ZYH680型液压静力沉桩机液压泵站与管路设计.doc

毕业设计说明书完整设计图纸请联系本人，参见豆丁备注。题目：ZYH680型液压静力沉桩机液压泵站与管路设计 毕业生姓名：专业：机电一体化技术学号：指导教师：所属系（部）：机械电子工程系二一三年五月摘 要液压静力压桩机是利用静压力(压桩机自重及配重)将预制桩逐节压入土中的环保型桩工机械。本文对液压静力压桩机的工作原理、结构组成原理及其发展状况进行了分析。确定了ZYH680液压静力压桩机的泵控方案，得出系统采用恒功率变量轴向柱塞泵。对液压系统进行了基本分析，还对液压泵、电机等进行计算和选型。初选了油箱尺寸，并对油箱的散热进行了计算分析，选择了冷却器，并对油箱装配图和剖面图进行了绘制，对其它辅助件如空气滤清器和过滤器等进行了选型。管路系统的设计方面对各回路的钢管内径、钢管厚度和胶管内径进行了计算，同时对钢管、胶管和管接头进行了选型，并对桩机管路进行了布置。关键词：液压静力压桩机；液压系统；泵站；管路ii目录摘 要i第1章绪论11.1 液压静力压桩机简介11.2 液压静力压桩机的历史与现状21.3 液压静力压桩机的发展趋势31.4 液压静力压桩机的结构组成与基本工作原理31.4.1 液压静力压桩机的结构组成31.4.2 液压静力压桩机各部件的工作原理41.5 液压静力压桩施工工艺5第2章 ZYH680液压泵站设计计算72.1 液压系统原理介绍72.2 泵控方案设计82.2.1 液压源选型原则82.2.2 液压泵类型选择92.3 电机油泵组计算选型102.3.1液压泵的选择102.3.2 电动机的选择112.3.3 联轴器的选择122.4 油箱及其组件设计142.4.1 油箱容量的确定152.4.2 油箱附件的选择152.4.3 油箱的结构设计19第3章 液压管路系统设计213.1 管路选型计算方案213.1.1 管件选型计算方案213.1.2管接头选型计算方案223.2 管路参数计算及选型253.2.1 油箱接口管路253.2.2 支腿管路273.2.3长船行走管路283.2.4 短船行走与回转管路303.2.5 夹桩与压桩管路323.3 液压静力压桩机的管路布置34总结36参考文献37致谢38附录39太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书第1章绪论1.1 液压静力压桩机简介 液压静力压桩机是实施静压桩工法的关键施工设备。与锤击式打桩机相比，这种设备施工时具有无震动、无噪声、无油污飞溅等环境污染的特点，施工质量好、使用费用低，同时，静力压桩机也是具有中国特色的环保型桩工机械。静压桩工法就是将预制桩完全依靠静载平稳、安静地压入软弱地基，是一种新型的桩基础施工方法。与锤击式打桩相比，静压桩工法由于具有非常明显的环保性，十几年来从广东珠江三角洲开始由南向北得到了迅速推广。 液压静力压桩机分为“抱压式液压静力压桩机”和“顶压式液压静力压桩机”(对桩顶部施压进行压桩)两种。抱压式液压静力压桩机压桩过程是通过夹持机构"抱"住桩身侧面，由此产生摩擦传力来实现的；而顶压式液压静力压桩机则是从预制桩的顶端施压，将其压入地基的。由于施压传力方式不同，这两种桩机结构形式、性能特点、适用范围也有显著不同。其核心是液压系统的设计方法及其配置，它直接影响整机的技术性能及节能效果。而压桩机构是桩机的主要工作装置，是这种压桩机的关键技术，直接影响桩机的压桩能力和成桩质量。其中，抱压式桩机主要由压桩系统和夹桩机构组成，而顶压式桩机主要由压桩系统和桩帽组成。顶压式桩机除压桩机构中没有夹桩机构外，一般不带起重机，但增加了一套卷扬吊桩系统。 常规的顶压式压桩机由于其结构及工作特点，使其工作重心较高、安全性较差，并且存在压桩力较小、压入桩的垂直度保障能力差等问题，因而其应用受到限制；而抱压式压桩机结构紧凑、操作简便、工作重心低、移动平稳、转场方便、施工效率高，因此，抱压式压桩机已经占绝对主导地位。 静力压桩是利用液压原理由高压油泵产生的高压油通过油缸把桩柱推入地下。