6.2 液压马达工作时的流量：
查表得YMD30摆角90°，流量（内泄漏量）为300mL/min；YMD300摆角270°，流量（内泄漏量）为470mL/min
6.3 液压缸或液压马达主要零件的结构材料及技术要求 6.3.1 缸体
液压缸缸体的常用材料有20、35、45号无缝钢管。因20号钢的力学性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需焊接时，则应采用焊接性能比较好的35钢，初加工后调质。一般情况下，均采用45钢，并调质到241～285HB。缸体毛坯也可采用锻钢、铸钢或铸铁件。铸铁可采用ZG35B等材料，铸铁可采用HT200～HT350间几个牌号或球墨铸铁。特殊情况下，可采用铝合金等材料。
设计中缸体材料选用45号钢，并应调质到241～285HB。缸体内径采用H8配合。活塞采用橡胶密封圈密封，该密封结构结构简单，密封可靠，摩擦阻力小，但是要求缸孔内臂十分光滑，故取缸体内表面的粗糙度为Ra=0.1～0.4?m。
缸体内径的圆度公差按8级精度选取，圆柱度公差按8级精度选取。缸体端面的垂直度公差按7级精度选取。带有耳环的缸体，而空孔径的中心线对缸体内孔轴线的垂直度公差按9级精度选取。为了防止腐蚀和提高寿命，缸体内表面镀以厚度为30～40?m的铬层，镀后进行珩磨或抛光。它们的安装支承方式通常有台肩支承和缸底支承两种，这里均采用法兰连接缸底支承。 6.3.2 缸盖
液压缸的缸盖可选用35、45号锻钢或ZG35、ZG45铸钢或HT200、HT300、HT350铸铁等材料。
当缸盖本身又是活塞杆的导向套时，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。如果采用在缸盖中压入导向套的结构时，导向套材料则应为耐磨铸铁、青铜或黄铜等。
设计中缸盖本身又是活塞杆的导向套，故缸盖材料选用45号钢。同时，在导向表面上熔堆黄铜、青铜或其它耐磨材料。
缸盖直径和活塞杆缓冲孔的圆柱度公差按9级精度选取，同轴度公差值为0.03mm。端面与直径轴心线的垂直度公差值按7级精度选取，导向孔的表面粗糙度为Ra=1.25μm。6.3.3 活塞
活塞缸活塞常用的材料为耐磨铸铁、灰铸铁（HT300、HT350）、钢（有的在外径上套有尼龙66、尼龙1010或夹布酚醛塑料的耐磨环）及铝合金。
设计中活塞的材料选用HT350，活塞与活塞杆采用螺纹连接。活塞外径对内孔的径向跳动公差按7级精度选取，端面对内孔轴线的垂直度公差也按7级精度选取。外径的圆柱度公差值按9级精度选取
[16]
[16]
[11]
。
。
21
6.3.4 活塞杆
活塞杆选用外螺纹结构、实心杆，材料选用45号钢，粗加工后调质到硬度为229～285HB，必要时再经高频淬火，硬度可达HRC45～55。活塞杆各外径的圆度公差按9级精度选取，d的圆柱度公差按8 级精度选取，活塞杆两端的径向跳动公差为0.01mm，活塞杆端的垂直度公差按7级精度选取，活塞杆上的螺纹按6级精度加工，活塞杆上工作表面的粗糙度为Ra=0.63μm，
[16]
必要时镀厚度为0.05mm的铬，然后抛光。
6.3.5 液压缸的缓冲装置
缓冲装置是为了防止或减小液压缸活塞在运动到两个端点时因惯性力造成的冲撞。液压缸的活塞杆具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很大的动量，在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击压力和噪声。因此就有必要采用缓冲装置，以避免这种机械碰撞使缸体损坏，但冲击压力仍然存在，大约是额定工作压力的两倍，这就必然会严重影响液压缸和整个液压系统的强度和正常工作，缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。通常是通过节流作用，使液压缸运动到端点附近时形成足够的内压，降低液压缸的运动速度，以减小冲击。其工作原理是使缸筒低压腔内油液全部或部分通过节流把动能转化为热能，热能则由循环的油液带到液压缸外。
本设计中采用的缓冲装置是可变节流槽式的缓冲装置。这种缓冲装置是在缓冲柱塞上开由浅到深的三角节流沟槽，节流面积随着缓冲行程的增大而逐渐减少，缓冲压力变化平缓。 6.3.6 液压缸的排气装置
为使液压缸运动稳定，在新装上液压缸之后，必须将缸内的空气排出。排气的方法之一是使液压缸反复运动，直到运动平稳。但更可靠的方法是在液压缸上设置排气塞（排气阀），排气塞的位置一般放置在液压缸的端部，双作用液压缸则应设置两个排气塞。如果排气阀设置不当或者没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存在空气，由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成液压缸和整个液压系统在工作中的振动和爬行，影响液压缸的正常工作。为了避免这种现象，除了防止空气进入液压系统外，必须在液压缸上安设排气阀，因为液压缸是液压系统的最后执行元件，会直接反映出残留空气的危害。
