步进梁升降液压系统毕业论文.doc

摘 要 作为冶金工业的主要工艺设备 步进梁在生产线上起着重要的作用 其性能的好 坏直接影响着生产进度 进而影响着经济效益 特别是随着现代化设备向连续 大型 高速 高精度方向发展 对步进梁的模型研究和优化控制提出了越来越高的要求 然而 在步进梁的运输过程中却出现了诸多问题 如运动速度控制不够精确 步 进梁升降不同步等 这不仅造成了设备事故 而且还严重影响了生产线的生产进度 鉴于以上问题 本文主要围绕步进梁的液压系统展开了一些研究 主要内容包括以下 几个方面 系统地介绍了步进梁设备的特点 工作原理 结构设计 主要参数选择和计算 详细介绍步进梁液压系统的原理和工作过程 针对该系统存在的主要问题 提出了改 进措施 对轧钢和带钢生产线的机组设计中输入输出设备的方案选择以及步进梁设备 的方案设计和基本设计都具有一定的指导和实用价值 针对步进梁升降速度的电液比例控制系统 提出了 变量泵 比例方向阀 进口压 力补偿器 的控制方案 阐述了步进梁电液比例液压系统中主要元件的功能 工作原 理 以及选型时应注意的问题 研究结果表明 这种电液比例控制方案可以满足步进梁的工艺曲线要求 对今后 同类的项目设计 制造 施工以及使用步进梁都具有一定的指导作用 关键字 步进梁 比例控制 液压系统 Abstract As the main process equipment in metallurgical industry walking beam plays an important role in production line The performance of walking beam affects the production schedule and economic benefit immediately Modern equipments are developing to be continuous large scale high speed high precision which deliver a higher demand for the research of walking beam modeling and optimal control However there are many problems during the transportation of walking beam such as the control of velocity not precise enough the walking beam not to rise and fall synchronously and so on Which not only have caused equipment accidents but also have influenced the production schedule of the production line In view of the above problem the research of this paper focuses on hydraulic system of walking beam and the main content of this paper includes the following several aspects The equipment feature working principle structure design main parameter selections and calculations for walking beam conveyors are systematically introduced in this article The principle and working process of the hydraulic system were introduced in detail and the solution was put forward to solve the main problem in this hydraulic system It could be a guideline and utility reference for planning input and output equipment in strip rolling and process lines as well as for planning and basic engineering of walking beam conveyors Aiming at the electro hydraulic proportional speed control system for up down of the walking beam the control method was presented based on the proposed control planning of variable displacement pump proportional direction valve meter in pressure compensator The function of main element working principle and the problems which should be regarded