钢坯冷锯机液压系统设计说明书.doc

钢坯冷锯机液压系统设计 摘 要 随着我国国民经济的快速发展，工业化程度逐年提高，作为基础产业的钢铁业规 模已连续数年稳居世界首位，每年生产将近一亿吨的热轧及冷弯型材、管材、棒材， 这其中80以上的产品都采用了锯机完成切头、切尾、定尺切断工作，由于具备了生 产效率高、锯切的质量好、运行成本低等特点。与剪切机比较，金属没有被强行塑性 拉断的部分，因而轧件切口处精度较高。金属锯切锯机成为了现代轧钢生产线中的重 要一环，它能否正常运转，关系到整条轧线的生产能力能否正常发挥。为此，此次设 计为钢坯冷锯机液压传动系统。这是一个很重要的系统，它包括两个支路：夹紧缸的 夹紧过程和锯切缸的锯切过程。在此次设计过程中，对这两个支路进行了受力分析计 算，对各个元件的选用进行说明。对液压执行元件、液压阀、液压辅助元件和泵站进 行计算。 关键词：液压传动系统；冷锯机；液压阀；泵站 Hydraulic System Design Of Cold Steel Machine Abstract With the rapid development of Chinas national economy and the increasement of the degree of industrialization over the years , as the basic industries of iron and steel industry has the size of its position as the world for several years, and annual production of nearly 100 million tons of hot-rolled and cold-formed profiles, tubes, rods, which more than 80% of the products are completed using the saw-cut head, cut tail, cut off length work productivity because of the high quality of the sawing, and low running costs. Compared with the shearing machine, metal has not been forcibly pulled off the plastic part, thus accuracy of the incision rolling is higher. Metal Cutting Saw has become an important segment of the modern steel rolling production line. Whether it is the normal operation ，it relates to the whole rolling line of the normal production capacity. To this end, the design is the hydraulic drive system saw the cold steel. This is a very important system, which includes two slip: the process of clamping cylinder and the clamping cylinder sawing the sawing process. During the design process, these two slip calculation for the force analysis, the selection of the various components are described. The implementation of hydraulic components, hydraulic valves, hydraulic components and auxiliary pumping station is calculated. Key words: Hydraulic drive system; Cold Saw; Hydraulic valve; Pumping station 目 录 1 绪论.1 1.1锯切机械的组成.1 1.2金属冷切圆锯片国内外的发展趋势.1 1.3锯机的分类及其特点.1 1.3.1摆动式锯机2 1.3.2平推式锯机2 1.4液压传动的介绍.3 1.5液压传动的特点.3 1.5.1液压传动的优点3 1.5.2液压传动的缺点4 1.6课题设计内容介绍.4 2 液压系统的相关设计参数5 3 制定系统方案和拟定液压系统图6 3.1液压系统的组成及设计要求.6 3.2制定系统方案.6 3.3拟定液压系统原理图.7 4 载荷的组成和计算.8 4.1液压缸载荷组成.8 4.2各液压缸载荷的计算.9 4.2.1夹紧缸的载荷计算9 4.2.2锯切缸的载荷计算10 5 计算液压缸的主要结构尺寸12 5.1初选系统工作压力.12 5.2液压缸的主要结构尺寸计算.12 5.2.1液压缸的主要结构尺寸组成12 5.2.2液压缸的主要结构尺寸计算13 5.3计算液压缸所需流量及实际工作压力.14 