热轧加热炉步进梁液压系统设计.doc

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第37页 热轧加热炉步进梁液压系统设计摘要步进梁式加热炉具有加热速度快、温度均匀、操作灵活等优点，因而广泛的运用于现代冶金行业，它对提高钢材的产品质量，钢坯的成材率以及轧机设备的寿命由很大影响。 步进式连续加热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加热炉。本次设计主要是设计步进梁加热炉的液压比例系统，采用比例控制，对速度的要求较高，由于在以一个运动周期中，负载的变化以及对钢坯运动速度的不同要求，要通过控制系统的流量来满足这些要求。为了实现对跑偏钢坯的校正，本系统加入对中液压缸来提前校正。为了实现钢坯在出现故障的时候能够在任意位置停止，系统加入了液压锁紧装置，以免出现系统失控。通过对系统的校核和验算，本系统满足工艺要求。关键词：步进梁式加热炉； 比例控制； 液压系统AbstractWalking beam type furnace have many advantages, such as rupid speed of heating , homogeneity of heating temperature, flexibility of operation, so it has been used abroad in modern Metallurgy industry.It can improve the quality of steel products, the yield of billet, the life-span of rolling mill equipment.Walking beam type furnace use the beam at the bottom of the furnace or the cool steel beam to rise , to go ahead , to come down , to go back . So in this circle, the billet will be translated to the furnace for heating . In my graduation thesis, I will design the hydraulic proportioning system for the walking beam type furnace. As this system require strict movement of the beam, so proportional control will be used . As we know the speed of the beam will change at the reason of the change of the load in a circle, so we must change the flow of hydraulic actuating cylinder . In order to revise pass-line deflection of the billet, we use two horizontal cylinder to adjust thecentering of the billet ahead of the circle. At the same time, we use locking aquipement to fasting the beam at any location in case of malfunction.As the checking calculation of this system, it will meet process requirements.Key words: Walking beam type furnace; Proportional control; Pass-line deflection revise.目录摘要IAbstractII1.绪论11.1设计要求11.2 液压传动简介22.设计要求及原始数据62.1设计要求:62.2工艺参数:63拟定液压系统原理图74 设计计算及说明94.1 负载分析及负载循环图95.液压系统主要参数计算125.1初选系统工作压力125.2计算液压缸的主要结构尺寸125.3计算液压执行原件所需的流量135.3.1 流量循环图135.3.2 流量循环图135.4 计算系统实际压力145.4.1计算压力145.4.2压力循环图15 6 液压元件的选择176.1 液压泵的选择176.2 电动机的选择176.3 液压阀的选择186.4 液压辅助元件的选择及计算226.4.1 管道尺寸的计算226.4.2 液压管及管接头的选择236.4.3 过滤器的选择246.5 油箱容量的确定267 液压系统性能验算277.1 液压系统压力损失277.2 液压系统的温升297.2.1 计算液压系统的散热功率297.2.2 冷却器散热面积的计算308 液压站的设计318.1 液压站的机构设计318.2 液压叠加回路设计318.3 液压系统的安装328.4 管路的安装与清洗338.5 液压系统的维护33结束语35致谢37参考文献361.绪论1.1设计要求步进梁式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，步进梁式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。