步进式加热炉液压系统设计论文

1、 . . . 摘 要步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。广泛应用遍与石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。本次设计任务是设计步进梁加热炉的液压系统，采用普通液压阀，由于在以一个运动周期中，要求能适应不同的负载变化和钢坯运动速度，要通过控制系统的流量来满足这些要求。为了防止步进梁前移时产生的惯性，本系统采用了缓冲阀组成压力补偿回路，起到了缓冲作用。为了保证步进梁下降时平稳下降，在回路上采用了平衡阀，保证了其平稳下降。为了实现钢坯在出现故障的时候能够在任意位置停止，系统加入了液

2、压锁紧装置，以免出现系统失控。关键字： 步进式加热炉； 普通液压阀； 锁紧AbstractWalking beam type furnace use the beam at the bottom of the furnace of the cool steel beam to rise，to go ahead，to come down，to go back.It is widely used in the petroleum，chemical，metalllurgy，machinery，heat treatment，surface treatment，building materials，el

3、ectronic，materials，light industry，chemical，pharmaceutical and other industries.The design in mainly to design the hydraulic proportioning system for the walking beam type furnace.,In this design,the normal hydraulic valve will be used.As we know the speed of the beam will change at the reason of the

4、 change of the load in a circle,so we must change the flow of hydraulic actuating cylinder.In order to avoid the inertia generated when the walking beam goes ahead，the buffering valve is been used.In order to ensure an steady decline when the walking beam goes down.,the balance valve is been used to

5、 ensure its steady decline.As the same time,we use locking acuipement to fasting the beam at any location in case of malfunction.Key word:Walking beam type furnace; The normal hydraulic valve; Locking acuipement目 录1 绪论51.1背景与工艺51.2设计任务51.2.1 设计题目51.2.2 主要技术参数与要求51.3设计方案62 液压系统的计算与选型62.1 系统工作压力的确定62.

6、2 执行元件的计算与选型62.2.1 升降液压缸72.2.2 水平液压缸82.3 执行元件速度的计算92.4 执行元件流量的计算92.4.1 升降液压缸92.4.2 水平液压缸102.5 绘制液压系统工况图102.5.1 流量循环图102.5.2 压力循环图102.5.2.1 升降缸实际工作压力计算102.5.2.2 水平缸的实际工作压力计算112.5.3 功率循环图112.6 液压元件的选择和专用件设计122.6.1 液压泵的选择122.6.1.1 确定液压泵的最大工作压力PP122.6.1.2 确定液压泵的流量QP122.6.1.3 确定液压泵的驱动功率132.6.2 液压阀的选择132.

7、6.2.1 升降液压缸132.6.2.2 水平液压缸142.6.3 蓄能器的选择153 液压系统的计算与选型173.1 油箱的选择173.2 滤油器的选择183.3 冷却器的选择193.4 加热器的选择213.5 管道的选择213.5.1 管道径计算223.5.1.1 吸油管路223.5.1.2 压力管路223.5.1.3 吸油管路234 液压系统性能验算234.1 液压系统压力损失234.1.1 升降缸回路压力损失244.1.1.1 延程压力损失244.1.1.2 局部压力损失244.1.2 水平缸回路压力损失254.1.2.1 延程压力损失254.1.2.2 局部压力损失255 液压站的设

8、计255.1 液压站的结构设计255.2 液压叠加回路设计265.3 液压系统的安装275.4 管路的安装和清洗285.5 液压系统的维护286 结束语28参考文献291 绪论1.1背景与工艺步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。同推钢式炉相比，它的优点是：运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热；完全消除了推钢式炉的拱钢和粘

9、钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。改进的步进式加热炉，属于冶金行业生产设施，它包括炉体，炉体的侧墙由向外分别是低水泥料层、隔热砖层、硅酸铝纤维毡隔热层，炉体分为预热段、加热段、均热段，加热段的两面侧墙上设置调焰烧嘴，均热段的上加热段设置平焰烧嘴，均热段的下加热段设置调焰烧嘴，调焰烧嘴的煤气和空气的混合气管道上设置电磁阀和调节阀，平焰烧嘴的煤气和空气的混合气管道上设置调节阀，空气总管道和煤气总管道设置在炉顶。1.2设计任务本次任务是设计步进式加热炉液压系统，具体细节如下。1.2.1设计题目步进式加热炉液压系统设计1.2.2主要技术参数与要求1. 加热炉横移部件重量10T，升降部件重量10

