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好吃不懒做也
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桐叶封弟

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一 绪论 液压传动与控制概述液压传动与控制是以液体(油、高水基液压油、合成液体)作为介质来实现各种机械量的输出(力、位移或速度等)的。它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动相比,具有传递功率大,结构小、响应快等特点,因而被广泛的应用于各种机械设备及精密的自动控制系统。液压传动技术是一门新的学科技术,它的发展历史虽然较短,但是发展的速度却非常之快。自从1795年制成了第一台压力机起,液压技术进入了工程领域;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反应快、精度高的自动控制系统,因而出现了液压伺服控制系统。从60年代起,由于原子能、空间技术、大型船舰及电子技术的发展,不断地对液压技术提出新的要求,从民用到国防,由一般的传动到精确度很高的控制系统,这种技术得到更加广泛的发展和应用。在国防工业中:海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等。在民用工业中:有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面,汽车工业、轻纺工业、船舶工业。另外,近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等,均采用了液压技术。总之,一切工程领域,凡是有机械设备的场合,均可采用液压技术。它的发展如此之快,应用如此之广,其原因就是液压技术有着优异的特点,归纳起来液压动力传动方式具有显著的优点:其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率大;液压传动装置体积小、结构紧凑、布局灵活,易实现无级调速,调速范围宽,便于与电气控制相配合实现自动化;易实现过载保护与保压,安全可靠;元件易于实现系列化、标准化、通用化;液压易与微机控制等新技术相结合,构成“机-电-液-光”一体化便于实现数字化。 液压机的发展及工艺特点液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一,自19世纪问世以来发展很快,液压机在工作中的广泛适应性,使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面,已经比较成熟,目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面,也主要表现在高速化、高效化、低能耗;机电液一体化,以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善;自动化、智能化,实现对系统的自动诊断和调整,具有故障预处理功能;液压元件集成化、标准化,以有效防止泄露和污染等四个方面。作为液压机两大组成部分的主机和液压系统,由于技术发展趋于成熟,国内外机型无较大差距,主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面,有较明显改善。在油路结构设计方面,国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计,插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产,其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点,它不需要另外的连接件其结构更为紧凑,体积也相对更小,重量也更轻无需管件连接,从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点,从70年代初期开始出现,至今已得到了很快的发展。我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产,并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上,显示了很大的优越性。液压机工艺用途广泛,适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺,压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料,如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺,也可适用于校正和压装等工艺。由于需要进行多种工艺,液压机具有如下的特点:(1) 工作台较大,滑块行程较长,以满足多种工艺的要求;(2) 有顶出装置,以便于顶出工件;(3) 液压机具有点动、手动和半自动等工作方式,操作方便;(4) 液压机具有保压、延时和自动回程的功能,并能进行定压成型和定程成型的操作,特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制;(5) 液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节,灵活性大。二 150t液压机液压系统工况分析本机器(见图)适用于可塑性材料的压制工艺。如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。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。 工况分析本次设计在毕业实习调查的基础上,用类比的方法初步确定了立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑动下行时,运动部件的质量为500Kg。