弯辊系统的设计思路和机理毕业设计.doc

燕山大学本科生毕业设计（论文）弯辊系统的设计思路和机理毕业设计 目 录AbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 轧钢基本知识11.1.2 液压弯辊控制技术21.1.3 发展趋势41.2 本章总结6第2章 液压弯辊伺服控制系统的设计62.1 设计要求和内容62.2系统原理图72.3本章总结9第3章 液压系统元件的计算与选型93.1 液压油缸的主要尺寸的确定93.2 伺服阀的计算与选型113.3 主液压泵的计算与选型113.4主液压泵电动机的计算与选型123.5辅泵的计算与选型133.6 辅泵电动机的计算与选型133.7 过滤器的计算与选型143.7.1 主泵后的过滤器143.7.2 辅泵后的过滤器143.7.3 伺服阀前的过滤器143.7.4 总回油过滤器143.8 管道的计算153.8.1 钢管的选择153.8.2 软管的选择163.8.3 橡胶接管的选择163.9 阀块的计算173.10 单向阀的计算183.11 电磁溢流阀的计算与选型183.12 电磁换向阀的计算与选型183.13 油箱计算与选型193.14 其他液压辅件的选择203.14.1 压力继电器203.14.2 压力传感器203.14.3 空气滤清器203.14.4 截止阀213.14.5 压力表及测压软管，测压接头总成213.14.6 蓄能器与蓄能器安全阀组223.14.7 伺服放大器的计算与选型223.14.8 冷却器的选择223.14.9 加热器的计算与选型243.14.10 温度计的计算与选型243.14.11 温度计控制器的计算与选型253.14.12 液位计的选择253.14.13 液位控制器的选择253.14.14 管接头的选择253.14.15 联轴器的选择263.15 本章总结26第4章 液压弯辊伺服控制系统的建模与仿真284.1 液压弯辊伺服控制系统的建模284.1.1 基本方程294.1.2 液压弯辊伺服控制系统方块图324.1.3 模型参数的确定334.2 液压弯辊伺服控制系统的仿真344.3 液压弯辊伺服控制系统稳定性的验证384.3 本章总结42第5章 液压弯辊伺服控制系统的三维建模435.1 集成块的设计435.1.1 阀块的设计准则435.1.1 主阀块的三维设计445.1.1 调压阀块的三维设计475.2油箱的设计495.3 泵站的设计50结论52参考文献53致谢55附录1 开题报告56附录2 文献综述64附录3 外文翻译71III第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景板带钢的产量，对一国的经济发展至关重要。随着我国的经济建设的推进，它在建设中的重要地位越来越凸现出来，它是应用的最广泛、用量也最大的钢材。板带钢在一国钢铁总产量中所占得比例，说明了该国的工业发展水平的高低。目前，在北美及欧洲等工业发达国家中，板带钢产量在钢材总产量中算占得比例已经很高，达到了50%-60%。然而由于我国技术起步晚，技术比较落后也比较缺乏，板带钢产量所占的比率还不足35%。尤其是依赖高科技、高生产技术的高质量、高精度、高附加值的板材，国内随着经济的发展，对这些钢材的需求量很大，存在很大缺口。目前我国的解决手段主要是依赖进口，收到国外的很大限制。我国的板带生产设备也相对落后，目前对于一些板型控制设备，主要是从国外成套引进。我国国内没有相应的产品，或者产品的性能根本达不到使用要求。虽然在消化、吸收从国外引进的技术后，我国板带生产技术对于以前来说有了很大提高，但是同工业发达的国家相比，仍有很大差距。钢板和带钢控制技术的落后，是制约我国钢铁工业以及相关行业发展的重要因素，是我国现在面临的巨大挑战。1.1.1 轧钢基本知识在工业生产过程中，钢板的品种规格按照不同的标准有多种分类方法。按厚度可以分为俩大类：厚板和薄板。在我国，中厚板一般指的是厚度在4mm以上的板带钢，薄板指的是厚度在4mm以下的为板带钢。薄板一般用冷轧的方法，而厚板为了减小变形抗力，一般采用热轧的方法。带钢产品的质量与性 能对于带钢未来的应用至关重要。带钢的质量指标，主要有板型和板厚俩个参数来决定。这里所说的板厚指的是纵向板厚，板厚控制AGC逐渐从电动压下转变为液压压下，技术发展比较充分。板厚控制技术相对于板形 控制技术而言，发展起步比较早，因此板厚控制技术的发展的比较成熟。现在，在工业生产中，纵向 板厚可以控制在的范围内。7 第1章 绪论 板带钢的横向厚度差可以用其板凸度来加以描述。板凸度的概念如图1-1所示，指的是当板带横向断面形状中，中部厚度大于边部厚度时，中部的与边部的厚度差即。