这种压桩方法完全避免了锤击打桩产生的震动、噪声和污染，因此施工时具有无震动、无噪声、无污染的特点，称为环保型压桩机。由于它对地基和邻近原有建筑物的振动影响很小，桩的施工应力也较小，因此它被广泛用于软土地基的沉桩工程，是一种崭新的桩工设备。 1.2 液压静力压桩机的历史与现状纵观液压静力压桩机的发展过程，大致可将其分为两个阶段：第一阶段，从20世纪70年代后期到90年代中期，国内先后研制了几种压桩机，并逐步形成系列产品进入市场。其中具有代表性的两个系列产品是武汉市建筑工程机械厂生产的YZY系列液压静力压桩机和利用中南大学智能机械研究所的专利技术生产的ZYJ系列液压静力压桩机。在这个阶段主要解决了这种桩机的设计理论基础、动力配置和系统设计问题，满足了静压桩的基本功能。但就整体来说，其主要特征是桩机压桩力不大，实际使用的最大压桩力不足4000kN，绝大部分的压桩力为1 6002400kN；功能单一，主要应用于施工现场预制的截面尺寸为(300 mm X 300 mm)(400mm X 400mm)的钢筋混凝土方桩(实心件)的正常中位压桩，单桩设计承载力标准值在1400kN以下。而预应力管桩和高强度预应力管桩主要是通过锤击设备如柴油锤等进行打入施工。进入20世纪90年代中期以后，液压静力压桩机进入第二发展阶段。由于1994年底在珠海利用液压静力压桩机将直径500 mm的预应力管桩压入强风化岩获得成功，实现了静压桩施工技术的历史性突破，从此拓宽了静压桩的应用范围，也使预应力管桩在城市和居民住宅区内的应用找到了一条新路子。一方面，实现了静压桩的单桩承载力向大吨位方向的快速发展，与此同时，市场对大吨位桩机的需求不断增大，而且要求越来越强烈；另一方面，由于施工范围的不断扩大，对桩机功能的要求也日益增多，出现了工程施工中许多必须解决的实际问题。这个阶段的桩机品种显著增加，系列化不断完善，生产厂家也急剧增多，至今在全国约有30个制造厂。与第一阶段相比，液压静力压桩机产品无论在技术性能上，还是在品种、数量、质量和多功能开发方面均发生了质的飞跃。但就技术发展而言，可以说第二阶段的静力压桩机进入到了一个以解决工程实际问题、适应工程施工要求为重点的多功能化开发和应用阶段。 至今为止，根据中国专利局信息中心的国际联机检索结果和有关建筑机械的资料表明，国外在这方面的技术及设备很少，只有一些在特殊场合下用于用于压钢桩的专用装置。而没有像国内这样形成一种完善、独立的产品。 综上所述，我国液压静力压桩机产品的技术性能及其产品化水平处于国际领先地位，从而形成了具有中国特色的环保型静压桩技术及工艺。1.3 液压静力压桩机的发展趋势 随着静压桩施工技术的发展以及人们环保意识的进一步加强，液压静力压桩机的应用将获得更广泛的推广。同时，液压静力压桩机技术及产品将由粗放型向功能精细化、操作智能化方向发展。其发展趋势可归纳如下： (1)进一步多功能化，产品适应能力进一步加强。在较厚硬隔层地质条件下施工时，设计并配置专用的螺旋钻，提高压桩机的穿透能力和对地质的适应能力；对大吨位桩机开发相应的夯实装置，实现以静压替代强夯压桩管径可从目前的最大600mm增大到800mm以上。 (2)智能化操作与施工的压桩机开发。开发机身液压自动调平系统，压桩过程计算机自动记录及承载力在线测试，夹持力自动均衡控制，实现产品的智能化操作。 (3)异型桩夹持装置的刀发。特别是与钢板桩、工字钢桩、锥形桩等相适应的夹桩机构的开发。 (4)压桩力大、质量轻机型产品的开发。特别是对于钢板桩连续墙施工产品的开发将是今后静力压桩机发月的新领域。 (5)适应于北方寒冷地区气温低、冻土层较厚的桩机产品的开发。 (6)产品向高档次、高可靠性方向发展。 总之，液压静力压桩机作为静压桩施工工法的关键施工设备，将在今后的一段时间内获得更加广泛的推广和应用，并有着逐步取代锤击桩施工的趋势。1.4 液压静力压桩机的结构组成与基本工作原理1.4.1 液压静力压桩机的结构组成液压静力压桩机由支腿平台机构、行走机构、压桩机、配重、起重机、操作室等部分组成。图1-1 液压静力压桩机的结构组成1.4.2 液压静力压桩机各部件的工作原理1.