热锯机液压系统设计辽宁科技大学本科生毕业设计

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页 热锯机液压系统设计 摘 要 型钢是一种有一定截面形状和尺寸的条型钢材 在社会生产中起到了重要作用 主要用于各种钢轨的生产 也广泛用于大型船舶的制造和建筑工程等 而一些热轧圆 钢和方钢等则用于制造各种机械零件 自行车配件 螺栓螺母 型钢的种类很多 每 种型钢都有其特点及用途 这就需要根据不同的用途来选择合适的型钢 为了使生产 出的型钢长度达到要求则必须用锯机将其切断 同时也保证了下个工序正常的进行 本设计主要是针对热锯机的液压系统进行设计 本系统主要有四个支路组成 锯片的 升降 机座的横移 轨道的卡紧及轧材的夹紧 在设计过程中 对各支路的受力进行 详细的计算 对各元件的选用进行详细的说明 关键词 液压系统 热锯机 液压阀 泵站 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页 hydraulic system design of Hot saw machine Abstract The type steel is a kind of type steel material there is important function in the social production Mainly used for the production of various steel rail also extensively used for the manufacturing and construction engineering etc of large ships but some hot Ya circle the steel and square steel classes and grades is used for making various machine spare parts bicycle accessories and stud bolt Luo a mother The category of type steel is a lot of each type steel has it characteristics and use This needs to choose a suitable type according to the different use a steel then have to use to saw machine to cut off for the sake of making the type steel length of producing attained to request it also promised in the meantime next work preface as usual carry on This design is mainly the hydraulic system that aims at heat to saw machine to carry on a design this system mainly has four roads to constitute Saw the rise and fall of slice machine of horizontal move the card of orbit is tight and the clipping of Ya material is tightly In the process of designing in is carried on by dint to each road detailed calculation carry on expatiation to the choice of each component carry on a detailed design to the hydraulic performance component hydraulic valve and hydraulic assistance component and the pump station Key words Hydraulic system Hot saw machine Hydraulic valve Umping station 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 III页 目 录 1绪论 1 1 1型钢生产的发展概况 1 1 2热锯机的主要结构及形式 2 1 3液压传动的特点发展 2 1 4课题的研究方法和内容 3 2液压系统的相关设计参数 5 3制定系统方案和拟定液压系统图 6 3 1液压系统的组成及设计要求 6 3 2制定系统方案 6 3 3拟定液压系统原理图 7 4载荷的组成和计算 9 4 1液压缸载荷组成 9 4 2各液压缸载荷的计算 10 4 2 1轧材卡紧缸的载荷计算 10 4 2 2锯片升降缸的载荷计算 10 4 2 3机座横移缸的载荷计算 11 4 2 4轨头夹紧缸的载荷计算 11 5计算液压缸的的主要结构尺寸 12 5 1初选系统工作压力 12 5 2液压缸的主要结构尺寸计算 12 5 2 1液压缸的主要结构尺寸组成 12 5 2 2液压缸的主要结构尺寸计算 13 5 3计算液压缸所需流量及实际工作压力 14 5 3 1轧材卡紧缸所需流量和实际工作压力 15 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 IV 页 5 3 2锯片升降缸所需流量和实际工作压力 15 5 3 3机座横移缸所需流量和实际工作压力 15 5 3 4轨头夹紧缸所需流量和实际工作压力 16 