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摘 要
電力機車本身不帶原動機，靠接受接觸電網(wǎng)送來的電流作為能源，由牽引電動機驅(qū)動機車的車輪。電力機車具有功率大、熱效率高、速度快、過載能力強和運行可靠等主要優(yōu)點，而且不污染環(huán)境，特別適用于運輸繁忙的鐵路干線和隧道多，坡度大的山區(qū)鐵路。
電力機車的工作原理，接觸導(dǎo)線上的電流，經(jīng)受電弓進入機車后經(jīng)過主斷路器再進入主變壓器，交流電從主變壓器的牽引繞組經(jīng)過硅機組整流后，向六臺分兩組并聯(lián)的牽引電動機集中供應(yīng)直流電，使牽引電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，經(jīng)過齒輪的傳遞驅(qū)動機車動輪轉(zhuǎn)動。
受電弓動作原理：
（1）升弓：壓縮空氣經(jīng)電空閥均勻進入傳動氣缸，氣缸活塞壓縮氣缸內(nèi)的降弓彈簧，此時升弓彈簧使下臂桿轉(zhuǎn)動，抬起上框架和滑板，受電弓勻速上升，在接近接觸線時有一緩慢停滯，然后訊速接觸接觸線。
（2）降弓：傳動氣缸內(nèi)壓縮空氣經(jīng)受電弓緩沖閥迅速排向大氣，在降弓彈簧作用下，克服升弓彈簧的作用力，使受電弓迅速下降，脫離接觸網(wǎng)。
關(guān)鍵詞：電力機車 受電弓 氣缸 活塞
Abstract
Non-electric locomotive prime mover itself, by the acceptance of the Catenary current as a source of energy delivered by the traction motor drive the wheels of locomotives. Electric locomotive with power, and thermal efficiency, high speed, overloading strong and reliable operation of the major advantages and do not pollute the environment, especially suitable for heavy transport and tunnel rail link and more, steep slope and the mountain railway.
The working principle of electric locomotive, the current contact wire, stood the locomotive pantograph After entering the main circuit breaker re-entering the main transformer, alternating current from the main traction transformer winding through silicon rectifier unit, the two groups of six parallel to the traction motor focus on the supply of direct current to produce torque traction motor, electrical energy into mechanical energy, through the transmission gear-driven locomotive drive wheels turning.
? Pantograph action principle:
(1) bow up: electro-pneumatic valve by compressed air evenly into the drive cylinder, the cylinder piston within the cylinder compression spring bow down, bow or spring at this time so that the next boom rotation, raised his skateboard on the framework and by pantograph uniform increase near the contact line when there is a slow stagnation, and then contact the contact line rapidly.
(2) bow down: Transmission of compressed air cylinder valve to withstand the rapid pantograph buffer row into the atmosphere, in the spring bow down under the arch or to overcome the spring force, so that the pantograph to drop rapidly from the catenary.
Key words: ectric locomotive pantograph cylinder piston
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
1 緒論 1
1.1電力機車 1
1.2受電弓 3
2 受電弓風(fēng)缸主體部分的設(shè)計 7
2.1 夾具的組成 7
2.2 夾具的類型 7
2.3 工件結(jié)構(gòu)特點分析 8
2.4 工件定位方案和定位元件的設(shè)計 8
2.5 夾緊方案和夾緊元件的設(shè)計 8
2.6 夾具體的設(shè)計 8
2.7 誤差的分析與計算 9
2.8 夾具精度分析計算 10
3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 13
3.1方案設(shè)計 13
4 液壓系統(tǒng)元件的選擇 16
4.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算 16
4.2 液壓系統(tǒng)中各元件的選擇 16
4.2.1 泵與馬達的選擇 16
4.2.2 聯(lián)軸器的選擇 19
4.2.3 液壓介質(zhì)的選擇 19
4.2.4 換向閥的選擇 20
4.2.5 溢流閥的選擇 22
4.2.6 單向閥的選擇 22
4.2.7 液控單向閥的選擇 23
4.2.8 冷卻器的選擇 23
結(jié)論 25