1.工作负载 工件的压制抗力即为工作负载:2. 摩擦负载 静摩擦阻力:动摩擦阻力:3. 惯性负载自重:4. 液压缸在各工作阶段的负载值:其中: ——液压缸的机械效率,一般取 =。工况 负载组成 推力 F/负载图和速度图的绘制:负载图按上面的数值绘制,速度图按给定条件绘制,如图:三 液压机液压系统原理图设计3.1 自动补油的保压回路设计考虑到设计要求,保压时间要达到5s,压力稳定性好。若采用液压单向阀回路保压时间长,压力稳定性高,设计中利用换向阀中位机能保压,设计了自动补油回路,且保压时间由电气元件时间继电器控制,在0-20min内可调整。此回路完全适合于保压性能较高的高压系统,如液压机等。自动补油的保压回路系统图的工作原理:按下起动按纽,电磁铁1YA通电,换向阀6接入回路时,液压缸上腔成为压力腔,在压力到达预定上限值时压力继电器11发出信号,使换向阀切换成中位;这时液压泵卸荷,液压缸由换向阀M型中位机能保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时,压力继电器又发出信号,使换向阀右位接人回路,这时液压泵给液压缸上腔补油,使其压力回升。回程时电磁阀2YA通电,换向阀左位接人回路,活塞快速向上退回。3.2 释压回路设计:释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放,以免她突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25mm、压力高于7Mpa时,其油腔在排油前就先须释压。根据设计很实际的生产需要,选择用节流阀的释压回路。其工作原理:按下起动按钮,换向阀6的右位接通,液压泵输出的油经过换向阀6的右位流到液压缸的上腔。同时液压油的压力影响压力继电器。当压力达到一定压力时,压力继电器发出信号,使换向阀5回到中位,电磁换向阀10接通。液压缸上腔的高压油在换向阀5处于中位(液压泵卸荷)时通过节流阀9、换向阀10回到油箱,释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至压力继电器的调定压力时,换向阀6切换至左位,液控单向阀7打开,使液压缸上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱13中去。使用这种释压回路无法在释压前保压,释压前有保压要求时的换向阀也可用M型,并且配有其它的元件。机器在工作的时候,如果出现机器被以外的杂物或工件卡死,这是泵工作的时候,输出的压力油随着工作的时间而增大,而无法使液压油到达液压缸中,为了保护液压泵及液压元件的安全,在泵出油处加一个直动式溢流阀1,起安全阀的作用,当泵的压力达到溢流阀的导通压力时,溢流阀打开,液压油流回油箱。起到保护作用。在液压系统中,一般都用溢流阀接在液压泵附近,同时也可以增加液压系统的稳定性。使零件的加工精度增高。3.3液压机液压系统原理图拟定上液压缸工作循环(1) 快速下行。按下起动按钮,电磁铁1YA通电,这时的油路为:液压缸上腔的供油的油路变量泵1—换向阀6右位—节流阀8—压力继电器11—液压缸15液压缸下腔的回油路液压缸下腔15—液控单向阀7—换向阀6右位—电磁阀5—背压阀4—油箱油路分析:变量泵1的液压油经过换向阀6的右位,液压油分两条油路:一条油路通过节流阀7流经继电器11,另一条路直接流向液压缸的上腔和压力表。使液压缸的上腔加压。液压缸15下腔通过液控单向阀7经过换向阀6的右位流经背压阀,再流到油箱。因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀7打开,使副油箱13的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀14给液压缸15上腔补油。使液压缸快速下行,另外背压阀接在系统回油路上,造成一定的回油阻力,以改善执行元件的运动平稳性。(2) 保压时的油路情况:油路分析:当上腔快速下降到一定的时候,压力继电器11发出信号,使换向阀6的电磁铁1YA断电,换向阀回到中位,利用变量泵的柱塞孔从吸油状态过渡到排油状态,其容积的变化是由大变小,而在由增大到缩小的变化过程中,必有容积变化率为零的一瞬间,这就是柱塞孔运动到自身的中心线与死点所在的面重合的这一瞬间,这时柱塞孔的进出油口在配油盘上所在的位置,称为死点位置。柱塞在这个位置时,既不吸油,也不排油,而是由吸转为排的过渡状态。液压系统保压。而液压泵1在中位时,直接通过背压阀直接回到油箱。(3) 回程时的油路情况:液压缸下腔的供油的油路:变量泵1——换向阀6左位——液控单向阀7——液压油箱15的下腔液压缸上腔的回油油路:液压腔的上腔——液控单向阀14——副油箱13液压腔的上腔—节流阀8——换向阀6左位——电磁阀5——背压阀4——油箱油路分析: 当保压到一定时候,时间继电器发出信号,使换向阀6的电磁铁2YA通电,换向阀接到左位,变量泵1的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸的下腔,而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀9(电磁铁6YA接通),上腔油通过换向阀10接到油箱,实现释压,另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀6,再通过电磁阀19,背压阀11流回油箱。实现释压。下液压缸的工作循环:向上顶出时,电磁铁4YA通电,5YA失电。进油路:液压泵——换向阀19左位——单向节流阀18——下液压缸下腔回油路:下液压缸上腔——换向阀19左位——油箱当活塞碰到上缸盖时,便停留在这个位置上。向下退回是在4YA失电,3YA通电时产生的,进油路:液压泵——换向阀19右位——单向节流阀17——下液压缸上腔回油路:下液压缸下腔——换向阀19右位——油箱原位停止是在电磁铁3YA,4YA都断电,换向阀19处于中位时得到的。