畢業(yè)設(shè)計(jì)320～25TM自升式塔式起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 目錄 前言 . 3 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 . 4 1設(shè)計(jì)題目 . 4 2設(shè)計(jì)任務(wù) . 4 3設(shè)計(jì)文件 . 4 第二章 液壓缸各部分盡寸計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 5 第一節(jié)：計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 . 5 第二節(jié)：缸筒壁厚計(jì)算 . 10 第三節(jié)：液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 14 1缸體缸的連接形式 . 14 2.活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) . 16 3.活塞與活塞桿處密封選用 . 16 4.液壓缸的緩沖裝置 . 17 5.液壓缸的排氣裝置 . 17 第三章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)分析計(jì)算 . 19 第一節(jié)：工況分析 . 19 1、液壓缸載荷的組成與計(jì)算 . 19 第二節(jié) :初選系統(tǒng)工作壓力 . 20 第四章 液壓元件的選擇 . 22 第一節(jié)：液壓泵工作壓力的泵定 . 22 第二節(jié)：計(jì)算液壓缸或液壓馬達(dá)所需流量 . 22 第五章 擬定液壓系統(tǒng)回路 . 29 第一節(jié) :調(diào)速方案擬定 . 29 1、 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路 . 29 2、回油節(jié)流調(diào)速回路 . 30 3、旁路節(jié)流調(diào)速 . 30 第二節(jié) :方向控制回路擬定 . 32 第三節(jié) :液壓動(dòng)力源選擇 . 33 第四節(jié) :液壓系統(tǒng)的組合 . 34 第五節(jié) :繪制液壓系統(tǒng)圖 . 35 第六章、液壓系統(tǒng)主要性能估算 . 36 第一節(jié)：液壓系統(tǒng)壓力損失 . 36 第二節(jié)：液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 . 39 設(shè)計(jì)小結(jié) .43 致謝 . . 44 參考文獻(xiàn) . 455 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 中文摘要 本設(shè)計(jì)是依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)資料而進(jìn)行的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，針對(duì)原始數(shù)據(jù)對(duì)液壓系統(tǒng)的工況進(jìn)行了分析，并確定了系統(tǒng)的工作壓力和主要元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)液壓元件進(jìn)行了選擇，擬定了液壓系統(tǒng)圖。對(duì)液壓缸各部分尺寸進(jìn)行了計(jì)算，各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： 液壓系統(tǒng)，工況分析，元件選擇，系統(tǒng)圖確定，液壓缸尺寸計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 前言 現(xiàn)在液壓技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中應(yīng)用日益廣泛，我國(guó)的液壓工業(yè)開始于 20世紀(jì) 50年代，其產(chǎn)品最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來又用于拖垃機(jī)動(dòng)機(jī)和工程機(jī)械。自 1964年開始從國(guó)外引進(jìn)液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來，我國(guó)的液壓元件生產(chǎn)以形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。目前，我國(guó)機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化，推廣從國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制開發(fā)國(guó)產(chǎn)液壓元件新產(chǎn)品。加強(qiáng)產(chǎn)品可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的和執(zhí)行新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。對(duì)一些性能差的不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn) 品，采取 逐步淘汰的措施，可以看出，液壓傳動(dòng)技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展已進(jìn)入了一個(gè)嶄新的歷史階段。 液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說，是一門新技術(shù)。