钢坯称重毕业设计说明书.doc

毕 业 设 计设计题目：钢坯在线称重液压系统设计 系 别： 班 级： 姓 名： 指 导 教 师： 2011年6月7钢坯在线称重液压系统设计摘 要液压传动是实现生产过程自动化，尤其是工业自动化不可缺少的重要手段，其在冶金设备中的应用十分普遍。目前,钢厂中测量元件与称重台一般采用刚性连接方式，这样导致测量元件直接承受钢坯拖动时的摩擦力，从而减少了元件的使用寿命；同时摩擦力不能传递到底座，造成了称重台的破损。钢坯在线称重液压系统采用液压缸将钢坯撑起称重，能够克服以上缺点，从而完成称重过程。钢坯在线称重液压系统是冶金行业连铸连轧设备中用于钢坯在线自动称重的关键设备，该设备性能的优劣直接关系企业生产成本的核算进而影响企业的经济效益，液压系统的作用是结合电气控制对机械部分驱动。 本次设计中，通过多次现场调研，完成了钢坯在线称重液压系统的设计、安装与调试全过程，并将其整理成相关文献资料。关键词： 钢坯 在线称重 液压系统 目 录1 引言12 绪论22.1液压技术概况22.2液压传动系统组成22.3本课题主要研究内容32.4设计步骤33 钢坯在线称重液压系统的设计63.1工况分析63.1.1负载分析及负载循环图63.1.1运动分析及运动循环图83.2确定主要参数83.3拟定液压系统原理图113.3.1液压回路的选择113.3.2拟定液压原理系统图133.4选择液压元件163.4.1液压泵与电机的选取163.4.2液压阀与辅件的选择173.4液压系统的验算183.4.1压力损失的计算183.4.2系统温升的验算194 液压站的设计224.1油箱有效容积的确定224.2油箱的结构设计224.2.1油箱简介224.2.2结构设计224.2.3油箱结构234.3液压站的设计254.3.1液压泵的安装方式254.3.2电机与液压泵的联接方式264.3.3液压控制的集成设计264.4绘制结构图284.5电气控制的简要介绍285 液压系统的安装调试、使用与维护295.1液压系统的安装调试295.2液压系统的使用和维护305.3系统小结306 结论33谢辞34参考文献35附录36外文资料381 引言液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或液压马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。由于液压传动具有单位功率的重量轻，启动、制动迅速，容易实现大范围的无级调速，工作平稳、动态特性好，易于实现自动化等优点，液压技术发展迅猛，其应用领域也在迅速扩大，几乎遍及国民经济的各个部门。尽管如此，进入二十一世纪后液压技术仍然必须不断地进行改进和发展，创造新的活力，才能不断满足各领域及未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：1）减少能耗，提高效率 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大成就，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。2）适应环保要求，减少漏油，降低噪音随着人类对环境保护问题的愈来愈重视，液压技术已经成为用户追求的“洁净液压、静音液压、易用液压”。3）主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头之前，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。我们要加强总结专家的知识，建立起完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，完善维修方案和预防措施。4）机电一体化技术及IT技术的结合应用，高精度、高频响电液、电气伺服比例系统和元件推广，液粘调速器速度控制技术发展。数字液压、气动系统和元件应用技术的发展。5）水压传动与控制技术2 绪论2.1液压技术概况液压传动是以液体为工作介质，通过各种液压元件来实现能量的转换、传递和控制的一门技术。