棒材轧机液压系统设计说明.doc

《棒材轧机液压系统设计说明.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《棒材轧机液压系统设计说明.doc（45页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、唐 山 学 院 毕 业 设 计毕业设计棒材轧机液压系统设计说明书目 录1.前言12.绪论22.1液压技术概况22.2本课题主要研究内容22.3设计步骤33.液压系统的工作要求53.1液压系统的组成53.2棒材轧机液压系统工作原理53.3液压系统参数计算53.3.1确定液压缸负载53.3.2液压缸主要尺寸的确定63.3.3确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格73.3.4与液压泵匹配的电动机的选定84.确定液压系统方案、绘制液压系统原理图94.1确定液压系统方案94.1.1液压基本回路94.1.2选择液压回路94.2绘制液压系统图104.2.1将基本回路组成系统原理图104.2.2液压元件选择11

2、4.3液压系统的验算114.3.1系统压力损失计算124.3.2系统效率计算135.液压站的设计155.1液压站简介155.2油箱设计155.2.1油箱有效容积的确定165.2.2油箱的结构设计175.3油箱结构205.4液压站的结构设计215.4.1液压泵的安装方式215.4.2液压泵与电动机的连接225.5辅助元件245.5.1滤油器245.5.2空气滤清器245.5.3液压油245.5.4液压控制装置的集成245.6绘制装配图255.7液压系统清洗、使用与维护265.7.1清洗液压系统265.7.2系统的使用和维护276.结论29谢辞30参考文献31外文资料32V唐山学院毕业设计1. 前

3、言毕业设计是我们在学完大学全部课程及进行完生产实习之后进行的，它是对我们大学三年学习的一次深入的综合性考察，也是我们步入社会所要从事工作的提前预测，同时还是我们将在校期间所学到的理论基础知识运用到实践中去解决问题的一次很好的锻炼。我们应该学会思考问题、解决问题的方法，来提高我们认识、分析和解决问题的能力，从而为我们今后的学习、生活、工作中奠定坚实的理论和实践基础。毕业设计是我们走向工作岗位之前的一次大练兵，也是提高个人能力的一次良好的机会，同时还是对我们每一个人实际水平的综合评估，因此在设计中我们坚持实事求是、理论联系实际的指导思想，以严肃认真的科学态度完成各项设计内容，这对我们今后的工作、生

4、活都将有重要、深远的意义。本设计为棒材轧机液压系统设计精轧部分，它主要实现的功能是对棒线材进行轧制。设计之初收集了很多关于轧机方面的资料，对其各个部件之间的相对位置以及液压系统所控制的相对应的部分做了分析，明确了设计目标，这台轧机的运动过程为快进工进快退，它的加工方式为同时对6条或6条以上线材进行轧制。系统中主要通过节流阀来控制通过的流量来实现所要求的功能，泵站中采用两个泵，为开一备一的形式，阀的形式为管路连接与叠加阀配合的方式简化了加工工艺。对本人来讲在设计中投入了很大的精力和热情，以严谨求实的科学态度完成了全部的设计内容。在设计过程中，承蒙杨国权老师和其他同学给予的帮助，谨表谢意。限于本人

5、水平有限，经验不足，设计中难免有错误和不妥之处，敬请各位老师指正。2.绪论2.1液压技术概况当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声，经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大的发展，在完善比例控制，伺服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断地提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求，体现在如下一些比较重要的特征上：1) 提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率

6、，液压元件的结构不断地在向小型化方向发展。2) 高度的集成化和模块化。液压系统由管式配置经板式配置，箱式配置、集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置，使连接的通道越来越短，这种组合件不但结构紧凑、工作可靠，而且使用简便，也容易维护保养。模块化发展也是非常重要的方面，完整的模块以及独立的功能单元，对用户而言，只需要简单地进行组装即可投入使用，这样不仅可以大大节约用户的装配时间，同时用户也无须过多配备各种经专门培训的技术人员。3) 和微电子结合，走向智能化。汇在一起的联接体只要收到微处理机或微型计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。综上所述可以看到，液压工业在国民经济中的作用实在是很大的，

7、它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须奋起直追，才能迎头赶上。2.2本课题主要研究内容对棒材轧机液压系统进行方案论证、性能计算和结构计算1) 棒材轧机液压系统基本概况和研究背景介绍2) 液压原理图分析设计3) 液压系统结构设计4) 绘制液压原理图、总装配图及部分零件图。5) 编写设计计算说明书2.3设计步骤一台机器究竟采用什么样的传动方式，必须根据机器的工作要求，对机械、电力、液压和气压等各种传动方案进行全面的方案论证，正确估计应用

