第 頁(yè) 電液執(zhí)行器的設(shè)計(jì) 摘要 電液執(zhí)行器是一種智能型機(jī)、電、液一體化動(dòng)力裝置，隨著閥門技術(shù)的不斷應(yīng)用與發(fā)展，電液執(zhí)行器也得到了更廣泛的應(yīng)用。本課題所設(shè)計(jì)的是一種快關(guān)閥上應(yīng)用的電液執(zhí)行器，很大程上減小了閥門的開關(guān)時(shí)間，使得閥門的完全開啟和關(guān)閉的時(shí)間提高到了0.2s。通過對(duì)國(guó)外電液執(zhí)行器的借鑒，本課題對(duì)電液執(zhí)行器的液壓系統(tǒng)原理圖及執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)。本文介紹了電液執(zhí)行器的組成、液壓原理圖及其控制機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用撥叉式機(jī)構(gòu)，以其獨(dú)特的扭矩曲線成為驅(qū)動(dòng)大部分角行程閥最理想的機(jī)械，為大口徑閥門提供較大的 開啟扭矩。采用的液壓系統(tǒng)則由各液壓元件按邏輯原理組成，通過電氣信號(hào)的轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)功率的轉(zhuǎn)換，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)閥門開啟和關(guān)閉。液壓系統(tǒng)采用內(nèi)置小油缸一體化設(shè)計(jì)無需額外配置龐大的液壓站，減小了執(zhí)行器的整體體積。 關(guān)鍵詞 ： 電液執(zhí)行器、快關(guān)閥、撥叉式結(jié)構(gòu) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) The design of the electro-hydraulic actuator Abstract The design of operation structure of the electro-hydraulic actuators digest electro-hydraulic actuator is a kind of intelligent machine, with a integration of electricity, liquid and power installation.With the continuous application and development of valve technology, electro-hydraulic actuator has been more widely used. This topic is design of the quick closing valve on the application of electro-hydraulic actuator, largely reduced the switching time of the valve, the valve fully open and close time increased to 0.2 second. Based on the reference of foreign electro-hydraulic actuator, this topic is about the overall design of the electro-hydraulic actuator hydraulic system principle diagram and the structure of the actuator. This paper expounds the composition, hydraulic principle diagram and the control mechanism of the electro-hydraulic actuator. Actuator uses fork type, it is the most ideal driving mechanical of most of the quarter-turn valves cause of its unique torque curve , it can provide large diameter valves with a larger torque. Hydraulic system is composed of various hydraulic components, which combine in a logical way. The system realize the transformation of the power by the transformation of the electrical signals to control the actuator motion, driving valve opening and closing. Hydraulic system adopt the design of integration of built-in small oil cylinder , so there is no need of additional configuration large hydraulic station, so as to reduce the overall volume of the actuator. Key words: electro-hydraulic actuators,quick closing valves,fork type structure 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 目錄 第一章 緒論 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 電液執(zhí)行器的發(fā)展背景及優(yōu)勢(shì) . 