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水平
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水平连铸机液压系统设计,水平,连铸机,液压,系统,设计
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水平连铸机液压系统总体设计摘 要：本文主要讲述了水平连铸机液压系统的设计，其中包括动力站部分和各执行部分的设计说明。该系统主要用于水平连铸机的动力装置，控制各工作点油缸动作，由于该系统配置有液位液温器、压力继电器（HED10A20）、电磁阀、溢流阀、安全阀等，因此可对系统的油液温度、系统压力等实现远程监控，其结构设计紧凑、操作方便、性能可靠、节约能源是水平连铸机液力装置的理想配套液压设备。其主要特点是：采用电磁阀与电器控制系统进行顺序控制，与中央控制系统兼容，自动化程度高。双流控单向阀液压锁精确定位，同步动作采用分流集成阀实现。关键词：连铸机；控制；自动化；液压； Design of Horizontal Continuous Casting Machine Hydraulic SystemStudent: Zhao JingTutor: Mo Ya-wu(Orient Science&Technology College of Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)Abstract：This paper describes the design of horizontal continuous casting machine hydraulic system, including the design note of power stations and some of the operative part. The system is mainly used for horizontal continuous casting machine power plant, control the working point of tank movements, As the system configuration on oil level and temperature controller, pressure relay (HED10A20),solenoid valve, relief valve, safety valve and so on, so the system can control the oil temperature, system pressure and other remote control, the design of the structure is compact, convenient ,reliable and energy conservation, Its main features are like: the use of electromagnetic valves and electrical control system for sequential control, and compatibility central control system, a high degree of automation. one-way valve control hydraulic lock to control the precise positioning, synchronous movement adopted a triage integrated valves.Key words: continuous casting machine; control; automation; hydraulic;1 前言1.1 课题提出的背景和意义我国液压工业发展历程，大致可分为三个阶段，即：20世纪50年代初到60年代初为起步阶段；6070年代为专业化生产体系成长阶段；8090年代为快速发展阶段。其中，液压工业于50年代初从机床行业生产仿苏的磨床、拉床、仿形车床等液压传动起步，液压元件由机床厂的液压车间生产，自产自用。进入60年代后，液压技术的应用从机床逐渐推广到农业机械和工程机械等领域，原来附属于主机厂的液压车间有的独立出来，成为液压件专业生产厂。到了60年代末、70年代初，随着生产机械化的发展，特别是在为第二汽车制造厂等提供高效、自动化设备的带动下，液压元件制造业出现了迅速发展的局面，一批中小企业也成为液压件专业制造厂。