毕业设计（论文）-武钢一炼钢连铸切割小车液压系统设计.doc

毕毕 业业 （设（设 计）计） 论论 文文 题题 目：目：武钢武钢炼钢连铸切割小车液压系统设计炼钢连铸切割小车液压系统设计 学学 院：院： 机械自动化学院机械自动化学院 专专 业：业： 机电一体化机电一体化 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 日日 期：期： 2014.42014.4-2014.5-2014.5 武汉科技大学专科生毕业设计武汉科技大学专科生毕业设计 摘摘 要要 连铸即为连续铸钢的简称，其具体流程如下：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬 壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。在钢 铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。 而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。 与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。 Abstract Continuous casting is referred to as continuous casting, the specific process is as follows: molten steel through a water-cooled mold, the cemented hard shell from the bottom of the mold outlet continuous pull out all solidified and cut into billets casting, water spray to coolprocess. In the steel plant production of various kinds of steel products, the solidification of molten steel molding in two ways: the traditional mold casting method and the continuous casting method. The continuous casting technology in the 1950s in the United States and Europe is a direct casting of molten steel forming the advanced technology. Compared with traditional methods, continuous casting technology with a substantial increase in metal yield and casting quality, energy conservation and other significant advantages. Key words: Continuous casting production; hydraulic drive; security 武汉科技大学专科生毕业设计武汉科技大学专科生毕业设计 目目 录录 1 绪论绪论 .1 1.1 背景及工艺背景及工艺 .1 1.2 设计任务设计任务 .1 1.2 .1 题目名称题目名称 .1 1.2 .2 主要技术参数及要求主要技术参数及要求 .1 1.3 设计方案设计方案 .2 2 液压系统的计算与选型液压系统的计算与选型 .2 2.1 系统工作压力的确定系统工作压力的确定 .2 2.2 执行元件的计算与选型执行元件的计算与选型 .3 2.2.1 升降液压缸升降液压缸 .3 3 2.2.2 旋转液压缸旋转液压缸 .4 2.3 执行元件速度的计算执行元件速度的计算 .5 2.4 执行元件流量的计算执行元件流量的计算 .6 2.4.1 升降液压缸升降液压缸 .6 2.4.2 旋转液压缸旋转液压缸 .6 2.5 绘制液压系统工况图绘制液压系统工况图 .6 2.5.1 流量循环图流量循环图 .6 2.6 动力元件的计算与选型动力元件的计算与选型 .7 2.6.1 