液压课设 液压启闭机的液压系统设计

液压与气压传动液压与气压传动 课程设计课程设计 学号 姓名 年级专业 指导教师 钱雪松 内容 设计计算说明书 1 份 20 页 液压系统原理图 1 张 河海大学机电工程学院河海大学机电工程学院 2011 20122011 2012 学年第二学期学年第二学期 液压与气压传动液压与气压传动 课程设计任务书课程设计任务书 5 5 授课班号授课班号 138101 2138101 2 年级专业年级专业 20092009 机自机自 指导教师指导教师 钱雪松钱雪松 学号学号 姓名姓名 课程设计题目 5 设计一台液压启闭机液压系统 其主要技术要求如下 启闭力 50T 行程 8000mm 往 返速度 4000 10000mm min 加减速时间为 1 秒 双缸 用同步回路 垂直液压缸 1 课程设计的目的和要求 通过设计液压传动系统 使学生获得独立设计能力 分析思考能力 全面了解液压系统的 组成原理 明确系统设计要求 分析工况确定主要参数 拟订液压系统草图 选择液压元件 验算系 统性能 2 课程设计内容和教师参数 各人所取参数应有不同 其主要技术要求如下 启闭力 50T 行程 8000mm 往返速度 4000 10000mm min 加减 速时间为 1 秒 双缸 用同步回路 垂直液压缸 4 设计参考资料 包括课程设计指导书 设计手册 应用软件等 章宏甲 液压传动 机械工业出版社 2006 1 章宏甲 液压与气压传动 机械工业出版社 2005 4 黎启柏 液压元件手册 冶金工业出版社 2002 8 榆次液压有限公司 榆次液压产品 2002 3 课程设计任务 明确系统设计要求 分析工况确定主要参数 拟订液压系统草图 选择液压元 件 验算系统性能 5 1 设计说明书 或报告 分析工况确定主要参数 拟订液压系统草图 选择液压元件 验算系统性能 5 2 技术附件 图纸 源程序 测量记录 硬件制作 5 3 图样 字数要求 系统图一张 3 号图 设计说明书一份 2000 3000 字 6 工作进度计划 起止日期工作安排完成情况 1 2分析工况确定主要参数 3 4拟订液压系统草图 5 6选择液压元件 验算系统性能 7答辩 交卷 3 设计方式 手工 4 设计地点 指导答疑时间 待定 9 备注 目目 录录 1 液压系统的设计步骤与要求 1 1 1 液压系统的设计步骤 1 1 2 液压系统的设计要求 2 2 液压系统的分析 3 2 1 液压系统主要参数的确定 3 2 2 负载分析和负载图 速度图的绘制 4 2 3 液压系统图的拟定 6 3 油缸内径及活塞杆直径的确定 8 3 1 油压的确定 8 3 2 确定油缸内径 D 活塞杆直径 d 8 4 液压元件的选择 10 4 1 液压泵和电机的选择 10 4 2 油箱容积和尺寸的确定 11 4 3 液压系统所用油液的选用 12 4 4 油管管径的确定 13 4 5 阀类元件及辅助元件的选择 15 5 液压系统性能的验算 16 5 1 验算系统压力损失 16 5 2 油液温升验算 18 1 液压系统的设计步骤与要求 液压传动系统是液压机械的一个组成部分 液压传动系统的设 计要同主机的总体设计同时进行 着手设计时 必须从实际出发 有机地结合各式各种传动形式 充分发挥液压传动的优点 力求设 计出结构简单工作可靠 成本低 效率高 操作简单 维修方便的 液压传动系统 本次设计主要是启闭机液压系统的设计 综合考虑弧形工作闸 门液压启闭机油缸务必垂直布置 两端铰链连接 并且在油缸的上 端吊头与埋件轴以及下端吊头与闸门吊耳连接处内装自润滑球面滑 动轴承 满足使油缸自由摆动 并可以消除启闭机或闸门由于安装 等误差造成的对油缸的不利影响 油缸与管路之间采用硬管连接 1 11 1 液压系统的设计步骤液压系统的设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序 各步骤间往往要相互穿 插进行 一般来说 在明确设计要求之后 大致按如下步骤进行 1 进行工况分析 确定系统的主要参数 2 制定基本方案 拟定液压系统原理图 3 选择液压元件 4 确定液压执行元件的形式 5 液压系统的性能验算 1 21 2 