波浪能毕业论文.doc

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1、 本科毕业设计（论文）3000W液压式波浪能转化实验系统设计郭 悦燕 山 大 学2011年 6月 本科毕业设计（论文）3000W液压式波浪能转化实验系统设计学院（系）：机械工程学院 专 业：机电控制工程 学生 姓名：郭悦 学 号：070101010228 指导 教师：姚静 答辩 日期：2011年6月 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院： 机械工程学院 系级教学单位：机电系 学号070101010228学生姓名郭悦专 业班 级07级机电控制2班题目题目名称3000W液压式波浪能转化实验系统设计题目性质工程设计题目类型毕业设计题目来源科研课题主要内容1、 系统构成方案；2、 元件选择；3、 参数设

2、计；4、 结构原理示意如图、液压系统原理图、零件图、装配图；5、 液压式波浪能转化系统实验台搭建及试验研究。基本要求1、 说明书不少于2万字，严格按规范要求撰写；2、 图纸量不少于4A0，其中必须有CAD图；3、 外文资料翻译不少于5000汉字；4、 上机绘图。参考资料1、 产品工作原理简单说明书记设计要求；2、 有关资料和书籍；3、 液压元件产品样本；4、 设计手册。周 次第 1-4 周第 5-8 周第 9-12 周第13-16 周第17-18 周应完成的内容1、 资料翻译2、 方案3、 开题报告4、 计算1、 元件选择2、 装配图1、 装配图2、 零件图1、 零件图2、 上机绘图1、 修改

3、设计2、 撰写论文3、 答辩指导教师：姚静职称： 讲师 2011年 3月10 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要从上世纪70年代的石油危机开始，各国开始把注意力转移到本地资源和寻找最适宜的廉价能源上。利用海洋波浪能为人类提供电力是当前可再生资源领域研究的热点之一。现阶段主要存在的装置包括，振荡水柱式装置、摆式装置、振荡浮子式波能转换装置和收缩波道式波能转换装置，这其中液压系统应用十分的广泛。为了克服现有波浪装置技术的不足，本课题的目的在于提供可工作时间长，运行稳定，转换效率高，发电质量好的一种基于液压传动的双行程做功的波浪能吸收装置。系统主要创新点在于利用蓄能器实现稳压以及吸收脉动的效果

4、，补油泵系统防止了系统元件的吸空，回油管路的背压阀旨在使马达稳速运转。本次课题中采用CAD绘制原理图，后用Solidworks完成阀块设计、泵站装配工作。关键词波浪能；发电；双行程；马达稳速；I 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractSince the Oil Crisis 70s last century, various countries start to focus on native resource and searching the most proper and cheap energy. Its one of hot research in the renewable

5、 resource field nowadays that using wave energy to generate electricity for human. Main existing devices including at the present, Oscillation water column type device, pendulum device, oscillation float type wave energy transform device, contraction wave channel type wave energy transform device.Hy

6、draulic system has a wide application among them.In order to overcome the shortages of existing devices, The purpose of this topic is providing a double stroke wave energy absorption equipment based on hydraulic transmission which can operate longer, run stably, have great transform efficiency, gene

7、rate high quality electricity. The systems major innovations are reflected in, using an accumulator to stable voltage and absorb pulsation, using a slippagepump to prevent suction phenomenon, using back pressure valve in the return line to guarantee the motor steady speed. The topic finished princip

8、le chart drawing though AutoCAD, then designed three-dimensional pumping station and valve block utilizing Solidworks eventually.Keywords wave energy; power generation; double block; motor steady speedI 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外发展现状11.3 波浪能应用的发展趋势31.4本课题的研究内容及意义4本章小结6第2章 液压系统原理设计72.1 液

