廢紙打包機液壓泵站系統的設計步驟與設計要求

液壓傳動系統是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際情況出發，有機地結合各種傳動形式，充分發揮液壓傳動的優點，力求設計出結構簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統。

1。1 設計步驟

打包機液壓系統的設計步驟並無嚴格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設計要求之後，大致按如下步驟進行。

1）確定液壓執行元件的形式；

2）進行工況分析，確定系統的主要引數；

3）制定基本方案，擬定液壓系統原理圖；

4）選擇液壓元件；

5）液壓系統的效能驗算；

6）繪製工作圖，編制技術檔案。

1。2 明確設計要求

設計要求是進行每項工程設計的依據。在制定基本方案並進一步著手

廢紙打包機

液壓系統各部分設計之前，必須把設計要求以及與該設計內容有關的其他方面瞭解清楚。

1）主機的概況：用途、效能、工藝流程、作業環境、總體佈局等；

2）液壓系統要完成哪些動作，動作順序及彼此聯鎖關係如何；

3）液壓驅動機構的運動形式，運動速度；

4）各動作機構的載荷大小及其性質；

5）對調速範圍、運動平穩性、轉換精度等效能方面的要求；

6）自動化程式、操作控制方式的要求；

7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；

8）對效率、成本等方面的要求。

制定基本方案和繪製液壓系統圖

3。1制定基本方案

（1）制定調速方案

液壓執行元件確定之後，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。

方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現。對於一般中小流量的液壓系統，大多透過換向閥的有機組合實現所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統，現多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。

速度控制透過改變液壓執行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現。相應的調整方式有節流調速、容積調速以及二者的結合——容積節流調速。

節流調速一般採用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執行元件的流量來調節速度。此種調速方式結構簡單，由於這種系統必須用閃流閥，故效率低，發熱量大，多用於功率不大的場合。

容積調速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調速的目的。其優點是沒有溢流損失和節流損失，效率較高。但為了散熱和補充洩漏，需要有輔助泵。此種調速方式適用於功率大、運動速度高的液壓系統。

容積節流調速一般是用變數泵供油，用流量控制閥調節輸入或輸出液壓執行元件的流量，並使其供油量與需油量相適應。此種調速回路效率也較高，速度穩定性較好，但其結構比較複雜。

節流調速又分別有進油節流、回油節流和旁路節流三種形式。進油節流起動衝擊較小，回油節流常用於有負載荷的場合，旁路節流多用於高速。

調速回路一經確定，迴路的迴圈形式也就隨之確定了。

節流調速一般採用開式迴圈形式。在開式系統中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經系統釋放能量後，再排回油箱。開式迴路結構簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。

容積調速大多采用閉式迴圈形式。閉式系統中，液壓泵的吸油口直接與執行元件的排油口相通，形成一個封閉的迴圈迴路。其結構緊湊，但散熱條件差。

（2）制定壓力控制方案

液壓執行元件工作時，要求系統保持一定的工作壓力或在一定壓力範圍內工作，也有的需要多級或無級連續地調節壓力，一般在節流調速系統中，通常由定量泵供油，用溢流閥調節所需壓力，並保持恆定。在容積調速系統中，用變數泵供油，用安全閥起安全保護作用。

在有些液壓系統中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設高壓泵。液壓執行元件在工作迴圈中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷迴路。

在系統的某個區域性，工作壓力需低於主油源壓力時，要考慮採用減壓回路來獲得所需的工作壓力。

（3）制定順序動作方案

主機各執行機構的順序動作，根據裝置型別不同，有的按固定程式執行，有的則是隨機的或人為的。廢紙打包機的操縱機構多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執行機構的順序動作多采用行程控制，當工作部件移動到一定位置時，透過電氣行程開關發出電訊號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續的動作。行程開關安裝比較方便，而用行程閥需連線相應的油路，因此只適用於管路聯接比較方便的場合。

另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經過一段時間，當泵正常運轉後，延時繼電器發出電訊號使卸荷閥關閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機床、擠壓機壓力機等場合。當某一執行元件完成預定動作時，迴路中的壓力達到一定的數值，透過壓力繼電器發出電訊號或開啟順序閥使壓力油透過，來啟動下一個動作。

（4）選擇液壓動力源

液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節流調速系統一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大於系統的需油量，多餘的油經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制並穩定油源壓力的作用。容積調速系統多數是用變數泵供油，用安全閥限定系統的最高壓力。

為節省能源提高效率，液壓泵的供油量要儘量與系統所需流量相匹配。對在工作迴圈各階段中系統所需油量相差較大的情況，一般採用多泵供油或變數泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設蓄能器做輔助油源。

