毕业设计（论文）-连铸连轧卷取机助卷辊的液压系统设计.doc

内蒙古科技大学毕业设计内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目：连铸连轧卷取机助卷辊的液压系统设计学生姓名：学 号：200540401234专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机械05-2班指导老师： 二零零九年六月八日目录摘要.Absrtact第一章 绪论11.1薄板厂连铸连轧简介.12.1地下卷取机设备简介.3第二章 液压系统的方案设计9 2.1 设计说明及题目分析.9 2.1.1设计题目.9 2.1.2基本技术要求.9 2.1.3液压部分基本组成.92.2 设计工况分析.92.2.1配有液压助卷辊的卷取机的工艺要求.92.2.2 AJC技术简介.92.2.3 卷取机技术性能及工况分析112.3 总体设计方案.11 2.3.1 液压系统的设计内容和步骤112.3.2 液压系统设计原则112.3.3 负载分析112.3.4 确定液压系统主要参数122.4 初步拟定液压系统原理.12 2.4.1 系统控制原理的选择122.4.2拟定液压系统原理图.12第三章 液压缸的设计.15 3.1伺服缸的设计特点.153.1.1压缸的分类.153.1.2 伺服液压缸的设计内容和步骤173.1.3设计液压缸密封装置应考虑的因素.193.2 设计液压缸注意的问题.19 3.3缸筒的计算.19 3.3.1 缸筒内径及活塞杆的确定.193.3.2 油缸作用力计算.203.3.3 油缸流量的计算.213.3.4 缸筒壁厚和外径的计算和验算.223.3.5液压缸缸底厚度的设计.253.3.6 液压缸缸体长度的计算.27 3.3.7 缸体和缸盖的连接形式.27 3.3.8 缸体的技术要求.273.3.9 液压缸缸筒材料的选择.283.4 活塞的设计.283.4.1活塞的结构设计.28 3.4.2活塞的材料.283.4.3活塞尺寸及公差.283.5活塞杆的设计.283.5.1活塞杆的材料.283.5.2活塞杆的结构.283.5.3 活塞杆直径的校核.293.5.4活塞杆弯曲稳定性的验算.303.5.5 表面处理.313.5.6加工要求.313.6排气装置.313.7液压缸的安装形式.333.8液压缸的传感器的选择.34第四章 液压元件的选择.36 4.1液压控制阀的分类.364.2液压控制阀的选择.364.3 液压附件的选择.404.3.1管路的选择.404.3.2 管接头的选择.43 4.3.3 液压油的选用.444.3.4蓄能器的选择.464.3.5滤油器的选择.474.3.6液压泵的选用.48第五章 液压集成阀块的设计505.1集成阀块的特点及功用505.2集成阀块的设计原则515.3阀块的设计.515.3.1阀块尺寸的确定.525.3.2阀件油路集成块的设计.555.3.3集成块的底座的设计.565.3.4阀板的尺寸控制.565.3.5材料设计.575.3.6精度设计.575.3.7功能部件的设计.57第六章 液压系统的性能验算.59参考文献.64结束语.65卷取机助卷辊液压系统设计摘要卷取机是带钢热连轧生产线上的关键设备，其作用是控制轧机出口张力和将带钢卷成卷早期的卷取机采用连续压靠和连续打开方式工作，由于助卷辊不能及时的避让带钢卷取过程中的层差。层差部位通过助卷辊时，会产生强烈的振动，对设备造成严重的危害，并且造成带钢表面的缺陷以及头部的尾部的部分次品。于是引进了踏步式液压卷取机。本设计对踏步式液压卷取机进行了分析，首先是对该卷取机的概况有了一定的大致了解，然后是卷取机助卷辊的整体方案设计包括卷取工艺、AJC技术简介和其液压控制系统的方案设计，同时对它所使用的液压缸以及液压元件进行了设计和选择，并且根据各阀的布置对集成阀块进行了设计，最后对它的液压系统的性能进行了验算。