大型弯管机驱动与导向系统设计

1中国矿业大学毕业设计任务书毕业设计题目： 大型弯管机驱动与导向系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：设计内容：在调研、查阅文献资料的基础上，对大型弯管机驱动与导向系统进行总体设计，并分别对驱动机构、小车夹紧装置进行具体设计计算；设计相关液压控制系统。设计工作量要求：设计总图量 3 张 A0 图，设计说明书一份（50 页左右）2目 录1 弯管原理及工艺11.1 工作原理11.2 中频弯管的工艺方案22 弯管机总体结构及主要装置 42.1 结构特点42.1.1 主要结构42.1.2 结构特点42.2 主要装置和系统 72.2.1 机械装置72.2.2 中频电源加热装置72.2.3 液压系统82.2.4 冷却系统82.2.5 控制系统83 机械传动部分计算93.1 弯管受力计算93.1.1 弯管受力计算93.1.2 弯管过程受力分析93.2 小车夹紧装置设计123.2.1 方案选择123.2.2 传动机构设计164 液压系统部分设计 234.1 主机的概况 234.2 液压系统所要完成的动作234.3 液压驱动机构 244.4 拟定液压执行元件基本控制方案244.5 行走小车液压原理图 244.5.1 系统使用的液压元件244.5.2 系统工作油路分析274.5.3 液压系统综合分析284.6 马达驱动液压原理图284.6.1 系统使用的液压元件284.6.2 系统工作油路分析304.7 计算和选择液压元件3034.7.1 行走小车液压系统304.7.2 马达驱动液压系统365 液压缸主要零部件设计425.1 缸筒设计 425.2 活塞设计 475.3 活塞杆设计 475.4 导向环设计 505.5 活塞杆导向套设计 505.6 中隔圈设计 516 研发过程中的几个重点问题526.1 动力装置的设计526.2 弯曲半径、弯曲角度的控制526.3 弯管椭圆度的控制526.4 单片机（SCM）在液压控制上的应用536.5 弯管机的保护536.6 推制弯管的利弊537 结语5455 参考文献5641 弯管机原理及工艺在工业生产中，管子的弯曲加工是相当普遍的。为了获得工件所需的形状和尺寸， 人们采取了多种弯曲工艺， 如压弯、拉弯、转弯(又称缠绕式弯曲)，滚弯， 扭弯和推弯等。按照弯曲时的温度不同又可分为冷弯和热弯。过去在飞机制造业和锅炉工业等部门采用的多是冷弯工艺， 近年来随着石油， 化工、化纤和电力筹工业的迅速发展， 所用管件的直径越来越大， 质量要求越来越高，大口径管子的热弯工艺被广泛采用。管道系统在各类工程中有着广泛的应用。随着经济建设的迅速发展，管道的规格和用材也在向大型化和高强度发展。这一特点在某些行业如电力系统中较为突出。目前600MW 的火力发电机组的主蒸汽管路的直径已达663mm，壁厚可达103mm，其管材为12Cr1MoV高温合金钢。中频感应局部加热弯管法具有生产效率高、劳动强度低的优点，其工艺特点更适合于大口径、厚壁、高强度钢管的弯制加工。70年代中期，这一技术开始在国内得到发展与推广，但以往的中频弯管技术以手工操作为主，工艺要求较低，所能弯制的管材规格较小。发展对管道加工提出的新要求，华北电力大学(北京)研制开发了机电液一体化的ZW 系列大型中频弯管机床以及相应的工艺方案。该系列机床可加工的最大管材直径为1219mm，最大壁厚为126mm。1.1 工作原理管子放在机床上以后，首先由抬管机构抬起，调至始弯位置，前后夹头将其夹紧，两对支撑滚轮将其夹持住，然后抬管机构放下，加热圈开始加热， 当加热至始弯温度时，油缸动作推动后夹头滑块前进，管子在转臂的拉扭下边前进边加热边弯曲，最终弯至所需的角度后卸下。为改善弯曲质量，弯曲中加热圈还喷出冷却水或压缩空气，将已弯部分迅速冷却。本工作过程是：先将钢管安装就位，通过摇臂回转装置上的丝杠丝母传动装置调整好弯曲半径，采用中频感应加热圈对钢管加热到一定温度后进行弯曲，弯曲时以液压为动力，由小车将钢管向前推进，沿调整好的弯曲半径在加热处发生变形而弯曲，钢管变形后对其喷水冷却，从而获得所需的弯管管件。它是利用中频电源通过感应圈对管道待弯部分中狭窄的区域进行局部加热，感应圈的位置处于转臂回转中心的中心上。加热至塑性状态后，沿轴向施加推力，在滚轮夹持下管道沿推力方向运动，但是管道的前端被前夹具固定在转臂上。轴心固定的转臂限制了管道的直线运动，迫使管道在加热部分绕转臂的轴心发生弯曲。感应加热圈的位置相对机床是固定的，在推力的作用下管道发生变形的部分逐渐移出加热区，并被强迫冷却。