油液的淨化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進入系統的油液根據被保護元件的要求，透過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設定磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據液壓裝置所處環境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。

3。2 繪製液壓系統圖

整機的液壓系統圖由擬定好的控制迴路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重複多餘的元件，力求系統結構簡單。注意各元件間的聯鎖關係，避免誤動作發生。要儘量減少能量損失環節。提高系統的工作效率。

為便於液壓系統的維護和監測，在系統中的主要路段要裝設必要的檢測元件（如壓力錶、溫度計等）。

大型裝置的關鍵部位，要附裝置用件，以便意外事件發生時能迅速更換，保證主要連續工作。

各液壓元件儘量採用國產標準件，在圖中要按國家標準規定的液壓元件職能符號的常態位置繪製。對於自行設計的非標準元件可用結構原理圖繪製。

系統圖中應註明各液壓執行元件的名稱和動作，註明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，並附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。

液壓元件的選擇與專用件設計

4。1 液壓泵的選擇

1）確定液壓泵的最大工作壓力pp

pp≥p1+∑△p （21）

式中 p1——液壓缸或液壓馬達最大工作壓力；

∑△p——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達入口之間總的管路損失。 ∑△p的準確計算要待元件選定並繪出管路圖時才能進行，初算時可按經驗資料選取：管路簡單、流速不大的，取∑△p=（0。2～0。5）MPa；管路複雜，進口有調閥的，取∑△p=（0。5～1。5）MPa。

2）確定液壓泵的流量QP 多液壓缸或液壓馬達同時工作時，液壓泵的輸出流量應為

QP≥K（∑Qmax） （22）

式中 K——系統洩漏係數，一般取K=1。1～1。3；

∑Qmax——同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量，可從（Q-t）圖上查得。對於在工作過程中用節流調速的系統，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取0。5×10-4m3/s。

系統使用蓄能器作輔助動力源時

式中 K——系統洩漏係數，一般取K=1。2；

Tt——液壓裝置工作週期（s）；

Vi——每一個液壓缸或液壓馬達在工作週期中的總耗油量（m3）；

z——液壓缸或液壓馬達的個數。

3）選擇液壓泵的規格 根據以上求得的pp和Qp值，按系統中擬定的液壓泵的形式，從產品樣本或本手冊中選擇相應的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。

4）確定液壓泵的驅動功率 在工作迴圈中，如果液壓泵的壓力和流量比較恆定，即（p-t）、（Q-t）圖變化較平緩，則

式中 pp——液壓泵的最大工作壓力（Pa）；

QP——液壓泵的流量（m3/s）；

ηP——液壓泵的總效率，參考表9選擇。

表9液壓泵的總效率

液壓泵型別

齒輪泵

螺桿泵

葉片泵

柱塞泵

總效率

0。6～0。7

0。65～0。80

0。60～0。75

0。80～0。85

限壓式變數葉片泵的驅動功率，可按流量特性曲線拐點處的流量、壓力值計算。一般情況下，可取pP=0。8pPmax，QP=Qn，則

式中 ——液壓泵的最大工作壓力（Pa）；

——液壓泵的額定流量（m3/s）。

在工作迴圈中，如果液壓泵的流量和壓力變化較大，即（Q-t），（p-t）曲線起伏變化較大，則須分別計算出各個動作階段內所需功率，驅動功率取其平均功率

式中 t1、t2、…tn——一個迴圈中每一動作階段內所需的時間（s）；

P1、P2、…Pn——一個迴圈中每一動作階段內所需的功率（W）。

按平均功率選出電動機功率後，還要驗算一下每一階段內電動機超載量是否都在允許範圍內。電動機允許的短時間超載量一般為25%。

4。2 液壓閥的選擇

1）閥的規格，根據系統的工作壓力和實際透過該閥的最大流量，選擇有定型產品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節流閥和調速閥時，要考慮最小穩定流量應滿足執行機構最低穩定速度的要求。

控制閥的流量一般要選得比實際透過的流量大一些，必要時也允許有20%以內的短時間過流量。

2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。

4。3 蓄能器的選擇

1。蓄能器用於補充液壓泵供油不足時，其有效容積為：

V=∑AiLiK-qBt（m3） （9-21）

式中：A為液壓缸有效面積（m2）；L為液壓缸行程（m）；K為液壓缸損失係數，估算時可取Ｋ＝1。2；qB為液壓泵供油流量（m3/s）；t為動作時間（s）。

2。蓄能器作應急能源時，其有效容積為：

V=∑AiLiK（m3） （9-22）

當蓄能器用於吸收脈動緩和液壓衝擊時，應將其作為系統中的一個環節與其關聯部分一起綜合考慮其有效容積。

根據求出的有效容積並考慮其他要求，即可選擇蓄能器的形式。

4。4 管道尺寸的確定

1。油管型別的選擇

液壓系統中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應有足夠的通流截面和承壓能力，同時，應儘量縮短管路，避免急轉彎和截面突變。

