热轧热卷箱偏转辊和成形辊液压系统设计.doc

辽宁科技大学本科生毕业设计 第V页热轧热卷箱偏转辊和成形辊液压系统设计摘 要 热卷箱技术在国外的钢铁公司中得到了广泛地应用，国内几家大型钢铁企业也已经开始使用该装置。在宽带钢热连轧生产线中，热卷箱起到了非常重要的作用，它能否正常投入运行关系到整条生产线能否高产轧出高质量的产品。热卷箱的使用为公司带来了可观的经济效益由于热卷箱设备众多，工艺要求复杂，因此它的控制历来被冶金自动化控制界看作是一个十分难于控制的机电液一体化设备，尤其是其中的控制模型和算法的推导更是鲜见文献报导，国内外能够独立对其进行技术开发和编程的公司也只有为数甚少的几家。因此目前还不能真正地做到热卷箱设计“国产化”。本文在弹塑性弯曲变形理论的基础下，从实际情况入手，借助几何成形的方法，提出了计算热卷箱结构参数、运动参数、位置参数、力能参数和工艺参数的数学模型，并在此基础上编制了一套完整的为热卷箱设计的液压系统。关键词：热卷箱，液压系统，偏转辊，成形辊Hydraulic system design of Hot-rolled coil box and deflection roller and the forming roller AbstracCoil box is widely used in the overseas steel companies，and some biginternal steel companies started to use it recently. The coil box plays a very important part in the production of the Hot Continuous Wide Strip Steel Rolling. Company can achieveconsiderable benefit from it . Because of many devices of hot coiling box and complex requirement of thetechnology, its control system is very difficult in the field of the metallurgy and control. Little literature describes its control model and arithmetic. There are very few companies can developthe technology and the program independently in the entire world. So real national coil box design can not to be done presently.On the basis of the theory of stretch distortion，according to the reality facts，with the geometrical figuration method，this paper affords the mathematical modules about the structural parameters，the dynamicparameters，the positional parameters，the mechanical parameters and the technical parameters of coil box，and programs a Hydraulic system.Keywords： hot Coil box ，Hydraulic System ，Deflection roller，Roll Forming目 录摘 要IAbstracII目 录III1 绪论11.1 热卷箱技术11.2 提出研究热卷箱的要求11.3 热卷箱的发展历史11.4 热卷箱的主要优势：21.5 热卷箱相关区域设备组成21.6 热卷箱工作过程31.7 成形辊41.8 偏转辊42 设计依据62.1 工作过程62.2 给定参数如下63 工况分析73.1 运动分析73.1.1 加速度和位移分析73.2 循环周期计算103.2.1 成形辊：103.2.2 偏转辊：113.3 负载分析113.4 负载计算式:124 初步拟定液压系统原理图145 初步确定液压系统参数165.1 确定液压缸工作压力165.2 确定液压缸主要结构参数165.3 绘制液压工况图175.3.1液压缸压力计算175.3.2 液压缸流量计算205.3.3 液压缸功率计算216 