【《森吉米尔二十辊轧机液压控制系统设计案例》6400字】

III森吉米尔二十辊轧机液压控制系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u25872森吉米尔二十辊轧机液压控制系统设计案例 1123271.1液压传动概述 191321.2液压调控系统工况分析 1267301.2.1液压系统压下调整 290181.2.2液压系统辊形调整 3253111.3液压系统主要参数确定 3292171.3.1初步确定液压缸工作压力 3159911.3.2计算液压缸的工作面积和流量 4320181.4液压系统原理图的设计 5247301.1.1选择液压执行元件 5310791.1.2选择液压泵类型 6165181.1.3选择调压方式 6254791.1.4选择换向回路 6191021.5计算和选择液压元件 6147141.5.1液压缸选型 68181.5.2液压泵的选择 769301.5.3电动机的选择 932101.5.4联轴器的选型 911011.5.5阀的选型 946591.5.6蓄能器 10153281.5.7回油过滤器的选型 11276251.5.8油箱设计 1279501.5.9冷却器的选型计算 1373101.6amesim液压系统原理图 15森吉米尔二十辊轧机的辊系调控，是通过液压系统实现的，所以，在此对液压系统进行原理设计。1.1液压传动概述 液压传动就是利用液压介质，根据其特性，将它的高压压力能转换为其它形式的能量，包括驱使机械设备运动的机械能等其他形式的能量形式。s一个完整的也液压系统主要包括各种液压阀、油箱、执行机构等组成。1.2液压调控系统工况分析我们在设计液压系统的时候，首先要确定主机对液压系统所提出的工作要求，包括以下具体要求：主机的动作。主机的动作就是指要实现的动作，使指定的执行机构运动，从而实现功能。主机要实现的性能。主机的性能是指系统中的执行元件，在各工作阶段所需的力、动作周期、调速范围、速度平稳性和速度的大小等，上述各参数都要有参考的数据。对于某些要求较高精度、自动化程度较高以及较高生产率的主机，我们还要确定更加准确的动静态指标。液压系统应用的环境条件。温度范围、使用的场地、灰尘状况等，都应该加以注意。液压系统的其他使用要求。如液压系统中各装置在外形大小、质量等方面的限制，以及耗能性、经济性等方面的要求。1.2.1液压系统压下调整轧机的压下调控系统，主要包括两个部分。压下机构主要包括压下油缸、BC背衬辊构成，轧机压下液压缸的双面齿条，通过往复的移动，推动BC背衬辊端部的扇形齿轮的转动，由于BC背衬辊结构，从而带动BC背衬辊整体的上下移动。轧机压下量与双面齿条移动距离的关系曲线，如图4-1所示。图4-1轧机压下量与双面齿条移动距离的关系曲线轧机的调整液压缸和FG背衬辊共同构成了轧制线标高调整系统，液压缸受到高压油的压力作用，作用在推杆的末端，在推杆的末端产生一个推力，使其上下移动，推杆的来回移动,移动的齿条与BC辊的扇形齿轮啮合在一起，所以齿轮转动，又由于齿轮通过键与心轴连接，由于FG背衬辊的偏心环的作用，产生向上或向下的移动。1.2.2液压系统辊形调整辊形调整又称为凸度调整，是由5个凸度液压缸和BC背衬辊上的5组齿轮片共同构成，当BC支撑辊两端的扇形齿轮片固定时，BC支撑辊位置确定，５个凸度液压缸通过推杆的上下移动，来带动齿轮片的回转运动，从而对心轴的凸度进行调控，使其产生挠度变形，对带材板形进行矫正。1.3液压系统主要参数确定1.3.1初步确定液压缸工作压力液压缸工作压力，根据实际的应用场地和使用情况来确定，一般来说，工作压力大一些，可以使液压系统的机构更加紧密排布，液压元件的尺寸也更小，重量也更加的轻，但是成本较高，并导致液压系统的密封更加复杂，而且，由于结构的紧凑，一些介质工作的流道将会缓急，过渡时候有较大的冲击作用，这是液压元件较小所带来的不可避免的缺点；当我们选用的液压系统的压力较小时，那么就会造成选用的液压元件的尺寸较大，所选用的液压缸的内径尺寸变大，导致液压系统中的所有液压元件的尺寸，都将变大，导致系统占用较大的空间，但是，液压的密封将会更加方便。