冷軋平整機(jī)斜楔裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 45 頁1 緒 論1.1 冷軋板帶鋼生產(chǎn)的發(fā)展冷軋板帶鋼生產(chǎn)從本世紀(jì)20年代起步，30年代在美國(guó)、40年代在世界各國(guó)得到發(fā)展，到60、70年代冷軋生產(chǎn)技術(shù)取得了迅猛的發(fā)展。最早的冷軋機(jī)是二輥式，以后采用工作輥輥徑較小而剛性較大的四輥軋機(jī)與多輥軋機(jī)。軋制方式由單片無張力軋制發(fā)展到成卷帶張力可逆軋制，進(jìn)而發(fā)展到輥系全連續(xù)軋制。連軋生產(chǎn)較之單機(jī)架生產(chǎn)，其產(chǎn)量大、板帶精度高，收得率高、自動(dòng)化水平高、消耗低、發(fā)展快且應(yīng)用廣泛。1924年在美國(guó)的阿姆科鋼鐵公司巴勒特建成了世界上第一套三機(jī)架四輥式冷連軋機(jī)。為能生產(chǎn)更薄的板帶，從50年代美國(guó)開始建造五機(jī)架冷連軋機(jī)，其輥身長(zhǎng)度一

2、般為1065 1700 mm，軋制速度最高可達(dá)35 m/s。近年來2030 mm五機(jī)架冷連軋機(jī)得到了發(fā)展。冷連軋機(jī)發(fā)展至今已擁有快速換輥、液壓壓下、彎輥裝置和自動(dòng)控制等新技術(shù)。軋制速度高達(dá)35 41.6 m/s，卷重最大達(dá)60 t。1.2 冷軋板帶鋼生產(chǎn)的工藝流程冷軋板帶生產(chǎn)的工序和工藝流程與產(chǎn)品緊密相關(guān)，隨產(chǎn)品的要求不同，工藝流程也有所不同。冷軋板帶鋼產(chǎn)品以熱軋帶鋼作為原料，因其表面有氧化鐵皮，所以在冷軋前要把氧化鐵皮清除掉，故酸洗是冷軋生產(chǎn)的第一工序。酸洗后即可軋制，軋制到一定厚度，由于帶鋼的加工硬化，必須進(jìn)行中間退火，使帶鋼軟化。退火之前由于帶鋼表面有潤(rùn)滑油，必須把油脂清洗干凈，否則在退

3、火中帶鋼表面形成油斑，造成表面缺陷。經(jīng)過脫脂的帶鋼，在帶有保護(hù)性氣體的爐中進(jìn)行退火。退火之后的帶鋼表面是光亮的，所以在進(jìn)一步的軋制或平整時(shí)，就不須酸洗。帶鋼軋至所需尺寸及精度后，通常進(jìn)行最終退火，為獲得平整光潔的表面及均勻的厚度尺寸和調(diào)節(jié)機(jī)械性能要經(jīng)過平整。帶鋼在平整之后，根據(jù)定貨要求進(jìn)行剪切。成張交貨要橫切，成卷交貨必要時(shí)則縱切。綜上所述，一般用途冷軋板帶鋼的生產(chǎn)工序是：酸洗、冷軋、退火、平整、剪切、檢查缺陷、分類分級(jí)以及成品包裝。其工藝流程如圖1.1所示。 熱軋板卷料 酸洗除磷 冷軋 平整剪切退火 檢查分類 成品包裝圖1.1 冷軋板帶鋼的工藝流程1.3 冷軋板帶的平整帶鋼的平整是帶鋼精整生

4、產(chǎn)的一道工序，它決定鋼板最終質(zhì)量。平整是改善帶鋼表面質(zhì)量和金屬性能的最后工序，帶鋼平整后將被剪切稱為成品鋼板，經(jīng)分選及包裝送往用戶。冷軋后退火的帶鋼或熱軋后的帶鋼進(jìn)行平整，從壓下變形看，平整可使帶鋼在不超過百分之幾毫米的深度內(nèi)表面強(qiáng)化，平整實(shí)質(zhì)是一種小壓下率（0.54.0%）的二次冷軋變形。平整的目的有以下幾點(diǎn)：1提高平直度精度。冷軋后經(jīng)熱處理的帶鋼，其板形會(huì)產(chǎn)生新的不平直度，經(jīng)平整后會(huì)大大改善其板形，提高質(zhì)量。2提高帶鋼厚度精度。平整機(jī)在張力作用下進(jìn)行小壓下量的平整，會(huì)提高帶鋼厚度精度。厚度為0.2 mm帶鋼經(jīng)平整后其厚度精度可提高0.020.04 mm。3提高帶鋼表面質(zhì)量。平整機(jī)工作輥表面

5、光饑餓度較高，經(jīng)平整后除了可消除輕微的表面缺陷外，還會(huì)提高帶鋼表面光潔度。4提高和改善帶鋼的機(jī)械性能。經(jīng)平整后會(huì)提高沖壓性能。5生產(chǎn)麻面和拋光帶鋼。用經(jīng)拋丸的軋輥平整帶鋼，會(huì)產(chǎn)生帶有毛糙度（麻面）的鋼板，可提高工藝性能，有利于噴漆和涂層。若用拋光的軋輥平整帶鋼就會(huì)產(chǎn)生十分光亮的鋼板。6消除低碳鋼的屈服平臺(tái)。低碳鋼在拉伸變形時(shí)拉伸曲線有明顯的上下屈服點(diǎn)。在下屈服點(diǎn)后有一段應(yīng)力平臺(tái)區(qū)域而產(chǎn)生屈服平臺(tái)。屈服點(diǎn)就是金屬開始塑性變形時(shí)作用在試樣截面上的最低應(yīng)力。由于平整壓下率很小，其厚度變形難以測(cè)準(zhǔn)，因此，平整率是采用與壓下率成比例的延伸率來表示的，平整過程的工藝質(zhì)量控制主要是通過延伸率來進(jìn)行管理的。平

