液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)計(jì)專項(xiàng)方案

題目液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)計(jì)姓名余楠學(xué)號(hào)310110講課老師龔國(guó)芳魏建華專業(yè)機(jī)械電子專業(yè)(混合班)設(shè)計(jì)題目及要求設(shè)計(jì)題目：1600KN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)：型式：活塞式雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)最大啟門力：2×1600kN工作行程：5.5m最大行程：5.7m液壓缸計(jì)算壓力：≥15MPa且≤20MPa液壓缸內(nèi)徑：Φ400mm（推薦值）活塞桿直徑：Φ180mm（推薦值）啟閉速度：≥0.6m/min液壓泵電動(dòng)機(jī)組單機(jī)功率：≤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)有雙缸同時(shí)及單缸動(dòng)作回路（安裝工況），雙缸同時(shí)偏差≤20mm。（2）本機(jī)操作閘門至上、下極限位置或設(shè)定任一開(kāi)度位置時(shí)，液壓泵電動(dòng)機(jī)應(yīng)自動(dòng)切斷電源，尤其是當(dāng)閘門抵達(dá)下極限位置時(shí)，應(yīng)確保安全運(yùn)行。（3）閘門在全開(kāi)或設(shè)定任一局部開(kāi)啟位置時(shí)，啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)中保壓鎖錠回路能可靠地將閘門固定在上極限或設(shè)定位置處。（4）閘門自全開(kāi)位置或局部開(kāi)啟預(yù)置位置下滑150mm時(shí)，或雙缸同時(shí)偏差超出20mm時(shí)，液壓泵電動(dòng)機(jī)自動(dòng)投入運(yùn)行，將閘門提升恢復(fù)原位。若繼續(xù)下滑至160mm，液壓泵電動(dòng)機(jī)還未投入運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)接通另一組液壓泵電動(dòng)機(jī)，將閘門提升恢復(fù)原位；若繼續(xù)下沉至200mm時(shí)，在集控室及現(xiàn)場(chǎng)均應(yīng)有聲光報(bào)警信號(hào)。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)，以下圖所表示。依據(jù)該圖能夠看出，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A啟閉機(jī)構(gòu)，閥門A鎖緊機(jī)構(gòu)，閥門B啟閉機(jī)構(gòu)，閥門B鎖緊機(jī)構(gòu)和極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)功效說(shuō)明首先對(duì)各模塊依次說(shuō)明，從左下角動(dòng)力模塊開(kāi)始，此模塊包含主泵組，備用泵組，溢流閥，過(guò)濾器。在正常運(yùn)行時(shí)，主泵組兩個(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)經(jīng)過(guò)電控模塊開(kāi)啟備用泵組，并發(fā)出檢修信號(hào)，提醒檢修主泵組。動(dòng)力模塊提供流量進(jìn)入下面總控模塊，總控模塊包含保護(hù)閥，總控制閥和節(jié)流分流機(jī)構(gòu)。保護(hù)閥供能在最終極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)部分會(huì)著重解釋，總控閥實(shí)現(xiàn)油缸A、B同時(shí)運(yùn)行或異步運(yùn)行?？偪啬K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)論文和設(shè)計(jì)，了解到了現(xiàn)今主流同時(shí)回路關(guān)鍵有下面三種實(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、傳感器和電控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)電控系統(tǒng)控制算法實(shí)現(xiàn)正確分流。3、使用分流集流閥，利用其機(jī)械結(jié)構(gòu)按百分比分流集流，實(shí)現(xiàn)同時(shí)。對(duì)比上面三種方法，利用多節(jié)流閥方法是最簡(jiǎn)單方法，不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)碰到一定問(wèn)題，多個(gè)節(jié)流閥之間往往極難確保一致性，故調(diào)試和安裝較為復(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)了很高精度，不過(guò)在大型系統(tǒng)中，電控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)方法實(shí)現(xiàn)了油液1:1輸入/輸出，可靠性十分良好，即使在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有3%-5%誤差，不過(guò)配合一定電控方法能夠讓誤差保持在可接收范圍之內(nèi)。因?yàn)楸驹O(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)中我使用百分比節(jié)流閥接分流集流閥方法，油液首先被百分比節(jié)流閥控速，后進(jìn)入分流集流閥，被調(diào)速油液按1:1百分比輸入油缸，實(shí)現(xiàn)油缸同時(shí)運(yùn)動(dòng)。另外，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)方法監(jiān)控閘門位置，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，確保系統(tǒng)安全。[圖]SEQ[圖]\*ARABIC1閥門啟閉機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)下面介紹[圖]SEQ[圖]\*ARABIC1閥門啟閉機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)[圖]SEQ[圖[圖]SEQ[圖]\*ARABIC2極限位置保護(hù)機(jī)構(gòu)以上即為本設(shè)計(jì)功效說(shuō)明，因?yàn)槭鞘状螁为?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)。設(shè)計(jì)計(jì)算4.1系統(tǒng)最高控制壓力確定 參閱關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，因?yàn)橄到y(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：p= 考慮到系統(tǒng)損耗和輔助元件分壓，最高控制壓力應(yīng)該富余10%左右。故系統(tǒng)最高控制壓力應(yīng)為：P4.2泵最大輸出流量確定 系統(tǒng)要求啟閉速度大于等于0.6m/min，取Vmax=1.0m/min，經(jīng)過(guò)計(jì)算可知在雙缸同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)：

q=2vA 考慮到系統(tǒng)對(duì)油液有一定損耗，在流量損耗3%且留出10%富余量條件下，得到：q4.3主油缸校核 由4.1結(jié)果能夠看出，在液壓缸壓力為12.73Mpa時(shí)油缸即可輸出1600kN啟門力，在系統(tǒng)控制壓力為15Mpa時(shí)，液壓缸能夠輸出足夠推力/拉力。 又活塞桿直徑為180mm，經(jīng)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，參考常見(jiàn)鋼材Q235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 經(jīng)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，液壓泵效率取常見(jiàn)值0.85，帶入公式能夠求出：P= 故若要達(dá)成最快1.0m/min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，單門開(kāi)啟力為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。關(guān)鍵元件參數(shù)和參考選型5.1液壓泵選型要求液壓泵共需要4臺(tái)，分為兩組即主泵組和備用泵組，要求正常工作功率45KW，最大輸出流量可達(dá)成143L/min，最大工作壓力170bar，工作穩(wěn)定，能夠承受變載荷。在此條件下，定量柱塞泵能夠滿足設(shè)計(jì)要求。具體型號(hào)需依據(jù)不一樣供貨企業(yè)提供產(chǎn)品名目查找符合以上要求產(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Φ400mm，活塞桿直徑Φ180mm，許可最大運(yùn)