武钢轧板50吨加热炉液压比例系统设计毕业论文.doc

目 录 1 绪论 1 1 1 背景及工艺 1 1 2 设计任务 1 1 2 1 题目名称 1 1 2 2 主要技术参数及要求 1 1 3 设计方案 2 2 液压系统的计算与选型 3 2 1 系统工作压力的确定 3 2 2 执行元件的计算与选型 3 2 2 1 升降液压缸 4 2 3 执行元件速度的计算 6 2 4 执行元件流量的计算 8 2 4 1 升降液压缸 8 2 5 绘制液压系统工况图 8 2 5 1 流量循环图 8 2 5 2 压力循环图 9 2 5 3 功率循环图 11 2 6 动力元件的计算与选型 12 2 6 1 液压泵的选型 12 2 6 2 电动机的选型 13 2 7 控制元件的计算与选型 14 2 7 1 升降液压缸回路 15 3 液压辅助件 17 3 1 油箱的选择 17 3 2 蓄能器的选择 18 3 3 滤油器的选择 20 3 4 冷却器的选择 21 3 5 加热器的选择 24 3 6 管道的选择 25 3 6 1 管子的分类 25 3 6 2 管子的计算与选择 25 4 液压站的设计 35 4 1 液压站的结构设计 35 4 2 液压叠加回路设计 35 4 3 液压系统的安装 36 4 4 管路的安装与清洗 37 4 5 液压系统的维护 37 5 结束语 38 参考文献 39 致谢 40 1 绪论 1 1 背景及工艺 高炉热风炉比推钢炉具有许多优点 因而成为新建轧厂的首选炉型 热轧宽带钢 厂的规模正向大型化发展 高炉热风炉的特点之一是炉长不受推钢长度限制 因而能 适应轧机的小时产量增长的形势 热风炉是钢铁企业热轧生产过程的关键设备之一 其性能直接影响到热风炉的能耗和最终钢材产品质量 钢坯成材率 轧机设备寿命以 及整个主轧线的有效作业率 目前在板材 棒材或线材的热轧生产中 广泛采用步进 式热风炉对钢坯进行炉内步进式运送 高炉热风炉靠炉底或水冷金属梁的上升 前进 下降 后退的动作把料坯一步一 步地移送前进的连续热风炉 炉子有固定炉底和步进炉底 70 年代以来 由于轧机的 大型化 步进梁式炉得到了广泛应用 同推钢式炉相比 它的优点是 运料灵活 必 要时可将炉料全部排出炉外 料坯在炉底或梁上有间隔地摆开 可较快地均匀热风炉 完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障 因而使炉的长度不受这些因素的限制 高炉热风炉的主要优点是 工件和步进梁或炉底间没有摩擦 避免过程中工件底 面被划伤 工件依靠运动在炉内前进 因此工件之间可以留同间隙 高温炉料不会互 相粘连 还有利于缩短时间 减少工件的氧化和脱碳 外形不太规整和厚薄不同的工 件在装炉条件上有较宽的适应性 停炉时炉内工件可以利用步进机械全部出空 必要 时可以将工件倒退一段距离 从而避免了工件在高温下停留时间过长或重复所造成的 氧化损失 炉子长度不受推钢倍数的限制 但过长时工件跑偏量将增大 通过改变工 件之间的间隙 步进机械的水平行程和步进周期以调整炉子的生产能力 步进炉是依 靠专用的步进机械使工件在炉内移动的一种机械化炉 利用耐火材料炉底支承工件 主 要向工件上部单面供热的称高炉热风炉 1 2 设计任务 1 2 1 题目名称 高炉热风炉液压系统设计 1 2 2 主要技术参数及要求 A 炉门负载 5T B 上升行程 2000mm C 系统最高工作压力不高于 20Mpa 最大工作周期为 100s 最小工作周期为 60s D 系统应能完成高炉热风炉的工艺过程要求 1 3 设计方案 此次设计主要是对高炉热风炉液压系统的设计 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 工作平稳 可无级调速等优点而被广泛应用 在高炉热风炉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 准确地完成高炉热风炉的一系列动作 在高炉热风炉里 钢坯的移动是通过固定梁和载有钢坯的移动梁进行的 高炉热 风炉的运动是由升降机构的垂直运动而成 炉门相对于水平梁作上升 下降两个动作 这两个动作组成炉门的一个运动周期 为了实现炉门的炉门能平稳地加速启动 减速 停止即在动梁上升或下降到与静粱持平时 运动速度要较慢 以便轻抬或轻放钢坯 防止冲击 当上升到最高点时要减速 我们必须控制升降的运动速度 也就是要控制 驱动炉门的液压油缸的运动速度 即控制进入或流出液压缸的液体流量 1 为了满足上述工艺要求 可以采用两个升降液压缸来完成炉门的垂直运动 