轧机钢板厚度液压自动控制系统设计

1、湖 南 农 业 大 学全日制普通本科生毕业设计轧机钢板厚度液压自动控制系统设计DESIGN OF AGC SERVOCONTROL SYSTEM FOR COLDROLLING MILL MACHINE学生姓名：贺小裴学 号：200840614xxx年级专业及班级：机械设计制造及其自动化指导老师及职称：莫副教授学 院：工学院湖南·长沙提交日期：2015年5月湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写

2、过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。签名：年 月 日目 录摘要1 关键词11前言21.1概述21.2液压AGC简介5 2系统原理设计82.1伺服控制系统的原理及其组成82.2伺服系统的设计步骤9 3液压系统的计算及液压元件的选择 113.1液压缸基本参数的确定和计算 113.2伺服阀的选择123.3泵与电机的选择133.4联轴器的选择163.5液压阀的选择163.6液压辅件的计算与选择20 4阀的设计 284.1液压泵站主泵阀块设计284.2机架阀块设计284.3阀台的设计30 5邮箱与泵站的设计305

3、.1油箱的设计305.2泵站的设计34 6结论39 参考文献 39 致谢40 附录40轧机钢板厚度液压自动控制系统设计学 生：贺小裴指导老师：莫老师(湖南农业大学工学院，长沙 410128)摘 要：本设计是冷连轧机上使用的钢板厚度自动控制系统。主要作用是对连轧机的压下量进行精确微小的调整，用来消除轧件和工艺方面的因素影响轧制力而造成的厚度偏差。对于轧制钢板的厚度精度进行控制调整，确保成品钢板的精度控制在规定的范围内。液压AGC是厚度自动控制的简称，液压AGC采用了液压执行元件（压下缸），国内称为液压压下系统。AGC是现在板带轧机的关键系统，其功能是不管板带偏差的各种扰动因素如何变化，都能自动调

4、节压下缸的位置，即轧机的工作辊间隙，从而是出口板厚恒定，保证产品的目标厚度、同板差、异板差达到性能指标要求。关键词：自动控制系统；液压系统；钢板厚度；Design of AGC Servocontrol System for Cold Rolling Mill MachineStudent:He YongfeiTutor:Mo Yawu(College of Eegineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract: This design system is cold rolling mill ma

5、chine AGC servocontrol system. This design is the use of cold tandem mill automatic control system of the plate thickness. The main role is to mill a precise reduction of small adjustments, to eliminate the rolling process factors and the impact of rolling force deviation caused by the thickness. Th

6、e thickness of rolled steel for precision control adjustments is to ensure the accuracy of finished steel to control the scope of the provisions. AGC is the short title, hydraulic AGC uses hydraulic actuator (cylinder pressure), the domestic as a hydraulic pressure system. AGC is now the key plate a

7、nd strip rolling mill system, irrespective of its function is to strip the various perturbations deviation factors change.And it can automatically adjust the location of cylinder pressure, that is, the work of rolling mill roll gap, which is a constant thickness of export to ensure that the thicknes

8、s of the target product, with the board poor, poor board to meet different performance requirements.Key words: AGC servocontrol system; Hydraulic system; Plate thickness;1 前言1.1 概述1.1.1 课题国内背景：钢板的冷轧机作为一种生产工艺经过了多种演变，它由单机架非可逆单张轧制，发展到成卷可逆轧制，冷轧机由单击架逐步发展成三机架、四机架、五机架乃至六机架的连轧机，最后出现了全连续轧机。冷轧机使用二辊、三辊、四辊、多辊等各

9、种辊系组成的轧机，其中以四辊轧机应用最为广泛。近年来，冷轧带板生产有了很大的发展，工业生产对冷轧薄板的需求量越来越大，对成品质量的要求也越来越高。厚度偏差是冷轧板带最重要的尺寸精度指标之一。影响板带厚度精度的主要因素有：来料本身的性能的变化所引起的厚度波动；轧制工艺条件的影响；张力的影响；轧制速度的影响等。常用的厚度控制方法有调整压下、调整张力和调整轧制速度。调整厚度是厚度控制的最主要方法，常用于消除由于影响轧制力的因素造成的厚差。1.1.2 课题功能：液压压下系统是控制大型复杂、负载力大、扰动因素多、扰动关系复杂、控制精度和响应速度要求很高的设备。采用高精度仪表并由大中型工业控制计算机系统控

10、制的电液伺服系统。AGC1是厚度自动控制的简称，液压AGC采用了液压执行元件（压下缸）的AGC，国内成为液压压下系统。AGC是现在板带轧机的关键系统，其功能是不管板带偏差的各种扰动因素如何变化，都能自动调节压下缸的位置，即轧机的工作辊间隙，从而是出口板厚恒定，保证产品的目标厚度、同板差、异板差达到性能指标要求。1.1.3 发展趋势：液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为350亿美元。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低。由于液压技术广泛应用了