10、T，坯料重量20T；2. 步进梁垂直位移400mm，水平位移1000mm；3. 液压系统最高工作压力不超过24MPa；最大工作周期为80s，最小工作周期为20s.1.3设计方案此次设计主要是设计一个步进式加热炉液压系统设计。要求这个液压系统能实现自动化，能进行过载保护，工作平稳，能够在一定围进行无级调速，在步进梁式加热炉里，钢坯移动是通过固定梁和载有钢坯的移动梁进行的。步进梁的一个工作周期分为水平，前进，下降，后退四个动作。在步进梁的水平运动和升降运动中，运动过程都是先加速运动，后做匀速运动，最后做减速运动，速度减为0，然后切换到下一个运动过程。在步进梁的运动中，我们始终要保证其平稳运动，既要

11、控制进入或流出液压缸的流量。为了满足上列工作要求，采用如下方案。1 压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失，初步选定液压系统的工作压力不能超过24MPa，由于系统工作压力应比最高工作压力低10%-20%,故系统的实际工作压力为20MPa。采用两个升降液压缸来完成步进梁的垂直运动，采用单向节流阀进行回油调速，从而保证升降液压缸的速度平稳，同时采用了平衡阀，保证液压缸在下降时平稳下落。2 平移机构的水平运动用一个水平液压缸来实现，采用了普通差装阀组成压力补偿回路，有效防止了步进梁前移时产生的惯性冲级，起到了缓冲作用。3 在快速运动的液压机械或系统需要大流量时为节省能源，通常采用多泵供油或将蓄

12、能器作为辅动力源供油。为解决大流量的供油问题，本系统设计了用三位无通换向阀组成的差动回路，成功的满足了步进梁下降所需的大流量。4 以上液压缸的动作实现都要用一供一备的变量液压泵来提供压力油。2 液压系统的计算与选型2.1 系统工作压力的确定压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失，初步选定液压系统的工作压力不能超过24MPa，由于系统工作压力应比最高工作压力低10%-20%,故系统的实际工作压力为20MPa。2.2 执行元件的计算与选型升降液压缸分为上升和下降两个动作，采用两个升降液压缸完成，水平液压缸分为前进和后退两个动作，采用一个水平液压缸完成。要完成液压缸的选取，先要计算其负载。2.

13、2.1升降液压缸 图2.1 液压缸受力图由上图可知：（2.1）由（2.1）式可得： （2.2）式中 -液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力-液压缸回油腔背压力，初算时无法准确确定，根据液压系统设计简明手册表2-2，取P2为2MPa。d/D-活塞杆直径与液压缸径之比，根据液压系统设计简明手册表2-3，取d/D=0.7. F-工作循环中最大的外负载。-液压缸密封处摩擦力，它的准确值不易求得，常用液压缸的机械效率进行估算 （2.3）式中 -液压缸的机械效率，一般=0.90.97，这里取=0.95。 外负载F=30×103×9.8=294000N由于由两个液压缸同时作用，所以单个

14、液压缸的负载为外负载的一半。所以F=147000N代入（2.2）式得d=0.7D=86.24mm根据机械设计简明手册表2-4，D圆整到160mm，d圆整到110mm。由于升降缸的垂直位移是400mm，查机械设计手册，采用升降缸的型号为 ZQ-160/110X6302.2.2 水平液压缸其中外负载F=30×103×9.8×0.1=29400N取P1=14MPa,P2=2Mpa,cm=0.95,d/D=0.7代入（2.2）式得d=0.7D=38.5mm根据机械设计简明手册表2-4，D圆整到80mm，d圆整到56mm由于水平缸的水平位移为1000mm，查机械设计手册，采

15、用水平缸的型号为 ZQ-80/56X12002.3 执行元件速度的计算由于设计任务要求的工作循环周期在20到80s之间，并且由于每个工况的运动速度不同，先将任务分配与如下图2.2 系统工况图步进梁在每个运动阶段的运动过程中，都是先加速后匀速最后减速，由于加速和减速的过程中所有时间极短，可以忽略不计，故按期平均速度计算。 上升速度 =400mm/10s=40mm/s 下降速度 =400mm/5s=80mm/s 前进速度 =1000mm/10s=100mm/s 后退速度 =1000mm/5s=200mm/s 运动周期 T=10s+5s+20s+10s=45s2.4 执行元件流量的计算2.4.1升降