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、低噪声、长寿命、高度集成等方面已取得了很大发展，在完善电液比例控制、伺服控制、数字控制等新兴技术上也取得了许多成就。此外，液压元件和液压系统在计算机辅助设计、计算机仿真、优化以及微机控制等方面，也取得了显著的成绩。为了与最新技术发展保持同步，液压技术需要不断的创新，不断的提高和改进元件、系统的性能，以满足日益竞争激烈的市场需求，主要体现在如下几个方面：1)液压元件结构不断地向小型化方向发展。不断缩小体积，提高元件性能，创制新型元件。2)高集成化和模块化。液压系统由管式配置经板式配置、集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置，使管道越来越短，这种组合件不但结构紧凑、美观可靠，而且使用简单，也为平常的维护保养提供了方便。模块化发展也是非常重要的一个方面，完整的模块以及独立的功能单元相对应，这对于用户而言，只需要进行简单的组装即可投入使用，这样可以大大节约用户的装配时间，同时用户无需配备各种专门培训的技术人员，节省了劳动成本。3)走智能化道路，和微电子结合。连接体只要一收到微处理机或者微型计算机处送来的处理信息，就能实现预先规定的任务，准确而高效。综上可得，液压工业在国民经济中的作用现在是巨大的，它已经被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，我国的液压工业还比较落后，标准化、模块化、系统化的工作还有待于继续努力，我们必须为此奋起直追，才能克服困难迎头赶上。2.2液压传动系统组成液压系统主要由：动力元件（液压泵）、执行元件（液压缸或液压马达）、控制元件（各种阀类）、辅助元件和工作介质等五部分组成。1）动力元件（液压泵）它的作用是把原动机的机械能转换成压力能，是液压传动中的动力部分。2）执行元件（液压缸、液压马达）它是将液体的压力能转换成机械能。其中，油缸做往复直线运动，马达做旋转运动或摆动运动。3）控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节速度，从而满足工作需求，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制，从而实现工作循环。4）辅助元件除上述三部分以外的其它元件，主要包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、加热器、管件、各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式）、阀门类、快换接头、软管、测压接头、管夹及油箱等，这些虽被称为辅助元件，但它们的作用十分重要。5）工作介质是指各类液压传动中的液体，通常称作为液压油，它是能量的载体，是能量转换的重要依据。2.3本课题主要研究内容根据设备要求对称重液压系统进行分析、方案论证、最终设计出适合主机的液压传动系统。1）结合所承担的课题明确设计要求。2）在实习、调研及查阅文献基础上，论证并拟定钢坯在线称重液压系统总体设计方案。3）对液压传动系统进行功能原理设计，绘制系统原理图，进行相关计算。4）进行液压传动系统的结构设计，绘制其装配图及零件图。2.4设计步骤液压系统的设计步骤大致如下：1）明确液压系统设计要求2）液压系统的工况分析在开始设计液压系统时，首先要对机器的工作情况进行详细的分析，一般 考虑下面几个问题： 确定哪些运动需要液压传动来完成；确定各个工作的顺序和各个执行元件的工作循环；确定液压系统的主要工作性能，例如：执行原件的运动速度、调速范围、最大行程以及对运动平稳性的要求等；确定各执行元件所承受的负载及其变化范围。3）确定液压系统的主要参数压力和流量是液压系统中两个最主要的参数，这两个参数是计算和选择液压元件、辅件和原动机规格型号的依据。要确定液压系统的压力和流量，首先 必须根据各液压执行元件的负载循环图，选定系统压力；系统压力一经确 定，液压缸有效面积即可确定；然后，根据位移-时间循环图（或速度-时 间循环图）确定流量。