贺氏卷纸机液压站设计

上海第二工业大学本科毕业设计（论文）本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目：贺氏卷纸机液压站设计 学 号：X X X 姓 名：X X X 班 级： X X 专 业：X X 专业 学 院：X X 学院 入学时间：200X 级 指导教师：X X X 日 期： 年 月 日上海第二工业大学本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）独创性声明本人所呈交的毕业论文是在指导教师指导下进行的工作及取得的成果。除文中已经注明的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日期：上海第二工业大学本科毕业设计（论文）I贺氏卷纸机液压站设计摘 要本论文对贺氏卷纸机的液压站部分进行设计计算，卷纸机控制系统分别由液压系统、气压系统和电气控制系统组成，液压系统分液压泵站和液压控制阀架、操作台三部分，液压系统的控制对象为次级臂、升降臂、压臂、纸辊制动、锁钩、前活动桥、后活动桥、活动限位转移、搁纸架纸卷转移 2、3、共计 10路控制。本文通过详细的设计计算，得出原先贺氏卷纸机的设计是合理可靠的，并进行了三维建模仿真。关键词:液压系统，自动卷纸机，液压站，初级臂，升降臂上海第二工业大学本科毕业设计（论文）Hayes reel hydraulic station designABSTRACTHydraulic station part of the Shigella paper winding machine is designed and calculated, the rolls of paper machine control system is composed of hydraulic system, pneumatic system and electrical control system, hydraulic system of hydraulic pump and hydraulic control valve frame, operation table three parts, hydraulic system control object for the secondary arm, lifting arm, arm, roller brake, the lock hook, before the bridge, bridge, after the movable limit transfer, put paper roll transfer 2, 3, a total of 10 way control. In this paper, through detailed design, the original design of Shigella rolls of paper machine is reasonable and reliable, and the 3D modeling and simulation.Key words: hydraulic system, automatic winding machine, hydraulic station, the primary arm, a lifting armIII目 录1 绪论 .11.1 液压概况 .11.2 液压工作原理 .11.3 液压系统的设计步骤与设计要求 .32 课题总体设计 .42.1 总体布置原则 .42.2 卷纸机液压控制方案 .42.3 液压泵源控制 .52.3.1 液压泵启动和停机 .52.3.2 泵源系统压力控制 .53 主要设计计算 .73.1 主臂缸的设计 .73.2 次级臂的设计 .103.3 活塞的设计 .123.4 导向套的设计与计算 .133.5 端盖和缸底的设计与计算 .153.6 缸体长度的确定 .164.7 缓冲装置的设计 .173.8 排气装置 .173.9 密封件的选用 .193.10 防尘圈 .214 液压泵的参数计算 .225 电动机的选择 .236 液压元件的选择 .256.1 液压元件的选择 .256.2 油管的选择 .26上海第二工业大学本科毕业设计（论文）7 验算液压系统性能 .277.1 压力损失的验算及泵压力的调整 .277.2 液压系统的发热和温升验算 .308 液压站的设计 .318.1 液压站简介 .318.2 油箱设计 .318.2.1 油箱有效容积的确定 .318.2.2 油箱容积的验算 .328.2.3 油箱的结构设计 .348.3 液压站的结构设计 .388.3.1 液压泵的安装方式 .388.4 辅助元件 .418.4.1 滤油器 .418.4.2 空气滤清器 .428.4.3 液位计 .438.4.4 蓄能器 .448.4.8 液压油 .47总 结 .49参考文献 .50致 谢 .52上海第二工业大学本科毕业设计（论文）11 绪论1.1 液压概况当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，更日益显示出显著的成绩。从 17 世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理、18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，也已有二三百年历史了。近代液压传动在工业上的真正推广使用只是本世纪中叶以后的事，至于它和微电子技术密切结合，得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精确控制，更是近 10 年内出现的新事物。