毕业设计（论文）-启闭机起升机构的设计

毕业设计（论文）题目：启闭机起升机构设计学院专业学号：学生姓名：指导教师：2023年12月日目录TOC\o"1-3"\h\u19697摘要 119670第一章绪论 5283931.1题目背景及意义 5184601.2研究意义 5205291.3国内外相关发展状况 5182031.4课题主要设计内容 75712第二章总体方案与机械结构设计 8103762.1设计方案确定 8243952.1.1方案一设计 8276282.1.2方案二设计 919782.1.3方案确定 10127822.2立柱结构设计 10129072.2.1立柱结构形式选择 1030332.2.2立柱截面设计 1198042.2.3立柱惯性矩计算 12318592.2.4静矩计算 12318542.3卷筒设计 13236442.4托臂结构设计 14100832.5托臂组件强度核算 159868第三章驱动系统设计 18261803.1原理图 1855533.2启闭机起升机构液压系统油路分析 1923333.3液压系统设计概述 193693.4液压泵的选型 20229373.5液压泵功率及电机选择 2289353.6换向阀的选型 23210203.7管道设计与管件的选择 27250393.8液压油选取 29242443.9滤油器的选择 2962003.10油箱的设计 30323903.11压力损失的计算 31268133.12节流阀的设计 3245113.13液压缸设计计算 34254943.13.1初定液压缸的工作压力 34159523.13.2液压缸主要参数的确定 34227703.13.3绘制液压系统工况图 3529320设计总结 3827526参考文献 3919509致谢 40绪论1.1题目背景及意义启闭机起升机构是一种用于进行开启与关闭与关闭作用的门体结构，例如用于炉门结构种，由于炉门体积大，重量大，并且高温，所以，无法通过人工干预实现炉门的开启与关闭，所以使用机械驱动形式进行代替；炉门开启关闭的速度与稳定性直接影响到整个加热炉的运行稳定性与安全性，因此启闭机起升机构显得非常重要[2]；目前启闭机起升机构具有电机驱动式、液压驱动式两种形式，本课题的设计意义在于通过对目前常用的启闭机起升机构的结构进行对比分析，探讨确定一种合理的、可靠的启闭机起升机构结构进行设计，通过对其目前所存在的一些缺陷进行分析，并给出优化设计方案，设计出更加合理可靠的启闭机起升机构。我国是矿热炉产品产生大国，矿热炉拥有量较大，仅铁合金产品的产量，早已是世界上产能最大的国家，本题目来自生产实际，具有很高的实用价值，涉及到机械、气压、耐热材料和结构设计方面的知识，学生通过本毕业设计，能够将大学中学到的相关知识很好的应用到实际工程中，培养学生进行实际工程设计的技能。1.2研究意义设备稳定、高效的运行，是保障正常生产的基本条件，是保证产品质量、为企业创效的基础，对减轻工人劳动强度、降低生产成本起着关键作用。第二轧钢厂3#加热炉起升机构构改造后，解决了原来起升机构构设计使用能力的不足，其性能稳定，运转可靠，最大限度的提高了设备的使用寿命，同时维护检修成本也大大降低，确保了轧制生产连续、稳定、高效[1]。我国是矿热炉产品产生大国，矿热炉拥有量较大，仅铁合金产品的产量，早已是世界上产能最大的国家，本题目来自生产实际，具有很高的实用价值，涉及到机械、气压、耐热材料和结构设计方面的知识，学生通过本毕业设计，能够将大学中学到的相关知识很好的应用到实际工程中，培养学生进行实际工程设计的技能。1.3国内外相关发展状况

在我国，启闭机起升机构主要用于炼钢厂的加热炉、预热炉、熔炼锅炉进料系统方面比较多，例如2015年安钢第二轧钢厂2800mm生产线采用的是推钢式连续加热炉，加热炉炉门上升、下落由炉门起升机构构实现。每出一次坯料，炉门就需完成一次升降。随着产能的加大，炉门升降频率的增加，炉门起升机构构原设计承载能力已不能满足当前生产需要，故障频发。同时，加热炉炉门起升机构构位于出炉位置，长期处于高温、高湿烘烤状态，受出炉辊道冷却水蒸汽的腐蚀，炉口处氧化铁皮的卡阻等原因，导致传动装置故障率较高。严重影响加热炉正常使用。

