武钢一炼钢连铸切割小车液压系统设计

1、毕 业 (设 计 论 文题 目:武钢炼钢连铸切割小车液压系统设计 学 院:机械自动化学院专 业:机电一体化学 号:201103386036学生姓名:张枭雄指导教师:黄浩老师日 期:2014.4 -2014.5 摘 要连铸即为连续铸钢的简称,其具体流程如下:钢水不断地通过水冷结晶器,凝成硬 壳后从结晶器下方出口连续拉出,经喷水冷却,全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。在钢 铁厂生产各类钢铁产品过程中, 使用钢水凝固成型有两种方法:传统的模铸法和连续铸钢法。 而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。 与传统方法相比,连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量,节

2、约能源等显著优势。 AbstractContinuous casting is referred to as continuous casting, the specific process is as follows: molten steel through a water-cooled mold, the cemented hard shell from the bottom of the mold outlet continuous pull out all solidified and cut into billets casting, water spray to coolproc

3、ess. In the steel plant production of various kinds of steel products, the solidification of molten steel molding in two ways: the traditional mold casting method and the continuous casting method. The continuous casting technology in the 1950's in the United States and Europe is a direct castin

4、g of molten steel forming the advanced technology. Compared with traditional methods, continuous casting technology with a substantial increase in metal yield and casting quality, energy conservation and other significant advantages.Key words: Continuous casting production; hydraulic drive; security

5、目 录1.3设计方案 . 23液压辅助件 . 10 3.1油箱的选择 . 10 3.2蓄能器的选择 . 114液压系统性能验算 . 20 5液压站的设计 . 20 5.1液压站得结构设计 . 20 5.2液压叠加回路设计 . 21 5.3液压系统的安装 . 22 5.4管路的安装与清洗 . 235.5液压系统的维护 . 236结束语 . 23致谢 . . 24参考文献 . . 25精品1 绪论1.1 背景及工艺如图 1.1所示为连铸机的系统,连铸机主要由中间罐、结晶器、振动机构、 引锭杆、二次冷却道、拉矫机和切割机组成。其主要的生产流程为:将装有精炼 好钢水的钢包运至回转台, 回转台转动到浇注

6、位置后, 将钢水注入中间包, 中间 包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。 结晶器是连铸机的核心设备之一, 它 使铸件成形并迅速凝固结晶。 拉矫机与结晶振动装置共同作用, 将结晶器内的铸 件拉出,经冷却、电磁搅拌后,切割成一定长度的板坯。连铸自动化控制主要有连铸机拉坯辊速度控制、 结晶器振动频率的控制、 定 长切割控制等控制技术。 图 1.1 连铸机结构示意图铸铁经过水平连铸方法生产的型材,无砂型铸造经常出现的夹渣、缩松等缺陷, 其表面平整,铸坯尺寸精度高 (土 L 0mm无需表面粗加工,即可用于加工各种零 件。 特别是铸铁型材组织致密, 灰铸铁型材石墨细小强度高, 球铁型材石墨球细 小园整,

7、 机械性能兼有高强度与高韧性结合的优点。 目前国际上铸铁型材已广泛 运用到制造液压阀体,高耐压零件,齿轮、轴、柱塞、印刷机辊轴及纺织机零部 件。在汽车、内燃机、液压、机床、纺织、印刷、制冷等行业有广泛用途。 1.2 设计任务武钢炼钢连铸切割小车液压系统设计1、切割枪夹紧油缸行程 200mm ,负载 5T ;2、切割枪抬起油缸行程 500mm ,负载 5T ;3、系统最高工作压力不高于 20MPa ;4、系统应能完成连铸尾切割工艺过程要求。1.3 设计方案此次设计主要是对连铸切割液压系统的设计。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, 在

8、 工作平稳, 可无级调速等优点而被广泛应用。 在连铸切割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、准确地完成连铸切割的一系列动作。 一般炼钢连铸车间分为炼钢区和连铸区两部分 , 分别对应炼钢、连铸两个专 业。连铸区一般分为出坯跨、铸坯横移跨、切割跨、浇铸跨 ; 与炼钢区的吊车比 较吊车吨位小、轨面标高低 , 只有在浇铸跨吊车会达到 160t 、轨面标高 30m 左右。 厂房内主要工艺结构主要有 :连铸机平台和一些小的设备平台。炼钢区一般分为 钢水接收跨、转炉跨、加料跨、铁水预处理和废钢跨 (此跨也有可能是独

