毕业设计（论文）-600kg方坯出钢机设计.doc

毕业设计（论文） 题 目： 600kg方坯出钢机设计 学 院： 航空制造工程学院 专业名称： 机械设计制造及其自动化 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二O一五 年 六 月 毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：600kg方坯出钢机设计II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求： 出钢机主要是完成将钢坯从加热炉内移到传输辊道上这一工艺环节，合理设计这一工艺环节，能减轻操作人员的劳动强度，提高生产效率。要求:1）高位出钢机大车工作行程1.5m，小车工作行程1m；2）大小车速度控制范围0400mm/s，对应频率0100Hz；3）L形托钩升降行程1m，升降速度0100mm/sIII、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：1. 查阅相关资料，翻译外文资料（6000字符以上），撰写开题报告 3周2. 整体方案设计 2周3. 传动部份的设计计算 3周4. 绘制装配图及其各零件工作图 3周5. 编制设计说明书 1周6. 撰写毕业论文 3周7. 毕业设计审查、毕业答辩 2周 、主 要参考资料：1.机械设计实用手册编委会编. 机械设计实用手册M. 北京: 机械工业出版社, 20092.吴宗泽主编. 机械设计师手册M. 北京: 机械工业出版社, 20093.李斌，赵勤岚等. 出钢机有限元模拟J. 冶金设备，2009.84.傅卫海，王献军. 板坯出钢机的设计改进J. 科协论坛，2009（3）下5.Mechanical design and systems handbook. New York:McGraw-Hill Book Co., 1985航空制造工程 学院（系）机械设计制造及其自动化 专业类 110315 班学生（签名）：周俊杰（11031535） 日期： 自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 6 月 19 日指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)：机械设计制造及其自动化 系（室）主任（签名）：附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。 学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期：导师签名： 日期： 600kg方坯出钢机设计 全套图纸加扣3012250582 摘要：传统低位出钢机机不能满足高位的加热炉使用需求,高位出钢机机的成功开发和应用,成功解决了钢坯在滑坡滑动产生的划痕问题,提高钢产量和减少了辊道维护时间,取得了良好的经济效益。高位出钢机是专为马钢中板生产线加热炉钢设备的研究,其位于上述加热炉前辊道、L形钩直接进入炉内取出钢坯,把钢坯平稳的放在辊道上。 本文针对中厚板厂对高位出钢机的工艺要求和中厚板厂现场实际情况，确定了高位出钢机的出钢方案，据此完成了高位出钢机机械部分、液压系统的设计开发研究。L形钩液压升降采用电液比例控制系统。具有平稳、精确、全自动化出钢的特点。并对高位出钢机装置设计、结构及原理进行了详细的介绍。 L形升机构是出钢机的主要承力构件，所以必须对L形钩进行优化设计，就必须由于L形钩直接与刚出炉门的钢坯接触，所以所用的材料能够满足力学条件之外，还具有耐高温的性能，在L形钩角度变化大处要采用圆弧过渡，减少某点的应力集中效应，同时L形钩还应该耐用，这样就可以对可以减少L形钩更换的次数，从而提高生产效率和经济效益，同时L形钩的震动频率应该与整个系统的频率错开这样就可以减少整个系统的震动的幅度，保证系统能够安全生产，我们在对L形钩的设计时应充分考虑到以上因素，从而设计出合格的L形钩。