如果從 1795年世界上第一臺(tái)水壓機(jī)誕生算起，液壓傳動(dòng)已有 200 多年的歷史，然而液壓傳動(dòng)的真正推廣使用卻是近 50多年的事，特別是 20世紀(jì) 60年代以后，隨著原子能科學(xué)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展，滲透至國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)鄰域之中，在工程機(jī)械，冶金，軍工，農(nóng)機(jī)，汽車，輕紡，船舶，石油，航空和機(jī)床工業(yè)中，液壓技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用，當(dāng)前液壓系統(tǒng)正向高壓，高速，大功率，高 效率，低噪聲，低能耗，經(jīng)久耐用，高度集成化等方向發(fā)展，同時(shí)，新型液壓元件的應(yīng)用，液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化，微機(jī)控制等工作，也日益取得了顯著的成果。 通過對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我們對(duì)液壓缸的結(jié)構(gòu)，液壓元件的選擇，液壓回路有了更深刻的理解，同時(shí)也使我們對(duì)液壓系統(tǒng)甚至一般機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了初步的了解。 由于設(shè)計(jì)水平有限，在設(shè)計(jì)過程中錯(cuò)誤在所難免，望老師指正。 朱王駿 2007年 3 月于徐州建院 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 設(shè)計(jì)題目 20 25TM自升式塔式起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、工作原理 在建筑施工中塔式起重機(jī)用于提升和下放重物，隨著建筑物的升高，起重機(jī)的塔身 逐步升高，起重機(jī)的塔身是由一節(jié)一節(jié)的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過螺栓連接起來的，在塔身升高接入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時(shí)，需要將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接入即起重機(jī)上部頂升起來，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接入并連接好后，再將頂升起來的起重機(jī)上部落下，該任務(wù)是由液壓系統(tǒng)來完成的。 2、主要參數(shù) 頂升力： 150KN 190KN 工作行程： 1600mm 頂升速度： 0.3 0.5m/min 2 設(shè)計(jì)任務(wù) 1、 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定設(shè)計(jì)方案，內(nèi)容包括： 1） 確定執(zhí)行元件（液壓缸）的主要結(jié)構(gòu)尺寸 2） 繪制液壓系統(tǒng)圖 3） 選擇各類元件及輔助元件的型號(hào)和規(guī)格 4） 確定系統(tǒng)的主要參數(shù) 5） 設(shè)計(jì)整機(jī)布局 2、 繪制設(shè)計(jì)圖紙（ 6）張 液壓系統(tǒng)圖一張（ 1號(hào)圖紙） 液壓缸裝配圖一張（ 1號(hào)圖紙） 液壓站總裝圖一張（ 1號(hào)圖圖紙） 零件圖： 液壓缸缸體圖（ 2號(hào)圖紙） 液壓缸活塞桿圖（ 2號(hào)圖紙） 液 壓缸活塞圖（ 2號(hào)圖紙） 3 設(shè)計(jì)文件 說明書：一本（不少于 1.5萬字） 設(shè)計(jì)圖紙 6張 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 第二章 液壓缸各部分盡寸計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第一節(jié)：計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸主要設(shè)計(jì)參數(shù)如 圖 （ 2 1）圖 a 為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)， 圖 b 為活塞桿工作在受拉狀態(tài)。 A2 V1 d FW P1 P2 圖（ a） V1 A1 A2 dP2 P1 圖（ b） 圖 2 1 液壓缸主要設(shè)計(jì)參數(shù) 活塞桿受壓時(shí) F = mFw= P1A1 P2A2 活塞桿受拉時(shí) F = mFw= P1A2 P2A1 D A1 D FW 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 式中 A1 = 42D 無桿腔活塞有效作用面積（ m2） A2 = 4 )(22 dD 有桿腔活塞有效作用面積 (m2) P1 液壓缸工作腔壓力（ Pa） P2 液壓缸回油腔壓力（ Pa）即背壓力，其值根據(jù) 回路具體情況而定初算時(shí)可參考表 2 1取值， 差動(dòng)連接時(shí)另行考慮。 D 活塞直徑（ m） d 活塞桿直徑（ m） 表 2 1執(zhí)行元 件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力 /MPa 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2 0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4 0.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5 1.5 用補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8 1.5 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.2 3 回油路較短，且直接回油箱 不忽略不計(jì) 本設(shè)計(jì)方案取背壓力為 0.5MPa。 