1#洩洪排沙洞液壓啟閉機液壓系統裝置設計、計算說明書
1、裝置技術引數及技術要求
額定啟門力：f1=4500kn
額定閉門力：f2=1200kn
啟門速度：v1≥0.6m/min
油缸內徑：d=680mm活塞桿直徑：d=380mm
油缸工作行程：l=11100mm油缸最大行程：l0=11500mm
2、油缸控制迴路設計、計算說明
2.1主機控制迴路壓力、流量的計算：
油缸有桿腔面積s1=π×（d-d）/4=0.25dm
油缸無桿腔面積s2=π×d/4=0.363dm
油缸無桿腔與有杆腔面積比λ=s2/s1=1.45
油缸啟門油壓p1=f1/s1=4.5/（0.25×10）=18mpa
油缸閉門油壓 p2=f2/s2=1.2/（36.3×10）=3.3mpa
油缸啟門時有杆腔流量q1=6×0.25=150l/min
油缸啟門時無桿腔流量 q1′=1.45×150=217.5l/min
油缸提公升時有杆腔流量q1=7.4×34.34=254l/min
油缸下降時無桿腔流量 q1′=1.46×254=370.8l/min
油缸閉門時無桿腔流量q2=5×50.24=251l/min
2.5控制項的設定
壓力繼電器sp2用於主機啟門超壓保護，當系統啟門壓力超過額定啟門工作壓力時，壓力繼電器向主控系統發出訊號，主控報警。
壓力繼電器sp3用於主機有桿腔失壓保護，當閘門啟門過程中，因管路破裂等原因而引起的系統壓力下降時，壓力繼電器向主控系統發出訊號，主控報警停機。
壓力繼電器sp4用於主機閉門超壓保護，當系統閉門壓力超過額定閉門工作壓力時，壓力繼電器向主控系統發出訊號，主控報警。
壓力繼電器sp5用於副機提公升超壓保護，當系統啟門壓力超過額定工作壓力時，壓力繼電器向主控系統發出訊號，主控報警。
壓力繼電器sp6用於副機提公升失壓保護，當油缸提公升過程中，因管路破裂而引起的系統壓力下降時，壓力繼電器向主控系統發出訊號，主控報警停機。
壓力繼電器sp7副機下降超壓保護，當油缸下降壓力超過額定工作壓力時，壓力繼電器向主控系統發出訊號，主控報警。
壓力繼電器sp8用於蓄能器超壓上限控制，當充液壓力超過16mpa時，壓力繼電器向主控系統發出訊號，充液幫浦停機。
壓力繼電器sp9用於蓄能器低壓下限控制，當充液壓力低於10mpa時，壓力繼電器向主控系統發出訊號，充液幫浦啟動。
閘門開度檢測裝置bq1-bq2--------主機、副機油缸各設定一套閘門開度檢測裝置。
行程開關sk1、sk2、sk3、sk4、sk5---------用於分別發出主機、副機油缸位置訊號，使主控對液壓系統進行控制。
2.6動作原理簡述
啟動油幫浦電機組前yv1先得電，隨後空載啟動液壓幫浦站油幫浦電機組m1、m2，電機啟動後延時4秒，yv1斷電系統公升壓。啟門操作時，yv3、yv5帶電，系統壓力油經機旁閥組插裝閥至油缸有桿腔，液壓啟閉機啟門。啟門過程中由閘門開度檢測裝置和閘門位置檢測裝置發出的閘門位置訊號送到本現地控制站的plc中，由plc處理這些訊號實現閘門任意開度或開終的控制。
啟門壓力由溢流插裝閥先導壓力閥（件52.1）調定。
啟動油幫浦電機組前yv1先得電，隨後空載啟動液壓幫浦站油幫浦電機組m1、m2，電機啟動後延時4秒，yv1斷電系統公升壓。閉門操作時，yv2、yv4帶電，當閉門壓力達到平衡閥控制壓力，平衡閥開啟，油缸下腔油液經平衡閥、機旁閥組溢流回油箱，液壓啟閉機執行閉門動作。閉門過程中由閘門開度檢測裝置和閘門位置檢測裝置發出的閘門位置訊號送到本現地控制站的plc中，由plc處理這些訊號實現閘門任意關度或關終的控制，閉門壓力由溢流插裝閥的先導壓力閥調定，閉門時，由於可能有液動力的作用，會使上腔所承受負載忽大忽小，為保護油缸有桿腔所承受載荷在其工作範圍內，弧門下降到底坎時yv4斷電，yv2延時2秒斷電,使壓力油完全釋放。
2.7重點問題分析
2.7.1 關於採用壓力式平衡閥方式進行油缸動作控制分析
啟閉機油缸控制迴路主要壓力、方向元件採用了插裝閥結構。。由於閘門在閉門過程中，會受高水頭水流衝力作用，受力較大，且無規律。所以油缸活塞桿承受的拉力在閉門過程中也處於一種不穩定狀態。
為此液壓控制迴路如何適應該負載，在閘門啟、閉全過程中始終保持平穩動作是液壓系統控制原理設計的關鍵。
2.7.1.
1當閘門由全開位閉門時，yv2、yv4同時得電，此時油缸上腔開始公升壓，隨著壓力上公升，平衡閥的開口逐漸加大，油缸開始下落。當壓力上公升至某一值時,平衡閥的開口正好滿足油缸以上腔給定流量下的動態平衡速度下降，平衡閥保持該開口，油缸勻速下降閉門。閘門由全開至全閉過程中，隨著閘門開度的減小，油缸負載值亦隨著變化。
此時上一次油缸的動平衡被打破，平衡閥在先導壓力作用下隨時調整開口，實現又一次動態平衡、油缸仍以上腔給定流量下的速度勻速下降。在此過程中，因為平衡閥的選型在通過172l／min流量(閉門時通過平衡閥的流量)時其δp值為0.7mpa.
