机械设计中的液压系统设计

115工 艺 与 装 备

1　背景描述

我国非常重视重工业发展，在液压系统运行过程中，

最重要的环节就是借助液压系统维持系统正常运行的工作

压力。这好比是大卡车上坡时引力与摩擦牵引其往上移动，

但为了这种动力可以维持使卡车不至于滑坡，必须考虑保

持控制刹车和油路压力的稳定。液压系统的一定工作压力

是保证工程机械正常进行的保证。例如，液压硫化机需要

在整个硫化周期内确保压力稳定，以保护子午线轮胎硫化

的质量，使轮胎不出现气泡、缺胶或者边缘过厚等问题。

一般，液压系统设计指的是运用液压泵卸载回路系统和多

相液压泵系统来达到工程机械运行压力的正常。然而，在

液压系统日常运行中，液压系统回路保压成效的高低和保

压器件的挑选存在一定联系。因此，依据多年的液压系统

维护和设计经验，总结归纳单向阀、液控单向阀,、蓄能

器3类保压器件的维持压力成效，并针对存在的问题提出

对应的解决对策。

2　液压系统回路的改善措施

2.1　装煤器具回路的改善

液压系统自带的装煤器具回路主要由I型电磁波控制元

件的搓盖运行组成。搓盖油缸的两腔通过该回路利用电磁换

向控制阀门中的I型控制元件封闭。然而，受变向控制阀门

结构的调整，液压系统存在较大的运行误差，控制阀门之间

存在较大缝隙，致使液压系统运行效果不太理想[1-2]。所以，

这一类比较简单的液压系统回路设计方案不合理，通常运

用在短时间封闭或封闭要求不严格的情形。

经过论证可知，双向液控单向阀的锁紧回路加Y型机

能电磁换向阀回路较好。搓盖油缸液压的改进如图1所示。

作为密封面为锥面结构的双向液控单向阀的阀芯，具有良

好的密封性，同时锁闭效果较好[3]。因此，在工程机械、

起重运输机械等有较高锁紧要求的场合，这种锁紧回路得

到了广泛应用[4]。

图1　搓盖油缸液压的改进回路2.2　推焦车提门回路的改进

由液压系统回路设计图可知，在液压系统1次运行结

束后，应该借助电磁铁Y3b进行充电。然而，在电磁铁Y3b

接通电源后，借助单向压力调节阀、Y型号电磁波变向控制

1 第一章 、绪 论

1.1课题背景

螺旋采样机广泛应用于火电厂、焦化厂、钢铁厂等入厂煤采制样及煤矿外销煤的采制样。经特殊设计，还可用于钢铁厂、冶炼厂、焦化厂等矿石、矿粉和焦炭的采制样。

采样原理均为螺旋钻取式，其采样过程具有自我清洗功能，能避免样品污染。双螺旋镶有硬质合金刀刃的采样钻头，在采样时以钻削的方式将大块煤或煤矸石钻碎，并经螺旋叶片提升采集。与短螺旋点采样配套的摆动集样斗，有效地解决了点采样须采一点放一次样的问题，使三点采样时间不大于180秒，实现采三点放一次样的目的。破碎机采用锤式破碎的结构形式，在破碎机入口处设有旋转和平移刮板，能及时和有效的清理掉机壁上沾附的煤样，该破碎机能为用户提供粒度不大于6mm/13mm的样料。操作系统设有自动/半自动/手动三种操作方式。日常操作时，只需按下启动命令，整个采样、制样全过程能自动完成，出现异常情况，自动报警并有手动或自动紧急停车。操作系统设有自动测距定位系统，以保证采样点合乎国标要求。可与编码保密系统联网，实现对运输车辆所装运煤炭的矿点、煤种在过磅称重、煤样采取、样品制作、分析化验、计质计量结算的全过程进行保密操作，使得采制样设备应用更加公平、公正。