4) 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图一般要考虑一下几个问题：采用何种形式的执行元件；确定调速方案和运动换接方法；如何完成执行元件的动作要求；系统的调压、卸荷及执行元件的换向和互锁等要求；压力测量点的合理设置等。根据上述要求选择基本回路，然后将各基本回路组合成液压系统。在液压系统原理图中，应该附有运动部件的动作循环图和电磁铁的动作顺序表。5) 液压系统的计算和选择液压元件液压系统计算的目的是确定液压系统的主要参数，以便按照这些参数合理的选择液压元件和设计非标准件。具体计算步骤如下：计算液压缸所需的压力和流量选择合适的液压缸；计算液压泵的工作压力、流量和传动功率，选择液压泵；选择电动机的类型和规格；选择阀类元件和辅助元件的型号规格；6) 对液压系统进行验算必要时要对液压系统的压力损失和温升进行验算，这是检验系统合理性的重要部分，但是有经过生产实践考验过的同类型设备可供类比参考，或者有可靠的实验结果，也可不再进行验算。7) 绘制正式工作图和编制技术文件。设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术文件。正式工作图一般包括如下内容：液压系统原理图；自行设计的全套工作图（所有的非标准元件）；液压泵、液压缸、液压阀及管路的安装总图。技术文件一般包括如下内容：基本件、标准件、通用件及外购件统计汇总表，液压系统安装和调试要求及相应的记录，设计说明书。总体步骤如下： 明确设计要求进行工况分析确定液压系统主要参数、编制液压执行元件工况图 拟定液压系统图 液压元件选择和专用件设计 液压系统性能验算 是否符合要求是 液压装置结构设计、编制技术文件否图2.1 液压系统设计流程图3 钢坯称重装置液压系统的设计钢坯在线液压系统的要求及参数：钢坯称重装置液压系统是冶金行业连铸连轧设备中用于钢坯自动称重的关键设备，液压系统的作用是结合电气控制对机械部分驱动，其建议系统参数额定压力小于16，额定流量约为70。表3.1 运动参数和动力参数工况行程/mm 时间/s负载重/t制动时间/s快速上升慢速上升10010026201000.050.05称重10041000.05慢速下降10061000.05快速下降1002200.053.1工况分析 本设计的执行元件为液压缸，分析其在工作过程中的负载和运动之间的 变化，在此基础上，绘制出负载循环图和速度循环图。3.1.1负载分析及负载循环图 液压缸所受外力负载F包括三种类型，即 式中工作负载 ； 运动部件速度变化时的惯性负载； 导轨摩擦阻力负载，因为执行元件工作仅为上升下降，故导轨摩擦负 载力为0。 运动部件的重力，； 重力加速度； 加速或减速时间，一般，本设计为； 时间内的速度变化量，上升为，下降为。 上升：；下降： 根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表3.2），并画出如图3.1所示的负载循环图。表3.2 工作循环各阶段的外负载工作循环外负载F/N工作循环外负载F/N启动上升启动下降上升下降上升制动下降制动平稳图3.1 负载循环图3.1.1运动分析及运动循环图 由运动参数得上升（下降）行程为，上升时间812s，下降时间 为610s，则上升速度：；下降速度：。 则执行元件的图和图如图3.2。图3.2执行元件的图和图 3.2确定主要参数 钢坯在线称重液压系统设备属于重型机械，此系统为中高压系统，初算背 压可忽略不计（表）。根据现场的要求、空间布局，选用单杆式液压缸， 其初定缸筒内径，活塞杆直径。则液压缸各面积为： 液压缸无杆腔面积：； 液压缸有杆腔面积：； 杆的面积：。 由负载图知最大负载为，液压缸的机械效率，则其 系统压力由公式可知： 满足工作要求，故液压缸的实际有效面积： ； ； 。 注意到上升瞬间液压缸尚未移动，假定回油压力损失为,下降时假 定回油压力损失为，液压锁液流流动方向开启压力为。最大上升速度 ，最大下降速度。 根据上述假定条件可算出液压缸在工作循环中各阶段内的压力、流量和功 率值（见表3.3），并绘制出其工况图（见图3.3）。 