湖南某水电站船闸输水廊道反弧门630KN-3.65m 液压启闭机设计说明书.docx
湖南某水电站船闸输水廊道反弧门630KN-3.65m液压启闭机设计5张CAD图
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湖南
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反弧门
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3.65
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湖南某水电站船闸输水廊道反弧门630KN-3.65m液压启闭机设计5张CAD图,湖南,水电站,船闸,输水,廊道,反弧门,630,KN,3.65,液压,启闭,设计,CAD
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湖南某水电站船闸输水廊道反弧门630KN-3.65m 液压启闭机设计摘 要水电站也称水电厂，水电厂是具有将水的动能和重力势能转换为电能的建筑物。这些建筑物可以将水汇聚在一起，然后它利用建筑物的特定性能使水流保持一定 的落差，从而使水自上而下流动形成动能与重力势能。水在流动时经过水轮机， 通过水轮机与发电机的联合作用。最终将水能转换为电能。电能再经过变压器与 输电线路最终并入电网。正文主要是对湖南某水电站船闸输水廊道反弧门 630KN-3.65m 液压启闭机设计。反向工作弧门启闭机主要由电动机液压泵组、主回路插装式液压集成系统、左右反弧门插装式液压集成系统、液压缸、活塞杆、液压管路以及油箱等组成。反向工作弧门启闭机为单吊点立式单向作用液压启闭机，与上、下扉门共用一套启闭机液压系统。二闸首液压系统共设 8 套电动机液压泵组（1#8#），排量均为 100L/min。启闭反弧门时，1#电动机液压泵组运行；2#电动机液压泵组备用。关键字：水电站、船闸、输水廊道反弧门、液压启闭机、液压系统、液压缸、液压泵VAbstractThis hydropower station, also known as the power plant, power plant is the gravitational potential energy and kinetic energy of the water into electricity buildings.It includes to hydropower for electricity production with various hydropower station equipment of buildings and installations.These buildings can be water together, and then it USES the structure of the specific performance to keep the water a certain gap, so that the formation water flowing from the potential energy and kinetic energy.When water flow through the turbine, through the combination of turbine and generator.Will water into electricity.Electrical energy through the transformer and transmission line power grid in the end.This article mainly tells the story of hydropower station as the filling &emptying culvert of the arc gate 630 kn hydraulic hoist design - 3.65.Reverse work arc door opening and closing machine is mainly composed of motor, hydraulic pump group, the primary loop around cartridge type hydraulic integrated system, the arc door cartridge type hydraulic integrated system, the hydraulic cylinder, piston rod, hydraulic pipeline and oil tank, etc.Reverse work arc door opening and closing machine for single hydraulic hoist lifting point vertical one-way function, share a set of with upper and lower leaf door opening and closing machine hydraulic system.2 lock heads for the hydraulic system on the8 sets of motor, hydraulic pump group (1 # 8 #), displacement are 100 l/min.When the door is opening and closing the arc 1 # motor, hydraulic pump group;2 # motor, hydraulic pump set aside.Key words:hydropower station, hydraulic hoist, hydraulic system, hydraulic cylinder, hydraulic pump station.