加热、推弯和冷却的过程连续进行即可实现管道弯制。1.2 中频弯管的工艺方案中频弯管过程中，加热区透热状况，加热区宽度、温度，冷却方式及推弯速度对弯管的质量有很大影响。中频弯管工艺的内容可以归纳为感应圈结构，5中频电源频率，冷却方式及推弯工艺。在具体的中频弯管过程中，感应圈结构、电源频率及冷却方式等参数是固定不变的，但预热及如何进行推弯则有很大灵活性，如果处理不当，可能导致管材内部发生晶间裂纹及弯管表面的凹凸不平等严重质量问题。在电站设备的重要部位运行的弯管如发生这些质量问题，对电厂的安全运行将造成严重威胁。为此原水电部曾组织有关单位在大量试验的基础上制定了中频加热弯管工艺导则，以规范中频弯管的工艺行为。该导则制定于80年代中期，当时的中频弯管设备都是人工操作，导则中对预热过程和正常弯制都给出了比较明确细致的规定，但对如何从预热过渡到正常的弯制仅作了定性描述。这一现象造成了弯管产品的工艺一致性和质量稳定性差，而且计算机也无法直接依据这个导则控制中频弯管的过程。中频弯管机床采用了计算机监控系统，主要目的在于提高弯管的质量，故采用了新的定量化推弯工艺方案。中频弯管的推弯工艺是指从预热开始直到推弯结束的过程中如何对机床和中频电源进行操作所涉及的工艺问题。中频弯管的原理和实践都表明，中频弯管的推制过程由“预热”、“过渡”、“稳定”三个阶段组成。预热阶段的目标是保证加热区管壁的透热，使管壁达到稳定弯制的温度和允许的内外壁温差。过渡阶段的目标是以适当的方式将推速从零逐渐提高到稳定弯制时的值，同时保持加热区的温度稳定。稳定阶段的目标是维持加热区温度和推弯速度在规定的值上直到弯制结束。这里特别强调了推弯过程中“过渡阶段”的存在，这是十分必要的，其原因在于：除薄壁钢管在弯制过程中过渡阶段不太明显外，越是壁厚的钢管过渡阶段的时间越长，过渡阶段存在的各类问题的影响越明显。例如电厂的主蒸汽管，在手工操作时，可能要经历长达30min的过渡阶段。过渡阶段是中频弯管质量问题的多发阶段。厚壁钢管通常是运行在重要位置的钢管，因此对质量问题更加敏感。 在以往的中频弯管过程中，这部分工艺的规定不太细致，新的定量化推弯工艺主要就是解决这部分工艺的描述问题。根据中频弯管的推制过程，推弯工艺由预热工艺、过渡工艺和稳态工艺三部分组成。(1)预热工艺和稳态工艺中频加热弯管工艺原则对预热过程作了详细的规定，该阶段的工艺参数可归结为预热功率和预热时间。对于比较常用的管材，已经有很多经验可以指导如何确定这两个参数。对缺少经验的情况，通常只需作12次试验即可。对于稳态工艺，中频加热弯管工艺导则已经规定了工艺参数：加热区温度和推弯速度，并对这两个参数如何取值也作了说明。为了叙述方便，分别称这两个参数为稳态温度和稳态推速。(2)过渡工艺在预热阶段结束时，加热区的温度已进入到要求的稳态温度范围的下限之内，并且沿壁厚方向已实现了透热。过渡阶段由此开始。此时对管道施加初始推速 ，对应的加热功率由预热功率改为P。当进入到稳定阶段时，推速达到稳6态值 ，此时加热功率提高到稳态功率P。所谓过渡阶段的工艺就是给出一条从n点到b点的路线，使得全部过程中温度变化不超出允许范围，并满足质量要求。过渡工艺主要解决推速提升的方法和推速提升过程中如何保持加热区温度不超过稳态温度规定的范围。推速的处理推速的处理影响到过渡阶段的持续时间，并且对起弯处的弯管质量产生直接影响。推速处理解决初始推速和升速方式问题。预热结束时，钢管本身还是处于静止状态。为了过渡平稳，推速应从零开始上升。但推速低的时候，机床的运动不平稳，效果不好。在实践中，只能从某一适当推速开始起弯。所以，初始推速作为过渡阶段的工艺参数之一是必要的。从过渡平稳的观点，推速从初始推速向稳态推速过渡的过程以线性形式最为简单。它所需的计算量小，加速度dvdt为常数。实践经验表明，dvdt取得小，则过渡平稳，容易得到较好的几何质量，对厚壁管效果尤为明显。但dvdt小使推速上升慢，过渡时间长而影响工效。为此，可以在过渡的最初阶段实现平稳起弯之后适当提高dvdt，这时升速方式为上凹的曲线。对于薄壁的碳钢管，因为过渡阶段持续时间短，推速提升快，实践中往往初始推速就比较高，为使过渡比较平缓，可以采用升速方式。确定曲线时应首先考虑起弯效果，以起弯位置处的曲线走向为主，因此应将初始推速处的dvdt作为工艺参数，称其为初始推速升率。在确定了初始推速、稳态推速、初始推速升率以及升速时间后，即可用一条二次曲线描述升速过程。 温度的处理在过渡阶段，当推速变化时，如何稳定加热区温度与温度控制方案有直接关系。