钢管定尺自动切断机液压系统设计

课 题：钢管定尺自动切断机液压系统设计摘 要我研究的课题是钢管定尺自动切断机液压系统设计，所以我课题中液压系统应用到的设备为自动切断机。我的研究目的很简单：1、我是为了完成自己的毕业课题设计。2、我是为了巩固自己的所学知识并在所学的知识上去拓展新知识，增加自己的知识面。3、我是为了锻炼自己的独立思考能力，培养自己的自学能力。4、我是想让大家知道液压传动这门技术的重要性。我研究这个课题的是通过自己在网上查阅资料、翻阅相关书籍、报纸、询问老师等方法一步步慢慢的摸索。通过这些去了解和接触液压传动这门技术。在设计中对于液压系统的设计不仅仅要达到设计的最初目的，还要尽可能的满足体积小、重量轻、结构简单、安全性高、成本低等公认的普遍性设计原则。液压系统设计主要是根据已知的条件和要求，来确定液压工作方案、液压泵、液压阀和其他元件的选取。综上所述，在设计过程中我一直坚持按照以上原则精心设计，最后得出的设计方案不仅实现了本课题要求中各项性能，还提高了液压系统运行的安全性。关键词：液压泵；液压系统；液压阀I目 录摘 要I第1章 概述11.1 钢管定尺自动切断机简介11.2 国内钢管定尺自动切断机的现状和发展趋势2第2章 总体设计思路和设计要求32.1 设计目的和要求32.1.1 设计原则32.2 整体方案3第3章 液压系统设计53.1 液压系统基本回路设计53.1.1 速度控制回路的确认53.1.2 方向控制回路的确认63.1.3 压力控制回路的确认63.1.4 锁紧控制回路的确认73.2 液压系统原理图93.2.1 液压系统原理图93.2.2 电磁铁和XX阀动作顺序表10第4章 液压系统元件选择114.1 控制元件的确定114.1.1 换向阀114.1.2 单向调速阀134.1.3 单向阀144.1.4 顺序阀164.1.5 溢流阀164.2 元件配置表17第5章195.1 XXXX安装195.2 XXXX调试19第6章 钢管定尺自动切断机的使用与维护206.1 液压系统使用注意事项206.2 液压设备的维护保养206.3 故障分析、诊断和排除20结论22参考文献23i第1章 概述液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动的基本原理：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。液压传动具有许多的优点比如说：1、体积小，重量轻。2、采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长。3、容易实现过载保护。4、液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。5、操纵控制简便，自动化程度高。当然它也有缺点：1、使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁。2、对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高。3、液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统效率较低。4、液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性。5、液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平。液压传动技术水平的高低如今已经成为一个国家工业发展水平的重要标志。1.1 钢管定尺自动切断机简介图1.1圆管旋刀式切断机 钢管定尺自动切断机广泛应用于工厂、建筑、矿山等单位是理想的作业工具，深受广大用户的喜爱。