焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 1 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 08子項（油箱的設計） 摘要 油箱應有足夠的容積，以滿足散熱的要求；吸油管和回油管應隔開； .泵的吸油管應安裝 100200 目的網(wǎng)式濾油器，濾油器與箱底的距離不應小于20mm； .油箱底應有坡度，以方便放油，箱底與地面有一定距離，最低處應裝有放油塞和放油閥； .油箱用 4mm鋼板（箱蓋用 8mm 增加剛性）；為防止油液被污染，箱蓋上放置隔板，管口處都要加密封裝置，注油口應安裝濾油網(wǎng)；油箱中安裝電加熱，考慮其安裝位子。 關(guān)鍵詞 油箱、泵吸油管、回油管、放油塞 、濾油網(wǎng)、電加熱器。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 2 Study on The 20KW Hydraulic Component Comprehensive Test Equipment -No.08 Oil Tank Design Abstract ： The fuel tank should have the enough volume, satisfies the radiation request . The oil suction pipe and the oil return pipe should separate . Pumps the oil suction pipe should install the 100200 goal network type oil filter, the oil filter and the bottom of a chest distance should not small hundred million 0mm. The oil bottom of a chest should have the slope, facilitates puts the oil, the bottom of a chest and the ground has the certain distance, the most low spot should be loaded with the oil drain plug and oil drain valve.The fuel tank mm steel plate (box lid increases rigidity with 8mm) to weld . In order to prevent the fat liquor is polluted, on the box lid lays aside the partition board, the orifice place all must encrypt seals the installment, the filler spout should install the oil screen. In the fuel tank installs the electric heating, considered it installs the seat . key words： the fuel tank pumps the oil suction pipe the oil return pipe the oil drain plug the oil screen the electric heater 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 3 目 錄 1. 引言 .1 2 液壓油箱的總成設計 .3 2.1 液壓油箱的功能、類型與結(jié)構(gòu) .3 2.1.1 液壓油箱的功能 3 2.1.2 液壓油箱的常見結(jié)構(gòu) 4 2.1.3 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設計 6 2.2 液壓油箱容積的確定 11 2.3 液壓油箱結(jié)構(gòu)的方案 .14 2.4 液壓油箱的焊接設計 .15 2.5 液壓油箱的壁厚強度校核和系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算 .16 2.5.1 液壓油箱的壁厚強度校核 .17 2.5.2 系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算 .18 3.液壓油箱的輔件的設計 .18 3.1 液壓油箱的電加熱器的設計 .20 3.2 液壓油箱的吊鉤設計 20 3.3 液壓油箱的支腳的設計 21 3.4 液壓油箱的清洗孔的設計 .22 3.5 液壓油箱空氣濾清器的設計 24 3.6 液壓油箱的液位計的設計 25 3.7 液壓油箱放油嘴、泵吸油管、回油管及粗濾器的設計 26 3.8 液壓油箱的其他輔件的設計 27 結(jié)論及尚存在的問題 28 致謝 .29 參考文獻 .30 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 4 20KW 液壓元件 綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 1. 