卸卷小车液压系统设计

1、辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页卸卷小车液压系统设计摘 要卸卷小车是热带钢连轧机的重要配套设备，位于卷取机的侧面，用来将卷取的钢卷从卷筒上卸下，并运送到打捆台架上或步进梁式运输机的固定台架上。轧钢生产实践证明，卸卷小车的工作状态直接影响着热连轧机生产力的发挥。本文对卸卷小车的技术参数、工作流程、液压站、机械结构，电气控制等进行了全面的介绍。另外，通过对电液开关控制、电液比例控制、电液伺服控制等液压控制方案的对比，决定卸卷小车液压系统采用电液比例控制技术控制。这样，不仅使得卸卷小车的液压系统得以简化，而且避免了由于钢卷质量大，且质量不确定，出现钢卷从小车上跌落的安全隐患，也使得升降液压缸和

2、行走液压缸的速度控制更加容易、平稳，工作效率更高。卸卷小车的液压系统采用了集成块的集成方式。对集成块和液压站的设计采用了 Pro/E软件的三维建模方法，使得建模过程更加直观、准确、高效，更改更加容易。关键词：卸卷小车；液压系统；比例控制；三维建模辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页Hydraulic System Design of Coil Stripper CarAbstractThe coil stripper car is an important facility of the Hot Strip Mill. It is usually located at the coiler

3、 side. It is used to offload the steel coil and send them to the saddle or the walking-beam coil conveyer. The production practices of the rolled steel have shown that the working state of the coil stripper car directly influence the productivity of the hot strip mill. This article presents the coil

4、 stripper cars technical parameters, work flow, liquid pressure station, mechanical structure and electrical control. Whats more, after the analyses of electro-hydraulic hydraulic control technologies of the on-off control, the proportional control and the servo control, the coil stripper cars hydra

5、ulic system is selected to be controlled by the electro-hydraulic proportional control technology. Thus, it not only simplifies the hydraulic system, but also avoids the safety of the coil falling off the car because of the coils big and spotty quality. In a addition, The cylinders velocity can be c

6、ontrolled more easily, more stably and more efficiently.The coil stripper cars hydraulic system is integrated by the manifold block. And its manifold block and hydraulic station is designed in three dimensional model by use of Pro/E software, which makes the design more clear, more accurate and more

7、 efficient, and makes the modification more easily. Key Words: Coil stripper car；Hydraulic System；Proportional Control；3 Dimensional Model 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 1 绪论1.1 课题背景概述在冶金工业的生产过程中要使用大量具有大型、重载、连续生产等特点的机械和设备，其工作环境多数是高温、多尘的恶劣条件。随着产量的增加，产品质量要求的提高，对冶金机械和设备控制精度和自动化程度也提出了更高的要求。液压技术的特点正适合上述工作特点和要求，因此在冶

8、金工业中显示出其独特的优越性，近年来得到了愈来愈广泛的应用。卸卷小车，也可以叫做钢卷小车，运卷小车，是热带钢连轧机重要配套设备。卸卷小车位于卷取机的侧面，用来将卷取的钢卷从卷筒上卸下，并运送到打捆台架上或步进梁式运输机的固定台架上，每台卷取机都配备一台卸卷小车。轧钢生产实践证明，卸卷小车的工作状态直接影响着热连轧机生产力的发挥。目前，我国现有的卸卷小车，多数是和整条热连轧生产线一起，从德国或日本引进。它们主要用于连轧机组第一步和最后一步的动作，将钢卷送到开卷机，进行平整加工；或是将钢卷从卷取机上卸下，运往打捆机或运输链。大多数卸卷小车，主要涉及两个动作，一是将钢卷升降；二是将钢卷运送到指定位置

9、。以上两个动作几乎全部通过液压系统实现。钢卷的升降通过液压缸驱动升降支架实现。大多数升降液压缸的上升分为快上、慢上和托卷三个部分。是否托住钢卷通过压力继电器检验。也有个别增加了位移传感器，通过闭环反馈，实现高度方向的准确对中、定位。钢卷的运送可以通过液压马达，也可以通过液压缸拖动卸卷小车实现。卸卷小车在轨道上的定位和运行速度十分关键。定位不准，会导致卸下的钢卷不能准确的落在卸卷小车上，甚至从小车上滚下。而卸卷小车运行速度不稳，同样会导致钢卷跌落。为了解决以上问题，大多数卸卷小车利用了行程控制开关或光电开关，使小车接近停靠位置时减速。由于钢卷质量大且质量不确定，又为了保证卸卷小车运行速度和加速度

10、的平稳变化，有的卸卷小车采用了电液比例阀。比例阀可简单地对油液压力、流量和方向进行远距离的自动连续控制或程序控制，响应快，工作平稳，自动化程度高，容易实现编程控制，控制精度高，能大大提高液压系统的控制水平。而且，使用元件较少，结构简单，价格低，节能效果好，使用条 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 件、保养和维护与一般液压阀相同，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性。随着冶金机械的不断发展，钢产量的不断提高，冶金机械过程的自动化水平和要求越来越高，而卸卷作为影响钢卷质量和生产能力的重要因素，对其的工作性能的稳定性、准确性和快速性的要求，必然相应提高。而解决