8、液压传动的必要性。当确定采用液压传动后，其设计内容和步骤大体如图2.1所示,这里所述的设计内容和步骤只是一般的系统设计流程，在实际设计过程中不是一成不变的，对于较简单的液压系统，可以简化其设计程序；对于重大工程的复杂液压系统，往往还需在初步设计的基础上进行计算机仿真实验，或者局部地进行实物实验，反复修改，才能确定设计方案。另外，这些步骤又是相互关联，彼此影响的，因此常需穿插交叉进行。液压系统的设计步骤大体如下：1) 液压系统的工况分析在开始设计液压系统时，首先要对机器的工作情况进行详细的分析，一般要考虑下面几个问题：l 确定该机器中哪些运动需要液压传动来完成l 确定各运动的工作顺序和各执行元件

9、的工作循环l 确定液压系统的主要工作性能。例如：执行元件的运动速度、调速范围、 最大行程以及对运动平稳性要求等l 确定各执行元件所承受的负载及其变化范围2) 拟订液压系统原理图拟订液压系统原理图一般要考虑以下几个问题：l 采用何种形式的执行机构l 确定调速方案和速度换接方法l 如何完成执行机构的自动循环和顺序动作l 系统的调压、卸荷及执行机构的换向和安全等要求l 压力测量点的合理选择根据上述要求选择基本回路，然后将各基本回路组合成液压系统。当液压系统中有多个执行部件时，要注意到它们相互间的联系和影响，有时要采用防干扰回路。3) 液压系统的计算和选择液压元件液压系统计算的目的是确定液压系统的主要

10、参数，以便按照这些参数合理地选择液压元件和设计非标准元件。具体计算步骤如下：l 计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量l 计算液压泵的工作压力、流量和传动功率l 选择液压泵和电动机的类型和规格l 选择阀类元件和辅助元件的规格4) 对液压系统进行验算必要时，对液压系统的压力损失和发热温升要进行演算，但是有经过生产实践考验过的同类型设备可供类比参考，或者有可靠的试验结果，那么也可以不再进行验算。5) 绘制正式工作图和编制技术文件设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术文件。正式工作图一般包括如下内容：液压系统原理图；液压站总装图；液压泵、液压阀及管路的安装总图。技术文件一般包括以下内容：基本件、标

11、准件、通用件及外购件汇总表，液压系统安装和调试要求，设计说明书等。总体步骤如下：图2.1设计总体步骤3.液压系统的工作要求3.1液压系统的组成棒材轧机液压系统若能正常工作必须由以下五部分组成：1) 动力元件:它是把原动机输入的机械能转换为液体压力能的能量转换装置，一般由电动机和液压泵组成，其作用是为液压系统提供压力油。2) 执行元件:它是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度(直线运动)，或力矩和转速(回转运动)。这类元件包括各类液压缸和液压马达。3) 控制调节元件:它是能控制或调节液压系统中油的压力、流量或方向，以保证执行装置完成预期工作的元件。这类元

12、件主要包括各种液压阀，如溢流阀、节流阀以及换向阀等。4) 辅助元件:辅助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接头、滤油器、压力在以及流量计等。这些元件分别起散热贮油、蓄能、输油、连接、过滤、测量压力和测量流量等作用，以保证系统正常工作，是液压系统不可缺少的组成部分o5) 工作介质:它在液压传功及控制今起传递运动、动力从信号的作用。工作介质为液压油或其它合成液体。3.2棒材轧机液压系统工作原理棒材轧机液压系统的工作原理：液压泵首先向系统提供压力油，推动油缸伸出。当压力升至工作压力时，压力继电器发讯使液压泵电机停止转动，此刻系统处于保压状态，即由蓄能器和液控单向阀构成的保压回路使油缸保持工作压力，从而通

13、过液压缸推动轧机工作。3.3液压系统参数计算3.3.1确定液压缸外负载表3-1液压缸外负载工况计算公式外负载kN启动Ffs400加速Ffd+ Fa 533快进Ffd200工进Fe+ Ffd2200反向启动Ffs400加速Ffd+ Fa533后退Ffd2003.3.2液压缸主要尺寸的确定1) 初选液压系统压力系统压力选定得是否合理，直接关系到整个系统设计的合理程度。在液压系统功率一定的情况下，若系统压力选得过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就增加，系统造价也相应增加；若系统压力选得较高，则液压设备的重量、尺寸会相应降低，但制造精度等要求的提高。查参考文献2，表20-2-11，初定系统压力为25MP