1968年中国液压元件年产量已接近20万件；1973年在机床、农机、工程机械等行业，生产液压件的专业厂已发展到100余家，年产量超过100万件，一个独立的液压件制造业已初步形成。这时，液压件产品已从仿苏产品发展为引进技术与自行设计相结合的产品，压力向中、高压发展，并开发了电液伺服阀及系统，液压应用领域进一步扩大1。 进入80年代，在国家改革开放的方针指引下，随着机械工业的发展，基础件滞后于主机的矛盾日益突出，并引起各有关部门的重视。为此，原一机部于1982年组建了通用基础件工业局，将原有分散在机床、农业机械、工程机械等行业归口的液压专业厂，统一划归通用基础件局管理，从而使该行业在规划、投资、引进技术和科研开发等方面得到基础件局的指导和支持。从此进入了快速发展期，先后引进了60余项国外先进技术，其中液压40余项，经消化吸收和技术改造，现均已批量生产，并成为行业的主导产品。近年来，行业加大了技术改造力度，19911998年国家、地方和企业自筹资金总投入共约20多亿元，其中液压16亿多元。经过技术改造和技术攻关，一批主要企业技术水平进一步提高，工艺装备得到很大改善，为形成高起点、专业化、批量生产打下了良好基础。近几年，在国家多种所有制共同发展的方针指引下，不同所有制的中小企业迅猛崛起，呈现出勃勃生机。随着国家进一步开放，三资企业迅速发展，对提高行业水平和扩大出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德国等国著名厂商合资或由外国厂商独资建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、机械密封、橡塑密封等类产品生产企业50多家，引进外资2亿多美元1。1.2 国内外研究开发水平和发展趋势1.2.1 国内外开发水平(1) 基本概况 经过40多年的努力，我国液压行业已形成了一个门类比较齐全，有一定生产能力和技术水平的工业体系。据1995年全国第三次工业普查统计，我国液压工业乡及乡以上年销售收入在100万元以上的国营、村办、私营、合作经营、个体、“三资”等企业约有700余家，其中液压700家。按1996年国际同行业统计，我国液压行业总产值23.48亿元，占世界第6位2。 (2) 当前供需概况 通过技术引进，自主开发和技术改造，高压柱塞泵、齿轮泵、叶片泵、通用液压阀门、油缸和各类密封件第一大批产品的技术水平有了明显的提高，并可稳定的批量生产，为各类主机提高产品水平提供了保证。另外，在液压元件和系统的CAD、污染控制、比例伺服技术等方面也取得一定成果，并已用于生产。目前，液压产品总计约有1200个品种、10000多个规格。已基本能适应各类主机产品的一般需要，为重大成套装备的品种配套率也可达60%以上，并开始有少量出口2。 1998年国产液压件产量480万件，销售额约28亿元；密封件产量约8亿件，销售额约10亿元。据中国液压气动密封件工业协会1998年年报统计，液压产品产销率为97 .5%，密封为98.7%。这充分反映了产销基本衔接2。 我国液压业虽取得了很大的进步，但与主机发展需求，以及和世界先进水平相比，还存在不少差距，主要反映在产品品种、性能和可靠性等方面。以液压产品为例，产品品种只有国外的1/3，寿命为国外的1/2。为了满足重点主机、进口主机以及重大技术装备的需要，每年都有大量的液压、气动和密封产品进口。据海关统计及有关资料分析，1998年液压、气动和密封件产品的进口额约2亿美元，其中液压约1.4亿美元，气动近0.3亿美元，密封约0.3亿美元，比1997年稍有下降。按金额计，目前进口产品的国内市场占有率约为30%。1998年国内市场液压件需求总量约600万件，销售总额近40亿元；气动件需求总量约500万件，销售总额7亿多元；密封件需求总量约11亿件，销售总额约13亿元3。 由于液压传动具有体积小、操作灵活、输出功率大等优点；也可用简单的管路连接代替复杂的机械传动，因而在收割机和插秧机中得到了广泛关注和大量应用。随着农业机械化的推广与普及，农机研究部门、主机生产厂家和农户对液压系统的认识程度也在不断的提高，他们不仅要求产品有低廉的价格，更要求有较高的品质、可靠的使用性能；作为农业机械推广重点之一的联合收割机、插秧机，其液压系统的配置通过液压件生产厂家近几年的探索与努力，在功能、可靠性、合理性等方面已取得了较大的突破。集成、复合、大通径、多功能已成为新一代农机液压件的开发热点。结构上的集成化便于安装布置；性能上的复合为用户提供了很大方便；通道的大而畅更有利于减少发热与能耗；产品的多功能与农业机械的发展与开创紧密相连。作为液压件，曾经困扰着农业机械的应用与发展，劣质液压元件、配置不合理的液压系统曾一度充斥着农机市场。由此这也成为了液压件生产厂家的一个攻关课题。通过多年的探索与研究，农机液压件的整体配套水平已取得了一个飞跃，并逐步接近了发达国家水平。