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XYY01-075@小型钢坯步进式加热炉液压传动系统,机械毕业设计全套

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毕业设计 (论文 )说明书 题 目： 小型钢坯步进式加热炉液压传动系统 作 者： 学 号： 系 (院 )： 专 业： 指导者： 评阅者： 年 月 nts毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要 小型钢坯步进式加热炉液压传动系统 摘要 步进式加热炉用于加热小型初轧坯。加热炉炉床由固定梁和步进梁两部分组成 ,步进梁由双重轮对的多轴框架支承 ,其外侧走轮由液压缸驱动 ,可在倾斜轨道上滚动 ,使步进梁作上升或下降运动。其内侧托轮直接托住步进梁 ,而步进梁则由另一液压缸带动 ,可在托轮上作水平 前进或后退运动。通过两缸的操作 ,使步进梁作矩形轨迹运动 ,各段运动的行程可以调节 ,操纵方式可以连续或手动操纵。同一液压油源供双排炉床的步进梁传动 ,可以同时或交替动作 ;并可逆向运动 ,作为倒空炉内钢坯之用。由于作升降动作的液压缸和作水平动作的液压缸需要实现无级调速，所以采用了节流调速回路中的进口节流调速和出口节流调速。通过液压传动系统的设计，可实现上述各个动作。 关键词 步进式 液压传动 加热炉 nts毕 业 设 计 （ 论 文 ） 外 文 摘 要 Title Walking into type transmission of hydraulic of heating furnace of small-scale steel billet Abstract The type of tread into heats the stove to used for heating the small scaled and early steel .Heat a heat of bed from fix the beam and tread into the beam two parts to constitute, tread into the beam dual round is of many stalk frame pay to accept, its outside side walk the round be pressed the urn by the liquid to drive, can roll over in tilting to one side the orbit, making tread into the beam to make the rising or descend the sport.Its seamy side gives the round to give to tread into the beam directly, but tread into the beam then from another a liquid presses the urn to arouse, can make the level headway or retreat the sport in giving the round.Pass two urns operations, make tread into the beam to make the rectangle track sport, the route of travel of the each sport can regulate, manipulate the way and can continue or move to manipulate.Same liquid press the oil source to be provided for a bed of a pair of rowses to tread into the beam spreads to move, can at the same time or replace action; also contrary sport, the conduct and actions pours empty steel inside the stove. Because of making the liquid of ascend and descend the action to press the urn and make the liquid of the level action to press an urn of demand to carry out to have no the class to adjust soon, so adopted to reduce expenses to adjust soon back track in of import to reduce expenses to adjust to reduce expenses to adjust with exit soon.Press to spread the design of move the system through a liquid, can carry out the above-mentioned each action. Keywords the type of tread into spread to move of hydraulic the heated stove nts1 引言 液压传动是利用液体静止能来传递动力的液体传动 ,它是以液体为工作体质 ,进行能量传递和控制的一种传动方式 。 