根据目前的国内生产管理现状，应以安全可靠为原则。目前使用的温控方案是通过控制加热功率和推速来稳定温度的方案。根据这一方案，温度的稳定依赖于确定一条加热功率随推速变化的曲线。这是因为，在一般情况下，管材规格、感应圈等因素被确定后，温度主要由加热功率和推速决定。设 为管材的比热容量，丁为加热温度， 为管材截面积， 为推速，则单 位时间里移入加热区并被加热的金属质量为pAv，将这部分金属加热至温度丁所需的功率为PC TM=C 。由于加热区温度分布复杂，情况受到管材、管规格、推速、冷却条件、电源运行状态、变压器及感应圈效率等多种因素的影响，因此，从理论分析直接得出功率与推速的关系困难很大。但上式仍然可以提示在丁不变的条件下推速与功率呈线性关系。经试验发现，当推速变化范围小时，线性关系可以满足要求，温度变化90时则改变方向，其绝对值逐渐加大。3） 与 随角增加呈减小趋势。且在=0时 、 有最大值所1N2 1N2以应以此时的 、 值核算支撑轮架的强度 由于 ，应从导轮结构12的强度上注意加强前导轮。另外，增大l，减小 可使 、 减小在结构允1l12许的情况下 尽量取较小的值而l适当取较大值14） 弯曲半径R增加， 、 、 、P、 、 均下降，但R的增大使初始Pxy1N2角 随之减小则使 、 、 、P 增大其综合影响是：随着弯曲半径R1N214的增大， 、 、P 基本不变， 减小， 、P 明显减小。经计算表明，1N2x弯曲半径R从 3 减小至 1.5 ，机床推力P增大了一倍。所以，小曲率半径弯D1管机比普通弯管机的推力需增大一倍以上3.2 小车夹紧装置设计传动特点：对管材的夹紧要具有自动定心功能，夹紧力要大，传动要平稳，外力失去后自锁性要好。3.2.1 方案选择根据设计任务说明书，小车夹紧机构的主要作用是完成对对需要弯制的管道弯头进行装夹，主要原理是使用液压马达作为驱动源，之所以选择液压马达作为动力源，是因为液压马达具有驱动力大，具有较大的启动力拒，并且能够实现正、反转，再利用丝杆传动实现对钢管的夹紧和松开。确定基本方案如下：采用定量泵和定量马达及电磁换向阀组成液压基本回路，利用内控单向背压阀是马达正、反转产生不同的扭矩，利用外控单向平衡阀使重物不会因自重而下降，利用两个对称溢流阀组成刹车缓冲制动回路。在选定这一方案的过程中，我提出力几个方案，并且作力相应的比较，要实现对管件的夹紧，要求两个夹紧块能够同步推进，速度、力等参数要相同，且要求相同的夹紧力，我通过查阅资料和生产实习，并参照徐州华东石油机械厂科研所的方案的基础上，提出了下述几种小车夹紧方案，并作比较，并最终确定了方案。1）液压缸夹紧机构该机构基本原理：两液压缸轴向对称布置，采用同一液压源提供动力，两液压缸同时伸缩进行对管材的夹紧和松开。该机构主要特点：对中性好，夹紧力大，传动平稳，外力失去后自锁性较好。原理图如下：15图 3-3 液压缸夹紧装置简图2）滑块夹紧机构该机构基本原理：液压缸动力，驱动一滑块，再通过两连杆带动两个轴向对称布置在管材两侧的滑块，使得两滑块同时滑动，实现对管材的夹紧和松开。该机构主要特点：由于采用滑块机构，夹紧力小，外力失去后自锁性较差，传动平稳性较差，对管材的夹紧和放松同步性较差，且该机构占用空间较大，不易布置。该机构原理简单，易于实现，所需元件少，精度高，刚性好，运动请便平稳，温度变化小，结构工艺性好，但是在设计过程中，要求夹紧块必须对称于拉块所在的导轨的轴线，否则的话，就会影响到小车夹紧头的夹紧效果，另外一点，夹紧使的夹紧力最大为 13T 左右，而连杆所能承受的力有限，其强度不能满足设计要求，而如果要增大强度，就要大大增加连杆的质量（截面积增大） ，而这在传动中是非常不利的。原理图如下：16图 3-4 滑块夹紧装置简图3）链轮夹紧机构该机构基本原理：液压马达动力，通过两链轮传至两个丝杆上，由丝杆带动夹紧装置将工件夹紧。该机构主要特点：由于采用螺旋夹紧，夹紧力大，外力失去后其自锁性较好，二个丝杆采用一个动力源，因此对工件的夹紧和松开时同步的。以马达作为驱动源，可实现连续的旋转，转速范围大，排量大，可以直接于工作机构连接，不需要减速装置，输出的扭矩大，具有较大的启动扭矩，非常重要的一点是，马达还能够正、反转，这就是能确保夹紧头的夹紧和松开功能，由于采用链传动，使本方案具有平稳、噪声小、承受冲击能力强，传动精确，可靠性高，环境适应性强等特点。采用螺旋夹紧，其夹紧力大，外力失去后其自锁性好，两个丝杆采用同一个源动力和相同的传动系统，对工件的夹紧和放松是同步的。