液壓課設(shè) 液壓啟閉機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計

液壓與氣壓傳動課程設(shè)計學(xué)號 姓名 年級專業(yè) 指導(dǎo)教師： 錢雪松 內(nèi)容：設(shè)計計算說明書 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)計題目5設(shè)計一臺液壓啟閉機(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，加減速時間為1秒，雙缸，用同步回路，垂直液壓缸。1. 課程設(shè)計的目的和要求通過設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)，使學(xué)生獲得獨(dú)立設(shè)計能力，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；選擇液壓元件；驗(yàn)算系統(tǒng)性能。2. 課程設(shè)計內(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，加減速時間為1秒，雙缸，用同步回路，垂直液壓缸。4. 設(shè)計參考資料（包括課程設(shè)計指導(dǎo)書、設(shè)計手冊、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)計任務(wù)明確系統(tǒng)設(shè)計要求；分析工況確定主要參數(shù)；擬訂液壓系統(tǒng)草圖；選擇液壓元件；驗(yàn)算系統(tǒng)性能。5.1設(shè)計說明書（或報告）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)計說明書一份（20003000字）。6. 工作進(jìn)度計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)計方式手工4. 設(shè)計地點(diǎn)、指導(dǎo)答疑時間待定9.備注目錄1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與要求11.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟11.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求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)計步驟與要求液壓傳動系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機(jī)的總體設(shè)計同時進(jìn)行。著手設(shè)計時，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)計出結(jié)構(gòu)簡單工作可靠，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)計主要是啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計。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)計步驟液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟并無嚴(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)計要求設(shè)計要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計的依據(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)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(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、制造，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(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)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。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2×252.5KN2最大閉門力2X252.5KN3工作行程8000mm4油缸內(nèi)徑200mm5活塞桿直徑160mm7有桿腔計算壓力20Mpa8閘門關(guān)閉時間80s9閘門開啟時間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)閉閘門時的工作載荷主要為克服閘門的自重。本設(shè)計的設(shè)計啟閉力為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。由以上得出此液壓系統(tǒng)液壓缸在個工作階段的負(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，啟閉加減速時間為1秒。故可知加減速時間為1秒，勻速運(yùn)行時間為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要避免過大的沖擊力，所以液壓缸的速度是變化的，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液壓缸的同步，使閘門在工作時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，要保證閘門不突然掉下來，下降時要慢慢降下來，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)計規(guī)范H.6.4.1 B0.4 則， L0=L1=l1= I2=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=2×6m/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?。?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的輸油量。 在初步設(shè)計油箱時，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??；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。故油箱的容積計算如下： V=8Q=6×164.7Ml/r×1000r/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:（GB7631.2 ）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，組成一個完整的系統(tǒng)。正確的選擇管道和管道接頭，對液壓系統(tǒng)的安裝、使用和維護(hù)都有著重要意義。在設(shè)計管道時，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，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，按式： 式中： d管道內(nèi)徑； q館內(nèi)流量； v管中油液的速度，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 125020Y2 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)按一個工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。5.1.1 啟門階段 加速階段油缸加速啟動時，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)計的工作壓力。勻速提升階段油缸勻速運(yùn)行時，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，故選取的元件符合要求，能使油缸得到設(shè)計的工作壓力值。減速階段油缸加速制動時，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，開啟時間和關(guān)閉時間均為80 秒，勻速運(yùn)行時間為78 秒，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液的溫升可用勻速運(yùn)行是的情況來計算。勻速運(yùn)行時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，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 、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)計手冊.上海:上?？茖W(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