步進梁升降液壓系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、. . . . I / 39摘 要作為冶金工業(yè)的主要工藝設(shè)備，步進梁在生產(chǎn)線上起著重要的作用。其性能的好壞直接影響著生產(chǎn)進度，進而影響著經(jīng)濟效益。特別是隨著現(xiàn)代化設(shè)備向連續(xù)、大型、高速、高精度方向發(fā)展，對步進梁的模型研究和優(yōu)化控制提出了越來越高的要求。然而，在步進梁的運輸過程中卻出現(xiàn)了諸多問題，如運動速度控制不夠精確，步進梁升降不同步等。這不僅造成了設(shè)備事故，而且還嚴重影響了生產(chǎn)線的生產(chǎn)進度。鑒于以上問題，本文主要圍繞步進梁的液壓系統(tǒng)展開了一些研究，主要容包括以下幾個方面：系統(tǒng)地介紹了步進梁設(shè)備的特點、工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、主要參數(shù)選擇和計算。詳細介紹步進梁液壓系統(tǒng)的原理和工作過程，針對該系統(tǒng)存

2、在的主要問題，提出了改進措施。對軋鋼和帶鋼生產(chǎn)線的機組設(shè)計中輸入輸出設(shè)備的方案選擇以與步進梁設(shè)備的方案設(shè)計和基本設(shè)計都具有一定的指導和實用價值。針對步進梁升降速度的電液比例控制系統(tǒng)，提出了“變量泵+比例方向閥+進口壓力補償器”的控制方案。闡述了步進梁電液比例液壓系統(tǒng)中主要元件的功能、工作原理，以與選型時應(yīng)注意的問題。研究結(jié)果表明，這種電液比例控制方案可以滿足步進梁的工藝曲線要求。對今后同類的項目設(shè)計、制造、施工以與使用步進梁都具有一定的指導作用。關(guān)鍵字： 步進梁； 比例控制； 液壓系統(tǒng)AbstractAbstract. . . . II / 39As the main process equi

3、pment in metallurgical industry, walking beam plays an important role in production line. The performance of walking beam affects the production schedule and economic benefit immediately. Modern equipments are developing to be continuous, large-scale, high-speed, high precision, which deliver a high

4、er demand for the research of walking beam modeling and optimal control.However，there are many problems during the transportation of walking beam，such as the control of velocity not precise enough，the walking beam not to rise and fall synchronously and so onWhich not only have caused equipment accid

5、ents，but also have influenced the production schedule of the production lineIn view of the above problem，the research of this paper focuses on hydraulic system of walking beam, and the main content of this paper includes the following several aspects:The equipment feature, working principle, structu

6、re design，main parameter selections and calculations for walking beam conveyors are systematically introduced in this article. The principle and working process of the hydraulic system were introduced in detail，and the solution was put forward to solve the main problem in this hydraulic system. It c

7、ould be a guideline and utility reference for planning input and output equipment in strip rolling and process lines, as well as for planning and basic engineering of walking beam conveyors.Aiming at the electro-hydraulic proportional speed control system for up-down of the walking beam，the control

8、method was presented based on the proposed control planning of“variable displacement pump + proportional direction valve + meter-in pressure compensator”The function of main element, working principle and the problems which should be regarded during selecting for the proportional electro-hydraulic s

9、ystem of walking beam were described in this paper. . . . . III / 39The experimental result shows that the electro-hydraulic proportional control system can meet the controlling requirement of the walking beam craft curve. Which provides a instructional guideline for the similar projects in design,

10、manufacture, engineering construction and operation afterwards.KeyKey wordswords: :Walking beam; Proportional control; Hydraulic system目 錄前言11 系統(tǒng)設(shè)計方案的確定21.1 設(shè)計要求21.2 主要技術(shù)參數(shù)21.3 確定液壓執(zhí)行元件21.4 繪制系統(tǒng)工況圖31.5 確定控制和調(diào)速方案31.6 草擬液壓系統(tǒng)原理圖42 步進梁受力分析72.1 關(guān)鍵參數(shù)確定72.2 最大推力計算83 液壓缸設(shè)計計算113.1 油缸的設(shè)計原則113.2 油缸的參數(shù)計算113.3 油

11、缸的型號選擇124 泵的選擇計算134.1 泵的選擇原則13. . . . IV / 394.2 泵的參數(shù)計算134.3 泵的型號選擇145 液壓泵的驅(qū)動功率與電機的選擇155.1 驅(qū)動功率的計算155.2 電動機的選擇156 閥的選擇計算166.1 電液比例方向閥166.2 溢流閥的選取166.3 電磁換向閥的選取176.4 壓力補償器選取176.5 單向順序閥的選取176.6 單向閥的選取177 輔助元件的設(shè)計計算187.1 油箱的設(shè)計計算187.1.1 油箱設(shè)計原則187.1.2 油箱容量的計算187.2 管路197.2.1 管道徑d的計算197.2.2 管道壁厚的計算207.2.3 軟

12、管217.2.4 管接頭的選用217.3過濾器的選擇227.3.1 過濾器的配置227.3.2 壓力過濾器227.3.3 回油過濾器227.4 蓄能器的選擇227.5 壓力表的選擇237.6 空氣濾清器的選擇247.7 液位液溫計的選型24. . . . V / 398 液壓系統(tǒng)的驗算258.1 系統(tǒng)發(fā)熱功率計算258.2 油箱的散熱功率259 循環(huán)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計計算279.1 各個參數(shù)計算289.2 動力源螺桿泵的選取289.3 驅(qū)動電機的選擇289.4 循環(huán)過濾器的選擇289.5 冷卻器的選擇289.6 加熱器的選擇3010 液壓工作介質(zhì)的選取3111 閥塊的設(shè)計3212 液壓系統(tǒng)的安裝與

