液压课设 液压启闭机的液压系统设计

《液压与气压传动》课程设计学号姓名年级专业

指导教师：钱雪松

内容：设计计算说明书1份20 页

液压系统原理图1张

2011-2012学年第二学期

《液压与气压传动》课程设计任务书5

授课班号138101/2 年级专业2009机自指导教师钱雪松学号姓名课程设计题目5

设计一台液压启闭机液压系统，其主要技术要求如下：启闭力50T，行程8000mm，往返速度4000~10000mm/min，加减速时间为1秒，双缸，用同步回路，垂直液压缸。

1.课程设计的目的和要求

通过设计液压传动系统，使学生获得独立设计能力，分析思考能力，全面了解液压系统的组成原理。

明确系统设计要求；分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。

2.课程设计内容和教师参数（各人所取参数应有不同）

其主要技术要求如下：启闭力50T，行程8000mm，往返速度4000~10000mm/min，加减速时间为1秒，双缸，用同步回路，垂直液压缸。

4. 设计参考资料（包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等）

●章宏甲《液压传动》机械工业出版社 2006.1

●章宏甲《液压与气压传动》机械工业出版社 2005.4

●黎启柏《液压元件手册》冶金工业出版社 2002.8

●榆次液压有限公司《榆次液压产品》 2002.3

课程设计任务

明确系统设计要求；分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。

5.1设计说明书（或报告）

分析工况确定主要参数；拟订液压系统草图；选择液压元件；验算系统性能。5.2技术附件（图纸、源程序、测量记录、硬件制作）

5.3图样、字数要求

系统图一张（3号图），设计说明书一份（2000~3000字）。

6. 工作进度计划

3.设计方式

手工

4.设计地点、指导答疑时间

待定

9.备注

目录

1 液压系统的设计步骤与要求 (1)

1.1 液压系统的设计步骤 (1)

1.2 液压系统的设计要求 (2)

2 液压系统的分析 (3)

2.1 液压系统主要参数的确定 (3)

2.2负载分析和负载图、速度图的绘制 (4)

2.3液压系统图的拟定…………………………………………6.

3 油缸内径及活塞杆直径的确定 (8)

3.1 油压的确定 (8)

3.2 确定油缸内径D 活塞杆直径d (8)

4 液压元件的选择 (10)

4.1 液压泵和电机的选择 (10)

4.2 油箱容积和尺寸的确定 (11)

4.3 液压系统所用油液的选用 (12)

4.4 油管管径的确定 (13)

4.5阀类元件及辅助元件的选择 (15)

5 液压系统性能的验算 (16)

5.1 验算系统压力损失 (16)

5.2 油液温升验算 (18)

1 液压系统的设计步骤与要求

液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际出发，有机地结合各式各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单工作可靠，成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。

本次设计主要是启闭机液压系统的设计。综合考虑弧形工作闸门液压启闭机油缸务必垂直布置，两端铰链连接，并且在油缸的上端吊头与埋件轴以及下端吊头与闸门吊耳连接处内装自润滑球面滑动轴承，满足使油缸自由摆动，并可以消除启闭机或闸门由于安装等误差造成的对油缸的不利影响。油缸与管路之间采用硬管连接。

1.1 液压系统的设计步骤

液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行：（1）进行工况分析，确定系统的主要参数；

（2）制定基本方案，拟定液压系统原理图；

（3）选择液压元件；

（4）确定液压执行元件的形式；

（5）液压系统的性能验算。

1.2 液压系统的设计要求

设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进行进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。

（1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；

（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；

（3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；

（4）各动作机构的载荷大小及其性质；

（5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；

（6）自动化程度、操作控制方式的要求；

（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；

（8）对效率、成本等方面的要求。

本液压系统的设计、制造，主要用于控制弧形闸门启闭机油缸开启和关闭的液压系统。本系统具有结构紧凑、布局美观、性能可靠、能耗低的优点，其油缸工况符合用户提供的原理要求。