比如说，带有复合功能的手控、电控的操纵系统替代了功能单一的分配阀，而且性能、功效在不断升级；此外，行走系统采用了静液压无级变速器（HST），大大提高了操纵性能与工作效率3。因此，我们必须按照客观规律去办事，不能守旧，一定要有创新，要有突破，相信，液压技术在农机上的应用将更普及一定会达到发达国家水平。液压系统结构紧凑、重量轻、体积小、压力高、自吸性能好。在液压系统的设计中，不但要实现其拖动与调节功能，还要 尽可能地利用能量，达到高效、可靠运行的目的。液压系统的功率 损失会使系统的总效率下降、油温升高、油液变质，导致液压设备发生故障。因此，设计液压系统时必须多途径地考虑降低系统的 功率损失4。目前普遍使用着的定量泵节流调速系统，其效率较低(0.385)， 这是因为定量泵与油缸的效率分别为85%与95%左右，方向阀及管路等损失约为5%左右。所以，即使不进行流量控制，也有25%的功率损失。加上节流调速，至少有一半以上的浪费。此外，还有泄漏及其它的压力损失和容积损失，这些损失均会转化为热能导致 液压油温升。所以，定量泵加节流调速系统只能用于小流量系统。为了提高效率减少温升，应采用高效节能回路，上表为几种回路功率损失比较。另外，液压系统的效率还取决于负载。同一种回路，当负载流量QL与泵的最大流量Qm 比值大时回路的效率高。例如可采用手动伺服变量、压力控 制变量、压力补偿变量、流量补偿变量、速度传感功率限制变量、力矩限制器功率限制变量等多种形式，力求达到负载流量Q L与泵的流量的匹配5。1.2.2 今后发展走势（1） 影响发展的主要因素 企业产品开发能力不强，技术开发的水平和速度不能完全满足先进主机产品、重大技术装备和进口设备的配套和维修需要。 不少企业的制造工艺、装备水平和管理水平都较落后，加上质量意识不强，导致产品性能水平低、质量不稳定、可靠性差，服务不及时，缺乏使用户满意和信赖的名牌产品。 行业内生产专业化程度低，力量分散，低水平重复严重，地区和企业之间产品趋同，盲目竞争，相互压价，使企业效益下降，资金缺乏、周转困难，产品开发和技术改造投入不足，严重地制约了行业整体水平的提高以及竞争实力的增强。 国内市场国际化程度日益提高，国外公司纷纷进入中国市场参与竞争，加上国内私营、合作经营、个体、三资等企业的崛起，给国有企业造成愈来愈大的冲击。 （2） 发展走势 随着社会主义市场经济的不断深化，液压产品的市场供求关系发生较大变化，长期来以“短缺”为特征的卖方市场已基本成为以“结构性过剩”为特征的买方市场所取代。从总体能力看，已处于供大于求的态势，特别是一般低档次液压件，普遍供过于求；而主机急需的技术含量高的高参数、高附加值的高档产品，又不能满足市场需要，只能依赖于进口。在我国加入WTO后，其冲击有可能更大。因此，“十五”期间行业产值的增长，决不能依赖于量的增长，而应针对行业自身的结构性矛盾，加大力度，调整产业结构和产品结构，也就是应依靠质的提高，促进产品技术升级，以适应和拉动市场需求，求得更大的发展6。在工业生产的各个部门都应用液压传动技术。例如，工程机械、矿山机械、压力机械和航空工业中采用液压传动，机床上的传动系统也采用液压传动6。液压传动所采用的工作介质为液压油或其它合成液体，气压传动所采用的工作介质为压缩空气。1.3 课题研究目标液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、低振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术7。液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪声、高性能、高度集成化、模块化、智能化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机辅助测试、计算机直接控制、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术，以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向；气压传动技术在科技飞速发展的当今世界发展将更加迅速。随着工业的发展，气动技术的应用领域已从汽车、采矿、钢铁、机械工业等行业迅速扩展到化工、轻工、食品、军事工业等各行各业。气动技术已发展成包含传动、控制与检测在内的自动化技术。由于工业自动化技术的发展，气动控制技术以提高系统可靠性，降低总成本为目标。研究和开发系统控制技术和机、电、液、气综合技术。显然，气动元件当前发展的特点和研究方向主要是节能化、小型化、轻量化、位置控制的高精度化，以及与电子学相结合的综合控制技术7。液压与气压传动是研究利用有压流体(压力油或压缩空气)作为传动介质来实现各种机械的传动和自动控制的学科。