【某铝箔轧机液压系统的控制元件及辅助元件的设计和仿真分析8000字（论文）】

。根据设计铝箔轧机液压系统功能的需求，选取恰当的控制元件。使设计的液压系统具有良好的使用性能并满足一定的经济性要求。1.1.1方向控制阀的选取方向控制阀是改变或更换液压油流动油管和流动方向的阀，从而使整个液压系统的运动状态发生变化。根据设计液压系统的工况和阀的特点选取合适的方向控制阀。(1)单向阀的选取通常被业内人士称为止回阀的是单向阀，在铝箔轧机液压系统中其目的是为了防止刚从液压泵供出的液压油又重新流回油箱。保证液压缸具有足够的压力源。并将油路隔开保证油路之间不被互相影响。单向阀开启压力选择0.035MPa~0.05MPa，由上海正钢阀门制造有限公司生产的C-Rv-S20G3/4WD型单向阀。图1.1C-Rv-S20G3/4WD型单向阀(2)截止阀的选取截止阀是对油管中的液压油起到流通和截止的液压阀，通过对外部阀杆的扭转，使阀体内部的阀瓣接触面与阀座接触面紧密的贴合，从而达到对液压油的截止。安装在液压系统中的截止阀选取陕西络科阀门有限公司生产的J61H锻钢截止阀，阀的使用压力范围(1.6~42MPa)，如图1.2所示。图1.2J61H锻钢截止阀换向阀是改变液压油在油管上的流通方向，通过阀体与阀芯之间的相对位置变化来实现的。通过阀芯不断地改变，控制阀上各接口连接管道的通断，从而达到了改变整个油管液压油的流向，从而改变执行元件运动方向和运动状态。换向阀选取时，液压油经过阀上压力损失小，相互截止不流通的管道油口之间泄漏量尽可能少，换向过程中冲击振动小、换向平稳。(3)二位二通电磁换向阀的选取二位二通电磁换向阀安装在液压系统的回油管道上，是“伺服阀”进行换向回油时的辅助阀，其作用是在“伺服阀”发生换向时与二位二通电磁换向阀同时换向，加快液压缸的回油量和回油速度，防止由于液压缸提供轧制力过大而引起“断带”或在破坏轧辊时退回液压缸活塞。进而保护铝箔轧机正常工作。选取的22BO-H10B-T型二位二通电磁换向阀由无锡油研流体科技有限公司生产。最大工作压力为31.5MPa，使用球墨铸铁造成，如图1.3。图1.322BO-H10B-T型二位二通电磁换向阀(4)四通电液伺服阀的选取四通电液伺服阀是实现铝箔轧机电液伺服控制的核心元件，是一种能够实现自动控制的液压阀。它一方面能够将电压信号与液压信号相互转换，另一方面还能够实现功率放大。是铝箔轧机液压系统中实现液压缸推进和退回工况的重要伺服阀。推进轧辊时油口接通四通电液伺服阀的左位对无杆腔供油，实现铝箔的轧制。铝箔轧机要保持恒定压力持续轧制时，管道油口接通伺服阀的中位机能。而当铝箔轧机在轧制中出现故障（断带或辊缝的间隙发生异常变化）时，液压缸的位置信息被传感器传递给计算机，计算机发出控制信号使油口管道接通伺服阀的右位，二位二通电磁换向阀接通使油液快速的返回油箱，保护轧机轧辊和轧制铝箔不受破坏。铝箔轧机液压系统采用电液伺服阀，一方面是伺服阀本身动态响应速度快、灵敏度高，另一方面伺服阀能够与位置传感器配合精确的对液压系统进行补偿，保证铝箔轧机轧制时的稳定性。就使用寿命而言相较其他性能相似的阀，四通电液伺服阀使用时间更长。选取由上海诺玛液压有限公司生产的RT6617E型四通电液伺服阀。四通电液伺服阀的最大工作压力是35MPa，最大流量是250L/min，如图1.4所示。图1.4RT6617E型四通电液伺服阀(5)二位三通电磁换向阀的选取安装在铝箔轧机液压系统中的二位三通电磁换向阀，主要作用是活塞推进和退回铝箔轧机轧辊时，将液压油从液压缸有杆腔输送到油箱或从油箱输送到液压缸有杆腔，保护铝箔轧机正常工作。