支腿平台机构 该部分由底盘、支腿、顶升液压缸和配重梁组成。底盘的作用是支承导向压桩机架、夹持架构、液压系统装置和起重机，底盘里面安装了液压油箱和操作室，组成了压桩机的液压电控系统。配重梁上安装了配重块，支腿由球铰装配在底盘上。支腿前部安装的顶升液压缸与长船行走机构铰接。球铰的球头与短船行走及回转机构相联。整个桩机通过平台结构连成一体，直接承受压桩时的反力。底盘上的支腿在拖运时可以并拢在平台边，工作时打开并通过连杆与平台形成稳定的支撑结构。2.长船行走机构 该部分由船体，行走台车与顶升液压缸等组成。液压缸活塞杆球头与船体相联接。缸体通过销绞与行走台车相连，行走台车与底盘支腿上的顶升液压缸铰接。工作时，顶升液压缸顶升使长船落地，短船离地，接着长船液压缸伸缩推动行走台车，使桩机沿着长船轨道前后移动。顶升液压缸回程使长船离地，短船落地。短船液压缸动作时，长船船体悬挂在桩机上移动，重复上述动作，桩机即可纵向行走。 3.短船行走与回转机构 该部分由船体、行走梁、回转梁、挂轮机构、行走轮、横船液压缸、回转轴和滑块组成。回转梁两端与底盘结构铰接，中间由回转轴与行走梁相联。行走梁上装有行走轮，正好落在船体的轨道上，用焊接在船体上的挂轮机构挂在行走梁上，使整个船体组成一体。液压缸的一端与船体铰接，另一端与行走梁铰接。工作时，顶升液压缸动作，使长船落地，短船离地，然后短船液压缸工作使船体沿行走梁前后移动。顶升液压缸回程，长船离地，短船落地，短船液压缸伸缩使桩机通过回转梁与行走梁推动行走轮在船体的轨道上左右移动。上述动作反复交替进行，实现桩机的横向行走。桩机的回转动作是：长船接触地面，短船离地、两个短船液压缸各伸长1/2行程，然后短船接触地面，长船离地，此时让两个短船液压缸一个伸出一个收缩，于是桩机通过回转轴使回转梁上的滑块在行走梁上作回转滑动。油缸行程走满，桩机可转动10°左右，随后顶升液压缸让长船落地，短船离地，两个短船液压缸又恢复到1/2行程处，并将行走梁恢复到回转梁平行位置。重复上述动作，可使整机回转到任意角度。 4.夹持机构与导向压桩架 该部分由夹持器横梁、夹持液压缸、导向压桩架和压桩液压缸组成。夹持液压缸装在夹持横梁里面，压桩液压缸与导向架桩架相联。压桩时先将桩吊入夹持器横梁内，夹持液压缸通过夹板将桩夹紧。然后压桩液压缸作伸缩运动，使夹持机构在导向架内上下运动，将桩压入土中。压桩液压缸行程满后松开夹持液压缸，返回后继续上述程序。1.5 液压静力压桩施工工艺 静压预制桩的施工，一般情况下都采用分段压入、逐段接长的方法。其程序为: 测量放线压桩机就位吊装喂桩桩身对中调直压桩接桩送桩检查验收。 1.测量定位 通常在桩身中心打入一根短钢筋，若在较软的场地施工，由于桩机的行走而挤压预打入的短钢筋，故当桩机大体就位之后要重新测定桩位。2. 压桩机就位 经选定的压桩机进行安装调试就位后，行至桩位处，使桩机夹持钳口中心（可挂中心线陀）与地面上的样桩基本对准，调平压桩机后，再次校核无误，将长步履（长船）落地受力。 3.吊装喂桩 静压预制桩桩节长度一般在12米以内，可直接用压桩机上的工作调机自行吊装喂桩，也可以配备专门调机进行吊装喂桩。第一节桩（底桩）应用带桩尖的桩，当桩被运到压桩机附近后，一般采用单点吊法起吊，采用双千斤（吊索）加小便担（小横梁）的起吊法可使桩身竖直进入夹桩的钳口中。当接桩采用硫磺胶泥接桩法时，起吊前应检查浆锚孔的深度并将孔内的夹物和积水清理干净。 4.桩身对中调直当桩被吊入夹桩钳口后，由指挥员指挥司机将桩缓慢降到桩尖离地面10cm左右为止，然后加紧桩身，微调压桩机使桩尖对准桩位，并将桩压入土中0.51.0m，暂停下压，在从桩的两个正交侧面校正桩身垂直度，当桩身垂直度偏差小于0.5%时才可正式压桩。 5.压桩压桩是通过主机的压桩油缸伸程的力将桩压入土中，压桩油缸的最大行程因不同型号的压桩机而有所不同，一般为1.52.0m，所以每一次下压，桩入土深度约为1.52.0m，然后松夹具上升再夹紧再压，如此反复进行，方可将一节桩压下去。