引 言 2004 年 1 月，中南大學機電工程學院的徐先懂，王靜，曾晨陽設計了一套液壓元件綜合測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特點是綜合性強，具有計算機輔助的測試(CAT)和手動測試的功能。 日本島津 UEG 型及美國 STEX 公司的 HVL 鋅版液壓萬能實驗機均采用電液伺服閥控制的雙向油缸，負荷、變形、位移控制有電液伺服閉環(huán)控制，同時具有電子測量和計算機數(shù)據(jù)處理功能。點液伺服閥的優(yōu)點是靜動態(tài)性能良好，分辨率高，帶環(huán)小線性度高，工作范圍廣更適合動帶電液伺服實驗機。其缺點 是用于竟帶的液壓萬能實驗機上未能發(fā)揮其特點，使其造價提高抗污染能力變差，工作噪聲教大，油溫聲高快，有些還需水冷卻 。 John Deere, Rexroth, Bosch, Newhold, Case, Steyr, Ferguson, Valtra, Fendt, Bomag, Caterpillar, Fiat-Ams, Goldoni, Bucyms-Erie, WaterlooBoy, Parker, Wandfluch, Lenze, Linde, Sauer-Sunstrand, 另外還有計算機輔 助測試 CAT，它是由硬件和軟件所組成的，針對測量信號復雜，為減小信號的干擾，采取數(shù)據(jù)處理方法和系統(tǒng)抗干擾措施，使測試數(shù)據(jù)更加真實，可靠，較為全面地滿足對被測液壓元件的測試要求。 在本試驗臺上進行產(chǎn)品出廠測試，同時也可進行行業(yè)檢測，采用調(diào)速電機、加載、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、控力、溫度、自動控制和顯示，被測數(shù)據(jù)（參數(shù)）實現(xiàn)自動采集實時顯示。液壓缸、 液壓泵、 流量閥、壓力閥、 溢流閥等進行綜合的測試。 綜上所述，在目前過內(nèi)，國外同類型測試系統(tǒng)的研究，有些是針對某一類型的液壓元件進行性能測試，有些是針對一定壓力的液壓 元件的檢測。如果廠家想測試泵、壓力閥、溢流閥等多個元件就需要購買多套系統(tǒng)，大大浪費資金和人力。焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 5 而我們所要設計的“ 20KW 液壓元件綜合測試項目的研究（ 8MPA 以下）”這個課題恰恰解決了這個類似的問題。我們這個課題可以對多個液壓元件進行出廠測試同時也可以驚醒行業(yè)檢測可，實現(xiàn)了一體多用，大大將降低生產(chǎn)廠家資金的投入，更加經(jīng)濟、方便。 任何液壓系統(tǒng)都有一個必不可少的部分 -油箱，用以儲存液壓傳動的工作介質(zhì)（通常為液壓油）。油箱中的液壓油經(jīng)液壓泵增壓后供應液壓系統(tǒng)，在液壓系統(tǒng)中完成工作后的油液又返回油箱。所以說油箱 的設計是一個液壓系統(tǒng)的根基。我們今天所要研究的課題就是液壓油箱的設計問題。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 6 2. 液壓油箱的總體設計 2.1 液壓油箱的功能、類型與結(jié)構(gòu) 2.1.1.功能 為了使液壓系統(tǒng)能正常工作，液壓油箱必須具備下述功用： (1) 提供一個較大的外表面，將油液熱量以輻射和對流形式傳遞到周圍環(huán)境中； (2) 提供叫大的溶劑，是來自管道和動力元件的高速流體減慢，進而使油掖中的一些較重的巍然物沉淀下來； (3) 在液位上方提供一定的空間，使流體中的氣體能逸入大氣； (4) 通過油箱可以很方便地補油和換 油。系統(tǒng)中用過的油液和殘生的污染物可以從幽香排放； (5) 提供備用空間，儲存因熱膨脹而增加的油液，儲存系統(tǒng)停止運行時因重力排出的油液，儲存工作循環(huán)的某一階段所需的大量油液； (6) 油箱外表面還可用以安裝其他系統(tǒng)元件。 應該強調(diào)一下，油箱一般是起者分離和沉淀油液中污染的作用。但是，隨著電掖伺服和電液比例元件在工業(yè)液壓系統(tǒng)中不斷擴展的控制作用，對系統(tǒng)油液的清潔度要求也相應大大地提高。根據(jù)親戚的污染控制理論，要求油箱不再是一個容污納垢的容器，而是在系統(tǒng)中根據(jù)要求，在有關(guān)區(qū)域設置各類濾清、除污裝置，是油箱本身全部容納著達到滾頂 清潔度等級的油液，以此清潔的油液提供給液壓泵，從而讓整個液壓系統(tǒng)的工作回路中都充滿清潔的工作介質(zhì)，以此保證液壓系統(tǒng)優(yōu)良的工作性能和長久的壽命。 2.1.2 常見類型 油箱常根據(jù)其液面是否與大氣相通，可分問開式油箱和閉式油箱；也有根據(jù)油箱形狀矩形油箱和圓桶形油箱 ；還有根據(jù)液壓泵對油箱所安裝的方位進行分類的：上置式、旁置式、下置式三種。 根據(jù)液壓系統(tǒng)的特點，本課題選用的開式（矩形、旁置）型油箱。開式油箱 應用最廣。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 7 如圖一（二）開式油箱示意圖。 2.1.3 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設計 2.1.3.1 一般設計要素 油箱通常采用鋼板焊接而成，最好采用不銹鋼。