液压传动与气压传动实现传动和控制的方法基本相同，它们都是利用各种元件组成需要的控制回路，再由若干回路组成能够完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换与控制。1.4 系统的工作原理水平连铸机示意图如 181盛钢桶；2中间包；3结晶器；4二冷喷嘴；5拉坯压辊；6同步切割；7冷床图1 连铸机示意图Fig 1 Continuous casting machine Schematic其工作流程是：盛钢桶中间包滑动水口结晶器引锭杆拉坯压辊切割器冷床翻钢水平连铸机的优越性：(1)水平连铸机从结晶器到拉坯机、切割机都设在一条水平线上，可以降低厂房高度，工程建设费用低。(2)中间包可采用较大的水口内径，以消除水口结瘤，故可以浇注含AI高的钢种(3)无需控制结晶器内钢液面高度并不需加保炉渣，操作简单，节省人力。(4)中间包与结晶器通过水口和分离环紧密连接，钢水无二次氧化，可提高铸坯的纯洁度。(5)由于铸坯不受弯曲和矫直变形影响，适合浇注圆坯和敏感性的钢种。(6)结晶器无振动机构，无弯曲矫直设备，一般无二次喷水冷却系统，结构简单，维修方便。(7)水平铸机采用剐性直形引锭杆，不仅结构简单，而且抖动小。(8)由于省略了二次冷却和喷淋系统，改善了工作环境。2 液压系统的方案设计2.1 液压系统的要求本液压系统应用于炼钢厂中浇注及钢锭的加工,具体要求如下:(1) 浇注及钢锭的加工实现顺序控制。(2) 大型机构，同一动作采用双或四个液压缸或液压马达达到精确同步。(3) 中间包倾翻，液压杆升降需精确定位。(4) 本液压系统控制各工作点油缸的动作。(5) 对系统的油液温度、系统压力等实现远程监控，系统结构设计紧凑、操作方便、性能可靠。(6) 为保证安全生产,系统设有安全联锁装置,停电安全联锁装置。2.2 液压原理和主要技术参数本液压系统配置有液位液温器（YWZ-250T）、压力马达、调速阀、电磁阀、溢流阀、安全阀、蓄能器等，可对系统的油液温度、系统压力等实现远程监控，系统结构设计紧凑、操作方便、性能可靠、节约能源是水平连铸机液力装置的理想配套液压设备。根据该设计其它部分设计得：最高压力15Mpa，最大流量60L/min。因此，选择如下设备。(1) 双联高压叶片泵：型号YB-E50/25，排量2550ml/r额定压力16Mpa，转速6001500r/min，驱动功率47.5KW。(2) 电机：型号Y180M-4-B35(50HZ、AC380V)，供应商南阳电机，功率18.5Kw，转速1470r/Min，防护等级IP54。(3) 电磁铁电压：DC24V。(4) 工作介质：抗磨液压油L-HM46 ，(建议用美孚油ISOVG46)，工作介质污染度等级: NAS8级 (5) 油箱容积：1000L(6) 液压系统压力范围：5-25Mpa2.3 确定工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备和类型而定。还要考虑执行元件的装配空间和经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况,工作压力低,势必要加大执行元件的结构尺寸,对某些设备来说,尺寸要受到限制,从材料消耗角度看也不经济;反之压力选得太高,对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些，具体选择参考表 19。表 1 按载荷选择工作压力Table 1 Choose the work presure according load载荷/KN551010202030305050工作压力/MPa0.811.522.5334455由于系统的工作载荷F为70KN，所以本系统的工作压力525Mpa。2.4 拟定液压系统原理图该液压系统包括：动力站，中间包小车行走、倾翻、前后，引定杆升降，冷床翻钢，滑动水口，拉坯压棍几个部分。分别拟订如下：2.4.1 中间包小车液压系统中间包小车按用户设计要求，完成行走、倾翻和前后三个动作。（1）中间包小车行走动作是通过分流节流阀来保证两个液压马达的同步，保证行走小车两侧车轮速度与位置同步。通过电气控制系统协调电磁阀YV5和YV6来控制小车运动换向，中间包小车行走往复运动有三位四通电磁换向阀来实现，其液压系统图如图2。图2 中间包小车行走液压系统图Fig2 Middle vehicle move hydraulic system（2）中间包倾翻速度控制是通过双单向节流阀来实现，双单向节流阀可以实现调节浇铸速度及往复速度。通过双向液压锁来给倾翻动作完成定位锁定。通过电气控制系统协调电磁阀YV7和YV8来给中间包倾翻换向，中间包倾翻的往复运动有三位四通电磁换向阀来实现，其液压系统原理图如图3。