16、液压缸 基本参数 D=160mm，d=110mm，=40mm/s，=80mm/s 上升时进入升降缸的流量：下降时进入升降缸的流量：2.4.2 水平液压缸 基本参数 D=80mm，d=56mm，=100mm/s，=200mm/s 前进时进入水平缸的流量：后退时进入水平缸的流量：由于升降缸是由两个缸同时作用，故其流量是两个液压缸流量之和。2.5 绘制液压系统工况图2.5.1 流量循环图图2.3 系统流量循环图2.5.2 压力循环图2.5.2.1升降缸实际工作压力计算基本参数D=160mm，d=110mm， P2=2Mpa, F=147000N, cm=0.95,由公式 （2.1）和（2.3）可得：

17、当步进梁上升时升降液压缸实际工作压力P1=8.79Mpa；当步进梁下降时液压缸通过重力自己下降，由蓄能器提供油液，故其工作压力为0.2.5.2.2 水平缸的实际工作压力计算基本参数D=80mm，d=56mm，P2=2Mpa，F=29400N，cm=0.95由公式 （2.1）和（2.3）可得当步进梁前进时水平液压缸实际工作压力P1=7.08MPa；由公式和（2.3）可得当步进梁后退时水平液压缸实际工作压力P1=15.99MPa；系统的压力循环图如下：图2.4 系统压力循环图2.5.3 功率循环图由于功率 N=PQ （2.4）所以步进梁上升时所需的功率 N=8.79Mpa×2×

18、48.23L/min=14.14Kw；步进梁下降时所需的功率 N=0；步进梁前进时所需的功率 N=7.08Mpa×30.14L/min=3.56Kw；步进梁后退时所需的功率 N=15.99Mpa×53.69L/min=14.31Kw所以功率循环图如下：图2.5 系统功率循环图2.6 液压元件的选择和专用件设计2.6.1液压泵的选择2.6.1.1 确定液压泵的最大工作压力PP（2.5）式中 P1-液压缸或液压马达最大工作压力；p-从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。p的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取；管路简单，流速不大的，取

19、p=（0.20.5）Mpa；管路复杂，进口有调速阀的，取p=（0.51.5）Mpa，这里取1.2Mpa。由于上述计算的最大压力P1=15.99Mpa，所以pP17.19Mpa。2.6.1.2 确定液压泵的流量QP多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为 QPK（Qmax） （2.6）式中 K-系统泄漏系数，一般取K=1.11.3，这里取1.2；Qmax同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可从（Q-t）图上查得。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0.5×10-4m3/s。根据上述计算，Qmax=101.66L/min，QP1.2×

20、;（101.66+0.05×60）=125.59L/min。根据以上求得的pP和QP值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%60%。参照力士乐柱塞泵样本，选取力士乐a4vso71系列柱塞泵，其性能参数如下所示排量：71ml/r，最高转速：2200r/min，最大流量：2200r/min时 156L/min，1500r/min时 107L/min；最大功率：2200r/min时 91Kw，1500r/min时 62Kw；容积效率：0.9，额定压力：35MPa。2.6.1.3 确定液压泵的

21、驱动功率由于在工作循环中，液压泵的压力和流量比较大，即（Q-t），（P-t）曲线起伏较大，所以必须分别计算出各个动作阶段所需功率，驱动功率取其平均功率（2.7）式中 t1，t2tn-一个循环每一动作阶段所需要的时间（s）； N1，N2Nn-一个循环每一动作阶段所需要的功率（W）。其中N1=14.14KW, N2=3.56KW,N3=0,N4=14.31KW。t1=10s, t2=10s,t3=5s,t4=5s代入上式得Nper=10.24KW。查阅机械设计手册第四卷表17-1-29，选取电动机型号为Y4-160M2-2.其参数为：额定功率P额=15KW，转速n=2930r/min，效率=0.8

22、9。2.6.2液压阀的选择选择阀根据系统的工作压力和实际通过阀的最大流量，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的最低稳定速度的要求。控制阀地 流量一般要选的比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%的以的短时间过流量。2.6.2.1 升降液压缸下图为升降液压缸原理图:图2.6 升降回路原理图 根据以上计算得，上升时的流量为96.46L/min，下降时的流量为101.66L/min；电磁换向阀：查阅力士乐液压样本，选取4WEH16J7XO/6EG24K4力士乐系列三位斯通电磁换向阀，1个。单向节流阀：查阅力士乐液压样本，选取