液压泵的选型液压泵的选型 .7 2.6.2 电动机的选型电动机的选型 .7 2.7 控制元件的计算与选型控制元件的计算与选型 .7 2.7.1 升降液压缸回路升降液压缸回路 .8 2.7.2 旋转液压缸回路型旋转液压缸回路型 .9 3 液压辅助件液压辅助件 .10 3.1 油箱的选择油箱的选择 .10 3.2 蓄能器的选择蓄能器的选择 .11 武汉科技大学专科生毕业设计武汉科技大学专科生毕业设计 3.3 滤油器的选择滤油器的选择 .12 3.4 冷却器的选择冷却器的选择 .14 3.5 加热器的选择加热器的选择 .16 3.6 管道的选择管道的选择 .17 3.6.1 管子的分类管子的分类 .17 3.6.2 管子的计算与选择管子的计算与选择 .18 4 液压系统性能验算液压系统性能验算 .20 5 液压站的设计液压站的设计 .20 5.1 液压站得结构设计液压站得结构设计 .20 5.2 液压叠加回路设计液压叠加回路设计 .21 5.3 液压系统的安装液压系统的安装 .22 5.4 管路的安装与清洗管路的安装与清洗 .23 5.5 液压系统的维护液压系统的维护 .23 6 结束语结束语 .23 致谢致谢 .24 参考文献参考文献 .25 精品 1 1 绪论绪论 1.11.1 背景及工艺背景及工艺 如图1.1所示为连铸机的系统，连铸机主要由中间罐、结晶器、振动机构、 引锭杆、二次冷却道、拉矫机和切割机组成。其主要的生产流程为：将装有精 炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包， 中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之 一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶 器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。 连铸自动化控制主要有连铸机拉坯辊速度控制、结晶器振动频率的控制、 定长切割控制等控制技术。 图 1.1 连铸机结构示意图 铸铁经过水平连铸方法生产的型材，无砂型铸造经常出现的夹渣、缩松等缺陷， 其表面平整，铸坯尺寸精度高(土L 0mm)无需表面粗加工，即可用于加工各种零 件。特别是铸铁型材组织致密，灰铸铁型材石墨细小强度高，球铁型材石墨球 细小园整，机械性能兼有高强度与高韧性结合的优点。目前国际上铸铁型材已 广泛运用到制造液压阀体，高耐压零件，齿轮、轴、柱塞、印刷机辊轴及纺织 机零部件。在汽车、内燃机、液压、机床、纺织、印刷、制冷等行业有广泛用 途。 1.21.2 设计任务设计任务 精品 1.2.11.2.1 题目名称题目名称 武钢炼钢连铸切割小车液压系统设计 1.2.21.2.2 主要技术参数及要求主要技术参数及要求 1、切割枪夹紧油缸行程200mm，负载5T； 2、切割枪抬起油缸行程500mm，负载5T； 3、系统最高工作压力不高于20MPa； 4、系统应能完成连铸尾切割工艺过程要求。 1.31.3 设计方案设计方案 此次设计主要是对连铸切割液压系统的设计。在现代工业生产中，自动化 程度越来越高，而液压系统也因为其易于实现自动化，又易于实现过载保护， 在工作平稳，可无级调速等优点而被广泛应用。在连铸切割控制和动作方面采 用液压系统是发展趋势，现在也已经广泛应用于实践中，其液压系统的设计要 求要更安全、更可靠，而且要求能够平稳、准确地完成连铸切割的一系列动作。 一般炼钢连铸车间分为炼钢区和连铸区两部分,分别对应炼钢、连铸两个专 业。连铸区一般分为出坯跨、铸坯横移跨、切割跨、浇铸跨;与炼钢区的吊车比 较吊车吨位小、轨面标高低,只有在浇铸跨吊车会达到160t、轨面标高30m左右。 厂房内主要工艺结构主要有:连铸机平台和一些小的设备平台。炼钢区一般分为 钢水接收跨、转炉跨、加料跨、铁水预处理和废钢跨(此跨也有可能是独立单层 厂房)。其中加料跨和钢水接收跨吊车吨位较大,根据转炉大小的不同(30300t), 最大的吊车起重量480t,轨面标高30m左右;其中转炉平台处屋面高度达到 6070m。厂房内主要工艺结构有:LF平台、RH平台、铁水预处理平台、铁水倒 罐坑等。 