液压与气压传动_滑动水口液压系统设计.doc

液压与气压传动课程三级项目报告 液压与气压传动三级项目报告 项目名称：滑动水口液压系统设计 姓 名： 指导教师： 日 期：摘 要 滑动水口(Sliding Nozzle，简称SN)系统是冶炼中不可缺少的部分。它是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。滑动水口系统因其可控性好，能提高炼钢生产效率而得到了迅速发展。现在，在钢包、中间包上国内外普遍使用了滑动水口系统。 大包滑动水口液压回路控制大包滑动水口的开闭，而大包滑动水口是连铸的关键设备之一，该文简要阐述了大包滑动水口的组成及工作原理，并详细介绍了根据工艺要求来设计的液压回路。主要包括系统的设计与计算以及元件的选型，该系统要使滑动水口在一定负载下按给定速度打开与闭合，并能实现点动，以控制水口开度的大小，从而控制钢水流下的速度，同时考虑到突然停电的情况，系统中设置了蓄能器，使系统在泵停止工作时，滑动水口仍能开关两到三次，从而防止钢水在钢包中冷却凝固。关键字： 滑动水口 液压系统 目录摘 要2一、前言41.1滑动水口41.1.1滑动水口的工作原理51.1.2滑动水口的组成61.1.3滑动水口分类61.2液压传动与液压系统概述81.2.1液压系统工作原理81.2.2液压系统的结构9二、 系统设计及参数计算92.1.1计算工作负荷102.1.2摩擦及惯性负荷102.1.3运动时间102.1.4各工况负载102.2确定液压缸基本参数112.2.1初选系统压力112.2.2计算液压缸主要尺寸112.3拟定液压系统图132.3.1选择基本回路132.3.1.1调速回路132.3.1.2油源形式的确定162.3.1.3锁止回路的确定162.3.1.4系统图的最终确定182.3.1.5液压系统原理图分析222.4液压辅件的选择252.4.1选择液压泵及驱动电机252.4.1.1确定液压泵最大工作压力25故：252.4.1.2确定液压泵的流量252.4.1.3选择液压泵型号262.4.1.4确定驱动液压泵的功率262.4.2控制阀的选择262.4.2.1先导式溢流阀262.4.2.2换向阀262.4.2.3调速阀及液控单向阀262.4.4管道的选择272.4.4.1管道内径的计算272.4.4.2管道的选择282.5确定油箱容量292.6过滤系统的设计302.6.1过滤器的位置设置302.6.2过滤器精度的选择302.6.3过滤器尺寸的确定302.7液压油的选用312.8液压系统的性能验算31三、结论313.1项目的主要工作323.2主要结果323.3未来规划323.4心得感受33一、前言 1.1滑动水口滑动水口的设计早在1884年就由美国人D. Lewis提出构思并申请了专利，后来也有不少类似的专利，但均因材质不过关而未能实现。直到1964年，西德本特勒钢铁公司在22T钢包上，采用滑动水口装置代替塞棒系统进行浇钢，首次获得成功，并迅速推广到许多国家。随着快速、高效连铸和二次精炼技术及工艺的发展，滑动水口（Sliding Nozzle，简称SN）系统在现代钢铁冶炼过程中变得越来越重要，成为冶炼中不可缺少的部分。它是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。滑动水口系统因其可控性好，能提高炼钢生产效率而得到了迅速发展。现在，在钢包、中间包上国内外普遍使用了滑动水口系统。1.1.1滑动水口的工作原理所谓滑动水口，就是利用安装在钢包底部铁 壳外面的两块用耐火材料制成的平板(上面的称上滑板,下面的称下滑板),并依靠机械的力量把两块板靠紧,达到近乎没有间隙的程度。通过外下滑板注孔连接下水口砖。当上、下注口在移动中重合时，钢包内钢水,可通过上水口砖、上滑板、下滑板、下水口砖流出进行浇注作业。当上、下注孔错开时,则注口关闭,浇注作业停止。由于滑板的移动是和水口连接在一起进行的,所以称之为滑动水口。滑动水口的驱动方式可分为：人力驱动、液压驱动、电动缸驱动、风动缸驱动。钢水包滑动水口液压系统设计来源于某工厂的实际工程，鉴于钢包的高温和恶劣的工作环境以及随着钢包的不断增大，使人为控制滑动水口越来越困难，从而诞生了液压驱动的滑动水口机构。该系统的诞生与应用提高了生产效率，方便了工人操作，调高了钢厂自动化水平。