当一节桩压到其桩顶离地面80100cm时，可进行接桩或放入送桩器将桩压至设计标高。6.接桩静压预制桩常用接头形式有电焊焊接和硫磺胶泥锚固接头。电焊焊接施工时焊前须清理接口处砂浆、铁锈和油污等杂质，坡口表面要呈金属光泽，加上定位板。接头处如有孔隙，应用锲形铁片全部填实焊牢。焊接坡口槽应分34层焊接，每层焊渣应彻底清除，焊接采用人工对称堆焊，预防气泡和夹渣等焊接缺陷。焊缝应连续饱满，焊好接头自然冷却15分钟后方可施压，禁止用水冷却或焊好即压。硫磺胶泥锚固接头，施工时要认真把好质量关。7.送桩如果桩顶已接近设计标高，而桩压力尚未达到规定值，可以送桩。如果桩顶高出地面一段距离，而压桩力已达到规定值时则要截桩，以便压桩机移位。静压桩的送桩作业可以利用现场的预制桩段作送桩器。施压预制桩最后一节桩的桩顶面达到施工地面以上1.5m左右时，应再吊一节桩放在被压桩的顶面，不要将接头连接起来。38第2章 ZYH680液压泵站设计计算2.1 液压系统原理介绍1、2、3、4液压泵；5、6、7、8、15、16单向阀；9、10顺序阀；11、12、13手动多路阀；14减压阀；17、18、19、20液控单向阀；21、22、23、24单向节流阀；25长船行走油缸；26短船行走油缸；27夹桩油缸；28副压桩油缸；29主压桩油缸；30支腿油缸图2-1 ZYH680液压系统原理图 图2-1为ZYH680液压静力压桩机的液压系统图。该系统有四台轴向柱塞泵1、2、3、4，每台液压泵由一台电动机驱动。液压系统内有三块多路换向阀11、12、13。本机共有16个液压缸：四个夹桩液压缸27，两个主压桩液压缸29，两个副压桩液压缸28，两个纵向行走长船液压缸25，两个横向行走短船液压缸26及四个支腿横向伸缩液压缸20。在工作前应先起动液压泵，空循环10min。液压油从液压泵1、2、3、4出油口分别经单向阀5、6、7、8合流为两路进油，分别进入手动多路阀组11、12、13。 压桩进行压桩时，推动手动多路阀组12的夹桩缸控制阀杆，夹桩缸有杆腔进油，实现桩机夹桩。一般情况下或当压入桩阻力较小时，推动手动多路阀组12的主压缸控制阀杆，主压油缸由 4台油泵全流量供油，达到小阻力时快速压桩的目的。当压入桩阻力较大，主压油缸的压桩力不足以克服桩的阻力时，推动手动多路阀组12的主压缸控制阀杆和辅压缸控制阀杆，实现慢速增力，满足单桩大压桩力的要求。 桩机自身行动时，推动手动多路阀组11的长船行走缸控制阀杆，长船行走缸有杆腔进油，实现桩机纵向行走。推动手动多路阀组11的短船行走缸控制阀杆，短船行走缸有杆腔进油，实现桩机横向行走与回转。推动手动多路阀组13的支腿缸控制阀杆，支腿缸有杆腔进油，实现桩机升降。2.2 泵控方案设计2.2.1 液压源选型原则 液压系统中的常用能源，根据其输出的主要液压参数特点可以分为三类，即恒压源、恒流源和恒功率源。 1、恒压源 恒压源是指能提供恒定压力的液压能源。恒压源有三种，即定量泵并联溢流阀、恒压泵、定量泵串联减压阀。 定量泵并联溢流阀一般采用一个恒定转速的定量泵并联溢流阀，其压力是靠溢流阀的调定值决定的。当系统需要流量不大时，大部分流量是通过溢流阀流回油箱，所以，使用这种恒压源的效率不高，能量损失较大，多用于功率不大的液压系统，如一般的机床液压系统。 恒压泵是具有压力反馈的变量泵，当输出压力有变化时，通过控制滑阀来改变变量缸的位置，从而改变变量泵的排量，达到维持压力不变的要求。由于在恒压泵工作过程中，系统无溢流损失，故可用于功率较大的系统中，作恒压能源。定量泵、蓄能器和定制输出减压阀构成的恒压源多用于瞬间流量变化大的伺服系统中。为保证伺服系统执行机构快速作用的需要，此类恒压源的动态响应高，因此瞬间功率也相当大。而用蓄能器来满足瞬间大流量的需求，就可以大大减少泵的容量，避免了能量的浪费。同时，减压阀的相应决定了能源的相应，从而保证了恒压源的高频率响应。为提高线性和高频率响应，充气式蓄能器的气瓶容量相当大，定量泵一般排量相对较小。2、恒功率源许多机器和设备常常要求工作时负载的功率不会超过原动机所允许的最大数值。