液壓舵機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算

1、.液壓舵機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算1. 目的通過對液壓舵機(jī)各組成部分的設(shè)計(jì)、計(jì)算和驗(yàn)算確保本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的液壓舵機(jī)能滿足船舶航行時(shí)轉(zhuǎn)舵及安全的需要。2. 適用范圍本設(shè)計(jì)計(jì)算中的有關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和內(nèi)容，只適用于本設(shè)計(jì)中的液壓舵機(jī)。3. 引用標(biāo)準(zhǔn)本設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)用：a)GB718587內(nèi)河船液壓舵機(jī)b)GB1163689柱塞式液壓舵機(jī)安裝技術(shù)條件c)液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊d)船舶材料手冊e)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊f)鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范之第三、十三章操舵裝置與錨機(jī)裝置g)JB218377液壓缸內(nèi)徑系列和柱塞桿外徑系列標(biāo)準(zhǔn)h)GB300485船用往復(fù)式液壓缸基本參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)i)液壓舵機(jī)與液壓起重機(jī)相關(guān)內(nèi)容4. 液壓舵機(jī)的組成4.1轉(zhuǎn)舵（推舵

2、）機(jī)構(gòu)；即液壓能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)舵機(jī)械能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。4.2操舵系統(tǒng)：即對液壓流向和液體壓力控制并能控制舵葉轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)。5.設(shè)計(jì)計(jì)算5.1推舵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和驗(yàn)算。5.1.1根據(jù)GB718587內(nèi)河船液壓舵機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)采用：四缸兩柱塞撥叉式液壓舵機(jī)。結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。5.1.2根據(jù)GB718587內(nèi)河船液壓舵機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。a)公稱扭轉(zhuǎn)為72t·mb)工作舵角。c)轉(zhuǎn)舵時(shí)間（一弦至另一弦），正常航段28（s）。5.1.3根據(jù)GB718587內(nèi)河船液壓舵機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。a)設(shè)計(jì)壓力為1.25倍最大工作壓力。b)受壓零部件1.5倍設(shè)計(jì)壓力試驗(yàn)。5.1.4選擇油缸5.1.4.1根據(jù)JB218377液壓缸內(nèi)徑系列

3、和柱塞桿外徑系列選擇液壓缸缸孔直徑為250mm。則柱塞桿直徑為250mm。 當(dāng)轉(zhuǎn)舵角為時(shí)柱塞受力分析如圖： 軸力圖 軸應(yīng)力= = =631.6 KN 柱塞面積A=0.049 0.250.15=0.0375 =54.9 MP =1.25=68.7MP = 1.5=103.0 MP=598 MP 符合式中：舵柄對柱塞的作用力 液壓對柱塞的作用力當(dāng)轉(zhuǎn)舵角為時(shí)柱塞受力分析如圖：2 =631.6 KN=517.4 KN=326.3 KN 軸力圖 M= M=mm=90.6 MP 彎矩圖 剪力圖=+=45.0+93.3=138.3 MP=1.25=259.3 MP598 MP 符合=15.8 MP=1.25

4、=29.6 MP 推舵機(jī)構(gòu)示意圖1、2油缸 3舵柄 4舵軸 5舵柄柱銷 6油缸柱銷 舵柄半徑R5.1.4.2油缸工作壓力計(jì)算：M=2720=4工作壓力=18511.6=18.5 MP設(shè)計(jì)壓力P=1.25=23.1 MP式中：缸孔面積 P工作壓力 R舵柄半徑0.26m 推舵機(jī)構(gòu)效率0.85 轉(zhuǎn)舵角5.1.4.3油缸所需流量Q的確定。 a)油缸柱塞桿從+35至?xí)r升出長度L的計(jì)算。 R舵柄半徑；L舵柄從+35至-30時(shí)油缸柱塞桿升出長度 L 0.57 0.728m=0.73m b)油腔容積：=0.049 油缸從一舷35至另一舷總?cè)莘e：V=2=0.0716=71.6升 c)油缸所需的流量=5.1.4.