关键词：卷取机、AJC、液压缸、液压系统、集成阀块The coiler helps the winding up roller hydraulic system designAbstractThe coiler is the hoop hot company rolls over on the production line the essential equipment, its function is controls the rolling mill exportation tensity and coils the hoop the volume early time the coiler to use the continual pressure to depend on with opens continuously the way work, because helps the winding up roller not to be able prompt to give way to traffic the hoop volume to take in the process the level difference.The level bad spot through when helps the winding up roller, can have the intense vibration, causes the serious harm to the equipment, and creates the hoop surface the flaw as well as the forehead rear part partial second quality items.Therefore has introduced the steps type hydraulic pressure coiler. This design has carried on the analysis to the steps type hydraulic pressure coiler, first was had certain approximately understanding to this coiler survey, then was the coiler helps the winding up roller the overall plan design to take the craft, the AJC technology synopsis and its hydraulic control system project design including the volume, simultaneously the hydraulic cylinder as well as the hydraulic pressure part which used for it have carried on the design and the choice, and acted according to various valves the arrangement to carry on the design to the pile-up valve block, finally has carried on the checking calculation to its hydraulic system performance. Key word: Coiler, AJC, hydraulic cylinder, hydraulic system, pile-up valve block第一章 绪论1.1薄板厂连铸连轧简介自1989 年 7 月美国纽柯公司克劳福兹维尔厂建成投产世界上第一条薄板坯连铸连轧生产线以来 ,薄板坯连铸连轧生产技术取得了举世瞩目的成绩 ,被誉为钢铁工业的 “第三次技术革命” 。目前 ,世界各工业发达国家和钢铁工业大国相继开发了独具特色的薄板坯连铸连轧生产技术 ,这些技术主要包括:德国西马克公司 CSP ( Compact St rip Produc2tion)技术、 德国德马克公司的 ISP( Inline St rip Pro2duction)技术(现上述两公司已合并) 、 意大利达涅利公司的 F TSC ( Flexible Thin Slab Casting for Quality)技术、 奥钢联的 CONROLL 技术、 日本住友与三菱公司开发的 QSP (Quality St rip Produc2tion)技术、 美国蒂平斯公司的 TSP ( Tipping2Sam2sung Process)技术等1 。