《液壓課設 液壓啟閉機的液壓系統(tǒng)設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《液壓課設 液壓啟閉機的液壓系統(tǒng)設計（24頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 《液壓與氣壓傳動》課程設計 學號 姓名 年級專業(yè) 指導教師： 錢雪松 內容：設計計算說明書 1份 20 頁 液壓系統(tǒng)原理圖 1張

2、 河海大學機電工程學院2011-2012學年第二學期 《 液壓與氣壓傳動》課程設計任務書5 授課班號138101/2 年級專業(yè)2009機自 指導教師 錢雪松 學號 姓名 課程設計題目5 設計一臺液壓啟閉機液壓系統(tǒng)，其主要技術要求如下：啟閉力50T，行程8000mm，往返速度4000~10

3、000mm/min，加減速時間為1秒，雙缸，用同步回路，垂直液壓缸。 1. 課程設計的目的和要求 通過設計液壓傳動系統(tǒng)，使學生獲得獨立設計能力，分析思考能力，全面了解液壓系統(tǒng)的組成原理。 明確系統(tǒng)設計要求；分析工況確定主要參數(shù)；擬訂液壓系統(tǒng)草圖；選擇液壓元件；驗算系統(tǒng)性能。 2. 課程設計內容和教師參數(shù)（各人所取參數(shù)應有不同） 其主要技術要求如下：啟閉力50T，行程8000mm，往返速度4000~10000mm/min，加減速時間為1秒，雙缸，用同步回路，垂直液壓缸。 4. 設計參考資料（包括課程設計指導書、設計手冊、應用軟件等） l 章宏甲 《液壓傳動》 機械工業(yè)出版社

4、 2006.1 l 章宏甲《液壓與氣壓傳動》機械工業(yè)出版社 2005.4 l 黎啟柏 《液壓元件手冊》冶金工業(yè)出版社 2002.8 l 榆次液壓有限公司 《榆次液壓產品》 2002.3 課程設計任務 明確系統(tǒng)設計要求；分析工況確定主要參數(shù)；擬訂液壓系統(tǒng)草圖；選擇液壓元件；驗算系統(tǒng)性能。 5.1設計說明書（或報告） 分析工況確定主要參數(shù)；擬訂液壓系統(tǒng)草圖；選擇液壓元件；驗算系統(tǒng)性能。 5.2技術附件（圖紙、源程序、測量記錄、硬件制作） 5.3圖樣、字數(shù)要求 系統(tǒng)圖一張（3號圖），設計說明書一份（2000~3000字）。 6. 工作進度計劃 起止日期

5、 工作安排 完成情況 1~2 分析工況確定主要參數(shù) 3~4 擬訂液壓系統(tǒng)草圖 5~6 選擇液壓元件；驗算系統(tǒng)性能 7 答辯，交卷 3. 設計方式 手工 4. 設計地點、指導答疑時間 待定 9.備注 目　　錄 1 液壓系統(tǒng)的設計步驟與要求……………………………………1 1.1 液壓系統(tǒng)的設計步驟………………………………………1 1.2 液壓系統(tǒng)的設計要求………………………………………2 2 液壓系統(tǒng)的分析…………………………………………………3 2.1 液壓系統(tǒng)主要

6、參數(shù)的確定…………………………………3 2.2負載分析和負載圖、速度圖的繪制………………………4 2.3液壓系統(tǒng)圖的擬定…………………………………………6. 3 油缸內徑及活塞桿直徑的確定…………………………………8 3.1 油壓的確定…………………………………………………8 3.2 確定油缸內徑D 活塞桿直徑d …………………………8 4 液壓元件的選擇 ………………………………………………10 4.1 液壓泵和電機的選擇………………………………………10 4.2 油箱容積和尺寸的確定……………………………………11 4.3 液壓系統(tǒng)所用油液的選用………………………………