5.3.1夹紧缸所需流量和实际工作压力14 5.3.2锯切缸所需流量和实际工作压力15 6 液压元件的选择.16 6.1液压缸的选用.16 6.2液压泵的选用.17 6.3电动机的选用.18 6.4液压阀的选用.19 6.5油管尺寸的计算.19 6.5.1管道内径的计算20 6.5.2管道的选择21 6.5.3管接头的选择22 6.6油箱容积及尺寸确定.22 6.7蓄能器的选择.23 6.8液压介质的选择.23 6.9其余液压辅助元件的选择.24 7 液压系统性能验算.26 7.1液压系统压力损失计算.26 7.1.1沿程压力损失26 7.1.2局部压力损失27 7.1.3总压力损失28 7.2液压系统的发热温升计算.28 7.2.1计算液压系统的发热功率28 7.2.2计算油箱的散热功率30 8 阀块的设计.31 9 液压泵站的设计.32 10 经济可行性分析.33 10.1 设备完好率与利用率.33 10.2 设备役龄 33 10.3 设备经济寿命的确定 35 10.4 机械购置成本 36 11 环境分析.37 11.1 环境污染 37 11.2 机械工业（本部分主要尤指液压）对环境的危害和防治.38 11.2.1 液压工业对环境的危害.38 11.2.2 解决方法.39 结 论.40 致 谢41 参考文献42 1 绪论 1.1锯切机械的组成 锯切机械广泛用来切断异型断面轧件，已获得断面整齐的定尺产品。 根据工作方式和结构形式，锯切机械可以分成两类： 1.锯机用于（停放着的）单根或整束轧件的切头、切尾或切定尺长度。锯切常温 轧件的锯机称为冷锯机，锯机高温轧件的锯机称为热锯机。 2.飞锯机用于将运行中的轧件切头、切尾或切成定尺长度。飞锯机也可分为冷飞 锯机和热飞锯机。 为了可以提高锯切断面质量和定尺精度，现代的大型和中型型钢轧钢厂，逐渐用 冷锯机代替热锯机进行轧件的切头、切尾和定尺锯切。 1.2金属冷切圆锯片国内外的发展趋势 从上世纪70年代开始，以德国为代表的工业国家即在金属热切的基础上开发出了 金属冷切技术，并逐渐推广应用，它大大改善了轧件的外观质量和产品精度，同时为 了适应钢材大型化的发展需求，金属冷切圆锯片也逐渐向大型化发展，目前可达到 2500 mm3000 mm。在锯片材质方面，为提高塑韧性，己经大量使用中、低碳锰 钢代替高碳锰钢生产大直径金属冷切圆锯片。在国内，从20世纪90年代开始大量引进 了国外的先进冷锯机和金属冷切圆锯片，使热轧企业和冷弯行业的金属冷切技术得到 了极大的提高，通过国内锯片生产企业如唐山冶金锯片有限公司与各大钢铁企业的共 同努力，国产的金属冷切圆锯片产品也已达了2200 mm，能够全面代替进口锯片，为 钢铁企业提供质优价廉的金属冷切锯片产品。 1.3锯机的分类及其特点 锯机是完成钢材定尺锯切任务的关键设备，虽然在整条轧线中属于辅助设备，但由 于工作性质特别，锯机能否正常运转，决定着整条轧线能力可否充分发挥，因此在整 体工艺设计时要结合产品种类、生产量合理选配锯机的类型、规格、数量，以便达到 均衡生产的目的。下面介绍的是几种常用的锯机种类和性能特点。 1.3.1摆动式锯机 摆动式锯机分上摆式和下摆式两种，锯切时，高速旋转的锯片环绕一个铰链轴在油 缸或气缸的带动下向上或向下摆动快速切断工件。其特点是结构紧凑，锯片安装、更 换容易，维护、检修方便, 但它不适合锯切宽高比比较大的型钢，锯切稳定性较差。 在实际生产当中，以下摆锯的使用为主，上摆锯应用较少因为检修、换片很不方便。 摆动式锯机主要应用于高频焊管及冷弯型钢生产企业，也称为飞锯机，有时也用于 小型热轧型钢企业，用做单根锯切。因为设备造价低,运行成本低，维护检修容易，国 内锯机保有量可达数千台。主要用于中小型高频焊管和冷弯型钢的定尺锯切。 1.3.2平推式锯机 平推式锯机分为小车式和滑座式，基本原理是把锯片主轴箱安装于一个可移动的 台车上，通过液压或齿条传动推动其在滑轨上前后平移，完成工件锯切和退锯动作。 其结构稳定性好，锯片安装、更换容易，检修方便，适合于锯切宽高比较大的工件或 多工件成排锯切。它主要适用于热轧型钢行业和部分大型冷弯型钢、高频焊管企业， 可以锯切大型厚壁型材、管材和圆钢。 1.小车式平推锯机是我国现阶段中小型轧钢企业最常见的机型，这种类型的锯机造 价低廉，一般厂家均可自制，上马快，但结构平稳性较差，功率小，重量轻，工作中 容易跳锯，缺少了工件夹紧、高压水冷却、冲刷功能，对锯片冲击大、磨损快，轧制 厚壁工件时锯切寿命低。由于工件经常撞击锯片，容易引起锯片裂纹的产生或由于闷 车导致锯片的异常损坏，形成现场的一种不安全因素。这类锯机主要锯切品种是工、 槽、角钢。 2.滑座式平推锯机是国内大型钢铁企业、大型冷弯型钢企业使用的主要机型，大型 热轧企业以进口锯机为主,大型冷弯型钢企业以国产锯机为主，这种设备一般配置足够 的主电机功率，机座和滑座之间采用平V导轨结构相联结，进锯采用液压或齿轮齿条传 动可实现无级调速，调速范围在20 mm/s200 mm/s。另外整机重量一般达到3050 t，所以进锯、退锯都非常平稳，在工件夹持方面，设置双侧的水平收集、垂直压紧装 置,锯切时工件不发生任何移动，对锯片没有异常冲击，只是有正常的锯切磨损，所以 一般情况下，每张锯片单次锯切吨位都达数百吨以上。与小车式平推锯的几十吨相比 优势明显，另外锯机上配置了以上的高压冲屑以及低压以下大流量的锯片冷切水，对 锯片保持锯切性能也提供了良好的保证。 