during selecting for the proportional electro hydraulic system of walking beam were described in this paper The experimental result shows that the electro hydraulic proportional control system can meet the controlling requirement of the walking beam craft curve Which provides a instructional guideline for the similar projects in design manufacture engineering construction and operation afterwards Key words Walking beam Proportional control Hydraulic system 目 录 前言 1 1 系统设计方案的确定 2 1 1 设计要求 2 1 2 主要技术参数 2 1 3 确定液压执行元件 2 1 4 绘制系统工况图 3 1 5 确定控制和调速方案 3 1 6 草拟液压系统原理图 4 2 步进梁受力分析 7 2 1 关键参数确定 7 2 2 最大推力计算 8 3 液压缸设计计算 11 3 1 油缸的设计原则 11 3 2 油缸的参数计算 11 3 3 油缸的型号选择 12 4 泵的选择计算 13 4 1 泵的选择原则 13 4 2 泵的参数计算 13 4 3 泵的型号选择 14 5 液压泵的驱动功率及电机的选择 15 5 1 驱动功率的计算 15 5 2 电动机的选择 15 6 阀的选择计算 16 6 1 电液比例方向阀 16 6 2 溢流阀的选取 16 6 3 电磁换向阀的选取 17 6 4 压力补偿器选取 17 6 5 单向顺序阀的选取 17 6 6 单向阀的选取 17 7 辅助元件的设计计算 18 7 1 油箱的设计计算 18 7 1 1 油箱设计原则 18 7 1 2 油箱容量的计算 18 7 2 管路 19 7 2 1 管道内径d的计算 19 7 2 2 管道壁厚 的计算 20 7 2 3 软管 21 7 2 4 管接头的选用 21 7 3过滤器的选择 22 7 3 1 过滤器的配置 22 7 3 2 压力过滤器 22 7 3 3 回油过滤器 22 7 4 蓄能器的选择 22 7 5 压力表的选择 23 7 6 空气滤清器的选择 24 7 7 液位液温计的选型 24 8 液压系统的验算 25 8 1 系统发热功率计算 25 8 2 油箱的散热功率 25 9 循环冷却系统的设计计算 27 9 1 各个参数计算 28 9 2 动力源螺杆泵的选取 28 9 3 驱动电机的选择 28 9 4 循环过滤器的选择 28 9 5 冷却器的选择 28 9 6 加热器的选择 30 10 液压工作介质的选取 31 11 阀块的设计 32 12 液压系统的安装与维护 33 12 1 液压泵安装要求 33 12 2 油箱安装要求 33 12 3 液压阀安装要求 33 12 4 液压系统的日常维护和定期检查 34 结束语 35 参考文献 36 致谢 38 前言 在现代化的热轧 冷轧带钢车间和带钢处理线车间中 步进梁是常用的重要工艺 设备之一 它在生产线 工艺设备等的连接中起着重要作用 其性能的好坏直接影响 着产品质量 钢坯的成材率 轧机设备的寿命以及整个主轧线的有效作业率 进而影 响生产进度和企业的经济效益 作为生产线的输入和输出设备 步进梁被布置在生产 线的入口段或出口段 完成钢卷的输入或输出任务 并根据工艺的要求 与其周围有 关的设备协同工作 实现钢卷的尺寸测量 预处理 对中 转向 称重 打捆等需求 步进梁的结构和工作原理决定了它可以与车间的吊运设备很好地配合 实现多工位 的安全上料或卸料 并且与其周围相关的其他生产设备熔为一体来实现生产的快节奏 高产量和生产的自动化 冷轧 热轧和带钢处理线车间的输入输出设备除吊车外 主要有步进梁 链式运 输机和钢卷运输小车 与链式运输机相比 步进梁具有停位准确 设备结构简单 刚性好 易维护 设 备重量较轻 占地空间较小等优点 因此在现代化的带钢处理线中基本上取代了链式 运输机 但在个别热轧车间和一些半自动的钢卷包装机组上还较多采用链式运输机 与钢卷运输小车相比 步进梁虽然运行更可靠 但投资大 设备较复杂 特别是 在仅需运输钢卷而不要求进行带头预处理 对中 转向 称重 打捆等项处理以及运 输距离较长时 采用钢卷运输小车更为经济可行 对于产量较小的生产线如彩涂线 镀锌线 磨削线等 通常也采用钢卷运输小车 从节省投资考虑 国外已有年产200万吨的处理线采用钢卷小车组进行钢卷的输入 和输出的成功应用 将来的发展 步进梁有可能被钢卷运输小车取代 因此 这就对 步进梁设备的设计提出更高的要求 即优化结构参数 节省投资 才能利用其特点和 优势 使其发挥应有的作用 步进梁的特点之一是能满足高产量 快节奏的要求 因此在高产量的处理线上例 如连续酸洗线 酸轧线 连续退火线等生产线上通常被采用 尤其是目前为适应市场 需要 生产的小卷多 节奏快 步进梁运输就具有特殊的优势 因此 步进梁在钢铁等行业中是必不可少的 但在实际运行过程中常常由于步进 梁升降速度控制不精确 升降液压缸不同步等问题 造成步进梁支架被砸坏 