液压元件的计算和选择226.1 液压缸的计算226.1.1液压缸壁厚及材料的确定226.1.2 活塞杆的校核236.2 液压泵的选择246.2.1计算液压泵的最高工作压力pb246.2.2确定液压泵的流量qv246.2.3选择液压泵的规格246.3 选择电动机256.4 液压控制阀的选择256.4.1节流阀的选取：256.4.2换向阀的选取：266.4.3溢流阀的选取：266.5油箱容积的确定276.5.1油箱设计要点276.5.2 油箱容量计算276.6管道尺寸的确定286.7蓄能器的选择296.7.1 优点和功用296.7.2 类型的选择296.7.3 蓄能器的容积计算307 液压系统性能演算327.1液压系统压力损失327.1.1 液压缸匀速快上时327.1.2 液压缸匀速快下时338 液压控制系统的安装调试和故障处理348.1 液压控制系统的安装与调试348.1.1 液压系统的安装348.1.2 液压系统的调试348.2 液压系统容易出现的故障和维护359 环境性能分析369.1 液压工业对环境的危害369.2 解决方法36结 语38致 谢39参考文献40 辽宁科技大学本科生毕业设计 第43页1 绪论1.1 热卷箱技术热卷箱技术是热轧带钢生产中一项实用、成熟的技术，适合旧有热轧线的改造。是提高热连轧产品质量的关键工艺设备，它与轧机及辊道的速度匹配更加重要，直接影响整条生产线的稳定性及产品质量。设计合理的速度匹配的关系对整个生产线的稳定生产，提高效率及产品质量至关重要。1.2 提出研究热卷箱的要求在现代热连轧板带生产线的设计中，为了在轧制速度较高的粗扎机（最高速度一般5米/秒以上）和速度较慢的切头飞剪及精轧第一机架（咬入速度一般不高于2米/秒）之间协调物料流，末架粗扎机和精轧第一机架间都设有很长一段输送辊道。这样的设计就不可避免的存在一个问题：由于设备平面布置带来的极大的中间坯热量损失。同时，在中间坯进入精轧第一机架时，由于带坯头部从粗扎末机架传送到精轧第一机架所用的时间通常比尾部少。尾部热辐射损失时间比头部长，这样就造成了中间坯的头尾温差。1.3 热卷箱的发展历史为了解决中间坯头尾温差问题，在上个世纪六十年代末加拿大钢铁公司组织特别小组研制开发了热卷箱技术，并首先在加拿大斯太尔克钢铁公司成果应用。该技术主要通过安装在粗扎机与精轧机组之间靠近精轧机组一侧的热卷箱设备将粗扎中间坯进行无芯卷取，通过头尾颠倒并进行保温均热等手段解决中间坯的头尾温差问题。加钢联Stelco研究中心于19721973年在希尔顿厂1420mm宽带钢轧线上完成工业实验，1974年完成生产用热卷箱样机，1980年3月第一台生产用热卷箱在澳大利亚BHP公司西港厂的新宽带热轧带钢厂投入运行。主要设备有1台可逆式粗轧机、短距离延迟辊道、热卷箱及机架精轧机组。为提高生产能力和改善带钢产品质量，1980年加钢联对希尔顿1420mm宽带钢轧机的热卷箱进行改造，之后，又有4台热卷箱投入运行，3台在欧洲，1台在美洲。1983年加钢联依利湖2050mm热连轧机投入生产运行。该轧机生产的带卷单位卷重19.6kg/mm，最小厚度为2.3mm。延迟辊道长度为75m。当轧制长中间坯时，热卷箱将与粗扎机形成连轧关系。国内引进热卷箱的技术较晚，而且一开始都是引进国外二手设备，其控制技术也相对比较落后。进入21世纪以来，由于国内钢铁事业的蓬勃发展，热卷箱作为提高生产效率和节约能源的设备，其技术也得到进一步的发展。然而，对于这项新工艺和控制技术，还是具有很多的研究空间，使其进一步完善。1.4 热卷箱的主要优势1.缩短轧线的长度。在粗、精轧机之间使用热卷箱，可以将中间辊道的长度缩短50%以上，从而减少了厂房面积和设备投资。2.节约轧机电机容量和加热炉燃料，节省投资和能源。3.可大量减少废品，增强除鳞效果，提高带卷表面质量。通过热卷箱卷取后再开卷，二次氧化铁皮经反复弯曲后，铁皮自动脱落，得到了很好的处理效果。4.提高钢材收得率。均衡中间坯头尾温差，提高成品带材质量。1.5 热卷箱相关区域设备组成1.热卷箱前设备与热卷箱工艺控制有关的热卷箱前设备有末架粗轧机、末架粗轧机后工作辊道、延迟辊道、热卷箱入口道、热卷箱入口辊道。2.热卷箱后设备热卷箱后设备有飞剪、飞剪后侧导板、除鳞箱后辊道除鳞箱、精轧F1、F2轧机。3.热卷箱本体设备热卷箱本体设备有偏转辊、上下弯曲辊、成形辊、#托卷辊、开卷器、稳定器、托卷辊、托卷辊、保温侧导板及开尾销、开尾辊及夹送辊、出口侧导板。热卷箱相关区域设备如图1.1所示。 粗轧热卷箱热卷箱精轧机组卷取机切头飞剪 除鳞箱层流冷却 除鳞箱图1.1 热卷箱前后设备示意图1.6 热卷箱工作过程先将末架粗扎机运来的中间坯进行无芯卷曲，然后将卷取的中间坯带卷进行反开卷，把中间坯尾部变成头部，头部变成尾部，送进精轧机组进行轧制。