其实，这是希望系统能充分利用原动机的功率，如其不然，就会增加对原动机的功率要求，造成浪费。机器或设备的功率越大，这也就越为重要。 3、恒流源 一个理想的恒流液压源，能把与压力波动无关的恒定流量的油液输送到控制阀。 定量泵恒流源由定量泵和安全阀组成恒速原动机驱动定量泵排出恒定流量的油液，安全阀限制系统的最高压力。在安全阀限定的压力范围内，无论压力如何波动，油源输出油液的流量始终是恒定的。 某些场合定量泵由变速原动机驱动，随着原动机转速变化，定量泵的转速也变化，从而输出的流量也变化，卫视泵输出的流量保持恒定，在系统中增加限流阀。 定量泵如其原动机转速不变的话，就是恒定流量能源，但是由于存在泄漏，流量不可能绝对不变。而且任何驱动泵的原动机，如电机、内燃机等，它们的输出转速都会随负载的增加而下降，所以就出现了稳流量的泵，或流量补偿式泵。2.2.2 液压泵类型选择 液压泵是一种能量转换装置，它把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的油液的压力能，供液压系统使用。液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积可否调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。定量泵主要有齿轮泵和双作用叶片泵。液压泵的功率按理论功率选取。对于定量系统，当发动机转速一定时，流量Q也一定，而压力是根据工作循环中需要克服的最大阻力确定的，即液压系统的压力取决于外负载。因此系统工作时，液压泵功率随工作阻力变化而变化的。定量系统中泵的成本低，速度平稳，油液冷却充分但效率低。变量泵主要有单作用叶片泵和柱塞泵。变量泵系统效率高，可调速，能输出恒定的转矩或功率，且不需要很大的油箱，但液压泵成本高，且油液发热较大。 齿轮泵由于结构简单紧凑、体积小、重量轻、工艺性好、价格便宜、自吸能力强、对油液污染不灵敏、维修方便及工作可靠等优点，在汽车上得到了广泛的应用。其缺点是泄漏较大，流量脉动大，噪声较高，径向不平衡力大，所达到的额定压力还不够高。叶片泵按其每个工作腔在泵每转一周时吸油、排油的次数，分为单作用式和双作用式两类。单作用式常作变量泵使用，双作用式只能作定量泵使用。叶片泵具有结构紧凑、运动平稳、噪声小、输油均匀、寿命长等优点，广泛应用于中低压液压系统中。其工作压力为621MPa。柱塞泵具有结构紧凑、加工方便、单位功率体积小、容积效率高、工作压力高、易实现变量等优点，故可在高压系统中使用；其缺点是结构复杂、造价高、对油液的污染敏感、使用和维修要求严格。在起重运输车辆、工程机械的液压系统中应用广泛。分轴向柱塞泵和径向柱塞泵两类。轴向柱塞泵又分为直轴式(斜盘式)和斜轴式两种。其中直轴式应用较广。根据以上分析，由于ZYH680液压静力压桩机是功率很高的工程机械，在设计中希望能尽量充分利用原动机的功率，从而降低所需原动机的功率，降低成本。所以液压动力源选用恒功率源，即选用恒功率液压泵。由于ZYH680液压静力压桩机的工作压力大，工作时需要的油量大，选用四台液压泵为系统提供液压油。最终，选用恒功率变量轴向柱塞泵。2.3 电机油泵组计算选型 液压泵站是液压系统的重要组成部分，由泵组、油箱组件、滤油器组件、温控组件及蓄能器组件等组合而成。它按机械设备工况需要的压力、流量和清洁度，向液压系统提供一定压力、流量的工作介质。在液压泵站上装上必需的液压阀可以直接控制液压执行元件工作。2.3.1液压泵的选择泵组布置型式选用分离型（旁置式），它的特点是泵组和油箱组件分离，单独安装在车架上。这种泵组可改善液压泵的吸入性能，便于维修，不过占用空间较大。传动功率大，油箱的容量大。（1）确定液压泵的最大工作压力pp: 式中 液压缸最大工作压力为24MPa p从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。按 经验数据选取，系统管路复杂，取p=1.5MPa。