液压教学设计

教学设计

设计思路：

本次课程的主要内容：首先通过学生们之前学过的一些传动方式，如链传动、齿轮传动等传动形式引出本次课程的学习内容液压传动的工作原理，然后通过列举生活中常见的液压传动装置让学生对液压传动有个初步的了解，接着向学生展示液压传动的原理图，让学生分组进行讨论研究，进行回答，教师点评后运用案例教学法以千斤顶为具体实例进行原理讲解，然后具体讲解液压传动的基本知识，最后教师进行总结。

教学内容：液压传动的基本原理。

教学目标：

知识与能力目标：

1、引领学生对液压传动应用原理组成进行学习。

2.提升学生理论知识与实际应用结合的能力。

过程与方法目标：培养学生提出问题、解决问题的能力。

情感态度与价值观目标：1.引导学生学习，调动学生学习积极性。

2.培养学生的自信心。

教学重点：液压传动装置的组成。

教学难点：液压传动装置的原理。

教学方法：案例教学法、分组讨论法

教材准备：《数控加工机械基础》、《机械基础》

学情分析：学生在之前课时中已经学习过几种生活中常见的传动机构，如气压传动、链传动、齿轮传动等，对传动机构有一定的了解。

教材分析：《机械基础》是中等职业教育规划新教材，本次课《键连接和销连接》选自课本第四章第一节，介绍了键和销连接功能、类型、结构形式及应用是本书重点内容之一。为后面学习第五章构件、机械的基础知识、工作原理和基本技能等知识打好理论知识基础，在机械专业中具有不容忽视的重要的地位。

教学过程：

1.首先教师通过复习之前课程学习过的生活中常见的传动方式如链传动、齿轮传动、气压传动等来引出本次课程的学习内容液压传动，并提出问题生活中有哪些场合会应用到液压传动？让学生进行思考。

2.教师通过展示一些生活中应用了液压传动装置的实例，让学生对于液压传动装置有一个大致的了解，然后提问液压传动装置的工作原理。让学生分组讨论思考。

3.教师展示液压传动的基本工作原理图，并应用案例教学法通过千斤顶的实例讲解，让学生掌握液压传动的工作原理。

4.教师通过讲授法给学生讲解其他一些有关液压传动的基本知识，其中的重点是液压传动的组成。 5.教师最后进行评价总结，知识建构。

教学评价：根据学生在课堂上的表现，课堂学习的氛围，师生之间的互动情况反思教学设计思路是否合理，教学内容的选择和教学过程的安排是否合理，学生是否能跟上教师的节奏，内容的转换是否突兀，讲解的内容是否符合由浅入深的教学原则，并作出相应的修改和调整。案例教学是互动式的教学，学生可以变被动听讲为主动参与，有利于调动其学习积极性和主动性，激励学员独立思考，提高学生理解、运用和驾驭知识的能力，改善教学效果。

机电一体化专业毕业设计（论文）

论文标题：作者姓名：指导教师：完成时间：实习单位：

液压起重机的液压系统设计

目 录

摘要 …………………………………………………………………………………………3

一、概述…………………………………………………………………………………3

（一）关于起重机…………………………………………………3

（二）液压起重机传动的优缺点…………………………………4

（三）液压传动的工作原理及组成………………………………4

（四）起重机液压系统的应用现状和发展趋势…………………5

二、起重机液压系统的特点分析 …………………………………6

（一）起升机构液压回路…………………………………………6

（二）伸缩臂机构液压回路………………………………………7

（三）变幅机构液压回路…………………………………………8

三、液压传动系统的故障分析及排除 ……………………………8

（一）液压系统的主要故障………………………………………8

（二）故障检查 ……………………………………………………9

（三）液压系统的故障预防 ………………………………………9

（四）液压系统的故障分析 ………………………………………10

（五）液压系统的故障排除 ………………………………………10

四、起重机重量的确定及机构件参数性能的确定…………………12

五、参考文献…………………………………………………………19

六、结论………………………………………………………………20

液压起重机的液压系统设计

内容摘要：本文对液压起重机的设计进行了研究，分章、节逐一论述了设计过程。在设计过程部分，首先对装载起重机的汽车的底盘进行选择，确定起重机的技术参数，重点就车载起重机的液压系统进行论述和设计，以及对起重机的主要机构如起升机构、回转机构的型式和计算方法做出论述，对回转机构机械装配部分也进行了设计，最后对影响起重机起重能力的支腿型式及其跨距的确定进行了简要说明。

关键词：液压起重机，液压系统，回转机构 液压缸

一、概述

（一）关于起重机

汽车起重机是装在普通汽车底盘或特制汽车底盘上的一种起重机，其行驶驾驶室与起重操纵室分开设置。这种起重机的优点是机动性好，转移迅速。缺点是工作时须支腿，不能负荷行驶，也不适合在松软或泥泞的场地上工作。

汽车起重机的底盘性能等同于同样整车总重的载重汽车，符合公路车辆的技术要求，因而可在各类公路上通行无阻。此种起重机一般备有上、下车两个操纵室，作业时必需伸出支腿保持稳定。起重量的范围很大，可从8吨～1000吨，底盘的车轴数，可从2～10根。是产量最大，使用最广泛的起重机类型。

汽车液压起重机的外形结构

1-载重汽车；
2-回转机构；
3-支腿；
4-吊臂变幅缸；
5-基本臂；

6-吊臂伸缩缸；
7-起升机构。

（二）液压传动的优缺点

1、液压传动系统的主要优点：

（1）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。例如同功率液压马达的重量约只有电动机的1/6左右。

（2）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；

（3）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向；

（4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达2000：1)，它还可以在运行的过程中进行调速；

（5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；

（6）容易实现直线运动；

（7）既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制；

（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。

2、液压传动系统的主要缺点：

（1）液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性和泄漏造成的。

（2）工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。

（3）由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。

（4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。

总的说来，液压传动的优点最突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。

（三）液压传动的工作原理及组成

1、液压传动的工作原理，可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明。

液压千斤顶工作原理图

1—杠杆手柄 2—小油缸 3—小活塞 4，7—单向阀 5—吸油管 6，10—管道 8—大活塞 9—大油缸 11—截止阀 12—油箱

基本工作原理: 液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质，而且传动中必须经过两次能量转换。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。

2、液压传动系统的组成: 一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成：

（1）、动力装置:它是供给液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。最常见的是液压泵。

（2）、执行装置：它是把液压能转换成机械能的装置。其形式有作直线运动的液压缸，有作回转运动的液压马达，它们又称为液压系统的执行元件。

（3）、控制调节装置：它是对系统中的压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀、截止阀等。

（4）、辅助装置：例如油箱，滤油器，油管等。它们对保证系统正常工作是必不可少的。

（5）、工作介质：传递能量的流体，即液压油等。

在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。

（四）汽车起重机液压系统的运用现状和发展趋势

随着国家现代化建设的飞速发展，科学技术的不断进步，现代施工项目对汽车起重机的要求也越来越高，高、深、尖液压技术在汽车起重机上的应用也越来越广泛，汽车起重机液压系统展示了强大的发展趋势。汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、控制五个主回路组成，我们通过对五个主回路现状的分析来探讨其发展趋势。

1、起升液压系统：对起重机来说，起升动作是最频繁的动作。目前最常用的起升液压

系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统，然而，现代施工对起升系统提出了新的要求：节能、高效、可靠以及微动性、平稳性好。为了适应这些新的要求，以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代，先前的定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。这种系统将能有效的达到轻载高速、重载低速和节能的效果。

2、变幅液压系统：变幅液压系统的发展趋势也体现为节能高效，目前最先进的为变幅下降时充分利用吊臂和重物的重力势能，实现重力下放，下放的速度由先导手柄来无级控制，变幅平稳没有冲击。

3、伸缩液压系统: 对于具有五节以下伸缩臂的伸缩液压系统，国内一般采用同步或顺序加同步的伸缩方式，当采用两级油缸时，上下两油缸实现内部沟通，一般采用插装式平衡阀；
对于具有五节以上伸缩臂的液压系统，采用单缸插销伸缩机构，这种伸缩机构自重轻，能大幅提高起重机的起重性能，能有效的控制整机的重量，通过采用多油口和多平衡阀的油路来提高伸缩的效率.

4、回转液压系统：回转也是起重机使用频繁的动作，但相对而言，回转所需功率最少，因而回转系统的最高要求是：回转平稳，起重作业无侧载；
回转系统的发展趋势为通过小马达。、大传动比来实现操作平稳，通过设立回转缓冲阀和自由滑转机能来实现吊重的自动对中功能，从而有效防止侧载的产生。

5、操纵、控制系统：机械式操纵是汽车起重机最简单、最广泛使用的一种操纵方式，液比例操纵系统在我厂也己广泛使用并相当成熟，操作性能得到了很大的提高；
然而，最有发展前途的还是电比例操纵系统，借助于计算机技术和可编程技术，汽车起重机将向智能化发展。

除此之外，液压系统在以下几方面也体现出明显的发展趋势：采用国际化配套，对系统性要求较高的液压元件如泵、阀、马达等采用国际化配套可提高产品的可靠性，另外，国外使用成熟、量大价廉的元件在国内也广泛使用。

二、起重机液压系统特点分析

（一）起升机构液压回路

工程起重机需要用起升机构，即卷筒—吊索机构实现垂直起升和下放重物。液压起升机构用液压马达通过减速器驱动卷筒，图2-2-1是一种最简单的起升机构液压回路。当换向阀3处于右位时，通过液压马达

2、减速器6和卷筒7提升重物c，实现吊重上升。而换向阀处于右位时下放重物c，实现负重下降，这时平衡阀4起平稳作用。当换向阀处

于中位时，回路实现承重静止。由于液压马达内部泄漏比较大，即使平衡阀的闭锁性能很好，但卷筒—吊索机构仍难以支撑重物c。如要实现承重静止，可以设置常闭式制动器，依靠制动液压缸8来实现。在换向阀右位(吊重上升)和左位(负重下降)时，泵1压出液体同时作用在制动缸下腔，将活塞顶起，压缩上腔弹簧，使制动器闸瓦拉开，这样液压马达不受制动。换向阀处于中位时，泵卸荷，压出口接近零压，制动缸活塞被弹簧压下，闸瓦制动液压马达，使其停转，重物c就静止于空中。