所以，在设计液压系统时，我们要根据实际的工作状况来确定液压系统的工作压力大小，液压系统所选用的液压元件是根据选用的系统工作压力的大小值来确定的，在确定时，可以参考下列所示标准，液压系统设备类型所选用压力的标准，如下表4-1来确定系统工作压力。根据上表，选择系统压力为21MPa。1.3.2计算液压缸的工作面积和流量由于B、C背衬辊两端分别具有一个压下液压缸，根据受力分析可知，单个液压缸所承受的外负载力为辊系外负载里的一半，即（4-1） 由于液压缸的推杆要作用在外负载上面，所以，根据外负载情况，进行计算，可以得到液压缸的有效作用面积为：（4-2） 式中：F—BC背衬辊所承受的外负载力；—液压缸所承受的外负载力；—机械效率，在0.9~0.95之间进行选取；P—液压缸的工作压力。 根据前面所求的轧制力得F=43819N、P=21MPa、=0.9代入上式计算。 根据上式计算得到的结果，可以查阅参考资料，按照选型标准（GB/T2348-1993），液压缸内径尺寸系列，根据标准可以选取液压缸内径值大小为50mm根据计算结果，可以查阅参考资料，按照选型标准（GB/T2348-1993），液压缸内径尺寸系列，取活塞杆外径为32mm根据计算结果，可以查阅参考资料，按照选型标准（GB/T2349-1980），查阅液压缸内径尺寸系列，取活塞杆行程50mm液压缸工作流量 液压缸工作时所需的最大流量为：（4-3） 式中：—活塞的最大运动速度；A—液压缸的有效面积。 计算得液压缸最大流量为：1.4液压系统原理图的设计液压系统原理图表示的是液压系统的工作原理，在液压传动中，每个元件都有相应的符号来进行表达，所以，对于实际比较复杂的液压系统，我们可以使用液压元件符号绘制简单的原理图，通过原理图，液压系统的工作压力将会表达的更加简单，关系更见清楚，方便后续的设计选型。在设计液压系统时，我们一定要注意规范，考虑到实际工作情况中各种状况，符合合理性和经济性。1.1.1选择液压执行元件液压执行元件包括液压马达、液压油缸和摆动液压缸等，位于系统的输出端，直接或间接地驱动系统负载来进行做功。液压马达可以将液压能转变为机械能，其输出参量包括转矩T以及转速n。液压缸做往复直线运动，完成能量转换的装置，从而作用在外负载机械装置上实现往复运动，其输出参量为力F和速度v。在本次设计的轧机的液压控制系统设计中，可以选用液压缸来作为液压执行元件。1.1.2选择液压泵类型液压泵是动力装置，它通过电机带动，一端通过万向联轴器和电机相连接，另一端和油箱连接，电机带动泵吸油，电机转动，赋予输出轴机械能，液压泵将受到的来自电机的机械能，转化为液压系统的液压能。本系统油液压力为21MPa，所以，选择高压柱塞泵。1.1.3选择调压方式溢流阀是压力阀的一类，在液压系统中，它的作用是维持液压系统的稳压性和安全保护液压回路的作用。减压阀是通过调节阀开口的大小，降低进口压力，从而控制出口压力的大小，使出口压力保持在一定的压力阈值上。在本次液压系统的设计中，选用溢流阀和减压阀作为系统的压力调节装置。1.1.4选择换向回路电磁阀是液压系统中一种自动化控制元件，是通过电磁装置来进行控制阀芯的移动，控制阀的开口量。本系统设计中，选择使用的电磁换向阀是三位四通电磁换向阀，它可以在液压系统中控制执行元件的运动方向。1.5计算和选择液压元件1.5.1液压缸选型压下液压缸的选型对压下液压缸进行选型，根据上述对液压缸内径的计算结果，可知，液压缸的相关参数：D=50mm；d=32mm；L=50mm；液压缸最大流量。故选用上海油威液压有限公司，型号为Y-HG1G50/32X50-F1-L1的冶金用液压缸。凸度调整缸的选型根据上述计算过程，可以确定凸度调整缸相关参数：可知D=40mm；d=28mm；L=80mm；。故选用上海油威液压有限公司，型号为Y-HG1G40/28X80-F1-L1的冶金用液压缸。