则可得液压泵的最大工作压力:pp=（24+1.5）MPa=25.5MPa（2）确定液压泵的流量QP 式中 K系统泄漏系数，取K=1.2； 系统的最大流量为552L/min 则可预选液压泵的流量大概为:（3）选择液压泵的规格 根据以上求得的pp和Qp值，按系统中拟定的液压的形式，查阅机械设计手册表43.5-36选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%60%。选得的液压泵的参数规格如下：型号: 160SCY14-1B排量: 160mL/r额定压力: 32MPa额定转速: 1000r/min驱动功率: 94.5kW容积效率: 92%重量： 155kg 2.3.2 电动机的选择式中，液压泵的最大工作压力为25.5×106Pa 液压泵的流量为2.67×10-3m3/s 液压泵的总效率，取0.8由上式计算得，P=85kW.查机械设计手册，选择Y系列三相异步电动机Y280M-2型号，其参数如下： 型号： Y280M-2 额定功率： 90KW同步转速： 3000r/min满载转速： 2970r/min额定电流： 167A满载时效率： 92.5%满载功率因数(cos): 0.89堵转电流/额定电流： 7.0堵转转矩/额定转矩： 2.0最大转矩/额定转矩： 2.2噪声： 94dB(A)净重： 566kg2.3.3 联轴器的选择在选择标准联轴器时一般都是以联轴器所需的计算转矩小于所选联轴器的许用转矩或标准联轴器的公称转矩为原则。由于传动轴系载荷变化特征不同以及联轴器本身结构特点和性能不同，联轴器实际传递的转矩等于传动轴系理论上虚传递的转矩:式中，T理论转矩（N·m） 、n分别为驱动功率（kw）和转速（r/min） 工况系数，取=2 动力机系数，取=1 启动系数，取=1 温度系数，取=1由上式得，根据以上数据查机械设计手册，选用GY8凸缘联轴器。其参数如下：公称转矩Tn/(N·m): 1600许用转速n/(r/min): 6000轴孔直径d1、d2: 55轴孔长度L|Y型: 112轴孔长度L|J1型: 84D: 160D1: 100b: 40b1: 56S: 8转动惯量I/(kg·): 0.031 图2-2 凸缘联轴器1轴向柱塞泵；2支架；3 联轴器；4螺母；5螺栓；6键；7螺母；8螺栓；9电动机图2-3 油泵电机组2.4 油箱及其组件设计油箱是液压系统中不可缺少的元件之一，除了储油外，还起着储存系统工作循环所需要的油量，散发系统工作过程中产生的一部分热量，促进油液中的空气分离及消除泡沫，为系统提供元件的安装位置等作用。油箱的容积必须能够储存停机时由重力而返回油箱的油液。并且要求油箱中的油液本身是达到一定清洁度等级的油液。并以这样清洁的油液提供给液压泵和整个系统的工作回路。油箱的设计要点有：（1）油箱必须有足够大的容积，一方面尽可能满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所以工作介质，而工作时又能保持适当的液位。（2）吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的三倍。吸油管可以安装过滤器，但在本系统中有压力油过滤器和回油过滤器，在此并未安装。回油管口要斜切45°角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。 （3）吸油管和回油管之间的距离要尽可能远，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀物的效果。隔板高度为液面高度的2/33/4。（4） 为了保持油液的清洁，油箱应由周边密封的盖板，盖板上装有空气滤清器，注油及通气一般都由空气滤清器完成；为便于放油和清理，箱底要有一定斜度，并在最低处设置放油阀，对于不易开启的油箱，设置清洗孔，以便油箱内部的清理。（5）油箱底部应距地面150mm以上，以便于搬运、放油和散热，在油箱的适当位置要设置吊耳，以便吊运。还有设置液位液温计，以监视液位。（6）油箱表面防腐。