总之，滑座式平推锯机无论在设备配置和锯片选用上都已达到了比较完善的程度， 具有生产效率高，安全性好的优点，但就是一次性投人比较高，对于具备一定实力的 企业应该首选这种机型，其综合效益是比较理想的。目前国内常用的进口冷锯机有德 国的西马克斯凯特，意大利的达涅利、波米尼，日本的新日铁等机型。国产冷锯机生 产厂有二重、一重、沈重和上重几个重型机械厂。 1.4液压传动的介绍 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和 气压传动并称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起 来的一门新兴技术，是工农业生产中应用广泛的技术。 1795 年英国 Joseph Braman 以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第 一台水压机。1905 年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。 第一次世界大战后液压传动广泛应用，特别是 1920 年以后，发展更为迅速。 液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间，才开始进入正规的工业生产阶段。 1925 年 F.Vikers 发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐 步建立奠定了基础。 20 世纪初 GConstantimsco 对能量波动传递所进行的理论及实际究；1910 年对液力 传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。 第二次世界大战期间，在美国机床中有 30%应用了液压传动。在 1955 年前后，日 本迅速发展液压传动，1956 年成立了“液压工业会” 。 1.5液压传动的特点 1.5.1液压传动的优点 1.体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； 2.能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； 3.换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线 往复运动的转换； 4.液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； 5.由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长； 6.操纵控制简便，自动化程度高； 7.容易实现过载保护。 液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工 机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等； 钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及 堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置等等；船舶用的 甲板起重机械、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的控制装置、测量浮标、 升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起 落架的收放装置和方向舵控制装置等。 1.5.2液压传动的缺点 1.使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁； 2.对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高； 3.液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平； 4.用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患； 5.传动效率低。 1.6课题设计内容介绍 本课题设计内容是冷锯机液压传动系统。该系统设计内容包括：型材的夹紧系统 和锯片的剪切系统两部分。 在夹紧系统中，由于需要对型材施加恒定的外力，所以在液压回路中安装单向调 压阀，保持夹紧回路的压力恒定。 在升降系统中，液压缸需要控制锯切在工作进程中恒速进给以及非工作进程中快 速退回，所以在液压回路中需要安装双单向节流阀，来实现不同工作过程中对锯机不 同速度的要求。同时，锯机在待机情况下需要保持活塞杆始终支撑锯机，所以在液压 回路中还要安装液压锁以保证锯机在待机情况处于待机位置。 此液压系统能够实现系统稳压、调速及锁紧等功能。 2液压系统的相关设计参数 夹紧缸参数： 夹紧力： 7634 Kg 活塞运行速度： 0.1 m/s 锯切缸参数： 进锯力： 3065 Kg 进锯速度： 70 mm/min 锯切速度： 9.519 m/min 活塞运行速度： 0.077 m/s 钢坯最大直径： 410 mm 锯片直径： 1300 mm 3制定系统方案和拟定液压系统图 液压系统的组成及设计要求 液压传动是借助于密封容器内液体的加压来传递能量或动力的。