6、整時(shí)壓下量對(duì)帶鋼的機(jī)械性能有很大的影響，因此必須根據(jù)成品的不同要求來確定壓下量。平整工藝大多數(shù)都是一道次軋制，一般用于延伸率小的冷軋帶鋼，稱為單機(jī)架平整：只在個(gè)別情況下實(shí)行多道次軋制或可逆式平整，用累計(jì)延伸率達(dá)到產(chǎn)品對(duì)延伸率的要求，最常用的是雙機(jī)架平整。雙機(jī)架平整機(jī)可以實(shí)現(xiàn)較大的冷軋壓下率，生產(chǎn)超薄厚度的表面光潔度要求高的具有較高硬度的鍍錫板。平整的方法有兩種：干平整和濕平整。平整中不使用任何軋制液的平整，稱為干平整：而采用某些平整液的平整，稱為濕平整。干平整表面質(zhì)量好，用小延伸率即可獲得機(jī)械性能的產(chǎn)品，軋制力大，板形控制比較容易，平整效果較好，但干平整的變形量較小，平整效率低，一般延伸率為0

7、.54.0%可用單機(jī)架進(jìn)行干平整。另外，干平整無防銹效果，表面質(zhì)量管理困難。濕平整采用毛面工作輥，主要用于厚帶鋼，可提高防銹性和改善板形質(zhì)量以及得到較高的延伸率。1.4 斜楔調(diào)整裝置的作用在軋機(jī)生產(chǎn)過程中，由于需要不斷重磨軋輥，導(dǎo)致輥徑減小，從而使軋機(jī)名義軋制線的標(biāo)高產(chǎn)生變化，因此，需要通過斜楔裝置進(jìn)行調(diào)整，使軋制線標(biāo)高恢復(fù)到理論設(shè)計(jì)值或維持在名義軋制線標(biāo)高的允差范圍內(nèi)。標(biāo)高調(diào)整的手段很多，根據(jù)設(shè)備總體的裝機(jī)水平和具體的結(jié)構(gòu)來選擇不同的方式，主要有電動(dòng)式、液壓式或液壓、電動(dòng)聯(lián)合式，以及手動(dòng)式的調(diào)整方式。過去主要采用電動(dòng)式和手動(dòng)式，但由于自身的控制精度低、推力小、響應(yīng)慢、效率低已被淘汰，而近些年

8、由于液壓技術(shù)不斷的發(fā)展和自身技術(shù)的完善以被廣泛應(yīng)用。1.5 研究斜楔裝置液壓系統(tǒng)的意義1快速響應(yīng)性好，調(diào)整精度高。因?yàn)椴捎帽壤到y(tǒng)，所以動(dòng)態(tài)特性大幅提高，使產(chǎn)品的精度提高，質(zhì)量更有保證，縮短了加速減速階段的的時(shí)間。2液壓裝置的工作比較平穩(wěn)。液壓傳動(dòng)以液壓油為工作介質(zhì)，油液流動(dòng)過程中有一定的阻尼作用，所以運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，沖擊小。3液壓執(zhí)行元件的布置比較靈活，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。4液壓元件已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，簡(jiǎn)化了機(jī)械機(jī)構(gòu)。5較機(jī)械傳動(dòng)效率高。6便于快速換輥，提高軋機(jī)作業(yè)率。2 液壓動(dòng)力元件的動(dòng)力學(xué)分析和主要參數(shù)的確定2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)：斜楔裝置的重量 2000 kg斜楔裝置調(diào)整速度 100 mm/s

9、上、下斜楔移動(dòng)缸行程 970 mm上、下斜楔鎖緊缸行程 20 mm夾緊的速度 20 mm/s夾緊力 80000 N斜楔裝置的響應(yīng)速度 10Hz斜楔裝置的調(diào)整精度 10m2.2 執(zhí)行元件的工況分析系統(tǒng)的控制原理主要是在液壓軋機(jī)的工作輥的上方設(shè)置一對(duì)液壓缸，由液壓缸活塞桿的伸出來推動(dòng)斜楔，從而改變軋輥間的距離。系統(tǒng)的液壓執(zhí)行元件為單作用活塞缸，其動(dòng)作的執(zhí)行為：當(dāng)液壓油進(jìn)入到無桿腔時(shí)，活塞桿伸出，推動(dòng)斜楔裝置改變輥縫，無桿腔油液經(jīng)回油管路回油到油箱。其運(yùn)動(dòng)過程中也包括加速、勻速、減速三過程。最大速度出現(xiàn)在勻速過程中，達(dá)到100 mm/s。當(dāng)斜楔裝置到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，夾緊缸工作夾緊活塞桿。當(dāng)不需要改變軋

10、輥輥縫的形狀時(shí)，由比例方向控制閥控制油液的流動(dòng)方向，向無桿腔注入液壓油，使活塞桿縮回，油液經(jīng)另一管路回油。移動(dòng)缸的負(fù)載有如下幾部分：1慣性負(fù)載慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)加速時(shí)的慣性力，其值按牛頓第二定律求出 FA=ma= （2.1） =2000=2000N式中：FA慣性負(fù)載力（N）； m斜楔的質(zhì)量（kg）； 斜楔的初始速度（m/s）； 斜楔的調(diào)整速度（m/s）； 斜楔從初始速度到調(diào)整速度所需時(shí)間（s）。2摩擦負(fù)載力摩擦負(fù)載力主要包括液壓缸運(yùn)動(dòng)的摩擦力Ff、上下斜楔間的摩擦力Fg、上斜楔與牌坊間的摩擦力Fi。液壓缸運(yùn)動(dòng)的摩擦力與液壓缸的密封形式有關(guān)。初步設(shè)計(jì)時(shí)，普通液壓缸的摩擦力取30 bar的油