1 1.3 近些年電液執(zhí)行器在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況 . 2 1.4 課題研究的方法及意義 . 2 第二章 電液執(zhí)行器液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) . 4 2.1 電液執(zhí)行器的基本結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng) . 4 2.1.1 電液執(zhí)行器的基本結(jié)構(gòu) . 4 2.1.2 電液執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu) . 4 2.1.3 電液執(zhí)行器的液壓控制系統(tǒng) . 4 2.2 電液執(zhí)行器的液壓系統(tǒng)原理圖 . 5 2.2.1 液壓控制原理 . 5 2.2.2 液壓系統(tǒng)原理圖 . 5 2.2.3 液壓系統(tǒng)主要元件 . 6 2.2.4 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 . 6 2.3 電液執(zhí)行器的設(shè)計(jì)參數(shù) . 6 2.4 電液執(zhí)行器的工況分析 . 7 2.4.1 電液執(zhí)行器液壓缸工況分析 . 7 2.4.2 電液執(zhí)行器液壓缸負(fù)載和速度循環(huán)圖 . 8 第三章 電液執(zhí)行器液壓缸的計(jì)算 . 8 3.1 液壓缸的負(fù)載計(jì)算 . 8 3.2 液壓缸缸筒的確定 . 10 3.2.1 缸筒的的選擇 . 10 3.2.2 缸筒的計(jì)算 . 10 3.3 液壓缸活塞桿的確定 . 12 3.3.1 活塞的選擇 . 12 3.3.2 活塞桿的計(jì)算 . 13 3.3.3 活塞桿的導(dǎo)向套、密封裝置、和防塵圈 . 14 3.4 液壓缸流量的確定 . 16 第四章 液壓泵站及液壓閥的確定 . 17 4.1 液壓泵組的確定 . 18 4.2 液壓閥的確定 . 21 4.2.1 插裝閥的選擇 . 21 4.2.2 電磁換向閥的選擇 . 21 4.2.3 溢流閥的選擇 . 22 4.2.4 單向閥的選擇 . 22 4.2.5 液壓鎖的選擇 . 23 4.2.6 平衡閥的選擇 . 23 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 4.3 液壓油箱及其附件的確定 . 23 4.4 蓄能器的確定 . 25 4.5 管件及壓力表輔件的確定 . 27 第五章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 . 29 5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算 . 29 5.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 . 31 5.3 系統(tǒng)的散熱量計(jì)算 . 31 5.4 系統(tǒng)熱平衡時(shí)溫度的驗(yàn)算 . 32 第六章 液壓系統(tǒng)閥塊的設(shè)計(jì) . 33 第七章 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 34 結(jié) 論 . 35 致 謝 . 36 參 考文獻(xiàn) . 36 第 1 頁(yè) 第一章 緒論 1.1 引言 執(zhí)行器作為一種動(dòng)力裝置，是自動(dòng)化技術(shù)工具中接受控制信息并對(duì)受控對(duì)象施加控制作用的裝置，綜合了氣動(dòng)、液壓、控制、機(jī)電、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)，可以快速、穩(wěn)定地對(duì)被控對(duì)象的位置進(jìn)行精確控制，不僅應(yīng)用于各種閥門的驅(qū)動(dòng)、控制中，而且現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在電力、水利、冶金、造紙、航天、管線、石化、工業(yè)裝備、食品加工等領(lǐng)域眾多需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)的部位 1。執(zhí)行器按其形式不同可分為電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、電液執(zhí)行器。