毕业设计（论文）-钻杆矫直机液压系统设计

哈尔滨理工大学学士学位论文-I-油田钻杆矫直机液压系统设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411摘要本次设计的液压系统是油田钻杆矫直机的液压系统，此液压系统主要为矫直机的工作提供动力，油田钻杆生产过程中易产生弯曲变形，油田钻杆矫直机的主要功能是解决变形的钻杆，来达到减低生产成本，提高施工精度的目的。辊轮式矫直机是工业生产中十分重要的机械设备，广泛应用于石油化工业﹑建筑材料业﹑以及机械制造业中。由于老式的矫直设备主要是机械传动和手动操作，限制矫直机的加工精度和发展空间，液压伺服系统在矫直机中的广泛使用最大限解决了这个问题，不仅提高了加工精度，而且具有矫直力大，反应速度快等优点。本设计主要对液压系统的回路进行了设计，分析了矫直机的工作原理并且对液压系统的设计方法做了简要叙述，对主要液压源、电动机、冷却器及控制元件进行了拟定并根据设计要求选择最优选项。通过对本机机液压系统分析，我们计算了辅助系统和油箱的相关参数，而且对液压系统的压力损失展开了计算和解析。在论文最后，对液压系统的装配﹑检查及保养做了全面说明。关键词矫直机；液压系统；辊轮；HydraulicsystemdesignofoilfielddrillpipestraightenerAbstractThehydraulicsystemdesignofthehydraulicsystemofoildrillpipestraighteningmachine,thehydraulicsystemprovidespowerforthemainstraighteningmachine,thebendingdeformationiseasytoproduceoildrillpipeproductionprocess,themainfunctionofoildrillpipestraighteningmachineistosolvethedeformationofdrillpipe,toreduceproductioncost,improvetheprecisionoftheconstruction.Rollertypestraighteningmachineisaveryimportantmechanicalequipmentinindustrialproduction,widelyusedinpetroleumchemicalindustry,buildingmaterialsindustryandmachinerymanufacturingindustry.Becauseoftheold-fashionedstraighteningequipmentismainlymechanicaldriveandmanualoperation,theprocessingprecisionandthedevelopmentspaceofthestraighteningmachine,widelyusedinmaximumlimitstraighteninginthehydraulicservosystemtosolvethisproblem,notonlytoimprovethemachiningaccuracy,butalsohastheadvantagesofstraighteningforce,fastresponse.Thedesignofthemaincircuitofthehydraulicsystemaredesigned,analyzedtheworkingprincipleofthestraighteningmachineandthedesignmethodofhydraulicsystemarebrieflydescribed.Themainsourceofhydraulicmotor,control,coolerandcomponentsaredevelopedanddesignedaccordingtotherequirementstochoosetheoptimaloption.Basedontheanalysisofthemachinehydraulicsystem.Wecalculatetherelatedparametersoftheauxiliarysystemandthefueltank,andthepressurelossofthehydraulicsystemcarriedoutcalculationandanalysis.Intheend,assembly,inspectionandmaintenanceofthehydraulicsystemtodoacomprehensivedescription.Keywordsflatteningmachine,hydraulicsystem,roller目录摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII2078第1章绪论 177601.1研究背景及意义 129581.2矫直机国外现状 1124851.3矫直机国内现状 3176571.4本章小结 523750第2章矫直机的设计 6144172.1矫直机的介绍 672432.2设计要求 6118332.3方案制定 766092.4本章小结 88722第3章确定液压系统主要参数 9232003.1初选系统压力 9260313.2计算液压缸尺寸 9277213.3计算系统最大流量 11203153.4本章小结 1111601第4章液压元件的选择 12255024.1液压泵选择 13209684.2液压马达的选择 14317244.3液压泵的功率和电机的选择 14260914.4控制阀的选择 14234864.5管道选择和计算 15232964.5.1管道种类的选择 1516544.5.2管道内径的计算 15261294.5.3管道壁厚计算 16184894.5.4管接头的设计 16271424.6油箱的设计 1726264.6.1油箱的功用与分类 17157044.6.2油箱基本结构 17150114.6.3油箱容量的计算 17187634.7油箱设计参考原则 18274324.8液压系统验算 19142784.8.1系统压力损失 19102994.8.2计算雷诺数 20197504.8.3计算压力损失 20204694.8.4系统效率计算 21137024.8.5系统的发热计算 21130014.9本章小结 222375第5章辅件的设计与选择 22210985.1过滤器的选择 23109765.2加热器的选择 23309255.3温度计的选择 23287445.4油路板的设计 24288075.5本章小结 2423657第6章液压系统的安装、维护 24125016.1液压系统的安装 2544856.2液压系统的调试 2689696.3液压系统维护 27111276.3.1液压系统的检查 2751676.3.2液压系统的保养 28269266.4本章小结 2915665结论 291752致谢 3023744参考文献 3130362附录A 3231175附录B 38绪论研究背景及意义随着人类技术的不断发展，人类社会对于能源的依赖与需求与日剧增，各行各业以及日常生活的正常运行都离不开能源的支持。