23、Z2FS16-3X/SV力士乐系列单向节流阀，2个。液压锁：查阅力士乐液压样本，选取Z2S16-2-5X/V力士乐系列液压。平衡阀：查阅机械设计手册，选取FD16PA10平衡阀.2.6.2.2 水平液压缸下图为水平液压缸原理图图2.7 水平液压缸根据以上计算得，水平液压缸前进时的流量为30.14L/min，水平液压缸后退时的流量为53.69L/min.。电磁换向阀：查阅力士乐液压样本，选取5-WE10J3X/CG24K4/V力士乐系列三位四通电磁换向阀，1个。双单向节流阀：查阅力士乐液压样本，选取Z2FS10-5-3X/V力士乐系列单向节流阀，2个。液压锁：查阅力士乐液压样本，选取Z2S10-

24、1-3X/V力士乐系液压锁液控式单向阀。其它阀的选择:电磁溢流阀：查阅力士乐液压样本，选取DBW10A12-50电磁溢流阀。单向阀：查阅机械设计手册，选取S30A3O单向阀。截止阀：查阅机械设计手册，选取YJZQ-H10N截止阀。2.6.3蓄能器的选择蓄能用的蓄能器包括“做辅助动力源”，“补偿泄漏保持恒压”，“做应急动力源”，“改善频率特性”和做液压空气弹簧等。由于本系统为高压系统，故选用皮囊式蓄能器。蓄能器总容积的计算：蓄能器的总容积V0，即充气容积（对活塞式蓄能器而言，是指气腔容积与液腔容积之和）。根据玻尔定律： （2.8）蓄能器工作在绝热过程（t<1min）时，n=1.4，其总容积

25、： (2.9)P0-充气压力，MPaP1-最低工作压力，MPaP2-最高工作压力，MPa以上压力均为绝对压力，相应的气体容积分别为V0，V1，n-指数，绝热过程n=1.4（对氮气和空气），Vw-有效工作容积，L。（1）计算P1作为辅助动力源来说，蓄能器的最高工作压力为P1=（P1）max+( p)max （2.10）（P1）max-最远液压机构的最大工作压力，MPa ( p)max-蓄能器到最远液压机构的压力损失之和，MPa由系统图和计算可得，（P1）max=15.99MPa. ( p)max=0.5MPa×3=1.5MPa。所以P1=（P1）max+( p)max=15.99MPa

26、+1.5MPa=17.49MPa。（2）计算P2 作为辅助动力源的蓄能器，为使其在输出有效工作容积过程中液压机构的压力相对稳定些，一般推荐 P1=（0.60.85）P2这里取P2=25MPa。（1） 计算P0 在保护胶囊，延长其使用寿命的条件下： P0=（0.80.85）P1 （2.10） 这里取P0=0.8P1=0.8×17.49MPa=13.99MPa（2） 计算VW 对于作为辅助动力源的蓄能器，可按下式粗算： （2.11）-最大耗油量处，各执行元件耗油量总和，L-液压缸工作腔有效面积，m2-液压缸的行程，m K-系统泄漏系数，一般取K-=1.2-泵站总供油量，L/min t-泵

27、的工作时间，s-应急操作时，各执行元件耗油量，L其中 Qpt=96.46L/min×10s+30.14L/min×20s+101.66L/min×5s+53.69L/min×10s=44.12L 将以上参数带入公式（2.11），得：VW=9.43L 将以上求得参数代入公式（2.9）得V0=49.71L查力士乐样本，选取NXQ1-63/20-L-H型蓄能器，其公称容积为63L，其公称压力为20MPa。查力士乐样本，选取安全阀组ABZSS30M30/330B/S307G24K43 液压系统的计算与选型3.1 油箱的选择油箱在系统中的功能，主要是储油和散热，也

28、起着分离油液中的气体与沉淀污染的作用。根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积，形式和附件，以使油箱充分发挥作用。油箱有开式和闭式两种。开式油箱应用广泛，箱液面与大气相通，为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。闭式油箱一般指箱液面不直接与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接，充气压力可达到0.05MPa。油箱的形状一般采用矩形，而容量大于2m3的油箱采用圆筒形结构比较合理，设备重量轻，油箱部压力可达0.05MPa。油箱必须有足够大的容量，以保证系统工作时能够保证一定的液面高度，为满足散热要求，需要设置冷却装置。油箱的回油口一般都设置系统所需要求的过滤精度的回