前 言如今,伴随着我国经济的不断发展,电力资源需求的增加,使中国的水电开发和建设取得了飞速发展。液压启闭机在水电水利工程上得到了愈来愈广泛的应用是因为油缸内的油液具备缓冲和减振的作用,正好使工作闸门在高水头、差异大的开度下的无振动稳定运行;并可对闸门施加下压力,使闸门自重较轻，节约本钱油缸和挂头相连的门,推或拉力在门上下腔液压油缸内压力和流量的实现,在伸缩油缸的活塞杆,从而实现开启和关闭的门的目的。现代机械由通用机械，液压，电气三个紧密结合的。其中液压传动与机械传动、电气传动并称为三大传统传动形式。液压传动体系的设计在当代机械的设计中有很大的作用。因此，在水电站船闸输水廊道反弧门液压启闭机设计中主要结合机械和液压元件传动两方面进行设计。在水利水电工程中，启闭机是启闭闸门、污水栅和清污装置等重要设备。随着新材料、新制造工艺和设计技术的发展，各种新型结构、大型和超大型的启闭机不断地应用到水利工程中。其设计不仅对机械方面如液压缸的设计、电动机的选择、液压泵的设计有很高的要求，对于液压控制系统也有很高的要求。反向工作弧门启闭机作为水电站的重要配置之一，是一种单吊点立式单向作用液压启闭机，与上、下扉门共用一套启闭机液压系统。毕业设计是培育大学生归纳发挥所学学问和技艺处理问题本领的一个紧要环节，是几年大学教育里面最重要的环节，是对大学生阶段最具有的才略和才能的一个总考验。经过这个测试，不仅使设计能力进步，也是对学生的科研能力的培育（包含实际理论能力，该文献的能力，写作能力），是一个十分难得的机遇。由于自己的知识和履历有限，少些问题考虑不周，毕业设计中难免会有不少不足和错误，也会存在某些考虑不到的地方，望老师指正。目 录摘 要IAbstractII前 言III第一章 绪论1一、弧门启闭机概述1二、弧门启闭机分类1三、弧门启闭机结构1四、弧门启闭机发展现状2第二章 启闭机选型及方案设计3第三章 启闭机设计计算53.1 液压缸和活塞杆主要几何尺寸的计算53.1.1 液压缸内径的确定53.1.2 活塞杆稳定性验算63.1.3 液压缸的有效面积73.1.4 液压缸的行程73.1.5 液压缸缸筒的长度73.2 液压缸和活塞杆结构参数的计算73.2.1 缸筒壁厚的计算和强度校核73.2.2 液压缸油口直径d0 的计算93.2.3 缸底厚度 h 的计算93.2.4 缸头与法兰的联结计算103.2.5 缸头厚度h 的计算113.2.6 法兰直径和厚度的确定123.2.7 缸盖的联结计算123.2.8 缸头直径dg 和缸盖直径dG133.2.9 液压缸主要尺寸的确定143.3 液压缸和活塞杆主要零件的结构、材料及技术要求143.3.1 缸体153.3.2 缸盖153.3.3 活塞163.3.4 活塞杆163.3.5 活塞杆的导向、密封与防尘173.3.6 液压缸的缓冲装置173.3.7 排气装置173.4 液压泵和电动机的设计计算173.4.1 液压泵和电机的选择173.4.2 油箱容积的计算193.4.3 液压启闭机用油量的计算193.4.4 油管管径的计算203.4.5 其它液压元件的选择203.5 液压系统的性能验算233.5.1 管路系统压力损失的验算233.5.2 系统的发热与温升273.5.3 油箱的尺寸设计283.6 液压系统的设计步骤与要求293.6.1 液压系统的设计步骤293.6.2 液压系统的设计要求303.7 液压系统图的拟定303.7.1 液压系统主要参数的确定303.7.2 基本方案的制定313.7.3 液压系统图的绘制34总 结39参考文献40河海大学文天学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论一、弧门启闭机概述二、弧门启闭机分类三、弧门启闭机结构39三、 弧门启闭机发展现状第二章 启闭机选型及方案设计水利水电工程启闭机的种类有很多其中常用的型式有固定卷扬式、螺杆式、液压式以及移动式启闭机。每一种类型的启闭机都有各自的优缺点，以及各自的适用范围。本次设计所用的液压启闭机也被认为是闸门液压启闭机,它是指通过液体的压力能来传递能量，来控制闸门的开启或关闭的一种启闭机。它包括液压传动系统和液压集成系统。由液压泵组、液压缸、活塞杆、油箱及配件等组成。液压启闭机其工作原理是：当液压泵把原动机输出的机械能变为液体压力能， 经过油管道及液压阀进入液压缸，通过液压缸及活塞杆把液体的压力能转变为工 作机的机械能，从而驱使闸门完成开启或关闭等动作。