可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計說明書.doc

目錄1前言11.1可急回抽油機簡介11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)21.3本設計的研究內(nèi)容5第二章系統(tǒng)組成及控制要求62.1系統(tǒng)簡介62.2系統(tǒng)組成62.3控制要求及技術指標62.4變頻器的技術參數(shù)7第三章控制系統(tǒng)設計83.1確定控制方案83.2主電路設計103.3PLC的接線圖113.4控制電路圖113.5程序設計114液壓系統(tǒng)的設計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計315.1液壓泵的選擇和泵的參數(shù)的計算315.2柴油發(fā)動機的選擇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)熱溫升計算37小結38參考文獻39致謝40前言可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計是一種多功能機械，目前被廣泛應用于水利工程，交通運輸，電力工程和礦山采掘等機械施工中，它在減輕繁重的體力勞動，保證工程質(zhì)量。加快建設速度以及提高勞動生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。由于液壓抽油機具有多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點，因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞?？杉被爻橛蜋C速度分析及機械系統(tǒng)設計的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展?？杉被爻橛蜋C速度分析及機械系統(tǒng)設計緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術的應用為基礎。由于抽油機的工作條件惡劣，要求實現(xiàn)的動作很復雜，于是它對液壓系統(tǒng)的設計提出了很高的要求，其液壓系統(tǒng)也是工程機械液壓系統(tǒng)中最為復雜的。因此，可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計已經(jīng)成為推動抽油機發(fā)展中的重要一環(huán)1。1.1可急回抽油機簡介挖可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計的發(fā)展歷史久遠，可以追溯到1840年。當時美國西部開發(fā)，進行鐵路建設，產(chǎn)生了模仿人體構造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰類似機械手的抽油機，它采用蒸汽機作為動力在軌道上行走。但是此后的很長時間可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計沒有得到很大的發(fā)展，應用范圍也只局限于礦山作業(yè)中。導致可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計發(fā)展緩慢的主要原因是:其作業(yè)裝置動作復雜，運動范圍大，需要采用多自由度機構，古老的機械傳動對它不太適合。而且當時的工程建設主要是國土開發(fā)，大規(guī)模的筑路和整修場地等，大多是大面積的水平作業(yè)，因此對抽油機的應用相對較少，在一定程度上也限制了抽油機的發(fā)展。由于液壓技術的應用，二十世紀四十年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式抽油機。隨著液壓傳動技術迅速發(fā)展成為一種成熟的傳動技術，抽油機有了適合它的傳動裝置，為抽油機的發(fā)展建立了強有力的技術支撐，是抽油機技術上的一個飛躍。同時，工程建設和施工形式也發(fā)生了很大變化。在進行大規(guī)模國土開發(fā)的同時，也開始進行城市型土木施工，這樣，具有較長的臂和桿，能裝上各種各樣的工作裝置，能行走、回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)多自由動作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和溝槽的抽油機得到了廣泛應用2。1950年在意大利北部生產(chǎn)了第一臺液壓抽油機。第一臺液壓抽油機采用定量齒輪泵，中位開式多路閥，工作壓力為9Mpa，所有執(zhí)行元件互相并聯(lián)連結。由單泵向6個執(zhí)行元件供油。由于早期液壓抽油機主要采用了定量齒輪泵，不能按需改變供油流量，無法充分利用發(fā)動機的功率，因此其能量損失很大，不能滿足抽油機復合動作的復雜要求，且可操縱性差。另外，早期試制的液壓抽油機是采用飛機和機床的液壓技術，缺少適用于抽油機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。從二十世紀六十年代到八十年代中期，液壓抽油機進入了推廣和蓬勃發(fā)展的階段，各國抽油機制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968-1970年間，液壓抽油機產(chǎn)量己經(jīng)達到抽油機總產(chǎn)量的83%，其時對抽油機液壓系統(tǒng)的研究也已經(jīng)十分成熟，液壓抽油機已經(jīng)具有了同步控制系統(tǒng)和負載敏感系統(tǒng)L。