一般情況采用普通鋼板，內(nèi)壁再施防銹耐油的涂料。較好的油箱應兼顧下述特點： （ 1） 油位指示器，用眼睛可觀察油位； 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 8 （ 2） 裝有過濾器的注油口，以便給油箱充油。泵的吸油管深入液面之下，離箱底 10cm 左右的地方。油液不應含有空氣以減少泵的氣蝕。回油管出口通常切成 45角，切口對著油箱壁，以便熱量散發(fā)，所有回油口距箱底應大于 3倍管徑； （ 3） 隔板應設在泵的吸油口和系統(tǒng)回油管之間，高度長為液面高度的 34。隔板的作用是防止油液馬上再進入系統(tǒng)循環(huán)； （ 4） 開式油箱裝有呼吸孔，油位 升降時允許空氣進入。呼吸孔應裝有空氣濾清器。呼吸孔組件的大小尺寸應足以高正油箱內(nèi)部為大氣 壓力； （ 5） 油箱的功能之一是冷卻油液，本課題中使用了油浸式加熱器加熱油液，促使空氣從油液中分離出來； （ 6） 清洗窗口設計大一些，便于清除油箱內(nèi)各處的污染物。 應當注意，除掉油中氣泡是油箱一向重要的任務。大直徑氣泡容易浮出，而小直徑氣泡浮出是需要很長時間的。所以要在油箱的泵吸油口之前安放一個傾斜的金屬濾網(wǎng)，氣泡將沿網(wǎng)的斜面浮向自由表面，絕大多數(shù)的氣泡都會濾掉。濾網(wǎng)以 100-200 目和 30傾斜度效果最好。 2.1.3.2 回油管和泵 吸油管的設計 2.1.3.2.1 回油管出口的設計 回油管出口一般有直口、斜口、彎管直口、帶擴散器的出口等幾種類型，斜口應用得較多，一般為 45斜口。為了防止液面的波動，可以在回油管出口裝擴散器。回油管必須放置在液面以下，一般距液壓油箱地面的距離大于300mm,回油管出口絕對不允許放在液面以上。 2.1.3.2.2 泵吸油管的設計 泵吸油管錢一般應設置濾油器，其精度為 100-200 目的網(wǎng)式或線隙式濾油器（如上所述）。濾油器要有主夠的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離不應小于 20mm。泵吸油管應插入液壓 油面以下，防止吸油是卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動油面，致使油中混入氣泡。 2.1.3.2.3 泵吸油管與回油管的方向 為了使油液流動具有方向性，要綜合考慮隔板、泵吸油管和回油管的配置，盡量把泵吸油管和回油管用隔板分開。為了不是回油管的壓力波動及吸油管，焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 9 吸油管機回油管的斜口方向應一致，而不是相對的。 2.1.3.2.4 如何防止雜質(zhì)的侵入 為了防止液壓油被污染，液壓油箱應做成完全密封型的。在結(jié)構(gòu)上應注意以下幾點： （ 1）不要將配管簡 單地插入液壓油箱，這樣空氣、雜質(zhì)和水分等便會從其周圍的間隙侵入。同時 應盡量避免將液壓泵及馬達直接裝在液壓油箱頂蓋上； （ 2）在結(jié)合面上需加入密封填料，密封膠和液態(tài)密封膠，以保證可靠的氣密性。例如，液壓幽香的上蓋可直接焊上，也可以加密封墊（ 1.5mm 厚以上的耐油密封墊）進行密封； （ 3）為保證液壓油箱通大氣并凈化抽吸空氣，需配備空氣濾清器。空氣濾清常設計成既能過濾空氣又能加油的結(jié)構(gòu)。 綜上所述 ,根據(jù)以上的論述 ,可先擬訂油箱的基本外型如下圖所示 : 圖 3 由 上圖油箱外型 ,1-回油管 ,2-泄油管 ,3-泵吸油管 ,4-空氣濾清器 ,5-安裝臺 ,6-隔板 ,7-放油口 ,8-粗濾器 ,9-清洗口側(cè)板 ,10-液位計 ,11-加油口。 2.2 液壓油箱容積的確定 容積是油箱的主要技術(shù)參數(shù)。油箱必須又一定的容積 ,才能實現(xiàn)其功能。設計油箱容積涉及到很朵因素 ,一般采用經(jīng)驗估算法 ,但象我們所牽涉的這個課題需要想多個實驗臺提供液壓油 ,所以又必要分析系統(tǒng)的各種要求 ,并以熱量位焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 10 基礎采用計算的方法來確定。 2.2.1 經(jīng)驗法 油箱的有效容積 V 是指油面高度只占油箱高度 80%時的油箱 容積 ,通常為 : (1)對低壓系統(tǒng) V 大于等于泵每分鐘流量的 24 倍 ； (2)對中 ,高壓系統(tǒng) V大于等于泵每分鐘流量的 57 倍 ； (3)若為壓力補償式變量泵時 ,則泵流量視為變量泵的平均流量對于行走機械 ,其油箱容積為上述數(shù)據(jù) 的 0.50.7.但要注意 冷卻與散熱能力的運用。 根據(jù)經(jīng)驗法算得 :V=7 160 5=5.6 3m 。 2.2.2 熱量計算法 熱量計算法事根據(jù)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與散熱關(guān)系確定油箱的容積的方法。油箱中的油液溫 度一般推薦在 3050 C 范圍內(nèi)工作比較合適 ,最告不應超過 65 C。在特殊情況下允許達到 85 C。 