虽然各种新兴能源如核能﹑潮汐能等得到了快速的发展，但在生产生活中占主体地位的能源仍然是石油、天然气等化石能源。据有效统计在世界能源占比中石油能源处于第一位，随着能源争夺的日益严重，设备因素成为能源产量的关键因素。图1-1石油钻杆矫直加工我国石油开采主要是在陆地进行，石油开采需要经过精确勘探，在石油开采过程中钻井工作尤为重要，钻井工作主要是使用钻杆进行，而钻杆经过反复打压和高强度挤压后极易产生弯曲以及产生形变，钻杆发生形变后会影响钻井精度，以至于必须校直加工后才可以继续使用，已达到节约成本的目的。目前，随着石油行业的兴起，人们对先进设备的需求也日益增加，而矫直设备更是其中的关键环节。矫直机国外现状按照设计任务书的要求和海内海外现有材料的整理，国外较发达的国家都很重视矫直机的发展，有专门制造企业和的科研机构。在过去的十几年中，许多发达国家都研发液压伺服控制的矫直机。图1-2日本高精度矫直机日本公司制造的自动型矫直机ASP系列克服了直接经验不足，零件在立体方向上的挠度可以通过该系列机器智能分析运算，并根据计算结果，选择矫直挠度值。韩国公司与中国企业联合研发ASC系列机型。该机具有智能和半智能两种不同的型号，采纳日本较先进的科技以及核心零件，主要机体部分是由长春实验研究所制造的。该系列的矫直机具有自动运算系统，能够根据需求进行编程，从而达到对机械、液压等元件的调控。ASC系列机型操作界面智能、操作简便，以向使用者提供先进的技术为根本，最大程度的提高机器使用效率[1]。德国达克斯公司研制的半自动伺服单柱液压校直机，矫直力从，能够根据需求选择不同规格进行使用。图1-3美国矫直机控制装置美国公司开发的ADS系列自动液压校直机。该机械具有分析材料特性的智能系统，能根据特性智能优化过程，并且能够通过微处理器调节矫直和测试序列。它的特点主要是：可允许安装8个位置测量﹑感觉处理和存储系统；触摸显示屏幕和人机对话系统，极大程度的方便操作者的使用；纠错提示和清晰文本的相应程序，分析加工阶段的最后顺序；大量统计数据的修改和评价；还可以和主计算机连接。可以对大量对称件进行矫直处理，且应用于流水生产线中[2]。MULLERWEINGARTEN公司研制的PRE系列智能液压矫直机，此系列机主要加工杆类工件，矫直机是封闭型、组合型机身结构，零件的旋转和固定由智能系统调控，该矫直机具有程序控制器可以对参数进行限定，从而预防事故的发生，并且可对材料加工数据进行存储并且对矫直过程进行控制等。在型材矫直方面，海外人员对轨道的研究尤其看重。加拿大著名学者Schleinzer.G的《轨道矫直辊残余应力的分析》很具有代表性。此文通过建立弹性模型，对轨道矫直过程展开了原理研究，并且建立有限元模型，模拟了轨道的残余应力变化，对内应力的分布展开分析。于此类似的还有Varney的《辊轮矫直机构》。矫直机国内现状图1-4Y41系列石油钻杆矫直机我国使用最广泛的是Y41系列单柱液压机，这类机器智能化程度较低，主要靠经验矫直，导致精度不高。随着近年科技的进步，中国矫直设备有了很大提高：（1）系列齐全，品种齐全，规格齐全。（2）定位精度高，并且检测和显示方法相对完备，矫直质量好。（3）配件齐全，矫直工序扩大。（4）压头移动更换校直点，移动负载小，移动速度快。（5）大力发展数控、柔性及自动化。合肥压力机械公司制造出最大矫直力100kN高精度校直液压机。本实用新型矫直机采用移动式液压伺服控制，具有数字显示操作屏，可以根据需求设置压力、行程、油温等，并且遇到危险事件时会发出危险信号。此机器的制造成功提升了精密矫直设备的水平。它可以提升轴类、杆件等工件的精度和生产效率。图1-5JJM系列机械式自动校直机长春机械科学有限公司生产的JJM系列机械式轴类自动校直机，该类产品基于JEM系列矫直机的研发经验，研制出的一款自动化程度高的矫直机，可以全方位模拟人工加工，能够普遍应用于各轴类、杆类零件的自动矫直工作。该机器具有智能化的人机操作界面可以根据工件变化绘制柱状图，自动对公差进行判断分析，如果公差不符合会进行提示，并且可以对修正量进行限定，可以防止工件出现压断或压裂的现象，提高了工件的生产效率。该机器还具有手动调节功能，可以对特定的单元进行操作。该机器占地面积小并且无噪音污染，实用范围广。移动伺服控制精密校直液压机可以适用多种杆类工件，易于操控，加工精度较高，获得工业化国家的广泛认可。目前中国正处于供给侧改革的关键时期，中国的矫直机行业应积极研发高附加值的精密校直机系列配件和配套设备，严格的检验制度，使国产机器代替进口机器，提高国家经济效益，提高市场占有率，使中国矫直机行业具有更辉煌未来[3]。本章小结本章对钻杆矫直机的发展前景进行介绍，通过具体机型更全面的了解了近年来各国在矫直机行业取得的进步，全面分析了国内外矫直机现状，总结各方优缺点，明确了发展方向。矫直机的设计矫直机的介绍现行矫直方式可分为两大类：1.辊式矫直；2.三点弯曲式矫直。辊式矫直机的应用相对广泛，本文研究的是辊式矫直理论及其所应用的液压系统。图2-1矫直机工作示意图机架上部分安装三个上矫直辊，由各自的液压缸提供动力，加工台上设有一对较低的矫直辊。轧辊的母线为双曲线。在加工台下部的两端，安装一对冲头辊，由各自的冲头缸提供动力。传输设备是把加工后的钻杆送到收集架里。本次设计的机器使用电机驱动滚筒输送管[4]。设计要求1.完成动作：直线运动，液压缸上下。2.速度：冲头液压缸和辊筒上的速度限制不象精密机床那样严格，甚至能说基本上没有什么特别的限制，只要能完成动作就满足条件，但必须保证动作平稳。