最近 ,奥钢联与阿维迪共同开发了一条新的薄板坯连铸连轧生产线。这个厂以一台250 t EAF 炉、 一台 L F 炉、 一流 90/ 70 mm厚薄板坯连铸机 ,以 7 m/ min 的拉速(有望达到 8m/ min) ,不通过隧道窑 ,不用热卷箱 ,仅以 10 m 左右距离间隔直接喂入 R1 R2 R3 机组 ,再进入 F1F2 F3 F4 F5 机组 ,一流铸机的年产量为 150万 t。绝大部分产品是厚度为0. 82. 0 mm的热轧卷 ,然后再酸洗、 镀锌 ,实现以热代冷。预计该生产线将在 2008 年下半年在意大利的克利蒙纳建成投产。该作业线从中间罐到卷取机的长度约 180 m。截至 2007 年 10 月 ,世界上已建成投产的和部分在建的各种不同类型的薄板坯连铸连轧生产线共计 54 条、 铸机 86 流 ,总的生产能力约为9 200 万 t。其中 CSP 线 29 条、 铸机 47 流 ,占薄板坯连铸机总产能的 50 %以上。世界各国建设薄板坯连铸连轧生产线和产能统计见表 2 ,从统计结果中可以看出 ,薄板坯连铸连轧生产线的建设主要集中在中国和美国 ,两国占世界薄板坯连铸连轧总生产能力的 57. 0 % ,其中中国占35. 7 % ,位居世界第一。早期的第一代薄板坯连铸连轧技术是以美国纽柯公司的生产线为代表 ,其主要以电炉 + L F 炉与 5机架精轧机组相匹配;连铸坯厚度为 50 mm ,连铸机的通钢量为 2. 53. 0 t / min ,生产线产能一般为双流 160 万 t。早期的第一代薄板坯连铸连轧技术产品主要是以其特有的流程优势(包括:生产成本低、 能耗低、 投资少等)与传统的热连轧生产在低档品种市场方面进行竞争。随着转炉与薄板坯连铸连轧生产线匹配的应用 ,第二代 CSP 生产线在总结第一代 CSP 生产线的经验的基础上 ,确定在产品中包括较大比例的小于 2. 0 mm 厚度的薄规格产品 ,把最小厚度定在018 mm ,经过热轧镀锌后 ,以取代一部分冷轧产品为目标;在产品开发方面还包括了低合金高强度板、深冲用板以及硅钢和不锈钢等。在 1999 年 3 月投入生产的德国 TKS( Thyssen Krupp Stahl)厂的 CSP 生产线 ,被称为是第二代的薄板坯连铸连轧生产线。除 TKS厂以外 ,中国马钢和涟钢所建设的 CSP生产线也属于第二代的。第二代 CSP生产线的最新发展是 2001 年 8 月投入生产的意大利 AST厂的新的 CSP 生产线。与TKS厂 CSP生产线不同的是这条线更突出 CSP 工艺在生产高合金成分的特殊钢(不锈钢、 硅钢等)品种方面的开拓和进步。在工艺技术上也更加注重在炼钢 ,尤其是连铸部分的新技术的采用。由于注重了连铸机与热连轧机产能的匹配、 注重了高附加值产品的开发 ,第二代的薄板坯连铸连轧技术具有以下突出特点:(1) 铸坯厚度增厚到 7090 mm ,铸机冶金长度增加;(2) 采用了液芯压下、 电磁制动、 漏钢预报等连铸新技术;(3) 铸机通钢量提高到 3. 33. 7 t / min ;(4) 有的隧道炉长度延长到 240300 m ;(5) 连轧机特点:轧机组成: F67 或 R12 +F56 ,采用半无头轧制、 超薄规格轧制技术 ,扩大了厚度 2. 0 mm的产品比例 ,实现了以热代冷;电机功率增大 ,以便进行铁素体轧制。(6) 年产规模扩大:单流生产能力 120150万 t ,双流达到 200250 万 t。第二代典型薄板坯连铸连轧生产流程示意图见图 1热轧工艺：转炉精炼炉连铸切头辊式加热事故剪高压水除磷F1F6热连轧层流冷却卷取喷验、称重热板卷。卷取过程：带钢经最后一架出来后，又经过冷却线入口侧导板夹送辊助卷辊卷取机卷筒卸卷小车带卷收集器。