炉门起升机构构通过提升链轮与炉门相连接，实现炉门升降行程，工艺过程是：液压缸→驱动链→轮升降轴→提升链轮→炉门升降。其工作原理是液压缸活塞下降，带动驱动链轮顺时针旋转，使驱动链轮链条随之上升，同时升降轴随之顺时针旋转，带动与升降轴相连接的提升链轮转动，链轮链条随之上升，同时拉动加热炉门上升，完成坯料出炉；液压缸活塞上降，带动驱动链轮逆时针旋转，使驱动链轮链条随之下降，同时升降轴随之逆时针旋转，带动与升降轴相连接的提升链轮转动，链轮链条随之回落，加热炉门下降。原炉门起升机构构投入使用后，故障主要集中在传动装置上，多次出现链轮链条连接销轴断裂、升降大轴断裂事故，造成炉门升降传动系统故障，严重影响3#加热炉正常出钢，甚至被迫停产检修。经统计，每年因炉门升降故障造成加热炉停炉待温的时间累计达30h，而且由于该传动系统故障高，单纯更换一套炉门升降需要5小时，年备件消耗大，并且每次小修都要检查更换传动系统链条销轴，需投入大量的人力物力。原炉门起升机构构在设计过程中舍弃了大小炉门方案，直接采用大炉门装置，虽然封火设计达到了标准要求，但是炉门起升机构构连接件的强度设计，只参照了大炉门7t重量进行尺寸校核，忽略了在实际使用过程中因炉门烘烤变形、氧化铁皮堆积造成卡阻等附加扭矩。原升降轴直径为100mm，链轮链条联接销轴直径14mm，承载能力不足，达不到当前生产使用要求，其升降轴采用滑动轴承支撑润滑，受炉口高温烘烤常出现轴瓦缺油磨损现象。炉门升降液压系统采用的是电液拉杆装置，它是一种单独供油系统，每一个液压缸都由一套油泵电机组供给压力油，并有机的结合在一起[2]。由于其直接安装在炉门旁边，该装置直接受到高温烘烤，使缸体内的油液温度很高，液压阀芯受热膨胀，极易卡死，造成液压缸无动作或无法保压自动掉落。另外高温还造成系统中密封部件的损坏，引起润滑油内泄露，系统压力下降，无法正常保压。液压缸长时间频繁动作和长时间的高压保压，导致系统内双向液压锁的弹簧断裂，无法保压，升起的炉门出现自由掉落现象。驱动系统安装位置不合理，液压缸系统压力不稳定，造成炉门起升机构构的运行极不平稳；而且液压缸使用寿命缩短，备件费用高。

2017年德国Hardox机械公司对升降轴参照炉门自重和变形、摩擦等附加扭矩重新进行校核，将原升降轴轴径由100mm改为150mm，这能使转速有效的、平稳的从驱动链轮传递到提升链轮，不至于发生传递过程中升降轴故障。将链轮链条联接销轴由14mm改为16mm，这使链条的使用寿命大大增加，很大程度的降低了故障率。采用23228轴承取代原轴瓦设计，优化了工作环境，减小了摩擦阻力，提高传动走轮轴承及升降链条高温状态下的负荷能力，减少设备零事故发生，改变液压系统供油方式，由原来的单独供油系统改为集中供压式液压系统。这种供压式液压系统是由六个液压缸、一个控制阀组、一个供给液压站组成，油箱与控制阀组远离热源，系统中配有循环冷却装置。系统远离了热源，液压缸中的密封件、液压阀芯等不再受高温烘烤，减少对关键零部件的损坏。同时，循环冷却装置的配备，使液压缸动作时带回的热油能够迅速冷却下来。液压油得到及时冷却，油的粘度、流量、油压得到了保障，液压系统压力稳定，炉门起升机构构运行得到了保证。减少了维修人员的劳动强度。改造前每月因炉门升降突发故障需停车抢修2～3个小时，改造后整套设备运行平稳，仅需正常的定期润滑。1.4课题主要设计内容1.完成对启闭机起升机构液压系统的分析，液压系统原理图的绘制。2.完成对启闭机起升机构液压系统的主要元件计算与选型。3.对液压系统压力的计算。4.对启闭机起升机构液压系统液压站的图纸绘制。5.进行设计总结。总体方案与机械结构设计2.1设计方案确定2.1.1方案一设计1.底座2.液压缸安装铰链3.液压缸4.支臂5.炉门安装座6.炉门图2-1方案图一方案一工作原理分析：在液压缸作用下，将支臂可以实现合拢与张开，从而实现平台的升高与降低，剪叉式液压升降台支臂下方通过轴承安装，轴承安装滚子可以沿滑轨进行左右滑动，中间由旋转的铰链轴连接，可以旋转，液压缸通过安装座与机架底部进行安装固定，液压缸的活塞杆通过铰链与支臂进行连接与固定，通过液压缸驱动炉门上下移动，从而完成开启与关闭动作。方案一特点：结构强度高，驱动力度大，由于其具备框架性结构，工作稳定性强，在提升过程中，可以将重量大，体积大的物体进行炉门升降过程。工作可靠性强，由于其总体结构强度高，炉门升降过程可靠性强。所以，在工作过程中，轻微的震动与冲击性很低，对工作精度影响很小。主要缺点：1.总体外形尺寸大，占地面积大。2.移动不方便，通常只能在固定位置使用，使得其使用性能存在很大的局限性。3.结构比较复杂，制造成本高，这在一定程度上限制了其发展空间。2.1.2方案二设计底座2.炉门固定座3.立柱4.横梁5.滑轮6.钢丝绳7.液压缸8.链传动图2-2总体设计图方案二工作原理分析：本方案设计的是由液压驱动的启闭机起升机构。它的结构主要包括以下几个部分：底座、立柱、炉门固定座、滑轮、链传动、横梁等零部件。启闭机起升机构的举升机构的传动系统是由液压系统来驱动和控制的，由左侧立柱里安装的液压油缸来推动连接立柱与卷筒的链条，使卷筒上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现卷筒的上下移动。