6液压元件的选择 17 6 1液压缸的选用 17 6 2液压泵的选用 17 6 3电动机的选用 18 6 4液压阀的选用 18 6 5油管尺寸的计算 19 6 5 1管道内径的计算 19 6 5 2管道的选择 20 6 5 3管接头的选择 21 6 6油箱容积确定 21 6 7蓄能器的选择 22 6 8液压介质的选择 23 6 9其余液压辅助元件的选择 23 7液压系统性能验算 25 7 1液压系统压力损失 25 7 1 1沿程压力损失 25 7 1 2局部压力损失 26 7 1 3总的压力损失 26 7 2液压系统的发热温升计算 26 7 2 1计算液压系统的发热功率 26 7 2 2计算油箱的散热功率 29 8阀块的设计 30 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 V 页 9泵站的设计 31 10 环境性能分析 32 10 1 环境污染简介 32 10 2 机械工业 尤指液压 对环境的危害和防治 33 10 2 1液压工业对环境的危害 33 10 2 2解决方法 33 10 3 液压系统经济性分析 34 结 论 35 致 谢 36 参考文献 37 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 1 绪论 1 1型钢生产的发展概况 型钢用途很广 如修建铁路 桥梁 矿山 工厂以及船只 汽车 农机等制造部 门都需要大量的型钢 世界各国型钢生产占钢材比重各自不同 工业较发达的国家的 型钢生产比重较小 发展中国家型钢的比重较大 型钢生产的总的趋势是占生产钢材 的比重越来越小 但其产量和品种是逐年增加的 1948 年全国缸的年产量只有 7 6 万吨 只能生产少量的简单断面型钢 如方 圆 扁 工 槽 角钢和轻轨等产品 绝大多数钢材依靠外国进口 解放后在政府的领导下 我国钢铁工业得到了迅速的发展 经过三年恢复时期 绝大多数轧钢厂都恢复了生产 1952 年钢材产量就超过了解放前最高生产水平 在第 一个五年计划期间 除新建一批中 小型轧钢厂外 还对原有轧钢厂进行了改建和扩 建 大搞技术革新和技术革命 使这些轧机的机械化和自动化水平有所提高 改善了 工人劳动条件 技术水平不断提高 机时产量增加 生产品种不断扩大 许多复杂断 面型钢已经开始生产 改变了我国型钢生产的落后状态 到目前为止 已经建成了一大批现代化粗轧机 轨梁轧机 冷弯型轧机 近年来 随着操作技术水平的不断提高 品种不断扩大 轧机产量不断增加 不少中型轧机的 主电机的能力加大了 为实现交叉和多根轧制轻型薄壁钢材创造了有力条件 为了适 应轧钢机的能力 改进了热锯工艺 除采用滚轮式热锯外 还采用了二路锯的新工艺 拿 H 型钢的生产工艺流程举例 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 1 2热锯机的主要机构及形式 热锯机的主要机构有三部分 锯片传动机构 锯片送进机构和调整定尺的锯机横 移机构 锯片的传动方式有两种 由电动机直接传动及电动机经三角皮带或其他方式 传动 前者因其传动效率高 空载能耗少 大型热锯机都采用这种方式 但是为了防 止电动机工作时受热态轧件的热辐射影响 必须要采用防护措施 热锯机大致可分为固定式和可动式两大类 固定式热锯机机体不动 钢材靠另外 机构送到锯口处锯断 可动式热锯机载工作时 靠锯机机体移动将停放着的钢材锯断 一般地说 固定式热锯机结构简单 易于维护 运行平稳 造价便宜 但是由于送进 机构的影响 钢材的切头质量部够稳定 雨固定式热锯机相配合的钢材送进机构 有曲柄连杆式和风动小车式等 风动小 车送进速度较快 而且送进速度可借操作风动开关调节 可动式热锯机有摆式 杠杆式 滑座式 滚轮式 四连杆式等 摆式热锯机有占 用位置小的优点 但它锯切过程不够稳定 尤其是工作行程较小 所以现在已很少采 用 杠杆式热锯机结构简单 操作方便但生产效率低 现在也很少采用 滑座式热锯 机是应用比较广泛的 它生产效率较高 工作行程大 冲除切屑方便 切口整齐是主 要优点 但是它存在着滑板磨损的严重缺点 给维修造成很大困难 另外 它的体重 较大 惯性较大 需要有一定时间进行启动 加速 停止 退回等过程 延长了句切 周期 限制了热锯机生产效率的提高 滚轮式热锯机和四连杆式热锯机 除了具备滑 座式热锯机的优点外 它还克服了滑座式热锯机的滑板磨损现象 维护方便 而且进 退锯速度较快 因此 目前它正逐步地取代滑座式热锯机 应该指出 它仍然存在着 体积大 惯性大的弱点 1 3液压传动的特点发展 液压传动是以液体为工作介质 通过液体压力能传递能量 与机械传动相比有了 不少优点 故近年来发展较快 随着科学技术的发展 经济的腾飞 液压技术正向高 压 高速 大功率 高效率 低噪声 经久耐用 高速集成化等方向发展 同时 新 的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 微机控制等工作 也 日益取得显著的成果 液压传动具有很多不可替代的优点 主要如下 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 1 在同等的体积下 液压装置能比电气装置产生出更大的动力 因为液压系统中 的压力可以比电枢磁场中的磁力大出 30 40 倍 在同等功率的情况下 液压装置的体 积小 重量轻 结构紧凑 液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的 12 左右 2 液压装置工作比较平稳 由于重量轻 惯性小 反应快液压装置易于实现快速 启动 制动和频繁的换向 液压装置的换向频率 在实现往复回转运动是时可达每分 钟 500 次 实现往复直线运动时可达到每分钟 1000 次 3 液压装置能在大范围内实现无级调速 调速范围可达 2000 