《液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)計(jì)方法》由會(huì)員分享,可在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)《液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)計(jì)方法(7頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、精心整理
題目液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)計(jì)
姓名余楠
學(xué)號(hào)
授課教師龔國(guó)芳魏建華
專(zhuān)業(yè)機(jī)械電子專(zhuān)業(yè)(混合班)
1. 設(shè)計(jì)題目及要求
設(shè)計(jì)題目:
1600KN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)
主要技術(shù)參數(shù):
型式:活塞式雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)
最大啟門(mén)力:2X 1600kN
■ I
工作行程:5.5m
最大行程:5.7m
.!
液壓缸計(jì)算壓力:》15MPa且w 20MPa
液壓缸內(nèi)徑:①400m(推薦值)
活塞桿直徑:①180m(推薦值)
啟閉速度:》0.6m/min
\ \ {
液壓泵電動(dòng)機(jī)組單機(jī)功率:w 45kW
液壓泵電動(dòng)機(jī)組應(yīng)不少于兩套,互為備用。
操作要求:
(1) 液壓系統(tǒng)應(yīng)有
2、雙缸同步及單缸動(dòng)作回路(安裝工況),雙缸同步偏差w 20mm
(2) 本機(jī)操作閘門(mén)至上、下極限位置或設(shè)定的任一開(kāi)度位置時(shí),液壓泵電動(dòng)機(jī)應(yīng)自動(dòng)切斷電 源,特別是當(dāng)閘門(mén)到達(dá)下極限位置時(shí),應(yīng)確保安全運(yùn)行。
(3) 閘門(mén)在全開(kāi)或設(shè)定的任一局部開(kāi)啟位置時(shí),啟閉機(jī)的液壓系統(tǒng)中的保壓鎖錠回路能可靠 地將閘門(mén)固定在上極限或設(shè)定的位置處。
(4) 閘門(mén)自全開(kāi)位置或局部開(kāi)啟預(yù)置位置下滑 150mnH寸,或雙缸同步偏差超過(guò)20mm時(shí),液壓 泵電動(dòng)機(jī)自動(dòng)投入運(yùn)行,將閘門(mén)提升恢復(fù)原位。若繼續(xù)下滑至 160mm液壓泵電動(dòng)機(jī)尚未投入運(yùn)行
精心整理
時(shí),應(yīng)自動(dòng)接通另一組液壓泵電動(dòng)機(jī), 將閘門(mén)提升恢復(fù)原位;若繼續(xù)
3、下沉至200mm寸,在集控室及 現(xiàn)場(chǎng)均應(yīng)有聲光報(bào)警信號(hào)。
2. 液壓系統(tǒng)原理圖
該設(shè)計(jì)原理圖由Eplan-fluent軟件設(shè)計(jì),如下圖所示。根據(jù)該圖可以看出,本液壓設(shè)計(jì)原理圖 可分為八部分,分別為,動(dòng)力模塊,總控模塊,分流機(jī)構(gòu),閥門(mén) A啟閉機(jī)構(gòu),閥門(mén)A鎖緊機(jī)構(gòu),閥 門(mén)B啟閉機(jī)構(gòu),閥門(mén)B鎖緊機(jī)構(gòu)與極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)。
3. 設(shè)計(jì)功能說(shuō)明
I
1
I
hS
i
Y
■f—t
囚』4
漳?tan
All 時(shí)IM
WK t
K
"■HUI■理
: 1 Hi
Ed
首先對(duì)各模塊依次說(shuō)明,從左下角的 動(dòng)力模塊開(kāi)始,此模塊包括主泵組,備用泵組,溢流閥, 過(guò)濾器。在
4、正常運(yùn)行時(shí),主泵組的兩個(gè)45KW電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),輸出90KW功率,若壓力表檢測(cè)到系統(tǒng)失壓, 會(huì)通過(guò)電控模塊開(kāi)啟備用泵組,并發(fā)出檢修信號(hào),提示檢修主泵組。
動(dòng)力模塊提供的流量進(jìn)入下面的總控模塊,總控模塊包括保護(hù)閥,總控制閥與節(jié)流分流機(jī)構(gòu)。
保護(hù)閥供能在最后的極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)部分會(huì)著重解釋?zhuān)偪亻y實(shí)現(xiàn)油缸 A、B的同步運(yùn)行或異步
運(yùn)行。
總控模塊后接分流機(jī)構(gòu),分流機(jī)構(gòu)在此處著重說(shuō)明,在初步設(shè)計(jì)時(shí)我查閱了相關(guān)的論文與設(shè)計(jì),精心整理
