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泵站设计
油箱的设计
1.作用
油箱在液压系统中具有存储液压油、散发油液热量、逸出空气、沉淀杂质和安装元件的作用。
2.种类
整体式:
是指在机器的构件内形成的油箱,如机床的床身。
两用式:
是指与机器的其它目的的公用油箱,如兼做淬火作用。
独立式:
最广泛的油箱。
3.容积确定
(1)油箱的容积=k×泵的额定流量
低压系统k=2-4,中压系统k=5-7,高压系统k=10-12
(2)油液占油箱容积:
80-90%,并进行温升验算
(3)油箱尺寸的确定:
可以参考标准油箱的外形尺寸(表1)。
卧、立式泵组,油箱扁而矮,用于小功率;旁置式泵组,油箱窄而高,用于大功率。
表1标准油箱外形尺寸参考一览表(mm)
油箱容量/L
L1
b1
h
L2
b2
d
侧壁最小厚度
油液深度
40
415
290
410
215
210
14
3
345
63
508
365
308
285
350
100
633
460
393
360
160
810
590
570
490
340
250
1010
690
430
770
590
365
400
1514
735
1274
635
630
945
520
845
22
5
450
800
2014
900
1774
880
1000
1065
550
965
475
1250
1335
1235
470
(4)油箱壁材料
油箱壁材料:
Q235A,焊接。
碳素结构钢,屈服强度:
σs=235MPa,质量等级B。
质量等级A:
不冲击,B:
常温冲击,C:
0度冲击,D:
-20度冲击
(5)技术要求:
1)油箱内需彻底清洗切屑、毛刺和氧化皮等。
2)内表面进行喷丸处理
3)内涂40μm的环氧底漆
4.油箱附件
(1)角铁
用等边角钢,L30×30×3,L30×30×,4,L,25×25×3,L40×40×3/4/5均可。
材料Q235B,焊接。
(2)清洗窗
清洗窗可以清洗油箱的所有内表面,在油箱侧壁上焊接一个法兰,并加装一个密封件和盖板,用紧固件连接。
其中盖板应能由一个人拆装,尺寸参考表2。
盖板可用HT200,盖板与法兰之间也可用1.5-2mm的耐油密封垫进行密封。
。
表2清洗窗法兰盖板参考尺寸(mm)
油箱容量/L
d1
d2
d3
d4
d5
螺钉
40、63、100、160、250、400
250
305
270
350
325
4-M12×1.75
630、800、1000、1250
385
430
395
475
450
6-M12×1.75
(3)吊耳
应在油箱四角的箱壁上方焊接吊耳,主要作用是方便搬运,一般用35号钢。
尺寸参考表3、表4。
表3吊耳参考尺寸(mm)
每吊耳起重量/吨
D
d
L
l
K
c
R
0.7
36
26
20
10
5
1
6
1.7
55
40
33
16
6
2
10
3.9
80
55
48
23
9
2
16
7.4
100
70
62
30
12
3
20
11.2
120
80
80
38
15
4
25
表4吊耳参考尺寸(mm)
每吊耳起重量/吨
H
h
L
l
K
b
R
1.6
80
20
50
20
4
8
10
3.3
120
25
60
25
5
10
20
5.4
145
30
75
32
7
12
25
7.8
178
35
90
38
8
14
20
10.3
210
40
105
45
9
16
35
(4)液位计
应安装在靠近空气滤清器一侧,便于观察液面高度。
