机械毕业设计（论文）-轧机压下装置液压系统设计（全套图纸三维） .pdf

说明书说明书 设计题目：设计题目： 轧机压下液压装置系统设计轧机压下液压装置系统设计 专业年级：专业年级： 11 级机械级机械 4 班班 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师、职称：指导教师、职称： 2015 年年 5 月月 15 日日 - 0 - 目录目录 摘要 . - 1 - abstract - 2 - 1、绪论 . - 3 - 1.1 液压压下与电动压下比较 . - 3 - 1.2 国内外研究与现状 - 3 - 1.2.1 国外概况 . - 3 - 1.2.2 国内概况 . - 4 - 1.3 本课题的主要研究内容 . - 4 - 1.3.1 假定轧钢机的主要参考参数 . - 4 - 2 轧机液压 agc 系统原理设计 . - 5 - 2.1 轧机液压 agc 控制系统的组成 . - 5 - 2.2 系统原理设计 . - 5 - 3 液压系统主要参数计算及元件选择 . - 8 - 3.1 确定系统工作压力 - 8 - 3.2 液压缸的设计 . - 8 - 3.2.1 确定液压缸内径 d - 9 - 3.2.2 选定活塞杆直径 - 9 - 3.2.3 确定活塞行程 . - 9 - 3.2.4 确定活塞杆的速度 - 9 - 3.2.5 确定液压缸的流量 q - 9 - 3.2.6 活塞杆的推力 f1 与拉力 f2 的计算 - 9 - 3.2.7 液压缸的功率 n 的计算 . - 10 - - 1 - 3.2.8 确定液压缸的总效率 t - 10 - 3.2.9 液压缸结构 - 10 - 3.3 液压缸的结构参数计算 - 10 - 3.3.1 缸筒壁厚计算 . - 10 - 3.3.2 缸筒外径 - 11 - 3.3.3 缸筒底部厚度的确定 - 11 - 3.3.4 缸筒头部法兰厚度 h . - 12 - 3.3.5 活塞的设计计算 - 12 - 3.3.6 活塞杆的设计计算 - 12 - 3.4 强度和稳定性计算 - 12 - 3.4.1 活塞杆强度校核 - 13 - 3.4.2 缸盖连接螺栓的强度计算 - 13 - 3.4.3 缸筒和后缸盖焊缝强度的计算 . - 14 - 3.5 液压缸辅助装置的设计 - 14 - 3.5.1 缓冲装置 . - 14 - 3.5.1 排气装置 - 15 - 3.5.2 密封装置： - 15 - 3.6 液压泵的选取 . - 15 - 3.6.1 注液压泵选取 - 16 - 3.7 液压阀的选取 . - 17 - 3.7.1 溢流阀的选择, - 17 - 3.7.2 单向阀的选取 - 18 - 3.7.2 电磁换向阀的选用 - 18 - 3.7.3 压力表开关的选择 - 18 - - 2 - 3.7.4 球形截止阀 - 19 - 3.7.4 节流截止阀 - 19 - 3.7.5 滤油器的选择 - 19 - 3.7.6 吸油滤油器 - 19 - 3.7.7 回油过滤器 . - 19 - 3.7.8 工作点处系统滤油器 - 19 - 3.7.9 蓄能器的选择 - 19 - 3.7.10 吸收冲击的蓄能器 - 20 - 3.7.11 吸收泵的脉动蓄能器 - 20 - 4 液压油箱的设计 . - 22 - 4.1 油箱的作用 - 22 - 4.2 油箱容积的确定 - 22 - 4.2.1 确定油箱容量 . - 22 - 4.2.2 油箱散热计算 . - 23 - 4.3 油箱的结构设计 - 24 - 4.4 油箱的附件的选择 - 25 - 4.4.1 空气滤清器 . - 25 - 4.4.2 液位液温计 . - 25 - 5 泵站其他元件 - 26 - 5.1 冷却器 - 26 - 5.2 电加热器 - 26 - 5.3 管路及管接头 - 27 - 5.4 液压油 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.4.1 液压油的选择 