致謝 26
參考文獻 27
27
1 緒論
受電弓風(fēng)缸測檢拆裝系統(tǒng)是電力機車的重要部件，是一種新型的設(shè)計內(nèi)容。它的結(jié)構(gòu)相對機床的設(shè)計要簡單，構(gòu)思新穎獨到，而類似于夾具的設(shè)計。從整個過程來看，從小零件的設(shè)計到整個圖紙的完成，可以說該設(shè)計就是一個夾具的設(shè)計，而且綜合了液壓與氣壓傳動的設(shè)計。
1.1電力機車
圖1-1 電力機車
電力機車本身不帶原動機，靠接受接觸網(wǎng)送來的電流作為能源，由牽引電動機驅(qū)動機車的車輪。電力機車具有功率大、熱效率高、速度快、過載能力強和運行可靠等主要優(yōu)點，而且不污染環(huán)境，特別適用于運輸繁忙的鐵路干線和隧道多，坡度大的山區(qū)鐵路。
電力機車是從接觸網(wǎng)上獲取電能的，接觸網(wǎng)供給電力機車的電流有直流和交流兩種。由于電流制不同，所用的電力機車也不一樣，基本上可以分為直-直流電力機車、交-直流電力機車、交-直-交流電力機車三類。
直－直流電力機車采用直流制供電，牽引變電所內(nèi)設(shè)有整流裝置，它將三相交流電變成直流電后，再送到接觸網(wǎng)上。因此，電力機車可直接從接觸網(wǎng)上取得直流電供給直流串勵牽引電動機使用，簡化了機車上的設(shè)備。直流制的缺點是接觸網(wǎng)的電壓低，一般為l500V或3000 V，接觸導(dǎo)線要求很粗，要消耗大量的有色金屬，加大了建設(shè)投資。
交—直流電力機車 在交流制中，目前世界上大多數(shù)國家都采用工頻（50Hz）交流制，或25Hz低頻交流制。在這種供電制下，牽引變電所將三相交流電改變成25 kV工業(yè)頻率單相交流串勵電動機，把交流電變成直流電的任務(wù)因機車上完成。由于接觸網(wǎng)電壓比直流制時提高了很多，接觸導(dǎo)線的直徑可以相對減小，減少了有色金屬的消耗和建設(shè)投資。因此，工頻交流制得到了廣泛采用，世界上絕大多數(shù)電力機車也是交—直流電力機車。
交—直—交電力機車 采用直流串勵電動機的最大優(yōu)點是調(diào)速簡單，只要改變電動機的端電壓，就能很能達到目的。因此，只有當(dāng)電子技術(shù)和大功率晶閘管變流裝置得到迅速發(fā)展的今天，才能生產(chǎn)出采用三相交流電機的先進電力機車。
交—直—交電力機車從接觸網(wǎng)上引入的仍然是單相交流電，它首先把單相交流電整流成直流電，然后再把直流電逆變成可以使頻率變化的三相交流電供三相異步電動機使用。這種機車具有優(yōu)良的牽引能力，很有發(fā)展前途。德國制造的“E120”型電力機車就是這種機車。
1866年，德國工程師西門子與技師哈盧施卡聯(lián)營創(chuàng)立電機公司，發(fā)明強力發(fā)電機，制成世界上第一列電力機車。第二年在巴黎博覽會上展出，震驚了許多人。1879年，在柏林的工商業(yè)博覽會上，這輛世界最早的電力火車公開試運行。列車用電動機牽引，由帶電鐵軌輸送電流，功率為3馬力，一次可運旅客18人，時速7公里。兩年之后1881年，柏林郊外鋪設(shè)了規(guī)模雖小，但為世界最初營業(yè)用的電車路線。同時德國又試驗成功駕空接觸導(dǎo)線供電系統(tǒng)，使電力機車的供電線路由地面轉(zhuǎn)向空中，機車的電壓和功率都大大提高。
1895年，在美國的巴爾的摩一俄亥鐵路線上首次出現(xiàn)了長途電力機車。機車重96噸，1080馬力，采用550V直流供電。
1901年，西門子、哈盧施卡電機公司制造的電力機車在柏林附近創(chuàng)造了時速160公里的記錄。
與此同時，在1880年，美國愛迪生也進行了電車的實驗。
中國第一臺電力機車于1958年誕生于湖南株洲，命名為“韶山”，為中國鐵路步入電氣化立下了汗馬功勞。電力機車由于速度快、爬坡能力強、牽引力大、不污染空氣，因此發(fā)展很快。地下鐵路也隨著電車的出現(xiàn)而得以發(fā)展。
電力機車的工作原理，接觸導(dǎo)線上的電流，經(jīng)受電弓進入機車后經(jīng)過主斷路器再進入主變壓器，交流電從主變壓器的牽引繞組經(jīng)過硅機組整流后，向六臺分兩組并聯(lián)的牽引電動機集中供應(yīng)直流電，使牽引電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，經(jīng)過齒輪的傳遞驅(qū)動機車動輪轉(zhuǎn)動。
圖2-1 電力機車電氣回路示意圖
1.2受電弓
功能：電力牽引機車從接觸網(wǎng)取得電能的電氣設(shè)備，安裝在機車或動車車頂上。
構(gòu)造：受電弓可分單臂弓和雙臂弓兩種，均由滑板、上框架、下臂桿（雙臂弓用下框架）、底架、升弓彈簧、傳動氣缸、支持絕緣子等部件組成。近年來多采用單臂弓。
圖1-3 單臂受電弓結(jié)構(gòu)圖
動作原理：
（1）升弓：壓縮空氣經(jīng)電空閥均勻進入傳動氣缸，氣缸活塞壓縮氣缸內(nèi)的降弓彈簧，此時升弓彈簧使下臂桿轉(zhuǎn)動，抬起上框架和滑板，受電弓勻速上升，在接近接觸線時有一緩慢停滯，然后迅速接觸接觸線。
?。?）降弓：傳動氣缸內(nèi)壓縮空氣經(jīng)受電弓緩沖閥迅速排向大氣，在降弓彈簧作用下，克服升弓彈簧的作用力，使受電弓迅速下降，脫離接觸網(wǎng)。
受流質(zhì)量負荷電流通過接觸線和受電弓滑板接觸面的流暢程度，它與滑板與接觸線間的接觸壓力、過渡電阻、接觸面積有關(guān)，取決于受電弓和接觸網(wǎng)之間的相互作用。
為保證牽引電流的順利流通，受電弓和接觸線之間必須有一定的接觸壓力。弓網(wǎng)實際接觸壓力由四部分組成：受電弓升弓系統(tǒng)施加于滑板，使之向上的垂直力為靜態(tài)接觸壓力（一般為70N或90N）；由于接觸懸掛本身存在彈性差異，接觸線在受電弓抬升作用下會產(chǎn)生不同程度的上升，從而使受電弓在運行中產(chǎn)生上下振動，使受電弓產(chǎn)生一個與其本身歸算質(zhì)量相關(guān)的上下交變的動態(tài)接觸壓力；受電弓在運行中受空氣流作用產(chǎn)生的一個隨速度增加而迅速增加的氣動力；受電弓各關(guān)節(jié)在升降弓過程中產(chǎn)生的阻尼力。
弓網(wǎng)接觸壓力能直觀的反映受電弓滑板和接觸線間的接觸情況，它必須符合正態(tài)分布規(guī)律，在一定范圍內(nèi)波動。如果太小，會增加離線率；如果太大，會使滑板和接觸線間產(chǎn)生較大的機械磨耗。為保證受電弓具有可靠的受流質(zhì)量，應(yīng)盡量減小受電弓的歸算質(zhì)量，增加接觸懸掛的彈性均勻性。滑板的質(zhì)量和機電性能對受流質(zhì)量影響很大。?
