18x2000对称式三辊卷板机设计含9张CAD图
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18x2000对称式三辊卷板机设计摘 要卷板机采用机械传动已有几十年的历史，由于结构简单，性能可靠，造价低廉，至今在中、小型卷板机中仍广泛应用。其中对称式三辊卷板机，结构简单、紧凑，质量轻、易于制造、维修、投资小、两侧辊可以做的很近、形成较准确。本次课题设计的为液压驱动的182000对称式三辊卷板机。其包含三个对称布置的主辊及两个支承辊，卷板时采用液压马达驱动下辊转动，采用液压缸驱动上辊调整上下辊间距及压紧，左右两个液压缸采用液压同步回路连接，确保左右缸同步动作。两个对称布置的下辊通过开式齿轮传动实现同步转动。本次设计首先，通过对卷板机机现状、结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体设计方案；接着，对卷板机主要参数进行了计算，并对主要零部件进行设计；然后，对其液压系统进行了设计与计算；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了其装配图及主要零部件图。关键词：对称式，卷板机；液压系统；液压缸AbstractIt has been several decades since the mechanical transmission was adopted in the plate rolling machine. Because of its simple structure, reliable performance and low cost, it is still widely used in small and medium-sized plate rolling machines. Among them, the symmetrical three roller plate rolling machine is simple and compact in structure, light in weight, easy to manufacture, maintain, small in investment, and the rollers on both sides can be made very close and formed accurately.The design of this project is a hydraulic driven 18 2000 symmetrical three roll plate rolling machine. It consists of three symmetrically arranged main rolls and two supporting rolls. When rolling the plate, the hydraulic motor is used to drive the lower roll to rotate. The hydraulic cylinder is used to drive the upper roll to adjust the distance between the upper roll and the lower roll and to compress. The left and right hydraulic cylinders are connected by hydraulic synchronous circuit to ensure the synchronous action of the left and right cylinders. Two symmetrical arrangement of the lower roll through the open gear drive to achieve synchronous rotation.In this design, firstly, through the analysis of the present situation, structure and principle of the rolling machine, the overall design scheme is put forward on the basis of this analysis; secondly, the main parameters of the rolling machine are calculated, and the main parts are designed; secondly, the hydraulic system is designed and calculated; finally, the assembly drawing and the main parts drawing are drawn by AutoCAD drawing software 。