11、以上问题的关键，就是卸卷小车液压系统采用比例伺服控制技术。我觉得，它是未来卸卷小车、冶金工业乃至整个液压行业的发展趋势。1.2 卸卷小车技术参数本课题研究对象为武钢 2250 热连轧机组卸卷小车，其技术参数为热轧钢卷钢种：热轧低碳钢、超低碳钢及高强度钢等；带钢厚度：1.56.0mm；带钢宽度：8302080mm；钢卷内径：720mm；钢卷外径：最大 2150mm；提升钢卷最大重量：38t；单位宽度质量：19kg/mm；液压操作压力：16Mpa；升降行程：约 1000mm；升降平均速度：80mm/s；车体行走行程：约 3000mm；车体行走平均速度：100mm/s。1.3 卸卷小车工作流程1.卷

12、取机将钢卷卷取平整后。卸卷小车升降台从待机位置先快速后慢速升起，托住钢卷，并达到设定压力后自动停止。2.卷取机压辊压在带钢尾部，转动卷取机卷筒，使带钢尾端在指定位置（5 点钟位置）自动停止。 （准确停车由装在卷取机尾端的电磁制动器和旋转编码器控制。 ） 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 3.钢卷小车托住钢卷，并沿轨道将钢卷送到步进梁上，卸卷小车升降台下降。4.卸卷小车开回原位。为了提高动作的稳定性，在卸卷小车各个动作之间，增加了延时环节，卸卷小车动作顺序图，如图 1.1 所示图 1.1 卸卷小车动作顺序图 卸卷小车的动作循环图如图 1.2 所示，其中升降缸的上升和下降，行走缸的前进和缩回

13、，均采用比例阀控制，其运动速度均分为等加速、等速、等减速、等速、停止等 5 个阶段。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 图 1.2 卸卷小车运动循环图 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页2 卸卷小车液压系统设计2.1 液压控制系统概述目前在实际运用中液压控制系统主要有以下三类：(1) 电液开关控制(2) 电液比例控制(3) 电液伺服控制各类系统的核心在于所选择的控制元件即开关阀、比例阀、伺服阀，根据系统要求来选择控制元件，对于开环系统通常选择开关阀，而闭环系统选择伺服阀，比例阀既可用于开环系统，也可用于闭环系统。一般来说，开关阀只有两种状态：开启和关闭，因此要实现高后量的复杂控制时，

14、必须有足够大量元件，把各元件调整成某一特殊状态。必要时选通这一元件，从而实现使被控对象按预定的顺序和要求动作。在工程实际应用中由于大多数被控对象仅需要有限的几种状态，可以应用开关控制。开关元件通常简单可靠，不存在系统不稳定的情况。可以利用计算机输出的数字信号经放大后驱动开关元件，省去昂贵的数模转换元件，从而使电气控制变的简单，而比例阀、伺服阀都可以依据输入电信号来控制液流方向，并使流量和压力比例地、连续地受到控制，可以认为其有无限种状态，可以分别对应于被控对象的无限种运动状态。表2.1列出了三类系统所用伺服元件、比例元件和开关元件的性能对比。表2.1 伺服、比例、开关元件的性能对比 类别 特性

15、伺服阀比例阀开关阀介质过滤精度（m）32525阀内压力降（MPa）70.520.250.5稳态滞环（%）1313重复精度（%）0.510.51频宽（Hz/-3dB）2020025中位死区无有有价格因子310.5由表2.1可见，传统的电液伺服阀由于对流体介质的清洁度要求十分苛刻，其制造成本高，维护费用高，系统能耗也比较大，一般控制系统不宜采用。而传统的电液开 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页关控制又不能满足高质量控制系统的要求。比例阀则是以传统的工业用液压控制阀为基础，采用可靠、廉价的模拟式电机械转换器和与之相应的阀内结构设计。从而获得对油质要求与一般工业阀相同，价廉，阀内压力损失低，性能

16、又能满足大部分工业控制要求的比例元件。比例阀是介于开关阀与伺服阀之间的一种元件。与电液伺服阀相比，其优点是价廉、抗污染能力强。除了在控制精度及响应快速性方面还不如伺服阀外，其他方面的性能和控制水平与伺服阀的相当，其静、动态性能足以满足大多数工业的要求。与传统地液压开关控制阀比较，虽然价格较贵，但由于其良好的控制水平而得到补偿。因此在控制较复杂，特别是要求有高质量的控制水平的地方，比例阀逐渐代替了传统开关阀。此外，比例控制阀还可以具有流量、压力与方向三者之间的多种复合控制功能。这使得比例控制系统与开关阀控制系统相比，不但控制性能得以提高，而且使系统更为简化。因此，比例阀获得更为广泛的应用。比例阀

17、的价格与伺服阀相比要便宜许多，但是由于阀的结构和阀芯的非精密加工，其动态性能大多是不平滑的、非线性的。然而，近年来的非线性理论的发展，已经建立起了统一的比例阀模型，为比例阀的仿真和非线性比例控制器的研制提供了依据，而且，误差只取决于阻尼系数，在大多数比例阀的使用场合，误差不到 10%。2.2 液压系统原理2.2.1 液压元件选用（1）比例方向阀的选用。 （a）行走液压缸选用比例阀控制如今，大多数搬运钢卷的卸卷小车，由于钢卷质量大，且质量不确定，因而不能达到要求的位置精度，并且速度变化不平缓，加速度大，且质量不确定，无法达到最优。严重时可能出现钢卷从小车上跌落，存在极大的安全隐。根据系统的情况和