合斷是接觸網(wǎng)（火車頭頂?shù)碾娋W(wǎng)）的分相區(qū)，這種牌子經(jīng)常會在電氣化鐵路旁看到, 禁止雙弓的目的是為了在通過絕緣分相時, 不會將接觸網(wǎng)的兩相電短路,造成變電所跳閘, 一般每30-50公里就會有一個絕緣分相, 這是因為要減小接觸網(wǎng)的電壓降,維持較高的接觸網(wǎng)電壓,但在采用自耦變壓器的接觸網(wǎng)區(qū)段,這個距離就要長的多,其實就是使用單弓,也一樣存在使兩相電短路的情況。
過分相時,如果不降弓,那么受電弓在與其中一相電斷開的時候會產(chǎn)生電弧,在運行中這個電弧有可能被拉長,拉到另一相電上去,同樣會短路,所以,盡量不用雙弓,只有在天氣不良接觸不好的情況下才用雙弓,比如下雪,就是單弓,在過絕緣段時也要降下來,當(dāng)然,這比較麻煩,所以,現(xiàn)在的技術(shù)是,在車頂上加一個電流感應(yīng)裝置,當(dāng)感應(yīng)到接觸網(wǎng)沒電流時,比如過分相的時候,自動分閘,就可以解決這一問題,感應(yīng)到有電流了的時候,再自動合閘,當(dāng)然,這種裝置只有比較新形的電力機車上才會有,比如,SS7模塊化機車,SS9改型 “禁止雙弓”的標志牌，只有在電氣化鐵路兩旁才能看到。
電力機車的弓是指它與電線相接的部分，又稱受電弓。電力機車共有兩個弓，通常只使用后弓（使用后弓不使用前弓的原因，是為了防止弓與電線摩擦可能掉落的物質(zhì)落到機車上損壞機車）；只有在雨雪等惡劣天氣，接觸不良時，才使用雙弓。
電氣化鐵路使用的電流來自三相發(fā)電機，為了防止發(fā)電機偏載，每隔一段距離，大約30~50公里，就要更換一條相線。在更換相線的接觸點附近，列車靠慣性通過。如果此時列車使用雙弓，在前弓通過接觸點，而后弓還沒有通過接觸點時，就意味著兩根相線發(fā)生短接，這是必須避免的。因此，在接觸點附近，會有“禁止雙弓”的標志牌。
受電弓風(fēng)缸是電力機車受電弓重要的執(zhí)行元件。它必須定時強制性的進行檢修，它的正常工作是電力機車安全正常運行的重要標志之一。
由于受電弓風(fēng)缸有桿，有一組合平衡彈簧與氣壓保持平衡且彈簧在風(fēng)缸自由狀態(tài)時也有一定的壓縮量。故要保證風(fēng)缸的安全可靠地拆裝必須要有一套專用的工裝設(shè)備。
2 受電弓風(fēng)缸主體部分的設(shè)計
因為受電弓風(fēng)缸的設(shè)計類似夾具的設(shè)計，所以首先解決工件在夾具中的定位。那么受電工風(fēng)缸就相當(dāng)于工件，設(shè)計過程中有定位板，中心架體（固定），導(dǎo)軌平臺，擋板，肋板，底板，中心架體（滑動），部分重要零件附有圖紙。
根據(jù)受電弓風(fēng)缸尺寸，合理設(shè)計出相關(guān)零件。和夾具設(shè)計不同的，根據(jù)給定信息，不需要太多計算，主要掌握其工作原理和風(fēng)缸的結(jié)構(gòu)特點。風(fēng)缸是由兩個圓柱缸筒，前、中、后三個六角形法蘭。由六根螺桿連在一起的有桿腔有一預(yù)壓縮緊的彈簧。故拆裝風(fēng)缸主要是克服預(yù)壓縮緊的彈簧的彈力，使之緩慢的釋放彈力便于解體，緩慢的壓縮便于安裝，以免彈簧突然釋放造成工傷事故。
設(shè)計的要求是便于測檢拆裝，由于氣缸拆裝不方便，我們設(shè)計兩個中心架體起到支撐和夾緊作用，不同的是一個固定，一個是滑動的，這樣設(shè)計的好處是將滑動的中心架體通過液壓缸的作用完成拆裝。因此，還必須滿足夾具設(shè)計的一般要求。
2.1 夾具的組成
(1)定位元件和定位裝置 用于確定工件正確位置的元件或裝置，如V形塊，定位銷，凡是夾具都有定位元件，它是實現(xiàn)夾具基本功能的元件。
(2)夾緊元件和夾緊裝置 用于固定工件以獲得的正確位置的元件或裝置。工件在夾具定位之后引進加工之前必須將工件夾緊，使其在加工時在切削力的作用下不離開已獲得的定位，有時同一個元件既能定位，也具有夾緊的雙重功效。
(3)導(dǎo)向元件 確定刀具的位置并引導(dǎo)刀具的元件，它也可以供鉆鏜類夾具在機床上安裝時做基準找正用。
(4)夾具體 夾具體也稱為夾具本體，用于將各種元件，裝置連于一體，并通過它將整個夾具安裝在機床上，一般采用鑄鐵制造，它是保證夾具的剛度和改善夾具動力學(xué)特性的重要部分。如果夾具體的剛性不好，加工時將要引起較大的變形和震動，產(chǎn)生較大的加工誤差。
2.2 夾具的類型
夾具的種類很多，形狀千差萬別，為了設(shè)計和制造方便，一般按某一屬性進行分類，如按所使用的機床分：車床夾具，銑床夾具，鏜床夾具，磨床夾具和鉆床夾具。
2.3 工件結(jié)構(gòu)特點分析
