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    毕业设计(论文)--钻床液压系统的设计doc

      发布时间:2019-05-15 05:58

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      中文题目: 外文题目: 摘要 本设计在分析了钻床技术要求的基础上,根据立式钻床的特点和要求,进行它的液压系统设计,重点介绍这种钻床的液压系统工作原理、液压系统的设计、阀块块设计和油箱及液压泵站的设计。该液压系统性能良好,工作稳定。 本次毕业设计的题目是钻床液压系统,设计时考虑的功能比较齐全。由于本系统的压力小(3MPa),流量小,普通的滑阀就能满足其要求。 钻床液压站是近年来发展起来的设备,自动化程度较高。本文先对钻床液压系统的要求进行了阐述,并对设计要求和设计步骤进行了说明。主要是对阀,泵,马达和缸的选取,油箱,阀块及阀组的设计,系统的性能较核与验算为主。并且对本液压系统的保养与维护有着详细的说明和要求。 近30年来,由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展,再次将液压技术推向前进,使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术,在国民经济的各个部门都得到了应用,如工程机械、数控加工中心、冶金自动线等。采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。 Abstract The design of the analysis of the drilling machine technology request, based on the characteristics of vertical drilling and requirements for the hydraulic system design, which focuses on the drilling hydraulic system principle, hydraulic system design, Valve design and horizontal tank and pump station design. The hydraulic system is in good, stable jobs. The Design graduate Rocker is the subject of drilling machine hydraulic system design, design considerations of the function of a relatively complete. Due to the pressure of the system is small (C306), flow of small, ordinary slide valve will be able to meet its requirements. Drilling hydraulic station is developed in recent years for equipment, a higher degree of automation. The article focuses on the drilling hydraulic system to the requirements of the paper, the design requirements and design steps described. The main valve, pump, motor and cylinder selection, tanks, valves and valve block to the block design, the performance of the system than nuclear and mainly checking. And the right hydraulic system maintenance and maintenance is a detailed description and requirements. Nearly 30 years, as a result of nuclear energy technology, aerospace technology, control technology, material science, microelectronics technology disciplines, such as the development of hydraulic technology will once again push forward into it, including transmission, control, Detection of a complete automation technology, in every sector of the national economy have been applied, such as engineering machinery, CNC Machining Center, metallurgical automatic lanes. Hydraulic Drive has become a national industrial measuring the level of one of the important signs. Key words: hydraulic systems;hydraulic technology; pump station 目录 前言 1 1 绪论 2 1.1 课题选择的意义 2 1.2 液压系统在工程中的应用 3 1.3 液压传动系统的优缺点 3 1.3.1 优点 4 1.3.2 缺点 5 2. 液压系统的初步设计 …………………………………………………………6 2.1 液压系统的设计步骤 6 2.2 设计要求 6 2.3 钻床对液压系统的要求 6 3 液压系统方案设计 8 3.1 制定调速方案 8 3.2 制定压力控制方案 8 3.3 制定顺序动作方案 9 3.4 选择液压动力源 9 3.5 绘制液压系统图 10 4 液压执行元件的设计计算与选用 12 4.1 确定液压系统的主要参数 12 4.1.1 钻床机床控制液压系统的主要设计参数 12 4.1.2 初步估算系统工作压力 12 4.1.3 系统工作流量的选择 12 4.2 管道尺寸的确定 13 4.3 各种阀类的选择 13 4.3.1 换向阀的选取 13 4.3.2 单向阀的选择 14 4.3.3 减压阀的选择 14 4.3.4 压力继电器的选择 14 4.4 液压泵的选择 15 4.5 液压泵驱动电机的选择 15 4.6 的选取 16 4.7 确定油箱的有效容积 16 4.8 液压缸的载荷力计算 16 5 系统性能验算 18 5.1 沿程压力损失 18 5.2 局部压力损失 18 6 系统发热量的计算 20 6.1 计算发热功率 20 6.2 计算散热功率 20 7 液压系统安装、调试、维护 22 7.1 安装前的技术准备工作 22 7.1.1 液压元件质量检查 22 7.1.2 液压辅件质量检查 22 7.1.3 管子和接头质量检查、管接头压力等级应符合设计要求. 23 7.2 液压管道的安装要求 24 7.3 液压件安装要求 26 7.3.1 泵的安装 26 7.3.2 集成块的安装 26 7.4 液压系统清洗 27 7.5 调试 28 7.6 保养 28 8 结论 30 参考文献 31 致谢 32 附录A1 33 附录A2 39 附录B1 42 附录B2 48 前言 液压传动相对于机械传动来说,它是一门新学科,从17世纪中叶帕斯卡提出静压传动原理,18世纪末英国制成第一台水压机算起,液压传动已有2~3百年的历史,只是由于早期技术水平和生产需求的不足,液压传动技术没有得到普遍地应用。随着科学技术的不断发展,对传动技术的要求越来越高,液压传动技术自身也在不断发展。 第二次世界大战前后,成功地将液压传动装置用于舰艇炮塔转向器,其后出现了液压六角车床和磨床,一些通用机床到本世纪30年代才用上了液压传动。第二次世界大战期间,在兵器上采用了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置,它大大提高了兵器的性能,也大大促进了液压技术的发展。战后,液压技术迅速转向民用,并随着各种标准的不断制订和完善及各类元件的标准化、规格化、系列化而在机械制造,工程机械、农业机械、汽车制造等行业中推广开来。 随着我国基本建设规模的快速发展,各类土建工程对质量、工期、工艺、安全、成本及社会效益的要求越来越高,从而有力地推动了与之相关的国内工程机械市场的快速发展。 