13、維護3312.1 液壓泵安裝要求3312.2 油箱安裝要求3312.3 液壓閥安裝要求3312.4 液壓系統(tǒng)的日常維護和定期檢查34結(jié)束語35參考文獻36致38. . . . 1 / 39前言在現(xiàn)代化的熱軋、冷軋帶鋼車間和帶鋼處理線車間中，步進梁是常用的重要工藝設(shè)備之一。它在生產(chǎn)線、工藝設(shè)備等的連接中起著重要作用，其性能的好壞直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量、鋼坯的成材率、軋機設(shè)備的壽命以與整個主軋線的有效作業(yè)率，進而影響生產(chǎn)進度和企業(yè)的經(jīng)濟效益。作為生產(chǎn)線的輸入和輸出設(shè)備，步進梁被布置在生產(chǎn)線的入口段或出口段，完成鋼卷的輸入或輸出任務(wù)，并根據(jù)工藝的要求，與其周圍有關(guān)的設(shè)備協(xié)同工作，實現(xiàn)鋼卷的尺寸測量、預處

14、理、對中、轉(zhuǎn)向、稱重、打捆等需求。步進梁的結(jié)構(gòu)和工作原理決定了它可以與車間的吊運設(shè)備很好地配合，實現(xiàn)多工位的安全上料或卸料，并且與其周圍相關(guān)的其他生產(chǎn)設(shè)備熔為一體來實現(xiàn)生產(chǎn)的快節(jié)奏、高產(chǎn)量和生產(chǎn)的自動化。冷軋、熱軋和帶鋼處理線車間的輸入輸出設(shè)備除吊車外，主要有步進梁、鏈式運輸機和鋼卷運輸小車。與鏈式運輸機相比，步進梁具有停位準確、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、易維護、設(shè)備重量較輕、占地空間較小等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代化的帶鋼處理線中基本上取代了鏈式運輸機。但在個別熱軋車間和一些半自動的鋼卷包裝機組上還較多采用鏈式運輸機。與鋼卷運輸小車相比，步進梁雖然運行更可靠，但投資大、設(shè)備較復雜。特別是在僅需運輸鋼卷而不

15、要求進行帶頭預處理、對中、轉(zhuǎn)向、稱重、打捆等項處理以與運輸距離較長時，采用鋼卷運輸小車更為經(jīng)濟可行。對于產(chǎn)量較小的生產(chǎn)線如彩涂線、鍍鋅線、磨削線等，通常也采用鋼卷運輸小車。從節(jié)省投資考慮，國外已有年產(chǎn)200萬噸的處理線采用鋼卷小車組進行鋼卷的輸入和輸出的成功應(yīng)用。將來的發(fā)展，步進梁有可能被鋼卷運輸小車取代。因此，這就對步進梁設(shè)備的設(shè)計提出更高的要求：即優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，節(jié)省投資，才能利用其特點和優(yōu)勢，使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。步進梁的特點之一是能滿足高產(chǎn)量、快節(jié)奏的要求，因此在高產(chǎn)量的處理線上例如連續(xù)酸洗線、酸軋線、連續(xù)退火線等生產(chǎn)線上通常被采用。尤其是目前為適應(yīng)市場需要，生產(chǎn)的小卷多，節(jié)奏快，步進梁運

16、輸就具有特殊的優(yōu)勢。因此，步進梁在鋼鐵等行業(yè)中是必不可少的。但在實際運行過程中常常由于步進梁升降速度控制不精確，升降液壓缸不同步等問題，造成步進梁支架被砸壞、液壓缸漏油、液壓系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重振動噪聲等設(shè)備事故，且嚴重影響了生產(chǎn)線的生產(chǎn)進度。如何能夠設(shè)計一個符合要求且工作穩(wěn)定的步進梁液壓系統(tǒng)顯得尤為關(guān)鍵。本文嘗試結(jié)合步進梁的特點和應(yīng)用并著重從升降液壓系統(tǒng)方面進行設(shè)計計算，供同類項目設(shè)計時參考。. . . . 2 / 391 系統(tǒng)設(shè)計方案的確定1.1 設(shè)計要求1.1 液壓系統(tǒng)控制的機械動作1步進梁的運動軌跡，如圖1.1所示。步進梁正常二作狀態(tài)，是按正循環(huán)運動，只在特殊需要時，步進梁才按逆循環(huán)運動或作踏

17、步運動等其他運動方式。圖1.1 步進梁的運動軌跡(1) 正循環(huán)，正常生產(chǎn)狀態(tài)，步進梁上裝滿坯料。(2) 逆循環(huán)，坯料自步進梁退出。(3) 踏步循環(huán)，步進梁只做升降運動，不做水平運動。(4) 中間保持，活動和固定梁同時支撐坯料。1.2 對步進機械的要求1(1) 平穩(wěn)性：等高位附近對鋼坯平穩(wěn)托放；大質(zhì)量控制對象的平穩(wěn)啟動和緩沖停止；步進梁下降動作的平穩(wěn)并安全鎖定。(2) 準確性：連續(xù)的每步進周期啟停點的準確性和良好的重復性。(3) 可靠性：滿足冶金企業(yè)連續(xù)工作狀況對系統(tǒng)可靠性的要求。1.2 主要技術(shù)參數(shù)(1) 液壓系統(tǒng)工作壓力：15MPa；(2) 升降時間14s，位移650mm；(3) 負載500

18、t；1.3 確定液壓執(zhí)行元件由于步進梁與運輸工件的質(zhì)量較大，因此升降液壓系統(tǒng)由兩個液壓缸驅(qū)動，實現(xiàn). . . . 3 / 39升降機構(gòu)的垂直運動。兩個升降液壓缸以剛性聯(lián)接實現(xiàn)機械同步。1.4 繪制系統(tǒng)工況圖為了消除工件擦痕，避免慣性沖擊，保證工件質(zhì)量，步進梁的升降和平移過程都涉與速度控制，即保證步進梁在接近固定梁時作低速運動，做到對工件的輕托輕放，就是說升降和平移過程中存在著勻速、勻加速、勻減速之間的轉(zhuǎn)化過程。設(shè)計時根據(jù)工藝和設(shè)備的要求，對執(zhí)行機構(gòu)(液壓缸)的行程、速度、加速度(詳見步進梁受力分析部分)作出合理的設(shè)定2，并進行準確的控制，確定符合工況要求的步進梁升降速度曲線和負載曲線如下圖所示