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱及散熱計算 : (1)液壓泵功率損失所產(chǎn)生的熱量 : 1Q 1Q =P(1-k) t(J) 式中 : P-液壓泵的輸出功率 ,P=pq/k(W)； k-液壓泵的總效率 ,一般在 0.70.85 之間 ,常取 0.8； p-液壓泵實際出口壓力 (Pa)； q-液壓泵的實際流量 ( 3m /s)； t-工作時間 (s)。 泵的功率為 20KW,工作時間 t 為 36000s，經(jīng)算得 : 1Q =5.76 810 (JW) (2)閥內(nèi)損失所產(chǎn)生的熱量 : 2Q 本課題中有壓力閥 ,方向控制閥 ,和溢流閥 3 種 .其中以泵的全部流量流經(jīng)溢流閥返回油箱時 ,發(fā)熱量最大。 2Q =pq t(J) 式中 , p-溢流閥的調(diào)整壓力 (Pa)； q-經(jīng)過溢流閥流回油箱的流量 ( 3m /s)； 計算其他閥門的發(fā)熱量時 ,則上式中的 p 為該閥的壓力降 (Pa)；q 為流經(jīng)該閥的焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 11 流量 ( 3m /s)。 溢流閥的流量 q=0.002( 3m /s),p 的調(diào)整壓力為 8MP,經(jīng) 算得： 2Q=2.88 610 (J) (3)管路及其他損失所產(chǎn)生的熱量 : 3Q 此項熱量 ,包括很多復雜的因素 ,由于其值較小 ,加上管路散熱的關(guān)系 ,在計算的時候常予以忽略 .一般可取全部能量的 0.030.05 倍 , 即 : 3Q=(0.0030.005)P t 也可以根據(jù)各部分之壓力降 p及 q代入 2Q =2.88 610 中求得 .在考慮此項發(fā)熱量時 ,必須考慮管路的散熱。 經(jīng)算得 : 3Q=2.88 710 系統(tǒng)總的發(fā)熱量 Q為 上述各項發(fā)熱量之和 ,即 Q=321 QQQQ I =1.7352 810 (J) (4)液壓系統(tǒng)的散熱 液壓系統(tǒng)各部分所產(chǎn)生的熱量 ,在開始的時候一部分由運動介質(zhì)及裝置本體所吸收 ,較少一部分向周圍輻射 ,至某一個溫度侯 (溫度達到一定數(shù)值 )散熱量與發(fā)熱量相對平衡 ,系統(tǒng)即保持一定的溫度不再上升。 若只考慮油液溫度上升所吸收的熱量和油箱本身所散發(fā)的熱量時 ,系統(tǒng)的溫度 T 隨運轉(zhuǎn)時間 t的變化如下 : T=0T+ )exp (1 tCmkAkAQ 式中 : T-油液溫度 (K)； 0T -環(huán)境溫度 (K)； A-油箱的散熱面積 ( 2m )； C-油液的比熱容 ,礦物油一般可取 C=16752093J/(kg K)； m-油箱中油液的質(zhì)量 (kg)； t-運轉(zhuǎn)的時間 (s)； k-油箱的傳熱系數(shù) W/( 2m k)； 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 12 k=)/()/1()/1( 1 2 ila 式中 : -介質(zhì)傳向油箱內(nèi)壁的放熱系數(shù) W/( 2m k)； -介質(zhì)由油箱外表面?zhèn)鞯娇臻g的放熱系數(shù) W/( 2m k)； l-油箱的鋼板厚度 (m)； i-油箱壁的導熱系數(shù) (W/m k).一些材料的導熱系數(shù) i 見表 1。 表 1 一些材料的導熱系數(shù) i 材 料 iW/( 2m k) 鋼 (未經(jīng)淬火 ) 4658 灰鑄鐵 5658 Cr-Ni 鋼 15 鉛 210 銅 373384 礦物油 0.1250.126 將給出的數(shù)值代入公式 k=)/()/1()/1( 1 2 ila 后 ,可看出 相對 ,l/i 相對于 可忽略不計 .因此 ,油箱起熱交換作用的主要值是 .也即事油箱的散熱主要是靠油箱外表面的散發(fā) .油箱的材質(zhì)對此影響卻很小 .因此在一般計算中 ,可用k= 來代替。 K 值的一些實際數(shù)據(jù)如下： 周圍通風差時 k=810； 周圍通 風良好時 k=15； 用風扇冷卻時 k=23； 用循環(huán)水強制冷卻時 k=11-174。 當 t t時，系統(tǒng)的平衡溫度為： m ax 0 QTTkA 由此可見，環(huán)境溫度為 0T 時，最高允許溫度為yT的油箱的最小散熱面積 minA焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 13 為： minA=0()YQk T T 按一般情況油箱的長、寬、高尺寸比例為 1： 2： 3，油面高度達到油箱高度的 0。 8 時，油箱靠自然冷卻使系統(tǒng)保持在允許溫度YT以下時，則油箱散熱面積可用以下近似公式計算： A 32V 6.66 式中： V-油箱的有效面積（ 3m ）； A-油箱的散熱面積（ 3m ）。 當取 k=15W/( 2m k)時，令 A=minA，可得出油箱自然散熱的最小體積為： 33m i n01 0 ( )YQVTT （ 3m ） 式中： minV-自然散熱時油箱的最小體積。 minV 4.5（ 3m ） 液壓油箱公稱容量應符合表 2的規(guī)定。 表 2 油箱的公稱容量 （ L） （ GB2876-81） 2 5 4 0 6 3 10 16 25 40 63 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 備注：油箱公稱容積大于本系列 6300L 時，應按 GB321-80優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系中 R、 0 數(shù)系選用。 