1、 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页DN2600 碟阀液压系统设计摘要随着我国工业经济的发展与需要，碟阀在国民生活中应用越来越广泛。蝶阀不仅在石油、煤气、化工、水处理等一般工业上得到广泛应用，而且还应用于热电站的冷却水系统。30 年代，美国发明了碟阀，50 年代传入日本，到 60 年代才在日本普遍采用，而在我国推广则是 70 年代后的事了。碟阀一般有采用电器动力和液压动力的，电器应用的教早，而且大多用在较小的碟 阀上。当 负载较大时，电 器驱动已不能满足使用的需要，所以要采用输出功率较大的动力驱动，而液压驱动正好能满足这方面的需要，这样液压碟阀就被广泛应用在工业生产上。在控制液体或气体通断
2、中，闸阀与碟阀都被应用其中。但相对闸阀而言碟阀有开闭时间短，操作力矩小，安装空间小和重量轻等特点。所以碟阀正逐步取代闸阀在工业生产中的位置。液压碟阀主要 应用在负载较大的工作场合，阀门的直径相对也较大。碟 阀的机械结构较简单，主要为阀门、机械臂和 驱动机构。液压部分的设计主要在于液压缸负载力的确定。在通过简单的力分析后，可以计算出两个液压缸的最大负载力。然后，确定液压执行机构和其它元件。通过合理的选件与布局，设计 出合理的碟阀系 统的液压站部分。关键词：碟阀；液压；应用；液压站辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页AbstractAlong with our country industry
3、 economys development and the need, the disc valve applies in the national life is getting more and more widespread. The disc valve not only in the petroleum, the coal gas, the chemical industry, the water treatment and so on the general industry obtains the widespread application, moreover also app
4、lies in the heating and power station cooling aqueous system. In the 30s, the US has invented the disc valve, in the 50s spreads to Japan, only then generally uses to the 60s in Japan, but promoted after our country is the 70ss matter. The disc valve has generally uses the electric appliance power a
5、nd the hydraulic pressure power, the electric appliance application teaches early, moreover mostly uses on the disc valve. When the load is big, the electric appliance actuates not to be able to satisfy the use the need, must therefore use the output big power drive, but the hydraulic pressure actua
6、tion happen to can satisfy this aspect the need, such hydraulic pressure small dish valve widely is applied in the industrial production.In the control liquid or the gas make-and-break, which the gate valve and the disc valve is applied in . But the relative gate valve says the disc valve to have th
7、e make and break time to be short, the operation moment of force is small, the installment space is small and weight light and so on characteristics. Therefore the disc valve is substituting for gate valves in industrial production position gradually. The hydraulic pressure disc valve main applicati
8、on in the load big work situation, valves diameter is relatively also big. The disc valves mechanism is simple, mainly for valve, mechanical arm and driving mechanism. The hydraulic pressure parts design mainly lies in the hydraulic cylinder load strength the determination. After simple strength ana
9、lysis, may calculate two hydraulic cylinders most high loading strength. Then, definite hydraulic actuator and other parts. Through reasonable chooses with the layout, designs the reasonable disc valve systems hydraulic pressure station part. Key word: Disc valve ；Hydraulic pressure ；Application ；Hy
10、draulic station辽宁科技大学本科生毕业设计 第 页 III目 录1 绪 论 .11.1 课题提出的背景与意义 .11.2 国内外研究现状、发展动态 .21.2.1 液压碟阀的发展概况.21.2.2 液压碟阀技术的发展动向.42 碟阀液压系统的参数 .72.1 主要参数.73 碟阀系统工作任务及工作过程 .83.1 工作任务.83.2 工作过程.84 碟阀液压系统设计计算 .94.1 液压系统原理图的拟定 .94.2 液压缸的设计计算 .104.2.1 液压缸缸径计算.104.2.2 液压缸行程及流量计算.114.2.3 液压缸壁厚选择.114.2.4 液压缸活塞杆的校和.114.
