液壓課設(shè)液壓啟閉機的液壓系統(tǒng)設(shè)計說明

1、液壓與氣壓傳動課程設(shè)計學(xué)號年級專業(yè)指導(dǎo)教師：錢雪松容：設(shè)計計算說明書1份 20頁液壓系統(tǒng)原理圖1河海大學(xué)機電工程學(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 機自 指導(dǎo)教師 錢雪松 學(xué)號課程設(shè)計題目5設(shè)計一臺液壓啟閉機液壓系統(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

2、系統(tǒng)草圖；選擇液壓元件；驗算系統(tǒng)性能。2. 課程設(shè)計容和教師參數(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）章宏甲液壓傳動機械工業(yè)2006.1章宏甲液壓與氣壓傳動機械工業(yè)2005.4黎啟柏液壓元件手冊冶金工業(yè)2002.8液壓 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

3、液壓元件；驗算系統(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、字數(shù)要求系統(tǒng)圖一（3號圖），設(shè)計說明書一份（20003000 字）6.工作進度計劃起止日期工作安排完成情況12分析工況確疋主要參數(shù)34擬訂液壓系統(tǒng)草圖56選擇液壓元件；驗算系統(tǒng)性能7答辯，父卷3. 設(shè)計方式手工4. 設(shè)計地點、指導(dǎo)答疑時間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負載分析和負載圖、速度圖的繪制 42.3液壓系統(tǒng)圖的擬定6.3油缸徑及活塞桿直徑的確定83.1油壓的確定83.2確定油缸徑D活

4、塞桿直徑d 84液壓元件的選擇104.1液壓泵和電機的選擇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)性能的驗算165.1驗算系統(tǒng)壓力損失165.2油液溫升驗算181 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與要求液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分， 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計 要同主機的總體設(shè)計同時進行。著手設(shè)計時，必須從實際出發(fā)，有機 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， 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)計主要是啟閉機液壓系統(tǒng)的設(shè)計。 綜合考慮弧形工作閘門 液

5、壓啟閉機油缸務(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)計步驟并無嚴格的順序， 各步驟間往往要相互穿插 進行。一般來說，在明確設(shè)計要求之后，大致按如下步驟進行：（1）進行工況分析，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)的性能驗算。1.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求設(shè)計要進行每項工程設(shè)計的依據(jù)。 在制定

6、基本方案并進行進一步 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)計容有關(guān) 的其他方面了解清楚。（1）主機的概況：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)動機構(gòu)的運動形式，運動速度；（ 4 ）各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)； （5）對調(diào)速圍、運動平穩(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、

7、性能可靠、 能耗低的優(yōu)點，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現(xiàn)自 動控制。在閘門啟閉過程中，閘門開度及行程實行全程控制，通過電 器、液壓動作進行同步控制，實現(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 動速

8、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 X 252.5KN2最大閉門力2X252.5KN3工作行程8000mm4油缸徑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負載分析和負載圖、速度圖的繪制 221負載分析工作負載液壓啟閉機在啟動或者關(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Fm m-V 50 1 03 -1N 2500Nm 2 t1阻力負載此系統(tǒng)的液壓缸在豎直方向上工作，摩擦阻力很小，故不予由

9、以上得出此液壓系統(tǒng)液壓缸在個工作階段的負載如下表:工況負載組成負載值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+Fm252000222負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，勻速運行時間 為78秒，加減速行程為0.1米，勻速行程為7.8米。負載圖和速度 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

10、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 合理的圍。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)在一定的壓力下運行。2.3.2 系統(tǒng)圖的繪制啟閉機的液壓系統(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

11、壓系統(tǒng)的維護和監(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)標準件，在圖中要按國家標準規(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確定油缸徑D活塞桿直徑d由于本系統(tǒng)油缸是單側(cè)進出油，有桿端是工作高壓腔，初步考慮 油缸截面積和

12、活塞桿截面積的差 A 即可，故只需選取油缸徑或者 活塞桿直徑。F由 P= A =D2 d2 A420X10 6250000 A得 A=0.0125m 2選取活塞桿直徑d=160mm則12500= D2 1602D=203mm故選取D=200mm3.2.1 強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度在安全的圍之。F由Omax = a三司A min設(shè)活塞桿最小截面積處直徑為 do處直，則有:FOmax=吊麗 , 4F/ q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：D。4 250000785 106故，d0 100.7 mm ,初選直徑符合