本方案大量的使用了链传动，由于系统的载荷较大，这就要求链及链轮能够承受较大的载荷，因此对它们的热处理要求相对较高。基本原理图如下：17图 3-5 链传动简图4）同步带锥齿轮传动该机构基本原理：液压马达动力，通过两同步带传至两个锥齿轮上，再由锥齿轮带动丝杆，从而由丝杆带动夹紧装置将工件夹紧。该机构主要特点：由于采用同步带和锥齿轮传动，夹紧力大，由于采用同一个动力源，因此对工件的夹紧和松开是同步的，外力失去后其自锁性较好，但因为使用了同步带，所以造价较高，且同步带具有张紧现象，结构也较复杂。具有输出扭矩大，能够正、反转，夹紧力大，自锁性好等特点，在本方案中，使用了同步带传动，使传动兼具力链传动和带传动的一些传动特点，具备了严格同步无滑差，传动效率高，传动准确，节能效果好等特点。但同步带和锥齿轮造价较高。原理图如下：18图 3-6 同步带锥齿轮传动简图综合比较上述几种方案，选用链轮夹紧机构。该机构由于采用螺旋夹紧，夹紧力大，外力失去后其自锁性较好，二个丝杆采用一个动力源，因此对工件的夹紧和松开是同步的。3.2.2 传动机构设计已知：液压马达额定转速 160r/min最大转速 200r/min丝杆转速 0.7r/min因此：总传动比=4.7i1.第一条链传动设计（1） 链轮齿数取 131z1.5i则 2z119.519取 202z（2） 实际传动比1.5381i（3） 链轮转速小链轮转速 200 r/min1n大链轮转速 21i538.0130 r/min（4） 链轮节距p=31.75（5） 检验小链轮孔径查表，得 65mm 可以maxKd（6） 初定中心距因结构限定，暂取8.8pp0（7） 链长节数ppaczaL0210式中 23c1.24带入上式，得8.241038.2pL34.24取 35 节（8） 链条长度10pL1.1m（9） 理论中心距20apKzLa12式中 0.24795K带入得=290.7mma（10） 实际中心距/290.71.1289.6mm（11） 链速106pnzv75.3282.6m/s2.第二条链传动设计（1） 链轮齿数取 133z3.12i则 4z140.3取 404（2） 实际传动比3.082i（3） 链轮转速小链轮转速 130 r/min3n大链轮转速 42i08.3142 r/min（4） 链轮节距21p=25.4（5） 检验小链轮孔径查表，得 51mm 可以maxKd（6） 初定中心距因结构限定，暂取27pp0（7） 链长节数ppaczaL04302式中 1c18.5带入上式，得275.1840327pL81.2取 82 节（8） 链条长度10pL2.1m（9） 理论中心距apKzLa12式中 0.24694K带入得=696.2mma（10） 实际中心距/696.43693.4mm3.第三条链传动设计（1） 链轮齿数取 135z223.13i则 6z140.3取 406（2） 实际传动比3.083i（3） 链轮转速小链轮转速 130 r/min3n大链轮转速 52i08.3142 r/min（4） 链轮节距p=25.4（5） 检验小链轮孔径查表，得 51mm 可以maxKd（6） 初定中心距因结构限定，暂取27pp0（7） 链长节数ppaczaL05602式中 134c18.5带入上式，得275.1840327pL81.2取 82 节（8） 链条长度2310pL2.1m（9） 理论中心距apKzLa12式中 0.24694K带入得=696.2mma（10） 实际中心距/696.43693.4mm表 3-1 链轮参数链轮 1 链轮 2 链轮 3 链轮 4 链轮 5 链轮 6齿数 13 20 13 40 13 40节距（mm） 31.75 31.75 25.4 25.4 25.4 25.4d（mm） 132.67 202.96 106.14 323.74 106.14 323.74配用链条滚子外径（mm）15.88 15.88 19.07 19.07 19.07 19.07ad（mm） 156.52 226.84 118.82 336.42 118.82 336.42（mmf）116.79 187.08 87.07 304.67 87.07 304.67中心距（mm） 289.6 693.4 693.4参 数齿 轮244 液压系统部分设计4.1 主机的概况弯管机结构简图如下：该弯管机式生产弯曲半径 R2.5 倍以上 0180 度弯头管件的设备，整套设备由主机和中频加热电源两部分组成。主机包括行走小车机构、夹紧机构、导向机构、回转机构、预变形机构五部分。