11、3 蓄能器的选择 .134.4 液压泵与电动机的选择计算 .144.4.1 液压泵类型的确定.144.4.2 液压泵规格的选择.154.4.3 计算液压泵的驱动功率.15辽宁科技大学本科生毕业设计 第 页 IV4.4.4 电动机的选择计算.154.5 联轴器的选择 .154.6 液压控制阀的选择 .154.6.1 单向阀的选择.154.6.2 溢流阀的选择.154.6.3 电磁换向阀的选用.164.6.4 液控单向阀的选择.164.6.5 单向节流阀的选择.164.6.6 压力继电器的选择.164.7 液压辅件的选择.164.7.1 滤油器的选择.164.7.2 油箱尺寸的确定.164.7.3
12、 冷却器的选择计算.164.7.3 压力表选择.184.7.4 液位计选择.184.7.5 压力表开关与截止阀.184.7.6 空气滤清器.184.8 管道及管接头的计算选择 .184.8.1 吸油管.184.8.2 压油管.184.8.3 回油管.194.9 系统的性能验算.194.9.1 液压管路压力损失.195 液压站的设计.22辽宁科技大学本科生毕业设计 第 页 V5.1 阀块设计 .225.1.1 阀块内孔液体流速的确定.225.1.2 内孔间距及内孔外壁之间距离的确定.235.1.3 阀块的内孔加工.235.1.4 工艺孔的封堵.245.1.5 连接孔的设计.245.1.6 阀块材
13、料及加工工艺.245.1.7 其它注意事项.255.2 液压泵站设计.265.2.1 油箱设计.275.2.2 液压泵组的结构设计.276 环保与经济性分析 .28结 论.29致 谢.30参考文献.31辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1页1 绪 论1.1 课题提出的背景与意义在现代的国民经济生产中，碟阀的应用越来越广。30 年代，美国发明了碟阀，50年代传入日本，到 60 年代才在日本普遍采用，而在我国推广则是 70 年代后的事了。虽然我国碟阀的历史还比较短，但是我国的碟阀发展较为迅速，在生产生活中也逐渐应用开来。在碟阀引进以前闸阀在石油、水处理中应用较为广泛。自在国内推广了碟阀以后，碟阀就迅
14、速被广泛应用。目前世界上一般在 DN300 毫米以上蝶阀已逐渐代替了闸阀。蝶阀与闸阀相比有开闭时间短，操作力矩小，安装空间小和重量轻的特点。且蝶阀易与各种驱动装置组合，有良好的耐久性和可靠性。蝶阀结构简单、体积小、重量轻，只由少数几个零件组成。而且只需旋转 90；即可快速启闭，操作简单，同时该阀门具有良好的流体控制特性。在现代工业生产中，碟阀大多应用在大型水管道或油管道中，碟阀的直径也越来越大。所以，本次设计的目的是为了设计一种 2600mm 直径的水管道液压碟阀。此系统中，系统的负载较大，采用双液压缸推动，机械示意图如下：图 1.1 液压碟阀机械结构示意图辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2页
15、此种大型碟阀系统的设计是现代碟阀发展的重要部分。碟阀应用的大型化是碟阀发展的方向。应用液压动力驱动碟阀可以弥补其他动力装置动力不足的缺陷。大型碟阀的设计也是我国工业生产的需要，特别是在热电站的冷却水系统。同时，大型碟阀的设计也可以提高我国碟阀在国际上的竞争力。1.2 国内外研究现状、发展动态1.2.1 液压碟阀的发展概况应用流体作介质的动力、运动和信号进行控制和传递的技术，包括对流体动力过程和流体流动方式进行控制的技术称为流体传动与控制技术。其物理基础是流体的连续性、可压缩性或不可压缩性，介质的流动性，以及其他的机械、物理、化学和生物特性。由于流体传动与控制技术使用的介质通常为矿物油、生物油、
