液壓課設(shè) 液壓啟閉機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、液壓與氣壓傳動課程設(shè)計(jì)學(xué)號 姓名 年級專業(yè) 指導(dǎo)教師： 錢雪松 內(nèi)容：設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1份 20 頁 液壓系統(tǒng)原理圖 1張 河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2011-2012學(xué)年第二學(xué)期 液壓與氣壓傳動課程設(shè)計(jì)任務(wù)書5授課班號138101/2 年級專業(yè)2009機(jī)自 指導(dǎo)教師 錢雪松 學(xué)號 姓名 課程設(shè)計(jì)題目5設(shè)計(jì)一臺液壓啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)，其主要技術(shù)要求如下：啟閉力50T，行程8000mm，往返速度400010000mm/min，加減速時(shí)間為1秒，雙缸，用同步回路，垂直液壓缸。1. 課程設(shè)計(jì)的目的和要求通過設(shè)計(jì)液壓傳動系統(tǒng)，使學(xué)生獲得獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，分析思考能力，全面了解液壓系統(tǒng)的組成原理。明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；分

2、析工況確定主要參數(shù)；擬訂液壓系統(tǒng)草圖；選擇液壓元件；驗(yàn)算系統(tǒng)性能。2. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和教師參數(shù)（各人所取參數(shù)應(yīng)有不同）其主要技術(shù)要求如下：啟閉力50T，行程8000mm，往返速度400010000mm/min，加減速時(shí)間為1秒，雙缸，用同步回路，垂直液壓缸。4. 設(shè)計(jì)參考資料（包括課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、設(shè)計(jì)手冊、應(yīng)用軟件等）l 章宏甲 液壓傳動 機(jī)械工業(yè)出版社 2006.1l 章宏甲液壓與氣壓傳動機(jī)械工業(yè)出版社 2005.4l 黎啟柏 液壓元件手冊冶金工業(yè)出版社 2002.8l 榆次液壓有限公司 榆次液壓產(chǎn)品 2002.3課程設(shè)計(jì)任務(wù)明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；分析工況確定主要參數(shù)；擬訂液壓系統(tǒng)草圖；選擇液壓

3、元件；驗(yàn)算系統(tǒng)性能。5.1設(shè)計(jì)說明書（或報(bào)告）分析工況確定主要參數(shù)；擬訂液壓系統(tǒng)草圖；選擇液壓元件；驗(yàn)算系統(tǒng)性能。5.2技術(shù)附件（圖紙、源程序、測量記錄、硬件制作）5.3圖樣、字?jǐn)?shù)要求系統(tǒng)圖一張（3號圖），設(shè)計(jì)說明書一份（20003000字）。6. 工作進(jìn)度計(jì)劃起止日期工作安排完成情況12分析工況確定主要參數(shù)34擬訂液壓系統(tǒng)草圖56選擇液壓元件；驗(yàn)算系統(tǒng)性能7答辯，交卷3. 設(shè)計(jì)方式手工4. 設(shè)計(jì)地點(diǎn)、指導(dǎo)答疑時(shí)間待定9.備注目錄1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與要求11.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟11.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求22 液壓系統(tǒng)的分析32.1 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定32.2負(fù)載分析和負(fù)載圖、速度

4、圖的繪制42.3液壓系統(tǒng)圖的擬定6.3 油缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的確定83.1 油壓的確定83.2 確定油缸內(nèi)徑D 活塞桿直徑d 84 液壓元件的選擇 104.1 液壓泵和電機(jī)的選擇104.2 油箱容積和尺寸的確定114.3 液壓系統(tǒng)所用油液的選用124.4 油管管徑的確定134.5閥類元件及輔助元件的選擇155 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算165.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失165.2 油液溫升驗(yàn)算181 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與要求液壓傳動系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各式各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單工作

5、可靠，成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)主要是啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。綜合考慮弧形工作閘門液壓啟閉機(jī)油缸務(wù)必垂直布置，兩端鉸鏈連接，并且在油缸的上端吊頭與埋件軸以及下端吊頭與閘門吊耳連接處內(nèi)裝自潤滑球面滑動軸承，滿足使油缸自由擺動，并可以消除啟閉機(jī)或閘門由于安裝等誤差造成的對油缸的不利影響。油缸與管路之間采用硬管連接。1.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來說，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行：（1）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；（2）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；（3）選擇液壓元件；（4）確定液壓執(zhí)行元

6、件的形式；（5）液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算。1.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)行進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。（1）主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；（2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；（3）液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式，運(yùn)動速度；（4）各動作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；（5）對調(diào)速范圍、運(yùn)動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；（6）自動化程度、操作控制方式的要求；（7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；（8）對效率、成本等方面的要求。本液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造，

