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原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 摘 要 轧钢生产在国民经济中所起的作用是十分显著的。钢铁工业生产中，除少量 的钢用铸造或铸造方法制成零件外，炼钢厂生产的钢锭与连铸坯有 8590以 上要经过轧钢车间轧成各种钢材， 供应国民经济各部门。 可见在现代钢铁企业中， 作为使钢成材的轧钢生产，在整个国民经济中占据着异常重要的地位，对促进我 国经济快速发展起十分重要的作用。 轧机液压升降台是用于升降和输送轧件， 本文主要对三辊轧机液压升降台液 压系统设计，包括液压系统的拟定，齿轮齿条油缸的设计，液压站的设计。 关键词：轧机，液压升降台，齿轮齿条油缸，液压系统 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 Abstract Steel rolling production plays a role in the national economy is very significant. The production of iron and steel industry, in addition to the casting or casting method with a small amount of parts made of steel, steel ingot and casting factory production of steel 85 90% more to go through the mill rolling into various steel products, supply of various sectors of the national economy. In modern iron and steel enterprise, as the steel plate rolling production, occupies a very important position in the whole national economy, to promote Chinas rapid economic development plays an important role in. Hydraulic lifting platform is used for lifting and conveying workpiece, this paper focuses on the design of the three rolling mill hydraulic system hydraulic lifting platform, including the design of hydraulic system, gear and rack cylinder, the design of hydraulic station. Keywords: Hydraulic lifting platform,The gear rack cylinder,Hydraulic system 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目 录 摘 要 I Abstract . II 第一章 绪论 1 1.1 选题背景及意义 1 1.2 国内外研究现况 1 1.3 轧机液压升降台概述 2 1.4 本论文研究的主要内容 2 第二章 轧机液压升降台整体方案的拟定 3 2.1 设计要求. 3 2.1.1 主要技术参数. 3 2.1.2 任务要求. 3 2.2 驱动方案拟定 3 2.3 升降机构方案拟定 3 2.4 总体方案确定. 4 第三章 轧机升降台液压系统的设计 5 3.1 液压系统方案拟定. 5 3.1.1 液压系统原理图的设计. 5 3.1.2 动作原理分析 6 3.2 液压元件的计算和选择. 6 3.2.1 油泵的选择 7 3.2.2 控制阀的选择 7 3.2.3 油管内径的确定 8 3.2.4 油箱容量计算和油箱散热面积的确定 9 3.3 压力系统性能的验算. 9 3.3.1 系统的压力损失验算 9 3.3.2 液压系统发热量的计算 10 第四章 齿轮齿条液压缸 11 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.1 设计主要技术参数 11 4.2 齿轮齿条液压缸尺寸及结构设计 11 4.2.1 液齿轮齿条油缸的工作原理. 11 4.2.2 液压缸的效率 11 4.2.3 液压缸缸径的计算 11 4.2.4 活塞宽度B的确定 12 4.2.5 缸体长度的确定 12 4.2.6 缸筒壁厚的计算. 12 4.2.7 活塞杆强度和液压缸稳定性计算 13 4.2.8 缸筒壁厚的验算. 15 4.2.9 缸筒的加工要求 17 4.2.10 法兰设计. 17 4.2.11 (缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算 . 18 4.2.12 密封件的选用. 20 第五章 升降台及轧辊的设计 22 5.1 升降台的设计. 