小型冷床拖出装置液压系统设计-毕业论文

大学本科生毕业设计第40页小型冷床拖出装置液压系统设计摘要冷床作为棒材厂生产工艺线上的一个必备设备，是生产过程中不可缺少的重要环节。冷床由机械传动系统、水冷却系统、冷床工作台面、固定支架等方面组成，其主要作用是承载高温轧件及冷却。其工作原理是将已轧制成型产品通过辊道输送进入冷床，再由齿条步进式拔齿等形式，将排列在冷床上的工件逐步移向冷床顶端，达到工件的冷却效果，与此同时，要能保证工件在整个过程中均匀冷却，不产生弯曲、扭转或表面擦伤。冷床具有结构简单，造价低等优点。但由于其在使用中存在很多缺陷，增加了使用和维护的成本。因此本设计为小型冷床拖出装置液压系统设计。这个系统分为两个支路：横移缸的横移动作和升降缸的升降动作。本次设计对这两个支路的受力进行了分析和计算、对元件的选用进行了说明。关键词：液压传动；冷床；液压阀；液压缸；泵站；参数计算TheOutDeviceOfSmallCoolingBedHydraulicSystemDesignAbstractBarcoolingbedplantproductionprocessasanessentiallineofequipment,itisanimportantandindispensablepartoftheproductionprocess.Coolingbediscomposedbymechanicaltransmissionsystem,watercoolingsystems,coolingbedworktable,afixedsupportandsoon,whosemainroleistocarryhigh-temperaturerollingandcooling.Itsworkingprincipleistotransmittherolledproducttocoolingbedthroughtheformingrollerconveyor,andthengraduallyworkworkpiecearrangedinthecoldbedtowardsthetopofthecoolingbedbytheformoftherackteethoutstep-by-steptoachievethecoolingeffect.Atthesametime,wemustworktoensureuniformityintheprocessofcooling,nobending,torsionorsurfacescratches.Coolingbedhasasimplestructure,lowcost.However,duetoitsinuse,therearemanydefectsthathaveincreasedtheuseandmaintenancecosts.Therefore,thedesignisasmalldeviceoutofthehydraulicsystemcoolingbeddesign.Thesystemisdividedintotwoslip:transferringcylindermovementsandmovementsoftheslidingcylindermovesthetake-offandlanding.Thedesignanalysisthestressandcalculationofthesetwoslipanddescribesselectionofcomponents.Keywords:Hydraulictransmission;Coolingbed;Hydraulicvalve;Hydrauliccylinder;Pumpingstation;Parametercomputation目录TOC\o"1-3"\f\h\z\u1绪论 11.1冷床的发展和分类 11.2小型冷床组成和新技术 11.2.1输入设备 11.2.2冷床本体 31.2.3输出设备 41.3液压技术现状 41.4液压传动的基本原理 51.5课题内容的介绍 62液压系统的相关设计参数 73制定系统方案和拟定液压系统图 83.1液压系统的组成及设计要求 83.2制定系统方案 83.3拟定液压系统原理图 94载荷的组成和计算 104.1液压缸载荷组成 104.2各液压缸载荷的计算 114.2.1横移缸的载荷计算 114.2.2升降缸的载荷计算 125计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量 135.1初选系统工作压力 135.2液压缸的主要结构尺寸计算 135.2.1液压缸的主要结构尺寸组成 135.2.2 液压缸的主要结构尺寸计算 145.3计算液压缸所需流量及实际工作压力 155.3.1 横移缸所需流量和实际工作压力 155.3.2升降缸所需流量和实际工作压力 166液压元件的选择 176.1液压缸的选用 176.2液压泵的选用 176.3电动机的选用 186.4液压阀的选用 196.5管道的选择及计算 196.5.1管道内径的计算 206.5.2管道的选择 216.5.3管接头的选择 216.6油箱的容积确定及尺寸计算 216.7蓄能器的类型及选择 