钢坯表面极易被氧化形成氧化皮，且这层氧化皮会在生产中产生废料而影响工作，而采用钢坯修复机的目的将氧化皮去掉，使钢坯的利用率提高。可用的方法很多，例如：1.可用手持钢坯的人为方法将其表面的氧化皮去掉，但是会对人造成危害，而且效率低，如传统的砂轮打磨。2.将钢坯烧红后磕掉其表面的氧化层，但是这种方法使得被处理后的钢坯会在短时间内再被氧化，而且效率低、机器易磨损，如钢模板修复机。使用钢坯修复机来去除表面的氧化层不但可以提高效率、减少危害，而且可以使被处理过的钢坯在冷却后保持一段时间不被氧化，即使在雨中被淋而产生少量生锈但是不会有太大影响。

钢坯修复机采用滚筒机输送而不采用皮带输送是因为：滚筒输送机比皮带输送机应用广泛，可用于储积、分流、合流及较重负载的运输，另外也应用于油污、潮湿及高温、低温的环境。而且滚筒输送机结构简单，可靠性高，使用维护方便。

传统的钢坯修磨机是由一种设有由窝轮、窝杆等组成的回转机构，可使砂轮与钢坯纵向运动的夹角在45-90度间变换的长臂回转式的钢坯修磨机。它既能作直磨用，也可以作斜磨用，兼有两者的优点，该机修磨范围较大、质量好且结构简单，检测维修方便，适用于大、中、小形钢坯和锻坯的全扒皮修磨。而采用钢坯修复机不但兼顾了钢坯修磨机的所有优点，而且还有具有效率高的优点。

钢坯修复机的部分操作通过液压控制，使得钢坯自动翻转，且具有实用、结构简单，操作方便，自动化程度高，劳动强度抵，环境污染小，钢坯修整质量、精度高的优点，是现代炼钢行业钢坯修复的理想设备。虽然我国目前没有生产，只是在大连特钢厂有两台由意大利引进的钢坯修复机，因此需要研制技术含量高，且质量稳定的高档产品来满足国民经济的要求和行业需求，所以钢坯修复机在世界上一定会有相当大的发展前景。【15】

2.液压技术概况

当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声，经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大的发展，在完善比例控制，伺服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。

今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断地提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求，体现在如下一些比较重要的特征上：

1)提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率，液压元件的结构不断地在向小型化方向发展。

2)高度的组成化、集成化和模块化。液压系统由管式配置经板式配置，箱式配置、集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置，使连接的通道越来越短，这种组合件不但结构紧凑、工作可靠，而且使用简便，也容易维护保养。模块化发展也是非常重要的方面，完整的模块以及的功能单元，对用户而言，只需要简单地进行组装即可投入使用，这样不仅可以大大节约用户的装配时间，同时用户也无须配备各种经专门培训的技术人员。

3)和微电子结合，走向智能化。汇在一起的联接体只要一收到微处理机或者微型计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。

综上所述可以看到，液压工业在国民经济中的作用实在是很大的，它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平饿重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须奋起直追，才能迎头赶上。

液压系统的设计步骤大体如下：

1)液压系统的工况分析

2)拟订液压系统原理图

3) 液压系统的计算和选择液压元件

4)对液压系统进行验算

5)绘制正式工作图和编制技术文件

设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术文件。正式工作图一般包括如下内容：液压系统原理图；自行设计的全套工作图（指液压缸和液压油箱等非标准液压元件）；液压泵、液压阀及管路的安装总图。

技术文件一般包括以下内容：基本件、标准件、通用件及外购件汇总表，液压系统安装和调试要求，设计说明书等。【15】

3.液压系统性能与参数的初步确定

3.1工况分析

工况分析是分析机械工作过程的具体情况，其内容包括负载分析、速度分析和功率变化规律的分析。对液压系统进行工况分析其目的就是要查明它的每个执行元件在各个动作阶段内的运动速度和所承受的负载并绘制成图。而液压执行元件的工况图是选择系统液压元件和基本回路的依据。这是因为：

1) 液压泵和各种控制阀的规格是根据工况图中的最大压力和最大流量选定的；

2) 各种液压回路及其油源形式都是按工况图的不同阶段内的压力和流量变化情况初选后，再通过相互比较确定的；

3) 将工况图所反映的情况与调研得来的参考方案进行对比，可以对原来设计参数的合理性做出鉴别，或进行调整。

3.1.1液压缸的负载分析

通过现场调研获知，此液压系统的液压缸的工作行程为5m，钢坯尺寸为长10m宽150mm高150mm,钢坯密度取7.8kg/m3,动摩擦系数为1.5，且在水平位置时外负载最大，大约为25800N。

3.1.2液压缸的速度分析

通过现场调研得知，此液压系统的液压缸速度在0.1m/s-0.2m/s之间，具体数值没有要求，但是要保证钢坯运行过程平稳，液压缸锁紧使系统冲击小，因此取活塞杆伸出时速度为0.1m/s,活塞杆退回时速度为0.2m/s。【12】