一个完整的液压 系统由能量（压力）发生源、能量控制和分配装置及工作执行机构四个部分组成。在 本设计系统中，采用油泵作为系统的液压发生机构，即压力源；采用液压缸作为工作 的执行机构，将压力能转化为机械能。在它们之间通过管道以及附件进行能量传递； 通过各种阀作为控制机构进行控制。 通常液压系统的一般要求是： 1.保证工作部件所需要的动力； 2.实现工作部件所需要的运动、工作循环，保证运动的平稳性和精确性； 3.要求传动效率高，工作液体升温低； 4.结构简单紧凑，工作安全可靠，操作容易，维修方便等。 同时，在满足工作性能的前提下，应力求简单、经济及满足环保要求。 液压系统工作介质最常用的是乳化液和油。由于乳化液的粘性小易泄漏，润滑性 差，易腐蚀，并且实现自动控制比较困难等缺陷。现在越来越多的液压系统采用油液 作为工作介质。 本液压系统通过对负载力和流量的初步估算，初步定为中等压系统，即为 P20MPa。 3.2制定系统方案 1.执行机构的确定：本系统执行机构均是以液压缸作往复运动带动执行机构执行运 动的机械结构。根据系统的初步要求，初选两个液压缸，分别作为夹紧缸和锯切缸。 2.夹紧缸动作回路：夹紧缸要对型材进行夹紧保证能够正常锯切，此液压缸的动作 由换向阀控制，系统要求压力始终保持恒定，所以系统中采用单向减压阀，对夹紧缸 压力进行控制。 3.锯切缸动作回路：锯切缸要控制锯机的升降和在锯切时产生锯切力，同时在锯机 不工作时，要保持锯机处于待机状态，不能因机构自身重力下降，所以在系统中安装 液压锁使得锯机能够自锁。而且，在锯切时机构对于锯机的进锯速度有一定得要求， 所以在回路中还安装了双单向节流阀，对进锯速度能够进行调节。 3.3拟定液压系统原理图 通过上述对执行机构、基本回路的设计，将它们有机的结合起来，再加上一些辅 助元件，便构成了设计的液压原理图。见图 3.1 图 3.1 液压系统原理图 此外，由于系统有很多电控阀的使用，电磁铁工作顺序表如下表 3.1 。 表 3.1 电磁铁动作表 1DT2DT3DT4DT5DT 夹紧缸夹紧+ 夹紧缸退回+ 锯切缸锯切+ 锯切缸退回+ 系统安全卸荷 4 载荷的组成和计算 液压缸载荷组成 1.工作负载 常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力 的方向与活塞运动方向相同为负，相反为正。 2.导轨摩擦负载 对于水平轨 (4.1.1) 对于 V 型导轨 (4.1.2) 式中 G运动部件所受的重力（N）; 外载荷作用于导轨上的正压力（N）; 摩擦系数； V 型导轨的夹角，一般为 90。 3.惯性负载 惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二 定律求出： (4.1.3) 式中 g重力加速度，； 时间内的速度变化值； 启动，制动速度转换时间，一般机械取，对轻载低速 运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般 以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷 启动加速时 (4.1.4) 稳态运动时 (4.1.5) 减速制动 (4.1.6) 工作载荷并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则。 除外载荷外，作用于活塞上的载荷 F 还包括液压密封处的摩擦阻力，由于 各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为： 式中 液压缸的机械效率，一般取 0.900.95 (4.1.7) 总载荷为 (4.1.7) 4.2各液压缸载荷的计算 4.2.1夹紧缸的载荷计算 对加紧装置进行受力分析：加紧装置进给和退回的受力情况相同，所受到的摩擦 力和惯性力大小相同，方向相反，故摩擦力用表示，惯性力用表示。 f F a F 受力分析图如下图： 1.导轨摩擦负载： 假设夹紧端自身质量为 G=100Kg 取由公式(4.1.1)可得： Ff=NG 8 . 588 . 910006 . 0 2.惯性负载： 取 =1m/，由公式(4.1.3)可得： N t v g G Fa1001 8 . 9 980 3.外载荷 w F 非工作阶段的外负载为: NFFF afw 8 . 158100 8 . 58 工作阶段： 活塞杆只受来自型材夹紧力的反作用力，和自身的重力作用，并且自 身重力此时并不作为外负载存在。故： NFw2 .748138 . 97634 所以用工作阶段外负载进行夹紧缸的载荷计算。 4.摩擦阻力： 取由公式(4.1.7)可得： NFF m m m m 54.3937 2 . 74813 95 . 0 95 . 0 11 5.总载荷 ： NFFF mw 74.7875054.3937 2 . 74813 4.2.2锯切缸的载荷计算 机构锯切过程受力分析如下图： 1.外载荷 Fw N FFF F nne w 5 . 10118980030037 2 8 . 93065 2 2.摩擦阻力： 取由公式(4.1.7)可得： NFF m m m m 55.532 5 . 10118 95 . 0 95 . 0 11 3.总载荷 ： NFFF mw 05.1065155.532 5 . 