用钢丝绳作为同步装置来保持整个举升机的同步性。由于装置通过一个液压缸进行驱动，因为炉门升降距离长，所以，而液压缸的设计又不能设计的很长，因为越长，液压缸的强度就越低，液压缸活塞杆就越容易变形，现在设计的原理就是液压缸拉钢丝绳对炉门进行牵引升降动作起到对炉门的开启与关闭功能；炉门固定座与立柱内的卷筒相连，当卷筒上下移动时就带动炉门固定座一起移动。左右两边立柱内的两个举升装置是通过液压软管来连接的，它的一个不足的地方就是左右两个液压缸在开始举升时有一个时间差，这会导致因左右两边的举升速度不一样而举升不平衡。因此，我们在液压举升的基础上增加了钢丝绳的同步装置，用这样的同步装置来弥补液压缸带来的缺点。方案二特点：通过左右两组液压缸驱动，可以实现炉门的升降运动，实现稳定运行，故障率低；通过液压缸头部安装链轮，再通过链条带动炉门安装座的方式，避免液压缸与炉门近距离接触，从而避免导致液压缸受热过高而造成液压缸密封件损坏的情况。液压缸垂直安装方式，可以实现液压缸最大推力的输出，从而提高了液压系统的传动效率；主要缺点：由于存在两组液压缸驱动，所以，增加了制造成本；由于多了一组链传动，所以，增大了传动级数，降低了传动效率。2.1.3方案确定通过上述两种方案对比分析，由于方案一存在比较明显的缺陷，故在此选用方案二进行设计。2.2立柱结构设计2.2.1立柱结构形式选择立柱部分是启闭机起升机构的主要承载部分，立柱不仅承担了上部分的自身工作装置的重量载荷，还包括举升过程中负载与冲击力，所以，立柱的结构强度是关系到启闭机起升机构整体使用安全性的关键所在，目前启闭机起升机构立柱结构形式主要结构形式有：使用型钢焊接而成，通过H型钢，大型工字钢，槽钢等型材制造，使用型钢制造的启闭机起升机构立柱结构形式简单，承载能力大，造价便宜，但是，使用型钢使得整体重量非常大，并且型钢材料为普通碳钢，其力学性能一般，在特殊场合下使用的时候难以满足使用要求。使用板材折弯的结构，通过使用冷轧板，热轧板或者不锈钢板等板材通过折弯机折弯，再设计加强板进行局部位置的加强，通过焊接形式制造，使得启闭机起升机构立柱结构形式不仅比较简单，而且，承载能力大，重量比较轻，所以，使用板材折弯的结构也是目前使用比较多的结构。通过板材拼焊而成，由于厚板无法折弯，所以，通过焊接而成，焊缝多道，板材厚度比较大，在焊接之前必须倒坡口，以保证焊接过程中能够将其焊透。焊接形式制造的立柱，重量大，结构强度高，但是在焊接过程中产生的应力也是非常大的，难以承受启闭机起升机构在工作过程中频繁的振动与冲击力。综合上述几种情况可知，选用板材折弯的结构形式比较好，承载能力大，重量比较轻，我们在此通过使用板材折弯制造而成。2.2.2立柱截面设计图2-3举升机主立柱横截面示意图∴重心C到相应边的距离e：[19]启闭机起升机构的立柱截面的中心C在相对与轴Y的位置坐标是：2.2.3立柱惯性矩计算启闭机起升机构立柱设三截面的形心分别为C1、C2、C3，其形心轴为Z1、Z2、Z3，它们距Z轴的距离分别为：由平行移轴公式，三截面对中性轴Z的惯性矩分别为：…………(4.3)、、为三截面对各自心轴Z1、Z2、Z3的惯性矩，将三截面对中性轴Z的惯性矩相加，可得立柱整个截面对中性轴Z的惯性矩：2.2.4静矩计算（1）启闭机起升机构上半部分的静矩值S1：、、是启闭机起升机构立柱上半部分各个截面的静矩值。上半部分的静矩S为：（2）启闭机起升机构下半部分的静矩S22.3卷筒设计启闭机起升机构卷筒结构体积大小值：启闭机起升机构托臂结构体积大小值：钢材的密度值为：故此启闭机起升机构的卷筒结构与摇臂座以及托臂结构的总重量是：将卷筒、摇臂座和托臂一起考虑设定启闭机重量为2吨重，计算托臂负载的重量，加上启闭机起升机构托臂的自身的重量，一般情况下，设计当中按全部负载设定为一个点，集中在一个地方，则：由式4.7得，，代入式4.6假定代入上述公式可得得：通过上述计算的过程我们可以知道，启闭机起升机构的卷筒不仅、托臂以及托臂上的启闭机负载按一个点来算，启闭机起升机构立柱在滚轮结构处的给予的反力大小值为：。2.4托臂结构设计启闭机起升机构托臂部分截面属于变截面，以下先计算截面特性数据：（1）小臂截面尺寸：70×70方钢，壁厚8mm，a=70,b=54惯性矩：静矩计算：（2）大臂截面尺寸：92×92方钢，壁厚8mm，a=92,b=76惯性矩：2.5托臂组件强度核算启闭机起升机构托臂组件如下图所示：图2-3左后托臂组件图A、B、C、D表示的是启闭机起升机构的托臂四个不同位置的截面：启闭机起升机构四个截面图如下所示：(a)A-A截面(b)B-B截面（同D-D截面）(c)C-C截面图2-4四个点不同截面处的示意图（1）托臂组件的A截面：惯性矩：所以，最大的惯性矩小于许用惯性矩，所以，可以满足使用要求。