液压系统的设计要求液压系统的设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据 在制定基本方案并进行 进一步着手液压系统各部分设计之前 必须把设计要求以及与该设 计内容有关的其他方面了解清楚 1 主机的概况 用途 性能 工艺流程 作业环境 总体布 局等 2 液压系统要完成哪些动作 动作顺序及彼此联锁关系如何 3 液压驱动机构的运动形式 运动速度 4 各动作机构的载荷大小及其性质 5 对调速范围 运动平稳性 转换精度等性能方面的要求 6 自动化程度 操作控制方式的要求 7 对防尘 防爆 防寒 噪声 安全可靠性的要求 8 对效率 成本等方面的要求 本液压系统的设计 制造 主要用于控制弧形闸门启闭机油缸 开启和关闭的液压系统 本系统具有结构紧凑 布局美观 性能可 靠 能耗低的优点 其油缸工况符合用户提供的原理要求 本套液压系统配有压力控制器 XML 电接点温度计 WSSX 液 位控制器 YKJD24 可对系统压力 油液温度及液位高度实现自动 控制 在闸门启闭过程中 闸门开度及行程实行全程控制 通过电 器 液压动作进行同步控制 实现自动调整同步 2 液液压压系系统统的分析的分析 2 1 液液压压系系统统主要参数的确定主要参数的确定 通过工况分析 可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载 荷变化情况 为确定系统及各执行元件的参数提供依据 液压系统的主要参数是压力和流量 它们是设计液压系统 选 择液压元件的主要依据 压力决定于外载荷 流量取决于执行元件 的运动速度和结构尺寸 主要技术参数 序号名称参数备注 1 最大启门力 2 252 5KN 2 最大闭门力 2X252 5KN 3 工作行程 8000mm 4 油缸内径 200mm 5 活塞杆直径 160mm 7 有杆腔计算压力 20Mpa 8 闸门关闭时间 80s 9 闸门开启时间 80s 10 系统压力等级 25MPa 2 2 负载负载分析和分析和负载图负载图 速度 速度图图的的绘绘制制 2 2 1 负载负载分析分析 工作负载 液压启闭机在启动或者关闭闸门时的工作载荷主要为克服闸门 的自重 本设计的设计启闭力为 50T 故单根液压缸的工作载荷为 25T 即 Ft 250000N 惯性荷载 3 1 2 0 1 m50 102500 1 v NN t m F 阻力负载 此系统的液压缸在竖直方向上工作 摩擦阻力很小 故不予 以考虑 由以上得出此液压系统液压缸在个工作阶段的负载如下表 工 况负载组成 负载值 F 加速F Ft Fm252000 匀速F Ft250000 开启阶段 减速F Ft Fm247500 加速F Ft Fm247500 匀速F Ft250000 闭合阶段 减速F Ft Fm252000 2 2 2 负载图负载图和速度和速度图图的的绘绘制制 由系统参数知 行程 8000mm 往返速度 6000mm min 启闭加 减速时间为 1 秒 故可知加减速时间为 1 秒 匀速运行时间为 78 秒 加减速行程为 0 1 米 匀速行程为 7 8 米 负载图和速度图如下 2 3 液液压压系系统图统图的的拟拟定定 2 3 1 液液压压回路的回路的选择选择 由于液压缸在启动和制动闸门时要避免过大的冲击力 所以液 压缸的速度是变化的 因此要选用调速回路来确保液压缸的启闭速度 在合理的范围内 在提升和闭合的过程中 最重要的是要保持两个液压缸的同步 使闸门在工作时能始终保持合理的姿态 因此系统必须采用同步回路 来确保两只液压缸的同步运行 当闸门在提升到最高位置时 要保证闸门不突然掉下来 下降时 要慢慢降下来 因此系统必须保持一定的压力 故要选用保压回路来 保证系统在一定的压力下运行 2 3 2 系系统图统图的的绘绘制制 启闭机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成 各 回路相互组合时要力求系统结构简单 注意各元件间的联锁关系 避 免误动作发生 尽量减少能量损失环节 提高系统工作效率 为便于 液压系统的维护和监测 在系统中的主要路段要装设必要的检测元件 关键部位要附设备用件 以便意外事件发生时能迅速更换 保证主要 部件连续工作 