22 5.1.1 升降机构设计. 22 5.1.2 升降平台设计. 25 5.1.3 机架 26 5.2 轧辊的设计. 26 5.2.1 选材. 26 5.2.2 轧辊尺寸设计. 26 总 结 27 参考文献 28 致 谢 29 轧机液压升降台设计 1 第一章 绪论 1.1 选题背景及意义 大型轧机升降台，目前多采用传统的“垂锤平衡，曲柄连杆机构驱动”的结 构型式。此类升降台因其重锤惯性大，相应的机械传动、紧固装置容易受损，故 设备故障多、维修费用高、管理工作量大、年停机时间长。研究新型的液压升降 台取代传统的结构型式已成为一种发展趋势。 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。 该选题以轧机液压升 降台液压系统为设计对象， 紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术 和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 CAD 等基本专业知识解决工程实际问题的能力以及独立工作的能力具有积极的 促进作用。 1.2 国内外研究现况 最早的轧机出现在 14 世纪的欧洲，1480 年意大利人达芬奇(Leonardo da Vinci)曾设计出轧机的草图。1553 年法国人布律利埃(Brulier)轧制出金和银的板 材，用以制造钱币。此后，西班牙、比利时和英国相继出现了轧机。1766 年英 国有了顺列式的小型轧机，至 19 世纪中叶，第一台可逆式轧机在英国投产，并 轧出了船用板材。1838 年建成了带活套(见活套轧制)的二列式线材轧机(见横列 式轧机)。1848 年德国发明了万能轧机，1853 年美国开始应用三辊式型材轧机， 并用蒸汽机传动升降台，实现了升降动作的机械化。接着美国又出现了三辊式劳 特轧机(见厚板轧机)，1859 年建造了第一台连续式轧机，1862 年英国人贝德森 (GBedson)取得了平辊立辊交替配置的连续式线材轧机(见平立交替精轧机组) 的专利。轧制型材的带立辊的万能轧机是 1872 年问世的，20 世纪初期建造了半 连续式带钢轧机。20 世纪 60 年代以来各类轧机在设计、研究和制造方面取得了 很大进展，并朝着连续化、自动化、高速化和专业化的方向发展，相继出现了轧 制速度高达每秒钟 130m 的各种类型的线材轧机、全连续式的冷、热带钢轧机、 宽度为 5500mm 的厚板轧机和连续式 H 型钢轧机(见 H 型钢)以及连续轧管机组 等一系列先进设备，并在液压技术、电子计算机技术和各种测试仪表的应用以及 轧制产品的实物质量和内部性能的控制等方面都有许多突破， 使得轧机所用原料 单重不断增大，产品的质量和产量不断提高，轧制的品种与规格日益增多。 中国于 1871 年在福州船政局所属拉铁厂首先应用轧机，用以轧制厚度为 15mm 以下的钢板，6120mm 的方、圆钢。1890 年湖北汉冶萍公司汉阳铁厂装 轧机液压升降台设计 2 有宽为 2450mm 的用蒸汽机拖动的二辊中板轧机、 横列式三机架二辊轨梁轧机以 及 350mm/300mm 的小型轧机。随着钢铁工业的不断发展和科学技术的日益进 步，中国已有用来生产钢板、钢管、型钢和线材的多种类型的现代化轧机。 1.3 轧机液压升降台概述 轧机升降台的升降机构采用了液压传动。 该升降台由齿轮齿条液压缸、 重锤、 升降台、轧辊等组成。齿轮齿条液压缸 1 通过齿轮轴直接驱动升降台 3 的升降机 构，重锤 2 用来平衡机构，平衡装置在升降台处于中间位置时保持平衡状态，面 升降台上升至上部位置时呈欠平衡状态，升降台处在下部位置时属于过平衡状 态，这种平衡条件利于液压系统设计和合理利用率。 1.4 本论文研究的主要内容 冶金工业中，三锟轧机前后没有升降台，用来升降和输送轧件，升降台的升 降机构多采用曲柄连杆式或者偏心轮式机械驱动机构， 这类机构安置在轧机前后 的地坑中，工作条件恶劣，使用、维护、修理困难，装机机构庞大，耗能，工作 中存在冲击，平稳性及可靠性差，故障处理时间长。 液压升降台具有重量轻，结构合理，使用方便等特点。完成轧机液压升降台 的齿轮齿条液压缸、升降台、轧机轧辊等关键功能装置的设计。 主要技术参数：压力 7MPa；流量 150L/Min；所需驱动电机功率 30kW；升 降重量 18t；升降高度 488mm,升降一次时间 1.96s。 轧机液压升降台设计 3 第二章 轧机液压升降台整体方案的拟定 2.1 设计要求 2.1.1 主要技术参数 压力 7MPa，流量 150L/Min； 所需驱动电机功率 30kW； 升降重量 18t，升降高度 488mm，升降一次时间 1.96s。 2.1.2 任务要求 （1）完成轧机液压升降台液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分 析说明。 （2）选择 AutoCAD 为设计开发工具，完成轧机液压升降台液压系统的总 体设计。 （3）完成轧机液压升降台的齿轮齿条液压缸、升降台、轧机轧辊等关键功 能装置的设计。 2.2 驱动方案拟定 根据设计要求本次设计的升降台为液压式，即采用液压驱动。考虑到升降台 工作时为小角度的摆动，因此可采用摆动油缸驱动。 