与其它启闭机相比，液压启闭机具有以下优点：(1) 它结构简单，布置紧凑，体积小，重量轻；(2) 液压启闭机比其它的启闭机的承载能力更大，并能够远距离传递动力；(3) 缓冲性能好，传动平稳，调速和换向方便；(4) 液压传动与电气控制相结合，便于实现自动化；(5) 液压元件已经系列化、标准化，设计简单，制造周期短；(6) 液压元件可以自行润滑，经久耐用；(7) 易于防止过载，工作安全可靠。液压启闭机的缺点主要是：活塞杆和液压缸配合精度要求较高，其加工成本也比较高；除此之外， 在密封质量较差的情况下液压油容易渗漏。综合考虑各型启闭机的优缺点、本工程的实际状况以及启闭机设计参数要求， 最终确定本工程启闭机设计方案为单吊点立式单向作用液压启闭机。反向工作弧门液压启闭机为单吊点立式单向作用液压启闭机，与上下、下扉门共用一套启闭机液压系统。二闸首液压系统共设 8 套电动机液压泵组。反向工作弧门液压启闭机主要由电动机液压泵组、主回路插装式液压集成系统、左右反弧门插装式液压集成系统、液压缸、活塞杆、液压管路以及油箱等组成。第三章 启闭机设计计算反向工作弧门启闭机设计计算主要是对电动机、液压泵、液压缸、以及活塞杆等零部件设计计算 。启闭机设计计算主要根据水利水电工程启闭机设计规范（SL41-2011）和水电站机电设计手册金属结构（二）。二闸首液压系统共设 8 套电动机液压泵组（编号为 1#8#），排量均为 100L/min。操作反弧门时，1#电动机液压泵组运行，同时启、闭左右两扇反弧门，2#电动机液压泵组备用。3.1 液压缸和活塞杆主要几何尺寸的计算液压缸的主要几何尺寸，包括液压缸的内径，液压缸的排量，液压缸型号的选择等。活塞杆主要几何尺寸，包括活塞杆的直径，活塞杆抗拉强度等。3.1.1 液压缸内径的确定3.1.1.1 初选液压缸的工作压力由课题初步分析，初步选取液压缸的工作压力为 p = 20MPa 。3.1.1.2 计算液压缸的尺寸F = 630kND =表1.1j和 p 的关系5工作压力p / MPa 1012.5 20 20速度比j1.331.46；22表1.2d 和 D 的关系5j1.151.251.331.462d0.36D0.45D0.5D0.56D0.71D根据系统工作压力20MPa 选取速度比j= 2再根据速度比j选取d 和 D 的关系：d = 0.71DD = 8.09 10 -4 md = 5.75 10 -4 m查机械设计手册，按标准取： D = 250mm ， d = 140mm 3最大行程查机械设计手册，选取最大行程 L = 2650mm 3液压缸的有杆腔工作压力：F = p p2 - d 2 )630kN = p1 4 (Dp2 - 0.142 )1 4 (0.25p1 = 18.7MPa3.1.2 活塞杆稳定性验算因为活塞杆长为2650mm ，而活塞直径为140mm ，= 2650140 = 18.9 10 ，需要对活塞杆进行稳定性验算。活塞杆弯曲失稳临界负荷 FK ,可按下式计算p2 EJ 106BFK =K 2 L 2(N )在弯曲失稳临界负荷 FK 时,活塞杆将发生纵向弯曲。故活塞杆最大工件负荷F 按下式检验。F FKnK式中E 活塞杆材料的弹性模数(MPa) ，钢材： E = 210103 (MPa)J 活塞杆横截面惯性矩(m4) ，圆截面： J =pd 464= 0.049d4 (m4 )K 安装及导向系数nK 安全系数，一般取nKBL 安装距5= 3.5经计算活塞杆稳定性验算合格。3.1.3 液压缸的有效面积根据上面的结果，则液压缸的有效面积为：无杆腔面积 A1 =pD 24= 3.14 0.2524= 490.6 10 -4 m 2有杆腔面积 A2 =p(D 2 - d 2 )4= 3.14 (0.252 - 0.142 )4= 336.8 10 -4 m 23.1.4 液压缸的行程液压缸的行程为 L = 2650mm 。3.1.5 液压缸缸筒的长度液压缸缸筒的长度由液压缸的行程决定，液压缸缸筒长度 L = 2650mm 。3.2 液压缸和活塞杆结构参数的计算3.2.1 缸筒壁厚的计算和强度校核3.2.1.1 壁厚的计算查机械设计手册，由上求得缸体内径标准值250mm ，得中径 D1 = 274.5mm 。可知d= 274.5 - 2503.2.1.2 强度校核= 24.5mm液压缸缸体材料为 ZG310-570 ， 其屈服强度为ss = 310MPa 。容许应力s = ss1.8= 172.2MPa 。校核计算公式为：szh1=szh1 s式中：szh1sz1sh1 液压缸中部缸壁折算应力， MPa 。 纵向应力， MPa 。 环向应力， MPa 。s 容许应力， MPa 。s = 172.2MPa 。sz1 、sh1 分别按下式（9-7-5）、（9-7-6）计算：o = q = P（D2 - d 2）式中：z1dsh14D1d= PD12dP 液压缸内油液压力， MPa 。 P = 18.7MPa 。其余符号见图 9-7-1。液压缸中部缸壁强度复核参数及复核计算成果列于表 9-7-6。表 9-7-6液压缸中部缸壁强度复核参数及复核计算成果s（MPa ）P（MPa ）D（mm ）d（mm ）D 1（mm ）d（mm ）szh1（MPa ）172.218.7250140274.524.593.5壁厚合适。