液压缸 漏油 液压系统产生严重振动噪声等设备事故 且严重影响了生产线的生产进度 如 何能够设计一个符合要求且工作稳定的步进梁液压系统显得尤为关键 本文尝试结合步进梁的特点和应用并着重从升降液压系统方面进行设计计算 供 同类项目设计时参考 1 系统设计方案的确定 1 1 设计要求 1 1 液压系统控制的机械动作 1 步进梁的运动轨迹 如图1 1所示 步进梁正常二作状态 是按正循环运动 只在 特殊需要时 步进梁才按逆循环运动或作踏步运动等其他运动方式 图1 1 步进梁的运动轨迹 1 正循环 正常生产状态 步进梁上装满坯料 2 逆循环 坯料自步进梁退出 3 踏步循环 步进梁只做升降运动 不做水平运动 4 中间保持 活动和固定梁同时支撑坯料 1 2 对步进机械的要求 1 1 平稳性 等高位附近对钢坯平稳托放 大质量控制对象的平稳启动和缓冲停止 步进 梁下降动作的平稳并安全锁定 2 准确性 连续的每步进周期启停点的准确性和良好的重复性 3 可靠性 满足冶金企业连续工作状况对系统可靠性的要求 1 2 主要技术参数 1 液压系统工作压力 15MPa 2 升降时间14s 位移650mm 3 负载500t 1 3 确定液压执行元件 由于步进梁及运输工件的质量较大 因此升降液压系统由两个液压缸驱动 实现 升降机构的垂直运动 两个升降液压缸以刚性联接实现机械同步 1 4 绘制系统工况图 为了消除工件擦痕 避免惯性冲击 保证工件质量 步进梁的升降和平移过程都 涉及速度控制 即保证步进梁在接近固定梁时作低速运动 做到对工件的轻托轻放 就是说升降和平移过程中存在着匀速 匀加速 匀减速之间的转化过程 设计时根据工艺和设备的要求 对执行机构 液压缸 的行程 速度 加速度 详见 步进梁受力分析部分 作出合理的设定 2 并进行准确的控制 确定符合工况要求的步 进梁升降速度曲线和负载曲线如下图所示 图1 2 步进梁升降液压系统工况图 1 5 确定控制和调速方案 根据设计要求 为了实现工件的轻托轻放 保证工件与步进梁和固定梁接触时不 产生撞击 步进梁升降液压系统需进行速度控制 并需要频繁进行加速 匀速 减速 之间的切换 所以采用比例方向阀控制的液压系统回路 选用比例方向阀已成为步进 梁机械控制的常规配置 电液比例方向阀可对输出的压力和流量进行连续控制 并可 满足步进梁的工况要求 1 6 草拟液压系统原理图 查阅国内外相关文献 3 4 并根据电液比例控制系统的设计方法 初步拟定的步进 梁升降液压系统图如图1 3所示 本液压系统两升降液压缸采用机械同步 采用电液比例方向阀来控制升降液压缸 的运动方向和运动速度 其升降工作流程为 1 步进梁上升 电液比例方向阀右侧电磁铁得电 压力油经过比例方向阀 平衡 阀 液控单向阀进入液压缸的无杆腔 推动液压缸上升 回油路通过比例方向阀 回 油过滤器组流回油箱 2 步进梁下降 当步进梁把工件运输到下一个放置位置时 电液比例方向阀左侧 电磁铁得电 液压油从液压缸的有杆腔经过比例方向阀 回油过滤器组回油 液压缸 下降 无论在上升或下降过程中 速度 位移传感器将实时测量升降缸速度及位移 并反馈至控制系统 控制系统将信号传递 给电液比例方向阀 比例方向阀将按比例调节进入两个液压缸的流量 从而调节升降 缸的上升或者下降的速度 图1 3 步进梁升降液压系统原理图 1 球芯截止阀 2 减震喉 3 柱塞泵 4 电机 5 溢流阀 6 微型高压胶管接头 7 耐震压力表 8 单向阀 9 压力过滤器 10 安全阀块 11 蓄能器 12 压力补偿器 13 电液比例方向阀 14 单向顺序阀 15 液控单向阀 16 溢流阀 17 截止阀 18 电接点压力表 19 液压缸 20 行程开关 21 换向阀 22 回油过滤器 各部分功能模块如下 1 自锁回路及保压回路 本系统使用液控单向阀实现自锁功能 提高了锁紧回路 的可靠性 同时 使用液控单向阀及溢流阀实现保压功能 并且 溢流阀能够防止液 压缸冲击过高 2 任意位置停止 为了使步进梁升降时在任何位置均可停止 特增设了电磁换向 阀 使其与液控单向阀协同工作 实现任意位置停止 在正常工作状态下 电磁换向 阀左位工作 不影响液控单向阀的功能 当需要在下降过程中停止时 通过控制电磁 换向阀右位工作 切断并卸荷液控单向阀控制油口的压力油 液控单向阀单向导通 升降液压缸停止 3 应急下降回路 应急下降通过3个截止阀实现 系统故障停机时 可先手动打开 阀1 4与阀1 5 然后缓慢打开截止阀1 6 在步进梁及所装工件自重作用下 油液由工作腔进人非工作腔 从而实现缓慢下降 4 压力补偿回路 对于给定比例阀的输入信号 通过阀的流量将随着阀上压差的 变化而变化 为了实现压力补偿 即让流量与负载或系统压力无关 必须把压力补偿器 与比例方向阀合用 本方案中 用一个定差减压阀和一个梭阀组成一个二通进口压力 补偿器 比例方向阀上所保持的压差可通过改变减压阀先导级弹簧设定值来调整 压力补偿器的弹簧调定后 流过比例节流口的压力差就近似为恒定值 即比例方 向阀进油口前后压差保持恒定值 当节流口前后压差保持不变时 通过节流口的流量 只与节流口的开口面积成正比 对比例方向阀而言 进油节流口的开口面积与比例方 向阀的输入电流信号有关 而与负载的变化无关 亦即升降缸的供油流量只与比例方 向阀的输入电流信号有关 与负载的变化无关 5 负载荷保护回路 为了防止比例方向阀出口压力超过进口压力而出现负向负载 时 压力补偿器阀芯趋向于全开位置 压力补偿器的功能丧失 特增设了起支承作用 