14、a。2) 液压缸主要尺寸查参考文献3，P14，单活塞杆液压缸无杆腔为工作腔时，计算公式为： =F+Ffc （公式1）式中， p1液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力，Pp=25MPa； P2液压缸回油背压力(系统压力过大背压可忽略不计)，MPa；dD活塞杆直径与液压缸内径之比； F液压缸最大负载。 Ffc液压缸密封处摩擦力，他的精确值不易求得，常用液压缸的机械效率cm进行估算 F+ Ffc=F/cm （公式2）式中 cm液压缸的机械效率，一般cm0.90.97公式可化简为 D2=4(F+ Ffc) /p1 计算得各个液压缸的内径，查表标准化列表如下：表3-2液压缸内径液压缸直径D(mm)d（

15、mm）液压缸4002803) 计算在各工作阶段所需的流量确定液压缸的流量查参考文献1，P18，液压缸的流量计算， 式中， 液压缸的流量，L/min；D液压缸内径，m；V活塞杆的运动速度，m/min。计算得负载缸快进时所需流量：=D2v/4=3.140.422460=15L/min。负载缸工进时所需流量：Q=11.3L/min负载缸快退时所需流量：Q=15L/min计算得各执行机构所需最大流量列表如下表3-3液压缸最大流量液压缸所需最大流量（L/min）负载缸153.3.3确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格液压泵在压装的工作过程中向液压缸供油（每次只对一组液压缸供油），选流量最大的液压缸对泵进

16、行计算。1) 泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为： PP1+P 式中 P液压泵最大工作压力，MPa； P1执行元件最大工作压力，MPa； P进油管路中的压力损失，初算时由于系统压力过大忽略不计将P1=25Pa ，P =0 MPa 代入公式得：PP1+P=25MPa上述计算得的是系统的静压力，考虑到系统在各种工况的过按阶段出现的动态压力往往超过静态压力，因此选泵的额定压力Pn应满足Pn(1.251.6)P。中低压系统取小值，高压系统取大值，液压缸按中低压系统取小值，则：Pn=1.2525=31.25MPa。2) 泵的流量确定液压泵的最大流量由文献1 P

17、5得： Q() 式中 Q液压泵的最大流量，L/min；同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，L/min； 系统泄漏系数，一般取=1.11.3，现取=1.2。 Q=1.215L/min=18L/min。3) 选择液压泵的规格根据以上算得的P和Q查阅文献2，再根据现场调研,现选用25PCY14-1B型恒压变量式轴向柱塞泵。该泵的参数为：排量25mL/r，额定压力为32 Mpa。3.3.4与液压泵匹配的电动机的选定选择电动机的公式依据查参考文献2 P52（公式20-2-3）进行验算，即： P= 式中 P所选电动机额定功率，KW； PS泵的额定压力，MPa； Q泵的额定流量，L/min； 转换系数

18、； p液压泵的总效率。查参考文献2，P156，表20-5-9确定各个参数：p=0.95，=0.6，25PCY14-1B型恒压变量式轴向柱塞泵的输出流量为25mL/r，额定压力PS =32 MPa，代入公式3.4，得： P= = 6.1KW所需电动机功率为P=6.1KW。查阅参考文献2，电动机产品样本，选择Y160M型电动机，其功率为7.5KW，额定转速为1440r/min。4.确定液压系统方案、绘制液压系统原理图4.1确定液压系统方案拟定液压系统图是液压系统设计中的一个重要步骤。这一步要做的主要工作：一是选择基本回路，二是把选出的回路组成液压系统。4.1.1液压基本回路1) 调压回路压力调定回

19、路是最基本的调压回路。溢流阀的调定压力应该大于液压缸的最大工作压力，其中包含液压管路上各种压力损失。2) 调速回路进油节流调速回路使用普遍，但由于执行元件的回油不受限制，所以不宜用在超越负载(负载力方向与运动方向相同)的场合。阀应安装在液压执行元件的进油路上，多用于轻载、低速场合。对速度稳定性要求不高时，可采用节流阀；对速度稳定性要求较高时，应采用调速阀。该回路效率低，功率损失大。3) 方向控制回路换向回路一般都采用换向阀来换向。换向阀的控制方式和中位机能依据主机需要及系统组成的合理性等因素来选择，当换向阀左边工作时，液压缸活塞向右方向的运动，当换向阀左边不工作时，向左方向则可以运动。4.1.