3.2.2 液压缸油口直径d0 的计算d 0 = 0.13 d 式中d0 液压缸油口直径md 液压缸内径 0.25mv 液压缸最大输出速度1m Minv0 油口液流速度3.0 m sd0 = 0.13 0.1m3.2.3 缸底厚度h的计算=0.02m=20mm该液压缸为平形缸底且有油孔，其材料是 45 号钢。h = 0.433 D 式中h 缸底厚度md0 缸底油孔直径mpy 试验压力MPaD 液压缸内径ms 缸底材料的许用应力， ,取安全系数 n=5，则s = sb5= 140MPa 。由于缸的额定压力 Pn = 20MPa 16MPa ，所以取 Py = 1.5Pn = 30MPa 。h = 0.433 0.1m3.2.4 缸头与法兰的联结计算3.2.4.1 联结方式：螺栓联结3.2.4.2 螺栓的设计(1) 计算每个螺栓的总拉力F= 85mmQ630 103选用6个螺栓均布在缸头上，则 F =6(2) 计算直径dN = 105000N6螺栓连接缸头和法兰，变载荷对其有很大的作用，而影响零件疲劳强度的主要是应力幅，所以应满足疲劳强度条件sa =c1c1 + c2 2Fpd sa a-1查机械原理与设计表得公式s = e km s，设螺栓直径 10MPa ,材料选用 45 号无缝钢，并调质到 241-285H，选用法兰式结构进行连接。液压缸的缸体材料选择优质无缝钢管制作，强度较高，对于内径可采用GB1184 中的 H9 的配合要求，表面粗糙度达 Ra0.2。缸口采用法兰连接，法兰材料为 45#锻钢，要求进行正火处理。所有相关焊接均用氩弧焊，焊前预热，焊后局部高温回火去应力处理，并对焊缝进行超声波探伤，按 JB4730-1 级标准验收。3.3.1.2 技术要求（1） 缸体内径采用 H8、H9 配合。因此液压缸采用 O 型橡胶密封，表面粗糙度 Ra 取 0.3m，需珩磨。（2） 缸体内径 d 的圆度公差值取 10 级精度，圆柱度公差值取 8 级精度。（3） 缸体端面 T 的垂直公差值选 7 级精度。（4） 为了防止腐蚀和提高寿命，缸体的表面应镀上厚度为 30-40 的铬层， 镀后进行珩磨或抛光。3.3.2 缸盖3.3.2.1对于液压缸的缸盖材料均用锻焊钢件，所用材料为 45#并经正火处理，注意要在其表面熔堆黄铜、青铜或其他材料。3.3.2.2 技术要求（1） 直径基本尺寸（同缸径） d = 250mm 、D2 （基本尺寸同活塞杆密封圈外径）的圆度公差值选取 7 级精度。（2） D2 与d 的同轴度公差值为0.025mm 。（3） 端面 A、B 与直径d 轴心线的公差值选 7 级精度。（4） 导向孔的表面粗糙度为 Ra0.4m。3.3.3 活塞3.3.3.1 活塞与或是杆的连接形式：螺纹连接3.3.3.2 活塞与缸体的密封：O 型密封圈密封3.3.3.3 活塞的材料：选用 453.3.3.4 活塞的技术要求（1） 活塞外径d活 与对内径d内的径向跳动公差值选取 7 级精度。（2） 端面 T 对内孔d内的轴线垂直度公差值选取 7 级精度。（3） 外径d外的圆柱度公差值选取 10 级精度。活塞所用材料为 45#锻件正火处理加支承环结构（材料为 QA19-4），活塞外径公差为 f8，对于内径可采用基孔制，公差为 H9，其密封面（槽）的加工精度为 h9，粗糙度为 Ra0.8。3.3.4 活塞杆3.3.4.1 活塞杆的端部结构：外螺纹连接3.3.4.2 端部结构尺寸端部为螺纹连接，其活塞杆螺纹尺寸如下： 直径与螺纹 M48，螺纹长为 40。3.3.4.3 活塞杆结构：活塞杆选用实心杆3.3.4.4 活塞杆的材料：45 号钢3.3.4.5 技术要求（1） 活塞杆d活 和d 的圆度公差枝选 10 精度。（2） 活塞杆的圆柱度公差值选取 7 级精度。（3） 活塞杆d活 对d 的径向跳动公差值为 0.01mm。（4） 端面 T 的垂直度公差值选 7 级精度。（5） 活塞杆上的螺纹按 7 级精度加工。（6） 活塞的连接销孔应按 11 级加工，该孔轴线与活塞杆轴线的垂直公差值取 6 级精度。（7） 活塞杆上工作表面的粗糙度为 Ra0.63m。（8） 活塞杆表面防腐采用镀铬工艺，效果较好。3.3.5 活塞杆的导向、密封与防尘3.3.5.1 导向套（2）材料：QA19-4（3）导向套内径的配合，选为 H8/f9，表面粗糙度为 Ra0.63-1.25m。3.3.5.2 密封：选用 O 型密封圈3.3.5.3 防尘：防尘圈3.3.6 液压缸的缓冲装置液压缸中的缓冲装置是为了预防和降低液压运动时的碰撞，经节点产生内压力来抵抗液压推力、惯性力和载荷力，使液压杆的速度下降。在该液压系统中活塞杆的运动速度相对较小，移动惯性一般，可采用固定性的缓冲方式。3.3.7 排气装置若液压系统长时间不工作，系统中的油液在本身重量的作用下并在其他原因的影响下而流出，这种情况下空气进入系统会变得比较容易，一旦液压缸中进入空气或混入空气，这样都会导致液压缸运动不平稳。在液压缸的最高部位设置排气装置可解决这项现象。3.4 液压泵和电动机的设计计算3.4.1 液压泵和电机的选择油泵最高工作压力、最大工作流量，电机功率的计算。3.4.1.1 油泵工作压力计算： 计算公式为：Pc = P + DP式中：Pc 液压泵工作压力要求值，Mpa。P 液压缸额定工作压力，MPa。DP 系统中的总压力损失，MPa。取DP = 0.05P 。