1 绪论 1.1 液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式,它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性,液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质,来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路,再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。 图1-1 Fig.1-1 hydraulic transmission energy transfer process 从原理上来说,液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理,就是说,液体各处的压强是一致的,这样,在平衡的系统中,比较小的活塞上面施加的压力比较小,而大的活塞上施加的压力也比较大,这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递,可以得到不同端上的不同的压力,这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。 图1-2 液压传动基本原理 Fig1-2 hydraulic transmission basic principle 液压作为一个广泛应用的技术,在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展,液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来,这样就能够更多的场合中发挥作用,也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。1.2 液压系统在工程中的应用 液压传动相对于机械传动来说,是一门新技术。自1795年制成第一台水压机起,液压技术就进入了工程领域,1906年开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间,由于军事工业迫切需要快和精度高的自动控制系统,因而出现了液压伺服系统。20世纪60年代以后,由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展,不断地对液压技术提出新的要求,液压技术相应也得到了很大发展,渗透到国民经济的各个领域中。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中,液压技术得到普遍应用。近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统,使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。目前,液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成话等方向发展;同时,减小元件的重量和体积,提高元件寿命,研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机和优化设计、微机控制等工作,也日益取得显著成果。 解放前,我国经济落后,液压工业完全是空白。解放后,我国经济获得迅速发展,液压工业也和工业一样,发展很快。20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件。当前,我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品,如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及新型液压元件等。但由于过去基础薄弱,所生产的液压元件,在品种与质量等方面和国外先进水平相比,还存在一定差距,我国液压技术也将获得进一步发展,它在各个工业技术的发展,可以预见,液压技术也将获得进一步发展,它在各个工业部门中的用应,也将会越来越广泛。 现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系,结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式,液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。 1.3 液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件,主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作,所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵,它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵,在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。 除了上述的元件以外,液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件,我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标,我们能够设计不同的回路,比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。 液压传动的应用性是很强的,比如装卸堆码机液压系统,它作为一种仓储机械,在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大,生产的效率比较高,平稳性比较好。 优点 1) 传动平稳 在液压传动装置中,由于油液的压缩量非常小,在通常压力下可以认为不可压缩,依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力,在油路中还可以设置液压缓冲装置,故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击,使传动十分平稳,便于实现频繁的换向;因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上,例如磨床几乎全都采用了液压传动。 2) 质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比,在输出同样功率的条件下,体积和质量可以减少很多,因此惯性小、动作灵敏;这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说,是特别重要的。例如我国生产的1m3挖掘机在采用液压传动后,比采用机械传动时的质量减轻了1t。 3) 承载能力大 液压传动易于获得很大的力和转矩,因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。 4) 容易实现无级调速 在液压传动中,调节液体的流量就可实现无级凋速,并且速范围很大,可达2000:1,很容易获得极低的速度。 5) 易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施,能够自动防止过载,避免发生事故。 6) 液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质,使液压传动装置能自动润滑,因此元件的使用寿命较长。 7) 容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作,如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台,可加工出不规则形状的零件. 8) 简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构,从而减少了机械零部件数目。 9) 便于实现自动化 液压系统中,液体的压力、流量和方向是非常容易控制的,再加上电气装置的配合,很容易实现复杂的自动工作循环。目前,液压传动在组合机床和自动线) 便于实现“三化” 液压元件易于实现系列比、标准化和通用化.也易于设计和组织专业性大批量生产,从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本。 1) 液压元件制造精度要求高 由于元件的技术要求高和装配比较困难,使用维护比较严格。 2实现定比传动困难 液压传动是以液压油为工作介质,在相对运动表面间不可避免的要有泄漏,同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合,例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。 3油液受温度的影响 由于油的粘度随温度的改变而改变,故不宜在高温或低温的环境下工作。 4) 不适宜远距离输送动力 由于采用油管传输压力油,压力损失较大,故不宜远距离输送动力。 5油液中混入空气易影响工作性能 油液中混入空气后,容易引起爬行、振动和噪声,使系统的工作性能受到影响。 6油液容易污染 油液污染后,会影响系统工作的可靠性。 7发生故障不易检查和排除。 