29、油过滤器，以保持返回油箱具有允许的污染登记，油箱的排油口为了防止意外落入油箱中的污染物，要装吸油网式滤油器。油箱中需设置隔板将吸回油管隔开，使液流循环，油流中的气泡与杂质分离与沉淀。油箱的排油口与回油口之间的距离应尽可能远些，管口都应插入最低油面之下，以免发生吸空和回油冲溅产生气泡。管口制成45度的斜角，以增大吸油与出油的截面。油箱有效容量一般为泵每分钟流量的37倍。对于行走机械，冷却效果比较好的设备，油箱的容量可选择小些；对于固定设备，空间，面积不受限制的设备，则应采用较大的容量，如冶金机械液压系统的油箱容量通常取每分钟流量的710倍，锻压机械的油箱容量通常取为每分钟流量的612倍。本系统为

30、冶金机械的设计，故V=（710）QP，其中V为油箱容积，QP为泵的最大流量，由泵的技术参数可知，2200r/min时 最大流量为156L/min，取V=10 QP，所以V=156L/min×10=1560L/min,故可取油箱容量为1600L，所以采用矩形油箱。3.2 滤油器的选择滤油器是液压系统中的重要元件。他可以清除液压油中的污染物，保持油液清洁度，确保液压元件工作的可靠性。滤油器按其过滤精度的不同，有粗过滤器，普通过滤器，精密过滤器和特精过滤器四种。在选用滤油器时，应注意以下几点。（1） 有足够的过滤精度，过滤精度是指通过滤芯的最大坚硬颗粒的大小，以其直径d的公称尺寸表示。其颗

31、粒越小，精度越高。不同的液压系统有不同的过滤精度要求。应该指出，近年来，有一种推广使用高精度滤油器的观点，实践证明，采用高精度滤油器，液压泵，液压马达的寿命可延长410倍，可基本消除阀的污染，卡紧和堵塞故障，并可延长液压油和滤油器本身的寿命。（2） 有足够的通油能力，通油过滤能力是指在一定压降和过滤精度下允许通过滤油器的最大流量，不同类型的滤油器可通过的流量值有一定的限制，需要时可查阅有关样本和手册。滤芯便于清洗和更换。根据滤油器在液压系统中所处的位置不同，滤油器的种类也多种多样。网式滤油器：装在液压泵吸油管路上，用以保护液压泵。它具有结构简单，通油能力大，阻力小，易清洗等特点。线隙式滤油器：

32、一般用于中，低压系统，这种滤油器阻力小，通流能力大，但不宜清洗。纸质滤油器：比一般其它类型滤油器过滤精度高，可滤除油液中的微细杂质。这种滤油器有用于高压管路的和低压管路上的两种。可安装压差发讯装置。用于要求过滤质量高的液压系统中。烧结式滤油器：是由烧结青铜滤芯作为过滤元件，加上钢质壳体而成的。这种滤油器耐高压，高温，有时颗粒脱落影响精度，堵塞后不易清洗。用于要求过滤质量高的液压系统中。片式滤油器：用于一般过滤，油流速度比超过0.51m/s。磁性滤油器：用于吸附铁屑与其他滤油器合用。查阅液压设计手册(电子版)，回油路上的过滤器选用SRFA -160×10FC回油过滤器，过滤精度为10

33、um，系统流量为147.18L/min，滤油器通油能力为160L/min，满足系统要求。3.3 冷却器的选择液压系统工作时，因液压泵，液压马达，液压缸的容积损失和机械损失，或控制元件与管路的压力损失和机械损失，或控制元件与管路的压力损失和液体摩擦损失等消耗的能量，几乎全部转换成热量，这些热量使油液和元件的温度升高，如果油液温度过高，将严重影响液压系统的正常工作，因此，我们必须采取强制冷却的方法，通过冷却器来控制油液的温度，使之适合系统工作的要求。对冷却器的基本要求：（1）有足够的散热面积。（2）散热效率高。(3)油液通过时压力损失小。（4）结构力求紧凑，坚固，体积小，重量轻。冷却器的选择依据：

34、（1）系统的技术要求。（2）系统的环境。（3）安装条件。（4）经济性。（5）可靠性与寿命要求。冷却器的计算（1）散热面积的计算冷却器的计算主要根据热交换量确定散热面积和冷却水量根据热平衡方程式：H2=H-H1 （2.12）式中 H=PP-Pc=PP（1-pcm） （2.13）式中 （2.14）液压系统在一个动作循环的平均发热量 （2.15）当液压系统处于长期连续工作状态时，为了不使系统温升增加，必须使系统产生的热量全部散发出去，即H2=H若H20，则不设冷却器冷却器的散热面积： (2.16) 式中 （2.17）H-系统的发热功率，WPP-油泵的总输入功率，Wp-油泵的效率m-液压执行元件的效率