而为相 对板凸度（H为公称厚度）。 图1-1 带钢断面形状对于板带钢来说，一项重要的性能指标便是板形精度。板带钢的板形精度直接决定其在未来市场上的竞争力。板带钢的板形精度可以用板带材横截面凸度和平 直度两个方面的误差来加以描述和衡量。板带钢的平直度，表示板带材纵，横向各部分是否产生波 浪或瓢曲（即单边狼、双边浪、中浪、肋浪和局部瓢曲）。随着汽车、运输、船舶、轻工、家电和电气制造等相关工业行业的发展，用户对板 形精度的要求不断提高。板带钢的板形控制技术对于生产工业来说至关重要。目前也以成为板带钢生产工业的重要的核心技术之一。如何提高板带才的板形精度，也成为继板 厚控制技术成熟之后，世界各国开发研究的重点课题。1.1.2 液压弯辊控制技术液压传动技术自诞生以来，因为其独特的传动优点，比如质量功率比大，容易实现无极调速，液压元件体积小，重量轻，结构紧凑等，使其得到广泛的发展与应用，液压技术逐渐发展到各行各业中。现在已成为国防、工业、农业和科学技术进步中，一项不可代替的重要的基础技术。20世纪60年代，在轧机上首次出现液压弯辊，替换原来依靠磨削原始工作辊的方法，用来进行板厚控制，板带才的板形控制进入一个新的阶段。液压弯辊系统是板形自动控制的基本手段,具有精度高、响应速度快、结构紧凑等优点,应用十分广泛。板形控制技术，归根到底关键是对辊缝的控制。液压弯辊就是利用液压缸产生的力，该力作用于工作辊或者支承辊，以此来补偿它们在轧制过程中因为所受到的轧制力而产生的弯曲变形，控制原理如图1-2。图1-2 弯辊力使辊缝凸度减小的原理随着板形控制技术的发展，液压弯辊机构的设计结构也出现了很多形式。总的来说，目前液压弯辊方式概括起来可分为二种:一是工作辊弯曲方式,二是支撑辊弯曲方式。根据弯辊力与轧制力的方向，又可以细分为正弯辊与负弯辊。轧制力与弯辊力方向相反，为正弯辊力，方向相反的则为负弯辊力。正弯辊力可以使辊缝凸度减小，负弯辊可以使辊缝凸度增大。通过调整弯辊力，来补偿工作辊或支承辊因为轧制力而产生的弯曲变形。工作辊弯曲方式，是目前板带轧机在进行板形控制中应用得最广泛的。 工作辊弯曲方式，结构简单, 弯辊力较小, 约为轧制压力的15%20% 。工作辊弯曲方式对已有轧机的改造也比较方便，一般不需要对轧机的机座牌坊作改变, 只需在工作辊轴承座上加装施加液压弯辊力的液压缸即可。 如果原轧机轴承座上有平衡液压缸，则可以利用增加平衡缸的数目和压力的方法, 就可以达到工作辊正弯的目的。工作辊弯曲方式，无论是对新设计的轧机还是已生产的旧轧机改造都十分简便。无论是工作辊弯曲, 还是支撑辊弯曲方式中,大多采用正弯的方法，来弥补轧辊受轧制力所产生的挠度。 在生产实践中，有时为了扩大弯辊的控制范围,可采用正弯曲方式与负弯曲方式相结合的方式。但在采用负弯曲时, 当带钢咬入和离开轧辊时,轧辊由于负弯曲力的影响，会使轧辊产生冲击、振动, 给实际操作带来困难，对板形的控制精度带来影响。目前，在宽板轧制中，如果采用弯曲工作辊的方式，由于工作辊比较细长，对板形的控制只能影响板带边部的形状，板形的控制精度会受到影响。因此，在宽板的轧制中，板形控制技术常采用弯曲支承辊的方法。采用液压弯辊系统来控制板形精度后,轧辊和轴承会附加新的接触应力, 因此在轧辊的表面，剥落和疲劳等失效、破坏会加重。而轧机的工作寿命受制于轧辊轴承和轴颈的寿命。轧辊轴承的疲劳破坏和辊颈的疲劳破坏，会严重影响轧机的工作寿命。经大量研究证明,轧机采用工作辊弯曲的方式时,上述因素引起的对轧机的寿命影响会降低, 轧辊和轴承的正常使用寿命周期可以不降低。造成这样的原因是，当使用工作辊弯曲时，支撑辊辊身的两端可以磨削成一定的锥度，这样的话工作辊和支撑辊之间在辊身端部产生的应力和工作辊颈所受到的应力会大大降低，进而增加了轧辊表面接触和工作辊颈的寿命，延长轧机的寿命。采用这种方法，同时可增加弯辊对于板形控制的效果,减小轧机从系统所需的最大弯辊力。传统板形控制方法，是采用磨削一定形状的原始辊型和通过冷却液控制轧辊热膨胀度,来调节、控制板带的形状和横向厚度差，进而控制板型。因此，一些产品(主要是薄、宽的) 的生产数量受到限制。采用液压弯辊后，板带钢的品种规格的轧制程序周期可以大大放宽，生产变得十分方便,除了延长了轧辊使用寿命,板带产品的质量得到提高外,轧机板带钢的产量也 大大提高。液压弯辊的使用灵活、响应速度快、适用于在线调整，等优点使他得到快速发展，成为目前板带轧机和平整机调整板形的最基本手段。1.1.3 发展趋势现在，在四辊轧机中，不仅进采用液压弯辊的技术，在轧机中，一般也采用带有原始凸度的工作辊来调整控制效果，由于采用具有原始凸度的工作辊的方法也会带来相应的问题。