加热炉是钢铁企业热轧生产过程的关键设备之一，其性能直接影响到加热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，广泛采用步进式加热炉对钢坯进行炉内步进式运送并加热与直推式加热炉相比，其显著特点是加热速度快、温度均匀、操作灵活易于适应轧机的产量要求、不粘钢。步进式连续加热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加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。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，可较快地均匀加热；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。步进炉的主要优点是：工件和步进梁或炉底间没有摩擦，避免加热过程中工件底面被划伤。工件依靠步进梁的运动在炉内前进，因此工件之间可以留同间隙，加热后的高温炉料不会互相粘连，还有利于缩短加热时间，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加热所造成的氧化损失。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步进底式炉。上托轧钢厂在热轧钢材时,需要对钢坯进行加热。为更好的保证钢材表面质量,使钢坯受热均匀,采用了步进加热方式.钢坯在加热过程中其前移为矩形运动: 即活动梁上升,将钢坯从固定梁起;活动梁前移,使钢坯往前步进一次;活动梁下降,将钢坯放在固定梁上;活动梁后退到原始位置,完成一个工作循环。步进加热克服了直推式加热时钢坯下表面与支撑梁(固定梁)移动摩擦所产生的表面磨损;同时,克服了直推式的钢坯间相互靠拢的情况,可以使钢坯散开通过炉底,有利于钢坯加热。由于步进加热独特的优越性,使其在现代冶金工厂得到了广泛应用。步进式钢坯加热炉产品质量好、热效率高、操作灵活,适用于多种型材坯料的连续式加热. 图1.1 步进梁式加热炉1.2 液压传动简介步进梁采用液压传动,使传动结构简单,省去了一套凸轮、齿轮机构,占地面积小且传动平稳,容易实现自动控制,因此步进加热炉传动装置一般都采用液压驱动。步进式加热炉液压驱动及电控系统中采用独特的油路设计,减少了运动部件因惯性对固定炉床的冲击,解决了炉床抖动问题;将可编程控制器、继电器、电液阀相结合,实现了机电液计算机一体化控制系统可靠性高,可扩展性与柔性强。步进式加热炉用于初轧坯。加热炉炉床由固定梁和步进梁组成。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。其内侧托轮直接拖住步进梁，而步进梁则由另一液压缸带动，可在托轮上作水平前进和后退运动。通过两缸的操作，使步进梁做矩形轨迹运动，各段运动的形成可以调节，操作方式可以连续或手动操纵，同一液压油源供步进梁传动，可以同时或交替动作；并可以逆向运动，作为倒空炉内钢坯之用。图1.2 步进梁结构图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。(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。 随着液压机械自动化程度的不断提高,液压元件应用数量急剧增加,元件小型化、系统集成化是必然的发展趋势。特别是近十年来,液压技术与传感技术,微电子技术密切结合,出现了许多诸如电液比例控制阀,数字阀,电认伺服液压缸等机(液)电一体化元器件,使液压技术在高压、高速、大功率、节能高效、低噪声、使用寿命长、高度集成化方面取得了重大进展。无疑,液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD),计算机辅助试验(CAT)和计算机实时控制也是当前液压技术的发展方向。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。2.2工艺参数: 步进周期:40秒 ； 升、降各为13秒 ；平移（进、退）各为7秒 ；升降的最大速度:80mm/s ；最小速度:1013mm/s ； 平移的最大速度:80mm/s ；最小速度:1013mm/s ； 步进梁的自重:100t ；承重钢坯:100t ; 平移液压缸工作行程:270mm ;升降液压缸工作行程:890mm ;3拟定液压系统原理图此次设计主要是对步进梁加热炉液压系统的设计。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。在步进梁加热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、准确地完成步进梁加热炉的一系列动作。在步进梁式加热炉里，钢坯的移动是通过固定梁和载有钢坯的移动梁进行的。步进梁的运动是由升降机构的垂直运动和平移机构的水平运动组合而成。步进梁相对于水平梁作上升、前进、下降、后退四个动作。这四个动作组成步进梁的一个运动周期。