本世纪 50年代 ,液压技术迅速由军事工业转向民用工业 ,在机床 、 工程机械 、压力机械 、 船泊机械 、 冶金机械 、 农业机械及汽车等行业得到了广泛的发展 。 60年代以后 ,随着原子能技术 、 空间技术 、 电子技术等的迅速发展 ,使其应用更为广泛 。 液压传动及其控制在某些领域内已占有压倒性的优势 。 其特点如下 : ( ) 借助油管的连接可以方便 ,灵活地布置传动机构 ,这是比较机械传动而言其优越的地方 。 执行元件可以布置地离原动机较远 的地方 ,方位也不受限制 ,由于液压缸推力很大 ,又加之极易布置 ,在工程机械中已得到广泛的应用 ,不仅操纵方便 ,而且外观美观大方 。 ( )液压传动与电力传动和气压传动相比 ,有重量轻 ,体积小的突出特点 。如液压泵和液压马达单位功率的重量指标可达到目前发电机和电动机的十分之一 ,液压类可达到 0.025N/W,发电机和电动机约为 0.03N/W,而用于直线往复运动的电动加力缸 ,单位功率的重量比是液压缸的八十七倍 ,电动受到磁饱和的限制 ,单位面积上的切向力不到 10bar,而液压力可达到 350bar,所以 ,液压泵和液压马达能容大 。 ( )可方便的无级调速 ,调速范围大 。 传动中借助阀和变量泵 ,变量马达 ,可以实现大的无级调速 ,这是一般机械传动无法实现的 ,而液压传动的调速范围比可达到 100:1,柱塞式液压马达最低稳定转速为 1r/min,这也是电力传动很难达到的 。 ( )液压传动与电力传动相比有慢性小 ,响应速度高的优点 。 ( )液压系统可借助安全阀实现过载保护 ,同时以油为工作介质时 ,相对运动表面可自动润滑 ,帮使用寿命长 。 ( )液压传动可借助各种控制阀 ,可实现机器运行的自动化 ,特别是采用电液联合控制后 ,不但可实现玩高程度的控制过程 ,而且可以实现 遥控 。 尽管液压传动系统具有如此独特的优点 ,但任何事物都不是尽善尽美的 ,同样 ,它 也是具有一些缺点 : (1)由于液体流动的阻力损失和泄漏较大 ,因此液压传动的效率较低 ,一般为 75% 80%左右 ,如果处理不当 ,泄漏不但污染场地 ,而且当附近有火种存在 ,可引起火灾或爆炸事故 ,所以经常受用而温高压油 。 (2)工作时受温度变化影响大 ,温度变化会引起液体粘度发生变化 ,随之泄漏也变化 。 nts(3)噪声较大 ,近年来正在研究克服 ,某些泵的噪声值已下降到 70分贝 。 (4)液压元件制造精度要求高 ,而且价格较贵 ,使用和维修要求有较高的技术 水平 ,和一定的专业知识 。 (5)对污染敏感 ,污染的液压油会使液压元件磨损和堵塞 ,性能变坏 ,甚至破坏 。 (6)液压系统故障分析及排除困难 ,系统安装 ,使用维护的技术水平要求高 。 人们取长补短 ,发挥其优点 ,改善预防其缺点 ,在各行各业中发挥了是 日 益重要的作用 。 液压传动系统 ,除以油液为传动介质外 ,通常由以下几个部分组成 : (1) 动力源部分 液压泵及原动机 。 它将原动机输出的机械能转变成液体的压力能 。 (2) 执行部分 它包括液压缸和液压马达 ,其作用是把工作液体的压力能量重新转变为机械能 ,推动负载运动 。 (3) 控制 部分 包括压力 ,流量 ,方向控制阀等 。 通过它们控制和调节液压系统中的压力 ,流量和流向 ,以保证执行部件所要求的输出力 ,速度和方向 。 (4) 辅助部分 它包括油箱 、 管道 、 滤油器 、 蓄能器以及指示仪表等 ,以保证系统的正常工作 。 随着工业的进一步发展 ,机械化 、 自动化程度日益提高 ,对液压元件及液压装置的标准化 、 集成化 、 微型化提出了更高的要求 。 于是 ,出现了由液压系统组成的液压站 。 液压站不仅满足日益发展的数控机床 ,组合机床自动线及一般专用组合床对液压系统的要求 ,而且用于小批非单件生产的非标准设备 。 目前 ,液压技术为我国社会主 义现代化事业的需要和发展作出了很大的贡献 。 液压技术特别是液压集成块技术在我国很多工业部门被广泛采用 。 液压技术正向着高压化 、 高速化 、 大流量 、 大功率 、 高效率 、 低噪声方向发展 。 计算机辅助设计液压系统已有广泛应用 ,它将推动 液压技术更进一步的发展 。 2 设计要求及原始数据 2.1 设计要求 : 步进式加热炉用于加热小型初钢坯 。 加热炉炉床由固定梁和步进梁两部分组成 ,步进梁由又重轮对的多轴框架支承 ,其外侧走轮由液压缸驱动 ,可在倾斜轨道上滚动 ,使步进梁作上升或下降运动 ,其内侧托轮直接托住步进梁 ,而步进梁则由另一液压缸驱动 各段运动的行程都可以调节 ,操纵方式可以连续或手动操纵 。 同一液压油源供双排炉床的步进梁传动 ,可以同时或交替动作 ;并可逆向运动 ,作为倒空炉内钢坯之用 。 nts2.2 工艺参数 : 炉长： 19000mm； 炉内宽 5400mm；钢坯断面： 110*110， 130*130mm2 钢坯长度： 22004400mm；步进梁行程： 50300mm； 步进梁动作最大周期： 18s（其中上升或下降 5.5s；前进或后退 3.5s） 3 设计计算及说明 3.1 负载分析及负载循环图 负载分析就是研究一部机器在工作中它的执行机构的受 力情况 .