蓄能式液控蝶阀液压系统的设计和计算.doc

1、邵阳学院毕业设计（论文）目录内容提要 .ISummary .II1 绪论 .11.1 液压传动的发展历史 .11.2 我国液压传动发展情况 .21.3 液压传动在机械行业中的应用 .31.4 液压系统的基本组成 .41.5 液控蝶阀 .51.6 设计方案简述 .72 液控蝶阀液压系统设计 .82.1 技术参数和设计要求 .82.2 蝶阀安装方式选择 .82.3 工况分析 .92.4 负载循环图和速度循环图的绘制 .112.5 液压系统原理图的拟定 .122.6 控制过程综述 .133 液压系统的计算和元件选型 .153.1 液压缸主要尺寸的确定 .153.2 液压泵的流量，压力的确定和泵规格的

2、选择 .163.3 液压泵匹配电动机的选定 .173.4 阀类元件及辅助元件的选择 .173.5 管道的确定 .204 液压缸的结构设计 .254.1 液压缸主要尺寸的确定 .25邵阳学院毕业设计（论文）4.2 液压缸的结构设计 .275 液压油箱的设计 .305.1 液压油箱有效容积的确定 .305.2 液压油箱的外形尺寸设计 .315.3 液压油箱的结构设计 .316 液压辅助元件的选择 .356.1 蓄能器的选择 .356.2 液位控制器的选择 .356.3 空气过滤器的选择 .356.4 温度计的选择 .356.5 压力表的选择 .356.6 回油过滤器的选择 .356.7 液压工作介

3、质的选择 .357 液压系统性能的验算 .377.1 压力损失的验算 .377.2 系统温升的验算 .378 液压系统安装及调试 .388.1 液压系统安装 .388.2 调试运行 .388.3 液压系统污染的控制 .388.4 调试注意事项 .398.5 液压系统的维护及注意事项 .39设计总结 .40参考文献 .41致谢 .42邵阳学院毕业设计（论文）I内容提要本设计是对蓄能式液控蝶阀液压系统的设计和计算，运用了许多液压知识和机械设计原理，液控蝶阀是国内应用比较多的一种自动控制阀，如水轮机的进水阀，以及一些管道的自动开关阀。本液压系统为蓄能式全液方式，不需要锤，减少了能量的消耗与空间，两个

4、蓄能器，保障了辅助能源，应急动力的充分供给，并且保障了足够的容积，而且若一个有损坏，也可便于拆卸更换与维修。蓄能式液压系统结构紧凑，可置于阀门联接架上或置于阀门附近，若客户需要，可用 PLC 进行自动控制，并可以与 PC 主机连接进行自动化远程控制。本液控系统的工作顺序为：首先液压系统启动油泵，压力油经单向阀、换向阀进入油腔无杆腔，推动活塞运行，实现阀门开启，同时向蓄能器供油，蓄能器的油压由压力控制器确定。阀门的关闭是由蓄能器内的压力油经换向阀进入油缸有杆腔，使油缸退回，迅速关闭阀门。关闭时间及角度由油缸尾部控制部分控制。关键词：液压系统 液控蝶阀 蓄能式 自动化 控制邵阳学院毕业设计（论文）

5、IISummaryThe is a energy storage type hydraulic controlled butterfly valve hydraulic system design and calculation which using many hydraulic knowledge and mechanical design principle. The hydraulic controlled butterfly valve is a domestic application in many automatic control valves today in China,

6、 such as the turbine inlet valve, and some of the pipe s automatic switch valve.The hydraulic system of energy storage with all the liquid way type, dont need to hammer, whats more ,reduce the energy consumption and space. With two accumulator to guarantee the auxiliary energy, emergency power suppl

7、y full, and security enough volume, besides,and if one damaged, we can facilitate the removal replacement and maintenance. Energy storage type hydraulic system structure is compact, may be placed on a shelf or in the valve valve connection near, if the customer need, can use PLC for automatic contro

8、l, and can be connected to the PC host for automatic remote control. The hydraulic controlled system work order: first hydraulic system startup oil pump, oil pressure by the check valve, reversing valve into oil chamber no stem cavity, drive the pistons operation, the realization of the valve open,

9、and to provide the accumulator injection, accumulator of hydraulic pressure determined by the controller. The valve is closed by the pressure inside the accumulator oil in the reversing valves into the oil cylinder rod chamber, make the oil cylinder return, quickly close the valve. Closing time by t