9、立单层 厂房 。其中加料跨和钢水接收跨吊车吨位较大 , 根据转炉大小的不同 (30300t,最大的吊车起重量 480t, 轨面标高 30m 左右 ; 其中转炉平台处屋面高度达到6070m。厂房内主要工艺结构有 :LF平台、 RH 平台、铁水预处理平台、铁水倒 罐坑等。2 液压系统计算与选型2.1 系统工作压力的确定压力的选择要根据载荷的大小和设备而定, 同时需要考虑执行元件的装配空 间,经济条件及元件供应情况的限制。在载荷一定的情况下,工作压力低,势必 要加大执行元件的尺寸,反之,压力选得太高,对缸、阀等元件的材质,密封,制造、精度等要求也高 3。压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失。

10、 初步确定系统工作压力 为 P , 任务书中要求系统最高工作压力不高于 20MPa , 考虑到系统工作压力应比最 高工作压力低 10%20%,系统的最小工作压力应比最高工作压力低 30% 40%。 ,故取系统最小工作压力为 P min =16MPa, 取系统的最大工作压力为 Pmax=20MPa。 , 在本设计中取系统实际工作压力 P1=18MPa作为工作压力来计算选型。2.2 执行元件的计算与选型连铸的生产工艺流程:将装有精炼好钢水的钢包运至回转台,回转台转动 到浇注位置后, 将钢水注入中间包, 中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中 去。 结晶器是连铸机的核心设备之一, 它使铸件成形并迅速

11、凝固结晶。 拉矫机与 结晶震动装置共同作用,将结晶器内的铸件拉出,经冷却、电磁搅拌后,切割成 一定长度的板坯。火焰切割的主要参数是指气体压力、 气体消耗量、 切割速度及最小切割长度等, 可参照下列计算结合实际作适当修正后选用。铸坯厚度:H=120mm 定尺寸长度:9.7m 拉矫速度拉V =4.0m/min =0.067m/s 定尺拉坯时间:T=(9.7/4×60=145.5s1气体压力(切割操作台前切割氧 0.6 1MPa; 预热氧 0.2 0.6MPa;乙 炔 49 98kPa; 天然气 98 196kPa2. 气体消耗量(按一个切割枪(1切割氧的消耗量切Q10 + =H KQA切

12、(h /m 3(3.1式中AK 温度系数(见表 3.1 因为铸坯温度为 800:,所以 A K =0.45, B K =1.5, C K =500, D K =0.0025 切 Q =0.45×120+10=64 h m /3(2预热乙炔消耗量 乙 QH K Q B 0075. 0+=乙 (h /m 3 (3.2 乙 Q =1.5+0.0075×120=2.4 h m /3(3预热氧消耗量 预 Q预 Q =(2.4 3.2 乙 Q (h /m 3 (3.3预 Q =(2.4 3.2×2.4=(5.76 7.68 h m /33. 预热时间40(+=H K T D

13、预 (min (3.4 预 T =0.0025×(120+40 =0.4min=24s4.切割速度H K V -切 c = (mm/min (3.5=切 V 500-120=380mm/min 6.3mm/s5. 切割时间 切 T =120/6.3=18.9s6. 小车返回时间 小车质量 M=200kg 滚动摩擦因数 u=0.007重锤质量 m=10kg取重力加速度 g=9.8N/kg小车摩擦力 f=0.007×200×9.8=13.72Nmg-f=(M+m a(3.6 10×9.8-13.72=(200+10 a a=0.41m/2s拉 V (预 T

14、+ 切 T =2aT 21返 (3.7 0.067×(24+18.9 =0.5×0.41返 2T返回时间 返 T =3.7s定尺拉坯时间 T=145.5S 返 T + 切 T + 预 T =24+18.9+3.7=46.6S因此定尺拉坯时间远大于预热时间、切割时间、返回时间总和。2.3火焰切割机的机构火焰切割机通常由切割机构、同步机构、返回机构、断面检测器、定尺机 构及氧、乙炔管路系统等部分组成。切割机一般都做成小车型式,故也有称之 为切割小车。前四部分通常都布置在小车上,只有定尺机构是在铸坯下面辊道 中间,而输送电、气和水的管道则是通过软管导入小车中。在切割铸坯时,同 步