对本系统来说 ,也就是液压缸的负载随时间的变化过程 . 工作机构作直线往复运动时 ,液压自由式必须克服的外负载为 : F = Fe + Ff + Fi 式中 : Fe 工作负载 Ff 摩擦负载 Fi 惯性负载 本次设计任务书给的工作循环为 :步进梁依次上升、水平前进、下降、水平后退运动 . 又由所给参数得 : 上升时 ,工作负载为 22.05吨 ,速度为 9 /s; 水平前进时、工作负载为 11.5吨、速度为 23 /s; 下降时 ,工作负载为 16.05吨 ,速度为 9mm/s; 水平后退时 ,工作负载为 8.38吨 ,速度为 23 /s; 给定液压缸的直径 :升降缸 22.5 ,行走缸 125 ; 取液压缸的机械效率为 cm = 0.94,液压缸的驱动力为 Fo = F/ cm 式中 : F为工作负载 那么液压缸各阶段的驱动力分别为 : 上升时 Fo = F/ cm = 22.05 / 0.94 = 23.46 吨 水平前进时 Fo = F/ cm = 122.3 / 0.94 = 12.23 吨 下降时 Fo = F/ cm = 160.5 / 0.94 = 17.07 吨 水平后退时 Fo = F/ cm = 83.8 / 0.94 = 8.91 吨 又根据公式 Fo = (3.14/4) D D cm p 式中 : P 为工作压力 ; D为液压缸直径 ; 根据上面求出的 Fo 和已知的 D,可以求出工作压力 P,所以 : nts可得到 : 上升时 P = 5.9 MPa 水平前进时 p = 6.1 MPa 下降时 P = 4.3 MPa 后退时 p = 7.3 MPa 根据机械设计手册第三版 (化学工业出版社 )表 19-6-20,并根据液压缸的压力和 拉力确定 : d = (1/3 1/5)D 公式 ,附表 2-4,2-5 经圆整取 ,得到 : 升降缸活塞杆直径 d = 45 , 行走缸直径 d = 25 所以根据流量量计算公式 ,Q = V A,得到 : 上升时 Q=（ /4）（ 2252 -452 ） 9 =20.6 L/min 水平前进时 Q=（ /4） （ 1252 -252 ） 23 =16.2 L/min 下降时 Q=（ /4） 2252 9 =21.5 L/min 后退时 Q=（ /4） 1252 23 =16.9 L/min 根据功率 P = p Q得 : 上升时 P = 5.9 20.6 60 =2.02 kw 水平前进 时 P = 6.1 16.2 60 =1.65 kw 下降时 P = 4.3 21.5 60 =1.54 kw 后退时 P = 7.3 16.9 60 =2.06 kw 按照给定的条件画出负载循环图 ,运动分析及运动循环图和液压缸的 F-t图 ,v-t图和 P-t图 ,Q-t图和 P-t图 ,分别为 : nts液压传动系统 F t图 液压传动系统 v-t nts液压传动系统 P t图 液压传动系统 Q t图 nts液压传动系统 P t图 4 拟定液压系统原理图 液压系统图是表示液压系统的组成和工作原理的图样 。 4.1 液压回路的选择 首先应该 确定基本回路 ,它是决定主机动作和性能的基础 ,是组成系统的骨架 。 然后在基本回路的基础上再增设其他辅助回路 ,便可组成一个完整的液压系统 。 选择回路时 ,首先要抓住各类机器液压系统的主要矛盾 。 如对变速 ,稳速要求严格的机器 (如机床液压系统 )速度的调节 ,换接和稳定是系统设计的核心 ,常常是调速方式确定后 ,系统的其他方面也就相应地解决了 ,即调速回路和速度变换回路是此种系统的主要回路 。 而对速度无严格要求的但对输出力 ,力矩或功率调节有主要要求的机器 (如大型挖掘机液压系统 ),功率的调节和分配是系 统设计的核心 ,其系统特点是采用复合油路 。 nts选择基本回路的主要依据是主液压缸 (或液压马达 )工况图所提出的主要要求 。 通过工况图的分析 ,可以确定液压系统的主要回路 。 4.1.1 调速回路 液压调速又分为节流调速和容积调速两大类 。 究竟采用哪种液压调速方式 ,主要根据功率 ,调速范围的大小 ,对系统温升 ,工作平稳性的要求来选择 。 (一 )节流调速回路根据流量控制阀在回路中安放位置的不同分为进油节流调速 、 回油节流调速 、 旁油节流阀调速三种基本形式 。 1.进油 、 回油节流调速回路 。 将节流阀串联在液压泵和液压缸之间 ,用它来控制进 入液压缸的流量达到调速的目的 ,为进油节流调速回路 ;将节流阀串联在液压缸的回油路上 ,借助节流阀控制液压缸的排油流量来实现速度调节 ,为回油节流调速回路 。 定量泵多余的油液通过溢流阀流回油箱 ,这是进 、 回油节流调速回路能够正常工作的必要条件 。 进油调速回路与回油节流调速回路在以下几个方面的性能有明显的差别 ,在选用时应予以注意 。 承受负值负载的能力 所谓负值负载就是作用力的方向和执行元件运动方向相同的负载 。 回油节流调速回路的节流阀在液压缸的回油腔形成一定背压 ,在负值负载作用下能阻止工作部件前冲 。 如果要使进油节流调速 回路承受负值负载 ,就得在回油路上加背压阀 。 但这样做要提高泵的供油压力 ,增加功率消耗 。 运动平稳性 回油节流调速回路同于回油路上始终存在背压 ,可有效地防止空气从回油路吸入 ,因而低速运动时不易爬行 ,高速运动时不易颤振 ,即运动平稳性好 。 