在對受電弓結(jié)構(gòu)分析及所要求加工的2個M12螺紋底孔孔所處的特殊位置，要達到了要求的精度并不困難，可以采用支承板以底面為主定位面，保證兩端面與底面之間的垂直度要求。
2.4 工件定位方案和定位元件的設(shè)計
工件在夾具中的定位就是要確定工件與夾具定位元件的相對位置，并通過到向元件或?qū)Φ堆b置來保證工件與刀具之間的相對位置，從而滿足加工精度的要求，工件在夾具中的定位一定要通過定位元件，并以六點定位原理分析所限制工件的自由度。本夾具采用了固定中心架、調(diào)節(jié)支塊、活動中心架，其中固定中心架限制了三個自由度分別是X、Y、Z方向的移動；活動中心架限制了一個旋轉(zhuǎn)自由度；調(diào)節(jié)支塊限制了兩個自由度。
2.5 夾緊方案和夾緊元件的設(shè)計
工件在切削過程中會受到切削力、慣性力等作用，因此必須夾緊以保證定位，典型的夾緊裝置是由夾緊元件、中間傳力機構(gòu)和動力源裝置所組成。夾緊元件是執(zhí)行夾緊的最終元件，是直接與零件接觸來完成夾緊的。中間傳力機構(gòu)是傳傳遞動力源裝置的力到夾緊元件來完成夾緊，它可以改變夾緊力的大小、方向和使夾緊具有自鎖性能。動力裝置是產(chǎn)生夾緊力的動力源，所產(chǎn)生的力稱為原始力。
夾緊裝置在夾緊過程中有一定的要求：
(1)夾緊裝置應(yīng)保證工件定位，而不能破壞工件的定位。
(2)夾緊力的大小應(yīng)能保證工件在加工時的位置不變，同時又不能使工件產(chǎn)生變形。
(3)夾緊力的方向應(yīng)和切削力方向相應(yīng)，使夾緊力減小。
(4)夾緊裝置的動作應(yīng)迅速、方便、安全。
(5)夾緊裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、合理、制造方便。
由于該道工序是鉆φ20孔，此零件屬于中批量生產(chǎn)，并且切削力較小，所以力求夾具設(shè)計簡單，降低成本的原則。則本夾具采用螺栓夾緊及一個壓環(huán)夾緊。
2.6 夾具體的設(shè)計
夾具體的設(shè)計是整個夾具的基礎(chǔ)零件，定位元件、夾緊裝置、連接元件、導(dǎo)向元件或?qū)Φ堆b置等都要求裝在它上面，因此夾具體是一個復(fù)雜而又重要的零件，而且必須滿足一定的要求：
1）夾具體要有足夠的剛度，承受夾緊力及加工時的切削力，一般夾具體為鑄件，但也可是焊接件。
2）夾具體一般應(yīng)考慮搬運的吊裝問題，以方便夾具的安裝對于小規(guī)模當(dāng)然可以不考慮吊裝，但也應(yīng)該考慮搬運的問題。
3）夾具體上應(yīng)考慮排屑和清理切屑方便。
4）夾具體的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)考慮夾具體的穩(wěn)定性，夾具底面可以做的稍大些。
5）由于夾具體一般都比較復(fù)雜，故要考慮結(jié)構(gòu)工藝性，對加工和安裝都應(yīng)該合理、方便。
2.7 誤差的分析與計算
該夾具以底平面、上端面為定位基準，要求保證孔軸線與左側(cè)面間的尺寸公差以及孔軸線與底平面的平行度公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。
M8螺紋孔軸線與左側(cè)面為線性尺寸一般公差。根據(jù)國家標準的規(guī)定，由《互換性與技術(shù)測量》表可知：
取（中等級）即 ：尺寸偏差為
由《機床夾具設(shè)計手冊》可得：
① 定位誤差（兩個垂直平面定位）：
② 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
③ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
④ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
2.8 夾具精度分析計算
夾具精度計算是一個非常重要的環(huán)節(jié)，它是檢驗夾具是否合乎零件加工要求。利用夾具在機床上加工工件時，機床、夾具、工件、刀具等形成一個封閉的加工系統(tǒng)，它們之間相互聯(lián)系，最后形成工件和刀具之間的正確位置關(guān)系，從而保證工序尺寸的要求。這些聯(lián)系環(huán)節(jié)中的任何誤差，都將以加工誤差的形式直接影響工件的加工精度，這些誤差主要有：
1）因工件在夾具中定位不準確，使工件的原始基準偏離規(guī)定位置而產(chǎn)生工件定位誤差Δdw。
2）因夾具在機床上安裝不準確，使夾具的安裝面偏離規(guī)定位置而產(chǎn)生夾具安裝誤差Δa。
3）因刀具相對夾具位置不準確，或刀具與導(dǎo)向、對刀元件之間的配合間隙引起的導(dǎo)向或?qū)Φ墩`差Δt。