关键词：高位 加热炉 出钢机 方坯 指导老师签名： The design of 600 kg billet steel machine Abstract:Traditional low tapping machine machine cant meet the demand ofhigh furnace use, high successful development and application of the tapping machine machine, successfully solved the billet in landslide sliding scratch problem, improve roller steel output and reduces the maintenance time, has obtained the good economic benefits. High tapping machine is designed for heating furnace of masteel mediumplate production line of steel equipment research, it is located in the furnace roller table, before L hook directly to remove the billet furnace, the billet smoothly on the table. Medium plate plant, the author of this paper to the technological requirements of high discharging machine and thick plate plant in the scene actual situation, determine the tapping scheme of high discharging machine, on the basis of mechanical parts finished high discharging machine, hydraulic system design and development of the research. L hook hydraulic elevator using electro-hydraulic proportional control system. With the characteristics of steady, accurate, automatic tapping. And the high steel machine device design, structure and the principle has carried on the detailed introduction. L-shaped lifting tapping machine is the main bearing components, so must carry on the optimization design for the L hook, it must be because L hook direct contact with the hot billet of the door, so the material can meet the mechanical condition, but also has high temperature resistant performance, in to adopt with the L hook Angle change arc transition, to reduce the stress concentration effect of a certain point, at the same time L hook should also be durable, can reduce the L hook so that it can be to change the number of times, so as to improve production efficiency and economic benefits, at