3.操作控制方式：在压力升高的情况下，冲头缸和矫直缸由各自的电磁换向阀进行调控。方案制定按照上述的设计要求，拟定了油田钻杆矫直机的液压系统的组成部分的完成方案。1.调速方式执行部件实现由机械机构给出，对液压缸速率精度没有严格的规定，因此本设计使用单向节流阀的调速回路。2.液压系统及其工作原理图2-2液压系统图该系统的油源是变量泵，液压执行机构是三个上辊缸，一对冲头缸以及一对双向定量液压马达。控制系统主要采用液压阀叠加，各缸运动的方向是由电磁阀控制，速度的控制通过叠加式节流阀；最大系统工作压力由叠加式电磁阀进行设置，冲头缸工作时的压力分别由两个叠加式减压阀控制，在液压马达控制回路上的分流集流阀主要是为了确保两个液压马达经过摆线针轮减速器的带动可以达到同步旋转，而液压马达的换向由三位四通的电磁换向阀控制。通过调节变量叶片泵上的压力调节器，使叶片泵的输出流量发生变化，并且各执行器的流量也随之变化。如图述的温度控制装置，如电接点温度计、加热器、冷却器等，分别用于系统的温度检测、加热和冷却；空气过滤器为空气过滤器。液压站安装在机器的底座上[5]。3.技术特点本实用新型技术成熟，性能优越，效率较高，具有非常高的经济回报率。液压系统是一个变量油泵调速系统，可以最大限度的使用能源，并且散热较好。本设计采用一体化式叠加阀，系统各部分连接紧密，布局相对合理，调试简单。本系统还可扩展到不同型材矫直机的设计中。本章小结本章主要从分析了目前以及现行矫直方式的种类、特点和适用条件，通过特点对比并结合实际设计要求，最终确定了液压系统图的方案。确定液压系统主要参数初选系统压力众所周知，F=106kN最大负荷，两冲床液压缸在整个矫直工作最大负载F=96kN，上部辊轮的下降速度，冲头辊轮上升速度。通过压力和流量计算的数据进行液压元件、附件以及电动机的选取。在确定系统压力后，可以进行液压缸的位移和排量的计算。系统压力的合理性决定了整个液压系统的安全等级。在确定一个动力系统、液压系统的条件下，如果选择的压力太小，会导致系统元件、辅件的大小和重量的增长，成品的成本也相对提高；如果压力较大，会导致设备的重量和大小的相对减少，从而成本也相对减少。如果一再增加系统压力，导致压力过大，会使液压元件的生产、辅助材料难度提高、并且密封要求和精度要求也会相应增加，不但导致尺寸、重量和成本的增加，而且引起效率系数和使用寿命减少，所以不应该盲目提高高压力。参见《液压传动系统》中常用的系统压力，选定的初始压力为[6]。由于回路上有单向节流阀，以至于选择取回油腔压力P2，从表1中选取压力为。表3-1背压经验数据回路特点背压()回路特点背压()回油路上设有节流阀回油路上有背压阀或调速阀采用补油泵的闭式回路活塞杆径比通常以下面条件进行选择：当活塞杆受到拉力，通常=，当杆受到压力，为确保压杆的平稳性，通常[3]。本次设计。计算液压缸尺寸液压缸示意图如图2所示图2液压缸根据公式(3-1)式中—无杆腔有效面积—无杆腔有效压力—有杆腔有效面积—有杆腔有效压力==液压缸的机械效率为，一般范围，本次选择由原始数据：冲头液压缸负载F=96kN，上辊液压缸负载F=106kN。代入上式可得上辊液压缸：D=D=108.423mm圆整后取D为标准110mm，可得d=0.7D=77mm取d=80mm可得==94.985cm2，==46.54265cm2冲头液压缸：计算得=98.72mm圆整后取D为标准100mm，可得d=0.7D=70mm可得==78.5cm2==38.465cm2计算系统最大流量上辊液压缸：=94.985=22.7964L/min=3=68.3892L/min冲头液压缸：=78.5=9.42L/min=2=18.82L/min可知工作时系统最大流量qmax=87.2292+25.6=112.8292L/min本章小结本章主要是对系统压力和流量进行了设计计算，给出了设计依据和计算过程，介绍了液压缸尺寸，利用CAD对各部件进行绘图，并借助CAD对整个液压缸进行装配，从而完成整体结构的设计。液压元件的选择液压泵选择1.确定液压泵工作压力:（4-1）式中—为执行元件的最大工作压力12MPa—为液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失。由于本次是初次计算可以按意愿选择：管路简单、流速不大的取=0.2-0.5MPa；管路复杂、流速较大的取=0.5-1.5MPa。—机器运转时执行部件的最大压力,据经验取，故2.确定液压泵流量由图分析可知，系统流量最大时，为上辊液压缸和冲头缸同时出油时（4-2）式中K—系统泄漏系数，取1.2—同时动作的液压缸的总流量由于系统采用一个泵供油，故：=1.2112.8292=124.11212L/min3.选择液压泵的规格：参考液压泵的工作方式，按照系统最大压力和流量，根据现有液压泵产品进行规格选择。通过上述计算的液压泵的最大压力，称此压力为静态压力。机器工作过渡过程中产生的压力通常大于，通常称此压力为动态压力。因此为保证系统正常工作需要泵具有一定后备压力，额定压力需要高于系统最大压力，由于高压持续时间短压力储备可以取小些，中、低压系统持续时间较长压力储备应该取大些；综上所述泵的流量需要按系统最大流量进行选择[7]。故最大工作压力为1.2Pp=15.6MPa；最大流量为124.11212L/min=161.35L/min通过以上计算，选择型号V4-125的液压泵，此泵的最高工作压力,最大流量。液压马达的选择为使系统正常工作，选取XM1-E80型号马达，此马达工作时位移，额定压力为，额定转矩，额定转速，最大扭矩额定功率[4]。液压泵的功率和电机的选择由于在工作过程中，影响液压泵的因素很少，所以液压泵所产生的压力和流量并无太大变化，故液压泵的驱动功率（4-3）式中—最高工作压力；—液压泵的流量；η—液压泵的总效率。由于液压泵的总效率η=容积效率×机械效率。由于液压泵种类较多，效率也各不相同，在此计算中取，故叶片泵的驱动功率=29.8787kW故选择电机型号：Y200L—4[4]，其额定功率为30KW。控制阀的选择一般来说按照系统最大工作压力、通过阀的实际流量以及阀门的装配这几个因素选取控制阀，以下是较容易出错的地方：1.通过阀门确定实际流量。2.采用压力控制阀，流量不超过其额定值。否则会产生液压夹紧和液压动力，会降低阀门质量，导致液压油的泄漏。