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

2、 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4000~10

3、000mm/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(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4000~10000mm/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(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

4、 2006.1 l 章宏甲《液壓與氣壓傳動》機(jī)械工業(yè)出版社 2005.4 l 黎啟柏 《液壓元件手冊》冶金工業(yè)出版社 2002.8 l 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（2000~3000字）。 6. 工作進(jìn)度計(jì)劃 起止日期

5、 工作安排 完成情況 1~2 分析工況確定主要參數(shù) 3~4 擬訂液壓系統(tǒng)草圖 5~6 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)答疑時間 待定 9.備注 目　　錄 1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與要求……………………………………1 1.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟………………………………………1 1.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求………………………………………2 2 液壓系統(tǒng)的分析…………………………………………………3 2.1 液壓系統(tǒng)主要

6、參數(shù)的確定…………………………………3 2.2負(fù)載分析和負(fù)載圖、速度圖的繪制………………………4 2.3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…………………………………8 3.1 油壓的確定…………………………………………………8 3.2 確定油缸內(nèi)徑D 活塞桿直徑d …………………………8 4 液壓元件的選擇 ………………………………………………10 4.1 液壓泵和電機(jī)的選擇………………………………………10 4.2 油箱容積和尺寸的確定……………………………………11 4.3 液壓系統(tǒng)所用油液的選用………………………………

7、…12 4.4 油管管徑的確定……………………………………………13 4.5閥類元件及輔助元件的選擇………………………………15 5 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算……………………………………………16 5.1 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失…………………………………………16 5.2 油液溫升驗(yàn)算………………………………………………18 1 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)同時進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)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(jì)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

8、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)行元件的形式； （5

9、）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

10、要求。 本液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(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

11、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)。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 2×252.5KN 2 最大閉門力 2X252.5KN 3 工作行程 8000mm 4 油缸內(nèi)徑 200mm 5 活塞桿直徑 160mm 7 有桿腔計(jì)算壓力 20Mpa 8 閘門關(guān)閉時間 80s 9 閘門開啟時間 80s 10 系統(tǒng)壓力等級 25MPa 2.2負(fù)載分析和負(fù)載圖、速度圖的繪制 2.2.1負(fù)載

12、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(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。 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+Fm 252000 勻速 F= Ft 250000 減速 F= Ft-Fm 247500 閉合階段 加速 F

13、= Ft-Fm 247500 勻速 F= Ft 250000 減速 F= Ft+Fm 252000 2.2.2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

14、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，

15、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

16、積和活塞桿截面積的差△A 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=200mm 3.2.1 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 σmax=≤[σ] 設(shè)活塞桿最小截面積處直徑為d0 處直，則有： σmax= ≤[σ] 故 d

17、 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 B＞0.4 則， L0=μL1 μ= l1= I2= 得 μ=0.55 L1 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。 λ=≤250 故， d ≥ D ≥=140mm 選取的直徑符合長細(xì)比要求。 4

18、 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=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）；

19、 QN 為液壓泵的額定流量（m3/s）； ηp 為液壓泵的總效率，從規(guī)格中查??； ψ為轉(zhuǎn)換系數(shù)，ψ==,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 3～5min的輸油量，行走設(shè)備為0

20、.5～1.5min的輸油量。 在初步設(shè)計(jì)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(jì)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 ，b

21、2=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

22、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(jì)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

23、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 →67.6 67.6 67.6 →0 排出流量（L/min ） 0 →188.4 188.4 188.4 →0 運(yùn)動速度（m/min） 0 →6 6 6 →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

24、，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 164.7 31.5 160*CY14

25、-1B 2 溢流閥 29.1 2 ～1250 20 Y2 型 3 單向閥 135.6 12 ～190 20 DT8P1 4 三位四通電磁閥 135.6 170 ～1100 20 WEH 5 節(jié)流閥 30.3 4 ～200 31.5 LA 型 6 單向閥 67.8 12 ～190 20 DT8P1 7 調(diào)壓閥 67.8 20 8 流向調(diào)整板 37.5 10 ～160 20 Z4S 型 9 兩位兩通電磁閥 30.3 170 ～1100 31.5 WEH 10 調(diào)壓閥 135.6 20

26、 5 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(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)按一個工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。 5.1.1 啟門階段 ①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

27、得到設(shè)計(jì)的工作壓力。 ②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(jì)的工作壓力值。 ③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： 0.296MPa 5.1.2 閉門階段 由于

28、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(jì)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：

29、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，2004.1 [2] 王積偉，張宏甲主編.液壓傳動.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.12 [3] 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,2001 [4] 煤炭工業(yè)部主編.液壓傳動設(shè)計(jì)手冊.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1981.4 [5] 雷天覺主編.新編液壓工程手冊.北京:理工大學(xué)出版社,1998 [6] 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,2002.1 20