236.8液压介质的选用 246.9其余液压辅助元件的选择 247液压系统性能验算 277.1液压系统压力损失计算 277.1.1沿程压力损失 277.1.2局部压力损失 287.1.3总压力损失 297.2液压系统的发热温升计算 297.2.1计算液压系统的发热功率 297.2.2计算油箱的散热功率 318阀块的设计 329液压泵站的结构形式及系列的选择 3310环境分析 3410.1液压污染的定义 3410.2液压对环境的危害和防治 3410.2.1液压工业对环境的危害 3410.2.2解决方法 35结论 38致谢 39参考文献 401绪论1.1冷床的发展和分类冷床是中小型棒材车间必不可少的辅助设备之一，它的功能是将飞剪剪切后的倍尺长度的轧件输送并卸到冷床齿条上，使其温度由900℃降至100～300℃后，收集成组并卸到输出辊道上，再由输出辊道将其送到冷剪机剪切成品定尺。冷床的质量和精度是直接决定产品的最终质量的重要因素之一。近十年来，在改革发展的大潮中，国内许多中小型棒材生产厂为了适应新的市场机制，在市场经济中生存发展，而将资金投入到建设新厂以及旧设备改造中。从生产规模、产量以及产品的规格、钢种、质量、精度等方面上了一个台阶。这些新建和改造后的冷床采用了多项20世纪90年代的先进技术，在轧制速度、产品规格、产品质量及产量等方面比改造前均有较大提高。这些新技术的采用是消化吸收国外先进技术的基础上，并不断开发改进获得的，经国内制造厂商的共同合作，是中国目前中小型棒材冷床达到了国外同类先进设备的水平，产品质量得到很大提高。按产品种类划分，冷床大致可归为三类：圆钢螺纹钢冷床；合金钢圆钢或扁钢为主的冷床；型钢冷床。由于各生产厂产品大纲及车间实际情况不同，故冷床的工艺参数和设备结构形式多种多样。1.2小型冷床组成和新技术冷床通常由三部分组成，即输入设备、冷床本体、输出设备。1.2.1输入设备1.输入辊道(1)功能输入辊道位于倍尺飞剪后，包括前段运输辊道和带制动板辊道，用于将倍尺飞剪剪切的倍尺棒材加速运输，在棒材未剪断前使其产生一定的初拉力，保持始终在平直状态下的运行，并且当棒材被剪断后能够快速升速，与其后一根仍在轧制的棒材拉开距离。通常这段辊道的速度比末架轧机的轧制速度高5%。(2)传动方式辊子悬臂安装，采用交流变频电机单独传动。为了使棒材能够顺利滑入制动板，辊道通常向冷床侧倾斜12°～20°，产生扁钢的车间选择的角度应大一些。辊道传动结构通常有两种：一种为电机通过过渡接轴带动辊道运转；一种为辊子直接装在电机轴上运转。前种结构较为复杂，安装维修较麻烦；后一种结构较简单，但辊道电机必须采用增强结构的电机（针对输出轴径和润滑）。目前国内开发制造了一种新型高效节能调速加强型变频电机，该电机调速范围宽，震动噪音低，外形尺寸小，重量轻，输出轴为加强型。该电机可与国内外各种变频装置相配套，构成交流变频无级调速系统，而且可装有独立的冷却风机或自冷装置，在环境温度较高的情况下，电机寿命可得到延长，现在许多厂家在使用。(3)控制要求所有辊道不可逆连续运转，采用变频电机速度可调，根据轧机轧制速度，预先设定辊道速度，为了避免棒材开始制动时其尾部与后一棒材头部干涉，同时用热金属检测器可靠地检测到棒材的尾部，辊道速度通常高于轧制速度5%～10%。2.制动板(1)功能棒材从输入辊道进入制动板后产生摩擦开始减速，待料尾到达冷床区时，将棒材卸入冷床矫直板，矫直板上的槽必须安装在一条直线上，否则钢材会产生弯曲。(2)传动方式(液压驱动式)多个液压缸通过与长轴相连的连杆机构摆动使制动板作升降运动。液压缸伸出和缩回一次，制动板完成一次升降。制取板的升降行程取决于液压缸的行程，不可调。单个制动板的位置可通过顶杆上的调节螺栓完成。这种形式结构也较简单，设备重量较轻。在很多车间均采用这种形式。由于长轴离热钢相对较远,热胀冷缩量相对小一些,长轴的胀缩量靠长轴上的一些齿形联轴器可滑动间隙进行补偿。采用液压驱动形式必然要设计液压站，由于所有液压缸作用于一根轴，液压缸的同步性直接影响轴系的受力状况。同时液压缸的行程直接决定制动板的升降行程，因此，制动板停位准确及升降中速度可调的功能均须靠液压控制元件完成。这些对液压系统的控制及装备要求较高，对电气系统的控制及装备要求相对较低。1.2.2冷床本体1.功能从制动板卸下的轧件，通过冷床步进齿条的步进循环动作由冷床入口处缓慢移至输出侧，轧件在此过程中逐渐冷却。冷床的齿条通常由动齿条和静齿条两部分组成，位于冷床中部的对齐辊道可将轧件尾部对齐。2.传动形式冷床的传动大都采用电动机—蜗轮蜗杆减速机传动方式，通过装在低速轴上的偏心轮托动动齿条梁做圆周运动移送钢材，也有采用圆柱齿轮减速机的。驱动电动要一般有3种:直流电动机；普通交流电动机；交流变频电动机。冷床通常有两台电机分别通过两台蜗轮减速机传动两根长轴，冷床的动齿条安装在两根长轴的偏心轮上，偏心距与冷床齿条的齿距有密切的关系，通过长轴的旋转使偏心轮旋转，带动齿条运动，使钢材一步一步移向卸钢侧。同时在两根长轴上根据冷床的宽度而布置一定数量的平衡重，从而达到减小电机功率的目的，同时也可使冷床动齿条运行平稳。3.冷床的关键零件—齿条齿条是冷床的重要关键零件，不仅数量多加工量大，而且加工精度高，齿条质量应从下面3个方面保证。