某些起升机构要求开始举升重物时，液压马达产生一定的驱动力矩，然后制动缸才彻底拉开制动闸瓦，以避免重物c在马达驱动力矩充分形成前向下溜滑。所以在通往制动缸的支路上没单向节流阀9，由于阀9的作用。，拉开闸瓦的时间放慢，有一段缓慢的动摩擦过程；
同时，马达在结束负重下降后，换向阀3回复中位，阀9的单向阀允许迅速排出制动缸下腔的液体,使制动闸瓦尽快闸住液压马达，避免重物C继续下降。

（二）伸缩臂机构液压回路

伸缩机构是一种多级式伸缩起重臂伸出与缩回的机构。图2-2-2为伸缩臂机构液压回路。臂架有三节，I是第1节臂，或称基臂；
n是第2节臂；
III是第3节臂；
后一节臂可依靠液压缸相对前一节臂伸出或缩进。3节臂只要两只液压缸：液压缸6的活塞与基臂I铰接，而其缸体铰接于第2节臂II，缸体运动Ⅱ相对I伸缩；
液压缸7的缸体与第2节臂Ⅱ铰接，而其活塞铰接于第3节臂Ⅲ，活塞运动使Ⅲ相对于Ⅱ伸缩。

第2和第3节臂是顺序动作的，对回路的控制可依次作如下操作：

1.手动换向阀2左位，电磁阀3也左位，使液压缸6亡腔压人液体，缸体运动将第2节Ⅱ

相对于基臂l伸出，第3节臂IⅡ则顺势被Ⅱ托起，但对Ⅱ无相对运动，此时实现举重上升。

2．手动换向阀仍左位，但电磁换向阀换右位，液压缸6因无液体压入而停止运动，臂Ⅱ对臂I也停止伸出，而液压缸7下腔压入液体，活塞运动将m相对于Ⅱ伸出，继续举重上升。连同上一步序，可将3臂总长增至最大，将重物举升至最高位。

3．手动换向阀换为右位，电磁换向阀仍为右位，液压缸7上腔压入液体，活塞运动臂m相对于Ⅱ缩回，为负重下降，故此时需平衡阀5作用。

4．手动换向阀仍右位，电磁换向阀换左位，液压缸6下腔压入液体，缸体运动将Ⅱ相对于I缩回，亦为负重下降，需平衡阀4作用。

如不按上述次序操作，可以实现多种不同的伸缩顺序，但不可能出现两个液压缸同时动作。伸缩臂机构可以不同的方法，即不采用电磁阀而用顺序阀，液压缸面积差动，机械结构等办法实现多个液压缸的顺序动作，还可以采用同步措施实现液压缸的同时动作。

（三）变幅机构液压回路

变幅机构在起重机、挖掘机和装载机等工程机械中，用于改变臂架的位置，增主机的工作范围。最常见的液压变幅机构是用双作用液压缸作液动机，也有采用液压马达和柱塞缸。图2-2-3为双作用液压缸变幅回路。

插图

液压缸6承受重物c及臂架重量之和的分力作用，因此，在一般情况下应采用平衡阀3来达到负重匀速下降的要求，如图2-2-3a)所示。但在一些对负重下降匀速要求不很严格的场合，可以采用液控单向阀4串联单向节流阀5来代替平衡阀，如图2-2-3b)所示。其中阀4的作用有：一是在承重静止时锁紧液压缸6；
二是在负重下降时泵形成一定压力打开控制口，使液压缸下腔排出液体而下降。

三、液压传动系统的故障分析与排故

液压传动是以液压油为工作介质进行能量转换和动力传递的，它具有传送能量大、布局容易、结构紧凑、换向方便、转动平稳均匀、容易完成复杂动作等优点，因而广泛应用于工程机械领域。但是，液压传动的故障往往不容易从外部表面现象和声响特征中准确地判断出故障发生的部位和原因，而准确迅速地查出故障发生的部位和原因，并及时排除。在工程机械的使用、管理和维修中是十分重要的。

（一）液压系统的主要故障

在相对运动的液压元件表面、液压油密封件、管路接头处以及控制元件部分，往往容易出现泄漏、油温过高、出现噪音以及电液结合部分执行动作失灵等现象。具体表现：一是管子、管接头处及密封面处的泄漏，它不仅增加了液压油的耗油量，脏污机器的表面，而且影响执行元件的正常工作。二是执行动作迟缓和无力，表现为推土机铲刀提升缓慢、切土困难，挖掘机挖掘无力、油马达转不起来或转速过低等。三是液压系统产生振动和噪音。四是其他元件出现异常。

（二）故障的检查

1、直接检查法：凭借维修人员的感觉、经验和简单工具，定性分析判断故障产生的原因，并提出解决的办法。

2、仪器仪表检测法: 在直接观察的基础上，根据发生故障的特征和经验，采取各种检查仪器仪表，对液压系统的流量、压力、油温及液压元件转速直通式检测，对振动噪音和磨损微粒进行量的分析。

3、元件置换法：以备用元件逐一换下可能发生故障的元件，观察液压系统的故障是否消除，继而找出发生故障的部位和原因，予以排除。在施工现场，体积较大、不易拆装且储备件较少的元件，不宜采用这种方法。但对于如平衡阀、溢流阀及单向阀之类的体积小，易拆装的元件，采用置换法是比较方便的。

4、定期按时监控和诊断：根据各种机械型号、检查内容和时间的规定，按出厂要求的时间和部位，通过专业检测、监控和诊断来检测元器件技术状况，及时发现可能出现的异常隐患，这是使液压系统的故障消灭在发生之前的一种科学技术手段。当然，执行定期检测法，首先要培养一些专业技术检测人员，使他们既精通工程机械液压元件的构造和原理，又掌握和钻研检测液压传动系统的各种诊断技术，在不断积累靠人的直感判断故障经验的同时，逐步发展不解体诊断技术，来完成技术数据采集，辅以电脑来分析判断故障的原因及排除方法。

（三）液压系统的故障预防

1、保证液压油的清洁度：正确使用标定的和要求使用的液压油及其相应的替代品(详参《工程机械油料手册》)，防止液压油中侵入污物和杂质。因为在液压传动系统中，液压油既是工作介质，又是润滑剂，所以油液的清洁度对系统的性能，对元件的可靠性、安全性、效率和使用寿命等影响极大。液压元件的配合精度极高，对油液中的污物杂质所造成的淤积、阻塞、擦伤和腐蚀等情况反应更为敏感。

造成污物杂质侵入液压油的主要原因，一是执行元件外部不清洁；
二是检查油量状况

时不注意；
三是加油时未用120目的滤网过滤；
四是使用的容器和用具不洁净；

五是磨损严重和损坏的密封件不能及时更换；
六是检查修理时，热弯管路和接头焊修产生的锈皮杂质清理不净；
七是油液贮存不当等等。在使用检查修理过程中，应注意解决这些问题，以减少和防止液压系统故障的发生。

2、防止液压油中混入空气：液压系统中液压油是不可压缩的，但空气可压缩性很大，即使系统中含有少量空气，它的影响也是非常大的。溶解在油液中的空气，在压力较低时，就会从油中逸出产生气泡，形成空穴现象；
到了高压区，在压力的冲击下，这些气泡又很快被击碎，急剧受到压缩，使系统产生噪音。同时，气体突然受到压缩时，就会放出大量的热能，因而引起局部受热，使液压元件和液压油受到损坏，工作不稳定，有时会引起冲击性振动。

故必须防止空气进入液压系统。具体做法：一是避免油管破裂、接头松动、密封件损坏；
二是加油时，避免不适当地向下倾倒；
三是回油管插入油面以下；
四是避免液压泵入口滤油器阻塞使吸油阻力增大，不能把溶解在油中的空气分离出来。

3、防止液压油温度过度：液压系统中的油液的工作温度一般在30℃～80℃范围内比较好，在使用时必须注意防止油温过高。如油箱中的油面不够，液压油冷却器散热性能不良，系统效率太低，元件容量小，流速过高，选用油液粘度不正确，它们都会使油温升高过快。粘度高增加油液流动时的能量损耗，粘度低会使泄漏增多，因此在使用中能注意并检查这些问题，就可以预防油温过高。此外对液压油定期过滤，定期进行物理性能检验，既能保证液压系统的工作性能，又能减少液压元件的磨损和腐蚀，延长油液和液压元件的使用寿命。

（四）液压系统的故障分析

1、传动系统分析法：工程机械的液压传动系统如果维护得好，一般说来故障是比较少的。由于密封件老化、变质和磨损而产生外泄是很容易观察到的，根据具体情况可设法排除。但是如果液压元件的内部发生了故障是观察不到的，往往不容易一下子就找出原因，有时虽然是同样的故障现象，但产生的原因却不一定相同，要想准确而迅速地找出液压元件的故障的部位和原因，首先要根据发生故障元件的构造图、系统图，分析了解和研究元件的工作原理和特性，再使了解的构造原理与实物对号，具体情况具体分析，检查寻找故障发生的部位和产生的原因，以便采取相应的技术措施来排除故障。

2、逻辑流程分析法：此方法是根据液压传动系统的基本原理进行逻辑分析，减少怀疑对象，逐步逼近找出故障发生的部位和原因。

（五）液压系统故障的排除

1、液压系统中管子、管子接头和焊接处，由于振动频率较高，常常发生破坏。在换用时要根据压力和使用场合，选用强度足够，内壁光滑清洁，无砂、无伤、无锈蚀、无氧化皮的管子。当管子需要焊接时，最好采用加套管的办法，因为对接可能使管的内径局部缩小；
截段时，油管的截面与管子轴线的不垂直度不得大于0.5°，并清除铁屑和锐边倒钝。当管子支承距离过大或支承松动时要设卡固定拧紧，当弯曲半径过小时，易形成弯曲应力，弯曲半径一般应大于管外径的3倍。

