液压启闭机计算说明书NEW

1#泄洪排沙洞液压启闭机液压系统设备设计、计算说明书1、设备技术参数及技术要求额定启门力：Fl=4500KN额定闭门力：F2=1200KN启门速度：V1±0.6m/min油缸内径：D=680mm 活塞杆直径：d=380mm油缸工作行程：L=11100mm 油缸最大行程：L0=11500mm2、油缸控制回路设计、计算说明主机控制回路压力、流量的计算：油缸有杆腔面积S1=nX(D2-d2)/4=0.25dm2油缸无杆腔面积S2=nXD2/4=0.363dm2油缸无杆腔与有杆腔面积比入=S2/S1=1.45油缸启门油压P1=F1/S1=4.5/(0.25X10-2)=18MPa油缸闭门油压P2=F2/S2=1.2/(36.3X10-2)=3.3MPa油缸启门时有杆腔流量Q1=6X0.25=150L/min油缸启门时无杆腔流量Q1‘=1.45X150=217.5L/min油缸提升时有杆腔流量Q1=7.4X34.34=254L/min油缸下降时无杆腔流量Q1‘=1.46X254=370.8L/min油缸闭门时无杆腔流量Q2=5X50.24=251L/min2.5控制组件的设置压力继电器SP2 用于主机启门超压保护，当系统启门压力超过额定启门工作压力时，压力继电器向主控系统发出信号，主控报警。

压力继电器SP3压力继电器SP3用于主机有杆腔失压保护，当闸门启门过程中，因管路破裂等原因而引起的系统压力下降时，压力继电器向主控系统发出信号，主控报警停机。压力继电器SP4 用于主机闭门超压保护，当系统闭门压力超过额定闭门工作压力时，压力继电器向主控系统发出信号，主控报警。压力继电器SP5 用于副机提升超压保护，当系统启门压力超过额定工作压力时，压力继电器向主控系统发出信号，主控报警。压力继电器SP6 用于副机提升失压保护，当油缸提升过程中，因管路破裂而引起的系统压力下降时，压力继电器向主控系统发出信号，主控报警停机。压力继电器SP7 副机下降超压保护，当油缸下降压力超过额定工作压力时，压力继电器向主控系统发出信号，主控报警。压力继电器SP8 用于蓄能器超压上限控制，当充液压力超过16MPa时,压力继电器向主控系统发出信号，充液泵停机。压力继电器SP9 用于蓄能器低压下限控制，当充液压力低于10MPa时,压力继电器向主控系统发出信号，充液泵启动。闸门开度检测装置BQ1-BQ2 主机、副机油缸各设置一套闸门开度检测装置。行程开关SK1、SK2、SK3、SK4、SK5 用于分别发出主机、副机油缸位置信号，使主控对液压系统进行控制。2.6动作原理简述启动油泵电机组前YV1先得电，随后空载启动液压泵站油泵电机组M1、M2,电机启动后延时4秒，YV1断电系统升压。启门操作时，YV3、YV5带电，系统压力油经机旁阀组插装阀至油缸有杆腔，液压启闭机启门。启门过程中由闸门开度检测装置和闸门位置检测装置发出的闸门位置信号送到本现地控制站的PLC中，由PLC处理这些信号实现闸门任意开度或开终的控制。启门压力由溢流插装阀先导压力阀（件52.1）调定。启动油泵电机组前YV1先得电，随后空载启动液压泵站油泵电机组M1、M2，电机启动后延时4秒，YV1断电系统升压。闭门操作时，YV2、YV4带电，当闭门压力达到平衡阀控制压力，平衡阀打开，油缸下腔油液经平衡阀、机旁阀组溢流回油箱，液压启闭机运行闭门动作。闭门过程中由闸门开度检测装置和闸门位置检测装置发出的闸门位置信号送到本现地控制站的PLC中，由PLC处理这些信号实现闸门任意关度或关终的控制，闭门压力由溢流插装阀的先导压力阀调定，闭门时，由于可能有液动力的作用，会使上腔所承受负载忽大忽小，为保护油缸有杆腔所承受载荷在其工作范围内，弧门下降到底坎时YV4断电，YV2延时2秒断电，使压力油完全释放。2.7重点问题分析关于采用压力式平衡阀方式进行油缸动作控制分析启闭机油缸控制回路主要压力、方向组件采用了插装阀结构。其中启闭机油缸下腔采用了BERINGER公司生产的CINDY20型平衡阀来实现启闭机油缸的定位及平稳启闭门。由于闸门在闭门过程中，会受高水头水流冲力作用，受力较大，且无规律。所以油缸活塞杆承受的拉力在闭门过程中也处于一种不稳定状态。为此液压控制回路如何适应该负载，在闸门启、闭全过程中始终保持平稳动作是液压系统控制原理设计的关键。2.7.1.1当闸门由全开位闭门时，YV2、YV4同时得电，此时油缸上腔开始升压，随着压力上升，平衡阀的开口逐渐加大，油缸开始下落。