液压舵机设计计算

1、.液压舵机设计计算1. 目的通过对液压舵机各组成部分的设计、计算和验算确保本设计设计的液压舵机能满足船舶航行时转舵及安全的需要。2. 适用范围本设计计算中的有关设计数据和内容，只适用于本设计中的液压舵机。3. 引用标准本设计计算应用：a)GB718587内河船液压舵机b)GB1163689柱塞式液压舵机安装技术条件c)液压传动设计手册d)船舶材料手册e)机械零件设计手册f)钢质海船入级与建造规范之第三、十三章操舵装置与锚机装置g)JB218377液压缸内径系列和柱塞杆外径系列标准h)GB300485船用往复式液压缸基本参数标准i)液压舵机与液压起重机相关内容4. 液压舵机的组成4.1转舵（推舵

2、）机构；即液压能转化为转舵机械能的执行机构。4.2操舵系统：即对液压流向和液体压力控制并能控制舵叶转向的系统。5.设计计算5.1推舵机构的设计、计算和验算。5.1.1根据GB718587内河船液压舵机标准，本设计采用：四缸两柱塞拨叉式液压舵机。结构简图如图所示。5.1.2根据GB718587内河船液压舵机标准。a)公称扭转为72tmb)工作舵角。c)转舵时间（一弦至另一弦），正常航段28（s）。5.1.3根据GB718587内河船液压舵机标准。a)设计压力为1.25倍最大工作压力。b)受压零部件1.5倍设计压力试验。5.1.4选择油缸5.1.4.1根据JB218377液压缸内径系列和柱塞杆外径

3、系列选择液压缸缸孔直径为250mm。则柱塞杆直径为250mm。 当转舵角为时柱塞受力分析如图： 轴力图 轴应力= = =631.6 KN 柱塞面积A=0.049 0.250.15=0.0375 =54.9 MP =1.25=68.7MP = 1.5=103.0 MP=598 MP 符合式中：舵柄对柱塞的作用力 液压对柱塞的作用力当转舵角为时柱塞受力分析如图：2 =631.6 KN=517.4 KN=326.3 KN 轴力图 M= M=mm=90.6 MP 弯矩图 剪力图=+=45.0+93.3=138.3 MP=1.25=259.3 MP598 MP 符合=15.8 MP=1.25=29.6

4、MP 推舵机构示意图1、2油缸 3舵柄 4舵轴 5舵柄柱销 6油缸柱销 舵柄半径R5.1.4.2油缸工作压力计算：M=2720=4工作压力=18511.6=18.5 MP设计压力P=1.25=23.1 MP式中：缸孔面积 P工作压力 R舵柄半径0.26m 推舵机构效率0.85 转舵角5.1.4.3油缸所需流量Q的确定。 a)油缸柱塞杆从+35至时升出长度L的计算。 R舵柄半径；L舵柄从+35至-30时油缸柱塞杆升出长度 L 0.57 0.728m=0.73m b)油腔容积：=0.049 油缸从一舷35至另一舷总容积：V=2=0.0716=71.6升 c)油缸所需的流量=5.1.4.4油缸壁厚的

5、计算。 若16选中等壁厚，则缸体壁厚： （液压传动设计手册）式中：p油缸内工作压力； 强度系数（取=1）； C计入管壁公差及腐蚀的附加厚度（取C=0）； D油缸内径mm。许用应力=式中：材料抗拉强度45号钢=598MP； N安全系数，取n=4。则=18.0mm则=13.9 符合中等壁厚条件5.1.4.5主要参数 柱塞直径：250mm 柱塞行程：800mm 油缸壁厚：18mm 额定压力：23.5MP5.1.5舵柄柱销剪切强度的核算。a)油缸柱塞销孔。故舵柄柱销直径。材料为钢其剪切模G=8.1。b)切断柱销所需切断力 。c)柱塞杆推力F=1.5PA=231故柱销剪切强度是足够的。5.1.6舵柄强度

6、的验算5.1.6.1舵柄结构示意图如下：5.1.6.2从图中可以看出舵柄的危险截面在舵柄柱销处。按抗拉强度验算。 考虑到舵柄需焊接，采用甲类普通碳素钢（GB79），其抗拉强度为 最大弯矩M=16978.51273387.5 危险截面处应力 单边强度足够。5.1.7舵轴键的强度计算和尺寸确定 舵轴扭矩采用双键连接。 舵轴直径取300。 选取键 GB109679。 许用剪应力 剪力F= 剪应力=208.3 式中：l键的长度。 b键的宽度。 键的强度是足够的。5.2操舵系统的设计计算和验算5.2.1操舵系统液压原理图，见附图5.2.2液压原理图设计说明。 本设计的液压舵机的操舵系统由主操舵舵装置和应