还可以在液压装 置运行的过程中进行调速 4 液压传动容易实现自动化 因为它对液体的压力 流量或流动方向进行控制或 调节 操纵很方便 当液压控制和电气控制或气动控制结合在一起使用时 能实现复 杂的顺序动作和远程控制 5 液压装置易于实现过载保护 液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而 不会过热 这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的 液压件能自行润滑 使用 寿命较长 6 由于液压元件已实现了标准化 系列化和通用化 液压系统的设计 制造和使 用都比较方便 液压元件的排列布置也具有较大的机动性 7 用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单 液压系统的设计 应是综合考虑动力源 元件 基本回路等方面的因素 除满足 整机的动作循环 静 动态性能要求外 还应在技术 经济 节能 降低噪声 减少 液压冲击 使用维修 方便可靠等各方面效果最佳 1 4课题的研究方法和内容 在型材生产车间 一般都是采用热锯将钢材锯成所需要的定尺长度 这是因为钢 材在局段时 端部断面的几何形状不容易变形 而且热锯比冷锯速度快 节省能量 本次设计的是热锯机液压系统设计 锯切做为型钢生产工艺的重要组成部分 它直接影响到型钢的出厂规格 为了达 到要求需要达到一定的准确度 从而影响产品的质量 本次设计的执行动作主要由液压传动来实现的 主要有机座的水平移动 锯片的 升降 轧材的卡紧和轨头的夹紧 均采用液压缸做为执行机构 由上得出系统需用四个液压缸来实现其动作 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 由于需要对液压缸抬起速度和步进速度进行控制 故需要在升降支路上布置二个 单向节流阀 以实现对其进油和回油路的速度调节 同理在机座横移缸系统回路中也 加入了用来调速的单向节流阀 在轧材卡紧缸回路中 为了缓和冲击力 在油路上装 有安全溢流阀 同时为了避免系统回油和产生一定的背压力在轧材卡紧缸回路和轨头 夹紧缸回路中加入了单向阀 为了吸收系统的脉动需加入蓄能器来完善系统 除了蓄能器还需在主回路中加入 起调压作用的电磁溢流阀 同时为了使油液在长期工作状态下保持系统需要的质量要 求 则需在一些地方加过滤器来保证 2液压系统的相关设计参数 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 工艺参数如下 锯切轧材的断面尺寸 高合金钢 30 100mmf 锯片直径 1300mm 锯片转速 1460r min 锯片最大行程 355mm 锯片常用行程 255mm 锯片最大上升速度 0 04m s 锯片最大下降速度 0 03m s 锯片质量 90kg 机座横移行程 400mm 机座横移最大速度 0 15m s 轧材卡紧装置卡紧速度 0 03m s 轧材卡紧装置松开速度 0 06m s 注意 在机座横移时 轨头夹紧装置必须松开 锯机不能进行锯切工作 同 时轧材卡紧装置必须呈松开状态 锯片处于上限位置 反之在锯切时 轨头夹紧装置 必须夹紧 机座不能移动 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 3 制定系统方案和拟定液压系统图 液压系统的组成及设计要求 液压传动是借助于密封容器内液体的加压来传递能量或动力的 一个完整的液压 系统由能量 压力 发生源 能量控制和分配装置及工作执行机构四个部分组成 在 本设计系统中 采用油泵作为系统的液压发生机构 即压力源 采用液压缸作为工作 的执行机构 将压力能转化为机械能 在它们之间通过管道以及附件进行能量传递 通过各种阀作为控制机构进行控制 通常液压系统的一般要求是 1 保证工作部件所需要的动力 2 实现工作部件所需要的运动 工作循环 保证运动的平稳性和精确性 3 要求传动效率高 工作液体升温低 4 结构简单紧凑 工作安全可靠 操作容易 维修方便等 同时 在满足工作性能的前提下 应力求简单 经济及满足环保要求 液压系统工作介质最常用的是乳化液和油 由于乳化液的粘性小易泄漏 润滑性 差 易腐蚀 并且实现自动控制比较困难等缺陷 现在越来越多的液压系统采用油液 作为工作介质 本液压系统通过对负载力和流量的初步估算 初步定为中高压系统 即为 P 32MPa 3 2制定系统方案 1 执行机构的确定 本系统执行机构均是以液压缸作往复运动带动执行机构执行 运动的机械结构 根据需要初步选择一个升降缸完成托锯片的升降动作 三个平移缸 完成锯机机座的水平移动 锯机轨道的夹紧和轧材的卡紧 2 升降缸动作回路 升降缸要实现支撑机构及锯片的升降动作 此液压缸的动作 由换向阀控制 系统要求动作平稳 系统采用双单向节流阀进行回油节流调速 为避 免压力过高和安全方面考虑 在回路中加溢流阀调节 3 平移缸动作回路 平移缸要实现对锯机的水平移送动作 此液压缸的动作由换 向阀控制 当换向阀位于位置一时 锯机机座退回 在缸的回油路上用单向节流阀调 速 当换向阀位于位置二时 锯机机座前进 要求速度稳定可靠 因此 在回油路上 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 采用单向节流调速 当换向阀位于位置零时 用两个液控单向阀将液压缸活塞锁在要 求的位置上 锯机机座停止不动 4 锯片卡紧缸动作回路 此液压缸的动作由换向阀控制 在缸的进 回油路之间 安装有安全溢流阀 保护系统回路 5 轨头夹紧缸动作回路 用两位四通换向阀控制 并将一口堵死 3 3拟定液压系统原理图 通过上述对执行机构 基本回路的设计 将它们有机的结合起来 再加上一些辅 助元件 便构成了设计的液压原理图 见图 3 1 图3 1液压系统原理图 此外 