1967_小型氣動壓力機的設(shè)計

1967_小型氣動壓力機的設(shè)計,小型,氣動壓力機,設(shè)計 單位代碼 6030 學　　號 080105508 分 類 號 TH 密 級 秘密 氣 動 技 術(shù)外 文 文 獻院 （ 系 ） 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 王蘊寒指 導 教 師 李 長 詩2012 年 3 月 16 日摘要：一個典型的燃氣渦輪機的結(jié)構(gòu)建模與分析系統(tǒng)。這種方法已應(yīng)用到系統(tǒng)和子系統(tǒng)，這是一個典型的氣體的組成部分渦輪系統(tǒng)。由于燃氣輪機系統(tǒng)的性能測量流體流動的能量轉(zhuǎn)換方面在其各種組件和部件，等子系統(tǒng)的性能影響整體燃氣輪機系統(tǒng)的性能。企圖有已作出相關(guān)等子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性整體燃氣輪機系統(tǒng)的功能圖論方法評價。特征在系統(tǒng)水平以及子系統(tǒng)方程水平已關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的各種因素的影響其性能。一個永久功能已經(jīng)提出了一個功能模型燃氣渦輪機系統(tǒng)，從而進一步導致選擇，燃氣渦輪機的識別和優(yōu)化評價系統(tǒng)。關(guān)鍵詞系統(tǒng)建模，燃氣輪機系統(tǒng)評估，圖論方法1 引言用于發(fā)電的燃氣渦輪機的使用增加，近年來，并有可能繼續(xù)增加未來。目前，燃氣渦輪機系統(tǒng)的需求發(fā)電[1,2]以上的帳戶 50％的世界市場上的火電廠。氣[3]聯(lián)合循環(huán)汽輪機系統(tǒng)工作廣泛取代了由于蒸汽發(fā)電廠的需求其相對較低的資本成本，縮短建造導致時間和環(huán)境法律法規(guī)。在氣渦輪機系統(tǒng)，供電單位，組成一個燃燒室和輪機，壓縮機，被視為是系統(tǒng)的心臟。的表現(xiàn)供電單位，直接影響整個性能發(fā)電系統(tǒng)。各種支持系統(tǒng)，如空氣霧化系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，冷卻水;系統(tǒng)，消防系統(tǒng)等，隨著控制系統(tǒng)，在執(zhí)政的最佳匹配在一個典型的電源供電單位的性能代環(huán)境。許多研究已進行了設(shè)計和性能有關(guān)的戰(zhàn)略分析火電廠的子系統(tǒng)。質(zhì)量[4]已評估使用的火力發(fā)電廠圖確定相互作用的理論方法其中的關(guān)鍵，但沖突的參數(shù)。類似研究已經(jīng)進行了實時的可靠性指數(shù)評價[5]和實時的商業(yè)可用性指數(shù)評價[6] 蒸汽發(fā)電廠。 “系統(tǒng)建模[7]和維護策略[8]煤基電廠也已完成過去使用的子系統(tǒng)研究。一個顯著進度已超過適應(yīng)性觀察全球在發(fā)電行業(yè)的燃氣渦輪機系統(tǒng)。一基于典型的燃氣輪機發(fā)電裝置的操作在印度已經(jīng)顯示出圖。 1。對于燃氣渦輪機系統(tǒng)，一些研究人員燃氣輪機的改進工作系統(tǒng)的效率[9]考慮優(yōu)化在現(xiàn)有的系統(tǒng)或使用的各種參數(shù)與先進的技術(shù)力量增強[10] ，氮氧化物控制或安全標準。熱力學這種系統(tǒng)的性能方面已支付注意顯著。熱力學分析[11,12]在能源和火用分析方面已作出預測在這樣的系統(tǒng)的能源利用率。性能這種燃輪機系統(tǒng)[13]優(yōu)化一直計算，減少燃料消耗方面受約束的具體推力和渦輪葉片溫度條件。各種先進的燃氣輪機 周期[14]也被批判地分析和 采取熱力學充分利用相比 系統(tǒng)的特點。然而，任何研究 燃氣渦輪機作為一個整體的建模和分析系統(tǒng) 其子在性能方面的基礎(chǔ)上 相互依賴的屬性或性能變量 這些子系統(tǒng)仍是未知數(shù)。 燃氣輪機系統(tǒng)的性能主要是 在其結(jié)構(gòu)配置方面的代表， 功能的關(guān)系，其子和 其控制系統(tǒng)的響應(yīng)特性?！?在結(jié)構(gòu)配置可以代表 機械聯(lián)系，聯(lián)系人，性質(zhì)和材料的類型 集會。然而，一旦初步燃氣輪機 系統(tǒng)的設(shè)計得到的性能結(jié)果 經(jīng)營周期，注意的是要支付功能 各種子組件之間的關(guān)系和 控制系統(tǒng)的響應(yīng)。的表現(xiàn) 各子系統(tǒng)再根據(jù)其設(shè)計功能。 各種支持系統(tǒng)的設(shè)計也有助于 顯著達到預期的業(yè)績成果 也就是說，熱效率，可靠性，業(yè)務(wù) ，這種燃氣輪機系統(tǒng)的靈活性等。 在本論文中，已作出努力，開發(fā)出 典型燃氣輪機系統(tǒng)的數(shù)學模型 其各個子系統(tǒng)的功能關(guān)系的條款 流體流動的路徑，即空氣，燃油和排氣。 如有必要，結(jié)構(gòu)性的聯(lián)系和 控制系統(tǒng)的反應(yīng)已考慮 各種連接和關(guān)聯(lián)分析 子系統(tǒng)。像這樣系統(tǒng)的制造 通用電氣[15]，巴拉特重型電氣有限公司 India1）和控制系統(tǒng)開發(fā)，如 petrotech2）提供了廣闊的文學有關(guān) 性能和變陣，制造和裝配 這種燃氣輪機系統(tǒng)控制功能 分別。 [16]已被用于圖論 了解和分析整個燃氣輪機系統(tǒng) 其子或子系統(tǒng)水平。這 技術(shù)已成功地應(yīng)用于 發(fā)展其他工程的數(shù)學模型 狀結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)[17]和熱力循環(huán) [18]等在過去。這個程序允許分析 這種復雜的燃氣輪機系統(tǒng)和合成 多少緩解相比其他替代技術(shù) 在文學。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模燃氣輪機 單位 對于燃氣輪機單位，體系結(jié)構(gòu)建模 系統(tǒng)為藍本的基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)和功能 燃氣輪機的各個子系統(tǒng)之間的關(guān)系 大會分析了沿流動方向，包括空氣， 液體燃料流量，氣體燃料流量和燃燒氣體 包括冷卻和潤滑介質(zhì)。以 發(fā)展的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的數(shù)學模型 除渦輪子系統(tǒng)和功能的關(guān)系， 燃氣輪機系統(tǒng)建模成 14 子系統(tǒng)： 1）進氣口系統(tǒng); 2）供電單元系 統(tǒng); 3）氣體燃料系統(tǒng); 4）液體燃料系統(tǒng); 5）啟動和驅(qū)動系統(tǒng); 6）氮氧化物減排系統(tǒng); 7）水清洗系統(tǒng); 8）外殼及通風系統(tǒng); 9）消防系統(tǒng); 10）排氣系統(tǒng); 圖 1 查看燃氣輪機電站 1）BHEL 燃氣輪機支持系統(tǒng)。 ESCI 講稿，電力 和能源司， 2009 年 7 月 2）產(chǎn)品公告 94091，94023。 http://www.petrotechinc.com/ 58 接待。能源 2012 年，6（1）：57-79 11）潤滑系統(tǒng); 12）水冷卻系統(tǒng); 13）霧化空氣系統(tǒng); 14）控制系統(tǒng)。 上述子系統(tǒng)直接或間接貢獻 燃氣輪機系統(tǒng)和具體的成果，也 與功能關(guān)系的不同程度的相互依存的。 2.1 中一：進氣子系統(tǒng) 進氣口子系統(tǒng)，如圖所示。 2，包括 以下內(nèi)容： 1）環(huán)境空氣進入過濾器的車廂，然后 壓縮機進全會將通過管道， 消音器，內(nèi)襯彎頭，過渡件。 2）反向流動的壓縮機排氣 抽水到過濾室，清潔過濾器 段的間歇性。 3）為了提高燃氣輪機的功率增強 系統(tǒng)通過進氣冷卻系統(tǒng)，制冷機線圈 來電過濾空氣冷卻，以減少空氣溫度 在進口壓縮機。 4）由于燃氣輪機系統(tǒng)設(shè)計 所有的天氣條件下，防冰功能也 注冊成立。含入口加熱防冰模塊 多方面的，通過經(jīng)營過濾器室 控制閥是安裝在壓縮機排氣線 錄取分數(shù)過濾進氣系統(tǒng)車廂。 在系統(tǒng)的拆分的捶打屏幕保護對 攝入冰以及鞭笞。此外，壓力開關(guān) 表示一個令人震驚的局勢受控啟動 關(guān)閉入口系統(tǒng)壓降時達到 預定的水平。 2.2 S2：供電單位子系統(tǒng) 供電單位，最重要的子系統(tǒng) 燃氣渦輪機系統(tǒng)，包括一個集成模塊 壓縮機，燃燒室和渦輪機組， 負責的節(jié)能改造 燃氣輪機系統(tǒng)所需的結(jié)果。