9、压系统设计要求72.2 液压系统的组成及工作原理82.2.1 液压系统的组成82.2.2 液压系统的工作原理11本章小结12第3章 液压系统的设计计算及元件选择133.1 给定参数的推算133.1.1 液压系统的给定参数133.1.2 系统的压力及流量计算133.1.3 管径的计算143.2 能量转化部分的元件选择153.2.1 泵和电机的计算153.2.2 液压缸的计算173.2.3 蓄能器的计算173.2.4 阀的选型步骤183.3 模拟动力部分的选择计算193.3.1 泵和电机的计算193.3.2 液压缸的选择203.3.3 阀的选型步骤203.4 辅助元件的选择计算213.5 油箱的设

10、计223.5.1 油箱的作用和分类223.5.2 设计油箱的注意事项223.5.3系统油箱容积的估算23本章小结23第4章 阀块的设计绘制254.1 概述254.2 阀块设计原则254.3 集成回路的选择274.4 阀块设计284.4.1 选择材料284.4.2 确定钻孔的孔径294.4.3 阀块的加工294.4.4 阀块的装配及调整29本章小结32第5章 液压泵站设计335.1 泵站的基本设计要点335.2 泵站的管路布局要求335.3 泵站的具体设计34本章小结35第6章 液压系统安装、调试及维护376.1 液压元件的安装376.1.1液压元件的安装376.1.2试压396.1.3调整与试

11、运转396.2 液压系统的使用与维护416.2.1日常检查项目和内容416.2.2日常检查项目和内容41本章小结42结论43参考文献45致谢47附录1 开题报告49附录2 文献综述55附录3 外文翻译63V第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景从石油危机开始，各国开始把注意力转移到本地资源和寻找最适宜的廉价能源上，21世纪是海洋的世纪，人类向大海索取能源成为必然趋势，沿海地区把希望寄在汹涌澎湃的巨浪上利用波浪能发电。波浪能在海洋中无处不在，无处不有，而且受时间限制相对较小，在很大程度上克服了潮汐能的这些缺点，同时波浪能的能流密度最大，可通过较小的装置提供可观的廉价能量，又可以为边远海域的国

12、防、海洋开发等活动提供能量，因此，世界各海洋大国均十分重视波浪能的开发和利用的研究。波浪能的开发和利用是一个涵盖多个学科的综合性问题，涉及到机械设计与制造，空气动力学，流体力学，物理学，数学模型，计算机模拟，海洋科学等各领域1。波浪能实质上是吸收了风能而形成的，能量传递速率与风速和风与水相互作用的距离直接相关，由于受各种气候条件的影响，加上风能本身具有很大的不确定性，因此波浪能是不稳定的一种能源。波浪能以海洋表面波浪所蕴含的动能与势能形式存在，水相对于海平面发生位移时，使波浪具有势能，而水质点的运动，则使波浪具有动能2。1.2 国内外发展现状 在国外，1799年，法国的吉拉德父子，获得了利用波

13、浪能的首项专利。英国具有世界上最好的波浪能资源。从20世纪70年代开始，英国将波浪发电研究放在新能源开发的重要位置。20世纪80年代，英国已成为世界波浪能研究的中心。日本平均波能约为13 kW/km（近海）和6 kW/km（沿岸），沿海的波浪可利用能量估算约20 GW，可满足国内能源总需求量的1/3。挪威的波浪发电研究起始于20世纪70年代，虽然起步晚但是发展十分迅速。挪威主要对波浪发电装置的理论设计做出了较大贡献，提出了相位控制原理和喇叭口收缩波道式波能装置等。葡萄牙的海浪发电研究起步较晚，技术以引进为主。但葡萄牙有着发展波浪发电得天独厚的自然条件优势，政府和科研机构对海浪能资源也越来越重视