同 时采用单向节流阀进行回油调速 进而可以控制升降液压缸的速度 以满足炉门的加 速启动和减速停止 为了实现炉门在升降过程中的任意位置停止 我们采用了液压锁 这样步进梁的上升和下降动作就可以实现 以上所有动作由一供一备的变量液压泵来 提供压力油 回油冷却 并且回油过滤 2 液压系统的计算与选型 2 1 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 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 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 左右 故取系统实际工作压力为 17 5MPa 2 2 执行元件的计算与选型 升降回路采用两个升降液压缸完成高炉热风炉的上升和下降动作 根据设计任务 书的要求可以列出表 2 1 表 2 1 执行元件工艺参数 序号名称最大载荷最大行程速度 升降液压缸300000N2000 mm0 20m s 2 2 1 升降液压缸 P1P2 2 2 D d 图 2 2 升降液压缸主要设计参数 由上图可知 fc2 22 1 2 d 44 FPDFPD 1 222 1 fc2 d 4 P P D P FF D 2 2 式中 液压缸的工作压力 Pa 1 P 液压缸回油腔被压力 Pa 2 P 活塞杆直径与液压缸内径之比 m D d F 工作循环中最大的外载荷 N 液压缸密封处的摩擦力 它的精确计算值不易求得 常用液压缸 fc F 的机械效率进行估算 cm 因为 为液压缸的机械效率一般取 0 9 0 97 此处取 0 95 cm fc F FF cm 2 3 2 1 2 cm1 d 11 4 DP P P F D 把 代入 2 2 式中得到 2 3 cm F v 其中依机械设计简明手册 2 表 2 2 知当时且带有回油路调速阀 取背a 5 17 1 MPP 压 a1 2 MPP 依机械设计简明手册 2 表 2 3 知 取液压缸内径 D 与活塞杆直径 d 的关系 7 0 d D 外负载 NF1470008 91015 3 因为是两个液压缸同时作用 所以单个液压缸的负载为外负载的一半 所以 NF73500 参数代入式 2 3 得 62 4 98000 1 3 14 15 100 95 110 7 15 D 0 0952m 95 2mm d0 70 7 95 2366 66mmD 据机械设计简明手册 2 表 2 4 D 圆整到 250mm d 圆整到 180mm 由于升降液压缸的垂直位移是 2000mm 查机械设计手册 3 活塞杆的标准系列 可 取活塞杆的行程为 2000mm 查机械设计手册 3 选择型号液压缸 2 4 执行元件流量的计算 2 4 1 升降液压缸 基本参数 D 250mm d 180mm sV mm20 升 sV mm30 降 22 0 1250 02 6014 72 min 44 QDVL 升升 2222 d0 1250 090 036010 63 min 44 QDVL 降降 2 5 绘制液压系统工况图 2 5 1 流量循环图 根据已确定的液压缸的有效作用面积和运动速度计算出在工作循环中的每个阶段 的实际流量 把它绘制成流量 循环图 由于系统中有两个升降液压缸和两个对中液压 缸 所以在相应的工况下 流量应给为其两个液压缸的流量之和 图 2 6 流量循环图 2 5 2 压力循环图 通过最后确定的液压执行元件的结构尺寸 在根据实际载荷的大小 倒求出液压 执行元件在其动作循环的各个阶段的工作压力 然后绘制成压力循环图 1 升降液压缸的实际工作压力计算 由式 2 2 可知 当炉门上升时 可求系统的实际工作压力 1 222 1 fc2 d 4 P P D P FF D cmfc 1 F 其中 D 250mm d 180mm F 73500N 95 0 cm 参数代入上式得 a 5 17 1 MPP 当步进梁下降时 钢坯和移动部件的重力作用下可自行下降 这是只需调节回油 q L min t s 29 42 10255060750 流量便可以调节步进梁的下降速度 故此时系统的实际工作压力为 0MPa 所以依据系统的顺序动作可画出以下的压力循环图 图 2 7 压力循环图 2 5 3 功率循环图 根据压力循环图和流量循环图 由液压功率为实际工作压力与实际流量之积可计 算出工作循环中每个阶段的功率 33 kw m s 液压功率 流量压力 Pa 10 炉门上升时 w60 3210 60 1076 111 10 5 