各液压元件尽量采用国产标准件 在图中要按国家标准规定的液 压元件职能符号的常态位置绘制 系统图中应注明各液压执行元件的 名称和动作 注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号 并附有电 磁铁 行程阀及其他控制元件的动作表 液压系统原理图见附录 3 油缸内径及活塞杆直径的确定油缸内径及活塞杆直径的确定 3 1 油油压压的确定的确定 根据本设计的使用场合和工况 系统油压按 31 5MPa 控制 油 缸工作油压按 20MPa 控制 3 2 确定油缸内径确定油缸内径 D 活塞杆直径活塞杆直径 d 由于本系统油缸是单侧进出油 有杆端是工作高压腔 初步考虑 油缸截面积和活塞杆截面积的差 A 即可 故只需选取油缸内径或 者活塞杆直径 由 P A F A 4 22 Dd 即 20X106 250000 A 得 A 0 0125m2 选取活塞杆直径 d 160mm 则 12500 160 4 22 D 得 D 203mm 故选取 D 200mm 3 2 1 强强度要求度要求 要是油缸能够安全的工作 则必须保证油缸个部件的强度在安 全的范围之内 由 max F A minf F 设活塞杆最小截面积处直径为 d0 处直 则有 max F d02 4f F 故 d 0 4 F 活塞杆的材料为 40Cr 热处理方法为调质 查的其需用应力为 785MPa 带入上式 得 D0 6 4 250000 785 10 故 d0 100 7 mm 初选直径符合要求 3 2 2 长细长细比要求比要求 根据水利水电工程启闭机设计规范 H 6 4 1 B 0 4 则 L0 L1 12 2 2 II I l1 I2 64 4 d 64 44 Dd 得 0 55 L1 为活塞杆展开全长 L1 L2 分别为活塞杆和油缸缸体断面的惯性矩 m m4 250 0 4 L d 故 d 0 4 L 250 D 140mm 250 4 16000 0 55 选取的直径符合长细比要求 4 液液压压元件的元件的选择选择 4 1 液液压泵压泵和和电电机的机的选择选择 4 1 1 液液压泵压泵的的选选用用 设计要求活塞杆的推进速度为 V 6m min 则单缸每分钟流量 为 Q V As t 得 Q 2Q 0 2 6m min 0 22 0 162 4 135 6L min 油缸工作压力为 20MPa 故选用额定工作压力为 31 5 MPa 最高工作压力为 40MPa 的柱塞泵 其型号为 1 6 0 CY14 1B 公称 排量 164 7mL r 额定转速为 1000r min 4 1 2 电电机的确定机的确定 由公式 P 3 p 10 NN P Q 式中 PN 为液压泵的额定压力 Pa QN 为液压泵的额定流量 m3 s p 为液压泵的总效率 从规格中查取 为转换系数 Pm a x 为液压泵的最大工作压力 max N P P 得 P 122KW 因为泵的额定转速为 1000r min 故选用 315L2 型三相异步电机 其额定功率为 132KW 同步转速为 1000r min 4 2 油箱容油箱容积积和尺寸的确定和尺寸的确定 油箱容量的确定 要考虑工作循环中的油液温升 运行中的液 位变动 调试与维护管路及执行元件灌油 循环油量 液压油液寿命 等因素 按照经验法则 固定设备用油箱的容量应是系统液压泵 3 5min 的输油量 行走设备为 0 5 1 5min 的输油量 在初步设计油箱时 其有效容量可按下述经验公式确定 即 V mQp 式中 m 系数 m 值的选取 低压系统为 m 2 4 中压系统为 m 5 7 中高压系统或高压大功率 系统为 m 6 1 2 Qp 液压泵的流量 故油箱的容积计算如下 V 8Q 6 164 7Ml r 1000r min 988L 选取油箱容积为 V 1000L 由标准邮箱外形尺寸可得 邮箱的外形尺寸为 b1 1065mm b2 965mm l1 2014mm l2 1774mm h 550mm 近似油液 深度为 4 75mm 4 3 液液压压系系统统所用油液的所用油液的选选用用 对各类液压系统 选择工作介质需要考虑下列因素 GB7631 2 选择原则考虑因素 1 液压系统的环境条 件 是否要求抗燃性 