1600kN液压启闭机设计方案详解

1600kN液压启闭机设计方案详解

液压启闭机是一种用于控制闸门启闭的机械设备，广泛应用于水利、水电等工程领域。本文将详细介绍一种1600kN液压启闭机的设计方案，包括其主要技术参数、计算过程和元件选型要求。

设计题目及要求

设计题目：1600kN液压启闭机

主要技术参数：

• 型式：活塞式双缸液压启闭机
• 最大启门力：2×1600kN
• 工作行程：5.5m
• 最大行程：5.7m
• 液压缸计算压力：≥15MPa且≤20MPa
• 液压缸内径：Φ400mm（推荐值）
• 活塞杆直径：Φ180mm（推荐值）
• 启闭速度：≥0.6m/min
• 液压泵电动机组单机功率：≤45kW
• 液压泵电动机组应不少于两套，互为备用。

操作要求:

1. 液压系统应有双缸同步及单缸动作回路（安装工况），双缸同步偏差≤20mm。
2. 本机操作闸门至上、下极限位置或设定的任一开度位置时，液压泵电动机应自动切断电源，特别是当闸门到达下极限位置时，应确保安全运行。
3. 闸门在全开或设定的任一局部开启位置时，启闭机的液压系统中的保压锁锭回路能可靠地将闸门固定在上极限或设定的位置处。
4. 闸门自全开位置或局部开启预置位置下滑150mm时，或双缸同步偏差超过20mm时，液压泵电动机自动投入运行，将闸门提升恢复原位。若继续下滑至160mm，液压泵电动机尚未投入运行时，应自动接通另一组液压泵电动机，将闸门提升恢复原位；若继续下沉至200mm时，在集控室及现场均应有声光报警信号。

设计计算

4.1 液压缸计算压力

考虑到系统损耗与辅助元件分压，最高控制压力应该富余10%左右。故系统的最高控制压力应为：

P

4.2 泵的最大输出流量确定

系统要求启闭速度大于等于0.6m/min，取Vmax=1.0m/min，通过计算可知在双缸同步运动时：

q=2vA

考虑到系统对油液有一定损耗，在流量损耗3%且留出10%富余量的条件下，得到：

q

4.3 主油缸校核

由4.1的结果可以看出，在液压缸压力为12.73Mpa时油缸即可输出1600kN启门力，在系统控制压力为15Mpa时，液压缸能够输出足够推力/拉力。

又活塞杆直径为180mm，通过简单材料力学计算可知，在1600kN载荷下，活塞杆承受62.87Mpa单向应力，参考常用钢材Q235的屈服极限235Mpa，安全系数n=3.7，校核安全。

4.4 液压泵功率计算

通过上述计算可知，液压泵最大控制压力pmax为14Mpa，最大流量qmax为4.76L/s，液压泵效率取常用值0.85，带入公式可以求出：

P=

故若要达到最快1.0m/min的启闭速度，需要输出功率78.4kW，在液压泵单机功率为45kW且需要有备用泵组的条件下，整个系统需要4台泵，分为两组使用。

4.5 保护溢流阀计算

参阅设计要求，单门启动力为1600kN，对应油缸压力12.73Mpa，保护溢流阀溢流压力设置可比油缸最大压力高出20%，取整后取16Mpa。对于系统总溢流阀，参考系统控制压力14Mpa，溢流阀压力高出20%，取整后取17Mpa。

主要元件参数与参考选型

5.1 液压泵选型要求

液压泵共需要4台，分为两组即主泵组与备用泵组，要求正常工作功率45KW，最大输出流量可达到143L/min，最大工作压力170bar，工作稳定，可以承受变载荷。在此条件下，定量柱塞泵可以满足设计要求。具体型号需根据不同供货公司提供的产品名录查找符合以上要求的产品。

5.2 主液压缸选型要求

主液压缸一共需要2台，要求内径Φ400mm，活塞杆直径Φ180mm，允许最大运动速度≥1m/min，工作行程：5.5m，最大行程：5.7m。具体型号需根据不同供货公司提供的产品名录查找符合以上要求的产品。

参考文献

[1] 液压传动/王积伟-机械工业出版社
[2] 机械设计手册/闻邦椿主编-机械工业出版社
[3] 机械工程师设计手册-电子版/北京英科宇科技开发中心