2.3 升降机构方案拟定 大型轧机升降台，目前多采用传统的“垂锤平衡，曲柄连杆机构驱动”的结 构型式。此类升降台因其重锤惯性大，相应的机械传动、紧固装置容易受损，故 设备故障多、维修费用高、管理工作量大、年停机时间长。为克服这些不足取消 平衡用的重锤，采用摆动油缸直接驱动双摇杆机构实现升降台的升降，升降机构 示意图如图 2-1 所示示： 轧机液压升降台设计 4 图 2-1 升降机构示意图 2.4 总体方案确定 冶金工业中使用的三辊轧机前后都有升降台，用于升降和输送轧件。轧机升 降台的升降机构采用了液压传动。该升降台由齿轮齿条液压缸、重锤、升降台、 轧辊等组成。齿轮齿条液压缸 1 通过齿轮轴直接驱动升降台 3 的升降机构，重锤 2 用来平衡机构，平衡装置在升降台处于中间位置时保持平衡状态，面升降台上 升至上部位置时呈欠平衡状态，升降台处在下部位置时属于过平衡状态，这种平 衡条件利于液压系统设计和合理利用率。其结构示意图如图 2-2 所示 图 2-2 轧机液压升降台结构示意图 轧机液压升降台设计 5 第三章 轧机升降台液压系统的设计 3.1 液压系统方案拟定 3.1.1 液压系统原理图的设计 系统的油源为两台同规格定量泵 1 和泵 2，一台为工作泵，一台为备用泵； 两泵出口并联有起安全保护作用的先导式溢流阀 3 和阀 4，泵的出口设有防止油 液倒灌的单向阀 5 和阀 6。执行器为齿轮齿条式液压缸 14，升降台工作过程中， 在平衡装置作用下，液压缸的工作压力是变化的，升降台下降或上升，都经过一 个加速或减速过程，升降台再到达中间位置前加速，过了中间位置减速，对应于 加速过程，液压缸的工作压力较低甚至负压；而减速过程，液压缸工作压力为正 值，为溢流阀的设定压力；从液压系统回路效率、功率利用有理情况以及升降台 对速度平稳性要求不高等条件考虑，系统采用单向调速阀 8 的旁路节流调速方 式。液压缸 14 的运动方向由 Y 型滑阀机能的三位四通电液换向阀 11 控制，并 通过两个液控单向阀 12 和阀 13 实现锁定，以保证升降台再任意位置可靠停留， 换向可靠；蓄能器 10 再系统中起蓄能补油与缓冲作用。压力继电器 9 为二位二 通电磁换向阀 7 的法新装置。拟定原理图如图 3-1 所示 图 3-1 液压系统原理图 轧机液压升降台设计 6 3.1.2 动作原理分析 （1）升降台上升（液压缸右行）电磁铁 1YA 通电使三位四通电液换向阀 11 切换至左位，液压泵 5 的压力油经单向阀 5、发 11 和液控单向阀 12 进入液压缸 14 左腔，同时反向导通液控单向阀 13，液压缸右腔阀经阀 13，和阀 11 回油， 液压缸右行带动升降台快速上升，蓄能器 10 可向液压缸补油，如出现负值负载 （超越负载） ，邮箱可直接进行补油。升降台过了中间位置后，随着负载增加， 当系统压力增值力继电器 9 的设定值时发信，电磁铁 3YA 通电，二位二通电磁 换向阀 7 切换至下位，液压缸继续右行，此时系统处于高压，至升降台到达上端 位置，行程开关发出信号，使电磁铁 1YA 断电，换向阀 11 复制中位，升降台锁 定在上端位置。 （2）升降台下降（液压缸左行）当电磁铁 2YA 通电时，换向阀 11 切换至 右位，液压泵 1 的压力油经单向阀 5、阀 11 和液控单向阀 13 进入液压缸 14 右 腔，同时反向导通液控单向阀 12，液压缸左腔回油，液压缸带动升降台下降。 升降台升降过程中的速度由单向调速阀 8 的开度间接决定 （即缸的速度与调速阀 开度大小成反比） ，系统最高工作压力由溢流阀 3 限定。 （3）当所有电磁铁全部断电时，液压泵 5 输出的油液一部分经二位二通换 向阀 7 和调速阀排回油箱，另一部分挤入蓄能器，系统处于低压状态，液压缸两 腔闭锁，从而升降台停留在任意位置。 （4）技术特点 1）升降台的整体重量轻，功率利用合理。 2）与常用的偏 心轮式机械驱动升降台比较，结构简单，操作方便，运行可靠，造价低廉，液压 元件更容易、方便，并有利于缩短维修时间。 3）为了提高液压系统乃至升降台 的可靠性，油源采用了冗余结构（双泵中，一台工作，一台备用） 。 4）液压系 统采用旁路节流调速方式，液压泵的共有压力跟随负载变化，有利于节能。系统 采用了蓄能器，有利于向液压缸补油和缓冲。 5）液压系统采用液压站结构形式 并安置在平台上，通过油管与工作机构连接，大大改善了工作环境，便于使用、 维护、管理。 6）齿轮齿条液压缸采用开沟槽缓冲装置，工作台工作平稳、无冲 击，避免了机械升降机构由于冲击而造成的较高的故障率，提高了生产效率；缸 的两端没有可调定位机构，能方便地调节液压缸形成，确定升降台的摆动幅度， 从而方便地调整升降台的上下极限位置。 3.2 液压元件的计算和选择 轧机液压升降台设计 7 3.2.1 油泵的选择 （1）油泵工作压力的确定 油泵工作压力为： PB =P+P 式（4-1） 由于在轧机液压系统中,压力所经过的阀的数量不多多,故压力损失 P 不大,参照表 1-10 选取P=0.1MP。摆动油缸最大工作压力 P 可根据表 3-1 取为 7.1MP 于是油缸工作压力即为： PB=7+0.1=7.1MPA 所选油泵的额定工作压力应为： p额=1.25PB=1.257.1=8.875MPA （2）油泵流量的确定 油泵流量为： Q B K（Q）max=1.1150=165L/min （4-2） 选用的油泵为 YYB-BC165/48B 双联叶片油泵 （3）油泵电机功率的确定 KW30 8 . 