16、空气、蒸气、合成流体等，传统上称为液压与气动。液压技术的发展与流体力学的理论研究息息相关。1650 年帕斯卡提出帕斯卡原理，即静止液体中的压力传播规律；1686 年牛顿揭示了粘性液体的内摩擦定律；18 世纪流体力学的两个重要原理流体连续性方程和伯努利能量方程相继建立，上述理论成为液压技术发展的理论基础。自 1795 年英国研制世界上第一台水压机起，液压技术开始进入工程应用领域。19 世纪工业上使用的液压传动装置均采用水作为工作介质，由于其密封问题未能得到较好的解决以及电气传动的发展和竞争，曾一度导致液压技术停滞不前。1905 年美国人詹涅（Janney）首次将矿物油代替水作液压介质才使这个问题
17、得到改观。20 世纪 30 年代，由于车辆、航空、舰船等功率传动的推动，相继出现了斜轴式轴向柱塞泵、径向和轴向柱塞马达；1936 年 Harry Vickers 发明了以先导式控制压力阀为标志的管式系列液压控制元件。二战期间，由于战争的推动，出现了以电液伺服系统为代表的响应快、精度高的液压元件和控制系统，从而使液压技术得到了迅速的发展。20 世纪 50 年代以后，随着战后各国经济的恢复和发展，生产过程自动化程度的不断提高，液压技术很快转入民用工业，在机床、工程机械、压力机械、船舶机械、冶金机械、农业机械及汽车等行业得到了广泛的应用和发展。同期，德国的亚琛工业大学（TH Aachen）在仿形刀架
18、方面，美国麻省理工学院(MIT)Blackburn ，Lee 及 Shearer等学者在电液伺服阀方面的研究取得了很大的进展（出版了著名的液压气动控制辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3页一书） 。这些成果及 Harry Vickers 发明的先导式控制压力阀结构至今仍为全世界采用。20 世纪 60 年代以后，原子能技术、空间技术、微电子技术等新兴技术的迅速发展，再次将液压技术向前推进，使其成为包括传动、控制、检测在内的一门对现代机械装备技术进步有着重要影响的基础技术，使其在国民经济的各个部门得到了更加广泛的应用。60 年代后期出现了板式、叠加式液压阀系列，发展了以比例电磁铁为电气机械转换元件的
19、电液比例控制技术并广泛应用于工业控制中，提高了电液控制系统的抗污染能力和性价比。70 年代出现了插装式系列液压元件。80 年代以后，液压技术与现代数学、力学和微电子技术、计算机技术、控制科学等紧密结合，出现了微处理机、电子放大器、传感测量元件和液压控制单元相互集成的机电一体化产品，提高了液压系统的智能化程度和可靠性，并应用了计算机技术开展了对液压元件和系统的动、静态性能数字仿真及结构的辅助设计和制造。我国的碟阀制造与应用起步较晚，直到上世纪 70 年代碟阀才在国内得到应用。在碟阀应用的初期阶段，其优点并没有完全显示出来。一直都是闸阀在石油、煤气、化工、水处理等一般工业上应用，随着碟阀的应用与发
20、展，碟阀逐渐取代了闸阀在这些工业中的应用。目前世界上一般在 DN300 毫米以上蝶阀已逐渐代替了闸阀。碟阀根据其密封可分为橡胶密封蝶阀和金属密封碟阀。橡胶密封碟阀的缺点是作节流使用时，由于使用不当会产生气蚀，使橡胶座剥落、损伤等情况发生。为此，现在国际上又开发金属密封蝶阀，气蚀区减小，近几年我国也开发了金属密封蝶阀，在日本近年来还开发耐气蚀、低振动、低噪声的梳齿形蝶阀。一般密封座的寿命在正常情况下，橡胶15年-20年，金属的80年-90年。 蝶阀的开度与流量之间的关系，基本上呈线性比例变化。如果用于控制流量，其流量特性与配管的流阻也有密切关系，如两条管道安装阀门口径、形式等全相同，而管道损失系
21、数不同，阀门的流量差别也会很大。 如果阀门处于节流幅度较大状态，阀板的背面容易发生气蚀，有损坏阀门的可能，一般均在15 外使用。 蝶阀处于中开度时，阀体与蝶板前端形成的开口形状以阀轴为中心，两侧形成完成不同的状态，一侧的蝶板前端顺流水方向而动，另一侧逆流水方向而动，因此，一侧阀体与阀板形成似喷嘴形开口，另一侧类似节流孔形开口，喷嘴侧比节流侧流速快的多，而节流侧阀门下面会产生负压，往往会出现橡胶密封件脱落。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4页蝶阀操作力矩，因开度及阀门启闭方向不同其值各异，卧式蝶阀，特别是大口径阀，由于水深，阀轴上、下水头差所产生的力矩也不容忽视。另外，阀门进口侧装置弯头时，形