the same time L hook of the vibration frequency and the frequency of the whole system should be staggered so that it can reduce the amplitude of vibration of the whole system, guarantee system can safe production, when we are in the design of the L hook should fully take into account the above factors, so as to design the qualified L hook。Keywords: High position Furnace Discharging machine Cubic steel Signature of Supervisor: 目 录1 前言31.1设计背景31.2机械零件的设计41.2.1理论设计41.2.2经验设计51.2.3机械零件设计的一般步骤51.2.4机械零件材料的选择原则62 高位出钢机整体方案设计72.1传统钢坯加热区出钢机概况72.2高位方坯出钢机方案72.3高位出钢机结构及工作原理82.3.1性能参数92.3.2主要性能特点93高位出钢机的主要机构103.1高位出钢机机械部分103.1.1立柱及横梁组件113.1.2大车运动机构113.1.3小车运行机构113.1.4提升机构123.1.5电气传动系统123.1.6 L形拖钩升降机134 L形钩及液压系统14 4.1 L形钩设计与校核144.2液压系统设计164.2.1液压系统工作要求及其参数174.2.2初步拟定液压系统原理图174.2.3液压系统的分类174.2.4确定液压系统方案184.2.5执行元件的选择194.2.6选择液压基本回路194.2.7液压系统原理图194.2.8计算液压缸主要结构尺寸204.2.9计算和选择液压元件235 小车的设计245.1高位钢机小车的结构设计255.1.1小车纵向横梁设计255.1.2小车的横向梁设计255.1.3小车电机功率的计算与选择255.2小车齿轮齿条传动系统设计275.2.1齿轮齿条传动特点275.2.2小车齿轮齿条参数的确认27 6 大车的设计296.1大车的结构设计396.1.1大车的纵向梁的设计与校核396.2大车电机功率的计算与选择306.3大车齿轮齿条传动系统设计316.3.1大车齿轮传动特点316.3.2大车齿轮齿条参数的确定327 立柱与横梁设计347.1立柱的结构设计347.2大车行走梁结构设计347.2.1大车行走梁结构初步设计347.2.2大车行走梁校核35 8结论37参考文献38致谢391 前言1.1设计背景 钢材的成材率是影响轧钢厂经济效益的一项重要的技术指标，在许多轧钢厂的生产线上，由于加热炉出口滑坡与辊道之间的高度相差很大，方坯出炉依靠加热炉出口与辊道之问的滑坡滑动来完成，这样就很容易造成方坯与滑坡之间的摩擦，导致方坯的表面出现划痕的现象，虽然钢坯经过了粗轧机和精轧机，但钢坯表面仍然出现质量上的缺陷，从而影响钢坯的成材率，由于钢坯的高度落差大，钢坯会对辊道产生很大的摩擦和撞击，会对辊道表面产生很大的伤害，甚至直接造成辊道的损害，因此为提高钢坯的成材率，提高辊道的使用寿命，必须对现有的出钢方式进行技术改造。 目前我国钢铁厂出钢机出钢主要方式有推钢式短滑坡式出钢机、水平齿轮齿条式出钢机，由于在短滑坡式的炉内滑道与辊道之间有一定较大的高度差，钢坯依靠自身重力滑到辊道上这样容易造成钢坯表面的划伤和辊道受损，而水平齿轮齿条式虽然减少了上述钢坯表面划伤的危害，但这种出钢机所占的空间很大大。由于空间的限制所以就不使用水平齿轮齿条式的出钢方式。 在这种情况下，就进行了本课题的开展，首先我们进行了高位出钢机的整体结构方案的设计，高位出钢机采用了梁式起重机和在起重机上可以移动的叉车的特殊的结构，上面的大车、小车沿着水平方向移动，大车、小车是由下面的圆柱齿轮和固定在横梁上的齿轮条的啮合完成运动的，大车、小车是由电动机带动减速器来供其动力输出的，小车上带动的垂直运动机构的取坯L形拖钩是由液压缸提供动力。