行走小车进给运动采用液压传动，由二个行程为 8 米的液压油缸来传递动力并实现无级调速；行走小车和摇臂上的夹紧头用来装夹钢管；二个导向轴和四个导向轮主要起支撑和导向作用；摇臂、回转支撑、拖板组成回转机构，以实现不同弯曲半径钢管的加工。25图 4-1 弯管机结构简图4.2 液压系统所要完成的动作该弯管机液压系统所要完成的动作有：行走小车的推进运动、小车夹紧头加紧和松开运动、摇臂夹紧头和松开运动、导向轮夹紧和松开运动，摇臂回转运动、摇臂夹紧头起降运动、拖板前后移动和摇臂夹头前后移动，预变形轮上下移动及感应托架前后、左右、上下移动。4.3 液压驱动机构的运动形式、运动速度和载荷大小该系统的主运动和摇臂夹紧头和松开运动为液压缸驱动的直线运动，主运动的快进和快退速度为 2m/min 左右，工进速度为 12mm/min-480mm/min，公称推力为 100 吨，最大推力为 150 吨。摇臂夹紧头液压缸前进和后退速度为0.8m/min 和 1.6m.min，公称推力 30 吨，最大推力 40 吨。其余运动为液压马达驱动的回转运动，马达扭矩为 190N.M-550N.M，转速为 140r/min。4.4 拟定液压执行元件基本控制方案1 行走小车液压系统主要特点：调速比大，流量变化大，同步精度高，进给速度平稳、刚性好，低速运动稳定性高，爬行起始速度低，启动迅速平稳，换向液压冲击小，空程速度快，加压推力大。基本方案：采用恒功率变量泵和进油路调速阀的容积节流调速回路，来满足空程与推制时，其速度、流量与压力的变化。采用电液阀换向回路，来提高换向平稳性。采用回油路上加背压阀，来提高低速稳定性。采用差动连接实现快进，采用机械连接保证两缸同步。262 马达驱动液压系统主要特点:对驱动丝杆、丝母转动产生加紧作用的马达，由于加紧和松开丝杆所需的力矩不同，所有要求马达正反转输出不同扭矩。对摇臂夹紧头起降马达，要求夹紧头抬起后马达能自锁，夹紧头不会因自重而下降。对于感应圈上下移动马达，要求有刹车装置。基本方案：采用定量泵和定量马达及电磁换向阀组成液压基本回路，利用内控单向背压阀使马达正反转产生不同的扭矩，利用外控单向平衡阀使重物不会因自重而下降，利用二个对称溢流阀组成刹车缓冲制动回路。3 摇臂夹紧头夹紧和拖板滑台夹紧系统主要特点：系统工作压力高，缸在泵停止供油时能自锁，采用双缸夹紧，前进和后退有一定的同步要求。基本方案：采用恒功率柱塞泵、电磁换向阀和液控单向阀组成液压基本回路，夹紧工件后，依靠储能起器补偿由于泄漏、降温或油液体积的其他变化引起的压力损失，前进、后退采用机械连接保证两缸同步。4.5 行走小车液压原理图4.5.1 系统使用的液压元件调速阀：本元件是压力、温度补偿型流量控制阀，它调定的流量不受压力及油温变化的影响。电液换向阀：本元件是弹簧对中 K 型三位四通电液换向阀，它的先导电磁阀是 Y 型三位四通电磁换向阀，主阀是 K 型三位四通液控换向阀，中位可实现差动连接。为了调节主阀的换向速度，在导阀和主阀之间安装了一个叠加式单向节流阀，用它控制从导阀进入到主阀芯两端的供油量，从而改变主阀的换向速度，实现无冲击换向。电磁溢流阀：本元件由溢流阀和电磁换向阀组合而成，用于保护油泵和系统安全。电磁背压阀：本元件实际上就是常闭式电磁溢流阀，工进时，由它形成一个背压以提高系统低速运动的稳定性。恒功率变量泵：靠本身压力自动控制，出口流量随出口压力的大小在一定范围内近似地按恒功率曲线变化。工作中，系统压力低时，泵的输出流量大，系统压力高时，泵的输出流量自动减小。方向插装阀：本元件是方向插装阀与电磁换向阀的一体化元件，电磁换向阀用作先导油路转换，方向插装阀用作主回路方向控制。液压马达：在本设计中要求马达具有转矩大，排量大，速度低，并且能够确保其在很宽的速度范围和很宽的力拒范围内正常工作，输出扭矩大等特点。设计任务书对马达的各种参数要求值见下表 4-1。夹紧力 传递扭矩 夹头行程 夹头速度18T 310N.m 约 250mm 约 13mm/sec27根据这些给定的参数及本设计方案的传动设计和传动比的分配等因素，最终选取 BM3500 型摆线内啮合齿轮马达，该马达具有下属特点：结构简单，制造容易，结构更加紧凑，体积小，自吸性能好，小型，低速且输出扭矩大等，虽然其推动脉动较大，泄漏小，容积效率低，但综合考虑，在本设计方案中选用此型号马达是较合理的。28图 4-2 行走小车液压系统图4.5.2 系统工作油路分析当按下油泵启动按钮后，泵输出的油液经电磁溢流阀 3 直接回油箱，系统处于卸荷状态。