(1)齿条板的材料目前齿条的材料大都采用锰钢，为了避免因齿条数量多材质不均，以及长期受高温烘烤而产生不同程度的伸长，需在购买齿条材料时注意采购同一批炉号的钢，使热变形量尽可能一致；另外要求含硫量低以避免裂纹。(2)材料的热处理未经热处理的材料装到冷床上后相当于进行退火处理，会使加工后的齿条变形。而加工前经过退火处理消除内应力后，高温再烘烤的变形就小多了。(3)确保加工精度采用数控火焰切割机切割齿条齿形作为成品加工手段。其精度尚不能满足对齿条工作精度的要求，会使钢材产生蛇形弯，特别是加工小齿距时更明显，其直接影响产品的质量等级。而且采用等离子切割或机械加工虽一次投资成本较高，但精度高，变形小，能确保生产质量。1.2.3输出设备1.功能输出设备的功能是将齿条上卸下的单根钢材收集成排，平托到输出辊道上运送到冷剪机剪切成品定尺。2.结构和特点冷床输出设备有两种形式：一种是将密排的钢材移送到辊道上；另一种是按一定数量和间距布料，然后由小车平移到辊道上。(1)平托式—电动机传动蜗轮蜗杆减速机带动低速轴上多个偏心轮及框架使托盘平移、上升、下降，将钢材从齿条移到辊道上。这种形式的卸料，结构简单，偏心轮转一周，托盘完成一次托料，在低速轴上装有旋转编码器，控制托盘的停位。电气控制比较简单，但棒材的间距不能调整，容易出现搭接。这种形式仅用于圆钢螺纹钢。(2)排料链和小车平移式—排料运输链接照冷床活动梁运动节奏将棒材按预定的间距和根数逐根布料(步距大小根据冷剪剪切工艺确定)，然后将棒材移送一个较大步距至托料位形成料层。料层形成后，运输小车开始工作。运输小车将成层的棒材托起，横向运送到输出辊道上方，然后小车下降，将料层平放在辊道上，小车达到下位后,返回至托料位等待下一周期工作。这种卸料方式可以使钢材平铺，有利于冷剪剪切，特别对于大规格孔型剪的钢材是非常必要的。排料运输链采用电动机传动，步进运行，速度可调。小车通过电动机传动链条在轨道上行走，小车升降是通过液压缸实现的，升降机构之间没有机械联接，同步是靠液压系统实现的。另外，冷床区干油润滑对冷床的使用寿命及效率也起到了关键的作用。冷床区主要有三处干油集中润滑，分别是上钢辊道，传动轴承座，对齐辊道轴承座。1.3液压技术现状20世纪是液压技术快速发展的一个世纪。从20世纪初的矿物油作为动力传递介质概念的引入，到柱塞泵、三大类阀的发明，到四、五十年代电液伺服阀的发明和电液伺服控制理论的确立，再到19世纪70年代插装阀及比例阀的发明，这些都是液压技术领域极具革命性的技术进步。经过近一个世纪的发展，液压技术在机械结构及流体原理方面已鲜有创新。但液压技术却从与之相关的技术中得良多。正如1998年德国国际流体技术年会（IFK）上引用的数据表明:近20年来，液压技术的发展来源于自身的科技成果仅约20%，来源于其他领域的发明占50%，移植其他技术成果占30%。液压技术正是在汲取与其相关技术并与替代性技术的竞争中得以发展的。可以说，电气传动与机械传动不单纯是与液压技术相竞争的技术，其互相的融合也正是技术发展，完善的一种方向。就目前而言，液压技术主要在以下领域中拥有不可替代的作用：需要大功率传递、要求功率重量比大的场合；需要高动态响应的场合。1.4液压传动的基本原理液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。液压传动是利用帕斯卡原理。帕斯卡原理是大概就是：在密闭环境中，向液体施加一个力，这个液体会向各个方向传递这个力，力的大小不变。液压传动就是利用这个物理性质，向一个物体施加一个力，利用帕斯卡原理使这个力变大，从而起到举起重物的效果。1.5课题内容的介绍本课题设计内容是小型冷床拖出装置液压系统设计。系统分为两部分：1.冷床的升降操；2.冷床的水平横移运动。拖出系统是步进式运作，横移运动和升降运动同时进行，将钢材拖出。在升降系统中，通过换向阀来控制升降缸伸出和退回。在横移系统中，通过换向阀控制横移缸工作，同时横移过程中需要对液压缸进行调速，所以安装双单向节流阀进行调速。此液压系统能够实现水平与竖直方向同时运动，可以对工作机构进行调速等操作。2液压系统的相关设计参数横移缸：水平运动V=0.044m／s水平行程S=0.27m升降缸：升降运动V=0.077m／s升降行程S=0.18m钢板最大重量：m=7t3制定系统方案和拟定液压系统图3.1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P≤20MPa。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。根据需要初步选择两个升降缸完成升降动作，两个横移缸完成水平移动。2.升降缸动作回路升降缸实现支撑机构的升降动作，此液压缸的动作由换向阀控制。整个工作过程为连续循环运作，故在液压回路中不需要加设锁紧系统。3.横移缸动作回路横移缸实现机构的水平移送动作，此液压缸的动作由换向阀控制，在机构横移过程中，要求机构运行平稳可靠，因此，在油路上采用双单向节流调速阀，对机构进行节流调速。