10118 5 计算液压缸的主要结构尺寸 初选系统工作压力 要根据载荷大小和设备类型，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供 应情况等的限制而选择压力。当载荷一定时，工作压力低，就必须加大执行元件的结 构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压 力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，这样就会提 高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走 机械重载设备压力要高些。具体参考表 5.1。 表 5.1 工作压力初选表 载荷kN50 工作压力 MPa 0.811.522.5334455 系统工作压力的选定是否合理，关系到整个系统的合理程度。在本液压系统中， 其中夹紧缸具有最大工作压力。根据以上计算可知系统最大负载约为 78kN，参照表 5.1 可知工作压力应大于 5MPa，故初选系统的工作压力为 7MPa。 5.2液压缸的主要结构尺寸计算 5.2.1液压缸的主要结构尺寸组成 活塞杆受压时 (5.2.1) 活塞杆受拉时 (5.2.2) 式中 无杆腔活塞有效作用面积（） ； 有杆腔活塞有效作用面积（） ； 液压缸工作腔压力（） ； 液压缸回油腔压力（） ，即背压力。其值根据回路的具体情况而定， 初算时可参照表 5.2 取值，差动连接时要另行考虑； 活塞直径（m） ； 活塞杆直径（m） 。 表 5.2 背压选择标准 系统类型背压力MPa 简单系统或轻载节流调速系统0.20.5 回油节流调速阀的系统0.40.6 回油路设置有背压阀的系统0.51.5 用补油泵的闭式回路0.81.5 回油路较复杂的工程机械1.23 回油路较短，且直接回油箱可忽略不计 一般，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为 (5.2.2) 运用上式须事先确定与的关系，或是活塞杆径 与活塞直径 的关系，令杆 径比，其值可按表 5.3 选取 表 5.3 杆径比选择标准 工作压力 MPa5.05.07.07.0 0.50.550.620.700.7 (5.2.4) 液压缸直径 D 和活塞杆径 d 的计算值要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。 如与标准缸参数相近，最好选用国产标准液压缸，免于自行设计加工。 5.2.2液压缸的主要结构尺寸计算 1.夹紧缸的主要结构尺寸 根据外载荷力选取工作压力为 7MP，根据系统取背压为 0.5MPa，即,MPaP5 . 0 2 按工作压力选取见表 5.2 取。 由公式(5.2.4)可得： mm PP F D96.121 )7 . 01 (5 . 0714 . 3 74.787504 )1 ( 4 22 21 根据参考文献1附表-12 圆整取值 D=125mm ，对其圆整得 d=90mm 5 . 877 . 0125Dd 2.锯切缸的主要结构尺寸 根据外载荷力选取工作压力为 2.5MPa,根据系统取背压为 0.5MPa，即,按MPaP5 . 0 2 工作压力选取见表 5.2 取。5 . 0 由公式(5.2.4)可得： mm PP F D91.79 )5 . 01 (5 . 05 . 214 . 3 05.106514 )1 ( 4 22 21 根据参考文献1附表-12 圆整取值 D=80mm mm 对其圆整得 d=40mm405 . 080Dd 5.3计算液压缸所需流量及实际工作压力 液压缸工作时所需流量 (5.4.1) 式中 液压缸有效作用面积（） ； 活塞与缸体的相对速度（） 。 实际工作压力有公式： 转化为： (5.4.2) 5.3.1夹紧缸所需流量和实际工作压力 1.所需流量 由公式(5.4.1)可得： 无杆腔： 73.6L/min6010000.10.125 4 3.14 VD 4 AVQ 22 有杆腔： min/ 4 . 356010001 . 0)09 . 0 125 . 0 ( 4 14 . 3 )( 4 2222 LVdDAVQ 2.实际工作压力 由公式(5.4.2)可得： MPa A APF P66 . 6 125 . 0 4 14 . 3 10)09 . 0 125 . 0 ( 4 5 . 074.78750 2 622 1 22 1 5.3.2锯切缸所需流量和实际工作压力 1.所需流量 由公式(5.4.1)可得： 无杆腔： min/ 2 . 23601000077 . 0 08 . 0 4 14 . 3 4 22 LVDAVQ 有杆腔： min/ 4 .. 0 )04 . 0 08 . 0 4 14 . 3 )( 4 2222 LVdDAVQ 2.实际工作压力 由公式(5.4.2)可得： MPa A APF P50 . 2 08 . 0 4 14 . 3 10)04 . 0 08 . 0 ( 4 5 . 005.10651 2 622 1 22 1 6 液压元件的选择 液压缸的选用 根据计算的尺寸和液压系统的主要数据,由文献1选择液压缸： 夹紧缸为：YHG1E125/90 锯切缸为： YHG1C80/40 由于锯切缸，所以这个活塞杆需要进行压杆稳定性的校核。1038.29 40 1175 d l 由于此活塞杆为等截面积的杆，所以按等截面积计算法验算 当 时 ，可按欧拉公式计算临界载荷。 