4）因機床精度、刀具制造精度和磨損，加工調(diào)整、加工變形等因素引起的與加工方法有關(guān)的加工方法誤差Δg。
為了使夾具能加工出合格的工件，上述各項誤差的總和應(yīng)不超過工序尺寸（或位置要求）的公差Δk。即
Δdw+Δa+Δt+Δg〈Δk
上式稱為誤差計算不等式，其中各項誤差都是在工序尺寸方向上的分量，如果工序尺寸（包括位置精度要求）不止一個，則只有在每個工序尺寸的誤差計算不等式都能滿足要求時，所設(shè)計的夾具才能保證加工要求。
對夾具而言：
1） 工件在夾具中的定位誤差在前面已經(jīng)分析。即Δdw=0.07mm。
2） 夾具的安裝誤差Δa，夾具的安裝誤差是夾具在機床上安裝時，因夾具的安裝面偏離了規(guī)定的位置，從而使原始基準發(fā)生移動而在工序尺寸產(chǎn)生的偏差，采用定位鍵進行定位，則安裝誤差Δa=0.005mm。
3） 刀具位置誤差Δt的確定，刀具位置誤差是刀具相對于夾具位置不準確引起的誤差，或刀具與導(dǎo)向、對刀元件間的配合間隙引起的導(dǎo)向或?qū)Φ墩`差，這項誤差又稱刀具調(diào)整誤差，則Δt=0.07mm。
4） 加工方法誤差Δg，因為加工方法誤差具有很大的偶然性，很難進行精確的計算，因此常?。?/3~1/2）Δk作為加工方法和精度儲備之用，則Δg=0.62=0.3m。
所以,按概率法相加得
經(jīng)過計算則這個定位方式是可行的，滿足夾具精度要求，整個夾具設(shè)計合理。
為了保證整個工作過程順利進行，液壓系統(tǒng)的設(shè)計可以輔助完成這個過程。
裝卸過程中受到的推力F=50000N
強度計算
設(shè)計公式
(1) 選9.8級螺栓，查表3-6（a），σ=720Mpa,考慮到不需要嚴格控制預(yù)緊力，初估d=16~30mm,查表3-7，取s=2
(2) 計算螺栓直徑
查國標知，M20螺栓的d=17.294，選M20，強度滿足要求。
螺釘校核
（1）計算許用拉應(yīng)力
選用8.8級螺釘，查表3-6（a），考慮到不需要嚴格控制預(yù)緊力，初估d=6~16mm，查表3-7 取s=1.25
（2）計算螺釘直徑
查國標知，M16螺釘?shù)膁=13.835mm，選M16，強度滿足要求。
3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計
3.1方案設(shè)計
方案一：
采用鎖緊回路，使液壓缸能在任意位置上停留，且停留后不會因外力作用而移動位置的回路。如圖所示即為使用液控單向閥（有稱雙向液壓鎖）的鎖緊回路。當(dāng)換向閥處于左位時，壓力油經(jīng)單向閥1進入液壓缸左腔，同時壓力油進入單向閥2的控制油口k打開閥2，使液壓缸右腔的回油可經(jīng)閥2及換向閥流回油箱，活塞向右運動。反之活塞向左運動，到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位，因閥的中位為H型機能所以閥1和閥2均關(guān)閉，使活塞雙向鎖緊。在這個回路中，由于液控單向閥的閥座一般為錐閥式結(jié)構(gòu)。所以密封性好，泄露極少，鎖緊的精度主要處決于液壓缸的泄露。
方案二：
采用液壓缸差動連接回路。該回路是利用二位三通換向閥實現(xiàn)的液壓缸差動連接回路，在這種回路中當(dāng)閥1和閥3在左位工作時，液壓缸差動連接做快進運動，當(dāng)閥3通電，差動連接即被切除，液壓缸回油經(jīng)過調(diào)速閥，實現(xiàn)工進，閥1切換至右位后缸快退。這種連接方式，可在不增加液壓泵流量的情況下提高液壓執(zhí)行元件的運動速度，但是泵的流量和有桿腔排出的流量合在一起流過的閥和管路應(yīng)按合成流量來選擇，否則會使壓力損失過大，泵的供油壓力過大，致使泵的部分液壓油從溢流閥流回油箱而達不到差動快進的目的。
經(jīng)比較分析，方案一適合系統(tǒng)要求的設(shè)計。
圖3-1鎖緊回路圖
圖3-2差動回路圖
4 液壓系統(tǒng)元件的選擇
液壓系統(tǒng)的設(shè)計的目的在于選擇確定元、輔件的連接裝配方案，具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計和繪制產(chǎn)品工作樣圖，并編制技術(shù)文件，為制造、組裝和調(diào)試液壓系統(tǒng)提供依據(jù)。
4.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算
已知工作循環(huán)中系統(tǒng)壓力和穩(wěn)定流量分別為6.3MPa和20L/min，液壓泵驅(qū)動功率可由下列公式計算：
式中 液壓泵的最大工作壓力，MPa
液壓泵的最大流量，L/min