（2）托臂组件B截面所以cm4所以，最大的惯性矩小于许用惯性矩，所以，可以满足使用要求。。（3）托臂组件C截面：所以，最大的惯性矩小于许用惯性矩，所以，可以满足使用要求。（4）托臂组件D截面：惯性矩：所以，最大的惯性矩小于许用惯性矩，所以，可以满足使用要求。。第三章驱动系统设计3.1原理图图3-1启闭机起升机构液压原理图液压系统设计说明：（1）油箱：选择开式油箱。（2）液压泵：工作液压泵采用齿轮泵，型号分别为CB-F18C-FL。（3）电机：Z4-112-4。（4）起升油缸：由于起升动作比较简单，在此选用单作用柱塞式液压缸的结构形式。（5）升降油缸：由于升降动作在工作过程中都需要受到比较大作用力，所以在此我们使用双作用活塞式液压缸的结构形式。（6）液压控制阀：选用比较常用的多路换向阀ZFS-L10C-YT-O。（7）流量控制：选用单向限速阀通过对流量的大小控制来实现工作液压缸的流量大小，速度快慢的控制。（8）液压辅件设计：过滤器设计，空气滤清器设计，各种仪表选择密封件的选型等，液压油及压力损失计算。3.2启闭机起升机构液压系统油路分析启闭机起升机构液压系统的工作过程为：首先油液压泵进行供油，通过单向阀油路往升降液压缸与起升液压缸两个支路进行供油，由于在工作过程中，起升液压缸提升重物需要到达一定高度之后，需要停留，保持提升状态，所以，需要设计进行保压，由于提升与下降过程一般为手动控制，所以，需要设计手动换向阀，对油路的方向进行切换，由于提升过程中的速度分为快进与工进，所以，需要设计调速阀进行对提升速度的控制。起升机构构有两个液压缸驱动，分布于启闭机起升机构工作装置两侧，当升降装置液压缸推杆往外移动时无杆腔压力大于有杆腔，此时若突然将进油阀切断由于惯性作用推杆会继续短暂前行，此时无杆腔压力瞬时增大，如果不加一个备用阀此事给无杆腔供油就会产生气穴，所以，在此回路上设计防气穴阀，能有效确保工作的稳定性。液压系统回油上设置过滤器，确保液压油被过滤干净回流到液压油箱。3.3液压系统设计概述对于启闭机起升机构液压系统的设计要求，结合启闭机起升机构的使用功能，主要动力与动作要求如下：（1）为了实现对启闭机的高度升降动作，设计启闭机起升机构液压系统起升油缸提高升降动作方面的动力驱动。（2）为了实现启闭机起升机构的行走功能使用转向油缸和全液压转向器。（3）为使启闭机起升机构液压系统在装货过程中的框架能前后移动伸缩功能，以利于搬运和行走方便使用移动油缸。启闭机起升机构液压系统的液压泵输出压力油主要通过管路与电磁阀的分配对启闭机起升机构工作装置和转向操纵机构进行驱动，实现启闭机起升机构的高度升降，水平移动，以及启闭机起升机构的行走功能，在不同负载大小的情况下，启闭机起升机构的液压系统对各分路的液压压力大小分配不同，以满足在不同负载情况下的工作要求。对于启闭机起升机构液压系统设计主要包括以下部分的设计：（1）对工作执行元件液压缸的设计与计算。（2）确定系统压力大小。（3）确定启闭机起升机构液压系统的各回路，动作要求。（4）确定启闭机起升机构液压系统调速方式：定量泵变转速调速，同时使用换向阀阀口实现微调。（5）对启闭机起升机构液压系统液压泵类型的选型：按一般情况下对于启闭机起升机构液压系统压力小于21Mpa即可，由于齿轮泵或叶片泵的性能稳定，瞬时的压力输出比较大，所以，启闭机起升机构液压系统选用齿轮泵或叶片泵能够满足使用要求，比较能有效减少故障率的发生，提高设备的稳定性。（6）确定启闭机起升机构液压系统的冷却方式，由于启闭机起升机构液压系统一般压力比较小，流量不大，工作负载比较稳定，所以，启闭机起升机构液压系统的发热量不大，一般而言，对于液压系统的冷却方式主要有风冷与水冷两种形式，相对而言，水冷效率更高，但是需要设计有循环水冷系统，但是启闭机起升机构结构比较小，并且发热量不大，所以，在此我们选用风冷即可以满足使用要求。（7）确定启闭机起升机构液压系统的调压方式：由于启闭机起升机构在工作过程中对提升力大小与负载的要求都经常随时变化，所以，对启闭机起升机构液压系统的压力调节要求比较高，要求液压系统的压力调节灵活可靠，速度快，调节方便，在此我们对于启闭机起升机构液压系统使用溢流阀来起到安全的作用，溢流阀在当液压系统压力过大的情况下能够将超大的压力进行泄压，多余的流量通过溢流阀回流到液压油箱。能够快速，灵敏的降低系统压力。从而可以比较方便的对启闭机起升机构液压系统的压力进行调节，对启闭机起升机构在工作过程中的速度调节更灵敏，工作更稳定。3.4液压泵的选型对于启闭机起升机构液压系统而言，液压泵做完液压系统的核心组件，是为液压系统提供动力输出的作用，所以，需要对液压系统的液压泵进行合理的计算与选型。