为了实现步进梁的动粱能平稳地加速启动，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，平移时运动要平稳，防止钢坯产生晃动，我们必须控制步进的运动速度，也就是要控制驱动步进梁运动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步进梁的垂直运动，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，以满足动梁的加速启动和减速停止。为了实现步进梁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。(2)平移机构的水平运动可以采用一个水平液压缸来实现，由于前进和后退阶段负载不同，因而速度也不同，为了实现对前进和后退不同速度的要求，可以采用节流调速回路，这样分别在液压缸进油和回油管路上安装可调单向节流阀，由于此油路流量较大以及对控制精度的要求较高，所以采用了三位四通电液比例换向阀进行比例控制。另外，对比例换向阀控制时出现负负载的情况，需要采用平衡阀来克服负向载荷。(3)对中油路主要是为了实现对跑偏钢坯的校正，其负载是钢坯与步进梁之间的摩擦力负载，为了实现双侧同时作用，故采用两个液压缸，这两个液压缸在钢坯两侧同时作用。为了实现对中液压缸在任意位置的停止，也采用了液压锁。在两个水平液压缸的进油和回油管路上安装可调单向节流阀，来控制活塞杆的运动速度。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。液压系统图是表示液压系统的组成和工作原理的图样。4 设计计算及说明4.1 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 液压缸的工作循环为：步进梁点的上升、水平前进、下降、后退。 对升降缸进行受力分析与负载的计算：受力图如下 (1)工作载荷：，其中： (2)导轨磨擦载荷： 式中： g重力加速度 外载荷作用于导轨上的正压力N 摩擦系数 取u=0.005 其中： (3) 惯性载荷： 式中： g重力加速度 ; 启动，制动速度转换时间，一般机械取=0.1-0.5m/s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行 走机械一般,; 时间内的速度变化值; 所以在液压缸升降时外载荷为 由于液压缸有机械效率所以液压缸的总外负载为F 式中 -液压缸的机械效率，一般取0.90-0.95, 取0.95; 计算平移液压缸外负载: (1)工作载荷：，其中： (2)导轨磨擦载荷： 式中： g重力加速度 外载荷作用于导轨上的正压力N u摩擦系数 取u=0.005 (3) 惯性载荷： 式中： g重力加速度 ; 启动，制动速度转换时间，一般机械取=0.1-0.5m/s，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般,; 时间内的速度变化值; 所以在液压缸在水平移动时外载荷为 由于液压缸有机械效率所以液压缸的总外负载为F 式中 -液压缸的机械效率，一般取0.90-0.95, 取0.95; 5.液压系统主要参数计算5.1初选系统工作压力 压力的选择主要依据载荷的大小和设备的类型而定，还要考虑到执行元件的装配空间，经济条件以及元件的供应等的限制，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，而压力选的太高，对泵和缸、阀等元件的结构、材质、密封、制造精度也要求很高。对于步进梁式加热炉的液压系统进行综合考虑初选压力为285.2计算液压缸的主要结构尺寸液压缸的速比：按速比要求确定活塞杆径比，参照表5.3： 根据公式: 式中: 外负载力 N 液压缸工作腔压力 液压回油腔压力 由液压手册表3755取 =1 速比 =0.7 由于升降时两侧的液压缸共同受力则： 带入数据: 根据表5.4：液压缸外径圆整为:活塞杆直径: 圆整后: 升降液压缸选取液压缸为: 带入数据: 根据表5.4：液压缸外径圆整为:活塞杆直径: 圆整后: 水平液压缸选取液压缸为: 5.3 计算液压执行原件所需的流量5.3.1 流量循环图由下列公式进行计算: 式中: A液压缸的有效工作面积 V活塞与缸体的相对速度 水平液压缸面积: 速度: 水平液压缸的流量 升降液压缸面积: 速度: 升降液压缸的流量5.3.2 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。q (L/min) 264 234平均流量 200 130 800t ( s)40100502530图5.1 流量循环图5.4 计算系统实际压力5.4.1计算压力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,当步进梁上升时，可求系统的实际工作压力。 其中D=180mm，d=125mm，F=6360000N，。参数代入上式得 ：。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。(2) 水平液压缸的实际工作压力计算由于水平液压缸在步进梁前进和后退的时候，外负载不同，而且在步进梁前进的时候是液压缸的无杆腔通入压力油，在步进梁后退的时候是液压缸的有杆腔通入压力油，所以在这两种工况下，系统的实际工作压力是不相同的。水平液压缸的参数为D=220mm，d=160mm，取背压。步进梁前进时，外负载为1000吨， 。由式（2.4）知： 相关参数代入上式可得。步进梁后退时，外负载为100吨, 所以。