液压气压传动三级项目

1、液压与气压传动课程三级项目报告 班级：机设2班 小组成员： 刘世伟 薛念普 柯雅伟 刘伟 指导老师：刘涛 完成时间：2016年5月9日 前言液压传动具有多种技术优势，例如功率密度大，配置灵活方便，调速范围大，工作平稳且快速性好，易于操控并实现过载保护，易于实现自动化和机电液的整合，系统设计制造和使用维护方便等，因而已经成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术的应用遍及国民经济各个领域，例如机械制造，能源与冶金工业等。液压技术已经成为包括传动，控制和检测在内的，对现代机械装配技术进步有重要影响的基础技术和基础学科，在我国的

2、机械工业中起到了极大的作用。24目录摘要11.液压传动与液压系统21.1液压传动与液压系统概述21.1.1液压系统工作原理21.1.2液压系统的组成22.课题背景32.1滑动水口的工作原理32.2滑动水口的组成42.3滑动水口分类43.系统要求及参数计算53.1设计参数及要求53.1.1包括主缸，可以打开、关闭水口53.1.2采用阀组冗余设计、蓄能器辅助动力源设计，介质为水乙二醇。53.2负载分析53.3计算前进时间和回程时间63.4负载循环图的绘制73.5液压缸主要参数的确定73.5.1初选液压缸的工作压力73.5.2计算液压缸尺寸84.液压系统图的制定104.1选择液压系统104.1.1调

3、速回路104.1.2换向回路114.1.3锁紧回路124.1.4阀的冗余设计124.1.5蓄能器回路134.2组成液压系统图135.液压传动系统原理分析176.系统性能及工艺过程的分析186.1自动控制186.2手动控制196.3紧急情况197.液压元件的选择197.1确定液压泵规格和驱动电动机功率197.2选择阀类元件及辅助元件217.3选择油管217.4确定油箱油量217.5选择过滤器228.液压系统的性能验算229.心得体会2310.参考文献24摘要滑动水口(Sliding Nozzle，简称SN)系统是冶炼中不可缺少的部分。它是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸

4、中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。滑动水口系统因其可控性好，能提高炼钢生产效率而得到了迅速发展。现在，在钢包、中间包上国内外普遍使用了滑动水口系统。大包滑动水口液压回路控制大包滑动水口的开闭，而大包滑动水口是连铸的关键设备之一，该系统要使滑动水口在一定负载下按给定速度打开与闭合，并能实现点动，以控制水口开度的大小，从而控制钢水流下的速度，同时考虑到突然停电的情况，系统中设置了蓄能器，使系统在泵停止工作时，滑动水口仍能开关两到三次，从而防止钢水在钢包中冷却凝固。关键字： 滑动水口 液压系统 1.液压传动与液压系统1.1液压传动与液压系统概述液压传动相对于机械传

5、动来说是一项新的学科，但是突出的优点是的液压传动成为传动领域的后起之秀。特别是第二次大战后，由于军事及建设需求的刺激，液压技术日趋成熟。近三十年来，由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展，再次将液压技术推向前进，使之在国民经济的各个领域都得到了广泛的应用。1.1.1液压系统工作原理液压传动系统的工作原理液压传动系统是由各种液压元件组成的一套液流循环系统。它先将电动机输入的机械能转变为液体的压力能，通过调节和控制各液压元件的液体流量用以传递压力和工作信号，再借助适当的执行机构将液压能重新转变机械能，以驱动工作机构，实现所要求的各种动作。1.1.2液压系统的组成

6、一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。（1）动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。（2）执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。（3）控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制

7、阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。（4）辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。（5）液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类2.课题背景滑动水口是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制，冶炼中不可缺少的部分。该系统的诞生与应用提高了生产效率，方便了工人操作，调高了钢厂自动化水平。在实际生产中，滑动水口开度需经常调整，动作比较频繁，如果压力不足，水口无法打开或关闭