比如经济发展对各种规格的板带才都有需求，采用这种方法后，轧机的调整很困难，每次更改板带的规格，都需要进第1章 绪论 行换辊，因此难以满足复杂多变的轧制规程。近年来，随着其他相关行业的发展，比如汽车业、家电业等，用户对板形精度提出的的要求越来越苛刻，工业对板带材的需求量越来越大，因此促进了板形控制技术的更新和突破。其他技术的更新也带动了板形控制技术发展，比如，计算机控制技术、现在控制理论的发展。现在，板形控制系统相关数学模型的建立，已经不能满足社会对板形的要求。因此，更加精确的数学模型的建立，现代控制技术在轧机中的应用不足，成为制约板形精度提高的重要因素。板形控制系统是及其复杂的。它在实际中是一个非常复杂复杂的的非线性控制系统。现在应用的模型是在很多假设和忽略很多问题后建立的比较简单的数学模型。数学模型的建立与应用中存在的差距是无法避免的，他忽略了很多外界的不可控因素，比如轧制温度的变化、外界冲击等对系统的影响。虽然建立的数学模型达不到完全的精确，并和实际完全相符。数学模型的发展必然是进一步的精确，比如设计的剔除，加入各种因素的影响，从而时期进一步精确，进一步具有实际意义，是模型的发展趋势。现代控制理论的完善与发展，带动了板形控制技术的发展，同时现代控制理论和其他先进的控制理论在轧机中的逐渐应用，使得板形控制系统的性能得到很大提高，比如传统的PID调节，比较前沿的模糊控制、人工智能控制等控制方法。另外由于轧机的工作环境比较恶劣，测量技术在轧机中的应用受到 极大挑战，新型板形测量仪的开发，来适应轧钢环境恶劣的测量环境，也是未来提高板形控制精度的必由之路。近年来，随着工业对板形的要求越来越苛刻，对板形的精度要求越来越高，以液压弯辊为基础的各类改进型轧机也相继出现，这些轧机多数是采用板形控制新技术的新型板带轧机。它们的出现是对提高板形控制精度的巨大尝试。其中，有代表性的几种轧机依次是HC轧机，CVC轧机，PC轧机，VC轧机。多种轧机并存，说明了它们各有优、缺点，同时也说明未来轧机的板形控制方法还是发展不成熟，没有最优的控制方法，板形控制技术还有很大的发展空间。测量技术、液压技术、电子技术、自动控制技术、计算机技术结合起来，第2章 液压弯辊伺服控制系统的设计 将成为提高板形控制精度的发展趋势。1.2 本章总结在我国，由于板形控制技术起步比较晚，国内的板形控制系统，大多是引进国外成套的先进的板形控制装置，或是由国外公司提供技术帮助，然后在国内进行安装和调试，国内很少有独立自主研究成功的板形控制系统。运用液压弯辊系统技术，来进行板形控制的技术处于相对落后的状态。这使我国的轧钢业的发展受到国外很大的技术限制。在本课题以650单机架四辊轧机为代表，通过对对液压弯辊伺服控制系统的设计与仿真分析,来对伺服控制系统的系统结构、模型建立和控制方法进行改进，研究并提高其准确性，稳定性，快速性。从而研究弯辊伺服控制系统的组成和工作原理，并试着对系统的控制性能进行调节，熟悉如何研究、验证一个控制系统。 第2章 液压弯辊伺服控制系统的设计2.1 设计要求和内容课题650单机架四辊轧机伺服控制系统为研究对象，进行深入的研究，在借助相关文献的基础上，理解轧机板形控制的有关知识、轧机的基本控制原理。重点理解、掌握板形控制的原理液压系统板形控制技术的工艺要求。然后参考以往的轧机液压系统，设计出符合课题要求的液压弯辊伺服控制系统，并完成液压系统参数的计算和有关于元件的选型。完成集成块、油箱、泵站的设计和三维建模。同时，进一步对液压弯辊伺服控制系统进行数学建模和仿真。在计算机软件matlab中的simulink模块中，研究所建立的液压弯辊伺服控制系统，然后调节改善系统的性能，了解液压伺服控制系统中各个参数对系统性能的影响，并运用所学的控制技术知识，对伺服控制系统的快速性，稳定性，准确性进行研究并进行调节，最终得到与实际应用要求相符的液压弯辊伺服控制系统，为系统的实际应用，提供参考和技术支持。 1 具体的系统参数 （1）液压系统的压力：28Mpa；9 第2章 液压弯辊伺服控制系统的设计 （2）弯辊缸的弯辊速度：2.53mm/s； （3）弯辊缸的行程：60mm； （4）最轧机所需的大总弯辊力（单侧）：20T； （5）弯辊液压伺服控制系统的系统频宽：25HZ。 （6）弯辊液压伺服控制系统要求正弯与负弯采用相同伺服阀方案。 2 设计内容 （1）弯辊液压伺服控制系统的设计计算； （2）弯辊液压伺服控制系统的施工设计； （3）弯辊液压伺服控制系统的仿真。 3 设计目标 通过本课题，熟悉液压伺服系统设计计算，学会阅读液压元件的样本和参数，进而掌握液压元件选型方法，掌握液压系统的原理设计，施工设计等，以及利用matlab中的simulink模块进行简单仿真。2.2系统原理图液压弯辊伺服控制系统的控制回路，主要的液压元件是换向阀和伺服阀。