L形拖钩采用U形槽导向，采用自润滑且耐高温的轮子，为了确保整套设备运行的逻辑性、顺序性、定时性和自动化要求，采取了PLC对其进行控制，对其炉门，大、小车，以及L形升降机构进行自动化控制，对其进行的技术改造可以有效解决钢坯表面的损害，以及对辊道的碰撞，它所占用的空间小也是其优点之一，所以这种设计可以解决目前钢坯成材率低得问题。1.2机械零件的设计1.2.1理论设计 根据长期的理论设计和试验数据进行的设计叫做理论设计，以简单的受压、受拉强度为例，设计计算强度按式（1-1）所示 或 (1-1) 式中F-为拉杆上的拉力 A-为材料的横截面积 -为材料的极限应力 S-为材料的安全系数对(1-1)还有以下不同的设计方法：（1） 设计计算 由公式直接算出构件的横截面积A即： (1-2) (2）校核计算 按其他方法计算出构件的横截面积后，可选择以下公式进行校核： (1-3） (1-4) (1-5) （1-6)其中-安全系数的计算值。 设计计算主要用于不复杂的零件的计算，而校核计算主要用在比较复杂的零件的计算。1.2.2经验设计 通过现有的零件的设计和使用操作对总结出的经验公式，或者根据设计者本人的工作经验用类比的办法所进行的设计叫做经验设计。这对那些使用要求不大变动而结构形状已典型化的零件，是很有效的设计方法。例如箱体、机架、传动零件的各结构要素等。 对于一些尺寸巨大而又结构复杂的零件来说，尤其是一些重型整体机械零件，为了提高设计质量，可采用模型试验设计方法。既把初步设计的零部件或机器制成小模型或小尺寸样机，经过试验的手段对其各方面的特性进行检验，根据试验结果对设计进行逐步修改，从而达到完善。这种设计过程称为模型试验设计。 这种设计方法费时、昂贵，因此只用于一些特别重要的设计中。1.2.3机械零件设计的一般步骤 机械零件的设计大体要经过一下几个步骤：1）根据零件的设计要求，选择零件的类型和结构。为此必须对零件的不同类型、优缺点、特性和使用范围，进行综合对比并正确选用。根据机器的工作要求，计算在零件上的作用载荷。零件的类型、结构和所受载荷，分析零件可能的实效形式，从而确定零件的设计准则。2）根据零件的工作条件及对零件的特殊要求（例如高温或在腐蚀性介质中工作等），选择适当的材料。3）根据设计准则进行相关计算，确定零件的尺寸。4）根据工艺性和标准化等原则对零件进行机构设计。细节设计完成后，必须进行详细的校核计算，以判定结构的合理性。画出零件的工作图，并写出说明书。5）在进行零件设计时，对于数值的计算除少数与几何尺寸精度要求有关者外，一般以两位或三位计算为准。必须再度强调指出，结构设计是零件设计的重要内容之一，在有些情况之下，它占据了设计计算量的一个很大的比例，必须给予一定的重视。6）绘制零件图应完全符合制图标准，并满足加工要求。 7）写出设计说明书要条理清晰，语言简明，数字正确，格式统一，并附有必要的结构草图。对于重要的数据应用，一定要标明来源。对于重要的设计结果，要写出简短的结论。1.2.4机械零件材料的选择原则 从各种各样的零件中选出合适的材料，是一项多方面因素制约的工作，由于金属材料仍是机械设计中应用最多的材料，所以就金属材料一般选用原则做一下简介。 1.载荷、应力的大小和性质 在这方面的因素主要是从强度的角度来考虑的应在充分了解材料的力学性能的前提下来选择。脆性材料原则上只适用于在制造静载荷下的零件，在多少有些冲击的条件下，应选用塑性材料为主要材料。 金属材料一般可以通过热处理加以提高和改善，因此，要充分利用热处理来发挥材料的潜力。对于最常用的调制钢，由于回火温度的不同，可得到力学性能不同的毛坯。回火温度越高，材料的强度和硬度将越低，而塑性越好。所以在选择材料的品种时，应同时规定其热处理规范，并在图样上注明。 2.零件的工作情况 零件的工作情况是指零件的环境特点、工作温度、摩擦磨损的程度等。 在湿热环境工作的零件，其材料应有良好的防锈和耐腐蚀的能力，例如选用不锈钢、铜合金等。 工作温度对材料的影响，应考虑两相互配合零件的线膨胀系数不能相差过大，以免在温度相差过大时产生较大的热应力，或者使配合松动；一方面要考虑材料的力学性能随温度而改变的情况。 零件在工作中可能发生磨损之处，要提高其表面硬度，以增强耐磨性。