在目前的 情況下，一個 17 級軸流壓氣機，再加上與 3 - 可以燃燒階段軸流式燃氣輪機通過環(huán) 裝配動力增強和氮氧化物的規(guī)定 減排系統(tǒng)。供電單位子系統(tǒng)， 演示圖。 3，包括以下內(nèi)容： 1）從入口全會的空氣進入壓縮機 通過可變進氣導片（IGVs）到第一 遠期階段組裝輪配合刀片安裝 短軸。 2）經(jīng)過壓縮的空氣在第 1 至第 4 階段 級聯(lián)（車輪彼此綁通過連接螺栓） ， 在第五屆提取空氣中的一小部分通過擴展端口 這是所有軸承組件的冷卻階段密封件，壓縮機，包括車輪輪組件在燃氣輪機和重新連接到渦輪和墊片通過渦輪排氣框架為主線，以用盡燃氣輪機排氣擴散。3）在第五階段的壓縮空氣進一步指示通過刀片級聯(lián)之間的第 5 和第 10 階段壓縮機。定子葉片安裝在船尾外殼轉(zhuǎn)子輪領(lǐng)帶狂奔。一個是空氣中的分數(shù)從擴展端口再次提取 11 期脈動控制在啟動和關(guān)閉燃氣渦輪機。沒有流血允許這種擴張圖 3 動力裝置子系統(tǒng)示意圖 60 接待。能源 2012 年，6（1）：57-79 在其他時間操作的端口。4）在第 11 階段的出口壓縮空氣進一步錄取階段 11 日至 17 級梯級大會再次提取其中的一小部分到第 17 賽段前通過擴展端口，用于冷卻渦輪機第一第二階段水桶和轉(zhuǎn)子輪位。空氣再次承認用盡空氣通過排氣擴燃氣渦輪機。5）從壓縮機排出空氣摘錄被送入流量套在燃燒包裝燃燒室。一個相同的分數(shù)也被用來液體燃料的霧化空氣，防冰機制在進風系統(tǒng)，扭轉(zhuǎn)從流除塵在進氣口系統(tǒng)的過濾器，冷卻第一階段整流罩和第二階段的燃氣渦輪機的噴嘴冷卻?？諝夥謹?shù)要求的除塵和防冰機制，整個冷卻空氣再次被送入渦輪排氣排氣全會通過排氣擴燃氣渦輪機。6）蒸汽從蒸汽噴射子系統(tǒng)也承認壓縮空氣放電電源線隆胸和氮氧化物的排放降低。分數(shù)（即近 10％）的壓縮空氣進入開槽燃燒襯帽區(qū)，冷卻區(qū)的 20％-30％進入燃燒班輪，其余的稀釋區(qū)提供足夠的空氣完全燃燒條件。7）在燃燒班輪互動的地方組成的氣體燃料霧化噴霧和霧化通過決斗燃油噴嘴裝配和液體燃料產(chǎn)品燃燒熱值高的進步通過不同區(qū)域的燃燒班輪水輪機進水噴嘴葉片。熱氣提前通過在生產(chǎn)渦輪葉柵輸出工作傳動軸的旋轉(zhuǎn)運動，可進一步可取的形式，如工作或電源轉(zhuǎn)換電力。8）其他空中分數(shù)也加入這主要廢氣線在出口截面渦輪。2.3 S3 的氣體燃料子系統(tǒng)氣體燃料子系統(tǒng)，顯示圖。 4，包括以下內(nèi)容：1）氣體燃料進入高速比例閥和墊款氣體燃料，通過燃氣截止閥控制閥。每個閥門有其自己的特定功能的氣體燃料流量。2）氣體燃料進入氣體燃料測量裝置其中的壓力和溫度的氣體燃料流通過控制輸入/輸出單元測量面板相同的子系統(tǒng)和信號傳送到進行必要的控制面板單位執(zhí)行器流動的糾正措施。3）測量氣體燃料進入氣體燃料的攝入量雙燃料噴嘴組件安裝在歧管燃燒室外殼組裝。2.4 S4：液體燃料子系統(tǒng)液體燃料子系統(tǒng)，如在圖展出。 5，包括以下內(nèi)容：1）液體燃料送入燃料空調(diào)機組從燃油泵，以消除在污染液體燃料。2）空調(diào)的燃料送入燃料泵通過燃油截止閥。旁路行還提供了跨燃油泵。3）這種燃料被送入流量測量裝置，交互與控制的輸入輸出單元參考面板進行整改值的壓力，溫度，壓力下降，溫度降，等。4）出口燃料是從流量測量裝置通過減噪提供選擇閥總成，因此，每個 CAN 燃燒室提供平等的燃料流量在所有這些噴嘴均勻燃燒燃燒室。5）燃料選擇閥總成送入雙燃料噴嘴，進氣歧管安裝在燃燒室的裝配。液體燃料子系統(tǒng)的示意圖所示圖 5。2.5 五：啟動和驅(qū)動器子系統(tǒng)啟動和驅(qū)動器子系統(tǒng)，如在圖。 6，包括以下內(nèi)容：1）電源驅(qū)動器與液力變矩器異步電動機的幫助。變矩器提供通過燃氣輪機驅(qū)動裝置的起動轉(zhuǎn)矩附件盒以上的速度之旅大會和顎離合器。2）附件齒輪箱 enhouses 的驅(qū)動單元駕駛?cè)細廨啓C功率驅(qū)動單元軸 1 和 2。 “反過來支持 2 軸軸驅(qū)動系統(tǒng)集成 3A，3B 和 4 通過齒輪嚙合（兩端駕駛） 。這些軸集成驅(qū)動的傳動裝置總成圖 6 示意圖啟動和驅(qū)動器子系統(tǒng) 62 接待。能源2012 年，6（1）：57-79 燃油泵，霧化，高壓空氣壓縮機水力泵，潤滑油泵，分別。3）交流電源還提供了動力像所有的排氣風扇冗余設(shè)備，電機，雜項水泵在燃氣渦輪電路。2.6 六：氮氧化物減排子系統(tǒng)雖然燃氣渦輪機低排放的廢氣污染物，嚴格的限制規(guī)定由法定法規(guī)有必要減少水平某些污染物，特別是氮氧化物。注蒸汽系統(tǒng)被認為是“氮氧化物減排技術(shù)通過在現(xiàn)有的制度。 NOx 的子系統(tǒng)，描繪圖。 7，包括以下內(nèi)容：1）蒸汽產(chǎn)生的余熱蒸汽發(fā)生器（HRSG）部分安裝在排氣子系統(tǒng)被送入氣動控制電磁通過控制蒸汽計量口截止閥過濾網(wǎng)。2）截止閥打開允許蒸汽噴射流量和流時，系統(tǒng)是不是關(guān)閉的閉合經(jīng)營或跳閘。3）下游側(cè)排水閥可加熱蒸汽在壓縮機排氣線錄取前流量控制閥，調(diào)節(jié)蒸汽流量，接收信號的輸入輸出單元控制子系統(tǒng)。4）空調(diào)的蒸汽被送入壓縮機放電行或直接進入主燃燒區(qū)燃燒室。2.7 七：水洗子系統(tǒng)清水洗凈子系統(tǒng)包括以下內(nèi)容：1）水洗子系統(tǒng)涉及的流程如用熱水振鈴壓縮機，混合洗滌劑與水在適當?shù)谋群妥⑸淦春笞畛醯膲嚎s機，浸泡，隨后漂洗壓縮機。2）在水洗，保存在燃氣輪機起動模式。3）水被排出的燃氣渦輪機系統(tǒng)泄油口和排氣全會通過的。清水洗凈子系統(tǒng)的示意圖所示圖 8。2.8 S8 的外殼和通風子系統(tǒng)外殼和通風子系統(tǒng)，所示圖 9，包括以下內(nèi)容：1）三個即附件單獨罩肯 - 圖 7 示意圖（注蒸汽）的氮氧化物減排子系統(tǒng)圖。 8 水洗子系統(tǒng)示意圖納雷什·亞達夫等。 63 一個典型的燃氣渦輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型MENT，燃氣輪機機組艙和負載的齒輪車廂環(huán)境空氣入口的規(guī)定以及過濾空氣入口和排氣。2）排氣風扇安裝在每節(jié)車廂吸從車廂內(nèi)的空氣進氣口的窗戶，通風口他們通過出風口部分的空氣。3）這些發(fā)泄球迷表現(xiàn)在冗余通過使用單獨的電源子系統(tǒng)和運行并確保最低數(shù)量和空氣變化通風子系統(tǒng)控制音量。4）燃油泄漏的氣體從液體燃料子系統(tǒng)和氣體燃料子系統(tǒng)也遞過來的廢氣，這些發(fā)泄球迷。2.9 S9 的消防子系統(tǒng)防火子系統(tǒng)，圖中顯示。 10，包括以下內(nèi)容：1）溫升探測器的信號發(fā)送到設(shè)備的控制面板，進一步驅(qū)動控制閥在附件艙，氣體二氧化碳的釋放渦輪室和負荷齒輪車廂。2）CO2 氣體流量控制和供應(yīng)銀行水浸為分離管道的 CO2 瓶以及延長放電三個車廂。3）最低 CO2 流量也保持在車廂在操作過程中的防火滅火的目的。2.10 S10 的排氣子系統(tǒng)排氣子系統(tǒng)，如圖所述。 11 日，由以下內(nèi)容：1）廢氣渦輪收到用盡彌漫燃氣輪機的廢氣中全會單位。2）這些廢氣的進一步流動控制使用斷頭臺阻尼器或轉(zhuǎn)向器阻尼器作為這些氣體飛走了通過控制或分流阻尼器或直接堆疊被送入余熱鍋爐的單位，通過了斷頭臺阻尼器。3）在余熱鍋爐的單位，排氣熱能氣體是利用水蒸汽生產(chǎn)通過間接收到從蒸汽動力循環(huán)加熱過程。4）蒸汽送入汽輪機組，這些廢氣的熱能利用生產(chǎn)權(quán)力運行的發(fā)電機。這項工作的一部分蒸汽送入壓縮機進口電力擴增和限制在燃氣渦輪機組的氮氧化物。5）這些廢氣，釋放自己的能量后水，允許飛通過管單位開放的氣氛。2.11 的 S11：潤滑子系統(tǒng)潤滑子系統(tǒng)，如圖。 12，包括以下內(nèi)容：1）主潤滑油 泵附件軸驅(qū)動 4，由交流電機驅(qū)動的輔助潤滑油泵和緊急潤滑油泵由直流電動機驅(qū)動通過從潤滑油過濾器，調(diào)節(jié)潤滑油的流動水庫潤滑油軸承，密封件，嚙合的燃氣輪機電路。2）壓力和溫度測量裝置通過控制面板控制潤滑油流響應(yīng)。3）電路完成后，潤滑油被排出足夠大的潤滑油潤滑油水庫油流在保留其潤滑性能。2.12 S12 的水冷卻子系統(tǒng)水冷卻子系統(tǒng)，如圖所示。 13，包括以下內(nèi)容：1）從水源水的條件通過過濾和 deionising 的的單位。2）空調(diào)水通過分發(fā)冷卻器，尤其是潤滑油冷卻器和霧化空氣使用三種方式旁通閥控制冷卻器。3）冷卻水進一步冷卻，要么一個開放的系統(tǒng)冷卻塔或工業(yè)型在一個封閉的水 - 空氣式熱交換作業(yè)循環(huán)。