1）快进29按快进按钮，4DT 得电，3DT 通电，系统开始工作，主油路为：进油路：泵 1阀 2阀 9阀 12缸无杆腔回油路：缸有杆腔阀 9阀 12缸无杆腔这时形成差动连接回路，同时由于行走小车空载，系统压力低，泵 1为低压流量输车，小车快速前进。控制油路：（图中虚线部分）泵 1阀 14 左由于 3DT 得电，使阀 12 上腔油液经节流阀 13 回油箱用，液压油将顶开阀芯使插装阀 A、B 口相通，从而将调速阀 11 短路，实现快进。2）工进按工进按钮，4DT 得电，1DT 得电，溢流阀 3 和电液换向阀 9 接入系统，主油路为：进油路：泵 1阀 2阀 9 左阀 11缸无杆腔回油路：缸有杆腔阀 9 左阀 8油箱行走小车进给速度由调速阀 11 调定且稳速，同时因系统压力升高，泵 1 流量自动减小且与阀 11 调定值相适应。控制油路：（图中虚线部分）油路一：泵 1-阀 14 右阀 13阀 12 上腔，使插装阀 12 处于关闭状态。油路二：泵 1-阀 10 左阀 4阀 9 左-阀 9 右阀 7阀 10 左油箱，使电液换向阀 9 左位工作。3）快退按快退按钮，2DT、3DT、4DT、5DT 得电。5DT 得电，使阀 8 处于卸荷状态，2DT 得电，使阀 9、阀 10 右位接入系统，3DT 得电，使插装阀 12 投入工作，将调速阀 11 短路，主油路为：进油路：泵 1阀 2阀 9 右缸有杆腔回油路：缸无杆腔阀 12阀 9 右阀 8油箱快退时行走小车负载小，系统压力低，泵 1 为低压大流量输出，实现快退。控制油路：（图中虚线部分）泵 1-阀 10 右阀 5阀 9 右-阀 9 左阀 6阀 10 右油箱，使电液换向阀 9 右位工作。4）原位停止电磁铁 1DT、2DT、3DT、4DT 都断电，泵 1 经阀 3 卸荷。5）系统电磁铁动作顺序表见表 1表 4-2 电磁铁动作顺序表行走小车 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT电磁铁30快进 工进 快退 原位停止 注：表示通电4.5.3 液压系统综合分析本系统包括以下一些基本回路：用恒功率变量柱塞泵和进油路调速阀组成的容积节流调速回路；由单出杆双作用液压缸等组成的差动连接快速运动回路；由电液换向阀组成的换向回路；由电磁溢流阀组成卸荷和背压回路等。根据上述元件和基本回路的性能，本系统具有以下几个特点：1）恒功率变量泵和进油路调速阀的容积节流调速回路，具有较好的速度刚性和较大的调速范围，且能节省功耗，提高效率，减少发热，实现压力控制。2）恒功率变量泵加差动连接实现快进，提高了快进速度。工进时，因系统压力提高，泵流量自动减小，系统溢流损失小，效率高。3）用电液阀换向回路，可提高换向平稳性。4）用电磁溢流阀组成的背压回路，可提高低速运动的稳定性，消除爬行。4.6 马达驱动液压原理图4.6.1 系统使用的液压元件电磁换向阀：它是一种湿式电磁换向阀，具有高压、大流量、压力损失低、寿命长、噪声低等特点。叶片泵：具有流量均匀，压力脉动小，噪音低，效率高等特点。顺序阀：利用油路本身或外部压力来实现油路系统的自动控制。BM 型摆线液压马达：它是一种内啮合摆线齿轮式的小型、低速、31图 4-3 小车夹紧液压系统图大扭矩液压马达，改变油流方向，可得到不同旋转方向。4.6.2 系统工作油路分析按油泵启动按钮，泵输出的液压油经电磁溢流阀 2 直接回油箱，系统相呼吁卸荷状态。321） 小车夹紧马达 当电磁铁 4DT、2DT 得电，阀 2、阀 3 右位接入系统，系统投入工作，马达正转，油路为：进油路：泵 1阀 3 右马达 4回油路：马达 4阀 6阀 3 右油箱当电磁铁 4DT、1DT 得电，阀 2、阀 3 左位接入系统，马达反转，油路为：进油路：泵 1阀 3 左阀 5马达 4回油路：马达 4阀 3 右油箱4.7 计算和选择液压元件4.7.1 行走小车液压系统已知：缸内径 D220mm活塞杆直径 d160mm行程 L8m工进速度 V12mm/min-480mm/min恒功率变量泵额定压力 P35MPa排量 q0-58ml/r效率 0.9单缸公称推力 F50 吨最大推力 F75 吨电机功率 P15KW转速 n1460r/min泵流量 Qqn0.058*1460*0.976L1) 快进速度（差动连接）240dV其中：Q76/238Ld16cm代入得：V1.89m/min2) 快退速度240dDQ其中：Q76/238L33D22cmd16cm代入得：V=2.1m/min3) 工进速度 V=12mm/min(最小)时，阀 15 调定流量为240DVQ其中： V=12mm/minD=22cm代入得：Q=0.9L4) 