3.2 液压系统参数的初步确定

3.2.1确定液压缸的主要参数

液压缸是液压传动中的主要执行元件之一，它是把液压能转换成机械能的能量转换装置。液压缸结构简单、工作可靠，广泛应用于机械的液压传动中。目前，工业中常用的液压缸的结构形式有活塞缸、柱塞缸、摆动缸三大类。活塞缸和柱塞缸可实现往复直线运动，输出速度和推力；摆动缸则实现往复摆动，输出角速度（转速）和转矩。形式如下：

活塞缸

1单杆活塞缸

单杆活塞缸是活塞的一端带有活塞杆的液压缸。结构如图2-1所示。这种油缸由于活塞两侧受力面积不等，活塞往返运动时所产生的推力和速度各不相等。活塞杆外伸时，油缸产生的推力大，速度小；而活塞杆作差动连接时，可实现快速运动。故这种油缸工业上常用来实现“快速进给”、“慢速工进”和“快速回位”。

图1 单杆活塞缸

2双杆活塞缸

双杆活塞缸是活塞的两端都带有活塞杆的液压缸。结构如图2-2所示。其工作原理与单杆活塞缸相同，由于活塞两侧受压面积相同，油缸两端的供油压力P和供油量Q相同时，其往返运动速度及产生的推力都分别相等。

图2 双杆活塞缸

柱塞缸

柱塞缸是单作用缸，结构如图2-3所示，回程依靠自重或外力，常倾斜或竖直安装。柱塞与缸体内壁不接触，油缸内孔只需粗加工，简化了缸体的加工工艺，制造简便。工作时总是承受压力。因此柱塞必须有足够的刚度，直径比较大，且只能实现一个方向的运动，特别适应在行程比较长的场合。

图3 柱塞缸

摆动缸

常用的摆动缸有单叶片式和双叶片式两种。这类油缸是靠转子的回转来传动力和运动的。输出的是周期性的回转运动，其回转角小于300°。这种液压缸由于密封性较差等原因，一般只用于低压系统，如送料夹紧和工作台回转的辅助运动装置。

本次设计的液压系统要求动作可靠，且为往复直线运动，故应采用活塞缸。而且单作用活塞缸可以输出多种速度，差动连接时还可以实现快速运动，并且体积较双杆活塞缸小，结构紧凑。本液压系统只要求动作可靠，滑动水口打开速度要快，综合考虑上述两种活塞缸的适应场合、制造成本及体积大小等因素，本液压系统采用差动式单作用活塞缸。【12】

3.2.2确定液压缸的尺寸

①初选液压缸工作压力

液压缸的推力F是由液压缸的工作压力p和活塞的有效工作面积A来确定的，而活塞的运动速度v由输入缸的流量Q和活塞的有效工作面积A确定的，

即                     F=A p

                       v=Q／A

     式中     F —— 缸（或活塞）的推力（N）；

              p —— 进油腔的工作压力（MPa）；

              A —— 活塞的有效工作面积（m2）；

              Q —— 输入液压缸的流量（L/min）；

              V  —— 缸（或活塞）的运动速度（m/min）。

由上两式可见，当缸的推力一定时，工作压力p取的越高，活塞的有效面积A就越小，缸的结构就紧凑，但液压元件的性能及密封要求要相应提高；工作压力p取的越低，活塞的有效面积A就越大，缸的结构尺寸就越大，要使工作机构得到同样的速度就要求有较大的流量，这样使有关的泵、阀等液压元件的规格相应增大，有可能导致液压系统的庞大。因此，液压缸的工作压力常采用类比法或通过试验确定。设计时，液压缸的工作压力可根据负载大小和设备的类型，选择工作压力：

表1 各类液压设备常用的工作压力

②计算出液压缸的内径D

通过调查可知系统在取工作压力为8MPa时，系统P2被压可按0.8MPa（回油路带背压阀的回路中背压为0.5-1.5MPa）估算。

由最大负载按公式

A2=F/[ηcm(P1*ψ-P2)],A1=ψ*A2

计算液压缸面积.

其中:            

F —缸的最大外负载；

                P1—缸的最大工作压力；

                P2—缸的背压；

                A1—缸无杆腔有效面积；

                A2—缸有杆腔有效面积；

                ηcm—机械效率；

                ψ—缸往返速比   ψ=1/λ2 

                        λ— λ=d/D (λ为直径比)

本系统工作压力为8MPa，大于7 MPa，活塞杆受压力，故选取λ为0.7带入上式后算得

D=69mm

按国标可圆整为标准直径 D=80mm

③计算活塞杆直径d

活塞杆直径d为

d=D×λ=80×0.7=56 mm

按国标可圆整为标准直径 d=56mm

由此可得液压缸的两腔的实际面积为

液压缸无杆腔面积A1

A1=πD2/4=3.14×0.82 =50.24mm

液压缸无杆腔面积A2 

A2=π(D2 -d2 )/4=25.62mm

式中      D—液压缸缸筒直径

d—液压缸活塞杆直径

对选定后的液压缸内径D，必须进行最小稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔的有效工作面积A，必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积Amin,即A>Amin