的平衡阀 单向顺序阀 2 步进梁受力分析 2 1 关键参数确定 升降加速度 5 步进梁的加速度要合理设计 不管是升降还是平移 其速度的梯形曲线中的斜边 不可太陡 加速度过大会带来液压系统和机械构件的冲击 加速构件的磨损 水平加 速度过大还有可能引起钢卷的不稳定 严重时会发生钢卷滚动或侧翻的事故 一般油 缸的加速度a 1m s 本设计中根据经验 取步进梁升降加速度 2 1 05 0 sma 则油缸的加速度为 2 12 24 0 sin smaa 升降辊轮斜轨倾角 6 步进梁升降辊轮斜轨倾斜角度 是步进机构的一个极其重要的技术参数 角度 的大小 直接关系到升降机构举升力的大小 升降轨道和水平导轨的长度 升降油缸 的缸径与行程 以及相应机构的结构尺寸要求及其强度大小要求 倾斜角度 选择的 正确与否 直接关系到步进机构的合理性 经济性和其运动的可靠性 因此 选择时 必须结合各种因素全面分析研究 以便确定出一个正确 合理的斜轨倾斜角度 角 步进梁有效长度较短 举升总质量较小的 可选用较大的倾角 步进梁有效长度 较长 举升总质量较大的 应选用较小的倾角 斜轨倾角 的推荐选用值 1 步进梁有效长度L 8m 举升总质量m 10000kg 可选用 17 30 2 步进梁有效长度L 8 26m 举升总质量m 10000 250000kg 可选用 13 17 1 步进梁有效长度L 16 32m 举升总质量m 250000 400000kg 可选用 10 13 本设计方案中步进梁有效长度取L 24m 步进梁升降辊轮斜轨倾角取 12 步进梁重量 5 步进梁的重量在方案和预算阶段可按1300 2600kg m 估算 这个每米重量包括步进梁的固定鞍座和支架 盖板等有关的钢结构 对于固定 鞍座和轨道由钢结构支承的 取较大数值 对于固定鞍座和轨道由土建基础支承的 取较小数值 本方案中步进梁重量取2500kg m 2 2 最大推力计算 图2 1 步进机构结构简图 1 水平移动框架 2 水平移动辊轮 3 升降框架 4 升降辊轮 5 倾斜滑轨 步进机构正循环的4个过程传动力计算可根据运动形式分为两类 一类为水平框架 及以上物体的水平运动 另一类为升降框架 水平框架及以上物体的升降运动 第一 类中带料的前进过程比不带料的后退过程所需油缸的力较大 第二类中上升过程主要 是靠油缸的推力上升 下降过程则主要是由液压阀控制 因此上升过程所需油缸的推 力较大 在计算步进机械时只需计算正循环的水平前进过程和上升过程所需的力 本 设计中只计算步进梁上升过程所需的力 为了实现步进梁对工件的轻拿轻放 步进梁抬举工件上升运动时又可分为空载加 速启动 空载匀速运行 空载减速运行 空载匀速运行 带料匀速运行 带料加速运 行 带料匀速运行 带料减速运行8个过程 其中以带料加速运行所需的推力最大 其 受力分析如图2 2所示 7 图2 2 步进梁受力分析 步进梁上工件总质量 kgmG500000 步进梁 水平移动框架和升降框架总重量 kgkgm60000250024 其中 步进梁和水平移动框架总重量取 kgmL45000 升价框架的重量取 kgmsj15000 同一水平运动的所有重量 其中包括工件总重量 水平移动框架及上部支撑工件的部件 总重量之和 kgmmm LGsp 54500045000500000 根据步进梁水平运动时的受力分析图列出平衡方程式 2 1 1 amgmN fF spspsp spsp 根据步进梁升降运动时的受力分析图列出平衡方程式 2 2 2 cossin cos sin amfNgmfF NgmfN sjspspsjsjsj spsjspsj 其中 sin 21 aa spsp NN 水平框架所受的支撑力 NamgmN spspsp 536825005 0 5450008 9545000 1 2 3 升降运动时水平框架所受到的阻力 2 4 NNf spsp 5 96628018 0 5368250 式中 支撑辊运动时的阻力系数 2 5 018 0 400 150012 0 6 02 4 2 2 D dk 其中 辊轮的附加阻力因数 1 2 3 0 取 2 4 k 辊轮的滚动摩擦因数 0 5 0 6 取k 0 6 轴承的摩擦因数 滑动轴承 0 08 0 1 滚动轴承 0 01 0 015取 0 012 d 辊轮轴直径 mm 取d 150mm D 辊轮外圆直径 mm 取D 400mm 升降运动时水平框架对升降框架的反作用力 Nff spsp 5 96628 升降框架所受斜面的支撑力 2 6 N fNgmN spspsjsj 537463812sin 5 9662812cos 53682508 915000 sincos 升价运动时升降框架所受到斜面的阻力 2 7 NNf sjsj 96743018 05374638 联立求得步进梁抬举工件加速上升时沿升降导轨斜面的推力 2 8 N amfNgmfF sjspspsjsjsj 1341552 12sin 05 0 15000 12cos 5 9662812sin 53682508 915000 96743 cossin 2 3 液压缸设计计算 3 1 油缸的设计原则 根据主机的动力分析和运动计算 确定液压缸的主要性能参数和尺寸 液压缸的 推力 伸出回缩的速度 作用时间 内径 行程 及活塞杆直径等 根据选定的工作 压力和材料进行液压缸的结构设计 如液压缸的壁厚 缸盖的结构 密封形式 排气 与缓冲等 3 2 油缸的参数计算 步进梁加速上升所需最大推力 sj