19、：圖1.2 步進梁升降液壓系統(tǒng)工況圖. . . . 4 / 391.5 確定控制和調(diào)速方案根據(jù)設(shè)計要求，為了實現(xiàn)工件的輕托輕放，保證工件與步進梁和固定梁接觸時不產(chǎn)生撞擊，步進梁升降液壓系統(tǒng)需進行速度控制，并需要頻繁進行加速、勻速、減速之間的切換，所以采用比例方向閥控制的液壓系統(tǒng)回路。選用比例方向閥已成為步進梁機械控制的常規(guī)配置。電液比例方向閥可對輸出的壓力和流量進行連續(xù)控制，并可滿足步進梁的工況要求。1.6 草擬液壓系統(tǒng)原理圖查閱國外相關(guān)文獻34，并根據(jù)電液比例控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，初步擬定的步進梁升降液壓系統(tǒng)圖如圖1.3所示。本液壓系統(tǒng)兩升降液壓缸采用機械同步，采用電液比例方向閥來控制升降液壓

20、缸的運動方向和運動速度。其升降工作流程為：(1)步進梁上升：電液比例方向閥右側(cè)電磁鐵得電，壓力油經(jīng)過比例方向閥、平衡閥、液控單向閥進入液壓缸的無桿腔，推動液壓缸上升；回油路通過比例方向閥、回油過濾器組流回油箱。(2)步進梁下降：當步進梁把工件運輸?shù)较乱粋€放置位置時，電液比例方向閥左側(cè)電磁鐵得電。液壓油從液壓缸的有桿腔經(jīng)過比例方向閥、回油過濾器組回油，液壓缸下降。無論在上升或下降過程中，速度-位移傳感器將實時測量升降缸速度與位移，并反饋至控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)將信號傳遞給電液比例方向閥，比例方向閥將按比例調(diào)節(jié)進入兩個液壓缸的流量，從而調(diào)節(jié)升降缸的上升或者下降的速度。. . . . 5 / 39圖1.

21、3 步進梁升降液壓系統(tǒng)原理圖1.球芯截止閥 2.減震喉 3.柱塞泵 4.電機 5.溢流閥 6.微型高壓膠管接頭 7.耐震壓力表 8.單向閥 9.壓力過濾器 10.安全閥塊 11.蓄能器 12.壓力補償器 13.電液比例方向閥 14.單向順序閥 15.液控單向閥 16.溢流閥 17.截止閥 18.電接點壓力表 19.液壓缸 20.行程開關(guān) 21.換向閥 22.回油過濾器. . . . 6 / 39各部分功能模塊如下：(1)自鎖回路與保壓回路：本系統(tǒng)使用液控單向閥實現(xiàn)自鎖功能，提高了鎖緊回路的可靠性。同時，使用液控單向閥與溢流閥實現(xiàn)保壓功能，并且，溢流閥能夠防止液壓缸沖擊過高。(2)任意位置停止：

22、為了使步進梁升降時在任何位置均可停止，特增設(shè)了電磁換向閥，使其與液控單向閥協(xié)同工作，實現(xiàn)任意位置停止。在正常工作狀態(tài)下，電磁換向閥左位工作，不影響液控單向閥的功能；當需要在下降過程中停止時，通過控制電磁換向閥右位工作，切斷并卸荷液控單向閥控制油口的壓力油，液控單向閥單向?qū)?，升降液壓缸停止?3)應(yīng)急下降回路：應(yīng)急下降通過3個截止閥實現(xiàn)，系統(tǒng)故障停機時，可先手動打開閥1-4與閥1-5，然后緩慢打開截止閥1-6，在步進梁與所裝工件自重作用下，油液由工作腔進人非工作腔，從而實現(xiàn)緩慢下降。(4)壓力補償回路：對于給定比例閥的輸入信號，通過閥的流量將隨著閥上壓差的變化而變化。為了實現(xiàn)壓力補償(即讓流量

23、與負載或系統(tǒng)壓力無關(guān))，必須把壓力補償器與比例方向閥合用。本方案中，用一個定差減壓閥和一個梭閥組成一個二通進口壓力補償器。比例方向閥上所保持的壓差可通過改變減壓閥先導級彈簧設(shè)定值來調(diào)整。壓力補償器的彈簧調(diào)定后，流過比例節(jié)流口的壓力差就近似為恒定值，即比例方向閥進油口前后壓差保持恒定值。當節(jié)流口前后壓差保持不變時，通過節(jié)流口的流量只與節(jié)流口的開口面積成正比。對比例方向閥而言，進油節(jié)流口的開口面積與比例方向閥的輸入電流信號有關(guān)，而與負載的變化無關(guān)。亦即升降缸的供油流量只與比例方向閥的輸入電流信號有關(guān)，與負載的變化無關(guān)。(5)負載荷保護回路：為了防止比例方向閥出口壓力超過進口壓力而出現(xiàn)負向負載時，壓

24、力補償器閥芯趨向于全開位置，壓力補償器的功能喪失。特增設(shè)了起支承作用的平衡閥（單向順序閥）。2 步進梁受力分析2.1 關(guān)鍵參數(shù)確定升降加速度5步進梁的加速度要合理設(shè)計。不管是升降還是平移，其速度的梯形曲線中的斜邊不可太陡。加速度過大會帶來液壓系統(tǒng)和機械構(gòu)件的沖擊，加速構(gòu)件的磨損；水平加速度過大還有可能引起鋼卷的不穩(wěn)定，嚴重時會發(fā)生鋼卷滾動或側(cè)翻的事故。一般油缸的加速度a1m/s。. . . . 7 / 39本設(shè)計中根據(jù)經(jīng)驗，取步進梁升降加速度21/05. 0sma ，則油缸的加速度為212/24. 0sin/smaa升降輥輪斜軌傾角6步進梁升降輥輪斜軌傾斜角度是步進機構(gòu)的一個極其重要的技術(shù)參數(shù)