液压传动的采样机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。

本设计书所述液压系统是为螺旋采样机配套设计和制造；用于提供螺旋采样机液压马达的工作压力油，液压系统配置有加热器，电磁溢流阀，电磁换向阀，双单向节流阀，双液控单向阀等，可对系统马达工作实现远程控制，对于马达工作速度可以实现无级调速，并且可以实现保压功能。

1.2液压传动的优点和缺点

液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：

1.液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

液压系统的设计计算

液压系统设计计算是液压液压传动课程设计的主要内容包括明确设计要求进行工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。现以一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统为例，介绍液压系统的设计计算方法。

1 设计要求工况分析

设计要求

要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进→工进→快退→停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻力42000LFN；运动部件所受重力7200GN；快进、快退速度ms，工进速度ms；快进行程1260mmL，工进行程2130mmL；往复运动的加速时间t0.2s；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数0.2s，动摩擦系数0.1d。液压系统执行元件选为液压缸。

负载与运动分析

（1）工作负载 工作负载即为切削阻力42000LFN。

（2）摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：

静摩擦阻力 0.272001440fssFGN

动摩擦阻力 0.17200720fddFGN

（3）惯性负载

72000.1360100.2iGFNNgt

（4）运动之间

快进 3111260102.60.1Ltss

工进 3223213010152.940.8510Ltss

快退 3333260130103.90.1Ltss

设液压缸的机械效率0.9cm，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。

表1 液压缸各阶段的负载和推力 工况 负载组成 液压缸负载/FN 液压缸推力0//cmFFN

启 动

加 速

快 进

工 进

反向启动

加 速

快 退

fsFF

第4章液压系统的设计

1液压传动系统设计

1．1液压传动系统的设计步骤和内容

液压系统设计流程图见图4—1。

1．1．1明确技术要求

设计新的液压系统，首先要仔细查明机器对液压系统究竟有哪些要求，要与用户或主机

厂共同讨论，力求定量地掌握这些技术要求，作为设计的出发点和依据。需要掌握的技术要

求可能有：

1．机器的特性

(1)用途及工作目的。

(2)功能、性能及负载特性负载种类(恒定负载、变化负载及冲击负载)及大小；运动方

式(直线运动、旋转运动、摆动)及运动量(位移、速度、加速度)，惯性力，摩擦力(静摩擦、

动摩擦、粘性摩擦)，动作特性、动作时间，精度(定位精度、跟踪精度、同步精度)。

(3)结构机构、与被驱动部分的连接条件、安装上的限制条件等。

(4)驱动方式原动机的种类(电动机、内燃机等)、容量(功率、转速、转矩)、稳定性。

(5)控制方式操作方式(手动、自动)、信号处理方式(继电器、逻辑电路、可编程控制

器、微计算机)。

(6)循环时间系统中各种执行器的动作顺序、动作时间的相互关系。

2．使用条件

(1)工作时间。

(2)设置场所(室内、室外)。·

(3)设置环境环境温度、湿度(高温、寒带、热带)，粉尘种类和浓度(防护、净化等)，

腐蚀性气体(所用元件的结构、材质、表面处理、涂覆等)，易爆气体(防爆措施)，机械振动(机

械强度、耐振结构)，噪声限制(降低噪声措施)。

(4)维护条件维护程度与周期，维护人员的技术水平；维护空间、作业性、互换性。3．适用标准、法规

4．安全性、可靠性

(1)用户在安全性方面有无特殊要求。

(2)明确保用期、保用条件。

5．经济性

不能只考虑投资费用，还要考虑能源消耗、维护保养等运行费用。

1．1．2系统功能设计

根据技术要求确定执行器的种类、数量、动作顺序和动作条件。根据动作条件拟定驱动执行

器的基本回路。作为控制执行器的方式，有用双向变量泵的闭式回路和使用控制阀的开式回

路。当系统中有多个执行器时，要绘制表示动作顺序的顺序图，拟定实现动作顺序的控制回