进油节流调速回路在不加背压阀时不具备这种长处 。 油液发热时对泄漏的影响 进油节流调速回路中通过节流阀发热了的油液直接进入液压缸 ,会使缸的泄漏增加 ,而回油节流调速回路油液经节流阀温升后直接回油箱 ,经冷却后再进入系统 ,对系统泄漏影响较小 。 取压力信号实现程序控制的方法 进油 节流调速回路的进油腔压力随负载而变化 ,当工作部件碰到死挡铁停止运动后 ,其压力将升至溢流阀调定压力 ,取此压力作控制顺序动作的指令信号 。 而在回油节流调速回路中是回油腔压力随负载而变化 ,工作部件碰上死挡铁后压力将下降至零 ,故取此零压发讯 。 因此在死挡铁定位的节流调速回路中 ,压力继电器的安装位置应与流量控制阀同侧 ,且紧靠液压缸 。 启动性能 回油节流调速回路中若停车时间较长 ,液压缸回油腔的油液会泄漏回油箱 ,重新启动时背压不能立即建立 ,会引起瞬间工作机构的前冲现象 。 对于进油节流调速 ,只要在开车时关小节流阀即可避免启动 冲击 。 2.旁油节流调速回路 nts这种节流调速回路是装在液压缸并联的 支 路上 。 定量泵输出的流量一部分通过节流阀溢回油箱 ,一部分进入液压缸 ,使活塞获得一定运动速度 。 调节节流阀的通流面积 ,即可进入液压缸的流量 ,从而实现调速 。 由于溢流功能由 节流阀来完成 ,故正常工作时溢流阀处于关闭状态 ,溢流阀作安全阀用 ,其调定压力为最大负载压力的 1.1 1.2倍 。 液压泵的供油压力取决于负载 。 旁油节流调速回路只有节流损失 ,而无溢流损失 ,因而功率损失比前两种调速回路小 ,效率高 。 这种调速回路一般用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合 。 节流调速系统简单 ,价格低廉 ,使用维修方便 ,能在较大范围内实现无级调速 ,在功率不大的液压系统中应用 广范 。 (二 )变量泵容积调速回路 变量泵容积调速回路是指通过改变液压泵 (马达 )的流量 (排量 )调节执行元件的运动速度或转速的回路 。 按改变泵排量的方法不同又分为手动调节容积调速回路和自动调节容积调速回路 。 后者由压力补偿变量泵与节流元件组合而成 ,节流元件在回路中既为控制元件 ,又为检测元件 。 它将检测的流量信号转换为压力信号 ,反馈作用改变泵的排量 ,使液压泵输出的流量适应系统的需要 ,这种回路通常称为容积节流调速回路 。 容积 调速多为变量泵或变量马达的调速 ,既无流量损失也无压力损失 (无节流阀 ),发热小 ,因而油液温度升得不会太高 ,效率较低 ,且在大功率的液压系统中使用较高 。 综上所述 ,因为该系统功率小 , 回路调速范围大 , 温升较大 ,低速稳定性好 ,故 升降缸动作采用回油节流调速回路 ,水平缸动作采用进油节流调速回路 。 4.1.2 调压回路 系统的压力控制有恒压和限压两种方式 .在节流调速系统中常用溢流阀组成恒压控制回路 ;容积调速和容积节流调速系统常用压力阀作安全阀以组成限压控制回路 .节流调速系统中 ,若要求低压卸载时 ,需设置卸荷回路 。 4.1.3 油路的循环形式 系统的油路循环形式有开式和闭式两种 : 1.开式循环的特点 : 一般工况均能适应 ,液压泵可向多支路供油 ; 结构简单 ;散热方便 ,但油箱较大 ; 抗污染能力较差 ,可采用压力油箱来改善 ; 管路损失大 ,用节流调速时 ,效率低 。 2.闭式循环的特点 : nts限于要求换向平稳 ,换向速度高的一部分容积调速系统 。 一般一个液压泵不能向多支路供油 ; 结构较复杂 ,散热也较复杂 ,须用辅助液压泵换油冷却 ; 抗污染能力较好 ,但油路过滤要求较高 ; 管路损失较小 ,用容积调速时 ,效率较高 。 由于是节流调速回路 ,该 系统采用开式循环 ,这时 ,系统回油直接至油箱 ,油箱大 ,冷却条件好 。 4.2 综合考虑其他问题 根据前面选定的液压回路 ,再综合考虑以下问题 ,即可组成完整的液压系统 。 1.组合基本回路时 ,要特别注意防止回路间可能存在的相互干扰 ; 2.提高系统效率 ,防止系统过热 : 提高液压系统效率防止其过热的方法 ,通常有如下几个方面 : (1)在液压元件 、 辅件 ,油液的参数选择方面 ; 选择高效率的液压元件、辅件 ; 正确选用油液及其粘度范围 ; 减少液压元件或回路中的压力损失 ,如合理选择油管内径 ,避免油液流速过高 ;合理配置油管 ,减 少油管长度和宽度等 。 (2)在选择基本回路方面 一般说来 、 液压油经过溢流阀回油箱产生的热量最大 ,为此 ,系统应有卸荷回路 。 减压阀、节流阀都是产生热量的根源 ,除非十分必要 ,应尽量不采用 。 采用效率较高的液压回路 ,这是最根本的方法 。 3.避免系统中存在多余回路 完成机器的动作的回路应力求简便、可靠 。 回路愈复杂 ,产生事故的机会愈多 ,功率损失愈大 。 4.防止液压冲击 在液压系统中 ,由于工作机构运动速度的变换 (起动、变速、制动 ),工作负载突然消失以及冲击性负载等原因 ,往往会发生冲击现象 ,影响系统的正常工作 ,需采 取措施防止 。 (1)对于由于工作机构运动速度的变换而引起的液压冲击 ,其防止措施有 : 1)在保证换向精度和生产效率的前提下 ,尽量减慢换向 ,换接速度 ,有的可用电液换向阀或带行程阀的液控换向阀 ; 2)为了减慢滑阀开启及关闭时速度的急剧变化 ,可以在滑阀控制边上开槽或作成半锥角为 2 3 的节流锥面 。 