14、。此外，葡萄牙还于2008年引进英国的海蛇发电机组，在此海洋实验区建立了世界上第一个商业规模的波浪发电站3。 图1-1 英国海蛇发电装置 图1-2 海洋浮体发电装置我国拥有着473万千米 的海洋、189万千米绵延的海岸线，可以说有着富饶的海洋能资源。据现有观测资料统计，全国沿岸波浪能资源平均理论功率大约为1000余万千瓦。波力发电技术始于20世纪70年代。1989年，我国第一座实验波力电站建成。首座波力独立发电系统汕尾100kW岸式波力电站于1996年12月开工，2001年2月完成进入试发电和实海况试验阶段，2005年1图1-3 广东汕尾岸式波浪能发电站月，第一次实海况试验成功。中科院广州能源

15、所海洋能实验室和气体水合物实验室协同攻关，提出并解决了海洋波浪能发电的关键技术。利用这一技术，可以将随机输入的势能转变成稳定的、可任意调控的水的动能。目前已通过实验室实验证实了该系统的可行性 。我国计划至2020年，在山东、海南、广东各建1座l000kW级的岸式波力电站3。1.3 波浪能应用的发展趋势目前，国内外一些科研机构已经将波浪发电设备的研制制定在远海区域环境条件下使用的基础上了，以后的商业化海洋波浪发电会基于这些发电装置。远海区域比起近海岸基区域蕴藏着更多更丰富的波浪能资源，需要的设备也相对简单。远海区域的波浪发电装置的优点体现在以下几点。首先，远海区域的发电装置相对简单、成本低，可选

16、取的区域广，适合建大规模波浪发电场。例如，如果要建一个50MW的波浪发电场，岸基发电场选址就很困难，而且成本很高，但是，如果是在远海区域，则只需将发电装置放在海上，而且可选取的区域也很广。其次，远海区域的发电装置单位发电效率较高，而且这些发电装置的装机容量一般也比岸基装置高很多，这一优点使其更适用于远距离输电以及一些岛屿的用电。由于上述优点，所以在2004至2008年问新的波浪发电开发当中，岸基发电装置的装机容量只占其中的8，而远海区域的波浪发电装置的占582。波浪能的开发利用将具有很广泛的应用价值，目前的海浪发电的装置可为海水养殖场，海上灯船，海上孤岛，海上气象浮标，石油平台等提供能源，还可

17、以并入城市电网提供工业或民用的能源。波浪能开发利用的关键是在降低发电成本的同时，提高发电的稳定性，发展波浪能独立发电系统，使用户直接使用波浪能。波浪能是一种密度低、不稳定、无污染、可再生、储量大、分布广、利用难的能源。由于目前波浪能的利用地点大都局限在海岸附近，因此还容易受到海洋灾害性气候的侵袭。由于开发成本高，规模小，社会效益好但经济效益一般，投资回收期相对较长，这些都在一定程度上束缚了波浪能的大规模商业化开发利用和发展，但随着理论和实践方面的不断发展成熟，波浪能开发利用的前景将是十分广阔的4。1.4本课题的研究内容及意义随着经济和社会的发展，人类对能源的需求量越来越大，由于目前作为主要能源

18、的煤和石油均不具有可再生性，这直接导致了能源危机不断地出现，能源的短缺甚至成为社会发展的一个瓶颈，这些都在不断地提醒人们去寻找新的可再生的能源。由此波浪能作为一种清洁可再生的能源越来越引起人们的关注。尽管现在和常规能源相比，波浪发电还有很大的距离，但是，从我国能源长期发展战略和技术储备的角度来看，加大和加快开海洋波浪能源的开发研究具有重要的现实和战略意义3。结合日本“311”发生大震后而引发的核泄漏恶劣影响，我们更加意识到发展新能源，一种可再生又对环境负面作用小，以及较小甚至不存在潜在威胁的能源。波浪能无疑就处在这种优选行列的前茅，相信人类对波浪能的开发利用又将加快脚步。现有的装置包括如下图所