25、。角度的大小直接關(guān)系到升降機構(gòu)舉升力的大小，升降軌道和水平導軌的長度，升降油缸的缸徑與行程，以與相應(yīng)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸要求與其強度大小要求。傾斜角度選擇的正確與否，直接關(guān)系到步進機構(gòu)的合理性、經(jīng)濟性和其運動的可靠性。因此，選擇時必須結(jié)合各種因素全面分析研究，以便確定出一個正確、合理的斜軌傾斜角度角。步進梁有效長度較短，舉升總質(zhì)量較小的，可選用較大的傾角；步進梁有效長度較長，舉升總質(zhì)量較大的，應(yīng)選用較小的傾角。斜軌傾角的推薦選用值： (1) 步進梁有效長度L8m，舉升總質(zhì)量m10000kg，可選用=1730；(2) 步進梁有效長度L=826m，舉升總質(zhì)量m=10000250000kg，可選用=131

26、7；(1)步進梁有效長度L=1632m，舉升總質(zhì)量m=250000400000kg，可選用=1013本設(shè)計方案中步進梁有效長度取L=24m，步進梁升降輥輪斜軌傾角取=12。步進梁重量5步進梁的重量在方案和預算階段可按1300-2600kg/m 估算。這個每米重量包括步進梁的固定鞍座和支架、蓋板等有關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)。對于固定鞍座和軌道由鋼結(jié)構(gòu)支承的，取較大數(shù)值；對于固定鞍座和軌道由土建基礎(chǔ)支承的，取較小數(shù)值。本方案中步進梁重量取2500kg/m。. . . . 8 / 392.2 最大推力計算圖2.1 步進機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖1.水平移動框架 2.水平移動輥輪 3.升降框架 4.升降輥輪 5.傾斜滑軌步進機構(gòu)

27、正循環(huán)的4個過程傳動力計算可根據(jù)運動形式分為兩類，一類為水平框架與以上物體的水平運動，另一類為升降框架、水平框架與以上物體的升降運動。第一類中帶料的前進過程比不帶料的后退過程所需油缸的力較大：第二類中上升過程主要是靠油缸的推力上升，下降過程則主要是由液壓閥控制。因此上升過程所需油缸的推力較大。在計算步進機械時只需計算正循環(huán)的水平前進過程和上升過程所需的力。本設(shè)計中只計算步進梁上升過程所需的力。為了實現(xiàn)步進梁對工件的輕拿輕放，步進梁抬舉工件上升運動時又可分為空載加速啟動、空載勻速運行、空載減速運行、空載勻速運行、帶料勻速運行、帶料加速運行、帶料勻速運行、帶料減速運行8個過程。其中以帶料加速運行所

28、需的推力最大其受力分析如圖2.2所示7。. . . . 9 / 39圖2.2 步進梁受力分析步進梁上工件總質(zhì)量：kgmG500000步進梁、水平移動框架和升降框架總重量：kgkgm60000250024其中：步進梁和水平移動框架總重量取 kgmL45000升價框架的重量取 kgmsj15000同一水平運動的所有重量(其中包括工件總重量、水平移動框架與上部支撐工件的部件總重量之和)kgmmmLGsp54500045000500000根據(jù)步進梁水平運動時的受力分析圖列出平衡方程式： (2.1)1amgmNfFspspspspsp根據(jù)步進梁升降運動時的受力分析圖列出平衡方程式： (2.2)2coss

29、in)(cos)(sinamfNgmfFNgmfNsjspspsjsjsjspsjspsj其中：sin21 aaspspNN水平框架所受的支撐力：NamgmNspspsp536825005. 05450008 . 95450001 (2.3). . . . 10 / 39升降運動時水平框架所受到的阻力： (2.4)NNfspsp5 .96628018. 05368250式中：支撐輥運動時的阻力系數(shù) (2.5)018. 0400150012. 06 . 024 . 22Ddk其中：輥輪的附加阻力因數(shù)(1.23.0),取=2.4k輥輪的滾動摩擦因數(shù)(0.50.6)，取k=0.6軸承的摩擦因數(shù)滑動軸

30、承=0.080.1滾動軸承=0.010.015 取=0.012d輥輪軸直徑(mm),取d=150mmD輥輪外圓直徑(mm)，取D=400mm升降運動時水平框架對升降框架的反作用力：Nffspsp5 .96628升降框架所受斜面的支撐力 (2.6)NfNgmNspspsjsj537463812sin5 .9662812cos)53682508 . 915000(sincos)(升價運動時升降框架所受到斜面的阻力 (2.7)NNfsjsj96743018. 05374638聯(lián)立求得步進梁抬舉工件加速上升時沿升降導軌斜面的推力： (2.8)NamfNgmfFsjspspsjsjsj134155212

31、sin/05. 01500012cos5 .9662812sin)53682508 . 915000(96743cossin)(23 液壓缸設(shè)計計算3.1 油缸的設(shè)計原則根據(jù)主機的動力分析和運動計算，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和尺寸。液壓缸的推力，伸出回縮的速度，作用時間，徑，行程，與活塞桿直徑等。根據(jù)選定的工作壓力和材料進行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如液壓缸的壁厚，缸蓋的結(jié)構(gòu)，密封形式，排氣與緩沖等。. . . . 11 / 393.2 油缸的參數(shù)計算步進梁加速上升所需最大推力sjF由上面的受力分析可知，步進梁加速上升時沿升降導軌斜面所需的最大推力為：NFsj1341552密封負載sF在未完成液壓系統(tǒng)