電液執(zhí)行器將控制模塊和液壓動(dòng)力 模塊集成一體，分為直行程電液執(zhí)行器和角行程電液執(zhí)行器兩種，針對(duì)于電液執(zhí)行器目前市場(chǎng)上的使用情況，使用最多的有兩種：一種是電液伺服執(zhí)行器，采用開式液壓循環(huán)系統(tǒng)，通過伺服閥調(diào)節(jié)液壓油流動(dòng)方向及流量大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)；另一種是電動(dòng)機(jī)控制電液執(zhí)行器，采用閉式循環(huán)液壓系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或者伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速來控制雙向泵壓力油輸出方向和流量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行精確控制 2。本文主要研究的則是電液執(zhí)行器。 1.2 電液執(zhí)行器的發(fā)展背景及優(yōu)勢(shì) 隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中配套的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提出了大力 矩、長(zhǎng)行程、高精確度、多功能、快速切斷及快速調(diào)節(jié)等高難度的技術(shù)要求。智能型電液執(zhí)行器完全能滿足這些要求。目前，國(guó)內(nèi)的氣動(dòng)和電力執(zhí)行器大部分依靠進(jìn)口，電液執(zhí)行器的智能控制需要進(jìn)一步開發(fā)，以期滿足國(guó)內(nèi)需求。 傳統(tǒng)電液伺服執(zhí)行器將油源站與電液伺服系統(tǒng)集成為一體，所有部件如電動(dòng)機(jī) -泵單元、伺服或比列控制閥、液壓缸、位置反饋組件、壓力表、液位和溫度報(bào)警傳感器、過濾器、溢流閥、單向閥等都安裝在容器內(nèi)部。伺服閥為電液伺服執(zhí)行器的控制核心，既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件，其功用是將小功率的電信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換為大功率液壓能（ 壓力和流量）輸出，能夠?qū)敵隽髁亢蛪毫M(jìn)行連續(xù)雙向控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行器位移、速度、加速度和力的控制，高精度的電液伺服執(zhí)行器輸出推力大，全行程時(shí)間短，響應(yīng)快，控制精度高，無超調(diào)，運(yùn)行非常平穩(wěn)，適合于高壓差、高黏度介質(zhì)等嚴(yán)酷 第 2 頁(yè) 工況條件 3。但其往往需要配套使用一個(gè)液壓站或者帶一套伺服控制系統(tǒng)，體積龐大，對(duì)液壓油清潔度要求高，往往存在等問題，而且生產(chǎn)成本、使用成本（能耗和維護(hù)費(fèi)用）高。因而僅在少數(shù)需要大驅(qū)動(dòng)力或高精度連續(xù)調(diào)節(jié)控制的時(shí)候才使用 。 電液執(zhí)行器集成了電控系統(tǒng)的簡(jiǎn)易性、液控系統(tǒng)響應(yīng)的快速性、電控系統(tǒng)的可 靠性和靈活性，具有響應(yīng)速度快、控制精度高、輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。電液執(zhí)行器克服了氣動(dòng)執(zhí)行器的控制精度低、電動(dòng)執(zhí)行器的可控性差等問題，在一定的應(yīng)用場(chǎng)合和工作環(huán)境下，具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，因而廣泛應(yīng)用在電廠、石化等相對(duì)比較特殊的場(chǎng)合。 1.3 近些年電液執(zhí)行器在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況 最近幾年，液壓技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù) 不斷 發(fā)展，傳統(tǒng)電控液壓系統(tǒng)已落伍，取而代之的是一體化的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。早期市場(chǎng)上電液執(zhí)行器多為德國(guó)產(chǎn)品，但隨著電子元器件技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外執(zhí)行機(jī)構(gòu)都跨入智能控制時(shí)代 。目前，羅托克（ ROTORK）、西博斯（ SIPOS SIEMENSPositioner 的縮寫）、瑞基 (RAGA)、奧馬（ AUMA）、 ABB、上儀 ROTORK、利米托克（ LIMITORQUE ）等各種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及美國(guó)福斯，韓國(guó) HKC,韓國(guó) YTC,英國(guó) FCT 等著名國(guó)際品牌的氣動(dòng)執(zhí)行器。