Amin=qmin/vmin

式中  qmin—流量阀的最小稳定流量，一般从选定流量阀的产品样本中查得 取q=0.05L/min

vmin—液压缸最低速度,由设计给定   取v=0.1m/s

将数值带入Amin=0.05L/min/0.1m/s=8×10-6 m2 可见此液压缸尺寸符合要求。

④液压缸辅件设计

液压缸缸盖设计

液压缸的缸盖可以选用35、45锻钢或ZG35、ZG45铸钢或HT200、HT350铸铁等材料。当缸体本身优势活塞杆的导向套时，缸盖最好选用铸铁。同时，应在导向表面上熔堆黄铜、青铜或其他耐磨材料。也可以在缸盖中压入导向套。【10】

3.2.3绘制系统工况

根据上面算得的D与d的值，估算液压缸在各个工作阶段中的流量。

进油腔的流量      Q1   =  V2 A1

=  0.15m/s×50.24 cm2

=  45.24L/min

式中       A1  ——   液压缸进油腔（无杆腔）的面积（cm2）；

                V2  ——   活塞杆移动速度（m/min）；

                Q1  ——   液压缸进油腔的流量（L/min）。

回油腔的流量      Q2  =  V2 A2

=   0.15 m/s×25.62cm2

=   23.06 L/min

　   式中       A2   ——  液压缸回油腔（有杆腔）的面积（cm2）；

                V2    ——  活塞杆移动的速度（m/min）；

                Q2    ——  液压缸回油腔的流量（L/min）。

实际压力为    p1 =(F/ηcm+ p1 A2) / A1

                   =[(25800/0.95+0.8×106×25.62×10-4 )/50.24×10-4 ]×106

=5.81MPa

根据上述算得的液压缸在各个阶段的流量和进油腔的工作压力，估算液压缸输入功率

P  =   p1 Q1

            =  5.81MPa×45.24L/min

= 4.36kw

3.3系统回路的选择

拟定液压系统图是液压系统设计中的一个重要步骤。这一步要做的主要工作：一是选择基本回路，二是把选出的回路组成液压系统。【8】

3.3.1 采用液控单向阀的锁紧回路

锁紧回路的功用是使液压缸能在任意位置上停留，且停留后不会因外力作用而移动位置。在液压回路中双液控单向阀应用广泛，主要利用液控单向阀的良好密封性，在锁紧回路中，锁紧的可靠性及锁定位置的精度，仅仅受油缸本身内泄露的影响，在保压回路中可保证将活塞锁定在任何位置，并可防止由于换向阀的内部泄露而引起的带有负载的活塞杆下降。

在实际中选用的液控单向阀，一方面应考虑打开时所需要的控制压力，此外还应该考虑系统压力变化对控制油路压力变化的影响，以免出现误开启。另外一方面因该考虑在油流反向出口无背压的油路中选用内泄式，否则需要外泄式，以降低控制油压力，而外泄式的油口必须无压回油，否则会抵消一部分控制压力。

双向锁的锁紧回路：当换向阀左位接入时，压力油经左边液控单向阀进入液压缸左腔，同时通过控制口打开右边液控单向阀，使液压缸右腔的回油可经右边液控单向阀回油箱，活塞向右运动。反之，活塞向左运动。到了需要停留的位置，只要使换向阀处于中位，因阀的中位为“H”型机能（“Y”型也可）,所以两个液控单向阀均关闭，使活塞双向锁紧。由于本系统需要在上升过程中将钢坯固定，因此需要设置锁紧回路，且采用上述双向锁的锁紧回路。【8】

3.3.2 采用分流集流阀的同步回路

经现场调研可知，钢坯在被举升的过程中两液压缸需要达到同步，才能使钢坯平稳的被举起，否则会使钢坯因不同步被举起而滑落。如果只是选用一般的同时进出油达到的同步会因两个液压缸所受负载不同而不能满足要求，如调速阀，同步精度容易受到其性能和油温的影响，系统效率较低。因此选用分流集流阀来达到举升钢坯的同步。

FJL型分流集流阀又称同步阀，该阀具有结构紧凑，体积小，维护方便等特点。此阀是按固定比例自动分配或集中两股油流，使执行元件双向同步。【8】

3.3.3采用节流阀的调速回路

在液压系统中，调速回路往往是拟订液压系统的核心。调速方式一经确定，其它回路的形式也就基本定了下来。因此，液压回路的选择工作必须从选择调速回路（包括决定油路的循环形式和油源结构形式）开始。目前，液压系统中常用的调速回路有节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路三大类。此液压系统中采用了节流调速回路。

      节流调速回路

节流调速回路采用定量泵供油,由节流阀(或调速阀)改变进入或流出执行元件(油缸或马达)的流量来实现速度调节的方法.这种回路的优点是结构简单、成本低、使用维护方便、调速范围大,所以在机压系统中得到了广泛的应用。但由于它的能量损失大、效率低、发热大,故一般多用在功率不大的场合。例如各类机床的进给传动装置中。节流调速回路按照节流阀(或调速阀)在系统中的安装位置的不同,又可分为进口节流调速、出口节流调速和旁路节流调速三种方式。

1)  进口节流调速回路

进口节流调速回路是将节流阀安装在液压缸的进油路上。如下图所示

该回路的优点是：油缸回油腔和回路中的压力较低。当采用活塞杆油缸并在工作行程时使油液进入无杆活塞腔，就可以获得较大推力的同时，得到较低的工作速度。其主要缺点是：油缸没有背压，运动不平稳，容易产生振动和爬行。在回油路上加一背压阀可以改善这种情况，但背压阀要消耗一定的能量。此外，油液通过节流阀时要发热，使进入油缸的油温升高，增加泄漏。但是经现场调研可知，这种调速回路在低速下的速度刚性较好；在负载变化的情况下，负载小时的速度刚性比负载大时要好。因此，进油口节流调速回路不宜用在负载较重，速度较高或负载变化较大的场合。