此时 (6.1.1) 式中 活塞杆纵向弯曲破坏的临界载荷（N） ； n末端条件系数； E活塞杆材料的弹性模量，对于钢 ； J活塞杆截面的转动惯量()； 实心活塞杆 J=； d活塞杆直径（m） ； l活塞杆计算长度（m） ； k活塞杆断面的回转半径； 实心活塞杆 活塞杆横截面积（） ； m柔性系数。 当时，用戈登-兰金公式计算临界载荷， 此时 (6.1.2) 式中 材料试验强度值； a试验常数。 锯切缸： 10 4 40 4 d k 5 . 117 10 1175 k l 即nm k l 应按公式(6.1.1)验算。 00196 . 0 64 04 . 0 14 . 3 64 4 d J Fkn l EJn Pk 2939401 175 . 1 00196 . 0 101 . 214 . 3 1 2 112 2 2 所以所选液压缸满足要求。 6.2液压泵的选用 1.液压泵的最大工作压力的确定 式中 液压缸最大工作压力，对于本系统，最高压力为 6.66MPa. 从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管损失。的准确计算要 待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按工作经验选取:管路简单、流速不大 的，取=（0.20.5）；管路复杂，进口有调速阀的，取=（0.51.5） 。本系统取.MPaP5 . 0 MPaMPaPp16 . 7 )5 . 066 . 6 ( 2.液压泵流量的确定 式中 系统泄漏系数，一般取=1.11.3; 同时工作的液压缸的最大总流量，对于在工作过程中用节流调速 的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取 。 从系统的工作原理可知，夹紧缸和锯切缸在工作阶段和返回阶段需要同时供油， 所以液压泵的最大供油量是夹紧缸和锯切缸的总量之和。又因为在这个系统中有节流 调速系统的存在，所以需要加 的最小流量。 取泄漏系数 K 为 1.2，则有： min/76.119)3 6 . 73 2 . 23(2 . 1)( max LQKQp 3.液压泵的规格确定 为了使泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般比工作压力大，泵 的流量需大于系统所需的最大流量，由文献1。选择：CBF-F50/16 型齿轮泵 CBF-F50/16 型齿轮泵的技术参数如下： 压力：20MPa 排量：63ml/r 额定转速：2000r/min 4.液压泵的驱动功率确定 在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，则： (6.2.1) 式中：液压泵的最大工作压力（MPa） ； 液压泵的流量（） ； 液压泵的总效率。 取,由公式(6.2.1)可得： kw Qp P p pp 81.16 10006085 . 0 76.1191016 . 7 6 泵 6.3电动机的选用 取联轴器为 HL 型弹性柱销联轴器，其工作效率为 0.95。 kw69.17 95 . 0 81.16 95 . 0 泵 电 P P 所以选择大于 20kw 的电机即可满足要求，由文献6,选择型号 Y180M-4。 额定功率：18.5kw 额定转速：1500r/min 6.4液压阀的选用 1.阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。 溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量 应满足执行机构最低稳定速度的要求。 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也许有 20以内的短时 间过流量。 2.阀的型式，按安装和操作方式选择。 根据各支路的流量与压力，选择阀类元件见表 6.1。 表 6.1 选用的阀 序 号 名称选用规格数量通过流量 （L/min） 工作压力 (MPa) 1电磁换向阀4WE10Y10/A17521 2电磁换向阀4WE6J5116031.5 3叠加液控单向阀Z2S6112525 4叠加式双单向节流阀Z2FS6112525 5叠加式单向调压阀ZDR10DA18031.5 6电磁溢流阀DBW10120031.5 7管式单向阀S25A217531.5 6.5油管尺寸的计算 在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管、橡胶软管以及尼龙管等。 1.金属管 液压系统用管，有精密无缝钢管（GB/T3639） 、输送流体用无缝钢管 （GB/T8163）或不锈钢无缝钢管（GB/T14976）等。卡套式管接头必须采用精密无缝 钢管，焊接式管接头一般采用普通无缝钢管，材料用 10 钢或 20 钢，中、高压或大通 径（DN80mm）采用 20 钢。这些钢管均要求在退火状态下使用。 铜管有紫铜管和黄铜管。紫铜管用于压力较低（P6.510MPa）的管路，装配时 可按需要来弯曲，但抗振能力较低，且易使油化，价格昂贵；黄铜管可承受较高压力 （P25MPa） ，但不如紫铜管易弯曲。 在液压系统中，管路连接螺纹有细牙螺纹（M） 、60圆锥管螺纹（NPT） 、米制锥 螺纹（ZM）,以及 55非密封管螺纹（G）和 55密封管螺纹（R） 。