选取由苏州旭展机械有限公司生产的DSG-03N-28*型二位三通电磁换向阀。35MPa和120L/min分别是最大工作压力和最大工作流量，采用碳钢制成，如图1.5。图1.5DSG-02N-28*型二位三通电磁换向阀(6)二位二通手动换向阀的选取铝箔轧机液压系统上的二位二通手动换向阀，其作用是当液压缸空载(伺服阀位于中位机能)液压泵提供的油压大于系统的工作压力时，卸荷回路开始工作，接通回路使得溢流阀过载卸荷，保护液压缸和四通电液伺服阀不受冲击破坏。选取全懋精机股份有限公司生产的DM-T-03-C2型二位二通手动换向阀，如图1.6，35MPa和100L/min为选取阀的最大压力和最大流量。图1.6DM-T-03-C2型二位二通手动换向阀1.1.2压力控制阀的选取压力控制阀的压力控制和调节是通过阀芯所受液压力与阀体内弹簧力，达到对液压系统的压力控制。通过设计铝箔轧机液压系统控制压力大小，选取出合适的压力控制阀。(1)先导式减压阀的选取先导式减压阀安装在连接液压缸有杆腔的油管上，在活塞推进和退回时将液压泵提供的液压油流进液压缸或送回油箱，选取德克玛液压制造有限公司生产的DR10-30B-Y型先导式减压阀。如图1.7所示，先导式减压阀公称压力为35MPa，减压阀阀的主体采用球墨铸铁制造。图1.7DR10-30B-Y型减压阀(2)溢流阀的选取选取要求:可调节范围大，冲击摆动小，动作快，噪音小，流通能力好。安装在液压泵出口处限压回路上的先导式溢流阀，其主要作用是对铝箔轧机液压系统的最高工作压力进行设置，溢流阀设定压力(10%~20%)通常是系统工作压力。当液压泵提供的压力高于设定工作压力时，液压油通过先导式溢流阀流回油箱，防止液压泵提供压力过高而对液压缸和其他元件造成破坏。 pe=p式1.1中，P为系统工作压力带入计算得pe=27.02MPa。选取的图1.8DBW10型先导式溢流阀安装在系统“卸荷回路”中的直动式溢流阀，在系统中伺服阀和液压缸为保持稳定的轧制铝箔，伺服阀位于中位机能时液压泵需要间歇提供液压油，但容易对液压泵造成破坏，由“卸荷回路”对液压泵进行保护。回路中换向阀接通后液压泵几乎是空载运行，除了供给伺服阀和液压缸一定液压油后，整个系统处于卸荷状态，从而起到对铝箔轧机液压系统中的液压缸和伺服阀进行溢流卸荷，直动式溢流阀压力如式1.2。 pe=1.1p式1.2中，带入已知参数计算得pe=21.23Mpa。直动式溢流阀选取由德克玛液压制造有限公司生产的DBDH6P型直动式溢流阀。如图1.9图1.9DBDH6P型直动式溢流阀(3)压力继电器的选取压力继电器是将计算机提供的一定大小电信号转换成一定大小液压力的元件。在铝箔轧机液压系统中的压力继电器用来设置液压系统的最低压力。选用公称压力31.5MPa的德国力士乐HED8OP-2X/200K35AS型压力继电器，如图1.10。设置系统预定压力为19.3MPa。图1.10HED8OP-2X/200K35AS型压力继电器1.1.3流量控制阀的选取流量控制阀是以调节阀体与阀芯之间通流面积为手段、以控制阀内流量大小为方法、满足调控液压执行元件运动速度的目的。根据设计铝箔轧机液压系统中油管通过液压油流量的大小选取合适的流量控制阀，并根据需要通过流量的大小调节阀口的大小。(1)节流阀的选取