7、…12 4.4 油管管徑的確定……………………………………………13 4.5閥類元件及輔助元件的選擇………………………………15 5 液壓系統(tǒng)性能的驗算……………………………………………16 5.1 驗算系統(tǒng)壓力損失…………………………………………16 5.2 油液溫升驗算………………………………………………18 1 液壓系統(tǒng)的設計步驟與要求 液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際出發(fā)，有機地結合各式各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結構簡單工作可靠，成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓

8、傳動系統(tǒng)。 本次設計主要是啟閉機液壓系統(tǒng)的設計。綜合考慮弧形工作閘門液壓啟閉機油缸務必垂直布置，兩端鉸鏈連接，并且在油缸的上端吊頭與埋件軸以及下端吊頭與閘門吊耳連接處內裝自潤滑球面滑動軸承，滿足使油缸自由擺動，并可以消除啟閉機或閘門由于安裝等誤差造成的對油缸的不利影響。油缸與管路之間采用硬管連接。 1.1 液壓系統(tǒng)的設計步驟 液壓系統(tǒng)的設計步驟并無嚴格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設計要求之后，大致按如下步驟進行： （1）進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； （2）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖； （3）選擇液壓元件； （4）確定液壓執(zhí)行元件的形式； （5

9、）液壓系統(tǒng)的性能驗算。 1.2 液壓系統(tǒng)的設計要求 設計要求是進行每項工程設計的依據(jù)。在制定基本方案并進行進一步著手液壓系統(tǒng)各部分設計之前，必須把設計要求以及與該設計內容有關的其他方面了解清楚。 （1）主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等； （2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關系如何； （3）液壓驅動機構的運動形式，運動速度； （4）各動作機構的載荷大小及其性質； （5）對調速范圍、運動平穩(wěn)性、轉換精度等性能方面的要求； （6）自動化程度、操作控制方式的要求； （7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求； （8）對效率、成本等方面的

10、要求。 本液壓系統(tǒng)的設計、制造，主要用于控制弧形閘門啟閉機油缸開啟和關閉的液壓系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有結構緊湊、布局美觀、性能可靠、能耗低的優(yōu)點，其油缸工況符合用戶提供的原理要求。 本套液壓系統(tǒng)配有壓力控制器(XML)、電接點溫度計(WSSX)、液位控制器(YKJD24)，可對系統(tǒng)壓力、油液溫度及液位高度實現(xiàn)自動控制。在閘門啟閉過程中，閘門開度及行程實行全程控制，通過電器、液壓動作進行同步控制，實現(xiàn)自動調整同步。 2 液壓系統(tǒng)的分析 2.1 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)及各執(zhí)行元件的參數(shù)提供依據(jù)。 液壓系統(tǒng)的主要參

11、數(shù)是壓力和流量，它們是設計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于執(zhí)行元件的運動速度和結構尺寸。 主要技術參數(shù) 序號 名稱 參數(shù) 備注 1 最大啟門力 2×252.5KN 2 最大閉門力 2X252.5KN 3 工作行程 8000mm 4 油缸內徑 200mm 5 活塞桿直徑 160mm 7 有桿腔計算壓力 20Mpa 8 閘門關閉時間 80s 9 閘門開啟時間 80s 10 系統(tǒng)壓力等級 25MPa 2.2負載分析和負載圖、速度圖的繪制 2.2.1負載

12、分析 工作負載 液壓啟閉機在啟動或者關閉閘門時的工作載荷主要為克服閘門的自重。本設計的設計啟閉力為50T,故單根液壓缸的工作載荷為25T. 即， Ft=250000N 慣性荷載 阻力負載 此系統(tǒng)的液壓缸在豎直方向上工作，摩擦阻力很小，故不予以考慮。 由以上得出此液壓系統(tǒng)液壓缸在個工作階段的負載如下表： 工 況 負載組成 負載值F 開啟階段 加速 F= Ft+Fm 252000 勻速 F= Ft 250000 減速 F= Ft-Fm 247500 閉合階段 加速 F