我国的液压工业开始于本世纪 50 年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自 1964 年从国外引进一些液压元件生产技术、同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80 年代起更加速了对西方先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。1.2 液压工作原理驱动的液压系统，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管组成。它的工作原理：液压泵由电动上海第二工业大学本科毕业设计（论文）机带动旋转后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，当它从泵中输出进入压力管后，将换向阀手柄、开停手柄方向往内的状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。输入液压缸的油液是通过节流阀调节的，液压泵输出的多余的油液须经溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管中的油液压力对溢流阀钢球的作用力等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在系统中液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的，它和缸中的油液压力不一样大。液压传动有以下一些优点：1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出 3040 倍。在同等的功率下，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时可达 500 次/min，实现往复直线运动时可达 1000 次/min。3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达 2000） ，它还可以在运行的过程中进行调速。4）液压传动易于自动化，这是因为它对液体压力、流量或流动方向易上海第二工业大学本科毕业设计（论文）3于进行调节或控制的缘故。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，接受远程控制。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。液压传动的缺点是：1）液压传动不能保证严格的传动化，这是由液压油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。2）液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等） ，长距离传动时更是如此。3）液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。5）液压传动要求有单独的能源。6）液压传动出现故障时不易找出原因。上海第二工业大学本科毕业设计（论文）1.3 液压系统的设计步骤与设计要求液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。2 课题总体设计2.1 总体布置原则在进行总体布置时应按照以下：2.2 卷纸机液压控制方案卷纸机控制系统分别由液压系统、气压系统和电气控制系统组成，液压系统分液压泵站和液压控制阀架、操作台三部分，液压系统的控制对象为次级臂、升降臂、压臂、纸辊制动、锁钩、前活动桥、后活动桥、活动限位转移、搁纸上海第二工业大学本科毕业设计（论文）5架纸卷转移 2、3、共计 10 路控制。气动控制系统控制的对象为 DST 刮刀、移动刮刀、辊库推挡辊、卷纸辊助动轮等控制。气动控制阀安装在操作台内，电磁阀的控制电压为直流 24V。2.3 液压泵源控制2.3.1 液压泵启动和停机a、液压主泵的启动和停止 电机 电压；380V 功率；15KW双联油泵：大泵流量 43 升/分，小泵流量 19 升/分b、液压备泵的启动和停止 电机 电压；380V 功率；15KW双联油泵：大泵流量 43 升/分，小泵流量 19 升/分主泵和备泵需要连锁，二者只能开启一个。c、卷纸机油箱卷纸机油箱大小为长*宽*高=1300*1000*600mm油箱内需加入 3.5 桶 46 号抗磨液压油。为了确保节能和合理使用功率以免电动机超负荷，当卷纸机换纸时，液压站大小泵同时工作。卷纸时，液压站小泵工作，大泵卸荷（由电磁阀控制） 。2.3.2 泵源系统压力控制1 系统压力手动调节手动压力安全阀调节到适当位置，待上述泵源电机开启后，顺时针旋转泵站上的溢流阀，将压力调到 10MPa。压力变送器发出 4-20ma对应满量程为 0-16MPa温度变送器发出 4-20ma对应满量程为 0-100C2 液压系统油温控制液压系统装有温度变送器（输出信号 4-20ma） ，水冷却交换器，进水自立阀。自立阀的感温包安装在油箱内感应油温，当油温超过 50 C自立阀开度自动开至最大。冷却水进水量变大。当温度下降到低于 50 C时，自立阀开度自上海第二工业大学本科毕业设计（论文）动变小，进水量减小以便自动稳定油温。温度变送器（输出信号 4-20ma）的输出信号进 PLC 对油温进行监测同时在显示屏上显示，以便观察。