17 3 3 6 KP 步进梁下降时 由于此时步进梁可以在重力的作用下自行下降 此时液压缸要求的 实际工作压力为 0MPa 所以此时的实际功率为 0Kw P MPa t s 17 5 0 10025506075 图 2 8 功率循环图 2 6 动力元件的计算与选型 2 6 1 液压泵的选型 1 确定液压泵的最大压力 p1 PPP 式中 液压缸最大工作压力 MPa 1 P 从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失 初算是可依据经 P 验数据选取 管路简单 流速不大的 取 0 2 0 5MPa P 管路复杂 进口油调速阀的 取 0 5 1 5MPa P 由上面计算数据可知 液压缸最大的工作压力为 12 12MPa 取 1 0MPa P 则 取 a62 13MPPP 19 25MPa P P P Kw t s 32 6 0 0 01025506075 2 确定液压泵的流量 液压泵的流量应该为 vp q vmaxvp qqK 式中 K 系统的泄露系数 一般取 K 1 1 1 3 同时动作的液压缸的最大流量 可以从流量循环图 vmax q 上查到 对于在工作过程中用节流调速的系统 还须加上溢流阀的最小溢流 tqvp 量 一般取 0 5 4 10 s m3 从流量循环图上查得 同时动作的液压缸的最大流量是 300L min 取泄露系数 K 1 2 则 300 vp q min 18 20697 0 1500L 3 选择液压泵的规格 查文献 4 选用 CY14 1B 轴向柱塞泵 2 6 2 电动机的选型 在工作循环中 由于液压泵的流量和压力变化较大 则需分别计算出各个动作阶 段内所需的功率 驱动功率取其平均功率 222 1122 12 nn pc n p tptpt P ttt 2 5 式中 一一个工作循环中每一个动作阶段内所需的时间 s 1 t 2 t n t 一个循环中每个动作阶段内所需的功率 Kw 1 P 2 P n P 所以 2222 3 52104 361513 01250 107 1715 1015251015 pc p 8 49Kw 查机械设计手册 3 选定与泵相连的电机型号为 Y2 160M2 2 其额定功率为 15Kw 转速 2930r min 效率 0 89 2 7 控制元件的计算与选型 阀的选择 根据系统的工作压力和实际通过阀的最大流量 选择有定型产品的的 阀件 溢流阀按通过液压泵的最大流量选取 选择节流阀和调速阀时 应该考虑最小 稳定流量应该满足执行机构最低稳定速度的要求 控制阀的流量一般要选的比实际通 过的流量大一些 必要时也允许有 20 以内的短时间过流量 先根据上述要求把本液 压系统所需的阀和控制元件选型列表如表 2 3 3 液压辅助件 3 1 油箱的选择 油箱在系统中的功能 主要是储油和散热 也起着分离油液中的气体及沉淀污物 的作用 5 油箱有开式和闭式两种 开式油箱应用广泛 箱内液面与大气相通 为防止油液 被大气污染 在油箱顶部设置空气滤清器 并兼作注油口 闭式油箱一般指箱内液面 不直接与大气连通 而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接 充气压力可达 0 05MPa 6 本系统采用开式油箱 在清洗盖板上设置空气滤清器 油箱的形状一般采用矩形 而容量大于 2m3的油箱采用圆筒形结构比合理 设备 重量轻 油箱内部压力可达 0 05MPa 6 油箱必须有足够大的容量 以保证系统工作时能够保持一定的液位高度 油箱的 排油口与回油口之间的距离应尽可能远些 管口都应插入最低液面之下 以免发生吸 空和回油冲溅产生气泡 管口制成 45 的斜角 以增大吸油及出油的截面 本系统中 的回油管和泄油管均须设置斜角 为了使油液流动时速度变化不致过大 管口应面向 箱壁 油箱应设置隔板将吸 回油管隔开 使液流循环 油液中的气泡与杂质分离和沉 淀 隔板结构有溢流式标准型 回流式及溢流式等几种 另外还可根据需要在隔板上 安置过滤网 3 本系统采用两个隔板交错布置 使液流呈 S 形流动 增加了液压油的 流动行程 更利于散热 液压油箱在不同的工作条件下 影响散热的条件很多 通常按压力范围来考虑 液压油箱的有效容量 V 可概略地确定为 在低压系统中 可取 a5 2 MPP p q 4 2 V 在中压系统中 可取 a3 6 MPP p q 7 5 V 在中高压或高压大功率系统中 6 3MPa 可取 P p q 12 6 V 式中 V 液压油箱有效容量 液压泵额定流量 p q 