15、机构夹住铸坯,铸坯带动切割小车同步运行并切割铸坯。切割完毕,夹持器 松开,返回机构使下车快速返回。切割速度随铸坯温度及厚度而调整。切割机构是火焰切割装置的关键部分, 它主要由切割枪及其传动机构组成。 要实现横向切割铸坯, 切割枪必须能沿整个铸坯宽度方向移动以切断铸坯。 为切 割不同厚度的铸坯, 需调整切割枪的切割嘴与铸坯表面的垂直距离, 故切割枪还 应能做垂直方向的运动。(1切割枪 切割枪切割时先把铸坯预热到熔点,再用高速氧气流把熔化 的金属吹去,形成切缝。切割枪是火焰切割装置的主体部件,它直接影响切缝 质量、 切割速度和操作的稳定与可靠性。 切割枪由枪体和切割嘴两部 3分组成, 且关键是切割

16、嘴。 切割嘴依预热氧及预热燃气混合位置的不同, 大致可分为以 下三种型式:1枪内混合式:预热氧气和燃气在切割枪内混合,喷出后燃烧。2内混式:预热氧气和燃气在切割枪端的切割嘴内混合,喷出后燃烧。3 外混式:预热氧气和燃气分别经单独孔道喷出切割嘴后在大气中混合燃烧。 前两种切割枪的火焰内有短的白色火焰, 只有充分接近铸坯时才能切割。 外混 式切割枪其火焰的焰心为白色长线状,一般切割嘴距铸件 50mm 即可切割。这 种切割枪长时间使用割嘴不会过热;切缝小而且切割表面平整,金属损耗小; 因预热洋气和燃气喷出后在空气中混合燃烧,不会产生回火、灭火,工作安全 可靠, 并且长时间使用切割嘴不会产生过热。 常

17、用于切割 1001200厚的铸坯。 本次设计采用的外混式。 外混式切割枪,它形成的火焰焰心为白色长线状,切割嘴可距铸坯 50100mm 内切割;外混式切割枪具有铸坯热清理效率高,切缝小,切割枪寿命长 等优点。切割枪是用铜合金制造,并通水冷却。 一般当铸坯宽度小于 600mm 时, 用单枪切割; 宽度大于 600mm 的铸坯, 用双 枪切割。但要求两支切割枪在同一条直线上移动,以防切缝不齐。切割时割枪应能横向运动和升降运动。当铸坯宽大于 300mm 时,切割枪可以平移,见图 a, 当坯宽小于 300mm 时,割枪可做平移或扇形运动,见图 b ,割枪的扇形运动的 一个优点是切割先从铸坯角部开始,使

18、角部得到预热有利于缩短切割时间,同 时在板坯切割时先做约 5°的扇形运动,割枪转到垂直位置后,再做快速平移 运动,见图 C 。 图 3.2割枪运动(2切割枪的传动 切割时, 切割枪应作与铸坯运动方向垂直的横向运动。 为了实现这种横向运动,可采用齿条传动、螺旋传动、链传动或液压传动等。 可此设计采用螺旋传动。由于切割速度主要随铸坯的温度和厚度而变化,故以选用直流电动机为 宜,一般都采用低速进行切割,切断后切割枪高速返回。从理论上计算的电动 机功率通常都在 0.30.7kw,而在具体选用时,往往都选用 0.7kw 左右的电动 机,以防因工作条件恶劣一旦发生意外情况影响切割。电动机型号:Z

19、4 100 1. 额定功率 P=1.4KW. 额定转速 860r/min。减速器的选择电动机转速 min /8601r n 传动比:i=12.5选择减速器 中心距 a=63mm,型号:cw200 25 IF螺旋传动由螺杆和螺母组成,主要将回转运动转变为直线运动,同时传 递运动和动力,也可用于调整零件的相对位置螺旋传动按用途不同,可分为三类:1传力螺旋2传导螺旋3调整螺旋1. 滑动螺旋传动的材料螺杆选用 Q235 螺母选用 zCuSn10P1,材料耐磨性好,适用于一般传动。2. 滑动螺旋传动的设计计算选取螺杆承受的最大载荷为 F=30kn,螺杆为单头梯形螺纹,大径 d=40mm,中径 2d =3