其中英國(guó)的羅托克已成為全球閥門自動(dòng)化以及流體控制市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，在海洋石油平臺(tái)、污水處理、石油及石化、電廠等方面都有著廣泛的應(yīng)用。 除了這些國(guó)外品牌的電液執(zhí)行器之外，國(guó)內(nèi)優(yōu)秀廠家也在這幾年陸續(xù)開發(fā)出民族品牌的電液產(chǎn)品。比如國(guó) 內(nèi)的天津市太平洋儀表有限公司 DYZT 電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)、武漢熱工儀表廠 DYJ(Z)、鞍山拜爾、麗水中德石化，雖然品質(zhì)還有待提升，成本還很高昂（單價(jià)甚至超過了原裝進(jìn)口的韓國(guó)產(chǎn)品），但畢竟我們的民族企業(yè)家走出了艱難的第一步，期待他們?cè)阶咴胶谩?guó)內(nèi)市場(chǎng)上還有高仿國(guó)外的產(chǎn)品，對(duì)照原裝產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與外形，很容易辨認(rèn)，對(duì)此，我們也只能說借鑒是好的，但是要在借鑒的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)才會(huì)更好。希望國(guó)內(nèi)一些廠商能夠沿著 “第一臺(tái)仿制，第二臺(tái)改進(jìn)，第三臺(tái)自產(chǎn) ”的路走下去，不要只留在初級(jí)階段。 要?jiǎng)?chuàng)造出屬于我們自己的領(lǐng)先品牌。 1.4 課題研究 的方法及意義 執(zhí)行器控制技術(shù)在我國(guó)運(yùn)用已經(jīng)多年，但很多技術(shù)都還存在著一些不成熟，本課題 第 3 頁(yè) 采用的主要的研究方法是文獻(xiàn)研究法、 案例分析 法和模擬法進(jìn)行研究。通過文獻(xiàn)研究，探究一種新型電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，研究和設(shè)計(jì)電液執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)及工作原理；通過對(duì)現(xiàn)有電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 分析 ,創(chuàng)設(shè)一個(gè)相似的模型，然后通過模型來間接研究原有的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所獲得資料來自于校閱覽室、圖書館、網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫(kù)和對(duì)企業(yè)的走訪與調(diào)研。本課題研究的主要內(nèi)容是電液執(zhí)行器的電液控制系統(tǒng)和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 1、本地 /遠(yuǎn)程控制：可以在本地或遠(yuǎn)程操作閥門開啟、關(guān)斷； 2、遠(yuǎn)程部分行程測(cè)試功能：定期進(jìn)行部分行程測(cè)試，可以防止閥門長(zhǎng)期在全開狀態(tài)而 無法關(guān)閉。 3、保位功能：閥門不動(dòng)作（閥 門開關(guān)到位或故障時(shí)），自動(dòng)切斷油路保壓，保持閥門 處于原位。 4、自動(dòng)保壓：在動(dòng)力電源丟失的情況下，系統(tǒng)可以保持正常工作壓力 8HRS。 5、 ESD 關(guān)閥：當(dāng)控制器接收 ESD（緊急關(guān)閥）信號(hào)后，閥門緊急關(guān)斷，該信號(hào)為優(yōu)先級(jí) 信號(hào)。 6、控制器輸出： 1) 報(bào)警及指示綜合報(bào)警指示燈輸出 :包括液位低、油溫高、壓力低、電源故障、閥位丟失。 2) 閥位反饋：具有開閥到位及關(guān)閥到位狀態(tài)指示 2SPDT。 3) ESD 指示：當(dāng)有 ESD 信號(hào)時(shí)， ESD 指示燈亮。 4) 部分行程測(cè)試指示：當(dāng)進(jìn)行部分行程測(cè)試時(shí)，控制器輸 出 1SPDT 信號(hào)。 第 4 頁(yè) 第二章 電液執(zhí)行器液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 2.1 電液執(zhí)行器的基本結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng) 2.1.1 電液執(zhí)行器的基本結(jié)構(gòu) 電液執(zhí)行器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門控制機(jī)構(gòu)和蓄能器等基本機(jī)構(gòu)組成，電液執(zhí)行器的的基本結(jié)構(gòu)如圖所示： 2.1.2 