应该加大通过减压阀和顺序阀的流量，如果阀门的流量远远小于其额定流量，容易引发振动等不良反应。3.注意止回阀开启压力的合理选择。通常来讲，为了降低不必要的能量消耗，应选用开启压力较小止回阀，以便于降低流量阻力损失。4.注意电磁阀的应用。5.当心节流阀的最低稳定流量，是否满足阀门的开启条件，使最低稳定流量达到最低运行速度的部件即可实现，应该值得注意。根据系统的工作压力和各部件和附件的实际流量，所选阀门如表4-2所示[4]。表4-2液压元件表元件名称型号额定流量（L）额定压力（）单向阀CPG-10-5250250叠加式减压阀DR10-30/Y6031.5叠加式电磁溢流阀ZDB6-40B/31.5叠加式单向节流阀MK20G1.23.5-20031.5三位四通电磁换向阀34DK-H10B-T4031.5分流集流阀3FJLK10-5021管道选择和计算管道种类的选择传动系统一般使用钢、铜、橡胶软、尼龙等材料的管道。选取一般根据液压系统的工作时的压力、机构的总体排布和工作环境等，分析具体工作条件以及查阅液压手册进行确定。本次设计采用钢管，主要因为承压能力较强，价格相对便宜，并且能较好的满足需求[8]。管道内径的计算管道内径按以下公式进行计算（4-4）式中—通过管道的最大流量；—管道内液流允许流速；—管道的内径；1.吸油管道内径的计算：取=1m/s根据机械设计手册选[5]2.压油管道内径的计算取=4m/s根据机械设计手册选[5]3.回油管道的计算取v=2m/s根据机械设计手册选管道壁厚计算（4-5）式中—金属管道内壁（m）—管子内径(m)—工作压力(pa)—管道材料的抗拉强度MPa）—安全系数；因为P<17.5MPa,取n=6选取材料为10低碳钢制造的无缝钢管=335MPa故吸油管道壁厚：=5.37mm查表得标准管道[6]吸油管道壁厚=5.5mm压油管道壁厚=3.5mm回油管道壁厚=4.5mm管接头的设计管接头是能够拆卸的零件，主要负责连接油管以及各部分元件。接头需要保证密封条件优越、外形尺寸小、压力损失小、更换简单、有较强的承载性能等需求。故本次毕业设计选取卡套式管接头，这种接头使用方便、较容易更换。油箱的设计油箱的功用与分类油箱的主要功用是：储存液压系统工作所需要的油液；散发系统工作中产生的热量；沉淀油中污物并且排出油液中的气体。油箱主要分为两种型态，分别是整体型和分离型。整体式油箱的特点是利用主机的内腔作为油箱，整体式油箱设计和制造十分复杂，并且维修不方便，如果散热系统不理想，就会使主机发生变形影响使用，但这种油箱结构紧凑，漏油方便收回[9]。分离型具有单独设置的油箱，与主机分离，减少热量传递到油箱，减低了主机的振动，提高了加工精度，所以受到普遍的认可。除此之外，还可分为开式和闭式油箱，主要按照液面是否与空气相联通。开式油箱主要使用于稳定气压的环境中因此能广泛使用于普遍的液压系统；闭式油箱则用于水下或者对平稳性与噪声有特殊需求处[10]。油箱基本结构为了在同等条件下取得更好的散热性，油箱应以六面体为宜，箱盖的尺寸可根据需要安放元件的尺寸和位置进行确定。最高油面不允许超过油箱的80%。根据以上两点可以计算出油箱的尺寸。如果设计的油箱储油量低时，可以使用的钢板点焊制成；如果设计油箱储油量高时，通常可以先制成骨架后再在周边焊接钢板。由于油箱需要支撑一定重量，并且在机器工作时也要承受转矩以及振动等，所以需要有足够的刚度来支撑，顶盖也应该进行加厚并进行固定。顶盖可以是一体式的，也可以是分块式。液压泵和阀集成装置可安装在油箱上盖上，也可以在特定装配板上进行安装。盖与装配板中间需要设置相应的装置，来减少振动的互相影响，例如垫上橡胶板等减震装置。油箱的底脚通常有一定高度，可以方便散热，放油和搬移，一般大于150mm。油箱四壁需要有吊耳，方便吊起和运输[11]。油箱容量的计算油箱受到的压力不同，有效容积也各有不同。通常为避免油从油箱中流出，油箱内部油位不应该选取太高，通常不允许超过油箱高度的。随着压力的不同有效容积V的计算方法如下：低压系统(P≤2.5MPa)：V=(2～4)（4-6）中压系统(P≤6.3MPa)：V=(5～7)中高压或高压系统(P＞6.3MPa)：V=(6～12)式中V—液压油箱有效容积；—液压泵额定流量。由于本次设计属于高压系统，通过以上公式计算有效容积，即：V=10=7×250L=1810L通过对散热条件和安装位置等多方面因素研究，确定本次设计油箱的容量为1800L油箱设计参考原则1.油管的设置液压泵吸油管应该与系统回油管保留一定距离，这样做主要目的是预防吸入油的同时吸入空气搅动液面，液压油回流进入油箱也会引起液面浮动，所以管口都应插在液面下方，但不能紧贴箱底，需要离箱底至少管径的倍的长度。所以回油口应裁成角插入，为了提高通流面积，而且为了更好的排热和沉积杂质，管需要面向与回油管相距最近箱壁。吸油管的端部应该装有过滤性能优越的滤油器，用来防止油箱底沉淀物吸入液压泵导致系统故障，所以吸油管需要距离箱壁倍管径，离箱底大于20mm，用来更方便进油。如果泄油管处于单独插入油箱的条件下，阀的排油口需要处于液面的上面，可以更好避免制造背压；液压泵的泄油管也需要接入液面的下方，以避免吸入气体导致故障[12]。2.加油口与空气滤清器的设置加油口通常设计在油箱顶部最方便靠近处，并且应该安装过滤装置，不工作时进行加盖密封。空气滤清器可以保证油箱与空气相连通，从而确保液压泵的自吸能力，除去大气中不利于液压系统的漂浮物。现在广泛制造的空气滤清器可以同时具有加油和通气的功能，并且有固定型号，可以以自己需求进行选取[13]。3.液位计的设置液位计主要功能是监测油面高度，故其测量范围必须包括最高到最低液面，并且安装于方便观测的位置。此元件是标准件，可以以自己需求进行选取。4.放油口与清洗窗的设置油箱的底面按需求可加工为双斜面，也可加工为侧倾斜的单斜面，但需要朝向回油方向并且放油口应该在最下方，通常时间放油阀处于关闭状态，在排油的时候将其打开排出污油。排油时为了方便清洗，通常吃春大的油箱会在侧面设计清洗窗口，它位置安放应方便其他元件的使用。窗口一般用侧板进行密封，在它工作时再取下。5.防污密封油箱的盖板以及窗口连接处都需要加密封元件，各油管通过的小孔都需要安装密封圈，用来阻止灰尘进入。6.油温控制油箱的温度应该在，在油温过低的时候需要设置加热器，反之则需要制冷器。7.油箱内壁加工油箱的内壁需要经过喷丸﹑酸洗和表面清洗，之后四周可涂一层塑料薄膜。液压系统验算系统压力损失一般包括：沿程压力损失；局部压力损失；阀类元件的局部压力损失。