液壓泵的總效率，查表取0.7，代入上式求得液壓泵驅(qū)動功率
4.2 液壓系統(tǒng)中各元件的選擇
4.2.1 泵與馬達的選擇
（1）液壓泵的選擇
主要根據(jù)系統(tǒng)的工況來選擇液壓泵。泵的主要參數(shù)有壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率。為了保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)和系統(tǒng)的使用壽命，一般在固定設(shè)備系統(tǒng)中，正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右；要求工作可靠行較高的系統(tǒng)和設(shè)備，系統(tǒng)工作壓力為泵額定壓力的60%左右。泵的流量要大于系統(tǒng)工作的最大流量。選用型號：CB-FC10型齒輪泵。
CB-FC系列外嚙合齒輪泵采用鋁合金壓鑄成形泵體，徑向密封采用齒頂掃鏜，軸向密封采用浮動壓力平衡側(cè)板，因而達到了高效率。該泵具有體積小、重量輕、效率高、性能好、工作可靠、價格低等特點，該泵單向運轉(zhuǎn)，旋向可根據(jù)用戶需要提供，由于該泵具有以上特點，所以工作范圍廣泛，能夠用于工作條件惡劣的場合。
CB-FC10型齒輪泵理論排量：10.44ml/r；
額定壓力：20MPa；
額定轉(zhuǎn)速：2000r/min；
最高速度：2500r/min；
容積效率90%；
總效率81%；
驅(qū)動功率：6.4kw（額定工況下）；
重量：7.85kg。
YB型變量葉片泵屬于“內(nèi)反饋”限壓式變量泵。泵的輸出流量可根據(jù)載荷變化自動調(diào)節(jié)，即在調(diào)壓彈簧的壓力調(diào)定情況下，出口壓力升到一定值以后，流量隨壓力增加而減少，直至為零。根據(jù)這一特性，它特別適合于作容積調(diào)速的壓力系統(tǒng)中的動力源。由于其輸出功率與載荷工作速度和載荷工作大小相適應(yīng)，故它沒有節(jié)流調(diào)速那樣的溢流損失和節(jié)流損失，所以系統(tǒng)工作效率高，發(fā)熱少，能耗低，結(jié)構(gòu)簡單。選用型號：YBX-AD。其牌號含義是
YBX-AD型變量葉片泵最大排量：16mL/r；
壓力調(diào)速范圍：4.0~10.0MPa；
額定轉(zhuǎn)速：1500r/min；
最低轉(zhuǎn)速：600r/min；
最高轉(zhuǎn)速：2000r/min;
驅(qū)動功率：4.9KW;
安裝方式：法蘭安裝；
重量：7kg。
（2）液壓馬達的選擇
液壓馬達的主要性能數(shù)有轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、壓力、排量、容積效率、總效率等。根據(jù)系統(tǒng)給定的參數(shù)計算可確定選用液壓馬達為軸向柱塞馬達，其結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小、轉(zhuǎn)動慣量小、 轉(zhuǎn)速高、易于變量，能用于多種方式自動調(diào)節(jié)流量，適用范圍廣。查《機械設(shè)計手冊》選用型號：GY-A6V28HA2FS200081，此斜軸式變量柱塞液壓馬達的牌號含義是：
GY指“力源液壓”公司；A6V指變量馬達；規(guī)格為28；HA指高壓自動控制，2指2系列，規(guī)格28~225；連接油口F指SAE法蘭，側(cè)面S指花鍵，國標GB/T-3478.1;2型總成，最小排量設(shè)定定值=8.1ml/r。
未考慮 、 時， 其理論值技術(shù)參數(shù)如下:
規(guī)格：28；
排量:；；
允許最大流量：；
最高轉(zhuǎn)速：在下，；在下， ；
轉(zhuǎn)矩常數(shù)：在下， ；在下，；
最大轉(zhuǎn)矩（）；在下，；在下，；
最大輸出功率：；
慣性矩：J=0.0017；
重量：G=18kg。
（3）電機的選擇
Y系列的電動機為全封閉自扇冷或水冷式籠型三相異步電機，用于空氣中有易燃、易爆或腐蝕性氣體的場合。它適用于電壓為380V且無特殊要求的機械上，如泵、馬達和機床等。
根據(jù)給定參數(shù)的計算所得液壓泵的驅(qū)動功率為6.4kw，查《機械設(shè)計手冊》選用電機型號：Y132M-4。該電機可防水滴、鐵屑及其他物件沿垂直方向掉入電機內(nèi)部，它可作為泵，機床等的動力源使用。該電機性能如下：
額定功率：7.5kw；
同步轉(zhuǎn)速：1500r/min；
滿載轉(zhuǎn)速：1440r/min；
額定轉(zhuǎn)矩：2.2N
電壓：380V。