液位计的下刻度应比吸油过滤器上缘高出75mm,以防吸入空气,液位计的上刻度应能表示液面的高度。
液位计可带有温度计。
也可以按下面方法选:
油箱中油液一般不超过油箱高度的80%,该高度应在液位计的2/3~3/4处;油箱中油液的最低高度一般不低于吸油滤油器的上表面,该高度应在液位计的1/3处,据此可以选择液位计型号。
(5)油箱底
焊接件,一般向放油塞和清洗窗一侧倾斜,倾斜坡度为1:
25或1:
20,可以使沉淀物聚集到油箱的最低点。
(6)放油塞
应放在油箱最底部,一般应≥M18*1.5,以方便油箱清洗和油液更换。
一般放在清洗窗一侧。
(7)油箱底脚
为了便于油液温度散发,应把油箱架起来,油箱底至少离开地面150mm。
支脚可以单独加工后焊接在油箱底部边缘,也可以通过适当增加油箱二侧壁高度,弯曲后作为油箱底脚,支脚上可以有底脚螺钉用的固定孔。
(8)隔板
用于将吸油与回油口分开,是油液降温、沉淀杂质。
一般隔板高度不低于液面高度的2/3。
一般在油箱中油液超过100L时设置隔板。
5.油箱盖
油箱盖可以是可拆卸的或焊接在油箱上不可拆卸。
油箱盖上安装泵组时,钢板厚度为侧壁厚度的2-4倍,油箱盖要可靠密封,防止杂物进入油箱内,多用1.5-2mm的耐油密封垫进行密封。
泵组的设计
1.泵轴与电机轴的连接
间接驱动式:
通过齿轮、链传动等,如汽车动力转向系统。
液压系统中很少用。
直接驱动式:
有联轴器或花键链接,液压系统多用联轴器连接。
(1)联轴器连接
用带非金属弹性元件的挠性联轴器,可以允许泵和电机轴线有一定的相对位移或偏斜,如梅花形弹性联轴器、芯型弹性联轴器等。
(2)联轴器的选用
扭矩大小:
可以计算得到,需满足要求
外形尺寸:
最大径向和轴向尺寸必须在设备允许空间之内,方便拆卸,易维护。
轴孔匹配:
端面间隙:
两侧联轴器的间隙参考表6。
表6联轴器的间隙参考表(mm)
联轴器最大外径
90-150
170-
220
275-
320
340-
490
560-
610
670
770
850
880
间隙≥
2
2.5
3
4
5
6
7
8
9
图1芯型弹性联轴器
2.电机与泵的连接形式
(1)法兰式
液压泵安装在法兰上,法兰再与带法兰盘的电动机相连接,电动机与液压泵依靠法兰盘上的止口来保证同轴度。
该结构装拆方便。
如图2所示。
电机为B5连接形式,同轴度靠法兰保证。
(2)支架式
液压泵直接装在支架的止口里,然后依靠支架的底面与底板连接,再与带底座的电动机相连。
该结构对于保证同轴度较困难,为了防止安装误差产生振动,常用带有弹性的联轴器。
如图2所示。
电机为B3连接形式,不易保证同轴度。
(3)法兰支架式
电动机与液压泵先以法兰连接,法兰再与支架连接,最后支架再装在底板上。
该结构电动机与液压泵的同轴度靠法兰盘上的止口来保证,安装方便。
如图2所示。
电机为B35连接形式,同轴度靠法兰保证。
为了增加电动机与液压泵的连接刚性,避免产生共振,一般可以把液压泵和电动机先装在刚性较好的底板上,使其成为一体,然后底板加垫再装到油箱盖上。
图2电机与泵的安装形式图
支架的形式较多,图3仅供参考。
a.钟形罩b.角形支架
图3支架形式一
图4支架形式二
3.液压泵装置的安装方式
液压泵装置包括液压泵、电动机和联轴器等,其安装方式分为卧式、立式及旁置式,见图2。
(1)卧式
液压泵装置安装在油箱外面且在油箱盖上面,其轴线与油箱上表面平行。
该方式安装、维护方便,散热条件好,但有时电动机与液压泵的同轴度不易保证。
如图6-61所示。
(2)立式