11、高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向21世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其主要的发展趋势2 5将集中在以下几个方面： 减少损耗，充分利用能量：液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感

12、系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。 泄漏控制：泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。 污染控制：过去，液压界主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装

13、置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。 主动维护：开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究。 新材料、新工艺的应用：新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。为了保护环境，研究采用生物降解迅速的压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介质替代矿物液压油。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化。 国外研究液压的最新方向是液压轴，所谓液压轴就是油缸上集成了伺服阀、传感器

14、、伺服放大器、控制器等等，然后用总线将众多的油缸连接起来，实现协调控制，这样就没有了液压阀站，只有能源站，可以大大减少设计工作量，大大提高液压的自动化水平，这就是目前国际上研究发展的潮流。而中国已经研究成功的数字液压缸已经达到和超越了目前国外希望实现的目标，已经实现了液压轴的目的，并且是数字化的，已经在一系列领域应用成功，表现了极高的性价比。综上所述，液压各方面技术的提高会使液压伺服阀系统应用更为广泛，液压AGC技术会更完善。AGC技术将向着高频化、高响应、高稳定性和高精度方向发展。高性能 6的伺服阀，比例伺服阀和高精度测量装置也将出现，这将会给液压技术带来新一轮的革命。1.1.4 存在问题：

15、现有的液压伺服和液压比例技术在与计算机结合上不是十分方便。另外，伺服系统的高频振动和伺服阀的零漂、死区的影响，会使控制精度降低，从而使板材的质量也受到不良影响。具体有以下几个方面：液压元件：特别是精密的液压控制元件（如电液伺服阀）抗污染能力差，对工作油液清洁度要求高。污染的油液会使阀磨损而降低其性能，甚至被堵塞而不能正常工作。这是液压伺服系统发生故障的主要原因。油液的体积弹性模量随油温和混入油中的空气含量而变化。油液的粘度也随油温的变化而变化，因此油温变化时对系统的性能有很大的影响。当液压元件的密封设计、制造和使用不当时，容易引起外漏，造成环境污染。 液压伺服元件制造精度要求高，成本高。液压能

16、源的获得和远距离传输都不如电气系统方便。1.2 液压AGC简介在现代板带轧机上，一般都有厚度自动控（简称AGCAutomatic Gauge Control）系统。冷带钢连轧机厚度自动控制系统可分为电动AGC和液压AGC系统两大类。电动压下装置由于惯性大，很难满足快速、高精度的调整辊缝的要求，因而采用液压压下自动控制。液压压下系统是控制大型复杂、负载力大、扰动因素多、扰动关系复杂、控制精度和响应速度要求很高的设备。采用高精度仪表并由大中型工业控制计算机系统控制的电液伺服系统。液压AGC采用了液压执行元件（压下缸）的AGC，国内称为液压压下系统。AGC是现在板带轧机的关键系统，其功能是不管板带偏

17、差的各种扰动因素如何变化，都能自动调节压下缸的位置，即轧机的工作辊间隙，从而是出口板厚恒定，保证产品的目标厚度、同板差、异板差达到性能指标要求。1.2.1基本控制思想影响板厚的各种因素集中表现在轧制力和辊缝上。轧机的弹跳方程3：h=S+P/K （1） S-空载辊缝P-轧制压力K轧机的自然刚度h-出口板厚影响轧制力的因素：来料厚度H增加使大，轧材性能的变化和连轧中带材张力的波动都使P发生变化。影响辊缝的因素是：轧辊膨胀使S增加，轧辊偏心和油膜轴承的厚度变化会引起S的周期变化。AGC系统中h为被控量，希望它恒定，影响板厚变化的各种因素为扰动量。由于扰动因素多而变化复杂，因此，AGC系统的基本控制思

18、想是：位置闭环控制+扰动补偿控制。1.2.2系统工作原理液压伺服系统是一个控制能源输出的装置，在其中输入量与输出量之间自动而连续的保持一定的符合一致的关系，并且利用这两个量之差来控制能源的输出。系统工作原理方块图:图1 工作原理方块图Fig1 Working principle block diagram实际的液压伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件所组成的，如图：图2 伺服系统基本组成元件Fig2 Servo system composed of basic elements液压伺服系统有四个基本部分组成：偏差检测器、转换放大、执行机构和控制对 8象。输入元件给出输入信号，加于系统的输入