图3中间包小车倾翻液压系统图Fig 3 Middle vehicle rollover hydraulic system（3）中间包前后动作是通过分流节流阀来控制两液压缸的同步，通过调速阀来形成闭路调速回路调节速度，调速精度高。通过电气控制系统协调电磁阀YV18和YV19来给中间包前后动作换向。通过减压阀来减小压力，使液压系统获得更低一级压力，是否减压由电气控制系统协调电磁铁来控制，其液压系统原理图如图4。图4中间包小车前后动作液压系统图Fig 4 Middle vehicle forward and back hydraulic system2.4.2 引锭杆升降液压系统引锭杆升降是通过两个分流节流阀来控制同步，用两个双向液压锁来给引锭升降动作完成定位锁定。通过电气控制系统协调两个电磁阀YV1和YV2，YV3和YV4来控制引锭杆升降换向，引锭杆升降往复运动由两个三位四通电磁换向阀实现，其液压系统原理图如图5。图5引定杆升降液压系统原理图Fig 5 The lever life hydraulic system2.4.3 冷床翻钢液压系统冷床翻钢是通过电气控制系统协调两个电磁阀YV9和YV10，YV11和YV12来控制执行结构往复运动换向，冷床翻钢往复运动由2个三位四通电磁换向阀实现，其液压系统原理图如图6。图6冷床翻钢液压系统原理图Fig 6 Cooling bed turn over steel hydraulic systerm2.4.4 滑动水口液压系统滑动水口液压系统是通过电气控制系统协调电磁阀YV4来控制液压缸的运动，其液压系统原理图如图7。图7滑动水口液压系统原理图Fig 7 Slide gate hydraulic system2.4.5 拉坯压辊液压系统拉坯压辊通过电气控制系统协调3个电磁阀YV23和YV24，YV25和YV26，YV27和YV28来控制换向。拉坯压辊往复运动由3个三位四通电磁换向阀实现。通过减压阀来减小压力，使液压系统获得更低一级压力，是否减压由电气控制系统协调电磁铁控制其液压系统原理图如图8。图8拉坯压辊液压系统原理图Fig 8 Drawing roller hydraulic system2.4.6 设置动力站系统动力站有电动机，双联泵，油箱，压力表，蓄能器，电磁溢流阀组，过滤器，板式冷却器，液位液控器，液位液温器等组成。双联叶片泵中大泵提供低压油液，小流量动力。小泵提供高压油液，大流量动力。卸荷由先导式溢流阀14.2、14.2、14.3、14.4来实现。由电磁铁YV35和YV36控制控制中间包小车的行走、中间包的倾翻、滑动水口运动、引锭杆升降运动4个动作，电磁铁YV37和YV38控制中间包前后、冷床翻钢、拉坯压辊3个动作，其液压系统图如图9。图9动力站系统图Fig 9 Power station system2.4.7 液压系统原理图根据各部分单独的液压系统图绘制液压系统总图如图10图10液压系统原理图Fig 10 Hydraulic system3 液压元件的选择和专用件的设计3.1 液压泵的选择和泵的参数的计算3.1.1 液压泵的工作压力的确定 以下所有公式是引用参考文献10。+=6.9MP (1) -是执行元件的最高工作压力,对于本系统的最高工作压力是中间包倾翻油缸的入口压力，取油缸的截面积为11.86 cm2,则=F/S=70/11.86=5.9MP。-是从液压泵出口液压缸之间的管路损失。管路复杂，进口有调速阀，则取=1Mpa。3.1.2 确定液压泵的流量系统使用蓄能器作辅助动力源时 式中 K- 系统泄漏系数，一般取K=1.2 - 液压设备工作周期 s - 每一个液压缸或液压马达在工作周期中的总耗油量 z- 液压缸或液压马达的个数大泵流量和排量：V2=Q1/nd103=80%=76L/min =45ml/r小泵流量和排量：=20%=40L/min =23ml/r液压泵的流量 =2.1 L/s3.1.3 选择液压泵的规格根据以上求的泵的工作压力和流量的值，按系统中给定的液压泵的形式，从机械设计手册第五卷得双联叶片油泵：型号YB-E50/25，排量25/50ml/r额定压力16MPa，系统设定压力小流泵10Mpa，大流量油泵为8Mpa。3.2 电动机的选择液压缸在整个循环运动中，系统的压力和流量都是变化的。所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，需按大功率段来确定电动机的功率。从液压原理图可以看出，快速运动时系统的压力和流量都较大，这时，大小泵同时参加工作，小泵排油压力和流量均较大。此时，大小泵同时参与工作小泵排油除保证锁紧力外，还通过顺序阀将压力油供给加料门油缸。前面的计算已知，小泵供油压力为=6.9 MPa,考虑大泵到销锁油缸路损失，大泵供油压力应为=6. 4Mpa，液压泵的总效率，参考表 2选择11。