液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)計(jì)方案

1、題目液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)計(jì)姓名余楠學(xué)號(hào)授課教師龔國(guó)芳魏建華專(zhuān)業(yè)機(jī)械電子專(zhuān)業(yè)(混合班)1.設(shè)計(jì)題目及要求. 設(shè)計(jì)題目：1600KN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)I I一» 產(chǎn)， / /主要技術(shù)參數(shù)：型式：活塞式雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)最大啟門(mén)力：2X1600kN工作行程：5.5m最大行程：5.7m液壓缸計(jì)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(dòng)機(jī)組單機(jī)功率： 45kW液壓泵電動(dòng)機(jī)組應(yīng)不少于兩套，互為備用。1_八 I操作要求：(1)液壓系統(tǒng)應(yīng)有雙缸同步及單缸動(dòng)作回路(安裝工況)，雙缸同步偏差0 20mm(2)本機(jī)操作閘門(mén)至上、下極

2、限位置或設(shè)定的任一開(kāi)度位置時(shí)，液壓泵電動(dòng)機(jī)應(yīng)自動(dòng)切斷電 源，特別是當(dāng)閘門(mén)到達(dá)下極限位置時(shí)，應(yīng)確保安全運(yùn)行。(3)閘門(mén)在全開(kāi)或設(shè)定的任一局部開(kāi)啟位置時(shí)，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(mén)固定在上極限或設(shè)定的位置處。(4)閘門(mén)自全開(kāi)位置或局部開(kāi)啟預(yù)置位置下滑 150mm寸，或雙缸同步偏差超過(guò)20mm寸，液壓 泵電動(dòng)機(jī)自動(dòng)投入運(yùn)行，將閘門(mén)提升恢復(fù)原位。若繼續(xù)下滑至160mm液壓泵電動(dòng)機(jī)尚未投入運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)接通另一組液壓泵電動(dòng)機(jī)， 將閘門(mén)提升恢復(fù)原位；若繼續(xù)下沉至200mnW,在集控室及 現(xiàn)場(chǎng)均應(yīng)有聲光報(bào)警信號(hào)。2 .液壓系統(tǒng)原理圖該設(shè)計(jì)原理圖由Eplan-fluent軟件設(shè)計(jì)，如下圖

3、所示。根據(jù)該圖可以看出，本液壓設(shè)計(jì)原理圖 可分為八部分，分別為，動(dòng)力模塊，總控模塊，分流機(jī)構(gòu)，閥門(mén) A啟閉機(jī)構(gòu)，閥門(mén)A鎖緊機(jī)構(gòu)，閥 門(mén)B啟閉機(jī)構(gòu)，閥門(mén)B鎖緊機(jī)構(gòu)與極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)。3 .設(shè)計(jì)功能說(shuō)明as商苜前裕正苒首先對(duì)各模塊依次說(shuō)明，從左下角的 動(dòng)力模塊開(kāi)始，此模塊包括主泵組，備用泵組，溢流閥，過(guò)濾器。在正常運(yùn)行時(shí)，主泵組的兩個(gè)45KWM機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出90KW功率，若壓力表檢測(cè)到系統(tǒng)失壓， 會(huì)通過(guò)電控模塊開(kāi)啟備用泵組，并發(fā)出檢修信號(hào)，提示檢修主泵組。動(dòng)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(huì)著重解釋?zhuān)偪亻y實(shí)現(xiàn)油缸

4、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(shuō)明，在初步設(shè)計(jì)時(shí)我查閱了相關(guān)的論文與設(shè)計(jì), 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(gè)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(guò)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(duì)比上面三種方法，利用多節(jié)流閥的方法是最簡(jiǎn)單的方法，但是在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到一定問(wèn)題，多個(gè)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(lái)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

5、機(jī)械結(jié) 構(gòu)，當(dāng)電控出現(xiàn)故障時(shí)往往會(huì)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(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(huì)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(shè)計(jì)中油缸啟閉需要油缸能夠雙向運(yùn)行，故在設(shè)計(jì)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(dòng)。此外，在電控模塊裝 有紅外對(duì)管測(cè)距傳感器（若精度要求很高也可使用激光測(cè)距傳感器），實(shí)現(xiàn)用閉環(huán)的方式監(jiān)控閘門(mén)的 位置，當(dāng)液壓模塊產(chǎn)生較大誤差時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行電控矯正，