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.4.2 注意事项 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 - 3 - 6 液压压下系统的安装与维护 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.1 液压压下系统的安装 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.2 液压压下系统的维护 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结束语 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 - 1 - 摘要摘要 随着技术的发展,现代轧机由原来的电动方式逐步被轧机压下装置液压系统取代。 对 板材的精度要求也随着技术进步， 要求也越来越高。 轧机压下装置液压系统具有高精度、 快速的响应速度和过载保护简单可靠的特点被运用的广大轧机中，它是提高钢板板厚精 度、提高生产效率的重要技术。 本次设计主要学习液压压下系统的基本原理，自行查阅液压压下的相关资料，自行 设计轧机压下装置液压系统。 关键词关键词：轧机； agc 系统；液压元件； 全套图纸三维，加全套图纸三维，加 153893706 - 2 - abstract with the development of technology, modern electric mills from the original way gradually replace the agc hydraulic system. the accuracy of plate also as technology advances, increasingly high requirements. rolling mill hydraulic system with high accuracy, fast response speed and overload protection features are simple and reliable to use the majority of the mill, which is to improve the accuracy of plate thickness, improve production efficiency important technology. the design is mainly to learn the basic principles of the hydraulic pressure system, access to relevant information on their own hydraulic pressure of their own design the agc hydraulic system. keywords: mill; agc system; hydraulic components; - 3 - 1、绪论、绪论 agc 即厚度自动控制(automatic gauge control)的简称，这一技术的运用和推广提 高了板材厚度控制和精度，是用来控制板带材纵向厚度的系统。厚度控制是现在板材生 产不可或缺的一部分。 液压 acg 大量运用在轧机板材中，取代了原来电动压下，逐步发展和完善。 液压 acg 系统， 基本组成包括一套 simadyn d 控制装置， 伺服系统， 传感器 （位 移、压力、厚度、速度） 、压下缸，通过改变液压缸的行程，改变辊棒间的间隙，从而 改变轧制板材的厚度。 1.1 液压压下与电动压下比较液压压下与电动压下比较 （1） 、以惯性小的液压缸作为执行元件，比电动机机械传动质量小。 （2） 、快速性好，比一般电动压下快 10 倍以上。 （3） 、压下加速度很大，最大可达 200 到 400mm/s2。 （4） 、精度高，产品头尾差小。 （5） 、电动压下减速器机构有间隙，液压压下液压缸不存在这一问题。 （6） 、消耗功率小，效率高。 （7） 、轧机结构简单，重量轻。 （8） 、液压压下可起过载保护作用，避免出现断辊事故。 1.2 国内外研究与现状国内外研究与现状 1.2.1 国外概况国外概况 日本日立的代表制定的工作轧辊轴向移动的 hc 轧机，cvc 轧机，中间辊弯曲可以移 动两个 uc 轧机，由日本三菱对 pc 的辊交叉型轧机，德国 mannesmann 的 upc 磨和其 他学科的发展。这些钢厂与现代控制方法可以实现多精轧生产的板带材产品微米的厚度 精度。随着国民经济的快速增长，国民素质冷轧带钢，提出了品种和控制轧制工艺数量 - 4 - 的新要求，进一步加大了难度，传统的方法已经难以进一步提高控制水平。因此，一些 国家已开始制定智能控制程序，如模糊控制，神经网络技术，以适应更高的精度要求。 在这方面日本，美国，德国，法国，烧结，炼钢，连铸过程中，轧钢生产等领域得到了 成功的应用。尤其是在日本投入了大量的精力，并获得了不少成果。如神经模糊平直度 控制系统神户钢铁公司的工厂加古川五机架冷连轧机，神经模糊板形控制系统的日立森 吉米尔轧机。 1.2.2 国内概况国内概况 随着改革开放我国高精度轧制技术也取得了一些技术进步研究和开发。改革开放后 实现产业化后，从国外引进了大型冶金设备和技术引进。经过多年的研究技术人员和消 化，在此基础上，结合中国的实际情况，开发了自己的产品，以改善一些基本理论的先 进技术和设备，其中有些技术已经达到或超过而实用的准确性国外先进水平和智能控制 技术在我们厂也得到了一定的应用。像鞍钢中板厂发展 23.50 四个智能控制，济钢中厚 板轧机液压 apc 系统的模糊控制技术的应用这些例子在国内外，并且描述的智能控制 具有优良的发展前景。但总体而言，我国自行研制的轧机技术含量不高，生产出的产品 竞争力较弱，每年仍需要大量进口的高精密带钢产品，许多工厂的生产情况仍不能令人 满意的厚度精度迫切的改善，许多理论问题并用先进的技术是进一步消化研究，如罢工 数学模型，虽然已经比较完善，但仍存在一些经常被忽略的因素。 1.3 本课题的主要研究内容本课题的主要研究内容 主要设计轧机液压压下装置的液压系统包括液压缸的设计和零件的选型。具体研究 内容如下： (1) 明确设计的要求：设计轧机压下装置设计和元件选用。 （2）设计液压控制的方案，并绘制出液压原理的方块图 （3）确定各个执行元件的参数，根据分析选用合理系统组成元件。 （4）绘制液压元件三维图。 （5）确定管道直径和有关选型计算 （6）回路性能分析 1.3.1 假定轧钢机的主要参考参数假定轧钢机的主要参考参数 （1）最大轧制总力：12.5mn - 5 - （2） 最大速度：20mm/s （3） 工作行程：110mm （4） 钢板板材厚度：30mm- 100mm 2 轧机液压轧机液压 agc 系统原理设计系统原理设计 2.1 轧机液压轧机液压 agc 控制系统的组成控制系统的组成 主要设备液压 agc 系统由一组计算机控制装置检测元件和一组液压系统（包括泵 站，控制阀站等） ，液压伺服缸为主的组件。每个机架配备两个 agc 缸，每个中心 agc 油缸安装在索尼磁尺，用于 agc 气缸活塞位移检测器与 1 微米的分辨率，而每一个活 塞缸和活塞侧的agc活塞杆侧配备有压力传感器， 用于检测压力的agc在两侧液压缸， 在轧机的力到达。为了提高系统的响应速度，控制 agc 伺服阀筒的操作和控制阀块直 接安装在圆筒中，为了降低压力脉动系统，每个伺服阀还具有一套累加器。所有工厂都 共享一个液压泵站， 每个机架 agc 系统和弯曲系统和轧机轧辊和中间辊推弦系统电源。 轧机压下液压装置，主要由泵站，伺服阀站，压力缸，电控装置和各种检测设备组 成。 下受压的液压缸安装在下辊支承件 （推） 的两侧， 也可以安装在支承辊轴承 （轧制） ， 在上述两种结构的习惯被称为压抑。调整液压缸的位置，可以调整两个工作轧辊（辊间 隙）的大小的开口。 