在系统的设计时，此部分需要满足的设计要求和工艺要求为：（1）正弯辊与负弯辊采用共同伺服阀方案；（2）实现工艺要求：正、负弯辊工作状态；（3）换辊弯辊缸缩回状态，断带快抬状态。弯辊液压伺服控制系统采用正弯辊弯曲和负弯辊弯曲形结合的形式，进而扩大板形的调节范围。正弯辊缸缸组与负弯辊缸缸组均有8个液压缸组成，分别布置在轧机的两侧。因为正弯与负弯要采用同一伺服阀，所以在伺服阀的下游安装电磁换向阀，来切换正负弯的工作状态，同时为了保护伺服阀这一精密元件，在伺服阀的上有安装精度为5um的过滤器。电磁溢流阀起到俩个作用：一是相应弯辊工作时，起到安全保护的作用;二是在快抬时都处于卸荷状态，正负弯辊缸缸组在背压的作用下完成快抬动作。控制回路要设计出集成块，所以为了检修方便，在集成块与泵站，集成47 第3章 液压系统元件的计算与选型 块与执行元件之间加截止阀。经过研究、设计，此部分的原理图在下图中给出。图2-1 控制回路的原理图液压泵站部分满足的设计要求：（1）提供稳定的输出流量和压力；（2）保证油温在正常的范围内；（3）保证液压油的清洁。泵站采用俩个液压泵，主泵提供高压，负责完成正负弯动作。辅泵有俩个作用：一是为主泵供油，保证主泵充分的吸油；二是为系统提供背压，提高液压弯辊伺服控制系统的稳定性。为了减小系统由于电动机产生的振动，在俩个电动机与系统之间加软管或橡胶接管，电动机的安装也需要减震条。主泵通过电磁溢流阀可以实现无载启动，启动方便。电磁溢流阀也起到安全保护的作用。系统的压力、温度、液位由压力继电器、温度继电器和液位控制器分别控制。泵站主要有：液压泵、电动机、电磁溢流阀、过滤器以及其他液压辅件组成。第3章 液压系统元件的计算与选型 图2-1 泵站部分的原理图2.3本章总结本章在参考大量相关文献的基础上，了解了板形控制的相关知识，明白了液压弯辊伺服控制系统对板形控制的实现原理。掌握了液压弯辊控制板形需要满足的设计要求、工艺要求和工作原理。在此基础上，初步设计出了液压弯辊伺服控制系统的原理图，初步拟定了系统所需的液压元件，系统的原理图将在后期的研究进一步改进。 第3章 液压系统元件的计算与选型3.1 液压油缸的主要尺寸的确定 设计的液压弯辊伺服控制系统有8个正弯辊缸，8个负弯辊缸。系统设计要求为单侧弯辊力最大为20T。 (1) 工作压力P的确定 每个弯辊缸的所需的轧制力： 第3章 液压系统元件的计算与选型 式中 ：额定负载力，N； ：最大负载力，N；则额定负载压力可以确定为： 式中 ：额定负载压力，Mp； ：系统压力28Mp；(2) 液压缸内径D和活塞杆径d的计算 液压缸的活塞面积由公式可以计算出： 式中 ：活塞面积，； 求出活塞面积后，进而求出活塞杆的直径为： 最终的到的活塞杆直径为：式中 D：活塞直径，；根据机械设计设计手册（JB/T7938-1999)第四卷的相关内容，将活塞的面积圆整成标准值为：D=100 mm。活塞的面积确定后，由经验公式可以初步计算活塞杆直径： 式中 d：活塞杆直径，mm； 液压缸的额定负载压力可以计算出为： 最后得到液压缸的主要参数为： 活塞直径：D=100 mm； 活塞杆直径，d=60mm； 行程：s=60mm。第3章 液压系统元件的计算与选型 液压自制。3.2 伺服阀的计算与选型 根据设计出的控制系统的原理图，可以得到，伺服阀的流量为8个液压缸总的负载流量，大小可以计算出为： 式中 ：活塞面积，； ：伺服阀流量，L/min；考虑到系统的泄露，故将伺服阀的额定流量提高15%-30%，则: 伺服阀额定流量（油口压差为7Mp）: 式中 ：伺服阀额定流量，L/min； : 阀口压差，MPa；根据初步选用力士乐的电液伺服阀，根据样本，考虑到电液伺服阀的额定流量公差： 参阅力士乐的样本，进一步确定伺服阀的型号。最终确定采用力士乐公司的伺服阀，根据样本选择型号为:4WS2EM6-2X/15B11ET315K17EV。4通2级伺服阀，采用外置电子放大器，通径为6mm，额定流量15L/min,控制方式为内控内回，入口压力为10MPa至31.5MPa，重量1.1 kg。3.3 主液压泵的计算与选型为了提高系统的稳定性，主泵采用恒压变量泵。恒压变量泵的流量：初步选用四级电动机。同步转速为n=1500 r/min。则泵的排量可以初步计算出为： 根据液压系统，确定液压泵的最大工作压力： 式中 ：液压泵的出口压力，MPa； ：系统压力，MPa； ：从液压动力元件到液压执行元件之间的管路压力损失，简单系统可取，此液压弯辊伺服控制系统比较复杂，故可取压力损失； 系统工作压力为28Mp,考虑到系统压力损失，将液压泵的出口压力提高（0.5-1.5）MPa。选择泵出口压力：。 在选择液压泵时，泵的额定压力要适当提高。