13、= Ft-Fm 247500 勻速 F= Ft 250000 減速 F= Ft+Fm 252000 2.2.2負載圖和速度圖的繪制 由系統(tǒng)參數(shù)知，行程8000mm，往返速度6000mm/min，啟閉加減速時間為1秒。故可知加減速時間為1秒，勻速運行時間為78秒，加減速行程為0.1米，勻速行程為7.8米。負載圖和速度圖如下： 2.3液壓系統(tǒng)圖的擬定 2.3.1液壓回路的選擇 由于液壓缸在啟動和制動閘門時要避免過大的沖擊力，所以液壓缸的速度是變化的，因此要選用調速回路來確保液壓缸的啟閉速度在合理的范圍內。 在提升和閉合的過

14、程中，最重要的是要保持兩個液壓缸的同步，使閘門在工作時能始終保持合理的姿態(tài)。因此系統(tǒng)必須采用同步回路來確保兩只液壓缸的同步運行。 當閘門在提升到最高位置時，要保證閘門不突然掉下來，下降時要慢慢降下來，因此系統(tǒng)必須保持一定的壓力，故要選用保壓回路來保證系統(tǒng)在一定的壓力下運行。 2.3.2系統(tǒng)圖的繪制 啟閉機的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要力求系統(tǒng)結構簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關系，避免誤動作發(fā)生。盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)工作效率。為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設必要的檢測元件，關鍵部位要附設備用件，以便意外事件發(fā)生時能迅速更換，

15、保證主要部件連續(xù)工作。 各液壓元件盡量采用國產標準件，在圖中要按國家標準規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。系統(tǒng)圖中應注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。 液壓系統(tǒng)原理圖見附錄。 3 油缸內徑及活塞桿直徑的確定 3.1 油壓的確定 根據(jù)本設計的使用場合和工況，系統(tǒng)油壓按31.5MPa控制，油缸工作油壓按20MPa控制。 3.2 確定油缸內徑D活塞桿直徑d 由于本系統(tǒng)油缸是單側進出油，有桿端是工作高壓腔，初步考慮油缸截面

16、積和活塞桿截面積的差△A 即可，故只需選取油缸內徑或者活塞桿直徑。 由 P= △A = 即 20X106 = 得 △A=0.0125m2 選取活塞桿直徑 d=160mm 則 12500= 得 D=203mm 故選取 D=200mm 3.2.1 強度要求 要是油缸能夠安全的工作，則必須保證油缸個部件的強度在安全的范圍之內。 由 σmax=≤[σ] 設活塞桿最小截面積處直徑為d0 處直，則有： σmax= ≤[σ] 故 d

17、 0 ≥ 活塞桿的材料為40Cr，熱處理方法為調質，查的其需用應力為785MPa。 帶入上式，得： D0 ≥ 故， d0 ≥100.7 mm ， 初選直徑符合要求。 3.2.2 長細比要求 根據(jù)水利水電工程啟閉機設計規(guī)范H.6.4.1 B＞0.4 則， L0=μL1 μ= l1= I2= 得 μ=0.55 L1 為活塞桿展開全長 L1 、L2 分別為活塞桿和油缸缸體斷面的慣性矩m m4。 λ=≤250 故， d ≥ D ≥=140mm 選取的直徑符合長細比要求。 4

18、 液壓元件的選擇 4.1 液壓泵和電機的選擇 4.1.1液壓泵的選用 設計要求活塞桿的推進速度為V=6m/min，則單缸每分鐘流量為Q=V*As*t 得 Q=2Q 0=2×6m/min×(0.22-0.162) =135.6L/min 油缸工作壓力為20MPa ， 故選用額定工作壓力為31.5 MPa 、最高工作壓力為40MPa 的柱塞泵，其型號為1 6 0 *CY14-1B ，公稱排量164.7mL/r,額定轉速為1000r/min 。 4.1.2電機的確定 由公式： P= ; 式中： PN 為液壓泵的額定壓力（Pa）；