四 液压系统的计算和元件选型4.1 确定液压缸主要参数:按液压机床类型初选液压缸的工作压力为25Mpa,根据快进和快退速度要求,采用单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接,并通过充液补油法来实现,这种情况下液压缸无杆腔工作面积 应为有杆腔工作面积 的6倍,即活塞杆直径 与缸筒直径 满足 的关系。快进时,液压缸回油路上必须具有背压 ,防止上压板由于自重而自动下滑,根据《液压系统设计简明手册》表2-2中,可取 =1Mpa,快进时,液压缸是做差动连接,但由于油管中有压降 存在,有杆腔的压力必须大于无杆腔,估计时可取 ,快退时,回油腔是有背压的,这时 亦按2Mpa来估算。1) 计算液压缸的面积可根据下列图形来计算—— 液压缸工作腔的压力 Pa—— 液压缸回油腔的压力 Pa故:当按GB2348-80将这些直径圆整成进标准值时得: ,由此求得液压缸面积的实际有效面积为:2) 液压缸实际所需流量计算① 工作快速空程时所需流量液压缸的容积效率,取② 工作缸压制时所需流量③ 工作缸回程时所需流量4.2液压元件的选择4.确定液压泵规格和驱动电机功率由前面工况分析,由最大压制力和液压主机类型,初定上液压泵的工作压力取为 ,考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为 (含回油路上的压力损失折算到进油腔),则液压泵的最高工作压力为上述计算所得的 是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力,另外考虑到一定压力贮备量,并确保泵的寿命,其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力 应满足:液压泵的最大流量应为:式中 液压泵的最大流量同时动作的各执行所需流量之和的最大值,如果这时的溢流阀正进行工作,尚须加溢流阀的最小溢流量 。系统泄漏系数,一般取 ,现取 。1.选择液压泵的规格由于液压系统的工作压力高,负载压力大,功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备(如龙门刨床、拉床、液压机),柱塞式变量泵有以下的特点:1) 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易,尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求,油液泄漏小,容积效率高,能达到的工作压力,一般是( ) ,最高可以达到 。2) 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目,流量变增大。3) 改变柱塞的行程就能改变流量,容易制成各种变量型。4) 柱塞油泵主要零件均受压,使材料强度得到充分利用,寿命长,单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高,加工量大,价格昂贵。根据以上算得的 和 在查阅相关手册《机械设计手册》成大先P20-195得:现选用 ,排量63ml/r,额定压力32Mpa,额定转速1500r/min,驱动功率,容积效率 ,重量71kg,容积效率达92%。2.与液压泵匹配的电动机的选定由前面得知,本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段,这时液压泵的供油压力值为26Mpa,流量为已选定泵的流量值。 液压泵的总效率。柱塞泵为 ,取 。选用1000r/min的电动机,则驱动电机功率为选择电动机 ,其额定功率为。阀类元件及辅助元件的选择1. 对液压阀的基本要求:(1). 动作灵敏,使用可靠,工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。(2). 密封性能好。结构紧凑,安装、调整、使用、维护方便,通用性大2. 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量,其他还需考虑阀的动作方式,安装固定方式,压力损失数值,工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格:序号 元件名称 估计通过流量型号 规格1 斜盘式柱塞泵 63SCY14-1B 32Mpa,驱动功率 WU网式滤油器 160 WU-160*180 40通径,压力损失 直动式溢流阀 120 DBT1/315G24 10通径,32Mpa,板式联接4 背压阀 80 YF3-10B 10通径,21Mpa,板式联接5 二位二通手动电磁阀 80 22EF3-E10B6 三位四通电磁阀 100 34DO-B10H-T 10通径,压力 液控单向阀80 YAF3-E610B 32通径,32MPa8 节流阀80 QFF3-E10B 10通径,16MPa9 节流阀80 QFF3-E10B 10通径,16MPa10 二位二通电磁阀30 22EF3B-E10B 6通径,压力20 MPa11 压力继电器- DP1-63B 8通径, MPa12 压力表开关- KFL8-30E 32Mpa,6测点13 油箱14 液控单向阀 YAF3-E610B 32通径,32MPa15 上液压缸16 下液压缸17 单向节流阀48 ALF3-E10B 10通径,16MPa18 单向单向阀48 ALF3-E10B 10通径,16MPa19 三位四通电磁换向阀 25 34DO-B10H-T20 减压阀 40 管道尺寸的确定油管系统中使用的油管种类很多,有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等,必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管,因为本设计中所须的压力是高压,P= , 钢管能承受高压,价格低廉,耐油,抗腐蚀,刚性好,但装配是不能任意弯曲,常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管,低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统;塑料管一般用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管,可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管,多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难,成本很高,因此非必要时一般不用。