2 2 液压系统计算与选型液压系统计算与选型 2.12.1 系统工作压力的确定系统工作压力的确定 压力的选择要根据载荷的大小和设备而定，同时需要考虑执行元件的装配 空间，经济条件及元件供应情况的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低， 精品 势必要加大执行元件的尺寸，反之，压力选得太高，对缸、阀等元件的材质， 密封，制造、精度等要求也高3。 压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失。初步确定系统工作压 力为P，任务书中要求系统最高工作压力不高于20MPa，考虑到系统工作压力应 比最高工作压力低10%20%，系统的最小工作压力应比最高工作压力低30% 40%。 ，故取系统最小工作压力为Pmin=16MPa，取系统的最大工作压力为 Pmax=20MPa。 ，在本设计中取系统实际工作压力P1=18MPa作为工作压力来计算选 型。 2.22.2 执行元件的计算与选型执行元件的计算与选型 连铸的生产工艺流程：将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动 到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器 中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫 机与结晶震动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后， 切割成一定长度的板坯。 火焰切割的主要参数是指气体压力、气体消耗量、切割速度及最小切割长度等， 可参照下列计算结合实际作适当修正后选用。 铸坯厚度：H=120mm 定尺寸长度：9.7m 拉矫速度=4.0m/min 拉 V =0.067m/s 定尺拉坯时间：T=（9.7/4）60=145.5s 1）气体压力（切割操作台前） 切割氧 0.6 1MPa； 预热氧 0.2 0.6MPa； 乙 炔 49 98kPa； 天然气 98 196kPa 2.气体消耗量（按一个切割枪） （1）切割氧的消耗量 切 Q 10HKQ A切 ）（h/m3 （3.1） 式中 温度系数（见表 3.1） A K 精品 铸坯温度)( C 温度系数 4006008001000 A K 0.70.550.450.35 B K 21.51.51 C K 400450500580 D K 0.0040.00320.00250.0022 因为铸坯温度为 800:，所以=0.45, =1.5，=500，=0.0025 A K B K C K D K =0.4512010=64 切 Qhm / 3 （2）预热乙炔消耗量 乙 Q (3.2)HKQ B 0075 . 0 乙 ）（h/m3 =1.50.0075120=2.4 乙 Qhm / 3 （3）预热氧消耗量 预 Q =（2.4 3.2） 预 Q 乙 Q）（h/m3 (3.3) =（2.4 3.2）2.4=（5.76 7.68） 预 Qhm / 3 3.预热时间 (min) (3.4)40(HKT D预 =0.0025（120+40）=0.4min=24s 预 T 4切割速度 (mm/min) (3.5)HKV 切c 500120=380mm/min6.3mm/s 切 V 5.切割时间 =120/6.3=18.9s 切 T 6.小车返回时间 小车质量 M=200kg 滚动摩擦因数 u=0.007 重锤质量 m=10kg 精品 取重力加速度 g=9.8N/kg 小车摩擦力 f=0.0072009.8=13.72N mgf=（M+m）a (3.6) 109.813.72（200+10）a a=0.41m/ 2 s (+ )= (3.7) 拉 V 预 T 切 T 2 aT 2 1 返 0.067（24+18.9）= 0.50.41 返 2 T 返回时间 =3.7s 返 T 定尺拉坯时间 T=145.5S + + =24+18.9+3.7=46.6S 返 T 切 T 预 T 因此定尺拉坯时间远大于预热时间、切割时间、返回时间总和。 2.32.3 火焰切割机的机构火焰切割机的机构 火焰切割机通常由切割机构、同步机构、返回机构、断面检测器、定尺机火焰切割机通常由切割机构、同步机构、返回机构、断面检测器、定尺机 构及氧、乙炔管路系统等部分组成。切割机一般都做成小车型式，故也有称之构及氧、乙炔管路系统等部分组成。切割机一般都做成小车型式，故也有称之 为切割小车。