在密封表面处，密封元件的老化变质会使泄漏量增大。密封件的有效寿命通常是：固定元件之间的密封寿命时间为10000h，运动元件之间密封寿命时间为1500h～2000h。到了规定的使用寿命时间后，即使还可用的元件也应该更换。密封面的泄漏还与预压面的压力不够或不均匀有关。预压量增大时，其封油量压力增大，密封效果好，反之则差。再者摩擦表面光洁度与硬度不足也会缩短密封件的寿命。

密封件设计不合理以及安装时扭曲刮伤也是导致密封圈早期磨损而引起泄漏的原因。

油液中杂质过多，易加速密封件与摩擦表面的磨损，形成密封件的早期失效，油封工作温度过高或过低也会影响其寿命和工作性能。

2、执行元件运动的速度降低，主要是由于输入执行元件的液压油流量不足；
执行元件无力的原因主要是输入液压油压力不足，以及回油管路背压过高等因素所造成的。

工程机械液压系统所用的油泵多为齿轮泵，其工作压力为210×102kPa，柱塞泵的工作压力可达320×102kPa。泵的输出压力是由荷载决定的，并随着荷载的变化而变化。荷载无限增加，泵的压力也无限升高，直到系统某一部分被破坏。对于齿轮泵：主要是轴承、齿轮啮合面、齿顶与壳体、齿轮端面与泵盖间的磨损和密封件的磨损、老化、损坏使齿轮泵的内漏表现更为突出。在一定转速与一定压力下，对无端面间隙补偿的齿轮泵，其轴线磨损引起的泄漏约占全部内漏量的75%～85%，齿顶间隙内漏量约占15%～20%，其他内漏约占4%～5%，因此我们要抓住主要问题，采取有效的技术措施予以解决，就能使泵恢复其原有性能。

工程机械液压系统所用的油泵多为齿轮泵，其工作压力为210×102kPa，柱塞泵的工作压力可达320×102kPa。泵的输出压力是由荷载决定的，并随着荷载的变化而变化。荷载无限增加，泵的压力也无限升高，直到系统某一部分被破坏。对于齿轮泵：主要是轴承、齿轮啮合面、齿顶与壳体、齿轮端面与泵盖间的磨损和密封件的磨损、老化、损坏使齿轮泵的内漏表现更为突出。在一定转速与一定压力下，对无端面间隙补偿的齿轮泵，其轴线

磨损引起的泄漏约占全部内漏量的75%～85%，齿顶间隙内漏量约占15%～20%，其他内漏约占4%～5%，因此我们要抓住主要问题，采取有效的技术措施予以解决，就能使泵恢复其原有性能。

3、液压系统的蓄能器是用来调节能量、贮存能量、减少设备容积、降低功率消耗、减少系统发热、缓冲吸收冲击和脉动压力的辅助元件。常见的蓄能器有胶囊式的，它具有漏气损失小、反应灵敏、可以吸收急速的压力冲击和脉动、重量轻、体积小等特点。蓄能器发生故障会影响液压系统的正常工作，因此在检查气压量不足时，应按时充入惰性气体。

4、液压系统中，要求装备精度高的还有液压马达。如果注意日常维护和保养，防止油液污染，一般不会发生故障，进入液压马达的油液须仔细过滤，以减少杂质，防止过快磨损。修理后的马达，应注满干净的液压油，排尽系统中的空气。确定不了马达是否有故障，最好不要拆卸，这样可减少污染的机会和保持配合的精度。液压缸是液压系统中的执行元件，常见的故障有漏油和运动不正常。缸头因密封件损坏而外泄，应立即更换密封件；
油缸运动不正常有油缸内漏、油路中有空气、活塞密封件老化和损坏、油液有杂质、平衡阀发生故障等。

5、控制元件是用来实现系统和执行元件对压力、流量方向的要求的。控制阀及时控制系统中最重要的元件，由于阀的配合一般都比较精密，所以在修理时应特别注意，不需拆阀芯的尽量不要抽出阀芯；
配合副方位不要错乱，偶件不要互换；
螺丝的拧紧力矩要均匀一致，锥形阀芯的接触线磨损可采用研磨修正接触线的办法解决；
回位弹簧疲劳时，可予更换。

四、起重机重量的确定及机构件参数性能的确定

（一）QY8液压系列元件的参数

起重机总重量是舍己为公为7.5吨。

主臂长7.5m，副臂长16.98m。

根据设计要求基本臂设计为7.5m 最长主臂16.98m 最长主臂+副臂为22.1m.车重心在压后支腿为车全长的2/3处。即12*2/3=8m。

吊臂液压变幅缸与主臂相离为0.8m 主臂距变幅缸3.5m处

支腿距离确定为：纵向距离为3.825m 横向4.0m

液压泵20 mp 排量40ml 转速1500r/min 起升速度单泵53m/ min.最大回转速度2.8r/min.全伸时间36s全缩时间25s 变幅时间35s 起程起臂时间20s 同时收放时间16s 水平时间16s 最大额定总起800kg重量 最小额定变幅3m 最大起重力矩235.2kn*m 后车架离地高度1.2m

（二）支腿液压参数设计

液压缸安装于车架上横向4.0m 纵向3.825m 全缩离地高度为0.2m 液压支腿单腿受力计算

G车=7.5*10³*10（G取10N/kg）

=750000N 13

(支腿液压活塞相关参数)

(支腿液压缸参数 ) 单腿受力为750000/4=37500N 液压活塞杆为45号钢D=70mm 液压钢外壁为铸铁高H=70mm可升长度为60cm 液压活塞D=100mm H厚=20mm S为截面=Πr²

=0.05²*3.14159(Π取值为3.14159计算) =0.0785398² V缸=78.5*60 =4712.4ml 设计要求16S升起，流量为294.525ml/S才可以满足要求 收腿时间为16S △S=Π（5²-3.5²） =3.14159*12.25 =39.27cm²

V无杆腔=S*h =39.27*60 =2403.3ml V流=v/t =2403.3/16 =150.21ml/S 强度较核根据金属工艺学52页45号钢力学性能225-600MP p油压=f/△s =3.75*10000/0.00785398 =4.7746mp

（三）吊臂伸缩缸设计

根据设计设计基本臂7.5m最长主臂16.98m最长主臂加副臂22.1m可伸缩长度为6m 已知额定起重为8T单泵起升速度为53m/min=0.89m/S 外加图

卷绳速度为0.89m/min起升时加速度为0.89m/s² F=G+MA =8*10³*10+8000*0.89 =7120+80000 =87120N（G取10N/KG）

（四）基本臂液压缸及主臂主要参数的确定

（基本臂液压缸设计及参数确定）

设计有效变幅范围为6m S塞 =Πr²

=15²*Π =706.85575cm² V体=SH =600*706.85775 =424114ml 压力分析：最大力设为87120N来计算 需油液压力最小值为 P=F/S =87120/0.07069 =1.232423mp 根据设计要求全伸时间为36S需要液压油流速v为 v油=V/t =424114/36 =11781ML/S

（主臂液压活塞相关参数确定）

（五）无杆腔全缩需液压油体积V确定

△S=S塞-S杆

=706.857-490.873438 =215.983562cm² V无杆腔=△SH =215.98356*600 =129590.137ml 根据设计要求全缩时间为25S全缩则液压油流速为 V速=V体/t =129590.135/25 =5183.6054ML/S

（六）臂的抗断能力较核

以起重中当主副臂水平起重时力最大来计算

较核强度 ε=F/S S缸=Π(R- r`²)(R为缸壁外径r`²为缸壁内径) =π（17²-15²） =π*64 =201.1㎝²

设拉伸区域应力集中区为18处

ε=87120*80.02011

=34.66mp 副臂校核

S截=π（r`²-r²）（r为杆截面半径） =π（12.5²-10²） =3.14159*56.25 =176.1714㎝²

取应力集中区为杆截面的18处

ε副=87120*80.0176

=39.6MP

（七）变幅液压缸的设计

设计液压缸全伸状态为4.937m 基本臂与变变幅臂距离确定为0.8m 变幅臂与基本臂安装位置于基本臂的5m处 其相关数据图形如下：

（变幅臂活塞缸设计参数）

（变幅臂活塞设计参数）

根据设计要求变幅时间为35S S塞=πr²

=3.14159*16 =50.26544cm² 变幅范围为h=1m=100cm V=SH =50.26544*100 =5026.544ml V油速=V/t = 5026.544/35 =143.615545ml/S ΔS=S塞-S杆

=π（R²塞-R²杆）

=π*（16-12.5） =π*3.5 =11.7809㎝² h=1m=100cm V无杆腔=ΔS*h =11.7809*100 =1178.09ml V油速=V/t =1178.09635 =33.66ml/s 液压油压强计算

P=FS =871200.005026

=1.733MP 确定变幅时液压油最小压强为=1.733M、流速为 =33.66ml/s才可以满足变幅要求。

参考文献：

1．马振福，《液压与气压传动》，北京机械工业出版社，2002年5月出版；

2.张宏民主编，《液压与气压技术》，大连大连理工大学出版社，2001年3 月出版；

3.李芝主编，《液压传动》，北京机械工业出版社,2005年1 月出版；

4.李登万主编，《液压与气压传动》，南京东南大学主编社,2003年7 月出版；

5.陈榕林主编，《液压技术应用》，北京电子工业出版社,2005年9 月出版；

6.刘延俊主编，《液压与气压传动》，北京机械工业出版社，2002年9 月出版。

总结

毕业论文是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的给QY-8液压起重机液压系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。

虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种回路的设计方法，各种数据的运用方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从安全的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。

提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。

顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，无论是液压系统还是液压缸的设计我都是按照一定的标准设计的但还是讯在一定的不足，这些不足在一定程度上限制了我们的创造力。比如我的设计安全问题上，在这个视安全为第一的社会中，稍微的设计不当都会引起一定得安全问题，这无疑是设计中最大的忌讳，可这些不足正是我去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。

脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。

一、实训目的及意义

掌握并巩固液压元件的基本原理和结构、液压传动控制系统的组成以及在设备的应用,。

二、实训内容

1、液压元件拆装

2、液压系统回路的安装调试

三、实训任务与要求

1、掌握巩固液压传动基础知识;

2、熟悉液压常用泵、缸、及控制阀的工作原理、结构特点及应用;

3、学习分析一般的液压系统回路的方法,培养设计简单的液压系统的思路

四、心得体会

实训一 液压元件拆装

一、实训目的：

通过对液压元件的拆装，感性认识常见液压元件的外形尺寸，了解元件的内部结构。

通过对液压元件的结构分析，加深理解液压元件的工作原理及性能应用。

二、实训内容：

液压泵的拆装。

液压阀的拆装。

三、实训基本规程：

1.从外观上仔细检查液压元件的外形及进出油口，记录液压元件类型与参数。 2.按照拆装步骤，选择合适工具逐步操作，注意拆卸过程中爱护工具，禁忌蛮横拆卸。

3.拆卸完毕后，摆放好各零部件，仔细观察分析液压元件的结构特点及功能。 4.组装前，擦净所有的零部件，并用液压油涂抹所有滑动表面，注意不要损害密封装置及配合表面。

5.按拆卸的反顺序进行装配，确保完成所有零部件都装配。 6.归还液压元件，整理工具，清洁试验台。

四、实训要求

1、写出液压元件的型号及代号含义

2、绘制液压元件的图形符号及结构简图

五、思考题：

1.组成齿轮泵的各个密封空间指的是哪一部分？它们由哪几个零件表面组成？ 2.齿轮泵油液从吸油腔流至压油腔的油路途径是怎样的？

3.外啮合齿轮泵存在的泄漏途径有哪些？哪个部位泄漏最严重？泄漏对泵的性能有何影响？为减少泄漏，在设计与制造时采取了哪些措施？ 4.双作用叶片泵的工作原理是什么？配流盘开有通油窗口外，还开有与压油腔相同的环形槽。试分析环形槽的作用。

5．组成直动式溢流阀的主要零件有哪些？

6.先导式溢流阀的主阀阀芯上的阻尼孔的作用是什么？

7.观察先导式溢流阀的远程控制口的位置，分析远程控制口的主要作用。

实训二

液压系统的安装调试

一、实训目的

1、掌握液压基本回路的工作原理及性能特点

2、学习分析一般的液压系统回路的方法,培养设计简单的液压系统的思路

3、学会液压系统安装调试的方法

二、实训项目

1、设计一液压系统。要求1）、液压缸往复直线运动。2）、回油节流调速

3、）缸不运动时泵自动卸荷。

2、设计一双缸顺序动作液压系统，要求1）、采用行程开关控制2）、缸1先右行，缸2右行；
缸2左行，缸1左行。

3、设计一增速液压系统，要求1）、液压缸往复直线运动2）、采用二位三通电磁阀实现差动连接3）、缸不运动时泵自动卸荷。

4、设计一液压系统，要求1）、液压缸往复直线运动2）、双向速度实现自动变换，3）、缸不运动时泵自动卸荷。

5、设计一液压系统，要求1）、两液压缸同步运动，2）、采用调速阀回油节流调速3）、缸不运动时泵自动卸荷。

6、设计泵的性能测试液压系统，要求能够对液压泵的流量—压力特性、容积效率—压力特性、总效率—压力特性等性能进行测量；
对测量数据进行记录及整理分析。

三、实训要求

1、画出液压系统原理图，写出液压元件的名称

2、分析液压系统的工作原理，绘制电磁铁的动作循环表

四、操作规程

1.根据实验目的，绘制液压实验原理图与实验方案，经指导教师确认后开始具体操作。

2.根据液压回路原理图选用各液压元件，并正确连接液压回路及电气控制线路，注意连接过程中不许油管发生明显弯折。

3.对照实验回路原理图，检查连接是否正确，确认无误后，进入下一步。 4.进行液压回路调试。先松开溢流阀，启动油泵，让泵空转1－2分钟；
慢慢调节溢流阀，使泵的出口压力调至适当值（依具体实验而定）；
调节节流阀至适当开度。

5.操纵控制面板，检验液压实验回路是否能达到预定动作；
若不能，依次检查：各液压元件连接是否正确，各液压元件的调节是否合理，电气线路是否存在故障等。

6.实验过程中如出现异常现象，应立即打开溢流阀对泵卸荷，然后停机检查。 7.待排除故障后，重新开始实验，完成实验操作，并进行实验记录。

8.实验完毕后，先松开溢流阀，然后停机。

9.拆卸液压回路，归整液压元件，清洁试验台。

设计一卧式多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。动力滑台的工作循环是：快进→工进→快退→停止。该系统的主要参数与性能要求如下：切削力Ft=(20000,30000,40000,5000)N，移动部件总重力G=10000N，快进行程L1=100mm，工进行程L2=50mm。快进快退的速度为V快=(4, 6,8,10)m/min，工进速度为V工=(0.25,0.35,0.45,0.55)m/min，加速减速时间△t=0.2s，静摩擦系数 ，动摩擦系数 。该动力滑台采用水平放置的平导轨，动力滑台可任意停止。

静摩擦系数fs＝0.2；
动摩擦系数fd＝0.1

液压课程设计说明书

目录

计划书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.工况分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

2.拟定液压系统原理图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

3.液压系统的计算和选择液压元件„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

3.1 液压缸主要尺寸的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

3.2 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格„„„„„„„„„„„„9

3.3 液压阀的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

3.4 确定管道尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

3.5 液压油箱容积的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

4.液压系统的验算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10

4.1 压力损失的验算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

4.2 系统温升的验算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11

参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„121

总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

液压课程设计任务书

班级：
10321 姓名：
刘子龙

学号：
21 一．设计题目：设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统，要求完成工件的定位与加紧，所需夹紧力不得超过3000N。机床快进、快退的速度约为4.5m/min，工进速度可在20-100mm/min范围内无极调速，快进行程为150mm，工进行程为40mm，最大切削力为30000N，运动部件总重量为11000N，加速（减速）时间为0.1s，采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。

二．课程设计目的

本课程设计是学生在学完液压与气动技术基础专业课程,进行的一个综合性和实践性很强的教学环节,学生通过课程设计,能综合运用所学基本理论以及学到的实践知识进行的基本训练,掌握液压系统设计的思维和方法,专用元件和通用元件的参数确定。通过给定设计题目，初步掌握确定压力，进行缸的主要参数的初步确定，按系列要求确定缸体和活塞杆的直径。然后确定其他元件的参数，最后进行效核。通过液压课程设计，提高学生分析和解决实际液压问题的能力,为后续课程的学习及今后从事科学研究,工程技术工作打下较坚实的基础。

计 划 书

一.课程设计目的

本课程设计是学生学完《液压与气动技术》基础专业课程之后进行的一个综合性和实践性很强的教学环节，学生通过课程设计,能综合运用所学基本理论以及学到的实践知识进行的基本训练，掌握液压系统设计的思维和方法，专用元件和通用元件的参数确定。通过给定设计题目，初步掌握确定压力，进行缸的主要参数的初步确定，按系列要求确定缸体和活塞杆的直径。然后确定其他元件的参数，最后进行效核。通过液压课程设计，提高学生分析和解决实际液压问题的能力，为后续课程的学习及今后从事科学研究和工程技术工作打下较坚实的基础。

二.课程设计内容

(一)对题目进行分析,初步计算确定缸体和活塞的直径 (二)绘制液压缸装配图(2A) (三)1个零件图(3A) (四)液压原理图一张 (五)说明书一份 三.课程设计的时间

课程设计一周时间集中安排,每人一题。

时间安排如下：
周1 周2 周3 周4 周 三门峡职业技术学院

机电工程系教研室 2012年5月15日

1.工况分析

首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1.5所示，然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。

液压缸所受外负载F包括三种类型，即 F=Fw+Ff+Fa FW为工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本例中为30000N；

Fa-运动部件速度变化时的惯性负载；

Ff-导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨可出下式求得

Ff=f（G+FRn） G-运动部件动力；

FRn-垂直于导轨的工作负载，事例中为零

f-导轨摩擦系数，本例中取静摩擦系数0.2，动摩擦系数0.1。求得：
FfS=0.2×11000N=2200N Ffa=0.1×11000N=1100N 上式中Ffs为静摩擦阻力，Ffa为动摩擦阻力。

Fa=(G/g)×(△v/△t) g-重力加速度；

△t-加速度或减速度，一般△t=0。01~0.5s △v-△t时间内的速度变化量。在本例中 Fa=（11000/9.8）×（4.5/0.1×60）=842N 根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表1.4），并画出如图1.5所示的负载循环图

Fa=(G/g)×（△v/△t）

图1.1速度和负载循环图

表 1.4 工作循环 外负载F（N） 工作循环 外负载F（N）

启动、加速 F=Ffs+Fa 3042 工进 F=Ffs+Fw 31100 快进 F=Ffa 1100 快退 F=Ffa 1100

2拟定液压系统原理图 （1） 确定供油方式

考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量减少发热，泵源系统宜采用双泵或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量泵。

(2)调速方式的选择 在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的溶剂节流调速。这种调速回路具有效率高发热少和速度刚性好等特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负载切削力的作用。

（3） 速度换接方式的选择

本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单，调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接平稳性差。若要提高系统换接的平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。

（4） 加紧回路选择

用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。

最后把所选择的液压回路组合起来，即可合成图1.2所示的液压系统原理图。

3.液压系统的计算和选择液压元件 3.1液压缸主要尺寸的确定

1）工作压力p的确定。工作压力p可确定根据负载大小及机器的类型来初步确定，表1.1取液压缸工作压力为4MPa。

2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d。有负载图知最大负载F为31100N，按表1.2可取P2为0.5Mpa， cm为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取d/D为0.7。将上数据代入式可得