热卷箱处于卷取状态时，要求成型辊、1号托卷辊、进口导槽上的辊子均处于上升位置，速度设定以R2轧机出口速度为基准。带坯出R2轧机后，沿辊道、进口导槽进人热卷箱。中间坯头部经弯曲辊作用产生一次弯曲，再经成型辊二次弯曲形成内圈，在1号托卷辊、弯曲辊成型辊共同作用下，绕自身缠绕形成中间坯带卷。R2抛钢时，上弯曲辊抬起，1号托卷辊落下，实现尾部定位。此后1号托卷辊停转，移送臂芯轴插人内圈，起落臂下降，擂入份铲头打开带卷尾部，将带尾压于轧制线上，1号托卷辊及辊道反转将中间坯带卷打开，经夹送辊送人精轧机组轧制。轧机咬钢后，热卷箱起落肴抬起，卷径减少一半时，移送臂作弧线摆动，把带卷平移到开卷站继续开卷，开卷完毕后，移送臂芯头缩回，准备下次开卷。图1.2 热卷箱设备示意图1.7 成形辊成形辊为实心锻钢件，冷却为内部通水连续冷却方式，其端部装有滚动轴承。成形辊设计为不传动的惰辊，以便卷形调整控制。成形辊护板内侧安装有外冷水集管，进行间歇式喷水冷却，同时冲刷氧化铁皮。成形辊的功能:成形辊和一号托卷辊与弯曲辊系统 (含热卷箱入口导槽)构成热卷箱卷取站，接收由弯曲辊弯曲变形的中间坯，与成形辊上下护板共同作用使中间坯头部形成第一圈。另外与一号托卷辊共同支撑卷取过程中的钢卷。当热卷箱工作在卷取方式时，成形辊升到最高位置。此时的成形辊位置即为卷取准备好位置。当热卷箱工作在直通方式时，则成形辊应处于轧线高度 (最低)位置，仅起辊道作用，将来自R2粗轧机的中间坯直接送到热卷箱出口侧的夹送辊处。成形辊与其护板是连动的。成形辊为花辊形式，以增加与钢卷间的摩擦作用有利于中间坯卷取成圆。1.8 偏转辊偏转辊的作用是将中间坯正确地导入弯曲辊。它的工作原理就是工作时由两侧液压缸驱动，使偏转辊组件抬升至工作位置，与入口侧上横梁的圆弧护板及上弯曲辊架上的导板形成入口导槽，将中间坯正确导入上下弯曲辊之间。当热卷箱选择直通方式时，偏转辊在轧线位置上，这时偏转辊只起辊道作用。偏转辊由辊架、辊子、摆动导板固定导板，升降液压缸等组成。辊架为焊接结构，其入口端通过销轴铰接在机架上，通过升降液压缸，可绕其转动，将偏转辊及导板抬至工作所需位置。即卷取工作时偏转辊与轧线成24角，当直通工作时，偏转辊在轧线位置上。辊子采用实心锻钢辊，经电动机、万向接轴传动分别两辊子。辊子通过轴承座把合在机架上。摆动导板可绕其铰点随辊架转动而随动，铰点支座把合在入口端的下横梁上。液压缸头部与偏转辊辊架，缸体与机架铰接。两偏转辊均采用外冷水冷却、偏转辊轴承采用杆油集中润滑。热卷箱技术开发至今，遍布世界各地热轧生产线上的热卷箱已有近45套。其设备结构和控制系统得到不断优化，已适应传统热轧带钢、薄板坯连铸连轧及中薄板坯连铸连轧3种不同形式热轧带钢生产工艺流程的需要。在宽带钢热连轧生产线中，热卷箱起到了非常重要的作用，它能否正常投入运行关系到整条生产线能否高产轧出高质量的产品。由于热卷箱设备众多，工艺要求复杂，因此它的控制历来被冶金自动化控制界看作是一个十分难于控制的机电液一体化设备，尤其是其中的控制模型和算法的推导更是鲜见文献报导，国内外能够独立对其进行技术开发和编程的公司也只有为数甚少的几家。液压传动与机械传动相比，液压传动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，液压传动在工程机械中得到了广泛的应用。几乎所有工程机械装备都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。极限负荷调节闭式回路，发动机转速控制的恒压，恒功率组合调节的变量系统开发，给液压传动应用于工程机械行走系提供了广阔的发展前景。2 设计依据2.1 工作过程偏转辊和成形辊的上下运动采用液压传动，其工作过程：上升动作：启动加速上升匀速上升减速上升制动。下降动作：反向启动加速下降匀速下降减速下降制动。2.2 给定参数如下：参数成形辊重 500 kg偏转辊重 500 kg成形辊提缸升降速度 150mm/s成形辊提升缸行程 500 mm偏转辊伸缩缸伸缩速度 150mm/s偏转辊伸缩缸行程 470 mm系统中成形辊、偏转辊启动、制动的时间均为0.3s。由于成形辊、偏转辊的辊重和液压缸伸缩速度均相等，只有液压缸的行程有一定差异，所有在下列的计算过程中，两辊相同的部分只写一部分，不相同的部分分别标出。3 工况分析工况分析指的是执行元件的运动分析和负载分析，即分析主机在工作过程中各执行元件的负载和运动速度的变化规律,是确定液压系统主要参数的基本依据，根据绘制运动循环图和负载循环图来了解运动过程的本质，查明每个执行器在其工作中的负载、位移、及速度的变化规律，并找出最大负载点和最大速度点。