20、7mm小径 1d =33mm,螺距 p=6mm 整体式,螺母高度 H=90mm 1螺杆的耐磨性验算螺纹工作表面上的压强为P=2P hzd F MPa (3.8式中 h=0.5p=0.5×6=3mm, z=H/p=90/6=15,代入上式得P=1533714. 3100030=5.74MPa由于螺杆的横移速度为 380mm/min, 为低速, 并且不是连续工作, 由表 3.2查得, 许用压强取 P=20MPa 所以 P<P表 3.2 滑动螺旋传动的许用压强 P 2螺纹的强度校核根据螺母的材料查表,取 =35N/mm, b =50N/2m m 螺纹的剪切强度由公式 dbzF=进行验

21、算,式中 b=0.65p=0.65×6=3.9mm =MPa 1. 4159. 34014. 3100030= (3.9螺纹的弯曲应力由公式 zb D Fhb 243=得 (3.10 MPa b 4. 9159. 34014. 3310003032=验算结果 P<P, <, b b <, 螺纹强度足够。3螺杆的强度校核螺杆工作时,受有压力(或拉力 F 和转矩 T 的联合作用,因此,螺杆危险截 面上既有压缩(或拉伸应力 ,又有扭转切应力,故其危险截面上的最大应 力即相当应力应按第四强度理论求出,其强度条件为M P ad T d F e 2. 034323122122+

22、 =+= (3.11 =MPa 35332. 018033314. 310003042322+ T=9550nP '联减 电 =P P ' (3.12 因为 电动机转速 min /8601r n = 传动比:i=12.5 所以 n=860/12.5=68.8m 28. 1658. 689. 095. 04. 19550=N T=53sMPa 3. 633190= (3.13 因此 e < 所以螺杆强度够同步机构系指实现切割小车与连铸坯同步运行的机构。 也就是说切割小车 应在与铸坯无相对运动的条件下切断铸坯。 目前在生产上使用的同步装置都属 于机械夹坯同步机构,其结构比较简

23、单,工作可靠,应用广泛。它大致可分以 下三种型式:(1 夹钳式同步机构 (2 钩式同步机构 (3 坐骑式同步机构本次设计选用(1夹头式同步机构。 上图是一种可调的夹钳同步机构,它适用于板坯连铸机上。当运行的连铸坯碰到自动定尺装置后,行程开关发出信号,电磁阀控制气缸 2动作,推动夹头架 3,夹住铸坯 4,使小车与铸坯同步运行,同时开始切割。铸 坯切断后,松开夹头,小车返回原位。在夹头上镶有耐热铁块,磨损后可 予更换。夹头架 3的两钳距离,可用螺旋传动装置 1来调节,以适应宽度 不同的板坯。 11(1 夹紧气缸的设计:1根据查参考文献 14得钢与钢的 ug 为 0.4,设滚轮直径为 120mm 。

24、007. 060/4. 0' 4. 0' =ug r ug ug(3.14所以轨道与车轮间的摩擦因数为 0.0072初步估取小车系统总重量为 200Kg ,则小车重力为 2000N 。 3采用单作用气缸1. 气缸的输出力为 8. 9108. 9' 200+=ug F =139.65NF F 5=推 (图式推 理 F F = (3.15 F F F F -=理 推由于摩擦阻力较难计算,通常视为 理 F 的 20%。因此 %80=所以求得 N F 840=理2. 气缸的直径确定当气缸以推力作功时,缸径的大小根据公式S P F D 推4=(3.16气缸公称压力系列(GB793

25、8-1987 选择 Ps = 1.5MPa(5. 36%805. 114. 38404mm D =根据查参考文献 15选取气缸内径为 D=40mm活塞杆直径 d 与气缸内径 D 比查参考文献 15 取 0.2 0.325. 0/=D d 得到 d = 10mm可认只按强度条件计算活塞直径 d14. 384044pp F d =理(3.17s b p /= b 为金属的抗拉强度 4. 1s 45钢的 p =100MPa 所以2510014. 38404强度满足,活塞杆选择 45钢,调质处理。 3. 耗气量计算 双作用气缸0222 (44p p p n d D L D L Q s V +-+= (

26、3.18a 0. 1MP p s =压缩空气压力 Pa p 5010013. 1=大气压力 查表得 cm L V /15. 0=425. 2605. 1451=n 41. 0=n L气缸行程长度 n每分钟往复次数;所以得到 L=50cm4. 钢筒壁厚的计算2DPt=(3.19 Pt=1.5P =s b /D气缸内径材料许用应力 P气缸工作压力 1.0MPa 材料抗拉强度 s安全系数为:6 8 根据查参考文献 15 取 气缸厚壁为 3mm 。返回机构主要任务是在切断铸坯后,使切割小车快速返回原始工作位置, 以备下一次切割铸坯。切割小车的返回机构一般是采用普通的小车运行机构来完成, 并配备有自动