2.2 系统原理设计系统原理设计 参考资料，确定轧机的液压系统。轧机液压系统主要有；伺服液压缸、伺服阀，位 置传感器，压力传感器，控制元件。 - 6 - 图 2.1 设计的压下装置液压系统的液压回路图如图 2.1。有两个恒压变量泵为系统提供稳 定恒定的压力，高压油，液压油经过两个过滤器，流入伺服控制阀两侧，两个液压回路 相同考虑一个即可。两个伺服阀控制控制液压压下液压缸，控制液压油的进出流量控制 液压缸活塞杆的伸出量达到控制辊间间隙以控制板材厚度。伺服阀与液压缸之间需安装 先导溢流阀一来可以起到保护液压回路，二来可使液压缸快速泄油。储能器是用来提高 快速响应和减少泵站的压力波动。右边的双联泵提供两个低压回路：一个是冷却和过滤 循环回路，一个是压下液压缸的背压回路，这两个回路可以不断地循环过滤系统的液压 油，保证系统液压油的纯净和清洁，热交换器当液压油温度过高可以起到冷却作用。两 个伺服阀控制分别控制两个压下液压缸，其中一个伺服阀在控制回路中设置死区，当回 路流量小时则一伺服阀控制，当流量大时则两伺服阀控制。 整个系统存在工作压力较高流量变化的等问题，因此液压系统的动力源采用恒压变 量泵进行储能；恒压变量泵其结构复杂，调节往往不够灵敏，系统流量变化大时达不到 负载需求，将引起压力较大的变化，固要匹配容量大的储能器，连接油管也要尽量使用 短而粗的。循环过滤回路的过滤器采用深度型和表面型相结合，以提高提高过滤效率。 考虑停机维护等因素，为了提高生产效率，固用两台主泵，一个工作，一个备用。为了 提高过滤效率，循环过滤回路的过滤器采用表面型和深度型相结合，在许多系统中还设 有磁过滤器。 - 7 - 轧机位置控制（agc）系统图 1 轧机液压压力系统 tcs 系统、液压控制器、伺服阀控制器、伺服阀、液压油缸、 位移传感器等 6 部分组成。液压压力伺服系统的控制图 2.2： 图 2.2 液压 agc 位置控制方式控制框图 - 8 - 3 液压系统主要参数计算及元件选择液压系统主要参数计算及元件选择 3.1 确定系统工作压力确定系统工作压力 液压工作压力和流量在液压系统中是最重要的参数。由这两个参数用来来计算设计 和选择液压元件，辅助元件和规格的原动机。选择系统压力之后，缸体的主要尺寸必须 确定。它可用于确定基于所述液压缸的流率。 主系统压力： 选定的系统工作压力的合理性，这将直接关系到整个系统设计的合理水平。在功率 的在某些情况下，液压系统中，如果功率在某些情况下的液压系统中选定的系统压力的 一个合理程度，如果系统压力选择过低，将会使液压元件的体积和重量会增加，但在系 统的成本也将相应地降低。然而，如果系统压力过高，由于高液压元件，材料，辅助元 件，密封件等，从而提高了液压设备的成本，在系统出现故障和寿命的相应增加会相应 减少。因此，系统压力的选择取决于具体的情况，综合因素的所有方面可能。 在一般情况下，主要的大小和负载装置的类型的基础上选择压力可以是，但还需要 考虑空间和其他设备，经济条件和致动器的元件的可用性。 由机械常用的系统工作压力数据，由下表初定系统工作压力 ps=10mpa 国家标准 gb/t7938- 1987 规定了液压缸额定压力系列如 表 31 液压缸额定压力系列 (单位:mpa) 0.63 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 31.5 40.0 3.2 液压缸的设计液压缸的设计 液压缸即液压驱动执行元件，它与承载机构的工作和直接的联系，对于不同形式的 控制机制的控制方法，液压缸具有不同的目的和工作要求。根据设计液压原理图可知。 由于两个液压缸是相同的，设计一个液压缸即可。 液压缸基本参数，液压缸钢管内径 d，液压缸长度 l，活塞杆的直径 d。这些参数 以确定上述的液压缸的负载时，活塞速度和冲程和其他因素。 - 9 - 3.2.1 确定液压缸内径确定液压缸内径 d 由上面表格取 p=20mpa。 