Key words: Symmetrical Type, Plate Rolling Machine, Hydraulic System, Hydraulic Cylinder目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1研究背景及意义11.2卷板机的分类11.3卷板机的发展趋势1第2章 总体方案设计32.1设计要求32.2卷板机结构及原理分析32.2.1卷板机的运动形式32.2.2弯曲成型的加工方式42.3方案的论证52.4方案的确定5第3章 机械构件的设计与校核73.1整体参数的计算73.1.1上下辊的参数选择计算73.1.2所需的功率确定73.2上辊的设计计算校核103.2.1上辊结构设计及受力图103.2.2 刚度校核113.2.3 上辊强度校核113.2.4 疲劳强度安全强度校核123.2.5 上辊在卸料时的校核133.3下辊设计计算及校核133.3.1下辊结构及受力图133.3.2下辊刚度校核143.3.3 下辊弯曲强度校核143.3.4 下辊疲劳强度校核153.4开式齿轮传动的设计173.4.1选精度等级、材料和齿数173.4.2按齿面接触疲劳强度设计173.4.3按齿根弯曲强度设计193.4.4几何尺寸计算213.4.5验算21第4章 液压系统设计与校核234.1液压系统方案设计234.1.1液压系统设计要求234.1.2液压系统回路设计234.2液压缸的设计254.2.1液压缸的类型选择254.2.2液压缸最大载荷计算254.2.3 确定系统工作压力264.2.4 液压缸的内径计算264.2.5 液压缸缸筒壁厚和外径计算264.2.6 液压缸活塞杆直径的计算274.2.7 液压缸活塞杆强度校核284.2.8 液压缸活塞杆稳定性校核284.2.9 液压缸的工作压力294.2.10 液压缸的流量294.3液压泵站的设计304.3.1液压泵的选择304.3.2油箱的设计304.3.3液压集成块的设计314.3.4液压泵站的安装设计324.3.5电动机与液压泵的装配设计334.4液压元件的选型344.4.1液压阀及辅助元件的选择344.4.2蓄能器的选择364.4.3管道尺寸的确定364.5液压系统的验算374.5.1压力损失的验算及泵压力的调整374.5.2液压系统的发热和温升验算39总 结41参考文献42致 谢4343第1章 绪 论1.1研究背景及意义机械加工行业在我国有着举足轻重的地位，它是国家的国民经济命脉。作为整个工业的基础和重要组成部分的机械制造业，任务就是为国民经济的各个行业提供先进的机械装备和零件。它的规模和水平是反映国家的经济实力和科学技术水平的重要标志，因此非常值得重视和研究。卷板机是一种将金属板材卷弯成筒形、弧形或其它形状工件的通用设备。根据三点成圆的原理，利用工件相对位置变化和旋转运动使板材产生连续的塑性变形，以获得预定形状的工件。该产品广泛用于锅炉、造船、石油、木工、金属结构及其它机械制造行业。卷板机作为一个特殊的机器，它在工业基础加工中占有重要的地位。凡是钢材成型为圆柱型，几乎都用卷板机辊制。其在汽车，军工等各个方面都有应用。根据不同的要求，它可以辊制出符合要求的钢柱，是一种相当实用的器械。卷板机采用机械传动已有几十年的历史，由于结构简单，性能可靠，造价低廉，至今在中、小型卷板机中仍广泛应用。在低速大扭矩的卷板机上，因传动系统体积庞大，电动机功率大，起动时电网波动也较大，所以越来越多地采用液压传动。近年来，有以液压马达作为源控制工作辊移动但主驱动仍为机械传动的机液混合传动的卷板机，也有同时采用液压马达作为工作辊旋转动力源的全液压式卷板机。1.2卷板机的分类在国外一般以工作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊数量及调整形式等为标准实行混合分类，一般分为：（1）三辊卷板机：包括对称式三辊卷板机、非对称式三辊卷板机、水平下调式三辊卷板机、倾斜下调式三辊卷板机、弧形下调式三辊卷板机和垂直下调式三辊卷板机等。（2）四辊卷板机：分为侧辊倾斜调整式四辊卷板机和侧辊圆弧调整式四辊卷板机。（3）特殊用途卷板机：有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、锥体卷板机、多辊卷板机和多用途卷板机等。1.3卷板机的发展趋势加入WTO后我国卷板机工业正在步入一个高速发展的快道，并成为国民经济的重要产业，对国民经济的贡献和提高人民生活质量的作用也越来越大。预计“十五”期末中国的卷板机总需求量为600万辆，相关装备的需求预计超过1000亿元。到2010年，中国的卷板机生产量和消费量可能位居世界第二位，仅次于美国。而其在装备工业上的投入力度将会大大加强，市场的竞争也愈演愈烈，产品的更换也要求卷板机装备工业不断在技术和工艺上取得更大的优势：1.从国家计委立项的情况看，卷板机工业1000万以上投入的项目达近百项；2.卷板机工业已建项目的二期改造也将会产生一个很大的用户群；3.由于卷板机的高利润，促使各地政府都纷纷投资（国家投资、外资和民间资本）卷板机制造。其次，跨国公司都开始将最新的车型投放到中国市场，并计划在中国加大投资力度，扩大产能，以争取中国更大的市场份额。民营企业的崛起以及机制的敏锐使其成为卷板机工业的新宠，民营企业已开始成为卷板机装备市场一个新的亮点。卷板机制造业作为机床模具产业最大的买方市场，其中进口设备70%用于卷板机，同时也带动了焊接、涂装、检测、材料应用等各个行业的快速发展。