18、要求，本液压控制系统选择了比例控制方式。这样不但使系统控制性能得以提高，而且使系统更为简化。 （b）升降液压缸选用比例阀控制为了提高卸卷小车的卸卷效率，对于卸卷小车的上升托卷的动作，分为“加速上升等速上升减速上升等速上升触卷停止”等五个阶段完成，而实际 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页工作中，钢筋直径变化较大，质量不确定，因此需用比例阀控制升降液压缸，使其上升速度变化更加平稳，避免对钢卷表面的损伤，而且可以根据需要，由计算机实时调整预上升速度，大大提高卸卷效率。由于升降液压缸所需流量大，故选用电液比例阀控制，比例方向阀作为先导阀使用。（2）液控单向阀的选用本系统中的两个液压缸分别动作，在

19、升降液压缸工作的同时，行走液压缸要保持位置不变，等待钢卷卸到卸卷小车上和等待钢卷从卸卷小车上卸走；而当行走液压缸动作时，升降液压缸或者需要托住钢卷运送到步进梁上，或者在原位等待卷取机卷取钢卷完毕。也就是说，在其中一个液压缸不动作时，另一个液压缸要实现位置锁定功能。选用液控单向阀在换向阀处于中位置时实现位置锁定功能，选用换向阀中位机能为 Y 型机能，以实现在中位时，液控单向阀的控制压力为连接油箱的回油压力，保证液控单向阀的有效锁紧。（3）平衡阀的选用对于升降液压缸来说，平衡阀的主要作用是，保证升降液压缸的安全，防止由于管路破裂、液压缸飞速下降等危险的发生。对于行走液压缸来说，其中平衡阀的作用是，

20、改善比例调速阀的性能。因为我们的油缸是一个活塞缸，活塞杆左右运动时，因为一方面是活塞面积大导致需要流动的油量多，一方面是活塞杆面积小导致需要流动的油量少，所以会产生不平衡。因而，系统里加了平衡阀。（4）管式单向阀的选用管式单向阀安装在液压泵的出口，防止系统压力突然升高时损坏液压泵，另外拆卸泵时，系统中的油液不会流失。2.2.2 卸卷小车液压系统工作原理 卸卷小车系统原理图如图 2.1 所示，卸卷小车升降液压缸 19 和行走液压缸 23，均采用比例控制技术，应用比例方向阀控制。比例方向阀不但可以改变液压缸的运动方向，而且还能够连续地成比例地调节系统的流量变化。电磁溢流阀 14 的 1YA 带电，

21、实现溢流和调压功能，设定压力为 16Mpa。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页对于升降液压缸 19，实现上升动作时，比例阀 2YA 带电，通过 PLC 模拟量输出接口和比例放大器的控制，实现开始阶段等加速上升，达到最大速度后，保持等速运动，碰到行程开关 1XK 后，等减速上升，速度达到给定值后，升降缸低速上升，接触钢卷，达到压力表 18 的设定压力后，比例阀电磁铁 2YA 失电，比例换向阀 15 处于中位，由液控单向阀 16 将其位置锁定。当卸卷小车将钢卷运送到指定位置并卸下，比例换向阀电磁铁 3YA 带电，升降液压缸下降，其过程与液压缸上升时类似。行走液压缸的控制与升降液压缸类似。只是

22、具体的液压缸活塞杆的运动速度设置为不同值。图 2.1 卸卷小车液压原理图 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页2.3 液压缸参数计算2.3.1 升降缸（1）升降缸参数设计液压缸工作负载 FR 为NFFFFgflR543104102101038缸筒内径 D 为mmmpFDml09.18318309. 095. 0101614. 31044465根据 GB/T2348-1993 中所列液压缸内径系列圆整为标准值，取 D=200mm。取活塞杆直径。符合 GB/T2348-1993 中，液压缸活mmDd1402007 . 07 . 0塞杆外径尺寸系列。（2）升降液压缸最大流量计算min/150/25

23、1200080200414. 34322LsmmvDAvq（3）液压缸最小导向长度计算对于一般液压缸，最小导向长度应满足 (2.1)220DLH其中，L 为液压缸最大工作行程，D 为缸筒内径所以，升降液压缸的最小导向长度应满足mmDLH1502200201000220（4）活塞杆强度校核活塞杆的直径 d 按下式进行校核 (2.2)sFd4式中，F 为工作负荷，4 . 1,bs所以升降液压缸的活塞杆直径应满足 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页mmmFds48048. 04 . 11031014. 31044465而升降液压缸的活塞杆直径为 140mm，故满足要求。（5）液压缸缸筒壁厚校核

24、液压缸材料选用铸钢 ZG310-570,其抗拉强度为 570MPa，安全系数取 5，缸筒b需许用应力，缸筒壁厚 为 17.5mm，缸筒内径 D 为 200mm，MPabs1145570所以，0875. 02005 .17D故，应用使用公式3 . 008. 0DmmmpDps94.1410494. 1101635105703 . 210200101633 . 226636maxmax满足要求。2.3.2 行走缸（1）行走缸参数设计行走液压缸负载主要为克服卸卷小车行走时的摩擦力，取摩擦系数为 0.3，故其负载力 Fl近似为NFl55102 . 13 . 0104缸筒内径 D 为mmmpFDml3

