液壓啟閉機設計方案

1、題目液壓啟閉機設計姓名余楠學號授課教師龔國芳魏建華專業(yè)機械電子專業(yè)(混合班)1.設計題目及要求. 設計題目：1600KN液壓啟閉機I I一» 產(chǎn)， / /主要技術參數(shù)：型式：活塞式雙缸液壓啟閉機最大啟門力：2X1600kN工作行程：5.5m最大行程：5.7m液壓缸計算壓力： 15MPaa 20MPa液壓缸內(nèi)徑：400mm(推薦值)活塞桿直徑：180mm(推薦值)啟閉速度： 0.6m/min液壓泵電動機組單機功率： 45kW液壓泵電動機組應不少于兩套，互為備用。1_八 I操作要求：(1)液壓系統(tǒng)應有雙缸同步及單缸動作回路(安裝工況)，雙缸同步偏差0 20mm(2)本機操作閘門至上、下極

2、限位置或設定的任一開度位置時，液壓泵電動機應自動切斷電 源，特別是當閘門到達下極限位置時，應確保安全運行。(3)閘門在全開或設定的任一局部開啟位置時，啟閉機的液壓系統(tǒng)中的保壓鎖錠回路能可靠 地將閘門固定在上極限或設定的位置處。(4)閘門自全開位置或局部開啟預置位置下滑 150mm寸，或雙缸同步偏差超過20mm寸，液壓 泵電動機自動投入運行，將閘門提升恢復原位。若繼續(xù)下滑至160mm液壓泵電動機尚未投入運行時，應自動接通另一組液壓泵電動機， 將閘門提升恢復原位；若繼續(xù)下沉至200mnW,在集控室及 現(xiàn)場均應有聲光報警信號。2 .液壓系統(tǒng)原理圖該設計原理圖由Eplan-fluent軟件設計，如下圖

3、所示。根據(jù)該圖可以看出，本液壓設計原理圖 可分為八部分，分別為，動力模塊，總控模塊，分流機構，閥門 A啟閉機構，閥門A鎖緊機構，閥 門B啟閉機構，閥門B鎖緊機構與極限位置保護機構。3 .設計功能說明as商苜前裕正苒首先對各模塊依次說明，從左下角的 動力模塊開始，此模塊包括主泵組，備用泵組，溢流閥，過濾器。在正常運行時，主泵組的兩個45KWM機運轉，輸出90KW功率，若壓力表檢測到系統(tǒng)失壓， 會通過電控模塊開啟備用泵組，并發(fā)出檢修信號，提示檢修主泵組。動力模塊提供的流量進入下面的總控模塊，總控模塊包括保護閥，總控制閥與節(jié)流分流機構。保護閥供能在最后的極限位置保護機構部分會著重解釋，總控閥實現(xiàn)油缸

4、A、B的同步運行或異步運行?？偪啬K后接分流機構，分流機構在此處著重說明，在初步設計時我查閱了相關的論文與設計, 了解到了現(xiàn)今主流的同步回路主要有下面三種實現(xiàn)方法:1、油路并聯(lián)，且每路各接一個節(jié)流閥，實現(xiàn)各路流量一致2、利用伺服閥、傳感器與電控系統(tǒng)，通過電控系統(tǒng)的控制算法實現(xiàn)精確分流3、使用分流集流閥，利用其機械結構按比例分流集流，實現(xiàn)同步。對比上面三種方法，利用多節(jié)流閥的方法是最簡單的方法，但是在實際應用中會遇到一定問題，多個節(jié)流閥之間往往很難保證一致性， 故調(diào)試與安裝較為復雜，且穩(wěn)定性不高。接下來第二種方法 中，使用電控閉環(huán)控制，實現(xiàn)了很高的精度， 但是在大型系統(tǒng)中，電控的可靠性往往不及純

5、機械結 構，當電控出現(xiàn)故障時往往會造成一定事故， 故最終我選擇了第三種方法，分流集流閥以純機械結 構的方式實現(xiàn)了油液的1:1輸入/輸出，可靠性十分良好，雖然在實際應用中會有 3%-5%勺誤差， 但是配合一定電控措施可以讓誤差保持在可接受范圍之內(nèi)。 由于本設計中油缸啟閉需要油缸能夠雙向運行，故在設計中我使用的比例節(jié)流閥接分流集流閥的方法，油液首先被比例節(jié)流閥控速，后進入分流集流閥，被調(diào)速的油液按1:1的比例輸入油缸，實現(xiàn)油缸的同步運動。此外，在電控模塊裝 有紅外對管測距傳感器（若精度要求很高也可使用激光測距傳感器），實現(xiàn)用閉環(huán)的方式監(jiān)控閘門的 位置，當液壓模塊產(chǎn)生較大誤差時，對系統(tǒng)進行電控矯正，