钢管定尺自动切断机是一种将钢管推到某一区域，通过切割部分对钢管实行切割的机器。它是由三大部分构成，负责负责运输原材料的送给部分，加上负责夹紧材料的夹紧部分，和负责切断材料的切断部分。这三大部分分别承担了运输、固定、切断的工作。它的工作原理是:打开电源总开关，启动机器。将原材料放在送给部分的运输台上，通过调整速度将原材料送到固定部分。在固定部分，在通过该处的阀将原材料了牢牢夹紧后送入切断部分。切断处的缸通过切断部分的阀控制它的速度执行上下来回切换将原材料切断，然后复位进行下一轮的切割。在这些过程中可以不需要人为去搬运材料和固定，只需通过操控机器就可以进行自动工作。 1.2 国内钢管定尺自动切断机的现状和发展趋势通过翻阅书籍和在网上查找资料，我在查找中了解到我国的钢管自动切断机还未广泛应用到工业各领域。因为我国现阶段的钢管自动切断机还存在着许许多多的问题。我将我发现其中最普遍的问题总结为以下几点1、自动化不够完善，仍然处于半自动状态。2、机器的运输速度和切割速度不可调，无法适用于多种材料的切割，适用范围小。3、夹紧原材料部分的夹紧部分的夹紧效果不佳，容易发生安全事故。4、液压系统的压力不可调，容易损失系统元件。以上问题是我国自动切断机中出现的最普遍的，所以导致我国的钢管自动切断机无法广泛使用。因此，我决定去了解并想办法改善这一问题。钢管定尺自动切断机的出现和应用可以改善我国现阶段自动切断机所存在的不足，并且推动我国工业水平的发展，提高生产力，促进我国综合国力的提升。第2章 总体设计思路和设计要求2.1 设计目的和要求设计的最终目的是实现钢管定尺自动切断机的正常工作，工件能够不断的向前推送，工件在被夹紧后，可以轻松被切断且夹紧效果好，系统的送进速度和切割速度可以自行调节，系统的压力也能自我控制。（1）液压系统的动作要求：本套液压系统应能完成如下循环动作：送给-夹紧-切割-自动退回。且在液压系统工作中，动作能够连贯，夹紧效果良好，切割时工件和切割缸震动小，整个工作过程流畅安全。（2）性能要求：良好的紧固性能，工件夹紧时夹紧效果好。良好的调速性能，切割和送进部分的来回速度可以调节。安全性性能好，系统压力可调节。（3）工作环境要求：适宜的温度。（正文小四号，宋体，行距22磅）（4）人员素质要求：熟悉机器的日常操作，懂得应急预防措施。（5）安全要求：严禁在机器旁抽烟、携带明火。不准私自离开机器旁，离开必须停止机器。企业实现6S化管理。2.1.1 设计原则1、安全性原则:元件的选取都按国家要求标准选取，使用机器必须遵照产品说明书，使用地点必须实现6S管理，工作人员应熟悉6S章程并遵从。2、 实用性原则：设计作品要实用，符合市场需求。3、 可行性原则：设计作业要符合现在的工业水平，在生产能力内。4、 环保性原则：设计理念必须从环保出发，系统可循环使用，不会造成大的污染。2.2 整体方案钢管定尺自动切断机的液压系统设计的总体思路为以下几点：1、 确定液压系统图。2、 确定供油方式：统一从开式油箱供油。3、确定系统回路：锁紧、平衡、调速、速度切换等回路。4、确定系统元件：液压缸，三个液压缸相互配合做直线运动。确定控制元件：单向阀、直动型溢流阀、三位四通换向阀、单向调速阀、液控单向阀等各种控制阀用来控制液压系统所需求的压力、流量和工作性能。确定辅助元件：压力表、油箱、油管等各种元件，保证液压系统可靠和稳定的工作。5、根据液压系统图分析系统工作工况等。第3章 液压系统设计3.1 液压系统基本回路设计拟定液压系统原理图是整个液压系统设计中的最重要一环，它的好坏从根本上影响整个液压系统。因此，我在设计中根据设备的性能要求考虑几个方案，进行比较分析，选择合理的液压基本回路，再将这些回路组合成完整的液压系统。