大功率绞车液压泵站及系统设计.docx
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大功率绞车液压泵站及系统设计
大功率绞车液压泵站及系统设计
2013年6月
1概述
2技术设计
3技术特性
4工作原理
5结构特征
6使用和操作
7故障分析与排除
8维护与保养
1概述
液压动力装置用于驱动绞车实现正转和反转,从而达到收放钢缆进行试验的目的。
绞车液压动力装置主要由主泵组、冲洗泵组、阀组、油箱组件、液压马达组等构成。
8技术设计
2.1绞车负载扭矩要求
2.1.1主绞车:
2.1.2副绞车:
2.2绞车转速要求
2.2.1主绞车:
钢缆最高速度为3m/s。
钢缆的卷绕直径为:
0.8m
则主绞车卷筒最高转速为:
71.7(rpm)
2.2.2副绞车:
钢缆最高速度为7m/s。
钢缆的卷绕直径为:
1.25m
则主绞车卷筒最高转速为:
107.0(rpm)
2.3液压动力装置设计计算
2.3.1液压动力装置构成
根据绞车技术要求,设计基于开式回路的液压传动及控制系统。
由于是大功率传动,需充分考虑节能,调速方式采用容积调速与节流调速相结合;并按钢丝绳收回和放出两个阶段,泵源压力进行高低压切换。
两台绞车均采用大扭矩马达直接带动卷筒的方式。
阀组由控制阀组、单向溢流阀组、2个换向阀组及压力阀组构成。
控制阀组由3个电磁换向阀6和溢流阀4(用作安全阀)组成,用于控制2个液压马达壳体冲洗的选择及2个液压马达制动器。
单向溢流阀组由2个单向阀10和2个溢流阀12组成,以防止液压马达的吸空及过载。
2个换向阀组CF1由插装式电液换向阀11、插装式液控单向阀9、插装式比例节流阀9组成,用于主绞车和副绞车的换向控制及放缆时的回油节流控制。
油箱组件由油箱、吸油过滤器1、吸油过滤器21、吸油过滤器23、冷却器5、冷却器20、空气滤清器31等组成,用于储油和冷却等。
液压马达组由2个液压马达、2个制动器和2个编码器等组成,用于驱动卷筒、制动及测速等。
2.3.2液压马达扭矩计算
系统采用定量液压马达,CA140排量为8800cm3/r,CA100排量为6200cm3/r,最高允许工作压力可达35MPa。
取主绞车液压马达工作压力为31.5MPa,副绞车液压马达工作压力为16MPa,取马达机械效率为96%,则额定输出扭矩为:
主绞车:
副绞车:
2.3.3主泵、冲洗泵及油箱
主泵选用比例变量柱塞泵,最大排量193cm3/r,最高允许工作压力可达35MPa。
取泵的容积效率为95%,电机额定转速1490rpm,3个主泵输出的最大流量为:
3×193×1.49×0.95=819.6(L/min)>(q1,q2),因此主泵排量满足要求。
由于主绞车液压马达工作压力远大于副绞车液压马达的工作压力,而最大流量差别不大,因此电机功率验算只考虑主绞车最高转速时的情况。
设定主绞车卷筒最高转速时3个主泵输出相同流量,即为q1的1/3(221.4L/min)。
其中一个主泵串联了一个齿轮泵作为控制泵,其排量为11.3cm3/r,其工作压力为10MPa,取二泵的机械效率均为95%,则驱动功率:
液压马达的冲洗流量需求约为20L/min,选冲洗泵为内啮合齿轮泵,其噪声较低,排量为16cm3/r,因其工作压力很低,功率需求也小,选三相四极异步电机可满足要求。
这时输出流量约为2L/min。
2.3.4液压控制回路及先导控制阀
液压控制回路包括控制泵源,先导控制阀等元件。
先导控制阀均选用液压控制回路的额定压力为10MPa,流量为15L/min。
液压控制回路用作制动装置及2个比例节流阀的压力油源,当主泵工作压力较低(小于4MPa)时,也用它作为控制油源。
2.3.5油液及其冷却
油温过低时,先通过启动控制泵对油液加热;油温过高时,则通过水冷式冷却器,强化油液散热,使系统油温保持在许可范围(正常温度30~50℃、最高允许温度80℃)内工作。
油温由温度计指示后,实现手动操作控制。
9技术特性
3.1相关技术指标
3.1.1绞车使用功能:
主副绞车共用一套系统,两个绞车不要求同时工作。
3.1.2:
测试参数:
系统具有实时测量记录与保存钢缆的运行速度和牵引力功能。
3.1.3钢缆负载、收放速度及容绳长度:
主绞车最大牵引力100kN,最大速度3m/s,容绳长度30m;副绞车最大牵引力20kN,最大速度7m/s,容绳长度100m。
3.2动力
3个主电机
3个主泵最大排量控制泵排量冲洗泵电机
冲洗泵排量
3.3液压马达技术要求
主绞车液压马达排量8800cm3/r,副绞车液压马达排量6280cm3/r,直两者接驱动卷筒,无级变速;
调速范围:
主绞车1-71.7rpm,副绞车1-107rpm,最低稳定转速:
1.5rpm
最大负载扭矩:
主绞车42375Nm,副绞车15360Nm。