11、壓對(duì)應(yīng)的推力為 Ff=3A1 （2.2）式中：Ff移動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)的摩擦力（N）； A1移動(dòng)缸活塞面積（m2）。3粘性負(fù)載力該系統(tǒng)中粘性負(fù)載力很小，近似等于0，故在此不考慮粘性負(fù)載力。4任意外負(fù)載力任意外負(fù)載力是指在系統(tǒng)中干擾系統(tǒng)工作的力，在該系統(tǒng)中不存在干擾力，故認(rèn)為干擾力FL=0。夾緊缸的負(fù)載情況：相對(duì)于夾緊力，液壓缸本身的自重和摩擦可以忽略不計(jì)，所以需要考慮夾緊力。2.3 初選系統(tǒng)壓力選好供油壓力可以有效減小液壓動(dòng)力元件、液壓能源裝置和連接管道等部件的重量和尺寸，可以減小壓縮性容積和減小油液中所含空氣對(duì)體積彈性模量的影響，有利于提高液壓固有頻率。該系統(tǒng)為電液位置控制系統(tǒng)，具有控制精度高、響應(yīng)速

12、度快、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)所作用的負(fù)載力較小，所以液壓缸無桿腔的壓力較小，所以不需要有較大的供油壓力就能達(dá)到系統(tǒng)的工作要求。故選取泵的供油壓力Ps=10 MPa就能滿足要求。2.4 確定非對(duì)稱液壓缸的主要參數(shù)2.4.1 移動(dòng)缸的主要參數(shù)移動(dòng)缸的受力分析如圖2.1所示。圖.移動(dòng)缸的受力分析移動(dòng)缸活塞面積的估算為 = mm2式中：Fg上下斜楔間的摩擦力（N）； Fi上斜楔與牌坊間的摩擦力（N）； Ps泵的供油壓力（MPa）；管道損失（MPa），取 MPa?；钊麠U直徑為 mm 按標(biāo)準(zhǔn)系列取標(biāo)準(zhǔn)缸徑D=125 mm，活塞桿直徑為d=90 mm，所以活塞面積為 mm2。液壓缸活塞行程為L(zhǎng)=970 mm

13、，所以液壓缸可表示為125/90970。2.4.2 夾緊缸的主要參數(shù)夾緊缸活塞面積的估算 mm2 式中：F夾夾緊缸的夾緊力（N）；管道損失，取 MPa?；钊麠U直徑為 mm 按標(biāo)準(zhǔn)系列取標(biāo)準(zhǔn)缸徑D=100 mm，活塞桿直徑為d=70 mm，所以活塞面積為 mm2，液壓缸活塞行程為L(zhǎng)=20 mm，所以液壓缸可表示為100/7020。2.5 計(jì)算非對(duì)稱液壓缸的工作壓力、流量和功率2.5.1 計(jì)算非對(duì)稱液壓缸的工作壓力移動(dòng)缸環(huán)形腔的面積為 mm2 面積比為無桿腔壓力為 (2.3)有桿腔壓力為 (2.4)等效面積為 (2.5) mm2負(fù)載壓力為 (2.6) MPa無桿腔壓力為 MPa 有桿腔壓力為 MP

14、a夾緊缸環(huán)形腔的面積為 mm2面積比為等效面積為 mm2負(fù)載壓力為 MPa2.5.2 計(jì)算非對(duì)稱液壓缸工作所需的流量液壓缸工作所需的流量為液壓缸無桿腔的流量，其流量按下式計(jì)算 (2.7)式中：Q液壓缸無桿腔的流量（L/min）； A液壓缸活塞的面積（mm2）； v活塞桿的移動(dòng)速度（m/s）。由式(2.7)得移動(dòng)缸無桿腔的流量為 L/min夾緊缸無桿腔的流量為 L/min2.5.3 計(jì)算非對(duì)稱液壓缸的輸出功率移動(dòng)缸輸出功率為 W式中：v1移動(dòng)缸活塞桿移動(dòng)速度（m/s）。夾緊缸輸出功率為 W式中：v2夾緊缸活塞桿移動(dòng)速度（m/s）。3 液壓比例控制系統(tǒng)原理圖的分析與設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)原理圖設(shè)

15、計(jì)該系統(tǒng)主要是為了調(diào)整輥縫的距離，使軋輥軋制出板帶的厚度達(dá)到要求。該系統(tǒng)使用液壓缸活塞桿的伸出來推動(dòng)斜楔，使輥縫發(fā)生微小的位移。液壓缸的輸出力由流過比例閥的流量和泵排出的流量來控制。系統(tǒng)原理圖的擬定過程如下：1泵控還是閥控該控制系統(tǒng)被控物理量為位移，控制功率小，控制精度較高、響應(yīng)速度快，故采用閥控方式。2開環(huán)還是閉環(huán)控制精度一般且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要反復(fù)調(diào)整，所以采用開環(huán)控制方式。3執(zhí)行元件的選擇控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件的行程一般，輸出力大，運(yùn)動(dòng)形式為直線式伸縮運(yùn)動(dòng)，所以采用的執(zhí)行元件為單作用活塞液壓缸。4能源提供裝置系統(tǒng)要求提供的供油壓力為中壓且系統(tǒng)簡(jiǎn)單，采用定量泵即可。5夾緊裝置用二位四通電磁換向閥

16、來控制夾緊、松開換向動(dòng)作時(shí)，為了避免工作時(shí)突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式。考慮到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍能保持夾緊力，所以接入單向節(jié)流閥調(diào)速和液控單向閥保壓。設(shè)計(jì)如液壓原理圖3.1所示（見圖紙WXY-1）。 圖3.1 冷軋平整機(jī)斜楔裝置液壓控制系統(tǒng)原理圖3.2 控制系統(tǒng)原理分析 該系統(tǒng)主要控制的量為液壓缸活塞桿的行程。系統(tǒng)的液壓執(zhí)行元件為單作用活塞缸，其動(dòng)作的執(zhí)行為：當(dāng)液壓泵將液壓油吸入，經(jīng)過過濾器將油液過濾后到達(dá)電液比例閥14，電磁換向閥23得電，使夾緊缸活塞桿退回，當(dāng)比例閥工作在右位時(shí)，電磁換向閥26得電，使得液控單向閥15、16打開，油液到達(dá)移動(dòng)缸無桿腔，在油液不斷充