32、設(shè)計之前，不知道密封裝置的參數(shù)，其值無法計算，一般通過液壓缸的機械效率加以考慮，常取機械效率值為0.90-0.97，本設(shè)計中取=0.95m背壓負載bF根據(jù)機械設(shè)計手冊表20-2-14執(zhí)行元件的回油背壓，選取回油背壓為1MPa，根據(jù)機械設(shè)計手冊表21-6-3，取速比=2，液壓缸的進油腔的有效作用面積初估值為2103. 0mA ，有桿腔活塞面積22015. 0mmA ，則背壓負載為： (3.1)NApFbb15000015. 010162綜上，在受力最大階段(即帶料加速運行階段)，作用在液壓缸上的最大總載荷為：NFFFmbsj144373895. 0/ )1500021341552(/ )2(總

33、(3.2)作用于單個液壓缸上的總載荷為： (3.3)NFF7218692/14437382/總液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力工作腔的有效工作面積和油缸徑分別為（機械設(shè)計手冊表21-6-8）： (3.4)mADmpFA472 . 041080. 4101572186912261活塞桿直徑（機械設(shè)計手冊表21-6-16）： (3.5)mDd175. 0212247. 01活塞桿的行程： (3.6)mmmHL13. 3312612sin/650sin/由機械設(shè)計手冊表21-6-2選取標準直徑油缸經(jīng)：D=250mm. . . . 12 / 39活塞桿直徑：d=180mm活塞行程：L=3200mm3.3 油

34、缸的型號選擇查閱Rexroth公司產(chǎn)品樣本RC 17 331(液壓缸)，選取液壓缸型號為：型號：CDH1 MP5/250/180/3200A2X/B1CGUMWW，公稱壓力：25MPa，最大行程:6000mm液壓缸實際計算的工作壓力為： (3.7)PaDFp622107 .14250. 072186944實際選取的工作壓力為Pap61017根據(jù)上面確定的液壓缸直徑，油缸有效工作面積為： (3.8)22221109 . 4250. 044mDA4 泵的選擇計算4.1 泵的選擇原則泵的選型主要根據(jù)系統(tǒng)的工況來選擇液壓泵。泵的主要參數(shù)有壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率。為了保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)和泵的使用壽命，一般

35、在固定設(shè)備系統(tǒng)中，正常工作壓力為泵的額定工作壓力的80%左右；要求工作可靠性較高的系統(tǒng)或運動的設(shè)備(例如車輛)，系統(tǒng)工作壓力為泵額定壓力的60%左右。泵的流量要大于系統(tǒng)工作的最大流量。為了延長泵的壽命，泵的最高壓力與最高轉(zhuǎn)速不宜同時使用。4.2 泵的參數(shù)計算在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局未定之前，可用局部損失代替總的壓力損失，管路的局部壓力損失一般取(510)10 Pa，現(xiàn)選取進出油路上閥和管道總的壓力損失為5（含回油路上的壓力損失折算到進油腔），則液壓泵的最高工作壓力Papl51010為： (4.1)MPaPappplp1810181011017666上述計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的

36、過渡階段出現(xiàn)的pp動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外確保一定的壓力貯備量，并確保泵的使用壽命，其正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足：pp. . . . 13 / 39 (4.2)MPapppn5 .228 . 0/188 . 0/當步進梁的上升速度最大時，所需的最大流量之和為 (4.3)min/4 .353/1089. 506. 0250. 04242332max2maxLsmvDq按照常規(guī)選取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù) =1.11.3，現(xiàn)取=1.1，則液壓泵的最大總流量為：lklk (4.4)min/7 .3884 .3531 . 1maxLqkql單個液壓泵的最大流量為：

37、 (4.5)min/4 .1942/7 .3882/Lqqp4.3 泵的型號選擇由于液壓系統(tǒng)的工作壓力高，負載壓力大，功率大。大流量。所以選軸向柱塞變量泵。柱塞變量泵適用于負載大、功率大的機械設(shè)備（如龍門刨床、拉床、液壓機），柱塞式變量泵有以下的特點：（1）工作壓力高。因為柱塞與缸孔加工容易，尺寸精度與表面質(zhì)量可以達到很高的要求，油液泄漏小，容積效率高，能達到的工作壓力，一般是，Pa510)400200(最高可以達到。Pa5101000（2）流量圍較大。因為只要適當加大柱塞直徑或增加柱塞數(shù)目，流量變增大。（3）改變柱塞的行程就能改變流量，容易制成各種變量型。（4）柱塞油泵主要零件均受壓，使材料

38、強度得到充分利用，壽命長，單位功率重量小。但柱塞式變量泵的結(jié)構(gòu)復雜。材料與加工精度要求高，加工量大，價格昂貴。本設(shè)計中采用三臺液壓泵提供動力，正常運作時兩臺泵工作，一臺泵備用。根據(jù)以上算得的和查閱Rexroth公司產(chǎn)品樣本RC 92 pqpP711(A10VSO型變量泵)，選取軸向柱塞變量泵型號為：A10VSO140DR/31R-PPB12N00，排量：V=140ml/r，額定壓力：28MPa，額定轉(zhuǎn)速：n=1500r/min. . . . 14 / 395 液壓泵的驅(qū)動功率與電機的選擇5.1 驅(qū)動功率的計算由前面得知，本液壓系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在步進梁加速上升的最后階段。為泵的p總效率，由液壓設(shè)

39、計手冊查出，取，則泵的驅(qū)動功率為：)%8881(p%82p (5.1)KWWqpPppw12.7171122601000182. 04 .194101865.2 電動機的選擇電動機有交流電動機和直流電動機之分，一般工廠都采用三相交流電，因而多采用交流電動機，而且多采用Y系列三相異步電動機。其結(jié)構(gòu)簡單，起動性能好，工作可靠，價格低廉，維護方便。由于液壓泵通常在空載下啟動，故對電動機的啟動轉(zhuǎn)矩沒有過高要求，負荷變化比較平穩(wěn)，起動次數(shù)不多，因此可以采用Y系列三相異步電動機。電動機與液壓泵之間通常采用聯(lián)軸器連接，電動機的轉(zhuǎn)速應(yīng)在液壓泵的最佳轉(zhuǎn)速圍。對本系統(tǒng)中的三種電機，考慮到液壓泵的額定轉(zhuǎn)速為1500