卷板机制造业的技术革命，将引起装备市场的结构变化：数控技术推动了卷板机制造企业的历史性的革命，数控机床有着高精度、高效率、高可靠性的特点，引进数控设备在增强企业的应变能力、提高产品质量等方面起到了很好的作用，促进了我国机械工业的发展。因此，至2010年，卷板机工业对制造装备的需求与现在比将增长12%左右，据预测，卷板机制造业：对数控机床需求将增长26%；对压铸设备的需求将增长16%；对纤维复合材料压制设备的需求增长15%；对工作压力较高的挤或冲压设备需求增长12%；对液压成形设备需求增长8%；对模具的需求增长36%；对加工中心需求增长6%；对硬车削和硬铣消机床的需求增长18%；对切割机床的需求增长30%；对精密加工设备的需求增长34%；对特种及专用加工设备需求增长23%；对机器人和制造自动化装置的需求增长13%；对焊接系统设备增长36%；对涂装设备的需求增长8%，对质检验与测试设备的需求增长16%。在今后的工业生产中，卷板机会一直得到很好的利用。它能节约大量的人力物力用以弯曲钢板。可以说是不可缺少的高效机械。时代在发展，科技在进步，国民经济的高速发展将对这个机械品种提出越来越高的要求，将促使这个设计行业的迅速发展。第2章 总体方案设计2.1设计要求根据工厂提供的液压驱动三辊卷板机参数选型，合理确定液压驱动三辊卷板机的结构尺寸与液压系统，如上下辊直径、开式齿轮减速器尺寸、液压缸设计尺寸、翻倒机架结构尺寸，液压系统的卸荷、调速、锁紧、保压，同步回路等。设计参数要求如下：（1）卷板厚度宽度：182000mm（2）最大规格时最小卷曲半径：1000mm（3）上辊直径：400mm（4）下辊、支承辊直径：280mm（5）下辊水平中心距：400mm（6）上下辊最大垂直中心距：600mm（7）上辊轴径直径：220mm（8）下辊、支承辊轴径直径：170mm（9）下辊与较上支承辊水平中心距：235mm（10）下辊与较下支承辊水平中心距：55mm（11）卷板速度：5m/min（12）上辊慢速压下速度：150mm/min（13）上辊快速下降速度：1500mm/min（14）液压系统工作压力：20MPa2.2卷板机结构及原理分析2.2.1卷板机的运动形式卷板机的运动形式可以分为主运动和辅运动两种形式的运动。主运动是指构成卷板机的上辊和下辊对加工板材的旋转、弯折等运动，主运动完成卷板机的加工任务。辅运动是卷板机在卷板过程中的装料、下料及上辊的升降、翘起以及倒头架的翻转等形式的运动。该机构形式为三辊对称式,上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动,通过丝杆丝母蜗杆传动而获得,两下辊作旋转运动,通过减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮合,为卷制板材提供扭矩。 图2.1 三辊卷板机工作原理图由图2.1：主运动指上辊绕O1，下辊分别绕O2、O3作顺时针或逆时针旋转。辅运动指上辊的上升或下降运动，以及上辊在O1垂直平面的上翘、翻边运动等。2.2.2弯曲成型的加工方式在钢结构制作中弯制成型的加工主要是卷板（滚圆）、弯曲（煨弯）、折边和模具压制等几种加工方法。弯制成型的加工工序是由热加工或冷加工来完成的。滚圆是在外力的作用下，使钢板的外层纤维伸长，内层纤维缩短而产生弯曲变形（中层纤维不变）。当圆筒半径较大时，可在常温状态下卷圆，如半径较小和钢板较厚时，应将钢板加热后卷圆。在常温状态下进行滚圆钢板的方法有：机械滚圆、胎模压制和手工制作三种加工方法。机械滚圆是在卷板机（又叫滚板机、轧圆机）上进行的。在卷板机上进行板材的弯曲是通过上滚轴向下移动时所产生的压力来达到的。它们滚圆工作原理如图2.2所示。a） b） c）a）对称式三辊卷板机 b）不对称式三辊卷板机 c）四辊卷板机图2.2 滚圆机原理图 用三辊弯（卷）板机弯板，其板的两端需要进行预弯，预弯长度为0.5L（3050）mm(L为下辊中心距）。预弯可采用压力机模压预弯或用托板在滚圆机内预弯（图2.3） a） b）a）用压力机模压预弯 b）用托板在滚圆机内预弯图2.3 钢板预弯示意图2.3方案的论证根据设计要求，本次需设计一对称式三辊卷板机，是目前最普遍的一种卷板机。利用三辊滚弯原理，使板材弯曲成圆形，圆锥形或弧形工作。但是本次采用液压驱动。（1）对称三辊卷板机特点结构简单、紧凑，质量轻、易于制造、维修、投资小、两侧辊可以做的很近。形成较准确，但剩余直边大。一般对称三辊卷板机减小剩余直边比较麻烦。（2）不对称三辊卷板机特点剩余边小，结构简单，但坯料需要调头弯边，操作不方便，辊筒受力较大，弯卷能力较小。所谓理论剩余直边，就是指平板开始弯曲时最小力臂。其大小与设备及弯曲形式有关。如图2.4所示：不对称弯曲时t2对称弯曲时t1 图2.4 三辊卷板机工作原理图2.4方案的确定通过上节方案的分析，根据各种类型卷板机的特点，再根据三辊卷板机的不同类型所具有的特点，最后形成我的设计方案，液压驱动的182000对称式三辊卷板机。其结构方案简图如下图2.5所示。其包含三个对称布置的主辊及两个支承辊，卷板工作时采用液压马达驱动下辊转动，采用液压缸驱动上辊调整上下辊间距及压紧，左右两个液压缸采用液压同步回路连接，确保左右缸同步动作。两个对称布置的下辊通过开式齿轮传动实现同步转动。