燃点 自然点 消除噪声能力 空气溶解度 消泡性 废液处理及环境污染要求的毒性与气体 2 液压系统的工作条 件 使用压力范围 润滑性 极压承载力 使用温度界限 粘度 粘温特性 热稳定性 低温流动性 转速 气蚀 对轴承面浸润力 3 工作介质的质量 物理化学指标 对金属和密封件的适应性 防锈 防腐蚀能力 抗氧化稳定性 剪切稳定性 4 经济性 价格及使用寿命 维护保养的难易程度 综合考虑上述各因素 液压系统选用 4 6 抗磨液压油 L HM46 4 4 油管管径的确定油管管径的确定 管道及接头用以把液压元件连接起来 组成一个完整的系统 正 确的选择管道和管道接头 对液压系统的安装 使用和维护都有着重 要意义 在设计管道时 管径应适当 管线应最短 管道弯头 接头应 尽量少 以减少系统的压力损失 同时 管道的连接必须牢固可靠 防 止振动松脱 并且要便于调整和维护 连接各元件间的管道的规格按元件接口处尺寸决定 液压缸进 出油则按输入 排出的最大量计算 本系统液压缸在各阶段的进 出 油量数值如下表 流量 流速加速匀速减速 输入流量 L min 0 67 667 667 6 0 排出流量 L min 0 188 4188 4188 4 0 运动速度 m min 0 666 0 根据上表中的数值 当压力管中的流速取 5 m min 时 按式 q d 2 v 式中 d 管道内径 q 馆内流量 v 管中油液的速度 吸油管取 0 5 1 5m s 压油管取 2 5 5 m s 回油管取 1 5 2 5 m s 短管及局部收缩处取 5 7 m s 算得与液压缸有杆腔和无杆腔相连油管的内径分别为 6 13 67 6 10 2216 9 5 1060 q dmmmm v 2 6 3 188 4 10 263 2 1 1060 dmmmm 按 GB T2351 2005 选用两管的公称通径分别为 d 1 20mm d2 65mm 4 5 阀类阀类元件及元件及辅辅助元件的助元件的选择选择 根据阀类及辅助元件所在油路中的最大工作压力和通过该元件 的实际流量 可选出这些液压元件的型号及规格见下表 序号元件名称估计通过 流量 L min 额定流量 L min 额定压力 MPa 型号 规格 1液压泵164 731 5160 CY14 1B 2溢流阀29 12 125020Y2 型 3单向阀135 612 19020DT8P1 4三位四通电135 6170 20WEH 磁阀 1100 5节流阀30 34 20031 5LA 型 6单向阀67 812 19020DT8P1 7 调压阀 67 820 8流向调整板37 510 16020Z4S 型 9两位两通电 磁阀 30 3170 1100 31 5WEH 10 调压阀 135 620 5 液液压压系系统统性能的性能的验验算算 5 1 验验算系算系统压统压力力损损失失 由于系统的管路布置尚未具体确定 整个系统的压力损失无法全 面的估算 故只能先按式 2 r r q P P q AA 估算阀类元件的压力损失 待设计好管路布局图后 加上管路的管路 的沿程损失和布局损失即可 压力损失的验算应按一个工作循环中不 同阶段分别进行 5 1 1 启启门阶门阶段段 加速阶段 油缸加速启动时 进油路由油泵 1 单向阀 3 电磁阀 4 左 位 流向调整板 8 单向阀 6 油缸有杆腔组成 因此进油路的 总压降为 2222 v 135 6135 637 567 8 0 2 0 5 0 4 0 2 MPa 19080080100 P 0 102 0 014 0 088 0 092 MPa 0 296MPa 此值不大 故能使油缸得到设计的工作压力 匀速提升阶段 油缸匀速运行时 进油路由液压泵 1 单向阀 3 换向阀 4 左位 流向调整板 8 单向阀 6 油缸有杆腔和调压阀 10 换向阀 9 左位 节流阀 5 油缸有杆腔两条组成 因此进油路的总压降为 22222 v 22 135 6135 637 567 8135 6 0 2 0 5 0 4 0 2 0 3 19080080100200 30 330 3 0 5 0 2 MPa 150100 P 0 102 0 014 0 088 0 092 0 138 0 020 0 018 M Pa 0 4