)漏油的狀況。 圖 2.2 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 7 - 原有沖液壓擊試驗臺三維圖 2.5 本次設計的創(chuàng)新之處 本次設計在參照原有試驗臺設計的基礎上，在使用原有設計參數(shù)滿足原有功能的 前提下進行設計。將原來的三個閥塊層疊在一起的結構，改為兩個獨立的閥塊通過管 道進行連接。能夠有效解決密封性問題，還能方便維修。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 8 - 第三章 控制模塊結構設計計算 3.1 電動機功率計算 液壓泵排量 q=270ml/r, 電動機轉速 n=1480r/min, 液壓泵理論流量： .................（3.1）min/40182703-LnqQ???? 壓力 P=20Mpa，取容積效率為 9.v? 實際流量： .......................（3.2）in/328.04vr? 取最大流量時壓力 P=20Mpa 理論輸出功率： .................（3.3）WPQNt 13026???? 根據(jù)泵樣本，壓力 P=20Mpa 時總效率為 90%，則實際輸入功率： ..................（3.4）Kt 4879.13?? 取電動機功率為 160KW 3.2 轉矩轉速傳感器扭矩計算 電動機額定扭矩 M 為： ..........................（3.5）NmN103260148?????? 考慮到電機轉矩過載能力是 2.2 倍，可取傳感器額定扭矩為: ................................(3.6）s39 3.3 油箱體積計算 試驗臺是開式系統(tǒng)，油箱固定，考慮到試驗一般是非連續(xù)工作，取油箱有效容積 為泵每分鐘流量的 6 倍，油箱有效容積 V： ..........................（3.7)34.204mLQV??? XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 9 - 3.4 插裝閥的選型計算 3.4.1 插裝閥 26-1 計算 插裝閥 26-1 給沖擊液壓缸的上腔供油，已知活塞的最大速度為: ,設smV/4.62? 有桿腔面積為 S ................................(3.8）23108.m??? 最大流量 ：2Q .........（3.9)in/L1463in/46...333- ???VS 已知，開始供油的初速度是 1.33 m/s, 此時流量: ...........(3.10）mi/0i/0..108. 33-01 ?? 平均流量 ：A ......................（3.11） in/8424621 LQ??? 考慮到最大流量和平均流量，查華德插裝閥樣本，取型號 LC63A05E6XB 通徑 63，面積比 2：1，開啟壓力為 0.05MPa，不帶緩沖凸頭（E），流量 1000L/min 時 壓降約為 0.1Mpa。 3.4.2 插裝閥 26-2 計算 插裝閥 26-2 在沖擊液壓缸上提時供油，已知，活塞的最大速度為 ,其smV/5.23? 作用面積為 最大流量 ：23109.6mS???3Q ...........（3.12）in/928mi/928.065. -33 LVQ?? 根據(jù)分析，開始供油的初速度是 0, 平均流量 ：B ...................（3.13） i/4in/4.29833B? 考慮到最大流量和平均流量，查華德插裝閥樣本，取型號 LC50A05E6XB 通徑 50，面積比 2：1，開啟壓力為 0.05MPa，不帶緩沖凸頭（E），流量 1000L/min 時 壓降約為 0.1Mpa。 3.4.3 插裝閥 26-3 計算 插裝閥 26-3 在沖擊液壓缸上提時上腔油通過該閥進入下腔，前已述及，活塞的最 大速度為 ,上腔作用面積為smV/5.2? 23108.mS??? 最大流量 ：4Q ...........（3.14）in/5i/5.60.218.3332 LS??? XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 10 - 根據(jù)分析，開始供油的初速度是 0, 平均流量 ：CQ ...............................（3.15）min/5.426834LQC? 