8、，更严重的是，在浇铸中因事故停浇时，大包水口若不能关闭，将使中间包溢钢而烧毁设备，甚至会造成人身伤亡事故发生。因此，设计合理可靠的大包滑动水口液压系统非常重要。2.1滑动水口的工作原理 滑动水口工作原理是利用安装在钢包底部铁壳外面的两块用耐火材料制成的平板,并依靠机械的力量把两块板靠紧,达到近乎没有间隙的程度。通过外下滑板注孔连接下水口砖。当上、下注口在移动中重合时，钢包内钢水,可通过上水口砖、上滑板、下滑板、下水口砖流出进行浇注作业。当上、下注孔错开时,则注口关闭,浇注作业停止。滑动水口的驱动方式可分为：人力驱动、液压驱动、电动缸驱动、风动缸驱动。钢水包滑动水口液压系统设计来源于某工厂的实际

9、工程，鉴于钢包的高温和恶劣的工作环境以及随着钢包的不断增大，使人为控制滑动水口越来越困难，从而诞生了液压驱动的滑动水口机构。2.2滑动水口的组成 滑动水口一般由驱动装置、机械部分和耐火材料部分（即上下滑板、下水口）组成，耐火材料由座砖、上水口座、上滑板、下滑板、下水口砖组成。2.3滑动水口分类(1）按滑板移动方式分为：往复式单水口往复式:上下滑板直线、往复平行移动。双水口往复式:下滑板安装两个不同口径的注口,轮换使用。三滑板往复式:用于连铸中间包,上、下滑板不动,只动中间滑板。(2）按驱动方式分人力驱动:我国有些中小钢厂滑动水口仍用人力驱动。液压驱动:利用液压站,通过液压油缸进行驱动,在国内和

10、国外应用较为普遍。电动缸驱动:利用电动缸在钢包上驱动,电源由吊车送下插头和钢包上电动缸相接通即可驱动。风动缸驱动:利用压缩空气连在钢包的气动缸上,就可以驱动,现只在停电时偶尔驱动。3.系统要求及参数计算3.1设计参数及要求3.1.1包括主缸，可以打开、关闭水口主要参数如下：负载力KN负载质量Kg静摩擦力N动摩擦力N往返加减速时间s前进速度mm/s回程速度mm/s行程mm主缸20500400020000.220302003.1.2采用阀组冗余设计、蓄能器辅助动力源设计，介质为水乙二醇。3.2负载分析工作负载：惯性负载：静摩擦阻力： 动摩擦阻力：由此可得出液压缸在各工作阶段的负载，见表：工况计算公

11、式液压缸负载F/N液压缸推力起动40004444加速22502500工进2200024444反向起动40004444加速22502500后退200024444制动17501944注：液压缸的机械效率取。3.3计算前进时间和回程时间前进时间回程时间3.4负载循环图的绘制3.5液压缸主要参数的确定3.5.1初选液压缸的工作压力压力的选择要根据载荷的大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体参考下面表格选取：由于液压缸的最大推力为24444N,初选液压缸的工作压力为载

12、荷/KN<5510102020303050>50工作压力/MPa<0.811.522.53344553.5.2计算液压缸尺寸为了使回油路存在背压,可以采用回油节流调速回路或在回油路上装背压阀。经查阅可知：系统类型背压力/Mpa简单系统或轻载节流调速系统回油路带调速阀的系统回油路设置有背压阀的系统用补油泵的闭式回路回路较复杂的工程机械回油路较短，且直接回油箱可忽略不计初取背压力最大负载是在工作进给阶段，采用无杆腔进油，选取液压缸杆径比：按工作压力选取：工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7取。因此液压缸活塞的受力平衡方程为经过查找则取

13、，则活塞杆直径尺寸标准值，如下表：418451102805205012532062256140360825631604001028701801232802001436902201640100250的尺寸需要进行圆整，正好取50mm。计算液压缸的无杆腔和有杆腔的实际有效工作面积：反过来计算液压缸的工作压力为：计算出液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的实际值见表：工况负载/N液压缸计算公式回油腔压力输入流量q/（L/min）进油腔压力输入功率前进启动4444-22-加速2500-30-匀速24444109.48410.60回程启动4444-22-加速25008-30-匀速244441010.