17、入的情況下，活塞桿伸出，當(dāng)活塞桿到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，電磁換向閥23失電，夾緊機(jī)構(gòu)夾緊移動(dòng)缸活塞桿，從而達(dá)到調(diào)整輥縫大小的目的。其運(yùn)動(dòng)過程中也包括加速、勻速、減速三過程。最大速度出現(xiàn)在勻速過程中，達(dá)到100 mm/s。當(dāng)不需要改變軋輥輥縫時(shí)，電磁換向閥23得電，夾緊缸中的活塞桿退回，比例閥工作在左位，移動(dòng)缸有桿腔進(jìn)油，無桿腔回油。 4 液壓控制系統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 液壓控制系統(tǒng)動(dòng)力元件參數(shù)的確定 液壓動(dòng)力元件參數(shù)的確定時(shí)系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。動(dòng)力元件參數(shù)的選擇包括系統(tǒng)的供油壓力PS，液壓執(zhí)行元件的主要規(guī)格尺寸，即液壓缸的有效面積A1，A2。4.1.1 計(jì)算泵的供油壓力1根據(jù)移動(dòng)缸計(jì)算泵的

18、供油壓力設(shè)比例閥閥口損失 MPa，則可計(jì)算出泵所需的壓力為 (4.1) MPa式中：Fmax移動(dòng)缸向前加速所需的最大力（N），F(xiàn)max=FA+Ff+Fg+Fi； 移動(dòng)缸活塞桿面積， mm2。2根據(jù)夾緊缸計(jì)算泵的供油壓力設(shè)各閥閥口損失 MPa，則可計(jì)算出泵所需的壓力為 (4.2) MPa式中：夾緊缸活塞桿面積， mm2。4.1.2 比例閥的選擇液壓缸前進(jìn)時(shí)各階段所需的力 加速段 N此時(shí)無桿腔壓力為 MPa閥壓降為 MPa恒速段 N此時(shí)無桿腔壓力為 MPa閥壓降為 MPa減速段 N此時(shí)無桿腔壓力為 MPa閥壓降為 MPa根據(jù)比例方向閥額定流量的定義（Rexroth規(guī)定Pn =1 MPa），上述結(jié)果

19、按下式進(jìn)行 (4.3)式中：Qn閥的額定流量（L/min）； Q液壓缸工作時(shí)所需流量（L/min）； Pn閥的額定壓降（MPa）； PL閥的壓降（MPa）。由式（4.3）得L/minL/minL/min 所以選通徑10 mm，額定流量50 L/min，型號(hào)為4WRZ 10 W8-50-7X。技術(shù)參數(shù)如表4.1所示。表4.1 技術(shù)參數(shù)閥的型號(hào)粘度范圍mm2/s先導(dǎo)閥油液清潔度主閥油液清潔度滯環(huán)%最大電流A電磁鐵線圈電阻 4WRZ10 W8-50-7X20 至 380（優(yōu)先選擇 30 至 46）NAS16387級(jí)NAS16389級(jí)62.54.84.1.3 液壓泵及電機(jī)的選擇1液壓泵的選擇(1) 液

20、壓泵的最大工作壓力Pp Pp=Ps2+P (4.4)式中：系統(tǒng)進(jìn)油路上的總壓力（MPa），因系統(tǒng)簡(jiǎn)單，取=0.5 MPa。所以由式(4.4)得： Pp=9.6+0.5 =10.1 MPa為了保證系統(tǒng)不致因過渡過程中過高的動(dòng)態(tài)壓力作用被破壞，系統(tǒng)應(yīng)有一定的壓力儲(chǔ)備量，通常推薦液壓泵的額定壓力可比Pp高25%60%（中壓系統(tǒng)取大值），(1+0.6) Pp =16.16 MPa。(2)液壓泵的最大流量考慮泵的溢流量和泄露計(jì)算泵的最大流量，取溢流系數(shù)為10%，泄露系數(shù)10%計(jì)算泵的最大流量。 (4.5) L/min根據(jù)最大流量 L/min，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取泵的額定流量為94.5 L/min，壓力為

21、31.5 MPa，型號(hào)為63ZCY14-1B。2電機(jī)的選擇根據(jù)所選泵計(jì)算泵的驅(qū)動(dòng)功率為 (4.6) 式中：液壓泵的容積效率，=0.92。N2= kW根據(jù)泵的功率N2=16.3 kW，查液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)選取三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y180M-4，額定功率為18.5 kW，轉(zhuǎn)速為1470 r/min。4.2 液壓閥的選型液壓閥在液壓控制系統(tǒng)中起到控制油液流量大小和方向的作用。在該系統(tǒng)中有主油路上的單向閥、液控單向閥、截止閥，控制油路上的電磁換向閥、單向節(jié)流閥，夾緊缸主油路上的電磁換向閥、液控單向閥、單向節(jié)流閥。1單向閥因該單向閥在主油路上，油液的流量較大，按泵的最大流量94.5 L/min，查新編