6 方法的燃氣渦輪機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法基于圖論的第 2-5 所述的建模和矩陣方法總結(jié)如下：1）確定的燃氣渦輪機系統(tǒng)，并分析其在葉輪機械的類型配置使用，特別的安排，要使用燃料的性質(zhì)，材料建筑，空氣和燃料，包括流道排氣，特別規(guī)定，如進氣冷卻方法熱回收安排等2）開發(fā)的組成結(jié)構(gòu)拓撲空氣/燃料或廢氣交互的部件或子系統(tǒng)流量所需的氣體的性能在宏觀層面以及渦輪系統(tǒng)微觀層面。3）獲取在上述功能的關(guān)系確定用氣結(jié)構(gòu)拓撲的子系統(tǒng)渦輪系統(tǒng)和開發(fā)系統(tǒng)的功能有向圖使用子系統(tǒng)之間的相互作用。 “子系統(tǒng)將被作為節(jié)點和代表相互作用的邊緣被視為代表。4）開發(fā)的廣義系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變量永久使用的概念以上的有向圖的矩陣圖論和代表為永久功能在多項式的形式相同。5）評估的對角線功能/價值元素和系統(tǒng)的非對角線元素子系統(tǒng)的繼承層次的基礎(chǔ)上矩陣這些子系統(tǒng)相互依存水平造成的燃氣渦輪機的性能結(jié)果系統(tǒng)。各子系統(tǒng)之間的相互作用的價值觀燃氣輪機系統(tǒng)通過分析可以得到相互作用的類型，子系統(tǒng)的功能限制等這些子系統(tǒng)的繼承水平可以計算以及可能使用的貢獻妥協(xié)的子系統(tǒng)使用的限制。第一步是重復子子系統(tǒng)級的組件精確分析的繼承和相互依存的平水平的屬性，氣體子系統(tǒng)渦輪系統(tǒng)。4 計算：一個給定的永久函數(shù)值燃氣渦輪系統(tǒng)使用有關(guān)的準確信息繼承水平以及相互依賴程度屬性/個子系統(tǒng)，也可用于對進一步改善決策水平子系統(tǒng)或氣體的子子系統(tǒng)水平渦輪系統(tǒng)。通過這種方法已在目前的紙張制定完整的多項永久一個典型的燃氣渦輪機系統(tǒng)的功能。努力正在進行進一步計算性能分析從不同的角度的燃氣渦輪機系統(tǒng)。5 結(jié)論：燃氣輪機系統(tǒng)的理論模型圖本文提出的代表結(jié)構(gòu)信息包括其子系統(tǒng)，子子系統(tǒng)的組件級別。使用這種方法，一個真正的生活用氣渦輪系統(tǒng)由 17 級軸流式壓縮機，環(huán)燃燒室 3 級軸流式水輪機有框圖的形式在被模仿子系統(tǒng)水平和圖論表示作為典型的渦輪系統(tǒng)。永久的功能燃氣輪機系統(tǒng)代表的特點所有的組合，它的子系統(tǒng)。這些組合形成強大的工具，為氣體的結(jié)構(gòu)模型渦輪機系統(tǒng)。作者所知，這已采用本文為首次這種燃氣輪機系統(tǒng)。這種方法是靈活適應(yīng)任何設(shè)計或性能變化這種典型的系統(tǒng)。此方法可進一步用于最佳選擇，標準為基礎(chǔ)的決策燃氣輪機系統(tǒng)，測試和敏感性分析通過對發(fā)達國家的永久性的功能評價燃氣渦輪機的有向圖和矩陣表示系統(tǒng)。...單位代碼 6030 學　　號 080105508 分 類 號 TH 密 級 秘密 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )小型氣動壓力機的設(shè)計院 （ 系 ） 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 王蘊寒指 導 教 師 李 長 詩2012 年 3 月 16 日 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 I 頁小型氣動壓力機摘要小型號的氣動壓力機，適用于軸類零件，型材的校正和軸套類零件的壓裝。它采用手腳聯(lián)動操作，通過電動機帶動氣壓泵向主油路供氣，通過溢流閥，手動換向閥等控制閥對氣壓系統(tǒng)進行調(diào)壓換向，以達到各種工作狀態(tài)。該氣壓機結(jié)構(gòu)緊湊，動作靈敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，壓力和行程可在規(guī)定的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，操作簡單。在本設(shè)計中，通過查閱大量文獻資料，設(shè)計了液壓缸的尺寸，擬訂了液壓原理圖。按壓力和流量的大小選擇了液壓泵，電動機，控制閥，過濾器等氣壓元件和輔助元件。關(guān)鍵詞：氣壓機；氣壓系統(tǒng)；調(diào)速往返路 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 II 頁Small pneumatic pressesAbstractSingle-column adjusting press-assembly hydraulic press is a versatile and the machine parts shall apply to the class, type the correct and the kind of parts of the press. It adopted and winding, by hydraulic motor drives the pump to the principaloil supply, the overflow from the valve stem control valve manual crossover wait for the hydraulic system to a regulated pressure crossover to achieve the state.The hydraulic compact structure, sensitive, speed, energy consumption, low noise, and journeys are within the prescribed scope of any regulation, a simple operation. in the design of information and evidence by reference to design the size of the jug, the drafting of a schematic diagram. by hydraulic pressure and flow of the size of a hydraulic motor pump, filters, etc, control valve, hydraulic components and auxiliary units.Key words：Hydraulic press；Hydraulic system；Velocity circuit 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 III 頁I 緒論 ..............................................................11.1 課題背景 ......................................................11.2 發(fā)展趨勢 ......................................................11.3 研究意義 ......................................................12.氣壓機的設(shè)計及參數(shù)選擇 ............................................23 工況分析 ..........................................................33.1 動力（負載）分析及負載循環(huán)圖 ..................................33.1.1 摩擦負載 ...................................................33.1.2 慣性負載 ...................................................33.1.3 工作負載 ...................................................43.1.4 負載循環(huán)圖 .................................................43.2 運動分析及運動循環(huán)圖 ..........................................43.2.1 位移循環(huán)圖 .................................................44.