注；自立阀后并联一个三通出口，以便应急备用。3 液压油液位报警液压系统装有 2 档液位发讯器，2 付干触点，当第一付干触点合上时提醒液位偏低，需要补油，当第二付干触点合上时提醒已无油，需要停机检修。4 液压泵站过滤器堵塞报警液压泵站上装有过滤器，都是干触点形式回油过滤器，堵塞后在屏幕上显示报警出油过滤器，堵塞后在屏幕上显示报警卷 纸 机 液 压 站 CH10YU3 LS1PI2-10 FV2-10FV1-0 PI1-0CUSTOMERG1 10 MPaCV-18x2 DRLT5x2. 25x.PF3TANK VOLUME80 NORMAL EV60(8%)45STP3PFIG7970L/minMTR1-?32x5 rpKW9L/min?32x YU5HV4-10RHV-10HV1-0BL-40NGHAOFRPS2-10 mHV5-10T Psuction hamber :油 位 低2油 位 超 低PT 压 力 变 送 器S1冷 却 泵 过 滤 器 报 警:回 油 过 滤 器 报 警PM2MPa=4mAnT-HV冷 却 水 自 立 调 节 阀共 张 第 页工 艺审 核 批 准 王 孝 聪设 计标 记 处 数 分 区 更 改 文 件 号 重 量201年 6月 9日签 名 液 压 站比 例上 海 第 二 工 业 大 学PS3-10YUPI1压 力 表QAC1-0QAC:测 压 接 头3出 油 过 滤 器 报 警大 泵 小 泵43L/min ?32x?32x19L/min小 泵大 泵 43L/minMTR2-015 rpmKWSAESAESAE4SAE2GSV1-0SV201 SV201M18x2.5PcHL HL上海第二工业大学本科毕业设计（论文）73 主要设计计算基本技术数据，是根据用途及结构类型来确定的，它反映了工作能力及特点，也基本上上确定了轮廓尺寸及本体总质量等。3.1 主臂缸的设计主液压缸采用单作用柱塞式套缸，缸径较大，能提供很大载荷作用下的举升力，同时能够满足靠重力回落和撤收的要求。并且工作过程为快进工进快退三个过程的工作循环。液压缸的机械效率 95.0m工进时候的负载是最大的，液压缸内径的计算D= 10-3=78mm PF4查液压传动与控制手册经过标准化处理 D=80mm。表 4.1 液压缸内径系列 mm8 10 12 16 20 25 32 40 50 6380 100 125 160 200 250 320 400 5001.液压缸缸体厚度计算缸体是液压缸中最重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸体内经较大时，必须进行强度校核。缸体的常用材料为 20、25、35、45 号钢的无缝钢管。在这几种材料中 45 号钢的性能最为优良，所以这里选用 45 号钢作为缸体的材上海第二工业大学本科毕业设计（论文）料。 2DPy式中， 实验压力，MPa。当液压缸额定压力 Pn 5.1MPa 时，Py=1.5Pn，Py 当 Pn 16MPa 时，Py=1.25Pn。 缸筒材料许用应力，N/mm 。 = ， 为材料的抗拉强度。2nb注：1.额定压力 Pn额定压力又称公称压力即系统压力，Pn=5.1MPa2.最高允许压力 PmaxPmax 1.5Pn=1.25 5.1=6.375MPa液压缸缸筒材料采用 45 钢，则抗拉强度： b=600MPa安全系数 n 按液压传动与控制手册P243 表 210，取 n=5。则许用应力 = =120MPab 2DPy= 10375.6=2.66mm,满足 。所以液压缸厚度取 5mm。10D10则液压缸缸体外径为 90mm。上海第二工业大学本科毕业设计（论文）94.液压缸长度的确定液压缸长度 L 根据工作部件的行程长度确定。从制造上考虑，一般液压缸的长度 L 不会大于液压缸直径的 20 到 30 倍。这里取 10 倍。L=800选择油缸型号为 HSGK01-80/45E-3111-8005. 活塞杆直径的设计查液压传动与控制手册根据杆径比 d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时，一般选取 d/D=0.3-0.5，当活塞杆受压时，一般选取 d/D=0.5-0.7。本设计我选择 d/D=0.55，即 d=0.55D=0.5580=44mm。表 4.2 活塞杆直径系列4 5 6 8 10 12 14 16 18 2022 25 28 32 36 40 45 50 56 6370 80 90 100 110 125 140 160 180 200220 250 280 320 360 400故取 d=45mm。2.活塞杆强度计算：7MPa 的中高压系统时,过滤精度为 1015m，在查表 20-8-132，选择吸油过滤器温州黎明 WU160-100J。8.4.2 空气滤清器空气滤清器是对空气进行净化的装置，它由壳体和滤芯组成，滤芯布置在壳体内。大气中有各种异物，例如灰尘、砂粒等，会对液压系统的油液造成污染，它们将加速系统的磨损，从而降低系统的使用寿命。空气滤清器能防止出现这种情况。查参考文献3，表 6-68，选择（温州黎明）EF5-65 型空气滤清上海第二工业大学本科毕业设计（论文）器。8.4.3 液位计液位计采用连通器的原理液位计采用连通器的原理液位计采用连通器的原理液位计采用连通器的原理。使容器内液体等高引入到液位计主体使容器内液体等高引入到液位计主体使容器内液体等高引入到液位计主体使容器内液体等高引入到液位计主体管内管内管内管内在主体管内的漂浮浮球组件在主体管内的漂浮浮球组件在主体管内的漂浮浮球组件在主体管内的漂浮浮球组件，根据浮力原理和磁性藕合原理根据浮力原理和磁性藕合原理根据浮力原理和磁性藕合原理根据浮力原理和磁性藕合原理。