2 液压系统的初步设计 液压系统是机械伺服装置中的经典结构。即使在机电类元件获得长足进步的今天,液压系统仍以其高功率重量比,响应快,低速特性好等特点而在不少系统当中扮演举足轻重的角色。在现代电子和控制技术推动下涌现出了一些原理新颖,物美价廉的液压元器件,给这一传统的技术带来了新的生机。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,必须从实际情况出发,有机地结合各种传动形式,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。 1) 明确设计方案; 2确定液压执行元件的形式; 3进行工况分析,确定系统的主要参数; 4制定基本方案,拟定液压系统原理图; 5选择液压元件; 6液压系统的性能验算; 7绘制工作图,编制技术文件。 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。 目前,大部分的钻床机床的卡盘,钻头等都是由液压来控制的。而他们的基本工作原理都是:通过液压系统回路,来实现控制卡盘的卡紧,松开及对不同的零件类型来实现正钻,反钻的控制。而它们的工作循环大都为: 快进卡紧保压钻孔松开 其中快进和卡紧并不是通过高低压的换向来控制,而是通过负载的增加来实现的,而保压过程是通过换向阀来实现的,而它是保证卡紧力在突然断电等事故发生时保护设备和人员安全的必要设备。 1) 卡盘卡紧,松开时动作要求平稳,在进行动做换向时不应有冲击; 2当卡盘卡紧后,液压缸机构应具有足够的保压能力,以防止因系统内泻而造成工件的脱落或当数控机床在加工零件是因为卡紧力不够而使工件轴向不垂直,加工零件尺寸出现偏差。 3系统中要有减压装置,其作用为当卡盘接触工件时,系统压力忽然升高,为防止因压力过大而造成加上工件的事故发生,该系统在工作过程中因为恒压。 4钻头工作时应没有冲击,爬行等不良现象。所以对系统的密封应有较高的标准。 5为保证安全生产,避免忽然断电以及电机损坏等突发事件的发生,系统中应有连锁保压装置。 液压系统方案设计 3.1制定调速方案 液压执行元件确定之后,其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统,大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统,现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 ??? 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油,用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单,由于这种系统必须用闪流阀,故效率低,发热量大,多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失,效率较高。但为了散热和补充泄漏,需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。 容积节流调速一般是用变量泵供油,用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量,并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高,速度稳定性较好,但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小,回油节流常用于有负载荷的场合,旁路节流多用于高速。 ??? 调速回路一经确定,回路的循环形式也就随之确定了。 ???节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中,液压泵从油箱吸油,压力油流经系统释放能量后,再排回油箱。开式回路结构简单,散热性好,但油箱体积大,容易混入空气。 ??? 容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中,液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通,形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑,但散热条件差。 3.制定压力控制方案 液压执行元件工作时,要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作,也有的需要多级或无级调节压力,一般在节流调速系统中,通常由定量泵供油,用溢流阀调节所需压力,并保持恒定。在容积调速系统中,用变量泵供油,用安全阀起安全保护作用。 ??? 在有些液压系统中,有时需要流量不大的高压油,这时可考虑用增压回路得到高压,而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中,某段时间不需要供油,而又不便停泵的情况下,需考虑选择卸荷回路。 ??? 在系统的某个局部,工作压力需低于主油源压力时,要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。 3.制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作,根据设备类型不同,有的按固定程序运行,有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动,一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制,当工作部件移动到一定位置时,通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便,而用行程阀需连接相应的油路,因此只适用于管路联接比较方便的场合。 ???? 另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动,经过一段时间,当泵正常运转后,延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭,建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时,回路中的压力达到一定的数值,通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过,来启动下一个动作。 34 选择液压动力源 液压系统的工作介质完全由液压源来提供,液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油,在无其他辅助油源的情况下,液压泵的供油量要大于系统的需油量,多余的油经溢流阀流回油箱,溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油,用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率,液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况,一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况,可增设蓄能器做辅助油源。 油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器,进入系统的油液根据被保护元件的要求,通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱,可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求,还要考虑加热、冷却等措施。 3.绘制液压系统图 根据上述分析,可以基本拟订本次所设计的系统的原理图及电磁铁动作表: 表3-电磁铁动作 Tab3-1 electro-magnet movement YV1 YV2 YV3 YV4 缸进给 + - 缸返回 - + 马达正转 + - 马达反转 - + 图3-1 Fig.3-1 hydraulic schematic diagram 整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去掉重复多余的元件,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。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。 ??? 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(如压力表、温度计等)。 ??? 大型设备的关键部位,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。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。 ??? 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。 