高油壓水輪機(jī)調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、武漢科技學(xué)院2007屆畢業(yè)設(shè)計(jì)1.概述人類(lèi)社會(huì)不能離開(kāi)電，但在當(dāng)前世界上大多用的是火力發(fā)電，對(duì)于要持續(xù)發(fā)展的人類(lèi)社會(huì)來(lái)說(shuō)，畢竟不是長(zhǎng)久的事，水電應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展水電是必然也是必須的，水輪機(jī)調(diào)速器產(chǎn)生于十九世紀(jì)末期，經(jīng)歷了由機(jī)械液壓調(diào)速器向電液調(diào)速器發(fā)展的漫長(zhǎng)歷程，到二十世紀(jì)八、九十年代，電液調(diào)速器已十分成熟，成為水輪機(jī)調(diào)速器的主流產(chǎn)品。 電液調(diào)速器的電氣部分善于及時(shí)應(yīng)用電子行業(yè)的新技術(shù)、新產(chǎn)品，幾乎與電子技術(shù)同步發(fā)展。無(wú)論是電子管、晶體管、集成電路，還是微機(jī)、可編程控制器（PLC）、可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC），往往是問(wèn)世不久，就在水輪機(jī)電液調(diào)速器上得到了應(yīng)用。而電液調(diào)速器的機(jī)械液壓部分卻基本處

2、于停滯狀態(tài)，與在許多行業(yè)中廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代液壓技術(shù)存在著巨大差距。例如：液壓元件與數(shù)十年前的機(jī)械液壓調(diào)速器基本一樣，依然是單件、小批量的生產(chǎn)模式；工作油壓維持在2.5Mpa 或4.0 Mpa的低壓水平上；壓力容器采用油、氣接觸的普通壓力罐；等等。眾所周知，在冶金、礦山、起重、運(yùn)輸及工程機(jī)械等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用的現(xiàn)代液壓技術(shù)，同樣擁有大量先進(jìn)而成熟的技術(shù)成果：液壓元件為大批量工業(yè)化生產(chǎn)，品種齊全，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度高；工作油壓早已達(dá)到16 31.5 Mpa；壓力容器廣泛采用油、氣分離的囊式蓄能器；等等。從本質(zhì)上講，正是由于沒(méi)有及時(shí)吸收、應(yīng)用液壓行業(yè)的新技術(shù)、新產(chǎn)品，才導(dǎo)致了電液調(diào)速器機(jī)械液壓部分

3、的停滯和落后狀態(tài)。反之，只有更好地吸收、應(yīng)用液壓行業(yè)的新技術(shù)、新產(chǎn)品，才能促進(jìn)電液調(diào)速器機(jī)械液壓部分加快技術(shù)進(jìn)步、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的升級(jí)換代高油壓水輪機(jī)調(diào)速器一面世，便以其高性能、高可靠性、高性?xún)r(jià)比等顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)贏得了用戶(hù)和市場(chǎng)，迅速得到推廣。短短數(shù)年間，初步形成了自3000 Nm到50000 Nm的各型中小型高油壓水輪機(jī)調(diào)速器產(chǎn)品，以及用于沖擊式水輪機(jī)的各型高油壓調(diào)速器產(chǎn)品。截止到2005年底，已有數(shù)百臺(tái)中小型高油壓水輪機(jī)調(diào)速器在全國(guó)各地電站投入運(yùn)行，部分高油壓水輪機(jī)調(diào)速器還出口國(guó)外，受到用戶(hù)及設(shè)計(jì)、安裝單位的一致好評(píng)，顯示了強(qiáng)大的生命力。2.系統(tǒng)使用要求,進(jìn)行負(fù)載特性分析2.1 設(shè)定以混流式

4、水輪機(jī)為例,額定水頭25m,機(jī)組額定功率400kw，混流式水輪機(jī)以調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角度以調(diào)節(jié)水的流量，從而改變?nèi)~輪的轉(zhuǎn)速2.2液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟1.油壓裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循以下原則： 容量不大于40升的小型高壓油壓裝置，通常只設(shè)一臺(tái)高壓齒輪泵組。如機(jī)組有無(wú)電源開(kāi)機(jī)的要求，則應(yīng)再并聯(lián)一臺(tái)手搖柱塞泵。蓄能器容量為（40300）升的大中型高壓油壓裝置，通常設(shè)兩臺(tái)高壓齒輪泵組。對(duì)容量更大及用于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)槳葉控制部分的高壓油壓裝置，也可考慮設(shè)兩大一小共三臺(tái)高壓齒輪泵組，中較小的齒輪泵組用于補(bǔ)充系統(tǒng)的經(jīng)常性耗油。2.每臺(tái)高壓齒輪泵組一般應(yīng)并聯(lián)一只安全閥，對(duì)功率較大的泵組，可考慮同時(shí)設(shè)置一只卸荷閥。3.