流程具有生产薄规格带卷的优势 ,然而我国薄板坯连铸连轧生产板卷的板厚大都在 3mm以上 ,而且有的工厂还放弃生产薄规格板卷(2mm) ,全国薄规格板卷的产品只占总量的 7 .12% ,如果能生产薄规格板卷 ,可充分发挥薄板坯连铸连轧的优势 ,提高节能效益 ,降低生产成本 ,替代部分冷轧薄板。2.1地下卷取机设备简介地下卷取机一般布置在输出辊道末端地坪下面。卷取机设计为三辊式卷取机，助卷辊具有各自的弧形护板和辊子传动装置，弧形护板有液压操作。 助卷辊液压系统的功能如下： 板带进入前，助卷辊辊缝调节头几圈卷取过程中的踏步控制在板带完成卷取之前，根据预先计算的带卷直径，助卷辊预定位在液压控制下卷筒能够膨胀预膨胀、回缩当板带进入卷取机之时，卷筒处于预膨胀状态，在卷筒卷取了最初的几圈后，卷筒将膨胀。卷筒用两个两列滚柱轴承和外支撑轴承支撑变速减速机传动装置放在电机和卷筒之间，用以卷取厚带钢时增加转矩为了保证安全、快速的维修卷取机，卷取机可以撤到轧制线旁边。 图2.1 地下卷取机1）.卷取机卷筒卷筒是地下卷取机的主要组成部分。带钢借助助卷辊和弧形导板卷绕于卷筒上，使轧制带钢卷取成卷。卷筒由主轴、扇形板、芯轴、胀缩缸等组成。近年来随着带卷厚度、卷重、张力以及卷取速度的不断增加，在卷筒的悬臂端设置了活动支承，从而消除了卷筒对于助卷辊和央送辊之间的不平行度和卷筒悬臂端的振动，提高了钢卷质量。在热连轧机组设备中，地下卷取机卷筒的工作条件最恶劣，因此要求其结构坚固、可靠、便于维修。 目前卷筒的胀缩结构多采用斜楔式和柱楔式，连杆式的已很少采用。其中柱楔式卷筒的扇形板与柱楔之间不是斜面接触，柱楔芯轴装在主轴中间，因而主轴与扇形板结构简单、加工方便、便于更换。 卷简直径常用的有800、762、750、710、500、450毫米等几种，但采用762毫米(30英寸)的较多。为了冷却扇板和主轴等，在卷筒主轴内部设有冷却水通道。卷筒工作时通常足够的冷却水对卷筒进行冷却，对于提高扇形板寿命和保持斜楔面的润滑条件是很重要的，为了防止冷却水造成腐蚀，常在高负荷摩擦面上对焊青铜或者装设铬钼合金钢垫板。2）.助卷辊助卷辊由辊子、弧形导板、摆动机构以及辊缝调整装置组成。助卷辊与卷筒之间构成的辊缝，必须能给带钢头部以足够的送进力，使带钢沿卷筒周围的环形辐缝弯曲成形。特别是1号助卷辊，常称为成形辊，它与卷筒形成的送进力除克服导板的摩擦阻力之外，还要将带钢头部弯曲戍与卷筒的曲率相近的弧形。经过其他助卷辊的送料和导向作用，带钢便卷绕在卷筒上。由于把带钢卷绕在卷筒上的头几圈需要较大的卷绕力，而且还要使带钢在送料辊与卷筒之间能建立起必要的张力，因此助卷辊与卷筒的驱动装置应具有足够的功率。为防止带钢在送料辊与卷筒之间的倾斜导板中产生堆积，上述这一过程必须迅速完成(咬入速度可达12米秒)。为此，卷筒的线速度比带钢的速度高10以上。而助卷辊的速度比卷筒还要高一些。 助卷辊在咬人时一般均处于合拢状态。而在卷取过程中则要根据带钢的材质、厚度决定其工作状态(打开、合拢)。卷取较硬材料或者较厚带钢时，1号助卷辊在整个卷取过程或者进入卷取尾段之前一般都处于合拢状态。 助卷辊的直径一般为43004400毫米，每个辊作用于带钢上的压力往往相等。助卷辊的打开和合拢一般由气缸通过连杆来实现。为了有效地利用助卷辊电动机的扭矩，气缸的推力应满足助卷辊与带钢之间不会产生打滑的条件。通常一个助卷辊设置一个气缸，多由单独的压缩空气站来供气。空气压力可根据压紧力的需要进行调节，一般采用7一10公斤厘米。 助卷辊工作中所受冲击负荷较大，根据在管坯连轧机卷取机上的试验，设置缓冲弹簧的助卷辊承受的负荷约为不设缓冲弹簧的40倍。因此，一般均设置缓冲座，以减缓带钢头部对助卷辊的冲击和引起的弹跳。从而提高摆动机构卷取质量和寿命。助卷辊与卷筒之间的辊缝可以调节。辊缝的大小可以根据带钢的厚度、材质以及助卷辊的压力来确定。辊缝过大带钢易产生打滑；辊缝过小，带钢咬入时冲击较大、易于起套。辊缝对于带钢的卷取质量是有影响的。3） 夹送辊 夹送辊设在卷取机前面，目的是将带钢引向卷取机，并使卷取中形成所要求的张力。夹送辊主要由机架、上夹送辊装层硬质合金，它通过轴承座固定在回转式摆动架上，摆动架的上下摆动由固定在机架上的两个液压缸来驱动。下夹送辊由轴承座固定在机架上，轴承座旁边有一个夹紧缸将下夹送辊夹紧。