液压泵装置的轴线与油箱上表面垂直,液压泵和与之相连的油管及吸油滤油器、联轴器等放置在油箱内,并部分浸入油液内,电动机安装在油箱外面且在油箱盖上面。
该方式结构紧凑、美观,吸油条件好,电动机与液压泵的同轴度易保证,泄漏油可直接流回油箱,但安装、维护不方便,散热条件差。
如图6-60所示。
(3)旁置式
液压泵装置安装在油箱侧面的地上,紧邻油箱,液压泵通过油箱侧壁的孔道进行吸油,其安装位置低于油箱内油液的液面,一般可以把液压泵和电动机先装在刚性较好的底板上,使其成为一体,然后底板加垫再装到地面的装置上。
该方式液压泵吸油条件好,安装、维护方便,散热条件好,但占地面积较大,多用于功率较大的液压泵装置。
阀组设计
液压元件一般有两种连接形式,即管式和板式连接。
管式连接是通过油管和管接头实现元件之间的连接,此方式所用液压元件越多,连接的管件越多,结构越复杂,压力损失越多,维护和装拆越困难,所以一般用于结构简单的系统。
板式连接是将元件用螺钉规则地固定安装在一块液压阀块的各个面上,元件之间的由阀块上的孔道沟通,此方式维护和装拆方便,压力损失小,外形美观,消除了因油管和接头引起的泄漏、振动和噪声。
阀块体是用于安装选定的各类液压元件,并加工有要求的油路孔道,以组成具有预定液压控制功能的金属块体,简称阀块。
阀块是安装各种液压元件,并且能在其内按照已有液压系统原理图的要求,实现各元件间油路连通的复杂功能块。
阀块可用铸铁、碳钢、不锈钢或铝合金等材料制成,可分为液压阀块、集成块和叠加阀阀块。
将一个液压系统中的全部元件合理地布置在一个液压阀块上,其标准化程度较差,互换性不好,结构不够紧凑,设计制造加工困难。
将一个液压系统中的全部元件分别布置在几个液压集成块上,再把各阀块按设计规律装配成一个液压集成回路,其标准化、系列化程度较高,互换性好,结构合理,性能可靠。
叠加阀阀块是将叠加阀直接叠加在其上,阀块的结构更为紧凑,体积小,重量轻,无管件连接。
1、液压阀块
液压阀块是板式连接液压元件的固定安装板,具有结构紧凑,维护、安装、调整和更换液压元件方便等特点。
(1)阀块结构
1)用螺钉将板式液压元件安装在阀块的上面或其他各个侧面(一般保持底面或某个面为安装阀块的固定面),阀与阀之间、阀与外界之间的连接孔道均在阀块上实现,各孔之间按照液压系统原理图的要求,在阀块内部钻纵向、横向孔道,在孔口开有螺纹,用来安装管接头并接管。
2)结构相同的阀块应设计成可互换的通用阀块,不同结构的阀块可设计成专用阀块;
3)油管与阀块连接用的管接头一般采用米制细牙螺纹或英制管螺纹;
4)阀块上面用来固定液压元件,为保证密封,其表面粗糙度值一般为Ra0.8μm,其他非安装元件的加工面和孔道的表面粗糙度一般为Ra6.3~12.5μm。
(2)阀块的设计
1)分析液压系统,确定阀块个数
为了避免孔道过长、过多而不利用加工,一个阀块上安装元件的数量一般不超过10个,阀块长度不超过400mm;若元件数量较多时,则需要分解;
同一个液压回路的元件应布置在同一个阀块上,尽量减少连接管道;
2)液压元件的布置
液压元件的布置的原则是使工艺孔最少,工艺孔非油口,是将两个需要连接的油口接通的辅助孔道;
液压阀阀芯应处于水平方向,防止阀芯因自重影响液压阀的灵敏度,尤其是换向阀一定要水平布置;
元件之间的距离应为5~10mm,换向阀上的电磁铁、压力阀的先导阀及压力表等可以适当伸出阀口的轮廓线之外,以减少阀口的尺寸;
阀块上孔的位置要与液压元件的孔完全对应。
尽可能将与主压力油路相通的各元件油口沿同一坐标轴线布置在一条直线上,这样可用一个横向工艺孔将它们连接起来,减少工艺孔数量;