根據(jù)表 2可以看出，本課題油箱體積 V=5000L=5 3m 。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 14 由上可知，經(jīng)驗法算出的油箱體積 V=5.6 3m ，基本與之向符合。 上述關(guān)于油箱容積、功率、溫升的計算公式，清楚地顯示了三者之間的相互關(guān)系。運用這些計算公式，列出的油箱容量、功率和溫升的關(guān)系（見圖 4）。圖 4中若已知油箱的允許溫升和供油系統(tǒng)的功率，即可由表查出油箱所需容量，反之也油已知油箱的容積和功率查出油箱達到的溫升。 油箱容積 /L 5000 40000 3200 2500 2000 1600 1250 1000 800 630 400 250 160 100 63 40 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 圖 4 t/ C 由圖 4上已知允許溫升 65 C和功率 20KW，即可查出油箱容積為 4000L，基本與熱量計算法向符合。 綜合上述 3種算法，最后確定液壓油箱的體積 V=5 3m 。 根據(jù)一般性，油箱的長、寬、高尺寸比例為 1： 2： 3，所以可以確定： 經(jīng)圓整： a=2800mm 、 b=1800mm、 c=1000mm 即本課題的油箱長、寬、高尺寸為 2800mm， 1800mm， 1000mm。 2.3 液壓油箱結(jié)構(gòu)的方案 如上節(jié)液壓油箱的尺寸已經(jīng)確定，這節(jié)的主要任務就是要確定油箱結(jié)構(gòu)的具體方案了。本課題中共向讀者展示了 2種方案（方案具體參看 syq-00 和 syq-01總裝圖） 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 15 方案一：在本課題中，液壓油箱要為 5 個實驗臺提供液壓油。所以需要 5個泵的吸油口來為泵提供液壓油。方案一中泵的吸油管設計成為了一個總的油路用一個集流閥來帶動 5 個分的泵的吸油閥。這樣做的方法 使油箱看上去簡潔明了。根據(jù)國家標準 GB5625.1-3-83， 5個實驗臺中最大的流量為 150L/MIN，所以選用的泵的吸油口（總）的公稱通徑為 65mm。泵的吸油口（分）分別為公稱通徑為 25mm。而回油管考慮到了油路的損失和液壓油的消耗問題，選用了公稱通徑 65mm 的管道。隔板設置在了離吸油口較遠的地方。這樣做的好處是可以是液壓油充分的沉淀雜質(zhì)。其他的油箱附件尺寸設計將在“油箱附件尺寸設計中”論述。 生成了方案一后，在與同學和老師的討論后并繼續(xù)查閱了相關(guān)的資料后對方案一進行了改良和油箱部件的重新歸位。從而生成了 方案二。 方案二：在方案二中，泵的吸油管變成了 5 個公稱通徑為 25mm 的管路。在此方案二改進了方案一的不足。用集流閥有可能導致油中的雜質(zhì)造成油路的堵塞，而方案二中設計成 5個公稱通徑為 25mm 的管路是就可以有 5個粗濾器。無疑來說對，油液過濾的更加的充分了！方案一中的回油管和泵吸油管均安裝在箱蓋的上面。雖然這樣做 ,便于觀察且外形比較美觀 ,但確存在這不可避免的錯誤及拆卸不方便。所以在方案二中將泵的吸油管和回油管均設計在了液壓油箱的側(cè)板上。這樣做的好處有 :(1)方便與拆卸 ,開式油箱的主要功能就是拆卸比較方便 ,便于對液 壓油箱的內(nèi)部處理 ；(2)由于泵吸油管和回油管相差的距離比較遠 ,所以隔班不用設計太多 ,結(jié)構(gòu)比較簡單 ,拆卸后便于清理。方案二中還采用了傾斜的油箱底 ,這樣做的好處為 :(1)傾斜的油箱底部有利與瀉油口的瀉油問題 ,在清理油箱中相對來說比較容易 ；(2)油箱的傾斜底部有利油液的流動性 ,使油箱過濾雜質(zhì)更加的充分 ,使液壓油液更加的干凈 ,有利于實驗工作臺。 綜上所述 ,根據(jù)兩個方案的綜合性能 ,我們優(yōu)先選擇方案二。 2.4 液壓油箱的焊接設計 油箱通常采用鋼板焊接而成，最好采用不銹鋼板。本課題考慮到經(jīng)濟因數(shù)普遍采用的為 Q235A。 Q235A 是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 ,Q 的意思是屈服強度后面的數(shù)字是 235 牛頓 /平方毫米 ,焊碳量低易于焊接 ,不能淬火。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 16 油箱主要由箱板、側(cè)板、和箱蓋組成。箱板是由一塊長 3.88m 寬 1.886m 高為 4mm 的鋼板渦壓而成。成型后的主要參數(shù)分別為長 2.m 高 1m 寬 1.886m。其質(zhì)量為 388cm 180cm 0.4 0.5g/c 3m =13.968kg；側(cè)板是有一塊長 1808mm寬 1210mm 厚為 4mm 的鋼渦制而成。成型后的主要參數(shù)分別為高 1210 mm 長為40mm，厚度為 4mm。其質(zhì)量為 180.8cm 121 0.4 0.5g/c 3m =4.37536kg.加上箱蓋和支架、支角的質(zhì)量，油箱本身的重量約為 20kg。 根據(jù)國家標準 GB2512-81 選用的液壓油為： L-HK46。