液压执行元件的设计计算与选用 4.1确定液压系统的主要参数 液压系统的主要参数就是压力和流量,他们是设计液压系统,选择液压元件的主要依据。压力决定与外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 4.1.1 钻床机床控制液压系统的主要设计参数 系统工作压力2.5-3Mpa 系统流量16.7L/Min 马达工作压力1.5Mpa 马达转数范围100-2000r/min 液压油缸工作压力1Mpa 4.1.2 初步估算系统工作压力 此钻床液压控制系统,压力最大时是在马达全速运转时,此时,油压是由泵提供的,工况时,载荷都没有此时大,所以系统的工作压力暂定为此时的工作压力1.5Mpa. 而液压系统的最大工作压力应按下式计算: = + (4-1) 式中-系统最大工作压力-液压缸或最大工作压力-从液压泵到或液压缸之间总的管路损失,可按经验数据选取:管路简单,流速不大的取。也可选取高于0.5Mpa的压力。 由本设计系统求得:该系统的最大工作压力取。 4.1.3 系统工作流量的选择 由于在工况中已经给出系统的最大流量所以在这里就不对系统的最大流量进行计算。用工况中给出的系统最大流量: 。 4.2管道尺寸的确定 (4-2) 式中 -系统流量 -系统流速 表4-1 流速推荐值 Tab4-1 speed of flow recommendation value 管道 推荐流速(m/s) 液压泵吸油管路 0.5-1.5 液压系统压油管路 3-6 液压系统回油管路 1.5-2.6 由上式及相关资料可求得下表: 表4- Tab.4-2 various drill tubing’s outer diameter solid value 管路名称 流量 流速 内径 实取 外径 吸油管 16.7L/min 1m/s 18.825mm 20mm 28mm 压油管 16.7L/min 4m/s 9.41mm 10mm 14mm 回油管 16.7L/min 2m/s 13.31mm 14mm 18mm 4.3各种阀类的选择 根据本系统的设计技术要求,选择一个有电磁换向阀,叠加式双单向节流阀,叠加式压力计电器,叠加式减压阀组成液压回路。实现卡盘的卡紧,松开和退回,钻头的正转反转等动作。阀的规格根据系统的工作压力和工作年限来通过样本的选取决定。 4.3.1 换向阀的选取 一般来说,流量在190L/min以上的适宜用二通插装阀;190L/min以下时可采用滑阀式换向阀。70L/min以下时通常用电磁换向阀。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些,必要时也可以有20%以内的短时间过流量。 根据以上要求,本系统选择的换向阀为电磁换向阀,具体的型号和尺寸由相关厂家的样本中查得。 其中电磁换向阀的产品型号为:4WE6E6X/EG24NZ5L/B10。 4.3.单向阀的选择 应选择开启压力小的单向阀,开启压力较大的单向阀可作为背压阀使用。所以,本系统选择叠加式双单向节流阀,具体型号和尺寸可由相关厂家样本中查得。其中叠加式双单向节流阀的型号为:Z2FS6-3-L4X/2Q。 4.3.3 减压阀的选择 减压阀根据不同的需要,可将液压系统区分成不同的压力油路,例如控制机构的控制油路或其他辅助油路,以使不同的执行机构产生不同的工作力;减压阀也可用作稳定油路工作压力的调节装置,使油路不受压力源压力变化及其他阀门工作时引起压力波动的影响。 根据以上要求,本系统选择的减压阀为叠加式P口减压阀,具体型号和尺寸可由相关厂家样本中查得。 本系统中的叠加式减压阀型号为:ZDR6DP3-30/2.5YM。 4.3.压力继电器的选择 压力继电器是利用液体压力信号来启动或关闭电器触点的液压电器转换元件。它在油液压力达到其设定压力时,发出电信号,控制电器元件动作,实现泵的加载和卸荷。其设定值通常是比系统正常工作压力高出约0.5Mpa,所以本系统的压力继电器预先调定压力为3.5Mpa。 根据以上要求,本系统选择的压力继电器为叠加式压力继电器,具体型号和尺寸可由相关厂家样本中查得。 叠加式压力继电器的型号为:HED40H10/5Z14/2。 表系统中所用到的元件现总结 Table4-3 system uses the part presently summarizes 序号 名称 数量 规格 1 减压阀 2 ZDR6DP3-30/2.5YM 2 压力继电器 1 HED4OH10/5Z14/2 3 双单向节流阀 2 Z2FS6-3-L4X/2Q 4 电磁换向阀 2 4WE6E6X/EG24NZ5L/B10 5 WU型网式过滤器 1 WU-40180 6 空气滤清器 1 QUQ1-200.4 7 液位计 1 YWZ-80T 4.液压泵的选择 1确定液压泵的最大工作压力: (4-3) 式中-压力 -从液压泵出口到液压缸或入口之间总的管路损失。的准确计算要待元件选定并会出管路图时才能进行,初算时可按经验数据选取:管路简单,流速不大的,取 2确定液压泵的流量: (4-4) 式中K-泄露系数 一般取; -系统最大流量 发生在马达全速运转时 3) 选择泵的规格 根据以上求得的和值,按系统中拟定的液压泵的形式,从产品样本或手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备,所以选择的泵的额定压力一般要比最大工作压力大。 泵取YBX-16限压式变量泵排量调节为额定压力6.3Mpa调节范围转速驱动功率为2.6Kw 效率。 液压泵驱动电机的选择 液压泵在额定压力和额定流量下工作时,其驱动电机的功率一般可直接从产品样本或技术手册中查得,但其数值在实际中往往偏大。因此,也可以根据具体工况用下述方法计算出来。 整个系统中所需功率最大的工况是发生在马达最大转速的情况下。 (4-5) 式中 -泵的最大工作压力 -泵的流量 -泵的总效率 P= 综上所述,由厂家样本中查出本系统所选择的电机型号为Y90L-4B35 额定功率1.5kw 转速1440r/min 的选取 由系统所给定的马达排量为16.3ml/r,正常工作时转矩为,工作压力为1.5Mpa。选用YM-A19B,理论排量 19ml/r额定压力6.0Mpa,调速范围100-2000r/min\,最高转矩 10-80Nm,机械效率大于。 马达的载荷转矩 (4-6) 取马达的机械效率0.95,则理论转矩为 (4-7) 4.7 确定油箱的有效容积 按公式初步确定油箱的有效容积 (4-8) 式中-泵每分钟排出的容积; -经验系数 取; 取V=100L 4.8 液压缸的载荷力计算 液压缸尺寸(由系统给出) D=50mm,d=28mm 行程为35mm (4-9) 式中d-油缸内经; P-油缸压力; 进给时 返回时 (4-10) 表4-3 液压油缸的载荷力 Tab4-3 hydraulic ram loading force 名称 工况 活塞上的载荷力 卡紧油缸 进给 1.96KN 返回 1.35KN 系统性能验算 本系统比较简单,执行元件较少并且动作简单。管路损失很小,故主要验算各元件的压力损失对系统造成的影响。 5.1沿程压力损失 主要是压油管的压力损失,管长0.5m,内径0.01m,流量16.7L/min 选用L-HL 矿物油型液压油,正常运转时的运动粘度V=35.2,油液的密度。 油在管中实际的流速为 (5-1) (5-2) 油在管路中呈乱流流动状态,其沿程阻力系数为: (5-3) (5-4) 52 局部压力损失 局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失,以及通过控制阀的局部压力损失,其中管路局部压力损失相对来说小得多,故主要计算通过控制阀的局部压力损失。 参看系统原理图可知从泵口到执行元件要经过减压阀,节流阀,换向阀各阀的性能如下表5-1所示: 表5-1 Tab.5-1 various valves rated pressure loss 名称 额定流量 额定压力损失 减压阀 30L/min 0.21Mpa 节流阀 80L/min 0.315Mpa 换向阀 80L/min 0.35Mpa 所以通过各阀的局部压力损失之和为: (5-5) 由以上计算结果可求得此系统总的压力损失为: 泵的出口压力距泵的额定压力有一定的压力裕度,泵的选取是合适的。 系统发热量的计算 6.1 计算发热功率 液压系统的功率损失全部转化为热量。按下式计算其发热功率: (6-1) 式中 -系统发热功率 -系统发出总功率 -系统有用功率 对于本系统来说是整个工作循环中泵的平均输入功率。 (6-2) 式中-系统周期; -泵的; -第i台泵工作时间; Z-泵的台数;-泵的总效率;; 6.2 计算散热功率 前面求得有效容积0.1,按求各边之积: (6-3) 图 6-1 油箱示意图 Fig 6-1 tank Map 选各边均为0.5m。 式中 -有效散热面积 (6-4) 式中 -散热功率; -散热系数;取=;-温差取; 油箱散热功率满足系统发热功率的需要。 液压系统安装调试维护 7.1安装前的技术准备工作 1技术资料的准备与熟悉 液压系统原理图、电气原理图、管道布置图、液压元件、辅件、管件清单和有关元件样本等,这些资料都应准备齐全,以便对具体内容和技术要求逐项熟悉和研究。 