压力表开关应布置在最上方,以方便观测;若需要将压力表开关布置在元件之间,则应预留足够的压力表空间。
3)确定油口位置及尺寸
元件布置好后,阀块上面孔的数量也确定,其孔数等于各元件孔数之和,阀块上面孔的直径应等于元件油口直径,连接阀的螺钉孔直径应为螺孔内径,螺钉孔深一般在12mm之内
如果元件数量不多,应尽可能将压力油孔道和回油孔道布置在同一层,以减少阀块的厚度;
如果元件数量较多造成内部孔道多且互相交叉,为了便于设计和制造,减少工艺孔,进油管与回油管尽量不放在同一层,以免两者相通。
可将阀块的厚度分为三层,第一层为泄漏油孔和控制油孔的通道,一般距阀块上面约10mm,孔径较小;第二层为压力油孔通道,一般距阀块上面约25mm,距第一层15mm;第三层为回油孔通道,一般距阀块上面约41mm,距阀块反面约19mm;这样阀块总厚度约为60mm。
阀块内的孔与孔之间的壁厚不小于3~5mm,以免油孔强度不够导致破裂;工艺孔端口用螺塞堵住;接管接头的孔口要根据管接头螺纹尺寸钻孔并攻丝。
所有油口的尺寸应由经过该油口的流量及流速限定值来确定。
4)阀块的三维设计阀块装配图见图6-58所示。
阀块的外形一般为长方体,利用三维软件可建立阀块的三维实体模型;
根据产品样本,在三维实体模型上,绘制液压元件顶视图轮廓尺寸及元件底面的油口位置与尺寸;注意:
若产品样本中配有液压元件的底板,则底板的尺寸就是所需的轮廓尺寸及元件底面的油口位置与尺寸;若无底板,则样本中提供的是元件的俯视图,应把俯视图翻转180º,才是所需的轮廓尺寸及元件底面的油口位置与尺寸;
图5阀块装配图
1-阀块2-二位三通电磁换向阀3-单向调速阀4-三位四通电磁换向阀5-压力表6-压力表开关
设计阀块时,应根据元件的特征进行几何建模,阀块上的孔是主要的设计特征,孔分通孔和盲孔,分别构成阀块上的油孔、安装螺孔、工艺孔和台阶孔。
利用三维软件可以从不同视角、不同角度观察阀块的各个部位,检查设计的正确性,如发现设计问题可及时在阀块上修改液压元件的安装位置。
根据三维实体模型,形成二维视图。
在二维视图上,应尽量少用虚线;元件的油口及安装尺寸应按照样本标注;当孔的数量较多,且孔深、孔径不一时,可将各孔编号并列成表格来表示;若需要的话,应画出各层孔的剖视图,以表达清楚;应将与外部连接的孔口尺寸标注清楚,以方便连接管接头或螺塞等。
阀块设计时还应考虑以下几方面:
1)因为螺纹孔是没有密封的,所以螺纹孔不能与油孔打通。
2)在设计阀块时,对一些主要压力点要预留测压孔,以便以后使用过程中出现问题时进行检测。
(3)阀块的安装
阀块的安装固定同样也是重要的,一般要求安装、维修和检测方便,它可以安装固定在设备上,如机床等设备,但比较方便的是安装在液压泵站上。
阀块的安装方式见图6。
图6阀块的安装方式
1-阀块2-连接件
2、集成块
集成块与阀块有相似之处,下面仅介绍集成块特有的结构及设计。
(1)集成块结构
1)集成块的六个面都是加工面,其中三个侧面要安装液压元件,一个侧面要引出管道,上、下面是相邻集成块的连接面;
2)集成块一般由底板、各种功能集成块和顶盖组成。
底板的作用是连接集成块组并使压力油、回油及泄漏油进、出集成块;功能块的作用是实现各种功能控制,如压力块、调速块、夹紧块等;顶盖的作用是封闭主油路,安装压力表开关及压力表。
3)每个功能块一般安装三个液压阀,若元件较多不好安装时,可以用过渡板将阀与集成块连接起来。
使用过渡板时要注意,过渡板一般安装在集成块的正面,高度比集成块小2mm,宽度一般为35~40mm,在不影响其他部件工作的条件下,其长度可稍大于集成块的长度。