27、变速装置。 在小车运行的终点处设有缓冲装置, 待小车停稳后, 再由气缸把小车推到原始位置实行自动定位。 对某些小型连铸机则常常是由重锤通过钢 绳经滑轮把小车拉回到原始工作位子。 11本次设计用重锤式返回机构。1返程装置 火焰切割机示意图在火焰切割机尾部机架下部与上部各加一个绳轮部件, 配制重量合适的重锤, 通 过钢丝绳绕在绳轮上一头连接配重、 一头连接在小车尾部中间, 利用重锤的自重 通过钢丝绳将切割机小车拉回原位形成重力返程装置。实现了无动力驱动返回, 减少了备件和能源的消耗,消除了切割小车走斜掉到和车轮啃道现象。2返程防撞缓冲装置 图 3.6返程防撞缓冲装置示意图将火焰切割机小车返程到原始

28、时撞击车轮的挡头拆除,在行走小车车身 尾部焊接防撞座、尾部机架焊接防撞支架,并在防撞支架上安装缓冲橡 胶构成缓冲装置,对整体火焰切割机起到了有效的保护,延长了火焰切 割机各部件的使用寿命。 13钢丝绳的选择选择公称抗拉强度为 1570MPa , 镀锌 (ZAA 的钢丝制成公称直径为 10mm 的钢丝绳,右交互捻(ZS , 6股绳,每股逐层钢丝数由外部向中心分别 为 9、 9、 1,合成纤维芯(ZS 的钢丝绳,其最小破断拉力为 51KN. 单位 长度质量为 36Kg/100m。钢丝绳的全称标注为:10 ZAA 6(9+9+1+SF 1570 ZS 51 36 GB1102 884滑轮的选择1.滑

29、轮是由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。2.滑轮尺寸,根据钢丝绳直径为 10mm ,选滑轮直径 D=2603.承受载荷不大的小尺寸滑轮(D<350mm一般制成实体的滑轮。用 15, Q235或铸铁,滑轮装在滚动轴承上,轮毂或轴套长度与直径比一般为 1.51.8,滑轮直径 D=260mm5轴承选用圆柱滚子轴承,主要承受径向力,型号为 NU 208E.。6 键的校核键的选择根据轴径 mm 60d =。在机械设计基础课程设计附录 E1普通平键中选 ;因为轴径 60d =所以选择:键的公称尺寸:b=18 h=11 L=80;键槽尺寸:轴槽深 20. 00. 7+=t 毂槽深 20. 04. 41+=t

30、。 (1 . 剪切强度计算:将平键沿 n n 截面假想地分为两部分, 并把 n n 以下部分和轴作为一个整体来 考虑图 b , n n 截面上的剪力为 Q ,对轴心 O 取距,由平衡条件 00=M , 得: 02d =-m Q (3.20 dm Q 2=平键的剪切面积 bl =A ,图 c :代入下式: =dlb m A Q 2 (3.21 db m l 2 式中:a MP 60=, m 186. 0=KN m ,为了安全取约大:m KN =2. 0mmm mm N mm mm mm N db m l 17. 6/601860102. 02226= (2 .按挤压强度计算“平键的挤压面为平面图

31、 c ,故挤压计算面积 l h A 2bs =,挤压力可由键的平衡条件 求得: d m Q P 2bs = (3.22 代入下式,得:bs bs bs dhlm A P =4bs bs dh m l 4=式中:a bs MP 100= 12. 12/1001160102. 04426=mmN mm mm mm N dh m l bs 因为 L=50200, 50>12.12,所以只要在此范围内都适合要求。我选 mm l 80=。为把铸坯切割成规定的定尺长度,在切割小车中装有自动定尺装置。定尺 机构是由过程控制计算机进行控制。图 是用于铸坯连铸机的定尺机构。气缸推 动测量辊, 使之顶在铸坯

32、下面, 靠摩擦力使之转动。 利用脉冲发生器发出脉冲信 号,换算出铸坯长度,达到规定长度时,计数器发出脉冲信号,开始切割铸坯。 图 3.8自动定尺装置定尺长度为 9.7m 拉矫速度为 4m/min 所用时间 s t 5. 1456047. 9= t 一根钢坯经过定尺装置所用时间。1测量辊选用直径为 d=120mm钢坯速度:4m/min=0.07m/s s rad w w s m d w/16. 107. 0210120/07. 023=-2万向联轴器选用计算 NP T 9550= FV P = (3.23 T 联轴器传递的理论转矩 m N P 联轴器的传递功率(Kw n 转速(r/mint Z