1. 管接头的选用:管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件,它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。管接头的种类很多,液压系统中油管与管接头的常见联接方式有:焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹(ZM)和普通细牙螺纹(M)。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封,广泛用于中、低压液压系统;细牙螺纹密封性好,常用于高压系统,但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封,有时也采用紫铜垫圈。液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上,为此对管材的选用,接头形式的确定(包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等),管系的设计(包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等)以及管道的安装(包括正确的运输、储存、清洗、组装等)都要考虑清楚,以免影响整个液压系统的使用质量。国外对管子的材质、接头形式和连接方法上的研究工作从不间断,最近出现一种用特殊的镍钛合金制造的管接头,它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除——即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径,然后取出来迅速套装在管端上,便可使它在常温下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已经在航空和其它一些加工行业中得到了应用,它能保证在40~55Mpa的工作压力下不出现泄漏。本设计根据需要,选择卡套式管接头。要求采用冷拔无缝钢管。2. 管道内径计算:(1)式中 Q——通过管道内的流量v——管内允许流速 ,见表:允许流速推荐值油液流经的管道 推荐流速 m/s液压泵吸油管液压系统压油管道 3~6,压力高,管道短粘度小取大值液压系统回油管道 (1). 液压泵压油管道的内径:取v=4m/s根据《机械设计手册》成大先P20-641查得:取d=20mm,钢管的外径 D=28mm;管接头联接螺纹M27×2。(2). 液压泵回油管道的内径:取v=根据《机械设计手册》成大先P20-641查得:取d=25mm,钢管的外径 D=34mm;管接头联接螺纹M33×2。3. 管道壁厚 的计算式中: p——管道内最高工作压力 Pad——管道内径 m——管道材料的许用应力 Pa,——管道材料的抗拉强度 Pan——安全系数,对钢管来说, 时,取n=8; 时,取n=6; 时,取n=4。根据上述的参数可以得到:我们选钢管的材料为45#钢,由此可得材料的抗拉强度 =600MPa;(1). 液压泵压油管道的壁厚(2). 液压泵回油管道的壁厚所以所选管道适用。4. 液压系统的验算上面已经计算出该液压系统中进,回油管的内径分别为32mm,42mm。但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定,所以压力损失无法验算。系统温升的验算在整个工作循环中,工进阶段所占的时间最长,且发热量最大。为了简化计算,主要考虑工进时的发热量。一般情况下,工进时做功的功率损失大引起发热量较大,所以只考虑工进时的发热量,然后取其值进行分析。当V=10mm/s时,即v=600mm/min即此时泵的效率为,泵的出口压力为26MP,则有即此时的功率损失为:假定系统的散热状况一般,取 ,油箱的散热面积A为系统的温升为根据《机械设计手册》成大先P20-767:油箱中温度一般推荐30-50所以验算表明系统的温升在许可范围内。五 液压缸的结构设计 液压缸主要尺寸的确定1) 液压缸壁厚和外经的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知,承受内压力的圆筒,其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚 的比值 的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸,一般用无缝钢管材料,大多属于薄壁圆筒结构,其壁厚按薄壁圆筒公式计算设 计 计 算 过 程式中 ——液压缸壁厚(m);D——液压缸内径(m);——试验压力,一般取最大工作压力的()倍 ;——缸筒材料的许用应力。无缝钢管: 。= =则 在中低压液压系统中,按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小,使缸体的刚度往往很不够,如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算,按经验选取,必要时按上式进行校核。液压缸壁厚算出后,即可求出缸体的外经 为2) 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度,可根据执行机构实际工作的最大行程来确定,并参阅<<液压系统设计简明手册>>P12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。