表3.3 液压缸在各阶段内的压力、流量和功率工作循序计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率上升启动19600010.26加速2008000.610.59恒速1960000.610.344.520.78停止1912000.610.09下降启动19600010.350.7加速19000010.040.7恒速19600010.350.73.08停止20200011.450.7稳定19600010.26 图3.3 液压缸的工况图3.3拟定液压系统原理图3.3.1液压回路的选择1） 循环方式的选择：液压传动系统一般分为开式系统与闭式系统。开式系统的油液经液压泵从油箱中吸取，经过控制阀进入执行元件，再经控制阀回油箱，在油箱内进行冷却、沉淀杂质等，其结构相对闭式系统简单，成本低，根据调研，现场有较大的空间放置油箱且要求结构尽可能简单，故采用开式系统。2） 液压泵类型的选择：泵源一般有叶片泵、齿轮泵、柱塞泵等几种形式。其中柱塞泵为中高压泵，其余为中低压泵，本系统工作负载大，为大钢坯称重系统故采用中高压泵，故选用柱塞泵，考虑系统的速度变化不大，可选用手动变量式柱塞泵。3） 执行元件的选择：执行元件一般有实现往复直线运动的液压缸与实现连续转动的液压马达两种元件。本设计主要完成钢坯的起升与下降，故选用的执行元件为液压缸，根据调研采用四缸同步动作。4） 多执行元件的同步回路选择：此系统为多执行元件，其对位置同步精度要求高，故必须采用相应的同步控制方案，其一般有多个普通节流阀或者调速阀同时使用；使用分流集流阀；使用同步马达；使用伺服阀配合液压缸位置传感器四种方案，炼钢厂钢坯辊道升降控制是非常庞大的系统，与其他设备还有配合要求，且对其可靠性比要求较高，一旦控制功能发生故障，将会引起严重的后果和巨大的经济损失。为了达到高可靠性，这里优先选择机械原理的同步控制方案，因此比例伺服阀加位置传感器的同步控制方法这里不合适；由于此设备运动时同步要求比较高，所以普通的分流集流阀在这里精度达不到要求。为了满足上述动作要求，使用同步马达在这里比较合适，即可满足设备的同步控制要求，又能确保了设备的可靠性。5） 换向回路的选择：换向回路中的换向阀一般根据实际操作与系统特点来选，此液压设备要求的自动化程度较高，且流量不是很大，故采用电磁换向阀保障换向平稳；如流量过大，可选用电液换向阀。 图3.4电液换向阀与电磁换向阀6） 调速回路的选择：调速回路根据控制元件的不同可分为节流调速、容积调速和容积节流调速回路。本系统采用手动变量式泵，一旦调定泵的压力它就相当于定量泵，故采用节流调速回路。此调速回路结构简单，工作可靠，且成本低便于维护。 图3.5节流调速回路与容积调速回路7） 锁紧回路的选择：由于此系统用于钢坯称重，故要求有相对静止的环境，为保持执行元件停止运动或微小位移的情况下系统压力保持基本不变，且负载可以锁紧在任意位置，宜采用锁紧回路。锁紧一般可以通过三位换向阀的中位O形或M形等滑阀机能实现，同时还可以通过液控单向阀锁紧，或者采用平衡阀锁紧。其中换向阀的中位机能虽能实现，但由于滑阀的泄漏，锁紧精度不高，故采用液压锁保障锁紧精度。图3.4是厂方提供的一种锁紧回路，即通过液控单向阀锁紧，但考虑到由于泵站距执行元件距离较远，且管路较细，在动作改变时，压力来不及调整，且还会影响其稳定性，故将其拆除，因此本设计在泵站上安装液压锁来实现锁紧，同时也避免了阀组10对系统的不稳定性影响。 图3.6厂方给定的系统原理图执行元件部分8） 调压回路的选择：调压回路是用来控制系统的工作压力，使系统工作不超过一定的压力值，或是使系统工作在不同的压力状态。调压回路采用电磁溢流阀。这种叠合式电磁溢流阀结构紧凑、所占空间小、减少管路连接、装配容易用于液压系统的卸载，且能改善系统和回路的性能，提高抗振和抗冲击性，并减少管路的振动等现象。 3.7调压回路9）辅助回路的选择：冷却回路，此设备用于钢坯连铸车间，外部环境温度高，故应设有冷却装置；过滤回路，为了保障进油路油液的清洁，应有过滤装置，但为了避免吸油时泵的进油口吸油不畅，故在泵的出口设置高压过滤器，为了避免回油杂质进入油箱，保障油箱内的油质清洁，在回油路上设置相应的回油过滤器。