nts (2)对于负载情况发生突变时 ,如工作负载突然消失 ,在回油路上可加背压阀 ;若是冲击性负载 ,可在液压缸或液压马达入口处高超载安全阀 ,组成缓冲回路 。 (3)适当加大管径 ,缩短管道长度 ,尽量避免不必要的弯曲回路 ,以改 善系统管路中的液压冲击 。 5.确保系统 稳定 可靠 液压系统运行中的不安全因素是不规则的 。 例如异常的负载 ,停电 ,外部条件的急剧变化 ,操作人员的误动作等 ,都必须有相应的安全回路或措施 ,确保人身和设备安全 。 比如 ,为了防止工作部件的漂移 ,下滑 ,超速等 ,应有锁紧 ,平衡 ,限速等回路 ;为了防止同于操作者的误动作 ,或由于液压元件失灵而产生的误动作时 ,应有误动作防止回路等 。 6.从系统的生产成本和生产周期考虑 系统组成要简单 ,无辅助件尽量要少 ;还应尽量采用标准元件 ,减少自行设计的专用元件 。 7.为了高速和维修上的方便 ,在拟定液压 系统时 ,就应在需要检测系统参数的地方 ,设置工艺接头以便于安装检测仪表 。 因为检测液压系统有关部位处的参数 ,是调整和寻找系统故障的重要依据之一 。 根据以上设计要求 ,反复修改后拟定以下液压系统原理图 。 nts 5 确定 液压 系统主要参数 5.1 液压零件的选择 5.1.1 确定液压泵的最大工作压力 Pp Pp P1 + P 式中 P1 执行元件的最大工作压力 P 从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失 。 初算时可按经验选取 :管路简单 ,流速不大的 ,取 P =(0.2 0.5)MPa,管路复杂的 ,进口有调速阀的取 P =(0.2 1.5)MPa. 所以 ,系统最大工作压力 Pp为 : Pp = P1 + P = 6.3 + 0.6 = 6.9MPa 5.1.2 确定液压泵的流量 Qp ntsQp k( Qmax)dm3 /m 式中 k = 系统泄漏系数 ,一般取 k = 1.1 1.3 Qmax 同时动作的液压缸的最大总流量 Qp = k( Qmax) = 1.2 127.5 = 153 L/min 5.1.3 选择液压泵的规 格 由上述要求 ,选择液压泵为单级叶片泵。 型号 YB 160J,额定压力 8MPa,转速 960r/min 输入功率 21kw, 排量 160L/m 5.1.4 确定液压泵的驱动功率 P = Pp Qp/ p (kw),其中 Pp 液压泵的最大工作压力 Pp Qp 液压泵的流量 3m Qp = n v =1.53 103 m3 /s 所以 P1 = Pp Qp/ p = (6.9 106 153 103 )/(60 0.7)=25.1 kw 所选电机型号为 Y200L 4 5.1.5 液压阀的选择 1.选择依据 选择依据为 :额定压 力 、 最大流量 、 动作方式 、 安装固定方式 、 压力损失数值 、 工作性能参数和工作寿命等 . 2.选择控制阀应注意的问题 (1)应尽量选择标准定型产品 ,除非不得已时才自行设计专用控制阀等元件 。 (2)选择溢流阀时 ,按液压泵的最大流量选取 ;选择节流阀和调速阀时 ,要考虑其最小稳定流量满足 机器低速性能的要求 。 (3)一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些 ,必要时允许通过阀的最大流量超过其额定流量的 20 。 (4)应注意差动液压缸由于面积差形成不同回油量对控制阀正常工作的影响 。 根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量 ,从样本中选择相对应的阀件 。 溢流阀按泵的最大流量选取 ;控制阀的流量一般需要比实际流量大一些 。 单向阀 型号 CRG 06 电磁换向阀 型号 YE 63B 溢流阀 型号 YF B10 电液换向阀 型号 DSHG 06 叠加式单向节流阀 型号 MSW 06 单向节流阀 型号 SRCG 06 nts压力表 YXC 150 5.1.6 管道 和管接头 的选择 油管和管接头是连接液压元件 ,输送液压油的一种连接件 。 选用时要求 : 流量的液阻要小 ,即要求有足够的通流面积 ,并要求管道短 ,内壁光滑 ,弯曲和断面突变少 ; 能承受足够的压力 ,并且保证在工作压力下无泄漏 ; 拆装方便 一 .油管的选用 液压系统中 ,常用的油管有钢管 、 铜管 、 耐油橡胶管 、 尼龙管和塑料管等 。其特点和适用范围如下 : 10.15钢冷拔无缝钢管 ,适用压力为 25 32MPa,它耐高温 、 高压 、 刚性好 、廉 价 ,但不易弯曲 。 紫铜管用于压力小于 10MPa黄铜管用于可承受较高压力 (可达 25MPa)。 紫铜管的抗震能力弱 ,易氧化 ,是贵重的材料 ,尽 可能少用 。 橡胶管用于连接有相对运动的液压件 。 由耐油橡胶夹以 1 3 层钢丝编织网或钢丝缠绕层做成 。 层数愈多 ,耐压愈高 ,可高达 35 40MPa。 夹帆布的耐压橡胶管可达 1.5 8 MPa。 其特点是装拆方便 ,能吸收液压冲击 ,但价贵 ,寿命短 。 塑料管用于回油路或泄漏油路 ,耐压为 0.5MPa。 其特点是装拆方便 、 价廉 。但 ,只能用于低压且不耐高温 ,低温时接口易断裂 。 根据以上综合考虑选 取的油管为紫铜管 、 橡胶软管和塑料管。 二 .