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电磁铁动作表电磁铁行程开关动作1DT2DT3DT4DT5DT6DT7DT8DT9DT横移缸伸出+++升降缸伸出+++横移缸退回+++升降缸退回+++系统安全卸荷4载荷的组成和计算4.1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Ff=μ∙（对于V型导轨Ff=μ∙式中G—运动部件所受的重力（N）；FN—外载荷作用于导轨上的正压力（N）μ—摩擦系数；α—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：Fα=Gg∆νΔt 式中g—重力加速度，g=9.8m∕∆ν—时间内的速度变化值；Δt—启动，制动速度转换时间，一般机械取Δt=0.01~0.05s，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∆ν启动加速时FW=稳态运动时FW减速制动FW=工作载荷Fg除外载荷FW外，作用于活塞上的载荷F还包括液压密封处的摩擦阻力Fm，Fm式中ηm液压缸的机械效率，一般取0.90～0.95QUOTE0.90∼0.95∵F=∴F总载荷F为F=FW+F4.2各液压缸载荷的计算该装置分为两部分：1.横移装置；2.升降装置。两部分各有4个液压缸，每两个液压缸可单独工作，所以在此计算时，只对两个横移缸和两个升降缸进行计算，所得结果满足要求的话，整个系统就能满足工作需要。4.2.1横移缸的载荷计算1.导轨摩擦负载Ff机构自身重力G=2000Kg取μ=0.06QUOTEμ=0.06，由公式(4.1.1)可得：Ff=2.惯性负载Fa取∆νΔt=1m/s2，由公式(3.外载荷：由于是两个缸同时工作，所以每个缸承受的载荷是外载荷的一半。4.摩擦阻力Fm取ηm=0.95，由公式(5.总载荷F：4.2.2升降缸的载荷计算1.外载荷Fw：同样由于双液压缸工作以及由于杠杆支撑原理作用外载荷等于负载重物重量的四分之一：2.摩擦阻力Fm取ηm=0.95，由公式(3.总载荷F：5计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量5.1初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。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。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，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，必然要提高设备成本。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∕kN<55～1010～2020～3030～50>50工作压力MPa<0.8～11.5～22.5～33～44～55系统工作压力选定得是否合理，关系到整个系统的合理程度。在本液压系统中，其中升降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18kN，参照表5.1可知工作压力应大于2.5MPa，故初选系统的工作压力为3MPa。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F=FWηm=p活塞杆受拉时F=FWηm=p式中A1=πA1=πP1—液压缸工作腔压力（PaP2—液压缸回油腔压力（Pa），即背压力。其值根D—活塞直径（m）；d—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0.2～0.5回油节流调速阀的系统0.4～0.6回油路设置有背压阀的系统0.5～1.5用补油泵的闭式回路0.8～1.5回油路较复杂的工程机械1.2～3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 A1=运用上式须事先确定A1与A2的关系，或是活塞杆径d与活塞直径D的关系，令杆径比QUOTEϕ=dD表5.3杆径比选择标准工作压力MPa5.05.0～7.07.0d／D0.5～0.550.62～0.700.7 D=4Fπ[P1-P21-ϕ2]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。液压缸的主要结构尺寸计算1.横移缸的主要结构尺寸根据外载荷力选取工作压力为3MPa，根据系统取背压0.5MPa，即,QUOTEP2=1MPa。按工作压力选取Φ=d／D，见表5.2取Φ=0.5QUOTEϕ=0.7。由公式(5.2.4)可得：根据参考文献[2]附表-12圆整取值D=80mmd=D×Φ=80×0.5=40mm，对其圆整得d=40mm2.升降缸的主要结构尺寸根据外载荷力选取工作压力为3MPa根据系统取背压0.5MPa，即,QUOTEP2=1MPa。