此时由系统原理图可知： 相关参数代入上式可得：所以依据系统的顺序动作可画出以下的压力循环图：5.4.2压力循环图P（MPa）27.8926.7925.89 27.74 0t（s）40351025200 图5.2 压力循环图6 液压元件的选择6.1 液压泵的选择（1) 液压泵工作压力的确定 （6.1） 式中 : 液压执行元件的最大工作压力 泵到执行元件间总的管路损失 对于本系统，执行元件的最高压力是活塞杆受拉时的最大工作压力。 总管路的压力损失，取。 由公式（6.1）得： (2）液压泵流量的确定 （6.2） 式中 : 同时动作的液压执行元件的最大总流量 系统泄露系数 对于本系统，执行元件的最大流量发生在液压马达工作时的最大流量。泄露系数取.因为液压马达在工作过程中用节流调速的系统，所以还要加上溢流阀的最小溢流量，一般取. 由公式（6.2）得：6.2 电动机的选择 在工作循环中液压执行机构压力和流量工况图来看，压力工况图，即图（）变化比较大，而流量工况图，即图（）变化基本平稳，所以按大功率处来确定电动机功率。 由压力工况图已知，液压缸加速时的压力最大为，此时的流量为。 参照表（6.1），选择泵的总效率。 液压泵的驱动功率为: 选取电机型号为:6.3 液压阀的选择 溢流阀是使系统中多余流体通过该阀溢出，从而维持其进口压力近于恒定的压力控制阀。在液压系统中，溢流阀可作定压阀，用以维持系统压力恒定，实现远程调压或多级调压，作安全阀防止液压系统过载，作制动阀，对执行机构进行缓冲、制动，作背压阀，给系统加载或提供背压，它还可以与电磁阀组成电磁溢流阀，控制系统卸荷。在步进梁式加热炉液压系统中溢流阀主要作定压阀用。 液压系统选用直动式溢流阀，当压力作用低于调定弹簧力时，阀口关闭，阀芯在弹簧力的作用下压紧在阀座上，溢流口无液体流出，但液压作用力超过弹簧力时，阀芯开启，液体流出，弹簧力随着开口两的增大而增大，直至与液压作用力相平衡。按图61溢流阀的特性曲线选择溢流阀的通经为16mm.图6.1 DBD型直动式溢流阀特性曲线综上溢流阀选择为DBDS10P10/31.5型电磁溢流阀由溢流阀和电磁阀组合而成，用于液压系统的卸载和多级压力控制。根据系统压力，按机械设计手册第20篇液压传动，选择电磁溢流阀 单向阀是只允许液流向一个方向流动，而不允许反向流动的阀。它可用于液压泵的出口，防止系统油液倒流，用于隔开油路之间的联系，防止油路相互干扰，也可用作旁通阀，与顺序阀、减压阀、节流阀和调速阀并联，从而组成单向顺序阀、单向减压阀、单向节流阀和单向调速阀等。步进梁式加热炉液压系统中的单向阀用在泵的出油口，防止反向流动。选择DFA-B 在控制油路中阀的选取采用力士乐叠加式的安装方式。采用通径为16mm的安装底板，根据机械设计手册选取叠加溢流阀的型号为、叠加液控单向阀的型号选取在步进梁式加热炉液压系统中，在液压缸作为执行元件式，需要使液压缸在一定的位置保持停留并承受一定的负载力。就需要双向液压锁回路。综上所述选择液控单向阀为由于步进梁式加热炉对于负载的起停有明确的加减速要求，在两端的位置可以随时停止，保压的承重液压缸油路中，选用液控比例换向阀 图6-2液控比例换向阀流量曲线表6.1 公共油路阀明细表比例电磁阀取代方向阀的一般电磁阀构成直动式比例方向阀,其滑轴不但可以换位,而且换位的行程可以连续或按比例地变化,因而连通油口间的通油面积也可以连续或按比例地变化,所以比例方向控制阀不但能控制执行元件的运动方向外,还能控制其速度。在本精炼炉液压系统中，比例方向阀用来控制电极电弧的大小、高度，一个电极对应一个比例方向阀，同时对应一个电极升降缸，比例方向阀控制电极升降缸的运动方向和运动速度，电极升降缸的流量：，泵的工作压力。 首先计算各工作段阀口的压差。液压缸升降运动时有： 加速段： （5.24） （5.25）恒速段： （5.26） （5.27） 减速段：（ 5.28） （5.29）液压缸水平运动运动时有： 加速段： （5.30） （5.31）恒速段： （5.32） （5.33） 减速段： （5.34） （5.35）根据文献3 ，1-7 、 5， 385、图5.3额定开口度与流量关系图。选取比例方向阀为4WRZ16W6-150-7X/6EG24K4/AV型（25）。由图可知，时间短，分辨率好。图5.3 额定开口度与流量关系图6.4 液压辅助元件的选择及计算6.4.1 管道尺寸的计算 管道内径的计算可按公式: mm 式中: Q通过管道内的流量/s; 管内允许流速(m/s)，管内的允许流速按表63选取合 适值 表63允许流速推荐值管道推荐流速（m/s） 液压泵吸油管道0.51.5，一般常取1以下液压系统压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.52.5 (1) 液压泵吸油管计算 根据表64，对其圆整后得32mm(2) 泵到液压缸计算 根据表64，对其圆整后得20mm 根据表64，对其圆整后得32mm 表64钢管标准内径外径壁厚系列公称直径钢管外径公称压力Mpa2.58162531.5mm/mm/管子壁厚6101111.61.6101811.61.622.515221.61.622.5320281.622.53.5425342234.55324222.545640502.534.55.576.4.2液压管及管接头的选择在液压传动系统中，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，价格低廉，但安装时弯曲半径不能太小，多用在压力较高、装配位置比较方便的地方。常用的钢管是无缝钢管，当工作压力小于1.6MPa时，也可采用焊接钢管。铜管分为紫铜管和黄铜管。