FGY1D液壓站的設(shè)計(jì)含46張CAD圖
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一、選題依據(jù)
1.論文(設(shè)計(jì))題目
FGY1D 液壓站設(shè)計(jì)
2.研究領(lǐng)域
液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的一種傳動(dòng)形式,它通過能量轉(zhuǎn)換裝置(如液壓泵),將原動(dòng)機(jī)(如電動(dòng)機(jī))的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能,然后通過封閉管道、控制元件等,由另一能量裝置(如液壓缸、液壓馬達(dá))將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,以驅(qū)動(dòng)負(fù)載和實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
液壓站是由電機(jī)帶動(dòng)油泵旋轉(zhuǎn),泵從油泵中吸油后打油,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能,液壓油通過集成塊(或閥組合)被液壓閥實(shí)現(xiàn)了方向、壓力、流量調(diào)節(jié)后經(jīng)外接管路傳輸?shù)揭簤簷C(jī)械的油缸或油馬達(dá)中,從而控制了液動(dòng)機(jī)方向的變換、力量的大小及速度的快慢,推動(dòng)各種液壓機(jī)械做功。FGY1D 液壓站是礦井主天輪制動(dòng)裝置的一種動(dòng)力裝置,完成這一選題具有一定的實(shí)際意義,通過本題目的實(shí)踐可提高我的實(shí)際工作能力和一定的創(chuàng)新能力。
4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢
液壓站具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境污染小等其他設(shè)備不可替代的性能特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、國防、電力電子、塑料、機(jī)械、冶金和輕工等國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國以液壓站為主要產(chǎn)品的設(shè)計(jì)部門和生產(chǎn)廠已達(dá)百家之多,但 CAD 得應(yīng)用情況卻令人失望。液壓站設(shè)計(jì)與制造業(yè)的整體技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工業(yè)發(fā)達(dá)國家,使國際市場的激烈競爭和我國落后的設(shè)計(jì)水平這一矛盾日趨尖銳。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)設(shè)計(jì)手段
國內(nèi)液壓站的主要設(shè)計(jì)單位,包括占主導(dǎo)地位的第一重型機(jī)械集團(tuán)公司設(shè)計(jì)院在內(nèi)的一些大型設(shè)計(jì)院所,其設(shè)計(jì)工作仍然是以圖板作業(yè)為主,設(shè)計(jì)工作的好壞完全取決于設(shè)計(jì)人員的技術(shù)素質(zhì)和工作狀態(tài)。因此,設(shè)計(jì)質(zhì)量(包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等)和設(shè)計(jì)效率低、設(shè)計(jì)周期長。同時(shí),落后的設(shè)計(jì)手段也給報(bào)價(jià)工作帶來了許多不便,如報(bào)價(jià)書編制時(shí)間長、報(bào)價(jià)偏差大等。所有這些,都在不同程度上影響著一個(gè)企業(yè)的競爭能力。
(2)分析理論
近十幾年來,雖然在某些有條件的設(shè)計(jì)院所,對(duì)液壓站的關(guān)鍵零部件也能做一些有限元結(jié)構(gòu)分析,但是由于設(shè)計(jì)手段落后,這些分析結(jié)果在設(shè)計(jì)中未能起到應(yīng)有的作用。所以,液壓站本體設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、剛度以及整體工作性能分析,仍然是以材料力學(xué)為依據(jù),甚至僅憑經(jīng)驗(yàn)和直覺。用材料力學(xué)解決這樣復(fù)雜的實(shí)際問題,不得不把空間問題簡化為平面問題,這樣就極大地偏離了實(shí)際情況。為此,人們不得不把材料的許用強(qiáng)度降低,以犧牲結(jié)構(gòu)的合理性來換取結(jié)構(gòu)的安全性。由于科技含量相對(duì)低,所以與日本同類產(chǎn)品比較,就顯得結(jié)構(gòu)龐大、笨重,同樣能力的設(shè)備,其重量一般都要高出 10%~20%。且其成本競爭力也完全處于劣勢。
