大型自动翻转机液压系统设计.doc

大型自动翻转机液压系统设计2011年第2期液压与气动71大型自动翻转机液压系统设计赵丽梅DesignofheavydutyautomaticturnovermachinehydraulicsystemZHA0Limei(贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550003)摘要:自动翻转机是大型圆筒形零件在h_z-过程中经常用到的设备.针对翻转机大功率,高效,低噪声,高可靠性的要求,对翻转机液压系统进行功能分析,在此基础上设计翻转机液压系统回路.结果表明,通过对液压系统回路的合理设计,改善了液压系统的性能,提高了液压系统的可靠性,实现自动翻转机的快速,精确,稳定,智能控制.关键词:翻转机;液压系统;可靠性中图分类号:TH137文献标识码:B文章编号:1000-4858(2011)02-0071-031前言一般大型圆筒形零件在加工过程中经常需要对零件进行翻转.零件以毛坯状态运到加工车间后需要从水平状态翻转到竖直状态,在零件进行掉头加工时又收稿日期:201010-08作者简介:赵丽梅(1975一),女,满族,辽宁锦州人,副教授,硕士,在读博士,主要从事机械设计制造及其自动化方面的教学和研究工作.3.2.2动力头推拉液压马达的选择动力头推拉由8个相同马达共同驱动,单个马达的负载力为:F=8T.ili/r=叼叼i(4)式中:F动力头最大推进力,取2800kN单马达输出扭矩叼j减速机的效率,取0.98i推拉减速机减速比,取51.3r传动齿轮的分度圆半径,为0.088mP马达的工作压力,取35MPa叼机械效率,取0.98由式(4),得马达的排量:;8i1P叼i代人数据:=112.2mL选择排量为110mL/r的变量柱塞马达.该马达额定工作压力35MPa,最高工作压力45MPa.4结束语经上述设计,该系统具有以下特点:(1)为每个马达设置补油装置,保证了动力头钻进回拖过程中多马达同步工作,避免钻进回拖时的啃轨,啃齿现象;(2)采用开式和闭式混合回路及负荷传感技术,可以合理分配功率和减少溢流损失;(3)选用带有冲洗阀的马达,可减轻闭式系统运行导致的油温过高问题.该系统已实际用于上海某公司280t水平定向钻机定型产品上,实际运行表明系统达到了设计要求的各项指标,工作稳定可靠,具有良好的工程适用性.参考文献:1朱宏培,钱瑞明,骆圆圆.水平定向钻机液压系统的设计与分析J.机械,2006,(9):1517.2孙友宏,胡志坚,等.JQW230型钻机液压系统设计J.工程机械,2006,(9):4145.3王智明,马宝松,索忠伟,等.钻孔与非开挖机械M.北京:化学工业出版社,2006.7.4王健.ZDY760全液压钻机液压系统设计J.地质装备,2008,(10):1417.5JB/T10548-2006,水平定向钻机行业标准S.72液压与气动2011年第2期要将其翻转180.,零件翻转角度在0.180.范围内.这类大型圆筒形零件由于尺寸规格大,重量重,采用传统的天车翻转非常困难,甚至无法实现,需要采用自动翻转机进行翻转.本文主要介绍一种用于大型筒类零件翻转的自动翻转机液压系统设计方法及具体设计过程.2液压系统分析2.1驱动方式的选择采用液压驱动可以有两种驱动方式:一种是上推式的驱动方式,另一种是下拉式的驱动方式.在下拉驱动方式中活塞杆头部的运动轨迹是以翻转托架的耳轴为中心划出的圆弧,圆弧半径由驱动力臂长度决定.由于液压缸采取水平安装方式,占用的空间尺寸小,因此确定采用下拉驱动方式.如图1所示,其工作原理是将液压缸安装在基座上,缸体可以绕缸体耳轴上下摆动,活塞杆头部与翻转托架铰接,通过活塞杆伸出和收回动作驱动翻转托架绕耳轴转动.1.机座2.左翻转液压缸3.左翻转托架4.耳轴5.右翻转托架6.右翻转液压缸图1下拉驱动式翻转机示意图2.2液压缸的选择1)负载分析在翻转托架向水平位置翻转过程中,翻转体(翻转托架,筒形零件和辅具)复合重心的位置随翻转角度变化,当复合重心通过耳轴垂直平面后,在复合重力的作用下,翻转体自动向下倾翻.液压缸的施力状态由拉变成推.值由小变大再由大变小.反之,在翻转托架向竖直位置翻转过程中,翻转体综合重心通过耳轴垂直平面后,在综合重力的作用下,翻转体在自重的作用下自动向下倾翻.液压缸的施力状态由推变成拉.液压缸力臂h值由小变大再由大变小.液压缸的力矩方向随翻转方向和翻转角度的变化发生改变.翻转托架的水平梁和竖直梁的承载状态也随翻转方向和翻转角的变化发生改变.