为液压阀的额定压力损失，可由产品样本中查得即公式：=（4-7）其中：（4-8）（4-9）（4-10）式中—管道的长度—为管道的内径—为液流平均速度—为液压油密度—局部阻力系数—沿程阻力系数—通过液压阀的实际流量计算雷诺数=（4-11）式中—平均流速（m/s）—介质油动力黏度（/s）d—管道内径（m）取d=50mm（最大处）=3.5m/s=46/s===2173.9<2320为层流==0.036计算压力损失沿程压力损失：其中=0.036；=15m；d=0.043m；=3.5m/s；查得=1030-1080Kg/，取=1060Kg/=81534Pa=0.08MPa2.局部压力损失:==46746Pa=0.05MPa3.阀类元件的局部压力损失由手册查得减压阀最小压力损失=0.25MPa电磁换向阀损失最大值=0.15MPa节流阀损失=0.1MPa分流集流阀损失=0.15MPa溢流阀损失=0.2MPa总压力损失:==0.98MPa由设计初选液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失为1MPa1MPa>0.971MPa所以系统验算后符合要求系统效率计算由回路效率一般表达式：（4-12）式中—各执行器的负载压力和负载流量（输入流量）城际的总和(W)—各个液压泵供油压力和输出流量乘积总和(W)1.回路效率：=0.832.计算系统总效率叶片泵的总效率=0.9、液压缸的总效率=0.95，则系统效率：系统的发热计算液压系统的能量损失转化为热量，导致油温增加。所以，必须对温度进行调节，以免产生危险。计算系统的总发热量，即（4-13式中—液压泵的输入功率—液压系统总效率所以当只考虑油箱散热时，其散热量，即（4-14）式中A—为油箱散热面积—系统温升，单位为，一般工作机械;工程机械；数控机床，本次取35H—系统的发热量，单位为WK—传热系数，单位,计算时可选用推荐值；通风很差（空气不循环）时，K=8;通风良好时，K=14～20;风扇冷却时K=20～25;用循环水冷却时,K=110～175.本次K=18因油箱容量设计为1800L设计长为1500mm宽为1200mm高为1200mm(油箱支架高200mm)故散热面积A为=1.8所以散热量由于1134W小于8632W所以系统要冷却装置。在经过安全性﹑散热率和本次设计情况进行考虑选，最终选取冷却器类型：BR0.2-20本章小结本章对油田钻杆矫直机的液压系统进行了部件尺寸选择。分析了液压系统中的效率和发热计算，并通过强度校核计算公式计算油箱尺寸，通过计算可知，液压泵和系统压力损失等满足设计要求可以进行应用。辅件的设计与选择过滤器的选择在液压系统工作中，由于外部入侵和和内部产生，不可避免地会出现各种各样的污染物，污染物不但会加快系统元件的消耗，并且阻塞小孔卡住阀芯，破坏密封，使液压阀的故障，系统故障。所以，有必要对油中的污染物进行清除。过滤器的选择时需要注意下列因素：1.按照使用方案进行的过滤器类型的选取，按照位置布局进行选择。2.过滤器应该允许通过足够油量，而且损失小。3.该过滤器的精度必须保证达到液压系统或部件的清洁要求，还要保证使用强度满足要求。4.过滤器的强度和压力损失是考虑的关键条件，安装后会导致系统的部分压降或背压。5.滤芯中的过滤材料需要符合工作介质的需求。更换和清洗应方便。6.该系统应根据需要考虑选择适当的保护过滤器配件。7.结构简单安装形式、安装形式、紧凑合理。从价格层面看，应该选择价格便宜，以降低制作成本。空气过滤器的准确度为一般过滤器，材料为多层叠加式滤芯，可滤除大于10微米的污垢。经过多方面考虑，因此决定使用ef4-50式空气过滤器。回油过滤器的准确度为普通过滤器，过滤材料为滤纸和纤维滤芯，可过滤5-10微米颗粒。使用YLH-250×※的回油过滤器，滤芯型号H-[14]。加热器的选择液压系统油温应控制在～。最高不应高于，最低不应小于。油的温度超标，会使机油变质，减少油的粘度，导致组件的泄漏提高，降低了效率；当油温过低，使油的粘度变大，导致液压泵吸油难度增加。油温过高或者过低会造成工作异常，为了使油能工作在允许温度范围内，需要调节油温的系统，即采用温度调节的方法[15]。本设计采用美国电热器GYY温度计的选择电接点温度计的设计，能在温度达到和超过给定值时，发出一个电子脉冲，并且可以当作温度控制系统电路开关。油路板的设计油路板的一部分为集成块制造的主要根据：1.应该有足够数量的视图油路板的各部分应具有一定数量的图纸，用来表示和反映油路板的形状和尺寸。通常应该包括油路板的前视图和各层的剖面图。2.尺寸应完整正确标注必须完整，有必要确定元件的基本线坐标，并指示每个孔的大小和深度。一般孔位公差和孔深误差为自由公差，所以不能标注，如果有特殊需求，应写明。3.整体砌块材料的合理确定及技术要求油板材料，通常为45钢。铸件不得松动、收缩和裂纹等缺点。安装前应对元件进行磨削，表面粗糙度可根据液压阀进行加工。本设计的部件为三个换向阀和单向节流元件构成的油路板[16]。本章小结本章对辅件进行设计和选择，对过滤器﹑加热器和温度计进行最优选择，并对油路板进行设计，最终各部分均满足本次设计要求。液压系统的安装、维护液压系统的安装1.液压系统的安装步骤：(1)预安装（试装）：弯头，安上油管及部件，全部管道固定；(2)第一次清洗（清洗）：酸洗回路、清洗槽及各种部件等；(3)第一次安装：连接清洗电路和系统；(4)二次清洗（系统清洗）：用清洗油清洗管路；(5)第二次安装：正式系统；(6)实际工作的调整与测试：加油，正式测试系统。2.液压管路的安装管道路连接泵、各类元件和执行机构。所以管道应选择合理，安装正确，清洗干净等。(1)管道检查，确保管路拥有足够的抗压强度，在输送过程中油量损失小，安装方便，管路干净，内壁没有锈痕，没有水垢。检查管道得时候，如果内部和外部有腐蚀或显著的变色，有切断的裂痕和小孔，管上表面压痕深度达到管道直径管，裂纹的深度创面达到管壁厚度10%以上，则不能用统一的。检查管道的存放情况，如果发现内部腐蚀损坏，使用酸全面清洗内壁，然后检查合格，后安装。(2)管道弯曲半径不宜过小。弯曲曲率过大，会引起应力集中加剧，减少疲劳强度，而且容易出现褶皱。当管道为填充物弯曲管道时，最小弯曲半径为：钢管热弯：R>3D钢管冷弯：R>6D最大弯管椭圆度不能大于；弯曲的侧壁厚度不超过该管弯头壁厚厚度的20%；内侧部分不应该有扭伤、压坏或褶皱，在外部弯曲可以出现锯齿或不规则的现象。