F 由上面的受力分析可知 步进梁加速上升时沿升降导轨斜面所需的最大推力为 NFsj1341552 密封负载 s F 在未完成液压系统设计之前 不知道密封装置的参数 其值无法计算 一般通过 液压缸的机械效率加以考虑 常取机械效率值为0 90 0 97 本设计中取 0 95 m 背压负载 b F 根据机械设计手册表20 2 14执行元件的回油背压 选取回油背压为1MPa 根据机械设计手册表21 6 3 取速比 2 液压缸的进油腔的有效作用面积初估值为 2 1 03 0 mA 有杆腔活塞面积 2 2 015 0 mmA 则背压负载为 3 1 NApF bb 15000015 0 101 6 2 综上 在受力最大阶段 即带料加速运行阶段 作用在液压缸上的最大总载荷为 NFFF mbsj 144373895 0 1500021341552 2 总 3 2 作用于单个液压缸上的总载荷为 3 3 NFF7218692 14437382 总 液压缸的结构尺寸和工作压力 工作腔的有效工作面积和油缸内径分别为 机械设计手册表21 6 8 3 4 m A D m p F A 472 0 4 1080 4 1015 721869 1 22 6 1 活塞杆直径 机械设计手册表21 6 16 3 5 mDd175 0 2 12 247 0 1 活塞杆的行程 3 6 mmmHL13 3 312612sin 650sin 由机械设计手册表21 6 2选取标准直径 油缸内经 D 250mm 活塞杆直径 d 180mm 活塞行程 L 3200mm 3 3 油缸的型号选择 查阅Rexroth公司产品样本RC 17 331 液压缸 选取液压缸型号为 型号 CDH1 MP5 250 180 3200A2X B1CGUMWW 公称压力 25MPa 最大行程 6000mm 液压缸实际计算的工作压力为 3 7 Pa D F p 6 22 107 14 250 0 72186944 实际选取的工作压力为 Pap 6 1017 根据上面确定的液压缸直径 油缸有效工作面积为 3 8 2222 1 109 4250 0 44 mDA 4 泵的选择计算 4 1 泵的选择原则 泵的选型主要根据系统的工况来选择液压泵 泵的主要参数有压力 流量 转速 效率 为了保证系统正常运转和泵的使用寿命 一般在固定设备系统中 正常工作 压力为泵的额定工作压力的80 左右 要求工作可靠性较高的系统或运动的设备 例如 车辆 系统工作压力为泵额定压力的60 左右 泵的流量要大于系统工作的最大流量 为了延长泵的寿命 泵的最高压力与最高转速不宜同时使用 4 2 泵的参数计算 在系统的结构布局未定之前 可用局部损失代替总的压力损失 管路的局部压力 损失一般取 5 10 10 Pa 现选取进出油路上阀和管道总的压力损失为 5 含回油路上的压力损失折算到进油腔 则液压泵的最高工作压力Papl 5 1010 为 4 1 MPaPappp lp 1810181011017 666 上述计算所得的是系统的静态压力 考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的 p p 动态压力往往超过静态压力 另外确保一定的压力贮备量 并确保泵的使用寿命 其 正常工作压力为泵的额定压力的80 左右 因此选泵的额定压力应满足 p p 4 2 MPapp pn 5 228 0 188 0 当步进梁的上升速度最大时 所需的最大流量之和为 4 3 min 4 353 1089 5 06 0 250 0 4 2 4 2 33 2 max 2 max Lsm vDq 按照常规选取液压系统的泄漏系数 1 1 1 3 现取 1 1 则液压泵的最大总流量为 l k l k 4 4 min 7 388 4 3531 1 max Lqkq l 单个液压泵的最大流量为 4 5 min 4 1942 7 3882 Lqqp 4 3 泵的型号选择 由于液压系统的工作压力高 负载压力大 功率大 大流量 所以选轴向柱塞变 量泵 柱塞变量泵适用于负载大 功率大的机械设备 如龙门刨床 拉床 液压机 柱塞式变量泵有以下的特点 1 工作压力高 因为柱塞与缸孔加工容易 尺寸精度及表面质量可以达到很高 的要求 油液泄漏小 容积效率高 能达到的工作压力 一般是 Pa 5 10 400 200 最高可以达到 Pa 5 101000 2 流量范围较大 因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目 流量变增大 3 改变柱塞的行程就能改变流量 容易制成各种变量型 4 柱塞油泵主要零件均受压 使材料强度得到充分利用 寿命长 单位功率重 量小 但柱塞式变量泵的结构复杂 材料及加工精度要求高 加工量大 价格昂贵 本设计中采用三台液压泵提供动力 正常运作时两台泵工作 一台泵备用 根据以上算得的和查阅Rexroth公司产品样本RC 92 p q p P 711 A10VSO型变量泵 选取轴向柱塞变量泵型号为 A10VSO140DR 31R PPB12N00 排量 V 140ml r 额定压力 28MPa 额定转速 n 1500r min 5 液压泵的驱动功率及电机的选择 5 1 驱动功率的计算 由前面得知 本液压系统最大功率出现在步进梁加速上升的最后阶段 为泵的 p 总效率 由液压设计手册查出 取 则泵的驱动功率为 88 81 p 82 p 5 1 KWW qp P pp w 12 7171122 