考慮到最大流量和平均流量，查華德插裝閥樣本，取型號 LC50A05E6XB 通徑 50，面積比 2：1，開啟壓力為 0.05MPa，不帶緩沖凸頭（E），流量 1000L/min 時 壓降約為 0.1Mpa。 3.4.4 插裝閥 26-4 計算 插裝閥 26-4 在沖擊液壓缸下沖時下腔油通過該閥回油箱，已知，活塞的最大速 度為 ,上腔作用面積為 ，最大流量 ：smV/4.62?2310mS???5Q ..........（3.16）in/840in/84.6.10 325 LSQ??? 根據(jù)分析，開始供油的初速度是 1.33 m/s, 此時流量： .........（3.17）i/79i/79.3. 301V??? 平均流量 ：D ......................（3.18） min/23197834265 LQ??? 考慮到最大流量和平均流量，查華德插裝閥樣本，取型號 LC100A05E6XB 通徑 100，面積比 2：1，開啟壓力為 0.05MPa，不帶緩沖凸頭（E），流量 2000L/min 時壓降約為 0.1Mpa。 3.5 蓄能器計算 3.5.1 沖擊系統(tǒng)蓄能器計算 根據(jù)計算，蓄能器容積 ，此處要計算蓄能器的最大排放量，根據(jù)計算，LV3.210? 蓄能器提供的最大流量： ..................（3.19）min/07194626Qr? 選用兩個蓄能器，每個容積 40L NXQ A -40/31.5-F-A， JB/T 7035.1-93 2 臺，蓄能器外徑 299mm，每臺的最大排放流量 為 15L/s，兩臺同時排放為 30L/s，合計為 1800L/min，必須留有較大余量。 同體積的法蘭聯(lián)結最大排放流量大于螺紋聯(lián)結的蓄能器，故只能選用法蘭聯(lián)結方 式。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 11 - 3.5.2 泵出口蓄能器計算 選用 NXQ A -10/31.5-F-A ，JB/T 7035.1-93 1 臺。 3.6 油路管徑確定 3.6.1 泵出油管道設計 已知：泵的最大流量為 。s/m1067.in/403-??L ?? qd ..................................（3.20） d-油管內徑； q-通過油管的最大流量； v-油管中允許流速，查表得 v=5m/s； 代入式(3.1)中解得： md039.514.367???? 查標準取管道內徑 40mm。 3.6.2 蓄能器出口經(jīng)閥 26-1 入液壓缸有桿腔進油管道設計 已知：最大流量為 ，當壓力大、管道短、流量大時通smL/104.2in/14633??? 過油管的流速可取大值，取 。sv 代入式（3.1）解得： d062.14.323???? 查標準取管道內徑 63mm。 3.6.3 無桿腔經(jīng)閥 26-4 至油箱出油管道設計 已知：最大流量為 ，取 v=7m/s。s/m1064in/L3803-?? 代入式（3.1）解得： d97.14.33? 計算查標準取管道內徑 100mm。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 12 - 3.6.4 蓄能器出口經(jīng)插裝閥 26-2 入液壓缸油管設計 已知：最大流量為 ，取 。smL/105.in/9283???sv/6? 代入式（3.1）解得： d47.614.33? 計算查標準取管道內徑 50mm。 其余壓力油管道均取 40mm，控制管道取 12mm。 3.7 油路壁厚確定 模塊材料的選擇：由于 45 號鋼，具有較高的強度和較好的切削加工性，經(jīng)適當?shù)?熱處理以后可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性，材料來源方便。適合于氫焊和氬弧焊。 所以模塊材料選擇 45 號鋼。 45 號鋼力學性能簡介： 抗拉強度：不小于 600Mpa ； 屈服強度：不小于 355Mpa ； 伸長率：16[1] % ； 收縮率：40% ； 油路最大承受內部壓力計算： 管道的最大承受的壓力（壓強）： .............................（3.21）??n2DSTp? 式中： P——管內水壓強，MPa； D——管內徑，mm； [S]——管材的許用拉應力強度 MPa， T——管壁厚，mm。 n——安全系數(shù)。 