紫铜管能承受的压力较低（p6.310MPa），装配时可按需要来弯曲，但抗振能力较低，也易使油液氧化，价格昂贵；黄铜管可承受较高压力（p25MPa），但不如紫铜管易弯曲。尼龙管常用在低压系统。塑料管一般只用于回油管或泄油管。胶管用作连接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高压、低压两种。高压胶管是以钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架，可用于压力较高的油路。低压胶管是以麻绳和棉线编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路。根据打桩机的系统工作压力和所计算的管道内径，本设计中主油路选择型号为32/M422的焊接式直通管接头作为吸油管道，选择型号为6/M101的焊接式直通管接头作为提锤缸压油管道，选择10/M181.5焊接式直通管接头作为提锤缸回油管道，选用型号为15/M221.5的焊接式管接头作为升降缸压油管道，20/M272作为升降缸回油管道夹紧油路选择6/M101的焊接式直通管接头作为压油管道，6/M141.5作为回油管道，钢管在安装时，弯曲半径应尽可能大，其最小弯曲半径取3倍的管子外径6.4.3 过滤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、（510）为精滤油器、（15）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0.51m/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ZUH10010S型过滤器。回油路上：选择ABZFRS0140-10-1X-B力士乐系列过滤器6.5 油箱容量的确定初始设计时，先按经验公式（6.6）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。经验公式为： (6.6) 式中: 经验系数，见表6.8。 液压泵每分钟排出压力油的容积表6.8 经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械 根据表6.8得： 按液压泵最大排量计算每分钟排出的压力容积： 由公式(6.6)得： 取整后得：V=3.2 7 液压系统性能验算7.1 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失，总的压力损失为： （7.1） （7.2） （7.3） （7.4） - 管道的长度 - 管道内径 - 液流平均速度 - 液压油密度 - 沿程阻力系数 - 局部阻力系数 - 通过阀的实际流量 - 阀的额定流量 - 阀的额定压力损失 (1)液压缸油路的压力损失a沿程压力损失 选用20号机械油，正常运转后油的运动粘度，油的密度。 油在管理中的实际流速为：油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为：由公式（7.2）求得沿程压力损失为： b局部压力损失 局部压力损失包括通过管路中折管和管接头处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部压力损失。其中管路局部压力损失相对来说小的多，故忽略，主要计算通过控制阀的局部压力损失。参看图,从泵出口到液压缸进油口，要经过减压阀，电液换向阀，叠加式液控单向阀。 减压阀的额定流量为200L/min,额定压力损失为0.2Mpa，电液换向阀的额定流量为200L/min，额定压力损失为0.15Mpa，叠加式液控单向阀的额定流量为200L/min,额定压力损失为0.25Mpa,额定压力损失为0.1Mpa。由公式（7.4）求得阀的局部压力损失为：由公式(7.1)求得泵到液压缸的总压力损失为： 7.2 液压系统的温升7.2.1 计算液压系统的散热功率液压系统的散热渠道主要是油箱表面，本液压系统管路较短，其散热太小，对系统散热没太大影响。通常用式（7.8）计算油箱的散热功率。 (7.8) - 油箱散热系数，通风条件良好时的取值为） - 油箱的散热面积 - 油温与环境温度之差 ，常取35前面初步求得油箱的有效容积为3.2, 按求得油箱各边之积：取和b为2m，c为 1m。油箱的散热面积为：油箱的散热系数取:）由公式（7.8）求得油箱的散热功率为：由此可见，油箱的散热远远不能满足系统散热的要求，管路散热极小，需要另设冷却器。7.2.2 冷却器散热面积的计算冷却器的散热面积为： （7.9） - 冷却器的散热系数，通常在）之间。 - 平均温升 （7.10）、 - 液压油入口和出口温度 、 - 冷却水或风入口出口温度 取油进入冷却器的温度 ，油流出冷却器的温度 ，冷却水入口温度 ，冷却水出口温度 。由公式(7.10)得： 由公式(7.9)求得冷却器的散热面积为：考虑到冷却器长时间使用，设备腐蚀和油垢，水垢对传热的影响，冷却器面积应比计算值大30%，实际选用冷却器散热面积为：8 液压站的设计8.1 液压站的机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。8.2 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23mm，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