2物资准备 按照液压系统图和液压件清单,核对液压件的数量,确认所有液压元件的质量状况。严格检查压力表的质量,查明压力表交验日期,对检验时间过长的压力表要重新进行校验,确保准确。 3质量检查 液压元件在运输或库存过程中极易被污染和锈蚀,库存时间过长会使液压元件中的密封件老化而丧封性,有些液压元件由于加工及装配质量不良使性能不可用,所以必须对元件进行严格的质量检查。 液压元件质量检查 1各类液压元件型号必须与元件清单一致 2要查明液压元件保管时间是否过长,或保管环境不合要求,应注意液压元件内部密封件老化程度,必要时要进行拆洗、更换、并进行性能测试。 3每个液压元件上的调整螺钉、调节手轮、锁紧螺母等都要完整无损。 4液压元件所附带的密封件表面质量应符合要求、否则应予更换。 5板式连接元件连接平面不准有缺陷。安装密封件的沟槽尺寸加工精度要符合有关标准。 6管式连接元件的连接螺纹口不准有破损和活扣现象。 7板式阀安装底板的连接平面不准有凹凸不平缺陷,连接螺纹不准有破损和活扣现象。 8将通油口堵塞取下,检查元件内部是否清洁。 9检查电磁阀中的电磁铁芯及外表质量,若有异常不准使用。 10各液压元件上的附件必须齐全。 7.1.2 液压辅件质量检查 1油箱要达到规定的质量要求。油箱上附件必须齐全。箱内部不准有锈蚀,装油前油箱内部一定要清洗干净。 2滤油器型号规格与设计要求必须一致,确认滤芯精度等级,滤芯不得有缺陷,连接螺口不准有破损,所带附件必须齐全。 3各种密封件外观质量要符合要求,并查明所领密封件保管期限。有异常或保管期限过长的密封件不准使用。 4蓄能器质量要符合要求,所带附件要齐全。查明保管期限,对存放过长的蓄能器要严格检查质量,不符合技术指标和使用要求的蓄能器不准使用。 5空气滤清器用于过滤空气中的粉尘,通气阻力不能太大,保证箱内压力为大气压。所以空气滤清器要有足够大的通过空气的能力。 管子和接头质量检查管接头压力等级应符合设计要求. 管子的材料、通径、壁厚和接头的型号规格及加工质量都要符合设计要求。 所用管子不准有缺陷。有下列异常,不准使用: a 管子内、外壁表面已腐蚀或有显著变色。 管子表面伤口裂痕深度为管子壁厚的10%以上。 c 管子壁内有小孔。 d 管子表面凹入程度达到管子直径的10%以上。 使用弯曲的管子时,有下列异常不准使用: a 管子弯曲部位内、外壁表面曲线不规则或有锯齿形。 b 管子弯曲部位其椭圆度大于10%以上。 c 扁平弯曲部位的最小外径为原管子外径的70%以下。 ) 所用接头不准有缺陷。若有下列异常,不准使用: a 接头体或螺母的螺纹有伤痕、毛刺或断扣等现象。 接头体各结合面加工精度未达到技术要求。 c 接头体与螺母配合不良,有松动或卡涩现象。 d 安装密封圈的沟槽尺寸和加工精度未达到规定的技术要求。 软管和接头有下列缺陷的不准使用: a 软管表面有伤皮或老化现象。 b 接头体有锈蚀现象。 c 螺纹有伤痕、毛刺、断扣和配合有松动、卡涩现象。 ) 法兰件有下列缺陷不准使用: a 法兰密封面有气孔、裂缝、毛刺、径向沟槽。 b 法兰密封沟槽尺寸、加工精度不符合设计要求。 c 法兰上的密封金属垫片不准有各种缺陷。材料硬度应低于法兰硬度。 7.2液压管道的安装要求 液压管道安装是液压设备安装的一项主要工程。管道安装质量的好坏是关系到液压系统工作性能是否正常的关键之一。 1布管设计和配管时都应先根据液压原理图,对所需连接的组件、液压元件、管接头、法兰作一个通盘的考虑。 2管道的敷设排列和走向应整齐一致,层次分明。尽量采用水平或垂直布管,水平管道的不平行度应≤2/1000;垂直管道的不垂直度应≤2/400。用水平仪检测。 3平行或交叉的管系之间,应有10mm以上的空隙。 4管道的配置必须使管道、液压阀和元件装卸、维修方便。系统中任何一段管道或元件应尽量能自由拆装而不影响元件。 5配管时必须使管道有一定的刚性和抗振能力。适当配置管道支架和管夹。弯曲的管子应在起弯点附近设支架或管夹。管道不得与支架或管夹直接焊接。 6管道的重量不应由阀、泵及液压元件和辅件承受;也不应由管道支承较重的元件重量。 7较长的管道必须考虑有效措施以防止温度变化使管子伸缩而引起的应力。 8使用的管道材质必须有明确的原始依据材料,对于材质不明的管子不允许使用。 9液压系统管子直径在50mm以下的可用砂轮切割机切割。直径50mm以上的管子一般应采用机械加工方法切割。如用气割,则必须用机械加工方法车去因气割形成的组织变化部分,同时可车出焊接坡口。除回油管外,压力由管道不允许用滚轮式挤压切割器切割。管子切割表面必须平整,去除毛刺、氧化皮、熔渣等。切口表面与管子轴线一条管路由多段管段与配套件组成时应依次逐段接管,完成一段,组装后,再配置其后一段,以避免一次焊完产生累积误差。 11为了减少局部压力损失,管道各段应避免断面的局部急剧扩大或缩小以及急剧弯曲。 12与管接头或法兰连接的管子必须是一段直管,即这段管子的轴心线应与管接头、法兰的轴心是平行、重合。此直线mm的管子可采用冷弯法。管子外径在30~50mm时可采用冷弯或热弯法。管子外径大于50mm时,一般采用热弯法。 14焊接液压管道的焊工应持有有效的高压管道焊接合格证。 15焊接工艺的选择:乙炔气焊主要用于一般碳钢管壁厚度小于等于2mm的管子。电弧焊主要用于碳钢管壁厚大于2mm的管子。管子的焊接最好用氩弧焊。对壁厚大于5mm的管子应采用氩弧焊打底,电弧焊填充。必要的场合应采用管孔内充保护气体方法焊接。 16焊条、焊剂应与所焊管材相匹配,其牌号必须有明确的依据资料,有产品合格证,且在有效使用期内。焊条、焊剂在使用前应按其产品说明书规定烘干,并在使用过程中保持干燥,在当天使用。焊条药皮应无脱落和显著裂纹。 17液压管道焊接都应采用对接焊。焊接前应将坡口及其附近宽10~20mm处表面脏物、油迹、水份和锈斑等清除干净。 18管道与法兰的焊接应采用对接焊法兰,不可采用插入式法兰。 19管道与管接头的焊接应采用对接焊,不可采用插入式的形式。 20管道与管道的焊接应采用对接焊,不允许用插入式的焊接形式。 21液压管道采用对接焊时,焊缝内壁必须比管道高出0.3~0.5mm。不允许出现凹入内壁的现象。在焊完后,再用锉或手提砂轮把内壁中高出的焊缝修平。去除焊渣、毛刺,达到光洁程度。 22对接焊焊缝的截面应与管子中心线焊缝截面不允许在转角处,也应避免在管道的两个弯管之间。 24在焊接配管时,必须先按安装位置点焊定位,再拆下来焊接,焊后再组装上整形。 25在焊接全过程中,应防止风、雨、雪的侵袭。管道焊接后,对壁厚小于等于5mm的焊缝,应在室温下自然冷却,不得用强风或淋水强迫冷却。 26焊缝应焊透,外表应均匀平整。压力管道的焊缝应抽样探伤检查。 27管道配管焊接以后,所有管道都应按所处位置预安装一次。将各液压元件、阀块、阀架、泵站连接起来。各接口应自然贴和、对中,不能强扭连接。当松开管接头或法兰螺钉时,相对结合面中心线不许有较大的错位、离缝或跷角。如发生此种情况可用火烤整形消除。 28可以在全部配管完毕后将管夹与机架焊牢,也可以按需求交*进行。 29管道在配管、焊接、预安装后,再次拆开进行酸洗磷化处理。经酸洗磷化后的管道,向管道内通入热空气进行快速干燥。干燥后,如在几日就复装成系统、管内通入液压油,一般可不作防锈处理,但应妥善保管。如须长期搁置,需要涂防锈涂料,则必须在磷化处理48小时后才能涂装。应注意,防锈涂料必须能与以后管道清洗时的清洗液或使用的液压油相容。 30管道在酸洗、磷化、干燥后再次安装起来以前,需对每一根管道内壁先进行一次预清洗。预清洗完毕后应尽早复装成系统,进行系统的整体循环净化处理,直至达到系统设计要求的清洁度等级。 31软管的应用只限于以下场合: a 设备可动元件之间 便于替换件的更换处 抑制机械振动或噪声的传递处 32软管的安装一定要注意不药使软管和接头造成附加的受力、扭曲、急剧弯曲、磨擦等不良工况。 33软管在装入系统前,也应将内腔及接头清洗干净。 7.3液压件安装要求 泵的安装 1在安装时,油泵、电动机、支架、底座各元件相互结合面上必须无锈、无凸出斑点和油漆层。在这些结合面上应涂一薄层防锈油。 2安装液压泵、支架和电动机时,泵与电动机两轴之间的同轴度允差,平行度允差应符合规定,或者不大于泵与电动机之间联轴器制造商推荐的同轴度、平行度要求。 3直角支架安装时,泵支架的支口中心高,允许比电动机的中心高略高0~0.8mm,这样在安装时,调整泵与电动机的同轴度时,可只垫高电动机的底面。允许在电动机与底座的接触面之间垫入图样未规定的金属垫片(垫片数量不得超过3个,总厚度不大于0.8mm)。一旦调整好后,电动机一般不再拆动。必要时只拆动泵支架,而泵支架应有定位销定位。 4调整完毕后,在泵支架与底板之间钻、铰定位销孔。再装入联轴器的弹性耦合件。然后用手转动联轴器,此时,电动机、泵和联轴器都应能轻松、平滑地转动,无异常声响。 集成块的安装 1阀块所有各油流通道内,尤其是空与孔贯穿交会处,都必须仔细去净毛刺,用探灯伸入到孔中仔细清除、检查。阀块外周及各周棱边必须倒角去毛刺。加工完毕的阀块与液压阀、管接头、法兰相贴合的平面上不得留有伤痕,也不得留有划线阀块加工完毕后必须用防锈清洗液反复用加压清洗。各孔流道,尤其是对盲孔应特别注意洗净。清洗槽应分粗洗和精洗。清洗后的阀块,如暂不装配,应立即将各孔口盖住,可用大幅的胶纸封在孔口上。 3往阀块上安装液压阀时,要核对它们的型号、规格。各阀都必须有产品合格证,并确认其清洁度合格。 