表 2 液压泵效率表Table 2 The efficient of pump液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.60.7 0.650.80 0.600.75 0.800.85取泵的总效率=0.8，泵的总驱动功率为： P= =17KW (2) 考虑安全系数,故取18KW;查机械设计手册12电机参数表得：电机型号Y180M-4-B35(50Hz、AC380V)功率-18.5KW 转速-1470r/min 防护等级-IP543.3 液压控制阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。本系统工作压力在10Mpa左右，所以液压阀都选用中、高压阀。液压阀的作用是控制液压系统的油流方向、压力和流量，从而控制整个液压系统。系统的工作压力，执行机构的动作顺序，工作部件的运动速度、方向，以及变换频率，输出力和力矩等13。在液压系统中，液压阀的选择是非常重要的。可以使系统的设计合理，性能优良，安装简便，维修容易，并保证系正常工作的重要条件。不但要按系统功需要选择各种类型的液压控制阀，还需要考虑额定压力，通过流量，安装形式，动作方式，性能特点因素13。3.3.1 根据液压阀额定压力来选择选择的液压阀应使系统压力适当低于产品标明的额定值。对液压阀流量的选择，可以按照产品标明的公称流量为依据，根据产品有关流量曲线来确定。3.3.2 液压阀的安装方式的选择是指液压阀与系统的管路或其他阀的进出油口的连接方式，一般有三种，螺纹连接方式，板式连接方式，法兰连接方式。安装方式的选择要根据液压阀的规格大小，以及系统的简繁及布置特点来确定14。3.3.3 液压阀的控制方式的选择液压阀的控制方式一般有四种，有手动控制，机械控制，液压控制，电气控制。根据系统的操纵需要和电气系统的配置能力进行选择15。3.3.4 液压阀的结构形式的选择液压阀的结构方式分为：管式结构，板式结构。一般按照系统的工作需要来确定液压阀的结构形式15。 根据以上的要求来选择液压控制阀，所选的液压阀能满足工作的需要。所以本液压系统所选的液压阀有中、高压阀。具体规格型号和名称见表 311。表 3 液压控制阀Table 3 Hydraulic control 序号代 号名称及规格材料数量1AQF-L32H2-A1M602安全球阀DN32成品223DIF-L20H1S10P10/2单向阀单向阀成品成品244DBW10B1-50/20G24NZ5L电磁溢流阀成品454WE10J31/CG24NZ5L电磁阀成品66YJZQ-J15W高压球阀成品2474WE10E31/CG24NZ5L电磁阀成品10续表38FJL-B10H分流集流阀成品694WE10Y31/CG24NZ5L电磁阀成品210ZDR10DA2-40/150YM减压阀成品211Z1S10E2-30单向阀成品212Z2FS10E2-30双单向节流阀成品213Z2S10-1-20双液控单向阀成品414DR10-1-30/10YM减压阀成品6154WE10D31/CG24NZ5L电磁阀成品2162FRM6B76-20/6QM调速阀DN6成品43.4 其他液压元件的选择3.4.1 压力继电器的选择能够自动感到压力变化，当压力达到预定压力时，可以自动将电路进行通断的仪表。压力预定值是根据压力控制要求，预先在压力校验台还是调定的点触点动作的压力值。根据要求查机械设计手册得：HED10A20/35L24/2 压力继电器3.4.2 压力表由液压系统的压力来选择压力表，查机械设计手册得：YN100-0-25Mpa 压力表3.4.3 测压软管和测压排气接头根据系统的压力来选择测压软管和测压排气接头，查机械设计手册得：HF测压软管的有关参数：公称通经22mm,最大动态压力30Mpa，适用温度2。软管通径23 mm，最大静大压力40Mpa，化学性能，耐酸性溶剂。A-223W 测压软管 公称通径22mm， 最大压力30MpaKX-1 橡胶接头DN403.4.4 液位液温器，液位控制器和空气滤清器的选择依据液压系统的压力和流量，系统的发热量来选择，由机械设计手册得：液位液温器 YWZ-250T液位控制器 YKJQ24-600-450空气滤清器 QUQ2-101.03.5 蓄能器的设计计算根据蓄能器在液压系统中的功用，确定类型和主要参数。