6、保證系統(tǒng)安全。下面介紹閥門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)由于A、B結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，在此處只介紹其中一組即可，閥門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了閥門(mén)同步異步運(yùn)動(dòng)可控，在閥A-1, A-2, B-1, B-2均處于左位時(shí)，顯然油缸 A B進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)。動(dòng)，只需要將 流量繞過(guò)油缸 分流集流閥上 控信號(hào)被導(dǎo)入 計(jì)不同的是， 理論力學(xué)計(jì)算 生很大阻尼 鎖緊有效，當(dāng) 油缸連接鎖緊 緊時(shí)，將鎖緊 油缸會(huì)自動(dòng)彈附仙啟用機(jī)構(gòu)圖錯(cuò)誤！未指定順序。閥門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu) an 1 ii u 丁 n ai n ti tr r i 唧門(mén)比鎮(zhèn)曙機(jī)構(gòu)在需要異步運(yùn)動(dòng)時(shí)，比如將A鎖緊，B單獨(dú)運(yùn) A-1 ,A-2設(shè)定至右位，此時(shí)油缸與油路斷開(kāi)， 通過(guò)溢流閥，這保證了另一路

7、的正常運(yùn)轉(zhuǎn)， 不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大壓力突變。且溢流閥產(chǎn)生的液 閥門(mén)鎖緊機(jī)構(gòu)的先導(dǎo)液控閥。與很多其他設(shè) 本設(shè)計(jì)中增加了閥門(mén)鎖緊機(jī)構(gòu)，通過(guò)簡(jiǎn)單的 可知，Y向很小的力往往能對(duì)X向的運(yùn)動(dòng)產(chǎn) （比如防盜門(mén)），在A鎖緊使能閥處于左位時(shí)， 鎖緊閥被壓力觸發(fā)時(shí)，頂出鎖緊油缸，鎖緊 機(jī)構(gòu)，提供了對(duì)閘門(mén)的雙保護(hù)。在不適用鎖 使能閥設(shè)定到右位，由于彈簧的作用，鎖緊 回原位，即實(shí)現(xiàn)了可控的鎖緊/使能狀態(tài)控制最后是極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)，在上面的 統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)了紅外對(duì)管測(cè)距器實(shí)現(xiàn)閘門(mén) 制，但是為了防止電控出現(xiàn)故障，在系統(tǒng) 保護(hù)機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)利用純機(jī)械液壓結(jié)構(gòu)， 可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖，當(dāng)閘門(mén)處于上極限 報(bào)警位置時(shí)，極限閥被推開(kāi)，一方面繼電

8、同時(shí)保護(hù)閥通過(guò)液壓方式被推開(kāi)，動(dòng)力系 斷，防止進(jìn)一步的破壞，保證安全。在恢 畢的條件下，利用電磁閥讓保護(hù)機(jī)構(gòu)卸荷， 力系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)連接，恢復(fù)至正常工作以上即為本設(shè)計(jì)的功能說(shuō)明，由于是 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，若有不足疏忽之處，還望老師 4.設(shè)計(jì)計(jì)算圖錯(cuò)誤！未指定順序。極限 位置保護(hù)機(jī)構(gòu)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(shí)依然 報(bào)警位置或下極限 器發(fā)出報(bào)警信號(hào)， 統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)被切 復(fù)時(shí)，在保證檢修完 保護(hù)閥回到右位，動(dòng)位置。首次單獨(dú)進(jìn)行液壓 指點(diǎn)。1.1 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,液壓缶!內(nèi)徑400mm入公式計(jì)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(yīng)該富余10%fc右。故系統(tǒng)的最高控制壓力應(yīng)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(guò)計(jì)算可知在雙缸同步運(yùn)動(dòng)時(shí): q = 2vA = 4.2 L/s考慮到系統(tǒng)對(duì)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(jié)果可以看出，在液壓缸壓力為12.73Mpa時(shí)油缸即可輸出1600kN啟門(mén)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(guò)簡(jiǎn)單材料力學(xué)計(jì)算可知，在1600kN載荷下，活塞桿承受62.87Mpa 單向應(yīng)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(jì)算通過(guò)上述計(jì)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(dá)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(jī)功率為45kW且需 要有備用泵組的條件下，整個(gè)系統(tǒng)需要 4臺(tái)泵，分為兩組使用。1

11、.5 保護(hù)溢流閥計(jì)算.I ,zp"' i參閱設(shè)計(jì)要求，單門(mén)啟動(dòng)力為1600kN,對(duì)應(yīng)油缶!壓力12.73Mpa,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(duì)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(tái)，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(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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。具體型號(hào)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