   图4  进口节流调速

2）出口节流调速回路

出口节流调速回路是将节流阀安装在液压缸的回油路上，如图所示。

出口节流调速回路的速度负载特性与进口节流调速回路是完全相同的。出口节流调速回路能承受负性负载。油缸有一定的背压，空气不易渗入，运动比较平稳。此外，油液通过节流阀发热后直接回到油箱，温升较小，油缸泄露较小。缺点是：油缸工作腔和回油腔的压力都比进口节流调速回路要高（在相同负载的情况下）。特别是回油腔，它的背压力有时非常高。一般只用于功率小，负载变化不大的液压系统中。但由于出口节流调速回路运动比较平稳，因此应用较多。

图5 出口节流调速

3)  旁路节流调速回路

旁路节流调速回路是将节流阀安装在与液压缸并联的旁支油路上，如下图所示。旁路节流调速回路的优点是：油泵供油压力随负载变化而变化。负载减小时，供油压力也减小，加上无溢流损失，故在能量利用上较上述两种调速回路合理。它的机械特性曲线如下图所示。因此，旁路节流调速回路用于功率大，对平稳性要求不高的场合。

图 6 旁路节流调速

因考虑到系统需要在活塞杆伸出和退回过程都调速，因此需要在进出油口都加入调速装置，选用单向节流阀对系统进行单向调速。【8】

3.3.4 采用三位四通阀的换向回路

三位四通阀的使用场合：能使元件在任意位置上停止运动，执行元件正反向运动时，回油方式相同。经过比较本系统采用三位四通电磁换向阀（“Y”和“O”型）的换向回路。

在拟定液压系统时，注意了以下几方面向题：

1)防止回路间可能存在的相互干扰。

2)确保系统安全可靠  液压系统运行中的不安全因素是多种多样的。例如异常的负载、停电，外部环境条件的急剧变化，操作人员的误操作等，都必须有相应的安全回路或措施，确保人身似设备安全。例如，为了防止工作部件的漂移、下滑、超速等，应有锁紧、平衡、限速等回路；为了防止操作者的误操作，或由干液压元件失灵而产生误动作，应有误动作防止问路等。【8】

综上各种油路的选择，可得到如下图所示的钢坯修复机系统原理图：

图7 液压系统原理图

1-液压泵      2-进油过滤器      3-三位四通电磁换向阀Y机能      4-叠加式双单向节流阀      5-双向锁       6-分流集流阀          7-三位四通电磁换向阀O机能       8-压力表      9-压力表开关        10-回油过滤器       11-液位液温计

3.4液压系统原理的拟定及元件的选择

拟定液压系统原理图包含两项内容：一是通过分析、对比选出合适的液压回路；二是把选出的回路组合成液压系统【2】

3.4.1液压元件的选择

液压元件的选择主要依据计算出的元件的工作压力和流量、电机的功率等的结果。选择的原则是尽量选用标准元件。

①泵和电机的选择

在选择油泵时，应首先根据系统对动力源的要求，确定油泵的额定压力和额定流量，然后根据系统的工作环境、工作条件、系统对油泵精度的要求以及油泵本身的工作性能来选取油泵的类型、型号、规格。

目前工业上常用的油泵类型，主要有齿轮泵、双作用叶片泵、限压式变量叶片泵和轴向柱塞泵。表3列出了上述几种泵的主要性能及优缺点。从表中可以看出：外啮合齿轮泵主要适用于中高压及中低压系统，特别是低压系统。目前常把它用于精度要求不高的一般机床及工程机械上。中高压齿轮泵常用于航空及造船等方面。铸造设备中常把低压齿轮泵作为辅助油泵使用。叶片泵由于工作平稳，流量脉动小，因此特别适用于中压、中速及精度要求较高的液压系统中。铸造设备、机床及一般工程机械中应用非常广泛。柱塞泵具有许多优点，虽然价格昂贵及维修较困难，但是性能比其他液压泵要高。【6】

表3 油泵性能及优缺点对照表

计算液压泵的工作压力和额定压力

1） 液压泵的工作压力

液压泵的工作压力是根据执行元件的工作性质来确定的。

pp ≥ p1   + ∑△p1

式中    pp     ——   执行元件的最大工作压力；

∑△p1 ——   进油路上的压力损失，系统管路未曾画出以前，按经验资料选取：

一般节流调速系统和管道简单的系统取

∑△p1     =  2×105～5×105Pa

进油路有调速阀的系统及管道复杂的系统取

∑△p1   =  5×105～15×105Pa

液压泵的最大工作压力pp = p1   + ∑△p1 

=5.81+0.5

=6.31MPa

2) 液压泵的额定压力

系统在工作的过程中常因过渡过程内的压力超调或周期性的压力脉动而存在着动态压力，其值远超过静态压力。所以液压泵的额定压力应比系统最高压力大25%-60%。本系统负载变化不大，且无冲击载荷，故取额定压力为：

pn     =   (1.25-1.6)pp

=  6.31×1.25

=   7. MPa

计算液压泵的额定流量

油泵的额定流量应满足液压系统中同时工作的执行元件所需要的最大流量之和。本系统只有一个执行元件，故其流量为：

Qp      ≥    K (∑Q)max

式中        Qp     ——   油泵的额定流量（L/min）；

K   ——   系统泄露系数(约取1.1～1.3)；

(∑Q)max  ——  系统中同时工作的执行元件所需的最大流量之和(L/min)