19、示5 6 7 8： 图1-4 水波浮力发电装置 图1-5 浮力下挂液压缸式波浪能发电装置 图1-6 浮体绳轮波浪能发电系统 图1-7 潜浮式海洋波浪能发电装置为了克服现有波浪装置技术的不足，本课题的目的在于提供可工作时间长，运行稳定，转换效率高，发电质量好的一种基于液压传动的双行程做功的波浪能吸收装置。对于可再生能源来说，高效转换技术是研究的难点，由于波浪的不稳定性导致其转换装置经常处于非设计工况，因此提高波能利用率，降低波能发电的成本始终是波能研究的目标。研究的主要内容包括以下方面：（1）前期调研（2）查找资料（3）方案论证与选定（4）实验原理图设计绘制（5）设计计算选型（6）阀块图绘制和加

20、工（7）元件购买（8）系统仿真（9）泵站设计（10）系统搭建（11）撰写毕业论文。以一种浮力摆式单行程做功的波浪能量吸收装置为例，这种装置的结构很简单，但是存在很大的不足。该装置只有在浮力摆压向液压缸一侧时液压缸才会单行程做功，也就是说该装置在整个波浪周期内只有1/4周期是用来吸收波浪能来做功的，因此该装置可工作做功时间短，发电时续时断，发电效果差。这也就是本课题主要旨在解决的问题，由此课题的主要目标是实现理论设计的液压缸双行程吸收波浪能的方案，提高发电效率，稳定产生的电压，并在仿真的基础上实现实验台初步运行。本章小结 波浪能发电是当代能源危机大背景下的一种发展潜力很高的开发领域。现有的装置中

21、存在着波浪能利用周期短，效率低等不足之处，本章简单介绍了波浪能发电的开发现状，以及本项目的着眼点。85 第2章 液压系统原理设计 第2章 液压系统原理设计2.1 液压系统设计要求 明确对液压传动系统的工作要求，是设计液压传动系统的依据，由使用部门以技术任务书的形式提出。拟定液压传动系统图。（1）根据工作部件的运动形式，合理地选择液压执行元件；（2）根据工作部件的性能要求和动作顺序，列出可能实现的各种基本回路。此时应注意选择合适的调速方案、速度换接方案，确定安全措施和卸荷措施，保证自动工作循环的完成和顺序动作的完成。液压传动方案拟定后，应按国家标准规定的图形符号绘制正式原理图。图中应标注出各液压

22、元件的型号规格，同时要列出标准（或通用）元件及辅助元件一览表。计算液压系统的主要参数和选择液压元件。计算液压缸的主要参数；计算液压缸所需的流量并选用液压泵；选用油管；选取元件规格；计算系统实际工作压力；计算功率，选用电动机；油箱容积计算；还包括进行必要的液压系统验算，液压装置的结构设计，绘制液压系统工作图，编制技术文件等。该系统是模拟波浪能发电的实验系统，包括模拟动力源部分及实际动作部分。模拟动力源部分要求实现实验所需的各种模拟动力动作，如正弦运动等。实际能量吸收及转化部分要求能够吸收模拟动力源的模拟波浪能并将其最大效率的转化，实现液压缸的双行程做功。1) 比例伺服阀控制伺服液压缸进行给定动作

23、；2) 双出杆液压缸双行程做功；3) 蓄能器实现稳压及吸收脉动；4) 换向阀进行系统的压力控制；5) 背压阀对马达起到一定的稳速作用；6) 补油泵防止马达及双出杆液压缸吸空。2.2 液压系统的组成及工作原理2.2.1 液压系统的组成该液压式波浪能转化实验系统的组成如图2-1所示：该系统由模拟动力源部分：定量泵、比例伺服阀、伺服缸，能量吸收及转化部分：双出杆液压缸、4个单向阀、蓄能器、两位两通换向阀、马达、发电机、背压阀及补油系统等组成。详细如下：图2-1 液压系统原理图 （1）油箱：有效容积为750L，油箱在系统中的功能主要是储存油液，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。给主系统及控

