1、題目液壓啟閉機設計姓名余楠學號授課教師龔國芳魏建華專業機械電子專業(混合班)1.設計題目及要求. 設計題目：1600KN液壓啟閉機I I一» 產， / /主要技術參數：型式：活塞式雙缸液壓啟閉機最大啟門力：2X1600kN工作行程：5.5m最大行程：5.7m液壓缸計算壓力： 15MPaa 20MPa液壓缸內徑：400mm(推薦值)活塞桿直徑：180mm(推薦值)啟閉速度： 0.6m/min液壓泵電動機組單機功率： 45kW液壓泵電動機組應不少于兩套，互為備用。1_八 I操作要求：(1)液壓系統應有雙缸同步及單缸動作回路(安裝工況)，雙缸同步偏差0 20mm(2)本機操作閘門至上、下極

2、限位置或設定的任一開度位置時，液壓泵電動機應自動切斷電 源，特別是當閘門到達下極限位置時，應確保安全運行。(3)閘門在全開或設定的任一局部開啟位置時，啟閉機的液壓系統中的保壓鎖錠回路能可靠 地將閘門固定在上極限或設定的位置處。(4)閘門自全開位置或局部開啟預置位置下滑 150mm寸，或雙缸同步偏差超過20mm寸，液壓 泵電動機自動投入運行，將閘門提升恢復原位。若繼續下滑至160mm液壓泵電動機尚未投入運行時，應自動接通另一組液壓泵電動機， 將閘門提升恢復原位；若繼續下沉至200mnW,在集控室及 現場均應有聲光報警信號。2 .液壓系統原理圖該設計原理圖由Eplan-fluent軟件設計，如下圖

3、所示。根據該圖可以看出，本液壓設計原理圖 可分為八部分，分別為，動力模塊，總控模塊，分流機構，閥門 A啟閉機構，閥門A鎖緊機構，閥 門B啟閉機構，閥門B鎖緊機構與極限位置保護機構。3 .設計功能說明as商苜前裕正苒首先對各模塊依次說明，從左下角的 動力模塊開始，此模塊包括主泵組，備用泵組，溢流閥，過濾器。在正常運行時，主泵組的兩個45KWM機運轉，輸出90KW功率，若壓力表檢測到系統失壓， 會通過電控模塊開啟備用泵組，并發出檢修信號，提示檢修主泵組。動力模塊提供的流量進入下面的總控模塊，總控模塊包括保護閥，總控制閥與節流分流機構。保護閥供能在最后的極限位置保護機構部分會著重解釋，總控閥實現油缸

4、A、B的同步運行或異步運行?？偪啬K后接分流機構，分流機構在此處著重說明，在初步設計時我查閱了相關的論文與設計, 了解到了現今主流的同步回路主要有下面三種實現方法:1、油路并聯，且每路各接一個節流閥，實現各路流量一致2、利用伺服閥、傳感器與電控系統，通過電控系統的控制算法實現精確分流3、使用分流集流閥，利用其機械結構按比例分流集流，實現同步。對比上面三種方法，利用多節流閥的方法是最簡單的方法，但是在實際應用中會遇到一定問題，多個節流閥之間往往很難保證一致性， 故調試與安裝較為復雜，且穩定性不高。接下來第二種方法 中，使用電控閉環控制，實現了很高的精度， 但是在大型系統中，電控的可靠性往往不及純

5、機械結 構，當電控出現故障時往往會造成一定事故， 故最終我選擇了第三種方法，分流集流閥以純機械結 構的方式實現了油液的1:1輸入/輸出，可靠性十分良好，雖然在實際應用中會有 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。 由于本設計中油缸啟閉需要油缸能夠雙向運行，故在設計中我使用的比例節流閥接分流集流閥的方法，油液首先被比例節流閥控速，后進入分流集流閥，被調速的油液按1:1的比例輸入油缸，實現油缸的同步運動。此外，在電控模塊裝 有紅外對管測距傳感器（若精度要求很高也可使用激光測距傳感器），實現用閉環的方式監控閘門的 位置，當液壓模塊產生較大誤差時，對系統進行電控矯正，