由于系统有很多电控阀的使用 电磁铁工作顺序表如下表 3 1 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 表 3 1 电磁铁动作表 1DT2DT3DT4DT5DT6DT7DT8DT 锯片升降缸上升 锯片升降缸下降 机座横移缸前进 机座横移缸后退 轧材卡紧缸卡紧 轧材卡紧缸放松 轨头夹紧缸放松 系统卸载 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 4 载荷的组成和计算 液压缸载荷组成 1 工作负载 常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力 切削力 挤压力等 这些作用力 的方向与活塞运动方向相同为负 相反为正 2 导轨摩擦负载 对于水平轨 4 1 1 对于 V 型导轨 4 1 2 2 式中 G 运动部件所受的重力 N 外载荷作用于导轨上的正压力 N 摩擦系数 V 型导轨的夹角 一般为 90 3 惯性负载 惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力 其值可按牛顿第二定律求 出 4 1 3 式中 g 重力加速度 9 8 2 时间内的速度变化值 启动 制动速度转换时间 一般机械取 对轻载低速运 0 01 0 05 动部件取小值 对重载高速部件取大值 行走机械一般 0 5 1 5 2 以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷 启动加速时 4 1 4 稳态运动时 4 1 5 减速制动时 4 1 6 工作载荷并非每阶段都存在 如该阶段没有工作 则 0 除外载荷外 作用于活塞上的载荷 F 还包括液压密封处的摩擦阻力 由于 各种缸的密封材质和密封形式不同 密封阻力难以精确计算 一般估算为 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10页 1 式中 液压缸的机械效率 一般取 0 90 0 95 1 4 1 7 总载荷为 4 1 8 4 2各液压缸载荷的计算 4 2 1轧材卡紧缸 A 的载荷计算 1 工作负载 估取 A 工作时所要克服的重量 50kg Fgmg509 8490kN 2 摩擦阻力 取 由公式 4 1 7 可得 m 0 9 m mw m 110 9 FF49054 4kN 0 9 h h 3 总载荷 由公式 4 1 8 可得 gm FFF49054 4544 4kN 4 2 2锯片升降缸 B 的载荷计算 1 工作负载 估取 B 工作时所要克服的重量 150kg Fgmg1509 81470kN 2 惯性负载 取 2m 由公式 4 1 3 可得 2 a G Fa902180kN g 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11页 3 摩擦阻力 取由公式 4 1 7 可得 m 0 9 m mga m 110 9 FFF1470180183kN 0 9 h h 4 总载荷 由公式 4 1 8 可得 gam FFFF14701801831833kN 4 2 3机座横移缸 C 的载荷计算 1 导轨摩擦负载 取由公式 4 1 1 可得 0 06 f FG0 06909 853kN m 2 摩擦阻力 取 由公式 4 1 7 可得 m 0 9 m mf m 110 9 FF536kN 0 9 h h 3 总载荷 由公式 4 1 8 可得 fm FFF53659kN 1131 PPP0 0370 320 357MPa 1MPa VVV 4 2 4轨头加紧缸 D 的载荷计算 1 工作负载 Fgmg509 8490kN 2 摩擦阻力 取 由公式 4 1 7 可得 m 0 9 m mw m 110 9 FF49054 4kN 0 9 h h 3 总载荷 由公式 4 1 8 可得 gm FFF49054 4544 4kN 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 12页 5 计算液压缸的的主要结构尺寸 初选系统工作压力 压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定 还要考虑执行元件的装配空间 经 济条件及元件供应情况等的限制 在载荷一定的情况下 工作压力低 势必要加大执 行元件的结构尺寸 对某些设备来说 尺寸要受到限制 从材料消耗角度看也不经济 反之 压力选得太高 对泵 缸 阀等元件的材质 密封 制造精度也要求很高 必 然要提高设备成本 一般来说 对于固定的尺寸不太受限的设备 压力可以选低一些 行走机械重载设备压力要高些 具体参考表 5 1 表 5 1 工作压力初选表 载荷 kN50 工作压力 Mpa 0 8 11 5 22 5 33 44 55 系统工作压力选定得是否合理 关系到整个系统的合理程度 在本液压系统中 其中抬起缸具有最大工作压力 根据以上计算可知系统最大负载约为 1833kN 参照表 5 1 可知工作压力应大于 5MPa 故初选系统的工作压力为 12MPa 5 2液压缸的主要结构尺寸计算 5 2 1液压缸的主要结构尺寸组成 活塞杆受压时 5 2 1 1 1 2 2 活塞杆受拉时 5 2 2 1 2 2 1 式中 无杆腔活塞有效作用面积 1 4 2 2 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 13页 有杆腔活塞有效作用面积 1 4 2 2 2 液压缸工作腔压力 1 液压缸回油腔压力 即背压力 其值很据回路的具体情况而定 2 初算时可参照表 5 2 取值 差动连接时要另行考虑 活塞直径 m 活塞杆直径 m 表 5 2 背压选择标准 系统类型 背压力 MPa 