油管管径的确定 根据流径管内的流量确定管子的内径 d d = 2 vQ / . 式中 Q 流过管道的流量 v 管道中允许流速 。 由液体力学知道 ,提高流速会使压力损失增大 ,减小流速势必增加管道内径及其辅件的体积和重量 。 同时流速与液压冲击密切相关 ,流速增大 ,冲击压力增大 。 另外 ,管内液流速度与元件 、 回路的正常工作也有密切关系 。 如液压泵吸油管路上的压力降即流速就不能太大 ,否则会赞成泵的所穴现象 ,回油管路 压力损大过大会产生高的背压 ,影响元件正常工作 。 因此 ,在设计液压系统管路时 ,要限制流速 。 根据液压传动系统 P168表 7-7知道 ,装有过滤器的吸油管路允许流速范围为 0.5 1.5s,回油管路 v=2 3m/s,压油管路 v=3 5m/s取吸油管路 v=1.4m/s,回油管路 v=2.4m/s,压油管路 v=4.5m/s, nts所以 ,吸油管路 d=1.13 vQ/ =1.13 4.1/2550 =48.2 取标准管道内径 d=48 ,外径 D=56 取吸油管路公 称直径为 56 压力油管路 d=1.13 vQ/ =1.13 5.4/2550 =26.8 取标准管道内径 d=27 .外径 D=33 回油管路 d=1.13 vQ/ =1.13 4.2/2550 =36.8 取标准管道内径 d=37 ,外径 D=43 三 .管接头的选择 在选择管接头时 ,必须使它具有足够的通油能力和较小的压力损失 ,同时做到装卸方便 ,连接牢固 、 密封可靠 、 外形紧凑 。 管接头包括四种 :卡套式 、 焊接式 、 薄壁扩口式管接头和钢丝纺织胶管接头 。 卡套式管接头适用于油 、 气为介质的管路系统 。 适用的压力范围有二级 :中压级 (Z)160 f/ 2 ,高压级 (G)320 f/ 2 特点 :结构先进 ,性能良好 、 重量轻 、 体积小 ,使用方便 ,不用焊接等一系列优点 .但卡套式管接头要求配用冷拔钢管 ,且卡套制造精度较好 。 焊接式管接头适用于油为介质的管路系统 。 工作压力为 320kgf/ 2 工作温度 为 -25 +80 。 特点 :具有结构简单 、 易制造 、 密封性好等优点 ,但缺点是安装时焊接量大 ,要求焊接质量高 ,且装拆不便 。 薄壁式扩口管接头适用于中低压油压管路系统 ,对于水和气压管路系统亦可选用 ,最大工作压力取决于管材和管径 ,规定为 35 160kgf/ 2 。 特点 :具有结构先进 、 性能良好 、 何种小 、 加工方便 、 成本低和使用简便等优点 ,因此 ,在飞机 、 汽车及机床等行业中有广泛的应用 。 综上所述 ,决定选用焊接式管接头 ,软管用钢丝编织胶管接头 。 所选管接头规格为 : JB970 77 管子外径 D=56 ,螺纹 M60 2的直通管接头 。 管子外径 D=33 ,螺纹 M38 2的直通管接头 。 管子外径 D=43 ,螺纹 M48 2的直通管接头 。 D=28 ,三层钢丝 ,l=1000的 A型扣压式胶管接头 ,JB1885 77。 四 .确定油箱容量 合理确定油箱容量是保证液压系统正常工作的重要条件 ,根据经验公式 :有效容积 V0= q V0 油箱容量 ,单位为 L; q 液压泵总额定流量 ,单位为 l/min; nts 经验系数 ,其数值大体如下 : 低压系统 =2 4;中 、 高压系统 =5 10。 对行走设备或经常间断工作的设备 ,其系数可取较小值 ,对安装空间允许的固定设备 ,其系数可取大值 。 根据实际情况及经验公式 V=1.25 V0所以 , V=1.25 5.5 153=1051L=1.05m3 取油箱容量 V=1.05 m3 从有利于散热角度出发 ,在油箱容积一定的条件下其散热面积越大越好 。 油箱的容积必须保证在设备停止运转时 ,系统中油液在自重作用下能全部返回油箱 。 为了能很好地分离空气和沉淀杂质 ,油箱有效容积通常取每分钟流量的 5 7倍 。 焊接油箱钢板厚度可经验选取 ,侧板厚度取 8 ,箱体部分 (包括前 、 下 、 后面 ) 取 7 ,盖板 由于承受电动机及集成块管道的重量 取为 12 。 5.1.7 滤油器的选择 选择滤油器的主要依据是 :过滤精度 、 通油能力 、 工作压力 、 允许压降等 。 如果工作管道上宜过高的工作阻力 ,或者过滤器不宜在高压下工作 ,则安装在回油管路上 。 这种安装方法不能直接防止液压机件中侵入杂质 ,仅仅是经常的清除系统中的杂质 。 它要求回油管路中有一定的压力 。 本次设计中 ,采用吸油过滤 ,以避免吸入杂质 。 选用 WU 250 180F型网式滤油器 。 5.1.8 冷却器的选用 油箱中的油 温 ,一般在 30 50范围内工作 ,比较合适 ,最高不大于 60 ,最小不低于 15 。 过高 ,将使油液 迅速变质 ,同时使泵的容积效率下降 ;过低 ,油泵吸入困难 。 冷却器采用水冷式的管式冷却器 ,冷却器的散热功率 P 应等于液压系统总的功率损失 (发热功率 )P1 与油箱散热功率 P2 之差。根据计算 ,选用 2LQFWA0.5F型管式冷却器。 5.2 液压油的选择 液压油是液压传动及控制系统的工作介质 ,又是液压元件的润滑计 。 它对液压传动及控制系统工作的可靠性 、 耐久性和工作性能有很大影响 。 因此 ,必须掌握液压油的性质 ,以便正确选用 。 5.2.1 液压油的分类 液压传动及控制系统所采用的液压油可分为两大类 :一类为矿物系 ,一类为不燃或难燃性油系 。 