泵的额定压力提高10%-30%，可以初步确定泵的额定压力为 ： 参照力士乐的液压泵的相关样本，最终方案采用力士乐的轴向柱塞变量泵,根据样本查得到型号为：A7VO28DR/63L-NPB01斜轴式压力控制柱塞变量泵，用于开式回路，排量为28ml/min,公称压力35MPa，峰值压力40MPa。3.4主液压泵电动机的计算与选型经过以上计算，得到主泵的流量，出口压力，柱塞变量泵的效率一般取为0.8-0.85。则可以计算出驱动主泵的电动机的输出功率为： 式中 ：液压泵的出口压力，bar； ：主泵的流量，L/min； 选用防护等级比较高的Y3系列4级电动机，参照佳木斯电机厂的电动机样本，最终确定方案为，选择电动机型号为：Y3180L-4B35。功率为22kW，效率为90.5%，转速为1465r/min,重量为220kg,安装方式坐卧俩用。3.5辅泵的计算与选型辅泵选择定量叶片泵为系统提供背压，并为主泵供油，保证主泵的吸油能力。根据经验公式，可以计算出辅泵的流量为： 辅泵的电动机初步选择4级电动机。同步转速为n=1500 r/min。则辅泵的排量： 辅泵的出口压力为（考虑到管路的压力损失）： 同样，辅泵的额定压力需要提高10%-30%；得到泵的额定压力为: 查阅阜新的液压叶片泵的样本，最终确定采用的叶片泵的型号为：YB1-40。排量为40L/min，最高工作压力为6.3MPa，容积效率91%，额定输出流量为54.6L/min，总效率80%，重量15.5Kg。所需的驱动功率为4.9kW，供应商阜新液压厂。3.6 辅泵电动机的计算与选型由阜新的叶片泵样本查得叶片变量泵驱动功率为4.9kW。 选用防护等级比较高的Y3系列4级电动机。参照佳木斯电机厂的电动机样本，最终选择电动机的型号为：Y3132M-4B35功率为7.5KW，效率为87%，输出转速为1440r/min，重量76Kg，安装方式坐卧俩用。可以计算出主泵电动机的输出功率为：，可以满足使用要求。3.7 过滤器的计算与选型为保证泵的吸油能力，液压泵的吸油路不采用过滤器。 3.7.1 主泵后的过滤器根据经验公式，主泵后的过滤器的公称流量： 此油路上的过滤器的过滤精度可以为5-20um，一般采用10um的过滤精度。过滤器采用温州黎明液压的产品，参照过滤器样本，选择过滤器。最终选择主泵后的过滤器的型号为:ZUH10010DB过滤器不带旁通阀，公称压力为32Mp，流量为100L/min，过滤精度为10um，倒装管式连接并带有直流发讯器的过滤器。质量22.5kg，滤芯的型号为：HBX-10010。 3.7.2 辅泵后的过滤器辅泵过滤器的选择，根据经验公式计算出过滤器的公称流量为： 过滤器采用温州黎明液压的产品，参照过滤器样本，选择过滤器。最终确定辅泵后的过滤器的具体型号为：ZUH16010DB。公称压力为32MPa，流量为160L/min，过滤精度为10um，倒装管式连接并带有24V发讯器的过滤器。滤芯的型号为：HBX-16010。 3.7.3 伺服阀前的过滤器伺服阀前需要安装精度较高的过滤器，目的是为了保护电液伺服阀这一精密的液压控制元件，过滤器的精度一般较高，取为5um。根据经验公式可以计算出过滤器的公称流量为： 过滤器采用温州黎明液压的产品，参照过滤器样本，选择过滤器，最终确定伺服阀前的过滤器的具体型号为：ZUH405BS。不带旁通阀，公称压力为32Mp，流量为40L/min，过滤精度为5um。板式连接并带有直流24V发讯器的过滤器,质量13.2kg，滤芯HBX-405。 3.7.4 总回油过滤器总会油路需要加装过滤器，以保证系统回到油箱的液压油的清洁度。根据经验公式可以计算出过滤器的公称流量为： 过滤器采用温州黎明液压有限公司的产品，参照过滤器样本，选择过滤器，最终确定总回油路过滤器的具体型号为：RFA-16020-Y。公称压力为1.6MPa，流量为160L/min，过滤精度为20um，螺纹连接并带有发讯器的过滤器。3.8 管道的计算 3.8.1 钢管的选择根据液压设计手册，查看钢管通径、外径、壁厚、连接螺纹和推荐流量表，选择参数。高压油路压力小于31.5Mp，流量为32.76L/min，选高压油路的管道为，外径为18mm，壁厚为2.5mm，通径为10mm，材料为钢管。背压油路流量为54.6L/min，压力小于2.5Mp，背压油路的管道为，外径为22mm，壁厚为1.6mm，通径为15mm，材料为钢管。总回油路流量小于100L/min，压力小于2.5Mp，总回油路的管道为，外径为28mm，壁厚为1.6mm，通径为20mm，材料为钢管。主泵吸油管路所允许的流速范围为12m/min，本论文取得限制流速为1m/min，则可以计算出在限制流速的情况下的主泵吸油管路的内径为：根据机械设计手册，将其圆整为标准值后，取主泵吸油管路通径为：32mm。