运动循环图即速度循环图，它反映了执行机构在一个工作循环中的运动规律。绘制速度循环图是为了计算液压执行器的惯性负载及绘制其负载循环图，故绘制速度循环图通常与负载循环图同时进行。液压执行器的负载包括工作负载、摩擦负载两类，工作负载又包含惯性负载。摩擦负载又有静摩擦负载和动摩擦负载两种类型，理论分析确定负载时，必须仔细考虑各执行器在一个循环中的工况及相应的负载类型。3.1 运动分析3.1.1 加速度和位移分析启动 加速度 = m/s2 位移 m =22.5 mm制动 加速度 m/s2 位移 mm=0.0225 m =22.5 mm反向启动 加速度 =0.5 m/s2 位移 mm =22.5 mm反向制动 加速度 m/s2位移 =0.0225 m =22.5 mm速度分析结果列于表3.1、3.2。表3.1 成形辊升降缸速度和位移分析工况位 移/mm速度/(mm/s) 启动0150匀速上升150制动1500反向启动0150匀速下降150反向制动1500利用以上数据，并在变速段做线性处理后便得到成形辊提升缸的速度循环图，如图3.1所示。图3.1 成形辊升降缸 速度-位移曲线表3.2 偏转辊伸缩缸速度和位移分析工况位 移/mm速度 /(m/s)启动0150匀速上升150制动1500反向启动0150匀速下降150反向制动1500利用以上数据，并在变速段做线性处理后便得到偏转辊提升缸的速度循环图，如图3.2所示。图3.2 偏转辊伸缩缸速度-位移曲线3.2 循环周期计算根据所得数据可以计算出偏转辊和成形辊液压缸运动的循环周期：3.2.1 成形辊：启动： 匀速上升： 制动： 反向启动： 匀速下降： 反向制动： 循环周期：3.2.2 偏转辊：启动 匀速上升 制动 反向启动 匀速下降 反向制动 循环周期 s3.3 负载分析已知成形辊重 500kg、偏转辊重 500kg，在本次设计中的重力加速度g=10 m/s2由于系统由两个液压缸构成，所以平均每个液压缸支撑辊重的一半：m = kg，所受力为F = N。启动时工作负载 =mg=25010=2500 N 启动时惯性负载 N制动时工作负载 N制动时惯性负载 N反向启动时工作负载 N 反向启动时惯性负载 N反向制动时工作负载 N 反向制动时惯性负载 N负载分析结果列于表3.3表3.3 液压缸的负载工况启动匀速快上制动反向匀速快下反向制动负载/N37502500125025000-1253.4 负载力计算 液压缸的外载荷Fw 启动: =3750 N 匀速快上: =2500 N 制动: =1250 N反向启动: =2500 N匀速快下: 反向制动: =-125 N根据所得数据，并利用速度分析中求得的位移计算结果。可画出成形辊、偏转辊负载循环图，如图3.3、3.4所示。图3.3 成形辊液压缸负载-位移循环图图3.4 偏转辊液压缸负载-位移循环图4 初步拟定液压系统原理图液压传动和气压传动称为流体传动，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，所谓液压系统是指用输油软管或硬管将若干个功能不同的液压元件按传动需求连接成一个能完成预定动作的组合体.正确分析和理解液压系统是使用和维护好液压设备的保证液压系统可用于从一处向另一处传递机械能。可以通过利用压力能完成上述操作。液压泵由机械能驱动。机械能在受压液体中转变成压力能和动能，然后重新变成机械能作功。 转变能量的手段：提供给液压系统的原始能量是来自发动机的机械能，实际上是发动机驱动了液压泵。泵利用这种能量泵出液体，在此过程中，机械能变成了压力能和动能。液体流经液压系统，并朝油缸和马达等执行元件方向流动。液体中的压力能和动能使执行元件产生运动。运动过程中，能量再一次转变成机械能。热卷箱的成形辊和偏转辊做上下往返运动，总行程只有500mm和470mm，用液压缸既可完成，上升速度、下降速度相对均匀，往返速度和出力基本相同相同，并且是单纯的直线运动，故可选用单杆液压缸。由于辊的长度要求，所以在辊的两端分别采用一个液压缸，且两个液压缸同时工作。对于液压缸升降回路来说，在升降运动中存在着负载变化，为使运动速度不受负载的影响，本系统采用附加的单向阀功能可以防止管路损坏或制动失灵时重物自由下降。当负载上升到指定位置后，液压泵不能马上停止供油，此时，需要在供油路上加一个溢流阀，用来给液压泵卸荷，起到保护泵的作用。而在回油路上应该加个背压阀，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动的平稳性。