22、液壓工程手冊(cè)選取流量為120 L/min，通徑DN=10 mm，管式單向閥，型號(hào)為S15P。2液控單向閥移動(dòng)缸主油路上的的液控單向閥。查機(jī)新編液壓工程手冊(cè)，選取流量為150 L/min，通徑DN=10 mm的液控單向閥，型號(hào)為SL10PB1-30/2。夾緊缸主油路上的液控單向閥。查新編液壓工程手冊(cè)，選取流量為60 L/min，通徑DN=6 mm的液控單向閥，型號(hào)為SV6PB1-30/2。3截止閥在液壓管路中通過手動(dòng)機(jī)構(gòu)切斷或溝通油路，用于需經(jīng)常拆卸或檢修的油路中。查新編液壓工程手冊(cè)，選取流量為100 L/min，通徑DN=20 mm的截止閥，型號(hào)為JZF-20H。夾緊缸油路上的截止閥選取流量為

23、40 L/min，通徑DN=10 mm的截止閥，型號(hào)為JZF-10H。4電磁換向閥移動(dòng)缸油路上的換向閥作用是為比例閥出口的壓力較低，難以打開液控單向閥時(shí)，提供高壓油打開液控單向閥，流量較小，查新編液壓工程手冊(cè)，選取流量為60 L/min，通徑為DN=6 mm，型號(hào)為4WE6。由于夾緊缸油路上的流量較小，所以選取同一型號(hào)的即可。5單向節(jié)流閥正向時(shí)起節(jié)流作用，反向時(shí)起單向閥作用。查新編液壓工程手冊(cè)，選取流量為80 L/min，通徑為DN=6 mm，型號(hào)為Z2FS6。6電磁溢流閥的選型該閥處于泵的出口處，主要其安全卸荷作用，流量不大，查黎明公司的產(chǎn)品樣本書選取流量為40L/min，通徑DN=10mm

24、的電磁溢流閥，型號(hào)為DAW10。4.3 液壓輔件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型4.3.1 油箱的設(shè)計(jì)油箱的作用：1儲(chǔ)存油液；2散掉系統(tǒng)累計(jì)的熱量；3促進(jìn)油液中空氣的分離；4沉淀油液中的污垢。油箱容量的計(jì)算，初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量，式中，為液壓泵每分鐘排出油液的體積為 L由標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7938-1999 取標(biāo)準(zhǔn)油箱容積為500L。油箱尺寸長(zhǎng)、寬、高按1:1:1設(shè)計(jì)為850 mm，790 mm，743 mm。油箱上蓋厚6 mm，其他側(cè)面厚4 mm，郵箱上蓋距油箱上邊緣20 mm，油箱支架高150 mm，所以油箱總高913 mm,支架用10 mm厚的鋼板焊接。油箱底面傾斜2°便于吸油和

25、放油。油箱的清洗孔大400 mm。隔板厚2 mm，長(zhǎng)630 mm，高566 mm，占油箱容積高度的76%，為防止油箱安裝時(shí)傾斜，放油不徹底，在隔板底部靠近油箱壁處開高50 mm的等邊三角形孔便于放油。油箱隔板設(shè)計(jì)成活動(dòng)式，即可以取換，在安裝隔板的位置兩邊焊接3號(hào)角鋼，中間安放隔板。油箱所有焊接均采用三角形角焊，焊接高度為5 mm。焊接后要經(jīng)敲打，除去所有焊渣，并要有較好的密封性。4.3.2 閥塊的設(shè)計(jì)1液壓閥塊的設(shè)計(jì)步驟（1）確定設(shè)計(jì)部分的閥的類型和個(gè)數(shù)； （2）確定油路的走向； （3）確定各閥在閥塊上的安放位置； （4）確定通道孔徑，并確保通道之間的距離不小于5 mm； （5）繪制閥塊圖。2

26、該課題中閥塊的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)中的閥塊設(shè)計(jì)，主要是將靠近液壓缸的各閥集成在一個(gè)閥塊上，設(shè)計(jì)部分包括八個(gè)閥，如閥塊部分原理圖4.1。閥塊的油路走向見圖WXY-2。三維圖見附錄A。圖4.1 閥塊部分原理圖3閥的安裝將比例閥安放在閥塊上面，將與比例閥相連的液控單向閥放在連接孔的兩個(gè)側(cè)面，便于連接和避免與其他的孔相交，電磁閥26和單向節(jié)流閥27采用疊加式，電磁閥23、液控單向閥24和單向節(jié)流閥25也采用疊加式，目的是便于安裝，減小閥塊體積，由于電磁閥26的油口P2和比例閥的油口X1同為控制壓力油口供油，所以將這兩油口設(shè)計(jì)在同一直線上，同理，將比例閥的油口P1和電磁閥23的油口P3設(shè)計(jì)在一條直線上。為保證設(shè)計(jì)

27、的閥塊體積最小和不干涉的情況下，閥之間的距離設(shè)計(jì)為10 mm。4.3.3 管道尺寸的確定在液壓控制系統(tǒng)中，常用的管道有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。但銅管能承受的壓力較低，價(jià)格貴，且易使油氧化；尼龍管在低壓系統(tǒng)中使用；塑料管一般只作回油管使用；而鋼管能承受的壓力較大，價(jià)格便宜，所以在本系統(tǒng)中管道全部采用鋼管。在這個(gè)系統(tǒng)中由于各段油路中的流量不一致，為了節(jié)約成本需分段設(shè)計(jì)。管道共分為四段：1吸油管道；2移動(dòng)缸壓油管道；3回油管道；4控制油管道；5夾緊缸壓油管道。管道內(nèi)徑的計(jì)算按下式進(jìn)行 (4.7) 式中：Q該段液體的流量（m3 / s）； V液體的流速（m / s）。推薦流速為吸油管12

28、m/s，壓油管36 m/s，回油管1.52.5 m/s。1吸油管道的設(shè)計(jì)取泵的最大輸出流量 L/min，流速 m/s m故查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取通徑DN=32 mm，外徑為42 mm，管子壁厚5 mm,公稱壓力31.5 MPa，管接頭連接螺紋M422。2移動(dòng)缸壓油管道的設(shè)計(jì)取比例閥的最大流量 L/min，流速 m/s m故查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取通徑DN=20 mm，外徑為28 mm，管子壁厚4 mm,公稱壓力31.5 MPa，管接頭連接螺紋M272。3回油管道的設(shè)計(jì)假設(shè)推動(dòng)液壓缸運(yùn)動(dòng)的全部油液經(jīng)回油管回油，其流量 L/min，流速 m/s m故查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取通徑DN=32 mm，外徑為42 mm，管子壁