在同样的限制流速1m/min下，辅泵的吸油管路的内径可以由公式计算计算出为：根据机械设计手册，将其圆整为标准值后，取辅泵吸油管路通径为40mm。最终的到系统的管道的如表3-1所示。表3-1 主要管路参数管路名称管路通径(mm)钢管外径(mm)钢管壁厚(mm)主泵吸油管32382辅泵吸油管40452.5主泵出油管10182.5辅泵出油管40221.6总会有关20281.6 3.8.2 软管的选择软管的允许的最大流速为5m/s。根据公式计算：式中 q：通过管道的流量 ； ：管内允许速度 ；高压油路流量：，油路压力小于31.5MPa。计算管道内径。则高压软管选择型号4SP12，通径为12mm，最大工作压力为42.5MPa，四层高抗拉钢丝编织。供应商为成铭液压。背压油路流量为54.6L/min，压力小于2.5MPa，则低压软管选择型号1SN16，通径为16mm，最大工作压力为13MPa，一层高抗拉钢丝编织。供应商为成铭液压。 3.8.3 橡胶接管的选择在泵与油箱之间加橡胶接管来减小由于电动机产生的振动对系统的影响，主泵与油箱之间采用型号为KXT-()-32的可曲挠橡胶接管，工作压力为2.0MPa,爆破压力为6.0MPa，通径为32mm。辅泵与油箱之间采用型号为KXT-()-40的可曲挠橡胶接管,工作压力为2.0MPa，爆破压力为6.0MPa，通径为40mm。供应商为上海橡胶制品厂。3.9 阀块的计算阀块的设计，阀块内管道内流速的控制，根据最大流量和允许的速度进行计算选择。表3-1 流速推荐表管道压力推荐流速/3高压油路流量：，油路压力小于31.5Mp。由表中的数据可以计算出管道内径。则阀块内高压油路的管内径d的范围为： 背压压油路流量：，为主油泵供油的流量，油路压力小于2.5Mp。由表中的数据可以计算出管道内径。则阀块内背压油路的管内径d的范围为： 总回油路流量小于100L/min，油路压力小于2.5Mp，由表中的数据可以计算出管道内径。则则阀块内背压油路的管内径d范围：在阀块的设计中，为了简化加工程序，而且辅助油泵为主泵供油，工作油路流量比计算值小很多。所以高压油路与低压油路均采用15mm的内径。总回油路采用25mm的内径。3.10 单向阀的计算为了保证辅泵的供油全部进入主泵，而不回油箱，同时保证主泵额外从油箱内吸油，在主泵前的单向阀加装单向阀，保证主泵充分的吸油能力。单向阀采用北京华德液压的产品。查阅相应的样本，最终确定主泵前的单向阀的具体型号为：S30A020B。通径30mm，压力至31.5MPa，流量至400L/min，无弹簧的管式单向阀，重量2.5kg。为了保证停机时，防止系统内的液压油倒灌进入油液泵，对液压泵造成破坏，在主泵与辅泵后都应加装单向阀，从而保护液压泵。主泵后的单向阀：单向阀采用北京华德液压的产品。查阅样本，最终确定主泵后的单向阀的具体型号为：S10A020B。通径10mm，压力至31.5MPa，流量至400L/min，重量为0.5kg，无弹簧的管式单向阀，重量0.3kg。同样辅泵后的单向阀采用北京华德的产品，查阅样本，最终确定辅泵后的单向阀的具体型号为：S15A020B。通径15mm压力至31.5MPa，流量至400L/min，无弹簧的管式单向阀，重量为0.5kg。3.11 电磁溢流阀的计算与选型高压油路电磁溢流阀作为安全阀用，工作状态为常闭，保护系统的正常工作。选择北京华德的产品，查样本选电磁溢流阀。具体型号为：DBWC10A230B315G24NZ5L/2，通径为10mm，常闭式板式连接，调节压力至31.5Mp，重量3.7kg。背压油路电磁溢流阀作为溢流阀用，工作状态为常开。选择北京华德的产品，查样本选电磁溢流阀。具体型号为：DBWC10A230B100G24NZ5L/2，通径为10mm，常开式板式连接，调节压力至10Mp，重量3.7kg。3.12 电磁换向阀的计算与选型二位四通电磁换向阀在系统中起到切换正负弯工作状态的作用。选择北京华德的产品，查阅相关样本，最终确定换向阀的具体型号为4WE6C50B/AG24Z4N，通径为6mm，压力至35Mp，流量至80L/min，标准型复位弹簧，直流24V供电，重量为1.2kg。3.13 油箱计算与选型油箱设计时需要注意的事项：(1) 油箱的外形一般为长方体，在有效容积较小的情况下可以采用正方体（有时为了美观，油箱的长、宽、高的比值可以采用黄金比例），设计的原则是：在保证油箱在所允许的空间范围内，尽量放低油箱的重心。(2) 油箱的设计容量较小时，油箱可以有钢板直接焊接而成。对于比较大型的油箱，为了保证油箱的强度，应在油箱内安装骨架，再在骨架的外边焊接上钢板。(3) 对于油箱的钢板厚度，应根据油箱的设计容积来决定。