10）其他：考虑到此系统应用于现场生产，对其连续工作要求较高，为了不使因某一部件的损坏而影响整个生产线的生产，整套系统应为开一备一。为了便于检修，应在一定的位置安装阀门，以便随时拆卸检修。为了及时发现异常现象，采用一定的监测报警装置。3.3.2拟定液压原理系统图 综合上述分析和拟定的方案，将各种回路合理地组合成为该液压系统原理图，如图3.8、3.9所示。图3.8 系统原理图图3.9 系统原理图1-泵电机组 2-空气过滤器 3-液位计 4-冷却器 5-高压过滤器 6-回油过滤器7-电磁溢流阀 8-单向阀 9-二位三通电磁阀 10-三位四通电磁阀 11-液压锁12-测压接头 13-叠加式双单向节流阀 14-分流液压马达 15-无缝钢管 16-高压球阀17-高压软管 18-快换接头 19-液压缸 20-高压球阀 21-软连接 22-电接点温度计23-液位控制继电器系统实现上升稳定下降稳定的动作循环。上升与下降之间的切换用三位四通电磁换向阀完成。用单向节流阀实现上升与下降过程速度控制。通过液压锁可使负载停止在任意位置，并防止其窜动。设置电磁溢流阀可以实现系统的卸荷，配合液压锁可以避免泵的连续高负载运行，减少能源浪费。分流液压马达可实现自动补油。原理如图3.8、3.9所示，具体分析如下：初始状态，换向阀10处于中位；系统采用1.1泵电机组工作，则7YA不得电，换向阀9工作在左位，否则工作在右位；当钢坯过来时，3YA得电，换向阀10工作在右位，油液经液压锁11.1、单向节流阀13.1进入液压缸的下腔，将负载支撑上升，稳定时期，1YA得电，电磁溢流阀7.1卸荷，液压锁11.1将液压缸维持在一定位置，称重完毕，2YA得电，换向阀10工作在左位，液压缸开始下降，下降完毕，换向阀10又处于中位。另一条支路工作状态与之一样。表3.4 电磁铁动作顺序动作信号阀的工作状态7.17.2910.110.2上升1YA得电右左左左中7YA得电5YA得电右左右中左下降3YA得电右左左右中7YA得电5YA得电右左右中右稳定1YA得电左左左中中4YA得电右右左中中3.4选择液压元件3.4.1液压泵与电机的选取由工况图（见图3.3）可清楚的看到，液压缸最大工作压力为，由于现场管路较长，进油路压力损失估取，则泵的最高功率压力为 上述计算的是静态压力，考虑到系统的各个工作工况的过渡阶段出现的动态压力往往会超过静态压力。另外考虑到应有一定的压力储备量，并确保泵的使用寿命，因此泵的额定压力，此为中高压系统，则 液压泵的最大供油量按液压缸的最大输入流量（）来估算。根据式（）取泄漏系数，则 由产品样本查出：型柱塞泵能满足上述估算出来的压力和流量要求。该泵压力为，转速为。当选用的驱动电机，泵的最大流量为。选用驱动电机型号：型柱塞泵的最大驱动功率 柱塞泵的效率取0.80.85。综上选电机为型，其额定功率为，转速为，采用安装尺寸。3.4.2 液压阀与辅件的选择根据系统的工作压力和流量，本系统可选力士乐系列或GE系列的阀。方案一：控制阀选力士乐系列的，其相应部位配用叠加阀。方案二：均选用GE系列阀。本设计采用第一种方案，选定的液压元件如表3.5所示。表3.5 元件的规格及型号序号元件名称型号规格估计通过流量()调节压力/1电机2柱塞泵3液位计4空气过滤器5高压过滤器19.896双筒回油过滤器19.897电磁溢流阀8单向阀19.899电磁换向阀10电磁换向阀11液压锁12测压接头13叠加单向节流阀14分流马达15高压球阀16高压软管17液压缸18电接点温度计19液位控制继电器3.4.3管道尺寸的确定 油管内径尺寸一般参照选用的液压元件接口尺寸而定，故相应的管路尺寸 如下： 参照型柱塞泵各个油口的尺寸，则确定进出泵油口的高压胶管的公称内径为16mm，暂定长为2m。卸油口的公称内径为8mm，暂定长为2m； 高压过滤器至溢流阀块的管径，根据高压过滤器的接口与溢流阀的通径为的钢管，暂定长1m； 连接溢流阀块与方向阀块及去执行元件的管路的管径为的钢管，暂 定长5m； 回油管路的管径参考回油管路的连接尺寸，确定为的钢管，其长度暂定长2m。 冷却器管路的管径参考其连接尺寸，确定为的钢管，其长度暂定长2m。