20、2选择液压回路这台轧机很适宜选用节流调速方式。节流阀是通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制。从液压缸工作循环图可知，各工作进给时是中压小流量，故可选用单泵供油回路。该系统的泵刚开始工作时，系统是空转运行的，可以在主油路上接溢流阀，采用电磁换向阀进行空载与负载工作之间的转换。各个回路如下图所示1) 工进快进回路2) 液压站图4.1轧机快进工进回路图4.2轧机泵站液压站系统的设计在液压站系统的设计中，遵循在满足系统工作要求的前提下，尽量简化系统原理的原则。设计方案如下：l 液压泵采用一用一备，确保系统正常工作。l 机床在工作时，系统热量主要由泵产生，起产

21、生的热量有限，因此，在设计液压站冷却系统时，只在回油管上设置冷却器，不再设计自循环冷却系统。4.2绘制液压系统图4.2.1将基本回路组成系统原理图将各个回路图合成，整个轧机的液压系统图就初步绘制了，再检查并加以补充完善，便可以绘制出正式的液压系统原理图。如下图所示。图4.5轧机液压系统原理图4.2.2液压元件选择液压阀的选择依据是系统的最高压力和通过阀的实际流量以及阀的操纵、安装方式等，需要注意的问题是：1)确定通过阀的实际流量 ，此时注意通过管路的流量与油路串、并联的关系：油路串联时系统的流量即为油路中各处所通过的流量；油路并联中各油路同时工作时系统的流量等于各条油路通过流量的和。2)单活塞

22、杆液压缸两腔回油的差异 活塞外伸或内缩时的回油流量是不同的，内缩时无杆腔回油流量与外伸时有杆腔的回油流量之比，等于两腔活塞面积之比。3)控制阀的使用压力、流量，不要超过其额定值 ，如控制阀的使用压力、流量超过了其额定值，就易引起液压卡紧或卡死，对控制阀及系统工作质量产生的不良影响。根据系统的要求，选择液压元件，具体详见原理图和装配图。4.3液压系统的验算在液压系统设计计算过程中及设计完结，需要对它的技术性能进行验算，以便从几种设计方案中比较出最佳方案或判断其设计质量。4.3.1系统压力损失计算当系统元、辅件规格和管道尺寸确定后并绘出管路装配草图，即可进行系统压力损失P的计算。它包括管路的沿程压

23、力损失、局部压力损失及阀类元件的局部损失P3，查参考文献3，P38，公式： 式中 管道长度； 管道内径； 液流平均速度； 液压油密度； ，局部阻力和沿程阻力系数； 阀的额定流量； 通过阀的实际流量； 阀的额定压力损失。 查参考文献2，P20-65，系统中最长的管路，内径d=0.1m，长=2 m，通过流量Q=36m3/s，工作介质为20号机油，工作压力下的粘度=2010-6m2/s,密度=900Kg/m3。 管内流速由公式： = =2.3m/s； 雷诺数由公式： Re= Re=1.15*104； 因 4000Re100000 故沿程阻力系数=0.035； =0.0326代入公式3.2 ，计算得沿

24、程阻力损失： =0.035=0.02 MPa。 查参考文献2，阀类元件的局部损失P3：单向阀的压力损失为0.2 MPa，代入公式3.4，得： = =0.02 MPa； 查参考文献2P20-65，管接头、弯头、相贯孔的局部压力损失很小，可不计，所以，液压系统的压力损失=0.02+0.2+0.02=0.24 MPa。 计算出的液压系统的压力损失与选系统工作压力时选定的压力损失很接近，故无须更正系统参数。4.3.2系统效率计算液压系统效率是系统的输出功率(即执行元件的输出功率)N0与其输入功率(即液压泵的输入功率)NP之比，查参考文献3 P39，得系统计算公式： 式中 液压泵的总效率； 执行元件的效

25、率； 回路效率， 又由 系统输给同时动作的执行元件的功率，KW； 同时运转的各液压泵的输出功率，KW。查参考文献2，P285，得=0.90.95，取=0.91；液压泵的总效率=0.75，回路效率=0.954，则系统的总效率： =0.80.910.954=0.6955. 液压站的设计5.1液压站简介液压站是由液压油箱、液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器、滤油器、液面指示器和清洗孔等。液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其它们之间的联轴器等。液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其联接体。液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。1)集中配置型液压装置是将系统的