在满足油箱容积、强度满足使用要求的情况下，尽量减小油箱钢板的厚度，从而减轻油箱的重量。对于油箱的钢板厚度和设计容积之间的关系，可以以经验的方式给出。当油箱的设计容量比较小时（设计容量在100L以内时），油箱钢板的厚度可以取为3mm；当设计容量较大时（设计容量在100320L之间时），油箱钢板的厚度可以取为34mm；当设计容量很大时（设计容量在320L以上）时，油箱钢板的设计厚度可以取为其壁厚应为46mm。(4) 为了便于油箱的散热，油箱底板距离地面的高度一般应在150mm以上。(5) 对于设计容积较大的油箱，为了搬运方便，应该在油箱的适当位置安装吊耳。(6) 为了有利于散热、杂质的沉淀和油液内空气的析出，在油箱的内部经常安装23挡油板，回油区与吸油区被这些挡板隔开，使液压油按照一定的路径流动。在设计油箱时，隔板的设计高度也非常重要，其高度应为油液正常液面高度的2/33/4。(7) 在设计油箱时，为了保证液体与大气相通，在油箱的顶部应设通气孔。同时为了保证进入的空气的清洁，在通气孔上应加装空气滤清器，对进入油箱内的气体进行过滤。另外，在为油箱加油时，空气滤清器中的滤网会对油液进行过滤，从而保证系统油液的清洁。(8) 在设计邮箱时，为了油箱排油时的方便，油箱底板应由一定的斜度，并且，在底板大最低侧应安装放油塞或者放油阀（截止阀）。为了便于观察油箱内的液位，在油箱设计时应在油箱容易观察的位置安装液位计。同时为了油箱的清洗、安装方便，在油箱侧壁应开设足够大的清洗孔。此次弯辊液压伺服控制系统的油箱设计计算，根据经验公式： 式中 ：经验系数； q：泵的总流量，m3/min；在冶金工业中，从而可以计算出油箱的设计容量为：根据油箱公称容量系列（JB/T79381999），取油箱的有效容积为1m3。有效容积为油液高度为油箱高度80%时的油液容积。由此可以计算出油箱的总容积为：在以上提到的油箱设计准则下，油箱具体的外形尺寸为：长度、宽度、高度=。设计容量为1000L，油箱钢板的厚度取为6mm。3.14 其他液压辅件的选择 3.14.1 压力继电器为了保证系统的安全，在油路上应安装压力控制继电器，从而对系统的压力实施监控。高压油路的压力控制继电器，选择温州黎明液压厂的产品，参照样本，最终确定压力继电器的型号为：HED10A20/350L24。最高调整压力为35MPa，带24V指示灯。 3.14.2 压力传感器压力传感器精度选择为，选择HYDAC的压力传感器，根据样本选择型号：HDA3845A-250Y00。压力范围至25Mp。 3.14.3 空气滤清器空气滤清器的过滤精度一般为320um，一般选择为10um。根据经验，空气流量为出油量的1.5-2倍。 则空气滤清器的流量可以计算出为： 选择温州黎明的产品，查阅样本,最终选择空气滤清器的型号为：，过滤精度10um，空气流量为0.25m3/min。 3.14.4 截止阀高压截止阀，用于高压油路，选用密封性好的高压球阀，选用黎明液压公司的高压球阀，查阅相关样本，最终确定高压球阀的型号为：YJZQ-H10N。通径是10mm，公称压力32MPa，内螺纹连接。低压球阀，用于背压油路，选用温州黎明液压的低压球阀，查阅相关样本，最终确定高压球阀的型号为：Q61F40P15，通径是15mm，公称压力4MPa， 对焊球阀。总回油路球阀，选用温州黎明液压的低压球阀，查阅相关样本，最终确定高压球阀的型号为：Q61F-16P-20，通径是20mm，公称压力1.6MPa，对焊球阀。主泵吸油路截止阀，用温州黎明液压的低压球阀，查阅相关样本，最终确定高压球阀的型号为：Q61F16P32，通径是32mm，公称压力1.6MPa， 对焊球阀。辅泵吸油路截止阀，用温州黎明液压的低压球阀，查阅相关样本，最终确定高压球阀的型号为：Q61F16P40，通径是40mm，公称压力1.6MPa， 对焊球阀。 3.14.5 压力表及测压软管，测压接头总成系统共准备俩块压力表，分别为低压压力表，量程为4MPa；高压压力表，量程为40MPa。均采用温州黎明的防震压力表，型号分别为：YN-100-I4，YN-100-I40。测压软管接头总成，采用温州黎明液压的HF系列，型号为：HFP2-H3-2-40，测压接头为PT-8，选择时注意压力表，测压软管，测压接头的配套选择。 3.14.6 蓄能器与蓄能器安全阀组 主泵油路的蓄能器：蓄能器的容积为主泵流量的，则主泵油路蓄能器的容积有效容积： 选择黎明液压厂的GXQ胶囊式蓄能器，型号为GXQ-B-3/33-L-Y，有效容积为4L，工程压力33MPa，数量为1。蓄能器安全阀组，根据样本选择型号为：AQF-L25H3-A/M272，通径为25mm，压力调节为31.5MPa。