通过改变阀芯的截流面积大小和节流阀的节流长度来实现对管道液压油的控制，节流阀安装在液压缸和二位二通电磁换向阀所组成的辅助回油管道上，其作用是给液压缸一个向上的力，使液压缸活塞和轧辊禁止向下滑动，起锁紧作用。同时还要给液压缸一个背压，防止锁紧失效起双重保险作用。节流阀选取由山东森特克液压有限公司生产的NV-08-SAN型节流阀，图1.11所示。节流阀的公称压力位31.5MPa，采用铸钢制造。图1.11NV-08-SAN型节流阀1.2液压辅助元件的设计液压辅助元件是协助液压系统更稳定、更精确工作的元件。当我们从工作原理的视角看，它只是对整个液压系统起辅助功能，从保证液压系统正常完成工作的角度来看，选取不当的辅助元件不仅会影响液压系统的使用寿命，更严重会造成液压系统破坏。辅助元件是液压系统稳定、安全工作的前提保障。在选取的过程中考虑满足液压系统的使用性和经济性的要求。1.2.1液压油管的选取在液压系统中的油管是传递液压油和连接液压系统元件的重要连接元件，在铝箔轧机液压系统中使用的油管可以分为以下三种，液压泵进行吸取液压油时的“吸油管”，和液压系统中供给液压元件液压油的“压油管”，以及液压系统中将液压油送回油箱的“回油管”。(1)吸油管的选取d2 dx=4.61式中dx——液压油管的内径，mmq——液压泵的流量，L/min；V——允许速度，m/s；V1——吸油管油液速度式1.4中，液压泵的流量q=81L/min，(V1=0.5~2m/s、V2=1.5~3m/s、V3=2.5~6m/s分别为金属吸油管、回油管、压油管中液压油流动允许速度范围)。当吸油管油液速度V1=1m/s，带入经计算的d图1.11Ф42液压不锈钢管(2)回油管的选取 dh=4.61式中dh——回油管内径，mmV2——回油管油液速度，式1.6中，液压泵的流量q=81L/min，回油管油液速度V2=1.5m/s，带入计算得dh=33.9mm。选取衡水合河橡胶制品有限公司生产的Ф34液压不锈钢管作为回油管，如图图1.12Ф34液压不锈钢管(3)液压系统的压油管是从液压泵开始连接液压系统其他液压元件的供油管，承受压力冲击大、摩擦大，所以采用承受冲击较强的不锈钢制成的油管。 dy=4.61式中dyV3——压油管油液速度，式1.8中，压油管道油液速度V3=2.5m/s，根据其他已知参数带入计算得dy=26.3mm。选取图1.13Ф28液压不锈钢管1.2.2过滤器的选取过滤器是对铝箔轧机液压系统上使液压油达到过滤和清洁功能的重要元件，延长液压系统中各元件的使用寿命，从而保证铝箔轧机液压系统稳定工作。目前按照过滤器的用处和安装位置不同过滤器可分为“精密过滤器”和“普通过滤器”。(1)

过滤器的选取在过滤冷却回路中使用的过滤器，是把要吸入液压泵进入系统循环的油箱液压油中杂质进行过滤，防止液压泵被破坏，通常采用折叠滤芯过滤器。采用折叠滤芯过滤器可以对液压油中的如水锈、铁屑等各种杂质进行过滤，最终都被吸附或拦截到过滤器的滤芯上。在过滤冷却回路中的过滤器，采用新航远滤器实力工厂的TF-100×*L-Y型过滤器，其过滤精度为80μm。图1.14TF-100×*L-Y型过滤器(2)精密过滤器的选取

在油泵供油管上的液压油精密过滤器，其主要目的是滤除油箱中过滤器没能够完全过滤的杂质，保护液压系统中的关键元件不被破坏，选用新乡市东成滤器有限公司的过滤精度为5μm的ZU-H100×※-P型过滤器。图1.15ZU-H100×※-P型过滤器1.2.3压力表的选择压力表在铝箔轧机液压系统中用来检测和显示在“卸荷回路”上的液压油压力大小，为了达到测量压力的精确性，压力表选取检测范围(0~40MPa)，由伊莱科(ELECALL)电气有限公司生产的YTN-60-40Mpa型压力表，如图1.16所示。