35、，对液压缸一般按0.95计算c-液压回路效率p1q1-各液压执行元件工作压力和输入流量乘积总和ppqp-各油泵供油压力和输出流量乘积总和T-循环周期，sH1-油箱散热功率，WH2-冷却器的散热功率，Wtm油和水之间的平均温差，Kt1-液压油进口温度，Kt2-液压油出口温度，Kt11-冷却水进口温度，Kt22-冷却水出口温度，Kk-冷却器的传热系数，初步计算可按下列值选取： 蛇形管式水冷k=110175W/（m2.K） 多管式水冷k=116 W/（m2.K） 平板式水冷k=465 W/（m2.K）根据推荐的k值按上式算出的冷却器散热面积是选择冷却器的依据，考虑到冷却器工作过程中由于污垢和铁锈的存

36、在，导致实际散热面积减少，因此在选择冷却器时，一般将计算出来的散热面积增大20%30%。已知 参数PP =15Kw, p=0.9m=0.95, c =0.9，T=45,求得系统的发热量H= PP（1-pcm）=15Kw×（1-0.9×0.95×0.9）=3.46Kw同时由于在前面已经初步计算求得油箱的有效容积为1.6m3，一般油面的高度为油箱高h的0.8倍，与油直接接触的表面算全散热表面，与油不直接接触的表面算是半散热面。按V=0.8abh求得油箱的各边之积，abh=1.6/0.8=2m3，取油箱的长度a=2m，油箱的宽b=1m，高度h=1m。油箱的散热面积为：A

37、=1.8h（a+b）+1.5ab=8.4m2油箱的散热功率为：H1=KAT式中：K-油箱的散热系数，查表取K=15W/（m2.oC）；T-油温与环境温度之差，取T=25 oC求得H1=15×7.875×25=3.13Kw所以H2=H-H1>0,要设置冷却器。取冷却器的冷却系数多管式水冷k=116 W/（m2.K），取液压油进口温度t1=60 oC，液压油出口温度t2=50 oC，冷却水进口温度t11=25 oC，冷却水出口温度t22=30 oC。将上述参数带入公式（2.17），求得：tm=27.5 oC所以冷却器的散热面积为：A=H2/ktm=0.16m2将计算出来的

38、散热面积增大30%，所以冷却器实际的散热面积为A=0.16m2×(1+30%)=0.21m2查阅液压设计手册（电子版），选取2LQFW-A1.0F管型冷却器。3.4 加热器的选择在低温环境工作，为保持合适的油温，油箱须进行加热。可用蒸汽加热或电加热。加热器的发热能力，可按下式估算： （2.18）式中 C-油的比热（矿物油），J/（kg.K），取C=16752093J/（kg.K） -油的密度，kg/m3，取=900 kg/m3 V-油箱容积，m3-油加热后温升，oC T -加热时间，s由上述计算可知，基本参数C=1800 J/（kg.K），=900 kg/m3 ，V=1500L取=3

39、0 oC，T=40min=2400s。将以上参数代入 H C V /T，得H30.375Kw因为电加热器的功率：N=H/，为热效率，取0.60.8，这里取0.7所以电加热器的功率N=30.375/0.7=43.39Kw查液压设计手册（电子版），选取GYY4-220/8型加热器，其加热功率为8Kw。3.5 管道的选择 在液压传动中常用的管子有钢管，铜管，橡胶软管以与尼龙管等。钢管能承受较高的压力，价廉；但弯制比较苦难，弯管半径不能太小，多用在压力较高，装置位置比较方便的地方，一般采用无缝钢管，当工作压力小于1.6MPa时，也可用焊接钢管。紫铜管能承受的压力较低（P 3.610MPa）,经过加热冷

40、却处理后，紫铜管软化，装配时可按需要进行弯曲；但价贵且抗振能力较弱。 尼龙管用在低压系统，塑料管一般只做回油管用。胶管作联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高，低压两种。高压胶管是钢丝编织踢为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻绳或者棉线编织踢为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本高，因此非必要时不用。由于本次设计的液压系统属于高压系统，故考虑用钢管。而对于联接两个相对运动部件的管路则采用那个软管联接。软管分高低压两种，压力油路中采用以钢丝编织或钢丝缠绕为骨架的高压软管，压力较低的回油路或气动回路中则采用以麻线或棉线编织体为骨架的橡胶软

41、管。 3.5.1 管道径计算 (2.19)式中 Q-通过管道的流量（L/min） V-管允许流速（m/s），见下表表3-1 管道与流速的选择管道推荐流速液压泵吸油管道0.52，一般常取1以下液压系统压油管道2.56，压力高，管道短，粘度小取最大值液压系统回油管道1.53短管道与局部收缩处510泄油管道013.5.1.1 吸油管路 由于液压泵的最大流量为156L/min，所以吸油管路的流量Q=156L/min，由于泵的出口是软管连接，依据上表，取流速v=1m/s，代入公式（2.19）得d=57.5mm查液压设计手册（电子版），选取吸油管路公称通径为65mm，外径为73mm，壁厚为3mm。3.5.