3.1.1 速度控制回路的确认速度控制回路是对液压系统中执行元件的运动速度和速度切换实现控制的回路。速度控制回路包括：调速、快速、换速回路三种。因为本次设计中各缸都需要可调速，所以我在本次设计中采用的是速度切换回路。表3.1.1 调速方法选择调速方法节流调速容积调速速度切换回路进油路回油路适用中小功率速度不高功率较大调速范围大功率较大能量损失大、效率高速度可控制压力控制方便承受负值负载因为本次课题中钢管定尺自动切断机，对速度要求较高，元件装调较复杂，功率较高，故本次设计中采用的是速度切换回路。方案1:用速度切换回路。方案2:使用调速回路。通过比对，进行最终的选择和确定。我选择了方案1速度切换回路。由于本次设计中工件重量较大，在送进过程容易因前进速度过快产生惯性产生前冲现象，引发安全事故。调速回路中速度需要人为事先操纵好，不能自动调速，而速度切换回路可以很快的进行速度切换，灵活性较高，并且图中配有两个单向调速阀，保证了系统的速度切换的平稳性，所以最终我的选择是速度切换回路。图3.1.1 速度切换回路3.1.2 方向控制回路的确认方向控制回路：控制系统中液体的流通、断、流动方向的回路统称为方向控制回路。它的作用是：控制执行元件的启动、停止和换向。其中，各类换向阀均有其特点，因此，需根据执行元件对换向性能的要求，选择换向阀机能和控制方式。表3.1.2 换向阀控制方式比较控制方式电磁阀电液阀行程阀手动阀特点操作方便，便于布置，低速换向部件重，流量大，换向速度可调换向平稳，换向精度高换向动作频繁，工作持续时间短，操作安全因为本次课题中钢管定尺自动切断机，元件装调较复杂，工作功率大，要求多。通过表3.2的对比故本次设计中采用的是电磁换向阀。3.1.3 压力控制回路的确认压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统整体或局部压力的回路，压力控制阀分为很多种比较常见的有溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器。我在本次设计中采用了单向调速阀和由液控顺序阀组成的平衡回路。方案1:采用由液控单向顺序阀组成的平衡回路。方案2:采用减压阀组成的减压回路。平衡回路：为了防止立式液压缸与垂直工作部件由于自重而自行下落，或在下行运动中由于自重而造成超速运动，使运动不平稳，可以采用平衡回路。减压回路：减压回路的功用是使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力。它在夹紧系统、控制系统、和润滑系统中应用较多。因为本次课题中钢管定尺自动切断机切断缸必须立式竖立，并且切断缸自身较重，而方案2的由减压阀组成的减压回路，只适用于工作部件重量不大的场所，所以不合适。而采用液控单向顺序阀的平衡回路只要在回路中加入单向节流阀或者单向调速阀即可大大提高系统的平稳性。所以液控单向顺序阀更合适，我最终选择方案1。图3.1.3 平衡回路3.1.4 锁紧控制回路的确认锁紧回路的作用是使液压缸能在任意位置上停留，且停留后不会因为外力作用而发生位置移动。方案1:采用O形换向阀的锁紧回路。方案2：采用液控单向阀的锁紧回路。因为本次课题中钢管定尺自动切断机要求夹紧效果好，因为如果不将工件锁紧在切断时容易引发震动，造成安全事故的发生。而采用液控单向阀的锁紧效果好并且灵活性高，符合设计需求。所以我的最终选择是方案2由液控单向阀组成的锁紧回路。图3.1.4 锁紧回路3.2 液压系统原理图图3.2.1 钢管定尺自动切断机液压系统原理图1、油箱 2、过滤器 3、单向定量液压泵 4、单向阀 5、直动型溢流阀 6、压力表 7-9、三位四通电磁换向阀 10-11-16、单向调速阀 12-14-18、液压缸 13、液控单向阀 15、两位两通电磁换向阀 17、液控单向顺序阀3.2.1 液压系统原理图图3.2.1为本课题液压系统原理图，这个系统采用定量泵供油，采用电磁换向阀进行换向，用液控单向阀以及单向调速阀实现速度的控制和各缸的运动，采用直动型溢流阀对系统压力进行调节，并实现过载保护。