简单系统或轻载节流调速系统0 2 0 5 回油节流调速阀的系统0 4 0 6 回油路设置有背压阀的系统0 5 1 5 用补油泵的闭式回路0 8 1 5 回油路较复杂的工程机械1 2 3 回油路较短 且直接回油箱可忽略不计 一般 液压缸在受压状态下工作 其活塞面积为 1 2 2 1 5 2 3 运用上式须事先确定与的关系 或是活塞杆径 与活塞直径 的关系 令杆 1 2 径比 其值可按表 5 3 选取 表 5 35 3 杆径比选择标准 工作压力 MPa5 0 5 0 7 07 0 0 5 0 550 62 0 700 7 4 1 2 1 2 5 2 4 液压缸直径和活塞杆径的计算值要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整 如与标准缸参数相近 最好选用国产标准液压缸 免于自行设计加工 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 14页 5 2 2液压缸的主要结构尺寸计算 1 轧材卡紧缸 A 的主要结构尺寸 根据外载荷力选取工作压力为 根据系统取背压为 0 2Mpa 即按工 12 2a P0 2MP 作压力选取见表 5 2 取 0 7 由公式 5 2 4 可得 4 2 1 4A4490 10 D25 10m 3 14 p d0 7D0 7250175mm 查表圆整得 D 250mm d 180mm 2 锯片升降缸 B 的主要结构尺寸 根据外载荷力选取工作压力为 21Mpa 根据系统取背压为 0 6Mpa 即 按工作压力选取 见表 5 2 取 2 P0 6MPa 0 7 由公式 5 2 4 可得 4 1 4A4984 10 D354mm 3 14 p d0 7D0 7354248mm 查表圆整得 D 360mm d 250mm 3 机座横移缸 C 的主要结构尺寸 根据外载荷力选取工作压力为 12Mpa 根据系统取背压为 0 6Mpa 即按 2 P0 6MPa 工作压力选取 见表 5 2 取 0 7 由公式 5 2 4 可得 4 1 4A4 118 10 D123mm 3 14 p d0 7D0 7 12386mm 查表圆整得 D 125mm d 90mm 4 轨头夹紧缸 D 的主要结构尺寸 根据外载荷力选取工作压力为 12Mpa 根据系统取背压为 0 2Mpa 即 按工作压力选取 见表 5 2 取 2a P0 2MP 0 7 由公式 5 2 4 可得 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 15页 4 1 4A4484 10 D248mm 3 14 p d0 7D0 7248174mm 查表圆整得 D 250mm d 180mm 5 3计算液压缸所需流量及实际工作压力 液压缸工作时所需流量 5 4 1 式中 液压缸有效作用面积 2 活塞与缸体的相对速度 实际工作压力有公式 1 2 2 1 转化为 5 4 2 1 2 2 1 5 3 1轧材卡紧缸 A 所需流量和实际工作压力 1 所需流量 由公式 5 4 1 可得 无杆腔 4 1 QA v490 100 036088 2L min 有杆腔 4 2 QA v250 100 066090L min 2 实际工作压力 由公式 5 4 2 可得 22 m 1 1 F 544 4 P A 0 20 025 0 9 P12 4MPa A0 049 h 5 3 2锯片升降缸 B 所需流量和实际工作压力 1 所需流量 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 16页 由公式 5 4 1 可得 无杆腔 4 1 QA v1000 100 03 60180L min 有杆腔 4 2 QA v510 100 0460122L min 2 实际工作压力 由公式 5 4 2 可得 22 m 1 1 F 1833 P A 0 60 051 0 9 P20 7MPa A0 1 h 5 3 3机座横移缸 C 所需流量和实际工作压力 1 所需流量 由公式 5 4 1 可得 无杆腔 4 1 QA v120 100 1 6073 8L min 有杆腔 4 2 QA v60 100 156035 4L min 2 实际工作压力 由公式 5 4 2 可得 21 m 1 2 F 59 P A 0 60 012 0 9 P12MPa A0 006 h 5 3 4轨头夹紧缸 D 所需流量和实际工作压力 1 所需流量 由公式 5 4 1 可得 无杆腔 4 1 QA v490 100 01 6029L min 总流量 max Q3Q32987L min 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 17页 2 实际工作压力 由公式 5 4 2 可得 1 m1 F544 4 P12 3MPa A0 90 049 h 6 液压元件的选择 液压缸的选用 根据计算的尺寸和液压系统的主要数据 由文献 6 选择液压缸 轧材卡紧缸 A 为 UYWF 10 250 180 锯片升降缸 B 为 UYWF 10 360 250 机座横移缸 C 为 UYWF 10 125 90 轨头夹紧缸 D 为 UYWF 10 250 180 6 2液压泵的选用 1 液压泵的最大工作压力的确定 1 式中 液压缸或液压马达最大工作压力 对于本系统 最高压力为 21MPa 1 从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间的总的管损失 的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行 初算时可按工作经验选取 管路简单 流速不大的 取 0 2 0 5 管路复杂 进口有调速阀的 取 0 5 1 5 本系统取 1 