29、厚5 mm，公稱壓力31.5 MPa，管接頭連接螺紋M422。4控制油管道的設(shè)計(jì)控制油主要是為比例閥的控制油口提供油液，流量較小，流速較小，故直接選取管道通徑為6 mm的管道即可滿足要求。5夾緊缸壓油管道的設(shè)計(jì)流量為 L/min，流速 m/s m故查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取通徑DN=6 mm，外徑為10 mm，公稱壓力31.5 MPa，管接頭連接螺紋M101。4.3.4 蓄能器的選型蓄能器在液壓系統(tǒng)中主要是為系統(tǒng)提供暫時(shí)的能量和增大壓力的作用，在這采用氣囊式蓄能器。因?yàn)橹皇莾?chǔ)存多余的油液和能量及提供暫時(shí)的能源和壓力，故不需要較大容積，查新編液壓工程手冊(cè)，選取容積為4 L，壓力為31.5 MPa的蓄能器，

30、型號(hào)為NXQ-L4。4.3.5過濾器的選用 泵出口處的精過濾器用于過濾泵排出的油液中的雜質(zhì)，保證進(jìn)入比例閥的油液清潔度，查新編液壓工程手冊(cè)，選取過濾等級(jí)為10 m，公稱流量為110 L/min的過濾器，型號(hào)為PLF-H110-10P。控制油路上的和回油路上的清洗過濾器和泵出口處的精過濾器作用相同，在控制油路上的過濾精度相對(duì)要高些，控制油路上的取流量為10 L/min過濾等級(jí)為10 m，壓力等級(jí)為32 MPa，型號(hào)為ZU-H10×10DL。回油路上的取過濾等級(jí)為20 m，壓力等級(jí)32 MPa，型號(hào)為ZU-H100×20DL。4.3.6 壓力表與測(cè)壓接頭的選型1在該系統(tǒng)中的壓力

31、表安裝在泵出口處，比例閥的入口處，用于檢測(cè)泵的出口壓力和閥的進(jìn)口壓力大小。查液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取型號(hào)為Y-100型壓力表。開關(guān)選用螺紋聯(lián)接通徑為DN=6 mm，接頭螺紋M14×1.5.壓力等級(jí)為35 MPa，型號(hào)為AF6E。2設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，為了檢修和測(cè)壓方便，在無桿腔進(jìn)油口和無桿腔出油口設(shè)置測(cè)壓接頭。查上海液壓件一廠的產(chǎn)品樣本書選取最高壓力為40 MPa，螺紋聯(lián)接M14×1.5的測(cè)壓接頭，型號(hào)為PT-00A2。4.3.7 液壓油的選用本系統(tǒng)為冶金機(jī)械中的中壓系統(tǒng)，工作介質(zhì)為液壓油，系統(tǒng)要求要有較好的潤(rùn)滑性，液壓泵對(duì)液壓介質(zhì)的粘度要求一般，要求液壓油的品質(zhì)較好，縮油液的換油

32、周期長(zhǎng)。根據(jù)工作環(huán)境（溫度5080）和使用工況（壓力714 Mpa）, 選用HM46型礦物油型液壓油,可以減小摩擦面的摩擦系數(shù)，該油的運(yùn)動(dòng)粘度為46 mm/s，粘度適當(dāng)，在系統(tǒng)中能使運(yùn)動(dòng)部件的阻力減小，管道的壓力損失減小，功率損失減小，腐蝕性低，油液不易被氧化，抗乳化性好。油液的密度一般在850960 Kg/m3，選取該油液的密度為870 Kg/m3。5 液壓控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1 系統(tǒng)控制方框圖該系統(tǒng)的輸入指令信號(hào)為電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過比例放大器放大后輸入到比例閥控制比例閥的開口度，輸出液壓油的流量，液壓油到達(dá)液壓剛，推動(dòng)液壓缸活塞桿伸出，輸出力作用在負(fù)載上，推動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)控制方框

33、圖如圖5.1所示。Ui比例放大器比例閥液壓缸控制對(duì)象輸入信號(hào)i電流圖5.1 控制系統(tǒng)回路的組成5.2 液壓控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)包括液壓缸的傳遞函數(shù)和比例閥的傳遞函數(shù)。由于該系統(tǒng)用的液壓缸為非對(duì)稱液壓缸，故書上的傳遞函數(shù)公式不適用，需自己推導(dǎo)，同樣按照對(duì)稱缸傳遞函數(shù)的推導(dǎo)過程推導(dǎo)。5.2.1 推到非對(duì)稱液壓缸液壓彈簧剛度 液壓缸載荷簡(jiǎn)化圖如圖5.2所示。F1F2xpKh1Kh2A1A2V1V2xL圖5.2 液壓缸圖和簡(jiǎn)化圖假設(shè)液壓缸無摩擦無泄露，且兩腔充滿高壓液壓油，并完全封閉，e為常數(shù)。由?？硕杉皥D5.2得 (5.1) (5.2) (5.3)同理 (5.4)由于兩腔液

34、壓彈簧同時(shí)起作用，所以總液壓彈簧剛度為兩者之和為 (5.5) (5.6)等效面積 (5.7) m2 (5.8) (5.9)等小體積 (5.10)式中：V液壓缸最大容積（m3），。 m3 m3當(dāng)Kh取最小值時(shí)，即 (5.11)求導(dǎo)得 (5.12)令 (5.13) 解得：即液壓彈簧剛度在活塞處于處取得最小值，由于液壓缸活塞在此位置時(shí)，油液的壓縮性對(duì)系統(tǒng)的影響最大，此時(shí)液壓彈簧剛度最小，動(dòng)力元件的固有頻率最低，而且此時(shí)的阻尼最小。因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性最差。如果在這個(gè)工作點(diǎn)液壓動(dòng)力元件能夠正常工作，那么在其它工作點(diǎn)液壓動(dòng)力元件也能夠正常工作。 (5.14) (5.15) (5.16) (5.17) (5.