平面转弯区域外径应小于原管道直径的[17]。3.管道安装(1)吸油管安装及要求：①吸油管道应该尽可能短并且尽量保持直线，降低吸油的阻力，方便吸油，防止产生空吸情况。泵的吸入垂直距离，各种类型泵的要求是不一样的，通常应该小于500mm。②油管的连接需要较好密封性，不应泄漏现象，如果工作时吸入气体会造成噪音，严重时会导致无法吸收油。③吸油管应安装在过滤器上，机油滤清器的精度一般为目，滤油量要大于是泵额定流量的，还应该参照清洗和拆卸的难易性。(2)回油管的安装和要求：①执行机构的主回路和辅件的回油阀应处于油面之下，预防油溅入气泡内。②安全阀可接回油箱并且允许与冷却器连接，来降低油温上升速度，但不可以泵的进油口直接连接。③单向减压阀的排油口和回油管之间不可以存在背压，如果存在需要取回油箱，来避免出现故障。④安装水平油管应为～坡度。当管道太长，需要使用夹持油管进行安装。4.油压管道的安装与要求油的压力管道的安装位置应靠近设备基础也要便于连接和维修，在震动剧烈处应该将木块或橡胶加在管夹上，还应该注意以下事项：(1)管线应该尽量减少转弯，和不必要的长度，安装管道时应尽量平行或者垂直。(2)在交叉处应该有10mm的间隙，避免相互干扰，在最高位置上应该设置排气装置。5.辅元件安装液压系统的辅助部件包括：油管、管接头、油箱、冷却密封装置等。辅助元件的安装注意以下几点：(1)应按照设计要求进行组装和保持整洁。(2)原封件和材料如果不能满足需求，应主动更换。按照设计要求，尽量考虑使用方便保养液压系统的调试施工机械设备组装完毕后，试验精度是否满足要求，一定要进行试运行，以检测设备的状况。操作条件满足设备制造工艺需求，实现机器预期的最大生产率。液压系统的调试是机器检验的重要环节。液压系统的调试应遵循以下步骤：1.目视检查（1）安装与连接是否正确安全；各种阀门进出油口是错误的；液压泵的输出流向是否正确。（2）为防止冷却液、磨料颗粒、灰尘等杂质进入罐体，液压元件的保护装置可用且处于良好状态。（3）油箱油位和液位都很好。（4）系统中的元件、管路及管路接头安装、调试、检修方便，确定压力表安装位置能否易于观察。目视检查发现，调试前应纠正的问题。2.注油润滑先进行润滑，然后用液压油装满油箱，用手带动液压泵，使泵内注满液压油，预防液压泵工作时因缺油而燃烧或卡住。3.空气负阻试验机空气负试验机可以在没有负载情况下，仔细检查每个元件，辅助装置和系统循环是否正确，阀门的切换是否符合要求。4.空载试验和调整的方法和步骤：（1）运转液压泵，在泵无载荷工作时，检查泵的压力是否在合理的区间内；看操作是否正常，有无噪音；罐内液面有无气泡，油面的高度是否处于规定限度里面。（2）空载运行状态的系统，应使活塞顶在液压缸盖上或移动部件在上死点停止，或用别的手段使运动缓慢暂停，使溢流阀慢慢调整到合理的压力，查看调整过程中是否存在故障，然后让液压缸多次重复运动，打开存储在排气系统的阀门；检验工作正确性和安全设备的安全性。检查所有部件和管道泄漏，内泄漏量处于可以接受的范围里；空载运行时间结束后，看液位是否下降，由于液压油进入管道和液压缸，会导致水平面降低。（3）用电气设备查看启动和更换动作的稳定性，不允许出现爬行、跳跃和碰撞。（4）系统持续续工作一段时间后，查看油温升高，温度升高应在规定值内（通常油温为）。4.负荷试验机负载测试机是根据设定的载荷设计的系统，查看系统是否达到预期要求；检查噪声和振动在允许范围内；稳定性检查工作部件和扭转运动，应无爬行、跳跃和影响检查电源[18]。液压系统维护通常来说液压系统的安全程度较高，依旧需要定期的进行维护和保养，如果维护不达标，会产生严重的安全隐患，影响生产，严重时甚至会发生危险。所以正确的使用和维护显得尤为重要，可以较好的调高机器的使用寿命和加工精度。液压系统的检查表6—1日常检查项目检查时间项目内容启动前检查液位是否正常，如液面过低，必须及时加标注启动前检查行程开关和限位块是否紧固启动前检查手动、自动循环是否正常启动前检查电磁阀是否处于初始位置压力是否稳定在正常范围、是否波动剧烈噪声、振动有无异常声响油温应在范围内，最大漏油漏油电压电压表6—2定期检查项目定检项目内容螺钉及管接头定期紧固每月一次过滤器、空气滤清器定期清洗每半月一次油箱、管道、阀快大修检查密封件定期更换按环境温度、工作压力、密封件材质确定油污染度定期更换按产品说明书中规定的换油周期进行压力表定期检查按设备使用情况，如出现指示不准，立即更换液压元件定期检查根据工作稳定性决定是否需要更换液压系统的保养液压系统是以液压油为介质传递能量的，所以液压油的数量和洁净程度关系到整个系统。如果液压油不足会使系统无法正常工作严重时会发生危险，如果液压油变质或污染物太多会影响密封和损伤元件。所以系统应该经常检查并且按照机器工作情况进行定期更换[19],通常情况为个星期更换一次。维护时应注意以下几个方面：1.时常检查油箱油位是否处于规定范围内，能否达到冷循环条件，如果不足需要进行补油。2.检查管路是否畅通，温度交换器是否可以正常工作。3.在系统处于工作状态下，液压泵一定卸掉载荷。4.选择合适油液的粘度。如果不适合会导致油温升高。5.禁止空气进入系统[20]。本章小结本章对之前设计完成的部分安装进行说明，对注意事项进行强调，由于本次设计是油田设备，所以日常维护和定期检查显得尤其重要，主要包括目视检查﹑空载试验和调整方法。结论设计任务：本文的主要工作是设计液压校直。矫直机通过工作台上液压缸活塞杆移动，达到弯管弯曲矫直的功能。（1）总体设计：用于矫直机的辊矫直方案设计。机器由冲床和辊轮组成，三个上辊由液压缸控制。（2）力参数的计算和电机的选择：根据给定的矫直速度和矫直负荷，确定液压缸的参数,因此，液压缸所需的压力和流量是确定的计算泵的压力、流量和驱动功率。然后根据泵的功率来选择电机的型号和转速等。（3）液压系统图的确定：通过分析矫直机运动，设计液压系统的主回路和辅助回路。（4）液压元件和辅助部件的选择：液压元件的选择是根据系统的工作压力和流量。主要包括泵、阀门、过滤器、管道等。（5）矫直机的结构设计：主要包含系统的结构设计，即系统的系统图设计，油路板的设计。（6）液压系统的安装、维护和使用。致谢通过这几个月的努力工作，我终于要完成了我的毕业设计。毕业设计是大学四年所学知识的一种综合训练，在这几个月中的不断摸索与学习中，我感到收获很大。