7、主要用于控制弧形閘門啟閉機(jī)油缸開啟和關(guān)閉的液壓系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、布局美觀、性能可靠、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，其油缸工況符合用戶提供的原理要求。本套液壓系統(tǒng)配有壓力控制器(XML)、電接點(diǎn)溫度計(jì)(WSSX)、液位控制器(YKJD24)，可對系統(tǒng)壓力、油液溫度及液位高度實(shí)現(xiàn)自動控制。在閘門啟閉過程中，閘門開度及行程實(shí)行全程控制，通過電器、液壓動作進(jìn)行同步控制，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整同步。2 液壓系統(tǒng)的分析2.1 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的參數(shù)提供依據(jù)。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)

8、。壓力決定于外載荷。流量取決于執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。主要技術(shù)參數(shù)序號名稱參數(shù)備注1最大啟門力2252.5KN2最大閉門力2X252.5KN3工作行程8000mm4油缸內(nèi)徑200mm5活塞桿直徑160mm7有桿腔計(jì)算壓力20Mpa8閘門關(guān)閉時(shí)間80s9閘門開啟時(shí)間80s10系統(tǒng)壓力等級25MPa2.2負(fù)載分析和負(fù)載圖、速度圖的繪制2.2.1負(fù)載分析 工作負(fù)載 液壓啟閉機(jī)在啟動或者關(guān)閉閘門時(shí)的工作載荷主要為克服閘門的自重。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)啟閉力為50T,故單根液壓缸的工作載荷為25T. 即， Ft=250000N 慣性荷載 阻力負(fù)載 此系統(tǒng)的液壓缸在豎直方向上工作，摩擦阻力很小，故不予以考慮。

9、由以上得出此液壓系統(tǒng)液壓缸在個(gè)工作階段的負(fù)載如下表：工 況負(fù)載組成負(fù)載值F開啟階段加速F= Ft+Fm252000勻速F= Ft250000減速F= Ft-Fm247500 閉合階段加速F= Ft-Fm247500勻速F= Ft250000減速F= Ft+Fm2520002.2.2負(fù)載圖和速度圖的繪制 由系統(tǒng)參數(shù)知，行程8000mm，往返速度6000mm/min，啟閉加減速時(shí)間為1秒。故可知加減速時(shí)間為1秒，勻速運(yùn)行時(shí)間為78秒，加減速行程為0.1米，勻速行程為7.8米。負(fù)載圖和速度圖如下：2.3液壓系統(tǒng)圖的擬定2.3.1液壓回路的選擇由于液壓缸在啟動和制動閘門時(shí)要避免過大的沖擊力，所以液壓缸

10、的速度是變化的，因此要選用調(diào)速回路來確保液壓缸的啟閉速度在合理的范圍內(nèi)。在提升和閉合的過程中，最重要的是要保持兩個(gè)液壓缸的同步，使閘門在工作時(shí)能始終保持合理的姿態(tài)。因此系統(tǒng)必須采用同步回路來確保兩只液壓缸的同步運(yùn)行。當(dāng)閘門在提升到最高位置時(shí)，要保證閘門不突然掉下來，下降時(shí)要慢慢降下來，因此系統(tǒng)必須保持一定的壓力，故要選用保壓回路來保證系統(tǒng)在一定的壓力下運(yùn)行。2.3.2系統(tǒng)圖的繪制啟閉機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)工作效率。為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要

11、裝設(shè)必要的檢測元件，關(guān)鍵部位要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時(shí)能迅速更換，保證主要部件連續(xù)工作。各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。液壓系統(tǒng)原理圖見附錄。3 油缸內(nèi)徑及活塞桿直徑的確定3.1 油壓的確定 根據(jù)本設(shè)計(jì)的使用場合和工況，系統(tǒng)油壓按31.5MPa控制，油缸工作油壓按20MPa控制。3.2 確定油缸內(nèi)徑D活塞桿直徑d由于本系統(tǒng)油缸是單側(cè)進(jìn)出油，有桿端是工作高壓腔，初步考慮油缸截面積和活塞桿截面積的差A(yù) 即可，故只需

12、選取油缸內(nèi)徑或者活塞桿直徑。由 P= A = 即 20X106 = 得 A=0.0125m2選取活塞桿直徑 d=160mm 則 12500= 得 D=203mm故選取 D=200mm3.2.1 強(qiáng)度要求 要是油缸能夠安全的工作，則必須保證油缸個(gè)部件的強(qiáng)度在安全的范圍之內(nèi)。由 max=設(shè)活塞桿最小截面積處直徑為d0 處直，則有：max= 故 d 0 活塞桿的材料為40Cr，熱處理方法為調(diào)質(zhì)，查的其需用應(yīng)力為785MPa。帶入上式，得：D0 故， d0 100.7 mm ， 初選直徑符合要求。3.2.2 長細(xì)比要求根據(jù)水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范H.6.4.1 B0.4 則， L0=L1=l1= I