24、制系统供油，并通过补油泵将主油箱中的油液注入到充液油箱，同时充液油箱的液位过高时，也可以高位溢流至主油箱。主油箱附件主要包含液位计、空气滤清器等。（2）空气滤清器：空气过滤器装于油箱上，连通大气，使得油箱内气体压力不至于过高或者过低，因为过高影响油箱安全，过低降低泵自吸能力，而且容易产生气泡，影响系统性能；空气过滤器还用于油液的抽取和注入。注油口与通气器一般合二为一9。（3）液位液温计：用以监视观察油箱中油液的位置和检测油温。（4）液压泵：液压泵为能量转换装置，向系统提供具有一定压力和流量的液体，把机械能转换成液体的液压能，是液压系统的动力源。主泵提供工作缸的动力，控制泵提供控制油液，补油泵可

25、以给充液油箱补油。（5）电机：将电能转换成机械能，用以驱动泵。（6）马达：马达旋转带动发电机运转，进而将系统的液压能转化成发电机的动能，动能再转化成电能，最终实现发电的目的。（7）发电机：电能转化部分，吸收马达的动能转化为电能，并将电能输出系统。（8）吸油过滤器：过滤器是输送介质管道上不可缺少的一种装置,通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其它设备的进口端，用来消除介质中的杂质，以保护阀门及设备的正常使用。当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁的滤液则由过滤器出口排出，当需要清洗时，只要将可拆卸的滤筒取出，处理后重新装入即可，因此，使用维护极为方便。在泵前设置吸油过滤器，防止

26、大颗粒杂质吸入泵内，保护液压泵。（9）比例伺服阀：该系统有一个比例伺服阀，系统的模拟动力部分，根据运行动作需要，输入电信号来控制阀口开度的大小来调节流量，实现模拟海浪动能输入。（10）蓄能器：蓄能器额作用包括，作辅助动力源，补偿泄漏、保持恒压，做紧急动力源，消除压力脉动、降低噪声，吸收液压冲击，用来输送异性液体、有毒液体等，补偿热膨胀以及进行补油10。此设计中蓄能器用于保持系统压力，补充泄漏，缓和冲击。主要是为马达提供稳定的压力及流量，使马达运转稳定。（11）换向阀：用于油路切断，实现系统压力的开关作用当系统的压力没有达到给定值时，换向阀关死，此时马达不运转，即系统没有开始发电，当压力达到系统

27、工作压力时换向阀打开，系统开始实际工作。（12）单向阀：用于油路的单向导通，在液压缸出口采用的普通板式单向阀，使系统按指定的方向供油，并且能够防止液压缸的两腔连通。在补油路上，防止高压油路与马达低压侧的连通。对单向阀的要求主要有：通过液流时压力损失要小，而反向截止时密封性要好；动作灵敏，工作时无撞击和噪声。单向阀的弹簧在保证能克服阀芯摩擦力和重力而复位的前提下，弹簧刚度尽可能小，从而减小单向阀的压力损失。一般，单向阀的开启压力为0.0350.05 MPa，通过额定流量时的压力损失不应超过0.10.3 MPa。（13）溢流阀：溢流阀是使系统中多余流体通过该阀溢出，从而维持其进口压力近于恒定的压力

28、控制阀。在液压系统中，溢流阀可作定压阀，用以维持系统压力恒定，实现远程调压或多级调压；作安全阀，防止液压系统过载；作制动阀，对执行机构进行缓冲、制动；作背压阀，给系统加载或提供背压；它还可与电磁阀组成电磁溢流阀，控制系统卸荷。溢流阀可分为：直动式、先导式。当溢流量变化时，直动式溢流阀的进口压力是近于恒定的。主泵及补油泵出口各有个先导式卸荷溢流阀，蓄能器入口处加一个溢流阀，防止高压油路过压，安全可靠。（14）截止阀：截止阀，也叫截门，是使用最广泛的一种阀门，它之所以广受欢迎，是由于开闭过程中密封面之间摩擦力小，比较耐用，开启高度不大，制造容易，维修方便，不仅适用于中低压，而且适用于高压。截止阀的