了解到了現(xiàn)今主流的同步回路主要有下面三種實(shí)現(xiàn)方法:
1、 油路并聯(lián),且每路各接一個(gè)節(jié)流閥,實(shí)現(xiàn)各路流量一致。
2、 利用伺服閥、傳感器與電控系統(tǒng),通過(guò)電控系統(tǒng)的
5、控制算法實(shí)現(xiàn)精確分流
3、使用分流集流閥,利用其機(jī)械結(jié)構(gòu)按比例分流集流,實(shí)現(xiàn)同步。
對(duì)比上面三種方法,利用多節(jié)流閥的方法是最簡(jiǎn)單的方法, 但是在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到一定問(wèn)題, 多個(gè)節(jié)流閥之間往往很難保證一致性, 故調(diào)試與安裝較為復(fù)雜,且穩(wěn)定性不高。接下來(lái)第二種方法 中,使用電控閉環(huán)控制,實(shí)現(xiàn)了很高的精度, 但是在大型系統(tǒng)中,電控的可靠性往往不及純機(jī)械結(jié) 構(gòu),當(dāng)電控出現(xiàn)故障時(shí)往往會(huì)造成一定事故, 故最終我選擇了第三種方法,分流集流閥以純機(jī)械結(jié) 構(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)了油液的1:1輸入/輸出,可靠性十分良好,雖然在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有 3%-5%勺誤差, 但是配合一定電控措施可以讓誤差保持在可接受范圍之內(nèi)。 由于
6、本設(shè)計(jì)中油缸啟閉需要油缸能夠雙
向運(yùn)行,故在設(shè)計(jì)中我使用的比例節(jié)流閥接分流集流閥的方法, 油液首先被比例節(jié)流閥控速,后進(jìn) 入分流集流閥,被調(diào)速的油液按1:1的比例輸入油缸,實(shí)現(xiàn)油缸的同步運(yùn)動(dòng)。此外,在電控模塊裝 有紅外對(duì)管測(cè)距傳感器(若精度要求很高也可使用激光測(cè)距傳感器),實(shí)現(xiàn)用閉環(huán)的方式監(jiān)控閘門(mén)的 位置,當(dāng)液壓模塊產(chǎn)生較大誤差時(shí),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行電控矯正,保證系統(tǒng)安全。
下面介紹閥門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)由于A、B結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng),在此處只介紹其中一組即可,閥門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了
閥門(mén)同步異步運(yùn)動(dòng)可控,在閥 A-1,A-2,B-1,B-2均處于左位時(shí),顯然油缸 A、B進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)。
在需要異步運(yùn)動(dòng)時(shí),比如將A鎖緊,
7、B單獨(dú)運(yùn) A-1,A-2設(shè)定至右位,此時(shí)油缸與油路斷開(kāi), 通過(guò)溢流閥,這保證了另一路的正常運(yùn)轉(zhuǎn), 不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大壓力突變。且溢流閥產(chǎn)生的液 閥門(mén)鎖緊機(jī)構(gòu)的先導(dǎo)液控閥。與很多其他設(shè) 本設(shè)計(jì)中增加了閥門(mén)鎖緊機(jī)構(gòu),通過(guò)簡(jiǎn)單的 可知,丫向很小的力往往能對(duì) X向的運(yùn)動(dòng)產(chǎn) (比如防盜門(mén)),在A鎖緊使能閥處于左位時(shí), 鎖緊閥被壓力觸發(fā)時(shí),頂出鎖緊油缸,鎖 緊機(jī)構(gòu),提供了對(duì)閘門(mén)的雙保護(hù)。在不適 鎖緊使能閥設(shè)定到右位,由于彈簧的作 會(huì)自動(dòng)彈回原位,即實(shí)現(xiàn)了可控的鎖緊/ 制。
最后是極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu),在上面的 統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)了紅外對(duì)管測(cè)距器實(shí)現(xiàn)閘門(mén)
* HU
B-iBb-Mibii-BdaaBBiaBfiiiiB
8、-rBrilir
碑「”總用同悔
I II i fi
LJ 1 ,
■ ■■■■a ■ ■ a ■ i r !■ r ara ■■■???? *呷丄
動(dòng),只需要將
流量繞過(guò)油缸
分流集流閥上
控信號(hào)被導(dǎo)入
計(jì)不同的是,
理論力學(xué)計(jì)算
生很大阻尼
鎖緊有效,當(dāng)
緊油缸連接鎖
Xb. .ib.J.