14、62410.724.液压系统图的制定4.1选择液压系统4.1.1调速回路液压回路在选择时，应首先选择调速回路。调速回路的选用主要考虑以下问题：执行机构的负载性质、运动速度、速度稳定性等要求：负载小，且工作中负载变化也小的系统可采用节流阀节流调速；在工作中负载变化较大且要求低速稳定性好的系统，宜采用调速阀的节流调速或容积调速；经济性要求：节流调速回路的成本低，功率损失大，效率也低；容积调速回路因变量泵、变量马达的结构较复杂，所以价钱高，但其效率高、功率损失小。该液压系统功率小，工作负载小，可以选用进油路节流调速，为了能承受一定的负值负载，使回油路上存在背压，运动平稳性好，应该在回油路上加一个背压

15、阀。并且在启动时关小节流阀即可避免启动冲击。节流调速回路，结构简单，价格低廉，但是有节流损失和溢流损失，损失能量较多，系统效率较低。只适合在负载变化不大，低速，小功率场合，如某些机床的进给系统中。系统油路循环形式有开式和闭式两种。这主要取决于系统的调速方式：节流调速、容积节流调速只能采用开式系统，容积调速回路多采用闭式系统。故本系统采用开式系统。在一个工作循环过程中，该液压系统中前进和回程的两个阶段，流量相差不多，并且速度相差不大，从节省能量的角度来看，只需要采用单个定量泵供油即可。4.1.2换向回路采用换向阀可以使执行元件换向，常见的有三位四通换向阀的换向回路，以及三位三通的电磁换向阀的换向

16、回路。三位换向阀的滑阀机能能直接影响执行元件的工作状态，不同的滑阀机能能可满足系统不同的要求。本系统采用三位四通换向阀实现液压缸的换向，具体为电磁换向阀和手动换向阀。采用Y型中位机能，P口封闭，A、B、T口相同，泵不卸荷。换向阀Y型中位机能时液控单向阀的控制油路立即失压，单向阀才能关闭，定位锁紧精度高。4.1.3锁紧回路需要使液压缸活塞在任意位置停止，并防止其停止后窜动。三位四通换向阀中位O型或M型滑阀机能可以使活塞杆在任何位置停止，但由于滑阀有泄漏，能保持停止位置不动的性能不高，而本系统对锁紧要求较高，因而用两个液控单向阀构成液压锁作为锁紧元件，换向阀中位时活塞可以在行程的任何位置锁紧。4.

17、1.4阀的冗余设计冗余设计是指通过重复配置某些关键设备或部件，当系统出现故障时，冗余的设备或部件介入工作，承担已损设备或部件的功能，为系统提供服务，减少随机事件的发生。该机械系统的关键设备是阀以及锁紧回路，所以进行重复配置，一般时不工作，只有故障时才进行工作。4.1.5蓄能器回路蓄能器的作用是将液压系统中的能量贮存起来，在需要时重新释放出来。可以作为紧急动力源。该液压系统要求在液压泵发生故障或停电或在停止工作后，执行元件仍需完成必要的动作或供应必要的压力油，此时适当容量的蓄能器可以作为紧急动力源，使泵停止工作时，滑动水口能够立即关闭，避免事故的发生。4.2组成液压系统图在所选定的基本回路的基础