(3)外觀造型
設(shè)備外觀造型問題,只是在最近幾年才引起人們的重視,剛剛在設(shè)計(jì)人員的頭腦中形成了一種意識(shí)。由于缺乏造型手段,這種意識(shí)最終也只能變成一種設(shè)計(jì)人員的個(gè)人行為。設(shè)計(jì)者各自為陣,各行其是,根本就談不上以此來塑造一個(gè)企業(yè)的風(fēng)格和特征。產(chǎn)品的外觀造型缺少科學(xué)與藝術(shù)方面的考慮,也是產(chǎn)品缺乏競爭能力的一個(gè)重要因素。
可以進(jìn)行高度集成和全自動(dòng)控制,可以根據(jù)具體的空間作出相應(yīng)的形狀,廣泛應(yīng)用于各種場合的液壓動(dòng)力傳動(dòng)中?,F(xiàn)在的液壓站向小型高壓大流量發(fā)展,將來的趨勢就是高度自動(dòng)化,機(jī)電液一體實(shí)現(xiàn)智能化。
二、論文(設(shè)計(jì))研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題
(1) FGY1D 液壓站液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(2) FGY1D 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路)
(1) FGY1D 液壓站的功用分析
(2) FGY1D 液壓站液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(3) FGY1D 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果
(1)確定整個(gè) FGY1D 液壓站液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
(2)確定 FGY1D 液壓站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
(3)完成 FGY1D 液壓站總裝配圖
(4)完成主要部件圖:電液調(diào)壓裝置、液壓站二級(jí)制動(dòng)集油路、安全制動(dòng)裝置、蓄壓器裝置
(5)撰寫詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明書
三、論文(設(shè)計(jì))工作安排
1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù));
(1)查閱相關(guān)資料,了解本課題的研究意義、研究概況以及發(fā)展趨勢;
(2)通過研究和分析確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù),完成整體設(shè)計(jì)
(3)選擇液壓元件和主要部件,并進(jìn)行設(shè)計(jì)
(4)液壓站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(5)編寫任務(wù)設(shè)計(jì)說明書
2.論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周:收集相關(guān)資料;
第 2 周:閱讀整理有關(guān)資料準(zhǔn)備寫開題報(bào)告;
第 3 周:撰寫開題報(bào)告初稿交給指導(dǎo)老師審閱修改;
第 4 周:完成開題報(bào)告,進(jìn)行答辯;
第 5 周:FGY1D 液壓站的特點(diǎn)及應(yīng)用分析; 第 6 周:FGY1D 液壓站總體方案設(shè)計(jì);
第 7 周:FGY1D 液壓站系統(tǒng)圖設(shè)計(jì),進(jìn)行中期檢查; 第 8 周:FGY1D 液壓站裝配圖;
第 9 周:完善 FGY1D 液壓站裝配圖;
第 10 周:FGY1D 液壓站主要液壓元件選擇及設(shè)計(jì); 第 11 周:FGY1D 液壓站主要部件設(shè)計(jì);
第 12 周:整理所有內(nèi)容準(zhǔn)備編寫設(shè)計(jì)說明書; 第 13 周:編寫 FEY1D 液壓站設(shè)計(jì)說明書; 第 14 周:完成外文文獻(xiàn)編譯;
第 15 周:完善所有設(shè)計(jì)內(nèi)容;
