油田钻杆矫直机液压系统设计（全套含CAD图纸）
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毕业设计 (论文 ) 开 题 报 告 学生姓名 学 号 专 业 班 级 指导教师 课题题目及来源： 题目：钻杆矫直机液压系统设计 题目来源：自拟 课题研究的意义和国内外研究现状： 研究意义： 液压技术对现代社会中人们的日常生活、工农业生产、科学研究活动正起着越来越重要的作用，已成为现代机械设备和装置中的基本技术构成、现代工程控制的基本技术要素和工业及国防自动化的重要手段，并在国民经济各行业以及几乎所有技术领域中日益广泛应用，应用液压技术的程度已 成为衡量一个国家工业化水平的重要标志 在工业生产中，各种矫直机被广泛用作材料的矫直，由于液压矫直机优良的性能，液压矫直机的使用相当广泛 ,它不仅操作方便 ,而且可以大大提高工作效率。液压矫直机也是冶金行业的重要设备，被广泛应用在冶炼、焊接、喷涂、搬运、装配等工作场合。 油田管在加热、精整、运输及各种加工过程中，由于外力作用，温度变化及内力消长等因素的影响，往往产生不同程度的弯曲、瓢曲、浪形、镰弯或歪扭等塑性变形或内部残余应力。为了消除这些形状缺陷和残余应力，获得平直的成品油田管，油田管需要在矫直机上进行矫直。 管件在轧制、冷却和运输过程中，由于各种因 素的影响，往往产生形状缺陷。如钢轨、型钢和钢管经常出现弧形弯曲；某些型钢 (如工字钢等 )的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转；板材和带材则会产生纵向 弯曲 (波浪形 )、横向弯曲、边缘浪形、中间瓢曲和镰刀弯等。为了获得 很 直的板材和具有正确几何形状的钢材，轧件需要在矫直机上进行矫直。所以矫直机是轧钢生产中的重要机械设备，而且也广泛用于以轧材作坯料的各种车间 (如汽车、 船 舶制造厂等 )。 由于轧材品种规格的多样化和对其形状精度要求的提高，促进了矫直理论和矫直机结构的研究工作的快速发 展以及矫直技术水平的不断提高，矫直不同品种规格的轧件，采用不同结构形式和不同规格的矫直机。所以矫直机的结构形式繁多，矫直方式也不大相同，按其用途和工作原理可以分为压力矫直机、辊式矫直机、管棒材矫直机、拉伸矫直机、拉伸弯曲矫直机和扭转矫直机等几种类型。 矫直技术多用于金属加工的后部工序，在很大程度上决定着成品的质量水平。 20 世纪 70年代以来，矫直技术与矫直理论的发展明显加快，如拉弯直技术很快走向成熟；开发成功平动 (万能 )矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变凸度及变辊距矫直技术，以及双间 旋转矫直技术等。新的矫直技术也需积极开发，如振动矫直、高效高精度滚光矫直、液压拉弯矫直、高精度压力矫直，矫直过程的计算机控制、复合辊形的矫直技术以及复合转毂矫直技术等；在矫直理论研究方面应该走出自己的道路，如材料强化影响的计算方法、变形能的测定及计算方法、等曲率塑性区长度及深度对矫直质量的影响，在矫直过程中克服残留应力影响的方法，减矫直过程的摩擦损失，最佳结构参数的确定方法，斜辊的受力测定与计算方法、热处理轧材的矫直方法以及双向旋转矫直法等。 国内应用比较普遍的是 列单柱矫直压装机，该产品自动化程度低 ，属于凭经验矫直，矫直精度低。 近年来，国内的矫直设备有了很大的发展，总的发展趋势如下： （ 1）系列完整、品种规格完全。 （ 2）精度高，检测、显示手段完善，矫直工件质量好。 （ 3）附件齐全、矫直工艺范围扩大。 （ 4）向数控化、柔性化、自动化方向发展。 合肥工业大学与合肥压力机械厂合作，研究成功最大矫直力为 100精密矫直液压机。该机采用移动式手动液压伺服控制，具有压力、行程和油温数字显示和预置功能，并具有多种报警。该机的研制成功，提高了我国型材精密矫直工艺装备的水平。对轴类零件，棒类零件等进行精密矫直， 可提高工件精度和生产效率。 