4核对所有密封件的规格、型号、材质及出厂日期(应在使用期内)。 5装配前再一次检查阀块上所有的孔道是否与设计图一致、正确。 6检查所用的连接螺栓的材质及强度是否达到设计要求以及液压件生产厂规定的要求。阀块上各液压阀的连接螺栓都必须用测力扳手拧紧。拧紧力矩应符合液压阀制造厂的规定。 7凡有定位销的液压阀,必须装上定位销。 8阀块上应订上金属制的小标牌,标明各液压阀在设计图上的序号,各回路名称,各外接口的作用。 9阀块装配完毕后,在装到阀架或液压系统上之前,应将阀块单独先进行耐压试验和功能试验。 7.4液压系统清洗 液压系统安装完毕后,在试车前必须对管道、流道等进行循环清洗。使系统清洁度达到设计要求 1) 清洗液要选用低粘度的专用清洗油,或本系统同牌号的液压油。 2清洗工作以主管道系统为主。清洗前将溢流阀压力调到0.3~0.5MPa,对液压阀的排油回路要在阀的入口处临时切断,将主管路连接临时管路,并使换向阀换向到某一位置,使油路循环。 3在主回路的回油管处临时接一个回油过滤器。滤油器的过滤精度,一般液压系统的不同清洗循环阶段,分别使用30μm、20μm、10μm的滤芯;伺服系统用20μm、10μm、5μm滤芯,分阶段分次清洗。清洗后液压系统必须达到净化标准,不达净化标准的系统不准运行。 4复杂的液压系统可以按工作区域分别对各个区域进行清洗。 5清洗后,将清洗油排尽,确认清洗油排尽后,才算清洗完毕。 6确认液压系统净化达到标准后,将临时管路拆掉,恢复系统,按要求加油。 7.5 调试 1确认液压系统净化符合标准后,向油箱加入规定的介质。加入介质时一定要过滤,滤芯的精度要符合要求,并要经过检测确认。 2检查液压系统各部,确认安装合理无误。 3向油箱灌油,当油液充满液压泵后,用手转动联轴节,直至泵的出油口出油并不见气泡时为止。有泄油口的泵,要向泵壳体中灌满油。 4放松并调整液压阀的调节螺钉,使调节压力值能维持空转即可。调整好执行机构的极限位置,并维持在无负载状态。如有必要,伺服阀、比例阀、蓄能器、压力传感器等重要元件应临时与循环回路脱离。节流阀、调速阀、减压阀等应调到最大开度。 5接通电源、点动液压泵电机,检查电源连线是否正确。延长启动时间,检查空运转有无异常。按说明书规定的空运转时间进行试运转。此时要随时了解滤油器的滤芯堵塞情况,并注意随时更换堵塞的滤芯。 6在空运转正常的前提下,进行加载试验,即压力调试。加载可以利用执行机构移到终点位置,也可用节流阀加载,使系统建立起压力。压力升高要逐级进行,每一级为1MPa,并稳压5分钟左右。最高试验调整压力应按设计要求的系统额定压力或按实际工作对象所需的压力进行调节。 7压力试验过程中出现的故障应及时排除。排除故障必须在泄压后进行。若焊缝需要重焊,必须将该件拆下,除净油污后方可焊接。 8调试过程应详细记录,整理后纳入设备档案。 9注意:不准在执行元件运动状态下调节系统压力;调压前应先检查压力表,无压力表的系统不准调压;压力调节后应将调节螺钉锁住,防止松动。 7.6 保养 1按设计规定和工作要求,合理调节液压系统的工作压力与工作速度。压力阀、调速阀调到所要求的数值时,应将调节螺钉紧固,防止松动。 2液压系统生产运行过程中,要注意油质的变化状况,要定期取样化验,若发现油质不符合要求,要进行净化处理或更换新油液。 3液压系统油液工作温度不得过高。 4为保证电磁阀正常工作,应保持电压稳定,其波动值不应超过额定电压的5%~10%。 5电气柜、电气盒、操作台和指令控制箱等应有盖子或门,不得敞开使用。 6当系统某部位产生异常时,要及时分析原因进行处理,不要勉强运转。 7定期检查冷却器和加热器工作性能。 8经常观察蓄能器工作性能,若发现气压不足或油气混合,要及时充气和修理。 高压软管、密封件要定期更换。 10主要液压元件定期进行性能测定,实行定期更换维修制。 11定期检查润滑管路是否完好,润滑元件是否可用,润滑油脂量是否达标。 12检查所有液压阀、液压缸、管件是否有泄漏。 13检查液压泵或马达运转是否有异常噪声。 14检查液压缸运动全行程是否正常平稳。 15检查系统中各测压点压力是否在允许范围内,压力是否稳定。 16检查系统各部位有无高频振动。 17检查换向阀工作是否灵敏。 18检查各限位装置是否变动。 8 结论 参考文献 [1] 陈嘉上.2006版实用液压气动技术手册.北京:中国知识出版社 2006成大先.机械设计手册.北京:化学工业出版社,2002周世昌液压系统设计图集北京:机械工业出版社,2004张伟液压设备设计生产技术改进与故障诊断监测及国内外标准规范实用手册北京:北方工业出版社,2006章宏甲液压与气压传动北京:机械工业出版社,2006周涌明液压传动设计指导书武汉:华中工学院出版社,1987朱龙根简单机械零件设计手册北京:机械工业出版社,hanical Power Transmission[M].New Jersey:Prinrice-Hall,1980. [9] Mechanical Drive. (Reference Issue) [M].Machine Design, 1980. [10] Kuehnel M R.Toroidal Drive Cinmines Concepts[M].Product Engineering.Aug,1979. [11] 胡邦喜设备润滑基础北京:冶金工业出版社,2002隗金文王慧液压传动东北大学出版社,2001 [13] 吴根茂,邱敏秀,王庆丰,魏建华新编实用电液比例技术.杭州:浙江大学出版社,2006李壮云.液压元件与系统.北京:机械工业出版社,2005那成烈.轴向柱塞泵可压缩流体配流原理.兵器工业出版社,2003路甬祥.液压气动技术手册.北京:机械工业出版社,2002路甬祥,胡大纮.电液比例控制技术.北京:机械工业出版社,1988吴根茂,邱敏秀,王庆丰.实用电液比例技术.杭州:浙江大学出版社,1993上海立新液压有限公司样本登胜液压样本 感谢我的师王慧老师,他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。王老师一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人,虽历时四载,却给以终生受益无穷之道。对王老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢我的室友们,我们一起从校园来到这个遥远而又陌生的城市里,是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情,维系着寝室那份家的融洽。 感谢我的爸爸妈妈,,养育之恩,无以回报,你们永远健康快乐是我最大的心愿。 在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意 附录A1 液力传动钻机驱动分析[摘要]液力传动钻机采用液力机械变速箱, 传动,以适应变化的负载能力,可实现连续可变扭矩和反转制动 现场试验表明,钻机功率利用率,高吊装速度; 相反的制动性能,减少刹车带负荷; 时刻变化的特点,加强能力 通过变矩器驱动钻井泵可同时保护原动机和工作; 保持额定转速柴油机的条件下,泵压可以控制整个过程热反应,倒挡离合器和过滤器等方面暴露的问题提出了改进使用了2000米深的钻井液力传动钻机台钻机部分由美国纽约内燃发动机和英国石油厂研制的电源设备,传输设备和系统平台目前,已通过测试,并使用这种钻机表现出了良好的, 特别是在电力驱动更加突出的特点,但也暴露出一些问题据笔者驱动程式和现场试验结果,分析了驱动钻机的特点, 并针对这些问题提出改进意见驱动程序目前, 使用中型钻机(可钻深1500 ~2500 )用交流电动机或柴油机为原动机由一个单独变速机械变速箱,而拨号驱动绞车钻井泵用的是单发动机直接驱动钻机液压传动普通机械变速箱设定变矩器液压机械传动耦合于一体的液压机械变速箱,钻井泵是通过驱动的变矩器岩芯组成的液压变速箱, 这是一个类似加拿大钾650钻机和美国威尔逊钻机65B对艾里逊变速箱, 其结构及工作原理如图1 图1液压变速箱图1激活液力变矩器; 2-泵; 3,6-泵; 4输入轴; 5反向齿轮摩擦离合器; 7冷却风扇; 8块高速耦合; 9 -输出轴; 10 , 中速座液力偶合器液压变速箱3座水力机械及反向齿轮. 的电力线如下. Ⅰ挡:输入轴→Z1→Z2→启动液力变矩器→Z6→Z5→输出轴; Ⅱ挡:输入轴→Z1→Z2→中速挡液力偶合器→Z6→Z5→输出轴; Ⅲ挡:输入轴→Z1→Z3→高速挡液力偶合器→Z7→Z5→输出轴; 倒挡:输入轴→Z9→Z10→Z11→倒挡摩擦离合器→Z7→Z5→输出轴。特征1 . 泵及驱动特性如图2所示,泵的特性, 柴油变矩器,其输出特性的联合工作()的内容其优势主要表现在三个方面:第一,根据负载的变化,自动和无级变速扭矩从主体开始钻探,可提高功率效率 从而提高钻机工效第二,无论怎样的负荷变化,柴油机最佳的营运, 这是规模较大的负荷变化泵I组表现更为突出变矩器能力改变适应机组负荷变化的能力大大加强, 起重事故,并承载能力 图2柴油变矩器联合工作的输出特性2 . 二档和性图3,在和驱动的特性,即柴油和耦合联合工作输出特性(MW、偶合器效率η与涡轮轴转速nw的关系)。理论上,涡轮,可任意转速运行,甚至, 泵轮取决于柴油发动机转速允许范围内但这个速度,以扩大有关的功率损耗为代价, 为确保传动效率高,一般不应作为耦合限速装置 图3柴油耦合联合工作输出特性3 .