10、he oil cylinder and Angle control part control.Keywords: hydraulic system ,hydraulic controlled butterfly valve , energy storage type , automatic control.邵阳学院毕业设计（论文）11 绪论1.1 液压传动的发展历史液压与气压传动，又称液压气动技术，是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别是近年来，随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相融合，液压与气压技术进入了一个新的发展阶段。液压与气压传动是以流体（液压油液或压缩空气）为工作介质进

11、行能量传递和控制的一种传动形式。它们通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。液压与气压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。虽然从 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理、18 世纪末英国制造出第一台水压机算起，已有几百年的历史，但液压与气压传动在工业上广泛采用和有较大幅度的发展确是 20 世纪中期以后的事情，也就是 60 年前。近代液压传动是由 19 世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转位器，其后才在机床上应用。第二次世界大战期间，由于军事工业和装备迫切需要发展迅速、动作准确、输出功率大的液压

12、传动及控制装置，促使液压技术迅速发展。战后，液压技术很快进入民用工业，机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到了大幅度的应用和发展。20 世纪 60 年代以后，随着原子能、空间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包挂传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，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。如发达国家生产的 95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。随着液压机械自动化程度的不断提高，液压元件应用数量急剧增加，元件小型化、系统集成化是必然的发展趋势。特别是近十年来，液压技术与

13、传感技术、微电子技术密切结合，出现了许多诸如电液比例控制阀、数字阀、电液伺服液压缸等机（液）电一体化元器件，使液压技术在高压、高速、大功率、节能高效、低噪音、使用寿命长、高度集成化等方面取得了重大进展。无疑，液压元件和液压系统的计邵阳学院毕业设计（论文）2算机辅助设计（CAD）、计算机辅助试验（CAT）和计算机实时控制也是当前液压技术的发展方向。1.2 我国液压传动发展情况我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60 年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液

14、压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。2012 年液压系统技术发展新趋势分析报告指出：目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速

15、发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。首先，开展液压系统的故障揣测，落实主动维护技术。务必使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，设立完整的、拥有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。要进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力的方向。1）机电一体化：机电一体化可落实液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其重要发展动向如下：液压系统将有过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭

16、环比例伺服系统，一起对压力、流量、位置、温度、速度等传感器落实标准化；提高液压元件功能，在功能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将落实自动测量和诊断；电子邵阳学院毕业设计（论文）3直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可落实液压泵的各种调节方式，落实软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，落实高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。由于液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新资料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有定

17、然的提高。尽管如此，走向 21 世纪的液压技术不约摸有惊人的技术突破，应当重要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其重要的发展趋势将集中在以下几个方面。2）减少耗费，充分利用能量：液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量耗费。为减少能量的损失，务必解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或铲除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新款密封资料，减少摩擦损失；改善液压系统功能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。3）泄漏控制：泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方

18、面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，落实无管衔接，研制新款密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。4）污染控制：过去，液压界重要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：严格控制产品出产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之拥有更大的耐污染能力。一起开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分手净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。它指明了中国现阶段的液压发展的现状

19、和努力的方向。1.3 液压传动在机械行业中的应用机床工业磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等工程机械挖掘机、装载机、推土机等邵阳学院毕业设计（论文）4汽车工业自卸式汽车、平板车、高空作业车等农业机械联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等轻工机械打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等冶金机械电炉控制系统、轧钢机控制系统等起重运输机械起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等矿山机械开采机、提升机、液压支架等建筑机械打桩机、平地机等船舶港口机械起货机、锚机、舵机等铸造机械砂型压实机、加料机、压铸机等本机器适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸

20、等。也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。本机器的工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整，并能完成一般压制工艺。此工艺又分定压、定程两种工艺动作供选择。定压成型之工艺动作在压制后具有保压、延时、自动回程、延时自动退回等动作。 本机器主机呈长方形，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。1.4 液压系统的基本组成 （1）能源装置液压泵。它将动力部分（电动机或

21、其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。（2）执行装置液压机（液压缸、液压马达） 。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。（3）控制装置液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩） 、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不邵阳学院毕业设计（论文）5同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。（4）辅助