液压缸工作行程选缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖,其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时有孔时式中 t——缸盖有效厚度(m);——缸盖止口内径(m);——缸盖孔的直径(m)。液压缸:无孔时取 t=65mm有孔时取 t’=50mm3)最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时,从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度(如下图2所示)。如果导向长度过小,将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大,影响液压缸的稳定性,因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求:设 计 计 算 过 程式中 L——液压缸的最大行程;D——液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B=()D;缸盖滑动支承面的长度 ,根据液压缸内径D而定;当D<80mm时,取 ;当D>80mm时,取 。为保证最小导向长度H,若过分增大 和B都是不适宜的,必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定,即滑台液压缸:最小导向长度:取 H=200mm活塞宽度:B=缸盖滑动支承面长度:隔套长度: 所以无隔套。液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20~30倍。液压缸:缸体内部长度当液压缸支承长度LB (10-15)d时,需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计不需进行稳定性验算。 液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后,就进行各部分的结构设计。主要包括:缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同,结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。设 计 计 算 过 程1) 缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。本次设计中采用外半环连接,如下图1所示:图1 缸体与缸盖外半环连接方式优点:(1) 结构较简单(2) 加工装配方便缺点:(1) 外型尺寸大(2) 缸筒开槽,削弱了强度,需增加缸筒壁厚2)活塞杆与活塞的连接结构参阅<<液压系统设计简明手册>>P15表2-8,采用组合式结构中的螺纹连接。如下图2所示:图2 活塞杆与活塞螺纹连接方式特点:结构简单,在振动的工作条件下容易松动,必须用锁紧装置。应用较多,如组合机床与工程机械上的液压缸。

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廊坊电器城

高、低压两个溢流阀是标准的阀,在加一排量大于125的齿轮泵就可以了

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照相机1984

液压舵机故障与排除摘要:液压舵机是船舶重要设备之一,其质量、性能的好坏直接关系到船舶安全航行, 从目前发生的船舶海损事故中分析, 船舶发生海损有相当大的比例是与舵机故障有关的, 所以加强对舵机的检验,及时对舵机出现故障进行排除,保证舵机的正常工作是目前降低事故隐患, 减少海损事故发生的重要途径之一。关键词 液压舵机故障分析 故障排除目录1 液压舵机----------------------------------------------------------1 1.1液压舵机的基本组成及工作原理----------------------------------1 1.2 液压舵机的操纵系统--------------------------------------------12 舵机建造规范的基本要求--------------------------------------------13 液压舵机的常见故障------------------------------------------------1 3.1 无舵---------------------------------------------------------1 3.2 只能单方向操舵-----------------------------------------------1 3.3 舵速太慢-----------------------------------------------------1 3.4 空舵---------------------------------------------------------1 3.5 实际舵角与操舵舵角不符---------------------------------------1 3.6 跑舵---------------------------------------------------------1 3.7 系统超压-----------------------------------------------------14 对舵机的检验和故障排除--------------------------------------------2 4.1 检查应急舵的有效性-------------------------------------------2 4.2 