一般液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為 A1 = 122P APF 試用上式須事先確定 A1和 A2的關(guān)系或是活塞桿徑 d與活塞直徑 D 的關(guān)系，令桿徑比 =d/D 可按表 2 2、 2 3選取 表 2 2按工作壓力選取 d/D 工作壓力 /MPa 5.0 5.0 7.0 7.0 d/D 0.55 0.55 0.62 0.70 0.7 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 表 2 3按速比要求確定 d/D V1/V2 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.7 本設(shè)計(jì)方案取 = d/D = 0.7 D = ）（PPF221 14 = KN)7.01(5.0205.18942= 63102273.3110758 = 155.8mm 液壓缸直徑 D 和活塞直徑 d 的計(jì)算要按國(guó)標(biāo)規(guī)定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)行圓整，如與標(biāo)準(zhǔn) 液壓缸參數(shù)相近，最好選用國(guó)產(chǎn)相當(dāng)規(guī)模準(zhǔn)液壓缸，免于自行加工，常用液壓缸 內(nèi)徑及活塞桿直徑見 表 2 4、表 2 5 表 2 4常用液壓缸內(nèi)徑 D（ mm） 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 表 2 5 活塞桿直徑 d(mm) 速比 缸徑 40 50 63 80 90 100 110 1.46 2 22 28 35 45 45 50 50 60 55 70 63 83 速比 缸徑 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 故按表進(jìn)行圓整本設(shè)計(jì)取 D = 160 mm d = 110 mm 當(dāng)工作速度很低時(shí)，還必須按最低速度要求驗(yàn)算液壓缸尺寸 A minminVq式中 A 液壓缸有效工作面積 (m2) qmin 系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量（ m2/S） 在節(jié)流調(diào)速中取決于回路中所設(shè)調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量，容積調(diào)速中決定于變量泵的最小穩(wěn)定流量 Vmin 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求的最小工作速度（ m/s） 從液壓元件手冊(cè)中查 qmin = 0.05L/min Vmin 為 0.3 m/min A = minminVq= 16.7 cm2 而有桿腔有效作用面積為 105.98cm2 無桿腔有效作用面積為 200.96cm2 故 A A2 A2 滿足穩(wěn)定性要求 a) 壓桿穩(wěn)定性校核 對(duì)行程與活塞桿直徑比 L/d 10的確 受壓柱塞或活塞桿，需要做壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 125 140 160 180 200 220 250 1.46 2 70 90 8 0 100 90 110 100 125 110 140 125 140 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 本設(shè)計(jì)方案中 L = 1600mm d = 110 mm dL= 1101600=14.610 故需做壓桿穩(wěn)定性校核 穩(wěn)定性驗(yàn)算如下 1 = PE2 式中 E 為活塞桿材料的彈性模量一般取 p 為材料的許用應(yīng)力，查材料手冊(cè) p取 280MPa 故 1 = 6921028010210 = 86 活塞桿可簡(jiǎn)化成兩端鉸支桿 = 1 （一端自由，一端剛性固定 =2、兩端鉸接 =1） 截面為圓形 i = AI = 4d = L= 4dL = 411016001 = 58.2 i為慣性半徑 是安裝導(dǎo)向系數(shù) 由于 1 所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力，若用直線公式由表 2 6查得優(yōu)質(zhì)鋼的 a和 b 分別是 a = 461MPa b = 2.568MPa 表 2 6 直線公式的系數(shù) a和 b 材料（ b s的單位為MPa） a(MPa) B(MPa) A3鋼 b 372 s 235 304 1.12 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 優(yōu)質(zhì)碳鋼 b 471 s 306 461 2.568 硅鋼 b 510 s 353 587 3.744 鉻鉬鋼 9807 5.296 鑄鐵 332.2 1.454 強(qiáng)鋁 373 2.15 松木 28.7 0.19 s為材料屈服強(qiáng)度查材料手冊(cè) s 取 350MPa 2 = ba S= 568.2 350461 = 43.2 由上述計(jì)算可見活塞桿的柔度介于 1和 2之間 ( 2 1)是中性柔度壓桿 ,由直線公式求出臨界應(yīng)力為 cr = a b =461 2.568 58.2=311.5MPa 臨 界壓力是 Pcr= crA=4(110 10 3)2 311.5 106 =2958.8MPa 活塞桿的工作這安全系數(shù)為 n= maxPPcr = 5.189 8.2958 =15.6 nst 安全系數(shù)一般 nst取 3.5 5 本設(shè)計(jì)取 nst =5 n nst 因此活塞桿滿足穩(wěn)定性要求 第二節(jié)：缸筒壁厚計(jì)算 = 2max DPPmax 為試驗(yàn)壓力 x,當(dāng) P 16MPa 時(shí) 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 Pmax 一般取 1.25P=1.25 20=25MPa 是材料許用應(yīng)力 =nb b為材料抗拉強(qiáng)度，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 45號(hào)鋼 b=600 n為安全系數(shù) n=3.5 5 一般取 5 故 =560=120 =16.7mm 參考表 2 7 額定壓力（MPa） 缸筒內(nèi)徑 /mm 材料 40 50 63 80 100 125 140 160 180 200 缸筒外徑 /mm 2.5 55 65 80 97 124 鑄鐵 6.3 60 70 86 100 124 16 50 60 76 95 121 146 168 194 219 245 20鋼 2 5 6 7 9 1 1 1 1 2 2 4徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 