33、W C K K K K T T = (3.24 温度系数 起动系数 工况系数 动力机系数 联轴器计算转矩 t K K K K T Z W C 联轴器的选用规格或 (n t T T K K K K T T P Z W C = (3.25 联轴器的公称转矩 联轴器的许用转矩 n T T P 所以选用万向联轴器的型号为:SWC I 75标准回转直径 D=75mm 公称转矩 Tn=75Nm疲劳转矩 Tf=400 Nm 重量为 3.8Kg3 液压辅助件3.1 油箱的选择油箱在系统中的功能, 主要是储油和散热, 也起着分离油液中的气体及沉淀污 物的作用 5。油箱有开式和闭式两种。 开式油箱应用广泛, 箱内

34、液面与大气相通, 为防止油液被大气污染,在油箱顶部设置空气滤清器,并兼作注油口。闭式油 箱一般指箱内液面不直接与大气连通, 而将通气孔与具有一定压力的惰性气 体相接,充气压力可达 0.05MPa 6。本系统采用开式油箱,在清洗盖板上设 置空气滤清器。油箱的形状一般采用矩形, 而容量大于 2m 3 的油箱采用圆筒形结构比较合理,设备重量轻,油箱内部压力可达 0.05MPa 6。油箱必须有足够大的容量,以保证系统工作时能够保持一定的液位高度。 油箱的排油口与回油口之间的距离应尽可能远些, 管口都应插入最低液 面之下,以免发生吸空和回油冲溅产生气泡。管口制成 45°的斜角,以增 大吸油及出

35、油的载荷, 本系统中的回油管和泄油管均须设置斜角。 为了使油 液流动时速度变化不致过大,管口应面向箱壁。油箱应设置隔板将吸、 回油管隔开, 使液流循环, 油液中的气泡与杂质 分离和沉淀。 隔板结构有溢流式标准型、 回流式及溢流式等几种。另外还可 根据需要在隔板上安置过滤网 3。本系统采用两个隔板交错布置,使液流呈 S 形流动,增加了液压油的流动行程,更利于散热。液压油箱在不同的工作条件下, 影响散热的条件很多, 通常按压力范围 来考虑。在中高压或高压大功率系统中(p>6.3MPa ,液压油箱的有效容量 V 可 概略地确定为:V=(8 10 qp ( 3.1 式中, V 液压油箱有效容量;

36、q p 液压泵平均流量。应当注意:设备停止运转后, 设备中的那部分油液会因为重力作用而流 回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出,邮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%。取: V = 9q p ;又因为:q p = 69.03/min;所以 V = 9×69.03 = 621.27 L/min,这样,可取油箱的有效容积为 0.8m 3。所以本系统选用矩形油箱比较合理。3.2 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 由势能转化成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

37、压力,以及吸收泵的脉动和回油路上的液压冲击等 3。蓄能器的种类很多,主要有皮囊式和活塞式两大类。其主要的结构型式有:1重力式蓄能器,作蓄能或稳定工作压力用(在大型固定设备中 。最高工作压力可达 45MPa 。2弹簧式蓄能器,供小容量及低压( 1.2MPa 系统在循环频率低的情况下蓄能或缓冲用。3薄膜式蓄能器,用于航空机械上蓄能、吸收冲击,可传送异性液体,最高工作压力为 7MPa 。4活塞式蓄能器,蓄能用,可传送异性液体,最高工作压力为 21MPa 。5皮囊式蓄能器,蓄能(折合型 、吸收冲击(波纹型 ,传送异性液体,最高工作压力 200MPa 。本系统为高压系统,故选用皮囊式蓄能器。它具有空气与

38、油隔离,油 不易氧化,尺寸小,重量轻,反应灵敏,充气方便等优点。蓄能器容积的计算 3: 221121v p v p vv v =- ( 3.2 其中 P 1 = 15MPa, MP P P 6. 17256. 012=0.85=a 取 P2 = 20MPa。L L v 43. 11256003. 6946. 96(=-= 将数据代入,得 v1 = 45.72 L, v 2 = 34.29 L充气压力 P 0 = 0.8 P1 = 12 MPa蓄能器工作在绝热过程(t< 1 min时, n = 1.4,其总容积为: - =2715. 01011715. 00P P P V V w( 3.3