3.4液压系统的验算3.4.1压力损失的计算根据机械工程师手册选用L-HL32液压油，考虑到这种液压油的最低温度为，查得时该液压油的运动粘度，液压油的密度。运动部件上升时的最大速度，由表3.3知最大流量为，管径，液压油在管路中的速度：由此计算雷诺系数：可见油液在管道内流态为层流，各工况下的液流均为层流，其沿程阻力系数。沿程压力损失为：查得换向阀的压力损失为0.05，换向阀的压力损失为0.05，液压锁的压力损失为0.025，单向节流阀的压力损失为0.025，则上升是的总压力损失。下降时的压力损失，由于下降时主要靠负载自重，泵源压力主要是开启各种阀，且流量较小，故损失必大于上升时的系统损失，为=2.5。则泵出口压力，上述验算表明，无需改变原设计。3.4.2系统温升的验算在整个过程中，主要损失发生在上升与下降过程中，因此，系统效率、发热和温升可用两次工况的平均值代表。按照公式计算上升与下降回路的效率， 式中液压回路效率； 各执行元件的负载压力和负载流量乘积总和； 液压泵供油压力与输出流量的总和。 上升回路效率； 下降回路效率。按照公式求得系统在一个周期循环内的平均效率， 式中各个阶段的液压回路效率； 各个阶段的持续时间； 一个整个周期持续时间。则本系统回路的平均效率： 工作下降阶段液压泵的输出功率很小（下降时的功率为），上升时的泵输出功率较大（），上升时的液压泵效率，则下降时液压泵的效率，取液压缸的总效率。本系统上升效率：； 下降效率：。按照上述的分析与计算结果，在上升阶段和下降阶段时的输入功率分别为 2.63和0.4。根据系统发热量计算公式， 式中系统总发热量； 液压泵的输入功率。上升发热功率：；下降发热功率：系统的平均发热量：初始设计时，根据使用情况，按照下面的经验公式计算油箱容积。 式中 油箱的容积（）； 液压泵的流量（）； 经验系数。由表取，则油箱的容积为 ；油箱的散热面积：；油液温升值为。本系统用于钢坯连铸车间，由表取 油箱的传热系数 ，则温升 根据现场调研知设备工作在有空调的室内，温度在20左右，故油温会升高到60左右，查表，油液升高温度满足系统要求，但考虑到本系统所处的工作环境为高温环境，应设置相应的冷却装置，以备不时之需，选用管式的油冷却器。冷却器的散热面积 ， 式中油和水的平均温度差， ；液压油的进口温度；液压油的出口温度；冷却水的进口温度；冷却水的出口温度；冷却器的传热系数。计算换热面积冷却面积为3.3，根据工厂的要求，选择冷却面积为5的冷却器，最终查手册选用型号的冷却器即可满足要求。4 液压站的设计液压站是由液压泵组、液压油箱及液压控制等三部分组成。在开式传动的油路系统中，油箱是必不可少的，其上一般装有空气过滤器、滤油器、清洗孔、液位指示器等，它的作用是贮存油液、净化油液，使油液的温度保持在一定的范围内，以及减少吸油区油液中气泡的含量。因此，进行油箱设计时，要考虑油箱的容积、布局等问题。4.1油箱有效容积的确定由上述系统温升的验算部分可知，初选液压油箱的容积，考虑到设备停止运转后，设备中的油液会因重力自行回流到油箱，为了防止油液溢出油箱，油箱中的液位不能太高，因此油箱的容积就应相应变大；同时本设计要求将液压元件尽可能多的安装在油箱上，故油箱的表面积要满足一定要求，综合油站的结构图，最终确定油箱的容积为，在不考虑油箱支腿的前提下，其尺寸比为，这样不仅安装位置可以得到满足，而且液压油箱的容积扩大有利于提高冷却效率。4.2油箱的结构设计4.2.1油箱简介长期以来，液压油箱的结构型式，基本上是由矩形板折边压形成四棱柱，再用封板堵住而构成。箱体是经四次压圆角，接头外焊接而成的。这种结构的液压油箱制造工艺较差，主要表现在箱体钢板下料时要求的精度较高；压形的反弹量因每次供货钢板的机械性能不同有所不同，导致箱体的圆角与衬板的半径吻合不良；生产效率低，但其制造简单，加工方便。此次设计的油箱采用焊接式，油箱壁通过焊接结合在一起，油箱支脚焊在油箱侧壁低端，支脚利用其螺纹孔和固定底板连接。此油站用于古冶不锈钢厂的连铸车间，其生产过程中产生的灰尘和氧化铁的沉积物会增加腐蚀，而且近海区的腐蚀也很明显，故油箱材料采用1Cr18Ni9不锈钢。