0 0 0 6 5 21 46 68 94 19 45 0鋼 25 50 60 83 102 121 152 168 194 219 245 32 54 63.5 83 102 127 152 168 194 219 245 固此徑圓整后取缸外徑為 194mm =17mm 1、缸底厚度計(jì)算 t（ m） 一般情況下液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度 t 按強(qiáng)度要求可用下式進(jìn)行近擬計(jì)算 無孔時(shí) t 0.433D2 gP有孔時(shí) t 0.433D2 22 2 dD DP 本設(shè)計(jì)為無孔 D2 為缸底內(nèi)孔孔徑（ m） 式中 P為試驗(yàn)壓力 圖 2-2 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 t 0.433 11056002025.1 21.7 故 t取 22mm 2、最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋，滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離 H 稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，如果最小導(dǎo)向長(zhǎng)度過小時(shí)將便液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸 的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，對(duì)于一般液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 應(yīng)滿足以下要求 H 20L + 2D 式中 L為液壓缸最大行程 D 為液壓缸的內(nèi)徑 H 201600+2160= 160mm 3、缸蓋滑動(dòng)支撐面長(zhǎng)度確定 一般當(dāng)缸筒內(nèi)徑 D 80mm時(shí)導(dǎo)向滑動(dòng)面長(zhǎng)度取 （ 0.6 1.0） D 當(dāng)缸筒內(nèi)徑 D 80mm時(shí)， 導(dǎo)向滑動(dòng)面的長(zhǎng)度?。?0.6 1.0） d其中 d為活塞桿直徑 本設(shè)計(jì)取 b=0.6d=0.6 110=66mm 4、活塞密度確定 活塞密度一般為活塞外徑的 0.6 1.0 倍，但也要根據(jù)密封材料，導(dǎo)向環(huán)的安裝溝槽尺寸來決定對(duì)長(zhǎng)行程的液壓缸為了避免負(fù)載引起的側(cè)向力，要考慮加長(zhǎng)活塞寬度 本設(shè)計(jì)方案中 B取 0.7D B=0.7X160=112mm 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 dL C BD圖 2-3 為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H，若過他增大 b 和 B，都是不合適的，必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間增加一隔套 來增加 H 的值，隔套寬度由最小導(dǎo)向長(zhǎng)度決定，隔套不僅能保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)主，還可以提高導(dǎo)向套和活塞的通用性 C = H-21（ b+B） = 160-21（ 66+112） = 71mm 5.缸體內(nèi)部長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞行程和活塞寬度，以及導(dǎo)向套長(zhǎng)度之和，缸體外形長(zhǎng)度還要考慮兩端蓋的厚度，一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20 30倍 即缸體內(nèi)部長(zhǎng)度為 L 內(nèi) =1600+112+160+71 =1943mm 第三節(jié)：液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 缸體缸的連接形式 由于要求設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單故采用對(duì)焊方式， 如圖 2-4 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 圖 2-4 焊接處的拉應(yīng)力為 = 22214 DDF 10 6 （ MPa） 式中 F液壓缸輸出的最大推力 N F = 4 AL2P AL 液壓缸直徑 m P 系統(tǒng)最大工作壓力 Pa D1 液壓缸外徑 D2 焊縫底徑 m 焊接效率通常 0.7 式中 F即 F=PA =20MP 0.02009m2 =402KN = 7.016.0194.0440222 KN 10 6 =60.8MPa nb查 b取 600MPa n取安全系數(shù) 5 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 nb =560= 120MPa 60.8MPa 故該方案可行 2.活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 活塞桿與活塞的連接有幾種常見的連接方式，分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)，組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接，半環(huán)連接和錐銷連接。 本設(shè)計(jì)方案采用螺紋式連接：該連接方式加工容易應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸 如圖 2 5 圖 2-5 3.活塞與活塞桿處密封選用 活塞桿處密封圓形有 O型、 Y型、 V型和 YX型密封圓等。為了清除活塞桿處外露部分沾附的飛塵，保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈，常用的有無骨架防塵圈和 j 型橡膠防塵圈，也可用毛氈圈防塵，活塞及活塞桿處的密封圈選用、應(yīng)根據(jù)密封部位使用壓力，溫度，運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。 