轧制线调整缸根据上述计算过程，可以确定轧制线调整缸相关参数：D=50mm；d=32mm；L=50mm；。 故选用上海油威液压有限公司，型号为Y-HG1G50/32X50-F1-L1的冶金用液压缸。1.5.2液压泵的选择液压泵是能够为液压系统提供相应动力的一种装置，它的工作介质油液是从液压油箱中吸入的，在泵腔内部，形成工作压力油的压力能，送到执行元件，对其产生作用力。根据上述计算可知，液压系统工作压力大小为21MPa，所以，在设计系统时，选用恒压式轴向柱塞泵。柱塞泵较其它液压泵具有使用寿命长、工作参数高，效率高等优点。确定柱塞泵的最大工作压力（4-4） 式中：—系统中的液压缸，工作时的最大压力（MPa）；—液压系统总的管道损失（从入口到出口）；按照已知的经验数据，对液压系统中的管道损失进行选择：由于设计的液压系统流速不大、管路比较简单，所以可以取；对于比较复杂的液压系统，或者是在液压系统中串联有调速阀，可以取管道损失值为。已知=21MPa，根据经验数据取，带入公式计算得柱塞泵的最大工作压力。确定柱塞泵的最大流量总的液压泵出口处输出流量大小应为：（4-5）式中：K—系统泄漏系数，一般取； —同时动作的液压缸最大总流量。得到：确定液压泵的型号根据以上求得的和的和的值，已知拟定为高压柱塞泵，一般额定压力要比最大工作压力大。所以，选择的液压泵的额定压力的大小值为35MPa。确定液压泵的驱动功率（4-6） 式中：—液压泵的最大工作压力（Pa）； —液压泵的流量（）；—液压泵的总效率，参考下表4-2选择。表4-2液压泵的总效率 取，代入计算得:根据以上计算参数选择恒压式轴向柱塞泵，产品型号是A7V40DR1LPF00（北京华德液压公司）。验算液压泵的相关参数 根据以上计算参数选择恒压式轴向柱塞泵，产品型号是A7V40DR1LPF00（北京华德液压公司），产品相关参数如下表4-3：表4-3产品参数额定压力排量流量最大功率重量35MPa40.1mL/r56.4L/min34KW28Kg泵的额定流量56.4L/min≥47.09L/min；泵的驱动功率34KW≥22.073KW。所以，选择的液压泵符合设计要求。1.5.3电动机的选择 根据计算的参数选择电机，型号为Y-225M-4，电机相关参数如下表4-4：表4-4产品参数额定功率额定电流最大转速效率功率因数45KW81.2A1480r/min92.30.881.5.4联轴器的选型根据所选的电机参数，对联轴器所需的扭矩进行计算： 查阅《机械设计手册》第三卷第十五篇联轴器部分，选用GL5F滚子链联轴器，生产厂家为江阴神州联轴器有限公司。滚子链连轴器具有优点：尺寸较小、寿命较长、方便拆卸、有一定补偿能力、成本较低等优点，能够保证准确的传动比，传递功率较大，并且作用在轴上的力较小，传动效率高。1.5.5阀的选型电磁换向阀选型在本液压系统中电磁换向阀主要用于控制液压缸的运动，要求控制准确、反应灵敏、冲击小等特点。因此，选择的型号是“DSG-01-3C2-D24-N1-50”的电磁换向阀，由榆次油研液压有限公司生产，DSG-01-3C2-D24-N1-50的额定流量大小值为63L/min，最高工作压力是31.5MPa。溢流阀选型已知系统最大压力为21MPa，所以产品型号为“DBDS6K”，生产厂为北京华德液压有限公司，其进口最高压力为40MPa，它的出口的最高工作压力可以达到31.5MPa，它的最大流量可以达到50L/min。减压阀选型本液压系统选择的减压阀产品型号为“DR6DP”，生产厂为北京华德液压有限公司，其进口最高压力为31.5MPa，出口最高工作压力为2.5、7.5、15、21MPa，产品的最大流量为60L/min。单向阀选型本液压系统选择的单向阀产品的型号是“S10A1”，S10A1是由上海立新有限公司生产制造的一款单向阀产品，它的出口可以达到的最高的工作压力为31.5Mpa，它的出口开启压力是0.05Mpa，此型号产品的最大流量为40L/min。