19、 QN 為液壓泵的額定流量（m3/s）； ηp 為液壓泵的總效率，從規(guī)格中查??； ψ為轉換系數(shù)，ψ==,Pm a x 為液壓泵的最大工作壓力。 得： P=122KW 因為泵的額定轉速為1000r/min,故選用315L2型三相異步電機，其額定功率為132KW，同步轉速為1000r/min。 4.2 油箱容積和尺寸的確定 油箱容量的確定，要考慮工作循環(huán)中的油液溫升、運行中的液位變動、調試與維護管路及執(zhí)行元件灌油、循環(huán)油量、液壓油液壽命等因素。按照經驗法則，固定設備用油箱的容量應是系統(tǒng)液壓泵 3～5min的輸油量，行走設備為0

20、.5～1.5min的輸油量。 在初步設計油箱時，其有效容量可按下述經驗公式確定 即： V=mQp 式中： m ——系數(shù)，m 值的選??；低壓系統(tǒng)為m = 2 ～4 ，中壓系統(tǒng)為m =5 ～7 ，中高壓系統(tǒng)或高壓大功率系統(tǒng)為m =6 ～1 2 ； Qp——液壓泵的流量。 故油箱的容積計算如下： V=8Q=6×164.7Ml/r×1000r/min=988L 選取油箱容積為： V=1000L 由標準郵箱外形尺寸可得，郵箱的外形尺寸為：b1=1065mm ，b

21、2=965mm ， l1=2014mm ， l2=1774mm ， h=550mm 近似油液深度為4 75mm。 4.3 液壓系統(tǒng)所用油液的選用 對各類液壓系統(tǒng)，選擇工作介質需要考慮下列因素:（GB7631.2 ） 選擇原則 考慮因素 1.液壓系統(tǒng)的環(huán)境條件 是否要求抗燃性（燃點、自然點） 消除噪聲能力（空氣溶解度、消泡性） 廢液處理及環(huán)境污染要求的毒性與氣體 2.液壓系統(tǒng)的工作條件 使用壓力范圍（潤滑性、極壓承載力） 使用溫度界限（粘度、粘溫特性、熱穩(wěn)定性、低溫流動性） 轉速（氣蝕、對軸承面浸潤力） 3.工作介質的質量 物理化

22、學指標 對金屬和密封件的適應性 防銹、防腐蝕能力 抗氧化穩(wěn)定性 剪切穩(wěn)定性 4.經濟性 價格及使用壽命 維護保養(yǎng)的難易程度 綜合考慮上述各因素，液壓系統(tǒng)選用4 6# 抗磨液壓油(L-HM46)。 4.4 油管管徑的確定 管道及接頭用以把液壓元件連接起來，組成一個完整的系統(tǒng)。正確的選擇管道和管道接頭，對液壓系統(tǒng)的安裝、使用和維護都有著重要意義。在設計管道時，管徑應適當、管線應最短，管道彎頭、接頭應盡量少、以減少系統(tǒng)的壓力損失。同時，管道的連接必須牢固可靠，防止振動松脫，并且要便于調整和維護。 連接各元件間的管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、出油則按輸入、排出

23、的最大量計算。本系統(tǒng)液壓缸在各階段的進、出油量數(shù)值如下表： 流量、流速 加速 勻速 減速 輸入流量（L/min ） 0 →67.6 67.6 67.6 →0 排出流量（L/min ） 0 →188.4 188.4 188.4 →0 運動速度（m/min） 0 →6 6 6 →0 根據(jù)上表中的數(shù)值，當壓力管中的流速取5 m/min 時， 按式： 式中： d——管道內徑； q——館內流量； v——管中油液的速度，吸油管取0.5 ～1 .5m/s，壓油管取2 .5 ～5 m/s