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) ..............................................54.1 確定液壓缸幾何尺寸 ............................................54.2 計算氣壓缸所需流量 ............................................74.3 計算系統(tǒng)所需的壓力 ............................................74.4 繪制沖壓機主缸工況圖 ..........................................74.5 氣壓缸主要零件的結(jié)構(gòu)材料及技術(shù)要求 ............................94.5.1 氣壓缸的基本參數(shù) ...........................................94.5.2 氣壓缸的類型和安裝方式 .....................................94.5.3 氣壓缸的主要零件及技術(shù)要求 .................................94.6 氣壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算 .........................................104.6.1 計算氣壓缸的厚度 ..........................................104.6.2 氣壓缸油口的計算 ..........................................114.6.3 缸底厚度的計算 ............................................114.7 氣壓缸的校核 .................................................114.7.1 氣壓缸中背壓力的校核 ......................................124.7.2 活塞桿的校核 ..............................................125 擬訂氣壓原理圖 ...................................................126 氣壓元件的選擇 ...................................................136.1 氣壓泵的選擇 .................................................136.1.1.確定泵的最大工作壓力 .....................................146.1.2 確定氣壓泵的流量 ..........................................146.1.3 選擇氣壓泵的規(guī)格 ..........................................146.1.4 確定驅(qū)動氣壓缸的功率 ......................................146.2 電動機的選擇 .................................................156.3 控制閥的選擇 .................................................156.4 管道（導管）的選擇 ...........................................166.6 聯(lián)軸器的設(shè)計 .................................................16 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 IV 頁7 氣壓系統(tǒng)的性能驗算 ...............................................177.1 管路系統(tǒng)壓力損失 .............................................177.2 氣壓沖擊的計算 ...............................................177.3 氣壓系統(tǒng)熱分析 ...............................................187.3.1 氣壓泵功率損失產(chǎn)生的熱流量（熱量） ........................187.3.2 氣壓系統(tǒng)的散熱計算 ........................................188 限程裝置的設(shè)計 ...................................................199 機架的設(shè)計 .......................................................209.1 機架材料的選擇 ...............................................209.2 肋的作用 .....................................................2110 氣壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 ............................................2110.1 氣壓系統(tǒng)的安裝 ..............................................2110.1.1 安裝前的準備工作 .........................................2110.1.2 管子加工 .................................................2110.2 氣壓系統(tǒng)的調(diào)試 ..............................................2210.2.1 調(diào)試前的檢查 .............................................2210.2.2 啟動氣壓泵 ...............................................2210.2.3 系統(tǒng)排氣 .................................................2210.2.4 系統(tǒng)耐壓實驗 .............................................2210.2.5 負載試車 .................................................22參考文獻 ...........................................................24致謝 ...............................................................25 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁緒論1.1 課題背景氣壓傳動開始應(yīng)用于十八世紀末，但在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用的時間比較短。有大幅度的發(fā)展也就在近 50 年。因此，與其它傳動方式比還是一項年輕的技術(shù)。當今液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于工程機械、起重運輸、冶金工業(yè)、農(nóng)用機械，輕工業(yè)和機床工業(yè)。隨著氣壓技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓技術(shù)也廣泛應(yīng)用在高科技高精度的行業(yè)，如機床行業(yè)。它能代替人們一部分頻繁而笨重的勞動，能在條件惡劣的環(huán)境中工作。特別在數(shù)控機床這類要求精度較高的領(lǐng)域有著不可代替的作用，出現(xiàn)了液壓傳動的自動化機床，組合機床和自動生產(chǎn)線等。在國防工業(yè)中，如飛機，坦克、火炮等都普遍采用了氣壓傳動裝置和液壓控制裝置。1.2 發(fā)展趨勢當今研究的主要內(nèi)容是高壓粘性流體在密閉容器中流動規(guī)律和系統(tǒng)中承受高壓的粘性流體的運動規(guī)律。氣壓壓系統(tǒng)有著獨特的優(yōu)勢。其有著體積小，重量輕，可實現(xiàn)無級變速，運動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，工作壽命長，液壓元件易于通用化、標準化、系列化的特點。基于以上優(yōu)點，處于新興技術(shù)的液壓系統(tǒng)在近些年得到了大幅度的發(fā)展，還有著廣泛的發(fā)展空間。它正向高壓化、高速花、集成化、大流量、大功率、高效率、長壽命、低噪音的方向發(fā)展。