图2.5 182000对称式三辊卷板机结构方案简图 第3章 机械构件的设计与校核3.1整体参数的计算3.1.1上下辊的参数选择计算 已知设计参数：（1）卷板厚度 宽度 ：18 2000mm（2）最大规格时最小卷曲半径：1000mm（3）上辊直径：400mm（4）下辊、支承辊直径：280mm（5）下辊水平中心距：400mm（6）上下辊最大垂直中心距：600mm（7）上辊轴径直径：220mm（8）下辊、支承辊轴径直径：170mm（9）下辊与较上支承辊水平中心距：235mm（10）下辊与较下支承辊水平中心距：55mm（11）卷板速度：5m/min（12）上辊慢速压下速度：150mm/min（13）上辊快速下降速度：1500mm/min（14）液压系统工作压力：20MPa确定卷板机其他参数14加工板料：Q235-A1 屈服强度：s=235MPa 抗拉强度：b=420MPa辊材：Mn 屈服强度：s=930MPa 抗拉强度：b=1080MPa硬度：HBSHB滚筒与板料间的滑动摩擦系数：滚筒与板料间的滚动摩擦系数：f =0.8无油润滑轴承的滑动摩擦系数：板料截面形状系数： 板料相对强化系数： 板料弹性模量： E=2.06106MPa3.1.2所需的功率确定因在卷制板材时，板材不同成形量所需的电机功率也不相同，所以要确定马达功率，板材成形需按四次成形，通常一次成型所需功率最大，因此功率的计算按照成形40%时计算。（1）板料变形为40%的基本参数 mm mm （2）板料由平板开始弯曲时的初始弯矩M1 kgfmmW为板材的抗弯截面模量。（3）板料变形40%时的最大弯矩M0.4 kgfmm（4）从 kgfmm上辊受力： kgf下辊受力： kgf（5）消耗于摩擦的摩擦阻力矩 = kgfmm（6）板料送进时的摩擦阻力矩 kgfmm（7）拉力在轴承中所引起的摩擦阻力矩 kgfmm（8）卷板机送进板料时的总力矩 kgfmm（9）卷板机空载时的扭矩:：板料重量G1: kg：联轴器的重量8 : 选ZL10，=180.9kg：下辊重量:kg kgfmm（10）卷板时板料不打滑的条件： kgfmm kgfmm因为，所以满足。（11）驱动功率： kgfmmkw3.2上辊的设计计算校核3.2.1上辊结构设计及受力图由上部分计算可知辊筒在成形时受力最大为：kgf kgf故按计算，其受力图4.1：图3.1辊筒受力图3.2.2 刚度校核挠度1： 确定公式各参数：mm4 （Ia为轴截面的惯性矩）kgf kgf/m mm mm 得： 因为，所以上辊刚度满足要求。3.2.3 上辊强度校核危险截面为、，因、 相同，且，所以只需校核、处： kgfmmkgf/mm2W为抗弯截面系数。mm3kgf/mm2 ： kgfmmkgf/mm2 故安全，强度合乎条件。3.2.4 疲劳强度安全强度校核1： Mpa=108kgf/mm2 kgf/mm2kgf/mm2在截面、处 ，所以只需校核、处：处：r=0 由1得因上辊转矩T=0，故：应力集中系数1 表面质量系数 尺寸影响系数 弯曲平均应力MPa处： kgf mmMPa故：疲劳强度满足条件。3.2.5 上辊在卸料时的校核根据上辊的受力情况，只需考虑弯曲强度即可，卸料时其受力如下图4.2： 板重： kg 上辊重： kg总重： kg 图3.2 上辊卸料受力图 由受力图3.2可知：MPa 故：卸料时弯曲强度满足。3.3下辊设计计算及校核3.3.1下辊结构及受力图下辊受力如图3.3图3.3 下辊受力图受力：kgf 马达kw齿轮啮合效率： 联轴器效率： 轴承效率：总传动效率： m/min r/min转矩： Nmkgfmmkgfmmkgfmm3.3.2下辊刚度校核挠度5： I为轴截面的惯性矩： mm4kgf mm kgf/m mmmm mm 故：安全。3.3.3 下辊弯曲强度校核由受力图知弯曲强度危险截面在、处5：处： kgfmm kgfmmkgfmm （）kgfmm kgfmm安全系数： 处： kgfmmkgfmm 安全系数 故安全，故弯曲强度满足。3.3.4 下辊疲劳强度校核初选、截面：、同类；、同类；、处：；、处：显然 ， 故仅校核、即可。疲劳强度校核公式1 kgfmm 截面： kgfmm Nm应力集中系数1 表面质量系数尺寸影响系数 弯曲平均应力 MPa 应力集中系数1 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力和应力副 所以：截面处满足疲劳强度要求。截面： kgfmm kgfmm应力集中系数1 表面质量系数尺寸影响系数 弯曲平均应力 MPa 应力集中系数1 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力和应力副 故满足疲劳强度要求。截面：kgfmm Nmmm3， 应力集中系数1 表面质量系数尺寸影响系数 弯曲平均应力MPa 应力集中系数1 表面质量系数 尺寸影响系数弯曲平均应力和应力副 故:安全下辊满足疲劳强度要求。kgf kgfmmkgfmm kgfmm刚度条件满足。 满足弯曲强度要求。kgfmm3.4开式齿轮传动的设计3.4.1选精度等级、材料和齿数采用7级精度由表6.1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。