液壓啟閉機(jī)設(shè)計方案

1、滬J歡題 目液壓啟閉機(jī)設(shè)計姓 名余楠學(xué) 號10授課教師龔國芳魏建華1. 設(shè)計題目及要求設(shè)計題目：1600KN液壓啟閉機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：型式：活塞式雙缸液壓啟閉機(jī)最大啟門力：2X 1600kN工作行程：最大行程：液壓缸計算壓力：15MPa且w 20MPa液壓缸內(nèi)徑：400m(推薦值)活塞桿直徑：180m(推薦值)啟閉速度：min液壓泵電動機(jī)組單機(jī)功率：w 45kW 液壓泵電動機(jī)組應(yīng)不少于兩套，互為備用。操作要求 :(1)液壓系統(tǒng)應(yīng)有雙缸同步及單缸動作回路(安裝工況)，雙缸同步偏差w 20mm。( 2)本機(jī)操作閘門至上、下極限位置或設(shè)定的任一開度位置時，液壓泵電 動機(jī)應(yīng)自動切斷電源，特別是當(dāng)閘門到達(dá)

2、下極限位置時，應(yīng)確保安全運(yùn)行。( 3)閘門在全開或設(shè)定的任一局部開啟位置時，啟閉機(jī)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(shè)定的位置處。(4)閘門自全開位置或局部開啟預(yù)置位置下滑150mm寸，或雙缸同步偏差超過20mm寸，液壓泵電動機(jī)自動投入運(yùn)行，將閘門提升恢復(fù)原位。若繼續(xù)下滑 至160mm液壓泵電動機(jī)尚未投入運(yùn)行時，應(yīng)自動接通另一組液壓泵電動機(jī)，將 閘門提升恢復(fù)原位；若繼續(xù)下沉至200mm時，在集控室及現(xiàn)場均應(yīng)有聲光報警信 號。2. 液壓系統(tǒng)原理圖該設(shè)計原理圖由Epla n-flue nt軟件設(shè)計，如下圖所示。根據(jù)該圖可以看出， 本液壓設(shè)計原理圖可分為八部分，分別為，動力模塊

3、，總控模塊，分流機(jī)構(gòu)，閥 門A啟閉機(jī)構(gòu)，閥門A鎖緊機(jī)構(gòu)，閥門B啟閉機(jī)構(gòu)，閥門B鎖緊機(jī)構(gòu)與極限位置 保護(hù)機(jī)構(gòu)。3. 設(shè)計功能說明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(yùn)行時，主泵組的兩個45KW電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，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(jìn)入下面的總控模塊，總控模塊包括保護(hù)閥，總控制閥與節(jié)流分流機(jī)構(gòu)。保護(hù)閥供能在最后的極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)部分會著重解釋，總控閥實(shí)現(xiàn)油缸A、B的同步運(yùn)行或異步運(yùn)行?？偪啬K后接分流機(jī)構(gòu)，分流機(jī)構(gòu)在此處著重說明，在初步設(shè)計時

4、我查閱了 相關(guān)的論文與設(shè)計，了解到了現(xiàn)今主流的同步回路主要有下面三種實(shí)現(xiàn)方法：1、油路并聯(lián)，且每路各接一個節(jié)流閥，實(shí)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(shí)現(xiàn)精確分流。3、使用分流集流閥，利用其機(jī)械結(jié)構(gòu)按比例分流集流，實(shí)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(shí)際應(yīng)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(fù) 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(shí)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機(jī)械結(jié)構(gòu)，當(dāng)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

5、以純機(jī)械結(jié)構(gòu)的 方式實(shí)現(xiàn)了油液的1:1輸入/輸出，可靠性十分良好，雖然在實(shí)際應(yīng)用中會有3%-5% 的誤差，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(shè)計中油缸啟閉需要油缸能夠雙向運(yùn)行，故在設(shè)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(jìn)入分流集流閥，被調(diào)速的油液按 1:1的比例輸入油缸，實(shí)現(xiàn)油缸的同步運(yùn)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(shí)現(xiàn)用閉環(huán)的方式監(jiān)控閘 門的位置，當(dāng)液壓模塊產(chǎn)生較大誤差時，對系統(tǒng)進(jìn)行電控矯正，保證系統(tǒng)安全。下面介紹閥門啟閉機(jī)構(gòu)由于A、B結(jié)構(gòu)對 稱，在此處只介紹其中一組即可，閥門