图4.1 热卷箱成形辊和偏转辊系统原理图5 初步确定液压系统参数5.1 确定液压缸工作压力系统压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平而定，在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，工作压力高，就会结构紧凑，节省材料，提高相应速度、加大输出力、提高功率密度和管流速度，并且不发生执行器低速爬行现象，这是液压发展的方向。还要注意泄露、噪声和可靠性问题的妥善处理。通过实习调查及参考1，17_2_11可初步选定液压缸的工作压力=8 MPa。5.2 确定液压缸主要结构参数由以上计算可知液压缸的最大工作负载 N由于上行时经过单向阀部分，下降时经过节流阀，在回油路上有设有背压阀，且初选工作压力p = 8MPa,属于中高压系统，根据1，17_2_14取背压。液压缸的机械效率由活塞及活塞杆的密封处的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在额定压力下，通常可取（0.900.95）。容积效率是由各密封件泄漏所造成，根据实习现场的询问和一些相关的资料显示，活塞密封采用的是弹性密封，故 = 1。还有作用力效率是由排出口背压所产生的反向作用力造成，而本设计采用排油直接回油箱，故=1。所以液压缸的机械效率为。根据2，23_4_5选取。液压缸内径 mm， d26.076 mm通过翻阅机械手册，确定选用UY型冶金设备标准液压缸，该类型液压缸专为冶金及重型机械设计，属于重负荷液压缸。它工作可靠、耐冲击、耐污染，适用于高温高压、环境恶劣的场合。根据1，17_6_37，取D=40 mm，便得知活塞杆直径d=28 mm。活塞杆伸出时的理论推力为： N活塞杆缩回时的理论拉力为： N因为 N所以所选液压缸符合要求。5.3 绘制液压工况图5.3.1 液压缸压力计算 图5.1 （a）启动 (b)反向利用求得的液压缸有效工作面积和负载如图5.1所示，并根据 启动时 由式 反向时 由式 求得液压缸在一个工作循环中各阶段的工作压力值，即进油腔压力，其结果见表5.1。其中出油腔压力即为系统回油路上的背压。无杆腔面积： mm2有杆腔面积： mm2面积比： 。压力计算式：启动: =3.5724 MPa匀速前进: =2.4666 MPa制动: =1.3308 MPa反向启动: =5.3165 MPa匀速返回: =0.9803 MPa反响制动：=0.9803 MPa表5.1 液压缸的压力工况启动匀速前进制动反向启动匀速返回反响制动压力/3.57242.46661.33085.31650.98030.9803由负载分析可知，此时负值载荷（与运动方向相同）。故F=0。由此可绘出成形辊和偏转辊液压缸的压力循环图，如图5.2，5.3所示。图5.2 成形辊液压缸压力循环图 图5.3 偏转辊液压缸压力循环图5.3.2 液压缸流量计算利用所求得的液压缸有效工作面积和已知速度，根据式q = v A 求得液压缸循环中各阶段的最大流量，绘制流量循环图，只需要计算出特殊点的流量。匀速快上： L/min匀速快下： L/min由此可绘出液压缸的流量循环图如图5.4，5.5。图5.4 成形辊液压缸流量循环图图5.5 偏转辊液压缸流量循环图5.3.3 液压缸功率计算利用所求出液压缸的压力和流量，求得液压缸在循环中各阶段的功率值见表5.2。启动： =673.04 W匀速前进： =464.71 W制动： =250.72 W反向启动： =510.65 W匀速返回： =94.16 W反响制动： =94.16 W表5.2 液压缸的功率工况启动匀速前进制动反向启动匀速返回反响制动功率/W0673.04464.71250.7200510.6594.1694.160由此可绘出液压缸的功率循环图，如图5.6所示。图5.6成形辊液压缸功率循环图图5.6偏转辊液压缸功率循环图6 液压元件的计算和选择6.1 液压缸的计算6.1.1 液压缸壁厚及材料的确定前面已求出液压缸的活塞直径D、活塞杆直径d ，在此要确定液压缸其余主要结构尺寸，并进行必要的校核。根据1，17_6_9选取内径为40mm的冶金液压缸的外径为50mm，即壁厚为5mm。对于液压缸材料的选择，一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要有良好的焊接性能。若缸选用45热轧无缝钢管，调质处理 MPa，屈服强度为 MPa ，安全系数通常取n = 4,故材料的许用应力为： MPa。根据 1，17_6_8的相关知识，得知：当0.3时，可用实用公式： 验算壁厚，其中。则在0.080.3之间，所以： mm故壁厚取=5 mm符合要求。