为了防止带钢表面被擦伤，上夹送辊中心比下夹送置、下夹送辊装置、夹送辊传动机构导板和弹簧、平衡装置等主要部分组成。上夹送辊是空心焊接结构，其表面堆焊一辊偏移200mm，这样带钢头部由于上夹送辊的偏移而产生弯曲，相切于上导板而进入卷简和助卷辊之间。下夹送辊辊面标高通过垫板调整。上夹送辊采用弹簧平衡装置，由于上夹送辊是在平衡的状态下进行辊缝设定的，弹簧平衡装置消除轴承的间隙，确保辊缝调整的精确。夹送辊的辊缝和夹紧力的调整都是通过液压缸进行的，辊缝根据不同的板厚进行设定，辊缝过大保证不了正压力，形成不了张力，卷不齐钢卷；辊缝过小冲击大。上、下夹送辊夹力的修正系数随带钢卷形进行修正。4个机架辊排列在下夹送辊前的机架之间，是表面喷焊硬质合金的空心辊子，它的作用和输出辊道一样，也同输出辊道一起控制。在下夹送辊后面设有活门，它是一种卷钢闸门，活门的开闭是由装在机架上的两个液压缸来控制的。上夹送辊通齿轮和万向接轴传动，下夹送辊通过万向接轴直接传动。在活门下面设有斜槽板，将带头导入卷筒，由气缸操作。.4）. 2个带有抽出液压缸的传动基架传动基架：承放卷筒及助卷辊的驱动电机、变速减速机驱动装置、中间减速机驱动装置和用于卷筒和变速减速机传动的液压控制装置以及助卷辊的液压控制机构，钢结构支架。2个抽出液压缸：用于拉出地下卷取机捣维修位置液压缸固定在基础上。5）.卷取机设备管线卷取机设备管线用于供应不同介质到阀块、液压缸、喷水梁、润滑消耗点结构：管线及接头：刚件，用于输送冷却水、液压油、压缩空气润滑稀油及润滑干油软管：用于柔性连接润滑: 助卷辊的中间减速机和变速减速机构连接到集中稀油润滑系统。干油润滑点连接到集中干油润滑系统冷却水阀：地下卷取机的开路循环冷却水由电磁阀独立开关电磁阀直接安装在水阀上 用于控制以下系统：夹送辊冷却系统，2个阀 助卷辊冷却系统，1个阀 带圈外卷冷却系统，1个阀 夹送辊前侧喷冷却，1个阀6）. 2台带卷卸卷小车 小车轮子在卷筒下端的轨道上运行。卸卷小车用于从卷筒上接收带卷，并运送到带卷存放架上。提升台用于接受带卷，并且当卷取最后一圈进行带尾定位时压住外圈。 结构： 车架:焊接件，车轮配有耐磨轴承，提升台导板配有青铜滑衬 提升台:焊接件，滑动的提升台，钢制的实心辊，配有耐磨轴承，非传动辊，提升台为液压控制，有科切换的辊子防转装置。 提升传动装置：液压缸安装在车架上 移动传动装置：液压缸安装在卷取机驱动侧基础上，并经连杆连接到车架上辊子：实心辊，配有向心滚柱轴承防转装置：布置在辊子之间，紧固到提升台上拖链：柔性连接用于液压、干油润滑的介质动力线管线及接头:钢件用于输送液压油及干油软管：用于柔性连接润滑：连到集中干油润滑系统带卷存贮架：焊接钢结构，不知在卷取机附近，用于从带卷小车到带卷运输机暂存控制功能 带卷小车运送位置检测 带卷小车提升台位置检测 带卷小车提升台移动压力控制 托辊运动锁定7）.侧导板横移设备一般布置在轨道桥架上入口侧导板处 结构： 侧导板驱动:由两个液压缸驱动，一边一个位置及压力可调 装置：液压装置缸在齿条上移动，齿条与导板相连，每侧液压缸配有位置传感器，每侧通过轴同步运动 横梁：钢结构件用于安装调节系统及液压缸齿轮箱：与液压缸相连接彼此通过轴保持同步运动管线及接头：钢件，用于液压油、压缩空气及干油供给软管：用于柔性连接润滑：连到集中干油润滑系统第二章 液压系统的方案设计2.1 设计说明及题目分析2.1.1设计题目连铸连轧卷取机助卷辊的液压系统设计2.1.2基本技术要求 助卷辊：380mmX1700mm辊身长度 最大卷重：28t 助卷辊液压缸速度：150mm/s 卷取机最大速度：15m/s 带卷直径：1000-1500mm 板带厚度：最大20mm 液压驱动所完成的各项动作2.1.3液压部分基本组成 a动力单元：液压站 蓄能器站b.系统回路：控制阀组 液压缸组2.2 设计工况分析2.2.1配有液压助卷辊的卷取机的工艺要求1）.助卷辊进行液压伺服控制，具有很高的位置精度2）.伺服系统对液压缸具有很高的压力控制能力3）.对整体机构进行优化，是结构紧凑重量小4）.调整液压缸与助卷辊间无弹性元件2.2.2 AJC技术简介卷取机的AJC控制即助卷辊的自动跳步控制。