24、，回油管取1. 5 ～2.5 m/s，短管及局部收縮處取5 ～7 m/s 。 算得與液壓缸有桿腔和無桿腔相連油管的內徑分別為： 按GB/T2351-2005選用兩管的公稱通徑分別為：d 1=20mm ， d2=65mm 。 4.5閥類元件及輔助元件的選擇 根據(jù)閥類及輔助元件所在油路中的最大工作壓力和通過該元件的實際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見下表： 序號 元件名稱 估計通過流量（L/min ） 額定流量（L/min ） 額定壓力（MPa ） 型號、規(guī)格 1 液壓泵 164.7 31.5 160*CY14

25、-1B 2 溢流閥 29.1 2 ～1250 20 Y2 型 3 單向閥 135.6 12 ～190 20 DT8P1 4 三位四通電磁閥 135.6 170 ～1100 20 WEH 5 節(jié)流閥 30.3 4 ～200 31.5 LA 型 6 單向閥 67.8 12 ～190 20 DT8P1 7 調壓閥 67.8 20 8 流向調整板 37.5 10 ～160 20 Z4S 型 9 兩位兩通電磁閥 30.3 170 ～1100 31.5 WEH 10 調壓閥 135.6 20

26、 5 液壓系統(tǒng)性能的驗算 5.1 驗算系統(tǒng)壓力損失 由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面的估算，故只能先按式： 估算閥類元件的壓力損失，待設計好管路布局圖后，加上管路的管路的沿程損失和布局損失即可。壓力損失的驗算應按一個工作循環(huán)中不同階段分別進行。 5.1.1 啟門階段 ①加速階段 油缸加速啟動時，進油路由油泵1 、單向閥3 、電磁閥4（左位）、流向調整板 8 、單向閥6 、油缸有桿腔組成。因此進油路的總壓降為： =（0.102+0.014+0.088+0.092 ）MPa =0.296MPa 此值不大，故能使油缸

27、得到設計的工作壓力。 ②勻速提升階段 油缸勻速運行時，進油路由液壓泵1、單向閥3、換向閥4（左位）、流向調整板8、單向閥6、油缸有桿腔和調壓閥10、換向閥9（左位）、節(jié)流閥5、油缸有桿腔兩條組成。因此進油路的總壓降為： =（0.102+0.014+0.088+0.092+0.138+0.020+0.018 ）M Pa =0.472MAa 此值很小，故選取的元件符合要求，能使油缸得到設計的工作壓力值。 ③減速階段 油缸加速制動時，進油路和加速啟動階段相同，故其損失也相同 即： 0.296MPa 5.1.2 閉門階段 由于

28、閘門的自重較大，所以閉門階段油泵處于卸荷狀態(tài)，只 要控制液壓缸有桿腔的排油流量，即可控制閉門速度。 5.2 油液溫升驗算 啟閉機在工作時，開啟時間和關閉時間均為80 秒，勻速運行時間為78 秒，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液的溫升可用勻速運行是的情況來計算。勻速運行時單根液壓缸的有效功率（系統(tǒng)的輸出功率）為： 即，系統(tǒng)的輸出功率為5 0 KW. 此時，液壓泵通過單向閥3 、換向閥4（左位）、流向調整板8、單向閥6 、和調壓閥1 0 、換向閥9（左位）、節(jié)流閥5 、向油缸有桿腔供油。所以油泵的總輸入功率（即系統(tǒng)的輸入功率）為：

29、由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為： 按式： 得： ℃ 可以看出系統(tǒng)的溫升很小，此液壓系統(tǒng)不需要冷卻措施。 參考文獻 [1] 劉新德主編.袖珍液壓氣壓手冊（2版）.北京：機械工業(yè)出版社，2004.1 [2] 王積偉，張宏甲主編.液壓傳動.北京:機械工業(yè)出版社,2000.12 [3] 周開勤主編.機械零件設計手冊(第5版).北京:高等教育出版社,2001 [4] 煤炭工業(yè)部主編.液壓傳動設計手冊.上海:上?？茖W技術出版社,1981.4 [5] 雷天覺主編.新編液壓工程手冊.北京:理工大學出版社,1998 [6] 姜繼海,宋錦春,高常識主編.液壓與氣壓傳動.北京:高等教育出版社,2002.1 20