601000 1 82 0 4 1941018 6 5 2 电动机的选择 电动机有交流电动机和直流电动机之分 一般工厂都采用三相交流电 因而多采 用交流电动机 而且多采用Y系列三相异步电动机 其结构简单 起动性能好 工作可 靠 价格低廉 维护方便 由于液压泵通常在空载下启动 故对电动机的启动转矩没 有过高要求 负荷变化比较平稳 起动次数不多 因此可以采用Y系列三相异步电动机 电动机与液压泵之间通常采用联轴器连接 电动机的转速应在液压泵的最佳转速 范围内 对本系统中的三种电机 考虑到液压泵的额定转速为1500r min 故可选择电 机转速为1500r min 则液压泵的流量仍可满足系统的要求 在电动机的选择中 为了避免系统临时出现故障所出现的系统所需功率突然增大 的现象 一般选择电机功率时考虑比实际需求功率较大的额定功率 按照系统计算所 得出的驱动功率做参考进行选择 查阅机械设计手册第4卷 表17 1 35 Y系列 IP44 三相异步电动机 选择电动机的型号为 Y280S 4型三相异步电动机 额定功率 75KW 满载转速 n 1480r min 效率 92 7 6 阀的选择计算 1 对液压阀的基本要求 1 动作灵敏 使用可靠 工作时冲击和振动小 油液流过时压力损失小 2 密封性能好 结构紧凑 安装 调整 使用 维护方便 通用性大 2 液压阀的选择依据 主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量 其他还 需考虑阀的动作方式 安装固定方式 压力损失数值 工作性能参数和工作寿命等条 件来选择阀的规格 6 1 电液比例方向阀 步进梁液压系统工作压力为 MPap17 比例阀的额定流量是当压差为1MPa时确定的 8 即 6 1 min 3 256 7 1417 1 7 388 2 12 1 Lppqq LLv 式中 比例阀选型流量 L min v q 工作油缸的最大流量 L min L q 比例阀基准压降为 1MPa p 比例阀前后压差 MPa L p 查看Rexroth公司产品样本RC 29 115 比例方向阀 选取电液比例方向阀型号为 4WRZE 25 W8 325 7X 6EG24ETK31 A1D3M 通径 25mm 额定流量 325L min 最高工作压力 350bar 6 2 溢流阀的选取 定压溢流作用 在定量泵节流调节系统中 定量泵提供的是恒定流量 当系统压 力增大时 会使流量需求减小 此时溢流阀开启 使多余流量溢回油箱 保证溢流阀 进口压力 即泵出口压力恒定 阀口常随压力波动开启 安全保护作用 系统正常工作时 阀门关闭 只有负载超过规定的极限 系统压 力超过调定压力 时开启溢流 进行过载保护 使系统压力不再增加 通常使溢流阀 的调定压力比系统最高工作压力高10 20 实际应用中一般有 作卸荷阀用 作远程调压阀 作高低压多级控制阀 作顺序 阀 用于产生背压 串在回油路上 当考虑全部流量经溢流阀流回油箱时 对应的最大流量为 系统压力稳定在17MPsmLmlq 1045 3 min 2 207min 2072001480140 33 a 查看Rexroth公司产品样本RC 25802 先导式溢流阀 选取溢流阀型号为 DB 10 2 5X 200 额定流量 250L min 最高设置压力 200bar 6 3 电磁换向阀的选取 电磁换向阀控制接到液控单向阀高压油的通断 最大工作压力17MPa 因液控单 向阀的控制容积较小 选用较小流量的换向阀即可 查看Rexroth公司产品样本RC 22049 电磁方向阀 选取二位三通电磁换向阀型号为 M 3SED6UK 1X 350CG24N9K4 最大工作压力为 350bar 最大流量 q 25L min 6 4 压力补偿器选取 压力补偿器的型号应与电液比例方向阀相匹配 比例阀的额定流量为325L min 最高工作压力为17Mpa 查看Rexroth公司产品样本RE 29224 压力补偿器 选取压力补偿器型号为 ZDC25P 2X M 通径 25mm 额定流量 325L min 最大压力 350bar 6 5 单向顺序阀的选取 通过单向顺序阀的最大流量为388 7L min 最高工作压力为17MPa 查看Rexroth公司产品样本RC 26 391 单向顺序阀 选取单向顺序阀型号为 DZ20 1 5X 200 通径25mm 最高工作压力200bar 最高流量400L min 6 6 单向阀的选取 液控单向阀的选取 系统液压油工作压力为17MPa 单向阀所需最大流量为 min 4 1942 7 388Lq 查看Rexroth公司产品样本RC 21468 液控单向阀 选取液控单向阀型号为 SL20PA1 4X 最大工作压力为 315bar 最大流量为 q 350L mim 普通单向阀的选取 最大流量为 最高工作压力为 17MPa min 4 1942 7 388Lq 查看Rexroth公司产品样本RC 20375 单向阀 选取液控单向阀型号为 S25A1 0 最高工作压力 315bar 最大流量 350L min 7 辅助元件的设计计算 在液压系统中 液压辅助元件是指那些既不直接参与能量转换 也不直接参与方 向 压力 流量等控制的但又必不可少的元件或装置 主要包括滤油器 蓄能器 液 压导管和管接头 油箱等 虽然它们起辅助作用 但由于数量较多 辅助元件的故障 可能造成整个液压系统的故障 因此 对辅助元件的选择计算必须给与足够的重视 7 1 