前四部分通常都布置在小车上，只有定尺机构是在铸坯下面辊道为切割小车。前四部分通常都布置在小车上，只有定尺机构是在铸坯下面辊道 中间，而输送电、气和水的管道则是通过软管导入小车中。在切割铸坯时，同中间，而输送电、气和水的管道则是通过软管导入小车中。在切割铸坯时，同 步机构夹住铸坯，铸坯带动切割小车同步运行并切割铸坯。切割完毕，夹持器步机构夹住铸坯，铸坯带动切割小车同步运行并切割铸坯。切割完毕，夹持器 松开，返回机构使下车快速返回。切割速度随铸坯温度及厚度而调整。松开，返回机构使下车快速返回。切割速度随铸坯温度及厚度而调整。 2.3.1 切割机构 切割机构是火焰切割装置的关键部分，它主要由切割枪及其传动机构组成。 要实现横向切割铸坯，切割枪必须能沿整个铸坯宽度方向移动以切断铸坯。为 切割不同厚度的铸坯，需调整切割枪的切割嘴与铸坯表面的垂直距离，故切割 枪还应能做垂直方向的运动。 （1）切割枪 切割枪切割时先把铸坯预热到熔点，再用高速氧气流把熔化 的金属吹去，形成切缝。切割枪是火焰切割装置的主体部件，它直接影响切 缝质量、切割速度和操作的稳定与可靠性。切割枪由枪体和切割嘴两部 3 3 分 组成，且关键是切割嘴。切割嘴依预热氧及预热燃气混合位置的不同，大致 可分为以下三种型式： 1）枪内混合式：预热氧气和燃气在切割枪内混合，喷出后燃烧。 2）内混式：预热氧气和燃气在切割枪端的切割嘴内混合，喷出后燃烧。 3）外混式：预热氧气和燃气分别经单独孔道喷出切割嘴后在大气中混合燃 烧。 前两种切割枪的火焰内有短的白色火焰，只有充分接近铸坯时才能切割。外 混式切割枪其火焰的焰心为白色长线状，一般切割嘴距铸件 50mm 即可切割。 这种切割枪长时间使用割嘴不会过热；切缝小而且切割表面平整，金属损耗 小；因预热洋气和燃气喷出后在空气中混合燃烧，不会产生回火、灭火，工 作安全可靠，并且长时间使用切割嘴不会产生过热。常用于切割 1001200 厚 的铸坯。本次设计采用的外混式。 精品 外混式切割枪，它形成的火焰焰心为白色长线状，切割嘴可距铸坯 50100mm 内切割；外混式切割枪具有铸坯热清理效率高，切缝小，切割枪寿 命长等优点。切割枪是用铜合金制造，并通水冷却。 一般当铸坯宽度小于 600mm 时，用单枪切割；宽度大于 600mm 的铸坯，用 双枪切割。但要求两支切割枪在同一条直线上移动，以防切缝不齐。切割时割 枪应能横向运动和升降运动。当铸坯宽大于 300mm 时，切割枪可以平移，见图 a，当坯宽小于 300mm 时，割枪可做平移或扇形运动，见图 b，割枪的扇形运 动的一个优点是切割先从铸坯角部开始，使角部得到预热有利于缩短切割时间， 同时在板坯切割时先做约 5的扇形运动，割枪转到垂直位置后，再做快速平 移运动，见图 C。 图 3.2 割枪运动 （2）切割枪的传动 切割时，切割枪应作与铸坯运动方向垂直的横向运动。 为了实现这种横向运动，可采用齿条传动、螺旋传动、链传动或液压传动等。 可此设计采用螺旋传动。 2.3.2 电机的选择 由于切割速度主要随铸坯的温度和厚度而变化，故以选用直流电动机为 宜，一般都采用低速进行切割，切断后切割枪高速返回。从理论上计算的电 动机功率通常都在 0.30.7kw，而在具体选用时，往往都选用 0.7kw 左右的 电动机，以防因工作条件恶劣一旦发生意外情况影响切割。 电动机型号：Z41001.额定功率 P=1.4KW. 额定转速 860r/min。 减速器的选择 电动机转速 传动比：i=12.5min/860 1 rn 选择减速器 中心距 a=63mm，型号：cw20025IF 2.3.3 螺旋传动的设计 螺旋传动由螺杆和螺母组成，主要将回转运动转变为直线运动，同时传 递运动和动力，也可用于调整零件的相对位置 螺旋传动按用途不同，可分为三类： 1）传力螺旋 精品 2）传导螺旋 3）调整螺旋 1. 滑动螺旋传动的材料 螺杆选用 Q235 螺母选用 zCuSn10P1，材料耐磨性好，适用于一般传动。 2.滑动螺旋传动的设计计算 选取螺杆承受的最大载荷为 F=30kn，螺杆为单头梯形螺纹，大径 d=40mm，中 径=37mm 2 d 小径=33mm，螺距 p=6mm 整体式，螺母高度 H=90mm 1 d 1）螺杆的耐磨性验算 螺纹工作表面上的压强为 P= MPa 2 P hzd F （3.8） 式中 h=0.5p=0.56=3mm，z=H/p=90/6=15，代入上式得 P=5.74MPa 1533714 . 