手动伺服控制精密矫直液压机带有适应各种轴类零件的附件，调整操作方便，矫直精度高，国外发达国家已普及应用。我国液压机行业在调整产品结构中，应积极开发技术附加值高的精密矫直液压机系列及成套附件，完善检测装置，这样对以国产品替代自产品，提高经济效益，增强市场竞争力等都具有广阔的前景。 在型材轿直方面，国外学者将重点放在了钢轨的研究上面，代表性的是澳大利亚的 “钢轨辊式矫直残余应力的研究”。这篇论文通过建立弹塑性模型，从理论上研究了钢轨矫直过程，并通过建立三维有限 元模型，全面仿真了矫直时钢轨内的残余应力变化。通过结合试验和已有文献，彻底分析了钢轨内应力的分布及对钢轨性能的影响。比较全面的还有美国的 “辊式矫直机理”。 随着国民经济的发展，近年内，管材生产不论在数量上还是品种上，都有相当大的增长。新型高效率的管材精整设备，尤其是管材矫直机，是保证管材质量的重要关键。国内外对管材矫直机均做了大量的研究工作。管材生产在数量和品种方面有很大增长，这就提出了管材精整过程现代化。制造新型高生产率的精整设备的任务首先是管材矫直机。摆在我们面前的任务，是生产新型管材矫直 机。 管材矫直机的发展趋势是：用数字控制系统精确调整上矫直辊位置，并借助自动测量装置控制矫直辊负荷和在线计算机进行全自动操作；高刚度矫直机座，可满足大直力条件下的使用，变形小，精度高；为了提高矫直效果，矫直机出口处的上（下）辊可以单独调整，且在矫直过程可以进行调整；装备有液压安全装置和快速松开装置，以便在设备过载、卡钢和停电时快速松开矫直辊；为避免矫直辊辊面滑伤，辊面应有一定的硬度。 研究现状： 矫直技术多用于金属加工的后部工序，在很大程度上决定着产、成品的质量水平。矫直技术同其他金属加工技术一样在 20 世 纪取得了长足的进展，相应的矫直理论比取得了很大的进步。不过理论滞后于实践的现象比较明显。另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、 压弯量及矫直速度等。 到 20 世纪 70 年代以来，矫直技术与矫直理论的发展明显加快，如拉弯矫直技术很快走向成熟；开发成功平动 (万能 )矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变凸度及变辊距矫直技术，以及双间旋转矫直技术等。根据近年矫直技术的不断提高和发展，首先在矫直过程的变形机理方 而取得不少的研究成果，如拉力对矫直的作用，在斜辊矫直机上压紧力对矫直的作用，残留应力对矫直尺寸精度的影响，等曲率接触区对矫直变形的重义作用等。就我国工业发展水平来看，常规的矫直设备尚需添补和改造，不过应该尽量采用新的高效能的常规设备，如新 的拉弯矫直设备，新的 3 1 3 矫直机，大型二辊矫直机、滚动模转矫直机及变辊距矫直机等；新的矫直技术也需积极开发，如振动矫直、高效高精度滚光矫直、液压拉弯矫直、高精度压力矫直，矫直过程的计算机控制、复合辊形的矫直技术以及复合转毂矫直技术等；在矫直理论研究方面应该走出自己的道路，如材料强化影响的计算方法、变形能的测定及计算方法、等曲率塑性区长度及深度对矫直质量的影响，在矫直过程中克服残留应力影响的方法，减少矫直过程的摩擦损失，最佳结构参数的确定方法，斜辊的受力测定与计算方法、热处理轧材的矫直方法以及双向旋转 矫直法等。所有这些已经遇到的和想到的问题，即使不能概括全面，只要同行们从实际出发，发现问题，抓住不放，搞出结果，将来一定会集腋成裘，形成我国的矫直理沦体系。并让它更好地为我国社会主义四化建设服务。 随着国民经济的发展，近年内，管材生产不论在数量上还是品种上，都有相当大的增长。新型高效率的管材精整设备，尤其是管材矫宜机，是保证管材质量的重要关键。国内外对管材矫直机均做了大量的研究工作。 管材生产在数量上和晶种方面有很大增长，这就提出了管材精整过程现代化。制造新型高生产率的精整设备的任务首先是管材矫直机。摆在 我们面 前的任务，是生产新型管材矫直机。