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 本次设计中 系统最高工作压力不高于 18MPa 系统工作压力取为 15MPa 属于 中高压或高压大功率系统 故有 p q 12 6 V 取 又因为 p q10 有效 Vmin 104qpL 所以 这样 可取油箱的有效容积为 1m3 所以本系统1040L min10410 有效 V 选用矩形油箱比较合理 3 2 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 其主要的结构形式有 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 系统在循环频率低的情况下蓄能a2 1 MP 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 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 蓄能器的总容积 即充气容积 根据波义耳定律 0 V 1 122 nnn oo p VpVp VC 3 1 蓄能器工作在绝热过程 1mint 时 n 1 4 其总容积为 0 7150 715 0 715 12 11 W o o V V p pp 3 2 式中 冲气压力 MPa 0 P 最低工作压力 MPa 1 P 最高工作压力 MPa 2 P 有效工作容积 w V n 指数 绝热过程 n 1 4 则 715 0 n 1 1 计算 1 P 作为辅助动力源来说 蓄能器的最低工作压力应满足 1 P 1maxmax I ppp 3 3 式中 最远液压机构的最大工作压力 MPa max I P 蓄能器到最远液压机构的压力损失之和 MPa max P 取为系统压力 12 12MPa 1 5MPa max I P max P 所以 12 12 1 5 13 65MPa 1 P max I P max P 取 15MPa 1 P 2 计算 2 P 从延长皮囊式蓄能器的使用寿命考虑 作为辅助动力源的蓄能器 为使PP3 2 其在输出有效工作容积过程中液压机构的压力相对稳定些 一般推荐 0 6 0 85 1 P 2 P 3 4 则有 1 2 15 17 6 25 0 6 0 850 6 0 85 p pMPaMPa 取 20MPa 2 P 3 计算 0 P 在保护胶囊 延长其使用寿命的条件下有 1 0 80 8 1512 o ppMPaMPa 3 5 4 计算 w V 由各执行机构流量 时间循环图可知 最大流量为 72 35L min 平均流量为 45 05L min 则有 25 72 3545 0511 38 60 W VL 把以上所得参数带入方程 3 2 得 0 7150 715 0 715 11 38 71 83 11 12 1520 o VL 查文献 3 选择蓄能器 NQX2 40 20 公称容积为 40L 需要 2 个 查文献 3 选择安全阀组 ABZSS20M3X 330E S30G24K4 3 3 滤油器的选择 滤油器在液压系统中 滤除外部混入或者系统运转中内部产生的液压油中的固体 杂质 使油液保持清洁 延长液压元件使用寿命 保证系统工作的稳定性 液压系统 75 左右的故障是由介质的污染造成的 所以应在系统中设置滤油器 滤油器的过滤精度用过滤掉的杂质的颗粒大小表示 一般可分为粗滤油器 普通 滤油器 精滤油器及特精滤油器四种 他们分别滤掉的杂质的颗粒公称尺寸为 以上为粗滤油器 为普通滤油器 5 10 为精滤油器 m100 m 100 10 m 1 5 m 为特精滤油器 3 本系统中 压油路上和回油路上均采用过滤精度较高的 滤油器 根据滤油器在液压系统中所处的位置不同 滤油器的种类也多种多样 网式滤油器 装在液压泵吸油管路上 用以保护液压泵 它具有结构简单 通油 能力大 阻力小 易清洗等特点 线隙式滤油器 一般用于中 低压系统 这种滤油器阻力小 通流能力大 但不 易清洗 纸质滤油器 比一般其它类型滤油器过滤精度高 可滤除油液中的微细杂质 这 种滤油器有用于高压管路的和低压管路上的两种 可安装压差发讯装置 用于要求过 滤质量高的液压系统中 烧结式滤油器 是由烧结青铜滤芯作为过滤元件 加上钢质壳体而成的 这种滤 油器耐高压 高温 有时颗粒脱落影响精度 堵塞后不易清洗 用于要求过滤质量高 的液压系统中 片式滤油器 用于一般过滤 油流速度不超过 0 5 1m s 磁性滤油器 用于吸附铁屑与其他滤油器合用 