如圖 2-6， 2-7 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 圖 2-6 圖 2-7 4.液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，固運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量較大，速度高，則在到在行程終點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋之間產(chǎn)生機(jī)械碰撞，為防止此現(xiàn)象發(fā)生，在行程末端，設(shè)置緩沖裝置。 由于本設(shè)計(jì)方案的液壓回路中使用回油調(diào)速，故在時(shí)油時(shí)，回油路上有背壓，所以不會(huì)產(chǎn)生沖動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)油穩(wěn)定，既在設(shè)計(jì)液壓缸是緩沖裝置可以省略。 5.液壓缸的排氣裝置 對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定性要求較高的機(jī)床液壓缸和大型液壓缸，則需要設(shè)徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 置排氣裝置，如排氣閥等 。 排氣閥一般安裝在液壓缸兩端的最高處，雙作用液壓缸需設(shè)兩個(gè)排氣閥，當(dāng)液壓缸需要排氣時(shí)，打開相應(yīng)的排氣閥，空氣連同油液過錐部縫隙和小孔排出缸外，直至連續(xù)排油時(shí)（不易氣）就將排氣閥關(guān)閉。 如圖 2-8 M 1 2 4 . 3 5162.51 2 0 圖 2-8 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 第三章 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)分析計(jì)算 第一節(jié)：工況分析 通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)各執(zhí)行的參數(shù)提供依據(jù)。 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓 力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 1、 液壓缸載荷的組成與計(jì)算 液壓缸的載荷包括三種類型 （ 1） 工作載荷 Fg 常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力的方向與活塞運(yùn)動(dòng)方向相同學(xué)負(fù)，相反為正。 本設(shè)計(jì)中 Fg為 150 190KN 本方案選 fg=180KN （ 2） 導(dǎo)軌摩擦載荷 Ff 由于本設(shè)計(jì)中塔式起重機(jī)的液壓系統(tǒng)中無需導(dǎo)軌，故在此不做考慮，但對(duì)于機(jī)床而言 平導(dǎo)軌道 Ff = G+Fn 對(duì)于 V型導(dǎo)軌 Ff = 2SinFNG 式中 G 運(yùn)動(dòng)部件所承受重力 FN 外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力 摩擦系數(shù) V型導(dǎo)軌的夾角，一般為 900。 （ 3） 慣性載 荷 Fa Fa=ma=tvgG式中 g 重力加速度 g=9.8m/s2 V 速度變化量（ m/s） 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 t 起動(dòng)或 制動(dòng)時(shí)間（ s）一般機(jī)械 t=0.1 0.5s，對(duì)載低速運(yùn)動(dòng)部件取小值，對(duì)重載高速部件取大值，行走機(jī)械一般取 V/ t = 0.5 1.5m/s2 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷 Fw 起動(dòng)加速時(shí) Fw=Fg+Ff+Fa 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí) Fw=Fg+Ff 減速制動(dòng)時(shí) Fw=Fg+Ff-Fa 工作載荷 Fa并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則 Fg = 0 除外載荷外，作用于活塞上的載荷 F 還包括液壓缸密封處的摩擦阻力 Fm。由于各種缸口密封材質(zhì)和密封形成不同，密封阻力難以精確計(jì)算 ，一般估算為： Fm=(1- m) F 式中？ m 液壓缸的機(jī)械效率，一般取 0.90 0.95 F=mFw由于塔式起重機(jī)本身質(zhì)量就很大，而液壓缸所占部分質(zhì)量對(duì)整體的影響不大，故在本設(shè)計(jì)中慣性載荷部分可以忽略不計(jì)。 由于無加、減速運(yùn)行，本設(shè)計(jì)中 Fw=Fg 取 180KN 故 F=mFw=m180因?yàn)樗狡鹬貦C(jī)是液壓缸的密封性能要求較高，相對(duì)而言密封阻力應(yīng)取大值 本設(shè)計(jì)取 m = 0.95 所以 F=mFw=95.0180=189.5KN 故作用于活塞桿的載荷為 189.5 第二 節(jié) :初選系統(tǒng)工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備的類型而定，還要考慮到執(zhí)行元件的裝徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 配空間，經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況的限制，在載荷一定的情況下，工作壓力低，要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)，反之，壓力選得太高，對(duì)泵缸，閥等元件的材質(zhì)，密封制造精度也要求很高， 必然要提高設(shè)備成本，一般來說對(duì)于固定的尺寸不太受限制的設(shè)備 ，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備要選得高一些，具體可以參考 