选小齿轮齿数大齿轮齿数，取3.4.2按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式进行试算，即1） 确定公式各计算数值（1）试选载荷系数（2）计算小齿轮传递的转矩（3）小齿轮相对两支承对称分布，选取齿宽系数（4）由表6.3查得材料的弹性影响系数（5）由图6.14按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限（6）由式6.11计算应力循环次数（7）由图6.16查得接触疲劳强度寿命系数 （8）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为1，安全系数为S=1，由式10-12得（9）计算试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值计算圆周速度v计算齿宽b计算齿宽与齿高之比b/h模数计算载荷系数K根据，7级精度，查得动载荷系数假设，由表查得由表6.2查得使用系数.1由表查得查得故载荷系数（10）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得（11）计算模数3.4.3按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为（1）确定公式内的计算数值由图6.15查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限由图6.16查得弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数为S=1.2，由式得计算载荷系数（2）查取齿形系数由表6.4查得（3）查取应力校正系数 由表6.4查得（4）计算大小齿轮的，并比较 大齿轮的数据大（5）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数8.87，并就近圆整为标准值m10mm按接触强度算得的分度圆直径算出小齿轮齿数取大齿轮齿数取3.4.4几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算中心距 （3）计算齿宽宽度3.4.5验算 合适圆柱齿轮参数数据整理如下：序号名称符号计算公式及参数选择1齿数Z20，402模数m10mm3分度圆直径4齿顶高5齿根高6全齿高7顶隙8齿顶圆直径9齿根圆直径10中心距第4章 液压系统设计与校核4.1液压系统方案设计4.1.1液压系统设计要求根据总体方案设计，卷板工作时采用液压马达驱动下辊转动，采用液压缸驱动上辊调整上下辊间距及压紧，左右两个液压缸采用液压同步回路连接，确保左右缸同步动作。两个对称布置的下辊通过开式齿轮传动实现同步转动。4.1.2液压系统回路设计（1）制定调速方案速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。（2）制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。（3）制定液压缸同步回路方案同步回路是指在液压系统中要求两个或多个液压执行元件以相同的位移或相同的速度（或固定速度比）同步运行时，就需用同步回路。在同步回路设计中，还必须考虑到执行元件所受到载荷不均衡，摩擦阻力也不相同，泄漏量也有差别，制造上的差异也会影响同步精度。为了弥补上述影响，应采取必要的措施。同步阀有分流阀和分流集流阀两种，常用的是分流集流阀。采用分流集流阀可使液压缸双向同步。由于这种阀的内部节流孔是相互连通的，为了防止在行程中途停止时两液压缸因负载不同而发生窜动，故在该阀与液压缸之间装有液控单向阀。若液压缸每次都到达行程终点，则经阀内相通的油孔，可使两缸都能到达行程终点，从而防止累积误差。分流集流阀可用于两液压缸负载相差较大的同步回路，在完全偏载时仍能保证速度同步，同步精度可达1%3%。分流集流阀有一定的适用范围，低于公称流量过多时，分流精度明显下降。该阀的压降较大，约为1MPa，因此在确定系统压力时应考虑到这一因素。另外，在安装分流集流阀时，要考虑对称配管，并尽量靠近执行机构。这种同步回路结构简单、造价低，适用于同步精度要求不高的设备。（4）选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。（5）绘制液压系统图根据设计要求，本次设计的对称式三辊卷板机的液压系统原理图如下图4.1所示，主要有三部分组成：由液压动力源、液压传动回路、执行机构构成。图4.1对称式三辊卷板机液压系统原理图4.2液压缸的设计4.2.1液压缸的类型选择液压缸是液压系统中的执行元件，其形式多样，按照其结构特点可分为活塞式、柱塞式和摆动式按照作用方式分又可分为单作用和双作用两种。其中以双作用活塞式液压缸应用最多。活塞式液压缸重量轻、结构简单、工作可靠、拆装方便，易于维修的特点，广泛适用于车辆、工程机械、起重运输机械、矿山机械及其它机械工业的液压传动系统中。柱塞式液压缸适用于行程较长的场合。摆动式液压缸加工工艺较复杂一般用于回转机构。本次设计的上辊压紧缸采用双作用单杆活塞。