25、.1001003. 095. 0101614. 3102 . 14465根据 GB/T2348-1993 中所列液压缸内径系列圆整为标准值，取 D=100mm。取活塞杆直径。符合 GB/T2348-1993 中，液压缸活塞mmDd701007 . 07 . 0杆外径尺寸系列。（2）行走液压缸最大流量计算 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11 页min/1 .47/785000100100414. 34322LsmmvDAvq（3）液压缸最小导向长度计算对于一般液压缸，最小导向长度应满足 (2.3)220DLH其中，L 为液压缸最大工作行程，D 为缸筒内径所以，行走液压缸的最小导向长度应满足mm

26、DLH2002100203000220（4）活塞杆强度校核活塞杆的直径 d 按下式进行校核 (2.4)sFd4式中，F 为工作负荷，4 . 1,bs所以升降液压缸的活塞杆直径应满足mmmFds26026. 04 . 11031014. 3102 . 14465而行走液压缸的活塞杆直径为 70mm，故满足要求。（5）液压缸缸筒壁厚校核液压缸材料选用铸钢 ZG310-570,其抗拉强度为 570MPa，安全系数取 5，缸筒b需许用应力，缸筒壁厚 为 12.5mm，缸筒内径 D 为 100mm，MPabs1145570所以，125. 01005 .12D故，应用使用公式3 . 008. 0D 辽宁科

27、技大学本科生毕业设计 第 12 页mmmpDps47. 710747. 0101635105703 . 210100101633 . 226636maxmax满足要求。（6）活塞杆弯曲稳定性校核行走液压缸的支撑长度 LB为 3000mm，而活塞杆直径 d=100mm，故LB（1015）d，需要进行活塞杆弯曲稳定性校核。因为受力 F1完全作用于轴线，故按下式进行验证 (2.5)kknFF 1 (2.6)NLKIEFBk2261210其中， 64,)1)(1 (41dIbaEEFk活塞杆弯曲失稳临界压缩力，Nnk安全系数，通常取 nk=3.56K液压缸安装及导向系数E1实际弹性模数 a材料组织缺陷

28、系数，钢材一般取 a1/12 b活塞杆截面不均匀系数，一般取 b1/13E材料弹性模数，MPa，钢材 E=2.10105I活塞横截面惯性矩，m4所以，MPabaEE5511080. 1)13/11)(12/11 (1010. 2)1)(1 (46444109 . 41 . 0049. 0049. 064mddINLKIEFBk6226652226121097. 137 . 010109 . 41080. 110取 nk=6，则 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 13 页NnFFkk5611028. 361097. 1而实际上活塞杆受力 F1为 1.2105，故满足活塞杆稳定性要求。2.4 液压件

29、选用及关键液压件说明卸卷小车液压原理图中的液压元件选用清单如表 2.2 所示。由于系统流量大，且涉及的平衡阀采用板式阀，故所用液压阀均采用一般板式阀。下面对其中的关键液压元件做叫详细的说明。表 2.2 卸卷小车液压控制系统原理图液压元件明细表编号元件名称元件型号或图号数量备注1液位计YWZ-2501温州黎明液压件厂2注油口带空气滤气器AB11631上海福欧液压件厂3油箱DDJX-YY-02-011自制4吸油过滤器WU-630X180F1沈阳液压件厂5叶片泵VQ45-136-F-R1上海福欧液压件厂6交流电机Y225M-4B31大连电机厂7管式单向阀S40F0-201沈阳液压件厂8冷却器5Y30

30、1上海福欧液压件厂9回油过滤器FRB-160X10L-C/Y1上海福欧液压件厂10压力表开关KF-L8/14E3沈阳液压件厂11压力表AT-100-250K3上海福欧液压件厂12蓄能器开关YJZQ-H40W1温州黎明液压件厂13蓄能器NXQ1-L10/20-H1四平液压件厂14先导式溢流阀DBW20A-3-30/200G24NZ5L/21沈阳液压件厂15电液比例换向阀4WRZ16W150/30-624NETZ4/M1上海立新液压件厂16液控单向阀SV20PB1-L4X/22上海立新液压件厂17平衡阀FD16PB10/20B03/21沈阳液压件厂18液-电压力继电器HED40P10350Z15L

31、241沈阳液压件厂19升降液压缸DDJX-YY-051自制20比例换向阀4WRE10W64-10B/24/Z4/M1北京华德液压件厂21液控单向阀SV10PB1-L4X/22上海立新液压件厂22平衡阀FD12PB10/20B03/21沈阳液压件厂23行走液压缸DDJX-YY-061自制2.4.1 液压泵的选择泵的基本参数是压力、流量、转速、效率，一般应根据系统的实际工况来选择。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 14 页为了提高系统的可靠性，延长泵的使用寿命，一般在固定设备中液压系统的正常工作压力选择为泵额定压力的 70%80%，车量用液压系统工作压力可选择为泵额定压力的 50%60%。选择泵的