液控单向阀本液压系统选择的液控单向阀的产品型号为“SL10L4X”，SL10L4X是由上海立新有限公司生产制造的，它的出口最大工作压力可以达到31.5MPa，它的油口最大控制压力可以达到0.5~31.5MPa。截止阀选型本系统中所用到的截止阀主要有本系统中选用YJZQ-J25，该阀生产厂为奉化市朝日液压公司，公称压力为31.5MPa。用于冲洗系统与蓄能器，并且便于诊断维修系统。1.5.6蓄能器蓄能器属于液压系统的辅助元件，它的主要作用是用来除去液压泵工作过程中产生的脉动振动、降低液压系统产生的噪声，蓄能器的充气压力的大小确定可以用以下公式求解，其充气压力为：（4-7）蓄能器在正常工作状态时，最低工作压力的大小，以及最高工作压力值的大小，按照下述公式选择：（4-8）式中—表示的是在液压系统中，处于最末端的液压机械装置的最大工作压力的值（MPa）；—表示是在液压系统中，从蓄能器到最远的液压机构装置的液压系统管道中，油道上所产生的压力损失之和（MPa）。 的边界压力值为，当的值远远小于的时候，它的使用时间可以越长。假如提高的值，增大此蓄能器的有效工作油量，但也将会导致泵站的工作压力变大，由于工作压力变大，所以也将会引起泵站的消耗功率变大，所以，我们在选择蓄能器的型号时，的值的大小应该比液压系统中的液压泵的额定压力要小。蓄能器总容积的计算蓄能器的计算是根据其在液压系统中的作用来确定的，根据蓄能器的作用不同，我们采用的计算方式不同。由于反应时间较快，可视为绝热过程，所以，蓄能器的计算可以根据下述公式得：（4-9） 式中：A—缸有效面积（）；L—柱塞行程（m）；K—与泵类型有关的系数，K=0.023；—充气的压力大小，其取值为系统工作压力的60%；—系统最低工作压力；—系统最高工作压力；n—绝热时取1.4。代入计算得：所以使用蓄能器型号为NXQ1-L2.5/31.5，NXQ1-L2.5/31.5产品的生产厂家为奉化奥莱尔液压有限公司，本产品的公称容积大小为2.5L，它的工作压力大小为31.5MPa，它的壳体结构是小口型，此产品所用的工作介质为矿物油。1.5.7回油过滤器的选型回油过滤器是在液压系统中起到清洁作用的。选择PLF系列的过滤器，型号为“PLF-H60x10”，厂家是黎明液压有限公司，其最大工作压力是32MPa，最大流量是60L/min。1.5.8油箱设计油箱的功用油箱的设计好坏，对于液压系统的工作可靠性具有很大的影响，在液压系统中，油箱主要影响到液压泵的使用寿命，对于它的使用时长将会有决定性的影响。油箱容积的确定选择油箱容积是关键。要确保符合个工作要求。根据经验公式，可以计算得到油箱容积。即：（4-10）式中：V—油箱的有效容积（）；q—液压泵的流量（）；—经验系数，其取值见下表4-5。所以，取，得到：油箱散热校核液压系统中的油液介质功率损失，将会转变为系统的热量，热量需要通过油箱进行散热，计算得油箱的散热面积为：（4-11）式中：—油箱的最小散热面积（）；—油液允许温度与环境温度之差（℃）；—液压系统损失的热功率（W）；K—油箱散热系数[W/()]。不同散热条件下油箱的散热系数见下表4-6：计算得：冶金工业中，液压系统所用的油液介质的温度一般为30～50℃，工作过程中它的温度最大值不超过65℃，温度的最小值不低于15℃。其他设备也有相应的温度要求，它们的允许的温度值在40～55℃。所以，取℃。散热系数K=15W/()计算得到：一般取油箱的高、宽、长之比为，按照使用规定，当液压系统油箱的油液的高度达到油箱高度的80%时，油箱的冷却需要靠自然冷却进行，所以，我们在设计油箱的时候，要使液压系统中的油液保持在所允许的温度以下，所以，计算油箱散热面积时，采用下式。即式中V—液压系统所用的油箱有效容积（L）；A—油箱的散热面积（）。由于散热面积，所以油箱内的油温会超过允许的温度。所以需要装设冷却器。1.5.9冷却器的选型计算根据上述计算结果可知，仅靠油箱散热不符合要求，所以，我们要进行额外的散热方式，来确保液压系统工作在正常的温度范围内，设置冷