现以各动作循环来说明液压系统的工作原理。工况1:各缸慢速伸出按下启动按钮，电磁铁2YA、4YA、6YA得电，实现阀7右位功能，阀8右位功能，阀9右位功能起作用，将主线路接通。主线路的油路线为：进油路：液压泵3阀7右位阀10液压缸12（无杆腔）。进油路：液压泵3阀8右位阀13液压缸14（无杆腔）。进油路：液压泵3阀9右位阀15阀16液压缸18（无杆腔）。回油路:液压缸12（有杆腔）阀11阀7右位油箱。回油路：液压缸14（有杆腔）阀13阀8右位油箱回油路：液压缸18(有杆腔）阀17阀9右位油箱工况2：到达指定区域停止当各缸伸出到指定位置后，按下停止按钮，7个电磁铁均失电，换向阀实现中位机能，由于系统中为O型三位四通电磁换向阀，换向阀处于中位时，主系统被切断，液压泵供出的油液不再被输入液压缸，而是在系统压力上升至溢流阀的开启压力后，从溢流阀溢流回油箱。工况3：各缸快速退回再次按下启动按钮，1YA、3YA、5YA、7YA得电，实现阀7左位功能，阀8左位功能，阀9实现左位功能，阀15实现左位功能起作用，将主线路接通。主线路的油路线为：进油路:液压泵3阀7左位阀11液压缸12（有杆腔）。进油路：液压泵3阀8左位阀13液压缸14（有杆腔）。进油路：液压泵3阀9左位阀17液压缸18（有杆腔）。回油路:液压缸12（无杆腔）阀10阀7左位油箱。回油路：液压缸14（无杆腔）阀13阀8左位油箱。回油路：液压缸18(无杆腔）阀15阀9左位油箱。在此过程中，可以通过单向调速阀10、11、16来控制进入缸12和18的油液流量，实现对2个液压缸退回速度的调节控制。工况4：系统原位停止当各液压缸退回完成后，按下停止按钮，7个电磁铁均失电，换向阀实现中位机能，由于系统中为O型三位四通电磁换向阀，换向阀处于中位时，主系统被切断，液压泵供出的油液不再被输入液压缸，而是在系统压力上升至溢流阀的开启压力后，从溢流阀溢流回油箱。若需长时间停用此钢管定尺自动切断机，则关闭总电源，使电机和液压泵停止运转。3.2.2 电磁铁动作顺序表根据液压系统工作原理，分析各工况对应的电磁铁动作顺序，如表3.2.2所示。表3.2.2 电磁铁动作顺序表电磁铁工况1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA慢速伸出-+-+-+-保压停止-快速退回+-+-+-+原位停止-第4章 液压系统元件选择在液压系统中元件的选择有着至关重要的地位，选择元件的好坏和正确会影响该系统的正常工作、使用寿命、和事故的发生。合适的元件会让整个系统能够正常工作很久，但是如果说选择了错的元件就会让系统无法正常工作甚至发生意外。4.1 控制元件的确定控制元件是用来控制液压系统所需的压力、流量、方向和工作性能，以保证执行元件实现各种不同的需求。4.1.1 换向阀换向阀可以利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通、关断或改变油液流动的方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的起动、停止或变换运动方向。换向阀根据阀芯的运动方式、结构特点和控制方式等对换向阀进行分类。例如:根据阀的操纵方式可分为手动换向阀、机动换向阀、电动换向阀、液动换向阀、电液动换向阀。根据阀的通路数可分为二通换向阀、三通换向阀、四通换向阀、五通换向阀等。由上表3.2可知，本课题液压系统图都采用电磁阀，且本设计因工作需求除了上升、下降运动外还需要保持静止方便货物的运输，满足其生产需求。