第 16 周:準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附:文獻(xiàn)綜述或報(bào)告
液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的一種傳動(dòng)形式,它通過能量轉(zhuǎn)換裝置(如液壓泵),將原動(dòng)機(jī)(如電動(dòng)機(jī))的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能,然后通過封閉管道、控制元件等,由另一能量裝置(如液壓缸、液壓馬達(dá))將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,以驅(qū)動(dòng)負(fù)載和實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而液壓站是由電機(jī)帶動(dòng)油泵旋轉(zhuǎn),泵從油泵中吸油后打油,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能,液壓油通過集成塊(或閥組合)被液壓閥實(shí)現(xiàn)了方向、壓力、流量調(diào)節(jié)后經(jīng)外接管路傳輸?shù)揭簤簷C(jī)械的油缸或油馬達(dá)中,從而控制了液動(dòng)機(jī)方向的變換、力量的大小及速度的快慢,推動(dòng)各種液壓機(jī)械做功。 1、液壓站設(shè)計(jì)的基本要求[3]
液壓站的結(jié)構(gòu)形式按液壓泵的安裝位置可分為上置立式、上置臥式、旁置式。按輸出流量特性液壓站為定量型和變量型。無論哪種形式的液壓站,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮四項(xiàng)基本要求:
(1)供壓要求,即輸送一定流量的高壓油液,滿足傳動(dòng)部分工作的流量壓力需求。輸送一定流量的高壓油液是液壓站最基本的要求,為此,液壓站必須有液壓泵、原動(dòng)機(jī)、液壓油箱和液壓導(dǎo)管四部分。液壓泵需要根據(jù)傳動(dòng)部分所需的最大壓力和流量來確定其最大輸出最大流量和壓力值;原動(dòng)機(jī)根據(jù)液壓泵的功率確定其功率;液壓油箱根據(jù)傳動(dòng)部分工況選擇其容積大??;液壓導(dǎo)管根據(jù)液壓泵的輸出壓力和流量確定其通徑和壁厚,以滿足導(dǎo)管的通油和承壓要求。
(2)安全要求,即防止液壓站工作時(shí)超壓、超溫、超污染。超壓容易使系統(tǒng)工作附件或?qū)Ч軗p壞;超溫容易使附件工作的工況要求不能滿足,溫度過高容易引發(fā)火災(zāi);超污染是指液壓油的污染等級(jí)超過液壓站自身附件和傳動(dòng)部分對(duì)油液清潔度的要求,若污染嚴(yán)重容易導(dǎo)致液壓戰(zhàn)或傳動(dòng)部分工作失效。因此液壓站設(shè)計(jì)時(shí)需考慮加裝一個(gè)或多個(gè)溢流閥、油濾、散熱器,以防止液壓站工作時(shí)超壓、超溫、超污染,設(shè)計(jì)時(shí)可將超壓、超溫、超污染信號(hào)與原動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)聯(lián)鎖,當(dāng)超壓、超溫、超污染時(shí), 電機(jī)停止工作,保證系統(tǒng)安全。
(3)便于維修。液壓站設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮附件、系統(tǒng)工作的可靠性、附件安裝連接、油濾濾芯的更換等因素,出油口和回油口加裝防油液外漏附件,便于液壓站與傳動(dòng)部分的安裝連接。油箱底部應(yīng)加裝放油閥,便于更換油液和油箱清洗。
(4)具有良好的操縱顯示功能。液壓站的運(yùn)行需要操縱控制,液壓站的運(yùn)行狀態(tài)需要顯示,因此,液壓站需具有啟動(dòng)、停止控制功能,一般還應(yīng)具有運(yùn)行指示、液位顯示、壓力指示、溫度顯示等功能。
2、液壓站基本組成和工作原理
根據(jù)液壓站的基本要求,液壓泵站通常由以下五個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元組合而成,它們是:泵組、油箱組件、蓄能器組件、安全組件及控制顯示組件。實(shí)際上可以根據(jù)不同要求進(jìn)行合理的取舍,設(shè)計(jì)出與工況相適應(yīng)的液壓站。
(1)泵組。泵組由液壓泵、原動(dòng)機(jī)(一般為電機(jī))、聯(lián)軸器、傳動(dòng)底座及管路附件等組成。