電液執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1、全密封全天候防護(hù)的碳鋼外殼，裝配式結(jié)構(gòu)，堅(jiān)固可靠； 2、撥叉式機(jī)構(gòu)，以其獨(dú)特的扭矩曲線成為驅(qū)動(dòng)大部分角行程閥最理想的機(jī)械，其特點(diǎn)是為大口徑閥門提供較大的開啟扭矩； 3、導(dǎo)向桿不但能吸收撥叉機(jī)構(gòu)的橫向力，也校正了活塞桿的運(yùn)動(dòng)方向； 4、青銅的撥叉襯套和滑塊提供了極高的機(jī)械效率，并且可延長(zhǎng)使用壽命； 5、外部的行程調(diào)整螺釘，使?jié)M行程在 90 100精確可調(diào)； 6、活塞桿和導(dǎo)向桿的表面鍍鉻并經(jīng)過拋光處理，可有效的防腐和減少摩擦阻力； 7、燒結(jié)銅的導(dǎo)向塊襯套、活塞桿襯套、彈簧作用桿襯套、導(dǎo)向桿襯套上包有聚四氟乙烯，可有效地防腐和減少摩擦阻力； 8、無電鍍鎳和經(jīng)拋光處理的活塞，可有效地防腐和減少摩擦阻力； 9、聚四氟乙烯的活塞和活塞桿密封圈，安裝在 O 型圈外面以降低滯后、提高靈敏度、防止粘連問題； 10、導(dǎo)向柱的表面鍍鉻并經(jīng)過拋光處理， 可有效地防腐和減少摩擦阻力； 11、液壓缸最大壓力為 32.0MPa。 2.1.3 電液執(zhí)行器的液壓控制系統(tǒng) 1、本地 /遠(yuǎn)程控制：可以在本地或遠(yuǎn)程操作閥門開啟、關(guān)斷； 2、遠(yuǎn)程部分行程測(cè)試功能：定期進(jìn)行部分行程測(cè)試，可以防止閥門 長(zhǎng)期在全開狀態(tài)而無法關(guān)閉。 3、保位功能：閥門不動(dòng)作（閥門開關(guān)到位或故障時(shí)），自動(dòng)切斷油路保壓，保持閥門處于原位。 4、自動(dòng)保壓：在動(dòng)力電源丟失的情況下，系統(tǒng)可以保持正常工作壓力 8HRS。 第 5 頁(yè) 5、 ESD 關(guān)閥：當(dāng)控制器接收 ESD（緊急關(guān)閥）信號(hào)后，閥門緊急關(guān)斷，該信號(hào)為優(yōu)先級(jí)信號(hào)。 6、控制器輸出： 1) 綜合報(bào)警指示燈輸出 :包括液位低、油溫高、壓力低、電源故障、閥位丟失。 2) 閥位反饋：具有開閥到位及關(guān)閥到位狀態(tài)指示 2SPDT。 3) ESD 指示：當(dāng)有 ESD 信號(hào)時(shí)， ESD 指示燈亮。 4) 部分行程測(cè)試指示：當(dāng)進(jìn)行部分行程測(cè)試時(shí)，控制器輸出 1SPDT 信號(hào)。 2.2 電液執(zhí)行器的液壓系統(tǒng)原理圖 2.2.1 液壓控制原理 液壓系統(tǒng)由各液壓元件按邏輯原理組成，通過電氣信號(hào)的轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)功率的轉(zhuǎn)換，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)閥門開啟和關(guān)閉。 1、閥門開關(guān)操作 :該系統(tǒng)能夠驅(qū)動(dòng)閥門打開或關(guān)閉 及 時(shí) 保持系統(tǒng)壓力維持在正常工作范圍內(nèi)（ Mpa1614 ） ,給開閥信號(hào)時(shí)，電機(jī) /雙向泵順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)閥門打開，給關(guān) 閥信號(hào)時(shí)，電機(jī) /雙向泵逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)閥門關(guān)閉。 2、蓄能器壓力控制 : 蓄能器的壓力由壓力開關(guān)控制 ，當(dāng)蓄能器壓力低于低壓壓力設(shè)定值 Mpa14 時(shí)，電機(jī)啟泵，給蓄能器補(bǔ)壓，低壓壓力設(shè)置由壓力開關(guān)設(shè)定，當(dāng)壓力升到高壓壓力設(shè)定值 Mpa16 時(shí)，電機(jī)停止，系統(tǒng)保壓，高壓壓力設(shè)置由壓力開關(guān)設(shè)定。 3、 ESD 關(guān)閥：當(dāng)有 ESD 信號(hào)時(shí)，電磁閥得電，邏輯閥打開，蓄能器中的液壓油通過進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有桿腔，執(zhí)行機(jī)構(gòu)無桿腔中的液壓油通過回油箱，從而驅(qū)動(dòng)閥門快速關(guān)閉。 4、流量控制：由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸兩腔的流量不同，通過平衡閥可以消除由于流量不平衡而引起的振蕩和噪音。 