因此本设计选用三位四通电磁换向阀来控制液压缸的伸出、缩回和保持。同时电磁换向阀密封性好，反应速度快，启动平稳。 （1）送进部分换向阀的确认：方案1：选用三位四通的电磁换向阀（O型）。方案2：选用一个三位四通的电磁换向阀（H型）。方案3：选用一个三位四通的机动换向阀。因为我的毕业设计方案中的要求是能够不断的输送工件，并且工件重量较重，为了确保机器正常工作的安全性，所以对于阀的也要求带有一般锁紧的功能。通过比对，进行最终的选择和确定。我选择了方案1，方案1中的O型阀的中位机能为一般锁紧，并且它是电磁换向阀能够实现不断输送的功能，所以它是最合适的。方案2的H型三位四通电磁换向阀中位机能为系统卸荷，油液根本无法进入执行元件无法为执行元件提供源源不断的动力。方案3中的三位四通机动换向阀不满足不断输送工件的要求，故也不能充当回路中的控制阀。（2）夹紧部分换向阀的确认：方案1：在夹紧部分选用一个三位四通的电磁换向阀（M型）。方案2：在夹紧部分选用一个手摇式三位四通的换向阀。方案3：在夹紧部分选用一个三位四通的电磁换向阀（Y型）。因为我的毕业设计方案中的要求是工件在被切断时需要被夹紧，且夹紧效果要好，我选择了3号方案，因为它能够在工件到来时自动锁紧，并且Y型的换向阀配合液控单向阀的构成的锁紧回路锁紧效果好，符合设计要求中的锁紧效果好的要求，所以它是最合适的。方案1中的M型三位四通换向阀与液控单向阀的配合构成的锁紧回路，锁紧效果差不符合设计要求。方案2的手摇式的三位四通换向阀使用起来不便于操作，需要人为操作，费时费力，故也不是最合适的阀。（3）切断部分换向阀的确认：方案1：在切断部分选用一个三位四通的电磁换向阀（O型）。方案2：在切断部分选用一个三位四通的电液换向阀。方案3：在切断部分选用一个三位四通的液动换向阀。因为在设计中切断部分是竖立式摆放，所以在切断过程需要保持切断部分的平衡和稳定，要求控制带有一定的锁紧功能，并且能和其他阀共同工作实现调速功能。我选择了方案1，它的夹紧效果一般并且能够配合调速阀的使用，所以它是最合适的。方案2的电液换向阀适用于控制大流量的液流，不符合要求。方案3的液动换向阀有时候需要手动操作，不符合自动切断机的设计出发点，故也不是最合适的阀。图4.1 三位四通电磁换向阀实物图图4.2 三位四通电磁换向阀4.1.2 单向调速阀在送给和切断部分的回路中关于使用调速阀还是节流阀的对比确认。节流阀与调速阀的区别：节流阀：是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。特点：1、构造较简单，便于制造和维修，成本低。2、调节精度不高，不能作调节使用。3、密封面易冲蚀，不能作切断介质用。4、密封性较差。调速阀：调速阀是进行了压力补偿的节流阀。用途：它由定差减压阀和节流阀串联而成。节流阀前、后的压力分别引到减压阀阀芯右、左两端，当负载压力增大，于是作用在减压阀芯左端的液压力增大，阀芯右移，减压口加大，压降减小，从而使节流阀的压差（p2-p3）保持不变；反之亦然。这样就是调速阀的流量恒定不变（不受负载影响）。在送给部分选用节流阀还是调速阀的确认：方案1:在送进部分我选用的是一个单调调速阀和一个单向节流阀。方案2:在送进部分我选用的是两个单向调速阀。方案3：在送进部分我选用的是两个单向节流阀。通过上面对于两个阀的解释说明和设计要求，我选择方案2。因为我研究的课题是钢管定尺自动切断机，原材料比较重且负载变化大对速度稳定性要求极高，所以从产品的安全性和工作人员的安全考虑，应该选用速度更为稳定的调速阀。在切断部分选用节流阀还是调速阀的确认：方案1：一个单向调速阀。方案2：一个单向节流阀。通过比对，最终的选择和确定。我选用方案1.