液压缸额定工作压力 P 由反弧门的额定启门容量推得：P =630000=18.7MPa0.25p（2502 -1402）故取3.4.1.2 油泵最大工作流量计算： 计算公式为：Qc = K Qi式中：Qc 最大工作流量要求值， l / min 。Qi 同时动作的液压缸需要的最大总工作流量， l / min 。K 系统的泄漏系数。取 K = 1.1。同时动作的液压缸需要的最大总工作流量Qi 取值如下：启门时：闭门时：Qi =1.48410p（2.52 -1.42 ) 4p2.522 =100.0l / minQi =1.019102 =100.0l / min4由计算结果可知，启门、闭门时液压缸需要的工作流量相等，其值均为100.0l / min。3.4.1.3 油泵排量计算q = QMax / n其中： QMax 为油泵最大工作流量。n 为电机工作转速，选用三相异步电机，4 级转速故额定转速n = 1500rpm 。那么： q = 100 1000 /1500ml / rev = 67ml / rev因此：油泵选用 63SCY14-1D 柱塞泵，排量67ml / rev ，排量可调。3.4.1.4 电机功率计算N = P QMax / 60 h其中： h为电机效率取 0.9P 为液压系统油泵出口压力那么: N = 20 100 60 0.9 = 37kW选用： 电机，型号为 YYB225S-4，转速n = 1500rpm电机功率为37kW 。3.4.2 油箱容积的计算油箱的容积计算如下：油箱容积V = 4 (无杆腔容积- 有杆腔容积) 0.55 0.9 。即：V = 4 (pd 2 2) / 4 / 0.55 / 0.9= 1849L选取油箱容积为： 2000L 。3.4.3 液压启闭机用油量的计算液压系统工作用油量=（油箱容积+油缸杆腔容积+管路容积）1.2，即：总V= 1.2 V + (4 + 4 + 6)4p(D 2 - d 2 )L / 4= 1.2 2000 + 2000 +14 p (1002 - 702 ) 1300 10-6 / 4= 4888L 5000L液压系统推荐采用 46#抗磨液压油(L-HM46)3.4.4 油管管径的计算按设计要求，油管内允许流速为： 压力油：VA = 3.0m / s吸油管：VS = 0.8m / s回油管：VB = 2.0m / sDNA = 4.63(Q1 /VA )0.5 = 4.63(18 / 3)0.5 = 11.34mm ，取 DNA = 16mm DNB1 = 4.63(Q2 /VB )0.5 = 4.63(31/ 2)0.5 = 18.22mm ，取 DNA = 22mm DNB 2 = 4.63(Q3 /VB )0.5 = 4.63(62 / 2)0.5 = 25.7mm ，取 DNA = 25mm3.4.5 其它液压元件的选择表 3.4.5液压元件序号代号名称及规格材料数量备注01不锈钢油箱(1600L)焊接件1邵液02Q11F-16P-G3/4球阀DN20成品2奉化0364SCY14-1D轴向柱塞泵(67ml/r)成品2邵阳液压04Y180L-4-B35电机(22KW) 1440r/min成品2南阳电机05LHN-25020F-Y回油滤油器(DC24)成品1黎明06QLS1-1-10吸湿空气滤清器成品1黎明07YWZ-500TA液位液温计成品1远东08WSSX-411(0100%d)电接点双金属温度计L=1200成品209YKJD24-1000-120液位控制器 DC24V L=1200成品1黎明序号代号名称及规格材料数量备注10DBW20-B-2-30/315G24NZ5L电磁溢流阀 DN20成品1液11S20A1-2单向阀成品3液12PPT-1测压排气接头(M10*1)成品18黎明13HFH1-E2-3-P-1.5测压软管(M10*1)成品7黎明14HFH1-P2-3-P-1.5高压软管 L=1.5 二件，L1.2 一件成品3黎明15YN100-III(0-40MPa)耐震压力表成品2无锡海天16XML-B070D2C11+XZ-CC43FCP40B压力控制器成品1旋耐德17XML-B300D2C11+XZ-CC43FCP40B压力控制器成品6旋耐德18DB20-2-30/100YU/2溢流阀 DN20成品1液194WE10J31/CG24NZ5L电磁阀 DN10成品2液20ZDB10VB-2-200/溢流阀 DN10成品2液21Z4S10-13B整流板成品4液222FRM10-21/25调速阀 DN10成品4液23YN100-III(0-4MPa)压力表成品1无锡海天244WE6E61/CG24NZ5L电磁阀 DN6成品2液25Z2FS6-30B叠加式双单向节流阀成品2液26MK6G1.2B/2单向节流阀 DN6成品2液27KHB-M301.5-1212-01X球阀 DN16成品8HYDAC28KHB-M161.5-1212-01X球阀 DN6成品2HYDAC序号代号名称及规格材料数量备注29DBDS10K10/315溢流阀 DN10成品4华德30SL10PB-30/液控单向阀 DN10成品4华德31A-194SP-3000高压软管成品4邵液液压32A-82SP-3000高压胶管成品4邵液液压33f100 /f70 -1300油缸(带防水行程开关)成品434SRY2-220/2电加热器 3KW AC220V成品235KHB-M362-1212-01X球阀 