6、保證系統安全。下面介紹閥門啟閉機構由于A、B結構對稱，在此處只介紹其中一組即可，閥門啟閉機構實現了閥門同步異步運動可控，在閥A-1, A-2, B-1, B-2均處于左位時，顯然油缸 A B進行同步運動。動，只需要將 流量繞過油缸 分流集流閥上 控信號被導入 計不同的是， 理論力學計算 生很大阻尼 鎖緊有效，當 油缸連接鎖緊 緊時，將鎖緊 油缸會自動彈附仙啟用機構圖錯誤！未指定順序。閥門啟閉機構、鎖緊機構 an 1 ii u 丁 n ai n ti tr r i 唧門比鎮曙機構在需要異步運動時，比如將A鎖緊，B單獨運 A-1 ,A-2設定至右位，此時油缸與油路斷開， 通過溢流閥，這保證了另一路

7、的正常運轉， 不會產生過大壓力突變。且溢流閥產生的液 閥門鎖緊機構的先導液控閥。與很多其他設 本設計中增加了閥門鎖緊機構，通過簡單的 可知，Y向很小的力往往能對X向的運動產 （比如防盜門），在A鎖緊使能閥處于左位時， 鎖緊閥被壓力觸發時，頂出鎖緊油缸，鎖緊 機構，提供了對閘門的雙保護。在不適用鎖 使能閥設定到右位，由于彈簧的作用，鎖緊 回原位，即實現了可控的鎖緊/使能狀態控制最后是極限位置保護機構，在上面的 統已經設計了紅外對管測距器實現閘門 制，但是為了防止電控出現故障，在系統 保護機構，此機構利用純機械液壓結構， 可以正常運轉。如圖，當閘門處于上極限 報警位置時，極限閥被推開，一方面繼電

8、同時保護閥通過液壓方式被推開，動力系 斷，防止進一步的破壞，保證安全。在恢 畢的條件下，利用電磁閥讓保護機構卸荷， 力系統與執行系統連接，恢復至正常工作以上即為本設計的功能說明，由于是 系統設計，若有不足疏忽之處，還望老師 4.設計計算圖錯誤！未指定順序。極限 位置保護機構介紹中知道，本系 同步的閉環精確控 中添加了極限位置 在電控失效時依然 報警位置或下極限 器發出報警信號， 統與執行系統被切 復時，在保證檢修完 保護閥回到右位，動位置。首次單獨進行液壓 指點。1.1 系統最高控制壓力確定參閱主要技術參數，由于系統需要最大單缸啟閉力為1600kN,液壓缶!內徑400mm入公式計算可得：Fp

9、= = 12.73 Mpa一江灰4考慮到系統損耗與輔助元件分壓，最高控制壓力應該富余10%fc右。故系統的最高控制壓力應為：p- -1=PMAX =-X 110% = 14.01 Mpa 田 14Mpa-7id241.2 泵的最大輸出流量確定系統要求啟閉速度大于等于 0.6m/min ,取Vmax=1.0m/min,通過計算可知在雙缸同步運動時: q = 2vA = 4.2 L/s考慮到系統對油液有一定損耗，在流量損耗3%a留出i0%g余量的條件下，得到:max = 4.76 L/S1.3 主油缸校核由4.1的結果可以看出，在液壓缸壓力為12.73Mpa時油缸即可輸出1600kN啟門力，在系統

10、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通過簡單材料力學計算可知，在1600kN載荷下，活塞桿承受62.87Mpa 單向應力，參考常用鋼材 Q235的屈服極限235Mpa安全系數n=3.7 ,校核安全。1.4 液壓泵功率計算通過上述計算可知，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：PAv pqP =-=78,4A:iy故若要達到最快1.0m/min的啟閉速度，需要輸出功率78.4kW,在液壓泵單機功率為45kW且需 要有備用泵組的條件下，整個系統需要 4臺泵，分為兩組使用。1

11、.5 保護溢流閥計算.I ,zp"' i參閱設計要求，單門啟動力為1600kN,對應油缶!壓力12.73Mpa,保護溢流閥溢流壓力設置可比 油缸最大壓力高出20%取整后取16Mpa對于系統總溢流閥，參考系統控制壓力 14Mpa溢流閥 壓力高出20%取整后取17Mpa5 .主要元件參數與參考選型5.1 液壓泵選型要求液壓泵共需要4臺，分為兩組即主泵組與備用泵組，要求正常工作功率45KW最大輸出流量可 達到143L/min,最大工作壓力170bar,工作穩定，可以承受變載荷。在此條件下，定量柱塞泵可 以滿足設計要求。具體型號需根據不同供貨公司提供的產品名錄查找符合以上要求的產品。5.2 主液壓缸選型要求l_i主液壓缸