油箱用于儲(chǔ)存系統(tǒng)所需的足夠的油液,散發(fā)系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的一部分熱量、分離油液中的氣體和沉淀污物。
(2)控溫組件??販亟M件由升溫和降溫兩種控制組件組成。當(dāng)液壓系統(tǒng)的自身熱平衡不能使工作介質(zhì)處于合適的溫度范圍時(shí),溫控組件液壓站的油液進(jìn)行加熱或降溫,使介質(zhì)溫度始終處于設(shè)定的范圍內(nèi)。
(3)蓄能器組件用于儲(chǔ)存高壓油液,減小液壓站壓力沖擊。蓄能器通常由蓄能器、支承臺(tái)架等部件組成。在液壓泵站中應(yīng)用最廣的是氣囊式蓄能器。在壓力恒定性要求高時(shí),可采用重錘式蓄能器,但其自身慣性大,影響對(duì)沖擊能量的吸收。為改善性能,可并聯(lián)氣囊式蓄能器。
(4)安全組件主要有溢流閥和液壓油濾,溢流閥用來防止液壓站壓力過高或調(diào)節(jié)液壓站出口壓力,液壓油濾的作用是從液體中分離非溶性固體微粒,防止顆粒污染物對(duì)液壓元件的磨損和堵塞小截面流道,防止油液本身的劣質(zhì)變化,保持工作介質(zhì)的清潔度。
圖 1 為典型的液壓站組成[3]。當(dāng)液壓站啟動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵工作,液壓泵輸出高壓油液經(jīng)單向活門、油濾和截止閥輸出,蓄壓器用于吸收泵出口的壓力脈動(dòng), 溢流閥用于限制液壓泵的出口壓力;回油經(jīng)截止閥、單向閥、散熱器流回油箱。
圖 1 典型液壓站組成
3、液壓站設(shè)計(jì)與調(diào)試中幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)[8]
一臺(tái)質(zhì)量優(yōu)良的便于使用與維護(hù)的液壓傳動(dòng)裝置,除具有正確、完善的液壓系統(tǒng)原理圖外,設(shè)計(jì)者還必須對(duì)油箱、過濾和油路塊等裝置的結(jié)構(gòu)給予足夠的重視,對(duì)液壓傳動(dòng)裝置的四個(gè)組成部分:油泵、油箱、閥組合輔助部分(過濾器、冷卻器、蓄能器等)的合理配置也必須給予足夠重視。
3.1 油箱設(shè)計(jì)
(1)在油箱設(shè)計(jì)中,要使油箱有足夠的容量以保證必要的散熱能力,并在工作時(shí)保持一定的油位高度。在一般情況下油箱有效容量約為油泵每分鐘流量的 5~7 倍, 當(dāng)工作壓力低,或者油泵流量大時(shí)取下限;工作壓力高,或者油泵流量小時(shí)取上限。
(2)當(dāng)油泵采用下置時(shí),油箱出口與油泵吸油口之間應(yīng)當(dāng)設(shè)置切斷閥門。通常選擇閘板閥較好,因其流道阻力好;對(duì)于小通徑(<50 毫米)當(dāng)沒有閘板閥供選擇時(shí), 可以使用截止閥。最好不要使用球閥,雖然球閥通道阻力小,但其開關(guān)狀態(tài)不明顯, 易造成誤操作。
(3)密封油箱上面安裝的空氣過濾器,通常采用既能過濾和吸排空氣又能加油的結(jié)構(gòu)。當(dāng)液壓站較為集中(2 臺(tái)以上)或油箱容積較大(超過 1.5 立方米)時(shí),建議由設(shè)計(jì)者選用一臺(tái)凈油機(jī)(濾油機(jī)),供油箱加油用,同時(shí)它也可以把臟油凈化后重新使用,以便防止“病從口入”。
(4)為了便于清洗,油箱底部可作成適當(dāng)斜度,在最低處設(shè)置兩個(gè)放油塞供排污油用。
(5)油箱頂面有時(shí)用作油泵裝置和其它液壓元件的安裝座板,現(xiàn)場工人往往還利用油箱頂面作臨時(shí)工作臺(tái)。當(dāng)采用鋼板焊接時(shí),油箱蓋板厚應(yīng)比側(cè)壁板厚 2 毫米, 必要時(shí)還可以加一些型鋼支承。油箱頂面必須密封,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮能夠匯集污油。
(6)油箱應(yīng)有足夠數(shù)量的儀表以指示油位、油溫,除了在泵房里設(shè)置報(bào)警信號(hào)以外,在操作臺(tái)上也一定要給以顯示,以便于操作工及時(shí)掌握情況,發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)處理,免得釀成事故。
3.2 過濾裝置
在液壓傳動(dòng)中,液壓油的污染是使換向閥動(dòng)作不靈、溢流閥堵塞以及液壓元件過早磨損的重要原因。油的污染一方面來自液壓系統(tǒng)內(nèi)部,另一方面外界的氧化鐵皮、雜質(zhì)等可能從油缸活塞桿處進(jìn)入液壓系統(tǒng)。維修時(shí)操作者不注意也會(huì)把異物帶進(jìn)液壓系統(tǒng)。