选择过滤器时应考虑如下几个方面 1 根据使用目的选择过滤器的种类 根据安装位置情况选择过滤器的安装形式 2 过滤器应具有足够大的通油能力 并且压力损失要小 3 过滤精度应满足液压系统或元件所需清洁度要求 4 滤芯所使用的滤材应满足所使用的工作介质的要求 并且有足够的强度 5 过滤器的强度及压力损失是选择时需要重点考虑的因素 安装过滤器后会对系 统造成局部压降或产生背压 6 滤芯的更换及清洗要方便 7 应根据系统需要考虑选择合适的滤芯保护附件 8 结构尽量简单 紧凑 安装形式合理 9 价格低廉 查文献 3 考虑过滤精度 压油路上 选择 ZU H100 10S 型过滤器 回油路上 选择 ABZFR S0140 10 1X B 力士乐系列过滤器 3 4 冷却器的选择 液压系统工作时 因液压泵 液压缸的容积损失和机械损失 或控制元件及管路 的压力损失等消耗的能量 几乎全部转化为热量 这些热量除一部分散发到周围空间 大部分使油液及元件的温度升高 如果油液温度过高 80 将严重影响液压系统 的正常工作 为了提高液压系统工作的稳定性 应使系统在适宜的温度下工作 液压油温度一 般希望保持在 30 50 范围内 最高不超过 60 最低不低于 15 温度过高 将 使油液迅速变质 同时使泵的容积效率下降 还会使液压缸产生密封件早期老化 活 塞热胀 容易卡死等现象 因此 必须对油液进行冷却 冷却器除通过管道散热面积直接吸收油液中的热量以外 还使油液流动出现紊流 通过破坏边界层来增加油液的传热系数 冷却器的基本要求有 1 由足够的散热面积 2 散热效率高 3 油液通过时压力损失小 4 结构力求紧凑 坚固 体积小 重量轻 冷却器的计算主要根据热交换量来确定散热面积 从而选定冷却器 1 发热温升计算 液压系统工作时 除执行元件驱动外负载荷输出有效率外 其余的功率损失全部 转化成热量 使油温升高 对于复杂的液压系统 其发热功率为 crhr PPP 式中 液压系统总的输入功率 r P 液压系统输出的有效功率 c P 其中 z ivii r i 1 tpi p q t1 P T 3 6 ij nm cwiwjj i 1j 1 t 1 tPF ST T 3 7 式中 T 工作周期 s Z n m 分别为液压泵 液压缸 液压马达的数量 第 i 台泵的实际输出压力 流量 效率 i P vi q pi 第 i 台泵的工作时间 s i t 液压马达的外载转矩 转速 工作时间 wj T j j t s mN srad 液压缸外载荷及驱动此载荷的行程 wj F i smN 由于本系统液压泵是一供一备 无马达执行元件 由前面的功率循环图可知 3 52 104 36 1513 01 257 16 15 650 8 r P 10 2kw 由前面计算的载荷及工况位移可计算 29400 0 5 196000 0 3 196000 1 549000 1 5 65 c P 6 78kw 所以 w42 3 78 6 2 10 hr KP 2 散热计算 1 油箱散热面积 液压系统的散热渠道主要是邮箱表面 采用回油冷却 前面已经初步计算求得油 箱的有效容积为 1m3 一般油面的高度为油箱高 h 的 0 8 倍 与油直接接触的表面算全 散热表面 与油不直接接触的表面算是半散热面 按求得油箱的各边之积 取油箱的长度 a 1 5m abh8 0 V 3 m25 1 8 0 1 abh 油箱的宽 b 0 84m 高度 h 1m 油箱的散热面积为 ab5 1bah8 1 A 1 8 1 1 50 84 1 5 1 5 0 84 6 0m2 2 油箱的散热功率为 TAKP tthc 式中 油箱的散热系数 查表取 t K m 16 2 t CWK 油温与环境温度之差 取 T CT 25 所以 3 42KwKwPhc4 2250 616 c P 由此可见 油箱表面的但热不能满足系统的散热要求 管路的散热极小 所以需 要另设冷却器 3 冷却器散热面积 冷却器的散热面积为 3 8 m hchr t K PP A 式中 K 传热系数 用管式冷却器时 取 m w116 2 CK 平均温升 m t 因为 22 2121 ttTT tm 式中 液压油入口和出口的温度 1 T 2 T 冷却水或风的入口和出口温度 1 t 2 t 取油进入冷却器的温度 60 油流出冷却器的温度 50 冷却水入口温度 1 T 2 T 25 冷却水的出口温度为 30 则 1 t 2 t 60502530 27 5 22 m tCC 所需的冷却器的散热面积为 2 3 m 5 27116 10 4 242 3 A 2 0 32m 