2.2.2 液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示： 圖 2.2液壓系統(tǒng)原理圖 第 6 頁(yè) 2.2.3 液壓系統(tǒng)主要元件 1、電 機(jī)（ 21）：一臺(tái)電機(jī)，功 率為 1.5KW， 380VAC 50Hz，提供動(dòng)力； 2、液壓泵（ 20）：一臺(tái)雙向液壓泵，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)開關(guān)動(dòng)作及為蓄能器提供壓力油； 3、吸油過濾器（ 23）：粗過濾液壓油，保護(hù)液壓泵及液壓元件； 4、液位顯示器（ 25）：用于觀察油箱油液的液位，帶溫度顯示； 5、回油過濾器（ 22）：液壓系統(tǒng)回油過濾 ,保證油箱油液清潔； 6、溢流閥（ 18、 19）：保障系統(tǒng)油壓安全（出廠已經(jīng)設(shè)定好，禁止隨意調(diào)整）； 7、壓力繼電器（ 7、 8）：系統(tǒng)間歇運(yùn)行模式，設(shè)定系統(tǒng)高、低壓值； 8、壓力表及開關(guān)（ 9、 11）：可觀察系統(tǒng)的壓力； 9、 ESD 電磁閥（ 5）：控制邏輯閥通斷，使閥門在 ESD 情況下快速關(guān)斷； 10、液壓鎖（ 14）：閥門不動(dòng)作或故障時(shí)，自動(dòng)切斷油路保壓，使閥門保持原位。 11、呼吸閥（ 24）：空氣過濾作用，防止外界臟物對(duì)油箱內(nèi)油液的污染及排氣；油箱加油可旋開上蓋后進(jìn)行加油； 12、蓄能器（ 6）：儲(chǔ)存壓力油，提供足夠的壓力油用于快速關(guān)斷閥門； 13、單向閥（ 12-17）：系統(tǒng)壓力控制和隔離不同功能系統(tǒng)油路； 14、平衡閥（ 2） :平衡油缸兩腔進(jìn)出口流量，消除流量不平衡而造成的管路振蕩和 噪音 2.2.4 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.3 電液執(zhí)行器的設(shè)計(jì)參數(shù) 撥桿設(shè)定回轉(zhuǎn)角度 1000 液壓缸最大壓力 32Mpa 最大輸出力矩 15000Nm 動(dòng)作時(shí)間 ss. 120 死區(qū) 0.1% 7.0% 精度 0.15 7% 線性度 全行程的 0.05% 回差 全行程的 0.1% 輸入信號(hào) 模擬 4 20mA. DC 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 電源電壓 AC 220V/380V10% 瞬時(shí)最大電流 12A/AC 連續(xù)平穩(wěn)電流 5.5A/AC 平均功率 1.2 千瓦 第 7 頁(yè) 2.4 電液執(zhí)行器的工況分析 2.4.1 電液執(zhí)行器液壓缸工況分析 1、液壓缸所受外負(fù)載 F 主要有三種類型，即： fdfsw FFFF 12. 式中： wF ：工作負(fù)載； KNFw 2.43 fF ：回轉(zhuǎn)油缸摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力， 啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力。 靜摩擦阻力： N392196020 .fFF Nfs 動(dòng)摩擦阻力： N196196010 .fFF Nfd 式中： 20.f （靜摩擦阻力系數(shù) ) 10.f (動(dòng)摩擦阻力系數(shù) ) NF ：運(yùn)動(dòng)部件及外負(fù)載對(duì)支承面的正壓力； N19608.9200 mgF N 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值： 其中： 90.m m 液壓缸的機(jī)械效率，一般取 97090 .m 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載 ： 表 2.1 液壓缸工況分析 工況 負(fù)載組成 推力（mF ） N 啟動(dòng) fsF=F 392 開閥 fdF=F wF 43396 關(guān)閥 fdF=F wF 43396 第 8 頁(yè) 2.4.2 電液執(zhí)行器液壓缸負(fù)載和速度循環(huán)圖 液壓缸的負(fù)載和速度循環(huán)圖如圖所示： 圖 2.4 液壓缸負(fù)載循環(huán)圖 圖 2.5 液壓缸速度循環(huán)圖 第三章 電液執(zhí)行器液壓缸的計(jì)算 3.1 液壓缸的負(fù)載計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)需要，液壓缸系統(tǒng)供油為 1416Mpa，按要求選 Mpa16P ； 液壓缸最大推力的確定： 根據(jù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu) 尺寸 的需要， 初步 確定閥桿中心線與液壓桿中心線的距離，取 ： mmlOC 100 設(shè)定撥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍是 1000 ，設(shè)計(jì)要求最大扭矩為： mN15000 T ,當(dāng)撥桿處于中心位置時(shí)，即： 35 時(shí)，此時(shí)扭矩為給定值： mN4320 T ， 如圖 3.1 所示 ： KN2.431.04320DTF 1 第 9 頁(yè) 當(dāng)撥桿轉(zhuǎn)動(dòng)到最大角度時(shí)：即： 100 時(shí)， mN15000 T ，如圖 3.1 所示 mm6226365c o s100c o s .ll OCOB KN81.56264015000B3 .lTF O 此時(shí)液壓桿所受推力 為： KN01.2465c o s81.56c o s3 FF 當(dāng)撥桿轉(zhuǎn)動(dòng)到最大角度時(shí)：即： 0 時(shí)，此時(shí)扭矩為給定值： mN11000 T ， 如圖 3.1 所示 mm07.1 2235c os1 00c osA ll OCOKN16.90122011000A2 .lTF O 此時(shí)液壓桿所受 推力為： KN85.7335c o s16.90c o s2 FF 液壓桿所受推力范圍是： KN85.734 . 