液壓傳動可以用很小的功率控制速度、方向。使用適當?shù)墓?jié)流技術(shù)可使執(zhí)行元件的精度達到最高。其布局安裝有很大的靈活性，同體積重量比卻比其他機械小的多。因此能構(gòu)成其他方法難以組成的復雜系統(tǒng)。液壓傳動能實現(xiàn)低速大噸位運動。采用適當?shù)墓?jié)流技術(shù)可使運動機構(gòu)的速度十分平穩(wěn)。經(jīng)過五周的畢業(yè)實習，讓我們學到了很多以前沒有學到的知識，也讓以前學到的書本上的知識和現(xiàn)實生產(chǎn)相結(jié)合，讓我門的專業(yè)知識有了進一步提高。特別是對液壓系統(tǒng)有了更深的了解。在此基礎(chǔ)上我們進一步分析 Y41 系列單柱校正壓裝液壓機。它是一種多功能的中小型液壓機床，適用于軸類零件、型材的校正和軸套類零件的壓裝。通過觀察測繪，進行了畢業(yè)設(shè)計。在指導老師的指導下，我對設(shè)計多次改進，通過查閱相關(guān)資料手冊，并多次向指導老師請教，對以前不懂的知識有了更好的認識。通過這次設(shè)計，我把大學所學的知識穿了線，知道了各知識之間的聯(lián)系，對以后的工作有了很大的幫助。1.3 研究意義目前沖壓機床的傳動方式主要有：液壓式、氣壓式、電動式和機械傳動方式等。傳動裝置的選擇正確與否，直接決定著沖壓機的好壞。（1）液壓傳動的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于實現(xiàn)無級變速；氣體粘性小阻力 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁損失小，流速快，防火防爆。但是空氣易于壓縮，負載對傳動特性的影響大，不易在低溫環(huán)境下工作?？諝獠灰妆幻芊?，傳動功率小。（2）電氣傳動的優(yōu)點是傳動方便，信號傳遞迅速，標準化程度高，易于實現(xiàn)自動化，缺點是平穩(wěn)性差，易受到外界負載影響。慣性大，換向慢，電氣設(shè)備和元件要耗用大量的有色金屬。成本高，受溫度、濕度、震動、腐蝕等環(huán)境的影響大。（3）機械傳動準確可靠，操作簡單，負載對傳動特性幾乎沒有影響。傳動效率高，制造容易和維護簡單。但是，機械傳動一般不能進行無級調(diào)速，遠距離操作困難，結(jié)構(gòu)也比較復雜等。（4）氣壓傳動與以上幾種傳動方式比較有以下優(yōu)點：獲得力和力矩很大，體積小，重量輕，能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，運動平穩(wěn)，設(shè)計簡單，操作方便，工作壽命長，易于通用化、標準化、系列化。它有很廣闊的發(fā)展空間。從各方面考慮，液壓傳動系列較其他各傳動方式有更廣闊的研究空間及發(fā)展空間。所以，此次設(shè)計將采用液壓傳動。2. 氣壓機的設(shè)計及參數(shù)選擇當決定采用氣壓傳動時，其設(shè)計步驟大體可分以下幾步：（1）明確設(shè)計依據(jù)進行工況分析。（2）確定氣壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。（3）擬訂氣壓系統(tǒng)原理圖。（4）氣壓元件及液壓油的選擇。（5）氣壓系統(tǒng)性能驗算。（6）繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件。設(shè)計一臺氣壓機，其工作循環(huán)為：下行，快速退回。由設(shè)計題目及已知參數(shù)可確定：沖壓力 ：100 噸=100×1000×9.8=0.98×10 NFW 6生產(chǎn)率：4 次/分=1 次/15 秒工作行程：250mm最大沖壓厚度：10mm滑塊的重量 ：1.0×10 N G4根據(jù)工藝要求，快速下降所用的時間為 5s，運行的距離為 240mm。工進所用的時間為 1s，運行的距離為 10mm?？焱朔祷氐臅r間為 3s，其運行的距離為250mm。得到各個工藝路線的速度參數(shù)如下： 快速下行： 行程：240mm 速度：48mm/s減速下壓： 行程：10mm 速度：10mm/s 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁快 退： 行程：250mm 速度：73mm/s單次循環(huán)的總時間是：5+1+3=9s氣壓缸采用 O 型密封圈。其機械效率一般為 0.9---0.95 之間，本液壓缸的效率?。?η =0.9m3 工況分析設(shè)計開始時，應(yīng)該首先明確以下幾個問題：（1）弄清主機結(jié)構(gòu)和總體布局（2）明確主機對氣壓系統(tǒng)的性能要求（3）明確主機的工作條件（4）明確氣壓系統(tǒng)與其它傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的分工配合、布置和相應(yīng)的控制關(guān)系。（5）了解搜集同類型機器的有關(guān)技術(shù)資料3.1 動力（負載）分析及負載循環(huán)圖動力分析就是一部機器在工作過程中執(zhí)行機構(gòu)的受力情況。由于工作機構(gòu)作直線往復運動時，汽缸必須克服的外負載為：= + + Fefi（3—1）式中 -----工作負載e-----摩擦負載f------慣性負載i3.1.1 摩擦負載摩擦負載就是氣壓缸驅(qū)動工作時所需要克服的機械摩擦阻力。由于詳細計算比較煩瑣，一般將它算入氣壓缸的機械效率 η 中考慮。在cm這里不用考慮摩擦負載。3.1.2 慣性負載慣性負載即運動部件在啟動和制動過程中的慣性力。 計算公式為： = = · （N） FiagGtv?（3—2）式中 ——運動部件的質(zhì)量 （kg）m——運動部件的加速度 （mm/s ）a2——運動部件的重量 （N）G——重力加速度 （mm/s ）g——速度變化值 （mm/s）?v——啟動或制動時間，由經(jīng)驗可得 =0.5st ?t 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁沖頭啟動和制動的加速或減速都在 0.5 秒內(nèi)完成。則啟動時： = = ·FimagGtv?制動時： = = ·i3.1.3 工作負載壓力機沖頭上負載分為兩個階段：第一階段負載力緩慢的線增加，在達到最大沖壓力 5%左右。第二階段負載力急劇上升到最大沖壓力。因此工作負載為：初壓階段上升到 = ×5%=9.8×10 ×5%=0.49×10 NF1w55終壓階段上升到 =沖壓力 =0.98×10 N263.1.4 負載循環(huán)圖圖 3—1 壓力機的負載循環(huán)圖3.2 運動分析及運動循環(huán)圖運動分析，就是研究一臺機器按工藝要求以怎樣的運動規(guī)律完成一個工作循環(huán)。3.2.1 位移循環(huán)圖根據(jù)已知條件，快速下行時，行程為 240mm，速度 48mm/s ，時間 5s。慢速下降時行程 10mm，速度 10mm/s，時間 1s。快退是行程為 250mm 速度 73mm/s，時間 3s。3.2.2 速度循環(huán)圖 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁圖 3—2 壓力機的速度循環(huán)圖4.確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)4.1 確定液壓缸幾何尺寸在單活塞桿的氣壓缸中活塞工進（受壓）時， = — = /η FP1A2FWm（4—1） P12V2Dd圖 4—1 活塞工進受壓示意圖活塞快退（受拉）時， = — = FP1A2 A1mG?（4—2） 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁P12VDd圖 4—2 活塞工進受拉示意圖式中 ——氣壓缸的工作腔壓力（MPa）1——氣壓缸的回氣腔壓力（MPa）P2= /4——氣壓缸無桿腔有效面積（mm ）A1D?2= （ — ）/4— —有桿腔的有效面積（ mm ）22d2——活塞直徑（mm）——活塞桿直徑（mm）d——氣壓缸的工作效率?m根據(jù)資料文獻查得，工作壓力 =20——32MP。參考同類機械的設(shè)計和加P1工的經(jīng)驗，這里工作壓力 取 32MPa。1背壓力 =0.5---1.5MP。參考同類機械的設(shè)計和加工的經(jīng)驗，這里背壓P2力 取 1MPa。2= i12v（4—3）活塞桿在快進和快退中受力幾乎為零或是自重的大小。只在沖壓工件時受到的作用力較大，即汽缸的有關(guān)設(shè)計參數(shù)在該工步中去計算。