当压力上升至某一值时,平衡阀的开口正好满足油缸以上腔给定流量下的动态平衡速度下降，平衡阀保持该开口，油缸匀速下降闭门。闸门由全开至全闭过程中，随着闸门开度的减小，油缸负载值亦随着变化。此时上一次油缸的动平衡被打破，平衡阀在先导压力作用下随时调整开口，实现又一次动态平衡、油缸仍以上腔给定流量下的速度匀速下降。在此过程中，因为平衡阀的选型在通过172l/min流量（闭门时通过平衡阀的流量）时其AP值为0.7MPa•而闸门实际作用在平衡阀上的AP值远远大于该值，所以油缸上腔压力（即平衡阀先导压力）小于平衡阀全开口压力2.8MPa。因水动力作用，油缸活塞杆上作用的负载力会发生振荡，同时负载力开始变向。根据该阀的结构特点来看其阶跃响应特性在200ms左右、频响特性在5HZ左右。所以闸门因水动力作用而发生的振荡频率小于5HZ时，闸门是可以依靠平衡阀开口的瞬时调节，实现油缸全开位至全关位全过程的动态力平衡，保持油缸的匀速下降。同理，当油缸活塞杆负载变向后，闸门是可以依靠平衡阀开口的调节保持油缸的匀速下降。若在此阶段闸门作用在油缸上的负载振荡频率较高时（5HZ以上），平衡阀将无法响应其负载变化，从而造成油缸的振荡和串动。由于下腔有0.5MPa的背压。经过平衡阀调整，油缸保持一个动平衡下降。2.7.1.2启闭机油缸由全开至全闭过程中，油缸上腔最高压力为3.3Mpa,即使闸门闭至底坎，油缸上腔压力仍不高于3.3Mpa。此时，油缸活塞杆受压力值低于油缸活塞杆的要求。所以即使闸门闭至底坎后油缸仍以3.3Mpa上腔压力施压的情况下，对油缸和闸门没有损害。平衡阀（件23）在液压系统中也可用于防止管路破裂后液压缸的失速下落。在闭门动作中，平衡阀的开口量会随着外负载的变化而变化，保证油缸按设定速度平稳关闭。在启门动作中，如果机旁阀组到缸旁阀组油缸有杆腔管路破裂，平衡阀会立即关启，油缸停止动作。2.7.3油缸启门和闭门时每套油缸设置的闸门开度检测装置均向PLC发出闸门的位置信号，PLC采集并处理这些信号，以供主控室控制系统。3液压泵站设计计算说明3.1计算：3.1.1系统额定工作压力、最大工作流量，电机功率的计算系统额定工作压力：P=nP](1+AP)式中 n—安全系数，取1.2AP—系统中的总压力损失，本系统取主、副机最高额定工作压力的5%P1——主副机中额定最高工作压力P=1.2X18(1+0.05)=23MPa3.1.2液压泵站流量计算：根据招标文件的要求，本液压系统泵站要求设置2台主油泵，互为备用。油泵最大工作流量Q=KQ1/2式中K—系统的泄漏系数，取1.1Q1—主副机所需最大工作流量。Q=1.1X150=165L/min3.1.3主油泵电机功率计算：电机功率N=P・Q/(612n)式中n油泵、电机机械效率，取0.85N=200X140/(612X0.85)=53.8KW根据以上计算可以选定电机型号为Y250M-4-B35功率：55KW转速：1480rpm3.1.4油箱容积的计算：油箱的容积应满足液压启闭机的油缸正常工作和维修的工况油箱容积V=1.25（V1+V2+V3）式中：V1取泵流量的4倍，V1=4Q=1120LV2取主机油缸检修时的最大排油量V2=S2・L0=4418LV3取副机油缸正常工作时吐油量与吸油量之差。V3=（S2-S1）L=477L，所以，液压泵站油箱容积为V=7519L油箱容积取为V=7.5M33.1.5液压系统热平衡的说明液压系统的发热源由液压泵的机械损耗、液压系统的高压溢流、液压系统管路的压力损失产生。因为液压泵选用的手动变量柱塞泵，其机械效率较高，泵输出的流量几乎全部用来提供油缸的工作，系统高压溢流较少。经计算启闭机在一个动作（启或闭）过程中系统发热量造成的油箱油温升仅3°C,所以液压系统泵站可不设置冷却装置。3.2控制组件的设置加热器EH 用于加热油箱油液温度，其开关由温度继电器经主控控制。压力继电器SP1 用于系统超压保护，当系统压力高于系统最大工作压力时，压力继电器SP1发讯，向主控系统报警。回油过滤油器的压差发讯器SF1 当回油滤油器进出口压差大于0.2MPa时，压差发讯器报警。表示回油过滤油器堵塞，需要更换滤芯。液位继电器SL1-SL3 实现对油箱高液位报警、低液位发讯，极低液位停机的控制。温度继电器WJ1-WJ2----输出开关量信号，实现加热器开（低于15°C）、加热器停（高于30C）、高油温（高于60C）报警的控制。