42、1.2 压力管路（1） 泵联接段 流量Q =156L/min×0.9=140.4L/min，根据上表，取流速v=5m/s,代入公式（2.19）得d=24.42mm查液压设计手册（电子版），选取吸油管路公称通径为32mm，外径为42mm，壁厚为5mm。（2） 升降液压缸回路 流量Q=101.66L/min，根据上表，取流速v=4m/s，代入公式（2.19）得d=23.22mm查液压设计手册（电子版），选取吸油管路公称通径为32mm，外径为42mm，壁厚为5mm。（3） 水平液压缸回路 流量Q=53.69L/min，根据上表，取流速v=4m/s，代入公式（2.19）得d=16.88mm查

43、液压设计手册（电子版），选取吸油管路公称通径为32mm，外径为42mm，壁厚为5mm。3.5.1.3 吸油管路由于系统的最大流量为156L/min，取v=3m/s，代入公式（2.19）得d=33.24mm。查液压设计手册（电子版），选取吸油管路公称通径为32mm，外径为40mm，壁厚为5mm。4 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，液压元件与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。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失，容积损失和系统效率，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

44、要进行重新调整，或采取其他必要的措施。4.1 液压系统压力损失压力损失包括管路的沿程损失P1，管路的局部压力损失P2，阀类P3，总的压力损失P=P1+P2+P3（2.20） （2.21） （2.22）式中 l-管道的长度（m）； d-管道径（m）； v-液流平均速度（m/s）； -液压油密度（kg/m3）； -延程阻力系数； -局部阻力系数。，的具体值可参考流体力学相关容。 （2.23）式中 Qn-阀的额定流量(m3/s); Q-通过阀的实际流量（m3/s）； Pn-阀的额定压力损失（Pa）（可从产品样本中查到）4.1.1升降缸回路压力损失4.1.1.1延程压力损失由于升降回路选取的管路公称通

45、径为40mm，且通过升降管路的最大流量为101.66L/min，依据公式（2.19），求得其实际流速V=1.35m/s。取管路的长度为40m，油液的运动粘度为=46mm2/s。 因为 Re=Vd/式中：d-管道径（m）; V-管道实际流速（m/s）-油液运动粘度(mm2/s) Re-雷诺数将上述参数代入得Re=1173.9<2300，故油液在管中呈层流流动状态，其延程阻力系数=64/Re=0.0545.依据公式（2.21）将上述参数代入得P1=0.047MPa。4.1.1.2 局部压力损失局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部损失压力P2以与通过控制阀的局部压力损失P3。其

46、中管路局部压力损失相对来说小的多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。此油路的流量为101.66L/min。由原理图可知，由泵出口到升降回路进油口，依次经过单向阀，三位四通电磁换向阀，液压锁，单向节流阀，截止阀。单向阀S30A3O：查机械设计手册中的特性曲线可知，当流量为101.66L/min时，其压降为0.7MPa。三位四通电磁换向阀4WEH16J7XO/6EG24K4，查力士乐样本中特性曲线可知，当流量为101.66L/min时，其压降为0.5MPa。液压锁Z2S16-2-5X/V，查力士乐样本中特性曲线可知，当流量为101.66L/min时，其压降为0.8MPa。单向节流阀Z2FS16-

47、3X/SV，查力士乐样本中特性曲线可知，当流量为101.66L/min时，其压降为0.5MPa。由于截止阀在正常工作时全开，压力损失较小，这里取其压降为0.1MPa。所以升降回路上通过各阀的局部压力损失之和为：P3=0.7MPa+0.5MPa+0.8MPa+0.5MPa+2×0.1MPa=2.7MPa故升降回路上压力损失总和为P=P1+P3=0.047MPa+2.6MPa=2.747MPa由于升降液压缸实际最高工作压力8.79MPa，所以在升降液压缸工作时，泵的实际工作压力为P=8.79MPa+2.747MPa=11.537MPa。由于所选定的液压泵的额定功率为35MPa，实际工作压