40、r/min，故可選擇電機轉(zhuǎn)速為1500r/min，則液壓泵的流量仍可滿足系統(tǒng)的要求。在電動機的選擇中，為了避免系統(tǒng)臨時出現(xiàn)故障所出現(xiàn)的系統(tǒng)所需功率突然增大的現(xiàn)象，一般選擇電機功率時考慮比實際需求功率較大的額定功率，按照系統(tǒng)計算所得出的驅(qū)動功率做參考進行選擇。查閱機械設(shè)計手冊第4卷 表17-1-35 Y系列（IP44）三相異步電動機，選擇電動機的型號為：Y280S-4型三相異步電動機額定功率:75KW，滿載轉(zhuǎn)速：n=1480r/min，效率：=92.7%6 閥的選擇計算1. 對液壓閥的基本要求：(1) 動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊和振動小。油液流過時壓力損失小。(2) 密封性能好。結(jié)構(gòu)緊湊，安

41、裝、調(diào)整、使用、維護方便，通用性大2. 液壓閥的選擇依據(jù)：主要依據(jù)是根據(jù)該閥在系統(tǒng)工作的最大工作壓力和通過該閥的實際流量，其他還需考慮閥的動作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等條. . . . 15 / 39件來選擇閥的規(guī)格。 6.1 電液比例方向閥步進梁液壓系統(tǒng)工作壓力為：MPap17比例閥的額定流量是當壓差為1MPa時確定的8，即： (6.1)min/3 .256)7 .14171(7 .388)/(2/12/1LppqqLLv式中：比例閥選型流量，L/min；vq工作油缸的最大流量，L/min；Lq比例閥基準壓降為 1MPa；p比例閥前后壓差，MPa。Lp查看Re

42、xroth公司產(chǎn)品樣本RC 29 115(比例方向閥)，選取電液比例方向閥型號為：4WRZE 25 W8-325-7X/6EG24ETK31/A1D3M通徑：25mm，額定流量：325L/min，最高工作壓力：350bar6.2 溢流閥的選取定壓溢流作用：在定量泵節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，定量泵提供的是恒定流量。當系統(tǒng)壓力增大時，會使流量需求減小。此時溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進口壓力，即泵出口壓力恒定（閥口常隨壓力波動開啟）。安全保護作用：系統(tǒng)正常工作時，閥門關(guān)閉。只有負載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時開啟溢流，進行過載保護，使系統(tǒng)壓力不再增加（通常使溢流閥的調(diào)定壓力比系統(tǒng)最

43、高工作壓力高1020）。實際應(yīng)用中一般有：作卸荷閥用，作遠程調(diào)壓閥，作高低壓多級控制閥，作順序閥，用于產(chǎn)生背壓（串在回油路上）當考慮全部流量經(jīng)溢流閥流回油箱時，對應(yīng)的最大流量為：，系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在17MPasmLmlq/1045. 3min/2 .207min/207200148014033。查看Rexroth公司產(chǎn)品樣本RC 25802(先導式溢流閥)，選取溢流閥型號為：DB 10-2-5X/200，額定流量：250L/min，最高設(shè)置壓力：200bar6.3 電磁換向閥的選取電磁換向閥控制接到液控單向閥高壓油的通斷，最大工作壓力17MPa。因液控單向. . . . 16 / 39閥的控制容積

44、較小，選用較小流量的換向閥即可。查看Rexroth公司產(chǎn)品樣本RC 22049(電磁方向閥)，選取二位三通電磁換向閥型號為：M-3SED6UK-1X/350CG24N9K4，最大工作壓力為：350bar，最大流量：q=25L/min。6.4 壓力補償器選取壓力補償器的型號應(yīng)與電液比例方向閥相匹配，比例閥的額定流量為325L/min，最高工作壓力為17Mpa。查看Rexroth公司產(chǎn)品樣本RE 29224(壓力補償器)，選取壓力補償器型號為： ZDC25P-2X/M，通徑：25mm，額定流量：325L/min，最大壓力：350bar6.5 單向順序閥的選取通過單向順序閥的最大流量為388.7L/

45、min，最高工作壓力為17MPa。查看Rexroth公司產(chǎn)品樣本RC 26 391(單向順序閥)，選取單向順序閥型號為：DZ20-1-5X/200，通徑25mm，最高工作壓力200bar，最高流量400L/min6.6 單向閥的選取液控單向閥的選取系統(tǒng)液壓油工作壓力為17MPa，單向閥所需最大流量為：min/4 .1942/7 .388Lq。查看Rexroth公司產(chǎn)品樣本RC 21468(液控單向閥)，選取液控單向閥型號為： SL20PA1-4X，最大工作壓力為：315bar，最大流量為：q=350L/mim 普通單向閥的選取最大流量為：，最高工作壓力為：17MPa。min/4 .1942/7

46、 .388Lq查看Rexroth公司產(chǎn)品樣本RC 20375(單向閥)，選取液控單向閥型號為： S25A1.0，最高工作壓力：315bar，最大流量：350L/min7 輔助元件的設(shè)計計算在液壓系統(tǒng)中，液壓輔助元件是指那些既不直接參與能量轉(zhuǎn)換，也不直接參與方向、壓力、流量等控制的但又必不可少的元件或裝置，主要包括濾油器、蓄能器、液壓導管和管接頭、油箱等。雖然它們起輔助作用。但由于數(shù)量較多，輔助元件的故障可能造成整個液壓系統(tǒng)的故障。因此，對輔助元件的選擇計算必須給與足夠的重視。. . . . 17 / 397.1 油箱的設(shè)計計算7.1.1 油箱設(shè)計原則油箱的設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計中的重點之一，油箱在