再根据液压缸的工作面积大小可以推算出液压缸内 d = 900mm 3.2.2 选定活塞杆直径选定活塞杆直径 由推算出的液压缸面积可得 d 活 =0.7d= 630mm 3.2.3 确定活塞行程确定活塞行程 根据上选定定参数可得活塞最大行程 h=110mm，因此可得活塞杆的最大允许 行程 s=110mm。 3.2.4 确定活塞杆的速度确定活塞杆的速度 v=20mm/s 3.2.5 确定液压缸的流量确定液压缸的流量 q 无杆腔流量：q=3.14/(4v)d v10(l/min) 即 q=3.14/（41）9 . 0 2 10002 . 1xx 3 =763 l/min 有杆腔流量：q=3.14/(4v)(d- d)v10(l/min) =3.14/（41）（0.92- 0.632）1.210 =389l/min 取最大值，qmax=763 l/min 3.2.6 活塞杆的推力活塞杆的推力 f1 与拉力与拉力 f2 的计算的计算 f1=a1p10 6n=3.14d p106/4 n =3.140.9220106n/4 =12.7 mn f2=a2p10 6n=3.14(d- d) p106/4 n =6.5mn - 10 - 3.2.7 液压缸的功率液压缸的功率 n 的计算的计算 w=fv =12.710 60.02=254kw 3.2.8 确定液压缸的总效率确定液压缸的总效率 t dvmt = m 为机械效率； v 为容积效率； d 为作用力效率。 m =0.90.95 取 m =0.92 弹性材料 则 v =1 工作时系统回油线上的排油直接回油箱，故 d =1 则 dvmt = =0.92 3.2.9 液压缸结构液压缸结构 查机械设计手册选用单作用活塞式液压缸。 3.3 液压缸的结液压缸的结构构参数计算参数计算 根据参数计算设计，缸的厚度，前缸盖，后缸盖的规格。 3.3.1 缸筒壁厚计算缸筒壁厚计算 连接方式：根据合理分析前端盖与缸筒适合采用法兰连接，而后端盖与缸筒采 用。缸筒材料: 使用调质的 35 钢。 1） 缸筒内径 d 由前面的计算可知：无活塞杆缸筒内径 d1=900mm 2）.缸筒壁厚 = t + 10 1 ：缸筒外径公差余量 - 11 - r ：缸筒腐蚀余量 当3 . 008. 0= d 时， )( 33 . 2 max max 0 m p dp p 其中 max p：最高工作压力 p ：缸筒材料许用应力 p = n b ， b ：缸筒材料抗拉强度； n：安全系数 通常取 n=5 抗拉强度mpa b 700= 则 p = n b =mpampa140 5 700 = max max 0 33 . 2p dp p = mmmm x 7 .68 2031403 . 2 90020 = 取 0 =70mm 同时取mmmm r 10,5 1 = = t + 10 =85+5+10mm=105mm 3.3.2 缸缸筒筒外径外径 d mmmmd10809029002 1 =+=+= 3.3.3 缸缸筒底部厚筒底部厚度的确定度的确定 缸底的材料：选用 45 钢。缸筒的底部设计为平面 d33.40= 1 p p y d1液压缸内径 py试验压力，取 py=1.5p - 12 - y 许用应力，取 120mpa mm p d p 1 .203 530 520 1080433. 0433. 0 2 = = ，取mm200=。 3.3.4 缸缸筒头部法兰厚筒头部法兰厚度度 h 选用螺纹连接法 h = 50mm；缸盖的材料选用 ht350 铸铁。 查阅机械设计手册表选定 h=50mm，ra=580mm，b=120m 3.3.5 活塞的设计计算活塞的设计计算 1）活塞直径的确定及结构形式： 活塞的有效工作面积与液压力的大小相关，充分考虑到液压缸与活塞之间有密封 圈，取密封圈的厚度为 5，则活塞直径 d =900- 52=890mm。活塞的结构形式: 选用组 合式活塞。 2）活塞与连杆的链接形式：选用焊接型连接方式。 3）活塞的宽度 b=（0.61）900=0.6900=540mm，取 b=540mm 活塞的材料：选用球墨铸铁。 3.3.6 活塞杆的设计计算活塞杆的设计计算 结构：杆体：采用实心杆；杆内端：采用焊接的连接方式；杆外端：采用大螺栓头 连接。 