0 1 K N2 F 確定液壓缸的液壓缸的最大推力為： KN85.73F 所以 當(dāng)撥桿在 1000 范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液壓桿的行程為： mm027035t a n100t a n .ll OCAC mm4521465t a n100t a n .ll OCBC mm47284452140270 .lll BCACAB 取 ： mm300L 第 10 頁(yè) 圖 3.1 液壓缸受力分析 3.2 液壓缸 缸筒的確定 3.2.1 缸筒的的選擇 1、 連接型式的選擇： 設(shè)計(jì)參數(shù)給出液壓缸的額定壓力為 16Mpa,考慮到液壓缸的用途和使用環(huán)境因素，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取液壓缸筒的連接型式為法蘭連接，其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工、易裝卸。 2、 材料的選擇： 液壓缸筒材料的選擇應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，根據(jù)設(shè)計(jì)所給出的液壓缸參數(shù)和用途，材料選擇 45 鋼，液壓缸缸筒選用無縫鋼管，則材料的力學(xué)性能為： Mpa610b ； Mpa350s 。 3.2.2 缸筒的計(jì)算 1、 液壓缸 缸筒 內(nèi)徑 D 的確定： 根據(jù) 3.1 計(jì)算可知， 液壓缸 工作最大負(fù)載 KN85.73F ，工作壓力 Mpa16P 。 第 11 頁(yè) 可得： mm67.7610167 3 8 5 044 6 PFD由文獻(xiàn) 821-312 表 21-6-38 可知 ： mm80D 2、 缸筒壁厚的確定： 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布材料規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 本設(shè)計(jì)按照薄壁 缸筒 設(shè)計(jì)， 材料為無縫鋼管， 其壁厚按薄壁 缸筒 公式計(jì)算為： pDP 2max 23. 最高允許壓力一般是額定壓力的 1.5 倍，根據(jù)給定參數(shù) P=16Mpa pp pppp 5.1)5.125.1( m a xm a x ，?。?M Papy 24165.1 ； n bp； p 為缸筒材料的許用應(yīng)力， n 為安全系數(shù)，通常取 n=5. M p a1255610 n bp； 代入式 23. 則 mm12.51252 8016 ， 為保證選取的壁厚安全，所以選取壁厚： mm8 。 3、 缸筒壁厚驗(yàn)算 對(duì)于液壓缸 缸筒 的 壁厚 要進(jìn)行驗(yàn)算，液壓缸缸筒的壁厚為： mm8 ，則液壓缸 缸筒外徑 為 ： mmDD 96828021 ； 為保證工作安全， 額定壓力 PN 應(yīng)低于一定極限值， 所以： M p a.D DD.PN s 7.371 1 6 80963 6 035035022221221 顯然 工作 壓力 Mpa16P ，工作壓力低于極限壓力，所以壁厚 mm8 滿足條件 。 第 12 頁(yè) 4、 缸筒底部厚度的確定： 缸筒底部為平面時(shí)，其厚度 1 可以按照四周嵌住的圓盤強(qiáng)度公式進(jìn)行近似的計(jì)算： m015012516096043304330 11 .ppD. ， p 筒內(nèi)最大工作壓力， Mpa p 筒底材料許用應(yīng)力， Mpa ，其選用方法與上述缸筒厚度計(jì)算相同 1D 計(jì)算厚度外直徑， m 所以： mm151 5、 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部的長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑 D 的 20-30 倍。 即：缸體內(nèi)部長(zhǎng)度 mm37070300 缸體長(zhǎng)度 mm2 4 0 01 6 0 08 0 030203020 D mm 即取缸體長(zhǎng)度為 500mm 3.3 液壓缸 活塞桿的確定 3.3.1 活塞的選擇 活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，它與缸的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動(dòng)配合表面；間隙過大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要 求的設(shè)計(jì)性能。 