D= = =105mm 根据指导书表2.1，将液压缸内径圆整为标准系列直径D=110mm；
活塞杆直径d，按d/D=0.7及表2.2活塞杆直径系列取d=80mm。

按工作要求夹紧力由两个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，先去夹紧缸的工作压力为3.5MPa，回油背压力为零， 为0.95，可得 D= =33.9mm 按表2.1及2.2液压缸和活塞杆的尺系列，取夹紧液压缸的D和d分别为40mm及28mm。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式可得 A> = cm2=25cm2 本例中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸由杆腔的实际面积，即 A= cm2=45cm2 可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。

3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量 q快进= = =22.6×10-3m3/min=22.6L/min q工进= = 0.112×0.1=0.95×10-3m3/min=0.95L/min q快退= = =20×10-3m3/min=20L/min q夹= = =1.51×10-3m3/min=1.51L/min

3.2 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格

1）泵的工作压力的确定 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 Pp=P1+∑△p PP—液压泵最大工作压力；

P1—执行元件最大工作压力

∑△p—进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2～0.5MPa，复杂系统取0.5～1.5MPa，本题取0.5MPa。

pP=p1+∑△P=（4+0.5）=4.5MPa 上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力Pn应满足Pn≥（1.25～1.6）Pp。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本题中Pn=1.3 Pp=5.85MPa。

2）泵的流量确定 液压泵的最大流量应为 qp≥KL(∑q)min qp—液压泵的最大流量；

（∑q）min同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2～3L/ min；

KL—系统泄露系数，一般取KL=1.1～1.3，现取KL=1.2 qp≥KL(∑q)min=1.2×45L/min=54L/min 3)选择液压泵的规格，根据以上算得的pq和qp，再查阅有关手册，现选用YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量16mL/r，泵的额定压力6.3MPa，电动机转速1450r/min，容积效率0.85，总效率0.7。

3.3 液压阀的选择

本液压系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。方案一：控制液压缸部分选用力士乐系列的阀，其夹紧部分选用叠加阀。方案二：均选用GE系列阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表1.5所示。

表1.5 液压元件明细表

序号 元 件 名 称 通过流量/L?min-1 型 号 1 过滤器 24 XU-B32×100 2 变量叶片泵 24 YBX-16 3 压力表

KF3-EA10B 4 三位四通电磁阀 20 34EF30-E10B 5 二位三通电磁阀 20 23EF3B-E10B 6 单向行程调速阀 20 AQF3-E10B 7 减压阀 9.4 JF3-10B 8 压力表

KF3-EA10B 9 单向阀 9.4 AF3-EA10B 10 二位四通电磁阀 9.4 24EF3-E10B 11 压力继电器 9.4 DP1-63B 12 单向节流阀 9.4 ALF-E10B 3.4 确定管道尺寸

油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=40L/min，压油管的允许流速取u=4m/s，内径d为 d=4.6 =4.6 =15.4mm 若系统主油路流量按快退时取q=20L/min，则可算得油管内径d=10.3mm。

综合诸因素，现取油管的内径d为12mm。吸油管同样可按上式计算（q=24L/min、v=1.5m/s），现参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为28mm。

3.5 液压油箱容积的确定

本题为中压液压系统，液压油箱有效容积按泵的流量的5～7倍来确定，现选用容量为400L的油箱。

4.液压系统的验算

已知该液压系统中进﹑回油管的内径均为 12mm，各段管道的长度分别为：
AB=0.3m, AC=1.7mm, DE=2mm .选用L-HL32 液压油，考虑到油的最低温度为

15℃ ，差得15℃ 时该液压油的运动粘度v=150cst=1.5cm2/s,油的密度 =920㎏/m3 4.1压力损失的验算

1）工作进给时进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度0.1m/min, 进给时的最大流量为0.95L/min,则液压油在管内流速v1为 v1= = =840cm/min=14.01cm/s 管道流动雷诺数R 为 R = = =11.2 R ﹤2300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数 = = =6.70。

进油管道BC的沿程压力损失△P 为

△P = =6.70× =0.01×10 P 查得换向阀4WE6E50/AG24的压力损失△P =0.05×10 P 忽略油液通过管接头﹑油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失△P 为

△P =△P +△P =0.01×10 +0.05×10 =0.06×10 P 2）工作进给时回油路的压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有杆腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则 V2=V1/2=7㎝/s Re2= V2d/v=7×1.2/1.5=5.6 λ2=75/ Re2=75/6.488=13.39 回油管道的沿程压力损失ΔP2-1为

ΔP2-1=λlpv2/2d=13.39×2/1.2×10-2×920×0.072=5030pa 查产品样本知换向阀3WE6A50/AG24的压力损失ΔP2-2=0.025×106pa,换向阀4WE6E50/AG24的压力损失ΔP2-3=0.025×106pa，调速阀2FRM5-20/6的压力损失ΔP2-4=0.5×106pa。

回油路总压力损失ΔP2为

ΔP2=ΔP2-1+ΔP2-2+ΔP2-3+ΔP2-4=（0.00503+0.025+0.025+0.5）×106=0.555×106pa 3）变量泵出口处的压力PP PP=(F/η㎝+A2ΔP1)/ A1+ΔP1=(31100/0.95+40.05×10-4×0.6×106)/78.54×10-4+0.06×106=4.53×106 4）快进时的压力损失。快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进油口C之间的管路AC中，流量为液压泵出口流量的两倍即45L/min，AC段管路的沿程压力损失ΔP1-1为 V1=q/（πd2/4）=4×45×103/(3.14×1.22×60)=663㎝/s Re1=v1d/v=663×1.2/1.5=530 λ1=75/Re1=75/530=0.142 ΔP1-1=λlpv2/2d=0.142×1.7/(1.2×10-2) ×920×6.632/2=0.41×106pa 同样可求管道AB段及AD段的沿程压力损失ΔP1-1和ΔP1-3为 V2==q/（πd2/4）=4×22.6×103/(3.14×1.22×60)=333㎝/s Re2= v2d/v=333×1.2/1.5=266 λ2=75/Re2=75/266=0.28 ΔP1-2=0.28×0.3/（1.2×10-2）×920×3.332/2=0.036×106 ΔP1-3=0.28×1.7/（1.2×10-2）×920×3.332/2=0.204×106 查产品样本知，流经各阀的局部压力损失为4EW6E50/AG24的压力损失ΔP2-1=0.17×106pa。

据分析在差动连接中，泵的出口压力PP为

PP=2ΔP1-1+ΔP1-2+ΔP1-3+ΔP2-1+ΔP2-2+F/A2η㎝

=（2×0.41﹢0.036﹢0.204﹢0.17+0.17）×106+1100/40.05×10-4×0.95 =1.43×106pa 快退时压力损失验算从略。上述验算表明无需修改原设计。

4.2 系统温升的验算

在整个工作循环中，工作阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工作时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大、最小的发热量，然后加以比较，取数值大者进行分析。

当V=2cm/min时

q= D2v= ×0.112×0.02=0.190×10-3 m3/min=0.190L/min 此时泵的效率为0.05，泵的出口压力为3.6MPa,则有 P输入=3.2×0.0.190/60×0.05=0.20kW P输出=Fv=31100×2/60×10-2×10-3=0.010kW 此时的功率损失为

ΔP= P输入-P输出=0.20-0.010=0.19kW 当V=10cm/min时，q=0.95L/min,总效率η=0.7 则P输入=3.2×0.95/60×0.7=0.072kW P输出=Fv=31100×10/60×10-2×10-3=0.052kW ΔP= P输入-P输出==0.072-0.052=0.020kW 可见在工进速度低时，功率损失为0.19kW，发热量最大。

假定系统的散热状况一般取K=10×10-3kW/(cm2.℃)，油箱的散热面积A为 A=0.065 系统的温升为

Δt=ΔP/KA=0.19/(10x10-3x1.92）=9.89 0C 验算表明系统的温升在许可范围内。

参考文献

1.马春风主编.液压课程设计指导书.2007 2.李新德.液压与气动技术.北京：中国商业出版社，2006 3.雷天觉.液压工程手册.北京：机械工业出版社，1990 4.俞启荣.液压传动.北京：机械工业出版社，1990 5.左健民.液压与气动传动.北京：机械工业出版社，1998 总 结

通过一周的液压课程实训，学会了好多好多！第一次操作CAXA时，记得不知道从何开始，如何保存等等。后来，通过老师和同学们的帮助，渐渐地懂了，知道了这些知识! 感谢老师一周的指导，深感基础知识的重要性，我们每一个学生都应该在大学生涯中好好把握，为将来的社会生涯开拓一个良好起点。课程设计是累的但也是令人高兴的，这次实训使我和同学间的友情更进，更加体会到了团结的重要性。

“人生能有几回搏，今日不搏何时搏！”我认真把握每一次实训的机会，仔细聆听老师的指导，做好自己的学习工作。

收获的喜悦是我们大家都能够领略的，播种的心情则是我们大家所共享的。人生的路途荆棘丛生，逃，懦弱：避，消极：退，无能！我们只有播下坚定的信念，播下坚忍的品质，播下不灭的希望，才能在收获成功的鲜花大道上，昂首前行！ 播下你的梦想，无路也有希望; 播下你的梦想，踏出一路风光！

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在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下：