表 3 1和 3 2 表 3 1按載荷選擇工作壓力 載荷 /KN 5 5 10 10 20 20 30 30 50 50 工作壓力 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 5 表 3 2各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力 /MPa 0.8 2 3 5 2 8 8 10 10 18 20 30 本設(shè)計(jì)是起重機(jī)械，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)方案取工作壓力為 ： Pa =20 MPa 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 22 頁 第 四 章 液壓元件的選擇 第一節(jié)： 液壓泵工作壓力的泵定 PP P1+ p 式中 P1 液壓缸或液壓馬達(dá)的最大工作壓力 P 從液泵出口到液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失， P 的準(zhǔn)確計(jì)算要待執(zhí)行元件選定并給出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取 。 簡(jiǎn)單管路，流 速不大的取 P=(0.2 0.5)MPa 復(fù)雜管路，進(jìn)口有調(diào)速閥的取 P=（ 0.5 1.5） MPa 本設(shè)計(jì)方案取 P=0.5MPa PP 20+0.5=20.5MPa 1 確定液壓泵的流量 qp 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)，液壓泵的輸出流量應(yīng)為 qp K qmax 式中 K 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 K=1.1 1.3 qmax 同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，對(duì)于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還必 須加上溢流閥的最小溢流量一般取 0.5 10 4m3/s 第二節(jié)： 計(jì)算液壓缸或液壓馬達(dá)所需流量 1、 液壓缸工作時(shí)所需流量 q=AV 式中 A 液壓缸有效作用面積（ m2） V 活塞與缸體相對(duì)速度（ m/s） (1)、計(jì)算無桿腔排量 A= /4D2= /4（ 0.16） 2=0.020096m2 以 V=0.5m/min 即 (0.00833m/s)時(shí) 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁 q=AV =0.020096 0.00833m/s =0.000167466m3/s =10L/min 以 V=0.3m/min 即 (0.005m/s)時(shí) q=AV =0.020096 0.005 =0.00010048m3/s =6.03L/min （ 2）、計(jì)算有桿腔排量 A=4(D2 d2) =4(0.162 0.112) =0.01m2 當(dāng) V=0.5m/min即（ 0.00833m/s） 時(shí) q=VA =0.00833 0.01 =0.0000833m3/s =4.998L/min 當(dāng) V=0.3m/min即 (0.005m/s)時(shí) q=VA =0.005 0.01 =0.00005m3/s =3L/min 故 qmax = 10 L/min qp K（ qmax）計(jì)算 K 取 1.2 qP 1.2(10+0.05) 12.1L /min 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 24 頁 2、選擇液壓泵規(guī)格 根據(jù)上述計(jì)算得 PP=20.5MPa qp =12.1L/min按系統(tǒng)中擬定的液壓泵形式，從產(chǎn)品樣本中選擇相應(yīng)的液壓 泵，為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作大 25% 60% 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)穩(wěn)定 MCY14 1B型斜盤式軸向柱塞泵 排量為 15L/min 額定壓力 32MPa 額定轉(zhuǎn)速 1500r/min 驅(qū)動(dòng)功率 10Kw 容積效率 92% 最高壓力 40MPa 3、電動(dòng)機(jī)的選擇 P=PPPqP式中 PP 液壓泵最大工作壓力 Pa qp 液壓泵流量 m3/s P 液壓泵總效率見表 5 1 表 4 1液壓泵總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.60.7 0.65 0.8 0.60 0 75 0.80 0 85 本設(shè)計(jì)方案采用的是柱塞泵故 P在 0.80 0.85中取選 本方案采用 P=0.8 P=8.060 1015104036 = 12.5Kw 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 25 頁 考慮到 25%的過載能力 P=1.25 12.5=15.6Kw 查機(jī)械 設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇電機(jī) YR200L1 4型 封閉繞組型三相異步電動(dòng)機(jī) 額定功率隊(duì) 18.5Kw 轉(zhuǎn)速 1465r/min 效率 89% 功率因數(shù) COS =0.86 最大轉(zhuǎn)矩 /額定轉(zhuǎn)矩 = 3.0 該型電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)型式為封閉式，因此在塵土飛揚(yáng)，水土飛濺的建筑工地中使用很合適 4、 液壓閥的 選擇 閥的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大流量選擇有定型產(chǎn)品的閥件，溢流閥按液壓泵最大流量選取，選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低速度要求 控制 閥的流量一般要選的比實(shí)際通過的流量大一些，必要時(shí)，也允許有 20%以內(nèi)的短時(shí)間過流量。 