液压启闭机设计方法

精心整理题目液压启闭机设计

姓名余楠

学号

授课教师龚国芳魏建华

专业机械电子专业(混合班)

1.

操作要求

（1）液压系统应有双缸同步及单缸动作回路（安装工况），双缸同步偏差≤20mm。

（2）本机操作闸门至上、下极限位置或设定的任一开度位置时，液压泵电动机应自动切断电源，特别是当闸门到达下极限位置时，应确保安全运行。

（3）闸门在全开或设定的任一局部开启位置时，启闭机的液压系统中的保压锁锭回路能可靠地将闸门固定在上极限或设定的位置处。

（4）闸门自全开位置或局部开启预置位置下滑150mm时，或双缸同步偏差超过20mm时，液压泵电动机自动投入运行，将闸门提升恢复原位。若继续下滑至160mm，液压泵电动机尚未投入运行

时，应自动接通另一组液压泵电动机，将闸门提升恢复原位；若继续下沉至200mm时，在集控室及现场均应有声光报警信号。

2.液压系统原理图

该设计原理图由Eplan-fluent软件设计，如下图所示。根据该图可以看出，本液压设计原理图可分为八部分，分别为，动力模块，总控模块，分流机构，阀门A启闭机构，阀门A锁紧机构，阀门B启闭机构，阀门B锁紧机构与极限位置保护机构。

3.设计功能说明

首先对各模块依次说明，从左下角的动力模块开始，此模块包括主泵组，备用泵组，溢流阀，过滤器。在正常运行时，主泵组的两个45KW电机运转，输出90KW功率，若压力表检测到系统失压，会通过电控模块开启备用泵组，并发出检修信号，提示检修主泵组。

动力模块提供的流量进入下面的总控模块，总控模块包括保护阀，总控制阀与节流分流机构。保护阀供能在最后的极限位置保护机构部分会着重解释，总控阀实现油缸A、B的同步运行或异步运行。

总控模块后接分流机构，分流机构在此处着重说明，在初步设计时我查阅了相关的论文与设计，

了解到了现今主流的同步回路主要有下面三种实现方法： 1、油路并联，且每路各接一个节流阀，实现各路流量一致。

2、利用伺服阀、传感器与电控系统，通过电控系统的控制算法实现精确分流。

3、使用分流集流阀，利用其机械结构按比例分流集流，实现同步。

对比上面三种方法，利用多节流阀的方法是最简单的方法，但是在实际应用中会遇到一定问题，多个节流阀之间往往很难保证一致性，故调试与安装较为复杂，且稳定性不高。接下来第二种方法中，使用电控闭环控制，实现了很高的精度，但是在大型系统中，电控的可靠性往往不及纯机械结构，当电控出现故障时往往会造成一定事故，故最终我选择了第三种方法，分流集流阀以纯机械结构的方式实现了油液的1:1输入/输出，可靠性十分良好，虽然在实际应用中会有3%-5%的误差，但是配合一定电控措施可以让误差保持在可接受范围之内。由于本设计中油缸启闭需要油缸能够双向运行，故在设计中我使用的比例节流阀接分流集流阀的方法，油液首先被比例节流阀控速，后进入分流集流阀，被调速的油液按1:1的比例输入油缸，实现油缸的同步运动。此外，在电控模块装有红外对管测距传感器(若精度要求很高也可使用激光测距传感器)，实现用闭环的方式监控闸门的位置，当液压模块产生较大误差时，对系统进行电控矫正，保证系统安全。

下面介绍阀门启闭机构由于A 、B 结构对称，在此处只介绍其中一组即可，阀门启闭机构实现了阀门同步异步运动可控，在阀A-1，A-2，B-1，B-2均处于左位时，显然油缸A 、B 进行同步运动。在需要异步运动时,比如将A 锁紧，B 单独运动，只需要将A-1，A-2设定至右位，此时油缸与油路断开，流量绕过油缸通过溢流阀，这保证了另一路的正常运转，分流集流阀上不会产生过大压力突变。且溢流阀产生的液控信号被导入阀门锁紧机构的先导液控阀。与很多其他设计不同的是，本设计中增加了阀门锁紧机构，通过简单的理论力学计算可知，Y 向很小的力往往能对X 向的运动产生很大阻尼(比如防盗门)，在A 锁紧使能阀处于左位时，锁紧有效，当锁紧阀被压力触发时，顶出锁紧油缸，锁紧油缸连接锁紧机构，提供了对闸门的双保护。在不适用锁紧时，将锁紧使能阀设定到右位，由于弹簧的作用，锁紧油缸会自动弹回原位，即实现了可控的锁紧/使能状态控

制。

最后是极限位置保护机构,在上面的介绍中知道，本系统已经设计了红外对管测距器实现闸门

同步的闭环精确控

[图]错误!未指定顺序。阀门启闭机构、锁紧机构

[图]错误!未指定顺序。极限位置保护机构

制，但是为了防止电控出现故障，在系统中添加了极限位置保护机构，此机构利用纯机械液压结构，在电控失效时依然可以正常运转。如图，当闸门处于上极限报警位置或下极限报警位置时，极限阀被推开，一方面继电器发出报警信号，同时保护阀通过液压方式被推开，动力系统与执行系统被切断，防止进一步的破坏，保证安全。在恢复时，在保证检修完毕的条件下，利用电磁阀让保护机构卸荷，保护阀回到右位，动力系统与执行系统连接，恢复至正常工作位置。

以上即为本设计的功能说明，由于是首次单独进行液压系统设计，若有不足疏忽之处，还望老师指点。

4.设计计算

4.1系统最高控制压力确定

参阅主要技术参数，由于系统需要最大单缸启闭力为1600kN，液压缸内径400mm,带入公式计算可得：

考虑到系统损耗与辅助元件分压，最高控制压力应该富余10%左右。故系统的最高控制压力应为：

4.2泵的最大输出流量确定

系统要求启闭速度大于等于0.6m/min，取Vmax=1.0m/min，通过计算可知在双缸同步运动时：考虑到系统对油液有一定损耗，在流量损耗3%且留出10%富余量的条件下，得到：

4.3主油缸校核

由4.1的结果可以看出，在液压缸压力为12.73Mpa时油缸即可输出1600kN启门力，在系统控制压力为15Mpa时，液压缸能够输出足够推力/拉力。

又活塞杆直径为180mm，通过简单材料力学计算可知，在1600kN载荷下，活塞杆承受62.87Mpa 单向应力，参考常用钢材Q235的屈服极限235Mpa，安全系数n=3.7，校核安全。

4.4液压泵功率计算

通过上述计算可知，液压泵最大控制压力p

max 为14Mpa，最大流量q

max

为4.76L/s，液压泵效率

取常用值0.85，带入公式可以求出：