35、18) (5.19)代入數(shù)得 N/m5.2.2 非對(duì)稱缸傳遞函數(shù) (5.20)式中：液壓固有頻率（rad/s）； 阻尼比； 系統(tǒng)總壓力流量系數(shù)（m3/(sPa)）。 (5.21)式中：執(zhí)行器總泄露系數(shù)（m3/(sPa)），； 比例閥流量壓力系數(shù)（m3/(sPa)）。 (5.22)式中：閥的面積梯度（m）， m； 零開口閥徑向間隙（m）， m； 液體動(dòng)力粘度（），。 m3/(sPa) m3/(sPa) (sPa)/m rad/s故取阻尼比 rad/s液壓缸的傳遞函數(shù)為 (5.23)5.2.3 比例閥的傳遞函數(shù) (5.24)式中：，查力士樂樣本手冊(cè)中的時(shí)間與閥芯行程關(guān)系曲線圖可知閥的頻率為 Hz

36、rad/s取比例閥的阻尼比故比例閥的傳遞函數(shù)為5.2.4 比例放大器的增益 A/V5.3 確定系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) (5.25)式中：5.4 調(diào)整時(shí)間的計(jì)算ts=4/ (5.26)式中：斜楔裝置的響應(yīng)速度（s）。調(diào)整時(shí)間為 ts= s5.5 系統(tǒng)的誤差分析系統(tǒng)誤差的來源主要有：1組成系統(tǒng)的各元件存在誤差。該誤差沿著信號(hào)流向按所通過環(huán)節(jié)的增益之積加以擴(kuò)大到輸出端，形成系統(tǒng)的元件誤差。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的非線性在系統(tǒng)輸出端形成非線性誤差。在上述開環(huán)系統(tǒng)的誤差類型中，偏差、間隙等非線性誤差存在于各環(huán)節(jié)之間聯(lián)接的部位，主要通過精心制造和安裝加以消除。元件誤差是開環(huán)系統(tǒng)的重要誤差來源，通過選用高精度的元件加以減小。

37、此系統(tǒng)的元件誤差主要來自比例法的電磁鐵的滯環(huán)。6 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算6.1 演算回路中的壓力損失本系統(tǒng)管路損失較大的為液壓泵到液壓比例閥和液壓比例閥到移動(dòng)缸之間的壓力損失。6.1.1 沿程壓力損失的計(jì)算1液壓泵到液壓閥之間的壓力損失液壓油在管路中的實(shí)際流速為 m/s式中：A5吸油管管道公稱面積（m2）式中：Re雷諾數(shù)；d5吸油管管道公稱直徑（m）； 液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度（m2/s）。所以在管路中呈層流狀態(tài)流動(dòng)，其沿程阻力系數(shù)為按下式求的沿程壓力損失 (6.1)式中：管道的總長(zhǎng)度（m）； d管道的公稱直徑（m）； v油液在管道中的流速（m/s）； 液壓油密度（kg/m3）， kg/m3。 由式(6.1

38、)得液壓泵到比例閥的沿程壓力損失為 MPa2液壓比例閥到液壓缸的沿程壓力損失液壓油在管路中的實(shí)際流速為 m/s式中：A6移動(dòng)缸壓油管道公稱面積（m2）。式中：d6移動(dòng)缸壓油管道公稱直徑（m）。所以在管路中呈層流狀態(tài)流動(dòng)，其沿程阻力系數(shù)為由式(6.1)得液壓比例閥到移動(dòng)缸的沿程壓力損失為 MPa總的沿程壓力損失為 MPa6.1.2 局部壓力損失的計(jì)算局部壓力損失主要包括管道中折管和管接頭處的局部壓力損失，通過控制閥的局部壓力損失，其中，管接頭和管路局部壓力損失相對(duì)控制閥的局部壓力損失要小很多，故可以忽略，只計(jì)算通過控制閥的壓力損失。查產(chǎn)品樣本書上的各閥的壓降如下：1主油路上的壓降單向閥：S20P

39、 MPa液控單向閥：SL20PB1-30/2 MPa2回油路上的壓降液控單向閥：SL20PB1-30/2 MPa3控制油路上的壓降：電磁換向閥：4WE6 MPa單向節(jié)流閥：Z2FS6 MPa比例閥的壓降為比例閥兩端壓差，泵的出口壓力為10 MPa，經(jīng)過單向閥壓降0.05 MPa，即伺服閥的入口壓力為9.95 MPa，液壓缸入口壓力6 MPa，比例閥出口經(jīng)液控單向閥到達(dá)液壓缸，液控單向閥壓差為0.28 MPa，所以比例閥出口壓力為6.28 MPa，所以伺服閥壓降為9.95-6.28=3.67 MPa。所以系統(tǒng)的總壓力損失為 MPa 與估算數(shù)值相當(dāng)，所以估取值正確，不用重算。6.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱、

40、溫升計(jì)算由系統(tǒng)的輸入功率減去液壓缸的輸出功率即可作為液壓系統(tǒng)的功率損失，如該功率損失能全部轉(zhuǎn)化為熱量，即為系統(tǒng)的發(fā)熱功率。泵的驅(qū)動(dòng)功率為 kW液壓缸有效輸出功率為 W=5 kW系統(tǒng)發(fā)熱功率為 kW系統(tǒng)散熱功率為 (6.2)式中：k散熱系數(shù)（），查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取k=15.13 ； A油箱的散熱面積（m2）； 系統(tǒng)液壓油的工作溫度（），??； 環(huán)境溫度（），取。 郵箱的散熱面積為 m2 所以系統(tǒng)的散熱功率為 W 系統(tǒng)溫升為結(jié)論：由于系統(tǒng)溫升大于，所以不滿足系統(tǒng)的散熱要求，需加冷卻器冷卻。6.3 冷卻器的計(jì)算與選型 冷卻器的冷卻面積計(jì)算： （6.3）式中：k傳熱系數(shù)（），選取列管式冷卻器，效率較高，

