摘 要

本设计是针对水电站人字门启闭机和水上运输通道的液压启闭机的设计。提升机是液压启闭机,通过液压缸活塞杆的膨胀实现闸门的运动,达到启闭效果。本设计主要包括液压缸的设计和液压系统的设计。液压系统的设计主要是液压系统的原理图、油箱的设计、调压块的设计以及阀体的设计。为了使设计更合理,在设计中进行了稳定性验算的相关验算。此外,本设计借鉴相关信息,采用相关标准,充分吸收前人的宝贵经验。

关键词：启闭机；液压缸；液压系统图；液压元件

Abstract

This design is aimed at the design of hydraulic hoist for miter gate hoist and water transportation channel of hydropower station. The hoist is a hydraulic hoist. Through the expansion of the piston rod of the hydraulic cylinder, the movement of the gate can be realized to achieve the opening and closing effect. This design mainly includes the design of hydraulic cylinder and the design of hydraulic system. The design of the hydraulic system is mainly the schematic diagram of the hydraulic system, the design of the oil tank, the design of the pressure regulating block and the design of the valve body. In order to make the design more reasonable, the relevant checking computations of stability checking are carried out in the design. In addition, this design draws on relevant information, adopts relevant standards, and fully absorbs the valuable experience of predecessors.

Key words: hoist; hydraulic cylinder; hydraulic system diagram; hydraulic components

目 录

摘 要 I

Abstract II

1.绪论 1

1.1国内外关于启闭机的研究现状和发展趋势 1

1.2课题研究内容及预期目标 2

2.液压缸的设计 2

2.1 工况分析 2

2.2 人字门启闭机液压缸的设计计算说明 3

2.2.1人字门启闭机液压缸主要几何尺寸的计算 3

2.2.2 活塞杆稳定性的验算 4

2.2.3 液压缸的有效面积计算 5

2.2.4 液压缸系统流量的计算 5

2.2.5 液压缸缸筒的长度 6

2.3 输水廊道工作门液压启闭机液压缸主要几何尺寸的计算 6

2.3.1 液压缸内径的确定 6

2.3.2 液压缸工作压力的计算 6

2.3.3 活塞杆稳定性的验算 7

2.3.4 液压缸的有效面积计算 7

2.3.5 液压缸系统流量的计算 8

2.3.6 液压缸缸筒的长度 8

2.4 液压缸结构参数的计算 8

2.4.1 缸筒壁厚δ的计算和校核 9

2.4.2 液压缸油口直径的计算 10

2.4.3 缸底厚度h的计算 11

2.4.4 缸头与法兰的联结计算 11

2.4.5 缸头厚度h的计算 12

2.4.6 法兰直径和厚度的确定 13

2.4.7 缸盖的联结计算 13

2.4.8 缸头直径和缸盖直径的计算 14

2.4.9 液压缸主要尺寸的确定 14

2.5 液压缸主要零件的结构、材料及技术要求 16

2.5.1 缸体的技术要求 16

2.5.2 缸盖的技术要求 17

2.5.3 活塞的技术要求 17

2.5.4 活塞杆的技术要求 18

2.5.5 活塞杆的导向、密封与防尘 18

2.5.6 液压缸的缓冲装置 19

2.5.7 空气滤清器 19

3. 液压系统的设计步骤与要求 19

3.1 液压系统的设计步骤 19

3.2 液压系统的设计要求 20

4. 液压系统图的拟定 20

4.1 液压系统主要参数的确定 20

4.2 基本方案的制定 21

4.3 液压系统图的绘制 23

5. 液压元件的选择与专用件设计 26

5.1 液压泵和电机的选择 26

5.1.1 油泵工作压力计算： 27

5.1.2 油泵最大工作流量计算： 27

5.2 油箱容积的计算 27

5.3 其它液压元件的选择 27

6.经济性与环保性分析 30

6.1系统的经济性分析 30

6.2系统的环保性分析 30

7.总结与展望 31

总结 31

展望 31

致谢 32

参考文献 33

1.绪论

1.1国内外关于启闭机的研究现状和发展趋势

液压设备系统在世界各国中早已得到了广泛的发展与应用，在60年代它得到了更快速的发展。如今，液压技术早已发展成为一门重要的工业技术，它已不再是单纯简单的液压传动的概念。在现代工业技术中，它已发展成包括现代机械传动、控制技术与测试技术在内的现代自动化技术，也是现代机械装备的基础技术之一，它为现代工业的机电液一体化创造了向高水平、高性能发展的条件。当今世界，一个国家工业技术装备的液压化率已成为现代工业化的重要标志之一^[2]。

长期以来，国内外去多专家学者都竭力对于各种液压启闭机的研究和开发上，对液压式启闭机的伺服控制系统等方面的问题及链式启闭机、螺杆启闭机及曲柄连杆启闭机等都进行了大量细致的研究工作，特别是美、英等国相继研究出一批性能可靠的启闭机。在长期的研究中，这些国家积累了大量的理论知识和丰富的经验，并提出了启闭机传动结构的动力学系统的初步力学模型和数学模型。随着的科技水平和工业技术的发展，液压启闭机需求越来越大。国外对于液压启闭机的设计不断优化。

国内外液压启闭机产业发展现状

液压启闭机首次作为中国水利水电工程官厅水库的高压闸门启闭机使用。^[4]长期以来,由于国内工业技术水平的限制,液压提升机的应用和发展受到多方面的限制。其中造价昂贵成为了最重要的制约因素。20世纪70年代末，采用厚壁无缝钢管作胚料，经拉镗滚压一次加工成形液压缸内孔工艺的成功实践，是液压缸总成的自重大幅度减轻，从而使液压启闭机方案的经济技术指标大大优化，在工程实践应用中优势骤增，工程实践经验的积累又较大的促使了该项技术的发展，改革开放后，一方面，国内工业技术水平的快速发展，另一方面，国外先进技术和液压元件产品大量进入国内市场，加速了液压启闭机技术的发展，也更加拓宽了其应用前景。今天，工程上使用的液压启闭机已经发展成为集成式液压启闭机，是一种机、电、液、仪为一体的新型启闭机。