2.4.1 油箱容量的确定初始设计时，先按经验公式确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。油箱容量的经验公式为:V=QV 式中 QV液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）； 经验系数，见表2-1：表2-1 经验系数 取=4，QV=0.64m3，得，V=2.56m3油箱的长宽高设计如下：油箱长=1760mm 油箱宽=1480mm油箱高=983mm2.4.2 油箱附件的选择 1. 发热校验及冷却器选型冷却器的用途是当液压系统工作时，因液压泵、液压马达等的容积和机械损失，控制元件及管路的压力损失和液体摩擦损失等消耗的能量，几乎全部转化为热量。大部分热量使油液及元件的温度升高。如果油液温度过高，则油液粘度下降，元件内泄漏就会增加，导致磨损加快、密封老化等，将严重影响液压系统的正常工作。在设计液压系统时，考虑油箱的散热面积，是一种控制油温过高的有效措施。但是，某些液压装置由于结构限制，油箱不能很大；一些液压系统全日工作，有些重要的液压系统还要求能自动控制油液温度。所以必须采用冷却器来强制冷却控制油液的温度，使之适合系统工作的要求。系统发热计算液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转换为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有以下几种形式。（1）液压泵的功率损失 式中 Tt工作循环周期（s）； z投入工作液压泵的台数，z=4； Pri液压泵的输入功率（W），Pr=85×103W； pi各台液压泵的总效率，=0.85； ti第i台泵工作时间（s）。在工作期间，四台泵同时运作，T=t，由以上数据得：（2）其他功率损失此项功率损失包括很多复杂的因素，由于其值较小，加上管路散热的关系，在计算时常予以忽略，一般可取全部能量的0.030.05倍：由以上各种损失构成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率 系统散热计算液压系统的散热渠道主要是油箱表面，如果系统外接管路较长，在计算散热功率时，也考虑管路表面散热。式中，K1油箱散热系数，K1=16； K2 管路散热系数，K2=20； A1、A2 分别为油箱、管道的散热面积，取 A2 =2m2，； T油温与环境温度之差，。由上述数据得，冷却器的散热面积式中 液压系统的发热功率，=71820W； 液压系统的散热功率，=9265W； 冷却器的散热系数，K=150W/（m2·）； 平均温升，=6。由以上数据得：根据机械设计手册，选择YLF型空气冷却器：型号：YLF-300设计流量：32L/min工作压力：2MPa 2. 滤油器的选择 滤油器的功能是清除液压系统工作介质中的固体污染物，使工作介质保持清洁，延长器件的使用寿命、保证液压元件工作性能可靠。液压系统故障的75%左右是由介质的污染造成的。因此，过滤器对于液压系统来说是不可缺少的重要辅件。 滤油器的选择分为吸油滤油器和回油滤油器，其选择依据下： a.根据实际最大流量来选择，吸油滤油器为粗滤油器，回油滤油器为精滤油 b.液压系统对滤油器的过滤精度要求为：粗滤油器 80180u，精滤油器 1020u; c.压力损失应尽可能小；d.结构应简单，尺寸应较小（受空间限制），阻力小，通流潜力大，而且根据桩机要求应比较容易洗清。考虑到以上几个方面，特别是油箱放置于驾驶室下面，清洗困难；所以选滤油器为箱外式的。回油滤油器的选择 选择回油滤油器时，所选滤油器的通油能力一般为液压泵输出流量的26倍。液压泵输出流量为640L/min，初选通油能力=2×640L/min=1280L/min。对系统最大回油流量校验，液压缸杆径比为5：2，液压缸最大进油流量为520L/min，回油流量为1300L/min。系统设计选用2个回油滤油器。