5、 壓力濾油器應(yīng)設(shè)置在蓄能器的進(jìn)油側(cè)，而不應(yīng)設(shè)置在蓄能器的供油側(cè)，以保護(hù)蓄能器的膠囊不受機(jī)械雜質(zhì)的損害。每臺(tái)齒輪泵組設(shè)一只單聯(lián)的壓力濾油器，比兩臺(tái)齒輪泵組共用一只雙聯(lián)的壓力濾油器更為靈活、可靠。壓力濾油器與蓄能器間應(yīng)設(shè)置單向閥，既保證停泵時(shí)壓力油不倒流，又方便濾油器清洗。4.系統(tǒng)功率平衡與頻率調(diào)整在電力系統(tǒng)中，由于電能不能大量?jī)?chǔ)存，發(fā)電、供電和用電是同時(shí)完成的。在任何時(shí)刻，電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸配電和用戶(hù)的用電必須保持功率平衡。電力系統(tǒng)的功率平衡包括有功功率平衡和無(wú)功功率平衡。有功功率的不平衡會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的波動(dòng)；無(wú)功功率的不平衡則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致電力系統(tǒng)的解列和崩潰。由于用戶(hù)負(fù)

6、荷隨時(shí)都在變化，因而要求發(fā)電廠跟隨負(fù)荷變化不斷地進(jìn)行有功功率和無(wú)功功率的調(diào)整，以保持電力系統(tǒng)的功率平衡。調(diào)整無(wú)功功率以保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；而調(diào)整有功功率以保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定則是靠機(jī)組的調(diào)速器實(shí)現(xiàn)的。發(fā)電機(jī)的頻率與轉(zhuǎn)速、磁極對(duì)數(shù)有以下關(guān)系： 式（1-1）中：f為發(fā)電機(jī)輸出的交流電壓頻率（Hz）；p為發(fā)電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；n為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）。發(fā)電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p對(duì)具體的發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)確定值。由式（1-1）可知，發(fā)電機(jī)輸出的頻率與發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速成正比。要保持機(jī)組頻率穩(wěn)定，就要保持機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。為保持機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，就要保持輸入機(jī)組的功率所轉(zhuǎn)換的電功率與機(jī)組輸出的電功率相等。若

7、輸入機(jī)組的功率大于機(jī)組輸出的功率，機(jī)組轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)頻率將上升；反之，若輸入機(jī)組的功率小于機(jī)組輸出的功率，機(jī)組轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)頻率將下降。由于電力系統(tǒng)的負(fù)荷是隨機(jī)變化的，機(jī)組轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)頻率必然產(chǎn)生隨機(jī)波動(dòng)，顯然，機(jī)組的功率平衡只能是動(dòng)態(tài)平衡，機(jī)組轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)頻率不可能絕對(duì)不變，而只能盡量減少其變化范圍，使其穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。我國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)定：電網(wǎng)頻率應(yīng)保持50Hz，對(duì)電網(wǎng)容量在3000MW及以上者，其允許偏差為0.2Hz，對(duì)容量在3000MW以下的地方電力網(wǎng)，其允許偏差為0.5Hz；在系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，依靠系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的頻率調(diào)整，稱(chēng)為一次調(diào)頻；在系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生較大變化時(shí)，僅依靠一次調(diào)

8、頻尚不能使系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)時(shí)，需通過(guò)另外的自動(dòng)裝置或技術(shù)措施對(duì)系統(tǒng)頻率作進(jìn)一步的調(diào)整，這類(lèi)調(diào)整稱(chēng)為二次調(diào)頻。2.3功率的調(diào)節(jié)方法水輪機(jī)的功率：N=9.81QH(kW) （1-2）式（1-2）中：Q：水輪機(jī)的流量（m3/s）H：水輪機(jī)工作水頭(m)：水輪機(jī)的效率由于水輪機(jī)工作水頭難以調(diào)整，因此只能用改變進(jìn)入水輪機(jī)的流量的方法調(diào)整水輪機(jī)功率。對(duì)于不同類(lèi)型的水輪機(jī)，流量調(diào)節(jié)方式及流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)各不相同?；炝魇?、軸流定槳式水輪機(jī)的流量調(diào)節(jié)方式為單調(diào)節(jié)，其流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是導(dǎo)葉；沖擊式水輪機(jī)的流量調(diào)節(jié)方式為雙調(diào)節(jié)，其流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是噴針和折向器；轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的流量調(diào)節(jié)方式為雙調(diào)節(jié)，其流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是導(dǎo)葉

9、和槳葉。對(duì)于單調(diào)節(jié)水輪機(jī)，在調(diào)速器及操作器選型前，首先要確定所選調(diào)速器或操作器的操作功。2.4調(diào)速器的操作功應(yīng)考慮三個(gè)因素一是液壓缸須克服的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水力矩的大小；二是液壓缸須克服的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)機(jī)械摩阻力的大小；三是要留有必要的操作功裕量。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水力矩的大小取決于水輪機(jī)的類(lèi)型和大小，也取決于水輪機(jī)的實(shí)際工作水頭和流量。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)機(jī)械摩阻力的大小取決于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)、加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量，也取決于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中的銹蝕和卡阻情況。機(jī)組所需的調(diào)速器操作功通常應(yīng)由水輪機(jī)制造廠家計(jì)算、提供。對(duì)于中小型混流式及軸流定槳式水輪機(jī)，如已知其有關(guān)參數(shù)，可按下列近似公式估算機(jī)組所需的 操作功A：公式一 （Nm） （