其密度為 0.8kg/ 3m 。 所以可得油箱所能盛的液壓油的質(zhì)量為： M=5 0.8 0.8=3200kg。 對于油箱的強度剛度散熱校核，在“油箱的強度剛度校核”章節(jié)中論述。本張只介紹油箱的焊接。 當箱板和側(cè)板成型 后，用線焊的方法將其焊接，由于本課題中油箱較大，所以焊接后需要在箱板和側(cè)板的交接處用角鐵進行加固。箱蓋的作用是為了防止污染物進入油箱，所以箱蓋是要焊接在油箱頂處。與箱體相交處，仍然要用角鐵加固。 焊接時如 圖（ a， b）所示。 2.5 液壓油箱的壁厚的校核和系統(tǒng)散熱的分析 2.5.1 液壓油箱的壁厚的校核 一般來說，器壁中任意點都處于三向應力狀態(tài)。但作用于外壁上的大氣壓力焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 17 和內(nèi)壁上的內(nèi)壓力 p 與兩個主應力m、的最大值相比要小的多，故可以忽略不計，因而危險點的應力狀態(tài)可看作二向應力狀態(tài)。確定了危險點的應力狀態(tài)后，便可選擇適當?shù)膹姸壤碚摻姸葪l件進行強度計算。 根據(jù)資料可知，殼裝容器上的各點的應力狀態(tài)屬于平面應力狀態(tài)。其 3 個主應力分別為： 1 2 3, , 024mp D p Dss 代入第三強度理論的強度條件式得： 3 1 3 2 lxd pDs 式中 l -鋼板在設計溫度下的許用應力，可查閱有關(guān)的 設計規(guī)范。 在壓力容器的設計中，一般是根據(jù)工藝的要求，先確定其公稱直徑，然后根據(jù)給定的公稱直徑和壓力、溫度，由強度條件設計出合適的壁厚。這樣，上式可簡化為： 2 nlpDs p 這就是由第三強度理論的強度條件計算殼體理論壁厚的公式。 在本課題中，容器的殼體大多數(shù)是由鋼板卷制成的，由于焊縫對強度的影響，上式中的材料許用應力 l 應乘上焊縫系數(shù) ，通常 1，其值取決于焊縫的質(zhì)量，可查閱有關(guān)的設計規(guī)范。因此，實際壁厚0s的計算公式如下： 0 2 nlpDscp 式中 ： p-設計壓力； nD-容器的內(nèi)徑； l -在設計溫度 t 下材料的許用應力； -焊縫系數(shù)； c-壁厚附加量。 以上的設計參數(shù)可根據(jù)具體的設計要求查閱有關(guān)的設計規(guī)范。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 18 經(jīng)算得：0s4mm 當實際壁厚0s為已知時，則可按下式進行強度校核： 030 ( ) 2 ( ) lnxdp D s csc 當油箱的材料和尺寸已知時，則可按下式進確定其許可壓力 002 ( ) () lnscp D s c 上兩式中，00s c s（計算壁厚） 經(jīng)校核后，壁厚可以承受住壓力，強度合適。 2.5.2 系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算 系統(tǒng)發(fā)熱來源于系統(tǒng)內(nèi)部的能量損失，如液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失、溢流閥的溢流損失、液壓閥及管道的壓力損失等。這些能量損失轉(zhuǎn)換為熱能，使油液溫度升高。油液的溫升使粘度下降，泄漏增加，同時，使油分子裂化或聚合，產(chǎn)生樹脂狀物質(zhì)，堵塞液壓元件小孔，影響系統(tǒng)正常工作，因此必須使系統(tǒng)中油溫保持在允許范圍內(nèi)。一般機床液壓系統(tǒng)正常工作油溫為 30 50；礦山機械正常工作油溫 50 70；最高允許油溫為 70 90。 1. 系統(tǒng)發(fā)熱功率 P 的計算 P PB(1- ) (W) （ 式中： PB 為液壓泵的輸入功率 (W)；為液壓泵的總效率。 P PB(1- )=0.8*(1-0.90)=80W 2. 系統(tǒng)的散熱和溫升系統(tǒng)的散熱量可按下式計算： P = KA t*10 3 (W) 式中： K 為散熱系數(shù) (W/m2 )，當周圍通風很差時， K 8 9；周圍通風良好時， K 15；用風扇冷卻時， K 23；用循環(huán)水強制冷卻時的冷卻器表面 K110 175； A 為散熱面積 (m2)，當油箱長、寬、高比例為 1 1 1 或 1 2 3，油面高度為油箱高度的 80%時，油箱散熱面積近似看成 A 0.065 (m2)，式中 V為油箱體積 (L)； t 為液壓系統(tǒng)的溫升 ( )，即液壓系統(tǒng)比周圍環(huán)境溫度的升高焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 19 值； A=0.0653 2V =0.0653 20.4 =0.03529 P = KA t*10 3 =15*0.03529*30*10 3 =0.016 當液壓系統(tǒng)工作一段時間后，達到熱平衡狀態(tài)，則： P P 所以液壓系統(tǒng)的溫升為： t= KAH( ) 計算所得的溫升 t，加上環(huán)境溫度，不應超過油液的最高允許溫度。 當系統(tǒng)允許的溫升確定后，也能利用上述公式來計算油箱的容量。 3.液壓油箱附件的設計 3.1 液壓油箱的電加熱器的設計 在本課題的實驗臺中 ,各個實驗臺的工作啟動油液保持在了 35 C-60 C 之間 ,所以需要在液壓油出油箱之前給予加熱。