29、闭合原理是，依靠阀杠压力，使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合，阻止介质流通。截止阀只许介质单向流动，安装时有方向性。截止阀的结构 长度大于闸阀，同时流体阻力大，长期运行时，密封可靠性不强。此设计中用于液压系统压力等各种管路上，控制油路的通断。（15）背压阀：背压阀用于保持马达出口有一恒定压力，在要求不是很严格的系统中可作为安全阀使用。保证马达出口流量的稳定性，如马达的流量随压力变化较大，在马达的出口处设置背压阀，使马达的输出流量稳定，这时一般选择背压阀的压力为马达的实际使用压力或略小于马达的使用压力。它使在管路或是设备容器压力不稳的状态下，能保持管线所需压力，使马达能正常输出流量。 接在回油路上

30、，起到一定的马达调速作用，旨在使马达稳速转动，发电机输出稳定的电压。（16）压力表：测量系统压力，带有压力表开关，以防止冲击引起的表针损坏，需要查看压力时打开压力表开关。（17）测压接头：测压接头内有自封阀,单独使用时由于弹簧的作用,自封阀关闭;同带顶针的测量软管或测量接头相对接后就能将自封阀打开,用与高压或低压流体系统的取样和系统压力检测。对于本系统，阀块上还要有一个测压接头，以便观测泵出口压力。（18）管接头：管接头的主要作用是连接管子与元件、连接管子与管子及在隔墙处提供连接与固定。焊接式、卡套式、扩口式管接头应用较普遍，管接头的基本型有7种：端直通管接头、直通管接头、端直角管接头、直角管

31、接头、端三通管接头、三通管接头和四通管接头。凡带端字的都是用于管子与机件之间的连接，其余是用于管件之间的连接11。（19）压力传感器：根据不同的使用要求，压力传感器可以与数字测量仪、巡回检测装置或计算机等配套使用，便于实现测试自动化。（20）联轴器：联轴器是连接两轴或轴和口转件，在传递运动和动力过程中一同回转而不分开的一种装置。此外，联轴器还可能具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及安全防护功能。联轴器的类型应根据使用要求和工作条件来确定。2.2.2 液压系统的工作原理此装置的主要功能在于通过液压缸双向吸收海浪的能量从而用来发电。原理图中右侧的部分为模拟动力源部分，利用比例伺服阀控制液压缸，使其

32、实现系统要求的特定运动形式（这里模拟海浪的运动形式，接近于正弦运动）。在模拟海浪的作用下液压缸双向运动，当活塞杆向左运动时液压缸左腔形成高压腔，同理当活塞杆向右运动时，右腔形成高压，两侧的压力经过比较后，较高的一侧经过单向阀传向马达的高压输入端。在这工程中高压油路上设置一个溢流阀，一个蓄能器。其中溢流阀为实现系统的过压保护，在高压油路上的压力超过系统的最高压力值时，实现溢流保护。蓄能器为了在系统的压力不足时进行补压，吸收压力脉动，保持系统压力，补充泄漏，缓和冲击。当经过换向阀的压力比较之后，系统压力达到设定值，换向阀打开，马达开始运转，马达的旋转带动发电机转动，实现发电。马达输出端接低压油腔，

33、低压油路的节流阀来形成背压用来进行过压保护。这里的马达应用实验室现有的二次调节装置的马达工况，其工作原理简述为通过控制油路的压力油控制马达前的伺服阀，阀控缸产生的信号输送马达的控制部分，实现马达的调速。下侧的液压泵组件用来向系统补油，避免马达和液压缸的低压腔形成真空。本章小结 本章介绍了此液压系统设计中的目的及要求，给出了液压原理的详细讲解，阐述了液压系统的组成和工作原理。第3章 液压系统的设计计算及元件选择第3章 液压系统的设计计算及元件选择3.1 给定参数的推算 3.1.1 液压系统的给定参数系统模拟实际的波浪动能，由于实际波浪能很不稳定，利用率有限，并且实际的吸收效果也不容易控制，所以系

