可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).doc

目錄1前言11.1可急回抽油機(jī)簡(jiǎn)介11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)21.3本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容5第二章系統(tǒng)組成及控制要求62.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介62.2系統(tǒng)組成62.3控制要求及技術(shù)指標(biāo)62.4變頻器的技術(shù)參數(shù)7第三章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)83.1確定控制方案83.2主電路設(shè)計(jì)103.3PLC的接線圖113.4控制電路圖113.5程序設(shè)計(jì)114液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)214.1液壓系統(tǒng)方案及參數(shù)確定214.2執(zhí)行元件液壓缸及系統(tǒng)壓力的初選224.3計(jì)算工作裝置鏟斗液壓缸的主要尺寸234.4液壓系統(tǒng)原理圖的制定265液壓元件的選擇與專用件的設(shè)計(jì)315.1液壓泵的選擇和泵的參數(shù)的計(jì)算315.2柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇335.3液壓閥的選擇335.4其他液壓元件的選擇365.5油箱容量的確定366壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算376.1液壓系統(tǒng)壓力損失376.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算37小結(jié)38參考文獻(xiàn)39致謝40前言可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種多功能機(jī)械，目前被廣泛應(yīng)用于水利工程，交通運(yùn)輸，電力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中，它在減輕繁重的體力勞動(dòng)，保證工程質(zhì)量。加快建設(shè)速度以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。由于液壓抽油機(jī)具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn)，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞?？杉被爻橛蜋C(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展?？杉被爻橛蜋C(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。由于抽油機(jī)的工作條件惡劣，要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜，于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。因此，可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)抽油機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)1。1.1可急回抽油機(jī)簡(jiǎn)介挖可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到1840年。當(dāng)時(shí)美國(guó)西部開(kāi)發(fā)，進(jìn)行鐵路建設(shè)，產(chǎn)生了模仿人體構(gòu)造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機(jī)械手的抽油機(jī)，它采用蒸汽機(jī)作為動(dòng)力在軌道上行走。但是此后的很長(zhǎng)時(shí)間可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有得到很大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。導(dǎo)致可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)展緩慢的主要原因是:其作業(yè)裝置動(dòng)作復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)范圍大，需要采用多自由度機(jī)構(gòu)，古老的機(jī)械傳動(dòng)對(duì)它不太適合。而且當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)主要是國(guó)土開(kāi)發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場(chǎng)地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對(duì)抽油機(jī)的應(yīng)用相對(duì)較少，在一定程度上也限制了抽油機(jī)的發(fā)展。由于液壓技術(shù)的應(yīng)用，二十世紀(jì)四十年代有了在拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式抽油機(jī)。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動(dòng)技術(shù)，抽油機(jī)有了適合它的傳動(dòng)裝置，為抽油機(jī)的發(fā)展建立了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，是抽油機(jī)技術(shù)上的一個(gè)飛躍。同時(shí)，工程建設(shè)和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進(jìn)行大規(guī)模國(guó)土開(kāi)發(fā)的同時(shí)，也開(kāi)始進(jìn)行城市型土木施工，這樣，具有較長(zhǎng)的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能行走、回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由動(dòng)作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的抽油機(jī)得到了廣泛應(yīng)用2。1950年在意大利北部生產(chǎn)了第一臺(tái)液壓抽油機(jī)。第一臺(tái)液壓抽油機(jī)采用定量齒輪泵，中位開(kāi)式多路閥，工作壓力為9Mpa，所有執(zhí)行元件互相并聯(lián)連結(jié)。由單泵向6個(gè)執(zhí)行元件供油。由于早期液壓抽油機(jī)主要采用了定量齒輪泵，不能按需改變供油流量，無(wú)法充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，因此其能量損失很大，不能滿足抽油機(jī)復(fù)合動(dòng)作的復(fù)雜要求，且可操縱性差。另外，早期試制的液壓抽油機(jī)是采用飛機(jī)和機(jī)床的液壓技術(shù)，缺少適用于抽油機(jī)各種工況的液壓元件，配套件也不齊全，制造質(zhì)量不夠穩(wěn)定。從二十世紀(jì)六十年代到八十年代中期，液壓抽油機(jī)進(jìn)入了推廣和蓬勃發(fā)展的階段，各國(guó)抽油機(jī)制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968-1970年間，液壓抽油機(jī)產(chǎn)量己經(jīng)達(dá)到抽油機(jī)總產(chǎn)量的83%，其時(shí)對(duì)抽油機(jī)液壓系統(tǒng)的研究也已經(jīng)十分成熟，液壓抽油機(jī)已經(jīng)具有了同步控制系統(tǒng)和負(fù)載敏感系統(tǒng)L。