48、力大大小于其额定压力，所以该泵的选择是合适的。4.1.2 水平缸回路压力损失4.1.2.1 延程压力损失水平回路所选择的管路通径为32mm，且通过升降管路的最大流量为53.69L/min，根据公式（2.19），求得实际流速v=1.11m/s。取管路的长度为40m，油液的运动粘度为=46mm2/s。同理，由Re=Vd/求得Re=772<2300，故油液在管中呈层流流动状态，其延程阻力系数=64/Re=0.083.依据公式（2.21）将上述参数代入得P1=0.051MPa.4.1.2.2 局部压力损失由原理图可知，由泵出口到水平回路进油口，依次经过了单向阀，截止阀，三位四通电磁换向阀，液压锁

49、，单向节流阀，截止阀。三位四通电磁换向阀为5-WE10J3X/CG24K4/V力士乐系列三位四通电磁换向阀，查力士乐样本中的特性曲线可知，当流量为53.69L/min时，其压降为0.9MPa单向阀S30A3O：查机械设计手册中的特性曲线可知，当流量为53.69L/min时，其压降为0.3MPa。液压锁为Z2S10-1-3X/V力士乐系液压锁液控式单向阀，查力士乐样本中的特性曲线可知，当流量为53.69L/min时，其压降为为0.5MPa。单向节流阀Z2FS10-5-3X/V力士乐系列单向节流阀，查力士乐样本中的特征曲线可知，当流量为53.69L/min时，其压降为0.8MPa。由于截止阀在正常

50、工作时全开，压力损失较小，这里取其压降为0.1MPa。所以水平回路上通过各阀的局部压力损失之和为：P3=0.9MPa+0.3MPa+0.5MPa+0.8MPa+0.1MPa×2=2.6MPa故升降回路上压力损失总和为P=P1+P3=0.051MPa+1.45MPa=1.501MPa，同样由于水平液压缸的最大工作最高工作压力为15.99MPa，所以水平液压缸在工作时的泵实际工作压力为P=15.99MPa+1.501MPa=2.6MPa，同样也满足泵的额定压力。故系统性能验证完毕，符合条件，无需更改。5 液压站的设计5.1 液压站的结构设计液压站是由液压油箱，液压泵装置与液压控制装置三大

51、部分组成。液压油箱专有空气滤清器，滤油器，液面指示器和清洗孔等。液压泵装置包括不同类型的液压泵，驱动电机与其它们之间的联轴器等。液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件与其连接体。液压站的结构分为分散式和集中式两种结构。本系统采用集中式结构，将液压系统的供油装置，控制调节装置单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的震动，发热都与执行元件隔开。压站的结构设计有以下几点注意事项：液压装置中各部件，元件的布置要均匀，便于装配，调整，维修和使用，并且要适当地注意外观的整齐和美观。液压泵与电动机可装早液压油箱的盖上，也可装在液压油箱之外。主要考虑液压油箱的大小和刚度。由于本系统的油箱

52、较大，故将液压泵与电动机按装在液压油箱之外。在阀类元件的布置中，行程阀的安防位置必须靠近运动部件。手动换向阀的位置必须靠近操作部位。唤醒发之间应留有一定的轴向距离，以便进行手动调整或装拆电磁铁。压力表与其开关应布置在便于观察和调整的地方。所以，本系统中，将手动换向阀装在现场，方便操作人员与时将事故钢包旋转到事故处理点，将危害控制在最小。压力表安装在阀台最上面的显示牌上。液压泵与系统相联的管道一般都集中接到系统的中间接头上，然后再分别通向不同部件的各个执行机构中去，这样有利于搬运，装拆和维修，也比较美观。硬管应贴地或沿着外形壁面铺设，相互平行的管道应保持一定的距离，并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管，伸缩管或弹性管。软管安装时应避免发生扭转，以免影响使用寿命。本系统在泵的出口处用软管连接，还可减少液压冲击。5.2 液压叠加回路设计 对液压叠加回路设计的重点注意的是叠加阀的技能，通径和工作压力，将所选的叠加阀按一定的规律叠加成液压叠加回路。设计叠加回路时，要注意以下几点：1）主换向阀，叠加阀，底板块之间的通径连接尺寸应一致。所以，本系统将通径一样的叠加支路安放在通义阀块上。2）主换向阀应该布置在叠加阀的最上面，兼作顶盖用。执行元件通过连接油管和底板块的下底面连接，叠加阀布置在主换向阀和底板块之间