060 10150107 10 60 PQ 66 6 N 选用的电机为 Y2-180M-6 电机 3.2.2 控制阀的选择 根据本系统的工作压力和通过该阀的最大流量分别选择各种阀。 轧机液压升 降台选用的标准原件列于表 4-1 中。 表 4-1 轧机液压升降台液压系统控制阀 代 号 原件名称 型号 额定流量 （L/min） 工作压力 范围（MP） 1 3/4“溢流阀 YF-B20B 100 0.57 2 14/ 1 “溢流阀 YF-B32B 250 0.57 3 1/4“二位二通电磁阀 24D0-B8C-T 22 14 4 3/4“单向阀 DF-B20K 100 35 轧机液压升降台设计 8 5 14/ 1 “三位四通电液阀 34DY0-B32H-T 190 21 6 14/ 1 “单向节流阀 LDF-B32C 190 21 7 液控单向阀 AF3-Ea20B 190 21 3.2.3 油管内径的确定 （1）大泵吸油管内径计算 油管内径可按式 4.4 计算 允 V 6 . 4 Q d （4-3） 已知大泵流量为 165 L/min， 吸油管允许流速 V允为 0.51.5m/s,取 V允=0.85 m/s,则: mm64 85. 0 165 6 . 4d 实际选取内径为 50 毫米的 2“有缝钢管。 （2）小泵吸油管内径计算 已知小泵流量为 48 L/min，取吸油管允许流速为 V允=1.5m/s，则： mmd26 5 . 1 48 6 . 4 实际选取内径为 32mm 的 4 1 1“有缝钢管。 （3）大泵压油管内径计算 取压油管允许流速为 V允=1.5m/s，则： mm8 .27 5 . 4 165 6 . 4d 实际选取内径为 32mm 的 4 1 1“有缝钢管。 （4）小泵压油管内径计算 mmd15 5 . 4 48 6 . 4 实际选取内径为 20mm 的 4 3 “有缝钢管。 轧机液压升降台设计 9 3.2.4 油箱容量计算和油箱散热面积的确定 油箱容量可按中压系统计算即： V=(56)Q=5165=825 L 3.3 压力系统性能的验算 3.3.1 系统的压力损失验算 （1）局部压力损失计算 局部压力损失主要是流经各控制阀的压力损失叠加。即： i n i n i Q P P Q P 2i 11 i ）（ 额 额 局 （5-1） 表 5.1 注射阶段系统的压力损失计算 代号 Q(L/min) Q额(L/min) 额 P(MP) P(MP) 6 4 7 165 43.6 150 190 100 190 0.1 0.1 0.4 0.05 0.02 0.34 其中 额 P 可由表 5-1 查取。由于阀 V11与阀 V10并联，而 1011 PP ，所以 仅取 10 P 计算即可。于是： 局 P =0.05+0.34+0.02=0.41MPA （2）沿程损失计算 进油管长 1.5m 通过流量 Q=150 L/min=2.5sm /10 33 。选用 20 号机油，机 器正常运转后油的运动粘度smscm/107 . 2/27. 0 252 ，油的重度 =9000N/m 3 。管子内径 d=32mm。则： 管内流速： V=s/m3 . 3 )032. 0(14. 3 4 1 105 . 2 d 4 1 Q 2 3 2 （5-2） 雷诺数： R3828 107 . 2 032. 03 . 3Vd 5 e （5-3） 故为紊流。沿程损失 沿 P可按下式计算： 轧机液压升降台设计 10 沿 P=MP069. 09000 81. 92 3 . 3 032. 0 5 . 6 3828 3164. 0 g2 V d 1 R 3164. 0 2 25. 0 2 25. 0 e （5-4） 总的压力损失 MP8 . 0MP794 . 0069. 014 . 0PPP 沿局总 故能满足要求。 3.3.2 液压系统发热量的计算 液压系统产生的热量，主要包括油泵（或油马达）的功率损失所产生的热量 1 H 、 溢流阀的溢流损失所产生的热量 2 H 以及液流通过各控制阀及管道的压力损 失等所产生的热量 3 H 。一般只粗略计算前两项所产生的热量。 液压系统发热量计算如表 5.2 所示。 由表 5-2 可知，轧机在整个动作循环中，系统的发热量是变化的，一般按平 均发热量来计算。即： n i i n i ii t t H 1 1 H 均 （5-5） 经计算复合要求 轧机液压升降台设计 11 第四章 齿轮齿条液压缸 4.1 设计主要技术参数 主要技术参数：压力 7MPa；流量 150L/Min；所需驱动电机功率 30kW；升 降重量 18t；升降高度 488mm,升降一次时间 1.96s。 4.2 齿轮齿条液压缸尺寸及结构设计 4.2.1 液齿轮齿条油缸的工作原理 齿轮齿条摆动液压缸(即旋转液压缸)的原理是将液压缸的往复运动通过齿 条带动齿轮,转化成齿轮轴的正反向摆动旋转,同时将往复缸的推力转化。其主要 是由齿轮，齿形活塞杆，齿轮齿条箱体和两个当作用缸套组成。 4.2.2 液压缸的效率 油缸的效率由以下三种效率组成： A.