而閘門實際作用在平衡閥上的δp值遠遠大於該值，所以油缸上腔壓力（即平衡閥先導壓力）小於平衡閥全開口壓力2.8mpa。
因水動力作用，油缸活塞桿上作用的負載力會發生振盪，同時負載力開始變向。根據該閥的結構特點來看其階躍響應特性在200ms左右、頻響特性在5hz左右。所以閘門因水動力作用而發生的振盪頻率小於5hz時，閘門是可以依靠平衡閥開口的瞬時調節，實現油缸全開位至全關位全過程的動態力平衡，保持油缸的勻速下降。
同理，當油缸活塞桿負載變向後，閘門是可以依靠平衡閥開口的調節保持油缸的勻速下降。
若在此階段閘門作用在油缸上的負載振盪頻率較高時（5hz以上），平衡閥將無法響應其負載變化，從而造成油缸的振盪和串動。由於下腔有0.5 mpa的背壓。
經過平衡閥調整，油缸保持乙個動平衡下降。
2.7.1.
2啟閉機油缸由全開至全閉過程中，油缸上腔最高壓力為3.3mpa，即使閘門閉至底坎，油缸上腔壓力仍不高於3.3mpa。
此時，油缸活塞桿受壓力值低於油缸活塞桿的要求。所以即使閘門閉至底坎後油缸仍以3.3mpa上腔壓力施壓的情況下，對油缸和閘門沒有損害。
2.7.2平衡閥（件23）在液壓系統中也可用於防止管路破裂後液壓缸的失速下落。
在閉門動作中，平衡閥的開口量會隨著外負載的變化而變化，保證油缸按設定速度平穩關閉。在啟門動作中，如果機旁閥組到缸旁閥組油缸有桿腔管路破裂，平衡閥會立即關啟，油缸停止動作。
2.7.3油缸啟門和閉門時每套油缸設定的閘門開度檢測裝置均向plc發出閘門的位置訊號，plc採集並處理這些訊號，以供主控室控制系統。
3液壓幫浦站設計計算說明
3.1計算：
3.1.1系統額定工作壓力、最大工作流量，電機功率的計算
系統額定工作壓力：p=np1（1+δp)
式中 n—安全係數，取1.2
δp—系統中的總壓力損失，本系統取主、副機最高額定工作壓力的5%
p1——主副機中額定最高工作壓力
p=1.2×18（1＋0.05）=23mpa
3.1.2液壓幫浦站流量計算：
根據招標檔案的要求，本液壓系統幫浦站要求設定2台主油幫浦，互為備用。
油幫浦最大工作流量 q=kq1/2
式中 k—系統的洩漏係數，取1.1
q1—主副機所需最大工作流量。
q=1.1×150=165l/min
3.1.3主油幫浦電機功率計算：
電機功率n=p·q/（612η）
式中 η油幫浦、電機機械效率，取0.85
n=200×140/（612×0.85）=53.8kw
根據以上計算可以選定電機型號為
y250m-4-b35 功率： 55kw 轉速：1480rpm
3.1.4油箱容積的計算：
油箱的容積應滿足液壓啟閉機的油缸正常工作和維修的工況
油箱容積 v=1.25(v1+v2+v3)
式中：v1取幫浦流量的4倍，v1=4q=1120l
v2取主機油缸檢修時的最大排油量 v2=s2·l0=4418 l
v3取副機油缸正常工作時吐油量與吸油量之差。 v3=（s2-s1）l=477 l，
所以，液壓幫浦站油箱容積為 v=7519l 油箱容積取為 v=7.5m3
3.1.5液壓系統熱平衡的說明
液壓系統的發熱源由液壓幫浦的機械損耗、液壓系統的高壓溢流、液壓系統管路的壓力損失產生。
因為液壓幫浦選用的手動變數柱塞幫浦，其機械效率較高，幫浦輸出的流量幾乎全部用來提供油缸的工作，系統高壓溢流較少。經計算啟閉機在乙個動作（啟或閉）過程中，系統發熱量造成的油箱油溫昇僅3℃，所以液壓系統幫浦站可不設定冷卻裝置。
3.2控制項的設定
加熱器eh----用於加熱油箱油液溫度，其開關由溫度繼電器經主控控制。
壓力繼電器sp1----用於系統超壓保護，當系統壓力高於系統最大工作壓力時，
壓力繼電器sp1發訊，向主控系統報警。
回油過濾油器的壓差發訊器sf1-----當回油濾油器進出口壓差大於0.2mpa時，壓差發訊器報警。表示回油過濾油器堵塞，需要更換濾芯。
液位繼電器sl1-sl3-----實現對油箱高液位報警、低液位發訊，極低液位停機的控制。
溫度繼電器wj1-wj2----輸出開關量訊號，實現加熱器開（低於15℃）、加熱器停（高於30℃）、高油溫（高於60℃）報警的控制。
3.3動作原理簡介：
二台手動變數柱塞幫浦同時工作，一台備用，啟動油幫浦電機組前電磁鐵yv1先帶電，隨後空載啟動油幫浦電機組m1、m2，延時4秒後，yv1斷電，系統公升壓。系統的流量由手動變數柱塞幫浦調定。系統壓力由溢流插裝閥的先導閥（件15）調定，系統回油經過回油濾油器(件3)回油箱。
3.4重點問題分析
在閘門的任意開度上，因洩漏而使閘門（油缸）下滑量大於200mm時，電控
系統發出聲、光訊號，並自動啟動液壓幫浦站將閘門重新開啟至設定高度。
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