在本液压系统中，液压缸在短时间内快速运动，由蓄能器来补充供油，则计算公式为：V=K- (3) A-液压缸有效作用面积L液压缸的行程K油液损失系数，一般取K=1.2-液压泵流量t-动作时间由以上公式得V=35.7L考虑安全系数和其他方面V取40L,查机械设计手册得：NXQ2-L63/200H 蓄能器3.6 确定油箱的有效容积初步确定油箱的有效容积,跟据经验公式来确定油箱的容量,V= (4) 式中-液压泵每分钟排出的压力油的容积 -经验系数已知所选泵的总流量为111L/min,这样,液压泵每分钟排出的压力油体积为111L,查表 4表 4 经验系数15Table 4 Experience rate系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金系统12245761210得=7故V=70.157924=7.8 3.7 管道尺寸的确定3.7.1 非橡胶管道的选择(1)管道内径的计算本系统管路很复杂，取其中主要的几条来计算，按照公式：d1130 (5) -液体流量-流速，对于吸油管v=12m/s,一般取1m/s以下，对于压油管v36m/s,对于回油管v1.52.5m/s。再按照公式d= (6) 算出管道内径：-液体流量-流速表 5 计算数值Table 5 The calculate number管路名称 通过流量/(L/s)允许流速/(m/s)管道内径/m实际取值/m大泵吸油管2.50.80.06210.065小泵吸油管0.6350.90.03020.034大泵排油管2.5640.0270.034小泵排油管0.6254.50.0090.010查机械设计手册18得：102、343、6543.7.2 胶管的选择根据工作压力和按公式得管子的内径选择胶管的尺寸规格。高压胶管的工作压力对不正常使用的情况下可提高20%；对于使用频繁，经常扭变的要降低40%。胶管在使用及设计中应主要下列事项：(1) 胶管的弯曲半径不宜过小，一般不应小于320，胶管与管接头联接处应留有一段直的部分，此段长不应小于管外径的两倍。(2) 胶管的长度应考虑到胶管在通入压力油后，长度方向将发生收缩变形，一般收缩是取3%4%，胶管安装时避免处于拉紧状态。(3) 胶管安装是应保证不发生扭转变形，为便于安装，可沿管长涂以色纹，以便检查。(4) 胶管的接头轴线，应尽量放置在运动的平面内，避免两端互相运动时胶管受(5) 胶管应避免与机械上的尖角部分想接触和摩擦，以免管子损坏。4 液压系统性能验算4.1 验算回路中的压力损失本系统较为复杂，有多个液压缸执行元件动作回路，其中环节较多，管路损失较大的要算快速运动回路，故主要验算由泵到液压缸这段管路的损失。4.1.1 沿程压力损失沿程压力损失，主要是液压缸快速运动时进油管路的损失。此管路长为5m，管内径0.034速运动时通过的流量为2.7L/s，正常运转后的粘度为= 27 ，油的密度为=918Kg/油在管路的实际流速=2.93m/sRe=37022300油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为：= (7) 根据公式=求得沿程压力损失为:=0.023MPa4.1.2 局部压力损失局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部压力损失。其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要考虑通过控制阀的局部压力损失。 从系统图中可以看出,从大泵的出口到油缸的进油口,要经过单向阀、电磁换向阀、单向调速阀、溢流阀。单向阀的额定流量为50L/min,额定压力损失0.3MPa, 电磁换向阀的额定流量为150L/min,额定压力损失为0.2MPa, 单向调速阀的额定流量为160L/min,额定压力损失为0.3MPa。溢流阀的额定流量为120L/min,额定压力损失为0.2MPa。通过各阀的局部压力损失之和： =0.65 MPa从小泵出油口到油缸进油口也要经过单向阀、电磁换向阀、单向调速阀、溢流阀。向阀的额定流量为50L/min,额定压力损失0.3MPa, 电磁换向阀的额定流量150L/min,额定压力损失为0.2MPa, 单向调速阀的额定流量为160L/min,额定压力损0.3MPa。溢流阀的额定流量为120L/min,额定压力损失为0.2MPa通过各阀的损失之和为: =0.76Mpa以上计算结果是大小是同时工作的,所经过的管道都是一样的。则大小泵是同时工作的,所以大小泵到油缸之间总的压力损失为=0.023+0.76=0.783MP4.2 液压系统的发热温升的计算4.2.1 计算液压系统的发热功率液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有以下几种形式：(1) 液压泵的功率损失 (8) 式中-工作循环周期（s）； z投入工作液压泵的台数；-液压泵的输入功率（W）；-各台液压泵的总效率；-第I台泵工作时间（s）；(2) 液压执行元件的功率损失 (9) 式中 M液压执行元件的数量；-液压执行元件的输入功率（W）；-液压执行元件的输入效率；-第j个执行元件工作时间（s）；(3) 溢流阀的功率损失 (10) 式中 -溢流阀的调整压力（MPa）； -经过溢流阀回油箱的流量（）。