6.1.2 活塞杆的校核根据1，17_6_16中相关知识，进行强度校核、稳定性校核，活塞杆选用45钢，调制处理。A.强度校核 活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力或拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： MPa而45钢的许用应力= MPa，因为，所以强度足够，符合要求。B.稳定性校核 液压缸的按装类型是一端固定，一段自由，估计液压缸计算长度（两个铰接点之间距离）为： mm(是考虑结构因素后的增加长度)；活塞杆惯性矩 m4；对于钢，活塞杆材料的弹性模量 Pa。所以，临界载荷： N在实际使用中，为保证活塞杆不产生纵向弯曲，活塞杆实际承受的压缩载荷要远小于极限载荷，取安全系数，则： N故足够稳定。 6.2 液压泵的选择6.2.1 计算液压泵的最高工作压力pb本系统比较管路简单，根据经验数据可以估取压力损失 MPa，管路和各阀的压力损失 MPa 。则： MPa6.2.2 确定液压泵的流量qv本系统流量最大的是液压缸的流量为匀速上升时的流量 L/min，系统泄露系数一般取K=1.11.3,计算中K=1.1。由于系统的一条回路中有两个液压缸同时工作，根据： 所以求得液压泵的输出流量： L/min6.2.3 选择液压泵的规格根据压力和流量值，根据2，23_5_40，选取25MCY14-1B斜盘式轴向柱塞泵。定量泵工作原理：因该泵的斜盘倾角是固定不变的，从而使泵排出的流量保持不变。技术规格：排量为25ml/r、额定压力为31.5MPa、额定转速 rmin -1、功率为10 KW.容积效率92%。泵的输出流量： L/min kW6.3 选择电动机根据所选液压泵的功率，查阅3,2988选取Y250M-4三相异步电动机，其技术规格：功率75,转速，效率92.7%。6.4 液压控制阀的选择在液压缸升降回路中，工作压力为8 MPa ，最大流量为11.304 L/min。分别选取单向节流阀、液控单向阀、电液换向阀和溢流阀。选出的液压控制阀如表6.1。6.4.1 节流阀的选取节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵液压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁路节流调速系统。节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。节流阀的应用1.起节流调速作用在定量泵供油的节流调速系统中，节流阀与溢流阀配合使用，调节执行元件的运动速度。其调速原理将在第七章的速度调节回路中讲述。2.起负载阻尼作用有些液压系统流量是一定的，改变节流阀的开口面积将导致阀的前后压力差的改变。此时节流阀起负载阻尼作用，称之为液阻。节流口面积越小液阻越大。节流元件的阻尼作用被广泛用于液压元件的内部控制中。3.起压力缓冲作用在液流压力容易发生突变的地方安装节流元件可以延缓压力突变的影响，防止液压冲击，起保护元件作用。典型的例子是压力表前的阻尼孔可调式压力表开关；又如液压缸中的节流缓冲装置。根据参考文献2,23_7_201选取单向节流阀 型号 Z2FS10 工作压力 31.5 MPa ,通径10 mm，重量 0.8 kg根据参考文献2,23_7_198选取液控单向阀 型号 Z2S10A_3X 工作压力 31.5 MPa ,通径10 mm，重量 2 kg6.4.2 换向阀的选取换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀。是实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。根据参考文献2,23_7_105选取电液换向阀 型号4WEH10 工作压力28 MPa ,通径10 mm，重量 6.8 kg6.4.3 溢流阀的选取 一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用和安全保护作用。定压溢流作用：在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。安全保护作用：系统正常工作时，阀门关闭。实际应用中一般有：作卸荷阀用，作远程调压阀，作高低压多级控制阀，作顺序阀，用于产生背压（串在回油路上）。