在主体管外附靠着能反映磁现象的翻柱作为液面位置的显示在主体管外附靠着能反映磁现象的翻柱作为液面位置的显示在主体管外附靠着能反映磁现象的翻柱作为液面位置的显示在主体管外附靠着能反映磁现象的翻柱作为液面位置的显示。 。随管内液位的变化管内液位的变化管内液位的变化管内液位的变化，浮球组件的高低也相应变化浮球组件的高低也相应变化浮球组件的高低也相应变化浮球组件的高低也相应变化。从而使主体管外的翻从而使主体管外的翻从而使主体管外的翻从而使主体管外的翻柱上海第二工业大学本科毕业设计（论文）45作柱作柱作柱作 180 度的翻转度的翻转度的翻转度的翻转，当液位上升时当液位上升时当液位上升时当液位上升时翻柱由白色转翻柱由白色转翻柱由白色转翻柱由白色转为红色为红色为红色为红色，当液面下当液面下当液面下当液面下降时降时降时降时，翻柱由红色转为白色翻柱由红色转为白色翻柱由红色转为白色翻柱由红色转为白色。显示器的红显示器的红显示器的红显示器的红， ， ，白界位处为容器内介质液白界位处为容器内介质液白界位处为容器内介质液白界位处为容器内介质液位的实际高度位的实际高度位的实际高度位的实际高度。从而实现液面的检测目的如图一所示从而实现液面的检测目的如图一所示从而实现液面的检测目的如图一所示从而实现液面的检测目的如图一所示。考虑邮箱的高度和实际需求，选择温州黎明 YWZ-400T 液位计8.4.4 蓄能器蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要的时，又将压缩能或位能转上海第二工业大学本科毕业设计（论文）变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量。保证整个系统压力正常。蓄能器有两种用途。当低速运动时载荷需要的流量小于液压泵流量，液压泵多余的流量储入蓄能器，当载荷要求流量大于液压泵流量时，液体从蓄能器放出来，以补液压泵流量之不足。当停机但仍需维持一定压力时，可以停止液压泵而由蓄能器补偿系统的泄漏，以保持系统的压力。蓄能器蓄能器也可用来吸收液压泵的压力脉动或吸收系统中产生的液压冲击压力。蓄能器中的压力可以用压缩气体、重锤或弹簧来 产生，相应地蓄能器分为气体式、重锤式和弹簧式。气体式蓄能器中的气体与液体直接接触者，称为接触式，其结构简单，容量大，但液体中容易混入气体，常用于 水压机上。气体与液体不接触的称为隔离式，常用皮囊和隔膜来隔离，皮囊体积变化量大，隔膜体积变化量小，常用于吸收压力脉动。重锤式容量较大，常用于轧机 等系统中，供蓄能用。朝日 蓄能器 NXQ-L2.5-10H 含安全开关朝日 蓄能器 NXQ-L16-20H 含回油开关上海第二工业大学本科毕业设计（论文）47上海第二工业大学本科毕业设计（论文）8.4.8 液压油液压设备出现的故障，有些是由于液压油选择不当所引起的。选择液压油时需要考虑的因素很多，其中最主要的是根据使用条件选用粘度合适的液压油。在确定液压油粘度时，应着重考虑下列因素；工作压力的高低、工作环境温度的高低、工作部件运动速度的大小和液压泵对液压油钻度的要求。考虑的具体原则是，1)系统压力较高时，为了减少容积损失，宜选用粘度较高的液压油；压力较低时，可选用粘度较低的液压油；高压系统宜选用加有抗磨损添加剂的抗磨液压油。2)环境温度高，宜选用高粘度液压油；环境温度低，宜选用低粘度液压油。3)工作部件运动速度较低的往复运动液压系统低粘度的液压油，工作部件上海第二工业大学本科毕业设计（论文）49作旋转运动的液压系统，可选用粘度较高的液压油。查参考文献2，选用 20号机油。总体装配图 3D上海第二工业大学本科毕业设计（论文）总 结 短暂的毕业设计就这样在紧张有序中度过了。衷心的感谢各位老师在这次设计过程中的精心指导，尤其是 XX 老师，他在每一个阶段都认真的教导和耐心的讲解，使我们能顺利的走到现在。使我们真正懂得了理论联系实际的重要性。在整个设计过程中，充分运用大学所学的专业知识，查找相关资料，让我们体会到理论与实际还有很大差别。这次设计正是将它们有机的结合起来，给我们一次在面对工作前最好的锻炼机会。同时我们也体会到了每一件事靠一个人是无法完成的，要集思广益才会让设计更加完美。上海第二工业大学本科毕业设计（论文）51参考文献1 王裕清，韩成石. 液压传动与控制技术. 北京:煤炭工业出版社,1997.2 廖嘉璞，液压传动. 北京:北京航空航天大学出版社,1997.3 王秀彦，蔡胜利. 升降式工作台的液压系统设计. 液压传动,1999,3.4 魏发孔.，水平驱动剪刀撑乐池升降机的动力性能研究.甘肃工业大学学报,1997 .5 管萍, 张风池. 基于神经网络控制的交流异步电机定位系统,2001.6 北京机械工业学院学报,2000 ,15.7 郭华，舞台机械设备控制系统上位机监控软件的实现计算机自动测量与控制,2001 ,9.8 阳宪惠. 现场总线技术及应用.北京:清华大学出版社,1999.9 阎士杰，刘北，孙金根.基于 PROFIBUS2DP 的变频器控制系统. 基础自动化,1999 ,6 .10 陈在平,赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京:机械工业出版社,2002.11 张燕宾. 变频调速应用实践.北京.机械工业出版社,2002.12 吴军主编,气动工程手册.北京.国防工业出版社,1995.13 樊锦波等,车抗移动式液压举升机的设计计算.机床与液压,2002.14 雷天觉主编,新编液压工程手册.北京.北京理工大学出版社,1998.15 美 MSC.Softwate 著.刑