对薄规格的热轧带钢，其头部在芯轴上开始卷取时，在助卷辊的压力下，容易在后续带钢上产生压痕，影响产品的表面质量和形状，AJC功能控制助卷辊在压力控制和位置控制模式问转换，当带钢头部通过助卷辊时，助卷辊从压力控制模式转换为位置控制模式，助卷辊抬起一定的高度，使带头通过。带头通过以后，助卷辊从位置控制模式转换为压力控制模式，继续对带卷保持一定的夹持力，保证良好的卷形。2.2.3 卷取机技术性能及工况分析卷取机的技术性能包括以下几个方面：1）.由一号助卷辊将带钢沿辊缝引入而不需要在带钢和卷筒之间施加助卷力2）.根据制定的轧制计划，控制最后的助卷辊的助卷压力3）.实现卷筒膨胀的位置控制，以便保证在卷筒和助卷辊之间有足够的空间使钢卷滑出卷取机设计为液压三助卷辊地下式卷取机，技术参数如下：卷筒 膨胀状态直径762mm 收缩状态直径727mm助卷辊 辊身长度卷取机牌坊净空 2350mm最大速度 15.0最大卷重 28t单位卷重 最大18Kg/mm带卷直径 10001950mm板带厚度 最大20.0mm卷取机助卷辊跳步控制过程分析第一步：带钢头部进入夹送辊前，计算机将辊缝的设定值分别送给各助卷辊辊缝的执行机构三个助卷辊全部按照设定值摆好，当带钢头部进入夹送辊时，辊缝还将再一次进行校准计算。第二步：带钢头部进入1号助卷辊，该助卷辊压力随即增大，通过液压缸进行调节，以保持辊缝恒定第三步：带钢进入2、3号助卷辊时，控制过程与1号相同第四步：带钢完成第一圈后，头部再次接近1号助卷辊，1号助卷辊开始第一个跳步，这个跳起的辊缝值相当于卷筒和助卷辊辊缝增大到带钢厚度时再增加一个安全系数，附加的安全系数用以确保带钢的顺利通过。第五步：带钢头部通过1号助卷辊后，1号助卷辊的控制方式再次转换为压力调节，助卷辊的动作直至接触带钢，帮助带钢卷绕成型并且缠紧。第六步：带钢头部接近2号和3号助卷辊开始跳步动作控制过程与1号助卷辊相同第七步：该控制方式一直延续到卷筒成功建立张力为止，然后助卷辊打开，如果带钢过宽或者过厚，则1号或者1号和3号保持与带钢接触状态，以提供附加的弯曲力矩助卷辊的位置控制通过伺服阀驱动液压缸实现，根据输入的电信号对液压缸活塞运动方向和位移进行控制。每个助卷辊的液压缸都有传感器，检测液压缸活塞两侧的压强和位置，传感器随着活塞杆装入液压缸内，实现位置检测。2.3 总体设计方案 2.3.1 液压系统的设计内容和步骤 液压系统的设计主要是采用经验法，它所研究的内容包括液压系统图的绘制液压缸活塞的选择以及其他液压元件的选择，包括液压控制阀、管道、管接头、液压油、蓄能器、滤油器和液压泵的选用，最后还包括液压系统性能的验算。液压系统的设计步骤：1）.明确设计依据进行工况分析2）.确定液压系统主要参数3）.拟定液压系统图4）.拟定元件设计和选择5）.液压系统性能验算6）.绘制正式工作图，编制技术文件2.3.2 液压系统设计原则 从设计出发，注意吸收国内外先进技术力求设计出重量轻、体积小、效率高、成本低性能好、操作方便的液压装置。2.3.3 负载分析工作机构做直线往复运动时，液压必须克服外负载F=Fe+Ff+Fi式中 Fe工作负载 Ff摩擦负载 Ft惯性负载 1).常见的工作负载有重力、切削力、挤压力等。这些力如果和运动对象的运动方向相同为正相反为负。 Fe=2.8N 2).由于物体之间存在相互运动，摩擦是不可避免要产生的，于是便产生了摩擦负载Fsmax=（Fs+Fd）Fe=（0.2+0.08）2.8=78400N 3）.惯性负载是由物体做变速运动时所产生的 Ft=GV/(gt) （21）G为惯性力（运动部件所受重力） g重力加速度V/t单位时间的速度变化值，t启动或者制动时间一般机床去t=0.10.5m/s，行走机械V/t可取0.51.5m/可估计运动部件总质量M=120Kg，故Ft=1200N液压缸在一个工作循环中要经历以下几种负载工况：启动加速阶段 Fw= Fe+Ff+Fi=280000+78400+1200=359600N 稳态运动阶段 Fw=280000+78400= Fe+Ff=358400N减速制动阶段 Fw= Fe+Ff-Fi=280000+78400-1200=357200N 工作负载不是每一个阶段都有如果该阶段没有工作则Fe=02.3.4 确定液压系统主要参数 液压系统的主要参数是压力和流量，它是设计液压系统、选择液压元件的主要依据。