根據(jù)機械設計手冊和相關(guān)資料的查閱 ,我們選擇了溫州黎明液壓電機廠的 GYY4-22016 型電加熱器。具體相關(guān)參數(shù)如下 :功率 6KW,總長為 807mm,浸入液壓油箱油中的長度 B 為 730mm,電壓為 220V。 如下圖 (圖 5)所示 ,為電加熱器安裝與液壓油箱的相關(guān)位置。具體位置請參看總裝圖 (SYQ-00)中的電加熱器的位置。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 20 圖 5 3.1.1 電加熱器的使用安裝方法和要求具體如下 : 1.浸入油箱的 B 部分 ,必須保證全部浸入液壓油中 ,不允許因為液面的降低而使 B 部分外露 ； 2.為保證電加熱器的 B 部分全部浸入液壓油中 ,應使之水平安裝 ； 3.使用電加熱器時 ,應同時加一個熱電偶 ,當液壓油溫度聲高至預定值時 ,加 熱器自動斷電 3.2.2 液壓油箱的冷卻問題 液壓系統(tǒng)工作時 ,因各種損失 ,有時使液壓油液產(chǎn)生大量的熱量 ,直接影響系統(tǒng)的正 常工作 ,這些熱量單憑一般的液壓油箱散發(fā)是不夠的。因此 ,需設置冷卻設備。我們采用了 GL 型冷卻器。具體設計及選用過程請參看“液壓泵設計說明書”中的冷卻器選用部分。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 21 下圖（圖 6）為冷卻器原理圖 圖 6 1 出水口 2 端蓋 3 出油口 4 隔板 5 進油口 6 端蓋 7 進水口 冷卻器一般應安放在回油管或低壓管路上。如溢流閥的出口，系統(tǒng)的主回流路上或單獨的冷卻系統(tǒng)。 冷卻器所造成的壓力損失一般約為 0.01 0.1MPa。 下圖 (圖 7)為電加熱器的示意圖。具體尺寸請參看零件圖 (SYQ-00-01)中所示。 圖 7 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 22 3.2 液壓油箱的吊鉤設計 液壓油箱中的吊鉤其作用是對液壓油箱裝卸時 ,與天車相互連接的裝置。材料選用 35 號鋼材。根據(jù)上面液壓油箱的總成設計中對油箱的總體校核時 ,設計了 4 個吊鉤分布與油箱的 4 個邊緣部分。這樣做的目的是為了在油箱吊起的過程中方便與天車之間的連接。 3.2.1 吊鉤的使用安裝方法和具體要求 如下 : 在與液壓油箱的相互連接時 ,選用為焊接形式。這就要求吊鉤必須保證與油箱之間要焊接牢固以防止吊鉤在起動與裝卸過程中與液壓油箱脫離 ,造成事故 ； 1.為防止吊鉤安裝不夠牢固 ,可以采用腳鐵在關(guān)鍵部位進行加固焊接 ； 2.與液壓油箱相互焊接時 ,應充分保證水平安裝 ,并能夠保證在液壓油箱上能夠均勻分布。 具體的吊鉤的設計過程請參看零件圖 (SYQ-00-02)圖所示。 3.3 液壓油箱的支腳的設計 液壓油箱中的支腳的作用為 :加固液壓油箱底部的強度 ,使液壓油箱底部能夠承受來至于液壓油箱的壓力。 支腳選用了與液壓油箱相同的厚度為 4mm 的 Q235A 型鋼材。選用的長度210mm,寬度為 135mm。具體設計過程請參看零件圖 (SYQ-00-03)所示。 3.3.1 支腳的使用安裝方法和要求具體如下 : 1.支腳在焊接過程中要與液壓油箱底部的支架的中間部分相互焊接并要保證焊接牢固 ； 2.安裝后要注意防銹問題 ,要實行定期的檢查 ,并且要在液壓油箱涂灰色的耐油防繡涂料 ； 3.支腳安裝時 ,應注意使之水平安裝 ,并能夠保證與底角相互垂直。 3.4 液壓油箱的清洗孔的設計 液壓油箱上的清洗孔 ,應最大限度 地易于清掃液壓油箱內(nèi)的各個角落和取處箱內(nèi)的元件。 根據(jù)相關(guān)資料和生產(chǎn)手冊 ,選用了溫州黎明液壓機電廠產(chǎn)的 YG 型清洗孔。其焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 23 具體參數(shù)如下表 (表 3)所示 表 3 型 號 A B C D E n YG-250 250 225 200 100 50 6 YG-300 300 275 250 125 50 6 YG-350 350 325 300 160 63 8 YG-400 400 375 350 160 63 8 YG-450 450 425 400 200 80 12 YG-500 500 475 450 250 80 12 備注 :可配套提供清洗孔用密封墊圈。若需要清洗孔配套的法蘭 ,也可提供 ,請在原型號后加 F即可。 根據(jù)本課題液壓油箱的尺寸 ,且根據(jù)機械設計手冊說述 ,清洗孔盡量要保持較大尺寸 ,約為油箱高度的 1/2 為好。所以根據(jù)上表選用了 YG-500 型。具體尺寸設計請參看零件圖 (SYQ-00-04) 清洗孔使用安裝方法和要求具體如下 : 1.內(nèi)嵌密封圈來密閉進油或回油管路進入油箱 ,以避免污染物進入油箱 ； 2.清洗管端濾清器 (網(wǎng) )時 ,可以方便地從拆卸下的原清洗孔的位置處將其取出和裝入 ； 3.清洗孔選用 HT200 鑄造而成，所以在生成后要注意定期的查看，防止其生銹，表面涂灰色耐油防銹涂料。 3.5 液壓油箱空氣濾清器的設計 空氣濾清器簡稱空濾器，它是油箱的呼吸器。溫州黎明液壓機電廠的 PAF系列八種規(guī)格的液壓空氣濾清器是一種新型的液壓輔件，其 外觀如圖 8 所示。