根据机械设计手册选择WY磁性回油过滤器：型号： WY-A700×10Q2C通径： 75mm公称流量： 700L/min过滤精度： 10最大压力损失：0.35MPa重量： 16.5kg联接方式： 法兰3. 空气滤清器的选择液压油箱通常都是通大气的。为了在油箱液面上升与下降形成油箱呼吸的时候，不至使大气中的灰尘等吸入油箱，必须安装空气滤清器。它包括空气滤清装置和注油过滤网。空气滤清器的选择主要是满足空气、油量的要求，其选择依据是：一般空气流量为泵流量的 1.5 倍左右；满足同时作为加油装置；空间尺寸受桩机驾驶室下空间限制。由以上三个方面的要求选择：根据机械设计手册选用EF型空气滤清器：型号：EF7-100空气过滤精度： 0.105mm加油流量： 110L/min空气流量： 1055L/min4. 液位液温计的选择 一般在油箱侧壁上设置油标，以此作为油箱中油位的指示器；同时由于本桩机对液压油温度要求较高，所以应有温度计.根据机械设计手册，选用YWE-350T型号带温度计的液位指示器：型号： YWE-350T总长度： 380mm螺钉中心距离： 350mm温度计刻度表高度： 312mm2.4.3 油箱的结构设计 1. 油箱的总体设计前面板：安装液位计、回油滤油器；右面板：设计两个放油口；盖板：安装空气滤清器；下面版：设计出油口。2. 初定各面板的厚度 考虑到工作环境比较恶劣，油箱容易锈蚀；同时，考虑到其经济和重量，有效体积等，故定其厚度 =10mm。 3. 隔板的设计为了延长油液在油箱中逗留的时间，促进油液在油箱中的环流，促使更多的油液参与在系统中的循环，从而更好地发挥油箱的散热、除气、沉淀等功能，油箱中，尤其在油液容量超过100L的油箱中应设置内部隔板。隔板要把系统回油区与吸油区隔开，并尽可能使油液在油箱内沿着油箱壁环流。隔板缺口处要有足够大的过流面积。根据油箱的厚度以及长宽高，取隔板尺寸如下：长度：1197mm宽度：800mm厚度：10mm 4. 邮箱附件安装尺寸的确定 （1）盖板安装尺寸设计 理论上盖板尺寸应为 1760mm×1480mm，但已定出的前、后、左、右各板都是有厚度的，但在实际安装中应考虑到是螺栓联接的，因此取盖板的尺寸为1736mm×1456mm。这样就可避免各侧板的尺寸及焊接误差而造成盖板放不上去。盖板上有空气滤清器等器件，则应设计出定位尺寸。又因为盖板不能焊接上去，它要装拆，这样应该用螺栓联接上去（这就需要在箱体内壁上部焊上四快钢板）。考虑到空间尺寸，可以选用等边角钢，因其厚度不能太大，选取型号为4的角钢，其宽为 45mm，厚度为 10mm.螺栓的布置盖板上无承重部分，螺栓主要是起拧紧固定盖板的作用；为了密封螺栓选择个数不能太少，太多又会增加拆装的麻烦，故选择 22 个螺栓进行拧紧。查机械设计手册取 M12。其中设计较长边上为 6 个等中心距，且离边距为 114mm；较短边上为 5 个等中心距，且离边距为 138mm。 （2）回油滤油器的定位回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。回油管口要斜切45°角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。所选回油滤油器安装在前面板上，距离底边580mm，两回油口中心距为600mm。 （3）液位计的定位根据选取的 YWE-350T 型号液位计，其两螺孔间的距为 350mm，且根据其长度、宽度，定出盖板到液位计及液位计距前面板的距离。一般情况下，液位计的显示最高点处应在液面以下，这样才能清楚加油是否过量；又由于油箱高H=983mm，油液高 h=0.8H=786mm,所以取螺孔距盖板 0.1H，既为 113mm。 （4）放油口的定位 放油口应保证能正常地放油，放油口的太小，则放油不顺，油污不能排出（因为流速太小）；放油口也不能太大，考虑到泄漏等因素，设计两个放油口。查机械设计手册，选用螺塞 M48×2，由于螺塞的配合，则取放油口为 48。定位：放油口应在右面板距离底端边 50mm,且其中心距左右两端中心的距离为 750mm。第3章 液压管路系统设计3.1 管路选型计