6、啟閉 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了閥門同步異步運(yùn)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(jìn)行同步運(yùn)動。在需要異步運(yùn)動時，比如將 A鎖緊，B單獨(dú)運(yùn)動，只需要將 A-1，A-2設(shè) 定至右位，此時油缸與油路斷開，流量繞過 油缸通過溢流閥，這保證了另一路的正常運(yùn) 轉(zhuǎn)，分流集流閥上不會產(chǎn)生過大壓力突變。 且溢流閥產(chǎn)生的液控信號被導(dǎo)入閥門鎖緊機(jī)圖1閥門啟閉機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)構(gòu)的先導(dǎo)液控閥。與很多其他設(shè)計不同的是，本設(shè)計中增加了閥門鎖緊機(jī)構(gòu)，通 過簡單的理論力學(xué)計算可知，Y向很小的力往往能對X向的運(yùn)動產(chǎn)生很大阻尼（比 如防盜門），在A鎖緊使能閥處于左位時，鎖緊有效，當(dāng)鎖緊閥被壓力觸發(fā)時， 頂出

7、鎖緊油缸，鎖緊油缸連接鎖緊機(jī)構(gòu)，提供了對閘門的雙保護(hù)。在不適用鎖緊 時，將鎖緊使能閥設(shè)定到右位，由于彈簧的作用，鎖緊油缸會自動彈回原位，即 實(shí)現(xiàn)了可控的鎖緊/使能狀態(tài)控制。LU HR廠:圖2極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)動力系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)連接，恢復(fù)至正最后是極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)，在上面的 介紹中知道，本系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計了紅外對管 測距器實(shí)現(xiàn)閘門同步的閉環(huán)精確控制，但 是為了防止電控出現(xiàn)故障，在系統(tǒng)中添加 了極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)利用純機(jī)械 液壓結(jié)構(gòu)，在電控失效時依然可以正常運(yùn) 轉(zhuǎn)。如圖，當(dāng)閘門處于上極限報警位置或 下極限報警位置時，極限閥被推開，一方 面繼電器發(fā)出報警信號，同時保護(hù)閥通過 液壓方式被推開，動力系統(tǒng)

8、與執(zhí)行系統(tǒng)被 切斷，防止進(jìn)一步的破壞，保證安全。在 恢復(fù)時，在保證檢修完畢的條件下，利用 電磁閥讓保護(hù)機(jī)構(gòu)卸荷，保護(hù)閥回到右位 常工作位置。以上即為本設(shè)計的功能說明，由于是首次單獨(dú)進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計，若有不足 疏忽之處，還望老師指點(diǎn)。4. 設(shè)計計算系統(tǒng)最高控制壓力確定參閱主要技術(shù)參數(shù)，由于系統(tǒng)需要最大單缸啟閉力為1600kN,液壓缸內(nèi)徑400mm帶入公式計算可得：?p = 1= 12.73 Mpa4?考慮到系統(tǒng)損耗與輔助元件分壓，最高控制壓力應(yīng)該富余10%左右。故系統(tǒng)的最高控制壓力應(yīng)為：?ax = IX 110% = 14.01 Mpa 14Mpa丄?4泵的最大輸出流量確定系統(tǒng)要求啟閉速度大于等

9、于 min,取Vmax=min通過計算可知在雙缸同步運(yùn) 動時：q = 2vA = 4.2 ?/?考慮到系統(tǒng)對油液有一定損耗，在流量損耗3%!留出10%富余量的條件下,得到：?ax = 4.76 L/s主油缸校核由的結(jié)果可以看出，在液壓缸壓力為時油缸即可輸出1600kN啟門力，在系統(tǒng)控制壓力為15Mpa時，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(xué)計算可知，在1600kN載荷下，活 塞桿承受單向應(yīng)力，參考常用鋼材Q235的屈服極限235Mpa安全系數(shù)n=,校核 安全。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S，液壓泵效率

10、取常用值，帶入公式可以求出：PAv pqP= P = 7?= 78.4?故若要達(dá)到最快min的啟閉速度，需要輸出功率，在液壓泵單機(jī)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。保護(hù)溢流閥計算參閱設(shè)計要求，單門啟動力為1600kN對應(yīng)油缸壓力，保護(hù)溢流閥溢流壓力 設(shè)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45KV， 最大輸出流量可達(dá)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(shè)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。主液壓缸選型要求主液壓