1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。

2）拟定控制方案，画出系统原理图。

3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。

4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。

5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。

6）选择液压能源及相应的附属元件。

7）完成执行元件及液压能源施工设计。

本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。

4.1 全面理解设计要求 4.1.1 全面了解被控对象

液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。

4.1.2 明角设计系统的性能要求

1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。

2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。

3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。

4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定；

5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求；

6）特殊要求；
设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。

4.1.3 负载特性分析

正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。

4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图

在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。

图36 阀控液压缸位置控制系统方块图

在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下：

1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。

2）拟定控制方案，画出系统原理图。

3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。

4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。

5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。

6）选择液压能源及相应的附属元件。

7）完成执行元件及液压能源施工设计。

本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。

4.1 全面理解设计要求

4.1.1 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。

4.1.2 明角设计系统的性能要求

1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。

2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。

3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。

4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定；

5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求；

6）特殊要求；
设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。

4.1.3 负载特性分析

正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。

4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图

在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。

图36 阀控液压缸位置控制系统方块图

在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下：

1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。

2）拟定控制方案，画出系统原理图。

3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。

4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。

5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。

6）选择液压能源及相应的附属元件。

7）完成执行元件及液压能源施工设计。

本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。

4.1 全面理解设计要求

4.1.1 全面了解被控对象

液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。

4.1.2 明角设计系统的性能要求

1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。

2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。

3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。

4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定；

5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求；

6）特殊要求；
设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。

4.1.3 负载特性分析

正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。

4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图

在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。

液压传动中由液压泵、液压控制阀、液压执行元件(液压缸和液压马达等)和液压辅件(管道和蓄能器等)组成的液压系统。液压泵把机械能转换成液体的压力能，液压控制阀和液压辅件控制液压介质的压力、流量和流动方向，将液压泵输出的压力能传给执行元件，执行元件将液体压力能转换为机械能，以完成要求的动作。

工作原理 电动机带动液压泵从油箱吸油，液压泵把电动机的机械能转换为液体的压力能。液压介质通过管道经节流阀和换向阀进入液压缸左腔，推动活塞带动工作台右移，液压缸右腔排出的液压介质经换向阀流回油箱。换向阀换向之后液压介质进入液压缸右腔，使活塞左移，推动工作台反向移动。改变节流阀的开口可调节液压缸的运动速度。液压系统的压力可通过溢流阀调节。在绘制液压系统图时，为了简化起见都采用规定的符号代表液压元件，这种符号称为职能符号。

基本回路 由有关液压元件组成，用来完成特定功能的典型油路。任何一个液压传动系统都是由几个基本回路组成的，每一基本回路都具有一定的控制功能。几个基本回路组合在一起，可按一定要求对执行元件的运动方向、工作压力和运动速度进行控制。根据控制功能不同，基本回路分为压力控制回路、速度控制回路和方向控制回路。

压力控制回路 用压力控制阀(见液压控制阀)来控制整个系统或局部范围压力的回路。根据功能不同，压力控制回路又可分为调压、变压、卸压和稳压 4种回路。(1)调压回路：这种回路用溢流阀来调定液压源的最高恒定压力，溢流阀就起这一作用。当压力大於溢流阀的设定压力时，溢流阀开口就加大，以降低液压泵的输出压力，维持系统压力基本恒定。(2)变压回路：用以改变系统局部范围的压力，如在回路上接一个减压阀则可使减压阀以后的压力降低；
接一个升压器，则可使升压器以后的压力高於液压源压力。(3)卸压回路：在系统不要压力或只要低压时，通过卸压回路使系统压力降为零压或低压。(4)稳压回路：用以减小或吸收系统中局部范围内产生的压力波动，保持系统压力稳定，例如在回路中采用蓄能器。

速度控制回路 通过控制介质的流量来控制执行元件运动速度的回路。按功能不同分为调速回路和同步回路。(1)调速回路：用来控制单个执行元件的运动速度，可以用节流阀或调速阀来控制流量，如图 简单磨床的液压传动系统原理图 中的节流阀就起这一作用。节流阀控制液压泵进入液压缸的流量(多余流量通过溢流阀流回油箱)，从而控制液压缸的运动速度，这种形式称为节流调速。也可用改变液压泵输出流量来调速，称为容积调速。(2)同步回路：控制两个或两个以上执行元件同步运行的回路，例如采用把两个执行元件刚性连接的方法，以保证同步；
用节流阀或调速阀分别调节两个执行元件的流量使之相等，以保证同步；
把液压缸的管路串联，以保证进入两液压缸的流量相同，从而使两液压缸同步。

方向控制回路 控制液压介质流动方向的回路。用方向控制阀控制单个执行元件的运动方向，使之能正反方向运动或停止的回路，称为换向回路，图 简单磨床的液压传动系统原理图 中的换向阀即起这一作用。在执行元件停止时，防止因载荷等外因引起泄漏导致执行元件移动的回路，称为锁紧回路。

式中，为节流系数［对薄壁孔］；

，对细长孔

为流量系数；
、分别为液体密度和动

为由孔口形状

=力粘度；
、分别为细长孔直径和长度；
决定的指数（0.

51），对薄壁孔

=0.5，对细长孔1；

为节流阀过流面积，其计算公式随阀口形式而异。

如图所示，具有螺旋曲线开口的阀芯2与阀套3上的窗口匹配后，构成了具有某种形状的棱边型节流孔。转动手轮1（此手轮可用顶部的钥匙来锁定），螺旋曲线相对套筒窗口升高或降低，从而调节节流口面积的大小，即可实现对流量的控制。

2、流量特性

通过节流阀的流量及其前后压差

（5－46）

的关系可表示为

3、节流阀的刚度

节流阀的刚度反映了它在负载压力变动时保持流量稳定的能力。它定义为节流阀前后压差动值的比值，即

（5－47）

的变化与流量的波

将式（5－46）代入上式，得］

（5－48）

由式（5－47）结合不同开口时节流阀的流量特性图可以发现，相当于流量曲线上某点的切线与横坐标值夹角的余切，即

结合不同开口时节流阀的流量特性图和式（5－48）可得出以下结论：
阀的压差相同，节流开口小时，刚度大。

越小，刚度越低。所以节流的条件下才能正常工作，但提 （5－49）

节流开口一定时，前后压差阀只能在大于某一最低压差高 将引起压力损失增加。

减小值，可提高刚度。因此目前使用的节流阀多采用=0.5的薄壁小孔式节流口。

当节流口为细长孔时，油温越高，液体动力粘度越小，节流系数

越大，阀的刚度就越小，流量的增量越大。当采用=0.5的薄壁小孔式节流口时，油温的变化对流量稳定性没有影响。

式（5－46）为节流阀的流量特性方程，其特性曲线如图所示。

4、节流口堵塞及最小稳定流量

节流阀在小开口下工作时，特别是进出口压差较大时，虽然不改变油温和阀的压差，但流量会出现时大时小的脉动现象，开口越小，脉动现象越严重，甚至在阀口没有完全关闭时就完全断流。这种现象称为

节流口堵塞。

产生堵塞的主要原因是：①油液中的机械杂质或因氧化析出的胶质、沥青、炭渣等污物堆积在节流缝隙处；
②由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，而节流缝隙的金属表面上存在电位差，故极化分子被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，吸附层的厚度一般为5～8

，因而影响了节流缝隙的大小。以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新吸附在阀口上。这样周而复始，就形成流量的脉动；
③阀口压差较大时，因阀口温升高，液体受挤压的程度增强，金属表面也更易受摩擦作用而形成电位差，因此压差大时容易产生堵塞现象。

减轻堵塞现象的措施有：①选择水力半径大的薄刃节流口；
②精密过滤并定期更换油液；
③适当选择节流口前后的压差；
④采用电位差较小的金属材料、选用抗氧化稳定性好的油液、减小节流口的表面粗糙度等，都有助于缓解堵塞的产生。

针形及偏心槽式节流口因节流通道长，水力半径较小，故其最小稳定流量在80流量为20～30Mpa下达到

55、节流阀的应用

由于节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后压差有关，阀的刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小和速度稳定性要求不高的场合。

对于执行元件负载变化大及对速度稳定性要求高的节流调速系统，必须对节流阀进行压力补偿来保持节流阀前后压差不变，从而达到流量稳定。

固定式节流阀（节流口大小不能调整）－用于改变流量。

可调式节流阀（特点：不易堵塞，流量不稳定）－用于速度较低的液压系统。

以上。薄刃节流口的最小稳定

。特殊设计的微量节流阀能在压差0.3的最小稳定流量。

可调式单向节流阀（特点：流量不稳定）－用于需要单向节流阀调整，反向快速运动的场合

液压传动概述教学设计

丽水市职业高中 陈春旺

教材分析：液压传动概述在教材中起着总领全章为下节做铺垫的作用，液压千斤顶是一个简单的液压传动装置，了解液压千斤顶的组成、理解其工作原理、传动系统组成，是学习液压传动内容的基础，它为以后学习液压传动内容做了铺垫。

教法设计：模型感受、多媒体演示、尝试

学法指导：

1、学情分析：液压传动的应用学生接触较少，缺乏感性认识，所以教学中通过图片、多媒体演示反复强调使学生对液压传动有一定的感性认识。

2、学法指导：1）通过图片、多媒体课件的演示让学生主动参与、积极探究。

2）采用情境创设、思考探究、构建新知、巩固深化的学习方法。

教学重点：

1、了解液压千斤顶的组成。

2、理解液压千斤顶的工作原理。

3、液压传动系统的组成。 教学难点：理解液压千斤顶的工作原理。

知识目标：

1、通过对液压千斤顶的组成理解液压千斤顶的工作原理。

2、了解液压传动的工作过程。

能力目标：

1、培养学生的主观能动性、思维的积极性。

2、提高学生分析问题、解决问题的能力。 教学过程：

一、情境创设：

1、问题

一、同学们你们知道生活中有哪些液压传动装置吗？

通过问题引导学生思考液压传动相关知识，积极学习对本堂课的学习积极性。

2、问题

二、同学们你们这些液压传动装置是靠什么运动的吗？ 利用问题二把学生的思维吸引到本堂课的重点内容

3、同学们让我们一起来研究液压千斤顶的工作过程吧

二、引入新课：

1、展示各种各样液压千斤顶的实物图。 让同学们对液压千斤顶有一个感性的认识。

2、问题

三、大家知道液压千斤顶有哪些部件组成的吗

展示液压千斤顶的工作结构图，让同学们进一步了解液压千斤顶的结构特点。

3、展示一个液压千斤顶的工作视频。

4、提问学生液压千斤顶为什么会能将重物举起呢

5、多媒体演示液压千斤顶的工作原理：这是本堂课的重点。

吸油：吸油单向阀打开，排油单向阀关闭，油液进入液压泵中，机械能转化为液压能。

压油：排油单向阀打开，吸油单向阀关闭，油液进入液压缸中，液压转化为机械能。

6、师生一起总结液压传动的特点和本质：
（1）通过具有一定压力的液体来传动；

（2）传动过程中须经过两次能量转换；

（3）传动必须在密封容积内进行，而且容积要进行变化。

本质：是依靠密封容积的变化来传递运动，依靠油液内部的压力来传递动力的。

7、通过对液压千斤顶工作原理的分析讨论液压传动系统的几个环节和组成部分。

三、小结：

1、回顾液压千斤顶的工作原理

2、液压传动的特点和工作环节。

独创性声明

本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；
其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；
其它内容及成果为本人独立完成。特此声明。