按工作压力选取Φ=d／DQUOTEϕ=dD，见表5.2取Φ=0.5由公式(5.2.4)可得：根据参考文献[2]附表-12圆整取值D=100mmd=D×Φ=100×0.5=50mm，对其圆整得d=50mm5.3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：Q=Av(5.3.1)式中A—液压缸有效作用面积（m2v—活塞与缸体的相对速度（m∕s）。实际工作压力有公式：A转化为：QUOTEp1=F+p2横移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：有杆腔：2.实际工作压力：由公式(5.4.2)可得：5.3.2升降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：有杆腔：2.实际工作压力：由公式(5.4.2)可得：6液压元件的选择6.1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[2]选择液压缸：横移缸为：YHG1C80/40升降缸为：YHG1C100/50由于横移缸和升降缸的压杆稳定校核分别为：，所以这个活塞杆均不需要进行压杆稳定性的校核。6.2液压泵的选用1.液压泵的最大工作压力的确定P式中P1—液压缸最大工作压力，对于本系统，最高压力为2.67∆P—从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管损失。∆P的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按工作经验选取:管路简单、流速不大的，取∆P=（0.2～0.5）MPa；管路复杂，进口有调速阀的，取∆P=（0.5～1.5）MPa。本系统取QUOTE∆P=1MPa.QUOTEPp=8.6+1MPa=9.6MPa2.液压泵流量的确定Q式中K—系统泄漏系数，一般取KQUOTEK=1.1～1.3;Qmax—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0.5×从系统的工作原理可知，横移缸和升降缸在工作循环中需要同时供油，所以液压泵的最大供油量是横移缸和升降缸的总量之和。又因为在这个系统中有节流调速系统的存在，所以需要加0.5x10取泄漏系数K为1.2，则有：QUOTEQp=KQmax3.液压泵的型号及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25﹪～60﹪QUOTE25%~60%，泵的流量需大于系统所需的最大流量，由文献[2]。选择：CBF-F50/32型齿轮泵CBF-F50/32型齿轮泵的技术参数如下：压力：20MPa排量：82ml/r额定转速：2000r/min4.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：P泵=pp式中：ppQp—液压泵的流量（ηp取ηp=0.85,由公式(6.2.1QUOTEP泵=ppQ6.3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。QUOTEP电=P泵0.95所以选择大于20kw足要求，由文献[2],选择型号Y180M-4。额定功率：22kw额定转速：1500r/min6.4液压阀的选用1.阀的规格，可以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)1234电磁换向阀叠加双单向节流阀单向阀电磁溢流阀4WE6Y51Z2FS6S25ADBW10A42216012517520031.52531.531.56.5管道的选择及计算在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。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，多用在装配位置比较方便的地方。常用的钢管是无缝钢管，当工作压力小于1.6MPa时，也可以用焊接钢管。紫铜管能承受的压力较低，一般只在低压系统使用。紫铜管在装配时可按需要来弯曲，但其价格贵且抗振能力较弱，也易使油氧化，要尽量少用。尼龙管可用在低压系统，塑料管一般只用作回油管或卸油管。胶管用作连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体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力油路。低压胶管是麻线或棉线编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的回油路。根据系统的压力和流量等选择钢管，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，多在配置位置比较方便的地方。常用的钢管是无缝钢管。6.5.1管道内径的计算管子内径d（单位：mm），按流速选取：QUOTEd=4Qpπυ式中:QQUOTEQp—通过管道内的流量（QUOTEm3/s）；v—管内允许流速（m/s）。