39、 式中: P0 充气压力(MPa ; P1 最低工作压力(MPa ; P2 最高工作压力(MPa ; Vw 有效工作容积;n 指数,绝热过程 n=1.4,则 n 1= 0.715 。 计算 V w由各执行机构流量一时间循环图可知:最大流量为 96.46L/min,平均流量为 69.03L/min,则有: L V w 43. 11256003. 6946. 96(=-=把以上所得参数代入方程(3.3得: L V 83. 7120115138. 11715. 0715. 012715. 00=- =查 文献 3,选择蓄能器 NQX2-40/20,公称容积为 40L ,需要 2个。 查 文献 3,选

40、择安全阀组 ABZSS20M3X/330E/S30G24K4。3.3 滤油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:100 µm 以上为粗滤油器、 (10100µm 为普通滤油器、 (510µm 为精滤 油器、 (15µm 为特

41、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、易清洗等优点。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渡元件, 加上钢质壳体而成的。 这 种滤油器耐高压、高温,有时颗粒脱

42、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。

43、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 ZU-H100×10S 型过滤器。回油路上:选择 ABZFR-S0140-10-1X-B 力士乐系列过滤器。3.4 冷却器的选择液压系统工作时, 因液压泵、 液压缸的容积损失和机械损失, 或控制元件及 管路的压力损失等消耗的能量, 几乎全部转化热量。 这些热量除一部分散发到周 围空间,大部分使油液及元件的温度升高。如果油液温度过高(>80 ,将严 重影响液压系统的正常工作。为了提高液压系统工作的稳定性,应使系统在适宜的温度下工作。液压油 温度一般希望保持在 30 50范围内,最高不超过

44、60,最低不低于 15。 温度过高, 将使油液迅速变质, 同时使泵的容积效率下降; 还会使液压缸产生密 封件早期老化,活塞热胀,容易卡死等现象。因此,必须对油液进行冷却。 冷却器除通过管道散热面积直接吸收油液中的热量以外, 还使油液流动出 现紊流,通过破坏边界层来增加油液的传热系数。 冷却器的基本要求有: 1有足够的散热面积。 2散热效率高。3油液通过时压力损失小。4结构力求紧凑、坚固、体积小、重量轻。冷却器的计算主要根据热交换量来确定散热面积,从而选定冷却器。1、发热温升计算液压系统工作时,除执行元件驱动外载荷输出有效率外,其余的功率损失全部转化成热量,使油温升高。对于复杂的液压系统,其发热

45、功率为:c hr P P -=r P式中:P r 液压系统总的输入功率;Pc 液压系统输出的有效功率。 其中:p iivi i z i t t q p T 1r 1P =( 3.4 +=jj wj i wi t T S F T P m j n i t c 111( 3.5 式中:T t 工作周期(s ;Z、 n 、 m 分别为液压泵、液压缸、液压马达的数量; pi 、 q vi 、 pi 第 i 台泵的实际输出压力、流量、效率;t i 第 i 台泵的工作时间(s ;Twj 、 j 、 t j 液压马达的外载转矩、 转速、 工作时间 (N.m 、 rad/s、 S ;Fwi 、 S i 液压缸外

46、载荷及驱动此载荷的行程(N.m 。 由于本系统液压泵是一供一备,无马达执行元件 , 则: kw 2. 108. 06308. 514P r =由前面计算的载荷及工况位移可计算: kw P c 78. 66314. 427= 所以 kw P hr 42. 378. 62. 10=-= 2、 散热计算 1油箱散热面积液压系统的散热渠道主要是油箱表面,采用回油冷却,前面已经初步计算 求得油箱的有效容积为 1m ³,一般油面的高度为油箱高 h 的 0.8倍,与油直接接 触的表面算全散热表面,与油不直接接触的表面算是半散热面。 按 V = 0.8abh 求得油箱的各边之积, 325. 18.