对于速度要求较高的液压缸和大型液压缸需要专门设置排气装置，如排气塞、排气阀等。对于要求不是很高的液压缸，往往不需要设计专门的排气装置，而是将油口布置在缸筒的最高处，这样也能使空气随着油液排往油箱，再从油箱逸出。本设计采用后者。
6.4 制定基本方案
设计合理的液压系统才能确保全面、可靠地实现设计任务书中规定的各项技术指标，通常做法是先选定系统类型，分别选择各项要求的基本回路，最后再将各基本回路组合成完整的液压系统。由于影响液压系统方案的因素很多，设计中仍主要靠经验来完成。 6.4.1 基本回路的选择
1）压力源回路：压力源回路又称动力源回路，其功能是向液压系统提高满足执行机构需要的压力和流量。压力源回路是由油箱、油箱附件、液压泵、电动机（发动机）、安全阀、过滤器、单向阀等组成。设计中采用高低压双联泵液压源回路。
22
2）压力控制回路：压力控制回路是以控制系统及各支路压力，使之完成特定功能的回路。压力控制回路的种类很多，在一个工作循环的某一段时间内各支路均不需要新提供的液压能时，考虑采用泄卸荷回路；当某支路需要稳定的低于动力油源的压力时，应考虑减压回路；当载荷变化较大时，应考虑多级压力控制回路；当有惯性较大的运动部件时容易产生冲击时，应考虑缓冲或制动回路；在有升降运动部件的液压系统中应考虑平衡回路等。本设计中采用通常将调压、限压回路与油源回路合并考虑。
3）速度控制回路：液压系统原理图的核心是调速回路，调速方案和调速回路对其它回路的选择具有决定性的影响。本系统是功率较小的，故选用简单的进油路节流阀调速。同样的道路选用单泵供油，力求较好的经济性。在机械手的升降缸采用单伸出杆时，为了使往复运动速度一致时要采用两个单向节流阀来实现。若只用一个节流阀调速时，则应将节流阀放到换向阀下面，并按有杆腔进油达到最大允许速度，但仍然符合设计要求。
4）方向控制回路：控制执行元件的启动、停止或改变运动方向或控制液流通断或改变方向均需采用方向控制回路。实现方向控制的基本方法有：阀控主要是采用控制阀分配液流；泵控是采用双向定量泵或双向变量泵改变液流的方向和流量；执行元件控制是采用双向液压马达来改变液流方向。本设计中采用阀控。
6.5 液压元件的选择 6.5.1 液压泵的选择
油泵作为液压系统的动力元件，是液压系统的心脏，它把原动机（电动机、柴油机等）输入的机械能（转矩和角速度）转换为液压能（压力和流量）输出，为执行元件提供压力油。液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作特性和可靠性，在液压传动中占有及其重要的地位。液压泵按排量能否改变分为定量泵和变量泵；按进、出油口的方向是否可变分为单向泵和双向泵；按运动构件的形状和运动方式分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。
选用液压泵的原则和根据有：
（1） 是否要求变量 要求变量选用变量泵，其中单作用叶片泵的工作压力较低，仅
适用于机床系统。
（2） 工作压力 目前各类液压泵的额定压力都有所提高，但相对而言，柱塞泵的额
定压力最高。
（3） 工作环境 齿轮泵的抗污染能力最好，因此特别适于工作环境较差的场合。 （4） 噪音指标 属于低噪音的液压泵有啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，后两
种泵是瞬时理论流量均匀。
（5） 效率 按结构形式分，轴向柱塞泵的总效率最高；而同一种结构的液压泵，排
量大的总效率高；同一排量的液压泵，在额定工况（额定压力、额定转速、最大排量）时总效率最高，若工作压力低于额定压力或转速低于额定转速、排量小于最大排量，泵的总效率将下降，甚至下降很多。因此，液压泵应在额定工况（额定压力和额定转速）或接近额定工况是条件下工作。
目前在机械手上多数采用齿轮泵和叶片泵，而从流量特性来看，多数是采用定量泵。设计中采用PV2R双联叶片泵。已知系统压力为8MPa，选取PV2R12，查机械设计手册表20-5-33
23
选取其前泵排量V1为33mL/r，后泵排量V2为12mL/r，其允许最高转速1800r/min，最低转速750r/min。
[11]
该泵使用普通液压油时前泵的最高使用压力为14MPa，后泵为16MPa，满
足系统要求的8MPa。
前泵的流量：
（6-4）q前?V?n
式中： V——泵的排量（mL/r）；
。 n——泵的额定转速（r/min）
q前max?33?1800?59.4L/min q前min?33?750?24.75L/min
后泵的流量：
q后?V?n （6-5）
式中： V——泵的排量（mL/r）；
。 n——泵的额定转速（r/min）
q后max?12?1800?21.6L/min q后min?12?750?9L/min
6.5.2 液压泵所需电机功率的确定
（6-6） N?P?qmax/?