根据参考文献2,23_7_2选取电液换向阀 型号DBDH10G 工作压力40 MPa ,通径10 mm，重量 3.7 kg表6.1 升降回路各类阀件元件名称型号规格数量电液换向阀4WEH1028 MPa, 160 L/min, 通径10 mm1液控单向阀Z2S10A_3X31.5 MPa,80 L/min, 通径10 mm1单向节流阀Z2FS1031.5 MPa,160L/min，通径10 mm1溢流阀DBDH10G40 MPa, 250 L/min, 通径10 mm16.5 油箱容积的确定油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。其形式有开式和闭式两种：开式油箱油液液面与大气相通；闭式油箱油液液面与大气隔绝。开式油箱应用较多。油箱容量应保证液压系统工作时其最低液面高于滤油器上端200mm以上，以防止泵吸入空气；液压系统停止工作时，其最高液面高度不得超过油箱高度的80%；而当液压系统中油液全部返回油箱时，油液不能溢出油箱外。据相关资料得知，油箱的有效容积一般为泵每分钟流量的37倍，对于行走机械，冷却效果好的设备，油箱容量可以选择小些。工作温度允许达到65，特殊情况下可以达到80，。对于高压系统，为减少漏油，最好不要超过50。6.5.1 油箱设计要点(1)油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的80%。(2)吸箱管和回油管的间距应尽量大。(3)油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。(4)注油器上应装滤网。(5)油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。6.5.2 油箱容量计算油箱的有效容量V可近似用液压泵单位时间内排出油液的体积确定。V = KQ 式中：K为系数，低压系统取24，中、高压系统取57；Q为同一油箱供油的各液压泵流量总和。初步确定油箱的有效容积，已知所选泵的流量为37.5 L/min，经验系数取4，所以油箱的容积为： m3根据2，23_9_1选择公称系列油箱，即选40L的油箱。油箱的长宽高比例约在1：1：11：2：3之间，起内常设隔板，将回油区和吸油区隔开，防止回油被直接吸入，隔板的高度为油面高度的。泵的吸油管所装的滤油器的下端距离箱底不得小于200mm，回油管和吸油管管口处切成45斜口，以增大液流面积。6.6 管道尺寸的确定1.油管类型的选择液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。(1)钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。(2)铜管：紫铜管工作压力在6.510MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。(3)软管：用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.58MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。本系统最小工作压力为8，属于中压系统，且最在的相对运动，故选用橡胶软管。根据（参考文献1）中相关知识得知，有关的允许流速是（对于吸油管；对于压油管；对于回油管）。对于压力高，管道短，粘度小可取大值，故取。对于液压缸升降回路来说，液压缸最大流量为11.304 L/min，所以管的内径为： 根据1，17_8_4将管的内径圆整到8mm,成品软管外径为18.3mm。6.7 蓄能器的选择6.7.1 优点和功用蓄能器在液压系统中用来存储和释放能量的装置。气囊式蓄能器的主要优点有： 1) 液气可靠隔离、密封可靠、无泄漏、油液不易老化；2) 气囊惯性小、反应灵敏；3) 结构紧凑、重量轻。蓄能器的主要功用(1)在短时间内供应大量压力油液:实现周期性动作的液压系统,在系统不需大量油液时,可以把液压泵输出的多余压力油液储存在蓄能器需要时再由蓄能器放给系统.这样就可使系统选用流量等于循环周期内平均流量qm的液压泵,以减小电动机功率消耗,降低系统温升. (2)维持系统压力:在液压泵停止向系统提供油液的情况下, 蓄能器能把储存的压力油液供给系统,补偿系统泄漏或充当应急能源,使系统在一段时间内维持系统压力,避免停电或系统发生故障时油源突然中断所造成的机件损坏. (3)减小液压冲击或压力脉动: 蓄能器能吸收,大大减小其幅值.6.7.2 类型的选择分类：蓄能器主要有弹簧式和充气式两大类,其中充气式又包括气瓶式,活塞式和皮囊式三种,过去有一种重力式蓄能器,体积庞大,结构笨重,反应迟钝,现在工业上已很少应用气囊式蓄能器的工作温度一般为-2070，工作压力小于32 MPa，最大气体容积为，可以满足系统的工作要求。可用于储存能量、稳定压力，减小液压泵功率，补偿泄漏、吸收脉动和压力冲击。