4.2.2结构设计 本设计中液压油箱采用钢焊接的分离式，设计时应注意以下几点：1）油箱要有足够大的容积，这样既可满足足够的储油量，还能提供相应的散热需求，而且设备中的油回流时还能避免过满溢流，同时还为液压元件的安装提供了足够的空间；2）吸油管与回油管之间的距离要尽可能的大些，在两者之间应设置隔板，以增大液流循环的途径，从而提高散热、分离空气及沉淀杂质的能力，而且隔板设置一般相对简单易做。3）防止杂质侵入，保持油液清洁，在结合面位置应加相应的密封填料、密封圈、密封胶、组合垫圈等密封件；为了油箱吸入干净的空气，在盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由这个空气过滤器来完成；为了便于放油，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置相应的放油螺塞；为了便于油箱内部的清理，应设置清洗孔。4）为了减小所占空间位置，以及便于工作人员的操作、检查、调节，应将尽量多的液压元件安放在集中的部位油箱顶盖上。其上一般装有阀组、空气过滤器、各种仪表、相应的检测报警装置。5）油箱侧面要设置液位计（带温度计），以监测液位（温度）及观测加油量。6）液压装备从开始装配，到最终送到用户手里，要经过反复装卸，所以要在液压装置整体上、部分部件上设置吊耳、吊环或吊钩。7）一般油箱还有考虑防锈措施，但本油箱选用不锈钢材质，故不用做特殊处理。8）液压系统在工作时，因为各种损失，会产生大量的热，从而使油温升高，直接影响系统的正常工作，综合系统温度的验算部位，应设置冷却设备。 9）减少油箱噪音，防噪音问题已是现代机械装备设计中必须考虑的问题。油路系统的噪音来源以泵站为首，因此，进行油箱设计时，从下列几方面减轻噪音：用地脚螺栓将油箱牢固固定在基础上；油泵排油口用橡胶软管与阀类元件相连接或采用减震器等；回油管路尽可能使用粗管。4.2.3油箱结构油箱的总容量包括空气容量和油液容量两部分。油液容量是指油箱中油液量最大时，即液面在液位计的上限时的油液体积。在最高液面以上要留出总容量的10%-15%的空气容量。箱体的钢板厚度选用8厚的钢板，油箱顶盖采用同样材料，选用8厚的钢板。为了充分利用材料，其余部分尽可能的采用钢板余量。通过对油箱的了解，此油箱是单件生产，因此，采用拼焊的方法焊接而成。综上所述，油箱结构图如下： 图4.1 油箱体结构图 图4.1 油箱盖板结构图4.3液压站的设计4.3.1液压泵的安装方式按照液压泵组布置方式可分为上置式的液压泵站与非上置式的液压泵站。其中上置式的液压泵站其泵组布置在油箱上，此类液压动力源占地面积小，结构紧凑，噪音低且便于收集漏油，一般用于中、小功率系统中，但其泵的吸入性不好，散热也不好。非上置式液压泵站是将泵组布置在底座或地基上，它又分为整体型液压泵站与分离型液压泵站，非上置式液压泵站由于泵置于油箱液面以下，故能有效的改善泵的吸入性，且便于维修，但占地面积较大，使用于空间较宽敞及要求很快投入运行的场合。本设计采用分离式的安装方式。 图4.3 上置式泵站 图4.4 非上置式泵站4.3.2电机与液压泵的联接方式电机与液压泵的连接方式一般分为法兰联接、支架联接和法兰支架联接。1） 法兰联接，液压泵安装在法兰上，然后法兰再与电动机相连，这种结构是通过法兰盘上的止口来保证电动机与液压泵的同轴度的，且其拆装方便。2） 支架联接，液压泵直接安装在支架的止口上，然后依靠支架的底面与底板相连，再与电动机相联，这种结构的同轴度很难较高精度的保证，因此，为了防止安装误差引起的振动，常用带有弹性的联轴器。3） 支架法兰联接，电动机与液压泵先通过法兰联接，之后法兰再与支架联接，最终支架再安装在底板上，其优点是安装方便，电动机与液压泵的同轴度精度较高，但相对法兰联接较复杂。本设计采用法兰式联接液压泵与电动机。4.3.3液压控制的集成设计液压控制装置一般指液压控制元件和其连接件的组合，可分为有管集成和无管集成两大集成方式，通常使用的液压元件有板式和管式两种。有管集成是用管子和管接头将各管式连接液压控制阀集成在一起。其主要优点是连接方式简单，但液压元件的数量越多，要求管子和管接头的数量也就越多，上下交叉，结构复杂，从而使得系统布置安装相当不便，维护、保养断困难，系统运行时，系统压力损失大。