10、10-1） 式中：Q為機(jī)組額定流量（m3/s）； Hmax為最大水頭（m）； D1為水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑（m）公式二 （Nm） （10-2）式中：N為機(jī)組的額定功率（kw）； H為額定水頭（m）。 公式三中型反擊式水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器所需的調(diào)速功A可按下式計(jì)算 （Nm） （10-3）式中：b0為水輪機(jī)導(dǎo)葉高度，m；a0max為水輪機(jī)導(dǎo)葉最大開(kāi)度，mm；k為與機(jī)型有關(guān)的系數(shù)對(duì)于混流式水輪機(jī)：D13.0m、K=2.94；對(duì)于軸流式水輪機(jī)：K=2.94。為分離式機(jī)結(jié)構(gòu),液壓缸不安裝在回油箱上,而直接與水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)相連,機(jī)械液壓部分的要求：1.手動(dòng)開(kāi)停機(jī)增減負(fù)荷及帶負(fù)荷運(yùn)行.2.無(wú)條件,無(wú)擾動(dòng)地進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)

11、的相互切換.3.檢測(cè)到電氣故障時(shí),能自動(dòng)的切為手動(dòng),并將負(fù)荷固定于故障前的狀態(tài).整個(gè)系統(tǒng)的原理2-1 系統(tǒng)原理圖根據(jù)公式2,根據(jù)公式,估算出機(jī)組所需的操作功2400 Nm3設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的主要方案31確定回路方式選用開(kāi)式回路,執(zhí)行元件的排油回油箱,油液經(jīng)過(guò)沉淀,冷卻再進(jìn)入液壓泵的進(jìn)口。3.2選用液壓油液選用抗磨液壓油。3.3初定系統(tǒng)壓力16Mpa以下。3.4選擇執(zhí)行元件該液壓系統(tǒng)需要往復(fù)的控制導(dǎo)葉角度,選用雙作用活塞液壓缸。3.5確定液壓泵類(lèi)型該系統(tǒng)壓力21MPa,選用齒輪泵。3.6選擇調(diào)速方式該系統(tǒng)對(duì)速度的穩(wěn)定性要求較高,選用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路。3.7選擇調(diào)壓方式溢流閥旁接在液壓泵的出口,在

12、進(jìn)油和回油節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中為定壓閥,保持系統(tǒng)工作壓力恒定,當(dāng)液壓系統(tǒng)在工作循環(huán)不同階段的工作壓力相差很大時(shí),為節(jié)省能量消耗,應(yīng)采用多級(jí)調(diào)壓。3.8選擇換向回路為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定,采用手動(dòng)與電動(dòng)并聯(lián)方式,當(dāng)遇到電氣故障時(shí),自動(dòng)切換為手動(dòng)。3.9繪制液壓系統(tǒng)原理圖自油壓裝置輸送來(lái)的壓力油,在壓力表后,分為左中右三條并聯(lián)油路構(gòu)成,左邊油路是自動(dòng)調(diào)節(jié)回路,由數(shù)字開(kāi)關(guān)閥組成,中間油路是手動(dòng)操作閥和鎖定閥組成,右邊油路為緊急停機(jī)和鎖定,電磁閥構(gòu)成的緊急停機(jī)回路。上述三條并聯(lián)油路的控制閥各自有兩個(gè)輸出工作油口,所有控制液壓缸開(kāi)啟的油口并為一條油管,經(jīng)單向節(jié)流閥與液壓缸關(guān)閉腔相連,位移反饋裝置用于向調(diào)速器電氣部分

13、反饋液壓缸的位移信號(hào)。4. 液壓部分可靠性分析:為了穩(wěn)妥可靠，GKT系列高油壓調(diào)速器還是選用滑閥類(lèi)換向閥作功率級(jí)液壓閥傳統(tǒng)調(diào)速器的自動(dòng)調(diào)節(jié)、手動(dòng)操作與緊急停機(jī)都是通過(guò)主配壓閥實(shí)現(xiàn)的，由于主配壓閥的體積較大，設(shè)計(jì)中不考慮主配壓閥的冗余配置。運(yùn)行中萬(wàn)一出現(xiàn)主配壓閥卡死在開(kāi)機(jī)側(cè)的事故，自動(dòng)調(diào)節(jié)、手動(dòng)操作與緊急停機(jī)均將失靈。除小型調(diào)速器可用操作手輪控制外，大中型調(diào)速器便無(wú)法進(jìn)行任何操作，直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行。對(duì)于高油壓調(diào)速器而言，由于各類(lèi)控制液壓閥對(duì)油質(zhì)要求比傳統(tǒng)主配壓閥更高，因而對(duì)高油壓調(diào)速器調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的可靠性應(yīng)有更高的要求。GKT系列高油壓調(diào)速器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采取了以下措施，以確保液壓控制系統(tǒng)

14、的（1）可靠性：1）采用自動(dòng)調(diào)節(jié)閥組、手動(dòng)操作閥與緊急停機(jī)電磁閥三者各自獨(dú)立、相互并聯(lián)的系統(tǒng)方案。與傳統(tǒng)調(diào)速器的液壓系統(tǒng)類(lèi)比，相當(dāng)于三者各有自己的“主配壓閥”，大大提高了配置的冗余度；2）自動(dòng)調(diào)節(jié)閥組的進(jìn)、排油側(cè)串聯(lián)有手自動(dòng)切換閥，在手動(dòng)操作或緊急停機(jī)時(shí)，該閥將同時(shí)切斷自動(dòng)調(diào)節(jié)閥組的油路。即使自動(dòng)調(diào)節(jié)閥組發(fā)生卡死或其他任何故障，都不會(huì)影響手動(dòng)操作和緊急停機(jī)的正常工作；萬(wàn)一手自動(dòng)切換閥因電氣故障或閥體本身故障不能自動(dòng)切換，還可用切換閥上的手動(dòng)按鈕進(jìn)行切換。3）自動(dòng)調(diào)節(jié)閥組被手自動(dòng)切換閥切斷油路后，因緊急停機(jī)電磁閥處于復(fù)歸狀態(tài)，油路也被切斷，調(diào)速器處于手動(dòng)工況，用手動(dòng)操作閥能可靠地進(jìn)行機(jī)組的開(kāi)停機(jī)