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 18页 p P21122MPa 2 液压泵流量的确定 式中 系统泄漏系数 一般取 1 1 1 3 同时工作的液压缸或液压马达的最大总流量 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量 一般取 0 5 10 4 3 从系统的工作原理可知 本系统的各液支路独自工作 只有两个升降缸同时工作 所以整个系统所需最大流量即是两个升降缸工作时的流量之和 又因为在这个系统中 有节流调速系统的存在 所以需要加 的最小流量 0 5 10 4 3 取泄漏系数 K 为 1 3 则有 pmax QKQ1 31803238L min 3 液压泵的规格确定 为了使泵有一定的压力储备 所选泵的额定压力一般比工作压力大 泵 25 60 的流量需大于系统所需的最大流量 由文献 6 43 114 选择 250MCY14 1B 型柱塞泵 250MCY14 1B 型轴向柱塞泵的技术参数如下 压力 31 5MPa 排量 250ml r 额定转速 1000r min 4 液压泵的驱动功率确定 在工作循环中 如果液压泵的压力和流量比较恒定 则 6 2 1 泵 式中 液压泵的最大工作压力 MPa 液压泵的流量 3 液压泵的总效率 取 由公式 6 2 1 可得 0 85 6 pp p P Q 22 10238 P103kW 0 85 100060 h 泵 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 19页 6 3电动机的选用 取联轴器为 HL 型弹性柱销联轴器 其工作效率为 0 95 6 P22 10238 P103kW 0 950 85 100060 泵 电 所以选择大于 103kw 的电机即可满足要求 由文献 14 40 116 选择型号 Y225M 4 额定功率 125 额定转速 1480r min 6 4液压阀的选用 1 阀的规格 根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量 选择有定型产品 的阀件 溢流阀按液压泵的最大流量选取 选择节流阀和调速阀时 要考虑最小稳定 流量应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得比实际通过的流量大一些 必要时也许有以内的短时20 间过流量 2 阀的型式 按安装和操作方式选择 根据各支路的流量与压力 选择阀类元件见表 8 1 表 8 1 选用的阀 序 号 名称选用规格数量 通过流量 L min 工作压力 MPa 1电液换向阀H 4WEH16J5 6AG24230028 2电磁换向阀4WE10 20 G24112025 3电磁换向阀3WE10 20 G24112031 5 4叠加单向阀Z1S16120031 5 5叠加式单向节流阀Z2FS16225035 0 6叠加式溢流阀Z2DB16VD2 30 315220031 5 7叠加单向阀Z1S1028031 5 8叠加式溢流阀ZDB10VD2 30 315210031 5 6 5油管尺寸的计算 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 根据系统的压力和流量等选择钢管 钢管能承受较高的压力 价格低廉 但安装 时弯曲半径不能太小 多在配置位置比较方便的地方 常用的钢管是无缝钢管 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 20页 6 5 1管道内径的计算 管子内径 d 单位 mm 按流速选取 p 4Q d pn 式中 通过管道内的流量 L min p Q 管内允许流速 m s 荐用流速 对于吸油管 对于压 1 2 油管 压力高 管道短或油粘度小的情况取大值 反之 取小值 局部或 3 6 特殊情况取 对于回油路 10 1 5 2 5 本系统取吸油管道 压油管道 回油管道 1 5 5 2 5 1 液压泵吸油管 p 4Q 4250 d59mm 3 14 1 560 1000 pn 吸 2 泵到阀台的压油管 p 4Q 4238 d31mm 3 14 1 560 1000 pn 压 3 无杆腔段管道 p 4Q 4 88 2 d19mm 3 14560 1000 pn A p 4Q 4 180 d28mm 3 14560 1000 pn B p 4Q 473 8 d18mm 3 14560 1000 pn C p 4Q 4 87 d19mm 3 14560 1000 pn D 4 有杆腔段管道 p 4Q 490 d28mm 3 142 560 1000 pn A p 4Q 4 122 d32mm 3 142 560 1000 pn B 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 21页 p 4Q 435 4 d17mm 3 142 560 1000 pn C 6 5 2管道的选择 按照以上内径的计算以及压力的计算 查 表 43 9 2 选择管径如下 1 液压泵段管径 液压泵吸油管 取标准管内径为d60mm 吸 泵到阀台的压油管 取标准管内径为d32mm 压 2 控制阀到各液压缸的无杆腔段 取标准管内径为 d20mm A 取标准管内径为 d32mm B 取标准管内径为 d20mm C 取标准管内径为d20mm D 3 控制阀到各液压缸的有杆腔段 取标准管内径为 d32mm A 取标准管内径为 d32mm B 取标准管内径为 d20mm C 6 5 3管接头的选择 上述所选钢管均需与管接头连接使用才能与液压执行元件和液压泵相连 所以选 择要管接头 由文献 6 43 589 取焊接式端直通管接头 JB T966 1997 公称压力 