5、4油缸壁厚的計(jì)算。 若16>選中等壁厚，則缸體壁厚： （液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊）式中：p油缸內(nèi)工作壓力； 強(qiáng)度系數(shù)（取=1）； C計(jì)入管壁公差及腐蝕的附加厚度（取C=0）； D油缸內(nèi)徑mm。許用應(yīng)力=式中：材料抗拉強(qiáng)度45號鋼=598MP； N安全系數(shù)，取n=4。則=18.0mm則=13.9 符合中等壁厚條件5.1.4.5主要參數(shù) 柱塞直徑：250mm 柱塞行程：800mm 油缸壁厚：18mm 額定壓力：23.5MP5.1.5舵柄柱銷剪切強(qiáng)度的核算。a)油缸柱塞銷孔。故舵柄柱銷直徑。材料為鋼其剪切模G=8.1。b)切斷柱銷所需切斷力 。c)柱塞桿推力F=1.5PA=231故柱銷剪切強(qiáng)度是足夠的

6、。5.1.6舵柄強(qiáng)度的驗(yàn)算5.1.6.1舵柄結(jié)構(gòu)示意圖如下：5.1.6.2從圖中可以看出舵柄的危險(xiǎn)截面在舵柄柱銷處。按抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算。 考慮到舵柄需焊接，采用甲類普通碳素鋼（GB79），其抗拉強(qiáng)度為 最大彎矩M=16978.51273387.5 危險(xiǎn)截面處應(yīng)力< 單邊強(qiáng)度足夠。5.1.7舵軸鍵的強(qiáng)度計(jì)算和尺寸確定 舵軸扭矩采用雙鍵連接。 舵軸直徑取300。 選取鍵 GB109679。 許用剪應(yīng)力 剪力F= 剪應(yīng)力=208.3 式中：l鍵的長度。 b鍵的寬度。 鍵的強(qiáng)度是足夠的。5.2操舵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和驗(yàn)算5.2.1操舵系統(tǒng)液壓原理圖，見附圖5.2.2液壓原理圖設(shè)計(jì)說明。 本設(shè)計(jì)的液壓舵機(jī)

7、的操舵系統(tǒng)由主操舵舵裝置和應(yīng)急操舵裝置兩套機(jī)構(gòu)組成。5.2.2.1主操舵裝置液壓系統(tǒng)的組成，由兩臺齒輪泵組成（一臺正常工作，另一臺備用），壓力控制的液流閥，二位四通電磁或手動(dòng)換向閥，轉(zhuǎn)向器，一只液控雙向鎖，裝在推舵裝置附近的雙向安全自鎖閥和推舵裝置組成。5.2.2.2應(yīng)急操舵裝置液壓系統(tǒng)由與主操舵裝置合用的供油和壓力控制裝置，二位四通電磁或手動(dòng)換向閥，三位四通電磁或手動(dòng)換向閥，雙向安全自鎖組合閥和推舵裝置組成。5.2.2.3液壓系統(tǒng)中各元件的作用a)齒輪泵組供油，一套正常使用，另一套備用。兩臺泵的動(dòng)力可以用電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，也可用船用動(dòng)力主機(jī)或輔機(jī)傳動(dòng)。b)液流閥：控制系統(tǒng)的壓力。c)二位四通電磁或

8、手動(dòng)換向閥：控制主操舵裝置液壓系統(tǒng)與應(yīng)急操舵裝置液壓系統(tǒng)油路的液壓流向。d)三位四通電磁或手動(dòng)換向閥在應(yīng)急舵時(shí)控制舵的轉(zhuǎn)向。e)轉(zhuǎn)向器是主操舵系統(tǒng)中控制舵的轉(zhuǎn)向和速度。f)液壓雙向鎖：主操舵時(shí)，當(dāng)舵任意停止時(shí)避免外力作用下竄動(dòng)，同時(shí)應(yīng)急操舵時(shí)將主操舵和應(yīng)急操舵的油路隔開。g)雙向安全自鎖組合閥：主要是穩(wěn)舵和過載保護(hù)的作用，即有風(fēng)浪或其他外力作用在舵葉上，致使油缸某腔壓力超載（背壓高于工作壓力）時(shí)，回油路的液控單向閥關(guān)閥，回油液通過緩沖閥進(jìn)行緩沖。起到穩(wěn)舵和過載保護(hù)舵葉。外力消除后，系統(tǒng)正常工作。5.2.3液壓系統(tǒng)中各元件的選擇5.2.3.1油泵的選擇a)根據(jù)5.1.4.2、5.1.4.3的計(jì)算