19、端，反馈测量元件测量轧机系统的输出量，并转换为反馈信号加于轧机系统的输入端与输入信号进行比较，而构成了反馈控制。输入元件和反馈测量元件可以是机械的、电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。比较元件将反馈信号与输入信号进行比较，产生偏差信号加于放大装置。比较元件有时并不单独存在，而是与输入元件、反馈测量元件或放大装置在一起，由同一结构元件来完成。输入元件、反馈测量元件和比较元件经常组合在一起，称为误差检测器。转换放大装置的功用是将偏差信号的能量形式进行变换并加以放大，输入到执行机构。转换放大装置的输出级是液压的，前级可以是电的、液压的、气动的、机械的或它们的组合形式。执行机构产生调节动作加于控制

20、对象上，实现调节任务，在液压伺服系统中，执行机构可以是液压缸、摆动液压缸或液压马达。1.2.3与电动压下装置相比，液压压下特点：快速响应好，调整精度高。液压压下装置（特别是电液反馈式AGC）有很高的辊缝调节速度和加速度；过载保护简单、可靠。液压系统可有效的防止轧机过负荷，保护轧辊和轴承免受损坏。当事故停车时，可迅速排出液压缸的压力油，加大辊缝，避免轧辊烧裂或被划伤；采用液压压下可以根据需要改变轧机的当量刚度，实现对轧机从“恒辊缝”到“恒压力”的控制，以适应各种轧制及操作情况；液压压下装置采用标准液压元件，简化了机械结构；较机械效率高；便于快速换辊，提高轧机作业率。液压压下装置的可靠性主要取决于

21、液压元件和控制系统的可靠性。液压压下装置要求较高的备品制造精度和设备维护水平以及可靠的自动化系统。值相比较，得出偏差信号，经放大后输出一个控制量去调整压下、张力或轧制速度，把厚度控制在允许的范围内。2 系统原理设计2.1 伺服控制系统的原理及其组成由于液压伺服控制系统具有许多的优点，如执行元件快速行好，抗负载刚度大等， 9而这些正是现代带材轧机所需要的，同时，为了提高精度采用闭环控制。用测厚仪测得板材实际厚度与给定厚度比较，将偏差以电压的形式通过伺服阀达到控制液压缸的动作，调整轧机的轧辊辊缝，从而控制板材的厚度。伺服系统也叫随动系统，是控制系统的一种。在这中系统中，输出量能够自动、快速、准确地

22、实现输入量的变化规律。与此同时还起到信号的功率放大作用，因此也是个功率放大装置。由液压拖动装置作动力源构成的伺服系统叫做液压伺服系统。液压伺服系统的原理是液压流体动力的反馈装置，即利用反馈装置连接得到偏差信号，再利用反馈去控制液压能源输入到系统中的能量，使系统向着减少偏差的方向变化，从此使系统的实际输出与期望值相等。液压伺服系统是一个控制能源输出的装置，在其中输入量与输出量之间自动而连续的保持一定的符合一致的关系，并且利用两个量之间的差来控制能源的输出。实际的液压伺服系统无论多复杂，都是一些基本元件所组成的。图3 液压伺服系统基本组成Fig3 Hydraulic servo system液压伺

23、服系统由四个基本组成部分：偏差检测仪、转换放大、放大机构和控制对象。本次设计中，由于辊缝较长，且受力较大，而且辊缝的平行度要求较高，所以采用液压缸对称布置。在反馈环节需要位移传感器，放大环节是伺服阀。由于缸的对称布置需要相同的控制精度和速度，因此以上所有装置与液压缸都要保证原理上的对称。为了防止负载过大而损坏机器，需要过载保护回路；紧急情况下或换辊等，需要快抬等动作，为了在某些易出故障时不影响生产，需要备用元件和回路；为了减小泵出口的压力和流量脉动，需要加蓄能器；为保证整个系统正常工作防止因为压力过高造成元件损坏，泵出口加电磁溢流阀，保证系统不会超压；为保证伺服阀正常工作（压力稳定），满足足够

24、快的响应速度，要在阀前加蓄能器 10作为辅助动力源。也起到吸收由于伺服阀高频动作造成的压力脉动与冲击；本系统由于流量较大需要选用三级伺服阀，且前置级需要一个泵单独供油，为了使保证伺服阀的高响应，前置泵与阀间加蓄能器。由于本系统是伺服系统，采用伺服阀控制，控制精度相当高。它是一种高精密元件，因此对这套液压系统的液压油的清洁度要求就很高。为达到系统所要求的油液清洁度，需要设置多个精过滤器。泵出口、伺服阀前以及回油路都要有。理论上讲泵的吸油口也要加过滤器，但由于本系统采用柱塞泵，自吸能力差，如果加过滤器的话会影响吸油产生气穴等后果，因此本次设计省去了吸油过滤器。回路设计时要注意压力测量点的选择，当液