4.2.2液压缸最大载荷计算根据前述计算可知最大负载为：kgf （4.5）4.2.3 确定系统工作压力液压系统工作压力：20MPa，即=20MPa4.2.4 液压缸的内径计算 由 （4.6）式中 系统压力差，其中为回油背压，按一般的推荐值取MPa。故MPa。液压缸效率，对于橡胶密封圈。上辊液压缸内径mm按GB2348-80,取推荐mm。4.2.5 液压缸缸筒壁厚和外径计算（1）液压缸最大密封压强为 (4.7)式中 液压缸最大载荷，N。 液压缸缸筒内径由壁厚 (4.8) 式中 原液压缸试验压力，此处 液压缸内径，m 强度系数，对于无缝钢管取为1。 考虑壁厚公差和浸蚀的附加厚度，通常取0.0010.002m，此处取。 缸筒许用应力，其中， 为安全系数，取 （2）上辊液压缸缸筒壁厚和外径计算mmmm 故实际壁厚： 上辊液压缸： mm折叠液压缸： mm支腿液压缸： mm4.2.6 液压缸活塞杆直径的计算（1）根据活塞杆往返速度比：由起臂时间和收臂时间 故 （2）上辊液压缸缸杆直径 mm 按GB2348-80取标准值 mm4.2.7 液压缸活塞杆强度校核 (4.9)式中 液压缸最大载荷，即，N 材料的屈服极限， 屈服极限安全系数，取 MPa 故上辊液压缸活塞杆强度满足强度条件4.2.8 液压缸活塞杆稳定性校核当液压缸支承长度时，需要校核活塞杆弯曲稳定性，液压缸弯曲示意图如图 4.6 所示。 (4.10)式中 活塞杆弯曲失稳临界压索力，N E实际弹性模数，MPa 活塞杆横截面惯性矩，对于圆形截面 液压缸安装及导向系数，查表取为。 深长时的总长度，m 图 4.6 液压缸弯曲图（1）状态一：如图 4.2 所示，压缩力最大时 故， （2）状态二：如图 4.3 所示，液压缸达到最大长度时 故， 可知，上辊液压缸满足稳定性要求。4.2.9 液压缸的工作压力 (4.11)式中 液压缸效率， 回油背压，取 MPa上辊液压缸 MPa4.2.10 液压缸的流量液压缸流量应该按伸缩速度计算，随车起重运输车，可以只按伸出速度计算流量即可，因为采用单泵供油，缩回速度要求不严格7。由 (4.12)式中 液压缸的内径 伸出速度， 容积效率，取 4.3液压泵站的设计4.3.1液压泵的选择由工况图可知，整个工作循环过程中液压缸的最大工作压力为20.3MPa。选取油路总压力损失为0.7MPa。则泵的最大工作压力为：其次确定液压泵的最大供油量，液压缸所需的最大流量为660L/min，若取系统泄漏系数K=1.05，则泵的流量为：根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB1-28/28型的双联齿轮泵，其额定压力为28Mpa，容积效率=0.85，总效率，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量求出由于液压缸在快退时输入功率最大，如果取泵的效率为，这时驱动液压泵所需电动机功率为根据此数据查阅电动机产品目录，选择Y180L-4型电动机，其额定功率，额定转速。4.3.2油箱的设计（1）液压油箱有效容积的确定初始设计时，先按经验公式（31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。油箱容量的经验公式为：V=QV 式中 QV液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）；经验系数，见表3-1。表3-1 经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械12245761210在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。（2）液压油箱的外形尺寸油箱长、宽、高的确定：根据油箱三个边长必须在1：1：11：2：3的范围内，又有油箱的容积为V=120L，所以油箱的长（L）、宽（D）、高（H）可以设计为L=1020mm，D=1000mm，H=1220mm。（3）液压油箱的结构设计 液压油箱简称油箱，它往往是一个功能组件，在液压系统中的主要功能是存储液压油液、散发油液热量、溢出空气及消除泡沫和安装元件等。油箱的制造一般采用焊接和铸造两种方式之一，多数油箱采用焊接技术获得。在一般设计中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱，很少采用机床床身底座作为液压油箱。因此，在此设计中采用了焊接的方式获得油箱。图3-1 液压油箱4.3.3液压集成块的设计液压元件的配置形式，目前有板式和集成块式，液压元件的配置形式现在多为集成块式，这些形式各有优点和缺点，板式配置是板前接阀，板后接管，安装维修方便，各高校的液压实验平台多为板式，各元件的连接比较直观，但管路复杂时接管不便；箱体式配置是箱体内钻孔组成所需油路，结构紧凑但维修不便，系统也不能变化；集成块式配置是用基本回路做成的通用化集成块叠加组成的液压系统装置，其优点是结构紧凑，更改方便，可节省设计工作量，是当前应用较多的一种配置形式。（1）块体的结构集成块的材料一般为铸铁或锻钢，低压固定设备可用铸铁，高压强震场合要用锻钢。块体加工成正方体或长方体。对于较简单的液压系统，其液压元件较少，可安装在同一个集成块上。如果液压系统复杂，控制液压阀件较多，就要采取多个集成块叠积的形式，本系统液压元件相对较多，采用集成块叠积的形式。