矿物油系液压油的主要成分是石油 ,加入各类添加剂 (抗氧 、nts耐高温等 )精制而成 .根据其性质和使用场合不同 ,矿物油系液压油有多种牌号(如 20号机械油 、 30号汽轮机油等 )。 矿物系液压油的润滑性好 ,腐蚀性小 ,化学安定性较好 ,帮被大多数机器液压系统所采用 。 不燃或难燃性液压油系中分水基液压油和合成性液压油两种 。 水基液压油的主要成分是水 ,加入某些防锈 、 润滑等添加剂 。 水基液压油价格便宜 ,不怕火 ;其缺点是润滑性差 ,腐蚀性大及 适用范围小 ,故 只在液压机 (水压机 )上使用 。 合成液压油是由多种磷酸酯和 (三正丁磷酸酯 、 三甲酚磷酯 )和添加剂化学方法组合而成 ,国内已研制成功 4611、 4602-1等多种品种 ,其润滑性较好 、 凝固点低 、 防火性能好等 。 5.2.2 液压油的要求 1.粘度要适当 ; 2.粘温性好 ; 3.防锈性好 ; 4.抗氧化性好 ; 5.抗乳化性好 ; 6.抗泡沫性好 ; 7.润滑性能好 ; 8.凝固点低 ; 9.闪点要高 ,以免发生火灾 ; 10.含有 尽量 少的机械杂质 ,如沥青 、 灰分等 。 5.2.3 选择液压油的依据 1.选择液压油的主要依据 在 对液压油的要求中 ,最重要的是粘度 。 它是液压系统正常工作的必要条件 。因此 ,选择液压油的主要依据是粘度 。 确定粘度要考虑的主要因素是 : 周围环境温度高 ,应采用高难度的油 ,相反则采用低粘度的油 ;寒冷地带宜采用低凝点低粘度的油 ;在野外工作的机械 ,如液压挖掘机 ,当冬季和夏季温差较大时 ,应在不同的季节采用不同粘度的油 。 系统压力高时 ,用高粘度的油 ,相反则用低粘度的油 。 液压执行元件速度较低时应采用高粘度的油 ,相反则用低粘度的油 。 某些泵 ,阀产品规定了使用液压油的粘度 ,应按其规定使用 。 2.综合考虑其他因素 由最低 使用温度 ,可确定低流动点和粘度指数 。 由最高使用温度 ,可确定粘度指数 。 有火灾危险时 ,宜采用抗燃或不燃性油 。 使用加热器时 ,宜采用抗氧化性好的油 。 环境污染严重时 , 采用廉价常更换的油 。 漏油较多时 , 采用廉价常更换的油 。 无法保养保管场所 ,宜采用寿命长稳定性好的油 。 水分可能混入系统时 ,宜采用抗乳化性好的油 。 根据以上几点考虑 ,本设计中选用 HL 机械油 ,40时运动粘度为 28.835.2cst。 nts5.3 液压系统性能验算 在液压系统设计过程中或设计终了 ,需要对它的某些技术性能进行验算 ,以使所设计的系统更 加可靠与完善。 这些验算包括 :系统损失计算 ,系统效率计算 ,系统发热与温升计算 ,液压冲击计算等 。 5.3.1 系统压力损失计算 当系统元辅件规格和管道尺寸确定后 ,即可进行系统压力损失 P计算 。 它包括管路的沿程压力损失 P1l局部压力 P2l及阀类元件的局部损失 P2 ,即 P= P1l+ P2l+ P2 其中 P1l 管道长度 , d 管道内径 V 液流平均速度 , 液压油密度 , 局部阻力和沿程阻力系数 。 qn 液压阀的额定流量 q 通过液压阀的实际流量 Pn 液压阀的额定压力损失 。 计算系统压力损失 ,必须知道管道的直径和管道的长度 。 管道直径按选定元件的接口尺寸确定为 d=27 ,进回油管道长度都定为 l=1m;油液的运动粘度取 v=1104 m2 /s,运动油液的密度取 =0.9174 103 kg/m3 。 先判断流动状态 ,由雷诺数 Re=Vd/V=4q/( dv2 ) 可知 ,在油液粘度 v,管道内径 d 一定的条件下 ,Re 的大小与 q成正比 。 Re=4q/( dv2 )=410133102760101534=1202 此雷诺系数为最大雷诺数 。 因为最大的 Re小于临界雷诺数 (2000),故可推出 :各工况下的进 、 回油路中油液的流动状态全为层流 。 5.3.2 计算系统压力损失 为了计算上的方便 ,首先将计算沿程压力损失公式化简 。 为此 ,将适用于层流动状态的阻层阻力系数 =T5/ Re=75 dv/(4q)和溶液在管道内的流速v=4q/( dv2 ),同时代入沿程压力损失计算公式 ,并将已知数据代入后 , 得 P1l=4 75 vl q/(2 d )= 141013109174.0754 q/ 43 )1027(2 =0.8246 107 q 可见 ,沿程压力损失的大小与其通过的流量成正比 ,这是由层流流动所决定的 。 nts管道 的局部压力损失 P2l常按下式作经验计算 ,即 P2l=0.1 P1lP1l由产品样本查出 ,电液换向阀和单向调速阀的额定压力损失都为 0.3MPa,单向阀的额定压力损失为 0.015MPa。 而根据上述公式 , P1l=0.02103MPa, P2l=0.002103MPa 所以 ,系统的压力损失 : P1l=0.02103+0.02103+0.6=0.02103MPa P2l=0.02103+0.002103+0.015=0.0571MPa 5.3.3系统效率的计算 液压系统效率 是系统的输出功率 (即执行元件的输出功率 )Pm0与其输入功率 (即液压泵的输入功率 )Ppi 之比 ,即 =(0Pp/Ppi) (Ppi/0Pp) (Pm0/Pmi) 式中 0Pp 液压泵的输出功率 ; Pmi 执行元件的输入功率 。 