15、和增減負(fù)荷操作。4）自動(dòng)調(diào)節(jié)閥組被手自動(dòng)切換閥切斷油路后，只要緊急停機(jī)電磁閥接到緊停信號(hào)，即能可靠動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。萬(wàn)一緊急停機(jī)電磁閥因電氣故障或閥體本身故障不能動(dòng)作，還可用緊停閥上的手動(dòng)按鈕進(jìn)行緊急停機(jī)，也可通過(guò)手動(dòng)操作使機(jī)組停機(jī)。5）在功率級(jí)液壓閥的選擇上，有滑閥類(lèi)換向閥與插裝閥兩種方案。與滑閥類(lèi)換向閥相比，插裝閥具有過(guò)流量大及漏油量小的優(yōu)點(diǎn)。但有分析指出：當(dāng)滑閥類(lèi)換向閥的閥芯卡在開(kāi)啟位置，只會(huì)導(dǎo)致機(jī)組全開(kāi)，系統(tǒng)油壓仍然保持，還可用其它措施使機(jī)組停機(jī)。而插裝閥的某一單元萬(wàn)一卡在開(kāi)啟位置時(shí)，就有出現(xiàn)壓力油與回油直接連通的可能，從而導(dǎo)致系統(tǒng)失壓、失控。在此問(wèn)題上目前尚有不同觀點(diǎn)。贊成采用插裝

16、閥的認(rèn)為，插裝閥的優(yōu)點(diǎn)明顯，而插裝單元卡死的可能幾乎不存在。5系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算及液壓元件的選擇5.1執(zhí)行元件主要結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算1液壓缸的主要尺寸確定根據(jù)初定的系統(tǒng)壓力,液壓缸的最高工作壓力Pmax=0.9Mpa.調(diào)速器要求油缸全開(kāi)全關(guān)動(dòng)作速度相等，最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F=25000N,可得液壓缸活塞作用面積A=Fl/pmax根據(jù)最大負(fù)載F=25000N按此計(jì)算A1=F/（P1-1/2Pb） =25000/40105-1/28105 =61.4cm2由A1=A2 可知活塞桿直徑d=0.707D=0.7078.84=6.25cm按GB/T23481993將所計(jì)算的D,d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，

17、以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得D=9cm d=6.3cm按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出A1=D2/4=/499=63.6cmA2=/4（D2-d2）=32.4cm按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸次寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速器最小穩(wěn)定流量q=0.05L/min因工進(jìn)速度v=0.05m/min為最小速度，則A1qmin/vmin=0.05/0.5=10cm 63.6cm滿(mǎn)足最低速度的要求。視液壓缸回油背壓為零。對(duì)雙活塞桿液壓缸A五 油源的液壓件及油管通徑選擇電機(jī)泵組是為高壓油壓裝置提供壓力油源的重要部件，通常由電機(jī)、電機(jī)支座、聯(lián)軸器、高壓齒輪泵及吸油濾油器組成。2電機(jī)為延長(zhǎng)油泵使用壽命，選用轉(zhuǎn)速較低的4極Y系列異步電動(dòng)機(jī)。電

18、機(jī)泵組裝配圖電機(jī)功率按下式計(jì)算：N = PQ/ (W)式中：P為油泵的實(shí)際額定工作油壓，MPa Q據(jù)油泵的每轉(zhuǎn)排量和實(shí)際轉(zhuǎn)速求得的油泵排量，cm3/s。 為電機(jī)泵組的總效率，一般選0.80.85根據(jù)電機(jī)功率的計(jì)算結(jié)果后，選擇功率相近且偏大的電機(jī)。3高壓齒輪泵高壓油壓裝置的油泵選用高壓齒輪泵，其額定工作油壓應(yīng)不低于20 Mpa。在各類(lèi)油泵中，齒輪泵抗油污能力最強(qiáng)。近十余年來(lái)，齒輪泵技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，20MPa及25MPa的高壓齒輪泵已有成熟的系列產(chǎn)品。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：與螺桿泵相比，齒輪泵流量脈動(dòng)及壓力脈動(dòng)大，噪聲也大。事實(shí)上，在高壓油壓裝置中，有容積較大的蓄能器，因而流量脈動(dòng)及壓力脈動(dòng)均被消除，