荐用流速：对于吸油管v≤（1～2）m／sQUOTEυ≤1~2m∕s；对于压油管，p<2.5MPa时，取v=2m/s；p=(2.5~16MPa)时，v≤（3～4）m／sQUOTEυ≤3~6m∕s（压力高、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v≤10m／s）；对于回油路v≤（1.5～2.5）m／sQUOTEυ≤1.5~2.5m∕s。本系统取吸油管道v=1.0m/s，压油管道v=3m/sQUOTEυ=5m/s，回油管道v=2m/sQUOTEυ=2.5m/s。1.液压泵吸油管QUOTEd吸=4Q2.泵到阀台的压油管QUOTEd总=4Qp3.压油管道4.回油管道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[2]，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QUOTEd总=50mm泵到阀台的压油管取标准管内径为QUOTEd总=25mm2.控制阀到各液压缸的无杆腔段取标准管内径为QUOTEd升降=20mm取标准管内径为QUOTEd移送=20mm3.控制阀到各液压缸的有杆腔段取标准管内径为QUOTEd升降=20mm取标准管内径为QUOTEd移送=25mm6.5.3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[2]取焊接式端直通管接头JB／T966-1997。公称压力32MPa;工作温度t=-25℃～80℃；型号分别为：QUOTE18∕M22×1.5QUOTE28∕M27×2QUOTE34∕M33×2M22×1.5；M33×2；M42×2；M48×2。6.6油箱的容积确定及尺寸计算油箱在液压系统中除了储油的作用以外，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。开式油箱是指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0.05MPa。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。所以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米以上，以便搬运、放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监视液位。6.对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。常用的方法有：(1)酸洗后磷化。适用于所有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。(2)喷丸后直接涂防锈油。适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含水液压液。因不受处理条件限制，大型油箱较多采用此方法。(3)喷砂后热喷涂氧化铝。适用于除水—乙二醇外的所有介质。(4)喷砂后进行喷塑。适用于所有介质。但受烘干设备限制，油箱不能过大。考虑油箱内表面的防腐处理时，不但要顾及与介质的相容性，还要考虑处理后的可加工性、制造投入使用之间的时间间隔以及经济性，条件允许时采用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。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：V=aQ式中Qva—经验系数，冶金机械通常取a=10。QUOTE∴V=aQv=10x0.1807=1.807m3由参考文献[2]取油箱容量为2000L。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2000L，即2m3QUOTE2m3，按V=0.8abhQUOTEV=0.8abh求得油箱各边之积为：QUOTEabh=V0.8=20.8取a=1.6m,b=1.25m,h=1.25mQUOTEa=1.6mb=1.25mh=1.25m6.7蓄能器的类型及选择1.NXQ型囊式蓄能器囊式蓄能器是一种储能装置。主要用途是储存能量、吸收脉动和缓和冲击，具有体积小、重量轻、反应灵敏等优点。2.HXQ型活塞式蓄能器HXQ型活塞式蓄能器是隔离式液压能蓄储装置。可用来稳定系统的压力；以消除系统中压力的脉动冲击；也可用作液压能的蓄储及补给装置。利用蓄能器在短时间内释放出工作油液，以补充泵供油量的不足，可使泵周期卸荷。该蓄能器具有使用寿命较长、油气隔离、有也不易氧化等优点。缺点是活塞上有一定的摩擦损失。3.CQJ型充气工具CQJ型充气工具是蓄能器充气、补气、修正气压和检查充气压力等专用工具。4.CDZ型充氮车充氮车为蓄能器及各种高压容器充装增加氮气的专用增压装置，具有结构紧凑、体积小、运转灵活、操作方便等特点。5.蓄能器控制阀组蓄能器控制阀组装接于蓄能器和液压系统之间，是用于控制蓄能器油液通断、溢流、液压等工况的组合阀件。根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。由于此蓄能器主要缓和液压冲击时的容量计算。