油箱的设计计算 7 1 1 油箱设计原则 油箱的设计是整个系统设计中的重点之一 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 沉淀杂质等作用 油箱可分为开式和闭式油箱两种 开式油箱中 油箱液面与大气相通 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 本设计中采用开式油箱 油 箱的设计中必须有足够大的容积 首先要满足散热的要求 同时也要满足容纳系统中 所有工作介质 吸油管和回油管要插入最低液面以下 以防止吸油或回油飞溅产生气 泡 管口与箱底箱壁距离一般小于管径的3倍 吸油管和回油管的距离应进可能的远些 中间应设置隔板 以加大液流循环的途径 这样有利于散热 达到分离空气及杂质 的效果 隔板高度为液面高度的2 3到3 4 为了保证油液清洁 油箱应有周边密封的盖 板 盖板上装有空气过滤器 注油及通气一般都由一个空气过滤器完成 为了便于放 油和清理 箱底要有一定的斜度 并在最低处设置放油阀 对于不易开盖的油箱 要 设置清洗孔以便油箱内部的清洗 油箱底部应距地面150mm以上 以便于搬运放油和 散热等实际工况需要 7 1 2 油箱容量的计算 参照 机械设计手册 成大先P20 767 油箱有效容量一般为泵每分钟流量的3 7倍 对于行走机构 冷却效果比较好的 设备 油箱容量可选择小些 对与固定设备 空间 面积不受限制的设备 则应采用 较大的容量 如冶金机械液压系统的油箱容量通常为每分钟流量的7 10倍 锻压机械 的油箱容量通常取为每分钟流量的6 12倍 本设计中取8倍 其有效容积 LqV p 6 3109 7 38888 1 应当注意 设备停止运转后 设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱 为了防止液压油从油箱中溢出 油箱中的液压油位不能太高 一般不应超过液压油 箱高度的80 所以 油箱的体积为 LVV38878 0 1 实际选取的油箱体积为4000L 油箱一般为长六面体 其长 宽 高之比可依主机总体布置决定 约在1 1 1 1 2 3之间 本设计中取长 宽 高分别为2m 1 6m 1 25m 根据筒形油箱的外形尺寸 可估算其散热面积为 2 4 152 25 1 6 125 1 26 12 mA 7 2 管路 油管系统中使用的油管种类很多 有钢管 铜管 尼龙管 塑料管 橡胶管等 必须按照安装位置 工作环境和工作压力来正确选用 本设计中油管采用钢管 因为 本设计中所须的压力是高压 P 18MPa 6 3 PMPa 钢管能承受高压 价格低廉 耐油 抗腐蚀 刚性好 但装配是不能任意弯曲 常在 装拆方便处用作压力管道 中 高压用无缝管 低压用焊接管 本设计在弯曲的地方 可以用管接头来实现弯曲 尼龙管用在低压系统 塑料管一般用在回油管用 胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道 胶管分高 低压两种 高压胶管是 钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管 可用于压力较高的油路中 低压胶管 是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管 多用于压力较低的油路中 由于胶管制造比较困 难 成本很高 因此非必要时一般不用 吸油管路取 0 5 2 m s 压油管路取 2 5 6 m s 短管道及局部收缩处取 5 10 m s 回油管路取 1 5 3 m s 泄油管路取 1 m s 7 2 1 管道内径d的计算 7 1 61 4 mm v Q d Q 液体流量 L min 允许的流速 m s 按推荐值选定 在液压泵的出口 主吸油管按流量388 7L min 支路吸油管按流量194 4L min 泄 油管路的流量按50L min计算 主吸油管路 取 1m s 内径 mm v Q d 9 9061 4 支路吸油管路 取 1m s 内径 mm v Q d 3 6461 4 主压油管路 取 3m s 内径 mm v Q d 5 5261 4 支路压油管路 取 3m s 内径 mm v Q d 1 3761 4 回油管路 取 2m s 内径 mm v Q d 2 6461 4 泄油管路 取 0 9m s 内径 mm v Q d 4 3461 4 7 2 2 管道壁厚 的计算 7 2 2 mm pd p 钢管 n b p 铜管 MPa p 25 其中 导管内径 d p 工作压力 MPa 许用应力 MPa p 抗拉强度 MPa b n 安全系数 当时 时 7pMPa 8n 17 5pMPa 6n 时 17 5pMPa 4n 按照液压设计手册表 选取油管列表如下 2082 主吸油内径 100mm 外径 120mm 壁厚5mm 支路吸油内径 65mm 外径 75mm 壁厚3 5mm 主压油内径 65mm 外径 75mm 壁厚8mm 支路压油内径 40mm 外径 50mm 壁厚5 5mm 回油内径 65mm 外径 75mm 壁厚3mm 泄油内径 40mm 外径 50mm 壁厚2 5mm 7 2 3 软管 软管是用于连接具有相对运动部件或为减少振动的传递而使用的管件 分为高压 和低压两种 高压软管是以钢丝编织或钢丝缠绕为骨架的橡胶软管 用于压力油路 低压软管是以麻线或者棉线编织体作为骨架的橡胶软管 用于压力较低的回油路或气 