19、不會(huì)對(duì)系統(tǒng)工作產(chǎn)生任何影響；其噪聲在水電站的運(yùn)行環(huán)境中亦不明顯。加之高壓齒輪泵還具有體積小、重量輕、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便和吸油性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而十分適用于高壓油壓裝置。 高壓齒輪泵工作原理如圖3-6所示。圖3-6 高壓齒輪泵工作原理圖 1泵體 2齒輪 3軸套一對(duì)具有相同參數(shù)的齒輪2互相嚙合，被包容在由泵體1和軸套3所組成的封閉空間內(nèi)，齒輪的齒頂和泵體內(nèi)孔表面間隙很小，齒輪端面和軸套的間隙也很小，因而由齒輪嚙合點(diǎn)沿齒寬方向的接觸線(xiàn)形成了兩個(gè)隔開(kāi)的封閉的油腔。當(dāng)輸入主動(dòng)齒輪軸按圖示方向沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，嚙合點(diǎn)左側(cè)的封閉容積變大，造成局部真空，油箱的油在大氣壓作用下進(jìn)入，形成吸油腔。另一側(cè)，封閉

20、容積逐漸變小，將油壓出去，形成壓油腔，這就是高壓齒輪泵的吸油和壓油過(guò)程。當(dāng)高壓齒輪泵連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，吸油腔和壓油腔的空間容積連續(xù)不斷的變化，高壓齒輪泵就形成了連續(xù)不斷的吸油和壓油。浮動(dòng)軸套、端面間隙自動(dòng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)是中小排量高壓齒輪泵的典型結(jié)構(gòu)：齒輪泵的齒輪軸支撐在軸套的軸承孔中，軸套端面和齒輪端面貼合，從而形成端面密封（3）。軸套在泵體內(nèi)可以軸向浮動(dòng)，軸套內(nèi)孔是由薄鋼板基體、鉛青銅粉、聚四氟乙烯三層復(fù)合材料組成的DU軸承。在無(wú)壓力時(shí)，依靠?jī)?nèi)密封的預(yù)壓使軸承端面和齒輪端面無(wú)間隙貼合。在有壓力時(shí)，由于液壓平衡，使軸套兩側(cè)的壓緊壓力稍大于推開(kāi)力，以保持在高壓下，以及軸套端面磨損后還能和齒輪端面無(wú)間隙貼合。因

21、為軸套可以軸向浮動(dòng)，軸套端面磨損后可以自動(dòng)補(bǔ)償，這樣就保證了齒輪泵在高壓下的性能和使用壽命。高壓齒輪泵的排量，應(yīng)滿(mǎn)足蓄能器升壓時(shí)間小于兩分鐘的要求。蓄能器升壓時(shí)間系指：在一臺(tái)油泵工作時(shí)，蓄能器的油壓自正常操作壓力下限升至正常操作壓力上限所需的時(shí)間。齒輪泵允許吸入吸入高度不得大于500mm，吸油管不得漏氣。安裝時(shí)應(yīng)注意齒輪泵的入口、出口和旋轉(zhuǎn)方向，不得接反。齒輪泵軸端不得承受轉(zhuǎn)矩以外的徑向和軸向負(fù)載，安裝時(shí)與原動(dòng)機(jī)的不同軸度不得大于0.1mm，安裝后，泵組可用手靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。備用的齒輪泵，泵內(nèi)須注入防繡油，外露加工面須涂防銹脂。4.聯(lián)軸器所述電機(jī)泵組采用了較長(zhǎng)的聯(lián)軸器組件，可使高壓齒輪泵處于油面以下

22、工作，這樣既改善了齒輪泵的吸油和散熱條件，也有利于減少噪音。連接電機(jī)1和傳動(dòng)軸4的聯(lián)軸器外環(huán)由聚四氟乙烯制成，具有較好的自潤(rùn)滑性能，還可吸收少量的安裝誤差。傳動(dòng)軸4有上下兩個(gè)軸承，以提高傳動(dòng)精度，減少噪音，并確保齒輪泵軸端不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以外的徑向和軸向負(fù)載。5.吸油濾油器 1普通吸油濾油器 2自封式吸油濾油器吸油濾油器如圖，安裝在液壓泵的吸油口，其作用主要是保護(hù)液壓泵，防止吸油時(shí)將較大顆粒污染物吸入泵內(nèi)。吸油濾油器的壓差受液壓泵吸油特性的限制，最大壓差一般不大于002MPa。壓差過(guò)大，容易造成液壓泵吸空而導(dǎo)致氣蝕損壞。因而吸油濾油器要有足夠的過(guò)流量，以保持油液吸入通暢。吸油濾油器一般采用100-1

23、80m的網(wǎng)式或線(xiàn)隙式濾芯，最高過(guò)濾精度不小于50m。普通吸油濾油器1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)殼體。但由于浸沒(méi)在油面以下，維護(hù)不便。安裝在油箱頂部或側(cè)部的箱外自封式吸油濾油器。濾油器2，具有結(jié)構(gòu)緊湊，管路簡(jiǎn)單和更換濾芯方便等優(yōu)點(diǎn)。6.濾油器系統(tǒng)要求過(guò)濾精度為10m，流量按高于油泵輸油量的3倍選取，同時(shí)考慮調(diào)速器用油量大小的因素。據(jù)此，對(duì)小型調(diào)速器選用ZU-E4010B型高壓濾油器和WU-4080-J型吸油濾油器，對(duì)中型調(diào)速器選用ZU-E6310B型高壓濾油器和WU-6380-J型吸油濾油器。其公稱(chēng)流量分別為40 L/min和63 L/min。高壓濾油器過(guò)濾精度為10m，吸油濾油器過(guò)濾精度為80m。7.溢流閥