所以计算公式用：V式中V0qvp2P1L—发生冲击的管长，即压力油源到阀口的管道长度，单位为m；t—阀口关闭时间，单位为s，突然关闭时取t=0；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3.17MPa，由参考文献[2]，选择NXQ型气囊式蓄能器，具体型号为：NXQ1-L1.6／20-H，公称容量为1.6L，公称压力为20MPa，公称通经为50mm，质量为12.5Kg。6.8液压介质的选用液压介质应具有适宜的粘度和良好的粘—温特性；油膜强度要高；具有较好的润滑性能；能抗氧化稳定性好；腐蚀作用小，对涂料、密封材料等有良好的适应性；同时液压介质还应具有一定的消泡能力。选择液压介质时，除专用液压油外，首先是介质种类的选择。根据液压系统对介质是否有抗燃性的要求，决定选用矿油型还是抗燃型液压液。其次，应根据系统中所用液压泵的类型选用具有合适粘度的介质。最后，还应考虑使用条件等因素，如环境温度、工作压力、执行机构速度等。当工作温度在60℃以下，载荷较轻时，可选用机械液压油；工作温度超过60℃时，应选用汽轮机油或普通液压油。若设备在低温下启动（如冬季露天作业的工程机械等）时，需选用低凝液压油。对于抗燃液压液，当工作温度低于60℃时，可选用乳化液或水-乙二醇液压液；温度高于60℃时，应选用磷酸酯液压液。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，故选择抗磨液压油，具体的型号为YB-N32。此液压油的运动粘度为28.8~35.2mm2/sQUOTE41.4~50.6mm2/s-1QUOTE850~960kgm36.9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，共需要二个过滤器。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-160×180F，由于液压泵是根据生产情况决定一个或者两个同时工作，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。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，必须经过过滤再进入油箱，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QUOTEQUQ3-20×2.5型空气滤清器。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。7.1液压系统压力损失计算压力损失包括管路的沿程损失ΔP1，管路的局部压力损失ΔΔP=ΔP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。7.1.1沿程压力损失沿程压力损失主要是从阀台到各个液压缸的压油管的压力损失。油路段：管道长假设为5m，当液压系统正常工作时，液压油的运动粘度为，密度为900kgm回路沿程压力损失QUOTEΔP11=λldυ2式中l—管道的长度（m）；d—管道的内径（m）；υ—液流平均速度（m/s）；ρ—液压油密度（kg/m）。1.横移缸回路沿程压力损失：油在管路中的实际流速为：QUOTEυ=Qvπ4d2=QUOTERe=υdν=1.95x0.032所以油在管路中成层流状态，其沿程阻力系数为：QUOTEλ=64Re=641387≈0.046由公式（7.1.2）可得：QUOTEΔP11=λld2.升降缸回路沿程压力损失：油在管路中的实际流速为：QUOTEυ=Qvπ4d2=QUOTERe=υdν=1.95x0.032所以油在管路中成层流状态，其沿程阻力系数为：QUOTEλ=64Re=641387≈0.046由公式（7.1.2）可得：QUOTEΔP11=λld7.1.2局部压力损失局部压力损失包括通过管路中的折管和管接头等处的局部压力损失ΔP2，以及通过控制阀的局部压力损失ΔP3。其中通过管路的局部压力损失ΔP式中QnQ—通过阀的实际流量；∆P即：1.横移缸局部压力损失QUOTE∆P31=0.32MPa2.升降缸局部压力损失QUOTE∆P32=0.56MPa7.1.3总压力损失1.横移缸QUOTE∆P=∆P11+∆P312.升降缸QUOTE∆P=∆P13+∆P33所以，先前设定的压力损失为0.5MPa满足要求，不需要重新设定损失压力。7.2液压系统的发热温升计算7.2.1计算液压系统的发热功率液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余全部损失功率转化为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有以下几种形式：1.液压泵的功率损失P2.液压执行元件的功率损失P3.溢流阀的功率损失P4.油液流经阀或管路的功率损失PPhr由于按个部分损失计算比较复杂，我们可以用总的输入功率减去输出的有效功率来求的。