在本系统，液压缸工作所需的最大流量为45.24L/min，取系统泄露系数K=1.1,则

泵的额定流量Qp为： 

Qp   ≥  1.1×45.24L/min

=  49.74 L/min

根据计算出的额定压力及额定流量，查阅液压手册及产品样本，选定量泵的具体型号规格为YBN型叶片泵（额定压力pp=10MPa，额定流量为75L/min）。

②确定驱动电机的功率

由系统可知，P-L和Q-L曲线变化比较平稳，电机所需功率按下式计算，即：             Pp     =    pp  QP / ηP

式中     ηP  ——  液压泵的总效率，查液压手册可以知道，该泵的效率为80%；

pp  ——  液压泵的工作压力（MPa）；

QP  ——  液压泵的额定流量（L/min）。

故所需电机的功率为：pp   = 49.74L/min×6.31MPa／0.80

= 6.54kw

按电机产品目录，综合考虑选取7.5 kw的电动机，其型号为：Y132S2-2,(P=7.5kw,n=2900r/min)

 Y系列三相异步电动机的应用特点是：效率高，节能，堵转转矩高，噪声低，振动小，运行安全可靠。作为一般用途的电动机，适用于驱动无特殊性能要求的各种机械设备，如金属切削机床，该系列电动机的定额是以连续工作为基准的连续定额。

表4 液压泵的总效率

①选择控制阀

选择液压阀应尽量选择标准定型产品。首先根据使用要求包括用途，动作方式，压力损失数值，工作寿命和阀的生产条件确定阀的形式，然后根据流经这个阀的油液的最大工作压力和流量来确定阀的规格。

液压控制阀在液压系统中的功用是通过控制调节液压系统中的油液的流向、压力和流量，使执行器及其驱动的工作机构获得所需的运动方向、推力（转矩）及运动速度（转速）等。所设计的液压系统，将来能否按照既定要求正常可靠运行，在很大程度上取决于其中所采用的各种液压阀的性能优劣及参数匹配是否合理。

各种液压控制阀的规格型号，可以系统的最高压力和通过阀的实际流量为依据，并考虑阀的控制特性、稳定性及油口尺寸、外形尺寸与重量、安装连接方式、操纵方式、适应性与维修方便性、货源及产品历史等，从相关设计手册或产品样本中选取。

各液压控制阀的额定压力和额定流量一般应与其使用压力和流量相接近。对于可靠性要求较高的系统，阀的额定压力应高出其使用压力较多。如果额定压力和额定流量小于使用压力和流量，则易引起液压卡紧和液动力，并对阀的工作品质产生不良影响；对于系统中的顺序阀和减压阀，其通过流量不应远小于额定流量，否则易产生振动或其他不稳定现象。对于流量阀，应注意其最小稳定流量。【6】

根据上述选择阀的原则，选择该系统所需的各个阀的型号及规格如下表5所示

表5  液压阀的型号规格

选过滤器时，主要根据液压系统对滤油器的性能指标的要求以及系统的工作压力大小，从产品样本中选取。根据过滤器在系统中的安装位置不同，可以分为：吸油口过滤器、压油口过滤器、回油口过滤器三种安装方式，在此液压系统中选用吸油口过滤器。在液压泵的吸油口安装过滤器的主要目的是，防止泵在吸油的同时将污物吸进油路，主要防止大颗粒物的进入。但是必须注意过滤器的压差必须满足泵的吸油特性，过滤器的压差过大容易造成吸油困难，而出现气穴，气穴现象是泵的最大危害之一。【6】

滤油器的性能指标：

1. 工作压力

不同结构形式的滤油器所允许的工作压力不同，在选择时应考虑其最高工作压力。本系统最高工作压力为14.5MPa。

2. 过滤精度

过滤精度是指油液通过滤油器时，滤芯能够滤除的最小机械杂质的颗粒度的公称尺寸，系统的过滤精度一般按下列两因素考虑：一是污垢颗粒应小于运动零件滑动面的配合间隙或油膜厚度，以免引起划伤和磨损；二是污垢颗粒应小于系统中节流小孔的最小截面积，以免堵塞小孔。

液压系统对过滤精度的要求，随系统压力不同而不同。系统压力越高，运动零部件的配合间隙越小，过滤精度要求越高，表6给出了各种压力下的液压系统及控制元件对过滤精度的要求。