由參考文獻 [2]中查得下表：表 4—1 汽缸常用往返速比i1.1 1.2 1.33 1.46 1.61 2.0Dd0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.7由相近原理： =0.7一般，汽缸在工進狀態(tài)下工作，其活塞面積為：=（ + ）/ A1FP2AP1（4—4）= /4 1?D2（4—5）= （ — ）/4 A22d（4—6） 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁由公式（4—4） （4—5） （4—6）得={4 / [ — （1 — / ）]}DF?P2d2D2/1根據(jù)參考文獻 [1]表 43.6—26 和表 43.6—27 對 D 和 d 進行調(diào)整可得 D 和 d從而可得 和A124.2 計算氣壓缸所需流量氣壓缸的最大流量：=[ ] （mm /s） QmaxAVmax3（4—7）式中 ——氣壓缸的有效面積（mm 2） A——氣壓缸的流速（mm/s）V快進所需流量 = 11工進所需流量 =22快退所需流量 =Q334.3 計算系統(tǒng)所需的壓力（1）當系統(tǒng)快進時，所需壓力為：= + P1 AF0P2（4—8）式子中 ——工作中的負載（N）F0——活塞的橫截面積（mm ）A2——背壓力（MPa）2（2）當系統(tǒng)處于工進時，所需的壓力為：= / + /2 P1F0AP（4—9）式子中 ——工作中的負載（N）F0——活塞的橫截面積（mm 2）A——背壓力（MPa）2（3）當系統(tǒng)處于快退時，所需的壓力為：= / + 2 P1F0AP（4—10）式子中 ——工作中的負載（N）F0——活塞的橫截面積（mm 2）A——背壓力（MPa）24.4 繪制沖壓機主缸工況圖氣壓缸的工況圖是指氣壓缸壓力循環(huán)圖、流量循環(huán)圖和功率循環(huán)圖。它是調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、選擇氣壓泵和閥的依據(jù)。（1）壓力循環(huán)圖 通過最后確定的氣壓元件的結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)實際載荷的大小求出氣壓執(zhí)行元件在其動作循環(huán)各階段的工作壓力，然后把他們繪制成P—t 圖。 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁（2）流量循環(huán)圖 根據(jù)已定的氣壓缸有效面積或氣壓馬達的排量，結(jié)合其運動速度算出他在工作循環(huán)中每一階段的實際流量，把它繪制成Q—t 圖。若系統(tǒng)中有多個液壓執(zhí)行元件同時工作，要把各自的流量圖疊加起來繪制出總的流量循環(huán)圖。（3）功率循環(huán)圖 繪制壓力循環(huán)圖和總流量循環(huán)圖后，即可繪制出系統(tǒng)的功率循環(huán)圖。由前面所設(shè)計的壓力，流量，可得出如下一個表格，以便繪制和分析工況圖。表 4—2 負載壓力流量明細表工作負載（N） 工作壓力（MPa） 流量（m /s）3快 啟動進 勻速工進快 勻速退 制動10809.8×1051.0×10 42041.0022120.52. 2.2.00422.6×1069.8×1052.4×106有前面所得的數(shù)據(jù)，可繪制出壓力循環(huán)圖（P—t）和流量循環(huán)圖（Q—t）如下：圖 4—1 壓力循環(huán)圖（P—t ） 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁圖 4—2 流量循環(huán)圖（Q—t）通過對壓力循環(huán)圖和流量循環(huán)圖分析得知：最大流量值 =156×10-3m3/min=0.0026 mm /smax 3最大壓力值 =20.5MPaP4.5 氣壓缸主要零件的結(jié)構(gòu)材料及技術(shù)要求4.5.1 氣壓缸的基本參數(shù)由以上設(shè)計得到氣壓缸內(nèi)徑尺寸 =166mm，活塞桿直徑 =44mm。Dd氣壓缸活塞的最大行程系數(shù)，根據(jù)參考文獻 [1]查得 =500mm。 S4.5.2 氣壓缸的類型和安裝方式氣壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，能夠?qū)崿F(xiàn)直線往復運動。本液壓缸活塞兩端面積差較大，使活塞往復運動時輸出速度及差值較大。所以本氣壓缸采用雙作用無緩沖式。4.5.3 氣壓缸的主要零件及技術(shù)要求（1）缸體氣壓缸缸體的常用材料一般為 20、35、45 號無縫鋼管，一般情況下均采用45 號鋼，并調(diào)質(zhì)到 241—285HB。鑄鐵可采用 HT200—HT350 間的幾個牌號或球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵具有較高的抗拉強度和彎曲疲勞強度，也具有良好的塑性和韌性，其屈服度比鋼高。因此，球墨鑄鐵制造承受靜載荷的構(gòu)件比鑄鋼節(jié)省材料，重量也輕。所以本設(shè)計的氣壓缸采用 PSL 標準氣缸。鑄件需進行正火消除內(nèi)應(yīng)力處理。由參考文獻 [1]得缸體的技術(shù)要求：缸體的內(nèi)徑因為須與活塞配合，防止漏油，所以要盡量減少表面粗糙度，○ 1可采用 H8、H9 配合。當活塞采用橡膠密封圈時，Ra 為 0.1—0.4μm，當活塞用活塞環(huán)密封時，Ra 為 0.2—0.4μm，且均需珩磨。 缸體內(nèi)徑 的圓度公差值可按 9、10、11 級精度選取，圓柱度公差應(yīng)按○ 2 D8 級精度選取。缸體端面的垂直度公差可按 7 級精度選取。○ 3缸體與缸頭采用螺紋連接時，螺紋應(yīng)用 6 級精度的米制螺紋?！?4當缸體帶有耳環(huán)或軸銷時，孔徑 或軸徑 的中心線對缸體內(nèi)孔軸線垂○ 5 Dd直公差值按 9 級精度選取。此氣壓缸體的外徑需要與機架配合，應(yīng)進行加工，且與中心線同軸度的要求。裝卸時需把吊環(huán)螺栓吊起。所以缸體端部選用螺紋連接，螺紋連接徑向尺寸小，質(zhì)量輕，使用廣泛。裝卸需用專用工具，安裝是應(yīng)防止密封圈扭曲。（2）缸蓋本氣壓缸采用在缸蓋中壓入導向套，缸蓋選用 HT200 鑄鐵，導向套選用鑄鐵 HT200，以使導向套更加耐用。（3）活塞氣壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵，灰鑄鐵，鋼及鋁合金等。本設(shè)計冶壓 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁缸活塞材料選用鋁合金，需要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻 [1]得活塞的技術(shù)要求：活塞外徑 D 對內(nèi)孔 d 的徑向跳動公差值，按 7、8 級精度選取?！?1端面 T 對內(nèi)徑 d 軸線的垂直度公差值，應(yīng)按 7 級精度選取?！?2外徑 D 的圓柱度公差值，按 9、10、11 級精度選取?！?3活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)由前可以選用 Y 型密封圈?！?44.6 氣壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算氣壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算包括缸管厚度，油口直徑，缸底厚度等等。4.6.1 計算氣壓缸的厚度首先利用薄壁筒公式計算液壓缸的壁厚：= /2[ ]= /（2 / ） ?PyD?y?bn（4—11）式中 ——氣壓缸壁厚度（ mm）——實驗壓力（MPa） 。當 ≤16MPa 時， =1.5 ；當y PPy≥16MPa 時， =1.25P；所以在此y=1.25 =1.25×20.5=25.625MPaPy——氣壓缸的內(nèi)徑（ mm）D[ ]——材料的許用應(yīng)力（MPa）?——材料的抗拉強度，在此取 600（MPa ）?b——安全系數(shù)，在此取 =5nn由公式（4—11）得：= /2[ ]= /（2 / ）Py?yD?b=25.625×250/（2×600/5）=26.7mm因為當 / 〉16 時，薄壁公式才成立，D?而在此 / =250/26.7=9.4〈16。所以氣壓缸不是薄壁。故此式不成立。再利用中壁計算公式計算：=[ /（2.3[ ]- ） ]+ ?Py ?Py?C（4—12）式中 ——氣壓缸壁厚度（ mm）——實驗壓力（MPa） 。當 ≤16MPa 時， =1.5 ；當y Py≥16MPa 時， =1.25 ；所以在此y=1.25 =1.25×20.5=25.625MPaPy——氣壓缸的內(nèi)徑（ mm）D[ ]——材料的許用應(yīng)力（MPa）?——強度系數(shù)，當為無縫鋼管時 =1??——計入壁厚公差和腐蝕的附加厚度，通常圓整到標準厚度C由公式（4—12）得： 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁=[ /（2.3[ ]- ） ]+ ?PyD?Py?C=[25.625×250/（2.3×120-25.625）×1]+ =6406.25/250.375+=25.6+C由參考文獻 [3]里 R5 優(yōu)先系列查得：把 圓整到標準值 =40mm；??缸體的外徑 = +2 =250+2×40=330mmD14.6.2 氣壓缸油口的計算氣壓缸口的直徑計算應(yīng)根據(jù)活塞最高的速度 V 和油口最高流速度而定。