（1）液压泵的最大工作压力据公式+(1)图3-2液压系统工作线路图即+=110.12㎏/㎝2(2)式中：为液压系统的总压力损失，由于在液压回路中，液压系统的压力油在流进管道，液压元件等过程中，由于液压油与元件和管道产生阻力与摩擦，所以，往往会造成一定的压力损失。（2）液压泵流量(3)式中：K为系统漏损系数，常取1.1；为同时动作的各液压执行器的最大泵工作流量，可由同时动作的各液压执行器最大流量相加。(4)(5)（3）选液压泵。工作液压泵采用CB系列齿轮泵，型号为CB-F18C-FL。其参数如下：流量为=32L/min；额定转速为1800r/min；额定压力为12.5Mpa；驱动功率为4kw；质量为8.2kg；容积效率大于90%。3.5液压泵功率及电机选择（1）液压泵功率的计算：(6)式中：为泵的实际最大工作压力，其值为140Mpa；为泵的额定流量，其值为510cm3/s；为泵的机械效率，取0.8。因此，(7)（2）选择液压泵电机通过上述对于启闭机起升机构液压系统液压泵压力的计算，在此我们对于液压泵的选型选择Z4-112-4，对于Z4-112-4的主要参数与数据如下所示：电机的额定功率大小是5.5kw；额定电压大小是160v；额定电流大小是42.7A；最高转速大小是3000/4000r/min；效率为83.5%；质量为72kg。对于启闭机起升机构液压系统的液压泵中的驱动电机我们在此使用5min工作制，所以最后功率大小为，所以，在此所选用的电机能够满足实际使用要求。3.6换向阀的选型通过对《液压系统设计手册》表16.25可知，换向阀的型号悬着ZFS-C型多路换向阀的具体参数如下所示。图3-3多路换向阀性能参数ZFS-C型多路换向阀的主要参数：工作压力为14Mpa；最大流量为30L/min；概算质量为10.5kg；公称直径为10mm。ZFS型多路换向阀时可以通过手动控制换向阀的组合阀，完成快进—工进—快退—停止等自动循环，工作台采用平导轨，主要参数见下表。表3-1自动循环参数液压缸负载力（N）工作台重量（N）工作台及夹具重量（N）行程(mm)速度(m/min)启动时间(s)静摩擦系数fs动摩擦系数ft快进工进快进工进快退48009008001504070.2570.70.250.15（1）初选液压缸的工作压力表3-2工作压力工况计算公式液压缸的负载N启动F启=F静＋F密F启=425/0.9=472.2加速F加=F动＋F贯＋F密F加=（255＋28.882）/0.9=315.42快进F快=F动＋F密F快=255/0.9=283.3工进F工=F切＋F动＋F密F工=（4800＋255）/0.9=5616.7快退F快=F动＋F密F快=255/0.9=283.3由以上分析计算可知，该启闭机起升机构在最大负载约为5616.7N是的液压系统宜取压力P=2MP。（2）确定液压缸的内径D和活塞竿直径d由液压缸工作负载表可以看出，最大负载为工几年阶段的负载F=5616.7N，考虑两边的差动比为2，则工作腔的有效工作面积和活塞直径分别为：(8)(9)活塞直径为：(10)按照行业标准，选取标准直径：按照缸径和活塞竿内径，计算出液压缸实际有效工作面积，无竿腔面积A1和有竿腔面积A2分别为(11)(12)则液压缸的实际计算工作压力为：(13)则实际选取的工作压力P=2MP满足要求。按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度。若验算后不能获得最小的稳定速度是，还需要响应家大液压缸的直径，直至满足稳定速度为止。(14)由于，所以能满足最小稳定速度的要求。计算液压缸各运动阶段的压力，流量和功率。按照上述所确定的液压缸的内径D和活塞竿直径d，以及差动快进时的压力损失P=0.5MP，工进时的背压力P=0.8MP，快退是P=0.5MP，则可以计算出液压缸各工作阶段的压力、流量和功率。如下表：表3-3压力、流量和功率参数工况负载F（N）回油腔压力P2105(Pa)进油腔压力P1105(MPa)输入流量q(L/min)输出流量p(kw)计算公式快进启动472.2—2.97——快进加速315.411.7856.785变化值变化值快进恒速283.311.5836.58314.310.157工进5616.7821.940.780.0285；快退启动472.2—3.1——快退加速315.4512.272变化值变化值快退恒速283.3512.06210.6890.215按照上表可以用坐标法绘制出“液压工况图”，此图可以直观看出液压缸各运动阶段的主要参数变化情况。（3）确定液系统方案和拟订液压系统原理图1）快进加快退的时间和工进的时间分别为(15)(16)基本回路。对于启闭机起升机构液压系统主要包括的基本回路有升降工作液压回路，移动液压回路，行走液压回路。