为进一步完善精整过程和提高轧制速度，必须制造新的高效率管材矫 直机。提高被矫管材材质的机械性能和矫直速度，要求认其而客观地研究 斜辊式和其它型式矫直机的矫直过程。足够精确地确定矫宜过程的力能参 数，对于设计和使用管材矫直饥是非常重要的，因为这样才有可能正确地 评价矫直机的承裁能力，减少多余的安全系数，进而减轻不必要的设备重 量。在研究工作中，最困难的是测量斜辊式矫直机矫直力能参数。因为在 这种情况下其力的相互作用关系是相当复杂的 . 课题研究的主要内容和方法，研究 过程中的主要问题和解决办法： 研究内容： 1、了解矫直原理 2、矫直机基本参数确定 3、设计各零件的基本参数及对主要零件的校核 4、液压系统设计 （ 1）完成动作：直线运动，液压缸的压下和上升。 （ 2）运动速度要求：冲头缸缸和矫直缸对运动速度并不像精密机床那样要求严格，可以说基本上没有什么要求，只要能完成动作即可，但要求动作稳定。 （ 3）操作控制方式：冲头缸和矫直缸的压下和上升，均由各自的电磁换向阀控制。 （ 4）液压缸的设计 （ 5）液压泵站的设计 （ 6）液压管路的设计与计算、校核 5、设计小结 根据以 上的设计要求，初步制定液压系统的主要部分实现方案。 （ 1）调速方式 执行元件是由机械部分给定的油缸，对速度的精度要求不高，故本系统采用单向节流阀的回油调速回路。 （ 2）液压系统及其工作原理 系统的油源为变量液压泵，液压执行器为上辊缸（三个），冲头缸（两个）和两个双向定量液压马达。系统的控制主要采用了叠加式液压阀，各液压缸的升降由电磁换向阀控制，速度通过叠加式单向节流阀调节；系统最高工作压力由叠加式电磁溢流阀设定，两冲头缸的工作压力分别由叠加式减压阀和控制，在液压马达回路上，设有分流集流阀，以保证二液压马达通 过摆线针轮行星减速器带动下辊同步旋转，液压马达的换向则由阀 11 控制。通过调节变量叶片泵上的压力调节器，叶片泵的输出流量变化，各执行器速度相应变化。电接触式温度计、加热器、冷却器等温控装置分别用于系统的温度检测、加热和冷却。整个液压站安装在机器的底座上。 （ 3）技术特点 该管材矫直机工艺先进、性能稳定、效率高，具有良好的社会效益和经济效益。液压系统为变量泵供油的回油节流调速系统，有利于系统能量的合理使用和散热。二液压马达采用分流集流阀实现同步控制。系统采用叠加阀式集成，液压站结构紧凑，外形美观，调整方便。该系 统可推广至其他型材的矫直机中。 研究方法： 矫直机有一个初步了解，并对液压式矫直机有深入的认识； 对方案进行比较，经过计算及经验，并请指导老师指导，最终确定最优方案。 定各回路，选取各元器件，并对整个系统的稳定性，工作效能进行计算校核。 助设计绘图，绘制液压系统图、装配图、部分零件图。 所设计的图纸及系统进行深入的认识，并作出修改。最终定稿。 解决的主要问题： 拟定液压系统原理图是设计液压系统 的关键，也是整个液压系统设计中最重要的一步，它是从油路原理上来具体体现设计任务中提出的各项性能要求的。 拟定液压系统原理图包括两项内容： 比选出合适的液压回路：根据工况图上压力、流量和功率的大小以及系统对温升、工作平稳性等方面的要求选择调速回路，调速回路一旦确定，快速回路也基本上就确定了，选择压力控制回路时，应该仔细推敲这种回路在选用时所考虑的问题以及各种方案的特点和适用场合； 采用经验法。 课题研究所需的参考文献： 1 丁绍南 M界图书出版社， 1992. 2 邢福康 M炭工业出版社， 1991. 3 赵宏珠综采面矿压与液压支架设计 M国矿业学院出版社， 1987. 4 杨振复，罗恩波放顶煤开采技术与放顶煤液压支架 M炭工业出版社， 1995. 5综采技术手册编委会综采技术手册 M炭工业出版社， 2000. 6 程居山矿山机械 M国矿业大学出版社， 2000. 7 雷天觉新编液压工程手册 M京理工大学出版社， 1998. 8 成大先
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