动管路中 本设计中的软管主要是用与电机泄油口与油箱实体相连接处 以减少电机 在工作时产生的振动传递给油箱 7 2 4 管接头的选用 管接头是油管与油管 油管与液压件之间的可拆式联接件 它必须具有装拆方便 连接牢固 密封可靠 外形尺寸小 通流能力大 压降小 工艺性好等各种条件 管接头的种类很多 液压系统中油管与管接头的常见联接方式有 焊接式管接头 卡套式管接头 扩口式管接头 扣压式管接头 固定铰接管接头 管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹 ZM 和普通细牙螺纹 M 锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封 广泛用于中 低压液压系 统 细牙螺纹密封性好 常用于高压系统 但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封 有时也采用紫铜垫圈 液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上 为此对管材的选用 接头形式的确定 包括接头设计 垫圈 密封 箍套 防漏涂料的选用等 管系的 设计 包括弯管设计 管道支承点和支承形式的选取等 以及管道的安装 包括正确 的运输 储存 清洗 组装等 都要考虑清楚 以免影响整个液压系统的使用质量 国外对管子的材质 接头形式和连接方法上的研究工作从不间断 最近出现一种 用特殊的镍钛合金制造的管接头 它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除 即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径 然后取出来迅速套装在管端上 便可使它 在常温下得到牢固 紧密的结合 这种 热缩 式的连接已经在航空和其它一些加工 行业中得到了应用 它能保证在40 55Mpa的工作压力下不出现泄漏 本设计根据需要 选择卡套式管接头 要求采用冷拔无缝钢管 7 3过滤器的选择 7 3 1 过滤器的配置 在油箱的回油口设置系统所要求的回油过滤器以保持返回油箱的油液具有允许的 污染等级 在油箱的排油口 即泵的吸口 为了防止意外落入油箱的污染物 设置一 个吸油网式过滤器 在压油管路设置系统工作要求过滤精度的过滤器 对于回油过滤 器和液压泵出口的过滤器均采用带有污染等级指示和自动报警装置的过滤器 而且采 用过滤器并联的方式 设置一个过滤器备用 过滤器是清除液压系统工作介质中的固体污染物 使工作介质保持清洁 延长元 件的使用寿命 保证液压元件工作性能可靠 液压系统故障的75 左右是由介质的污 染造成的 因此过滤器对于液压系统来说是十分重要的辅件 过滤器的主要性能参数 有过滤精度 过滤能力 纳垢容量 工作压力 允许压力降等 过滤器的选择要考虑 使用的目的 安装形式等因素 过滤器应具有足够大的通油能力 并且压力损失要小 过滤精度要满足所使用介质的要求 并且有足够的强度 过滤器的强度和以及压力 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 选择过滤器的通油能力时 一般应大于实际通过流量的2倍以上 7 3 2 压力过滤器 过滤器最大工作压力为 17MPa 一般压油过滤器的额定流量应选择为系统流量 的2倍左右 min 4 777 7 3882Lq 查看黎明液压样本 PLF系列压力管路过滤器 选取压力管路过滤器型号为 PLF H660 20FP 公称流量 660L min 过滤精度 20um 公称压力 32MPa 7 3 3 回油过滤器 一般回油路压力不高 工作压力取 流量 MPap1 min 7 388Lq 查看黎明液压样本 RFA系列微型直回式回油过滤器 选取回油过滤器型号为 RFA 630 20F Y 公称流量 630L min 过滤精度 20um 通径90mm 公称压力 1 6MPa 7 4 蓄能器的选择 蓄能器是将压力液体的液压能转换为势能储存起来 当系统需要时再由势能转化 为液压能而做功的容器 因此 蓄能器可以作为辅助的或者应急的动力源 可以补充 系统的泄漏 稳定系统的工作压力 以及吸收泵的脉动和回路上的液压冲击等 蓄能器有效容积 w V 7 3 L tQ KVV i p iw 34 9 60 14 4 414 2 113 3 25 0 4 2 60 2 1 2 其中 最大耗油量处 各执行元件耗油量总和 L n i i V 1 K 系统泄漏系数 一般取K 1 2 泵站总供油量 L min p Q t 泵的工作时间 s 蓄能器的总容积 0 V 7 4 L pp p V V nnn w 7 77 17 1 14 1 6 12 34 9 1 1 715 0 715 0 715 0 1 2 1 1 1 0 0 其中 1 p 最低工作压力 MPa MPap14 1 2 p 最高工作压力 MPa MPap17 2 0 p 充气压力 MPa MPapp 6 12149 0 9 07 0 10 n 指数 绝热过程 n 1 4 对氮气或空气 则1 n 0 715 查看Rexroth公司产品样本RC 50 135 蓄能器 选取蓄能器型号为 ABSBG B50 有效容积50L 数量选2个 查看Rexroth公司产品样本RC 50 131 安全阀块 选取安全阀块型号为 ABZSS30E3X 210E G24K4V 数量选2个 7 5 压