DN20成品4HYDAC36Q41F-16C球阀 DN32成品2奉化37A-224SP-3000高压软管成品4邵液液压38CFF-510100吸油滤油器成品2黎明39WU.I-160100-J加油滤油器成品1黎明表 4.2 易损件汇总表序号代号名称及规格材料数量备注01GB3452.1-92O 型圈 503.55G丁晴橡胶502GB3452.1-92O 型圈 13.52.65G丁晴橡胶503GB1235-76O 型圈 242.4丁晴橡胶203.5 液压系统的性能验算3.5.1 管路系统压力损失的验算根据计算慢下时管内的油液流动速度:4.56 103V慢下 = 60 1.12 3.14159 m / s= 0.2m / s由于供油流量的变化，其快上时液压缸的速度为:v = qpA1185.4 10-3= 60 95.54 10-4 m / s= 0.149m / s=150mm/s 此时，油液在进油管中的流速为:v = qpA85.4 10-3= 1110-3 3.14159 60 m / s= 3.744m / s压力损失主要包括管路的沿程损失p1，管路的局部损失p2 和阀类元件的局部损失p3，总的压力损失为:p=p1+p2+p33.5.1.1 沿程压力损失先要对管中的流态进行初步判别，假设系统采用抗磨液压油型号为 46 号，其工作环境温度为 20-50时，运动粘度g=60 10-6 mm2 s -1 ，1所以有:R = vdeg= 3.744 22 10 -360 10-6mm2 s -1=1373系统使用的紫铜管临界雷诺数为 2000-3000，但是实际流动时的雷诺数为1373，小于 2000-3000，则管中应为层流，则阻力系数:=75/Re=75/1373=0.0546若取油管长度均为 3m，油液的密度为=890kg/m 3 ，则进油路上的沿程压力损失为:Dl r v2pl1 = ld 2= 0.0546 3 890 3.744222 10-3 2Pa=0.464433 105Pa=0.046MPa。3.5.1.2 局部损失液体通过阀口、弯管、通流截面变化等局部阻力处所造成的压力损失。 局部压力损失主要是管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者相对管道的具体结构而定，通常情况下应当取沿程压力损失的 10% 左右，而液压阀的压力损失与通过阀的流量大小有关，假如阀的额定流量和额定压力损失为 qn 和Dpn ，则当通过阀的流量为 q 时的阀的压力损失为Dpv 为 q 2n DPv = DPn q 本系统中主要有手动换向阀、液控单向阀和液压缸，依据各个产品的参数（如前表），可知，各个阀的压力损失计算如下： q换2DP= DP v换nqn 换 85.4 2= 0.01 MPa 31.5 = 0.0735MPaDpv= DPn 单 q 单 q n 单 31.5 2= 0.01 63 MPa= 0.25MPa液压缸快下时回油路上的流量为:q= q进 A回A回进= 25.68 29.688 L95.54Min则回油路管中的流速为:= 7.977L / Minv = q 回A7.977 10-3= 60 3.14159 112 10-6 m s可算出:= 0.35m / sR = vdeg=0.35 22 10-3/60 10-6=128.3=75/Re=75/128.3=0.542所以回油了路上的沿程压力损失为:Dpl 回 =llrv22d= 0.542 3 890 0.35222 10-3 2MPa3.5.1.3 总的压力损失由上面的计算所得可求出：= 0.004MPaSDp = Dp1 + Dp2 + Dp3= 0.046 + (0.0735 + 0.005) + 0.004MPa= 0.129MPa开始假设SDP = 0.4MPa ，与原计算结果之间的差异较小，所以不需要修改。3.5.2 系统的发热与温升系统在工作时产生德尔压力损失、容积损失和机械损失所消耗的能量很多会转化为热能。尤其是液压系统，系统在发热的情况下使油温升高，这样会使油的粘度下降、油液变质，对正常的工作产生很大的影响。所以，温升一定要控制在在容许的范围内，在一般情况下工程机械和机车车辆应控制在T=35-40。然而该系统中发热的元件主要是液压缸、液压泵、溢流阀和单向阀，散热的元件主要有油箱，系统在一段时间后，发热与散热在理论上会相等，即达到热平衡。3.5.2.1 系统发热量的计算根据以上的计算可知：在快下时电动机的输入功率为:PP = PP qP /hP=4.11 106 25.68 10-3/60 0.85w=2069.5w在慢下时电动机的输入功率为PP = PP qP /hP111=4.11 106 4.56 10-3/60 0.85w=367.5w而快下时的有用功率为P1 = P1q1 /h1慢下时的有用功率为=4.11 106 25.68 10-3/60w=1544.83wP2 = P2 q2 /h2=4.11 106 4.56 10-3/60w=274.36w因此，快下的功率损失大于慢下的功率损失，热平衡的校核需要用较大的值。3.5.2.2 系统的散热计算液压系统的散热方式主要有油箱表面和油管表面，然而在本系统中只须考虑油箱表面的散热即可。