机械效率 m ，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常可 取 m =0.9 B.容器效率 v ，由各密封件泄露所造成，通常容积效率 v 为： 装弹性体密封圈时 v 1 装活塞环时 v 0.98 C.作用力效率 d ，由出油口背压所产生的反作用力而造成。 一般取 d =0.9 所以 m =0.9 v =1 d =0.9 总效率为 0.8 mvd 。 4.2.3 液压缸缸径的计算 内径 D 可按下列公式初步计算： 液压缸的负载为推力 4 66 01 44 7.5 10 1010156.1 0.7 3.14 0.8 7 F Dmm P 式 （3-1） 式中 01 F液压缸实际使用推力 75000（N） ； 轧机液压升降台设计 12 液压缸的负载效率，一般取 0.507； 液压缸的总效率，一般取=0.70.9；计算=0.8； p 液压缸的供油压力，一般为系统压力（MPa） 本次设计中液压缸已知系统压力 p =7MPa； 根据式（3-1）得到内径：D=156.1mm 查缸筒内径系列/mm(GB/T 2348-1993)可以取为 160mm。 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 320 400 500 630 活塞杆外径d： 齿轮齿条油缸的正转和反转的速度一样， 这里我们选取最大的活塞杆的直径 以满足强度的要求。 表 4-1 活塞杆直径系列 活塞杆直径系列 /mm (GB/T 2348-1993) 4、5、6、8、10、12、16、18、20、22、25、28、32、 36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、 140、160、180、200、220、250、280、320、360 所以取 d=110mm 4.2.4 活塞宽度B的确定 活塞的宽度B一般取B=（0.6-1.0）D 即B=（0.6-1.0）80=（96-160）mm 取B=100mm 4.2.5 缸体长度的确定 液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。 缸体外部尺寸还 要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径D的 20-30 倍。 即：缸体内部长度 233mm 4.2.6 缸筒壁厚的计算 在中、低压系统中，液压缸的壁厚基本上由结构和工艺上的要求确定，壁厚 通常都能满足强度要求，一般不需要计算。但是，当液压缸的工作压力较高和缸 筒内径较大时，必须进行强度校核。 当0.08 D 时，称为薄壁缸筒，按材料力学薄壁圆筒公式计算，计算公式为 轧机液压升降台设计 13 m a x 2 pD 式（3-2） 式中， max p缸筒内最高压力； 缸筒材料的许用压力。 =/ b n, b 为材料的抗拉强度，n 为安全系数，当0.08 D 时，一般取5n 。 当0.080.3 D 时,按式（3-3）计算 max max 2.33 pD p (该设计采用无缝钢管) 式（3-3） 根据缸径查手册预取=30 此时 30 0.080.1070.3 280D 最高允许压力一般是额定压力的 1.5 倍，根据给定参数7PMPa，所以： m a x P=71.5=10.5MP =100110MPa（无缝钢管） ，取=100MPa，其壁厚按公式（3-3）计 算为 m a x m a x 1 0 . 51 6 0 8 . 5 2 . 332 . 31 0 0 - 31 0 . 5 pD mm p 满足要求，就取壁厚为 10mm。 4.2.7 活塞杆强度和液压缸稳定性计算 A.活塞杆强度计算 活塞杆的直径d按下式进行校核 4 F d 式中，F为活塞杆上的作用力； 为活塞杆材料的许用应力， = / b n ,n 一般取 1.40。 4 6 4 7.5 10 11098 3.14 598 10 /1.4 dmmmm 轧机液压升降台设计 14 满足要求 B.液压缸稳定性计算 活塞杆受轴向压缩负载时， 它所承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允 许的临界负载 k F ，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。 k F 的值与活塞 杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。若活塞 杆的长径比 /10l d 且杆件承受压负载时，则必须进行液压缸稳定性校核。活塞 杆稳定性的校核依下式进行 k k n F F 式中， k n为安全系数，一般取 k n=24。 a.当活塞杆的细长比/ k l rm i时 2 2 k iEJ F l b.当活塞杆的细长比/ k l rm i时 2 1() k k fA F al i r 式中，l为安装长度，其值与安装方式有关，见表 1； k r为活塞杆横截面最小 回转半径，AJrk/；m为柔性系数，其值见表 3-2；i 为由液压缸支撑方式 决定的末端系数，其值见表 1；E为活塞杆材料的弹性模量，对钢取 211 /1006. 2mNE；为活塞杆横截面惯性矩；A为活塞杆横截面积；f为由材 料强度决定的实验值，为系数，具体数值见表 3-3。 