25、压系统有多个执行元件时，要采用防干扰电路。本系统采用“压下”式液压缸。“压下式”液压缸设置在机架的上部，它的最大优点是电液伺服阀可装在液压缸附近，这不仅提高了液压缸的反应速度，而且伺服阀的工作条件也好，维护方便。液压缸活塞上装有位移传感器，产生反馈信号形成位置闭环；本系统中还装有冷却器、加热器、压力继电器等自动控制报警装置。2.2 伺服系统的设计步骤2.2.1 进行负载匹配所谓负载匹配：是指伺服系统的驱动特性与负载特性的相互联系的安排，伺服系统的驱动特性为所表达抛物线4v= （2） 式中 A活塞的有效面积（m2）f缸的总推力（N）v运动速度m/sPS供油压力 (Pa)QNL伺服阀无载流量（m3

26、）伺服系统的负载特性为所表达的椭圆5 kf=±mm =b （3）式中 b阻尼系数(N·/m)f所需的推力（N）k负载弹簧刚度（N/m）m移动质量（kg）v运动速度（m/s）振幅（m）原频率（rad/s）进行负载匹配时，要把两条曲线画在同一个f-v或P-Q平面上，并令驱动特性包围负载特性。进行负载匹配的目的是要确定液压泵站、液压缸、电液伺服阀等部分基本参数。2.2.2 选定电液伺服阀和伺服放大器选择电液伺服阀时考虑以下因素：供油压力:所选伺服阀的供油压力不得低于系统的供油压力；额定流量：选择伺服阀时要使阀的额定流量留有一定的余量；固有频率:伺服阀的90度相位频率宽至少应为系统

27、频率的三倍；设计液压泵站、分析系统动态性能、系统调试以上伺服系统的具体设计步骤将在以后几章中具体进行。3 液压系统的计算及元件的选择3.1 液压缸基本参数的确定与计算3.1.1 控制模式分析由于压下力很大，且精度和稳定性要求很高。因此，APC系统一般采用三通阀不对称控制模式，既用四通伺服阀当三通阀用，压下缸活塞腔受控，活塞杆腔恒定低压。低压（0.5MPa-1MPa）的作用是轧制时防止活塞杆腔空吸并吸入灰尘；换辊时使活塞杆腔的压力为36MPa用于快速提升压下缸。压下缸的位置在上支撑辊轴承座与压下螺丝（或牌坊顶面）之间时，压下缸倒置。即活塞杆不动，缸体动。这样的好处是使接触面积变大且稳定性好，但在

28、快抬时压力增大。3.1.2 压下缸参数的确定系统供油压力Ps:因压下力很大，为避免压下缸尺寸、伺服阀流量和供油系统的参数与尺寸的过大，拟取经济压力。考虑到液压元件及伺服阀的额定压力系列，并考虑到可靠性和维护水平：取Ps28MPa。负载压力Pl:由于压力很大这里不可能按常规即最大功率传输条件取Pl=2/3Ps； 12但它也不能过大，应保证伺服阀上有足够的压降，以确保伺服阀的控制能力。2PlPs18.67MPa18Mpa 3压下缸行程S：压下缸行程可根据来料最的厚度、压下率、成品最小厚度及辊隙状态的过钢要求等加以确定，取S=75mm。压下缸背压Pr:压下控制状态，取Pr=1MPa。活塞直径D和活塞

29、杆直径d的确定:压下力5： F=AcPlArPr （4） Ac活塞腔工作面积Ar活塞杆腔工作面积Ac令面积比6： = Ar得: Ac=F （5） (PlPr/)由F=6000KN,Pl=18MPa,Pr=1MPa,并取4 5000×10332得： Ac=281.69×10m61×1018×1064则 D=59.90×102m圆整D,取D=700mm则 d=D-100=600mm 由以上各式可得到：11Ac=D2=×3.14×(700×103)2=3846.5×104m2 4411Ar=d2=×3

30、.14×(600×103)2=2826×104m2 443.2 伺服阀的选择3.2.1 伺服阀的简介电液伺服阀是电液伺服系统的关键元件，它既是系统中电气控制部与液压执行元件之间的接口，又是实现用小信号控制大功率的放大元件。它具有控制精度高、响应速度快、体积小、以及能够适应连续信号控制和脉冲信号控制等优点。电液伺服阀的特点直接影响整个系统的特性，应得到设计者的高度重视。电液伺服阀又是各类液压元件中最精密、最贵重、最娇气的元件，对系统的实施与运行，特别是对油液的污染的控制，提出极严格的要求。电液伺服阀的作用是微弱的电气信号取控制功率较大的液压输出（压力和流量）。其主要