當氣口是進氣口時：=0.13 （ / ） d0V02/1（4—13）式中 ——氣壓缸油口直徑（mm）0——氣壓缸內(nèi)徑（ mm）D——氣壓缸最大輸出速度（mm/s）V——油口的液流速度（mm/s）0根據(jù)文獻 [5]，氣壓缸的進油液流速度 =2000mm/s；V0由公式（4—13）得：=0.13×250×（3.6/2）d0 2/1=43.6mm取一整數(shù) =50mm 當氣口是進油口時：根據(jù)文獻[5]，氣壓缸的進氣體流速度 =5000mm/s；V0由公式（4—13）得：=0.13×250×（3.6/5）d0 2/1= 27.6 取一整數(shù) =32mm 4.6.3 缸底厚度的計算本設(shè)計采用缸底無氣孔，所以采用公式：=0.433 （ /[ ]） hDPy?2/1（4—14）式中 ——氣壓缸內(nèi)徑（ mm）——實驗壓力（MPa）Py——缸底厚度（mm）h[ ]——缸底材料的許用應(yīng)力（mm/s）?由公式（4—14）得：=0.433×0.25×（20.5/120） 2/1=45mm參考同類氣壓缸的制造經(jīng)驗取 =50mmh 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁4.7 氣壓缸的校核4.7.1 氣壓缸中背壓力的校核背壓力 是用來平衡在液壓系統(tǒng)不工作時活塞桿自重的。P2由牛頓第一定律： [ ] = P2AG（4—15）式中 [ ]——系統(tǒng)需要的最少背壓力（MPa）2——活塞桿截面積（mm 2）A——滑塊重量（N）G如果[ ]〈 =1MP，即背壓力滿足要求。P22由公式（4—15）得：[ ]= / =1.0×10 /0.024=0.42MPaA24[ ]=0.42MPa〈1MPa2所以，該氣壓系統(tǒng)的背壓力滿足要求。4.7.2 活塞桿的校核校合活塞桿可用公式：≥（4 / [ ]） 。 dF??2/1（4—16）式中 ——活塞桿的作用力（ N）F[ ]——活塞桿材料的許用應(yīng)力（MPa）?由公式（4—16）得：=（4×0.98×10 / ×120）d6?2/1=102mm＜ =180mmD所以活塞桿直徑滿足要求。5 擬訂氣壓原理圖氣壓系統(tǒng)循環(huán)圖是表示系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣，他是以簡圖的形式全面的具體體現(xiàn)設(shè)計任務(wù)中提出的技術(shù)和其他方面的要求。要擬訂一個比較完善的液壓系統(tǒng)，就必須對各種基本回路、典型液壓系統(tǒng)有全面深刻的了解。 根據(jù)以上分析及參考同類設(shè)備的液壓原理圖，擬訂本設(shè)計的氣壓原理圖如下： 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁圖 5—1 氣壓系統(tǒng)原理圖1.電動機 2.過濾器 3.柱塞變量泵 4.調(diào)壓閥 5.溢流閥 6.換向閥7.壓力表 8.順序閥 9.氣壓缸流量原理圖說明：電動機 1 帶動柱塞變量泵 3 向主氣路供氣，可以通過溢流閥 5 和調(diào)壓閥 4 對氣壓系統(tǒng)進行調(diào)壓，使壓力表 7 的值到系統(tǒng)需要的壓力，利用換向閥 6 進行換向。如果處于中間位置，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)；如果腳踩腳踏板，滑閥右移，換向閥實現(xiàn)左位功能，氣缸上腔進氣，活塞桿下降運動，完成工藝中的工進工序；如果手抬操縱手柄，滑閥左移，換向閥實現(xiàn)右位功能，氣缸下腔進氣，活塞桿實現(xiàn)上升動作，完成工序中的快退。6 氣壓元件的選擇6.1 氣壓泵的選擇氣壓泵是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換元件。在設(shè)計氣壓傳動中，氣壓泵作為動力元件向液壓系統(tǒng)提供氣壓能。氣壓泵工作的基礎(chǔ)條件是：（1） 必須具備一個密封油腔，而且密閉空腔的容積在運轉(zhuǎn)過程中應(yīng)不斷變化。（2）泵的吸氣是靠彈簧克服摩擦力的阻力、推力推動活塞下移而實現(xiàn)的，這樣的泵具有自吸能力。 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁6.1.1.確定泵的最大工作壓力 P氣壓泵的最大工作壓力，由下式確定：≥ + 1??（6—1）式中 ——氣壓缸或液壓馬達最大工作壓力（MPa）P1——由氣壓泵出口到液壓缸或液壓馬達進口之間的管路沿程?阻力損失和局部阻力損失之和。這些阻力損失只有在液壓元件選定后，并繪出管路布置圖才能計算。在初算時按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?，流速不大的取 =0.2—0.5MPa；管路復雜，流速較大的?P取 =0.5—1MPa。該系統(tǒng)取 =0.5MPaP由公式（6—1）得： =20.5+0.5=21MPa；6.1.2 確定氣壓泵的流量 和排量 ；Qqp當多氣壓缸（或馬達）同時動作時，氣壓泵的流量要大于同時動作的幾個液壓缸（或馬達）所需的最大流量。并應(yīng)考慮到系統(tǒng)的漏損和液壓泵磨損后容積效率的下降。即有下式計算氣壓泵的流量公式：≥ （∑ ） （mm /s） PKmax 3（6—2）式中 ——系統(tǒng)泄漏系數(shù)。一般取 1.1—1.3。大流量取小值，小流量取大值。該系統(tǒng)取 =1.1（∑ ） ——同時動作的氣壓缸（或馬達）的最大流量（mm /s） ；可Qmax 3以從 Q—t 圖上查得。對于工作過程始終用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，在確定流量時，尚需加上溢流閥的最小流量，一般取 5×104 mm /s3由 Q—t 圖得到氣壓缸所需最大流量∑ 156×103/min；max由公式（6—2）得：≥1.1×156=172×10 3/min；P此氣壓系統(tǒng)采用液壓變 轉(zhuǎn)速為 1500r/min；排量 = /1500 qp由公式（6—2）得：=172/1500=0.115L/min=115mm3/r；6.1.3 選擇氣壓泵的規(guī)格按已算出的最大工作壓力和流量，得出氣壓泵的額定壓力= （1+25%）=26.25MPa。查閱文獻 [9]，選則氣壓泵的型號為 SCY14—Pp?1B；排量 160mm3/r；轉(zhuǎn)速 1500r；額定壓力 32N；額定流量得：160×1500/1000=240 ×103/min，這里選 250×103/min；6.1.4 確定驅(qū)動氣壓缸的功率由于本機器采用閉合式液壓系統(tǒng)，壓力損失很小，可以忽略不記。這一點 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁可以在后邊的系統(tǒng)驗算中得到準確的驗證。所以氣壓泵的輸出功率用下式計算：= NPQ（6—3）式中 ——氣壓泵的輸出功率（kw）——氣壓缸壓力（MPa）——氣壓泵的流量（mm /s）3（1）氣壓缸處于啟動時由 160SCY14-1B 型號液壓泵的壓力、流量曲線圖可得： =0.002m3/s,Q所以由公式（6—3） ，得：=（ ）NAG/Q=（1.0×10 /0.049）×0.002=0.4082kw4（2）氣壓缸壓力達到最大值時（即到達系統(tǒng)最高壓力時）由 160SCY14-1B 型號氣壓泵的壓力、流量曲線圖可得： =0.3×103mm3/s,所以由公式（6—3） ，得：=32×10 ×0.3×10 =9.6kwN63?（3）氣壓缸處于快退時由 160SCY14-1B 型號氣壓泵的壓力、流量曲線圖可得:=0.8×103mm3/s,Q所以由公式（6—3） ，得：=2.2×10 ×0.8×10 =1.76kw63?因此，選出氣壓泵的最大輸出功率 =9.6kw。N6.2 電動機的選擇電動機分交流電動機和直流電動機兩種，如無特殊說明時，一般選擇交流。選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形成應(yīng)根據(jù)電源種類（交流或直流） ，工作條件（環(huán)境、溫度、空間、位置等，載荷的大小和性質(zhì)的變化，過載情況等） ，啟動性能和啟動、制動正反轉(zhuǎn)的頻率程度等條件來選擇。Y 系列三相籠式異步電動機是一般用途的的全封閉式鼠籠三相異步電動機。由于結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，因此本設(shè)計選用此電動機。根據(jù)所求得到的氣壓泵的功率，對電動機進行選擇，根據(jù)參考文獻 [4]本設(shè)計可選電動機 Y160M—4，其額定功率為 11kw，轉(zhuǎn)速為 1460r/min。6.3 控制閥的選擇選擇控制閥應(yīng)按額定壓力、最大流量、動作方式、安裝固定方式、壓力損失數(shù)值、工作性能參數(shù)和工作壽命來選擇。1. 應(yīng)盡量選擇標準定型產(chǎn)品，一般不使用自行設(shè)計專用的控制閥。 2. 一般選擇控制閥的額定流量應(yīng)比系統(tǒng)管路實際通過的流量大一些。