调压和卸荷回路对于启闭机起升机构液压系统在工作过程中由于负载大小的变化，在对启闭机机械提升与检修过程中，需要进行保压，使提升物体在一定高度进行保压。并且，在下降与上升过程中，要求对提升与下降的速度可以调节。一般而言，在启闭机起升机构对启闭机的升降过程中，中间段的移动速度可以比较快，以加快升降工作的速度与效率，在接近上端与下端落地过程的时候，需要减速，以确保工作过程中的平稳性，所以，设计调速，调压回路是非常重要的，当提升的启闭机超过额定最大负载的时候，依靠卸荷回路的溢流阀将部分压力进行泄压，降低系统压力，部分流量通过溢流阀回流到液压油箱，此时，升降装置无法提升起来，确保过重的物体不能提升起来，保证设备工作过程中的安全性。5）确定液压泵的压力液压缸在工作过程中的最大压力大小是2.193MP，由于所选的液压泵的最大压力必须稍大于液压缸的最大工作压力，所以我们所选的小流量液压泵的最大与最小的压力大小是：(17)(18)(19)2）计算液压泵的流量按启闭机起升机构液压系统设计要求，所需的最大流量大小为：14.31L/min，为了确保使用的安全性与可靠性，我们需要对启闭机起升机构液压系统液压泵的流量加上安全系数，通过查询《液压系统设计手册》表12.15可知，结合启闭机起升机构的工况与要求，在此我们选择安全系数为KL=1.1，所以液压泵所需的实际流量大小为：(20)3）选择液压泵的型号对于一般的溢流阀的最小稳定流量大小是3L/min左右，在启闭机起升机构液压系统工作过程中处于工进的时候对升降液压缸输入的流量大小是0.78L/min，依靠单向阀控制输入液压油的压力与流量，只有当输入的液压油达到一定的压力的时候，才能够开启单向阀将高压小流量的液压油通过单向阀输入到液压缸。由于输入的工进过程中的流量很小，压力比较大，所以在此过程中依靠小流量液压泵对液压缸供油，所以液压泵的最小的流量要求是3.78L/min。通过对液压泵选型样板的查询，按流量与压力对液压泵进行选型，确定我们所使用的小泵排量大小是6ml/r，对于主液压泵的排量是12ml/r的YB型双联叶片泵。YB型双联叶片泵具有输出流量大，可输出高压力的液压油，工作过程中发热量小，噪音小等特点，是目前主流的液压泵类型之一。当液压泵驱动电机的的转速达到n=960r/min时，如果选择液压泵的容积效率大小是0.95，则液压泵的输出流量大小是：(21)表3-4电磁铁动作顺序表注：“＋”表示电磁铁通电吸合，其他表示断电脱开发信YV1YV2YV3YV4aYV4bYV5起动人工按钮＋＋＋＋上料人工＋＋＋＋工作夹紧人工按钮＋＋定位缸下降xk5磨架进给xk9xk5xk3＋主刃磨削xk1＋磨架后退凸轮计数工

作

台松开xk2＋回转xk8＋＋锁紧xk6＋磨架进给xk3xk5xk9＋圆刃磨削xk1＋磨架后退凸轮计数工

作

台松开xk2＋回转xk8＋＋锁紧xk7＋定位缸上升凸轮计数xk2＋工件松开人工按钮＋＋下料人工＋＋3.7管道设计与管件的选择液压管是液压系统中的重要组成部分，液压管主要起到输送液压油的作用，连接液压泵，液压油箱，各液压元件，液压缸，液压马达的作用，将液压泵输出的具有一定压力液压油通过液压管与各液压元件组成几部分的液压回路，实现不同工作状态，工作要求的作用。液压管主要使用冷拔无缝管来制造，通过弯管机与切割机，可以将液压管弯曲成型成各种形状，对于液压管的布置的结构形式主要原则有以下几点：液压管布置尽量少弯曲，保持较大的圆弧过度，使得液压油在输送过程中减少阻力，减少发热量与压力损失。液压管布置尽量减短距离，减少液压管，液压马达到液压泵之间的距离。液压管布置尽量避免靠近经常维修的组件与维修的位置，避免碰撞到液压油缸造成管道变形或者管道结构造成泄漏现象。避免硬管与工作元件如液压管，液压马达等直接连接，因为工作元件在工作过程中会发生频繁的振动或者位移等现象，往往会造成液压管接口松动。（1）硬管的选用1）压油管油管内径：(23)得(24)按上述公式中：d表示的是液压管的内径尺寸大小；Q表示的是通过液压管的流量大小，取流量大小Q=30L/min；v表示的是液压油在液压缸中的流动的速度。查《液压液压系统元件设计手册》第864页，安装液压缸的公称直径尺寸大小：在此取值d=15mm，液压缸的外径尺寸大小是22mm，相对应的液压管接头螺纹大小是M221.5。2）液压管内流速(25)满足要求。3）液压管壁厚(26)式中：为液压系统最大工作压力，取值为140kg/；d为油缸内径；为许用拉伸应力单位/，对于钢管=，取=6000/。查《液压控制传动手册》，在P<7.5Mpa时，安全系数n=8；在P=7.5~17.5压力时，安全系数n=6；在P>17.5压力时，安全系数n=4；故=6000/6=1000kg/，故选用油壁管厚=mm=1.05mm(27)考虑到与阀等件的联结，取=3mm。