24、選擇根據(jù)工作壓力及油泵的輸油量，選用DBDH6P/200型板式直動(dòng)式溢流閥。通徑為6mm，壓力等級(jí)為20MPa8.單向閥選擇根據(jù)油泵的輸油量，選用S10P22型板式單向閥。通徑為10mm，開(kāi)啟壓力為0.15MPa。6油泵供排油管通徑驗(yàn)算6.1油泵油管通徑驗(yàn)算對(duì)于CB306型齒輪泵，供排油管可選用8mm通徑的油管。在8mm通徑時(shí)，管內(nèi)流速為： V =103Q/A = 2.83 m/s式中 Q 油泵流量（L/s） A 供排油管過(guò)流面積（mm2）滿(mǎn)足管內(nèi)流速不大于 5 m/s 的要求。6.2其它油管的通徑由于蓄能器的排油時(shí)間不受限制，其排油管的通徑可選6mm。測(cè)壓管通徑則可以更小一些。7油源閥組油源

25、閥組由溢流閥、壓力濾油器、單向閥及截止閥等液壓件組成，各液壓件均采用板式結(jié)構(gòu)，集成于同一個(gè)液壓集成塊上?，F(xiàn)將各液壓件的結(jié)構(gòu)功能與調(diào)整維護(hù)分述如下。7.1溢流閥溢流閥的作用是使系統(tǒng)中多余的液壓油通過(guò)該閥溢出，從而維持其進(jìn)口壓力近于恒定的壓力控制閥。在高壓油壓裝置中，溢流閥用作系統(tǒng)的安全閥，防止液壓系統(tǒng)過(guò)壓而導(dǎo)致事故。溢流閥分為直動(dòng)式溢流閥和先導(dǎo)式溢流閥。高壓油壓裝置中常用直動(dòng)式溢流閥。直動(dòng)式溢流閥是作用在閥芯上的主油路液壓力與調(diào)壓彈簧力直接相平衡的溢流閥。在直動(dòng)式溢流閥中，當(dāng)液壓作用力低于整定的彈簧力時(shí)，閥芯在彈簧力的作用下壓緊在閥座上，閥口關(guān)閉，溢流口無(wú)液壓油溢出；當(dāng)液壓作用力超過(guò)整定的彈簧力

26、時(shí)，閥芯開(kāi)啟，液壓油溢流。彈簧力隨著開(kāi)口量的增大而增大，液壓力則隨著開(kāi)口量的增大而減少，直至液壓作用力與彈簧力相平衡，系統(tǒng)壓力便維持于溢流閥整定的安全壓力值，從而防止了液壓系統(tǒng)的過(guò)壓。DBD型插入式直動(dòng)溢流閥原理圖對(duì)溢流閥的主要性能要求是：調(diào)壓范圍大，壓力波動(dòng)和壓力超調(diào)??；過(guò)流能力大，壓力損失和內(nèi)泄漏量??；動(dòng)作靈敏，噪聲小。為保證良好流量特性，壓力范圍分為2.5、5、10、20、31.5、40 Mpa等級(jí)別，每個(gè)壓力級(jí)別有一個(gè)彈簧，最大調(diào)整壓力與壓力級(jí)別相同。高壓油壓裝置中，一般采用DBD型錐閥結(jié)構(gòu)的直動(dòng)式溢流閥用作安全閥。其連接方式有插裝式連接、管式連接、板式連接。壓力調(diào)節(jié)方式有：調(diào)節(jié)手柄、

27、帶鎖的調(diào)節(jié)手柄和帶保護(hù)罩的內(nèi)六角調(diào)節(jié)螺栓等三種。 圖3-8為DBD型插入式錐閥結(jié)構(gòu)的直動(dòng)式溢流閥的原理圖：該閥由插入體(1)彈簧(2)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(3)具有減震活塞的錐閥 (4)及彈簧座(5)組成。錐閥靠彈簧力固定在彈簧座上，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整彈簧來(lái)無(wú)級(jí)調(diào)整壓力。壓力油從P口進(jìn)入閥內(nèi)，作用在錐閥和減震活塞上，當(dāng)達(dá)到調(diào)定壓力時(shí)，壓力油克服彈簧力將錐閥向左推，壓力油流向T口，錐閥的行程靠銷(xiāo)釘限制。板式結(jié)構(gòu)只需將插入式閥裝上相應(yīng)的板式閥體即可。 圖3-9 壓力濾油器溢流閥的型號(hào)規(guī)格，應(yīng)根據(jù)高壓油壓裝置的工作壓力及油泵的輸油量進(jìn)行選擇。安全閥的溢油管宜直接與回油箱連通，若與其它回油管并聯(lián)時(shí)，注意其背壓不得超

28、過(guò)0.2MPa。7.2壓力濾油器壓力濾油器裝設(shè)在液壓泵的出油口壓力管路，以濾除液壓油中混入的機(jī)械雜質(zhì)和液壓油本身化學(xué)變化所產(chǎn)生的膠質(zhì)、瀝青、炭渣等，從而防止閥芯卡死、孔隙堵塞以及液壓元件過(guò)快磨損等故障的發(fā)生。壓力濾油器的結(jié)構(gòu)如圖3-9所示，主要由殼體5、濾芯4、濾頭3、旁通閥2和發(fā)訊器1組成。其對(duì)外聯(lián)接方式有管式、板式和法蘭式等。油液從外向內(nèi)流徑濾芯。當(dāng)濾芯堵塞，壓差達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí)，堵塞發(fā)訊器發(fā)出信號(hào)。若未即時(shí)采取維護(hù)措施，壓差繼續(xù)增大，則旁通閥開(kāi)啟，油液以旁路繞過(guò)濾芯，以防止濾芯破裂。 壓力濾油器的主要性能要求如下：1. 過(guò)濾精度。指濾油器能夠有效濾除的最小顆粒的尺寸。2. 壓差特性。油液