活塞杆的材料：45 钢调整处理，对活塞杆表面淬火。 活塞的导向套杆：采用青铜材料制作。 最小导向长度：h=s/20+d/2=450mm，取 h=450mm。 3.4 强强度度和稳和稳定定性性计算计算 缸筒壁厚的校核 由机械设计手册公式 23.622 ， 2 y dp - 13 - 缸体材料许用应力，取 =120（mpa）, py - 试验压力，取 py =1.25p 则， mmmm xx dp 10593.75 1202 25. 120900 2 y 102.5mm,符合要求。 3.4.1 活塞杆活塞杆强强度度校核校核 )( 4 10 2 6 mpa d f p = mpa1 .40 63. 0 4 105 .12 2 6 = = 查机械零件教材表 71 知经调质处理的 45 钢mpa b 650=，取安全系数 n=5， 则许用应力 mpa n 130 5 650 b = 。由于 故符合散热要求。 4.3 油箱的结构设计油箱的结构设计 在大多基本设备中，油箱基本采用钢板间焊接方式。 容量 油箱是用来存储油和散热,为此油箱要有足够大的容量来容纳油量,以及满足基本散 热的要求。 即停止工作时要能容纳液压系统中所有的油,还要工作时能保持一定的液位高 度要求。 隔板 隔板的安装方式较多，即可以设计成高出液压油面，也可以把隔板设计成低于液压 油面，高度要求最低油面的 2/3，这样才能使液压油从隔板上方流过，隔板的下部应开 有缺口，以便于清洗油箱、放油，同时使吸油侧的油液沉淀物可以经缺口流至回油侧， 然后经放油口放出。 吸油管与回油管 回油管出口方式有弯管直口、直角口、斜口、弯管直口、带散热器出口等几种形式， 其中斜口应用较多，采用 45 度斜口。防止液压波动，要在回油管口装扩散器。回油管 还要放在液面以下，距离液压油箱底面的距离一般要大于 300mm,要注意回油管出口不 允许放在液面以上。 泄露油管的长度和直径要适当，管口安装在液压面以上，防止产生背压。泄油油管 采用单独配管，避免与回油集流配管的方法。吸油管前要求应设置滤油器，精度一般要 求为 100200 的网式。滤油器应要有足够的容量，一避免阻力过大。箱底与滤油器的距 离应不小于 20mm，吸油管应当插入液压油面水平面以下，这是为了防止吸油时卷吸空 气还有因流入液压油箱的液压油搅动液面，使油中混入气泡。 为了使油流有一个方向，要综合考虑分离器，吸入和返回管的配置，可以分离隔板 吸入管和返回管。为了不影响压力波动吸入管，吸入管的回路线和返回管倾斜方向应该 是一致的，而不是相反。 防止杂质入侵 - 25 - 顶盖及清洗孔当冷却器，阀块，液压油箱盖空气过滤器的安装，必须非常牢固。液 压油箱与他们的连接光滑， ，以及液压油橡胶垫片密封胶衬的同时，为了防止杂质，水 和空气的侵入和防止漏油。 与此同时， 它不允许在液压油的盖流回油箱阀门和管道泄漏。 的液压箱高度的水平应便于观察，将要安装在油箱液位计，表示最大和最小油位的 侧面。系统设计液位有温度计。的液压箱高度的水平应便于观察，将要安装在油箱液位 计，表示最大和最小油位的侧面。系统设计液位有温度计。 液压油箱锈：为防止液压油箱锈应涂防锈油涂布槽的内壁。 。 为了提高液压系统的稳定性应该使系统工作在合适的温度。液压油温度，通常希望 保持 30- 50c 的范围内，不超过 60c，最低不小于 15以下。 为液压设备，从工厂组装开始，到最终用户，然后经过反复组装，因此液压系统作 为一个整体或安装有上吊钩，吊螺钉环或吊耳环。 在油箱底部表面应具有一定的坡度，并插在最低设置位置油为排油制备。设置 1:20 1:25 油箱底表面倾斜，倾斜回油边单斜面。 系统中泄露油管需单独接入油箱。 4.4 油箱的附件的选择油箱的附件的选择 4.4.1 空气滤清器空气滤清器 油箱盖上应设置空气滤清器，空气过滤装置和注油过滤网。 选用型号为 2.5 10 1.0quq 其中 2.5 为型号序列，10 为空气过滤精度（m） ，1.0 为空气流量（ 3 /minm） 。 4.4.2 液液位位液液温温计计 液位液温