图1.16YTN-60-40Mpa型压力表1.2.4液面计的选取安装在油箱上的液面计，是反映油箱油液存储量多少的设备，通过在液位上显示出的油箱油液储存位置，判断是否需要对液压油进行添加。选用秦州智菱自动化设备有限公司UHZ型磁性翻板浮子液面计，测量范围为（0~600mm）。图1.17UHZ型液面计1.2.5温度计的选取温度计与液面计都安装在油箱中，对油箱液压油温度实时监测，防止油箱液压油温度过高，造成液压元件损毁和液压系统工作不稳定。安装温度计可以随时观测到油温情况，能够及时的进行调整。上海飞龙仪表有限公司生产的WSS-411型温度计，如图1.18。测量范围为0~120℃，精度等级为1.5级。图1.18WSS-411温度计1.2.6压力传感器的选择安装在铝箔轧机液压系统上的压力传感器，主要是用来检测液压缸工作时的压力大小，并将其转换为电信号传输给计算机，并由计算机进行分析液压缸工作压力是否发生异变，及时的做出调控，保证铝箔轧机液压系统正常工作。选用杭州米科传感器技术有限公司生产的MIK-P300-50MPa型压力传感器，压力测量范围为（-10~0~60MPa），输出信号电流为4~20mA。图1.19MIK-P300-25MPa型压力传感器1.2.7冷却器的选取液压系统中，30~80℃范围内为液压油的正常使用范围，液压系统工作的最低温度为20℃，如果油箱中油温过高，液压油的使用时间减短(是由于氧化作用增强产生的)，从而使液压油变得粘度小，效率减小，影响系统正常工作。油温度过低，会让液压油粘度增大，同时也增大了液压泵吸油的难度，还会堵塞或卡死较紧密的液压元件，无法进行正常工作。铝箔轧机压系统中的冷却器安装在油箱中，是对完成系统工作循环的高温液压油实现降温，使铝箔轧机液压系统保持正常工作。选取换热面积为0.75m2图1.20OR-100型冷却器1.2.8油箱的选取。油箱是提供和存储液压油的设备。其作用是向周围空间散发多余热量、分离液压油中的空气、沉淀液压油中较大杂质。油箱上还安装着许多液压辅助元器件如：对循环液压油进行冷却的“冷却器”、反映油箱液压油多少的“液面计”、对油箱中液压油循环工作带出的杂质进行滤清的“过滤器”等元器件。油箱的有效容量代表储存油量的大小，是油箱的重要参数。 V=mqp式中V——油箱的有效容量，L；m——油箱经验系数；qp——式1.10，油箱经验系数m=10，流量qp由油箱的有效容量为810L，优先选取有效容积为830L的矩形油箱。选取泰安市硕源机械制造有限公司生产的SY型油箱，长、宽、高分别为2000mm、902mm、750mm。油箱离地高150mm，如图1.21。图1.21SY型油箱1.2.9蓄能器的选取蓄能器是液压系统中进行能量储存的设备，通过将液压油提供的液压能转换为势能存储起来，在适当的时候通过内部的气体将里面的液压油送到系统需要地方的液压元件。安装在铝箔轧机液压系统上的蓄能器主要是消除，由电磁换向阀换向时产生的冲击和“伺服阀”由于零漂而造成“伺服阀”执行精度不稳及共振。蓄能器不仅可以吸收系统换向时产生的液压冲击，让伺服阀具有稳定的供油压力。使液压系统在轧制时保持执行精度，增强液压元件的使用寿命。吸收液压冲击的蓄能器容积V0通过式1. 