34、统初步选定发电机的功率，预期在实验的基础上实现波浪能的液压式吸收转化过程模拟。表3-1 给定的设计参数序号项目参数序号项目参数1发电机功率3000W3马达排量40mL/r2电机转速1500r/min3.1.2 系统的压力及流量计算根据机械设计手册第五卷，液压马达排量：Vm= （3-1）可取马达效率马达负载转矩：T=9550 （3-2）其中P为电动机轴上的输出功率KW则T=9550=19.1而马达理论转矩为T= （3-3）推出 =3 MPa液压马达所需的最大流量为：=401500/0.95=63.16L/min （3-4）查出样本处,则可取为60实际输出转矩为：T0=17.2。3.1.3 管径的

35、计算 1、根据机械设计手册第五卷，模拟动力及转化部分管子内径d(单位mm)的计算,可以按流速选取： （3-5）式中 流体流量（m/s）； V 流速（m/s）。对于吸油管v 0.52m/s；对于压油管v 2.56 m/s；对于回油管v 1.53m/s。因此，根据公式（3-5）得：此系统属于低压系统，且流体的流速较慢，根据实验室现有资源选择阀块管子内径：，取40mm查样本实验室现有软管的产品样本，查得软管的壁厚为6mm。回油路管子内径： ，取31.5mm 查样本实验室现有软管的产品样本，查得软管的壁厚为6mm。 2、补油泵部分，取22mm硬管的壁厚计算公式为： （3-6）P管道内最高工作压力（Pa

36、）；d管道内径（m）；管道材料的许用应力（MPa），；b管道材料的抗拉强度（MPa），b=520MPa；n安全系数，对钢管来说，P7 MPa时，取n=8；P17.5 MPa时，取n=6；P17.5 MPa时，取n=4；这里取n=8。则，圆整取标准值2mm3、其他管子根据元件出入口内径选择，外径选择标准的。3.2 能量转化部分的元件选择 3.2.1 泵和电机的计算 液压泵是将原动机的机械能转换为液压能的能量转换组件，在液压系统中，液压泵作为动力组件向液压系统提供液压能。泵的基本参数是压力、流量、转速、效率。一般应根据系统的实际工况来选择，为了提高系统的可靠性，延长泵的使用寿命，一般在固定设备中液

37、压系统的正常工作压力可选为泵额定压力的70%80%，车辆用液压系统的正常工作压力可选择为泵额定压力的5060。选择泵的第二个重要因素是泵的流量或排量，泵的流量与工况有关，选择泵的流量需大于液压系统工作的最大流量。泵的效率值是泵质量好坏的体现，一般来说，应使主机的常用工作参数处在泵效率曲线的高效区域。另外，泵的最高压力与最高转速不宜同时使用，以延长泵的使用寿命。转速的选择应严格按照产品技术规格表中规定的数据，不得超过最高转速值。至于其最低转速，在正常使用条件下，并没有严格的限制。液压泵的主要类型有：外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵、螺杆泵、叶片泵、柱塞泵。轴向柱塞泵具有结构紧凑、单位功率体积小、重量轻

38、、工作压力高（额定工作压力一般可达3240MPa）、在高压下仍能保持较高的容积效率（一般在95%左右）容易实现变量等优点，结合实验室的现有资源，另外进行以下验算10。1、根据机械设计手册第五卷，确定液压泵的最大工作压力 （3-7）式中 执行元件最大工作压力；液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失。的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的，取=（0.2-0.5）MPa；管路复杂、进口有调速阀的，取=（0.5-1.5）MPa。这里取0.4MPa。由式3-7得，在选择液压泵的额定压力时应该比系统最高压力大25%60%，高压系统压力储备宜取小值。2、确