32、第二个重要因素是泵的流量和排量，泵的流量和工况有关，选择泵的流量须大于液压系统工作时的最大流量。泵的效率值是泵质量好坏的体现，一般来说，应使主机的常用工作参数处在泵效率曲线的高效区域。另外，泵的最高压力与最高转速不宜同时使用，以延长泵的使用寿命。液压系统常用液压泵的性能如表 2.3所示。表 2.3 液压系统常用液压泵的性能比较性能外啮合齿轮泵双作用叶片泵限压式变量叶片泵径向柱塞泵轴向柱塞泵输出压力低压中压中压高压高压流量调节不能不能能能能效率低较高较高高高输出流量脉动很大很小一般一般一般自吸特性好很差较差差差对油的污染敏感性不敏感较敏感较敏感很敏感很敏感噪声大小较大大大价格低中中高高应用范围机

33、床、工程机械、农业机械、一般机械机床、注塑机、液压机、起重运输机械、工程机械、飞机工程机械、锻压机械、运输机械、矿山机械、冶金机械、船舶、飞机等卸卷小车的工作压力为 16MPa，如上所述，去工作压力位泵额定压力的 80%，则泵的额定压力为MPappn208 . 016液压泵的最大压力 Pp为， (2.7)pppp系统进油路上总压力损失，凭经验取 0.5MPa。故MPapppp5 .165 . 016根据表 2-2，综合各方面考虑，将液压系统认定为中压系统，故选用叶片泵。本液压系统的最大流量为 150L/min，初选叶片泵转速为 1500r/min，故需要叶片泵的排量 Vp为 辽宁科技大学本科生

34、毕业设计 第 15 页rmLrLnqVppp/100min/1500min/150最后选用上海福欧液压件厂生产的高压改良型定量叶片泵型号为 VQ45-136-F-R。它的特性是针对高压、低噪音特别设计，应用范围广，内部结构组装简单，更换转向容易，性能优越。它的具体性能如表 2.4 所示表 2.4 VQ45-136-F-R 性能参数最高使用压力（MPa）21排量（mL/min）136允许转速（r/min）6001800安装形式法兰式重量（kg）452.4.2 电机的选择 根据系统的功率和液压泵需要的转速选择电机。由于升降液压缸处托住钢卷下降时，压力和流量均达到了最大值，时间较长，故电机的功率近似

35、取压力和流量均为最大值的情况，即kWWqpP4010460/101501016436maxmax选用应用最为广泛的 Y 系列电机 Y225M-4B3，它的具体性能参数如表 2.5 所示表 2.5 Y225M-4B3 性能参数额定功率（kW）45满载时转速（r/min）1480基座中心高（mm）225安装形式B3：机座带地脚，端盖上无突缘极数4效率（%）92.3重量（kg）3402.4.3 先导式溢流阀的选择几乎任何一个液压系统都要用到溢流阀，溢流阀的主要用途是通过阀口德溢流，使被控系统或回路的压力维持恒定，实现调压、稳压或限压（防止过载） 。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 16 页先导式溢流

36、阀控制口（要空口）外接另一个或多个远程调压阀对溢流阀的溢流压力实行远程调压和多级调压（但远程调压阀调节的最高压力不得超过溢流阀本身导阀的调整压力） ；通过电磁阀将远程控制口接通油箱，可实现系统卸荷。先导式溢流阀，压力调整较轻便，启闭特性好。但因只有导阀和主阀都动作后才起作用，故反应不如直动式溢流阀灵敏。本系统选用沈阳液压件厂生产的先导式溢流阀，具体型号为 DBW20A-3-30/200G24NZ5L/2。内控内泄式，电磁铁通电后，可实现溢流功能。它的具体性能参数如表 2.6 所示表 2.6 DBW20A-3-30/200G24NZ5L/2 先导式溢流阀性能参数最大流量（L/min）400工作压

37、力（MPa）31.5液压介质矿物质液压油2.4.4 比例换向阀的选择行走缸的比例换向阀选用北京华德液压件厂生产 D 的带阀芯位置反馈的 4WRE 型电磁比例换向阀，具体型号为 4WRE10W64-10B/24/Z4/M,为了配合液控单向阀的位置锁紧功能，比例换向阀的中位机能为 Y 型。它的具体性能参数如表 2.7 所示表 2.7 4WRE10W64-10B/24/Z4/M 比例换向阀性能参数通径10在 1MPa 阀压降的名义流量(L/min)64最大流量(L/min)260A、B、P 口工作压力（MPa）31.5T 口工作压力（MPa）16配套放大器型号VT-5006BS放大器的控制电压9V响

38、应灵敏度（%）0.5 名义信号频率响应（-3dB） （Hz）4对于控制升降液压缸的比例换向阀，由于其所需流量较大，故采用电液比例换向阀，其中比例换向阀只是作为先导阀使用。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 17 页2.4.5 平衡阀的选用FD 型平衡阀亦称单向截止型平衡调速阀，是力士乐公司生产的液压元件。其结构和图形符号如图 2.2、图 2.3 所示。图 2.2 平衡阀图 2.3 图形符号平衡阀主要是起安全作用，一是平衡负载防止负负载情况下产生爬行现象，二是：防止执行机构（油缸或者马达）因负载产生飞速现象。在垂直安装的油缸上有可能出现负负载，水平安装的油缸极少出现负负载，但也会压力不平衡，究其原