3.3动作原理简介：二台手动变量柱塞泵同时工作，一台备用，启动油泵电机组前电磁铁YV1先带电，随后空载启动油泵电机组Ml、M2,延时4秒后，YV1断电，系统升压。系统的流量由手动变量柱塞泵调定。系统压力由溢流插装阀的先导阀（件15）调定，系统回油经过回油滤油器（件3）回油箱。3.4重点问题分析在闸门的任意开度上，因泄漏而使闸门（油缸）下滑量大于200mm时，电控系统发出声、光信号，并自动启动液压泵站将闸门重新开启至设定高度。4、高位油箱补油回路的设计计算说明容积的计算：高位油箱的容积至少应保证油缸因泄漏下滑300mm时无杆腔油液的补充，以免造成无杆腔的吸空。主副机油缸下滑300mm时，油缸上腔补油量AV=3XS=150L考虑安全系数，取高位油箱总容积V=4XAV=600L高位油箱补油的动作说明：当高位油箱中的油液位置到达液位继电器的下极限点时，液位继电器发讯，补油电机启动，向高位油箱补油。液位继电器设置了两个高位发讯点，当补油油位达液位继电器的上位时，液位继电器发讯，补油电机停止，高位油箱停止补油。当到达上极限位时，继电器发讯，报警，停机。为防止继电器损坏后，油液溢流，补油泵启动后延时5分钟需自动停止，并报警，同时显示补油系统故障信号。4.3高位油箱控制组件的设置：液位继电器(SL4-SL9监测高位油箱液位)——液位继电器向主控室发送上极限位、高、低液位三路开关信号，供主控室监测高位油箱液位变化，启动或关闭补油泵。5液压系统管路管径的设计计算5.1油缸A口(接油缸有杆腔)、B口(接油缸无杆腔)油缸管径的计算油缸管路通过的最大流量为油缸启门时无杆腔的排油流量(油缸B口)，根据SL41标准取回油流速为V=2.5m/s油缸B腔油管的内径d1=4.63XV370/2.5=55mm油缸A腔油管的内径d2=4.63XV172/2.5=38.4mm油缸B、A口油管的壁厚61(62)2 (PgXd)/[2X(。)]式中Pg油管最大工作压力，取31.5Mpa(o)=ob/n不锈钢的。b=550N/mm2n---安全系数n=461231.5X55/(2X550/4)=6.3mm62231.5X38.4/(2X550/4)=4.4mm按照不锈钢无缝钢管规格(GB2270-807)并考虑主副机油缸回程时需要一定的背压，以保证油缸的运行平稳。取油缸，A、B口油管分别为外径X壁厚为①50X5、①63X65.2液压系统压力管路的计算：系统压力主管路的流量为两台泵同时启动时的流量，根据SL41标准取压力油流速度为V=4.2m/s压力主管路的管径d224.6^/(2X140)/4.2 =37.8mm系统压力管路的壁厚：632(Pg.d2)/(2X(ob))=31.5X37.8/(2X550/4)=4.33mm按照不锈钢无缝钢管规格(GB2270-807)取系统压力主管路外径X壁厚为①50X55.3液压系统回油管路的计算:回油管路的最大流量为系统启门时油缸无杆腔通过的流量，所以系统回油管路的内径与油缸B口管路的内径相同，选定回油管路外径X壁厚为①63X46液压组件选型及其主要性能6.1泵站6.1.1主油泵：根据招标文件的技术要求，泵站选用了PARKER公司生产的三台手动变量柱塞泵，PARKER公司的泵产品在国内外有较广泛的应用，我们在设计过程中对该公司产品的各项技术招标对照招标文件和液压系统原理进行了充分的分析，认为该公司以上产品与国外同类产品相比较性能高、综合经济、技术性能好，在国内有较好的应用业绩，完全可以满足液压系统的使用要求。6.1.2辅件：泵站中其它组件的选择我们本着选用国外先进、可靠的组件及附件、选用符合DIN等国际标准和先进的设计结构及规范的组件及附件，生产厂家尽可能集中。6.1.2.1吸油滤油器选用了温州黎明公司箱外置式产品，带堵塞发讯器。6.1.2.2回油滤油器选用了HYDAC公司产品，带旁通阀和带有堵塞发讯指示功能的压差发讯器。6.1.2.3翻板式液位继电器选用了KUEBLER公司产品。该产品输出三路开关量信号，给主控室对液压泵站液位进行控制。6.1.2.4泵站主要阀件选用了PARKER公司产品。6.1.2.5所有压力表、测压接头、测压软管选用了STAUFF公司产品。6.2液压控制回路：6.2.1主要阀件均选用了PARKER公司产品。所有插装阀先导电磁换向阀均选用24V直流湿式电磁铁。6.2.2所有压力继电器选用了HYDROPA公司弹簧式压力继电器，具有较高的可靠性。所有压力表及压力表接头、软管选用了STAUFF公司产品。7液压系统安装，调试重点说明液压泵站液压泵站我方设计为油箱，泵电机组分体式结构