22、成偏流，力矩会有增加。阀门处于中间开度时，由于水流动力矩起作用，操作机构需要自锁。所以在国内，金属密封碟阀在石油、煤气、化工、水处理等一般工业上应用较为广泛。并逐步朝大型化与自动化发展。1.2.2 液压碟阀技术的发展动向21 世纪将是信息化、网络化、知识化和全球化的世纪，信息技术、生命科学、生物技术和纳米技术等新科技的日益发展将对液压传动与控制技术的研究、设计理念和方法、对各类液压产品的结构和工艺、对其应用领域以及企业的经营管理模式产生深刻影响并带来革命性变化。液压传动与控制将呈现以下的发展趋势 57：(1) 继续和信息、数字、智能及网络技术相结合随着信息技术的迅速发展，实用性的加强，低成本、
23、智能化和网络化，以及在工程控制方面的日益增长的技术需求，液压传动与控制、通信和信息技术之间必然产生越来越紧密的结合。液压传动与控制技术将随数字化、智能化和无线网络的发展而发展。(2) 小型化和集成化随着纳米技术和微电子机械系统(MEMS)的发展以及在信息/通信、生物制药和生物仪器等领域应用的不断扩大、流体传动和控制技术的小型化向接近厘米、毫米、微米甚至纳米方向发展，其应用领域如：MEMS、SOC、生化仪器等微机械、微流体系统。(3) 极端环境下的应用环境在深海，太空失重，深层地下，核反应堆及其他环境，如超高压，超强磁场，超高/低温，对流体传动与控制都是很大的挑战。(4) 更加严格的环保标准随着
24、环保标准的提升，为了更好地为环保工业服务，要求液压技术提高原材料、元件、系统及功能所采用的标准。(5) 生物医疗器械和设备的开发为提高健康水平和满足老龄化社会的需要，生物医疗器械和设备的需求以及协助辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5页残障人士和老年人的人造器官和系统，服务机器人等的需求越来越多。(6) 仿生学流体技术的开发通过对生物多样性和生物进化过程的学习，人类能够对仿生的或生物模拟的流体技术和系统进行发面和开发来模拟大自然。总之，在社会和工程需求的强力推动及机械、电气传动与控制的挑战下，液压传动与控制技术将依托机械制造，材料工程、微电子及计算机、数学、力学及控制科学，不断发挥自身优势，满足
25、客观需求，变得更为绿色化、机械电子一体化、模块化、智能化和网络化，将自身推向新的水平。碟阀技术的发展趋势，普遍向高效率、自动化、大型化和节能化方向发展。力图采用新技术，开创新局面。关于液压技术本身，也有高速化、稳定性、耐用性、节能、节材、低噪音等技术课题。在许多亚太国家中，由于受本国的阀门设计制造水平的局限以及传统教科书的影响，对碟阀的偏见仍很大。而与此同时，欧美的先进发达工业国家却正在大力推广并积极使用碟阀。道理很简单，碟阀已今非昔比。三偏心碟阀 其适用范围已可以耐压高达 25磅级，耐温低至 -196 ，高温达 700 ，密封达到 0 泄漏，调控比高达 100:1 以上。也就是说，在各种严酷
26、、关键的过程控制管线上，不论是关阀还是调控阀，只要选型得当，现在都可以放心得使用碟阀，而且成本低廉。蝶阀的卓越性能与其自身不断地偏心、演变、发展密切相关。为满足各种工况要求，蝶阀先后经历了从同心向单偏心、双偏心和三偏心的演变。碟阀的演变过程及三偏心碟阀的发展和应用简单介绍如下：同心蝶阀，该种蝶阀的结构特征为阀杆轴心、蝶板中心和本体中心在同一位置上。结构简单、制造方便。常见的衬胶蝶阀即属于此类。缺点是由于蝶板与阀座始终处于挤压、刮擦状态、阻距大、磨损快。为克服挤压、刮擦，保证密封性能，阀座基本上采用橡胶或聚四氟乙烯等弹性材料，但也因而在使用上受到温度的限制。这就是为什么传统上人认为蝶阀不耐高温的原因。这也是简单的管道中使用的碟阀。单偏心蝶阀为解决同心蝶阀的蝶板与阀座的挤压问题。由此产生了单偏心蝶阀，其结构特征为阀杆轴心偏离了蝶板中心从而使蝶板上下端不再成为回转轴心，分散、减轻了蝶板上下端与阀座的过度挤压。但由于单偏心构造在阀门的整个开关过程中蝶