32MPa 工作温度 t 25 80 型号分别为 22 M22 1 5 34 33 2 v1 0 12 0 04Q P 0 0164Lt0 04 18031 50 016450 V1 7L PP31 520 63 M602 6 6油箱容积确定 油箱在液压系统中除了储油外 还起着散热 分离油液中的气泡 沉淀杂质等作 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 22页 用 油箱中安装有很多辅件 如温度仪表 压力仪表 空气过滤器及液位计等 油箱可分为开式油箱和闭式油箱两种 开式油箱 箱中液面与大气相通 在油箱 盖上装有空气过滤器 开式油箱结构简单 安装维护方便 液压系统普遍采用这种形 式 闭式油箱一般用于压力油箱 内充一定压力的惰性气体 充气压力可达 0 05MPa 如果按油箱的形状来分 还可分为矩形油箱和圆罐型油箱 矩形油箱制造容 易 箱上易于安放液压器件 所以被广泛采用 本系统使用的是开式矩形油箱 油箱设计时应考虑如下几点 1 油箱必须有足够大的容积 2 吸油管及回油管应插入最低液面以下 以防止吸空和回油飞溅产生气泡 3 吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些 之间应设置隔板 以加大液流循 环的途径 4 为保持油液清洁 油箱应有周边密封的盖板 盖板上装有空气过滤器 注油及 通气一般有一个空气过滤器来完成 5 油箱底部应距地面 150mm 以上 以便搬运 放油和散热 6 对油箱内表面的防腐处理要给予充分的准备 初设计时 先按下式确定油箱的容量 待系数确定后 再按散热的要求进行校核 油箱容量的经验公式为 式中 液压泵每分钟排出压力油的容积 a 经验系数 冶金机械通常取 a 10 v VaQ100 2382380L 由文献 6 43 583 取油箱容量为 2500L 在确定油箱尺寸时 一方面要满足系统供油的要求 还要保证执行元件全部排油 时 油箱不能溢出 以及系统中最大可能充满油时 油箱的油位不低于最低限度 6 7蓄能器的选择 根据蓄能器在液压系统中的功用 确定其类型和主要参数 由于此蓄能器主要缓和液压冲击时的容量计算 所以计算公式用 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 23页 0 0 04 1 0 0164 1 2 式中 蓄能器的容量 单位为 L 0 阀口关闭前管内流量 单位为 L min 阀口关闭前管内压力 绝对压力 单位为 MPa 2 系统允许的最大冲击压力 绝对压力 单位为 MPa 1 发生冲击的管长 即压力油源到阀口的管道长度 单位为 m 阀口关闭时间 单位为 s 突然关闭时取 t 0 v1 0 12 0 04Q P 0 0164Lt0 04 18031 50 016450 V1 7L PP31 520 由于上述计算没有考虑液体的压缩性和管道的弹性 所以所计算的容积偏小 须 适当放大 由于容积较小 所需蓄能器也就相应的较小 所以在选择蓄能器的时候应 该选择比较灵敏的蓄能器 而整个液压系统的最大压力为 20MPa 由文献 6 43 476 选择 NXQ 型气囊式蓄能器 具体型号为 NXQ1 L4 20 L H 公称容量为 4 0L 公称压力为 20MPa 公称通经为 32mm 质量为 18kg 6 8液压介质的选择 液压介质应该具有适宜的粘度和良好的粘温特性 油膜强度要求高 具有较好的 润滑性能 抗氧化 稳定性好 腐蚀作用小 对涂料 密封材料等具有良好的适应性 同时具有一定的消泡能力 根据这些选择条件以及以上对本液压系统的液压元件的选 择要求 同时 有设计可知整个系统的温度变化不大 对液压油的各项要求不高 故 选择普通液压液即可 具体型号型号为 L HH VG68 此液压油的运动粘度为 密度为 2 61 2 74 8mm s 850 960 3 6 9其余液压辅助元件的选择 1 过滤器的选择 滤油器是保持液压油清洁 使液压系统正常工作所不可缺少的液压辅助元件 据 统计 液压系统发生故障的原因 有 60 70 是由于油的污染所引起的 因此 液 压系统中设置滤油器是十分必要 选用滤油器时 应考虑以下诸点 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 24页 1 过滤精度满足预定要求 2 具有足够大的通油能力 压力损失小 3 滤芯具有足够的强度 4 滤芯便于清洗和维修 滤油器在液压系统中的安装位置主要有 1 安装在液压泵的吸油管上 2 安装在回油路上 根据系统的需要进行如下选择 共需要三个过滤器 吸油过滤器选择网式过滤器 一般安装在液压泵吸油管端部 起保护泵的作用 具有结构简单 通油能力大 阻力小 易清洗等优点 缺点是过滤精度低 本系统选 用型号为 WU 400 180F 由于液压泵为一供一备 故选用两个此系列过滤器 以满 足系统需要 回油过滤器一个 选择型号 YLH 400 40 2 压力仪表的选择 根据系统的最大工作压力选择压力仪表 选择电接点的压力仪表系列 具体的型 号为 YX 100 3 空气滤清器的选择 空气滤清器通常有两大作用 清洁空气 补油 当液压系统正常工作时 油箱内 油面时而上升时而下降 上升时油箱由里向外排出空气 下降时由外向里吸入空气 为了净化箱内油液 在油箱盖上垂直安装空气滤清器就可以过滤吸入的空气 补油时 空气滤清器又是注油口 每次注入新的油液时 必须过过滤再进入油箱 滤除了油液 内的脏物颗粒 由于过滤油器具有上述功能 因此它能够延长滤油器的工作周期和使用寿命 从 而保证了液压系统的正常工作 此外液压系统工作时空气滤清器能维持油箱内压力和 大气压平衡 从而避免了液压泵可能出现的空穴现象 选用空气滤清器时 一般根据泵的流量计算出空气流速应具有一定的裕度 故此 处选用空气流量大于泵流量的 1 5 