表6 滤油器过滤精度的选择

3.4.3油箱的选择

1.  油箱的主要作用：

1) 贮存充足的油液，以满足液压系统正常工作的需要；

2) 散发热量，保证油温不超过规定值（≤60℃）；

3) 使油中污染物沉淀，空气逸出。

2.  油箱的计算与选择

油箱的容量主要依据散热的需要来确定,同时还必须保证在液压系统工作的整个过程中,无论流量如何波动,油箱中的油面都能保持一定的高度,使渗入油液中的空气和污染物有足够的时间分离出来.对于一般的开式液压系统,其油箱的有效容量可按下列经验公式确定:

对于低压系统(P＜2.5Ma)  

                        V = ( 2 ～ 4 ) Q

对于中压系统

                        V = ( 5 ～ 7 ) Q

对于高压系统

                        V = ( 6 ～ 12 ) Q

式中    V  ——  油箱的容积（L）;

              Q  ——  泵的额定流量(L/min)。

各式中的系数选择原则是:不连续工作时取小值,连续工作时取大值;使用变量泵时取小值,使用定量泵时取大值.对于本液压系统,压力P＞8Ma,故油箱的有效容积 V为：

V  =   5 Q

=   5×49.74

=   248.7 L

对于本液压系统，由于油箱盖用来作为液压泵、电机、液压阀等元件的安装底版，故要求体积足够大，油箱的有效容积选为400L。油箱有效容积大时，有利于散热，油液中的杂质能够充分沉淀，渗入在油液中的空气也可以充分逸出。

3.油箱辅件的设计

1液位计的控制及显示

油箱内液位计的控制可以通过液位发讯器或液位计进行检测。前者当液位低于要求时会发出报警信号，目前应用的有浮子式液位发信装置。后者需要人工进行监视，当液位低于要求时进行人工补油。

2油箱内油温控制

为了保证液压系统的正常工作，必须将工作介质的温度控制在一定范围内，油箱的温度控制采用与电接点温度计相配合的温度控制器。当温度低于要求的最低值时，电接点温度计通过继电器电路通电，加热器开始工作，当温度升到调定值时，加热电路断电，加热器停止工作。同理，当温度高于要求的最高温度值时，使冷却器电路通电，冷却器开始工作；当油温降至调定值时，冷却器电路断电，冷却器停止工作。油温控制的范围可以通过电接点温度计进行调节。③箱体确定

油箱体   油箱体由Q235钢板焊接而成,取钢板厚度5~8mm，箱体大者取大值，本粗轧机的油箱板厚度为8mm。在油箱侧壁上安装油位指示器。在油箱与隔板垂直的一个壁上常常开清洗孔，以便于清洗油箱。油箱底部   油箱底部采用倾斜的方式，用焊接方法与壁板焊接而成，采用这种结构，便于排油，底部最低处有排油口。

油箱隔板  为了使吸油区和压油区分开，便于回油中杂质的沉淀，油箱中设置了隔板。隔板的安装方式主要有两种，第一种：回油区的油液按一定方向流动，既有利于回油中的杂质、气泡的分离，又有利于散热。第二种：回油经过隔板上方溢流至吸油区，或经过金属网进入吸油区，更有利于杂质和气泡的分离。在本次设计中，采用隔板的方式，主要为了将沉淀的杂质分开。隔板的位置在油箱的中间，将吸油区和回油区分开，隔板的高度，最低为油面的1/2。隔板的厚度等于油箱侧壁厚度。

④空气滤清器

空气滤清器是对空气进行净化的装置，它由壳体和滤芯组成，滤芯布置在壳体内。大气中有各种异物，例如灰尘、砂粒等，会对液压系统的油液造成污染，它们将加速系统的磨损，从而降低系统的使用寿命。空气滤清器能防止出现这种情况。查参考文献[3]，表6-68，选择EF6-80型空气滤清器。

4.减少油箱噪音

防噪音问题是现代机械装备设计中必须考虑的问题之一。油路系统的噪音源，以泵站为首，因此，进行油箱设计时，从下列几方面减轻噪音：

1)油箱与箱盖间增加防振橡皮垫：

2)用地脚螺栓将油箱牢固固定在基础上；

3)油泵排油口用橡胶软管与阀类元件相连接；

4)回管接头振动噪音较大时，改变回直径或增设一条回，使每个回接头的通路减少。【6】

3.4.4其它辅助元件的型号和规格的选择

其他辅助元件的型号如下表：

表7 辅助元件的型号规格

 确定直径d

根据参考书得知，的规格尺寸（管道内径和壁厚）可由下面的公式算出后，查阅有关的标准选定。

D ≥ 4.6

式中       D     ——   内径；

q     ——   管内流量；

v     ——   管中油液的流速。

油液流速参考数据

d ≥ 4.6

= 4.6（50L/min÷2m/s）1/2

= 23 mm

压：取流速v=4m/s，则压的直径为：

d ≥4.6 

= 4.6(50L/min ÷4m/s)1/2

= 16.26 mm

回：取流速v=2.m/s，则回的直径为：

d ≥ 4.6

= 4.6（50L/min÷2m/s）1/2

= 23 mm

圆整为标准直径后，选取吸内径25mm，压内径18mm，回内径25mm。

3.4.6液压站的设计

液压装置按其总体配置分为分散配置型和集中配置型两种主要结构类型，而集中配置型即为通常所说的液压站。因为本课题要研究的是液压站，所以对分散型结构不予说明。【5】

（1）分散配置型液压装置是将液压系统的液压泵及其驱动电机、执行器、液压控制阀和辅助元件按照机器的布局、工作特性和操纵要求等分散安设在主机的适当位置上，液压系统各组成元件通过管道逐一连接起来。例如有的金属加工机床采用此种配置时，可将机床的机身、立柱或底座等支撑件的空腔部分兼作液压油箱，安放动力源，而把液压控制阀等元件安设在机身上操作者便于接近和操纵调节的位置。