检查舵的运转情况---------------------------------------------2 4.3 检查舵角指示的准确性-----------------------------------------2 4.4 检查舵角限位器的有效性---------------------------------------3 4.5 检查舵的液压系统的密封性能-----------------------------------3 4.6 同时在检查舵机时应注意检查一下液压油的品质-------------------35 舵机故障实用诊断技术的基本步骤------------------------------------4 5.1熟悉性能------------------------------------------------------4 5.2调查情况------------------------------------------------------4 5.3现场勘察------------------------------------------------------46 液压舵机的日常维护和保养------------------------------------------57 结论--------------------------------------------------------------98 致谢语------------------------------------------------------------99 参考文献---------------------------------------------------------11 前言 液压舵机的作用是通过控制舵叶偏转来改变船舶的航向,它是船舶甲板机械中最重要的设备。液压舵机发生故障,将直接危及船舶航行安全。因此,如何准确、快速地查找出其故障发生的原因是轮机管理人员修复故障的首要任务。液压舵机因具有体积紧凑、惯性小、运转较平稳等优点,目前已广泛用于各种类型的船舶上。在日常运行中,液压舵机常会出现各种故障。有些故障产生的原因比较明显,易于查找和解决,但是有些则不易立即找出故障的部件和根源,必须根据液压系统的原理.对各个液压元件的结构和性能进行仔细地分析和研究,才能逐步找出发生故障的部位,进而迅速排除故障。 1 液压舵机1.1 液压舵机基本组成及工作原理液压舵机主要由液压油泵、推舵油缸、操纵台、蓄能器、油箱、三位四通电磁阀、二位三通电磁阀, 安全阀、溢流阀、舵角发讯器及有关管路、仪表等组成。液压舵机一般采用电动机带动油泵,因而又称电动液压舵机。液压舵机用油液作为传递能量的介质,利用油液的不可压缩性及流量、压力和流向的可控性来实现转舵。舵机通过油泵把机械能转化为油液的压力能,然后通过转舵机构把压力能又转化为机械能,来实现舵的左、右转向。液压舵机由三大部分组成:推舵机构、液压系统与操舵控制系统。推舵机构的作用是将液压能转换成机械能,推动舵叶偏转。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能.并设置所需的保护与控制装置。操舵控制系统的作用有二:一是传递舵令,二是控制操舵精度。[1]1.2 液压舵机的操纵系统 船舶舵机一般都同时装备有驾驶室遥控的随动操舵系统和自动操舵系统,舵机房还设有机旁操舵(非随动操舵)。随动操舵系统:当操舵者发出舵角指令后,不仅可使舵叶按指定方向转动,而且在舵叶转到指令舵角后还能自动停止操舵的系统。自动操舵系统:当船舶长时间沿指定航行时使用,它能在船因风,流及螺旋桨的不对称作用等造成偏航时,靠罗经测知并自动出信号,使操舵装置改变舵角,以使船舶能够自动地保持既定的航向。非随动操舵系统:只能控制舵机的起停和转舵方向,当舵转至所需的舵角时,操舵者必须再次发出停止转舵的信号,才能使舵停转。非随动操舵系统通常即可在驾驶台,也可在舵机房操纵,以备应急操舵或检修,调试舵机之用。舵机遥控系统根据远距离传递操舵信号的方式不同,主要有机械式,液压式和电气式。现代船舶大多采用电气遥控系统。泵控式舵机的电气遥控系统常以伺服液压缸或伺服电机等作为在舵机房的控制元件,去控制舵机主泵的变向变量机构。 2 舵机建造规范基本要求按照钢质海船入级与建造规范对舵机的基本要求,其中主要内容有:1.每艘船舶均应设置1个主操舵装置和1个辅助操舵装置。主操舵装置和辅助操舵装置的布置,应满足当它们中的1个失效时应不致使另1个也失灵。2.具有足够的强度并能在最大营运前进航速时进行操舵,使舵自任一舷的35°转至另一舷的35°,并且于相同条件下自一舷的35°转至另一舷的30°所需时间不超过28s。3.能在最大营运前进航速的一半但不小于7kn时进行操舵,使舵自一舷的15°转至另一舷的l 5°且需时间不超过60s。4.驾驶室与舵机室之间,应设有通信设施。5.操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置,应装设限位开关或类似设备,使舵在到达舵角限位器前停住。装设的限位开关或类似设备应该与转舵机构本身同步,而不应与舵机的控制相同步。6.舵装置应有保持舵位不动的制动装置。7.当主操舵装置要求动力操作时,应设有1个固定贮油箱,其容量至少足以使1个动力转舵系统包括循环油箱进行再充液。贮油箱应以管路固定连接,使液压系统能在舵机室内便于充液,并应设有液位计。8.应设置两个独立的控制系统,见每个系统均应能在驾驶室控制。但这并不要求设双套操舵手轮或手柄。若控制系统是由液压遥控传动装置组成时,除10000总吨及以上的油船、化学品船、液化气体运输船外,不必设置第2个独立控制系统。9.驾驶室和舵机室应固定展示带有原理框图的适当操作说明。此说明应表明操舵装置控制系统和动力转舵系统的转换程序。10.由1台或几台动力设备组成的每一电动或电动液压操舵装置至少应由主配电板设2路独立馈电线直接供电。但其中的1路可以由三、舵机容易出现的故障。 3 液压舵机的常见故障3.1 无舵该故障的根本原因是主泵没向转舵机构供油或转舵机构不能回油, 撞杆无往复运动。