式中： N——油泵所需要的电动机功率；
P——油泵的最大工作压力（Pa）；
； qmax——油泵最大流量（m3/s）
?泵——油泵总效率，一般叶片泵?泵?0.75～0.85；齿轮泵?泵?0.6～0.8；柱塞泵
?泵?0.75～0.9。
前泵所需电机功率：
N1?后泵所需电机功率：
P?q前max?8?106?59.4?10?3??9.9kw
0.8?60N2?6.5.3 液压阀的选择
P?q后max?8?106?21.6?10?3??3.6kw
0.8?60液压阀的作用是控制液压系统的油流方向、压力和流量，从而控制整个液压系统的全部功能，如系统的工作压力，执行机构的动作程序，工作部件的运动速度、方向，以及变换频率，输出力或力矩等等。液压阀的性能是否可靠，是关系到整个液压系统能否正常工作的问
24
题。
液压阀的分类有：1）压力控制阀：主要控制执行机构输出力或输出转矩的大小，并确定液压泵及整个液压系统的工作负载，在过载时起到保护系统的作用。2）流量控制阀：根据执行机构运动速度的要求供给所需流量。3）方向控制阀:控制油流的通、切断或改变油流的方向，以控制执行机构的运动方向等。三类阀还可以相互组合，成为复合阀，以减少管路的连接，式结构更为紧凑，提高系统效率。液压传动系统，选择合适的液压阀，是使系统设计合理，性能优良，安装简便，维修容易，并保证该系统正常工作的重要条件。
根据本液压的设计要求，液压阀的选择按定压力和额定流量大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量的原则。选择换向回路的核心是选择换向阀的形式，以实现对于换向精度及换向平稳性的要求。一般来说，换向性能要求高，应选用机动换向阀或液动换向阀，若对于换向性能无特别要求，应选用电磁阀。根据本设计液压系统要求，夹紧缸换向选用两位两通电磁阀，其他缸全部选用三位四通电磁换向阀。
为防止俯仰缸因自重自由下滑和伸缩缸在仰起一定角度后的自由下滑，都采用单向顺序阀来平横。为保证夹紧缸夹持工件的可靠性，选用液控单向阀保压和锁紧。手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡手臂运动部件的自重，采用了单向顺序阀的平衡回路。 6.5.4 液压辅助元件的选择原则
（1）蓄能器：蓄能器在液压系统中是用来储存、释放能量的装置。其可作为辅助液压源在短时间里提供一定数量的压力油，满足系统对速度、压力的要求。
（2）滤油器：过滤器的功能是清除液压系统工作介质中固体污染物，使工作介质保持清洁，延长元器件的使用使用寿命、保证液压元件工作性能可靠。
[11]
选择过滤器需考虑如
下几点：1）根据使用目的选择过滤器的种类，根据安装位置情况选择过滤器的安装形式。2）过滤器应具有足够打的通油能力，并且压力损失要小。3）过滤精度应满足液压系统或元件所需的清洁度要求。4）滤芯使用的滤材应满足所使用工作介质的要求，并且有足够的强度。5）过滤器的强度及压力损失是选择时需重点考虑的因素，安装过滤器后会对系统造成局部压降或产生背压。6）滤芯的更换及清洗应方便。7）应根据系统需要考虑选择合适的滤芯保护附件。8）结构应尽量简单、紧凑、安装形式合理。9）价格低廉。
3）管道尺寸的确定 1.管道内径计算：
d?式中： qV——通过管道内的流量（m/s）； v——管内允许流速（m/s）见表。
34qV （6-7） ?v根据所得的内径尺寸，按下表标准系列选取相应的管子。
表6-3 软管内径尺寸系列
[10]
2.5 20
3.2 5 25 6.3 31.5 8 38 25
10 40 12.5 50 16 51 19 （22）