3 100030 由于螺杆的横移速度为 380mm/min，为低速，并且不是连续工作，由表 3.2 查 得， 许用压强取P=20MPa 所以 PP 表 3.2 滑动螺旋传动的许用压强P 螺纹副材料滑动速度 m/min 许用压强 MPa 钢对青铜 低速 15 1825 1118 710 12 钢对耐磨铸铁61268 2）螺纹的强度校核 根据螺母的材料查表，取=35N/mm，=50N/ b 2 mm 螺纹的剪切强度由公式进行验算，式中 b=0.65p=0.656=3.9mm dbz F = MPa1 . 4 159 . 34014 . 3 100030 （3.9） 精品 螺纹的弯曲应力由公式得 zbD Fh b 2 4 3 （3.10） MPa b 4 . 9 159 . 34014 . 3 31000303 2 验算结果 PP, , ,螺纹强度足够。 bb 3）螺杆的强度校核 螺杆工作时，受有压力（或拉力）F 和转矩 T 的联合作用，因此，螺杆危险 截面上既有压缩（或拉伸）应力 ，又有扭转切应力，故其危险截面上的最 大应力即相当应力应按第四强度理论求出，其强度条件为 MPa d T d F e 2 . 0 3 4 3 2 3 1 2 2 1 22 （3.11） =MPa35 332 . 0 180 3 3314 . 3 1000304 2 3 2 2 T=9550 n P 联减电 PP （3.12） 因为 电动机转速 传动比：i=12.5min/860 1 rn 所以 n=860/12.5=68.8 m28.165 8 . 68 9 . 095 . 0 4 . 1 9550 NT = 53 s MPa 3 . 63 3 190 （3.13） 因此 6.3MPa） ，液压油箱的有效容量 V 可 精品 概略地确定为： V=(8V=(8 10)10) q qp p ( 3.1 ) 式中， V 液压油箱有效容量； qp 液压泵平均流量。 应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分油液会因为重力作用而 流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，邮箱中的液压油位不能太 高，一般不应超过液压油箱高度的 80%。 取： V = 9qp；又因为：qp = 69.03/min； 所以 V = 969.03 = 621.27 L/min，这样，可取油箱的有效容积为 0.8m3。所以本系统选用矩形油箱比较合理。 3.23.2 蓄能器的选择蓄能器的选择 蓄能器是将压力液体的液压能转换为势能储存起来，当系统需要时 再由势能转化成液压能而做功的容器。因此，蓄能器可以作为辅助的或 者应急的动力源；可以补充系统的泄漏，稳定系统的工作压力，以及吸 收泵的脉动和回油路上的液压冲击等3。 蓄能器的种类很多，主要有皮囊式和活塞式两大类。 其主要的结构型式有： 1）重力式蓄能器，作蓄能或稳定工作压力用（在大型固定设备中） 。 最高工作压力可达 45MPa。 2）弹簧式蓄能器，供小容量及低压（1.2MPa）系统在循环频率低 的情况下蓄能或缓冲用。 3）薄膜式蓄能器，用于航空机械上蓄能、吸收冲击，可传送异性液 体，最高工作压力为 7MPa。 4）活塞式蓄能器，蓄能用，可传送异性液体，最高工作压力为 精品 21MPa。 5）皮囊式蓄能器，蓄能（折合型） 、吸收冲击（波纹型） ，传送异性 液体，最高工作压力 200MPa。 本系统为高压系统，故选用皮囊式蓄能器。它具有空气与油隔离，油 不易氧化，尺寸小，重量轻，反应灵敏，充气方便等优点。 蓄能器容积的计算3： 2211 21 vpvp vvv ( 3.2 ) 其中 P1 = 15MPa， aMP P P6 .1725 6 . 0 1 2 取 P2 = 20MPa。 LLv43.1125 60 )03.6946.96( 将数据代入，得 v1 = 45.72 L，v2 = 34.29 L 充气压力 P0 = 0.8 P1 = 12 MPa 蓄能器工作在绝热过程（t 1 min）时，n = 1.4，其总容积为： 0 2 715 . 0 1 0 11 715. 0 0 PP P V V w ( 3.3 ) 式中： P0 充气压力（MPa） ； P1 最低工作压力（MPa） ； P2 最高工作压力（MPa） ； Vw 有效工作容积； n 指数，绝热过程 n=1.4，则 = 0.71