47、液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱分離油液中的氣泡，沉淀雜質(zhì)等作用。油箱可分為開式和閉式油箱兩種，開式油箱中，油箱液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器，開式油箱結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便，本設(shè)計中采用開式油箱。油箱的設(shè)計中必須有足夠大的容積，首先要滿足散熱的要求，同時也要滿足容納系統(tǒng)中所有工作介質(zhì)；吸油管和回油管要插入最低液面以下，以防止吸油或回油飛濺產(chǎn)生氣泡，管口與箱底箱壁距離一般小于管徑的3倍；吸油管和回油管的距離應(yīng)進可能的遠些，中間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣有利于散熱，達到分離空氣與雜質(zhì)的效果；隔板高度為液面高度的2/3到3/4；為了保證油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上

48、裝有空氣過濾器，注油與通氣一般都由一個空氣過濾器完成；為了便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥，對于不易開蓋的油箱，要設(shè)置清洗孔以便油箱部的清洗；油箱底部應(yīng)距地面150mm以上，以便于搬運放油和散熱等實際工況需要。7.1.2 油箱容量的計算參照機械設(shè)計手冊成大先P20-767，油箱有效容量一般為泵每分鐘流量的37倍，對于行走機構(gòu)，冷卻效果比較好的設(shè)備，油箱容量可選擇小些；對與固定設(shè)備，空間、面積不受限制的設(shè)備，則應(yīng)采用較大的容量。如冶金機械液壓系統(tǒng)的油箱容量通常為每分鐘流量的710倍，鍛壓機械的油箱容量通常取為每分鐘流量的612倍。本設(shè)計中取8倍，其有效容積：LqVp6 .

49、31097 .388881應(yīng)當注意：設(shè)備停止運轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過液壓油箱高度的80%。所以，油箱的體積為：LVV38878 . 0/1實際選取的油箱體積為4000L。油箱一般為長六面體，其長、寬、高之比可依主機總體布置決定，約在1：1：11：2：3之間；. . . . 18 / 39本設(shè)計中取長、寬、高分別為2m、1.6m、1.25m。根據(jù)筒形油箱的外形尺寸，可估算其散熱面積為：24 .152)25. 16 . 125. 126 . 12(mA7.2 管路油管系統(tǒng)中使用的油管種類很多，有鋼管、銅

50、管、尼龍管、塑料管、橡膠管等，必須按照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來正確選用。本設(shè)計中油管采用鋼管，因為本設(shè)計中所須的壓力是高壓，P=18MPa ， (6.3)PMPa鋼管能承受高壓，價格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，但裝配是不能任意彎曲，常在裝拆方便處用作壓力管道，中、高壓用無縫管，低壓用焊接管。本設(shè)計在彎曲的地方可以用管接頭來實現(xiàn)彎曲。尼龍管用在低壓系統(tǒng)；塑料管一般用在回油管用。膠管用做聯(lián)接兩個相對運動部件之間的管道。膠管分高、低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架的膠管，可用于壓力較高的油路中。低壓膠管是麻絲或棉絲編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的油路中。由于膠管制造比較

51、困難，成本很高，因此非必要時一般不用。吸油管路取 0.52 m/s壓油管路取 2.56 m/s ；短管道與局部收縮處取 510 m/s；回油管路取 1.53 m/s；泄油管路取 1 m/s。7.2.1 管道徑d的計算 （7.1）)(61. 4mmvQdQ 液體流量，L/min允許的流速，m/s（按推薦值選定）在液壓泵的出口，主吸油管按流量388.7L/min，支路吸油管按流量194.4L/min，泄油管路的流量按50L/min計算主吸油管路，取=1m/s，徑：mmvQd9 .9061. 4支路吸油管路，取=1m/s，徑：mmvQd3 .6461. 4. . . . 19 / 39主壓油管路，取

52、=3m/s，徑：mmvQd5 .5261. 4支路壓油管路，取=3m/s，徑：mmvQd1 .3761. 4回油管路，取=2m/s，徑：mmvQd2 .6461. 4泄油管路，取=0.9m/s，徑：mmvQd4 .3461. 47.2.2 管道壁厚的計算 （7.2）)(2mmpdp鋼管：nbp銅管：MPap25其中 導管徑dp工作壓力，MPa許用應(yīng)力，MPap抗拉強度，MPabn安全系數(shù)，當時，；時，；7pMPa8n 17.5pMPa6n 時，17.5pMPa4n 按照液壓設(shè)計手冊表（）選取油管列表如下：2082 主吸油徑 100mm 外徑 120mm 壁厚5mm支路吸油徑 65mm 外徑 7

53、5mm 壁厚3.5mm主壓油徑 65mm 外徑 75mm 壁厚8mm支路壓油徑 40mm 外徑 50mm 壁厚5.5mm回油徑 65mm 外徑 75mm 壁厚3mm泄油徑 40mm 外徑 50mm 壁厚2.5mm7.2.3 軟管軟管是用于連接具有相對運動部件或為減少振動的傳遞而使用的管件，分為高壓和低壓兩種，高壓軟管是以鋼絲編織或鋼絲纏繞為骨架的橡膠軟管，用于壓力油路。. . . . 20 / 39低壓軟管是以麻線或者棉線編織體作為骨架的橡膠軟管，用于壓力較低的回油路或氣動管路中。本設(shè)計中的軟管主要是用與電機泄油口與油箱實體相連接處，以減少電機在工作時產(chǎn)生的振動傳遞給油箱。7.2.4 管接頭的