本设计参考JK系列集成块。相互叠积的集成块，上下面一般为叠积接合面，钻有公共压力油孔P，公用回油孔T，和4个用以叠积紧固的螺栓孔。P孔，液压泵输出的压力油经过调压后进入公用压力油孔P，作为供给各单元回路压力油的公用油源。T孔，各单元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。集成块的其余四个表面，一般后面接通液压执行元件的油管，另三个面用以安装液压阀。块体内部按系统图的要求，钻有沟通各阀的孔道。（2）集成块结构尺寸的确定外形尺寸要满足液压元件的安装，孔道布置及其它工艺要求。为减少工艺孔，缩短孔道长度，液压阀的安装位置要仔细考虑，使相通油孔尽量在同一水平面或是同一竖直面上。对于复杂的液压系统，需要多个集成块叠积时，一定要保证三个主通道。各油孔的内径要满足允许流速的要求，一般来说，与液压阀直接相通的孔径应等于所装液压阀的油孔通径。油孔之间的壁厚不能太小，一方面防止使用过程中，由于油的压力而击穿，另一方面避免加工时，因油孔的偏斜而误通。22（3）集成块的加工由于集成块的安装面要与液压元件连接，而且要保证不漏油，所以安装面有形位公差要求：平面度5-7级；表面粗糙度为轮廓算术平均偏差R。12.5.-0.8微米；起孔的垂直度，台肩同轴度要求精度5-7级。集成块是多孔加工，内部通孔纵横交错，制图时最好采用1：1的比例绘制，这样比较直观。集成块的材料一般选用铸铁或者中低碳优质缸，原则上是既要保证强度，又要便于加工。铸铁要经过退火或者人工时效处理。有的流道可以铸造，但必须清砂干净，锻件要经过退火处理，以消除内应力。内部要进行探伤，防止裂纹。224.3.4液压泵站的安装设计在常见的液压站中，按照电动机和液压泵组相对油箱的安装位置不同，可以分为上置式、下置式与旁置式三种。如图5所示为上置式油箱液压泵站。上置式油箱液压泵站是将液压泵与电机等装置安装在油箱上盖板上，其结构紧凑，应用十分普遍，尤其是需要经常移动的、泵与电机均不太大的泵站。电机与泵可以立式安装（如图5），也可卧式安装。这种安装方法将动力振动源安置在油箱盖板上，因此油箱体，尤其是盖板要有较好的刚性。如图6所示为旁置式油箱液压泵站。旁置式油箱液压泵站是将液压泵与电机等装置安装在油箱旁边。系统的流量和油箱容量较大时，尤其是一个油箱给多台液压泵供油的场合采用。旁置式油箱液压泵站使油箱内液面高于泵的吸油口，泵的吸油条件较好。设计要注意在泵的吸油口与油箱之间设置一个截止阀，以防止液压泵在维修或拆卸时油箱中油液外流。下置式油箱液压泵站是将液压泵与电机等装置安装在油箱底下。这样可使设备的安装面积减小，也可使泵的吸入能力大为改善。这种安置方式，常常是将油箱架高到使人可以在油箱底下穿越，以便对液压泵的安装和维修4.3.5电动机与液压泵的装配设计 电动机的安装形式主要有三种：机座带底脚、端盖上无凸缘机构，机座不带低脚、端盖上带大于机座的凸缘机构，机座带底脚、端盖上带大于机座的凸缘机构。如图7所示为底座带底脚、端盖上无凸缘机构，一般用于水平放置。若电动机与液压泵组立式放置则应选用机座不带底脚、端盖上带大于机座的凸缘机构，以便于电机在安装板上的定位与固定。机座带底脚、端盖上带大于机座的凸缘机构用于水平放置的电动机与液压泵组，此时液压泵通过发兰式支架支承在电动机上，利用端盖上的凸缘可方便地在支架上定位。小功率的电动机与液压泵组可以安装在油箱盖上（上置式），功率较大时需单独安装在专用的平台上（非上置式）。电动机与液压泵组的底座应有足够的强度和刚度，要便于安装和检修。电动机与液压泵组与底座之间最好加弹性防振垫。在在适当的部位设置泄油盘，以防止场地污染。液压泵的传动轴不能承受径向与轴向载荷，与电机轴有很高的同轴度，一般采用弹性联轴器的连接形式。4.4液压元件的选型4.4.1液压阀及辅助元件的选择（1）阀的规格根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间过流量。（2）阀的型式，按安装和操作方式选择。表3-2 液压元件型号及规格（GE系列）序号 名 称型 号 数量 备 注1油 箱1200升12精密调压阀AGIRR-10/1/100/V6意大利ATOS3电接点温控表WSSD-411/0-100/400mm/M27*21天津欧迪4空气滤清器QUQ2.515铜球阀QF-25/G136操作台17电 机4P-B35/750W2皖南8变量柱塞泵A10VSO18DR2德国REXROTH9板式单向阀S20P2110高压过滤器ZU-H160*10FC111先导式溢流阀Y-03-21-50112电磁换向阀FW-02-3C2/B220Z5L313压力表YN100-25MPa6北京布莱迪14单向节流阀DRVP-L81215蓄能器NXQ1-L6.3/20MPa116冷却器 DP-1117液位计YWZ-200-T218电控箱低压电器 1 19电机泵架法兰 2 20压力表YN60-40MPa2北京布莱迪21压力表开关KF-L8/14E422高压球阀QJH-15NL123回油过滤器RF-160*20LC124吸油过滤器WU-160*100-J225油路块1126油缸627油缸安装座支架628高压胶管65根29不锈钢无缝管180米30管接头按需1批31管夹按需1批32液位报警器14.4.2蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。