又已知許用拉應力大于 600Mpa，油路最大壓強 32Mpa，n 取 6 控制油路：其中 D=12mm，求得： ..........................（3.22）??mSpD92.16023T??? XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 13 - 主油路: 當 D=100mm 時 ....................（3.23）??mSpD02.1623T??? 當 D=63mm 時 .....................（3.24）??Sp08.1623T??? 當 D=50mm 時 ..........................（3.25）??mSpD860253T??? 當 D=40mm 時 .........................（3.26）??Sp4.6023T??? 從而，控制油路的最小壁厚為 1.92mm，主油路的壁厚應根據(jù)油路通徑確定相應壁 厚。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 14 - 3.8 液壓閥元件的選型 表 3.1 液壓元件選型表 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 15 - 3.9 控制模塊結構設計與方案比較 方案甲：將所有閥及其他液壓元器件安裝在一個閥塊上。 優(yōu)點:所有元器件都裝在一個閥塊上，密封性較好，而且避免了采用管道連接，且 避免了閥塊間的裝配誤差。結構較為集中，節(jié)約空間。 編號 名稱 型號 生產(chǎn)廠家 數(shù)量 1 DN40 插裝閥蓋板 LFA40WEA-6X 北京華德 1 2 DN40 插件 LC40A10D-6X 北京華德 1 3 DN40 插裝閥蓋板 LFA40D-6X/F 北京華德 1 4 DN40 插件 LC40B10E-6X 北京華德 1 5 比例節(jié)流閥 TDA040EW09A2NLW 德國派克 1 6 DN50 插裝閥蓋板 LFA50WEA-6X 北京華德 2 7 DN50 插件 LC50A10D-6X 北京華德 1 8 DN50 插件 LC50B10D-6X 北京華德 1 9 DN63 插裝閥蓋板 LFA63WEA-6X 北京華德 1 10 DN63 插件 LC63A10D-6X 北京華德 1 11 DN100 插裝閥蓋板 LFA100WEA-6X 北京華德 1 12 DN100 插件 LC100B10D-6X 北京華德 1 13 單向閥 S20P11 北京華德 2 14 齒輪定量泵 CB-FE10E-f1-1-R 榆次液壓 1 15 齒輪定量泵 CB-FE20E-f1-p-27 榆次液壓 1 16 蓄能器 EHV20-330/90 OLAER（天津） 2 17 蓄能器 EHV6-330/90 OLAER（天津） 1 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 16 - 缺點：閥塊體自身體積過大，且內部油路太過復雜，導致閥塊的加工難度很大， 加工成本過高。故該方案不太容易實現(xiàn)。 方案乙：將閥及其他液壓元器件安裝在三個閥塊上。三個閥塊間采用管道連接。 優(yōu)點：將原有的液壓閥安裝在三個獨立的閥塊上，閥塊間采用管道連接，各閥塊 結構相對簡單，閥塊易加工。 缺點：將閥分布在三個閥塊上，相通油路采用管道連接，因油路較復雜使得接頭 和管道數(shù)量過多，裝配較復雜，密封性較差。 方案丙：將原有的三層閥塊堆疊結構，改為兩個獨立的閥塊采用管道連接的結構。 優(yōu)點：將液壓閥等液壓元器件安裝在兩個獨立的閥塊上，結構較緊湊。由于不采 用閥塊間堆疊的方式密封性有所提高，且該方案的閥塊加工不是特別復雜。裝配較為 簡單。 缺點：結構相比原有結構復雜些。采用了管道連接也會引起一些密封性方面的問 題。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 17 - 圖 3.1 閥塊 1 三維圖 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 18 - 圖 3.2 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 19 - 閥塊 2 三維圖 綜上所述選擇方案丙作為最終設計方案，該方案采用將液壓元器件安裝在兩個獨 立的閥塊上，閥塊間采用管道連接。