显而易见 ,上式中的比值0Pp/Ppi和比值 Pm0/Pmi,正是液压泵的总效率p和执行元件的效率m,即 : p=0Pp/Ppi, m= Pm0/Pmi而执行元件的输入功率 Pmi与液压输出功率0Pp之比 ,正是回路效率 c,即 c= Pmi/0Pp。 由上述分析可知 ,系统效率表达式可写为 = p c m 根据 前述m=0.94 p=0.83 且 c=1 所 以 =0.83 1 0.94=0.78。 5.3.3 液压系统发热计算 液压系统的压力表 、 容积和机械三方面的损失构成总的能量损失 ,这些能量损失转化为热量 ,使液压系统油温升高 。 系统油温过高会产生下列不良影响 : 使油液粘度大大降低 ,泄漏增大 ,容积效率下降 ,并使油液经节流元件的节流特性变化 ,造成速度不稳定 ; 引起热膨胀系数不同的运动副之间间隙变化 ,变小时会千万元件 “卡死” ,失去工作能力 ,变大时会造成泄漏增加 ; 随油温升高石油基油液形成胶状物质 ,并在物体局部过热的表 面上形成沉积物 (残渣 )。 它会堵塞元件小孔和缝隙 ,使之不能正常工作 。 对 油乳化液过热时会分解而失去工作能力 。 密封 ,软管和过滤器等辅助件均有一定的温度限制 。 甚至通常对高温不太敏感的网式过滤器 ,也会因温度过高使其密封或塑料件品质变坏而不能正常工作 。 nts引起机器构件热变形 ,而破坏其应有的精度 。 综上所述 ,液压传动及其控制系统能否良好的工作 ,在很大程度上取决于油温 。 为此 ,必须对液压系统进行热分析计算并对油温进行控制 。 液压系统发热的主要原因 ,是由于液压泵和执行元件的功率损失以及溢流阀液流损失所造成的 。 因此 ,系统的 总发热量 (实际为热流量习惯称为热量 )Q 可按下式估算 Q=Ppi- P0m。 Ppi 液压泵的输入功率 ; P0m 执行元件的输出功率 ,也可按下式估算系统的总发热量 : Q= Ppi(1- )=23.8 (1-0.78)=5.24kw 液压系统中产生的热量 ,由系 统中的各个散热面散发到空气中去 ,其中油箱是主要散热面 。 因为管道的散热面相对较小 ,且与自身由于压力损失产生的热量基本平衡 ,故一般略去不计 。 当只考虑油箱散热时其散热量 Q可按下式计算 Q0=ka t 式中 A 油箱散热面积 ; t 系统温升 ,即系统达到热平衡时油温与环境温度之差 ; k 传 热系数 ,单位 W/( 2 ),计算时可选用下列推荐数值。 通风很差 (空气不循环时 ),k=8 10W/( 2 ); 通风良好 (空气流速为 1m/s左右时 ),k=14 20 W/( 2 ) 风扇冷却时 ,k=20 25 W/( 2 ) 用循环水冷却时 ,k=110 175 W/( 2 ) 当系统产生的热量 Q 等于其散发出去的热量 Q 时 ,泵达到热平衡 ,这时有t=Q/KA。 当油箱三个边的结构尺寸比例为 1:1:到 1:2:3,且油面高度是油箱高度的 0.8倍时 ,其散热面积的近似计 算为 A=0.0653 2v 由上述两式可得 , t=Q/(0.065K 3 2v )=5.24 10 3 /(0.065 1503 2105 )=5.2 计算结果远小于温升 。 5.3.4 绘制正式工作图 及编制技术支持 经上述各步骤 ,对液压系统进行设计 、 计算及反复审查 ,修改完善 ,确认系统合理无误后 ,便可绘制正式工作图 。 一 .正式工作图 正式工作图一般包括正式的液压系统图 ,非标准液压元件 ,辅件的零件图及其装配图和整个传动装置的装配图 。 正式的液压系统图 ,就是对液压系统图经修改完善后 ,再列出液压元件 、 辅件nts明细表 ,以表示明液压元件 、 辅件的规格和数量 ;对于自动化高的机器应给出液压执行部件的工作循环图和电气控制装置的动作程序表 ;有关操作使用说明 ,特殊要求和技术规定 ,也应在图上注明 ,以便于阅读和交流 。 图面布置应闯关合理 、 清晰 、 美观 ,液压元件 ,辅件应按国家规定标准符号画出 ;线条应横平竖直 ,工作管路 、 控制管路 、 泄漏管路 、 连接管路和交错 管路也应按国家规定符号绘制 。 液压系统图一般应按停车状态画出 ,当需要按某工作状态画出时 ,必须在图上注明 。 图上各液压元件 、 辅件并不代表实际位置 ,但为了安装 、 调整和维修的方便应尽量做到一致 。 对于自行设计的非标准件 (如液压缸 、 专用控制阀等 )、 辅件 (如油箱 、 操纵板等 ),必须绘制部件装配图和零件图 。 传动装置的装配图 ,是液压系统的安装施工图 ,在图中应明确示出各种液压元件 、 辅件的实际位置 ,坚固方法各种管接头的形式规格等 。 在实际中往往由几张装配图来组成 ,如液压泵站装配图 ,液压元件 、 辅件配置装配图和管路安装图等 。 为此 ,仅 就以下几个有关问题作以简要说明 。 二 .液压装置的结构形式 液压系统原理图确定以后根据所选用或设计的液压元件 、 辅件 ,便可进行液压装置的结构设计 。 1.液压装置的结构设计 液压装置按配置形式可分为集中配置和分散配置两种形式 。 集中配置是将系统的动力源 、 控制及调节装置集中安装于主机外 ,即集中设置所谓液压站 ,主要用于固定式液压设备 ,如机床及其自动线液压系统 。 这两种形式的优点是装配 、 维修方便 ,有利于清除动力源 、 的振动与 油温对主机精度的影响 ;缺点是单独设液压站 ,占地面积大 。 分散配置是将系统动力源 、 控制及调节装置按主 机的布局分散安装 ,主要用于移动式液压设备 ,如工程机械液压系统 。 这种形式的优点是结