钻机的提升根据柴油和柴油耦合的联合工作特性曲线, 钻机的具体性能参数可以液力传动钻机性能提升(见图4 )整个提升曲线abcdef理论上, Ⅰ挡、Ⅱ挡和Ⅲ挡的工作范围分别为EF段、CDE段和ABC段。事实上,为了保证高耦合效率的工作, 最佳工作, 实际上,为了保证偶合器有较高的工作效率,最好让Ⅰ挡工作在D′EF段,Ⅱ挡工作在B′CD段,Ⅲ挡工作在AB段。 图4钻机性能提升4 . 液力变矩器逆向制动性能下钻和套管过程中, 钻机挂合液力挡,此时变矩器处于反转制动工况,柴油机带动泵轮正转,钻具或套管柱带动涡轮反转。变矩器内的液体作用于涡轮的力矩方向与涡轮转向相反,这种力矩起阻止涡轮反转的作用。这样利用变矩器的反转制动特性就起到了等同于钻机辅助刹车(如水刹车)的作用,减小了带刹车的载荷。反转制动力的大小与充油量成正比,通过控制进入挡变矩器的充油量,可以控制制动力的大小。适当提高柴油机的转速,使泵轮的转速提高,也可使反转制动力增大。再辅以带刹车,即可根据钩载的大小,随意调节制动力的大小,从而获得满意的下放速度。 总之,液压传动的三个钻机是全液压传动电力传输, 可以吸收和降低发动机的振动,冲击,驱动提高柴油发动机,传动部分机器的试验结果液力传动钻机现场试验现场测试深度1950m试验井现场试验表明,钻机液压驱动钻机有以下优点( 1 )起升一档的无级变速特性,功率利用率将提高到90% ,确保更高的启动速度. 比传统的机械传动钻机时间在20%~23% ( 2 )钻变矩器用反向制动特点,在钻井未经任何处理的制动能充分实现速度控制,操作简单, 减少制动轮制动摩擦片的磨损( 3 )作为一个大变矩器系数,在处理钻井事故电力设备充足的电力, 传输设备驱动力矩( 4 )消除猫,井口,以加强利用机械化设备,运行安全情况已经有所改善( 5 )变速传动装置噪音,在一定程度上降低了,可以操作的过程中的转向. 简化换挡操作 钻机在试验过程中也暴露出以下几个问题( 1 )用传输变矩器,液压齿轮箱传动油温度上升较快, 一般温度迅速达到90,然后冷却装置,以保持恒温. 这表明变矩器效率不高,部分动能变成热能( 2 ) 传动油的散热装置设计不合理,造成液力传动箱体积过于庞大,而且风扇及电动机不便于现场维修更换。 ( 3 ) 机械式倒挡离合器不能满足处理井下事故或复杂的工艺要求,摩擦片极易变形而失效。( 4 )变速器过滤器的位置不太合理, 尤其是泵和过滤器清洗拆装现场是很难的( 5 )液压齿轮箱,齿轮反向运动之间的相互干扰问题,也就是, 他们座之间缺乏联锁装置2 . 液压泵测在整个钻井过程中,通过变矩器泵机组进行了现场测试钻井深718.36米,在发动机转速一直稳定在1200r/min , 泵时间约为106分钟1 ,随着钻井深度,泵5 MPa的压力逐渐上升,至12兆帕之后,以较低的发动机转速,泵压稳定在10, 20℃。在157小时连续运行,除在第一轴变矩器漏油,其他一切正常 测试结果显示,液压传动泵集团,具有以下的优点( 1 ) 可有效保护原动机。与泵及变矩器配套使用的12V190柴油机,在通过调节充油阀给其加载时,其载荷是缓慢均匀地增加的,避免了柴油机突然增加或减去很大载荷。据现场观察,在使用调压阀调节泵压时,柴油机的转速、声音及排烟情况均无明显的变化。这样可杜绝柴油机的“飞车”现象,延长柴油机的使用寿命。( 2 )建立有效的保障机制. 转换后,输出速度也逐渐增加,从零达到所需的速度(泵压) , 避免工作,为钻井泵的转速突然上升速度的原始动机( 3 )避免胎儿离合器装置,提高水泵工作气轮胎摩擦,摩擦轮传动皮带和水泵工作是一个薄弱环节, 容易发生故障和损坏,特殊气体冬季结冰气球往往造成事故的影响,钻井, 生产连续性采用液力变矩器来解决这个问题据该变矩器传动特性, 我们可以摆脱胶带轮采用直接传输,而且易于自动化( 4 ) 速柴油机为了保持额定转的条件下,泵压可以控制整个过程, 钻井技术,以满足复杂的要求下液压泵驱动的使用中也暴露出以下几个问题( 1 )由于增加了变矩器水泵和整体质量的传输过程也相应的增加了能耗( 2 ) 在现场环境恶劣,水泵柴油驱动的安装调试更加困难,从而影响整个钻机( 3 )推广使用的钻机,但配件供应更加紧张 4.变矩器的反转制动特性在下钻和下套管过程中,钻机挂合液力挡,此时变矩器处于反转制动工况,柴油机带动泵轮正转,钻具或套管柱带动涡轮反转。变矩器内的液体作用于涡轮的力矩方向与涡轮转向相反,这种力矩起阻止涡轮反转的作用。这样利用变矩器的反转制动特性就起到了等同于钻机辅助刹车(如水刹车)的作用,减小了带刹车的载荷。反转制动力的大小与充油量成正比,通过控制进入挡变矩器的充油量,可以控制制动力的大小。适当提高柴油机的转速,使泵轮的转速提高,也可使反转制动力增大。再辅以带刹车,即可根据钩载的大小,随意调节制动力的大小,从而获得满意的下放速度。综上所述,液力传动钻机的3个正挡都以液力传动方式传递动力,能吸收并减小来自发动机和工作机的振动和冲击,使传动系统传动柔和,提高了柴油机、传动零部件以及工作机的使用寿命。 现场试验结果 1.液力传动钻机现场试验 试验井井深1950m。现场试验表明,DQZJ—20Y型液力传动钻机具有如下优点。(1)起升挡的无级变速特性,将功率利用率提高到90%左右,保证较高的起升速度,比传统的机械传动钻机节省起升时间20%~30%。(2)下钻时利用液力变矩器的反转制动特性,下钻均匀,且不用刹把就可实现全程速度控制,操作简单,减小了刹车毂和刹带摩擦块的磨损。(3)由于变矩器有较大的变矩系数,在处理钻井事故时动力设备功率足,传动设备传动力矩大。(4)甩掉猫头,强化井口机械化装置的使用,使操作安全性得到提高。(5)变速和传动装置的噪音有一定程度的降低,且可以在运转过程中换挡,简化了换挡操作。 该型钻机在试验过程中也暴露出如下问题。(1)使用挡变矩器传动时,液力传动箱的传动油温度上升较快,一般温升很快达到90°C,然后散热装置保持温度基本恒定。这说明变矩器的使用效率不高,有部分动能转化为热能。 (2)传动油的散热装置设计不合理,造成液力传动箱体积过于庞大,而且风扇及电动机不便于现场维修更换。 (3)机械式倒挡离合器不能满足处理井下事故或复杂的工艺要求,摩擦片极易变形而失效。 (4)传动油过滤器位置及过滤方式不太合理,尤其是离心泵和过滤器的现场拆装清洗十分困难。 (5)液力传动箱的正、倒挡之间存在运动的相互干扰问题,在正、倒挡之间缺乏互锁装置。2.液力传动泵组试验 在整个钻井过程中对通过液力变矩器传动的机泵组进行了现场试验。钻井深度在718.36m之前柴油机转速一直稳定在1200r/min,泵的冲次约为106min-1,随着钻井深度增加,泵压从5MPa逐渐上升至12MPa。之后采取降低柴油机转速的方法,使泵压稳定在10~11MPa。在157h的连续运转中,除液力变矩器轴头发生漏油外,一切正常。试验表明,液力传动机泵组具有如下优点。 (1)可有效保护原动机。与泵及变矩器配套使用的12V190柴油机,在通过调节充油阀给其加载时,其载荷是缓慢均匀地增加的,避免了柴油机突然增加或减去很大载荷。据现场观察,在使用调压阀调节泵压时,柴油机的转速、声音及排烟情况均无明显的变化。这样可杜绝柴油机的“飞车”现象,延长柴油机的使用寿命。 (2)可有效保护工作机。经过变矩器输出的转速是从零开始逐步升高而达到工作需要的转速(泵压)的,避免了工作机钻井泵的转速突然增加到原动机的转速。 (3)省去了气胎离合器装置,提高了泵组工作的可靠性。气胎、摩擦片、摩擦毂和传动胶带是泵组工作的薄弱环节,容易发生故障和损坏,特别是冬季气路结冰常引起气囊烧坏事故,影响钻井生产的连续性。使用液力变矩器解决了这一问题。 (4)在保持柴油机的额定转速条件下,可实现泵压的全过程控制,满足钻井工艺在各种复杂情况下的要求,在复杂区块将更能显示其优越性。 液力传动泵组在试验及现场使用过程中也暴露出如下问题。 (1)由于增加了液力变矩器,泵组的整体质量及传动过程中的能耗也相应增加。(2)在现场条件较差时,泵、柴油机传动装置的安装和校正较为困难,影响钻机整拖时效。 (3)钻机尚未推广使用,配件供应较为紧张。 附录A2 注塑机液压系统设计的方法和注意问题 液压技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了,随着工业的迅猛发展,液压技术更日新月异。伴随着数学、控制理论、计算机、电子器件和液压流体学的发展,出现了液压伺服系统,并作为一门应用科学已经发展成熟,形成自己的体系和一套行之有效的分析和设计方法。好了,不多说了,现在我和大家来说说液压系统设计的方法和注意问题。举个液压系统在注塑机运用的例子来和大家聊,并欢迎大家提出意见。 设计注塑机液压传动系统的依据 注塑机的总体布局和工艺要求,包括采用液压传动所完成的注塑机运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。 注塑机的工作循环、执行机构的运动方式(移动、转动或摆动),以及完成的工作范围。 液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范围。 注塑机各部件的动作顺序和互锁要求,以及各部件的工作环境与占地面积等。 液压系统的工作性能,如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。 