本套液压系统配有压力控制器(XML)、电接点温度计(WSSX)、液位控制器(YKJD24)，可对系统压力、油液温度及液位高度实现自动控制。在闸门启闭过程中，闸门开度及行程实行全程控制，通过电器、液压动作进行同步控制，实现自动调整同步。

2 液压系统的分析

2.1 液压系统主要参数的确定

通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。

液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。

主要技术参数

序号名称参数备注

1 最大启门力2×252.5KN

2 最大闭门力2X252.5KN

3 工作行程8000mm

4 油缸内径200mm

5 活塞杆直径160mm

7 有杆腔计算压力20Mpa

8 闸门关闭时间80s

9 闸门开启时间80s

10 系统压力等级25MPa

2.2负载分析和负载图、速度图的绘制 2.2.1负载分析

工作负载

液压启闭机在启动或者关闭闸门时的工作载荷主要为克服闸门的自重。本设计的设计启闭力为50T,故单根液压缸的工作载荷为25T.

即， F t =250000N 惯性荷载

31 2

0.1

m

501025001

v N N t ?=

=??=?m

F 阻力负载

此系统的液压缸在竖直方向上工作，摩擦阻力很小，故不予以考虑。

由以上得出此液压系统液压缸在个工作阶段的负载如下表：

2.2.2负载图和速度图的绘制

由系统参数知，行程8000mm，往返速度6000mm/min，启闭加减速时间为1秒。故可知加减速时间为1秒，匀速运行时间为78秒，加减速行程为0.1米，匀速行程为7.8米。负载图和速度图如下：

2.3液压系统图的拟定

2.3.1液压回路的选择

由于液压缸在启动和制动闸门时要避免过大的冲击力，所以液压缸的速度是变化的，因此要选用调速回路来确保液压缸的启闭速度在合理的范围内。

在提升和闭合的过程中，最重要的是要保持两个液压缸的同步，使闸门在工作时能始终保持合理的姿态。因此系统必须采用同步回路来确保两只液压缸的同步运行。

当闸门在提升到最高位置时，要保证闸门不突然掉下来，下降时要慢慢降下来，因此系统必须保持一定的压力，故要选用保压回路来保证系统在一定的压力下运行。

2.3.2系统图的绘制

启闭机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。尽量减少能量损失环节。提高系统工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件，关键部位要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要部件连续工作。

各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。

液压系统原理图见附录。

3 油缸内径及活塞杆直径的确定

3.1 油压的确定

根据本设计的使用场合和工况，系统油压按31.5MPa 控制，油缸工作油压按20MPa 控制。

3.2 确定油缸内径D 活塞杆直径d

由于本系统油缸是单侧进出油，有杆端是工作高压腔，初步考虑油缸截面积和活塞杆截面积的差△A 即可，故只需选取油缸内径或者活塞杆直径。

由 P= F △A

△A =

()4

π

*-2

2

D d

即 20X106 = 250000

△A

得 △A=0.0125m 2

选取活塞杆直径 d=160mm

则 12500=

()160

4

π

*-2

2

D

得D=203mm

故选取D=200mm

3.2.1 强度要求

要是油缸能够安全的工作，则必须保证油缸个部件的强度在安全的范围之内。

由σmax=F

A min

≤[σ]

设活塞杆最小截面积处直径为d0 处直，则有：

σmax=

F

πd02/4

≤[σ]