39、因是我们的油缸是一个活塞缸，活塞杆上下（或者是左右）行时因为一方面是活塞面积大导致需要流动的油量多，一方面是活塞杆面积小导致需要流动的油量少，所以会产生不平衡。因而系统里加了平衡阀。当液流从 A 至 B 时为自由流动，主锥阀被打开。如果 A、B 油口间的压差小于负载压力(例如系统失压或方向阀至油口 A 间的连接软管爆裂时)，则主锥阀在容腔 7 中的负载压力和容腔 8 中的弹簧力作用下直接关闭，截止时无内泄漏，这样可使运行中的负载安全定位，不致于突然坠落，此谓该阀的单向截止功能。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 18 页当液流从 B 至 A 时为反向流动，原始状态主锥阀关闭。要使主锥 l 阀打开

40、，实现液流B 至 A 的真正反向流动，油口 X 中必须有足够的先导控制压力，即 1/20 的负载压力，样本中提供数据表明：使 B 到 A 通道打开的初始压力为 2 MPa，完全打开则需要 5 MPa。因此，主锥阀是随动的。其开口度与 X 油口中的控制压力、阀口压差三者间的动态平衡关系共同决定了从执行器排出的流量保持不变。这就是该阀的平衡调速功能。本系统选用的平衡阀为沈阳液压件生产的 FD 型平衡阀，两个平衡阀通径不同，具体型号为 FD12PB10/20B03/2 和 FD16PB10/20B03/2。并为了调整反向流动开启压力，选用带二次溢流的形式，它的具体性能参数如表 2.8 所示表 2.8

41、 平衡阀性能参数通径12、16工作压力，油口 A、X（MPa）至 35工作压力，油口 B（MPa）至 42控制压力，油口 X最低 26MPa，最高 35MPa流量(L/min)80（12 通径） ，200（16 通径）先导操纵传动比201开启面积座阀面积配套放大器型号VT-5006BS2.4.6 蓄能器的选用蓄能器在液压系统中是用来储存、释放能量的装置。其主要用途为：可作为辅助液压源在短时间里提供一定数量的压力油，满足系统对速度、压力的要求，如：可实现某支路液压缸的增速、保压、缓冲、吸收液压冲击、降低压力脉动、减小系统驱动功率等。本卸卷小车液压系统，采用气囊式蓄能器，主要起到吸收压力脉动，稳定

42、压力的作用。蓄能器容量的计算，按照蓄能器吸收泵的脉动的容积计算公式计算nnppppAkLV12131010)/(110)/( (2.8) 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 19 页式中，V0所需蓄能器的容积（m3） ；p0充气压力，按系统工作压力的 60%充气；A缸的有效面积（m2） ；L柱塞行程（m） ；k与缸的类型有关的系数，按单杠双作用计算，k 取 0.25；p1、p2系统的最低、最高压力（Pa） ；n指数，等温时取 n=1。故本系统所需蓄能器的容量为LppppAkLVnn542. 65 . 0110)65(125. 0)140200(4)/(110)/(32212131010按样本资料，

43、选取蓄能器容量为 10L，具体型号为 NXQ1-L10/20-H，它的具体性能参数如表 2.9 所示。表 2.9 NXQ1-L10/20-H 蓄能器性能参数连接形式法兰连接公称容积10L公称压力20MPa工作介质矿物质油2.4.7 油箱的设计油箱在液压系统中具有储存液压油液、散发油液热量、逸出空气、分离水分和安装元件等作用。通常油箱可以分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱三类。整体式油箱是指在液压系统或机器的构件内形成的油箱。两用油箱是指液压油与机器中的其他目的用油的公用油箱。独立油箱是应用最为广泛的一类油箱，最常用于工业生产设备，它通常做成矩形的，也有圆柱形或油罐形的。油箱还有开式油箱和闭式油

44、箱之分。开式油箱应用最广，油箱中液面与大气相通，为减少污染，油箱顶盖上应设置通气过滤器。而闭式油箱在液压泵工作时，内部的折叠器或挠性隔离器收缩或膨胀，使液面保持大气压力，而外界压力又不与油箱内油液接触。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 20 页 容量是油箱的重要参数，通常按液压泵的额定流量估算确定。 (2.9)PqV式中 V油箱容量，L；与系统压力有关的经验参数：低压系统 =24，中压系统 =57，高压系统 =1012；qp液压泵的额定流量，L/min。故我们的油箱容积为LmLqVP68.1207120768014801366根据 JB/T 7938-1999 标准中规定的液压泵站油箱公称容量

45、系列，选用油箱容量为1200L。油箱采用材料为 Q235A 厚度为 3mm 的钢板焊接而成。油箱中隔板把系统回油区和吸油区隔开，并尽可能使油液在油箱内沿着油箱壁环流。为了便于油箱的搬运，在邮箱四角的箱壁上焊接吊耳（也称吊环） 。吊耳选用圆柱形。油箱盖上设置有通气器附带有加油口的结构，取下通气帽可以注油。在油箱外壁上设置液位计（液位计为带有温度计结构） ，并靠近注油口，以便注油时观测液面。液位计的下刻线比吸油过滤器上缘至少高出 75mm，以防吸入空气。在油箱底部最低点设置放油塞 M332，以便油箱清洗和油液更换。为此油箱底部向放油塞倾斜，大约 2。2.4.8 油箱发热计算（1）发热计算（a）液压