31、参数有供油压力、额定流量和额定电流。一般可以把电液伺服阀看成振荡环节，它的频带宽度和阻尼比影响系统的动态特性。3.2.2 伺服阀参数的确定负载流量由关键工作点的负载速度Vl及负载力FL确定伺服阀的负载流量qL和负载压力Pl：qL=VlAC=3×103×3846.5×104=69.24L/min取Pl21MPa伺服阀的输出流量qv：qv应根据所需的负载流量qL留出15的余量进行估算选定。需要快速应好的情况需要留出30左右的余量。即：qv=(1.15-1.30) qL取 qv(1.15-1.30)qL（79.8-90.0）L/min由qL和qv计算在供油压力为Ps时的

32、伺服阀空载流量：q0=qvps28=qv pspl2821=（159.6-180.0）L/min将qo换算成伺服阀样本上规定的额定供油压力Pn下的空载额定流量qn8：qn=q 取Pn21MPa 则 qn(138.2-155.9)/min选定伺服阀的规格：查样本选伺服阀时，应满足两个条件:系统的供油压力在伺服阀样本规定的“供油压力范围内”；伺服阀的额定流量应在计算所得qn中选取，过大伺服阀会导致系统精度及性能的下降，阀的价格也高。根据这两个条件，从样本上选取力士乐公司系列机械和电反馈二级伺服阀，型号10：4WSE2ED16-2X150B8ET315K8EV基本参数：额定流量： qvn（P=7MP

33、a）150L/min回油压力： 峰值压力<10,静态<1工作压力： 1031.5MPa每个线圈额定电流：In= 50mA信号类型： 模拟液压油：符合DIN51 524标准的矿物油（HL,HLP）使用环境温度： 20603.3 泵与电机的选择3.3.1 液压泵简介泵时液压系统的动力源。要选用能适应执行器所要求的压力发生回路的泵，同时要充分考虑可靠性、寿命、维修性等以便所选的泵能在系统中长期运行。选择液压泵时要考虑的因素有工作压力、流量、转速、定量、变量方式、容积效率、自吸能力等，还要考虑与液压油的相容性、尺寸、重量、经济性、维修性。液压泵输出压力应是执行器所需压力。强调安全性、可靠性

34、时，还应留有较大的余地。样本上的最高工作压力是短期冲击时允许的压力。如果每个循环都发生冲击压力，泵的寿命显著缩短，甚至泵会损坏。液压泵的输出流量应包括执行器所需的流量、溢流阀的最小流量、各元件的泄漏量的总和、电动机调转引起的流量减少量、液压泵长期使用后效率降低引起的流量减少量。压力越高、转速越低则泵的容积效率越低，变量泵排量调小时容积效率降低。泵的总效率对液压系统的效率有很大的影响，应选择效率高的泵，并且使泵工作在高效区。转速关系着泵的寿命、耐久性、气穴、噪声等，最好是在与用途相适应的最佳转速下使用。特别是用发动机驱动的情况下，油温低时若低速时吸油困难；而高速下则要考虑产生气蚀、震动、异常磨损

35、、流量不稳定等现象的可能性。用定量泵还是变量泵，需要仔细论证。定量泵简单、便宜、变量泵复杂、贵，但节省能源。变量泵的变量机构有各种形式。电磁阀控制、顺序阀控制、电磁比例阀控制、伺服阀控制等。就控制结果来说，有比例变量、恒压变量、恒流变量、恒扭矩变量、负载传感变量等。变量方式的选择要适应系统的要求。3.3.2 液压泵的选择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、转速和效率。一般在固定设备系统中，正常工作压力为额定压力的80左右；要求工作可靠性较高的系统或运动设备，系统的工作压力为泵的额定压力的60左右。泵的流量又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

36、宜同时使用。 15主泵及电机的选择确定液压泵的最大工作压力PP:PPP1+P （6）P1缸的最大工作压力为21MPaP从液压泵出口到液压缸或马达入口之间总的管路损失。管路简单，流速不大的取0.20.5MPa;复杂管路取0.51.5MPa。此处取 P1MPa确定液压泵的流量qvp：多个液压缸同时工作时，泵的输出流量11为：qvpK(qvmax)K系统泄漏系数 取1.11.3，此处取K=1.1qvp1.1×300=330L/min按系统中拟立的的液压泵形式，选择液压泵的规格：根据以上求得的PP和qvp值，从样本中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工

37、作压力大2560，泵的额定压力为：PN=26-34MPa（高压系统取小值，低压系统取大值）则，从样本中查得，选用了力士乐公司的轴向柱塞泵：A4VSO250DR/30R-PPB13N00N性能参数： 排量：250ml/r 额定压力：35MPa最大压力：42MPa 最大转速:1900r/min最大流量：375L/min 最大功率：277 KW确定液压泵的驱动功率及电机的选择：工作循环中，若液压泵的压力和流量比较稳定，液压泵驱动功率12有下式计算：P=PPqp （7） PPP系统的最大工作压力 为28MPa;qp液压泵的最大流量 为375L/minP液压泵的效率 取0.85则 PP205.8KW由样