压力决定于外负载，流量决定于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。原定系统的压力为21Mpa。2.4 初步拟定液压系统原理 2.4.1 系统控制原理的选择 根据上面的工况分析可以知道，系统一概采用伺服控制系统伺服系统的控制方案主要是根据设计要求，如被控物理量的类型、控制功率的大小、执行器的运动方式各种静动态特性指标以及环境和价格因素所考虑决定的2.4.2拟定液压系统原理图 拟定控制方案注意的问题1）.采用开环控制还是闭环控制 要求结构简单、造价低控制精度不需要很高的场合宜采用开环控制;反之，对外界干扰敏感、对控制精度要求严格的场合需采用闭环控制。由于此液压控制系统对压力控制和位置进度控制的要求很高，故采用闭环控制系统。2）.采用阀控还是泵控 凡要求频带宽、响应快、结构简单、控制精度高，而不计较效率低、发热量大、参数变动范围大的小功率系统有限采用阀控系统;反之，凡追求效率高、发热量小、参数量值比较稳定、温升有严格限度，而允许结构复杂些、造价高些、频率低些的大功率系统可以采用泵控系统。因为此系统要求响应快、控制精度高，故采用阀控系统。3）.执行器采用液压缸还是液压马达液压缸和液压马达都是液压系统中的执行机构件，属于能量转换装置。液压缸将系统的液体压力能转换为工作部件做直线运动或者摆动的机械能；液压马达是将系统的液体压力能转换为工作部件做连续旋转运动的机械能。因为此系统做的是直线运动，所以此系统应该采用液压缸作为执行器。拟定液压系统原理图应该注意的问题1）.组合基本回路时，要注意防止回路间可能存在相互干扰2）.提高效率，防止系统过热3）.还要采取保护措施，减小系统震动、冲击、噪声、油污染混啊经等，对高温、低温、潮湿、腐蚀、灰尘等使用场合，应有专门使用措施4）.确保系统尽量按却可靠，尽量提高身背运转率，当系统有过载危险存在时，应该装有设备安全阀。5）.为了制造周期便于互换和维修，应该尽量采用标准化元件6）.为了调整和检测方便，在拟定液压系统图时就要在需要检测系统参数的地方设置工艺接头以便于安装检测仪表主回路的选择：根据助卷辊的动作回路要实现的功能是调压回路、调速回路，另外为了维修方便可以设置一些测试点，系统选择伺服阀进行调速和调压，同时并联一个由换向阀组成的快速伸出与快速退回以及当伺服阀失效时候的操作回路，同时用液控单向阀实现自锁。初选液压系统图如图所示 图2.2 液压系统原理图第三章 液压缸的设计3.1伺服缸的设计特点3.1.1压缸的分类液压伺服系统所用的液压缸统称为伺服缸，它是液压伺服系统应用最多的执行器，它在将液压能转化为机械能的同时，对工作机构进行控制。由于伺服液压缸是工作在电液伺服系统的闭环回路中，是回路中一个关键环节，其性能指标直接影响系统的精度和东、精态品质，所以它与一般传动系统所用的液压缸在结构性能、方面具有较大的不同，要求很高。伺服液压缸总是和电液伺服阀、反馈传感器组成一体，成为一个独立的产品。表3.1 传动液压缸与伺服液压缸的比较比较传动液压缸伺服液压缸功能方面作为传动执行器，用于驱动工作负载实现工作循环运动满足常规运动速度及平稳性要求作为控制执行器，用于高频下驱动工作负载，实现高精度、高响应伺服控制强度满足工作压力和冲击压力下强度要求满足工作压力和高频冲击压力下强度要求刚度一般无特别要求刚度要求高稳定性要求满足压杆稳定性压杆稳定性要求高导向要求良好的导向性能满足重载或偏载要求要求优良的导向性能，满足高频重载偏载要求连接间隙连接部位配合良好无较大间隙不允许存在游隙缓冲高速缸应考虑行程断定缓冲伺服控制不碰缸底，不必考虑缓冲安装只需考虑缸底与缸座、活塞杆与工作机构连接除考虑与机座与工作机构的连接，还应考虑传感器及伺服控制阀块的安装摩擦力启动压力要求较小启动压力和运动阻力要求较低泄露不允许外泄漏，内泄露较小不允许外泄漏，内泄露较小寿命要求较高的工作寿命要求很高的工作寿命清洁度要求较高的清洁度要求很高的清洁度伺服缸的分类1）.按运动形式分为直线往复式伺服缸和选装往复式伺服缸2）.按对称性分为双杆伺服缸和单杆伺服缸。