其安装方式可采用先将功能块用螺钉与集成块连接,再将阀安装在功能块上。
(2)集成块设计与安装
集成块的设计与安装可参考阀块的设计与安装,但应注意以下几点:
1)集成块的视图比较复杂,视图上应尽量少用虚线表达;
2)为了便于检查和装配集成块,应把该集成块上的液压元件布置图绘在集成块的零件图上,同时应将各孔道编上号,列表说明各个孔的尺寸、深度及相交孔号。
3、叠加阀阀块
(1)叠加阀阀块结构
1)叠加阀块的上面用来安装叠加式液压元件,侧面要引出进、回油口及各回路与执行机构连接的油口P、O、A、B,下面是安装阀块固定面;
2)一般叠加阀块上安装有几组叠加阀,以组成一个控制多执行元件的液压系统,所以阀块上可能有几组叠加阀的孔口和安装螺纹孔;
(2)叠加阀块设计与安装
叠加阀块的设计与安装可参考阀块的设计与安装。
总之,阀块是由整块金属加工而成,将各式液压阀集成在阀块上,从而实现不同的功能。
阀块具有结构紧凑,流道较短,响应时间快,压力损失小等特点,同时由于阀块的模块化结构,安装及维护方便,系统的可靠性高,使其在液压系统上应用非常广泛。
其它设计
1.空气滤清器
空气滤清器的作用是使油箱与大气相通,并净化抽吸空气,保证泵的自吸能力,滤除空气中的灰尘杂物,兼作加油口用。
因空气滤清器兼有加油和通气的作用,其规格应根据液压泵的流量选取,同时兼顾过滤精度。
通气过滤精度不小于40μA,通过流量应大于20L/min,容量应为液压泵容量的2倍。
2.回油滤油器
线隙式过滤器一般常用于压力低于2.5MPa的回油路中,可以有发讯装置。
纸质过滤器的过滤精度高(5~30μm),通常有0.1mm和0.02mm两种。
其压力损失为0.01~0.04MPa,可在高压(38MPa)下工作。
可以再油箱盖上安装回油滤油器,满足系统最大回油量。
3.吸油过滤器
网式过滤器属于表面型、粗过滤器,其结构简单、清洗方便、通油能力大,过滤精度不高,因阻力损失小,通常安装在液压泵的吸油口.以防止较大的杂质颗粒进入泵内。
安装时网的底面不宜与油管吸油口靠得太近,一般吸油口离网底的距离为网高的2/3,否则会使吸油不畅。
或用线隙式过滤器。
选择该过滤器时,应使其过滤通流能力是液压泵流量的2倍以上,以保证液压泵吸油充分,防止液压泵泵口吸油阻力过大而产生气蚀。
4.接管
(1)管道应尽量短,最好横平竖直,转弯少。
为避免管道皱褶,减少压力损失,管道装配时的弯曲半径要足够大(见表6)。
当管道悬伸较长时要适当设置管夹。
表6硬管装配时弯曲半径的推荐值
管子外径D/mm
10
14
18
22
28
34
42
50
63
弯曲半径R/mm
50
70
75
80
90
100
130
150
190
(2)管道尽量避免交叉,平行管间距要大于100mm,以防接触振动并便于安装管接头。
(3)软管直线安装时要有30%左右的余量,以适应油温变化、受拉和振动的需要。
弯曲半径要大于9倍的软管外径,弯曲处到管接头的距离至少等于6倍外径。
4)当不同管径的管道相连接时,可使用异径管接头,也可使用如图1所示的法兰进行连接。
图1法兰
(4)吸油管和回油管应由隔板分开,管端加工成朝向油箱侧壁的45度斜口,之间开口面积,管端的管口上缘至少要低于最低液面75mm,管口下缘至少要高于油箱底最高点50mm,泄油管直接插入油箱并在液面之上,防止产生虹吸现象。
5.管接头
可以选择焊接式管接头。
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