表 4-2 液压缸支承方式和末端系数i的值 支承方式 支承说明 末端系数 i 一端自由一端固定 1/4 轧机液压升降台设计 15 两端铰接 1 一端铰接一端固定 2 两端固定 4 表 3-3 f、m的值 材料 28 /10mNf m 铸铁 5.6 1/1600 80 锻铁 2.5 1/9000 110 钢 4.9 1/5000 85 c.当20 l k 时,缸已经足够稳定，不需要进行校核。 此设计安装方式中间固定的方式，此缸已经足够稳定，不需要进行稳定性校 核。 4.2.8 缸筒壁厚的验算 下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算： A 液压缸的额定压力 n p值应低于一定的极限值，保证工作安全： 22 1 2 1 () 0.35 s n DD p D ()MPa 式（3-4） 根据式（3-4）得到： 22 2 353 (0.050.045 ) 0.3528.12() 0.05 n pMpa 显然，额定油压 n p=p=7MP，满足条件； B 为了避免缸筒在工作时发生塑性变形， 液压缸的额定压力 n p值应与塑性变 形压力有一定的比例范围： (0.35 0.42) npl pp 式（3-5） 轧机液压升降台设计 16 1 2 . 3l o g p ls D p D 式（3-6） 先根据式（3-6）得到： 1 2.3log pls D p D =41.21()MPa 再将得到结果带入（3-5）得到： 12(0.35 0.42) 44.2115.4715.6 n ppMpaMPaMPa 显然，满足条件； C 耐压试验压力 T P，是液压缸在检查质量时需承受的试验压力。在规定的时 间内，液压缸在此压力 T P 下，全部零件不得有破坏或永久变形等异常现象。 各国规范多数规定: 当额定压力16 n pMPa时 1.5 Tn pp（MPa） D 为了确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力 E p应大于耐压试验压力 T p： 1 2.3log Eb D p D (MPa） 式（3-7） 因为查表已知 b =596MPa，根据式（3-7）得到： 89.72 E PMPa 至于耐压试验压力应为： 1.510.5 T PPMPa 因为爆裂压力远大于耐压试验压力，所以完全满足条件。 以上所用公式中各量的意义解释如下： 式中: D缸筒内径（m） ； 1 D缸筒外径（m） ； n p液压缸的额定压力（MPa） pl p液压缸发生完全塑形变形的压力（MPa） ； 轧机液压升降台设计 17 T p液压缸耐压试验压力（MPa） ； E p缸筒发生爆破时压力（MPa） ； b 缸筒材料抗拉强度（MPa） ； s 缸筒材料的屈服强度（MPa； E缸筒材料的弹性模量（MPa） ； 缸筒材料的泊桑系数 钢材：=0.3 4.2.9 缸筒的加工要求 缸筒内径D采用 H7 级配合，表面粗糙度 a R 为 0.16，需要进行研磨； 热处理：调制，HB240； 缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半； 刚通直线度不大于 0.03mm； 油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺； 在缸内表面镀铬，外表面刷防腐油漆。 4.2.10 法兰设计 液压缸的端盖形式有很多，较为常见的是法兰式端盖。本次设计选择法兰式 端盖 （缸筒端部）法兰厚度根据下式进行计算： 0 4 (-) cp cp F D d h d 式（3-8） 式中， h-法兰厚度（m） ； d密封环内经 d=40mm（m） ； H d密封环外径（m） ； H d=50mm p系统工作压力（pa） ；p=7MPa q附加密封力（Pa） ；q值取其材料屈服点 353MPa； 轧机液压升降台设计 18 0 D 螺钉孔分布圆直径（m） ； 0 D=55mm cp d密封环平均直径（m） ； cp d=45mm 法兰材料的许用应力（Pa） ；= s /n=353/5=70.6MPa F法兰受力总合力（m） 222 ()98.56 44 H Fd pddqKN 所以 0 4 (-) cp cp F D d h d 3 6 4 89.56 10(0.3-0.27) 3.14 0.045 70.6 10 =13.2mm 为了安全取h=14mm 4.2.11 (缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算 连接图如下： 图 3-1 缸体端部法兰用螺栓连接 1-前端盖；2-缸筒 螺栓强度根据下式计算： 螺纹处的拉应力: 6 max 2 1 10 4 kF d Z (MPa) 式（3-9） 螺纹处的剪应力 6 1max0 3 1 10 0.2 k kFd d Z (MPa) 式（3-10） 合成应力 轧机液压升降台设计 19 22 3 n (MPa) 式（3-11） 式中, max F液压缸的最大负载， max F=A max p，单杆时 2 /4AD，双杆是 22 ()/4ADd k螺纹预紧系数，不变载荷k=1.251.5，变载荷k=2.54； D液压缸内径； 0 d缸体螺纹外径； 1 d螺纹内经； 1 k螺纹内摩擦因数，一般取 1 k=0.12;变载荷取 1 k=2.54； 材料许用应力， / s n, s 为材料的屈服极限，n 为安全系数， 一般取 n=1.21.5； Z螺栓个数。 