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 24 圖 8 這種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)由空氣過濾和加油過濾兩部分組成。不僅可以防止液壓系統(tǒng)工作時，由空氣種帶入油箱內(nèi)的塵埃，又可以防止加油過程中混入顆粒物質(zhì)，從 而簡化了油箱的結(jié)構(gòu)，又有利于油液的凈化。 該產(chǎn)品采用了銅基粉末冶金燒結(jié)過濾片，與非金屬過濾器相比，具有過濾精度穩(wěn)定，強度大，塑性強，拆洗方便，并能承受熱應力與沖擊機高溫下正常工作等特點。基與以上優(yōu)點我們選用了溫州黎明液壓機電廠生產(chǎn)的 PAF 型空氣濾清器。 當液壓系統(tǒng)工作時油箱內(nèi)油面時而上升或下降，上升時由里向外排出空氣，下降時由外向內(nèi)呼入空氣。為凈化油箱內(nèi)油液，在油箱蓋板上垂直安裝空氣濾清器，就可以過濾吸入的空氣；同時空氣濾清器又是注油口，注入的新工作油液，須經(jīng)過濾再進油箱，從而濾除了油液內(nèi)的臟物顆粒。 在液壓系統(tǒng)中，凈化工作油是相當重要的環(huán)節(jié)。空氣濾清器能保持油箱內(nèi)油液的清潔，既可以防止臟物顆粒從外部進入油箱，又能延長液壓元件的工作周期和使用壽命，從而保證了液壓系統(tǒng)的正常工作。此外，液壓系統(tǒng)工作時，空氣濾清器能維持油箱內(nèi)的壓力和大氣壓 力壓力，以避免泵出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 25 PAF 系列預壓式空氣濾清器是溫州黎明液壓機電廠根據(jù)美國 UCC 公司，法國 SECOMA 公司，德國 REXROTH 公司生產(chǎn)的預壓空氣過濾樣機，經(jīng)引進后德技術(shù)測繪，并根據(jù)國內(nèi)主機配套廠德技術(shù)要求進一步消化，吸收后自行改進設計而成的。 下圖（圖 9）為 PAF 型空氣濾清器的示意圖，詳圖清參看零件圖（ SYQ-00-05） 圖 9 下表（表 4）為 PAF 型空氣濾清器的技術(shù)參數(shù) PAFa-*-*-*L PAFb-*-*-*L 單項閥開啟壓力（ MP） 油箱內(nèi)頂定壓力 0.02 0.035 0.07 0 02 0.035 0.07 空氣流量（ 3m /min） 0.45 0.55 0.75 0.45 0.55 0.75 空氣過濾精度（ m） 10 20 40 10 20 40 油過濾網(wǎng)空（ mm） 無加油濾網(wǎng) 0.5（可據(jù)用戶要求） 溫度適應范圍（ C） -20+100 C -20+100 C 連接方式 螺紋（ G3/4） 法蘭（ 6 只 M4 16） 重量（ KG） 0 2 0.28 備注：可設計特殊要求。 PAFa-*-*-*L 為螺紋連接， PAFb-*-*-*L 為法蘭連接。 3.6 液壓油箱的液位計的設計 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 26 液位計示油箱、潤滑裝置、冷卻箱和齒輪傳動箱上的必備附件，它可以指示液位及液溫的高低。根據(jù)油箱的尺寸容積 選用了溫州黎明液壓機電廠生產(chǎn)的XYW-250 型液位計。其外型如下圖（圖 10） 所示。其技術(shù)參數(shù)如下表（表 5）所示。其具體尺寸清參看零件圖（ SYQ-00-06）所示。 型號 L E B W A C D XYW-50 70 50 20 20 22 32 M10 XYW-80 100 80 50 20 22 32 M10 XYW-100 120 100 70 20 22 32 M10 XYW-127 147 127 97 20 22 32 M10 XYW-150 180 150 28 25 58 M12 XYW-200 230 200 28 25 58 M12 XYW-250 280 250 28 25 58 M12 XYW-300 330 300 28 25 58 M12 XYW-400 430 400 28 25 58 M12 XYW-500 530 500 28 25 58 M12 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 27 圖 10 XYW-250 型液位計在安裝使用中的主要注意事項為： （ 1） 根據(jù)選用中心距的規(guī) 格尺寸來加工兩個安裝孔，油箱的壁厚為 4mm 時，兩個安裝螺釘?shù)墓饪诪?11mm； （ 2） 安裝好標體以后，再擰上雙金屬溫度計，勿以旋轉(zhuǎn)表頭來擰緊，須再表頭后面六角用扳手擰緊； （ 3） 為了保證溫度計的準確性，傳感管進入被測介質(zhì)的深度應符合“傳感管插入介質(zhì)長度：大于 90mm”的要求； （ 4） 溫度計在運輸、保管、安裝和使用過程中，應避免碰撞，勿使傳感管彎曲和變形； （ 5） 溫度計經(jīng)常工作的溫度值在最大量程的 1/23/4 處為宜； （ 6） 本產(chǎn)品表面切勿與香蕉水接觸。 3.7 液壓油箱放油嘴、泵吸油管、回油管及粗濾器的設計 3.7.1 放油嘴的設計 焦作大學畢業(yè)設計 20KW 液壓元件綜合測試設備的研究 -08 子項油箱的設計 28 放油嘴的作用是將液壓油進行排出。所以放油嘴實際上就是一個泄露裝置