38、本查取得：Y系列电动机,型号：Y315M2A-4B35性能参数：额定功率：220KW 转速：1480r/min 效率：92辅泵及其电动机得选择辅泵主要是给主泵供油、压下缸在压下时为有杆腔背压，同时使油箱中得油液强制冷却。考虑到排量问题，所以选择柱塞泵。取泵的工作压力1MPa,流量要满足于主泵的吸油，选择A2FLO25063R-PB06性能参数： 排量：250ml/r 最高转速：1500r/min最大允许364 l/min流量364 l/min最大功率219KW1.5×364×1000电机功率：PP= =10.7KW 60×0.85选择Y系列电动机：Y160L1-4

39、B35性能参数：额定功率：15KW 转速：1460r/min 效率：883.4 联轴器的选择通过弹性连接可以防止泵的震动传给其它元件，并且也可以避免泵的震动加剧。所以选择NL型弹性柱销联轴器 P主泵联轴器：T=9550=9550×220÷14801419.6N·m N考虑到电机和泵的轴颈则选择 NL7 额定转矩：6300 N·m P辅泵联轴器：T=9550=9550×15÷1460=98.1 N·m N则选择 NL3 额定转矩：630 N·m3.5 液压阀的选择根据系统的工作压力和通过阀的最大流量选取。控制阀的流量

40、一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20以内的过流量。安装方式的选择：是指液压阀与系统的进出油口的连接型式。有三种：螺纹连接（适合系统简单、元件少、装置宽敞的场合），板式连接（适合系统较复杂、元件较多、且安装较紧凑的场合），法兰连接（一般用于大口径的阀）。选阀之前要对回路进行设计，液压系统的设计是整个机器的一部分，它的任务是根据机器的用途和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后根据参数来选择液压元件的规格和进行系统的结构设计。液压传动系统的设计比较复杂，因为设计同一个系统尽管需要元件的品种和数量相等，而选择的规格和安放的位置不

41、同时，对这个系统的功率利用，油温上升的快慢 17和效率高低均有显著差别。主要取决于控制元件的摆放位置与选用是否适当有密切关系。只有对各类液压元件的结构、工作原理和安装要求有进一步的了解和对它们的特性有足够的认识，基本掌握其动作特点，再去设计液压传动系统时，才不会感到困难，比较容易设计出控制和速度控制等各类传动系统。液压传动系统分为开环和闭环两种形式。开环系统：液压泵从油箱内吸油，经过控制部分将高压油输送到工作机构，低压油从工作机构又流回油箱。闭环系统：油泵吸油管直接与执行元件的回油管连通，形成一个封闭的循环系统。元件均有内部泄漏，要损失一部分液压油。为补偿漏油，必须设置一组较小型的辅助供油装置

42、，这样一来系统的组成比较复杂，散热条件不好，因此不宜采用。3.5.1液压系统的组成设计一个完整的液压传动统，总要有以下各部分组成：（1）动力部分：将原动机的机械能转换为流体介质压力能的元件，即液压泵。（2）控制调节部分：他们对系统内的流体起着流动、运动速度和压力进行控制，这就是液压阀。（3）执行部分：将流体介质的压力能转换为机械能的元件，也就是液压缸或液压马达。（4）辅助部分：液压传动除元件以外，还要有一些辅助设备和附件等，如油箱、滤油器、连接件、梳头观和压力表。（5）工作介质、液压油或乳化液。3.5.2 液压传动回路设计回路设计时要注意压力测量点的合理选择。当液压系统总有多个执行元件时，有时

43、要采用防干扰回路。设计想法：为保证伺服阀正常工作，需要在其前回路加高精度滤油器滤油，加蓄能器减少脉动及元件同时动作时对其影响：为防止压力冲击对泵的影响，在其回路前加的单向阀：为保证整个系统正常工作防止因压力过高造成元件破损，加溢流阀，保证整个系统不超压，此外溢流阀起安全作用。此外，为减小压力脉动对伺服阀的影响，通常在阀前加装以小型蓄能器；因为液压缸为运动部件，其余系统的连接应为软管及方便更换的快管接头；大型蓄能器为了充气方便应用截止阀与系统管路连接；为了保护压力表，应在其前端加带阻尼孔的压力表开关；为了提高泵的寿命，在进油口要加吸油滤油器；其附属元件如液位计、温 18度计、加热器、空气滤清器；

44、因为各元件及系统管路需要清洗，所以特别设计附属冲洗机构。综合考虑，系统原理图可具体表示如下图：图4 系统原理图Fig4 System principle diagram3.5.3 电磁溢流阀的选择电磁溢流阀式电磁换向阀与先导式溢流阀的组合，用于系统的多级压力控制或卸荷。为了减少卸荷时的液压冲击，可在电磁阀和溢流阀间加缓冲器。在液压系统中，溢流阀可作定压阀，用以维护系统压力恒定，实现远程调压或多级调压；作安全阀，防止液压系统过载；作制动阀，对执行机构进行缓冲、制动；作背压阀，给系统加载或提供背压；它还可以与电磁阀组成电磁溢流阀，控制系统卸荷。电磁溢流阀除了具有溢流阀的基本功能外，还应满足以下要求