I
I
I
I
\——
■?I*■ a??■ ■ i?i n■■ ■
[圖]錯(cuò)誤!未指定順序。閥門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)、 鎖緊機(jī)構(gòu)
i Li
用鎖緊時(shí),將
用,鎖緊油缸
使能狀態(tài)控
介紹中知道,本系
同步的閉環(huán)精確控
[圖]錯(cuò)誤!未指定順序。極限位置保護(hù) 機(jī)構(gòu)
9、
精心整理
制,但是為了防止電控出現(xiàn)故障,在系統(tǒng)中添加了極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu),此機(jī)構(gòu)利用純機(jī)械液壓結(jié)構(gòu), 在電控失效時(shí)依然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖,當(dāng)閘門(mén)處于上極限報(bào)警位置或下極限報(bào)警位置時(shí),極限閥 被推開(kāi),一方面繼電器發(fā)出報(bào)警信號(hào),同時(shí)保護(hù)閥通過(guò)液壓方式被推開(kāi),動(dòng)力系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)被切 斷,防止進(jìn)一步的破壞,保證安全。在恢復(fù)時(shí),在保證檢修完畢的條件下,利用電磁閥讓保護(hù)機(jī)構(gòu) 卸荷,保護(hù)閥回到右位,動(dòng)力系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)連接,恢復(fù)至正常工作位置。
以上即為本設(shè)計(jì)的功能說(shuō)明,由于是首次單獨(dú)進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),若有不足疏忽之處,還望老
師指點(diǎn)。
4. 設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1系統(tǒng)最高控制壓力確定
參閱主要技
10、術(shù)參數(shù),由于系統(tǒng)需要最大單缸啟閉力為 1600kN,液壓缸內(nèi)徑400mm帶入公式計(jì)
算可得:
F ,-;
p =——=12.73 Mpa
1 7
嚴(yán)
I ■_ *-=-=-...
考慮到系統(tǒng)損耗與輔助元件分壓,最高控制壓力應(yīng)該富余 10%左右。故系統(tǒng)的最高控制壓力應(yīng)
為:
F
PMAX--——x 110% = 14-01 Mpa 乂 14Mpa
-nd
4
4.2泵的最大輸出流量確定
系統(tǒng)要求啟閉速度大于等于 0.6m/min,取Vmax=1.0m/min通過(guò)計(jì)算可知在雙缸同步運(yùn)動(dòng)時(shí):
q = 2vA ■ 4*2 L/S /
考慮到系統(tǒng)對(duì)油液有一定損耗,在流量損
11、耗 3%且留出10%富余量的條件下,得到:
4.3主油缸校核
由4.1的結(jié)果可以看出,在液壓缸壓力為12.73Mpa時(shí)油缸即可輸出1600kN啟門(mén)力,在系統(tǒng)控 制壓力為15Mpa寸,液壓缸能夠輸出足夠推力/拉力。
又活塞桿直徑為180mm通過(guò)簡(jiǎn)單材料力學(xué)計(jì)算可知,在1600kN載荷下,活塞桿承受62.87Mpa 單向應(yīng)力,參考常用鋼材 Q235的屈服極限235Mpa安全系數(shù)n=3.7,校核安全。
4.4液壓泵功率計(jì)算
通過(guò)上述計(jì)算可知,液壓泵最大控制壓力 pmax為14Mpa最大流量qmax為4.76L/S,液壓泵效率
取常用值0.85,帶入公式可以求出:
精心整理
PAv p
12、q
P 二一=—=78.4/cW
故若要達(dá)到最快1.0m/min的啟閉速度,需要輸出功率78.4kW,在液壓泵單機(jī)功率為45kW且需 要有備用泵組的條件下,整個(gè)系統(tǒng)需要 4臺(tái)泵,分為兩組使用。
4.5保護(hù)溢流閥計(jì)算
參閱設(shè)計(jì)要求,單門(mén)啟動(dòng)力為1600kN,對(duì)應(yīng)油缸壓力12.73Mpa,保護(hù)溢流閥溢流壓力設(shè)置可比 油缸最大壓力高出20%取整后取16Mpa對(duì)于系統(tǒng)總溢流閥,參考系統(tǒng)控制壓力 14Mpa溢流閥
壓力高出20%取整后取17Mpa
5. 主要元件參數(shù)與參考選型
5.1液壓泵選型要求
液壓泵共需要4臺(tái),分為兩組即主泵組與備用泵組,要求正常工作功率45KV,最大輸出流量可 達(dá)
13、到143L/min,最大工作壓力170bar,工作穩(wěn)定,可以承受變載荷。在此條件下,定量柱塞泵可 以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。具體型號(hào)需根據(jù)不同供貨公司提供的產(chǎn)品名錄查找符合以上要求的產(chǎn)品。
5.2主液壓缸選型要求
主液壓缸一共需要2臺(tái),要求內(nèi)徑①400mm活塞桿直徑①180mm允許最大運(yùn)動(dòng)速度》1m/min, 工作行程:5.5m,最大行程:5.7m。具體型號(hào)需根據(jù)不同供貨公司提供的產(chǎn)品名錄查找符合以上要 求的產(chǎn)品。
6. 參考文獻(xiàn)
[1] 液壓傳動(dòng)/王積偉-機(jī)械工業(yè)出版社
[2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)/聞邦椿主編-機(jī)械工業(yè)出版社
[3] 機(jī)械工程師設(shè)計(jì)手冊(cè)-電子版/北京英科宇科技開(kāi)發(fā)中心
■ I I