46、泵功率损失 H1 (2.10)iinitPTH)1 (111式中 P液压泵的输入功率，；pqP 液压泵的总效率，一般在 0.70.85 之间，常取 0.8； 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 21 页p液压泵实际出口压力，Pa；q液压泵实际流量，m3/s；T工作循环周期，s；t工序的工作时间，s；i工序的次序。本系统涉及两个工序：升降液压缸的升降；行走液压缸的伸缩。故WtPTHiini33636111016. 5)30)8 . 01 (8 . 01060/1 .4710165 .12)8 . 01 (8 . 01060/1501016(5 .421)1 (1 （b）阀的功率损失 H2其中以泵的全

47、部流量流经溢流阀返回油箱时，功率损失为最大 (2.11)pqH 2式中，p溢流阀的调定压力，Pa；q经过溢流阀流回油箱的流量，m3/s；故WpqH436210460/101501016（c）管路及其他功率损失 H3此项功率损失，包括很多复杂的因素，由于其值较小，加上管路散热的关系，在计算时常予以忽略。一般可取全部能量的 0.030.05 倍，即WPH343106 . 110404. 0)05. 003. 0(所以，系统总的功率损失，即系统的发热功率 H 为WHHHH434332110676. 4106 . 11041016. 5（2）散热计算液压系统各部分所产生的热量，在开始时一部分由运动介质

48、及装置本体所吸收，较少一部分向周围辐射，当温度达到一定数值，散热量与发热量相对平衡，系统即保持一定温度不在上升，若只考虑油液温度上升所吸收的热量和油箱本生所散发的热量，系统的温度 T 随运转时间 t 的变化关系如下： (2.12) )(exp(1 0KtCmkAkAHTT 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 22 页T：油液温度，K；：环境温度，K；0TA：油箱的散热面积，；3mC：油液的比热，矿物油一般可取 C=16752093J/（kgK） ；m：油箱中油液的质量，kg；k：油箱的传热系数，W/（K） ；3m周围通风很差时，K=89，周围通风良好时，K=15，用风扇冷却时，K=23，用循环水强

49、制冷却时，K=110174。当，系统平衡温度为：tt （K） (2.13)kAHTT0假设环境温度为 20，取油箱长、宽、高尺寸为 abc=1.65m1.25m0.8m。油箱的散热面积 A 为：2765. 88 . 025. 128 . 065. 1225. 165. 1222mbcacabA 按电机功率选用水冷却器，其稳定时的温度大约为 38.51765. 817046760200kAHTT液压系统的工作温度保持在 50左右的范围内，满足要求。2.4.9 管路和管接头的设计在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管饿塑料管等。钢管能承受较高的压力，价格低廉，但安装时弯曲半径不能太小，多

50、用在装配位置比较方便的地方。常用的钢管式无缝钢管。本系统选用的钢管为精密无缝钢管，符合 GB/T14976-1994 标准。焊接式、卡套式和扩口式管接头应用较普遍，本液压系统选用冶金行业普遍采用的焊接式管接头，符合 GB/T7937-2008 标准。它利用接管和管子的焊接。接头体和接管之间用 O 形密封圈端面密封。结构简单，易制造，密封性好，对管子尺寸进度要求 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 23 页不高。要求焊接质量高，装拆不方便。工作压力可达 31.5MPa，工作温度-2580，适用于以油为介质的管路系统。管道内径及壁厚是液压管道的两个主要参数。计算公式如下 (2.14)vqd4 (2.1

51、5)bpdn2式中，q通过油管的最大流量，m3/s；v油管中允许流速（取值见表 2.10） ，m/s；d油管内径，m；p管内最高工作压力，MPa；b管材抗拉强度，MPa；n安全系数（取值见表 2.11） 。 表 2.10 油管中允许流速 /ms-1油液流经油管吸油管高压管回油管短管及局部收缩处允许流速0.51.52.551.52.557说明高压管：压力高时取大值，反之取小值；管道长的取小值，反之取大值；油液黏度大时取小值。表 2.11 安全系数（钢管）管内最高工作压力/MPa7717.517.5安全系数864根据表 2.10 所示，回油管流速选择为 2.5m/s，压力油管流速选择为 5m/s，

52、吸油管流速选择为 1.5m/s，所以吸油管管道直径mmmvqd1 .46046. 05 . 114. 31060/150443根据标准 GB/T7937-2008 标准，选择为 50mm。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 24 页对于升降液压缸来说回油管管道直径mmmvqd7 .350357. 05 . 214. 31060/150443根据标准 GB/T7937-2008 标准，选择为 40mm。壁厚验算mmpdnb2 . 34002440162压力管管道直径mmmvqd2 .250252. 0514. 31060/150443根据标准 GB/T7937-2008 标准，选择为 25mm。壁

53、厚验算mmpdnb24002425162对于行走液压缸来说回油管管道直径mmmvqd2002. 05 . 214. 31060/1 .47443根据标准 GB/T7937-2008 标准，选择为 20mm。壁厚验算mmpdnb6 .力管管道直径mmmvqd1 .140141. 0514. 31060/1 .47443根据标准 GB/T7937-2008 标准，选择为 15mm。壁厚验算mmpdnb28. 140024161622.5 集成块的三维设计2.5.1 集成块设计的优缺点1) 易于加工、专业化程度高。集成块（也称通道体）主要是六个平面及各种孔加工。与油路板相比