因此选择进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢等品种。 3.零件的尺寸与质量 零件的尺寸及质量的大小与材料的品种及毛坯的制取方法有关，用铸造材料制作毛坯时，则需注意锻压机械及设备的生产能力。此外，零件尺寸和质量的大小还和材料强重比有关，应尽量使用强重比大的材料以减少材料的尺寸和质量。 2 高位出钢机整体方案设计2.1传统钢坯加热区出钢机概况 在许多传统轧钢厂大多采用三段连续式，其加热炉的入口处高度比辊道的高度要高出将近1米的高度，这样钢坯在运往辊道的过程中就会出现钢坯表面的划伤以及与辊道的撞击，由于加热炉出口滑坡与辊道之间的高度相差很大，方坯出炉依靠加热炉出口与辊道之问的滑坡滑动来完成，这样就很容易造成方坯与滑坡之间的摩擦，导致方坯的表面出现划痕的现象，虽然钢坯经过了粗轧机和精轧机，但钢坯表面仍然出现质量上的缺陷，从而影响钢坯的成材率，由于钢坯的高度落差大，钢坯会对辊道产生很大的摩擦和撞击，会对辊道表面产生很大的伤害，甚至直接造成辊道的损害，因此为提高钢坯的成材率，提高辊道的使用寿命。另外，由于出炉钢坯在炉内的偏斜以及落坯的影响，钢坯落在出炉辊道上的偏斜状况尤其严重，需要依靠天车夹钳进行调整，影响了生产节奏。2.2高位方坯出钢机方案 由于低位出钢机结构简单，在低位出钢机的使用中由于炉口滑道与辊道之间的高度差使得钢坯出现表面划伤和并且辊道与钢坯容易发生碰撞，造成出钢坯的破坏，所以提出高位出钢机方案，在高位出钢机中，由于钢坯是有L形拖钩运送到辊道上的，所以就避免了钢坯与炉门滑道之间之间的摩擦和钢坯与辊道之间的碰撞，大大提高了工作效率。 为了整个系统的逻辑性、顺序性和自动化要求，采用了PLC控制，保证了整套系统的协调性。2.3高位出钢机结构及工作原理 经过多次讨论和论证最终确定的方案如图1所示。高位出钢机采用梁式起重机与叉车相组合并配备一些特有的结构，大小车的水平方向的运动的驱动通过变频器控制的电动机带动的钢索来拉动，通过钢索的来带动圆柱齿轮与固定在梁下面的齿条啮合完成大车和小车的水平方向的行走任务。大车和小车水平运动是通过采用由4个安装在大小车齿轮轴上的被动齿轮完成，4个被动齿轮轮在梁上的齿轮轨道上运行。L形钩在炉门前的升降提取钢坯，L形钩垂直方向的运动时有液压系统来完成钢坯坯的从炉门的托起与辊道上方的放下功能。在高位出钢机开始工作时按下启动按钮，高位出钢机的小车带着L形钩运动到加热炉门口一定距离，这时炉门打开至上极限位置，小车带动L形钩水平前进至炉门前，L形钩上升至出料位置，炉门上升打开，小车前移，L形钩头部插入加热炉内的板坯下面，然后液压缸再慢速提升动与门架固定的L形钩上升，炉内滑道上的板坯被托起，小车带动L形钩上的板坯后退，退出炉门，炉门关闭。同时，小车继续后退至炉前辊道上方，小车后L形钩稳速下降，将板坯平稳地放置于辊道上，辊道转动将板坯运走，L形钩上升至原始位置，等待下一块板坯出炉，从而完成一个出钢循环。出钢机小车和L形钩可同时动作，两者相互独立。高位出钢机的工作过程的逻辑顺序控制由PLC完成。 图1 高位出钢机结构简图1大车走行梁 2大车 3小车 4门形架 5加热炉 6形钩 7辊道8电气控制柜2.3.1性能参数钢坯重量：600kg大小车运行速度与对应频率：0-400mm/s，0100HZ大车工作行程：1.5m小车工作行程：1mL形托钩升降行程与速度：1m，0-400mm/s2.3.2主要性能特点（1） 大小车的运动主要依靠电动机的驱动，运行平稳可靠；L形拖钩主要靠电动机带动液压系统驱动，取放钢坯是平稳。（2） 升降机构采用U形槽导轨，自润滑、耐高温的轮子，轮子耐用可靠。（3） L形拖钩将钢坯从炉内取出，并且平稳的放在放在辊道上，避免了钢坯表面的摩擦和钢坯与辊道的碰撞。（4） 通过对炉口的更换，保证了炉口的密封性，减少了热量的散失，节约了燃料。（5） 出钢机出现问题，可整体更换，不影响生产。3高位出钢机的主要机构3.1高位出钢机机械部分 高位出钢机机械部分主要包括：大车、小车、大小车行走横梁、L形升降机构和与其配套的PLC控制系统组成，其实体机构如图3.1所示。 