考虑到冷却器长期使用 设备腐蚀和油垢 水垢对传热的影响 冷却面积应该比 计算值增大 30 实际选用的冷却器的散热面积为 A 1 3 0 32 0 416m2 由此 查文献 3 选 2LQFW A1 0F 型冷却器 其散热面积为 1 0m2 3 6 管道的选择 3 6 1 管子的分类 管道的作用是保证右路的连通 并便于拆卸 安装 根据工作压力 安装位置确 定管件的连接结构 与泵 阀等连接的管件应由其接口尺寸决定管径 在液压传动中 常用的管子有钢管 铜管 胶管 尼龙管和塑料管等 钢管能承受较高的压力 价廉 但弯制比较困难 弯曲半径不能太小 多用在压 力较高 装置位置比较方便的地方 一般采用无缝钢管 当工作压力小于 1 6MPa 时 也可用焊接钢管 紫铜管能承受的压力较低 经过加热冷却处理后 紫铜管软化 a10 6 3pMP 装配时可按需要进行弯曲 但价贵且抗振能力较弱 尼龙管用在低压系统 塑料管一般只作回油管用 胶管作联接两个相对运动部件之间的管道 胶管分高 低压两种 高雅胶管是钢 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 麻绳或棉线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 成本高 因此非必要时不用 本次设计的液压系统属于高压系统 故考虑用钢管 钢管材料对于中 高压系统 采用 20 号钢 而对于联接两个相对运动部件之间的管路则考虑用软管联接 软管分高 低压两种 高压软管是以钢丝编织或钢丝缠绕为骨架的橡胶软管 用于压力油路 低 压软管是以麻线或棉线编织体为骨架的橡胶软管 用于压力较低的回油路或气动管路 中 3 6 2 管子的计算与选择 钢管内油液的流速推荐值v 吸油管路取 一般取 1m s 以下 s m2 5 0v 压油管路取 smv 6 5 2 短管道及局部收缩处取 smv 10 5 回流管路取 smv 3 5 1 泄油管路取 smv 1 管子内径的计算公式如下 4 v q d v 3 10 式中 通过管道内的流量 m3 v q 管内允许流速 m s 按推荐值选定 v 吸油管路 对吸油管路有 流体流量 min 104LQ 取 流体流速 smv 1 代入公式 3 10 3 4 104 10 60 46 99 3 14 1 dmm 查文献 3 选钢管通径为 50mm 外径为 63mm 壁厚为 6 5mm 压力管路 1 泵联接段 对泵联接段管路有 流体流量 min 6 939 0104LQq V 取 流体流速 smv 3 代入公式 3 10 得 3 4 93 6 10 60 25 74 3 14 3 dmm 查文献 3 选钢管通径为 32mm 外径为 42mm 壁厚为 5mm 2 升降液压缸油路 由前流量循环图可知 流体流量 取 流体流速 min 72 14LQ sm 3v 代入公式 3 10 可得 3 4 14 72 10 60 10 21 3 14 3 dmm 查文献 3 选钢管通径为 12mm 外径为 18mm 壁厚为 2mm 推荐流量 40L min 回油管路流体的流量为 取流体的流速为 min 63 10LQ smv 2 代入公式 3 10 可得 3 4 10 63 10 60 10 62 3 142 dmm 查文献 3 选钢管通径为 12mm 外径为 18mm 壁厚为 2mm 推荐流量 40L min 回油管路 对回油管路 因为本设计的冷却器是安装在回油路上的 故可根据所选冷却器 的型号来确定回油管的管径 对 2LQFW A1 0F 型冷却器 其油口连接法兰通径为 32 因此回油管通径为 32mm 泄油管路 对主压油段管路有 流体流量 max 1 104 10 9 10 4 min m QQL 3 19 取 流体流速 0 8 vm s 代入公式 3 10 可得 3 4 10 4 10 60 16 61 3 14 0 8 dmm 查文献 3 选钢管通径为 20mm 外径为 28mm 壁厚为 2 5mm 推荐流量 100L min 4 液压站的设计 4 1 液压站的结构设计 液压站是由液压油箱 液压泵装置及液压控制装置三大部分组成 液压油箱装有 空气滤清器 滤油器 液面指示器和清洗孔等 液压泵装置包括不同类型的液压泵 驱动电机及其它们之间的联轴器等 液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及 其联接体 液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型 