29、流經(jīng)濾油器時(shí)在濾油器的入口和出口之間產(chǎn)生的壓差。3. 耐壓等級(jí)。圖3-10 折疊圓筒式濾芯結(jié)構(gòu)圖高油壓調(diào)速器所用的壓力濾油器，其過(guò)濾精度一般為1020m；濾芯最大壓差一般為0.35-0.5MPa；耐壓等級(jí)分為高壓、中壓和低壓幾種類(lèi)型。濾芯是濾油器的關(guān)鍵元件，常見(jiàn)的濾芯有線(xiàn)隙式、片式、燒結(jié)式和折疊圓筒式等，應(yīng)用最廣的是折疊圓筒式濾芯。濾芯的過(guò)濾作用是利用多孔隙、可透性介質(zhì)濾除懸浮在油液中的固體顆粒污染物，其主要機(jī)制可歸納為直接阻截和吸附作用。直接阻截是液流中的顆粒被過(guò)濾介質(zhì)表面或內(nèi)部的小孔攔阻。吸附作用是液流中的顆粒與濾芯內(nèi)部孔隙周?chē)慕橘|(zhì)接觸，并被吸附在過(guò)濾介質(zhì)的內(nèi)外表面上。折疊圓筒式濾芯的結(jié)

30、構(gòu)如圖3-10所示， 將過(guò)濾材料按一定距離折疊成圓筒狀，以獲得較大的有效過(guò)濾面積。濾芯內(nèi)有金屬骨架，以承受壓差形成的液壓力。濾芯采用的過(guò)濾材料主要有金屬絲編織網(wǎng)、濾紙、合成纖維濾材、無(wú)機(jī)纖維濾材，以及不銹鋼纖維燒結(jié)氈等。各類(lèi)纖維濾材過(guò)濾精度高，可達(dá)510m，納垢容量也大。不銹鋼纖維燒結(jié)氈還具有機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊性能好，耐熱和抗腐蝕性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且清洗后可重復(fù)使用。壓力濾油器采用壓差式堵塞發(fā)訊器，通過(guò)濾芯兩端的壓差來(lái)驅(qū)動(dòng)堵塞發(fā)訊裝置。常用的堵塞發(fā)訊裝置有目視式和電信號(hào)式兩種類(lèi)型。目視式發(fā)訊器一般采用一紅色指示元件作為警告信號(hào)。電信號(hào)式堵塞發(fā)訊器通過(guò)電氣開(kāi)關(guān)接通燈光或聲響裝置報(bào)警。 7.3單向閥與

31、截止閥圖3-11 單向閥結(jié)構(gòu)圖 1閥體2錐閥3彈簧4彈簧座單向閥的作用是：只允許油流向一個(gè)方向流動(dòng)，不允許油流反向流動(dòng)。通常用于油泵的出口，以防止停泵時(shí)壓力油倒流。單向閥為錐閥式結(jié)構(gòu)，液阻壓力損失小，其對(duì)外連接方式有管式、板式和插入式等三種。圖3-11為RVP系列板式單向閥的結(jié)構(gòu)示意圖，它由閥體1、錐閥2、彈簧3及彈簧座4組成。P1腔油流可克服彈簧力推開(kāi)錐閥流向P2，但反向流動(dòng)時(shí)將被錐閥阻斷。單向閥有不同的開(kāi)啟壓力供選擇。開(kāi)啟壓力愈大，其反向封閉愈快、愈可靠，但其正向壓力損失也愈大。截止閥用于調(diào)速器的主供油閥、蓄能器組的放油閥等。截止閥通常為高壓球閥，由閥體、球體、密封件、閥桿及手柄組成，具有

32、液阻壓力損失小、密封可靠及操作方便等優(yōu)點(diǎn)。其對(duì)外連接方式有內(nèi)螺紋、外螺紋和板式連接等三種。圖3 -12 囊式蓄能器結(jié)構(gòu)圖7.4囊式蓄能器作用與工作原理囊式蓄能器是高壓油壓裝置的重要組成部分，它具有儲(chǔ)存能量、穩(wěn)定壓力、吸收沖擊和消除振動(dòng)等作用。囊式蓄能器是利用氣體(氮?dú)?的可壓縮性來(lái)儲(chǔ)存能量的。在使用前，首先經(jīng)頂部的充氣閥向蓄能器中的氣囊充以預(yù)定壓力的氮?dú)?，然后用液壓泵?jīng)底部的油口向蓄能器充油。在壓力油的作用下，頂開(kāi)菌形閥，油進(jìn)入容器內(nèi)，壓縮氣囊，當(dāng)氣腔和液腔的壓力相等時(shí)，氣囊處于平衡狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)需要用油時(shí)，在氣體壓力作用下，氣囊膨脹，輸出壓力油。囊式蓄能器的優(yōu)點(diǎn)是：氣腔與油腔之間被膠囊隔離，密