故 d 0 ≥

活塞杆的材料为40Cr，热处理方法为调质，查的其需用应力为785MPa。

带入上式，得：

D0

故，d0 ≥100.7 mm ，初选直径符合要求。

3.2.2 长细比要求

根据水利水电工程启闭机设计规范H.6.4.1 B ＞0.4 则， L 0=μL 1

μ

l 1=

64

4πd

I 2=64

*-44πD d （）

得 μ=0.55

L 1 为活塞杆展开全长

L 1 、L 2 分别为活塞杆和油缸缸体断面的惯性矩m m 4。

λ=

4 L d

≤250 故， d ≥0

4 L 250

D ≥

.250

??416000055=140mm

选取的直径符合长细比要求。

4 液压元件的选择

4.1 液压泵和电机的选择 4.1.1液压泵的选用

设计要求活塞杆的推进速度为V=6m/min ，则单缸每分钟流量

为Q=V*A s *t

得

Q=2Q 0=2×6m/min ×4

(0.22-0.162)

=135.6L/min

油缸工作压力为20MPa ， 故选用额定工作压力为31.5 MPa 、最高工作压力为40MPa 的柱塞泵，其型号为1 6 0 *CY14-1B ，公称排量164.7mL/r,额定转速为1000r/min 。

4.1.2电机的确定

由公式：

P=

3

p

×10N N P Q ψη ;

式中： P N 为液压泵的额定压力（Pa ）； Q N 为液压泵的额定流量（m 3/s ）； ηp 为液压泵的总效率，从规格中查取； ψ为转换系数，ψ==

m ax

N

P P ,P m a x 为液压泵的最大工作压

力。 得：

P=122KW

因为泵的额定转速为1000r/min,故选用315L2型三相异步电机，其额定功率为132KW，同步转速为1000r/min。

4.2 油箱容积和尺寸的确定

油箱容量的确定，要考虑工作循环中的油液温升、运行中的液位变动、调试与维护管路及执行元件灌油、循环油量、液压油液寿命等因素。按照经验法则，固定设备用油箱的容量应是系统液压泵3～5min的输油量，行走设备为0.5～1.5min的输油量。

在初步设计油箱时，其有效容量可按下述经验公式确定

即：

V=mQ p

式中：m ——系数，m 值的选取；低压系统为m = 2 ～

4 ，中压系统为m =

5 ～7 ，中高压系统或高压大

功率系统为m =6 ～1 2 ；

Q p——液压泵的流量。

故油箱的容积计算如下：

V=8Q=6×164.7Ml/r×1000r/min=988L

选取油箱容积为：

V=1000L

由标准邮箱外形尺寸可得，邮箱的外形尺寸为：b1=1065mm ，b2=965mm ，l1=2014mm ，l2=1774mm ，h=550mm 近似油液深度为4 75mm。

4.3 液压系统所用油液的选用

对各类液压系统，选择工作介质需要考虑下列因素:（GB7631.2 ）

综合考虑上述各因素，液压系统选用4 6# 抗磨液压油(L-HM46)。

4.4 油管管径的确定

管道及接头用以把液压元件连接起来，组成一个完整的系统。正确的选择管道和管道接头，对液压系统的安装、使用和维护都有着重要意义。在设计管道时，管径应适当、管线应最短，管道弯头、接头应尽量少、以减少系统的压力损失。同时，管道的连接必须牢固可靠，防止振动松脱，并且要便于调整和维护。

连接各元件间的管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油则按输入、排出的最大量计算。本系统液压缸在各阶段的进、出油量数值如下表：

根据上表中的数值，当压力管中的流速取5 m/min 时，

按式：

d = 式中： d ——管道内径； q ——馆内流量；

v ——管中油液的速度，吸油管取0.5 ～

1 .5m/s ，压油管取

2 .5 ～5 m/s ，回油管取1. 5 ～2.5 m/s ，短管及局部收缩处取5 ～7 m/s 。

算得与液压缸有杆腔和无杆腔相连油管的内径分别为：

116.9d mm ===

2263.2d mm =?= 按GB/T2351-2005选用两管的公称通径分别为：d 1=20mm ， d 2=65mm 。

4.5阀类元件及辅助元件的选择

根据阀类及辅助元件所在油路中的最大工作压力和通过该元件的实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格见下表：

5 液压系统性能的验算

5.1 验算系统压力损失

由于系统的管路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面的估算，故只能先按式：