13、2=得 =0.55L1 為活塞桿展開全長L1 、L2 分別為活塞桿和油缸缸體斷面的慣性矩m m4。=250故， d D =140mm選取的直徑符合長細(xì)比要求。4 液壓元件的選擇 4.1 液壓泵和電機(jī)的選擇4.1.1液壓泵的選用設(shè)計(jì)要求活塞桿的推進(jìn)速度為V=6m/min，則單缸每分鐘流量為Q=V*As*t得 Q=2Q 0=26m/min(0.22-0.162)=135.6L/min油缸工作壓力為20MPa ， 故選用額定工作壓力為31.5 MPa 、最高工作壓力為40MPa 的柱塞泵，其型號為1 6 0 *CY14-1B ，公稱排量164.7mL/r,額定轉(zhuǎn)速為1000r/min 。4.1.2電

14、機(jī)的確定由公式： P= ; 式中： PN 為液壓泵的額定壓力（Pa）； QN 為液壓泵的額定流量（m3/s）； p 為液壓泵的總效率，從規(guī)格中查取； 為轉(zhuǎn)換系數(shù)，=,Pm a x 為液壓泵的最大工作壓力。 得：P=122KW因?yàn)楸玫念~定轉(zhuǎn)速為1000r/min,故選用315L2型三相異步電機(jī)，其額定功率為132KW，同步轉(zhuǎn)速為1000r/min。4.2 油箱容積和尺寸的確定油箱容量的確定，要考慮工作循環(huán)中的油液溫升、運(yùn)行中的液位變動、調(diào)試與維護(hù)管路及執(zhí)行元件灌油、循環(huán)油量、液壓油液壽命等因素。按照經(jīng)驗(yàn)法則，固定設(shè)備用油箱的容量應(yīng)是系統(tǒng)液壓泵 35min的輸油量，行走設(shè)備為0.51.5min的輸

15、油量。 在初步設(shè)計(jì)油箱時(shí)，其有效容量可按下述經(jīng)驗(yàn)公式確定即： V=mQp式中： m 系數(shù)，m 值的選取；低壓系統(tǒng)為m = 2 4 ，中壓系統(tǒng)為m =5 7 ，中高壓系統(tǒng)或高壓大功率系統(tǒng)為m =6 1 2 ； Qp液壓泵的流量。故油箱的容積計(jì)算如下： V=8Q=6164.7Ml/r1000r/min=988L選取油箱容積為： V=1000L 由標(biāo)準(zhǔn)郵箱外形尺寸可得，郵箱的外形尺寸為：b1=1065mm ，b2=965mm ， l1=2014mm ， l2=1774mm ， h=550mm 近似油液深度為4 75mm。4.3 液壓系統(tǒng)所用油液的選用對各類液壓系統(tǒng)，選擇工作介質(zhì)需要考慮下列因素:（G

16、B7631.2 ）選擇原則考慮因素1.液壓系統(tǒng)的環(huán)境條件是否要求抗燃性（燃點(diǎn)、自然點(diǎn)）消除噪聲能力（空氣溶解度、消泡性）廢液處理及環(huán)境污染要求的毒性與氣體2.液壓系統(tǒng)的工作條件使用壓力范圍（潤滑性、極壓承載力）使用溫度界限（粘度、粘溫特性、熱穩(wěn)定性、低溫流動性）轉(zhuǎn)速（氣蝕、對軸承面浸潤力）3.工作介質(zhì)的質(zhì)量物理化學(xué)指標(biāo)對金屬和密封件的適應(yīng)性防銹、防腐蝕能力抗氧化穩(wěn)定性剪切穩(wěn)定性4.經(jīng)濟(jì)性價(jià)格及使用壽命維護(hù)保養(yǎng)的難易程度綜合考慮上述各因素，液壓系統(tǒng)選用4 6# 抗磨液壓油(L-HM46)。4.4 油管管徑的確定管道及接頭用以把液壓元件連接起來，組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。正確的選擇管道和管道接頭，對液壓