7、急操舵装置两套机构组成。5.2.2.1主操舵装置液压系统的组成，由两台齿轮泵组成（一台正常工作，另一台备用），压力控制的液流阀，二位四通电磁或手动换向阀，转向器，一只液控双向锁，装在推舵装置附近的双向安全自锁阀和推舵装置组成。5.2.2.2应急操舵装置液压系统由与主操舵装置合用的供油和压力控制装置，二位四通电磁或手动换向阀，三位四通电磁或手动换向阀，双向安全自锁组合阀和推舵装置组成。5.2.2.3液压系统中各元件的作用a)齿轮泵组供油，一套正常使用，另一套备用。两台泵的动力可以用电动机传动，也可用船用动力主机或辅机传动。b)液流阀：控制系统的压力。c)二位四通电磁或手动换向阀：控制主操舵装置液

8、压系统与应急操舵装置液压系统油路的液压流向。d)三位四通电磁或手动换向阀在应急舵时控制舵的转向。e)转向器是主操舵系统中控制舵的转向和速度。f)液压双向锁：主操舵时，当舵任意停止时避免外力作用下窜动，同时应急操舵时将主操舵和应急操舵的油路隔开。g)双向安全自锁组合阀：主要是稳舵和过载保护的作用，即有风浪或其他外力作用在舵叶上，致使油缸某腔压力超载（背压高于工作压力）时，回油路的液控单向阀关阀，回油液通过缓冲阀进行缓冲。起到稳舵和过载保护舵叶。外力消除后，系统正常工作。5.2.3液压系统中各元件的选择5.2.3.1油泵的选择a)根据5.1.4.2、5.1.4.3的计算知 油缸所需的压力：=23.

9、1 MP=231 油缸所需的流量：=153.4 油缸的总容积：V=71.6L 则：液压泵的排量： 系统的容积效率：取0.9 油泵的容积效率：取0.9 =189.4b)选取1JMD80曲轴连杆式径向油泵。（液压传动设计手册） 主要参数：额定转速：150rpm理论排量：1.608 额定压力：240 容积效率：0.9c)油泵实际排量：Q=1.608217.1 此时实际的操舵时间：t= = =22.0（秒）d)油泵的额定压力24MP，通过溢流阀的压力调节能满足油缸的工作压力。 溢流阀的调定压力为23.1MP（公称压力）。5.2.3.2油泵电机功率的确定a)按船舶设计手册动力手册公式4127 电机功率

10、式中：Q泵的额定排量 P系统的设计压力 MP 泵的容积效率 0.9 过载系数=1.4-1.6 取1.5 按1JMD80曲轴连杆式径向油泵计算： P=18.41kWb)电机功率应大于18.41kW，如用三角皮带传动变速。 电机功率5.2.3.3液压件的选择根据油缸流量153.4，设计压力23.1MP选取元件列表如下：序号元件名称排量流量型号压力数量接口尺寸备注1曲轴连杆式径向油泵1.6081JMD-8024MP250mm（内径）2单向阀250DF-L32K135MP232mm板式连接3溢流阀250YF-H32B35MP132mm最小调定压力4二位四通（手动电磁换向阀）25024E(S)I1-H3

11、2B-T(W)35MP132mm5三位四通（手动电磁换向阀）25034E(S)M-H32B-T35MP132mm6转向器250BZZ-750A30MP160mm7液控双向锁250SO-H32B-FD35MP132mm8双向安全自锁组合阀250ZY/AY-E23.1/10L35MP132mm9压力表060 MP1M145.3管件的选择和计算5.3.1压油管的选用a)液压油在油管中的流速V按3计算： 泵的排量：Q=189.4=31.6 压油管的内径d1.127=1.127=3.7m=37mm 选择管内径d=40mm的无缝钢管。b)管壁厚： P=23.1MP d=40mm 管材抗拉强度=420MP

12、n安全系数，取n=4 =8.8m=8.8mm 取。c)压油管选用：冷拔无缝钢管（YB231-64）5.3.2回油管的选用为方便统一起见选回油管与压油管相同。5.4油箱容积的计算5.4.1根据机械零件设计手册液压传动和气压传动分册第35章，油箱的有效容积V=3。根据前面计算1JMD-80实际排量=189.4油箱的有效容积V=3油箱的体积本设计的油箱尺寸为：长1000满足要求。5.4.2油箱设有油温测量计，滤油器采用过滤精度2550铜网滤油器。6.液压油的选用 本设计的液压舵机工作压力为24MP，采用径向柱塞泵，以及船舶航行于江河四季温差大的特点，根据GB251281液压油类产品的分组、命名和代号选用YNN32（原20号）低凝液压油，其主要指标如下： 运