47、01m abh =,取油箱的长度 a = 1.5m,油箱的宽 b = 0.84m,高度 h = 1m。 油箱的散热面积为:20. 684. 05. 15. 1 84. 05. 1(18. 15. 1 (8. 1m ab b a h A =+=+=2油箱的散热功率为 :T A K P t t hc =式中:K t 油箱的散热系数,查表取 (C m W K t =. /162;T 油温与环境温度之差,取 T = 25。 所以 Kw P K P c w hc 42. 34. 2250. 616=<=由此可见,油箱表面的但热不能满足系统的散热要求,油管的散热极小,所 以需要另设冷却器。 3冷却器

48、散热面积冷却器的散热面积为: mhchr t K P P A -=( 3.6 式中:K 传热系数,用管式冷却器时;取 (C m W K =. /1162t m 平均温升因为:222121t t T T t m +-+= ( 3.7 式中:T 1、 T 2 液压油入口和出口的温度; t1、 t 2 冷却水或风入口和出口的温度;取油进入冷却器的温度 T 1 = 60,油流出冷却器的温度 T 2 = 50,冷却水入口 温度 t 1 = 25,冷却水的出口温度为 t 2 = 30,则:C C t m =+-+=5. 272302525060 所需的冷却器的散热面积为:22359. 45. 271161

49、004. 268. 16m m A =-=( 考虑到冷却器长期使用,设备腐蚀和油垢,水垢对传热的影响,冷却面积应 该比计算值增大 30%,实际选用的冷却器的散热面积为:A = 1.3×4.59 = 5.97m ²由此, 查文献 3,选 GL-13M ×21板式冷却器。3.5 加热器的选择寒冷地区因温度低,液压泵启动困难,需首先对油液进行加热。工厂中常 用 SRY2和 SRY4型油用管状点加热器, 这两种加热器是用两根管子弯成, 用法兰 固定,两端通过接头接通电源,用于在敞开式或密闭式油箱中加热用。 SRY 型还 可以加热水和其他导热比油好的液体。 SRY2型适合在

50、敞开式或密闭式的油箱中 用, 其最高工作温度为 300。 SRY4型适合在循环系统内加热油类用, 其最高工 作温度为 300。电加热器安装在油箱中,为了防止加热器管子表面烧焦液压油,在加热管的 外边装上套管。加热器的使用安装要求:加热管部分应全部侵入液压油中,不允许因液面降 低而使加热管部分外露; 为保证电加热器加热管部分全部侵入液压油中, 应使之 水平安装; 使用电加热器的使用, 应同时加一个热电偶, 当液压油温度升高至预 定值时,加热器自行断电。电电加热器的发热能力可按下式进行估算: T Q V r C N ( 3.8 式中:N 加热器的发热能力;C 油的比热,取 . /(20941680

51、C kg J C =;r 油的密度,取 3/900m kg r =;V 油箱内油的体积(m ³ ;Q 油加热后的温升高( ;T 加热时间(s 。由前面计算可知:V= 1.0 m ³,取 Q = 30, . /(1800C kg J C =, T = 40min = 2400s 。把上述参数代入上式可得: kw N 25. 2024003019001800= 因为电加热器的功率 P = N , 是热效率,一般 = 0.6 0.8,取 = 0.8。所以 kw P 3. 258. 025. 20= 。 查参考 文献 3,选取 CYY4-220/8 型加热器,其加热功率为 8Kw

52、。3.6 管道的选择管道的作用是保证右路的连通,并便于拆卸、安装;根据工作压力、安装位置确定管件的连接结构; 与泵、 阀等连接的管件应由其接口尺寸决定管 径。在液压传动中,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,价廉;但弯制比较困难,弯曲半径不能太小, 多用在压力较高、装置位置比较方便的地方。一般采用无线钢管,当工作压 力小于 1.6MPa 时,也可用焊接钢管。紫铜管能承受的压力较低(p 3.6 10MPa ,经过加热冷却处理后, 紫铜管软化,装配时可按需要进行弯曲;但价贵且抗振能力较弱。尼龙管用在低压系统;塑料管一般只作回油管用。胶管作联接两个相对运动部件之间的

53、管道。 胶管分高、 低压两种。 高雅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。 低压胶管是麻绳或棉线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,成本高,因此非必要时不用。本次设计的液压系统属于高压系统,故考虑用钢管,钢管材料对于中、高压系统采用 20号钢。而对于联接两个相对运动部件之间的管路则考虑用 软管联接。 软管分高、 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。 低压软管是以麻线和棉线编织体为骨架的橡胶 软管,用于压力较低的回油路或气动管路中。钢管内油液的流速推荐值 v吸油管路取 v 0.5 2m/s,一般取 1m/s以下;压油管路取 v 2.5 6m/s;短管道及局部收缩处取 v = 5 10m/s;回流管路取