油泵未向转舵机构供油的因素有:(1) 油泵电动机电源断路, 油泵空转, 主油路换向阀未换向, 或转舵机构进回油路旁通。其中油泵空转和换向阀不换向, 主要与操纵系统有关。(2) 操纵油路的工作油压过低或建立不起油压, 远操纵机构传动件的卡死或紧固件的松动、折断或脱落, 追随机构的贮存弹簧张力太小, 或换向阀卡住等, 都会因变量机构仍在中位而导致变向变量泵空转, 因换向阀不能换向而导致定向定量泵的排油直接经换向阀旁通回油箱。(3) 影响操纵油压的主要因素是系统中的阀件, 如旁通阀和限位旁通阀的开启, 溢流阀的调整压力过低或阀芯被污物硌起或节流孔堵塞等。( 4) 造成转舵机构不能回油的原因, 主要是主油路上的液动单向阀不能开启, 或由于未引入控制油, 或是控制活塞卡死。3.2只能单方向转舵(1) 由操纵系统单边不正常引起。例如发送器的交通阀一个处于常开, 操纵油压单边不能建立, 变向变量泵的变量机构仍居中, 泵空转。( 2) 某个限位旁通阀被外物压下, 该侧操纵油路失压, 或换向阀卡死于某一端, 控制主油路的换向阀不能换向, 定向定量泵的排油就无法供入相应的转舵油缸。(3) 主油路中某一安全阀泄漏或某回油侧的液动单向阀不能开启。3.3舵速太慢( 1) 转舵速度的快慢取决于撞杆移动的速度, 即供入转舵机构油缸的油量。供油流量大, 舵速快; 反之, 舵速慢。所以该故障多由主泵的排量不足引起。若不是泵的选配不当, 则可能是因电压过低, 泵的转速下降; 或者补给油箱油位过低、吸入滤器阻塞、吸入截止阀未开足或泵的吸入管路不严密, 破坏了泵的吸入条件; 或泵的有关零件磨损过甚, 内漏严重; 或变量泵的最大排量限制调节不当。( 2) 主油管路或液压件的外漏, 旁通阀和安全阀关闭不严, 也会使转舵速度降低。操纵油路积存空气, 交通阀关闭不及时, 或换向阀的换向速度调得过慢, 必然会延迟主泵开始向转舵机构供油的时间, 使舵来得慢。3.4空舵( 1) 由于液压系统中积存空气、泄漏或发送器的交通阀开度过大所致。若操纵系统积存有空气, 开始转动舵轮时必须先压缩空气, 待系统的压力上升到一定值时, 受动器才动作, 即受动器的动作滞后发送器一定时间, 因而造成舵轮空转一定角度后才来舵。可见, 压缩空气的过程就是舵轮空转的过程, 积存的空气越多, 空舵现象就越严重。( 2) 因操纵系统和动力系统均采用闭式回路, 当存在泄漏时, 油泵(发送器也是手动泵) 从执行机构(受动器或转舵机构) 的一侧吸油, 若有一部分油在泵排出的高压管路上泄漏, 则进入执行机构另一侧的油液推动油缸或撞杆移动所扫过的容积, 就不足以填补被泵吸出的油液的容积, 因而在执行机构的回油侧产生“空穴”。如果补给油箱的油位过低, 系统的补油压力过低或补给阀不能开启, 以致补充油液不及时, 则反向转动舵轮回舵时, 油泵输送的油首先得填充“空穴”, 执行机构的油缸或撞杆才能被推动, 于是产生了空舵现象。( 3) 若发送器交通阀的开度过大, 其关闭势必延后, 开始转动舵轮时, 压力油或经另一交通阀旁通, 或经交通阀和安全阀泄回油箱, 直至交通阀关闭, 受动器才动作, 于是产生了空舵现象。( 4) 主油路中旁通阀或安全阀关闭不严, 也会产生空舵, 管理中不可忽视。( 5) 系统中的空气可能因未完全驱除而积聚, 也可能因发送器、受动器和转舵机构的填料泄漏而渗入。油缸填料的密封性主要靠液压的大小,若发生泄漏, 旋紧压盖往往无济于事, 条件许可最好取出换新, 或修整切平, 使装复后能平服贴紧。3.5实际舵角与操舵角不符( 1) 追随机构调节不当, 以致舵转至操舵要求的舵角时, 油泵的变量机构还未回中, 舵就会因油泵未停止供油而继续偏转, 造成冲舵; 或舵还未转至要求的舵角, 追随机构已把油泵的变量机构拉回中位, 舵因油泵停止供油而停转, 结果造成舵不足。发生这种现象, 追随机构应重新定位。定位时注意两点: ① 舵在正中时, 油泵排量的调零; ②舵在正中时, 保证追随杆与连接杠杆的垂直度。( 2) 对于定向定量泵电液舵机, 若驾驶人员操作不熟练, 易出现冲舵现象。这是由于舵转至要求的舵角时, 主油路的换向阀未及时回中, 舵会因油泵供油未停而继续转动, 从而造成冲舵。这种情况要靠操作的熟练程度才能解决。3.6 跑舵发生跑舵现象可能的原因有三位四通阀、手动换向阀内泄严重油缸或油缸接头外泄严重。3.7 系统超压其可能原因有( 1)卸荷阀或安全阀调定压力过高( 2)卸荷阀或安全阀内先导阀阀座上小孔堵死, 滑阀卡死( 3)单向阀阀芯卡死。 4 对舵机的检验和故障排除 针对舵机容易出现的故障点,船舶安检人员就可以有针对性地开展检查工作。4。1检查应急舵的有效性。按照现代船舶建造规范的要求,船舶应当具有两套以上操舵装置。一套主推舵装置,一套为辅助(应急)推舵装置。这是为了保证在主推舵装置出现故障时,应急舵仍然可以继续保持舵的有效性,保证船舶的正常航行和安全。对应急舵的检查一般要求船方进行应急舵的实操,观察应急舵是否能够使用,运转是否正常。4。2检查舵的运转情况。在检查舵的运转情况时,一般应有两名船舶安检员相互配合进行。一名安检员在驾驶台发出舵令,另一名安检员在舵机间观察舵机对于舵令的反映。舵机在转舵运行过程中应运转平稳,无杂音无间歇性现象。从一侧满舵运行到另一侧满舵时,应反映灵敏,能够达到28S的时间要求。4。3检查舵角指示的准确性。在舵机上都安装有舵角指示器,舵角指示器是为了正确显示舵叶转动的准确位置,其所显示的角度指数应与驾驶台操舵转向的角度度数相吻合。当舵角指示器显示不准时,就会影响到驾驶员的对船舶的操纵,使驾驶员的判断产生误差,有可能使船舶发生触碰事故。在检查舵角指示的准确性时,是由两名船舶安检员相互配合进行的。一名安检员在驾驶台观察驾驶台上的检查舵角指示器显示的读数,另一名安检员在舵机间观察舵机上舵角指示器显示的读数。二者应读数相同。4。4检查舵角限位器的有效性。舵角限位器是起到了对液压油缸的保护作用。当舵角转动到最大角度时,油缸的活塞继续压缩液油,而舵叶已不再继续偏转,致使油缸内的压力不断增加,容易导致油缸破裂。而舵角限位器的存在就使得当舵角转动到最大角度时触动限位开关,限位开关断开电动机的动力起到了保护油缸的作用。