在实际生产中，滑动水口开度需经常调整，动作比较频繁，如果压力不足，水口无法打开或关闭，除无法浇铸生产外，更严重的是，在浇铸中因事故停浇时，大包水口若不能关闭，将使中间包溢钢而烧毁设备，甚至会造成人身伤亡事故发生。因此，设计合理可靠的大包滑动水口液压系统非常重要。1.1.2滑动水口的组成滑动水口一般由驱动装置、机械部分和耐火材料部分（即上下滑板、下水口）组成，耐火材料由座砖、上水口座、上滑板、下滑板、下水口砖组成。1.1.3滑动水口分类(1）按滑板移动方式分为：往复式（我国滑动水口都是这种形式）它又可分为: (1)单水口往复式:上下滑板直线、往复平行移动。(2)双水口往复式:即下滑板上安装两个不同口径的注口,轮换使用,我国马鞍山钢厂也曾使用和开发过此种水口,只是使用的气压弹簧和国外不同。(3)单水口、双面往复式:有效利用滑板,延长了滑板使用时间。(4)三滑板往复式:用于连铸中间包,上、下滑板不动,只动中间滑板。旋转式滑动水口上下滑板圆弧形、旋转移动,分别在钢包、中间包(定径多水口)、出钢口及特殊用途 (主要用于有色金属精密配料上,作为流量控制,其直接安装在炉壁内衬中)上使用。(2）按施加面压的方法分弹性机构，弹性机构是利用弹簧的力量,对上、下滑板施加面压。(1)美国弗洛康式:弹簧安装在下水口周围下滑板下面。(2)瑞士英特斯特普式:用 4个带弹簧的螺栓与开闭框架连接,压紧滑板。(3)瑞士的梅塔肯式:整体组装螺栓上有加压弹簧。(4)日本 N KK旋转式:靠安装在开闭框架上的弹簧螺栓与开闭框架相连。(5)日本呙川三菱一梅塔肯式系列:利用固定框架上加压螺栓与开闭框架相连。(6)日本新日铁和黑崎密业开发的 YP系列滑动水口:有螺栓加压杠杆加压、风动板手加压、油缸预加压和挂钩后加压并用等。刚性机构我国因弹簧生产始终不能满足安全需要,因此国内使用的大多是刚性结构,但刚性结构,弊病较多,大都是用大螺母加压,加一些微调。逐渐处于淘汰状态。(3）按驱动方式分人力驱动:我国有些中小钢厂滑动水口仍用人力驱动。液压驱动:利用液压站,通过液压油缸进行驱动,在国内和国外应用较为普遍。电动缸驱动:利用电动缸在钢包上驱动,电源由吊车送下插头和钢包上电动缸相接通即可驱动,宝钢目前用此方法。电动缸驱动为国内今后的发展方向,这是因为我国液压密封件质量不过关,不能保证长时间的安全使用。风动缸驱动:利用压缩空气连在钢包的气动缸上,就可以驱动,现只在停电时偶尔驱动。1.2液压传动与液压系统概述液压由于其传动力量大，易于传递及配置，在工业、民用行业应用广泛。在各部件制造中，对密封性、耐久性有很高的技术要求，目前在液压部件制造中已广泛采用滚压工艺，很好的解决了圆度、粗糙度的问题。特别是液压缸制造中广泛应用。液压工具可以解决液压制造各种问题。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声，经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大的发展，在完善比例控制，伺服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断地提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。液压工业在国民经济中的作用实在是很大的，它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须奋起直追，才能迎头赶上。1.2.1液压系统工作原理液压系统最基本的原理就是液体内部压强处处相等。利用油泵产生一定内部压力的液态油，通过液压管路传送到液压执行元件，比如液压油缸，高压油作用在活塞上，使得活塞两端压力不平衡，于是活塞运动做功，高压油也可以作用在周向布置的叶片上，带动叶片轴旋转，这就是油马达。液压系统就是传送压强的装置，液压油是压强传送的载体，具有一定压强的液体作用在一定大小的面积而产生作用力，该作用力驱动零件运动。1.2.2液压系统的结构液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。