13、要求長細比要求根據(jù)水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī) B 0.4 貝卩，L。二山1nd464I2=上(D4d4)64得尸0.55Li為活塞桿展開全長Li、L2分別為活塞桿和油缸缸體斷面的慣性矩故,d色2504 16000 0.55 “D =140mm250選取的直徑符合長細比要求。4液壓元件的選擇4.1液壓泵和電機的選擇液壓泵的選用設(shè)計要求活塞桿的推進速度為 V=6m/mi n ，則單缸每分鐘流量為 Q=V*A s*tQ=2Qo=2 x 6m/min x 評d。162)=135.6L/min油缸工作壓力為20MPa ,MPa、最高工作壓力為40MPa*CY 14-1B ，公稱排量 164.7mL/r,故

14、選用額定工作壓力為31.5的柱塞泵，其型號為1 6 0額定轉(zhuǎn)速為1000r/mi n 。電機的確定由公式:P=XpNQN103 n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 ）;n為液壓泵的總效率，從規(guī)格中查??；為轉(zhuǎn)換系數(shù)=-Pmax,Pm ax為液壓泵的最大工作壓 PN力。得:P=122KW因為泵的額定轉(zhuǎn)速為1000r/min, 故選用315L2型三相異步電機，其額定功率為 132KW ，同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min4.2 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、運行中的液 位變動、調(diào)試與維護管路及執(zhí)行元件灌油、循環(huán)油量、液壓油液壽命 等

15、因素。按照經(jīng)驗法則， 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0.51.5min的輸油量。在初步設(shè)計油箱時，其有效容量可按下述經(jīng)驗公式確定即：V=mQ p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 x 164.7MI/r x 1000r/min二988L選取油箱容積為：V=1000L由標準外形尺寸可得，的外形尺寸為：bi=1065mm,b2=965mm， I1=2014mmI2=1774mm， h=550mm4.3

16、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、自然點）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)指標對金屬和密圭寸件的適應(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)濟性價格及使用壽命維護保養(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

17、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。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、 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、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 ）0188.4188.4188.4 0運動速度（m/min ）0 666 0根據(jù)上表中的數(shù)值，當(dāng)壓力

18、管中的流速取 5 m/mi n 時,按式:式中：d管道徑;d = 2q館流量；v 管中油液的速度，吸油管取0.51 .5m/s ，壓油管取2 .55 m/s ，回油管取1. 52.5 m/s，短管及局部收縮處取57 m/s 。算得與液壓缸有桿腔和無桿腔相連油管的徑分別為：di67.6 1065 103 60mm16.9mmd2 2 , 188.4 310 mm 63.2mm1 103 60按 GB/T2351-2005 選用兩管的公稱通徑分別為：d1=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際流量，可選出這些液壓元件的

19、型號及規(guī)格見下表：序元件名估計通過流額定流量額定壓力型號、規(guī)格號稱量(L/min )(L/min )(MPa )1液壓泵164.731.5160*C Y14-1B2溢流閥29.12 125020Y2型3單向閥135.612 -19020DT8P14三位四135.617020WEH通電磁1100閥5節(jié)流閥30.3420031.5LA型6單向閥67.812 -19020DT8P17調(diào)壓閥67.8208流向調(diào)37.510 16020Z4S型整板9兩位兩30.317031.5WEH通電磁1100閥10調(diào)壓閥135.6205液壓系統(tǒng)性能的驗算5.1驗算系統(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)

20、的壓力損失無法全面的估算，故只能先按式：2vp =vpr qQr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。壓力損失的驗算應(yīng)按一個工作循環(huán)中不 同階段分別進行。啟門階段 加速階段油缸加速啟動時，進油路由油泵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。因此進油路 的總壓降為：2 2 2 2135.6135.637.567.8巳=0.2+0.5+0.4+0.2MPa19080080100=（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行時，進油路由液壓泵 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)M Pa（左位）、節(jié)流閥5、油缸有桿腔兩條組成。因此進油路的總壓降為：135.62135.6 2 門，37.5 2 門 c67.8 2 門 c嘆0.2+0.5+0.4+0.2+0.319080080100c30.3230.3 2+0.5+0.2MPa150100135.6200=(0.102+0.014+0.088+0.092+0.138+0.020+0.018=0.472MAa此值很小， 故選取的元件符合要求