39、定液压泵流量 （3-8）式中k 系统泄露系数，一般取1.11.3，大流量取小值，反之取大； 同时动作液压缸最大总流量，这里为60L/min。由式（3-8）得， 3、确定驱动液压泵的功率 （3-9）式中液压泵的总效率，本系统采用的效率最高的柱塞泵，取0.85。4、选择规格根据实验室的实验台现有的配置，主泵为启动恒宇的轴向柱塞泵一台，故根据以上的计算进行核对，此柱塞泵能够充分满足系统的压力及流量要求。又因为轴向柱塞泵的自吸性能较差，在实际的实验台上有一单级叶片泵在之前为其供油。轴向柱塞泵性能参数：额定压力31.5MPa，排量10mL/r，最高转速1500r/min；最佳油温25-90，不能超过11

40、5；吸油口25mm，出油口25mm。型号：10MCY14-1B（一台）单级叶片泵性能参数：额定压力31.5MPa，排量26mL/r，最高转速1500r/min；最佳油温30-80，不能超过110。型号：YB-A26B（一台）电气传动用交流电动机是将直流电能转变为机械能的旋转机械，特点是：调速优良，过载能力大，可实现频繁的无级快速起动制动和反转，多用于宽调速的场合和要求有特殊运行性能的自动控制场合。交流电机中最常用的是三相异步电动机和同步电动机，异步电动机结构简单，维护方便，重量较轻，成本较低，工作效率较高，负载特性较硬，能满足大多数工业机械的电气传动需要；同步电动机广泛适用于拖动不要求调速和功

41、率较大的生产机械。比较之后，本系统选择通用异步电动机。本设计中电机为天津大明三相异步电动机，效率高、噪声低、振动小、运动安全可靠。型号：Y120M-4 性能参数： 功率110kW，转速990r/min，效率94%，质量1120kg。3.2.2 液压缸的计算 根据所查资料，所研究系统所处区域波浪的较低，一般可取0.5Hz，则运动周期T=2s，则双出杆活塞缸的单向运动时间t=1s。液压缸所需提供的流量：Q=1m3由于此系统为低压系统，若取液压缸行程为125，为满足所需流量要求，计算得D=116.5,则取标准系列可取D=125，d=70就有 V=40，qmax=60L/min，D=125，d=70设

42、模拟波浪的正弦波为，其中频率取，则，则有活塞杆行程=250，可取正弦波幅值A=125，对求导，可得速度变化为，再次求导令=0，可求得正弦波速度最大值在t=0或t=0.5s处，代入=12510-33.141=0.393m/s，按此速度可计算得所需流量：Q需 =0.393m/s（1252-702）10-6m2=3.3110-3m3/s=198.5L/min所以经验证所选双出杆活塞缸可满足要求。3.2.3 蓄能器的计算 （1）根据机械设计手册第五卷，蓄能器最低工作压力P1和最高工作压力P2，蓄能器靠近液压马达取, （3-10）其中压力损失取，作为辅助动力源蓄能器，为使其在输出有效容积过程中液压机构压

43、力相对稳定些，一般取，则， （3-11）同时，为使压力相对稳定性较高，要求和之差尽量在1MPa左右。综上可取5MPa， =6MPa（2）充气压力 为使蓄能器重量最小，取，可取=4MPa（3）蓄能器有效工作容积Vm （3-12）其中Vi各种执行元件耗油量，K系统泄漏系数，取K=1.2则（4）蓄能器的总容积（3-13）下面验证蓄能器是否满足系统要求：因为液压马达处所需最大流量为60L/min，则按此流量工作容积，所以马达排出流体时间，而液压实验室蓄能器型号为：NXQA25/31.5LA。囊式蓄能器胶囊端为小口，公称容积为25L，公称压力为31.5MPa，螺纹连接，公称通径40mm，螺纹M60X，数量为4个。蓄器处安全球阀AQF-40H3-A，奉化液压件厂，公称压力，公称通径为，压力等级H3-，直动式溢流阀，压力随阀提供。3.2.4 阀的选型步骤 1、 两位三通电磁换向阀 需要满足最大流