22、装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。（5）工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。1.5 液控蝶阀 1.5.1 液控蝶阀概述液控蝶阀是蝶阀的一种，液控蝶阀分保压型、锁定型和蓄能型三种。 它适用于水泵出口和水轮机的入口管路上，作为闭路阀和止回阀，用来避免和减少管路系统中介质的倒流和产生过大的水击，以保护管路系统。其保压型、锁定型液控蝶阀，靠液压驱动开启，靠重锤势能关闭。该法安装后，可替代闸阀（蝶阀）和止回阀，且流阻系数小。关阀时分快慢两个阶段，前端为快关，后段为慢关，并可根据用户需要调节快、慢关闭时间及

23、角度，保压型液压系统设有开阀自动保压和自动复位功能。锁定型具有自动保压和锁定销锁定双重保护。蓄能器液控蝶阀开启靠水泵，而关闭时靠蓄能器。由于采用了蓄能器关阀，从而省掉了重锤，因此占用空间小，安装方便、结构紧凑。电气控制可根据用户需要采用普通型控制和 PLC 控制，实现了泵阀联动，并可实现就地远控及计算机联控。1.5.2 液控蝶阀原理1）开阀：液控蝶阀开发时 ，利用液控站和举升油缸的作用力，通过举臂，重锤杆、阀轴等零件，带动碟板作 90旋转。与此同时，液控站和举升油缸的作用力也通过举臂和重锤杆将重锤垂直提升，将重锤的重力转换为势能，为关阀做好动力准备。2）锁定：液控蝶阀的锁定机构由传动油缸，机械

24、锁定轴、电磁锁定轴、电磁铁等零件组成，具有机械电磁联合锁定功能，当阀门全开后，先有传动油缸的作用力驱动机械锁定轴投入到锁定位置进行初锁，后由电磁铁的电磁力驱动电磁锁定轴进行终锁，其锁定过程在一系列行程开关的作用下，完全自动进行，一气呵成。重锤的巨大作用力完全由机械锁定轴承受，机械锁定轴的退出受到电磁锁定轴的约束，而电磁锁定轴的退出则受到电磁铁的电磁力控制，只要电磁铁不失电，其电磁锁定邵阳学院毕业设计（论文）6轴和机械锁定轴就被牢牢控制住，不关阀门开启多长时间，不管重锤有多重、重锤（碟板）绝不会下落一丝一毫，确保碟板开启后始终处于全开状态（最小流阻状态） ，期间无需任何补油、补压措施。3）关阀：

25、关阀有三种情况，A：人为关阀；B：水泵或阀门自身故障失电关阀；C：外线失电关阀。不管哪种情况关阀，只需让电磁铁失电即可按预定的程序自动关闭，在电磁铁失电瞬间，电磁力即刻同步消失。电磁锁定轴一旦失去电磁力的作用则即刻开锁，机械锁定轴在失去电磁锁定轴的约束后也即可开锁，此时重锤的势能即重锤杆、举臂、阀轴等零件带动碟板按照预先调定的快关、缓冲、慢关程序作关闭运动，整个过程一气呵成。液控蝶阀在关闭过程中，必须排除举升油缸下腔的油液，据此，采取控制并调节举升油缸排油速度的方法，能有效地对阀门的关闭速度进行控制。液控蝶阀的关闭过程有快关、缓冲、慢关三个程序，其快关时间、慢关时间、快关角度、慢关角度都可以调

26、节。1.5.3 液控蝶阀特点由于需要进行多种工艺，液控蝶阀具有如下的特点：1)设有橡胶密封的工作密封副和金属密封的检修密封副，正常工作时仅工作密封副投入使用；当用于维护检修时，检修密封副投入使用，此时无需排空压力钢管或拆卸阀体便可进行检修、更换工作密封和轴颈密封等工作。2）蝶板采用双偏心、双平板过流型式，不仅具有良好的水利特性，流阻系数小于 0.2，而且关阀时具有阀门偏心势能及蓄能罐的压力势能，使阀门始终具有足够的保险系数，在任何需要关阀的情况下都能够安全可靠的关闭。3）阀体采用铸焊结构，为整体框架式，强度和刚度好，密封性能可靠。4）轴端密封采用双重补偿性密封机构，密封效果好。采用箱式结构，拆卸及维护方便。5）阀轴轴承采用无铅型无给油自润滑结构，具有承载能力强、摩擦系数小、耐磨损、耐腐蚀、使用寿命长等特点。6）设置有可靠的液压保压功能，以防止蝶板全开时由于水流冲击发生抖动及系统漏油、造成蝶板关闭；设置有液压锁定和手动锁定装置，检修水轮机时，防止因误操作导致阀门开启而发生意外。