45、13：建压时间短;具有通电卸荷或断电卸荷的功能；卸荷时间短和无明显液压冲击；具有内控加载和外控多级加载功能。根据实际压力和流量选用溢流阀： 泵出口作为卸荷阀用： 主泵出口：DBW20A-15X/315-EG24N9K4辅泵出口：DBW20A-15X/50-EG24N9K43.5.4 电液换向阀电液换向阀由电磁换向阀和液压换向阀组成。其中电磁换向阀起先导控制作用，液动换向阀控制主回路，电液换向阀主要是用于流量超过电磁换向阀的工作范围的液压系统中，对执行元件的动作进行控制或对油液的方向进行控制，其功能与电磁换向阀相同。电液换向阀的控制油可由主油路提供。因此在使用电液换向阀时，应注意控制油的压力能否

46、满足换向阀换向要求。另外，采用内部回油时，电液换向阀T口的回油背压不能超过起先导作用的电磁换向阀所允许的最大回油背压。根据实际的压力和流量选：4WEH227X/OF6AG24N9ETK43.5.5 减压阀减压阀是输出压力低于输入压力，并保持压力恒定的控制阀。对减压阀而言，除了与溢流阀有类似的特性外，还要求其减压的稳定性好，即入口压力变化引起的出口压力变化小，同时，还要求通过阀的流量变化引起的出口压力变化要小。本系统中选用了一种减压。根据需要和系统的压力选用：DR20-4-5X/100YM3.5.6 单向阀的选择单向阀的功能是只允许油液向一个方向流动，而不允许反向流动。因此，在性能上应满足以下各

47、点要求：保证油液正向流动时阻力小,即压力损失小;油液不能反向通过，即反向应泄漏或极微量泄漏；工作时无冲击或卫生。单向阀的开启压力取决于内装弹簧刚度。一般来说，为减小流动阻力可使用开启压力较低的单向阀。但是用于保持电液换向阀的控制压力或马达背压时，应使用开启压力高的单向阀。过滤器旁通的单向阀，其开启压力由虑芯堵塞压力确定。当流过单向阀的流量远小于额定流量时，单向阀有时会产生震动。流量越小，开启越高，油中含气越多则越容易振动。根据流量和压力选择：主泵入口单向阀： DF-B32K3.6 液压辅件的计算与选择3.6.1 蓄能器的选择蓄能器1概述：蓄能器在液压装置中用来存储压力油，并根据需要放出所存储的

48、液压油去做功，作为泵的辅助动力源而高效地利用起来，或者短时间内得到大大超过泵的容量的流量。此外，也可以用来吸收泵的脉动或管路中阀门快速关闭引起的压力冲击。蓄能器的主要功能是存储能量、消除脉动和缓和冲击。存储能量：可以用蓄能器存储泵所排出的油液，然后向系统间接快速放液。由于蓄能器协助泵工作，故可以用比正常选小一点的泵；冲击阻尼：阀门的快速开闭能在液压系统中引起冲击波。这种冲击波能引起管子、软管和其它元件的振动、噪声、损坏和过早的失效。蓄能器具有吸收这些冲击波的功能；摩动阻尼：可以用蓄能器来阻尼泵所引起的冲击和脉动，保护液压系统免遭冲击和振动之害，并消除噪声。管式蓄能器对于脉动场合最为有效；背压：

49、与液压缸合用的蓄能器可用来吸收缸的能量，起背压的作用；补油:可用蓄能器补充由于泄漏、降温或油液体积的变化引起的油液损失。蓄能器的确定蓄能器的选择涉及到两项任务：首先确定正确的蓄能器的类型，然后选择蓄能器的容量、允许的压力和规格。隔离式充气蓄能器是最常见形式，这类蓄能器自成一套，尺寸小、重量轻、响应快、容易维修、稍贵。把气体与油液隔离的隔离件可以是活塞、气囊、或隔膜。活塞式蓄能器是圆柱形的，一端冲以高压气体另一端存储液压油，气液之间有浮动活塞隔离。隔膜式蓄能器往往是球形的，以最小的尺寸和重量造成很大的油液容积。飞机上就是用的这种蓄能器。皮囊式性能气有带球面峰头的圆柱形外壳，壳内有橡胶皮囊。气体被