選擇閥的型號(hào)見 表 4 2 表 4 2液壓閥型號(hào)規(guī)格 元件名稱 型號(hào) 工作壓力(MPa) 通過流量（ L/min） 數(shù)量 液控單向閥 2AYF10D AB 31.5 40 I 三 34SM 21 20 I 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 26 頁 位四通閥 L10H T 單向節(jié)流閥 LA F10D AB 31.5 40 I 溢流閥 Y2 Ha10 32 40 I 濾油器 3XUB48100 48 I 壓力計(jì)開關(guān) KF L8/E I 壓力計(jì) Y 100T I 5、 確定油管尺寸 管道內(nèi)徑計(jì)算 d=2Vq式中 q通過管道的流量 (m3/s) V 管道內(nèi)允許的流速（ m/s）見表 4 3 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 27 頁 表 4 3 管道 液壓泵吸油管道 液壓系統(tǒng)壓油管道 液壓系統(tǒng)回油管道 推薦流速 0.5 1.5一般取以下 3 6 壓力高管道短，粘度大取小值 1.5 2 6 在本設(shè)計(jì)方案中取油泵吸油管道流速為 1m/s，壓油管道流速為4.5m/s 回油管道流速為 2m/s 則進(jìn)油管道直徑 d= 2Vq=21601015 3 = 17.8mm 查液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)取 d=20mm無縫鋼管，鋼管外徑為 28mm 油泵回油管徑 d=2Vq= 22601015 3 = 12.6mm 查液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè) d=15mm 無縫鋼管外徑為 22mm 油泵壓油管徑 d=2Vq=25.4601015 3 =8.4 查液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)取 d=12 無縫鋼管，外徑為 18mm。 6、 確定油箱容積 初始計(jì)算設(shè)計(jì)，先按下式確定油箱容量，待系統(tǒng)確定后，再按散墊要求進(jìn)行校核，油箱容積的經(jīng)驗(yàn)公式為 V = aqv 式中 qv 為液壓泵每分鐘排出動(dòng)壓力油的容積為 m3 a 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 系 行 低 中 鍛 冶徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 28 頁 統(tǒng)類型 走機(jī)械 壓系統(tǒng) 壓系統(tǒng) 壓機(jī)械 金機(jī)械 a 12 24 57 612 10 本設(shè)計(jì)方案 a取 12 V=aqv =12 15 10 3m3 =180L 在確定油箱尺寸時(shí)，一方面滿足系統(tǒng)供油需求，還要保證執(zhí)行元件全部 排油時(shí)，油箱不可能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不能低于最低限度。 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 29 頁 第 五 章 擬定液壓系統(tǒng)回路 第一節(jié) :調(diào)速方案擬定 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問題，速度控制是指通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)的控制方法，相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速，容積調(diào)速以及二者結(jié)合 容積節(jié)流調(diào)速 節(jié)流調(diào)速是指靠改變定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度，此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 而容積調(diào)速 是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的，其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率高，但為了散熱和補(bǔ)充泄露，需要有輔助泵，此種調(diào)速方案適用于功率大運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)本著滿足控制要求，經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可行的原則，綜合考點(diǎn)選擇節(jié)流調(diào)速而節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，回油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速三種形式。 1、進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路 節(jié)流閥串接在進(jìn)油路上，改變其通流面積，可以調(diào)節(jié)液壓缸運(yùn)動(dòng)速 度， 如圖（ 5 1） 這種調(diào)速方式起動(dòng)沖擊小，平穩(wěn)。 