18、上，考虑其他一些相关因素，组成了两组供油方案液压系统图。第一组：第二组：进行分析比较：第一组：采用单缸系统，并利用液压锁和换向阀中位锁紧，使活塞杆可以在行程的任何位置都能够停止，而且能较长时间的保持在锁定的位置上。采用了进油路节流调速回路加背压阀的结构，既保证了运动的平稳性，也避免了启动冲击，背压阀使得活塞能承受一定的与运动方向相一致的切削力，停留时便于利用压力继电器发出信号。而且在液压缸中不至于出现较大的压力。系统简单易实现，价格低廉，相比于双缸来说，占用的空间较小。采用了冗余设计，以防故障的发生。第二组：采用了双缸系统，液压锁和换向阀中位锁紧，使活塞杆可以在行程的任何位置都能够停止，而且能

19、较长时间的保持在锁定的位置上。从动缸采用差动连接，并靠主动缸推动滑动水口为从动缸提供机械力，使从动缸运动，在主动缸停止运动时，从动缸可能会在惯性作用下继续运动，从而造成滑动水口的开度定位不精确，且此系统复杂，占用空间较大，使系统搭建、调试以及发快的设计变得复杂。经过综合考虑之后，选定的方案为方案一。明细栏：5.液压传动系统原理分析1、液压泵：液压泵是液压系统的动力元件，是靠发动机或电动机驱动，从液压油箱中吸入油液，形成压力油排出，送到执行元件的一种元件。2、过滤器：过滤器是输送介质管道上不可缺少的一种装置，通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀 ,方工过滤器其它设备的进口端设备。过滤器由筒体、不锈

20、钢滤网、排污部分、传动装置及电气控制部分组成。3、直动式溢流阀：直动式溢流阀是作用在阀芯上的主油路液压力与调压弹簧力直接相平衡的溢流阀，在液压设备中主要起定压溢流作用，稳压，系统卸荷和安全保护作用。4、三位四通换向阀：三位四通换向阀是具有三个阀芯工作位置和四个油口的方向控制阀。是实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。5、单向节流阀：是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵液压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁

21、路节流调速系统。节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。6、液压锁：由两个液压单向阀并联构成，当中位机能时，可以进行双向锁紧。7、蓄能器：蓄能器的作用是将液压系统中的能量贮存起来，在需要时重新释放出来。可以作为紧急动力源。8、压力继电器：压力继电器是一种压力-电信号转化元件，通常由压力-位移转换部件和微动开关两部分组成。当被控压力达到设定值时，电气微动开关动作，从而发出通或断的电信号来控制系统的有关动作。6.系统性能及工艺过程的分析6.1自动控制三位四通电磁换向阀4处于中位时，两个液控单向阀构成液压锁，实现双向锁紧。换

22、向阀4处于左位时，形成进口节流调速回路。压力油经过电磁换向阀4、液控单向阀、单向节流阀进入液压缸无杆腔，无杆腔通过单向阀、液控单向阀、电磁换向阀4直接接回油箱。液压缸活塞杆向右前进，带动滑动水口下滑板向右移动，水口关闭。调节单向节流阀的开度，可以调节滑动水口打开与关闭的速度。同理，当电磁换向阀4处于右位时，液压缸活塞向左移动，滑动水口打开。通过对压力继电器的设定，当滑动水口完全打开后，继续进入液压缸有杆腔，压力升高，压力继电器发出信号，电磁换向阀动作，切换到中位，液压缸锁紧。同理，水口完全关闭时，液压缸无杆腔压力升高，压力继电器发出信号，电磁换向阀动作，切换到中位，保证液压缸锁紧，以免事故的发

23、生。6.2手动控制设置此回路是因为自动控制回路不稳定，长时间使用可能失效而影响生产。设置手动控制回路以作备用。工作原理和手动自动类似。6.3紧急情况当出现停电紧急情况时，泵停止工作，电磁换向阀4和手动换向阀3均处于中位，电磁换向阀5处于左位，此时由蓄能器17提供压力油，压力油经过电磁换向阀5到达液压缸左腔，推动活塞杆向右快速移动，滑动水口快速关闭，蓄能器的能量是有限的，且已事先选好，保证关闭后左腔的压力不会一直升高，避免事故的发生。动作顺序表：动作顺序1YA2YA3YA4YA5YAKP1KP2前进+-+-右停留-+-回程-+-+-左停留-+-+7.液压元件的选择7.1确定液压泵规格和驱动电动机