螺纹的型式一般根 据回路公称压力确定。公称压力小于等于 16MPa 的中、低压系统，上述各种螺纹连接 形式均可采用。公称压力为 1631.5MPa 的中、高压系统采用 55非密封管螺纹，或细 牙普通螺纹。 2.软管 软管是用于连接两个相对运动部件之间的管路，分高、低压两种。高压软管是以 钢丝编织或钢丝缠绕为骨架的橡胶软管，用于压力油路。低压软管是以麻线或棉线编 织体为骨架的橡胶软管，用于压力较低的回油路或气动管路中。 钢丝编织（或缠绕）胶管由内胶层、钢丝编织（或缠绕）层、中间胶层和外胶层 组成（亦可增设辅助织物层） 。钢丝编织层有 13 层，钢丝缠绕层有 2、3 层和 6 层， 层数愈多，管径愈小，耐压力愈高，钢丝缠绕胶管还具有管体较柔软，脉冲性能好的 优点。 6.5.1管道内径的计算 管子内径 d（单位：mm） ，按流速选取 d= v Q 4 式中: Q通过管道内的流量（） ；sm / 3 v管内允许流速（m/s）.荐用流速：对于吸油管；对于压 油管，p2.5MPa 时，取 v=2m/s;p=(2.516MPa)时，（压力smv/)43( 高、管道短或油粘度小的情况取大值，反之，取小值，局部或特殊情况取） ； 对于回油路。 本系统取吸油管道，压油管道，回油管道。smv/0 . 1smv/3smv/2 1.液压泵吸油管 mmm v Q d45045 . 0 1000600 . 114 . 3 8 . 964 4 p 吸 2.泵到阀台的压油管 mmm v Q d26026 . 0 100060314 . 3 8 . 964 4 p 总 3.压油管道 mmm v Q d23023 . 0 100060314 . 3 6 . 734 4 p 夹紧 mmm v Q d13013 . 0 100060314 . 3 2 . 234 4 p 锯切 4.回油管道 mmm v Q d19019 . 0 100060214 . 3 4 . 354 4 p 夹紧 mmm v Q d14014 . 0 100060214 . 3 4 . 174 4 p 锯切 6.5.2管道的选择 按照以上内径的计算以及压力的计算，查参考文献1，选择管径如下： 1.液压泵段管径 液压泵吸油管 取标准管内径为mmd50 总 泵到阀台的压油管 取标准管内径为mmd32 总 2.控制阀到各液压缸的无杆腔段 取标准管内径为 mmd25 夹紧 取标准管内径为 mmd15 锯切 3.控制阀到各液压缸的有杆腔段 取标准管内径为 mmd25 夹紧 取标准管内径为 mmd15 锯切 6.5.3管接头的选择 上述所选钢管均需与管接头连接使用才能与液压执行元件和液压泵相连，所以选 择要管接头，由参考文献1取焊接式端直通管接头 JBT966-1997。公称压力 32MPa; 工作温度 t=-2580；型号分别为：M221.5；M332；M422；M482。 6.6油箱容积及尺寸确定 油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作 用。油箱中安装有很多辅件，如温度仪表、压力仪表、空气过滤器及液位计等。 油箱可分为开式油箱和闭式油箱两种。开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱 盖上装有空气过滤器。开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形 式。闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达 0.05 MPa。如果按油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐型油箱。矩形油箱制造容易， 箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用。本系统使用的是开式矩形油箱。 油箱设计时应考虑如下几点。 1.油箱必须有足够大的容积。 2.吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。 3.吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环 的途径。 4.为保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通 气一般有一个空气过滤器来完成。 5.油箱底部应距地面 150 mm 以上，以便搬运、放油和散热。 6.对油箱内表面的防腐处理要给予充分的准备。 初设计时，先按下式确定油箱的容量，待系数确定后，再按散热的要求进行校核。 油箱容量的经验公式为： 式中 液压泵每分钟排出压力油的容积； a经验系数，冶金机械通常取 a =10。 LmaQV p 6 . 11971976 . 1 11976 . 0 10 3 由参考文献1取油箱容量为 1250 L。 在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油 时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。 前面初步求得油箱的有效容积为 1250 L，即 1.25 m3,按 V=0.8abh 求得油箱各边之 积为： 3 57 . 1 8 . 0 25 . 1 8 . 