所以安检员在检查检查舵角限位器时,应让船舶驾驶员分别打满左、右舵,观察当舵角转动到最大角度时舵角限位器是否发生作用。否则应当要求船方进行修复。4.5检查舵的液压系统的密封性能。舵叶的转动是依靠油缸内液体传递的电动机动力来实现的。所以舵机的液压系统要保证不漏油,不漏气和不积气,才能达到传递液压力的目的。液压系统的密封性能对舵机的正常工作有着非常重要的作用。安检员在检查舵机时,应当注意观察舵机表面和舵机间的地面是否干净整洁、是否存在油污,还应当注意检查油缸表面是否存在修补过的痕迹。在检查液压系统的密封性时,应让船方开动舵机,注意观察舵机液压杆与液压油缸滑动处、液压油缸的其他接缝处是否有液压油渗出的现象。以便正确判断液压系统的密封性能。4.6同时在检查舵机时应注意检查一下液压油的品质。液压油是液压舵机正常工作的媒质,是液压舵机保持良好性能的保证。国际海上人命安全公约(SOLAS)对此有规定:液压操纵的操舵设备应设有能针对该液压系统的形式和设计保持液体清洁的装置。国内的船检规范也有类似的条款规定。可见舵机液压油品质是否良好对于舵机的正常运行确实很重要。液压油的品质受到以下因素的影响,一是液压油在运转过程中,机器磨损下来的金属屑和水分混入到油中,对液压油造成了污染。二是液压油与空气接触会发生氧化反映,油品会渐渐下降,达不到机器性能的要求。这时应当更换液压油。但是由于液压油的价格比较昂贵,因此沿海船舶特别是个体船舶很少有更换液压油的。另外在舵机间的液压油补充油柜中液压油应保持一定的油量储备,这也是在检查过程中应当注意的。5 舵机故障实用诊断技术的基本步骤5.1熟悉性能在分析前应首先熟悉液压舵机的工作原理、运行工况、机械性能和主要技术参数,明确该舵机的结构与管理特点。5.2 调查情况要向现场管理人员仔细地询问平时实际工作情况,一般有六问:一问液压系统工作是否正常,液压泵有无异常现象。=问液压油何时更换过,滤网有吾清洗或更换。三问出事故前调压阀或调速阀是否调节过.有哪些不正常现象。四问出事故前对密封件或液压件是否更换过。五问故障前后液压机械工作出现过哪些不正常现象。六问过去出过哪类故障.是如何排除的。5.3现场勘察如舵机还能运转.应亲自启动,认真地把握好看、昕、摸、闻等环节,以便寻找突破口。1) 察看液压系统工作的真实现象。一般有五看:一一看速度,撞杆的移动速度有无变化(速度快慢取决于进出油缸的油流量)。二看压力,液压系统各测压点的压力值是否正常.有无波动现象(压力大小取决于负载)。三看油液,观察油液是否清洁,是杏变质,油位是否够高,油粘度是否符合要求,油的表面是否有泡沫等。四看泄漏,各管接头,阀板结合处,油缸端盖处,液压泵轴封处等是否有渗漏、滴漏和油垢。五看振动,撞杆有无振动与爬行现象。2) 用听觉来判别液压系统或泵的工作是否正常。一一般有三听:一听噪声,听听液压泵和系统噪音是否过大:溢流阀等有否尖叫声。二听冲击声,换向阎换向时有否冲击声:撞杆有否撞缸声;液压泵运转时是否有敲击声。三听泄漏声,听油路板内部是否有细微而连续的声音。3) 用手摸运动部件的温升及工作状况。一般有四摸:一摸温升,用手摸泵体外壳、油箱外壁和阀体外壳的温度,若接触1~2秒钟感到烫手,就应检查原因。二摸振动,用手摸运动部件和油管,可感觉到有无振动。三摸爬行,用手摸撞杆有无爬行现象与抖动。四摸松紧度及阀门开关情况,用手检查一下限位开关、紧固螺钉、插销的松紧程度。检查相关阀门如旁通阀等工作状态是否对。4)用感觉器官闻一下油箱中的油液是否有异味。6 液压舵机的日常维护和保养由以上排除故障的过程可以看出,对于高龄船舶由于机器部件的老化失灵随时都有可能导致舵机出现故障。为了尽可能的防止舵机发生故障,从而影响船舶的航行,就要加强对舵机进行日常维护保养。在航行过程中为确保舵机正常运行,值班人员应注意检查以下几点:(1)油位:值班时工作油箱中的油位保持在油位计显示范围约2/3。如果油位降低或油位增高,应该仔细检查是否有漏油处或进入过多的水,然后处理。(2)油温:工作最适合的温度为30-50度,高于50度应使用冷却器。油当油温超过70度时,油液的氧化变质速度就将显著加快,应停止工作,查找原因,加以解决。(3)油压:在主油路中,主泵排出侧油压不高于说明书指定的最大工作油压,主泵吸入侧的油压,不低于由补油条件或吸油条件所确定的正常数值。辅油路中油压应符合设计要求。油压表阀平时应保持关闭,只在检查时打开。(4)滤器:值班时要经常注意滤器前后压差,及时清洗或更换滤芯。若发现滤器里有金属屑,应做出相应的措施,以便处理内部磨损。(5)润滑:油缸柱塞等表面要保持清洁,涂适量的工作油,舵机长时间停用要涂润滑脂。需加油的摩擦部位,工作中应适时适量加油。(6)漏泄:要在值班时检查油缸,油箱,阀件,油管等处是否漏油;舵杆的舵承填料是否渗水,柱塞和柱塞杆表面是否有一层薄油,是否滴油;若滴油,要挑紧压盖或换新V型密封圈。(7)噪音:如有异常声音,应立即查明原因并处理。(8)机械过热:泵和电动机等不应有过热现象。轴承部件的温度,一般比油温高10-20度为正常。(9)阀和固定螺帽:使用中检查各放气阀,旁通阀和截止阀以及固定、连接螺帽,防止因振动而离开正确的位置或松动。(10)必要时测量转舵机构各磨损部位的间隙,校准调试安全阀或其他液压控制阀。电气方面应定期测量绝缘,检查和清洁触头、换向器、检查防止各接头松动。7 结论液压舵机的故障与排除是一个复杂的过程, 不仅检验项目多, 而且试验过程繁杂, 同时试验内容往往缺一不可因此要求检验人员对液压舵机要进行认真、细致的检验实践证明, 液压舵机出现故障, 往往都是因为管理和检验不到位、试验过于粗糙以及遗留问题不解决留下的后遗症, 如果我们平时检验到位, 试验符合要求, 再加上注意对其保养, 那么液压舵机的扭矩大、可靠性高, 寿命长的特点就会显示出来从而减少船舶海损事故的发生。所以我们应加强对液压舵机的检验。8 致谢语

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木图先生

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