(1)油泵吸入口應(yīng)當(dāng)安裝過濾器,為避免吸油阻力太大,一般所選用過濾器的過濾能力應(yīng)為油泵流量(吸入量)的兩倍以上,對(duì)于自吸能力較差的軸向柱塞泵也應(yīng)當(dāng)安裝吸入阻力小的過濾器,實(shí)踐表明這對(duì)保護(hù)油泵是非常重要的,也是可行的。在這種情況下,為了保證泵有足夠的自吸能力,可以適當(dāng)增加油箱正常油位與油泵吸油口之間的高度差(液位差),并盡量減少彎頭個(gè)數(shù)(不要多于兩個(gè))。
(2)在液壓系統(tǒng)中一般都設(shè)置回油過濾器,重要的系統(tǒng)在壓力管路上還要設(shè)置過濾器,對(duì)閥作進(jìn)一步保護(hù)。回油過濾一般有兩種情況:一種是所有回油管匯集后經(jīng)回油過濾器返回油箱,一種是在泵系統(tǒng)中,采用小泵循環(huán)過濾,凈化油液。
3.3 蓄能器的使用
(1)型式的選擇:1)重錘式蓄能器的優(yōu)點(diǎn)是壓力恒定、結(jié)構(gòu)簡單、液位能夠進(jìn)行控制(靠行程開關(guān))。盡管它的結(jié)構(gòu)型式較老、體積大、重量重。但在軋鋼車間仍
被廣泛使用(如軋輥平衡);2)氣液直接接觸式(簡稱大罐)蓄能器的優(yōu)點(diǎn)是容量大,由于罐體原始容積大,所以壓力波動(dòng)值較小,一般情況下 Pmin/Pmax=0.92~0.89, 液位能夠進(jìn)行控制。它適用于大流量的中低壓回路的蓄能用(如聯(lián)合機(jī)組);3)氣囊式蓄能器是近幾年飯發(fā)展起來的新產(chǎn)品,其優(yōu)點(diǎn)是有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,使用起來簡單方便。但其壓力波動(dòng)值較大,可達(dá) Pmin/Pmax=1/3。通常設(shè)計(jì)時(shí)取 Pmin/Pmax=0.85,該比值的物理意義是:假如系統(tǒng)中泵的最高排出壓力為 200 公斤力/厘米 2,則系統(tǒng)的工作壓力只有 170 公斤力/厘米 2。氣囊式蓄能器的工作原理是:當(dāng)氣體壓縮時(shí)蓄能,氣體膨脹時(shí)放能。
(2)負(fù)荷的性質(zhì):當(dāng)系統(tǒng)僅有泵作動(dòng)力源時(shí),在溢流閥的設(shè)定壓力范圍內(nèi),如果負(fù)荷重,則泵的排出壓力高;如果負(fù)荷變輕,則泵的排出壓力也跟著降低。這樣對(duì)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)非常有利。若動(dòng)力源中有蓄能器存在時(shí),則一經(jīng)打開便以其最高工作壓力供油,直到平衡為止,這樣容易引起壓力沖擊,嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。因此使用蓄能器時(shí)負(fù)荷最好是穩(wěn)定的,越接近蓄能器的最低工作壓力越好。
3.4 其他
(1)電液換向閥換向控制油,原則上既可以采用內(nèi)控,又可以采用外控。但為了減少換向沖擊,除了選擇帶有阻尼器這種結(jié)構(gòu)外,當(dāng)壓力超過 100 公斤力/厘米 2、通徑大于 20 毫米時(shí),建議采用外控,控制油可以用輔助泵供給。
(2)焊接式管接頭由于兩根管子接頭處有間隙存在(1 毫米左右),當(dāng)焊接質(zhì)量差時(shí)往往在管內(nèi)形成焊接瘤,而且不易被清洗掉,故建議盡量少采用。
(3)油路塊通常采用 20 號(hào)鍛鋼制造,一般上下面作為連接面(頂快除外),其余四面中三面安裝閥,一面作為進(jìn)出油口連接面。
(4)對(duì)液壓件泄油口必須引起足夠的重視,例如對(duì)順序閥、減壓閥、軸向柱塞泵等的泄油口必須直接接回油箱,而不能把它與回油管相連接,否則將會(huì)造成這些元件工作不正常,乃至不能工作。使用時(shí)應(yīng)按產(chǎn)品說明書進(jìn)行配管,不能粗心大意。
(5)滑閥機(jī)能為 O 型的換向閥,在中位時(shí)的密封性并不可靠,泄露量往往較大。
(6)液壓元件向外界泄露一些油是很難避免的,另外在調(diào)試或檢修中拆裝閥門也會(huì)有少量的油流出來,因此應(yīng)當(dāng)為油泵或閥組設(shè)計(jì)接油盤。
FGY1D 液壓站是礦井主天輪制動(dòng)裝置的一種動(dòng)力裝置,因此在完成對(duì) FGY1D 液壓站的設(shè)計(jì)工程中,應(yīng)注意對(duì)油箱、過濾裝置、蓄能器等裝置的設(shè)計(jì),選用適合的液壓元件,來更好地完成設(shè)計(jì)。
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