0 m V abh 取 a=1.3 m b=1.1 m h=1.1 m 6.7蓄能器的选择 由于此蓄能器主要缓和液压冲击和吸收压力脉动的作用，所以计算公式用： 式中 蓄能器的容量，单位为 L； 阀口关闭前管内流量，单位为 L/min； 阀口关闭前管内压力（绝对压力） ，单位为 MPa； 系统允许的最大冲击压力（绝对压力） ，单位为 MPa； 发生冲击的管长，即压力油源到阀口的管道长度，单位为 m； 阀口关闭时间，单位为 s，突然关闭时取 t=0； L pp tLQp Vo99 . 0 66 . 6 8 . 9 )050164 . 0 (8 . 9 8 . 9604 . 0 )0164 . 0 (04 . 0 21 1 由于上述计算没有考虑液体的压缩性和管道的弹性，所以所计算的容积偏小，须 适当放大。由于容积较小，所需蓄能器也就相应的较小，所以在选择蓄能器的时候应 该选择比较灵敏的蓄能器，而整个液压系统的最大压力为 7.16 MPa，由文献1，选择 NXQ 型气囊式蓄能器，具体型号为： NXQA-L1.620-L-A，公称容量为 1.6 L，公称压力为 20 MPa，公称通经为 50 mm，质量为 12.5 kg。 6.8液压介质的选择 液压介质应该具有适宜的粘度和良好的粘温特性，油膜强度要求高，具有较好的 润滑性能，抗氧化，稳定性好，腐蚀作用小，对涂料、密封材料等具有良好的适应性； 同时具有一定的消泡能力。根据这些选择条件以及以上对本液压系统的液压元件的选 择要求，同时，有设计可知整个系统的温度变化不大，对液压油的各项要求不高，故 选择普通液压液即可，具体型号为 YB-N32。此液压油的运动粘度为 28.835.2 mm2/s， 密度为 850960 kg/m3 。 表 6.2 液压介质的分类 液压介质 矿物型液压油抗燃液 含水型合成型普通 液压 油 抗磨 液压 油 低凝 液压 油 高粘 度指 数液 压油 专业 液压 油 机械 油 汽轮 机油水包 油型 乳化 液 油包 水型 乳化 液 水- 乙二 醇液 压液 高水 基液 压液 磷酸 酯液 压液 脂肪 酸酯 液压 液 卤化 物液 压液 表 6.3 液压泵用油推荐值 （mm2/s） 泵类型 工作温度540 4080 齿轮泵17406388 叶片泵 P7MPa P7MPa 1729 3140 2544 3754 轴向柱塞泵 径向柱塞泵 2544 1762 4098 37154 6.9其余液压辅助元件的选择 1.过滤器的选择 滤油器是保持液压油清洁，使液压系统正常工作所不可缺少的液压辅助元件。据 统计，液压系统发生故障的原因，有 60%70%是由于油的污染所引起的。因此，液 压系统中设置滤油器是十分必要。 选用滤油器时，应考虑以下诸点： (1)过滤精度满足预定要求； (2)具有足够大的通油能力，压力损失小； (3)滤芯具有足够的强度； (4)滤芯便于清洗和维修。 滤油器在液压系统中的安装位置主要有： (1)安装在液压泵的吸油管上； (2)安装在回油路上； 根据系统的需要进行如下选择，共需要三个过滤器。 吸油过滤器选择网式过滤器，一般安装在液压泵吸油管端部，起保护泵的作用， 具有结构简单，通油能力大，阻力小，易清洗等优点。缺点是过滤精度低。本系统选 用型号为：WU-160180F，由于液压泵为一供一备，故选用两个此系列过滤器，以满 足系统需要。 回油过滤器选择型箱上回油过滤器。40400YLH 2.压力仪表的选择 根据系统的最大工作压力选择压力仪表，选择电接点的压力仪表系列，具体的型 号为：YX-100。 3.空气过滤器的选择 空气滤清器通常有两大作用，清洁空气、补油。当液压系统正常工作时，油箱内 油面时而上升时而下降，上升时油箱由里向外排出空气；下降时由外向里吸入空气， 为了净化箱内油液，在油箱盖上垂直安装空气滤清器就可以过滤吸入的空气。补油时， 空气滤清器又是注油口，每次注入新的油液时，必须过过滤再进入油箱，滤除了油液 内的脏物颗粒。 由于过滤油器具有上述功能，因此它能够延长滤油器的工作周期和使用寿命，从 而保证了液压系统的正常工作。此外液压系统工作时空气滤清器能维持油箱内压力和 大气压平衡，从而避免了液压泵可能出现的空穴现象。 选用空气滤清器时，一般根据泵的流量计算出空气流速应具有一定的裕度，故此 处选用空气流量大于泵流量的 1.5 倍的空气滤清器。 综上所述，选用型空气滤清器。0 . 120 2 QUQ 4.液位液温仪表的选择 根据油箱的参数选择 CYW 型液位计，具体型号是：CYW-300。 7 液压系统性能验算 液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及 联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般的 液压传动系统来说，主要是进一步确切的计算液压回路各段压力损失、容积损失及系 数效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进 行重新调整，或许采取其他必要的措施。 液压系统压力损失计算 压力损失包括管路的沿程损失，管路的局部压力损失和阀类元件的局部损 失，总的压力损失为 （7.1.1） 本系统管路较为复杂，有多个液压缸作为执行元件的动作回路，管路损失较大。 但是由于只有升降时有两个缸同时动作，且需流量较大，同时移送缸工作时通过的流 量也很大。所以验算这两个回路的压力损失即可。 7.1.