(4) 油液流经阀或管道的功率损失 (11) 式中 -通过阀或管路的压力损失（MPa）； -通过阀或管路的流量（）。由以上各种损失构成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率 (11) 该公式适用于回路比较简单的液压系统，对于复杂系统，由于功率损失的环节太多，一一计算较麻烦，通常用下式计算液压系统的发热功率 =- (12) 式中是液压系统的总输入功率，是输出的有效功率。对于本系统来说, 就是正个工作循环中的双泵的平均输入功率=16.8KW (13) 式中是液压系统的总输入功率，是输出的有效功率。 =7KW (14) 式中 -工作周期（s）； z、n、m分别为液压泵、液压缸、液压马达的数量； 、-第i台泵的实际输出压力、流量、效率； -第i台泵工作时间（s）；、-液压缸外载荷及驱动此载荷的行程（Nm）。总的发热功率按照公式(4.7) =-=16.8-7=9.8KW4.2.2 计算液压系统的散热功率液压系统的散热渠道主要是油箱表面，但如果系统外接管路较长，而且要考虑管道的散热功率时，也应考虑管路表面散热。 (15) =3.416+0.5=3.916KW式中 -油箱的散热系数 -管路的散热系数、-分别为油箱、和管道的散热面积-油温与环境温度之差油箱散热系数见表 611。表 6 油箱散热系数 （W/）Table 6 Heat loss rate of the tank冷却条件通风条件很差89通风条件良好1517用风扇冷却23循环水强制冷却110170管道的散热系数见表 7（W/）11。表7管道散热系数 （W/）Table 7 Heat loss rate of the pipe风速 管道外径/m0.01 0.05 0.1086512514105694023则计算出的，油温会不断升高，这时，最大温差,根据公式（15)环境温度为，则油温。当油箱的散热面积不能再加大，或加大一些无济于事时，需要安装冷却器。4.2.3 根据散热要求计算油箱容量在初步确定油箱容积的情况下，验算其散热面积是否满足要求。当系统的发热量求出以后，可依据散热的要求拉确定油箱的容量。油箱的散热面积,根据公式(15) 油箱的主要设计参数如下图，一般油面的高度为油箱高h的0.8倍，与油直接接触的表面算全散热面，与油不接触的表面算半散热面，油箱的有效容积和散热面积分别为 V=0.8abh=0.8 a=1, b=1.3,h=1=1.8h(a+b)+1.5ab=1.81(1+1.3)+1.511.3=6.1油箱的散热功率为式中 -油箱散热系数,查表得16W/ -油温与环境温度之差,取=35=166.135=3.416KW=9.8KW由此可见,油箱的散热远远满足不了系统散热的要求,管路散热是极小的。如按要求求出的油箱容积过大，远超出用油量的需要，且又受空间尺寸的限制，则应当缩小油箱尺寸，则需要另设冷却器。4.2.4 冷却器所需冷却面积的计算冷却面积 A= (16) 式中 K冷却器的散热系数，用管式冷却器时，取K=116W/（W/）-平均温升= (17) 、-液压油入口和出口温度、-冷却水或风的入口和出口温度取油进入冷却器的温度=60，油流出冷却器的温度=50，冷却水入口温度=25，冷却水出口温度=30。则： =所需冷却面积为：A=5.8考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀油垢。水垢对散热的影响，冷却面积应比计算面积大30，实际选用冷却器散热面积为： A=1.35.8=7.54查机械设计手册并圆整得 A=84.3 冷却器型号的选择根据上面计算选择适合的冷却器：型号（BR0.1-120/16-8）名称 板式冷却器。5 结论在老师的耐心指导下，以及各位同学的热心帮助下，经过两个多月的时间的设计，本课题水平连铸机液压系统的总体设计，其说明书的编写终于洗完。虽然不是很复杂，但通过这一设计实践，我感到自己在这个方面仍存在许多不足之处。对于我的本次设计，我觉得设计计算部分非常认真。在各种机械设备上，液压传动的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须要从实际出发，有机的结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率搞、操作简单、维修方便的液压传动系统。本次设计，利用油泵产生的油压，再经过电磁阀控制液压缸来达到控制油缸开启和关闭的效果。其中结合了需要的技术要求，根据计算来确定电机、油箱
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