要求,如污染、腐蚀性、易燃性以及液压装置的质量、外形尺寸和经济性等。 设计液压传动系统的步骤 明确对液压传动系统的工作要求,是设计液压传动系统的依据,由使用部门以技术任务书的形式提出。 拟定液压传动系统图。a 根据工作部件的运动形式,合理地选择液压执行元件;根据工作部件的性能要求和动作顺序,列出可能实现的各种基本回路。此时应注意选择合适的调速方案、速度换接方案,确定安全措施和卸荷措施,保证自动工作循环的完成和顺序动作和可靠。 液压传动方案拟定后,应按国家标准规定的图形符号绘制正式原理图。图中应标注出各液压元件的型号规格,还应有执行元件的动作循环图和电气元件的动作循环表,同时要列出标准(或通用)元件及辅助元件一览表。 计算液压系统的主要参数和选择液压元件。计算液压缸的主要参数;计算液压缸所需的流量并选用液压泵;选用油管;选取元件规格;计算系统实际工作压力;计算功率,选用电动机;发热和油箱容积计算; 进行必要的液压系统验算。 液压装置的结构设计。 绘制液压系统工作图,编制技术文件。 设计液压传动系统时应注意问题 在组合基本回路时,要注意防止回路间相互干扰,保证正常的工作循环。 提高系统的工作效率,防止系统过热。例如功率小,可用节流调速系统;功率大,最好用容积调速系统;经常停车制动,应使泵能够及时地卸荷;在每一工作循环中耗油率差别很大的系统,应考虑用蓄能器或压力补偿变量泵等效率高的回路。 防止液压冲击,对于高压大流量的系统,应考虑用液压换向阀代替电磁换向阀,减慢换向速度;采用蓄能器或增设缓冲回路,消除液压冲击。 系统在满足工作循环和生产率的前提下,应力求简单,系统越复杂,产生故障的机会就越多。系统要安全可靠,对于做垂直运动提升重物的执行元件应设有平衡回路;对有严格顺序动作要求的执行元件应采用行程控制的顺序动作回路。此外,还应具有互锁装置和一些安全措施。 尽量做到标准化、系列化设计,减少专用件设计。 使用液压系统要注意的问题 使用者应明白液压系统的工作原理,熟悉各种操作和调整手柄的位置及旋向等。开车前应检查系统上各调整手柄、手轮是否被无关人员动过,电气开关和行程开关的位置是否正常,主机上工具的安装是否正确和牢固等,再对导轨和活塞杆的外露部分进行擦拭,而后才可开车。开车时,首先启动控制油路的液压泵,无专用的控制油路液压泵时,可直接启动主液压泵。液压油要定期检查更换,对于新投入使用的液压设备,使用3?个月左右即应清洗油箱,更换新油。以后每隔半年至1?年进行清洗和换油一次。 工作中应随时注意油液,正常工作时,油箱中油液温度应不超过60℃。油温过高应设法冷却,并使用粘度较高的液压油。温度过低时,应进行预热,或在运转前进行间歇运转,使油温逐步升高后,再进入正式工作运转状态。 检查油面,保证系统有足够的油量。 有排气装置的系统应进行排气,无排气装置的系统应往复运转多次,使之自然排出气体。油箱应加盖密封,油箱上面的通气孔处应设置空气过滤器,防止污物和水分的侵入。加油时应进行过滤,使油液清洁。系统中应根据需要配置粗、精过滤器,对过滤器应经常地检查、清洗和更换。对压力控制元件的调整,一般首先调整系统压力控制阀----溢流阀,从压力为零时开调,逐步提高压力,使之达到规定压力值;然后依次调整各回路的压力控制阀。主油路液压泵的安全溢流阀的调整压力一般要大于执行元件所需工作压力的10%--25%。快速运动液压泵的压力阀,其调整压力一般大于所需压力10%--20%。如果用卸荷压力供给控制油路和润滑油路时,压力应保持在0.3--0.6MPa范围内。压力继电器的调整压力一般应低于供油压力0.3--0.5MPa。流量控制阀要从小流量调到大流量,并且应逐步调整。同步运动执行元件的流量控制阀应同时调整,要保证运动的平稳:①系统产生噪声和振动;②运动部件爬行;?③系统中压力不足;④运动部件速度不正常;⑤油温太高;⑥换向或启动不正常;工作部件产生爬行的原因及排除方法因为空气的压缩性较大,当含有气泡的液体到达高压区而受到剧烈压缩时,会使油液体积变小,使工作部件产生爬行。采取措施:在系统回路的高处部位设置排气装置,将空气排除。由于相对运动部件间的磨擦阻力太大或磨擦阻力变化,致使工作部件在运动时产生爬行。采取措施:对液压缸、活塞和活塞杆等零件的形位公差和表面粗糙度有一定的要求;并应保证液压系统和液压油的清洁,以免脏物夹入相对运动件的表面间,从而增大磨擦阻力。运动件表面间润滑不良,形成干磨擦或半磨擦,也容易导致爬行。采取措施:经常检查有相对运动零件的表面间润滑情况,使其保持良好。若液压缸的活塞和活塞杆的密封定心不良,也会出现爬行。采取措施:应卸除载荷,使液压缸单独动作,测定出磨擦阻力后,校正定心。因液压缸泄漏严重,导致爬行。采取措施:减少泄漏损失,或加大液压泵容量。 Control By Jack L. Johnson, P. E. Pump control vs valve control: Efficiency or performance? DQZJ - 20Y hydrodynamic drive rig driven analysis [Abstract] papers DQZJ - 20Y hydrodynamic drive rigs used hydraulic mechanical gearbox, transmission soft, adapt to the changes in the load capacity can be achieved continuously variable torque and braking inversion. Field test showed that the rig power utilization, and high hoisting speed; Conversely braking characteristics reduce the belt brake load; Moments change the characteristics of strengthening the ability to handle incidents. Through the torque converter drive drilling pump can simultaneously protecting the original motivation and work; Maintain the rated speed of the diesel engine conditions, pump pressure can be controlled throughout the entire process. Thermal response, reverse gear clutch and filters, etc. exposed to the issues raised improvements. The use of a 2000 m deep drilling of new DQZJ - 20Y hydrodynamic drive rig, Taiwan drilling rigs in part by the United States Diesel plant New York Institute of the Ministry of Internal Combustion Engines and British Petroleum plant developed by the power equipment, transmission equipment and rig system. Currently, through testing, and use of this rig shown a good performance, particularly in the power driven more prominent characteristics, but also exposed some problems. According to the author-driven programs and on-site test results, analysis of the rig driven characteristics, and to address the problems and propose improvements. Driver program At present, the use of medium-sized rig (available drilling deep 1500 ~ 2500) the use of AC motors or diesel engine as the original motivated by a separate variable speed mechanical gearbox, and dial-driven winch. Drilling pump is used single-engine direct drive. DQZJ - 20Y rig hydraulic transmission of ordinary mechanical gearbox t

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