辅泵油路的蓄能器，则主泵油路蓄能器的容积： 选择黎明液压厂的GXQ胶囊式蓄能器，型号为GXQ-B-3/21-L-Y，有效容积为3L，工程压力21MPa，数量为2。蓄能器安全阀组，根据样本选择型号为：AQF-L25H1A/M272，通径为25mm，压力调节为10MPa。3.14.7 伺服放大器的计算与选型选择MOOG的产品，具体型号由电气设计决定。3.14.8 冷却器的选择对于液压系统中的油温的控制，对于液压系统来说至关重要。系统中的液压油的油温，所允许的范围在3050内，油液的温度最高不能超过70，如果油液温度过高的话，油液的动力粘度会减低，系统的泄露增加、液压元件的磨损会加剧，因此系统的效率会明显降低。相反，如果温度过低的话，液压油的粘度会增大，系统的发热很增加，同时泵的吸油性能也会降低，同样造成系统效率的下降。如果对系统的油温控制的不成功或没有控制，造成系统中出现不正常的油温出现，系统会出现一系列问题。为保证油液能在正常的范围内工作，很有必要对系统油液温度进行必要的控制，即采用加热或冷却的方式。 此次涉及的液压弯辊伺服控制系统采用水冷却式，热交换量为：式中 P：系统的总输入功率，W； ：比例系数，在北方取0.20.4，在南方取0.30.6。 则需要的热交换量为： 散热面积A的计算：式中 ：冷却器的冷却面积，； ：热交换量，W； ：散热系数；：平均温差，。 平均温差的计算：式中 ：进口和出口油温，； ：进口和出口水温，； 初步选择黎明液压厂的GL列管式冷却器，根据样本参数验算。 水出口的温度为室温25，则平均温差： 散热面积则为：根据样本选择型号为：GLC2-1.3。列管式冷却器。翅片管换热管结构，公称冷却面积为1.3，工作压力为1.6MPa，卧式安装，重量17kg。供应商为黎明液压厂。3.14.9 加热器的计算与选型对于油液的加热方法，一般可采用电加热的方式。电加热器的应用需要注意一些问题，就是在对油液加热时与加热器接触的油液的温度不能超过120，目的是为了油温局部过高而造成液压油液的变质，对于电加热器的表面功率密度也要有一定的限制，一般为不允许高于3。单个电加热器的加热功率不超过 2W。电加热器的发热能力：式中 N：加热器的发热能力，W； C：油的比热，取C=16802094。、； ：油的密度，取r=900；：油箱内油液温度，； ：油加热后温升，； ：加热时间，；油箱的温度控制在3050，取40。最低温度设为20，则加热时最大温升为20。加热时间120分钟。则电加热器的发热能力为：电加热器的功率为：式中 ：热效率，取。查阅相关点加热器的样本，最终选择GYY型电加热器，总功率为10kW，单个加热器的功率不超过2kW，具体型号为GYY2-220/2，额定功率为2kW，额定电压为220V，数量为5，电加热器，供应商为上海电热电器厂。3.14.10 温度计的计算与选型温度计的选择，为了观察油箱内温度的变化，在油箱容易观察的位置应安装温度计，查阅相关样本，选用WSS型双金属温度计，最终确定型号为WSS-411，双金属片感温元件，不带电接点，表直径100mm，精度等级1.5，测温范围-40160，分度值2,安装螺纹M122，径向，可动外螺纹安装。供应商为上海仪表公司。3.14.11 温度计控制器的计算与选型为了实现度油箱内油液温度的自动控制，在油箱的设计中 应安装温控控制继电器。查阅相关样本，选用WTYK型压力式温度控制器，最终确定具体型号为WTYK-11。供应商为上海远东仪表厂。3.14.12 液位计的选择 为了观察油箱内油液的高度，在油箱容易观察的位置应安装液位指示器。查阅相关样本，最终选择温州黎明液压的YWZ型液位计，型号为YWZ-250T。工作温度：-20100；带温度计，工作压力小于0.10.15MPa。3.14.13 液位控制器的选择为了实现度油箱内油液高度的自动控制，在油箱的设计中 应安装液位控制继电器。查阅相关样本，最终确定选择温州黎明液压的YKZQ型液位计，型号为YKZQ24-150-250；工作温度：-20100；直流24V，垂直安装。3.14.14 管接头的选择在液压系统中，管接头是应用很广泛的一中液压连接件（管与管之间，管与液压元件之间）。管接头具有外形尺寸小，规格多样，连接可靠、密封可靠等优点。现在管接头已经标准化生产。现在在生产实践中，所需要的管接头的种类非常多。液压系统中管与管之间，管与液压元件之间常见的连接方式有：焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。焊接式、卡套式、和扩口式管接头应用比较普遍，基本形式有7种：直通管接头、端直角管接头、直角管接头、端直通管接头、端三通管接头、直通管接头、三通管接头和四通 管接头，凡是带端字的都是用于管端与机件