9、知 油缸所需的壓力：=23.1 MP=231 油缸所需的流量：=153.4 油缸的總?cè)莘e：V=71.6L 則：液壓泵的排量： 系統(tǒng)的容積效率：取0.9 油泵的容積效率：取0.9 =189.4b)選取1JMD80曲軸連桿式徑向油泵。（液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊） 主要參數(shù)：額定轉(zhuǎn)速：150rpm理論排量：1.608 額定壓力：240 容積效率：0.9c)油泵實(shí)際排量：Q=1.608217.1 此時(shí)實(shí)際的操舵時(shí)間：t= = =22.0（秒）d)油泵的額定壓力24MP，通過溢流閥的壓力調(diào)節(jié)能滿足油缸的工作壓力。 溢流閥的調(diào)定壓力為23.1MP（公稱壓力）。5.2.3.2油泵電機(jī)功率的確定a)按船舶設(shè)計(jì)手冊動(dòng)力

10、手冊公式4127 電機(jī)功率 式中：Q泵的額定排量 P系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力 MP 泵的容積效率 0.9 過載系數(shù)=1.4-1.6 取1.5 按1JMD80曲軸連桿式徑向油泵計(jì)算： P=18.41kWb)電機(jī)功率應(yīng)大于18.41kW，如用三角皮帶傳動(dòng)變速。 電機(jī)功率5.2.3.3液壓件的選擇根據(jù)油缸流量153.4，設(shè)計(jì)壓力23.1MP選取元件列表如下：序號元件名稱排量流量型號壓力數(shù)量接口尺寸備注1曲軸連桿式徑向油泵1.6081JMD-8024MP250mm（內(nèi)徑）2單向閥250DF-L32K135MP232mm板式連接3溢流閥250YF-H32B35MP132mm最小調(diào)定壓力4二位四通（手動(dòng)電磁換向閥）

11、25024E(S)I1-H32B-T(W)35MP132mm5三位四通（手動(dòng)電磁換向閥）25034E(S)M-H32B-T35MP132mm6轉(zhuǎn)向器250BZZ-750A30MP160mm7液控雙向鎖250SO-H32B-FD35MP132mm8雙向安全自鎖組合閥250ZY/AY-E23.1/10L35MP132mm9壓力表060 MP1M145.3管件的選擇和計(jì)算5.3.1壓油管的選用a)液壓油在油管中的流速V按3計(jì)算： 泵的排量：Q=189.4=31.6 壓油管的內(nèi)徑d1.127=1.127=3.7m=37mm 選擇管內(nèi)徑d=40mm的無縫鋼管。b)管壁厚： P=23.1MP d=40mm

12、 管材抗拉強(qiáng)度=420MP n安全系數(shù)，取n=4 =8.8m=8.8mm 取。c)壓油管選用：冷拔無縫鋼管（YB231-64）5.3.2回油管的選用為方便統(tǒng)一起見選回油管與壓油管相同。5.4油箱容積的計(jì)算5.4.1根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)分冊第35章，油箱的有效容積V=3。根據(jù)前面計(jì)算1JMD-80實(shí)際排量=189.4油箱的有效容積V=3油箱的體積本設(shè)計(jì)的油箱尺寸為：長1000滿足要求。5.4.2油箱設(shè)有油溫測量計(jì)，濾油器采用過濾精度2550銅網(wǎng)濾油器。6.液壓油的選用 本設(shè)計(jì)的液壓舵機(jī)工作壓力為24MP，采用徑向柱塞泵，以及船舶航行于江河四季溫差大的特點(diǎn)，根據(jù)GB251281液壓油類產(chǎn)品的分組、命名和代號選用YNN32（原20號）低凝液壓油，其主要指標(biāo)如下： 運(yùn)