则钢管外径=15+23=21mm，选用钢管为203。4）回液压管选取：为保证统一性，与压液压管选用相同。（2）软管的选择（胶管）中高压系统选用钢丝编织型和钢丝缠绕型胶管，查《液压控制传动手册》第799页表12-5：选用胶管B-140，内径为13mm，外径：20.5-23.1mm，工作压力为140Mpa，最小曲率半径为140mm。（3）管接头：详见附录-液压系统图中标示。（4）螺纹连接：采用60圆锥管螺纹：适用于机器的液压管及水管等的连接，内外螺纹配合无间隙。（5）密封件的选用，对于液压系统而言，密封件起到至关重要的作用，是保证液压系统的密闭性与决定系统工作压力大小的关键因素所在。3.8液压油选取液压油作为整个液压系统的工作介质，起到关键的作用，在液压系统的工作过程中，液压油的粘度，流动性都对液压系统的工作性能起到非常重要的作用。通过查询《液压控制传动手册》中的液压油的选用表1-3可知，在工作过程中对于启闭机起升机构而言，由于其工作压力比较大，所以，液压油的温度一般来说是比较高的，为了确保液压系统的正常工作与运行我们在此使用45号液压油，45号液压油具有流动性好，粘度比较低，对温度影响比较小，所以，在此我们使用45号液压油能够确保工作性能的稳定,45号液压油粘度为90；凝点为-10℃；3.9滤油器的选择由于液压系统在长期的工作过程中会由于杂质的渗透或者密封件的老化和模式，造成一些粉尘、颗粒等杂质进入到液压系统当中，混入到液压油里面，为了过滤掉杂质，保证液压油的清洁，防止液压阀，液压泵等元件的堵塞现象，必须设置滤油器对液压油进行过滤，滤油器也称为滤清器，主要是通过精密筛网对液压油进行过滤的工作原理，当滤油器工作一定时间之后，滤油器要定期进行清理，将筛网上的杂质进行清理干净，避免堵塞。在此选用过滤网(HS)AB-1162AB-1163，油箱加油口滤清器滤油器。3.10油箱的设计本课题选开式油箱，设计问题：油箱的容量及液面、隔板高度；滤油器、箱底坡度选择；是否采用加强筋增加刚性以便承载液压泵或其他液压件；密封装置的选取，是否用热交换器及其安装位置的布置等泵吸液压管上安装网式滤油器，滤油器与箱底间的距离不应小于20mm。且其和系统回液压管应该插入最低油面以防卷入空气和回油冲溅产生气泡，管口和箱底，箱壁距离要大于管径的三倍。此外管口须斜插成45°，并面向箱壁，泄液压管不宜插入油中。回液压管隔开，以增加油液循环距离，使油液可以有充分时间沉淀污物，排出气泡和和冷却。隔板高度取油面高度的1/4。为防止油液被污染，箱盖各盖板、管口都要加密封装置，注油口要装滤油网通气孔要装空气滤清器。5）安装热交换器时，还要考虑安装位置，还可以装油温计测油温。6）箱壁要涂防锈涂料油箱设计如下图所示：图3-3油箱装配图3.11压力损失的计算管道中的压力损失是指：粘性液体在管道内流动时，都要受到与流动方向相反的流体阻力，消耗的能量将以压力降的形式反映出来，故产生压力损失（或水头损失）。表现为局部压力损失与沿程压力损失之和。又因为柱塞上升时，柱塞与密封环之间的相对滑动也产生摩擦阻力损失：(28)式中：为起升油缸柱塞直径，单位cm；为密封环与柱塞接触器长度；为密封填料单位工作表面上摩擦力，常取=1kg/。（1）沿程压力损失(29)式中：为沿程阻力系数；为圆管的沿程长度，取管总长3m；为圆管内径15mm；为管内平均流速，取3m/s。行走机械为紊流且光滑，则沿程阻力系数采用公式：=0.04；(30)查《机械设计手册中（液压工程手册单行本）》第644页表23.10-2可知，矿物质液压油的密度范围为850~960kg/m3，据《机械设计课程设计手册》第二页表1-5选取液压油密度为920kg/m3。由以上公式得：=3.312kg/（2）局部压力损失=(31)式中：总的局部阻力系数，考虑起升油缸工作，则有单向阀，溢流阀，换向阀，起升缸的节流阀等均存在局部压力损失。查[5]表8-7-阀类元件局部损失估算：=1×1+1×0.5+1×4+1×1=6.5kg/(32)为确保精确在进行公式验算，查[12]表23.2-7~9，其中：局部阻力取=1.5；弯头处取=0.29弯头较多，设计弯头20个；入口阻力系数=0.5；出口阻力系数=2；所以=1.54+1.5+0.5+0.2920=13.8(33)=5.72kg/。=3.31+5.72+1.09=10.12kg/(34)（3）液压系统调节压力为100+3.31+5.72+1.09=110.12kg/，故选用140kg/满足要求。3.12节流阀的设计节流阀应该满足一下性能要求：流量调节范围大，流量-压差变化平滑；内漏量小，对外的泄漏口也应小；压力损失小；调节力矩小；动作灵敏；流量稳定性。