本系统采用集中式结构 将液压 系统的供油装置 控制调节装置单独设置一个液压站 这种结构的优点是安装维修方 便 液压装置的振动 发热都与执行元件隔开 液压站的结构设计有以下几点注意事项 1 液压装置中各部件 元件的布置要均匀 便于装配 调整 维修和使用 并且 要适当地注意外观的整齐和美观 2 液压泵与电动机可装在液压油箱的盖上 也可装在液压油箱之外 主要考虑液 压油箱的大小与刚度 由于本系统的油箱较大 故将液压泵与电动机安装在液压油箱 之外 3 在阀类元件的布置中 行程阀的安放位置必须靠近运动部件 手动换向阀的位 置必须靠近操作部位 换向阀之间应留有一定的轴向距离 以便进行手动调整或装拆 电磁铁 压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方 13 所以 本系统中 将手 动换向阀装在现场 方便操作人员及时将事故钢包旋转到事故处理点 将危害控制在 最小 压力表安装在阀台最上面的显示牌上 4 液压泵与系统相联的管道一般都先集中接到系统的中间接头上 然后再分别通 向不同部件的各个执行机构中去 这样做有利于搬运 装拆和维修 也比较美观 5 硬管应贴地或沿着外形壁面敷设 相互平行的管道应保持一定的间隔 并用管 夹固定 随工作部件运动的管道可采用软管 伸缩管或弹性管 软管安装时应避免发 生扭转 以免影响使用寿命 本系统在泵的出口处用软管连接 还可减少液压冲击 4 2 液压叠加回路设计 对液压叠加回路设计的重点注意的是叠加阀的机能 通径和工作压力 将所选的 叠加阀按一定的规律叠加成液压叠加回路 设计叠加回路时 要注意以下几点 1 主换向阀 叠加阀 底板块之间的通径连接尺寸应一致 所以 本系统将通径 一样的叠加支路安放在同一个阀块上 2 主换向阀应该布置在叠加阀的最上面 兼作顶盖用 执行元件通过连接油管和 底板块的下底面连接 叠加阀布置在主换向阀和底板块之间 3 压力表开关应紧靠底板块 否则将无法测出各点压力 4 集中供油系统 顺序阀通径按高压泵流量确定 溢流阀通径由液压泵总流量确 定 5 回油路上的调速阀 节流阀和电磁节流阀 应布置在紧靠主换向阀的地方 尽 量减少回油路上的压力损失 集成块结构设计注意事项 1 与液压油管连接的液压油口可采用多种螺纹 本系统采用米制细牙螺纹 2 液压元件的布置应以集成块上加工的孔最少为好 3 孔道相通的液压元件尽可能布置在同一水平面或直径 d 范围内 否则要钻垂直 中间油孔 4 不通孔道之间的最小壁厚必须进行强度校核 5 液压元件水平面上的孔道若与公共油孔相通 则应尽可能布置在同一垂直位 置或直径 d 范围内 否择要钻中间孔道 6 集成块前后与左右连接孔道应互相垂直 不然要钻中间孔道 7 设计专用集成块时 要注意其高度应比装在其上的液压元件的最大横向尺寸大 2 3mm 以避免上下集成块上的液压元件相碰 2 本设计大多采用叠加阀 将叠加好的阀安装在集成块上 再将它们一起安放在阀 台上 这里对集成块的设计采用分层设计法 将 P T A B 油道分层布置 这样可 以有效地防止各个油路的沟通 4 3 液压系统的安装 各种液压元件的安装方法和具体要求 在产品说明书中 都有详细的说明 在安 装时必须加以注意 以下仅是液压元件在安装时应注意的事项 安装前元件应进行质量检查 若确认元件被污染需要拆开清洗 并进行测试 应 符合 液压元件通用技术条件 的规定 合格后安装 安装前应将各种自动控制仪表 如压力计 电接触压力计 压力继电器 液位计 温度计等 进行校正 这对以后的调整工作极为重要 以避免不准确而造成事故 液压泵装置安装要求如下 1 液压泵与原动机之间的联轴器的型式及安装要求必须符合制造厂的规定 2 外露的旋转轴 联轴器必须加装防护罩 3 液压泵与电动机的安装底座必须有足够的刚性 以保证运转始终同轴 4 液压泵的进油管路应短而直 避免拐弯增多 断面突变 在规定的油液粘度范 围内 必须使泵的进油压力和其他条件符合泵制造厂家的规定 5 液压泵的进油管路密封必须可靠 不得吸入空气 6 高压 大流量的液压泵装置推荐采用 泵进油口设置橡胶弹性补偿接管 泵出 油口连接高压软管 泵装置底座设置弹性减震垫 本系统为高压 大流量的系统 故采用在泵的出口连接高压软管 油箱安装要求如下 1 油箱应仔细清洗 用压缩空气干燥后 再用煤油检查焊缝质量 2 必须有足够的支持面积 以便在装备和安装是用垫片等进行调整 液压阀安装要求如下 1 阀的安装方式应该符合厂家规定 2 为了保证安全 阀的安装必须考虑重力 冲击 震动对阀内零件的影响 3 