33、封可靠，無(wú)漏氣；膠囊慣性小，反應(yīng)靈敏；結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)簡(jiǎn)單；有系列化批量產(chǎn)品。囊式蓄能器的典型結(jié)構(gòu)如圖3-12，它是由上部的充氣閥2、殼體4 、膠囊5和下部的菌形閥總成等組成。殼體是個(gè)均質(zhì)無(wú)縫的壓力容器，形狀為兩端成球形的圓柱體。其上端有個(gè)容納充氣閥的開(kāi)口。由合成橡膠制成的完全封閉的梨形氣囊模壓在氣門(mén)嘴上，形成一個(gè)封閉的空間。氣囊經(jīng)殼體下端開(kāi)口置入后，借助于止動(dòng)螺母3固定在殼體的上部。菌形閥總成由閥體座11、菌形閥6及其下面的彈簧組成，其作用是防止油液全部排出時(shí)，氣囊膨脹出殼體之外。該閥用一對(duì)半圓支承環(huán)8卡住閥體座11的臺(tái)肩，裝在殼體的下部。橡膠托環(huán)7和密封環(huán)9構(gòu)成閥體座與殼體的密封，用殼體外面

34、的螺母經(jīng)壓環(huán)10擰緊固定。 型號(hào)說(shuō)明囊式蓄能器的型號(hào)一般用NXQ-*/*-*表示，其中NXQ是囊式蓄能器的名稱(chēng)代號(hào)；第二部分的分子部分表示以升為單位的公稱(chēng)容量，分母部分表示以MPa為單位的公稱(chēng)壓力；第三部分以字母表示囊式蓄能器的安裝連接方式：L表示螺紋連接，F(xiàn)表示法蘭連接。囊式蓄能器的公稱(chēng)容量從0.4升到100升共十余個(gè)規(guī)格，在高壓油壓裝置中，40升、100升及部分小容量的規(guī)格比較常用。公稱(chēng)壓力有10 MPa、20 MPa、31.5 MPa三個(gè)規(guī)格，可根據(jù)實(shí)際需要選用。8控制液壓閥及油路通徑的計(jì)算選擇8.1液壓閥通徑的計(jì)算選擇自控液壓閥有比例閥、手自動(dòng)切換閥、液壓鎖及緊急停機(jī)電磁閥等。它們動(dòng)作

35、時(shí)應(yīng)能保證液壓缸能夠以最短關(guān)閉時(shí)間Ts走完全行程，其通徑應(yīng)根據(jù)可能的最大流量Qmax確定。對(duì)于操作功為50000Nm的調(diào)速器，自控液壓閥由6mm通徑的電液比例閥、手自動(dòng)切換閥、液壓鎖等與較大通徑的插裝閥并聯(lián)而成；緊急停機(jī)電磁閥是用6mm通徑的電磁換向閥作為先導(dǎo)級(jí)，與插裝閥共同構(gòu)成的；因而應(yīng)根據(jù)可能的最大流量Qmax選擇插裝閥的通徑由于不同機(jī)組液壓缸的實(shí)際最短關(guān)閉時(shí)間Ts范圍很寬。因而應(yīng)根據(jù)機(jī)組要求的最短關(guān)閉時(shí)間Ts和液壓缸的實(shí)際外推全程用油量，來(lái)計(jì)算出系統(tǒng)的最大控制流量Qmax。Qmax=60VT/Ts （L/min） 式中 VT 液壓缸實(shí)際外推全程用油量Ts 液壓缸的實(shí)際最短關(guān)閉時(shí)間表五列出

36、的不同Ts時(shí)的系統(tǒng)最大控制流量，系按理論外推全程用油量計(jì)算，供參考。 不同Ts時(shí)的系統(tǒng)最大控制流量關(guān)閉時(shí)間Ts (秒)Q300(L/min)Q600(L/min) Q1000(L/min) Q1800(L/min) Q3000(L/min) Q5000(L/min) 300.821.642.744.938.2113.68 250.981.973.285.919.8516.42 201.232.464.107.3912.3120.52 161.543.085.139.2415.3925.65 131.893.796.3111.3718.9431.57102.464.938.2114.7824.6

37、241.04 83.086.1610.2618.4730.7851.3064.108.2113.6824.6341.0468.40 54.929.8616.4229.5649.2482.08 46.1612.3220.5236.9461.56102.638.216.427.449.382.1136.8根據(jù)最大控制流量并考慮適當(dāng)裕量后，選擇自控液壓閥的通徑。為使自控液壓閥工作于較大的線(xiàn)性范圍，選擇時(shí)應(yīng)使其過(guò)流能力接近并適當(dāng)大于最大控制流量。依照表五所列數(shù)據(jù)，自左上至右下的各區(qū)塊，分別對(duì)應(yīng)下列自控液壓閥： 4WRA6E5型電磁比例換向閥，1Mpa閥壓降下名義流量為8升/分4WRA6E20型電磁比例換向閥，1Mpa閥壓降下名義流量為17升/分4WRE6E32型電磁比例換向閥，1Mpa閥壓降下名義流量為32升/分4WRE10E64型電磁比例換向閥，1Mpa閥壓降下名義流量為64升/分TJK116型插裝閥集成控制塊，推薦流量為160升/分綜上所述，在高油壓調(diào)速器設(shè)