17、系統(tǒng)的安裝、使用和維護(hù)都有著重要意義。在設(shè)計(jì)管道時(shí)，管徑應(yīng)適當(dāng)、管線應(yīng)最短，管道彎頭、接頭應(yīng)盡量少、以減少系統(tǒng)的壓力損失。同時(shí)，管道的連接必須牢固可靠，防止振動松脫，并且要便于調(diào)整和維護(hù)。連接各元件間的管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油則按輸入、排出的最大量計(jì)算。本系統(tǒng)液壓缸在各階段的進(jìn)、出油量數(shù)值如下表：流量、流速加速勻速減速輸入流量（L/min ）0 67.667.667.6 0排出流量（L/min ）0 188.4188.4188.4 0運(yùn)動速度（m/min）0 666 0根據(jù)上表中的數(shù)值，當(dāng)壓力管中的流速取5 m/min 時(shí)，按式： 式中： d管道內(nèi)徑； q館內(nèi)流量； v管

18、中油液的速度，吸油管取0.5 1 .5m/s，壓油管取2 .5 5 m/s，回油管取1. 5 2.5 m/s，短管及局部收縮處取5 7 m/s 。算得與液壓缸有桿腔和無桿腔相連油管的內(nèi)徑分別為： 按GB/T2351-2005選用兩管的公稱通徑分別為：d 1=20mm ， d2=65mm 。4.5閥類元件及輔助元件的選擇根據(jù)閥類及輔助元件所在油路中的最大工作壓力和通過該元件的實(shí)際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見下表：序號元件名稱估計(jì)通過流量（L/min ）額定流量（L/min ）額定壓力（MPa ）型號、規(guī)格1液壓泵164.731.5160*CY14-1B2溢流閥29.12 125020Y

19、2 型3單向閥135.612 19020DT8P14三位四通電磁閥135.6170 110020WEH5節(jié)流閥30.34 20031.5LA 型6單向閥67.812 19020DT8P17調(diào)壓閥67.8208流向調(diào)整板37.510 16020Z4S 型9兩位兩通電磁閥30.3170 110031.5WEH10調(diào)壓閥135.6205 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算5.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法全面的估算，故只能先按式：估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局圖后，加上管路的管路的沿程損失和布局損失即可。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。5.1.

20、1 啟門階段 加速階段油缸加速啟動時(shí)，進(jìn)油路由油泵1 、單向閥3 、電磁閥4（左位）、流向調(diào)整板 8 、單向閥6 、油缸有桿腔組成。因此進(jìn)油路的總壓降為：=（0.102+0.014+0.088+0.092 ）MPa=0.296MPa此值不大，故能使油缸得到設(shè)計(jì)的工作壓力。勻速提升階段油缸勻速運(yùn)行時(shí)，進(jìn)油路由液壓泵1、單向閥3、換向閥4（左位）、流向調(diào)整板8、單向閥6、油缸有桿腔和調(diào)壓閥10、換向閥9（左位）、節(jié)流閥5、油缸有桿腔兩條組成。因此進(jìn)油路的總壓降為： =（0.102+0.014+0.088+0.092+0.138+0.020+0.018 ）M Pa =0.472MAa此值很小，故選取

21、的元件符合要求，能使油缸得到設(shè)計(jì)的工作壓力值。減速階段油缸加速制動時(shí)，進(jìn)油路和加速啟動階段相同，故其損失也相同即：0.296MPa5.1.2 閉門階段 由于閘門的自重較大，所以閉門階段油泵處于卸荷狀態(tài)，只要控制液壓缸有桿腔的排油流量，即可控制閉門速度。5.2 油液溫升驗(yàn)算啟閉機(jī)在工作時(shí)，開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間均為80 秒，勻速運(yùn)行時(shí)間為78 秒，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液的溫升可用勻速運(yùn)行是的情況來計(jì)算。勻速運(yùn)行時(shí)單根液壓缸的有效功率（系統(tǒng)的輸出功率）為： 即，系統(tǒng)的輸出功率為5 0 KW.此時(shí)，液壓泵通過單向閥3 、換向閥4（左位）、流向調(diào)整板8、單向閥6 、和調(diào)壓閥1 0 、換向閥9（左位）、節(jié)流閥5

22、 、向油缸有桿腔供油。所以油泵的總輸入功率（即系統(tǒng)的輸入功率）為：由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為： 按式： 得： 可以看出系統(tǒng)的溫升很小，此液壓系統(tǒng)不需要冷卻措施。參考文獻(xiàn)1 劉新德主編.袖珍液壓氣壓手冊（2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.12 王積偉，張宏甲主編.液壓傳動.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.123 周開勤主編.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(第5版).北京:高等教育出版社,20014 煤炭工業(yè)部主編.液壓傳動設(shè)計(jì)手冊.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1981.45 雷天覺主編.新編液壓工程手冊.北京:理工大學(xué)出版社,19986 姜繼海,宋錦春,高常識主編.液壓與氣壓傳動.北京:高等教育出版社,2002.120