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本人完全了解福州大学至诚学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；
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小型液压挖掘机液压系统的设计 摘要

近年来，有关挖掘机液压系统方面的文献并不少见，但文献的内容大多针对某一专题进行研究，系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少，因此研究和设计液压挖掘机液压系统具有重要的现实意义和理论意义。

本论文主要概述挖掘机液压技术的发展史及其目前在国内的外发展情况，简述了液压挖掘机发展趋势，本文对液压挖掘机的常用液压回路进行了简单阐述和分析，对课题要求设计的小型液压挖掘机液压系统进行了方案设计及分析，并通过进一步计算确定了需要的液压元件完成选型。运用AutoCAD 绘制液压系统原理图、工作油箱总成、液压布置图、油箱零件图。最后通过验算证明了本设计的可行性。

关键词：液压系统，挖掘机，

Mini Hydraulic Excavator Hydraulic System of Design Abstract .In recent years, the excavator hydraulic systems, the literature is not uncommon, but most of the content documents of a topic for research, systematic exposition of modern hydraulic excavator hydraulic system of the paper is le, so the research and design of hydraulic excavator system has important practical and theoretical significance.Hydraulic excavator of this thesis outlines the history of technology and its current developments in the foreign country, outlines the development trend of hydraulic excavators, hydraulic excavators used this hydraulic circuit for a simple set and analysis, subject to design small hydraulic excavator hydraulic system design and analysis, and by further calculation to determine the need for complete selection of hydraulic components.AutoCAD drawing using hydraulic system diagram, work tank aembly, hydraulic layout, tank parts diagram.Finally, tests prove the feasibility of this design.Keywords ：Hydraulic System，Excavator 目 录

1 绪论 ......................................................................1 1.1 选题意义 ...............................................................................................................................................1 1.2 挖掘机及其液压技术概述 ...................................................................................................................1

1.3 国内外研究现状 ...................................................................................................................................2 1.4 挖掘机发展趋势 ...................................................................................................................................3 2 挖掘机液压系统概述 ........................................................5 2.1 挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求 .......................................................................................5 2.2 挖掘机液压系统的基本动作分析 .......................................................................................................6 2.3 挖掘机液压系统的基本回路分析 .......................................................................................................6 2.3.1 限压回路 ....................................................................................................................................6 2.3.2 缓冲回路 ..................................................................................................................................7 2.3.3 节流回路 ....................................................................................................................................8 2.3.4 行走限速回路 ............................................................................................................................9 2.3.5 合流回路 .................................................................................................................................11

2.3.6 闭锁回路 ................................................................................................................................12 2.3.7 再生回路 ..................................................................................................................................12 3 挖掘机液压系统设计 .......................................................13 3.1 挖掘机的功用和对液压系统的要求 .................................................................................................13 3.2 挖掘机液压系统分析 .........................................................................................................................13 3.2.1 挖掘机的液压系统原理图 ......................................................................................................13 3.2.2 系统工作循环分析 ..................................................................................................................14 3.2.3 主要液压元件在系统中的作用 ..............................................................................................15 3.2.4 液压系统中几种低压回路的作用 ..........................................................................................16 3.3 液压元件的选用 .................................................................................................................................16 3.3.2 液压阀的选用 ..........................................................................................................................16

3.3.4 辅助元件的选用 ......................................................................................................................17 4参数计算及选择 ...........................................................18 4.1 计算所需要的泵的流量 .....................................................................................................................18 4.2回转台启动力矩和制动力矩 ..............................................................................................................19 4.2泵的选择 ..............................................................................................................................................22 4.3油箱容积计算 ......................................................................................................................................22 4.4油管尺寸计算 ......................................................................................................................................23 4.5热平衡验算 ..........................................................................................................................................24 5 结论 .....................................................................25 参考文献 ...................................................................27 致谢 .......................................................................27

1 绪论 1.1 选题意义

随着国民经济的快速发展，液压挖掘机在各种工程建设领域，特别是基础设施建设中所起的作用越来越明显，液压挖掘机作为一类快速、高效的施工机械愈来愈被人们所认识。据统计，国内主要23家主要挖掘机制造公司2009年挖掘机市场总计销售各级别挖掘机约95,000台，同比2008年大幅增长23%，再次创造中国挖掘机年度销量记录。

挖掘机的发展与液压技术密不可分，二者相互促进，一方面，液压技术是现代挖掘机的技术基础，另一方面，挖掘机的发展又促进了液压技术的提高。挖掘机的液压系统复杂，其性能的优劣决定着挖掘工作性能的高低，可以说目前液压传动的许多先进技术都体现在挖掘机上。近年来，有关挖掘机液压系统方面的文献并不少见，但文献的内容大多针对某一专题进行研究，系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少，因此研究挖掘机液压系统具有重要的现实意义和理论意义。

1.2 挖掘机及其液压技术概述

挖掘机的发展史可追溯到 19 世纪三四十年代。美国实施西部大开发工程催生了以蒸汽机作为动力，模仿人体大臂、小臂和手腕构造，能行走和扭腰的挖掘机。随后的一百多年中，挖掘机并没有得到很大发展，其原因一是当时的工程主要是国土开发、大规模的筑路和整修场地等，平面作业较多，使铲土运输机械成为当时的主力机种，二是挖掘机作业装置动作多、运动范围大、采用多自由度机构，机械传动难以适应这些要求，而当时的液压技术还不成熟，不能大规模地应用到实际工业中。随着社会的不断进步，工程建设和施工形式逐渐向土木施工方向发展，同时液压技术也逐步得以完善，这些因素的变化反过来又促进挖掘机的不断更新换代。20 世纪 40 年代有了在拖拉机上配装液压铲的悬挂式挖掘机，50年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机，60 年代，当液压传动技术成为成熟的传动技术时，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展吉阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快（见表 1—1），产量猛增。1968～1970年间液压挖掘机产量

已占挖掘机总产量的 83%，目前已接近 100%，所谓挖掘机在现代主要是指液压挖掘机，机械式挖掘机已很少见，液压传动技术为挖掘机的发展提供了强有力的技术支撑。

液压传动是挖掘机的重要组成部分之一，目前常用的传动方式有机械传动、电力传动和流体传动。流体传动包括液体传动和气体传动，液体传动又分为液压传动和液力传动。所谓液压传动是指在密闭的回路中，利用液体的压力能来进行能量的转换、传递和分配的

液体传动。在现代工业中液压传动技术几乎应用于所有机械设备的驱动、传动和控制，如操纵车辆转向和制动，控制和驱动飞机、机床、工程机械、农业机械、采矿机械、食品机械和医疗机械等

1650 年法国帕斯卡提出的封闭静止流体中压力传递的帕斯卡原理成为液压传动的理论基础，此后液压传动理论不断得以丰富和完善，如 1686 年牛顿揭示了粘性流体的内磨擦定律，18 世纪建立了流体力学的两个重要方程：连续性方程和伯努利方程。丰富的理论和实践的需要促进了液体应用技术和成果的不断涌现。1795 年英国人约瑟夫步拉默发明了世界上第一台水压机；
随后出现在英国的工业革命促进了液压技术的迅速发展；
到 1870 年液压传动技术已经被用来驱动各种液压设备，如液压机、起重机、绞车、挤压机、剪切机和铆接机等；

1900 年，世界上出现了第一台轴向柱塞泵；
1910 年及 1922 年海勒.肖及汉斯.托马斯研制出用油作工作介质的径向柱塞泵；
1926 第一套由泵﹑控制阀和执行元件组成的集成液压系统在美国诞生；
1936 年哈里威克斯又发明了先导式液流阀。第二次世界大战之后，美国麻省理工学院的布莱克本、李诗颖等人对液压伺服控制问题作了深入的研究，于 1958 年制造了喷嘴挡板型电液伺服阀；
20 世纪六十年代末，电液比例阀应运而生；
70 年代后期，德美等国相继研制成负载敏感泵及大功率电磁阀；
近年来，为适应机电一体化、控制柔性化和计算机集中控制的要求，液压系统的研究已由手动控制转向数字控制和信号控制。目前液压技术的研究和发展动向主要体现在以下几个方面：（1）提高效率，降低能耗。（2）提高技术性能和控制性能。（3）发展集成、复合、小型化、轻量化元件。（4）开展液压系统自动控制技术方面的研究

与开发。（5）加强以提高安全性和环境保护为目的研究开发。（6）提高液压元件和系统的工作可靠性。（7）标准化和多样化。

（8）开展液压系统设计理论和系统性能分析研究。

1.3 国内外研究现状

我国挖掘机生产起步较晚，从 1954 年抚顺挖掘机厂生产第一台机械式单斗挖掘机至今，大体经历了测绘仿制、自主研发和发展提高三个阶段。

新中国成立初期，以测绘仿制前苏联 20 世纪 30～40 年代的机械式单斗挖掘机为主，开始了我国的挖掘机生产历史，由于当时国家经济建设的需要，先后建立起十多家挖掘机生产厂，到 20 世纪 80 年代末，我国的中小型液压挖掘机已形成系列，但总的说来，我国的挖掘机生产批量小，产品质量不稳定，与国际先进水平相比，差距较大。改革开放以来，生产企业积极引进、消化、吸收国外先进技术，促进了我国挖掘机行业的发展，目前国产液压挖掘机的产品性能指标已达到 20 世纪 80 年代的国际水平，部分产品达到了 90 年代的水平。