倍的空气滤清器 综上所述 选用型空气滤清器 3 20 2 5 4 液位液温仪表的选择 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 25页 根据油箱的参数选择 CYW 型液位计 具体型号是 CYW 400 7 液压系统性能验算 液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的 当各回路形式 液压元件及 联接管路等完全确定后 针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析 对一般的 液压传动系统来说 主要是进一步确切的计算液压回路各段压力损失 容积损失及系 数效率 压力冲击和发热温升等 根据分析计算发现问题 对某些不合理的设计要进 行重新调整 或许采取其他必要的措施 液压系统压力损失 压力损失包括管路的沿程损失 管路的局部压力损失和阀类元件的局部损 1 2 失 总的压力损失为 3 1 2 3 7 1 1 本系统管路较为复杂 有多个液压缸作为执行元件的动作回路 管路损失较大 但是由于只有升降时有两个缸同时动作 且需流量较大 同时移送缸工作时通过的流 量也很大 所以验算这两个回路的压力损失即可 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 26页 7 1 1沿程压力损失 沿程压力损失主要是从阀台到各个液压缸的压油管的压力损失 油路段 管道长 假设为 5m 当液压系统正常工作时 液压油的运动粘度为 密度为 2 70mm s 900 3 在本系统回路中锯片升降缸 B 的压力最大 故沿程压力损失最大 所以只需验算 B 缸 的沿程压力损失 锯片升降缸回路沿程压力损失 11 2 2 7 1 2 式中 管道的长度 m 管道的内径 m 液流平均速度 m s 液压油密度 kg m 3 油在管路中的实际流速为 v 22 180 Q 60 V3 7m s 3 14 d0 032 44 p e 6 vd3 70 032 R16912320 70 10 n 所以油在管路中成层流状态 其沿程阻力系数为 e 6464 0 038 R1691 l 由公式 7 1 2 可得 22 11 lv59003 7 P0 0380 037MPa d 20 0322 r l V 7 1 2局部压力损失 局部压力损失包括通过管路中的折管和管接头等处的局部压力损失 以及通 2 过控制阀的局部压力损失 其中通过管路的局部压力损失很小 可以忽略 所 3 2 以只要验算通过控制阀的局部压力损失 3 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 27页 3 2 式中 阀的额定流量 通过阀的实际流量 阀的额定压力损失 可从产品样本中查到 即 锯片升降缸局部压力损失 31 0 32 7 1 3总的压力损失 锯片升降缸 1131 PPP0 0370 320 357MPaV 由 2 A 1 8h a b1 5ab1 8 1 321 41 52 1 412 2m 油箱的散热功率为 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 30页 油箱散热系数 取 2 22w mC 油温与环境温度差 取 T40 C V hc PKA T22 12 24013 4kwPhr V 由此可见 油箱的散热完全满足系统得散热要求 不需要另外设置散热器了 而 所设计得油箱容积及尺寸也符合要求 8 阀块的设计 阀块是液压系统的重要部件 阀座是其主体 由于阀座是各类阀的安装体 所以 其加工精度要求很高 由于座体上要加工各类阀口以及联接孔口 故设计时则必须考 虑到加工时各孔口不得有位置上的冲突 同时应相通的孔口必须保证相通 不相通的 孔口绝对不可相通 且相临的孔口之间应有一定的距离 一般在中低压力下 为保证 孔壁强度 相临的不相通的孔口间最小壁厚不得小于 5 毫米 否则孔壁就有可能在压 力冲击下崩溃 使压力油进入其他孔道 系统将会出现不可预见性事故 阀座在设计安装时应综合考虑多方面因素 主要是 重要尺寸设计时 尊重设计 时理论数值 一般情况下 小数点后仅有一位数值时 单位为毫米 不得对非整数尺 寸进行进位或退位圆整 阀块布置时阀块间距一般不应小于 10 毫米 布置时不得有任 何干涉现象出现 同时还应考虑易于加工 在可以实现预期功能以及安装方便的前提 下应尽量减小阀座尺寸 从而节省材料 降低加工强度和难度 减少成本 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 31页 按照设计要求 尽管本设计中的各种阀件数量不多可分散布置 但考虑到阀站具 有明显的控制集成度高 故障易于发现和排除的优点 因此决定选取叠加阀实现设计 要求 参与叠加以阀分别为 叠加式溢流阀 四个 叠加式单向阀 三个 叠加式单 向节流阀 四个 根据阀块上叠加 集成各阀的具体尺寸 从避免尺寸干涉和打孔的强度需要角度 考虑所设计阀块的基本尺寸为长 480 毫米 宽 150 毫米 高 150 毫米 阀块上各工艺 孔位置 深度以及其余具体尺寸见阀块零件图 9 泵站的设计 液压泵站是液压系统的重要组成部分 动力源 它向液压系统提供一定压力 流 量的工作介质 在液压泵站上必须的液压阀可以直接控制液压执行元件工作 液压泵站上泵组的布置方式分为上置式和非上置式 泵组置于油箱上的上置式液 压泵站中 采用立式电动机并将液压泵置于油箱之内时 称为立式 采用卧式电动机 称为卧式 非上置式液压泵站中 泵组与油箱并列布置的为旁置式 泵组置于油箱下 面时为下置式 在本次设计中采用的是旁置式 具体见图纸 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 32页 10 环境性能分析 环境污