由：V0=式中L——管的长度，m；p1——管p2——管Q——管内流量，L/min；t——蓄能器阀门开闭的时间，s；式1.11中，管最低压力p1=17MPa，而管的长度L=40m，管最高压力p2=18MPa，管内流量Q=81L/min，蓄能器阀门开闭的时间t=0.01s，代入计算得 V0=VV式中V0ρ——工作介质密度，kg/m3p0——d——油管直径，mm；A——管道通流截面，cm2式1.12中，工作介质密度ρ=860kg/m3，蓄能器充气压力(蓄能器在吸收冲击时p0=p1)p0通过对蓄能器的容积、压力的计算，选取NXQAB-40/31.5-L-Y型囊蓄能器为布柯玛蓄能器有限公司生产的，如下图1.22。40L和31.5MPa分别是蓄能器的公称容积和公称压力。图1.22NXQAB-40/31.5-L-Y型囊式蓄能器1.2.10流量计的选取安装在液压系统中的流量计，用来检测液压缸活塞在退回时回路中流量的大小，能够及时的对系统进行调节，选取ELWGY-DN20型厦门莱恩自动化科技有限公司生产的涡轮流量计，如图1.23所示。流量范围为0.8~8m3图1.23ELWGY-DN20型涡轮流量计2液压系统的仿真在仿真环境下对设计的液压系统进行模拟工作称为“液压系统的仿真”。在仿真环境中选取系统中的液压元件，并且按照设计系统中各液压元件实现的功能，使铝箔轧机液压系统在模拟环境下被搭建。通过仿真检验设计液压系统的工作状况，对液压系统中相关液压元件的流量、压力、位移等参数进行仿真并生成波形图。通过对仿真结果的观察和分析，查找出设计液压系统的缺陷和不足，进而对设计系统进行补充及优化，使设计出的系统更加合理。采用液压仿真软件对液压系统仿真可以大大减少液压系统的研发周期，降低系统开发成本。本文中采用FluidSIM-H1.2版本液压仿真软件对设计铝箔轧机液压系统进行仿真。2.1搭建液压系统与元件参数设定2.1.1铝箔轧机液压系统的搭建打开FluidSIM-H1.2液压仿真软件，新建液压系统仿真草图，点击Insert命令打开Hydraulic液压系统元件库，将液压元件从元件库拖动到草图界面并合理布局。最后将选取的液压元件按照系统设计方式通过液压油管连接起来，液压系统的搭建是完成仿真的第一步。如图2.1所示为铝箔轧机液压系统搭建模型。图2.1铝箔轧机液压系统模型2.1.2液压元件参数的设定在FluidSIM-H1.2草图界面中将铝箔轧机液压系统仿真模型搭建好后，根据设计选取后的液压元件，完成对搭建铝箔轧机液压系统中液压元件参数设定。在液压系统仿真环节中液压元件参数设定是重要步骤，设定参数大小对液压系统的仿真性能有着直接影响。如图2.2所示为各液压元件的参数设定。(a)柱塞变量泵的参数设定(b)先导式溢流阀参数设定(c)液压缸的参数设定(d)液压缸力分布图的设定(e)蓄能器的参数设定(f)节流阀的参数设定(h)定量泵的参数设定(g)直动式溢流阀的参数设定图2.2液压元件参数的设定2.2铝箔轧机液压系统仿真调制将铝箔轧机液压系统的模型搭建完成和液压元件的参数设定好后，在对设计的铝箔轧机液压系统开始仿真分析前，对搭建的液压系统进行仿真调制是仿真前的必经环节。防止搭建系统出现回路连接错误的情况如图2.3。通过发现搭建时产生的错误对液压系统进行修改，使搭建系统满足仿真条件，如图2.4所示。通过控制继电器开关的闭合状态对铝箔轧机液压系统展开仿真。图2.3错误铝箔轧机液压系统仿真调制图2.4正确铝箔轧机液压系统仿真调制2.3铝箔轧机液压系统仿真结果分析与优化2.3.1同步液压缸的仿真结果分析在对铝箔轧机液压系统中所有元件参数设定后，点击仿真按钮，仿真生成曲线。(1)当液压缸参数设定相同时，如图2.5为液压缸位移仿真曲线。图2.5液压缸位移仿真曲线通过对两个同步液压缸位移曲线的分析，可以看到两液压缸活塞在升出和缩回时位移运动曲线完全一致，液压泵提供的液压油均匀的分配到液