国外挖掘机生产历史较长，液压技术的不断成熟使挖掘机得到全面发展。德国是世界上较早开发研制挖掘机的国家，1954 年和 1955 年德国的德马克和利渤海尔两家公司分

别开发了全液压挖掘机；
美国是继德国以后生产挖掘机历史最长、数量最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家；
日本挖掘机制造业是在二次大战后发展起来的，其主要特点是在引进、消化先进技术的基础上，通过大胆创新发展起来的；
韩国是液压挖掘机生产的后起之秀，20 世纪 70 年代开始引进技术，由于产业政策支持，很快进入国际市场，并已挤入国际液压挖掘机的主要生产国之一。

20 世纪 60 年代，挖掘机进入成熟期，各国挖掘机制造商纷纷采用液压技术并与其它技术相结合，使产品的适应性得到较快发展，产品寿命和质量不断提高操纵更加舒适，产品更加节能。例如美国卡特彼勒公司 1995 年以后推出的 300B系列液压挖掘机，采用一种命名为 maestro 的系统，通过载荷传感液压装置，控制发动

机的输出功率，实现与液压泵的严格匹配。Maestro 控制面板在机型上安装两种功率模式和四种工况状态，允许用户自行决定功率工况模式。再如韩国现代公司生产的 ROBEX450-3 型液压挖掘机，有四种功率模式，通过集成化的电子控制系统自动确定最佳的发动机转速和液压泵的输出参数，使得发动机、液压泵的速度及液压系统压力与实际工况相适应，从而获得最高的生产率和最佳的燃油消耗。此种技术在日本小松、日立建机、神钢、韩国大宇重工、德国的利渤海尔、英国的 JCB等公司均得到普遍应用，代表了当代液压挖掘机的最高水平。

1.4 挖掘机发展趋势

随着液压挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化方向发展，挖掘机对液压技术的要求不断提高并呈现如下特点：

（1）迅速发展全液压挖掘机并进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。因为变量系统在油泵工作过程中，压力减小时用增大流量来补偿，使液压泵功率保持恒定，亦即装有变量泵的液压挖掘机可经常性地充分利用油泵的最大功率；
当外阻力增大时则减少流量（降低速度），使挖掘力成倍增加；
采用三回路液压系统，产生三个互不成影响的独立工作运动，实现与回转机构的功率匹配，将第三泵在其他工作运动上接通，成为开式回路第二个独立的快速运动。液压技术在挖掘机上的普遍使用，为电子技术、自动控制技术在挖掘机上的应用与推广创造了条件，液压、电子和自动化技术日益结合，共同促进挖掘机的控制性能不断提高。挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。20 世纪 70 年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作更加轻便和安全作业，降低挖掘机噪音，改善驾驶员工作条件，电子和自动控制技术逐步应用在挖掘机上。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，机电一体化技术在挖掘机上得以广泛应用，并使其各种性能有了质的飞跃。20 世纪 80 年代，以微电子技术为核心

的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖掘机上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系统等电控系统。所有这一切，都是挖掘机的全液压化奠定的基础并为挖掘机的全面发展创造了美好的前景。

（2）重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。例如美国林肯贝尔特公司新 C 系列 LS-5800 型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费，还安装了 CAPS（计算机辅助功率系统），提高了挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能；
日本住友公司生产的 FJ 系列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并延长了零部件的使用寿命；
德国奥加凯（O&K）公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；
日本神钢公司在新型的 90

4、90

5、90

7、909 型液压挖掘机上采用智能型控制系统，即使无经验的驾驶员也能进行复杂的作业操作；
德国利勃海尔公司开发了 ECO（电子控制作业）的操纵装置，可根据作业要求调节挖掘机的作业性能，取得了高效率、低油耗的效果；
美国卡特匹勒公司在新型 B系统挖掘机上采用最新的3114T 型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在 DH280 型挖掘机上采用了 EPOS 即电子功率优化系统，根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。

一、设计目的：

《液压传动》课程设计是学生学习液压传动课程后进行的一个十分重要的实践性环节。它可以培养学生综合运用液压传动课程的理论知识和生产实际知识分析、解决工程实际问题的能力，以进一步巩固、深化、扩展本课程所学到的理论知识。通过设计基本技能的训练，使学生掌握液压传动系统设计的一般方法和步骤，为以后的毕业设计乃至实际工程设计奠定必要的基础。

二、设计内容：

本设计共有多个题目供学生选作。每组学生选择一个课程设计题目，并按题目要求认真完成。

主要内容：

1、进行工况分析，绘制工况图

2、完成油缸或油箱的结构设计

3、拟定液压系统原理图，绘制电磁铁动作表

4、计算液压系统及其有关元件参数，选择液压元件

5、整理设计计算说明书

三、设计要求：

1、设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、安全性、操作方便和结构简单，多设想几种方案进行分析对比后确定最满意的一个。

2、独立完成作业，设计时可参考同类机械，但必须在深入理解和消化后借鉴，不要简单地抄袭。

3、在完成作业的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型液压系统的实例，积极思考、认真完成、不要直接向教师索取答案。

4、在完成作业的同时，注意深化和扩大自己的知识面，培养独立的工作能力，使自己解决工程问题的能力有所提高。

四、设计安排：

本设计共两周，具体安排如下：

周一：任务、学生借手册、教师讲解设计内容

地点：多媒体教室 周二：学生作任务分析

地点：118教室

周三：教师讲解有关设计计算，学生根据课题任务进行设计计算

地点：多媒体教室 周四：学生进行设计计算，教师辅导

地点：118教室

周五：教师讲解油缸设计方法，学生进行油缸的结构设计计算元件参数

地点：多媒体教室周一：学生进行油缸的结构设计，绘制液压缸结构草图

地点：118教室 周二：教师讲解拟定方案设计内容，学生根据计算拟定液压原理图初稿

地点：多媒体教室 周三：教师讲解模拟软件使用，在模拟软件上验证液压原理图，并进行修改完善

地点：机房

周四：教师讲解液压元件的选取方法原则，学生根据自己设计选取液压元件

地点：118教室

周五：整理资料完成设计

地点：机房

五、设计评定：

设计成绩评定以学生完成工作任务的情况、工作态度和工作作风以及设计结果况为依据。

评分标准：

优秀：设计方案可行，图形符号的绘制符合标准的规定，图面表达完整，工作量符合要求。

良好：基本符合“优秀”标准，但图面有些不完整或错误，经启发后能及时领悟并改正。

中等：设计方案基本可行，采用元件和回路基本合理，能回答部分基本问题。

及格：基本符合“中等”标准，但图面错误较多。

不及格：基本达不到“及格”标准。

六、设计指导：（具体教学内容附后）

(一)、明确设计要求、进行工况分析

一、明确设计要求

1．

明确液压系统的动作和性能要求，例如，执行元件的运动方式、行程和速度范围等。

2．

明确液压系统的工作环境，例如，环境温度、。湿度尘埃、通风情况、是否易燃等。

二、工况分析

工况分析主要指对液压执行元件的工作情况的分析，分析的目的是了解在工作过程中执行元件的速度、负载变化的规律，并将此规律用曲线表示出来，作为拟定液压系统方案确定系统主要参数(压力和流量)的依据。

(二) 拟定液压系统的原理图

液压系统图是整个液压系统设计中最重要的一环，它的奸坏从根本上影响整个液压系统。拟定液压系统原理图所需的知识面较广，要综合应用前面的各章内容，一般的方法是：先根据具体的动作性能要求选择液压基本回路，然后将基本回路加上必要的连接措施有机地组合成一个完整的液压系统，拟定液压系统图时，应考虑以下几个方面的问题：

一、所用液压执行元件的类型

二、液压回路的选择

1．

首先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路。例如机床液压系统、调速和速度换接是主要回路。

2．

然后再考虑其它辅助回路，例如有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路，有多个执行元件的系统要考虑顺序动作，同步和防干扰回路等。

3．

同时也要考虑节省能源，减少发热，减少冲击，保证动作精度等问题。

三、液压回路的综合

液压回路的综合是把选出来的各种液压回路放在一起，进行归并、整理、再增加一些必要的元件或辅助油路，使之成为完整的液压传动系统。进行这项工作时还必须注意以下几点：
(1)尽可能省去不必要的元件，以简化系统结构。

(2)最终综合出来的液压系统应保证其工作循环中的每个动作都安全可靠，无相互干扰。

(3)尽可能提高系统的效率，防止系统过热。

(4)尽可能使系统经济合理，便于维修检测。

(5)尽可能采用标准元件，减少自行设计的专用件 (三)

液压元件的计算和选择

所谓液压元件的计算，是要计算该元件在工作中承受的压力和通过的流量，以便确定元件的规格和型号。

一、液压泵的选择

先根据设计要求和系统工况确定液压泵的类型，然后根据液压泵的最高供油压力和最大供油量宋选择液压泵的规格。

二、阀类元件的选择

阀类元件的选择是根据阀的最大工作压力和流经阀的最大流量来选择控制阀的规格。即所选用的阀类元件的额定压力和额定流量要大于系统的最高工作压力及实际通过阀的最大流量。

三、液压辅助元件的选择

油箱、过滤器、蓄能器、油管、管接头、冷却器等液压辅助元件可按第六章的有关原则选取。

(四)

油缸的结构设计

1、油缸结构形式的确定

2、油缸主要结构尺寸的确定

3、油缸的结构设计

A、缸体组件的设计

B、活塞组件的设计

C、密封方法的选用

D、缓冲的考虑

E、排气的考虑

4、油缸装配图的绘制

要求：结构正确、图面表达完整

(五)

整理设计资料

每位成员完成设计资料。

液压班岗位职责（共18篇）

液压支架岗位职责（共20篇）

液压支架维修岗位职责（共9篇）

网页设计 教学设计（共8篇）

微型设计教学设计（共8篇）

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