分散配置型液压装置的优点是节省安装空间和占地面积；缺点是元件布置零乱，安装维护较复杂，动力源的振动、发热还会对机床类主机的精度产生不利影响。所以此种结构类型主要适宜结构安装空间受限的移动式机械设备采用。

（2）集中配置型液压装置通常是将系统的执行器安放在主机上，而将液压泵及其驱动电机、辅助元件等安装在主机之外，即集中设置所谓液压站。

按照操作执行器的液压控制装置（液压控制阀及其安装油路板或油路块等连接体的统称）的安放位置及液压站的功能，又可进一步将液压站分为动力型液压站和复合型液压站两种结构类型。

    执行器及其操纵控制阀等散装在主机各适当位置上的动力型液压站，其形态较为简单，它主要由液压泵及其驱动电机、油箱及其附件、少数必要的压力控制阀等组成，因此经常称之为液压泵站。其主要功能是为液压执行器提供一定压力和流量的油液，而系统的控制主要由散装在主机各处的控制阀来担当。

（3）复合型液压站是将系统中液压泵及其驱动电机、油箱及其附件、液压控制装置及其他辅助元件等均安装在主机之外，系统的执行器仍然安装在主机上。复合型液压站不仅具有向执行器提供液压动力的功能，同时还兼具控制调节功能。按照液压控制装置是否安装在液压泵站上，此种液压站又可进一步分为整体式液压站和分离式液压站两类。整体式液压站是将液压控制装置及蓄能器等均安装在液压泵上，而分离式液压站则是将液压泵及其驱动电机和油箱及其附件、液压控制装置和蓄能器等分装成液压泵站、液压阀站（一组或多组）和蓄能器器站等几部分（根据液压阀站的安放位置又有阀架式、机身式和执行器搭载式三种），各部分之间按照液压系统原理图中确定的油路关系通过管路进行连接。

液压站的优点是外形整齐美观，便于安装维护，便于采集和检测电液信号以利于自动化，可以隔离液压系统振动、发热等对主机精度的影响。缺点是占地面积大，特别是对有强烈热源和烟雾、粉尘污染的机械设备，有时还需为安放液压站建立专门的隔离房间或地下室。

根据以上的阐述结合自己所设计的课题，本课题液压站的设计结构采用集中配置型液压装置中的整体式液压站的结构设计方式。

①液压泵的安装方式

液压泵装置包括不同类型的液压泵．驱动电动机及其联轴器等。其安装方式分为上置式和非上置式两种。

1) 上置式安装  将液压泵和与之相联的放在液压油箱内，这种结构型式紧凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省内地面积。

                                    图8

     2）非上置式安装  将液压泵和与电动机放在液压油箱旁，如图所示，这种结构，振动较小，油箱的清洗比较容易，但占地面积较大，吸与泵连接要求严格，应用于较大型液压站。

图9

本次设计采用的Y132S-2型，体积适中，因此可用为上置式。

②确定控制装置的集成方式。

液压控制装置的集成主要有板式集成、块式集成和叠加阀式集成。

（1）板式集成液压控制装置，是把若干个标准板式液压控制阀用螺钉固定在一块公共底板（油路板，亦称阀板）上，按系统要求，通过油路板中钻、铣或铸造出的孔道实现各阀之间的油路联系，构成一个回路。对于较复杂的系统，则需将系统分解成若干个回路，用几个油路板来安装标准板式液压元件，各个油路板之间通过管道来连接。通常将油路板上安装阀的一面称为正面，不安装阀的一面称为背面。

板式集成的特点是对于动作复杂的液压系统，会因液压元件数量的增加，导致所需油路板的尺寸和数量的增大，致使有些孔道甚至无法钻出，而铣槽往往出现渗漏串腔现象。此外，油路板是根据特定的液压系统专门设计制造的，不易实现标准化和通用化，不易组织专业生产。特别是当需要更改回路或追加元件时，油路板就要重新设计加工，而其中的差错可能会使整块油路板报废。

总之，板式集成液压控制装置适合不太复杂的低压液压系统采用。

（2）块式集成是按典型液压系统的各种基本回路，做成通用化的6面体油路块（集成块），通常其四周除1面安装通向液压执行器（液压缸或液压马达）的管接头外，其余3面安装标准的板式液压阀及少量叠加阀或插装阀，这些液压阀之间的油路联系由油路块内部的通道孔实现，块的上下两面为块间叠积结合面，布有由下向上贯穿通道体的公用压力油孔P、回油孔O（T）、泄油孔L及块间连接螺栓孔，多个回路块叠积在一起，同过4只长螺栓固紧后，各块之间的油路联系通过公用油孔来实现。

块式集成有以下几个特点：1）可简化设计；2）设计灵活，更改方便；3）易于加工，专业化程度高；4）结构紧凑，装配维护方便；5）系统运行效率较高。

块式集成的主要缺点是集成块的孔系设计和加工容易出错，需要一定的设计和制造经验。

   （3）叠加阀是在集成块的基础上发展起来的,液压元件间的连接不需要另外的连接块,而是以特殊设计的叠加阀的阀体作为连接体,通过螺栓将液压阀等元件直接叠积并固定在最底层的基块(底板)上.基块侧面开有螺纹孔,通过管接头作为通向执行器、液压泵或油箱的孔道,并可以根据需要用螺塞封堵打开,只要把同一规格的叠加阀按一定顺序叠加起来,再将板式换向阀直接安装于这些叠加阀的上面,即可构成各种典型液压回路.