圖 5-1 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 30 頁 2、回油節(jié)流調(diào)速回路 節(jié)流閥串接在回油路上，改變節(jié)流口通流面積調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度，常用于有負(fù)載的場(chǎng)合 ， 如圖（ 5 2） 所示 圖 5-2 3、旁路節(jié)流調(diào)速 節(jié)流閥與液壓缸并聯(lián)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積可以控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度，這種回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，效率高，但調(diào)速范圍小，承載能力受速度變化影響，多用于高速，不能承受負(fù)載， 如圖（ 5-3） 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 31 頁 圖 5-3 故綜合 上述三種節(jié)流調(diào)速方式，本設(shè)計(jì)采用回油節(jié)流調(diào)速 如圖（ 5 4） 圖 5-4 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 32 頁 第二節(jié) :方向控制回路擬定 本設(shè)計(jì)自升式塔式起重機(jī)隨著建筑物層的增高，需不斷調(diào)整自身的塔高，在調(diào)速塔身高度時(shí)，需將塔帽部分頂升，并能停止在一定的位置，液壓缸的頂升，進(jìn)退，需改變液壓油的方向。 采用三位四通閥，利用其中間機(jī)能，當(dāng)某個(gè)工作狀態(tài)執(zhí)行元件需停止，以保證塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的安裝工作完成。本設(shè)計(jì)方案擬采用 M 型三位四通閥，因?yàn)樘幱谥虚g位置時(shí)它能使液壓缸能夠鎖緊，且液壓泵此時(shí)處于卸荷狀態(tài) ，從節(jié)約能源角度和滿足控制要求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用幾個(gè)方面綜合考慮， M型三位四通閥均能滿足要求。 M型 如圖（ 5 5）、（ 5 6） 圖 5-5 圖 5-6 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 33 頁 第三節(jié) :液壓動(dòng)力源選擇 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵，節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般采用定量泵供油，在無其它輔助油的情況下，液壓泵供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用，容積調(diào)速度系統(tǒng)多數(shù)是采用變量泵供 油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配，對(duì)工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況一般采用多泵供油或變量泵供油，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 液壓泵分定量泵與變量泵兩類，在這基礎(chǔ)上又分齒輪泵，葉片泵，柱塞泵三種： 1、齒輪泵：它的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，自吸能力強(qiáng)，對(duì)油液的污染不敏感；其缺點(diǎn)是：流量和壓力的脈動(dòng)大，噪聲大和排量不可變，存在泄漏，困油現(xiàn)象和徑向力不平衡等問題。 2、葉片泵：其流量脈動(dòng)小，工作平穩(wěn)，噪聲較小， 壽命較長(zhǎng)，所以被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中的專用機(jī)床，自動(dòng)線等中低壓系統(tǒng)中，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吸油特性不太好，對(duì)油液的污染也比較敏感。 3、柱塞泵：是靠柱塞在缸中工作住復(fù)運(yùn)動(dòng)造成密封容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油與壓油的液壓泵，與齒輪泵和葉片泵相比，這種泵有許多優(yōu)點(diǎn)，首先，構(gòu)成密封容積的零件為圓柱形的柱塞和缸孔，加工方便可得到較高的配合精度，密封性能好，在高壓下工作仍有較高的容積效率；其次，只需改變柱塞的工作行程就能改變流量，易于實(shí)現(xiàn)變量，再者柱塞泵主要零件均受壓應(yīng)力，材料強(qiáng)度性能可以得到充分利用，由于柱塞泵壓力高，結(jié)構(gòu)緊湊， 效率高，流量調(diào)節(jié)方便，故在需要高壓，大流量，大功率的系統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，如龍門刨床、拉床、液壓機(jī)、工程機(jī)械，礦山冶金機(jī)械，船舶上得到廣泛應(yīng)用。 柱塞泵按柱塞的排列和運(yùn)動(dòng)的方向不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。 本設(shè)計(jì)方案綜合上述因素考慮選項(xiàng)取軸向柱塞泵。 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 34 頁 第四節(jié) :液壓系統(tǒng)的組合 因?yàn)樗狡鹬貦C(jī)本身工作過程中需要速度穩(wěn)定（即流量、壓力穩(wěn)定）盡量避免沖擊，在定量泵節(jié)流調(diào)速回路中，要保證進(jìn)口壓力比較恒定系統(tǒng)壓力不再升高，故要采用溢流閥將系統(tǒng)中多余的油液送回油箱并保持壓力穩(wěn)定。 由于塔式起重機(jī)有 很大的自重，三位四通閥在中位地受重壓，長(zhǎng)期工作造成磨損，可能會(huì)存在漏油的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)鎖緊不好，故在該液壓回路中應(yīng)增雙向液壓鎖，當(dāng)三位四通閥中位時(shí)，液壓泵卸荷活塞桿伸出，由于塔帽自重，有一定的壓力，此時(shí)液控單向閥（即液壓鎖）鎖緊油液回路，使之不能下行，液控單向閥密封性好，鎖緊可靠，不會(huì)因部件的自重而導(dǎo)致下行。 此外由于建筑工地灰塵很大，當(dāng)這些雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)后，會(huì)導(dǎo)致泵，閥液壓缸等元件早期磨損，不但增加了維修，管理工作，同時(shí)也縮短了液壓元件的壽命。因此還需增加濾油器。 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)