24、功率液压缸的最大工作压力为4.18Mpa,取进油路上的压力损失为0.8pa，则定量泵的最大工作压力为。可知液压泵向液压缸提供的最大流量为，由于系统存在泄露，如取泄漏量，则供油量为：查阅产品目录，为使液压泵有一定的压力储备，所以泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%60%。最终确定为YB-D16型定量叶片泵。具体参数如下：注：生产厂家为上海液压件厂。泵的流量值驱动机的功率为：电动机的选择范围包括：电动机的种类、类型，容量、额定电压、额定转速及其各项经济指标等。而且对这些参数要综合进行考虑。选择电动机的容量是电力传动系统能否经济和可靠运行的重要问题。如果电动机容量大小，长期处于过载运行。造成电动

25、机绝缘过早地损坏；如果容量过大，不仅造成设备上的浪费，而且运行效率低，对电能的利用不经济。因此，选择电动机时，首先应是在各种工作方式下选择电动机的容量。根据前面求出来的电动机的功率可以得出液压泵需要1.39KW以上功率的电动机。根据一般设计的需要，一般采用Y系列小型笼型异步电动机，适用于传动无特殊性能要求的各种机械设备。按产品目录选用Y100L-6型电动机，其功率为1.5KW，转速为1000r/min。7.2选择阀类元件及辅助元件根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的实际流量选出元件的型号规格序号元件名称通过阀的实际流量（L/min）型号规格1定量叶片泵YB-D162三位四通电磁

26、换向阀9.48BG243溢流阀3YF-B10B4过滤器20XU-20-1805三位四通手动换向阀9.484WMM6J506两位四通电磁换向阀10AG247单向阀161-25B8压力继电器JCS-02N9压力表开关Y25010单向节流阀9.48SRCG-0611蓄能器截止阀10XJF-32/107.3选择油管各元件间连接管道的规格按元件接口尺寸决定，管道尺寸由管路装配图决定。7.4确定油箱油量系统类型行走机械低压系统中压系统液压机械冶金机械12245761210按经验公式计算，此系统属于中压系统，即。7.5选择过滤器过滤器装在了泵的入口处和回油路上，防止吸油时将较大颗粒的杂质吸入泵中，滤去流入油

27、箱以前的污染物，为液压泵提供清洁的油液。水乙二醇为工作介质，选择清洁度为17/15/13，考虑到系统工作的高温环境，及系统的故障可能威胁设备及人员安全，目标清洁度再增加一级，选择16/14/12.由于钢厂环境较差，但系统所用缸较少，故选环境等级为5级。经过查找产品目录，型号为XU-20-180。公称流量为20L/min，过滤精度为180m。8.液压系统的性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及连接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发

28、热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。油液温升试验：主要进程为前进和回程，占用的时间比重较大，可以用前进的情况来计算系统发热和油液温升。近似认为损失的功率都转变成热量，前进时的液压缸的有效功率为：总的输入功率为：由此得液压泵发热量为：油液温升近似值为：温升没有超过允许范围，液压系统中不需设置冷却器。9.心得体会刘世伟：我在这次项目中主要负责方案的确定与分析、理论计算及报告的编写工作。经过这些天的努力，项目终于完成。回想我们做项目的过程，可以说是难易并存的。所以此次项目对于我们来说，既是一次小小的挑战，又是对我们在液压与气压传动所学知识的测验。大家齐心协力完成了这次的项目，让我深深体会到了团队的力量。在这次项目中最深刻的印象还是对专业知识的精通。最后项目成功的完成了，在这个过程中出现了很多的问题，在同学们的齐心协力下一个一个地克服了，团队的努力以及来自其