双杆伺服缸双向输出特性相同，多用于速度、位置伺服系统；单杆伺服缸双向输出特性不同，多用于力控制伺服系统。3）.按在系统中的作用分为位置伺服缸和力伺服缸。位置伺服缸在电液位置伺服系统中去控制被控对象，缸上装有位置传感器；力伺服缸在电液位置伺服系统中给被控对象施加载荷，缸上装有负载传感器。4)按传感器安装方式分为内装传感器伺服缸和外装传感器伺服缸。内装传感器伺服缸的位置传感器安装在活塞杆内腔，以便更好的保护传感器；外装传感器伺服缸的传感器安装在缸筒的外侧，以便于安装调试5）.按支撑活塞杆的方式分为接触式摩擦副支撑的伺服缸和非接触式静压支撑的伺服缸。接触式摩擦副支撑的伺服缸的活塞与缸筒、活塞杆与端盖之间用橡胶密封圈压缩密封原理，用地摩擦密封件组成摩擦副支撑活塞杆，较为常用；非接触式静压支撑的伺服缸的活塞与缸筒、活塞杆与端盖之间用间隙密封与静压支撑原理，组成非接触式无摩擦副静压静压支撑，常用于高响应伺服系统。3.1.2 伺服液压缸的设计内容和步骤表3.2 伺服液压缸的设计内容和步骤设计步骤设计内容1明确设计要求机器设备及液压伺服系统的技术要求是设计伺服液压缸的原始依据和出发点这些要求与整个液压伺服系统的设计要求类同，包括被控对象，被控参数，负载特性，主要性能参数(如最低启动压力、最大输出力、最大行程、最大输出速度、固有频率等)，供油条件，使用环境，安全性、可靠性和寿命，外形尺寸与重量，安装方式与连接尺寸，成本指标等 设计师应首先逐一分析上述要求，确定伺服液压缸的类型，并绘制负载特性曲线；然后，分析性能参数，并确定按负载匹配或是最大负载点作为伺服液压缸的设计点2选定反馈传感器如果在系统设计时已经选定反馈器，则应将该情感器的型号、规格及样本提供自伺服液压缸的设计者。否则，应按伺服缸的类型选择传感器的类型(位移传感器还是负载传感器)；按输出精度指标确定传感器的精度等级；按可靠性和寿命要求，确定自感器的质量级别；根据选定型号传感器的外形尺才，确定伺服缸安装传感器的方式女连接尺寸。3确定伺服液压缸的活塞有效面积及主要结构尺寸活塞的有效面积科根据选定的伺服系统的供油压力和最大输出点的负载力用解析法或近似计算法进行确定。伺服液压缸的工作行程S，主要依据机构的运动要求而定。较小的行程可以减小控制容积V，对提高液压固有频率Wh即对提高系统的频率响应有利。通常伺服缸的行程应比2倍振幅再长出612mm。为了简化工艺及降低成本，应尽量采用GB2349一l 980所给的标准系列值。确定工作行程时还应考虑传感器的尺寸与被控对象的连接方式、支承座的固定形式4选定伺服阀伺服阀应该通过阀块直接与液压缸相连，减小控制容积从而提高液压固有频率即提高系统响应速度5确定缸的结构形式1）根据工况与使用场合，确定固定件2）根据安装要求确定安装方式 3）根据与控制对象的连接方式，确定输出端的结构及连接尺寸 4）根据最大工作行程、传感器的安装方式确定缸简与缸盖、活塞与活塞杆的结构形式与尺寸，绘制整体结构草图6零部件强度设计计算伺服液压缸的零件主要有缸筒、活塞杆、端盖、支承座、受力零件连接件等，基本上与液压传动用得普通液压缸计算方法相同，可以参照其进行强度计算和校核7密封装置的设计伺服液压缸要求低摩擦、无外漏、无爬行、无滞涩、高响应长寿命，要求满足伺服系统静态精度、动态品质的要求，所以它的密封与支承导向设计极为重要，不能简单地延用普通液压缸的密封与支承导向。应根据最低启动压力、快速性要求、频率特性选定密封类型，进行密封装置设计并与支承导向设计统一进行，统筹安排。8设计排气装置与防护装置在伺服液压缸的上方应该设有放弃装置以保证有枪中无空气存在；为保证传感器和活塞杆免受粉尘和水汽污染，应设防护装置9绘制正式工作图编制设计资料正式工作图包括总装图、非标准零件图等绘制的设计资料包括方案论证、拟定报告、设计计算说明书专用技术文件及技术大纲等3.1.3设计液压缸密封装置应考虑的因素表 3.3 液压缸密封装置应考虑的因素序号考 虑 因 素1用于微速（35mm/s）运动的场合不得有爬行、黏着滞涩现象2工作在高频震动的场合，密封摩擦力应很小且为恒值，耐磨、厂寿命3工作在视频加工、制药以及易燃环境的伺服液压缸，对密封性要求尤为突出，不得有任何的外泄漏，否则直接威胁人体健康和安全4工作在诸如冶金电力等工业部门