3.4控制要求
控制压力:
10MPa。
控制方式:
电控操纵装置。
4工作原理
绞车液压动力装置为绞车提供可无级变速旋转的能源,并提供绞车辅助动作的控制装置能源。
液压动力装置由液压主系统,液压控制系统和辅助液压系统三部分组成,参照液压系统原理图。
液压主系统是一开式回路,由3个力士乐(博世)公司生产的比例变量柱塞泵A11VLO190作为供油能源,以赫格隆(博世)公司CA系列定量液压马达作为执行机构,以2个插装式电液换向阀、2个插装式比例节流阀及3个溢流阀作为控制元件。
系统开始工作时,根据绞车的转速需求,可启动1个主泵A,或2个主泵A、B或A、C,或3个主泵A、B、C。
因主泵A串联了控制泵,主泵A是必须要工作的。
此时主泵输入电信号为0,排量为最小(等于0),这样主泵的负载较小,电机起动电流也较小。
先说明主绞车的动作过程,参见液压系统原理图。
电液换向阀15-3断电,主系统最高压力由溢流阀16调定为31.5Mpa;同时插装式电液换向阀11的YA5电磁铁通电,主泵19输出的高压油经插装阀11-2和插装阀9-1进入液压马达7的右腔,液压马达7带动卷筒正转,收回钢丝绳。
液压马达7左腔的液压油经插装式电液换向阀11-4、插装式比例节流阀13和插装式背压溢流阀14回油箱。
背压溢流阀14的调定压力为0.7Mpa。
此时比例节流阀13开度最大而不节流,液压马达7的转速由输入比例减压泵的电信号决定,主系统工作在容积调速状态,传动效率很高。
切断主泵19对液压马达7的供油;同时电磁换向阀6断电而工作在右位,使液压马达7制动器腔与油箱接通,制动器锁住液压马达7,使主绞车停转;同时使输入比例泵的电信号较小,泵排量较小,并使电液换向阀15-3通电,主系统压力由溢流阀17调定为2Mpa,这样主泵的负载较小。
使电液换向阀15-3通电,主系统压力由溢流阀17调定为2Mpa;同时插装式电液换向阀11的YA6电磁铁通电,主泵19输出的液压油经插装式电液换向阀11-1进入液压马达7左腔,电磁阀9-2通电,插装阀9-1开启,液压马达7右腔的液压油经插装阀9-1和插装阀11-3,再经插装式比例节流阀13和背压溢流阀14回油箱。
液压马达7带动卷筒反转,放出钢缆。
此时液压马达7的转速由比例节流阀13的输入电信号决定,系统工作在回油节流调速状态。
副绞车的动作过程与主绞车的动作过程相同,不再另述。
控制泵30串联在主泵A上,是一个齿轮泵,其排量为11.3cm3/r,工作压力10MPa。
泵的进出口设有过滤器23、24,用于过滤杂质,确保比例控制回路的清洁度。
控制泵为插装式比例节流阀13提供压力油,当主回路工作压力低于4Mpa时也为主泵变量机构提供压力油,此外还为绞车的二个制动器提供压力油。
二个冷却器分别用于主回路和控制回路的冷却。
主回路从阀块CF2排出的油通过冷却器22回油箱。
控制回路从溢流阀29排出的油及冲洗马达壳体后排出的油通过冷却器5回油箱。
当油箱温度超过50℃时,应开启电磁水阀加以冷却。
油温在30℃左右是较理想的工作温度。
5结构特征
绞车液压动力装置主要由主泵组、冲洗泵组、阀组、油箱组件、液压马达组等组成。
主泵组安装在底座上,冲洗泵组、阀组(包含5个阀块)及二个冷却器安装在油箱盖板上,液压马达组安装在绞车上。
具体请参阅液压动力装置总装图。
6使用和操作
使用前先检查油箱液面高度,在液位计中应能看到油液面,液面在液位计的中间部位较好。
检查各管接头是否已紧固。
用点动方法检查主泵和冲洗泵电动机的转向,在电动机风扇侧观察应为顺时针方向,此时主泵的变量缸应在零位,即比例放大器应无信号输入。
开启主泵A及控制泵,检查有无异常声音,观察压力表28,看其压力是否在10Mpa左右。
如不是,可调节直动溢流阀29而达到。
主泵B和主泵C是否开启可根据绞车的转速需求而决定。
开启冲洗泵,根据运行主绞车或副绞车确定电磁换向阀6C是否通电,以冲洗主绞车或副绞车液压马达壳体。
两分钟左右后,可接通控制主绞车或副绞车制动器的电磁换向阀6A或6B的电源,松开主绞车或副绞车制动器,并控制主泵19和比例节流阀13的输入电压,使液压马达低速旋转,此时负载应较小。
轻载运行10分钟后可逐步加载。
7故障分析与排除
泵工作时杂音大,系统压力或液压马达转速过低
油液面过低或过滤器堵塞
加入液压油,清洗或更换过滤器滤芯
碰到系统管路时发烫
油液温度过高
打开冷却器水阀
8维护与保养
8.1日常和定期保养可以使液压元件保持良好的工况。
8.2按照使用规范,定期检查系统的动作功能。
8.3定期检查液压油状态(粘度、清洁度、含水量)及油箱中液压油面高度。
8.4如果液压油变质或油箱液压油面有较大变化,则须寻找原因。
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