因此这集成方式仅用于较简单的液压系统。无管集成是将板式液压系统控制元件固定在一定的板件上，连接板件内开有一系列通油孔道，板式液压控制元件之间通过这些孔道连接。油路直接做在连接板件上，省去了大量管件；结构紧凑，组装方便，外形整齐美观；安装位置灵活，调试、维修方便；油路通道短，压力损失较小，不易泄漏。本设计采用无管集成块连接，根据设计要求，将整个系统分为两部分：溢流单元与方向控制单元，做成两个集成单元块，此种设计灵活、更改方便，可随时更改系统、增减元件，结构紧凑、装配维护方便，稳定性好。此类设计的主要缺点是集成块的孔系设计和加工容易出错，需要一定的设计经验。其设计时可参考以下几点：1）与阀的油口相联通孔道的直径，可与液压阀的油口直径相同。2）与管接头相连接的孔道，其直径一般按通过的流量和允许的流速确定。3）工艺孔应用螺塞或球涨堵死。此次设计集成阀块采用了三维制图软件，阀块可以直接生成三维视图，而且可以随时更改参数，使孔的设计变的简洁、方便、经济直观。最终确定溢流阀块的孔径为10，而方向阀块的孔径为6。 4.5 方向阀块图4.6 溢流阀块图4.4绘制结构图将以上内容综合起来，绘制钢坯在线称重液压系统结构图如下所示：4.7 钢坯在线称重液压系统结构图4.5电气控制的简要介绍目前，液压系统的电气控制一般有两种类型：一是传统的继电接触式控制；二是可编系统控制。前者用于简单的液压系统；而后者主要用于结构复杂、自动化高的液压系统中且其代表了自动控制的一种发展方向。本系统要求实现自动控制，且与其它设备有相关性，配合使用时的动作衔接也要实现自动化，故选用电气控制。电气控制一般具有以下优点：1） 无触点免配电，抗干扰能力强，可靠性高；2） 控制系统可变，通用性强，对生产工艺改变的适应性强；3） 使用方便，便于掌握；4） 体积小、能耗低，安装调试简单、便于维护。本系统与其它设备的控制集中于一个控制柜，便于集中操作监控。的地址分配见附录。5 液压系统的安装调试、使用与维护 5.1液压系统的安装调试液压系统的安装包括液压泵站、液压控制装置、执行元件、辅助元件、液压管道及管接头等部分的安装，液压系统的安装对清净度和严密性要求极高，安装之后就要进行调试工作。其安装调试的主要系统如下：1） 安装准备，了解安装要求、相关技术文献及所需人员调度；2） 预安装，泵站设备及其管道的预安装；3） 清洗，预安装后标号，再拆卸清洗；4） 正式安装，按标号与预安装时的顺序安装、调试；5） 循环清洗，对安装调试完的液压系统必须进行循环清洗，保持系统的清净度；6） 装油试车，为现场工作做好准备。液压系统的安装要求较高的清洁性和严密性，在预安装之前要对各零部件进行净化措施，以清除加工中的残留物，装配要在干净的场合。装配时为了检查其相应焊接部位的密封性，可将油箱擦拭干，然后向油箱内注满水，静止一段时间，观察是否有部位出现漏水、渗水现象，如果有，进行补焊，确定无焊漏处后再进行管路的循环酸洗，同时观察密封性，标号拆卸清洗再正式安装。在安装时，清洗是一个十分重要的环节，是使液压油、液压元件和管道保持清洁的重要手段。注意清洗时可以用绸布或乙烯树脂海绵手工清洗，但不能用面纱或面布进行擦洗。安装完毕后就要进入调试阶段，其主要目的是要检测在正常运转状态下是否能够满足主机的工艺要求。调试首先要进行打压试验，以检查系统是否漏油、耐压，确认各个阀与各仪表类是否漏油。试验合格后，进行运转调试，对设备进行一定的调整，使设备在正常运转状态下能够满足技术性能要求，满足生产的工艺要求。运转调试主要是对系统循环的各动作的运动参数、各动作的时间和整个循环的总时间等参数进行调整，从而使系统有正确可靠的循环。现场调试首先要进行空载运转，此过程是全面检查液压系统各回路、各液压元件及各辅助元件的工作是否正常可靠，工作循环动作的自动转接是否符合要求，以便做好负载调试的准备。在空载运转调试时，应将溢流阀全部打开再开启液压泵，运转十分钟左右，没异常现象后，才能逐渐将压力调到规定值；手动控制循环，使液压缸以最大行程往返运转，以排除存留在液压系统里的气体；检查各个压力阀，工作的正确性与可靠性；检查管路、元件有无泄漏现象；检查液压缸以大速度条件下运动是否正常，大行程情况下运转状况