4.2.2 聯(lián)軸器的選擇
選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器。彈性套柱銷聯(lián)軸器具有一定的補償兩軸線相對偏移能力和緩沖減震能力。結(jié)構(gòu)簡單、維護方便。適用于對減震要求不高、底座剛性好、對中精度較高場合，不宜用于高速或低速重載場合，是應(yīng)用廣泛的一種聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩：
式中 T ----理論轉(zhuǎn)矩，N
---驅(qū)動功率，kw；
n----工作轉(zhuǎn)速，r/min；
---動力機的系數(shù)，查表取1.0；
K----工況系數(shù)，查表取1.5；
---啟動系數(shù)，查表取1.0；
---溫度系數(shù)，查表取1.5；
--公稱轉(zhuǎn)矩，；
將數(shù)據(jù)代入上式計算得：
經(jīng)計算選取聯(lián)軸器的型號為：LT5ZC3582/J1B3260GB/T4323-1984,其參數(shù)如下：
主動端：Z型軸孔、C型鍵槽，；
從動端：J1型軸孔、B型鍵槽，；
4.2.3 液壓介質(zhì)的選擇
液壓工作介質(zhì)的選擇應(yīng)該是根據(jù)液壓系統(tǒng)中重要元件的油膜承載能力確定的，故應(yīng)在保證承載能力的條件下，選擇適合的介質(zhì)粘度。
工作介質(zhì)粘度太大，系統(tǒng)的壓力損失大，效率降低，而且泵的稀有狀況惡化，容易產(chǎn)生空穴和氣蝕作用，是泵運轉(zhuǎn)困難，粘度太小，則系統(tǒng)泄露太多，容積損失增加，系統(tǒng)效率亦低，并使系統(tǒng)的剛性變差。因此，為了使液壓系統(tǒng)能夠正常和穩(wěn)定地工作，要求工作介質(zhì)的粘度隨溫度的變化要小。
工作介質(zhì)對液壓系統(tǒng)各運動部件起潤化作用，以降低摩擦和磨損，保證系統(tǒng)能夠長時間正常工作，故要求液壓系統(tǒng)的介質(zhì)要具有很好的潤滑作用。
另外液壓介質(zhì)還要有抗氧化性，防銹和不腐蝕金屬，同密封材料相容，消泡和抗泡沫性，抗乳化性，潔凈度高等要求。
液壓介質(zhì)的分類查《液壓與氣壓傳動》表1-3可知。
根據(jù)系統(tǒng)要求選擇液壓介質(zhì)如下：
查《機械設(shè)計手冊》齒輪泵工作溫度：5~40 ；
推薦選用運動黏度（）：30~70；
葉片泵工作溫度：5~40；
推薦選用運動黏度（）：30~49.
綜合考慮以上情況選用：L-HM32礦物油型液壓油。
L-HM32礦物油型液壓油，運動黏度時不大于420.，40時運動黏度范圍是28.8~35.5，是防銹抗氧制礦物油，可改善液壓實驗系統(tǒng)的抗磨性，保證實驗數(shù)據(jù)真實可靠，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，保持性能安全可靠。其部分質(zhì)量指標如下：
運動黏度：28.8；
黏度指數(shù)：不小于95；
抗磨性試驗：不小于10（FZG齒輪機試驗），不小于100（葉片泵試驗）；
機械雜質(zhì)：無；
空氣釋放值：6/min（50）；
泡沫性：150/10（24）。
4.2.4 換向閥的選擇
（1）手動換向閥的選擇
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計換向閥的最大流量為14L/min，在合理分配油路的原則基礎(chǔ)上，查《機械設(shè)計手冊》 選擇手動換向閥型號為：4WMM6C50/F,3WMM6D50/F。
4WMM6C50/F型牌號的含義如下：
通數(shù)為4通；手動換向閥；通徑6mm；滑閥機能C；設(shè)計號50；復(fù)位形式帶定位裝置；無插裝節(jié)流孔；介質(zhì)HLP礦物質(zhì)型液壓油。
3WMM6C50/F型牌號的含義如下：
通數(shù)為3通；手動換向閥；通徑6mm；滑閥機能C；設(shè)計號50；復(fù)位形式帶定位裝置；無插裝節(jié)流孔；介質(zhì)HLP礦物質(zhì)型液壓油。
換向閥的部分技術(shù)規(guī)格如下：
最高工作壓力：31.5MPa；
流量：60L/min；
介質(zhì)黏度：(2.8~380);
操縱力：約16~23N，無回油壓力時約20N；
重量：1.4kg。
（2）電磁換向閥的選擇
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需要在合理分配油路的原則基礎(chǔ)上，查《機械設(shè)計手冊》選擇電磁換向閥型號為3WE5A6/AG24,4WE5E6/AG24.