26、执行器安放在主机上，而将液压泵及其驱动电机、辅助元件等安装在主机之上，按照操作执行器的液压控制装置的安放位置及液压站的功能，又可进一步将液压站分为动力型液压站和复合型液压站两种结构类型。散装在主机各适当位置上的动力型液压站，其形态较为简单，它主要由液压泵及其驱动电动机、油箱及附件、少数控制原器件等组成，因此经常称之为液压站。其主要功能是为液压执行器提供一定压力、流量。而系统的控制任务主要由散装在主机各处的控制阀来成担。 复合型液压站是将系统中液压泵及其驱动电机、油箱及附件、液压控制装置及其它辅助元器件等安装在主机之上，系统的执行器仍然安装在主机上。这种型式将轧机按压系统的供油装置 ,控制调节装

27、置独立于机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，按压装置的振动、发热都与机床隔开；缺点是液压站增加了占地面积。2） 分散配置型液压装置是将液压控制系统的液压泵及其驱动电动机、执行原器件和辅助元件按照机械设备的布局、工作特性和操作要求等分散设计在主机的适当位置，液压系统各组成元件通过管道连接起来。分散配置型液压装置的优点是节省安装空间。缺点是元件布置零乱，安装维护复杂。这种型式将轧机液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各处。例如利用轧机机身或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放任便于操作的地方。3） 复合型液压站不仅具有向执行器提供液压动力的功能，同时还兼具控

28、制调节功能。按照液压控制装置是否安装在液压站上，此种液压站又可分为整体式液压站和分离式液压站。整体式液压站是将液压控制阀组及蓄能器等均安装在液压泵站上。分离式液压站是将液压泵及电动机和油箱及附件、液压控制装置和蓄能器等分散装成液压泵站、液压阀组和蓄能器等几部分，各部分之间按照液压系统原理图中确定的油路关于连接起来。 在本次设计中，为了节省占地面积，力图做到系统结构紧凑，采用分散式。5.2油箱设计在开式传动的油路系统中，油箱是必不可少的，它的作用是，贮存油液，净化油液，使油液的温度保持在一定的范围内，以及减少吸油区油液中气泡的含量。因此，进行油箱设计时候，要考虑油箱的容积、油液在油箱中的冷却、油

29、箱内的装置和防噪音等问题。5.2.1油箱有效容积的确定1)油箱的有效容积油箱应贮存液压装置所需要的液压油，液压油的贮存量与液压泵流量有直接关系，在一般情况下，油箱的有效容积可以用经验公式确定： 式中，油箱的有效容积（L）； Q 油泵额定流量（L/min）； K 系数；查参考文献1，取K=8，油泵额定流量Q=18L/min，代入公式计算得： =818=144 L油箱有效容积确定后，还需要根据油温升高的允许植，进行油箱容积的验算。1) 油箱容积的验算液压系统的压力、容积和机械损失构成总的能量损失，这些能量损失转化为热量，使系统油温升高，由此产生一系列不良影响。为此，必须对系统进行发热计算，以便对系

30、统温升加以控制。液压系统发热的主要原因，是由于液压泵和执行元件的功率损失以及溢流阀的溢流损失所造成的，当液压油温度升高后，会引起油液粘度下降，从而导致液压元件性能的变化，寿命降低以及液压油老化。因此，液压油必须在油箱中得到冷却,以保证液压系统正常工作。l 系统总的发热公率系统总的发热公率H是估算得来的，查参考文献1，P46，得系统总的发热公率H估算公式： 式中，N液压泵输入功率（KW）； 执行元件的有效功率（KW）；若一个工作循环中有几种工况，则应求出其总平均有效功率，系统总的发热公率：H=N（1-） 式中 系统总效率。 由查参考文献5，液压泵输入功率：N=Nd1 式中Nd电动机功率（KW）；

31、 1联轴器传动效率。查参考文献5，P7，取=0.99，代入公式得： N=0.996.5=6.435KW 所以，液压泵输入功率N=6.435KW。将N=6.435KW代入公式，得： H= N（1-）=6.435（1-0.695）KW=2.0KW。l 散热功率及温升油路系统的散热,主要靠油箱表面散热,油箱的散热功率可以用下式进行估算： =KA(KW) 式中, K油箱的散热系数（KW/）； A油箱散热面积（）；系统温升植（）。其中，油箱的散热面积可以用下式估算A=0.065 （） 式中，油箱的有效容积（L）。 液压系统的热平衡条件： 机器在长期连续工作下，应该保持系统的热平衡，其热平衡式为： H-=0， H-KA=0， 查参考文献1，P40，取K=0.025 KW/，将K=0.025代入公式，得： =0.5查参考文献1表3-32所给的允许值为：一般工作机械35，故系统温升验算合格。5.2.2油箱的结构设计1) 结构简介长期以来，液压油箱的结构型式，基本上是由矩形板折边压形成四棱柱，再用封板堵住两侧而构成。端部封板