图3.1 高位出钢机实物照片3.1.1立柱及横梁组件 在出钢机的支撑组件中是通过4根立柱和2根立柱横梁组成，四根立柱组成类似两个龙门吊钢架结构，立柱架于炉门和辊道之上，每根立横梁各连接两根立柱，大车在安装在立柱上的大车行走梁上做水平运动，小车在大车梁上的齿轮条上做水平运动，在充分考虑到大车和小车的工作行程的前提下，需要设定炉门宽度和辊道的轴向宽度，设定4根立柱之间的垂直于炉门的距离为2460mm，在考虑到钢厂上方其他设备的高度，设定立柱的高度为3000mm。3.1.2大车运动机构 大车主要的任务是行走到炉门，其上面的小车和L形拖钩从炉内取出钢坯，大车再运动到辊道之上，以保证精确的出钢位置，大车是由电动机驱动，大车下面的齿轮和横梁上的齿轮条啮合完成大车的行走任务。四个被动轮横梁由完成导向，当电动机旋转时大车运动，大车运动时四个被动轮对准两根导轨。大车和小车往返的运动速度通过变频器控制电动机的转速来实现。3.1.3小车运行机构 小车主要任务是将钢坯从炉内取出钢坯运送到辊道上，小车跟大车一样也是由电动机驱动，小车下面的四被动轮在与大车上行走梁上的齿条啮合完成运动，小车的原始位置控制靠安装在大车粱上的橡胶缓冲器实现；小车的往返运动和运动速度由变频器控制。3.1.4提升机构 L形钩升降机构由门形架装置、L形钩和液压站组成。整个门形架由Q23 5A的钢板焊接而成，主要用于吊挂两个提升L形钩，门形架被液压缸托起实现升降运动。门形架要在小车体U形槽中上下移动，所以门形架左、右两侧分别装有两个个横向滚轮和两个纵向滚轮，滚轮用于在小车体U形槽内滚动，起到支撑导向的作用。L形钩由ZG270-500的材料铸造而成，有关技术参数为：两钩中心矩900mm，L形钩升降距离1000mm，提升速度为060mms。L形钩顶端(固定端)采用开口卡式结构，直接卡在门形架前侧的销轴上，更换迅速。同时由于钢坯出炉温度高达1 050，为了减小L形钩的热变形，L形钩托出钢坯的接触面上装有ZG30Cr26Ni5材料做成，为了局部损坏时，不用全部更换，把耐热护板分成多块，用销子固定在L形钩钩体上，这样可以很有效地抵抗热变形，改善钩子和出炉辊道的受力情况，保证出钢位置的准确性。整个门形架和L形钩组装后由液压系统驱动；液压缸采用推上式，液压缸的活塞杆端固定在门形架的顶端中部，油缸采用耳环形，由销轴与小车体连接。整个液压站安装在小车下面的吊篮上。这样，当液压缸动作时，液压缸推动整个门形架上下运动，带动L形钩实现钢坯的提升和下降。3.1.5电气传动系统 （1）为了提高出钢机的出钢效率，我们将大小车的运行速度控制在0400mm/s，同时大小车应该具有很好的加减速性能，大车要能够精确对准炉门，同时在运行到行梁速度应该减小以减少冲击，小车要能精确停在炉门出钢位置，并能准确将钢坯停在钢坯辊道上，驱动大小车具有能够频繁的正反转能力，同时具有很好的速度调节能力。 （2）电气系统应适应高温，多尘环境，并且能在这种环境中安全、稳定的运行。 （3）电气系统如果出现故障要能够快速维修，上面的设备也能够快速更换，不影响生产。 终上所述应该采用鼠笼式电动机，一台电动机各由一台变频器驱动。3.1.6 L形拖钩升降机 L形钩挂在门形架上，同时门形架上的两端各装有两个轮子，门形架在小车上的U形槽中上下垂直升降，门形架是靠液压缸驱动使其上下升降，门形架上的轮子采用耐高温材料，并且自润滑，不需要频繁涂润滑油。其结构简图如图3.2所示。 图3.2液压系统结构简图4 L形钩及液压系统4.1 L形钩设计与校核 L形钩悬挂在门形架的耳轴上L形钩一但固定就不能移动，L形所受弯矩最大处为L形钩的垂直处最大弯矩处的弯矩为1764N.M，根据钢坯的重量，参考低位出钢机实物尺寸，采用横截面为宽为40mm长为的长方形，且我们采用的是ZG270-500材料制成，这种材料耐高温，且强度高。由于每一个挂钩的重量为26.224kg，每个门形架安装两个L形钩，所以每个挂钩承受300kg的重量。 在高位出钢机系统中L形钩需要提升600kg的钢坯，设计的L形钩如图4.1所示。 图4.1 L形钩设计当L形钩所受弯矩最大时如图4.2所示 图4.2每个L形钩所受弯矩由公式 (4-1) （4-1a)式中-最大弯矩 -弯矩截面系数这里，b=40mm,h=60mm,代入公式的，而66.15MPa270MPa，所以满足要求。