54、選用管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆式聯(lián)接件，它必須具有裝拆方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小、工藝性好等各種條件。管接頭的種類很多，液壓系統(tǒng)中油管與管接頭的常見聯(lián)接方式有：焊接式管接頭、卡套式管接頭、擴口式管接頭、扣壓式管接頭、固定鉸接管接頭。管路旋入端用的連接螺紋采用國際標準米制錐螺紋（ZM）和普通細牙螺紋（M）。錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和采用聚四氟乙烯等進行密封，廣泛用于中、低壓液壓系統(tǒng)；細牙螺紋密封性好，常用于高壓系統(tǒng)，但要求采用組合墊圈或O形圈進行端面密封，有時也采用紫銅墊圈。液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上，為此對管材的選用，接頭形

55、式的確定（包括接頭設(shè)計、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等），管系的設(shè)計（包括彎管設(shè)計、管道支承點和支承形式的選取等）以與管道的安裝（包括正確的運輸、儲存、清洗、組裝等）都要考慮清楚，以免影響整個液壓系統(tǒng)的使用質(zhì)量。國外對管子的材質(zhì)、接頭形式和連接方法上的研究工作從不間斷，最近出現(xiàn)一種用特殊的鎳鈦合金制造的管接頭，它能使低溫下受力后發(fā)生的變形在升溫時消除即把管接頭放入液氮中用芯棒擴大其徑，然后取出來迅速套裝在管端上，便可使它在常溫下得到牢固、緊密的結(jié)合。這種“熱縮”式的連接已經(jīng)在航空和其它一些加工行業(yè)中得到了應(yīng)用，它能保證在4055Mpa的工作壓力下不出現(xiàn)泄漏。本設(shè)計根據(jù)需要，選擇卡套式管接頭

56、。要求采用冷拔無縫鋼管。7.3過濾器的選擇7.3.1 過濾器的配置在油箱的回油口設(shè)置系統(tǒng)所要求的回油過濾器以保持返回油箱的油液具有允許的污染等級；在油箱的排油口（即泵的吸口）為了防止意外落入油箱的污染物，設(shè)置一個吸油網(wǎng)式過濾器；在壓油管路設(shè)置系統(tǒng)工作要求過濾精度的過濾器。對于回油過濾器和液壓泵出口的過濾器均采用帶有污染等級指示和自動報警裝置的過濾器，而且采用過濾器并聯(lián)的方式，設(shè)置一個過濾器備用。過濾器是清除液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)中的固體污染物，使工作介質(zhì)保持清潔，延長元. . . . 21 / 39件的使用壽命，保證液壓元件工作性能可靠。液壓系統(tǒng)故障的75%左右是由介質(zhì)的污染造成的。因此過濾器對于液

57、壓系統(tǒng)來說是十分重要的輔件。過濾器的主要性能參數(shù)有過濾精度，過濾能力，納垢容量，工作壓力，允許壓力降等。過濾器的選擇要考慮使用的目的，安裝形式等因素。過濾器應(yīng)具有足夠大的通油能力，并且壓力損失要小，過濾精度要滿足所使用介質(zhì)的要求，并且有足夠的強度。過濾器的強度和以與壓力損失是選擇時需要重點考慮的因素，安裝過濾器后會對系統(tǒng)造成局部壓降或產(chǎn)生背壓。選擇過濾器的通油能力時，一般應(yīng)大于實際通過流量的2倍以上。7.3.2 壓力過濾器過濾器最大工作壓力為：17MPa；一般壓油過濾器的額定流量應(yīng)選擇為系統(tǒng)流量的2倍左右：。min/4 .7777 .3882Lq查看黎明液壓樣本(PLF系列壓力管路過濾器)，選

58、取壓力管路過濾器型號為： PLF-H66020FP；公稱流量：660L/min；過濾精度：20um；公稱壓力：32MPa。 7.3.3 回油過濾器一般回油路壓力不高，工作壓力取，流量；MPap1min/7 .388Lq 查看黎明液壓樣本(RFA系列微型直回式回油過濾器)，選取回油過濾器型號為： RFA-63020F-Y；公稱流量：630L/min；過濾精度：20um；通徑90mm；公稱壓力：1.6MPa。7.4 蓄能器的選擇蓄能器是將壓力液體的液壓能轉(zhuǎn)換為勢能儲存起來，當系統(tǒng)需要時再由勢能轉(zhuǎn)化為液壓能而做功的容器。因此，蓄能器可以作為輔助的或者應(yīng)急的動力源，可以補充系統(tǒng)的泄漏，穩(wěn)定系統(tǒng)的工作壓

59、力，以與吸收泵的脈動和回路上的液壓沖擊等。蓄能器有效容積：wV （7.3）LtQKVVipiw34. 960144 .4142 . 113. 325. 04260212其中：最大耗油量處，各執(zhí)行元件耗油量總和，LniiV1K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.2泵站總供油量，L/minpQt泵的工作時間，s. . . . 22 / 39蓄能器的總?cè)莘e：0V （7.4）LpppVVnnnw7 .77)171()141(6 .1234. 9)1()1(715. 0715. 0715. 0/12/11/100其中：1p最低工作壓力，MPa，MPap1412p最高工作壓力，MPa，MPap1720p充氣壓力，

60、MPa， MPapp6 .12149 . 0)9 . 07 . 0(10n 指數(shù)，絕熱過程 n=1.4（對氮氣或空氣），則1/n=0.715查看Rexroth公司產(chǎn)品樣本RC 50 135(蓄能器)，選取蓄能器型號為：ABSBG-B50，有效容積50L，數(shù)量選2個。查看Rexroth公司產(chǎn)品樣本RC 50 131(安全閥塊)，選取安全閥塊型號為：ABZSS30E3X/210E/G24K4V，數(shù)量選2個。7.5 壓力表的選擇在整個系統(tǒng)中，壓力表主要安裝在閥臺的控制架上，顯示系統(tǒng)工作時的壓力狀況，方便工作人員較容易的觀測系統(tǒng)的穩(wěn)定性以與實時壓力。泵出口壓力表查閱液壓設(shè)計手冊表（20-8-167），