自第一臺手動可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計誕生以來的160多年當中，抽油機一直在不斷地飛躍發(fā)展，其技術已經(jīng)發(fā)展到相對成熟穩(wěn)定的階段。目前國際上迅速發(fā)展全液壓抽油機，對其控制方式不斷改進和革新，使抽油機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，實現(xiàn)了抽油機作業(yè)操縱的完全自動化。所有這一切，可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計為其奠定了堅實的基礎，創(chuàng)造了良好的前提3。據(jù)有關專家估算，全世界各種施工作業(yè)場約有65%至70%的土石方工程都是由抽油機完成的。抽油機是一種萬能型工程機械，目前已經(jīng)無可爭議地成為工程機械的第一主力機種，在世界工程機械市場上己占據(jù)首位，并且仍在發(fā)展擴大。抽油機的發(fā)展主要以液壓技術的應用為基礎，其液壓系統(tǒng)已成為工程機械液壓系統(tǒng)的主流形式。隨著科學技術的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓抽油機需要大幅度的技術進步，技術創(chuàng)新是液壓抽油機行業(yè)所面臨的新挑戰(zhàn)。在技術方面，抽油機產(chǎn)品的核心技術就是液壓系統(tǒng)設計，所以對其液壓系統(tǒng)的分析研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)1.2.1國外研究狀況及發(fā)展動態(tài)從20世紀60年代液壓傳動技術開始應用在抽油機上至今，可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計己經(jīng)發(fā)展到了相當成熟的階段。目前國際上先進的抽油機產(chǎn)品的額定壓力大都在30MPa以上，并且隨著材料科學技術的進步，有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術方向發(fā)展的趨勢；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Orensttein&Koppe制造的目前世界上首臺最大的RH40。型全液壓抽油機，鏟斗容量達42m3,液壓油源為18臺變量軸向柱塞泵，總流量高達10200L/min，原動機為2臺QSK60柴油發(fā)動機，總功率高達2014kW,由于可急回抽油機速度分析及機械系統(tǒng)設計經(jīng)常在較惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，其各個功能部件都會受到惡劣環(huán)境的影響.系統(tǒng)的可靠性日益受到重視。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設計理論，以替代傳統(tǒng)的無限壽命設計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論斷裂力學、有限元法、優(yōu)化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓抽油機強度研究方面，不斷提高設備的可靠性。美國提出了考核動強度的動態(tài)設計分析方法。日本制定了液壓抽油機構件的強度評定程序，研制了可靠性信息處理系統(tǒng)使液壓抽油機的運轉(zhuǎn)率達到85%-95%，使用壽命超過1萬小時。近幾年來，隨著液壓抽油機產(chǎn)量的提高和使用范圍的擴大，世界上著名的抽油機生產(chǎn)商紛紛采用各種高新技術，來提高自己抽油機在國際上的競爭力，主要表現(xiàn)在五個方面:(1)液壓系統(tǒng)逐漸從開式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變；(2)系統(tǒng)的節(jié)能技術成為研究的重點；(3)系統(tǒng)的高壓化和高可靠性發(fā)展趨勢日益凸顯；(4)系統(tǒng)的操縱特性上升到很重要的地位；(5)液壓系統(tǒng)與電子控制的結合成為潮流4。(1)開式向閉式液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變采用三位六通閥，其特點是有兩條供油路，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)速方式是進油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速同時起作用，其調(diào)速特性受負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，當液壓作用元件一起復合動作時，相互干擾大，使得復合動作操縱非常困難。由于抽油機作業(yè)工程中要求對液壓元件能很好地控制其運動速度和進行微調(diào)，而且在其工作的許多工況下要求多個執(zhí)行元件完成復合動作，而長期以來使用的開式液壓系統(tǒng)無法滿足抽油機的調(diào)速和復合動作的要求。近年來在國外的抽油機液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)了閉式負載敏感系統(tǒng)(CLSS)。它可以采用一個油泵同時向所有液壓作用元件供油，每一個液壓作用元件的運動速度只與操縱閥的閥桿行程有關，與負載壓力無關，泵的流量按需提供，而且多個液壓作用元件同時動作時相互之間干擾小，因此操縱性好是閉式液壓系統(tǒng)的主要