因为切断部分对于速度的稳定性要求是最高的，稍微不注意就会发生安全事故，单向节流阀很显然无法达到我的要求，所以我最后还是选择了单向调速阀。图4.3 单向调速阀实物图图4.4 单向调速阀4.1.3 单向阀单向阀的作用是控制油液的单向流动。液压系统对单向阀的主要性能要求是：正向流动阻力损失小，反向密封性能好，动作灵敏。除了一般的单向阀还有液控单向阀等单向阀。在夹紧部分单向阀的确认:方案1：普通的单向阀。方案2：液控单向阀。由于设计中要求夹紧部分的夹紧效果必须较好，所以通过比对，最终的选择和确定。我选用方案2.因为采用液控单向阀的锁紧回路，锁紧效果好，广泛应用于工程机械、起重机械等有锁紧要求的场合。图4.5 液控单向阀图4.6 液控单向阀实物图4.1.4 顺序阀顺序阀的作用是用来控制液压系统中各元件先后动作的顺序的液压元件。根据控制方式的不同，顺序阀可分为内控顺序阀和外控顺序阀两大类。其中，前者用阀的进口压力控制阀芯的启、闭，简称顺序阀;后者用外来的控制压力油控制阀芯的启、闭，也称液控顺序阀。顺序阀也有直动型顺序阀和先导型顺序阀两种。在切断部分顺序阀的确认：方案1：采用普通的顺序阀。方案2：采用液控单向顺序阀。由于在设计中切断部分为立式摆放，为了防止立式液压缸与垂直工件部分由自重而自行下落，或者在下行运动中由于自重而造成超速运动，使运动不平稳，一般采用平衡回路。所以通过比对，最终的选择和确定。我选用方案2，因为采用液控顺序阀的平衡回路虽然功率损失大，但是安全，速度较为平稳，符合设计要求。 图4.7 液控单向顺序阀4.1.5 溢流阀溢流阀是压力控制阀的一种，常用的溢流阀有直动型溢流阀和先导型溢流阀两种。直动型溢流阀一般用于低压系统，先导型溢流阀用于中、高压系统。 在整个液压系统中溢流阀的确认： 方案1:直动型溢流阀。 方案2：先导型溢流阀。此类阀由先导阀和主阀两部分组成。作用与直动型是相同的，即在溢流的同时定压和稳压。灵敏型不如直动型溢流阀。 最终选择直动型溢流阀。图4.8 直动型溢流阀实物图图4.9 直动型溢流阀4.2 元件配置表各主要元件数量见表4.2.1。表4.2.1 元件配置表名称数量液压泵1台液压缸3件电磁换向阀4个单向调速阀3个液控单向阀1个压力表1个溢流阀1个油管若干过滤器1个单向阀1个液控顺序阀1个油箱1个第5章 （三号黑体，行距22磅，一级标题居中）5.1 XXXX安装（小三号黑体，行距22磅，二级标题靠左）此处可配上自己的安装实物图。（正文小四号，宋体，行距22磅）。5.2 XXXX调试（小三号黑体，行距22磅，二级标题靠左）对具体的调试进行说。（正文小四号，宋体，行距22磅）本章可根据自己设计的实际情况来安排，如因元件原因在实验室不能进行装调，可不进行安装。第6章 钢管定尺自动切断机的使用与维护6.1 液压系统使用注意事项（1） 操作者应掌握液压系统的工作原理，熟悉各操作要点，调节手柄的位置、旋向等。（2） 开机前应检查系统上的各调节手轮、手柄是否被无关人员动过，电气开关和行程开关的位置是否正常，工具的安装是否正确、牢固等，再对导轨的活塞杆的外露部分进行擦拭后才开机。（3）泵起动前应检查油温。油温过高或过低时都应使油温达到相应要求才能正式工作。工作中也应随时注意油液温升。（4）液压油要定期检查更换。对于新用设备，使用三个月左右即应清洗油箱，更换新油。以后应按要求每隔半处或一年进行清洗和换油一次。要注意观察油液位高度，及时排除气体。（5）使用中应注意滤油器的工作情况，滤芯应定期清理或更换。（6）设备若长期不用，应将各调节旋钮全部放松，防止弹簧产生永久变形影 响元件性能。6.2 液压设备的维护保养维护保养应分日常检查、定期检查和综合检查三个阶段进行。（1） 日常检查通常是在泵起动前、起动后和停止运转前检查油量、油温