6在单位时间内，油箱的散热量为 H 0 = hADt ，假设油箱的三个边的比例为 a： b：h=1：1.5：2.5，则散热面积为:A = 0.0653 V 2= 0.0653 169.52 m2= 1.99m2式中h 是散热系数，取1510-3 kW /(m2 ) 。系统的温升为Dt ，其值是系统热平衡的温度和环境温度之差，若油液的最高工作温度为 60，其工作的环境温度为 40，则Dt = (60 - 40)= 20可求出:0H = 1.99 1510-3 20kW = 0.6kW3.5.2.3 系统热平衡温度的验算当系统达到热平衡的时候有： H = H 0 ，即Dt = HhA=0.52471510-3 1.992= 17.6结果60 摄氏度，没有超出允许范围。3.5.3 油箱的尺寸设计由以上的计算结果对散热面积的要求，对油箱的尺寸大小进行计算。根据要求先对油箱的长、宽、高进行假设分别为a ，b 、h 。在通常情况下， 油的高度可视为箱高的 0.8 倍，即0.8h ，与油直接接触的表面算全散热，半散热表面是与油不直接接触的表面，其外形如下图所示：根据以上所计算出的油箱的容积V = 1600L 和散热面积 A = 1.99m2 ，查机械设计手册，所用公式：V = 0.8a b hmm3 V=0.8a b h mm3A = 1.8h (a + b) +1.5abm2和长、宽、高的比例a ：b ： h =1：2.5：1.5，将两者的方程进项合并求解， 可得a = 950mm b = 1400mm h = 1240mm3.6 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重要组成部分，同时液压传动系统的设计要同应与主机的总体设计同时进行。在本次设计开始时，一切要从实际出发，将各种传动形式有效的结合起来，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。3.6.1 液压系统的设计步骤液压系统的设计步骤在顺序上没有什么严格的要求，各个步骤之间都要相互穿插进行。通常情况下，在设计要求被确定以后，具体可按以下步骤进行。（1） 确定液压执行元件的形式；（2） 进行式况分析，确定系统的主要参数；（3） 制定基本方案，拟定液压系统原理图；（4） 选择液压元件；（5） 液压系统的性能验算；（6） 绘制工程图，编制技术文件。33.6.2 液压系统的设计要求众所周知设计要求是进行每项设计的依据。一旦基本方案制定以后，在进行进一步着手液压系统各部分设计之前，必须了解设计要求以及与该设计内容有关的其他方面的知识。（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） 对调整范围、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。33.7 液压系统图的拟定3.7.1 液压系统主要参数的确定对工况进行分析，可看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况， 可以给系统及各执行元件的参数提供依据。液压系统的设计的主要参数是对压力和流量的计算，它们是设计液压系统， 选择液压元件的主要依据。压力由外载荷决定。流量取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。表 3.1 主要技术参数序名称参数备注号1最大启门力630KN2最大闭门力自重闭力3工作行程2650mm4油缸内径250mm5活塞杆直径140mm6油泵63SCY14-1D邵 液7电动机(满足 SL41)YYB225S-437KW1500rpm8有杆腔计算压力18.7Mpa9闸门关闭时间约 17min01闸门开启时间约 17min11系统压力等级20MPa3.7.2 基本方案的制定（1） 制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统， 大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。（2） 制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油， 而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。（3） 制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。（4） 选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。本液压控制系统包含下述功能：一次、二次安全调压保护，分别满足启门和闭门打开液控单向阀的压力控制要求，并起安全保护作用。方向控制，实现启门和闭门动作，在此功能里设置了消除换向冲击的功能，使闸门启、停平稳。任意位置锁定，在任何开度均通过装于油缸上的专用阀组实现安全锁定，防止任何意外事故对闸门系统产生影响。双缸启、闭门同步功能，通过流量调速阀分别控制两只油缸的油量，如果两侧油缸在运行中产生了偏差，纠编仪将发出偏差信号，相应的电磁铁得失电，把相对快速的油缸的多余流量放掉一部分，从而控制两油缸的流量， 进而消除偏差，此过程全程跟踪，保证两只油缸启、闭门同步，偏差20mm。