（1）液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为式中 A液压缸有效作用面积（m2）； l液压缸行程（m）； K油液损失系数，一般取K=1.2； QP液压泵流量（m3/s）； t动作时间（s）（2）作应急能源，其有效工作容积为：式中 要求应急动作液压缸总的工作容积（m3）。有效工作容积算出后，根据有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄能器的容积，再根据其他性能要求，即可确定所需蓄能器。4.4.3管道尺寸的确定油管内径d按下式计算：其中，-油管的最大流量；查文献资料得工况中系统的最大流量为18.6L/min。-管道内允许的流速，一般吸油管取0.55m/s，压力油管取 2.55 m/s，回油管取1.52 m/s。表3-3 各管路流速选值管道流速（m/s）回油管路2吸油管路1.3压力油管路4计算出内径d后，按标准系列选出相应的管子。油管壁厚按下式计算： 其中，-管内最大工作压力，根据设计手册查得最大工作压力为30MPa； 管道内径；-管道材料的许用应力；=；管道材料的抗拉强度；根据设计手册查得，其抗拉强度取340MPa;-安全系数，钢管P7 MPa时，取=8；P17.5 MPa时，取=6； P17.5 MPa时，取=4，所以安全系数取=4。根据计算出的油管内径和壁厚，查手册选取标准规格油管 18。表3-4 标准规格油管管路名称允许流速/管道内径/实际取值/壁厚/吸油管1.30.01740.0183.5压油管40.00990.0112回油管20.00140.01534.5液压系统的验算4.5.1压力损失的验算及泵压力的调整（1）压力损失的验算及泵压力的调整工进时管路中的流量仅为0.25L/min，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失，回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力应等于工进时液压缸的工作压力加上进油路压差，并考虑压力继电器动作需要，则：即小流量泵的溢流阀12应按此压力调整。（2）快退时的压力损失验算及大流量泵卸载压力的调整因快退时，液压缸无杆腔的回游量是进油量的两倍，其压力损失比快进时要大，因此必须计算快退时的进油路与回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。已知：快退时进油管和回油管长度均为l=1.8m，油管直径d=15m，通过的流量为进油路=16L/min=0.267，回油路=32L/min=0.534.液压系统选用N32号液压油，考虑最低工作温度为15摄氏度，由手册查出此时油的运动粘度v=1.5st=1.5，油的密度，液压系统元件采用集成块式的配置形式。1）确定油流的流动状态 按式（1-30）经单位换算为 式中 v平均流速（m/s） d油管内径（m） 油的运动粘度（） q通过的流量（）则进油路中液流的雷诺数为回油路中液流的雷诺数为由上可知，进回油路中的流动都是层流。2）沿程压力损失 由式（1-37）可算出进油路和回油路的压力损失。在进油路上，流速则压力损失为在回油路上，流速为进油路流速的两倍即v=3.02m/s，则压力损失为 3）局部压力损失 由于采用了集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部损失按式（1-39）计算，结果列于下表部分阀类元件局部压力损失元件名称额定流量实际通过流量额定压力损失实际压力损失单向阀2251620.82三位五通电磁阀6316/3240.26/1.03二位二通电磁阀633241.03单向阀251220.46若取集成块进油路的压力损失，回油路压力损失为，则进油路和回油路总的压力损失为 查表一得快退时液压缸负载F=2632N；则快退时液压缸的工作压力为 按式（8-5）可算出快退时泵的工作压力为 因此，大流量泵卸载阀10的调整压力满足条件。从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。4.5.2液压系统的发热和温升验算在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况验算系统温升。工进时液压泵的输入功率如前面计算 工进时液压缸的输出功率 系统总的发热功率为： 已知油箱容积V=240L=,则按式（8-12）油箱近似散热面积A为假定通风良好，取油箱散热系数，则利用式（8-11）可得油液温升为33设环境温度，则热平衡温度为：=25+33=58T=55所以油箱散热基本可达要求。总 结本次设计的是对称式三辊卷板机，通过对现状三辊卷板机的优缺点分析，最终采用了液压驱动三辊对称式结构。转眼毕业设计接近尾声，通过这次设计实践，对机械设计有了更全面的认识。本次毕业设计填补了以往课堂上只是公式化的解题，对于实践的工程设计
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