液压技术在水利水电工程中有着广阔的应用和发展前景,水工液压设备也将随着液压技术的发展而继续发展。但是,液压传动与控制专业性、理论性较强,因此,启闭机的设计部门和管理单位应加强专业知识的学习,提高设计、使用和维护人员的技术素质,特别要加强液压元件、液压油及油管的清洁管理的提高,液压启闭机中已渐渐采用了电子控制技术,最具代表性的是可编程逻辑控制器(PLC)控制。与继电器逻辑控制相比,PLC控制最突出的优点在于可靠性高,编程方便、灵活,允许在一定运行经验的基础上对程序加以修改,且易于实现自动控制和遥控。液压传动与PLC控制技术结合后,启闭机的工作性能更加完善,这样的实例国外较多,国内也有一些,如湖北隔河岩水利枢纽溢洪表孔、深孔、电站进水口液压启闭机等。目前,在世界范围内,由PLC操作的水工设备正在普遍使用,而且在发达国家的新设备中可能占据主导地位。水工闸门控制系统的发展趋势将是用PLC进行自动控制因而,PLC控制技术也将在液压启闭机中发挥越来越重要的作用。

从本世纪五十年代发展至现在我国的液压工业，液压元件的生产已经从低压到高压发张成了系统，在很多机械设备上都得到了广泛的使用。当前液压技术产业正向着高压、高速、高效率、大功率、低噪音、高寿命、高度集成化和高可靠性方面发展^[6]。同时在液压技术控制方面的液压伺服阀、液压系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作也取得了显著的成果。

现代的液压系统具设计越来越合理，性能越来越稳定，结构越来越紧凑，效率越来越高，使用维修越来越方便且越来越安全可靠。还出现了很多先进技术。如：电子液压系统的应用，液压系统在线监测系统的发明，油温控制器的采用等等。使现代的液压系统自动化、集成化程度越来越高，系统越来越完备。

1.2课题研究内容及预期目标

本设计是针对水电站人字门启闭机和输水廊道启闭机的设计。

设计首先要对启闭机的工况进行分析，分析负载和受力确定最适合的方案。通过查阅文献进行参考了解启闭机设计中的关键点。

预期目标为通过设计使得系统的各个部分运行均应操作灵活，速度可调，运动平稳，起停及时可靠。各用油设备之间管路应能隔离，确保各设备的运行、检修互不干扰。能够充分地符合设计要求。

2.液压缸的设计

2.1 工况分析

某船闸有闸首人字门和排水廊道工作门，需要液压启闭机。闸首人字门为卧式摆动，启闭力均为800KN，启闭时间约3分钟。排水廊道工作门为竖式摆动，启门力为800KN，闭门力为100KN，启闭时间约2分钟。各个部分运行均应操作灵活，速度可调，运动平稳，起停及时可靠，各用油设备之间管路应能隔离，确保各设备的运行、检修互不干扰。根据液压启闭机运行的功能特点，对该启闭机制订的设计制造原则是：“安全可靠，经久耐用、技术先进、操作简单”，在设计和制造方面，全面执行技术条款的全部内容。

启闭机特性及运行工况分析：人字门由两扇门叶组成，各有1套启闭机操作，启闭时两门叶绕各自的门枢旋转，输水廊道门为弧形闸门，由垂直布置的油缸操作。人字门启闭机操作闸门启闭过程中，其动水阻力形成的阻力矩变化呈现下凹的马鞍形曲线，两端会出现阻力矩峰值。这与启闭机上凸的能力曲线形状相悖，其启闭能力将无法充分利用而须大大增加启闭机。

输水闸门启闭机承受典型的重力负载，但因水流及负载力矩的变化影响，在整个运行过程属于变负载运行^[7]。同时，由于高水头闸门特有的水力学条件，闸门必须快速开启，在开，关过程中要求平稳运行，以避免出现冲击和震动。

2.2 人字门启闭机液压缸的设计计算说明

液压缸的设计计算说明内容主要包括了液压缸的几何尺寸，液压缸的内径，活塞杆的直径，以及液压缸行程等重要参数。

2.2.1人字门启闭机液压缸主要几何尺寸的计算

初选液压缸的工作压力

考虑到人字门启闭机的具体工况，认定其负载较大，在参考相应的文献资料之后，结合水利计算的知识决定初选液压缸的工作压力为。

计算液压缸的尺寸

初设液压缸的内径为D 杆径为d D=1.7d 半径R=1.7r

由公式

=F

=F

式中

R——缸筒半径（）；

r——杆半径（）；

——有杆腔面积（）；

P——液压压力（MPa）；

F——启门力（N）；

代入公式

解得

取

液压缸杆径

缸径

2.2.2 活塞杆稳定性的验算

因为活塞杆长为3000mm，而活塞直径为200mm，

，需要对活塞杆进行稳定性验算。

活塞杆弯曲失稳临界负荷,可按下式计算

在弯曲失稳临界负荷为时,活塞杆将纵向弯曲。因此活塞杆最大工件负荷需要按下式验证。

式中 —活塞杆材料的弹性模数，钢材：

—活塞杆横截面惯性矩，圆截面：

—安装及导向系数

—安全系数，一般取

—安装距

经计算活塞杆稳定性验算合格。

2.2.3 液压缸的有效面积计算

根据上面的结果，则液压缸的有效面积为：

无杆腔面积