应注意进油口与回油口的方位 某些阀如将进油口与回油口装反 会造成事故 4 为了避免空气的渗入 连接处应保证有良好的密封性 5 方向控制阀的安装 一般应使轴线安装在水平位置上 6 一般调整的阀件 顺时针方向旋转时 增加流量 压力 反时针旋转时 则减 少流量 压力 4 4 管路的安装与清洗 管路的安装一般在所连接的设备和元件安装完毕后再进行 钢管路酸洗应在管路 配置完毕 且已具备冲洗条件后进行 管路酸洗复位后 应尽快进行循环冲洗 以保 证清洁与防锈 4 5 液压系统的维护 系统的压力实验应在安装完毕组成系统 并冲洗合格后进行 系统调试一般应按泵站调试 系统压力调试和执行元件调试的循序进行 并应配 合机械的单部件调试 单机调试 区域联动 机组联动的调试循序 液压设备通常采用 日常检查 和 定期检查 的方法 以保证设备的正常运行 液压系统某个回路的某项液压功能出现失灵 失效 失控 失调或功能不全称为 液压系统故障 它会导致液压机构某些技术指标和经济指标偏离正常值或正常状态 如液压机构不能动作 输出不稳定 运动不符合要求 运动不稳定 运动方向不准确 产生爬行或者液压冲击等 这些故障一般都可以从液压系统的压力 流量 液流方向 去查找原因 并想对策来排除 3 液压系统的故障大多属于突发性故障和磨损性故障 这些故障的液压系统的调试 期 运行的初期 中期和后期表现形式与规律也不一样 应尽早采用状态检测技术 努力做到早期诊断及排除 一般来说液压系统发生故障的因素约有 85 是由液压油受 到污染所造成的 所以应定期检查油液的清洁度 5 结束语 这次设计转眼就将结束了 但我们从中所学到的知识 学到的精神 学到的态度 将对我们今后的工作和进一步的学习有很大帮助 在整个设计过程中 我们从最初的 懵懂 不知所措 到现在的知之所为 感觉像是发生了一次蜕变 我所设计的是加热炉液压比例系统 在设计过程中 我分析了它的工况 拟定出 了液压系统的原理图 然后对各个支路进行计算与选型 最后是对整个液压站的设计 在计算过程中 可能会发现之前选的控制形式是达不到要求的 这就需要我们再回过 头去修改 再计算 这样反反复复 直到满意为止 在设计过程中 我们也接触到了很多我们以前没接触过的东西 原理图以前只是 分析过 看懂就可以了 阀块的设计要求也是不知道的 甚至只是实习的时候在现场 大致看过外形 但是现在我们掌握了一些这方面的知识 这就为我们以后走上工作岗 位或是深造学习提供了一个很好的平台 此次设计业有些不足之处 升降液压缸回路有一个普通的阀块 也可以采用叠加 阀 但是当时选型的时候没有考虑到后面设计阀块 所以就局部叠加 其实这个支路 可以使用与对中液压缸回路相同的同步回路来完成 这次设计刚开始的时候感觉很难 但是当我们真正的设计完成后 发现其实不是 那么棘手 只要我们不断地学习 不断地摸索 我们就能够完成任务 参考文献 1 潘毓淳 炼钢设备 M 北京 北京科技大学 1992 2 杨培元 朱福元 液压系统设计简明手册 M 北京 机械工业出版社 2000 3 成大先 机械设计手册 M 北京 化学工业出版 2004 4 力士乐样本 5 许益民 电液比例控制系统分析与设计 M 北京 机械工业出版社 2005 6 陈奎生 液压与气压传动 M 武汉 武汉理工大学出版社 2005 7 赵应樾 现代实用液压辅件 M 上海 上海交通大学出版社 8 王春行 液压控制系统 M 北京 机械工业出版社 1999 9 雷天觉主编 液压工程手册 机械工业出版社 1988 10 黎启柏等 电液比例控制与数字控制系统 北京 机械工业出版社 1997 6 11 机械设计手册 第一 三 四 五册 徐灏 机械工业出版社 1991 致谢 这次课程设计辛苦了我们的指导老师黄浩老师 平时我们不懂得地方 黄老师总 是耐心的给我们指导 用他自己丰富的工作经验给我们讲解 我们受益匪浅 他严格 要求我们 从原理图到最后的装配图 他一次次的给我们纠错 一次次的给我们完善 因为有了黄老师的帮助 我才能顺利的完成毕业设计 并且从中学习到了很多知识 我感谢我的指导老师黄老师 袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆 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芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀 蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