本来对于液压方面有所欠缺，所以在选择毕业设计课题的时候特意挑选了液压方面的课题，希望能通过这次设计使自己在液压方面的设计能力得到提高，这几个月我经常在图书馆查阅液压方面的书籍，解决了许多设计中的难题。但是，我的这些进步与赵金涛老师的耐心指导是分不开的，每当我遇到一些棘手的难题时，我总会询问我的指导老师，而正是指导老师耐心而深刻的解答才使我对液压设计更有信心，也更努力的完成了它。我认为，这次设计不仅是我在知识理论方面得到提高，更加教会我实践的重要性，我们所设计的产品都将投入现实生产，所以应该讲自己所学到的知识灵活运用，而不是死记硬背公式和数据，只有将所学到的知识完全融入实际生产，才有可能成为一名好的工程师。参考文献[1]常雄．液压技术基本理论[M]．北京：煤炭工业出版社，2004:112-128．[2]曹广畴．现代板坯连铸[M]．北京：机械工业出版社，1994:92-103．[3]官忠范．液压传动系统[M]．北京：机械工业出版社，2004:113-116.[4]王守成，段俊勇.液压元件及选用[M].北京：化学工业出版社，2006:52-353.[5]机械工程手册编委会.机械工程手册[M].北京：机械工业出版社，1997:28-33.[6]JonTitus．Virtualinstrumentsmeetcustomtestneeds[J]．Jan13，2003，16:51-52.[7]王效岗，黄庆学．新式中厚板矫直机技术特点[J]．山西冶金.2006:21-23.[8]黄晓娟，黄晓云．矫直机矫直辊设计分析[J].沈阳工业学院学报．第20卷第2期，2001，6．[9]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社，2004：38-46.[10]栗林．辊式矫直机的发展趋势及其结构特点[J]．现代制造技术与装备，2006：39-41.[11]张世亮.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2006:44-53.[12]章宏甲，黄谊[M].北京：机械工业出版社，2005:28-33.[13]许福玲.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2004:51-53.[14]张利平.现代液压技术应用220例[M].北京：化学工业出版社，2004:223-225.[15]雷天觉.液压工程手册[M].北京：机械工业出版社，1996:47-51.[16]崔南．矫直原理与矫直机械[M]．北京：冶金工业出版社，2002:57-59.[17]GregoryW．Davis．TheDevelopmentofanElectro-HydraulicallyControlled，Five-SpeedTransmissionforaHybridElectricVehicle[J]．SAE980830：109-118．[18]WangSY.Optimizationdesignofbiomasspelletfuelflatmoldingmachinepressroller[J].JournalofAnhuiAgriculturalSciences,2013.[19]NAGASAKA.Y．Anautonomousricetransplanterguidedbyglobalpositioningsystemandinertialmeasurementunit[J]．JournalofFieldRobotics，2009，26(６)：537-548[20]董林福.液压与气压传动[M].北京：化学工业出版社，2006:58-82.附录AAutomatingthecontrolofmodernequipmentforstraighteningflat-rolledproductsAbstract:Thisarticlethroughexamplesofthedevelopmentofnewequipmentstraightstraighteningstraighteningmachineisintroduced.Themodelincludesanadvancedmultifunctionalsystembydigitalandanalogcontrolawiderangeofhydraulicandelectricdrivecomponents.Thecomplexmechanismisdividedintotwofunctionalgroups:mainfunctionalgroups,includingthemechanismofdirectparticipationinthestraighteningoperation(orresistancemechanism,andindividualadjustmentmechanism,adjustthestraighteningprocessofcomponents,fromthetoprollertoeachextensionmechanism,maindrive);auxiliaryfunctiongroup(includingcassettereplacementmechanism,shaftlockmechanism,coolingsystemandequipment).TheuseofhydraulicandelectricmodernizationthedrivermakesThemainandauxiliaryoperationsofthestraighteneranditscomponentscanbefullyautomated.Finally,thepresentsituationandfuturedevelopmentofthenewequipmentautomationaresummarized.Keywords:Straighteningmachine;automation;rollerIntroductionThecompanySeverstal’completedthesuccessfulintroductionofnewin-lineplate-straighteningmachines(PSMs)onits2800and5000millsinAugust2003.Themaindesignfeaturesofthemachinesareasfollows:•eachmachineisequippedwithhydraulichold-downmechanisms(toimprovethedynamicsandaccuracyofthemachineadjustmentsandmorereliablymaintainaconstantgap);•themachineshavemechanismstoindividuallyadjusteachworkrollerwiththeaidofhydrauliccylinders(thisbroadenstherangeofstraighteningregimesthatcanberealizedbyprovidingameasureofcontroloverthechangeinthecurvatureoftheplate);•eachworkrollerisprovidedwithitsownadjustabledrive(toeliminaterigidkinematicconstraintsbetweenthespindles);•thesystemofrollersofthePSMisenclosedincassettes(tofacilitaterepairsandreducerollerreplacementcosts);•thePSMhasasystemthatcanbeusedtoadjustthemachinefromanine-rollerstraighteningschemetoafiverollerschemeinwhichthedistancebetweentherollersisdoubled(thisisdonetowidentherangeofplatethicknessesthatthemachinecanaccomodate).Describedbelowarethefeaturesandtheautomaticcontrolsystemsforthemostimportantmechanismsoftheplatestraighteningmachine.Theoperatingregimesofthosemechanismsarealsodiscussed.Thehydraulichold-downmechanisms(HHMs)ofthesheet-straighteningmachinefunctionintwomainregimes:theadjustmentregime;theregimeinwhichthespecifiedpositionsaremaintained.Therearecertainrequirementsforthecontrolsystemandcertainefficiencycriteriaforeachregime.Intheadjustmentregime,thecontrolsystemforthehydraulichold-downmechanismsmustdothefollowing:•synchronizethemovementsofthehydrauliccylindersandkeeptheangulardeeflectionwithinprescribedlimits;•maximizespeedinadjustingthemachineforanewplatesize;•maintainahighdegreeofaccuracyinpositioningthemechanisms;Thecontrolsystemhasthefollowingrequirementswhenoperatinginthemaintenanceregime:•stabilizethecoordinatesofthetopcassetteandthetoprollerofthefeederwithahighdegreeofaccuracy;•minimizethetimeneededtoreturntheequipmenttotheprescribedcoordinateswhendeviationsoccur(suchasduetotheforceexertedbyaplatebeingstraightened).Needforsynchronization.Experienceinoperatingtheplate-straighteningmachineinplateshopNo.3atSeverstal’hasshownthatthemostproblematicfactorinadjustingthemachineisthenonuniformityoftheforcesappliedtothehydrauliccylinders.ThisnonuniformityisduetotheasymmetricdistributionofthemassesofthemovingpartsofthePSM(inparticular,theeffectoftheweightofthespindleassembly).Displacementofthe“hydrauliczeropoint”relativetothe“electricalzeropoint”intheservovalvesisalsoacontributingfactor.*Thelatterreasonismoresignificant,thesmallerthevolumeofthehydrauliccylinder.Thus,theHHMofthetoprollerofthefeederisthemostsensitivetodriftofthezeropoint.MechanismsforIndividualAdjustmentoftheWorkingRollersThedesignisbasedonaselfcontrolledmotordrivewithdifferentenergysupplies,whichisfrequentlyimplemented.Eachindividualdriveroffersmorethanonefootdrive.Theadvantagesareasfollows:Greaterreliability,workrollspeed,andplatespeeddifference