54、，集成块的尺寸要小得多，因此平面和孔道的加工比较容易，便于组织专业化生产和降低成本。2) 结构紧凑、装配维护方便。由于液压系统的多数油路等效成了集成块内的通油孔道，所以大大减少了整个液压装置的管路和管接头数量，使得整个液压控制装置结 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 25 页构紧凑，占地面积小，外形整齐美观，便于装配维护，系统运行时泄露少，稳定性好。3) 系统运行效率高。由于实现各控制阀之间油路联系的孔道的直径较大且长度短，所以系统运行时，压力损失小，发热少，效率较高。4) 集成块的主要缺点是集成块的孔隙设计和加工容易出错，需要一定得设计和制造经验；系统运行时故障诊断较困难。2.5.2 集成块的

55、三维设计本人采用 Pro/E 软件完成了集成块的三维设计（基于三维设计的好处，本人对整个液压站的设计也是采用 Pro/E 三维软件完成） 。Pro/E 是 PTC(Parametric Technology Corporation，参数技术公司)公司的产品,它具有的单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据再利用等概念改变了 MDA的传统观念，这种全新的概念已经成为当今世界 MDA 领域的新标准。该软件能将产品从设计到生产的过程集成在一起，让所有的用户同时进行同一产品的设计制造工作，即所谓的并行工程。它带有的三维建模模块能够有效地解决较复杂液压系统集成块的设计问题，使设计变得简单而有效。液

56、压集成块是一套液压系统的心脏，如何简单有效地布置压力、流量、方向控制阀，是决定整套系统设备运行状况好坏的关键。设计人员应当使设计的集成块结构紧凑、密封性能好，便于各种阀的安装、调试和更换。而较复杂的液压系统内部孔系也比较复杂。使用传统的平面作图和空间想象的方法，效率较低而且容易出错，不能及早发现错误，容易在生产的后期出现废品,造成难以弥补的损失。使用 Pro/E 软件可以真实地再现一个立体的集成块，这个缩小的三维图便于设计人员观察，给人一个直观、真切的认识。而且它的功能可以观测块内部各个方位的结构，为进一步改进设计提供了方便。Pro/E 也可以对材料赋予材质处理，自动计算其物理的特性，如质量、

57、体积、表面积和转动惯量等。在论证完集成块的合理性后可以由立体图直接转换为二维工程图，可大大提高了作图的效率，缩短了设计的时间。在后期加工过程中，可以有效地控制了加工误差。有的参数化设计功能，改变每个尺寸的数值后，可再生成新的集成块，在系列化的设计中，起到了事半功倍的效果。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 26 页具体来说，集成块通油孔间的最小壁厚的推荐值不小于 5mm，因为集成块上的孔，大多又细又长，钻孔加工时可能会偏斜，故油孔间壁厚应尽量取较大值。Pro/E 软件自身带有测量的功能，可以检测距离、长度、直径等数值，若不满足，立即修改。另外，我选用的液压阀是板式阀，这样，每个阀都涉及到钻孔和与

58、其它液压元件的连接，集成块需要钻的孔较多（达 40 多个孔） ，通过使用 Pro/E 软件建模，并将集成块做透明处理，可以清晰地观察到内部各个孔的相交情况，干涉情况，非常直观、真切，不容易出错，也大大提高了设计效率。集成块是液压系统油路交汇的中枢，所有的阀以及附件集中安装在阀体上构成了系统的控制中枢。各个液压元件油道的贯通是阀体设计的关键，阀体的创建主要是孔特征的创建。因为 Pro/E 是参数化设计，所以，可以先建立一个稍大的长方体，在各个平面布置液压元件相对应的孔和安装尺寸孔，然后改变孔的深度，创建与其他元件沟通的孔。其具体的步骤：选取合理的基准面、基准线、草绘面。然后依据基准面和基准线在草

59、绘面上草绘特征孔，最后把尺寸设定为正确的尺寸。根据液压系统油路的要求，适当改变特征孔的深度尺寸，让油路贯通。在设计的过程中合理利用特征树是提高建模速度的有效方法。在完成初步建模后，对模型进行进一步的修改和论证如图 2.4所示。图 2.4 集成块三维图在阀体上有沉孔、螺纹孔、阶梯孔和工艺孔等。接下来用透视和测量功能来检查孔与孔之间的位置关系是否符合液压原理的要求，各安装孔的位置是否符合安装的要 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 27 页求，孔与孔之间是否存在干涉。通过改变参数值来重新设定它们之间的位置关系。使用视图管理器对阀体进行剖面，观察某一位置的内部结构，来确定设计是否合理。对于工况较为复杂的

60、液压系统，还可以进行应力和流场的有限元分析，评选出最优的方案，预测可能性和压力范围，无须在实验室内进行大量的样机实验和分析。运用动态仿真程序，还可预测元件和系统的动态特性，这些都是提高产品质量的可靠保证。比如，对于有些相交孔和工艺孔，打孔的时候，就已经与前面的孔建立的约束关系，比如，同轴约束，距离约束等，这样在修改一个孔的时候，其他与之相关的孔，也做了相应修改，这大大节省了修改的工作量。孔特征的创建完后，在保证液压元件和附件的布置空间，满足阀体的强度要求的条件下，尽量缩小集成块的外形尺寸，减轻块的重量。改变集成块尺寸参数，最终确定本人设计集成块（即图 2.4 所示集成块）的外形尺寸为 320m