41、k=465； 平均溫差（）。 （6.4）式中：進(jìn)口和出口油溫（），； 進(jìn)口和出口水溫（），。 所需冷卻器的冷卻面積為 m2考慮到冷卻器長(zhǎng)期使用時(shí)，設(shè)備腐蝕和油垢水垢對(duì)傳熱的影響，冷卻面積應(yīng)比計(jì)算值大30%，所以實(shí)際的冷卻面積為： m2根據(jù)冷卻器的冷卻面積1.95 m2選擇冷卻面積為2.1 m2的冷卻器，型號(hào)為GLC2-2.1。冷卻器需要的冷卻水量可按下式計(jì)算 （6.5）式中：所選油液的比熱容（kJ/(kgC)）， kJ/(kgC)； 水的比熱容（kJ/(kgC)）， kJ/(kgC)； 水的密度（kg/m3）， kg/m3。所需冷卻水的量為 m3/s L/min6.4 加熱器的計(jì)算與選型液壓系

42、統(tǒng)中的油溫，一般應(yīng)控制在3050°C范圍內(nèi)。最高不應(yīng)高于70°C，最低不應(yīng)低于15°C。油溫過高，將使油液迅速老化變質(zhì)，同時(shí)使油液的粘度降低，造成元件的內(nèi)泄露量增加，系統(tǒng)效率降低。油溫過低，使油液粘度過大，造成泵吸油困難，油溫的過高或過低都將引發(fā)系統(tǒng)工作不正常，為保證油液能在正常的范圍內(nèi)工作，需對(duì)系統(tǒng)油液的溫度進(jìn)行必要的控制。油液經(jīng)冷卻后也可能不滿足系統(tǒng)的要求造成油溫過低。此時(shí)需對(duì)油液進(jìn)行加熱。加熱器發(fā)熱能力的計(jì)算可按下式估算 （6.6）式中：H加熱器的發(fā)熱能力（W）； V油箱內(nèi)油液體積（m3）； 油加熱后的溫升（）； T加熱時(shí)間（s），取T=3600s。 kW電

43、加熱器的功率為 （6.7）式中： 熱效率，取=0.50.8，這里取=0.7。 kW所以選取上海電熱電器廠的電加熱器功率為5 kW，型號(hào)為GYY4-220/5。7 液壓控制系統(tǒng)的安裝調(diào)試和故障處理近年來，液壓技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的運(yùn)用，液壓系統(tǒng)已成為主機(jī)設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一。但是，由于設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和維護(hù)等過程中存在的不足和缺陷，影響了液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，只有了解了液壓系統(tǒng)的工作原理以及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和維護(hù)方面的知識(shí)，才能保證液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行和充分發(fā)揮其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。7.1 液壓控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試7.1.1 液壓系統(tǒng)的安裝液壓系統(tǒng)在安裝質(zhì)量好壞，是關(guān)系到

44、液壓系統(tǒng)能否可靠工作的關(guān)鍵，因此必須正確、合理地完成安裝過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)。液壓系統(tǒng)在安裝以前，要仔細(xì)觀察安裝現(xiàn)場(chǎng)，和設(shè)計(jì)圖紙相配合比較，做出最好的安裝方案和液壓系統(tǒng)的布置。液壓系統(tǒng)的安裝布置要能滿足安裝和維護(hù)的方便，要有足夠的安裝和維護(hù)的空間。在安裝以前要將各安裝件清洗干凈，液壓閥在安裝時(shí)要對(duì)位安裝不能將進(jìn)油口和回油口裝反，否則會(huì)發(fā)生事故；液壓管件在安裝時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配管，管件焊接后要清理干凈焊渣，檢查焊縫周圍有沒有裂紋、氣孔、夾雜物和飛濺，并且焊接要保證油路的密封性；管接頭的安裝不應(yīng)太松弛，密封性要好。安裝設(shè)備應(yīng)根據(jù)實(shí)際平面布置圖對(duì)號(hào)裝位，電動(dòng)機(jī)和液壓泵在安裝時(shí)應(yīng)滿足液壓泵和電機(jī)軸的中心線在同一

45、直線上，聯(lián)軸器在安裝時(shí)應(yīng)加保護(hù)罩，防止污染。液壓系統(tǒng)安裝完成后要仔細(xì)檢查元件的安裝是否正確對(duì)位，管件是否安裝正確，管接頭是否松弛，液壓油路走向，最后要檢查液壓油路的密封性看是否有漏油現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，解決問題后再檢查，檢查無誤后進(jìn)行調(diào)試。7.1.2 液壓系統(tǒng)的調(diào)試液壓設(shè)備在安裝完成后都要進(jìn)行調(diào)試，使其在滿足各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的前提下，按實(shí)際生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行必要的調(diào)整，使其在超過負(fù)載的情況下也能正常工作。調(diào)試前要根據(jù)液壓原理圖系統(tǒng)的裝配圖等技術(shù)文件，再次檢查管路連接是否正確、可靠，油箱內(nèi)的油液是否達(dá)到規(guī)定的高度和各元件的位置是否正確。在檢查完畢后確認(rèn)液壓系統(tǒng)周圍無雜物，調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)要安放明顯的安全設(shè)施標(biāo)志，并由專人看管和調(diào)試設(shè)備。調(diào)試時(shí)先將泵吸油口處、主油路上、控制油路和回油路上的截止閥打開，將液壓比例閥的開口