且有定型产品供货，便于购买。使用蓄能器须注意如下几点:1) 充气式蓄能器中应使用惰性气体(一般为氮气),允许工作压力视蓄能器结构形式而定,例如,皮囊式为3.532MPa.2) 不同的蓄能器各有其适用的工作范围,例如,皮囊式蓄能器的皮囊强度不高,不能承受很大的压力波动,且只能在-2070的温度范围内工作.3) 皮囊式蓄能器原则上应垂直安装(油口向下),只有在空间位置受限制时才允许倾斜或水平安装.4) 装在管路上的蓄能器须用支板或支架固定.5) 蓄能器与管路系统之间应安装截止阀,供充气,检修时使用. 蓄能器与液压泵之间应安装单向阀,防止液压泵停车时蓄能器内储存的压力油液倒流.其结构图如图6.1和图所示。 图6.1 气囊式蓄能器结构图1充气阀；2壳体；3皮囊；4提升阀6.7.3 蓄能器的容积计算蓄能器最重要的参数是蓄能器的容积，蓄能器作为不同用途时，其容积的计算方式也不同。在本次设计系统中但其最重要的作用是缓和冲击。其容量的计算与管路布置、液态流态、阻尼及泄漏大小等因素有关，准确计算比较困难。所以，一般按经验公式来计算蓄能器的容积： 式中 阀口关闭前管内的流量 (L/min)。为阀口关闭前管内压力（Pa）。允许最大冲击压力，一般取(Pa)， 为发生冲击的管长，即压力油源到阀口的管道长，估计为5米。t阀口关闭的时间，估计为0.05 s。当液压缸升降时，所需蓄能器容积： = L根据所计算得到的值，按系统中拟定的蓄能器的类型选择相应的产品，查参考文献2，23_8_5可知型号为NXQ1-L的气囊式蓄能器可满足使用要求，该型号蓄能器的技术规格如表6.1所示。表6.1 蓄能器的技术规格型号容积 L压力 MPa通径 mm重量 kgNXQ1-L6.3/20-H2520M42225.57 液压系统性能演算7.1 液压系统压力损失本液压系统属于中高压系统，外加工作介质的经济性，相对来讲，选用矿物油比较经济实惠，故选用L-HL32液压油，其密度890，20时运动粘度为。系统中两条进、出油路管长都估计为10m，油管内径8mm。压力损失较大的是升降缸上升时的损失和液压马达承载前进时的损失。本系统包括两条支路，压力损失分别计算。7.1.1 液压缸匀速快上时进油路沿程压力损失流量为液压缸： L/min流速： m/s雷诺数： 2000，可见油液在管道内流态属于层流。沿程阻力因数： 沿程压力损失： MPa进油路局部压力损失局部压力损失包括管路中折管和管接头等处的压力损失，以及通过控制阀的局部损失。其中折管和管接头在本系统中较少，压力损失相对要小得多，故此忽略，主要计算控制阀的局部压力损失。油路有二位四通电液换向阀，单向节流阀，根据所选阀查机械工业出版社的机械设计手册单行本液压传动与控制得出压力损失 MPa； MPa，qe1,qe2分别为阀的流量故控制阀的局部压力损失为： MPa所以，油路总压力损失：MPa7.1.2 液压缸匀速快下时进油路沿程压力损失流量为液压缸： 5.765 L/min流速： 1.912m/s雷诺数： 153.002000，属于层流。沿程阻力因数： 沿程压力损失： MPa进油路局部压力损失油路上只有俩位四通电液换向阀，压力损失，故控制阀的局部压力损失为： MPa所以，油路总压力损失： MPa当活塞上升减速到制动一段，系统负载最大，管内流速也最高，是最危险工况。前面计算中初估的背压值以及进油路压力损失值与此处的计算值相比可知，计算值小于初估值，所以，前面设计是安全的。8.液压控制系统的安装调试和故障处理近年来，液压技术在各个领域中得到了广泛的运用，液压系统已成为主机设备中最关键的部分之一。但是，由于设计、制造、安装、使用和维护等过程中存在的不足和缺陷，影响了液压系统的正常运行。因此，只有了解了液压系统的工作原理以及液压系统的设计、制造、安装、使用和维护方面的知识，才能保证液压系统的正常运行和充分发挥其技术的优势。8.1 液压控制系统的安装与调试8.1.1 液压系统的安装液压系统在安装质量好坏，是关系到液压系统能否可靠工作的关键，因此必须正确、合理地完成安装过程中的每个环节。液压系统在安装以前，要仔细观察安装现场，和设计图纸相配合比较，做出最好的安装方案和液压系统的布置。液压系统的安装布置要能满足安装和维护的方便，要有足够的安装和维护的空间。在安装以前要将各安装件清洗干净，液压阀在安装时要对位安装不能将进油口和回油口装反，否则会发生事故；液压管件在安装时进行现场配管，管件焊接后要清理干净焊渣，检查焊缝周围有没有裂纹、气孔、夹杂物和飞溅，并且焊接要保证油路的密封性；管接头的安装不应太松弛，密封性要好。安装设备应根据实际平面布置图对号装位，电动机和液压泵在安装时应满足液压泵和电机轴的中心线在同