50、封在皮囊里，油液存储于皮囊外周围的空间里。壳体上端有往皮囊里充气的气阀，壳体下端是油液进出的油口，油口处有保护皮囊防止它鼓出壳体的菌形阀。蓄能器的容积的大小和它的用途有关。由于在液压系统中，考虑到系统设备的造价及系统在不同间断的运作情况，再根据系统流量来选择与其流量相匹配的泵，因为执行元件中的各种工作缸在工作时所需流量绝大部分小于泵的排量。只有极少数工作缸在短时间内所需要的流量超过了泵提供的流量。考虑到这中情况，可选用蓄能器来补偿这部分能量供应，这样一来，既满足了系统的需要，又降低了成本。蓄能器使用注意事项蓄能器要设置在远离热源的地方，要用卡子、脱架之类把蓄能器牢固地固定在壁面或架子上，使蓄能

51、器不受振动和过大的应力。与液压回路的连接口处应设置单向阀。这是为了便于维护，或者在使用多个蓄能器时使流量均等。当多个蓄能器用于一个蓄能器回路时，要布置成使蓄能器在同样的工作条件下使用。只准用氮气冲入蓄能器。要在临近使用之前才充气。充气后一周内至少检查一次气压，如果没有异常则以后每隔三个月检查一次气压。在充气阀上接上带气压标的充气工具，然后打开充气阀，既可从气压表上读出气体压力。但是用这种方法每检查一次就要放掉气体，所以不宜用于容积小的蓄能器。有一种方法可以避免气体的损失，在蓄能器油口端间接检查气压的方法。在系统停机后，再慢慢打开截止阀把蓄能器中的压力油逐渐放回油箱的同时，注意观察接在蓄能器油口

52、端回路中的压力表。压力表先是慢慢地向低压端转动，达到某压力值后急速转到零压。指针转动速度变化的压力读数就是蓄能器的充气压力。在装有蓄能器的液压系统上进行作业之前必须先卸掉系统压力。蓄能器壳体上不允许进行任何焊接和加工。修理不当可能引起严重事故，所以必须把修理的蓄能器送回生产厂进行修理。蓄能器的选择计算本次设计中所选的蓄能器都是气囊式。气囊式蓄能器，空气与油液隔离，油液不易被氧化，尺寸小、重量轻、反应灵敏、充气方便。在系统中蓄能器主要是用来作辅助动力源同时用来吸收泵的冲击和脉动及系统中的冲击（伺服阀前后吸收冲击，以保证伺服阀在稳定的压力条件下工作，而不影响输出）。蓄能器容积的计算吸收液压冲击蓄能

53、器容积计算与管路布置、油液状态、阻尼情况及泄漏大小有关，准确计算比较困难，实际应用常采用以下经验公式14：V0=0.004qP2(0.0164Lt)P2P1式中 q阀口关闭前管道的流量t阀口由开到关闭的持续时间P1阀口开闭前的工作压力P2系统允许的最大冲击压力，一般取P21.5P1L产生冲击波的管道长度吸收脉动蓄能器在一个脉动周期内，吸收瞬时流量高于平均流量的部分，而当瞬时流量低于平均流量时，又将其吸收的流量的全部排除。这个过程中蓄能器来不及 22与外界进行热交换，故可认为是绝热过程。实际应用一般按以下经验公式15计算：pm)p1 (m3) （8）V0=pm1(p2Vdkd(式中 Vd泵单缸排

54、量（m3）P1P2蓄能器最低、高压力Pm平均压力kl指数，单作用泵：0.6kd指数，对于氮气和空气k=1.4蓄能器压力的确定最低工作压力P1应能满足执行机构最大负载工作时所需压力：P1=PimaxPmax式中 Pimax执行机构所需最大工作压力Pmax最大压力损失之和最高压力P2的确定：P2=(1.251.18)P1吸收冲击：吸收系统中产生的液压冲击，以保证伺服阀正常工作。由公式16310m1.4 V0=v20.285 （9）2p0p21p0式中： m管道中流体总质量v流体速度p0充气压力，按工作压力的80%充气p2系统允许最大充气压力经计算：伺服阀前蓄能器：公称容积1L,充气压力18MPa,选 NXQ1-L1/31.5-H 缸被压蓄能器：公称容积1L,充气压力5MPa,选NXQ1-L1/10-H吸收泵的脉动17：pmqdkbp1V0=1pmk1p21k(m) （10） 3式中： qd柱塞泵单缸排量kb系数，不同类型取值不同pm蓄能器设置点的平均绝对压力pm=p1蓄能器脉动的最低绝对压力p2蓄能器脉动的最高绝对压力 p1+p2 2经计算：主泵出口蓄能器：公称容40L，充气压力 18MPa,选两个NXQ1-L25/31.5-H 辅泵出口蓄能器:公称容积40L,充气压0.8MPa,选两个NXQ1-L25/10-H3.6.2 滤油器（过