最大推力为： 4 1.5 10FApXN 使用 4 个螺栓紧固缸盖，即：Z=4 螺纹外径和底径的选择： 0 d=10mm 1 d=8mm 系数选择：选取K=1.3 1 K=0.12 根据式（3-9）得到螺纹处的拉应力为： 6 max 2 1 10 4 kF d Z = 4 6 2 1.3 1.5 104 10209.3 3.14 0.00815 MPa 根据式（3-10）得到螺纹处的剪应力为： 4 6 3 0.12 1.3 1.5 100.02 1098.4 0.2 0.00815 MPa 根据式（3-11）得到合成应力为： n = 22 3=367.6MPa 由以上运算结果知，应选择螺栓等级为 12.9 级； 轧机液压升降台设计 20 查表的得：抗拉强度极限 b =1220MP;屈服极限强度 s =1100MP； 不妨取安全系数 n=2 可以得到许用应力值：= s /n=1100/2=550MP 证明选用螺栓等级合适。 4.2.12 密封件的选用 A.对密封件的要求 在液压元件中，液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊液压缸，如 摆动液压缸等。液压缸不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高， 这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度的适应范围大，要求弹性好， 永久变形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装拆，能随压力的升 高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。密封件一般以断面形状分类，有 O 形、 Y 形、U 形、V 形和 Yx 形等。除 O 形外，其他都属于唇形密封件。 B. O 形密封圈的选用 液压缸的静密封部位主要有活塞内孔与活塞杆、支撑座外圆与缸筒内孔、端 盖与缸体端面等处。静密封部位使用的密封件基本上都是 O 形密封圈。 C.动密封部位密封圈的选用 由于 O 型密封圈用于往复运动存在起动阻力大的缺点，所以用于往复运动 的密封件一般不用 O 形圈，而使用唇形密封圈或金属密封圈。 液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支撑座（或导向 套）的密封等。 活塞环是具有弹性的金属密封圈，摩擦阻力小，耐高温，使用寿命长，但密 封性能差，内泄漏量大，而且工艺复杂，造价高。对内泄漏量要求不严而要求耐 高温的液压缸，使用这种密封圈较合适。 V 形圈的密封效果一般，密封压力通过压圈可以调节，但摩擦阻力大，温升 严重。因其是成组使用，模具多，也不经济。对于运动速度不高、出力大的大直 径液压缸，用这种密封圈较好。 U 形圈虽是唇形密封圈，但安装时需用支撑环压住，否则就容易卷唇，而且 只能在工作压力低于 10MPa 时使用，对压力高的液压缸不适用。 比较而言，能保证密封效果，摩擦阻力小，安装方便，制造简单经济的密封 圈就属 Yx 型密封圈了。它属于不等高双唇自封压紧式密封圈 ，分轴用和孔用 两种。 综上，所以本设计选用 Yx 型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用， 可以显著提高密封性能： 轧机液压升降台设计 21 a.降低摩擦阻力，无爬行现象； b.具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长； c.安装沟槽简单，拆装简便。 这种组合的特别之处就是允许活塞外园和缸筒内壁有较大间隙， 因为组合式 密封的密封圈能防止挤入间隙内，降低了活塞与缸筒的加工要求，密封方式图如 下： 图 3-2 密封方式图 轧机液压升降台设计 22 第五章 升降台及轧辊的设计 5.1 升降台的设计 5.1.1 升降机构设计 升降机构结构示意图如下： 图 5-1 升降机构示意图 已知要求升降台升降高度 488mm 取平台总长 3m 构件 1、2 的长度：AC=BC=2460 则 C 点行程 Sc： mmSC400488 3000 2460 由于 E 点只能沿竖直方向移动因此构件 A-C-E 可简化为如下图 5-2 所示曲 柄滑块机构。 图 5-2 A-C-E 曲柄滑块机构简化图 轧机液压升降台设计 23 取构件 3、4 的长度： CE=DF=1000 由三角形法则算得：mmSE415 G 点与 E、F 点为同一构件 5 上的点，均知沿竖直方向移动，因此： mmSG415 同样，由于 E 点只能沿竖直方向移动因此构件 A-C-E 可简化为如下图 5-3 所示曲柄滑块机构。 图 5-3 G-H-I 曲柄滑块机构简化图 考虑到构件 7 摆动过程中，构件 6 对构件 5 滑动支撑的推力应尽可能小， 因此极限位置 （构件 7 处于水平位置时） 时构件 6 与构件 7 之间夹具应尽可能大， 此处选 70。 