工进速度 V=480mm/min(最大)时，阀 15 调定流量为240DVQ其中： V=480mm/minD=22cm代入得：Q=36.5L5) 工进速度 V=120mm/min(公称)时，阀 15 调定流量为240DVQ其中： V=120mm/minD=22cm代入得：Q=9L6) 快进时（差动） ，流过电液换向阀及插装阀的最大流量回进总 Q其中 76L进2402dDv回将 V 1.89m/minD = 22cmd = 16cm代入得：34 67.6L回Q将 67.6L 回 76L进代入得： 143.6L总Q7) 快退时，流过电液换向阀及插装阀的最大流量 总 回240Dv回将 V 2.1m/minD = 22cm代入得： 159.6L 总Q8) 系统工作压力2DFP其中： F=75000kfgD=22cm代入得：P=50MPa液压泵工作压力：Pr是泵到执行元件间总的管路损失，包括沿程压力损失和局部压力损P失。工进时，从泵到液压缸之间接有一个单向阀、一个电液换向阀和一个调速阀，从液压缸到油箱之间接有一个背压阀，所以取进油路 7 MPa回油路 2 MPa729 MPaP则： 5914 MPar9) 活塞杆稳定性效验已知:该液压缸活塞杆属二端固定的压杆，D220mm35D=160mm单缸最大推力 P=750000N活塞杆材料为 45，100p60su0.5活塞杆长度 L=8000mm活塞杆稳定安全系数 5sn弹性模量 E200GPa对于直径为 d 的圆形截面压杆，其惯性半径为：4dI将 d=160 代入得 I40则柔度IL将 u=0.5L=8000I=40带入得100由于 p所以该杆属中柔度杆，采用直线公式，临界应力为：ba将 a=578b=3.744100带入得203.6MPa其临界力为：APc其中 42d36D=160带入得A20096 2m将 A20096245.23带入得：KN4928cP工作稳定安全系数 n 为:c将 4928cP液压元件选择表 4-4名称 型号 压力 MPa 额定流量 L/min 排量Ml/r 功率 KW 转速r/min调速阀 2FRM10-20/10B最小调整流量 0.3最大调整流量 50电液换向阀 S-DSHG-16-3C9-C2-51 最大流量 500带电磁换向阀的方向插装阀LDS-25-20-S-1-X10-D24-N-11 350电磁溢流阀 DBW10B3-50/3156AG24NDZL 最大流量 250电磁溢流阀 DBW20A3-50/506AG24NDZL 最大流量 500粗滤器 CXL-160X180LC 最大压力损失 0.03 160过滤精度 180m精滤器 YPM240E5T-010W 21 240过滤精度10m名称 型号 压力 MPa 额定流量 L/min 排量Ml/r 功率 KW 转速r/min单向阀 S25P5 31.5 开启 17537压力 0.5单向阀 S20P5 31.5 开启压力 0.5 115恒功率变量柱塞泵A7V58LV5.1RPFH 35 58最大转速 3000电动机 Y160L-4 结构形式 B35 15 1460压力表 Y-60 25P750带入得：N6.5 =5sn工作稳定安全系数 n 为:Pc将 7.3962cP750带入得：N5.3 =5sn结论： 活塞杆在全部行程范围内稳定性足够。4.7.2 马达驱动液压系统（1）小车行走部分链轮传动计算小车行走部分采用链轮传动的螺旋机构夹紧装置，其简画如下：38图 4-10 小车行走部分链轮传动系统图该机构原理是：液压马达动力，通过链轮传至两个丝杆，由丝杆带动夹紧装置将工件夹紧。该机构主要特点：由于采用螺旋夹紧，夹紧力大，外力失去后其自锁性较好，二个丝杆采用一个动力源，因此对工件的夹紧和松开是同步的。（2）夹紧力的计算已知：马达的额定压力 P=10MPa所传递的扭矩 T=310N.m链轮和 T 型螺纹的主要参数如上图所示则：作用在 T 型螺纹上的轴向力 TF=T=3101mN122d将 132.76 1202.962带入得 474.2TmN 23439且 /24T32得 /2237.1 mN由于 3d456所以 5T356d将 323.745d106.143带入得 723.185T6mN由以上计算可得，作用在两梯形螺纹上的扭矩都为 723.18 ，则作用mN在梯型螺杆上的轴向力为：(N)2dpatgFvT其中 :螺杆上轴向作用力 NTT:螺杆所受的转矩 mNd:螺纹中径 mma:螺纹升角L:导程 mm:当量摩擦角vp=arctg( )vvf=0.08 或 0.09将 T723180 mNd=94mmL=12mm=0.08 或 0.09vf带入得40126943（N）或 127123.9（N）TF结论：梯型丝杆对工件的夹紧力就等于螺杆的轴向作用力 ，所以对工件TF的夹紧力就为 ，约为 13 吨。