6、保證系統(tǒng)安全。下面介紹閥門啟閉機構由于A、B結構對稱，在此處只介紹其中一組即可，閥門啟閉機構實現(xiàn)了閥門同步異步運動可控，在閥A-1, A-2, B-1, B-2均處于左位時，顯然油缸 A B進行同步運動。動，只需要將 流量繞過油缸 分流集流閥上 控信號被導入 計不同的是， 理論力學計算 生很大阻尼 鎖緊有效，當 油缸連接鎖緊 緊時，將鎖緊 油缸會自動彈附仙啟用機構圖錯誤！未指定順序。閥門啟閉機構、鎖緊機構 an 1 ii u 丁 n ai n ti tr r i 唧門比鎮(zhèn)曙機構在需要異步運動時，比如將A鎖緊，B單獨運 A-1 ,A-2設定至右位，此時油缸與油路斷開， 通過溢流閥，這保證了另一路

7、的正常運轉， 不會產(chǎn)生過大壓力突變。且溢流閥產(chǎn)生的液 閥門鎖緊機構的先導液控閥。與很多其他設 本設計中增加了閥門鎖緊機構，通過簡單的 可知，Y向很小的力往往能對X向的運動產(chǎn) （比如防盜門），在A鎖緊使能閥處于左位時， 鎖緊閥被壓力觸發(fā)時，頂出鎖緊油缸，鎖緊 機構，提供了對閘門的雙保護。在不適用鎖 使能閥設定到右位，由于彈簧的作用，鎖緊 回原位，即實現(xiàn)了可控的鎖緊/使能狀態(tài)控制最后是極限位置保護機構，在上面的 統(tǒng)已經(jīng)設計了紅外對管測距器實現(xiàn)閘門 制，但是為了防止電控出現(xiàn)故障，在系統(tǒng) 保護機構，此機構利用純機械液壓結構， 可以正常運轉。如圖，當閘門處于上極限 報警位置時，極限閥被推開，一方面繼電

8、同時保護閥通過液壓方式被推開，動力系 斷，防止進一步的破壞，保證安全。在恢 畢的條件下，利用電磁閥讓保護機構卸荷， 力系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)連接，恢復至正常工作以上即為本設計的功能說明，由于是 系統(tǒng)設計，若有不足疏忽之處，還望老師 4.設計計算圖錯誤！未指定順序。極限 位置保護機構介紹中知道，本系 同步的閉環(huán)精確控 中添加了極限位置 在電控失效時依然 報警位置或下極限 器發(fā)出報警信號， 統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)被切 復時，在保證檢修完 保護閥回到右位，動位置。首次單獨進行液壓 指點。1.1 系統(tǒng)最高控制壓力確定參閱主要技術參數(shù)，由于系統(tǒng)需要最大單缸啟閉力為1600kN,液壓缶!內(nèi)徑400mm入公式計算可得：Fp

9、= = 12.73 Mpa一江灰4考慮到系統(tǒng)損耗與輔助元件分壓，最高控制壓力應該富余10%fc右。故系統(tǒng)的最高控制壓力應為：p- -1=PMAX =-X 110% = 14.01 Mpa 田 14Mpa-7id241.2 泵的最大輸出流量確定系統(tǒng)要求啟閉速度大于等于 0.6m/min ,取Vmax=1.0m/min,通過計算可知在雙缸同步運動時: q = 2vA = 4.2 L/s考慮到系統(tǒng)對油液有一定損耗，在流量損耗3%a留出i0%g余量的條件下，得到:max = 4.76 L/S1.3 主油缸校核由4.1的結果可以看出，在液壓缸壓力為12.73Mpa時油缸即可輸出1600kN啟門力，在系統(tǒng)

10、控 制壓力為15Mpa寸，液壓缸能夠輸出足夠推力/拉力。又活塞桿直徑為180mm通過簡單材料力學計算可知，在1600kN載荷下，活塞桿承受62.87Mpa 單向應力，參考常用鋼材 Q235的屈服極限235Mpa安全系數(shù)n=3.7 ,校核安全。1.4 液壓泵功率計算通過上述計算可知，液壓泵最大控制壓力pmax為14Mpa最大流量qmax為4.76L/S ,液壓泵效率取常用值0.85,帶入公式可以求出：PAv pqP =-=78,4A:iy故若要達到最快1.0m/min的啟閉速度，需要輸出功率78.4kW,在液壓泵單機功率為45kW且需 要有備用泵組的條件下，整個系統(tǒng)需要 4臺泵，分為兩組使用。1

11、.5 保護溢流閥計算.I ,zp"' i參閱設計要求，單門啟動力為1600kN,對應油缶!壓力12.73Mpa,保護溢流閥溢流壓力設置可比 油缸最大壓力高出20%取整后取16Mpa對于系統(tǒng)總溢流閥，參考系統(tǒng)控制壓力 14Mpa溢流閥 壓力高出20%取整后取17Mpa5 .主要元件參數(shù)與參考選型5.1 液壓泵選型要求液壓泵共需要4臺，分為兩組即主泵組與備用泵組，要求正常工作功率45KW最大輸出流量可 達到143L/min,最大工作壓力170bar,工作穩(wěn)定，可以承受變載荷。在此條件下，定量柱塞泵可 以滿足設計要求。具體型號需根據(jù)不同供貨公司提供的產(chǎn)品名錄查找符合以上要求的產(chǎn)品。5.2 主液壓缸選型要求l_i主液壓缸