图1.1液压系统结构2、 系统设计及参数计算主要参数如下：负载力KN负载质量Kg静摩擦力N动摩擦力N往返加减速时间s前进速度mm/s回程速度mm/s行程mm主缸20500400020000.220302002.1负荷与运动分析2.1.1计算工作负荷 工作负载：F=20KN2.1.2摩擦及惯性负荷惯性负载： 静摩擦力：动摩擦力:2.1.3运动时间工进时间： 退回时间： 2.1.4各工况负载 液压缸在各工作阶段的负载工况计算公式液压缸负载F/N液压缸推力起动40004444加速22502500快进20002222工进2200024444反向起动40004444加速22502500快退20002222制动175019442.2确定液压缸基本参数2.2.1初选系统压力 系统压力选定得是否合理，直接关系到整个系统设计的合理程度。在液压系统功率一定的情况下，若系统压力选得过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就增加，系统造价也相应增加；若系统压力选得较高，则液压设备的重量、尺寸会相应降低。 表2-1按载荷选择工作压力载荷/KN50工作压力/MPa，钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。管路按其在液压系统中的作用可以分为：（1）压力油管路：包括吸油管路，压油管路和回油管路，用来实现压力能的传递。泄油管路：将液压元件泄露的油液导入回油管或邮箱.（2）控制管路：用来实现液压元件的控制或调节以及与检测仪表相连接的管路。取解得：吸油管，用钢管，内径用20妹mm，外径用25mm回油管：取v=1.5m/s得：采用钢管，内径取20mm，外径取25mm。2.4.4.2管道的选择液压泵至阀体之间管道的选择：由泵的p口螺纹尺寸为M22x1.5，选择M22x1.5的卡套式管接头，据此选择泵至阀体之间的管道为外径18，内径12的钢管。阀块至油箱之间管道的选择：由回油管路的上述计算，取内径14的钢管，选择外径M18x1.5的卡套式管接头。阀块上A、B口至液压缸之间的管路选择：由压油管路计算，选择内径6，外径10的钢管，管接头选择M14x1.5的卡套式管接头。2.5确定油箱容量合理的确定油箱的容量是保证液压系统正常工作的重要条件。按下列经验公式确定油箱容积：上式中：V油箱容积，单位L；q液压泵的总额定流量，单位L/min； 经验系数； 表2-11经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统液压机械冶金机械12245761210据实际设计需要，选择的5.5MPa，所以此系统属于中压系统(6.3)pMPa，所以取： 故取，解得：应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，油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%。所以，实际油箱的体积为： 2.6过滤系统的设计2.6.1过滤器的位置设置系统采用轴向柱塞泵，受泵的吸油特性的限制，不采用吸油过滤由系统要求知道，系统大部分时间处于卸荷状态，故只采用压油路过滤，且过滤器装在溢流阀的上游，既可起到对泵下游液压元件的保护，又可保证流回油箱油液的清洁。2.6.2过滤器精度的选择（1）系统中最敏感元件为液压泵（2）由IS04406标注及水乙二醇为工作介质选择清洁度为17/15/13.（3）考虑到系统工作的高温环境，及系统的故障可能威胁设备及人员安全，目标清洁度再增加一级，选择16/14/12.（4）由目标清洁度选择过滤器清洁度，查表可得过滤精度为5m2.6.3过滤器尺寸的确定（1）根据环境污染状况和对污染物的控制程度，查处环境等级。由于钢厂环境较差，但系统所用缸较少，故选环境等级为5级。（2）确定流量增大倍数选择ZU-H系列高压过滤器，最大允许压力将为0.35MPa,据此查表增大倍数为2倍2.7液压油的选用 由于滑动水口液压系统在钢水附近工作，工作环境温度较高，且有发生火灾的危险，所以采用抗燃液压油水乙二醇作为介质。2.8液压系统的性能验算近似认为损失的功率都转换成热量，公斤时液压缸的有效功率为： 总的输入功率为： 由此得液压泵发热量为： 油液温升近似值为： 温升没超过允许范围，液压系统中不需设置冷却器三、结论本次课设我们小组主要完成了液压系统的设计、电控系统的设计、系统的计算、元件的选型以及阀块的设计，在设计的过程中我们遇到了很多问题，如：系统要求两缸同时动作，从而设计不同的执行系统，阀块的设计以及元件的选型，但最终我们将这些问题一点一点地解决，当然我们的设计还有一些不足，我们会在未来的学习工作中进一步改善。3.1项目的主要工作设计参数与要求：1)包括主缸，可以打开、关闭水口。主要参数如下：负载力