根据液压缸各个阶段的负载值绘制的负载图,如图2所示.2)液压缸设计关键点分析通过对翻转机翻转托架工作方式和力学特性分析,可知液压缸所受的反作用力是随翻转托架的翻转圣18526.421018605.399,:11d9图2液压缸负载图方向和翻转角度而不断变化的,在一个翻转过程中活塞杆的受力将由拉力变为推力,或由推力变为拉力.活塞杆通过伸出或缩回动作驱动翻转托架实现翻转.根据这种受力特点和工作方式,确定液压缸采用差动液压缸.通过有杆腔和无杆腔交替进油,控制活塞杆的伸出和缩回,驱动翻转托架的翻转和控制翻转方向.同时通过调节流量可控制活塞杆的工作速度进而控制翻转托架的翻转速度,保证安全工作.在翻转托架翻转过程中液压缸或活塞需要来回摆动,采用摆轴式液压缸将有利于减少活塞杆的弯曲,因此决定采用头部摆动耳轴结构液压缸.由于翻转托架在两个极限位置时产生冲击,液压缸必须设置双向缓冲装置.液压缸输出力由液体的压力和活塞的有效工作面积的乘积决定,选择高的压力可以减小活塞的直径,减小液压缸的结构尺寸.同时,液压缸输出力大,可减小液压缸活塞杆与耳轴的距离h,从而降低翻转托架的高度和减轻其重量,有利于降低设计成本,减少设备占用的空间.由于翻转托架承载大载荷进行翻转,因此必须保证翻转的平稳和安全,翻转托架的翻转速度不应过高,同时为了提高翻转机的工作效率,翻转托架的翻转速度又不应过低,最终活塞运动速度=0.6m/min.3)液压缸工况分析翻转机在由水平位置翻转到竖直位置的过程中,液压泵的输出压力不变,流量也保持不变,因此输入功率不变,然而,在此过程中,液压缸的回油腔压力随翻转机的翻转,压力不断变化,使翻转机运动保持平稳,其压力由开始的P=0.918MPa渐渐增加到结束时的P,=6.459MPa.翻转机在由竖直位置翻转到水平位置的过程中,液压泵的输出压力不变,流量也保持不变,因此输入功率不变,在此过程中,液压缸的回油腔压力随翻转机的翻转,压力不断变化,使翻转机运动保持平稳,其压力由开始的P,=0.6151MPa渐渐增加到结束时的P=4.42MPa.根据液压缸在各个阶段的工作压力,流量,功率,绘制液压缸的工况如图3所示.根据计算的液压缸的尺寸,液压缸的行程和相关2011年第2期液压与气动73a功率,wb_谴油腔流量/Lminc_-进油腔压力./VIPad回油腔压力./Ma图3液压缸工况图的压力选择头部销轴式冶金设备液压缸,液压缸的型号为Y-HGlE100/56420LZlHLl0.2.3选择液压回路液压回路的选择,首先选择调速回路,由翻转机实际情况和液压缸的工况图看出,液压缸回油腔的压力是渐渐变化的,且在翻转过程中,翻转的速度要平稳,即液压系统的流量要求稳定,因此在回油路设置调速阀,这样不但使液压缸以调速阀调定的速度运动,而且调速阀在回路中充当背压阀的作用,使翻转机翻转平稳.由于翻转托架分别采用两个液压缸对称驱动,为保证翻转托架的稳定性,要求两个液压缸的动作相同,即要求设计同步动作回路.由于本设计的翻转托架在结构上前后两竖直梁已经刚性的焊接连接为一体,在翻转过程中能起到牵制两液压缸活塞同步,即相当于刚性连接的同步回路.为提高翻转机系统的可靠性,由于液压系统已经选用了回油路调速,为简化系统,再设计调速阀的同步回路,来提高系统的安全性和可靠性.从工况图可以看出,液压系统的工作在整个翻转过程中,其输入压力保持不变,流量在由水平向竖直状态翻转和由竖直向水平位置翻转的两种情况下,有一点变化,其最大流量与最小流量之比较小.因此采用单个定量泵作为油源,可以简化系统.为保证翻转机翻转过程安全翻转,在液压缸两端的进出油口安装两只液控单向阀,两单向阀组成双向液压锁,液压油正向流经液控单向阀进入液压缸的一腔时,翻转架和工件载荷引起的液压油压力信号立即使位于液压缸另一侧的液控单向阀打开,液压缸的另一腔就能反向出油,于是活塞和活塞杆开始运动,并带动翻转架和工件翻转.当停止向液压缸供油或液压油路管道破裂漏油等情况发生时,在压力控制信号消失的瞬间,液控单向阀立即关闭,液压缸被锁定,翻转机运动停止,从而保障翻转机翻转过程的安全.综合以上所述,将各个回路组成液压系统,翻转机液压系统图如图4所示.61.过滤器2.单向定量泵3.溢流阀45.电磁换向阀613.单向调速阀1421.液控单向阀2225.液压缸图4液压系统图翻转机的各个翻转动作均由控制系统控制相应的电磁换向阀,使电磁阀有序的通,断电控制液压缸伸出,收回来完成翻转.3结论(1)翻转机的液压系统中液压缸设置了双向缓冲装置,采用了同步动作回路,使翻转机翻转平稳,提高系统的安全性和可靠性;(2)该翻转机采用了液压传动电气控制,功效高,噪声低,振动小,作业安全,减轻了工人劳动强度.参考文献:1郭景坤,董方亮.大型自动翻转机的设计研究J.一重技术,2009,132(6):2022.2钟东长.电池翻转机控制系统