（1）鋼管：中高壓系統選用無縫鋼管，低壓系統選用焊接鋼管，鋼管價格低，效能好，使用廣泛。

（2）銅管：紫銅管工作壓力在6。5～10MPa以下，易變曲，便於裝配；黃銅管承受壓力較高，達25MPa，不如紫銅管易彎曲。銅管價格高，抗震能力弱，易使油液氧化，應儘量少用，只用於液壓裝置配接不方便的部位。

（3）軟管：用於兩個相對運動件之間的連線。高壓橡膠軟管中夾有鋼絲編織物；低壓橡膠軟管中夾有棉線或麻線編織物；尼龍管是乳白色半透明管，承壓能力為2。5～8MPa，多用於低壓管道。因軟管彈性變形大，容易引起運動部件爬行，所以軟管不宜裝在液壓缸和調速閥之間。

2。油管尺寸的確定

（1）油管內徑d按下式計算： （9-23）

式中：q為透過油管的最大流量（m3/s）；v為管道內允許的流速（m/s）。一般吸油管取0。5～5（m/s）；壓力油管取2。5～5（m/s）；回油管取1。5～2（m/s）。

（2）油管壁厚δ按下式計算：

δ≥p·d/2〔σ〕 （9-24）

式中：p為管內最大工作壓力；〔σ〕為油管材料的許用壓力，〔σ〕=σb/n；σb為材料的抗拉強度；n為安全係數，鋼管p＜7MPa時，取n=8；p＜17。5MPa時，取n=6；p＞17。5MPa時，取n=4。

根據計算出的油管內徑和壁厚，查手冊選取標準規格油管。

油箱的設計要點

油箱

油箱在液壓系統中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉澱雜質等作用。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計等。

油箱可分為開式油箱和閉式油箱二種。開式油箱，箱中液麵與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器。開式油箱結構簡單，安裝維護方便，液壓系統普遍採用這種形式。閉式油箱一般用於壓力油箱，內充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達0。05MPa。如果按油箱的形狀來分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱製造容易，箱上易於安放液壓器件，所以被廣泛採用；圓罐形油箱強度高，重量輕，易於清掃，但製造較難，佔地空間較大，在大型冶金裝置中經常採用。

2。1 油箱的設計要點

圖10為油箱簡圖。設計油箱時應考慮如下幾點。

1）油箱必須有足夠大的容積。一方面儘可能地滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統停止工作時應能容納系統中的所有工作介質；而工作時又能保持適當的液位。

2）吸油管及回油管應插入最低液麵以下，以防止吸空和回油飛濺產生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小於管徑的3倍。吸油管可安裝100μm左右的網式或線隙式過濾器，安裝位置要便於裝卸和清洗過濾器。回油管口要斜切45°角並面向箱壁，以防止回油衝擊油箱底部的沉積物，同時也有利於散熱。

3）吸油管和回油管之間的距離要儘可能地遠些，之間應設定隔板，以加大液流迴圈的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉澱雜質的效果。隔板高度為液麵高度的2/3～3/4。

圖10 油箱

1—液位計；2—吸油管；3—空氣過濾器；4—回油管；5—側板；6—入孔蓋；7—放油塞；8—地腳；9—隔板；10—底板；11—吸油過濾器；12—蓋板；

4）為了保持油液清潔，油箱應有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過濾器，注油及通氣一般都由一個空氣過濾器來完成。為便於放油和清理，箱底要有一定的斜度，並在最低處設定放油閥。對於不易開蓋的油箱，要設定清洗孔，以便於油箱內部的清理。

5）油箱底部應距地面150mm以上，以便於搬運、放油和散熱。在油箱的適當位置要設吊耳，以便吊運，還要設定液位計，以監視液位。

6）對油箱內表面的防腐處理要給予充分的注意。常用的方法有：

① 酸洗後磷化。適用於所有介質，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。

② 噴丸後直接塗防鏽油。適用於一般礦物油和合成液壓油，不適合含水液壓液。因不受處理條件限制，大型油箱較多采用此方法。

③ 噴砂後熱噴塗氧化鋁。適用於除水-乙二醇外的所有介質。

④ 噴砂後進行噴塑。適用於所有介質。但受烘乾裝置限制，油箱不能過大。

考慮油箱內表面的防腐處理時，不但要顧及與介質的相容性，還要考慮處理後的可加工性、製造到投入使用之間的時間間隔以及經濟性，條件允許時採用不鏽鋼制油箱無疑是最理想的選擇。