叠加阀的特点为：结构紧凑,体积小,重量轻,占地面积小。叠加阀安装简便，装配周期短，系统有变动增减元件时，重新组装较为方便。使用叠加阀，元件间无管连接，消除了因管接头引起的漏油、振动和噪声。使用叠加阀系统配置简单，元件规格统一，外行整齐美观，维修保养容易。采用我过叠加阀组成的集中供油系统 节电显著。 

由于规定尺寸，由叠加阀组成的回路形式少，通径较小，一般使用于工作压力小于20Mpa，流量小于200L/min的机床，轻工机械，工程机械等行业。综上比较可以得出此液压系统适用的块式集成为叠加式。

③动力源装置确定

液压动力源一般由液压泵组、油箱组件、控温组件和过滤器组件等相对的部分组成。尽管这几个部分相对，但设计者在液压动力源装置设计中，除了根据机器设备的工况特点和使用的具体要求合理进行取舍外，经常需要将它们进行适当的组合，合理构成一个部件。例如，油箱上常需将控温组件中的油温计、过滤器组件作为油箱附件而组合在一起构成液压油箱等等。

按液压泵组布置的方式分上置式液压动力源、非上置式液压动力源和柜式液压动力源三种方式。本设计采用上置式液压动力源设计。当电动机卧式安装，液压泵置于油箱之上时，称为卧式液压动力源。当电动机立式安装于油箱之上时，称为立式液压动力源。上置式液压动力源占地面积小，结构紧凑，液压泵置于油箱内的立式安装动力源，躁声低且便于收集漏油。综合考虑本设计决定采用卧式液压动力源布置。【16】

3.5绘制装配图

泵站部分的原理结构比较简单，因此直接使用管道连接，在这里采用焊接式管接头，焊接式管接头的特点是连接牢固、密封可靠、耐高压，但焊接工作量大。根据原理图连接管路，在控制阀的部分采用叠加阀式集成，将叠加阀通过基板连接在一起固定在油箱上。因为钢坯修复机液压系统不止这些部分，因此留出其余的部分的油路入口和出口。【14】

将以上内容综合可得液压系统装配图为：

图10

3.6液压系统性能验算

系统主要技术性能含压力损失计算、发热与温升计算及液压冲击计算等。因本系统管路结构较简单，油箱容量足够大，各执行器的运动较为平稳，故压力损失、发热与温升及液压冲击的验算省略。【4】

3.7液压系统的清洗与维护

液压系统在制造、试验、使用和储存中都会受到污染，而清洗是清除污染，使液压油、液压元件和管道等保持清洁的重要手段。生产中，液压系统的清洗通常有主系统清洗和全系统清洗。全系统清洗是指对液压装置的整个回路进行清洗，在清洗前应将系统恢复到实际运转状态。清洗介质可用液压油，清洗时间一般为2-4小时，特殊情况下也不超过10小时，清洗效果以回路滤网上无杂质为标准。

清洗时注意事项：

　　1、一般液压系统清洗时，多采用工作用的液压油或试车油。不能用煤油、汽油、酒精、蒸气或其它液体，防止液压元件、管路、油箱和密封件等受腐蚀；

2、在清洗油路的回路上，应装过滤器或滤网。刚开始清洗时，因杂质较多，可采用80目滤网，清洗后期改用150目以上的滤网；

　　3、清洗时间一般为（48-60）小时，要根据系统的复杂程度、过滤精度要求和污染程度等因素决定；

4、清洗后要将回路内的清洗油排除干净。

另外系统应该定期维护，检查系统的油温，压力和是否漏油，而且应定期检查过滤器和空气滤清器等设备。【2】

结论

此液压系统设计主要设计的是钢坯修复机液压系统，修复机主要采用液压控制系统，不但提高了液压系统的平稳性，而且结构简单，性能较高。

在设计中，尽可能的采用通用元件。从而使设计周期缩短，成本降低。设计过程中，主要考虑是机器的性能和经济性，在保证完成工作要求的前提下，尽可能的提高其性价比。

这是一次综合性的设计，难免设计中会出现一些漏洞或不足之处，如一些结构的设计，标准件的选用或一些经济性上的构思可能有欠妥当，造成一些不必要的浪费，敬请各位老师给予批评和指正。

此次设计是我们走向社会的第一步，也是我们真正练兵的一次机会。通过本次设计使我对所学知识有了更深层次的理解，同时也从设计中学到了很多以前没有学到的东西。通过本次设计已经能够初步的将理论知识运用到实践中去，为以后的工作打下良好的基础。下载本文