既有效解決了原液壓試驗臺的閥塊接觸面漏油和 維修不便的問題，又充分考慮到了節(jié)約空間和閥塊加工的問題，該結構閥塊 1 長寬高 為 350mm×400mm×250mm，閥塊 2 長寬高為 550mm×550mm×350mm，所占空間較為合理， 且加工方便。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 20 - 第四章 控制模塊的裝配及公差與配合 4.1 閥塊 1 的裝配 1-法蘭 2-DN40 插裝閥（30 ） 3-DN40 插裝閥（10-2） 4-螺塞 5- 單向閥（28-2） 6-比例節(jié)流閥（27） 7-單向閥（ 28-1） 圖 4.1 閥塊 1 裝配簡圖 1 2 3 4 5 6 7 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 21 - 閥塊 1 上主要安裝有插裝閥（10-2）、比例節(jié)流閥及 DN40 插件、兩個板式單向 閥、及插裝閥 DN40（30）。 根據(jù)北京華德液壓的產(chǎn)品說明書，DN40 插裝閥蓋板與閥塊間的連接主要采用 4 個 M20 螺紋長度為 45 的內六角螺釘連接。插裝閥蓋板與電磁閥之間的連接采用 4 個 M6 的內六角螺釘連接。 兩個通徑為 20 的板式單向閥，與閥塊間的連接采用 4 個 M14 螺紋長度為 55 的內 六角螺釘連接。 根據(jù)德國派克公司的產(chǎn)品說明書，比例節(jié)流閥與閥塊間采用 4 個 M20 螺紋長度為 45 的內六角螺釘連接。 因需要與閥塊 2 及其他油路連接，閥塊 1 上裝有 6 個 FUS66DN38 高壓法蘭，該 型號法蘭與閥塊連接采用 4 個 M16 螺紋長度為 30 的內六角螺釘連接。 為了方便打孔，閥塊 1 上用螺塞堵住一些多余的孔，其中采用了一個 M45 的內六 角螺塞，以及兩個 M24 內六角螺塞。 因需要與其他油路連接，該閥塊還采用了一個 M25 的 A 型扣壓式膠管接頭，該型 號的接頭密封性較好，裝配方便。 該閥塊內還存在著三個插裝閥插件與閥塊的配合，具體尺寸精度要求詳見裝配圖 及零件圖。 閥塊 1 的整體尺寸為長 350mm，寬 400mm，高 250mm。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 22 - 4.2 閥塊 2 的裝配 1-DN100 插裝閥（26-4 ） 2-DN50 插裝閥（26-3 ） 3-螺塞 4-法蘭 5-DN63 插裝閥（26-1 ） 6-DN50 插裝閥（26-2 ） 圖 4.2 閥塊 2 的裝配簡圖 閥塊 2 上主要安裝有四個插裝閥。 1 2 3 4 5 6 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 23 - 根據(jù)北京華德液壓的產(chǎn)品說明書，插裝閥 DN100 與閥塊 2 的連接采用 6 個 M30 的內六角螺釘連接，螺紋長度為 63mm。 插裝閥 DN63 與閥塊 2 的連接采用 4 個 M30 的內六角螺釘連接，螺紋長度為 65mm。 插裝閥 DN50 與閥塊 2 的連接采用 4 個 M20 的內六角螺釘連接，螺紋長度為 45mm。 為了方便打孔，閥塊 2 采用了 4 個螺塞來堵塞多余的油口，其中三個采用的是 M56 的螺塞，一個采用的是 M68 的螺塞。 因閥塊 2 需與其他油路連接，采用了一個 FUS68DN50 高壓法蘭，該法蘭與閥塊的 連接采用 4 個 M20 的內六角螺釘連接，螺紋長度為 45mm。 閥塊 2 還采用了一個 FUS68DN63 高壓法蘭，該法蘭與閥塊的連接采用 4 個 M24 的內六角螺釘連接，螺紋長度為 45mm。 閥塊 2 裝配了 1 個標準圓法蘭 DN100，該法蘭與閥塊的連接采用 4 個 M16 的內六 角螺釘連接，螺紋長度為 30 閥塊 2 裝配了 1 個高壓圓法蘭 DN100，該法蘭與閥塊的連接采用 6 個 M30 的內六 角螺釘連接，螺紋長度為 55。