再有公式 （4-2)这里F为形钩上所承受的最大的拉力,n为安全系数，由于是静载荷，所以n的取值范围为1.52.5，这里我们去n=2,L形钩上所受的最大力为3098.9952N，则L形钩上的最危险截面为挂钩处，挂钩处的面积为77.47MPa500/2=250MPa,则挂钩处的设计满足设计要求，所以L形钩设计合格。 4.2液压系统设计4.2.1液压系统工作要求及其参数1） 工作要求：出钢机提升钢坯时要求平稳，且在将钢坯放在辊道的过程中整个提升系统不会发生剧烈的震动，钢坯落在辊道上时速度较小，不会发生冲击。2） 设计参数：液压缸的最大提升重量为钢坯重量+两个L形钩的重量+门形架的重量，总共为657.25kg。4.2.2初步拟定液压系统原理图 初步拟定液压系统原理图时，需要从整个生产条件与生产效益出发，在考虑到液压系统经济性、合理性的前提下，需要对系统的设计方案作出合理的设计，所以，这就需要广泛的液压系统设计的知识水平，其一般方法是:根据动作和性能的要求先分别选择和拟定基本回路,然后将各个回路组合成一个完整的系统。4.2.3液压系统的分类1） 开式系统 在开式系统中，液压系统泵从油箱里面吸油，整个液压系统需要较大的油量，这种系统最为普遍。在开式系统中液压泵从油箱吸出油，再经过各种液压阀流入液压缸，液压缸内的油再经过各种液压阀再经过散热器液压油从而完成整个工作循环。2） 闭环系统 闭式系统是指液压油在油路中循环，回油不流人油箱，而直接接入主油泵吸油口进人下一个循环。其优点是效率高、油箱小、流量大且方向变换平衡，适用于大功率系统。其主要的缺点为系统需增加补油系统，且产生的热量大，散热困难。在闭式回路系统中，也有阀控和泵控之分，闭式阀控系统局部改善开式系统的缺点，降低安装空间和成本，方向阀换向时，和开式系统一样还有较大的冲击，一般安装有蓄能器。闭式泵控系统有效克服了开式回路的固有局限性，换向冲击小，实现了流量的连续调节。液压系统分类如图4.3所示 图4.3液压系统分类4.2.4确定液压系统方案1） 选择速调回路 采用容积调速和变量泵，通过调节泵的输出流量来实现执行器的速度控制。由于泵仅输出所需的流量，既没有多余的流量经溢流阀的损失，也没有工作流量流过流量控制阀的节流损失，所以，这种调速方法的回路效率高。2） 换向回路的选择 本系统只要求液压缸有两个动作，因而可采用二位四通换向阀，考虑到电液换向阀装有换向时间调节器，切换时压力冲击小，所以选用它。为了使系统保持0.3MPa的压力，供控制油路使用，在换向阀前面设置一个单向阀。3） 压力控制回路的选择（1） 选择卸载回路 当系统只需要输出少量功率或不需输出功率的时候，为了减少系统功率损失和噪声，需要让液压泵停止运转或者在很低的压差下运转。但是如果频繁地启动和关闭液压泵的驱动电机，就会降低它的使用寿命。因此，在系统中增加卸荷回路，使液压泵在接近零压的情况下运转，而驱动电机不停止转动。这样既减少 了系统的功率损失和发热量，又延长了泵和电机的使用寿命。（2） 设计调压回路 调压回路的功用在于调定或限制液压源的最高工作压力。这种回路有多种结构方案，选择时要注意考虑液压源工作压力级以及压力在调节、控制或切换方式上的差异。 在液压系统中，一般用溢流阀来调定泵的工作压力。溢流阀的调定压力必须大于液压缸的最大工作压力和管路上各种压力损失的总和。根据溢流阀的压力特性，在不同溢流量时，压力调定值是稍微有波动的。4.2.5执行元件的选择 执行元件的选择可以通过各个机构的工作要求以及工作环境来选用，以及各零件的工作性能来确定，采用零件搭配适当机构的工作方式，来得到所需的运动方式，从而确定执行元件的选择。4.2.6选择液压基本回路 液压系统的核心是其调速调速回路，它对其他回路的选择往往起决定性作用其他调速回路。机器的液压系统都是都是以调速系统设计的，因此我们必须把液压系统的设计放在首要位置，选择基本回路也是从调速回路开始的。 调速回路一旦确定，则整个液压系统就基本确定了，液压系统的换向以及其他控制阀以及回路都与液压泵有密切的关系。4.2.7液压系统原理图 根据选择的液压回路，则液压系统原理图就基本确定了。因为L形钩提升的是固定质量的钢坯且上升速度均匀则采用恒压变量泵，其液压系统原理图如图4.4，能量装置如图图4.5所示。 