T（3）马达的额定转速已知： 马达的公称排量 500ml马 排q马达的容积效率 0.88马额定压力 P10MPa电机功率 7.5KW转速 n=970r/min泵的排量 q=100ml泵的容积效率 0.87泵流量 Q=0.19700.87则马达的转速马马 排 qQn将 Q 84L500ml马 排0.88 马带入得n=147r/min（4）单向背压阀 1 的调定压力已知：马达的工作扭矩 T310 mN排量 q500ml工作压力 P8MPa则单向背压阀的调定压力 qT2调将 T=310q=500p=8带入得4MPa调P41（5）单向背压阀 2 的调定压力已知：马达的工作扭矩 T500 mN排量 q500ml工作压力 P8MPa则单向背压阀的调定压力 qT2调将 T=500q=500p=8带入得2MPa调P油箱的选择根据工作环境和工作条件的要求，在本液压系统中，选择开式油箱，其箱内液面与大气相通，为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器。从上述计算可知，在工作过程中，柱塞泵和叶片泵的流量分别为：=76L/min1Q=89L/min2通过拖块锁紧和摇臂夹紧头的吸油的流量为=25L/min3则通过个吸油泵的总流量约为321Q58976=190L/min油箱的有效容量可表达如下：取 LVQ19053在综合考虑油液的散热，冷却及其它各种工作因素的情况下，参观手册选取标准油箱型号：AB40-30-/1100-AN13st/M42表 4-5规格 重量 工作容量 工作容积1000 435kg 1100 320（6）液压元件的选择表 4-4名称 型号 压力 MPa 额定流量 L/min 排量Ml/r 功率 KW 转速r/min马达13、14、15BM-D500额定压力 10最高压力 12.5额定扭矩579 mN500额定转速160最高转速200电磁换向阀1、2、3DGS-03-3C4-D24-C-N1-50 31.5最大流量120电磁溢流阀 S-BSG-06-2B3B设定压力至 25 200单向背压阀23、25、27、DZ10-3-30/210Y 31.5 150名称 型号 压力 MPa 额定流量 L/min 排量Ml/r 功率 KW 转速r/min叶片泵 1 YB-E100(A) 16 容积效率 0.87 100800至1500过滤器 WU-160X100 160过滤精度100m精滤器 YPM160E5T-010W 21 160 过滤精度 30m电动机 T160L-6 结构形 式 35 11 9705 液压缸主要零部件设计43根据设计要求和所选择的方案，主运动是油缸的运动.所产生的公称推力为 100T,最大推力为 150T，分配到每个油缸上的公称推力为 50T，最大推力为75T，主运动的快进和快退速度为5.1 缸筒设计1 主要技术要求（1）有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不致产生永久性变形；（2）有足够的刚性，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲；（3）内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，有高的几何精度，足以保证密封件的密封性；（4）有的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊上法兰或管接头后不致于产生裂纹或过大的变形。2 缸筒结构常用的缸筒结构有八类，通常根据缸筒与端盖的连接型式选用其结构，而连接型式又取决于额定工作压力、用途、使用环境等因素。3 缸筒计算（1）缸筒内径计算当液压缸的理论作用力 F 及供油压力 为已知时，则缸筒内径 D 按式ip（1）(2)计算（无活塞杆侧）（m） (1)3104ipD（有活塞杆侧）（m） (2)262104dpFi式中 d 活塞杆直径（m） ； 供油压力（MPa）;i、 分别为液压缸的理论推力和拉力（N）.1F2液压缸的理论作用力 F，按下式确定：(3)(0t44式中 活塞杆上的实际作用力（N） ；0F 负载率，一般取 0.50.7; 液压缸的总效率.t在活塞杆