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 24 - 4.4 閥塊 1 與閥塊 2 的管道連接 圖 4.3 進油口 接頭 1 接頭 2 接頭 3 接頭 4 接頭 5 接頭 6 D N 4 0 插裝閥 （ 1 0 - 2 ） D N 4 0 插裝閥 （ 3 0 ） 比例節(jié)流閥 （ 2 7 ） 單向閥 （ 2 8 - 2 ） 單向閥 （ 2 8 - 1 ） XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 25 - 閥塊 1 的管道連接示意圖 圖 4.4 閥塊 2 的管道連接示意圖 D N 6 3 插裝閥 （ 2 6 - 1 ） D N 5 0 插裝閥 （ 2 6 - 2 ） 螺塞 接頭 7 D N 1 0 0 插裝閥 （ 2 6 - 4 ) 接頭 8 接頭 9 D N 5 0 插裝閥 （ 2 6 - 3 ） 接頭 1 1 接頭 1 0 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 26 - 進油口 回油箱 回油箱 圖 4.5 液壓沖擊試驗臺原理圖 在液壓沖擊試驗臺中，由于液壓閥分布在兩個獨立的閥塊中，插裝閥的控制油路 若采用內控油路較為復雜，故所有插裝閥均采用外控油路。 液壓沖擊試驗臺從位于閥塊 1 上的進油口進油。閥塊上的接頭 1 用于連接位于閥 塊 2 上的接頭 10。閥塊 1 上的接頭 2 用來回油箱。閥塊 1 上的接頭 3 用來接閥塊 2 上 的接頭 11。閥塊 1 上的接頭 4 和 DN40 插裝閥蓋板上出油孔以及閥塊 2 上的接頭 7 還 有 4 個插裝閥的外控油路一起通過一個聯(lián)接塊接在蓄能器上。 閥塊 1 上的接頭 5 用來接 B2 工作油口。閥塊 1 上的接頭 6 用來接另一個蓄能器。 閥塊 2 上的接頭 8 用來回油箱。閥塊 2 上的接頭 9 用來接 A2 工作油口。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 27 - 4.4 插裝閥插件與閥體的配合 圖 4.6 插裝閥閥體零件圖 插裝閥插件與閥體間存在著許多配合，如圖所示插裝閥閥體上下腔圓柱面都有較 高的加工要求。閥體上下腔的極限尺寸偏差均為上偏差 0.03，下偏差為 0。因為插件要 與閥體產(chǎn)生相對運動，閥體與插件采用間隙配合，閥體尺寸下偏差為 0。又因為閥體與 插件有較高的配合精度要求，故閥體下腔有圓跳動不大于 0.05 這一形狀公差要求，該 公差以上腔內表面為基準。閥體上腔內表面要求粗糙度值小于 Ra0.8，下腔內表面要求 粗糙度值小于 Ra1.6?？紤]到插裝閥蓋板的裝配及密封性能，閥塊表面和閥體上腔內表 面有垂直度要求，要求垂直度小于 0.1。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 28 - 4.5 閥類零件與閥塊的裝配 圖 4.7 閥塊零件圖 1 閥類零件裝配在閥塊上時，要求較高的配合精度。如圖所示，閥塊在裝有液壓元 件的表面上都要求表面粗糙度值小于 Ra1.6.因為若表面太粗糙可能會導致蓋板和閥塊 的接觸面漏油。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 29 - 4.6 插裝閥與法蘭等零件與閥塊的裝配 圖 4.8 閥塊零件圖 2 如圖所示，要保證 DN100 插裝閥和閥塊 2 的裝配，需要用 8 個 M30 的螺釘來固定， 又因為該蓋板本身比較重，故螺紋孔也比較深。在上圖中可見，要固定一個 DN50 高 壓法蘭，需要采用 4 個 M24 的螺釘，由于是高壓法蘭，受力較大，螺紋長度也較長， 以確保能承受足夠大的力。 XX 大學本科生畢業(yè)設計（論文） - 30 - 第 5 章 控制模塊液壓工作介質 5.1 控制模塊液壓工作介質的安全使用與維護 液壓傳動有結構簡單，質量穩(wěn)定、機械效率高，輕易實現(xiàn)自動化等諸多優(yōu)點。因 此，目前很多大，中型機械都采用液壓傳動系統(tǒng)，但是液壓技術也存在漏油，油溫變 化影響運行速度的控制、噪聲等缺點。如何更安全、高效地使液壓機械運行，根據(jù)系 統(tǒng)壓力，運行速度、工作油量、環(huán)境溫度正確地選用液壓油，公道地使用與維護，長 期保持油液優(yōu)良的工作性能，發(fā)揮最優(yōu)的工作效能，才是工作的關鍵。針對這一點， 平時要按規(guī)范操縱，科學的治理。并采取以下一些預防措施，防止污染雜質混進液壓 油。 (1) 液壓用油、油桶要設置在干凈安全的地方，加強治理。所用的油桶，濾油機，油漏 斗、油管等都應保持干凈。裝運液壓油的油桶必須事先清洗干凈，油桶需專用，不要 與其他油桶混雜。 (2) 控制模塊應經(jīng)常保持清潔，為防止灰塵雜物落進油液中，油箱應加蓋密封。 (3) 油箱中的油液應根據(jù)工作情況定期更換。在換油時