系统采用流量调速阀来控制液压启闭机两侧油缸的进出流量，实现同步运行和纠偏。同时并联手动流量控制阀，便于设备调试和检修时操作油缸和闸门，最大程度地保证了闸门的安全和稳定运行。3在本次设计中，液压系统及电气控制系统关键元器件均采用国际和国内知名先进品牌的各类液压、电气元件、辅件和技术。本次设计全面满足要求的各项标准、规范要求，同时参考国际标准，对产品进行全面的优化设计。3.7.3 液压系统图的绘制整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去掉重复多余的元件，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。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。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（如压力表、温度计等）。大型设备的关键部位，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。3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。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。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。本液压系统原理图如下：8 液压系统的动力控制：（参见液压原理图 YYZ-0-101）本液压控制系统由两台泵组供油，在通常情况下互为备用，同时启动两台油泵可以同时开启两条门。在设备初次调试前，请检查液压系统的各溢流阀、各安全溢流阀、各减压阀的调压手柄，确定都处于松开状态。确定油箱内已加满液压油；拆开主油泵泄油胶管，从油泵泄油口加入清洁的液压油，直至充满壳体，装上主油泵泄油胶管；拆下电机的防护罩，按顺时针方向手动盘车 2030 圈，排尽油泵吸油区的空气，装上防护罩；点动主油泵电机， 确定电机旋转方向正确。按原理图要求连接好缸旁锁紧块、工作油缸，启动任意一台电机，空载运行 5 分钟，确定电机油泵运行正常后，让电磁铁 YV1 得电，调节溢流阀（件号 11） 使压力表 1 显示压力为 1 Mpa 后，让电磁换向阀(件号 20.1)电磁铁 YV3 得电， 调节回油背压溢流阀（件号 19），控制压力表 2 显示压力为 0.3Mpa，锁紧调节螺母，然后电磁溢流阀(件号 11)和溢流阀(件号 21.1)配合调压，使溢流阀(件号21.1)工作压力为 7Mpa(压力表 1 显示)；让电磁铁 YV1、YV2 得电、YV3 失电，逐级调电磁溢流阀（件号 11）和锁紧阀块上安全溢流阀（件号 30.1、30.2），使安全溢流阀溢流压力为 19Mpa注意调整左油缸锁紧块时必需将右缸压力油入口的球阀(件号 28.1)关紧，调整右油缸锁紧块时必需将左缸压力油入口处球阀(件号28.2)关紧，两处压力调好后打开球阀；最后先松开电磁溢流阀(件号 11)手柄，让电磁铁 YV2、YV3 失电、YV1 得电，逐级调节电磁溢流阀(件号 11)溢流阀控制压力为 18 Mpa，配合调节工作油泵手动变量，使工作泵组输出压力和流量合符工况要求的压力油(系统流量满足开关闸速度 0.5m/min 以上)，锁紧所有压力阀上调节螺母。这样便完成 1#工作油泵和 1#油缸组的压力调试。用同样的方法启动 2#油泵电机组，调节 2#油缸阀组压力控制元件，其调节方法与 1#油缸组一样。用户可根据原理图要求调节好每个压力控制元件的发信点，当所处点压力降低或升高至压力控制器的调定压力时，压力控制器会发出报警信号，实现系统各点压力控制。缸旁锁紧阀块在液压系统中同时起保压和安全作用，当液控单向阀的控制油被切断时，阀门可实现任意位置停；当有杆腔压力出现事故压力时，安全阀便迅速打开溢流，从而保护整个系统受损。液压系统动作说明（参见液压原理图 YYZ-0-101）本系统含二组工作油缸，其工作原理一样，下面以 1#油缸组为例作动作说明。系统压力流量输出正常后， 让电磁换向阀（件号 20.1）电磁铁 YV2 得电、YV3 失电，压力油经过电磁换向阀(件号 20.1)，分两股进入二个调速整流装置(件号 22、23 组合)，通过截止阀、锁紧块进入油缸有杆腔；两处无杆腔油液经截止阀(件号 36.1、36.2)后合成一股，通过回油背压阀 19、回油滤油器回油箱，这样便实现阀门提升动作；让电磁换向阀电磁铁 YV3 得电、YV2 失电，压力油经换向阀 (件号 20.1)分两路经单向节流阀(件号 27.1)进入油缸锁紧块成为控制油打开锁紧块上液控单向阀(件号 31.1、31.2)， 有杆腔油液经锁紧块、截止阀、调速整流阀、电磁换向阀、截止阀(件号 36.1、36.2)进入油缸无杆腔，油缸靠自重下行，如果无杆腔出现负压，无杆腔可通过单向阀(件号 12.3)从油箱补油， 这样便实现关门动作。速度及同步控制（参见原理图 YYZ-0-101）二组油缸控制方法一样，下面以 1#油缸组为例来说明。工作油缸动作正常后，在阀门开启、关闭过程中，调节左、右两路调速整流装置上调速阀（件号 23.1、
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