必要時允許通過閥的最大流量超過其額定流量的 20%。3. 應(yīng)注意單桿液壓缸由于面積差形成不同回油量對控制閥正常工作的影響。 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁方向控制閥主要有手動換向閥，機動換向閥，電磁換向閥等幾種形式。由前面所分析，本課題設(shè)計的機器所用的換向閥為手動換向閥。手動換向閥是利用手動桿來操控的方向控制閥。該閥根據(jù)定位方式的不同，有彈簧復位式和鋼球定位式兩種結(jié)構(gòu)。對手動控制閥的操作是通過桿機構(gòu)在遠程控制實現(xiàn)的。由于以上分析可得選用三位四通手動換向閥。液壓機在不同工作狀態(tài)下要求換向閥處于中位。主要參數(shù)如下：閥芯的最大位移量是 36mm，取中間為中位，那么-6＜ ＜6 時閥S芯處于中位，當 ＞6 時，閥芯處于閥體左端，換向閥處于左端，液壓缸下降S運動，完成快進和工進工藝。當 ＜-6 時，閥芯處于閥體右端，換向閥處于右S端，液壓缸上升運動，完成快退工藝。即閥芯的左右位置為±18mm。由于本氣壓系統(tǒng)中要的是三個位置的換向閥，在這里簡單介紹下三位四通換向閥的功能。1. 三位四通換向閥處于中位，換向閥四個氣口互通，此時，該氣壓泵處于卸荷狀態(tài)。2. 三位四通換向閥處于左端，油口 P 與 A 之間相通，B 與 O 之間相通，活塞桿下降動作，完成工進工序。3. 三位四通換向閥處于右端，油口 P 與 B 之間相通，A 與 O 之間相通，活塞桿上升動作，完成快退工序。 （如圖 6—1）圖 6—1 三位四通手動換向閥參考同類機械的選擇，查閱參考文獻 [9]，選擇換向閥的型號為：4S—H。6.4 管道（導管）的選擇 選擇管道的主要內(nèi)容是根據(jù)壓力損失，發(fā)熱量和氣壓沖擊，合理確定管道內(nèi)徑、壁厚和材料。在氣壓傳動中常用的管子有鋼管、鐵管、膠管、尼龍管和塑料管等，該設(shè)計管道選擇 45 號無縫鋼管。6.6 聯(lián)軸器的設(shè)計聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴格的對中，而是存在著某種程度的相對位移。這就要求設(shè)計聯(lián)軸器時，要從結(jié)構(gòu)上采用各種不同的措施，使之具有一定的相對位移的性能。A BP O 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁彈性聯(lián)軸器利用彈簧元件的彈性變形來補償兩軸之間的相對位移，而可動元件之間的間隙小，特別是那些需要經(jīng)常啟動和逆轉(zhuǎn)的傳動。于是電動機出來后直接相連的就是液壓泵，它們之間就必須是彈性聯(lián)結(jié)，使用一個有彈性元件的聯(lián)軸器。根據(jù)參考文獻 [8]表 41.5—29，選用彈性柱銷聯(lián)軸器，型號為 HL5 型。7 氣壓系統(tǒng)的性能驗算氣壓系統(tǒng)在初步設(shè)計時，各種參數(shù)都是靠經(jīng)驗估計出來的，當回路形式，液壓元件及連接等完全確定后，針對實際情況，對所設(shè)計的系統(tǒng)進行各項性能分析，對于一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進一步確切的計算液壓回路的各段壓力損失、壓力沖擊和發(fā)熱升溫等方面。以便使系統(tǒng)設(shè)計更加完善與可靠。7.1 管路系統(tǒng)壓力損失當系統(tǒng)元件，輔件規(guī)格，系統(tǒng)管路尺寸確定后，即可進行系統(tǒng)壓力損失計算。它包括管路的沿程壓力損失△P ，局部壓力損失△P 及閥類元件的局部損1l 2l失△P 。v即= + + ?P1l2l?Pv（7—1）式中 = / × /2 1l?Ld?v2（7—2）= /2 ?2l?v2（7—3）= （ / ） ?PvnQn2（7—4）式中 ——管道長度（ mm）L——管道內(nèi)徑（mm）d——氣流的平均速度（mm/s）v——氣壓油的密度（kg/mm ）?3——沿程阻力系數(shù)?——局部阻力系數(shù)?——閥的額定流量（mm /s）Qn 3——通過閥的實際流量（mm /s）——閥的額定壓力損失（MPa）?Pn管道內(nèi)的局部壓力損失是通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失，以及通過控制閥的局部壓力損失之和。由于本系統(tǒng)設(shè)計中的管路沒有多少折管和管接頭。這一部分的壓力損失很小，幾乎為零。 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁7.2 氣壓沖擊的計算在氣壓系統(tǒng)中，當迅速的換向或關(guān)閉氣路突然使流速改變時，系統(tǒng)內(nèi)就會產(chǎn)生壓力的劇烈變化，這就是氣壓沖擊現(xiàn)象，氣壓沖擊大的系統(tǒng)要安裝液壓緩沖裝置。通過分析本氣壓系統(tǒng)，該氣壓系統(tǒng)的最大沖擊發(fā)生在氣壓系統(tǒng)突出關(guān)閉的時候，當液壓系統(tǒng)瞬時關(guān)閉液流時，管道內(nèi)最大的液壓沖擊按下式計算：△ = P??vE/0 ?Ed/10?（7—5）式中 ——氣流發(fā)生變化前的流速（mm/s）v——氣壓油的密度（kg/m ）?3——油的容積的彈性系數(shù) =1.67×10 MPa；0 03——管道內(nèi)材料的彈性系數(shù) =2.1×10 MPa； EE——管道內(nèi)徑（mm）d——管道的壁厚（mm） ?氣壓沖擊在本系統(tǒng)中不是很明顯，可以不安裝氣壓緩沖裝置。7.3 氣壓系統(tǒng)熱分析氣壓系統(tǒng)的壓力，容積和機械三方面的損失構(gòu)成總的能量損失。這些能量損失將轉(zhuǎn)化成熱能，使氣壓系統(tǒng)油溫升高，系統(tǒng)油溫過高會產(chǎn)生下列不良影響：1.使氣壓油的粘度大大降低，泄露增大，溶劑效率下降，并使氣節(jié)流元件的節(jié)流特性變化，造成速度不穩(wěn)。2.引起熱膨脹，使運動副之間間隙發(fā)生變化，變小的時候可能造成元件的“卡死” ，失去工作能力，變大的時候會造成泄露增大。3.密封軟管和過濾器等輔助元件，有一定的溫度限制。如果溫度超過這個限制，他們就不能正常工作。4.引起機器構(gòu)件的熱變形，而破壞其應(yīng)有的精度。7.3.1 氣壓泵功率損失產(chǎn)生的熱流量（熱量）由計算公式：= （ 1- ） H1N?（7—6）式中 ——氣壓泵的輸入功率（kw）——氣壓泵的效率， =0.8由公式（7—7）可得 1氣壓油通過閥（孔）時產(chǎn)生的熱量：=△ H2PQ（7—7）式中 ——通過閥（孔）的壓力降，一般換向閥取 =0.05MPa? ?P——通過閥（孔）實際流量（mm 3/s） 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁由公式（7—7）可得 H2所以系統(tǒng)產(chǎn)生總的熱量：= +17.3.2 氣壓系統(tǒng)的散熱計算根據(jù)參考文獻 [2]，一般油面高度為油箱高的 0.8 倍（如圖 7—1） 。因為前面初步得油箱的有效容積為 0.3m ，所以 0.8 = 。3Vabh即 =1.25×0.8=1×109mm ；abh取 =500mm， =1000mm， =480mm，H=600mmh一般，取與油箱相接觸的油箱表面積和油面以上的表面和之半作為油箱的有效散熱表面積。根據(jù)文獻 [2]可得油箱的散熱面積計算公式：=（ +2 +2 ）+1/2[ +2（ - ） +2（ - ） ]AabhabHhahb圖 7—1 油箱結(jié)構(gòu)示意圖計算油箱的散熱功率：= HcKtA?T（7—8）式中 ——油箱散熱系數(shù) w/m . C，由于本設(shè)計的油箱尺寸比較大，t 20所以采用外置油箱，通風良好。根據(jù)參考文獻 [1]， K =50w/m · Ct20——油箱的散熱面積（mm 2）A——油溫與環(huán)境溫度之差 C， =35 C?T0?T0由公式（7—8）得：=50×2.37×35=3360w=4.1475kw；Hc因為 ＞ ，即 4.1475 kw＞2.063 kw所以油箱的散熱已滿足該系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量要求，故不需要另加冷卻器。 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁8 限程裝置的設(shè)計為了活塞運動到底部時能方便返回，需要設(shè)計一個限程裝置。限程裝置是實現(xiàn)擋板對桿機構(gòu)運動距離的限制。到盡頭后實現(xiàn)換向閥的換向。又因為本液壓機可實現(xiàn)自動循環(huán)工作和人工單次行程工作，所以限程裝置的下檔板應(yīng)該是可調(diào)的。一個位置是通過連桿機構(gòu)控制換向閥回到中位。另一位置是通過連桿機構(gòu)控制換向閥，換到上次相反的位置（右位） 。此部分設(shè)計和原樣機設(shè)計相同，可引用原樣機的機構(gòu)，在這里也不做