图4.4液压系统基本原理图 图4.5恒压变量泵能量源 液压系统工作原理： 上升阶段：换向阀左接通，单向阀接通，油缸无杆腔注油，液压缸上升，这里单向阀作用使液压缸产生背压，减少液压缸上升到极限位置时产生冲击。 下降阶段：当液压缸上升到极限位置时，换向阀左接通，单向阀关闭，有杆腔注油，液压缸下降。4.2.8计算液压缸主要结构尺寸在计算与选择液压元件时首先对液压缸推杆进行运动分析：1） 运动分析： 启动阶段 加速度 位移 恒速阶段 速度 位移 制动阶段 加速度 位移2） 负载分析： 启动阶段 负载 恒速阶段 负载 减速阶段 负载 由于液压缸最大载荷发生在提升钢坯的启动阶段，且与其他工况时负载相差不是太大，由表4-1,预选液压缸的设计压力为2MPa。 表4-1按负载选择设计压力载荷（KN）551010202030305050工作压力（）0.811.522.5334455 表4-2按主机类型选择设计压力 主 机 类 型设 计 压 力/MPa 说 明 机床 精加工机床 0.82 当压力超过32MPa，称为超高压压力 半精加工机床 35 龙门刨床 28 拉床 810农业机械、小型工程机械、工程机械铺助机构与 1016液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械 2032地质机械、冶金机械、铁道车辆维护机械、各类液压机具等 25100 为了使得L形钩在上升和下降时速度相等，并减少所用液压泵的流量，将液压泵的无杆腔作为主腔室，并且在快动时差动连接，则液压缸的无杆腔有效面积与有杆腔的有效面积之比为2：1，即液压缸的内径D与活塞的直径d有d=0.71D。 为了防止工进结束时发生前冲，液压缸需保持一定的回油压力，参考表4-3，暂选背压0.5MPa。 表4-3液压执行元件的背压力 系 统 类 型 背压力/MPa 中低压系统 简单系统和一般节流调速系统 0.20.5 回流背压系统 0.51.5 回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时 0.5 设补油泵的闭式系统 0.81.5 高压系统 忽略不计在这里取液压缸的机械效率为0.9，则液压缸的有效面积 液压缸内径按表4-4选取液压缸的内径为16cm,因为d=0.71D，活塞杆的直径为11.36cm，所以取活塞杆的直径为12cm。 表4-4缸的内径和活塞杆外径尺寸系列 内径尺寸系列/mm 活塞杆外径尺寸系列/mm 8 40 125 280 4 16 36 90 220 10 50 140 320 5 18 45 110 280 12 63 160 360 6 20 50 125 320 16 80 180 400 8 22 56 140 360 20 90 200 450 10 25 63 160 25 100 220 500 12 28 70 180 32 110 250 14 32 80 200则液压缸的实际有效面积为 差动连接快进时，液压缸有杆腔压力必须大于无杆腔压力,其差值估取，并注意启动瞬间液压缸尚未移动，此时；另外，取快退时的回油压力损失为0.3MPa。液压缸壁厚：当缸筒厚内径的比值小于0.1时称为薄壁缸筒，选用液压缸壁材料为45号热轧无缝钢管，调质处理，。取安全系数n=4,缸筒壁厚,其中，材料许用应力，代入数据，取标准值。强度校核：，强度足够。4.2.9计算和选择液压元件1） 液压泵及其驱动电机的计算与选定(1)液压泵最高压力计算 前面已经拟定了液压缸的最高工作压力即，由于整个液压系统较简单估计液压油通过压力损失0.1MPa，则小流量的最高工作压力为 。 （2） 液压泵流量计算 有流量公式 (4-1) 其中A为液压缸的面积，V为推杆的速度，可以得液压缸的速度最大时的流量最大， 对于差动缸回路的液压系统，液压泵的最大流量由式 （4-2）其中-液压泵所需的流量 -最大流量 K-系统的泄漏系数在这里取K=1.2，则液压泵的最大流量为14.4L/min,（3） 确定液压泵规格 根据系统所需的流量，拟初定液压泵的转速为。液压泵的容积效率,则可以选择液压泵的型号。（4）确定液压泵的的驱动功率及电机型号有升降机构的负载分析可知，最大功率出现在恒速上升阶段，已知泵的效率为0.