1、活塞的結(jié)構(gòu)型式 根據(jù)活塞密封裝置型式來選用活塞結(jié)構(gòu)型式（密封裝置則按工作條件選定）。通常分為整體活塞和組合活塞兩類。 整體活塞在活塞圓周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但給活塞的加工帶來困難，密封圈安裝時(shí)也容易拉傷和扭曲。組合活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要由密封型式?jīng)Q定。組合活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長(zhǎng)。隨著耐磨的導(dǎo)向環(huán)的大量使用，多數(shù)密封圈 第 13 頁(yè) 與導(dǎo)向環(huán)聯(lián)合使用，大大降低了活塞的加工成本。 根據(jù)設(shè)計(jì)需要，活塞桿的結(jié)構(gòu)型式采用整體活塞，同時(shí)采用 O 型密封圈密封。 2、活塞與活塞桿的連接型式 活塞 與活塞桿連接有多種型式，所有型式均需有鎖緊措施，以防止工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而松開。同時(shí)在活塞與活塞之間需設(shè)置靜密封。 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要， 本設(shè)計(jì)采用軸套型的連接方式。 3、活塞的密封結(jié)構(gòu) 通過設(shè)計(jì)需要以及對(duì)結(jié)構(gòu)的分析，活塞的密封方式采用 O 型密封圈 ，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）密封部位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝部位緊湊，重量較輕； 2）有自密封作用，往往只用 一個(gè) 密封件 便能完成密封； 3）密封性能較好，用作靜密封時(shí)幾乎可以做到?jīng)]有泄露； 4）運(yùn)動(dòng)摩擦阻力很小，對(duì)于壓力交變的場(chǎng)合也能適應(yīng)； 5）尺寸和 溝槽 已標(biāo)準(zhǔn)化，成本低，便于使用和外購(gòu)。 4、活塞材料 活塞桿為 無 導(dǎo)向環(huán)活塞，所以材料采用 45 鋼。 3.3.2 活塞桿的計(jì)算 1、 活塞桿結(jié)構(gòu) 活塞桿的桿體選擇實(shí)心桿，活塞桿的外端頭部與載荷的拖動(dòng) 機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作中產(chǎn)生偏心承載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，根據(jù)液壓缸的具體工作要求，確定活塞桿的桿頭連接型式為大螺栓頭連接。 2、 活塞桿材料的選擇 一般用中碳鋼（ 45 鋼）調(diào)制處理，對(duì)活塞桿通常要求淬火，淬火深度一般要求0.51mm,或活塞桿直徑每毫米淬深 0.03mm。 3、 活塞桿直徑的計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求液壓缸伸出和退回的時(shí)間相同，液壓桿從零位運(yùn)動(dòng)到最大行程位置所需時(shí)間為和從最大行程運(yùn)動(dòng)到零位所需時(shí)間均為 10s,則 : s.tLv m03.010 30 對(duì)于雙作用單邊活塞桿液壓缸，其活塞桿直徑 d 可根據(jù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速比 （即面積比）來確定：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 21-290 表 21-6-16 可知速比 2 ，可得： 第 14 頁(yè) mm562 12801 Dd 查 參考文獻(xiàn) 8,21-312 表 21-6-38： 可得 mm56d 4、 活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算 活塞桿在穩(wěn)定工況下，如果只受軸向推力或拉力，可以近似地用直桿承受拉壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： )M p a(41026pdF - 33. 式中： F 活塞桿作用力， N d 活塞桿直徑， m p 材料的許用應(yīng)力，無縫鋼管 M pa110100 p 代入式 33. 中： p.dF - M p a98290560410738504102626 3.3.3 活塞桿的導(dǎo)向套、密封裝置、和防塵圈 活塞桿的導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封，外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。當(dāng)導(dǎo)向套采用非常耐磨材料時(shí)，其內(nèi)圈還可裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用作活塞桿的導(dǎo)向