取构件 3、4 的长度：CE=DF=1000 由三角形法则计算得到： 构件 7 的长度： IH=415mm mm IH GH1213 20sin 及它构件参考文献经验取： 构件 5 的长度： EF=880，G 到 EF=600 升降机构构件尺寸如下图 5-4 所示： 轧机液压升降台设计 24 图 5-4 升降机构构件尺寸 构件运动分析验证： 图 5-5 升降机构简化图 如图所示，为表达方便可将原图简化为上图，由图可得 IGHGIH AECEAC 。 。 。1 向 X、Y 方向投影得 32413 2412113 4231 14231 sincos cos1sin sinsin coscos lll lllSl ll Sll 。 。 。2 上式解得： 轧机液压升降台设计 25 4 133 2 41213113 42311 2 31 4 cos sin sincos coscos sin arcsin l ll arc lllSll llS l l 。 。 。3 对 2 式求一阶导数，得一阶速度矩阵 0 0 cos sin 0cos-sin0 0sincos1 cos000 sin001 31 31 3 4 2 1 1 2413 2413 42 42 l lv ll ll l l 2 4 2 3 2 2 2 1 2413 2413 4231 4231 31 31 2413 2413 42 42 00sincos 00cossin sinsin00 coscos00 0 0 cos sin 0cossin0 0sincos1 cos000 00sin1 3 4 2 1 1 ll ll ll ll l l a a a a a ll ll l l v 对 2 式求二阶导数，得加速度矩阵 5.1.2 升降平台设计 轧制机主体是对产品加工的主要部分，是轧制过程实现的载体。轧制过程是 指被轧制的金属体（轧件）借助旋转轧辊与其接触摩擦的作用，被拽入轧辊的缝 隙间，在轧辊压力作用下，使轧件在长、宽、高 3 个方向完成塑性成型的过程。 简而言之，是指轧件上由摩擦力拉入旋转轧辊之间，受到压缩或展宽进行塑性变 形的过程。通过轧制，使轧件具有一定的形状，尺寸和性能。根据轧件长度方向 与轧辊轴向的关系，轧制方法大致可分纵轧，斜轧和模轧见的机型有二辊轧机， 三辊轧机，四辊轧机，六辊轧机，多辊轧机，万能轧机等。纵轨广泛用于钢坯， 板带材和型材。 斜轧， 就是轧件同向旋转且轴心线相互成一定角度的轧辊缝隙间进行塑件变 形的过程，轧件沿轧辊交角的中心线方向进入轧辊缝隙，再变形过程中，轧件除 饶其轴线作旋转运动外。还作沿其轴线方向的前进运动。常见的机型有二辊和三 辊斜轧穿孔机，轧管机等。斜轧广泛用于无缝管材生产。 轧机液压升降台设计 26 槽轧， 就是轧件在同时旋转且轴心线相互平行的轧辊缝隙间进行塑性变形的 过程。在模轧过程中，轧件轴县与轧辊轴线平行，金属只有其自身轴线的旋转运 动，故仅在模向受到加工。常见的机型有齿轮轧机。 本次设计的机器使用的轧制方法是纵轧，加工产品属板带材，机型是二辊轧 机。 5.1.3 机架 机座和箱体等零件，在一台机器的总质量中占有很大的比例，同时在很大程 度上影响着机器的工作精度及抗振性能；若兼作运动部件的滑道时，还影响着机 器的耐磨性等。 所以正确选择机座和箱体等零件的材料和正确设计其结构形式及 尺寸，是减小机器质量、节约金属材料、提高工作精度、增强机器刚度及耐磨性 等的重要途径。 选择材料为铸钢 ZG200-400 7 ，该材料韧性及塑性好，适用于负载不大、韧 性较好的零件，如轴承盖、底板、箱体、机座等。 5.2 轧辊的设计 5.2.1 选材 工作轧辊选择材料为调质钢 35CrMo， ，调质钢经热处理后具有高的 强度和良好的塑性、韧性，既良好的综合力学性能和机械性能。广泛用于制 造各种机器上的重要零件。 5.2.2 轧辊尺寸设计 类比现有机器，工作轧辊的结构尺寸如图 5-6 图 5-6 工作轧辊结构图 轧机液压升降台设计 27 总 结 随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设 计终于完成了。 在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的 单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅 是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业 设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是 觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我 才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习， 努力提高自己知识和综合素质。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有 什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这 里