启闭机起升机构设计时采用MK单向节流阀。（1）节流阀的结构。如下图所示。图3-4节流阀（2）节流阀能通过的流量最大起升速度V=0.3~0.4m/s，即为18~24m/min，按照起升速度的范围计算：空载下降时，初定v=24m/minQ===74.7L/min(35)满载下降时，初定v=18m/min==56.1L/min（3）压力当空载后缸下降时，/=11.37/(36)前缸下降时P=6.5/cm2；当满载下降（后缸下降）时，假定P=42.4/cm2，前缸下降时，假定P=41.4/cm2。（4）节流孔两端的压力差1）空载下降，孔A=11.37-10.12=1.25/cm2，后缸空载下降时压力=11.37/cm2。2）满载下降，孔B=42.4-10.12=32.28/cm2，后缸满载下降时压力=42.4/cm2。（5）节流口通流面积，本节流阀采用薄壁小孔查《机械设计手册中（液压工程手册单行本）查得：(37)式中：c为流量系数，取值为0.7；f为节流孔通流面积；为节流孔前后压差（即损失）。利用此公式反求通流面积：Q===74.7L/min(38)Q===56.1L/min(39)1）空载下降，fA==108.26mm2(40)2）满载下降，fB==15.94mm2(41)（6）节流的直径查《新编液压工程手册设计手册》，表中节流阀的通径及流量表1）空载下降，A口直径dA===9.2mm10mm。(42)2）满载下降，B口直径dB===3.5mm4mm。(43)（7）确定弹簧刚度1）空载下降，此时调节阀由于左右压力差的作用，把主阀芯压住。只通过A口回流，但主阀芯不动，即弹簧的压紧力与油压差对阀作用的力平衡。2）满载下降，起升油缸油压增高，调节阀左右压力差也随之升高，主阀开始克服弹簧力向左移动，关闭主阀座上的下孔，仅由小孔B回油，孔C直径为12mm。因此，弹簧位移为12mm.参照同类产品选择弹簧刚度K=8kg/cm2。3.13液压缸设计计算3.13.1初定液压缸的工作压力由于任务书未给定具体参数，在此设定每个液压缸举升力为70KN，工作压力为6.3MPa，流量为32L/min。3.13.2液压缸主要参数的确定由于差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，当加大液压泵流量时，可以得到较快的运动速度，因此采用差动连接。为了减小液压泵的流量，液压缸选用单杆式的，并在快进时差动连接。为防止铣削后工件突然前冲，液压缸需保持一定的回油背压，查表9-4暂取背压为P2=0.5MPa，并取液压缸机械效率=0.9。则液压缸上的平衡方程故液压缸无杆腔的有效面积：液压缸内径：按GB/T2348-1980，取标准值D=80mm；因A1=3A2，故活塞杆直径d=0.816D=63mm（标准直径）则液压缸有效面积为：3.13.3绘制液压系统工况图差动连接快进时，液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1，其差值估取P2－P1=0.5MPa，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时△P=0；另外取快退时的回油压力损失为0.5MPa。按照假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力.流量和功率，并可绘出其工况图表3-2液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工作阶段计算公式推力F（N）回油腔压力P2（MPa）工作腔压力P1（MPa）输入流量q（L/min）输入功率P（KW）快进启动444.2700.14————快进加速288.240.90.4————快进恒速222.130.880.3810.90.069工进启动13269.020.52.83————工进匀速13333.240.52.840.4~1.50.019~0.071工进减速13331.360.52.84————快退启动444.2700.23————快退加速354.360.51.5————快退恒速222.130.51.4313.360.32注：1.差动连接时，回油到进油之间的压力损失。2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为设计总结本次课题主要围绕启闭机起升机构构的设计，在设计过程中，主要围绕启闭机起升机构构的工作原理，结构组成，主要零部件的设计与计算为主题，进行对课题的详细设计。首先我对启闭机起升机构构在国内外的使用情况，所存在的问题，以及启闭机起