自第一臺(tái)手動(dòng)可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)誕生以來(lái)的160多年當(dāng)中，抽油機(jī)一直在不斷地飛躍發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)成熟穩(wěn)定的階段。目前國(guó)際上迅速發(fā)展全液壓抽油機(jī)，對(duì)其控制方式不斷改進(jìn)和革新，使抽油機(jī)由簡(jiǎn)單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無(wú)線電遙控、電子計(jì)算機(jī)綜合程序控制。在危險(xiǎn)地區(qū)或水下作業(yè)采用無(wú)線電操縱，利用電子計(jì)算機(jī)控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)作業(yè)操縱的完全自動(dòng)化。所有這一切，可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了良好的前提3。據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種施工作業(yè)場(chǎng)約有65%至70%的土石方工程都是由抽油機(jī)完成的。抽油機(jī)是一種萬(wàn)能型工程機(jī)械，目前已經(jīng)無(wú)可爭(zhēng)議地成為工程機(jī)械的第一主力機(jī)種，在世界工程機(jī)械市場(chǎng)上己占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴(kuò)大。抽油機(jī)的發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，其液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓抽油機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新是液壓抽油機(jī)行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，抽油機(jī)產(chǎn)品的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以對(duì)其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)1.2.1國(guó)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)從20世紀(jì)60年代液壓傳動(dòng)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用在抽油機(jī)上至今，可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)己經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)成熟的階段。目前國(guó)際上先進(jìn)的抽油機(jī)產(chǎn)品的額定壓力大都在30MPa以上，并且隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術(shù)方向發(fā)展的趨勢(shì)；流量通常在每分鐘數(shù)百升；功率在數(shù)百千瓦以上。如德國(guó)Orensttein&Koppe制造的目前世界上首臺(tái)最大的RH40。型全液壓抽油機(jī)，鏟斗容量達(dá)42m3,液壓油源為18臺(tái)變量軸向柱塞泵，總流量高達(dá)10200L/min，原動(dòng)機(jī)為2臺(tái)QSK60柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，總功率高達(dá)2014kW,由于可急回抽油機(jī)速度分析及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個(gè)功能部件都會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響.系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。美、英、日等國(guó)家推廣采用有限壽命設(shè)計(jì)理論，以替代傳統(tǒng)的無(wú)限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損傷累積理論斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于液壓抽油機(jī)強(qiáng)度研究方面，不斷提高設(shè)備的可靠性。美國(guó)提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法。日本制定了液壓抽油機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評(píng)定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)使液壓抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到85%-95%，使用壽命超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)。近幾年來(lái)，隨著液壓抽油機(jī)產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴(kuò)大，世界上著名的抽油機(jī)生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術(shù)，來(lái)提高自己抽油機(jī)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，主要表現(xiàn)在五個(gè)方面:(1)液壓系統(tǒng)逐漸從開(kāi)式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變；(2)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)成為研究的重點(diǎn)；(3)系統(tǒng)的高壓化和高可靠性發(fā)展趨勢(shì)日益凸顯；(4)系統(tǒng)的操縱特性上升到很重要的地位；(5)液壓系統(tǒng)與電子控制的結(jié)合成為潮流4。(1)開(kāi)式向閉式液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變采用三位六通閥，其特點(diǎn)是有兩條供油路，其中一條是直通供油路，另一條是并聯(lián)供油路。由于這種油路調(diào)速方式是進(jìn)油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速同時(shí)起作用，其調(diào)速特性受負(fù)載壓力和油泵流量的影響，因此這種系統(tǒng)的操縱性能、調(diào)速性能和微調(diào)性能差。另外，當(dāng)液壓作用元件一起復(fù)合動(dòng)作時(shí)，相互干擾大，使得復(fù)合動(dòng)作操縱非常困難。由于抽油機(jī)作業(yè)工程中要求對(duì)液壓元件能很好地控制其運(yùn)動(dòng)速度和進(jìn)行微調(diào)，而且在其工作的許多工況下要求多個(gè)執(zhí)行元件完成復(fù)合動(dòng)作，而長(zhǎng)期以來(lái)使用的開(kāi)式液壓系統(tǒng)無(wú)法滿足抽油機(jī)的調(diào)速和復(fù)合動(dòng)作的要求。近年來(lái)在國(guó)外的抽油機(jī)液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)了閉式負(fù)載敏感系統(tǒng)(CLSS)。它可以采用一個(gè)油泵同時(shí)向所有液壓作用元件供油，每一個(gè)液壓作用元件的運(yùn)動(dòng)速度只與操縱閥的閥桿行程有關(guān)，與負(fù)載壓力無(wú)關(guān)，泵的流量按需提供，而且多個(gè)液壓作用元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)相互之間干擾小，因此操縱性好是閉式液壓系統(tǒng)的主要