3WE5A6/AG24型牌號的含義如下：
3代表二位三通；WE代表電磁換向閥；5代表通徑5mm；A代表滑閥機能A；6代表6.0系列；A代表濕式標準電磁鐵；G24代表直流電24V。
4WE5E6/AG24型牌號的含義如下：
4代表三位四通；WE代表電磁換向閥；5代表通徑5mm；E代表滑閥機能E；6代表6.0系列；A代表濕式標準電磁鐵；G24代表直流電24V。
電磁換向閥的部分技術(shù)規(guī)格如下：
介質(zhì)：礦物油；
介質(zhì)溫度：-30~80；
介質(zhì)黏度：(2.8~380);
工作壓力：A、B、P腔小于等于25MPa，T腔小于等于6MPa；
額定流量：15L/min；
電源電壓：交流電50Hz，110V，220V；直流電12V、24V、110V
消耗功率：26W；
吸合功率：46VA；
啟動功率：130 VA；
接通時間：40ms（直流）、25ms（交流）；
斷開時間：30ms（直流）、20ms（交流）；
最高環(huán)境溫度：50；
最高線圈溫度：150；
4.2.5 溢流閥的選擇
DB/DBW型溢流閥具有壓力高，調(diào)節(jié)性能平穩(wěn)，最低調(diào)節(jié)壓力和調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點。DB型閥組要用于控制系統(tǒng)壓力；DBW型電磁溢流閥也可以控制系統(tǒng)的壓力并能在任意時候使之卸荷。設(shè)計調(diào)節(jié)泵的出口壓力為5MPa，查《機械設(shè)計手冊》選擇溢流閥型號：直動式溢流閥DBDA10P10、先導(dǎo)式溢流閥DB10AG1-5X/50。
DBDA10P10型直動式溢流閥部分參數(shù)如下：
通徑：10mm；
工作壓力：P口63MPa，T口31.5MPa；
流量：120L/min；
DB10AG1-5X/50型先導(dǎo)式溢流閥部分參數(shù)如下：
通徑：10mm；
工作壓力：35MPa；
流量：250L/min；
設(shè)定壓力：5.0MPa。
4.2.6 單向閥的選擇
選擇S型單向閥，該閥為錐式結(jié)構(gòu)，壓力損失小，主要用于泵的出口處，作為背壓閥和旁路閥用。根據(jù)設(shè)計要求查《機械設(shè)計手冊》選擇型號：S20A30-9。
S20A30-9牌號的含義如下：
閥通徑：20mm；
開啟壓力為：0.3MPa；
最大流量為：115L/min。
4.2.7 液控單向閥的選擇
液壓試驗系統(tǒng)馬達部分試驗油路采用兩單向閥與兩液控單向閥組成的“橋式油路”，以保證在馬達正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)時回流油液都經(jīng)過流量計。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計最大壓力6.3MPa和流量20L/min選擇液控單向閥，查《機械設(shè)計手冊》選擇液控單向閥型號：SL10GB1302。
L10GB1302型液控單向閥是錐閥式結(jié)構(gòu)，只允許油流正向通過，反向截止。當(dāng)接通控制油口X時，壓力油使錐閥離開閥座，油液反向流動。此液控單向閥參數(shù)的含義如下：
L 代表外泄漏式；10代表通徑10mm；G代表連接方式為螺紋連接；B代表直動型；3代表開啟壓力為0.3MPa；30代表系列號；2代表米制。
液控單向閥部分參數(shù)如下：
口控制容積：2.2；
Y口控制容積：1.9；
工作壓力：小于31.5MPa；
油溫范圍：-30~70；
液流方向：A至B自由流通；
黏度范圍：2.8~380；
重量：2.5kg。
4.2.8 冷卻器的選擇
冷卻器除通過管道散熱面積直接吸收油液中的熱量外，還使油液流動出現(xiàn)紊流，通過破壞邊界層來增加油液的傳熱系數(shù)。
（1）對冷卻器的基本要求
a. 有足夠的散熱面積。
b. 散熱效率高。
c. 油液通過時壓力損失小。
d. 結(jié)構(gòu)力求緊湊，堅固，體積小，重量輕。
（2）對冷卻器的選擇依據(jù)
a. 系統(tǒng)的技術(shù)要求 系統(tǒng)工作液進入冷卻器時的溫度、流量、壓力和需要冷卻器帶走的熱量。
b. 系統(tǒng)的環(huán)境 環(huán)境的溫度、冷卻水溫和水質(zhì)。
c. 安裝條件 主機的布置、冷卻器的位置及其可占用的空間。
d. 經(jīng)濟性 購置費用、運行及其維修費用。
e. 可靠性及其壽命 冷卻器的壽命取決于水質(zhì)腐蝕情況和管束等材料，理想的冷卻水質(zhì)（淡水）參數(shù)如下：
pH值：7；
碳酸鹽硬度：>；
鐵含量：<；
氧含量：4~6mg/L；
腐蝕性碳酸：0；
氨含量：0；
硫化氫含量：0；
氯化物含量：<；
碳酸鹽含量：；
蒸發(fā)殘留：。
根據(jù)以上若干選擇標準以及查《機械設(shè)計手冊》，選擇冷卻器型號：2LQFW-A0.65F，此冷卻器為多管式水冷器，有關(guān)參數(shù)如下：
換熱面積：0.5~16 ；
傳熱系數(shù)：348~407 ;
設(shè)計溫度：;
工作介質(zhì)壓力：1.6MPa；
冷卻介質(zhì)壓力：0.8MPa；
介質(zhì)黏度：（10~326）。
結(jié) 論
通過這次畢業(yè)設(shè)計，我感覺自己的CAD操作又進步了許多，而且設(shè)計思路更加完善了，總體水平提高了。
這次工作的完成感謝王小平老師的悉心輔導(dǎo)，在設(shè)計思路上給予很大的幫助。同時我也吸取過去課程設(shè)計的經(jīng)驗，使畢業(yè)設(shè)計的整體水平得到提高。這次設(shè)計也是我們四年來知識的總結(jié)，參考了許多資料。
畢業(yè)設(shè)計終于完成了，心里特別舒暢。然而，這將意味著大學(xué)生活即將結(jié)束，又有點懷戀?？偟恼f來，我選的課題并不太難，不過也綜合了不少專業(yè)知識。老師也說了，設(shè)計從小處著手，做多了能力得到培養(yǎng)了才能去接手干大的工程。
回想這段時間走來，的確讓我感覺到許多知識是關(guān)聯(lián)的，就像每個零件一樣都有自己的作用，為什么會用在這里，它的尺寸是如何得來的。一步一步的邏輯推理就慢慢得到答案了。
畢業(yè)了，要去工作了，希望能在平凡的崗位上干出好成績來。
感謝大學(xué)里老師的教導(dǎo)，感謝父母的苦心栽培，感謝那些幫助過我的人，謝謝你們！
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