即：Phr式中Pr—液压系统的总输入功率Pc—输出的有效功率PP式中TtZ—液压泵的数量；m—液压缸的数量；n—液压缸的数量；pi—第iQi—第QUOTEii台泵的实际输出流量；ηPi—第QUOTEii台泵的实际输出功率；ti—第QUOTEii台泵工作时间；TWjωjtjFWi由于系统各支路是在工作进程中是顺序动作，故需要对每个支路进行验算。各支路的参数带入可求得以下数据：1.横移缸工作时的发热功率：当横移缸工作时，液压泵提供的压力为1.87MPa，因为横移缸有两个，所以流量为60.4L/min。则：QUOTEPr=Pqη=QUOTEPc=Fstx2=QUOTEPhr1=Pr-P2.升降缸工作时的发热功率：当升降缸工作时，液压泵提供的压力为2.67MPa，升降过程同样是双缸工作，流量为72.6L/min。则：QUOTEPr=Pqη=QUOTEPc=Fstx2=QUOTEPhr1=Pr-P7.2.2计算油箱的散热功率液压系统的散热渠道主要是油箱表面，如果外接管路较长，也能起到一定的散热效果，但是本系统的管路都不是很长，所以忽略它的散热能力，计算油箱的表面散热能力即可。由QUOTEA=1.8ha+b+1.5ab=1.8x1.25x1.6+1.25+1.5x1.6x1.25油箱的散热功率为：PKt油箱散热系数，Kt取∆T油温与环境温度差。若系统达到热平衡，则，油温不再升高，此时，最大温差由此可见，油箱的散热完全满足系统得散热要求，所以不需要另外设置散热器。另外，设计得油箱容积及尺寸也符合要求。8阀块的设计阀块是液压系统的重要部件，阀座是其主体，由于阀座是各类阀的安装体，所以其加工精度要求很高。由于座体上要加工各类阀口以及联接孔口，故设计时则必须考虑到加工时各孔口不得有位置上的冲突，同时应相通的孔口必须保证相通，不相通的孔口绝对不可相通，且相临的孔口之间应有一定的距离。一般在中低压力下，为保证孔壁强度，相临的不相通的孔口间最小壁厚不得小于5毫米，否则孔壁就有可能在压力冲击下崩溃，使压力油进入其他孔道，系统将会出现不可预见性事故。阀座在设计安装时应综合考虑多方面因素。主要是，重要尺寸设计时，尊重设计时理论数值，一般情况下，小数点后仅有一位数值时（单位为毫米），不得对非整数尺寸进行进位或退位圆整。阀块布置时阀块间距一般不应小于10毫米，布置时不得有任何干涉现象出现。同时还应考虑易于加工，在可以实现预期功能以及安装方便的前提下应尽量减小阀座尺寸，从而节省材料，降低加工强度和难度，减少成本。按照设计要求，尽管本设计中的各种阀件数量不多可分散布置，但考虑到阀站具有明显的控制集成度高，故障易于发现和排除的优点，因此决定选取叠加阀实现设计要求。参与叠加的阀为：叠加式单向节流阀（2个）。根据阀块上叠加、集成各阀的具体尺寸，从避免尺寸干涉和打孔的强度需要角度考虑所设计阀块的基本尺寸为长500毫米，宽150毫米，高150毫米。阀块上各工艺孔位置、深度以及其余具体尺寸见阀块零件图。9液压泵站的结构形式及系列的选择液压泵站是液压系统的重要组成部分（动力源）。它向液压系统提供一定压力、流量的工作介质。在液压泵站上必须的液压阀可以直接控制液压执行元件工作。液压泵站上泵组的布置方式可以分为上置式和非上置式。（泵组置于油箱上的）上置式液压泵站中，采用立式电动机并将液压泵置于油箱之内时，称为立式；采用卧式电动机称为卧式。非上置式液压泵站中，泵组与油箱并列布置的称之为旁置式；泵组置于油箱下面时称之为下置式。本次设计采用的是旁置式。典型的液压站产品：目前我国生产液压泵站的厂家很多，液压泵站的种类也繁多，但多数厂家是根据用户的具体要求设计和制造的，尚未系列化和标准化。下面介绍几种典型液压站产品。1.YZ系列液压站YZ系列液压站，油箱容量为25～6300L，共18种规格。选用不同的泵，得到各种不同的流量和压力级。外形结构有上置式（分立式和卧式）和非上置式。2.TND360-2型液压站沈阳液压件厂生产的TND360-2型液压站用于数控万能车床。压力5MPa，流量12L／min；油箱容量100L。3.SYZ系列液压站SYZ系列液压站是为数控机床配套的液压站系列。压力4～6.3MPa，流量36～60L／min，油箱容量130～250L，生产厂为沈阳液压件厂。结合本系统，最后采用的液压站是根据设计的各部件所自行设计的旁置式液压站。10环境分析10.1液压污染的定义所谓液压系统污染是指在系统中和液压件内部间隙里流体里存在的固体颗粒。如金属粉末、砂粒、胶质物、树脂块等。绝对净化是不可能的，但是达到一定限度。超过限度既称污染。在动作流体中，也可能混入溶乳水、气泡、水滴，这些也要根据不同情况称为污染。10.2液压对环境的危害和防治在液压设备设计、制造，尤其是使用不当时，对环境污染的影响是十分严重的，它表现在环境污染的诸多方面。大气污染、水污染、固体废物污染等都与国家工业化发展的进程中对环境问题的忽视有很重要的关系。根据所学专业，简单谈一谈液压系统和设备容易对环境造成的危害和防止的简单方法。10.2.1液压工业对环境的危害1.噪声污染噪声污染是液压生产过程中最容易产生也最难以克服的难题。在液压系统中，发电机、马达、泵等液压设备在工作时，不可避免的就会发出刺耳的噪声；而一些液力驱动的冲压、冷轧、锻造机床等，更是无休止的发出巨大的声响，对工人甚至是周边地区生活的人和牲畜造成危害，所以，液压工业中的噪声污染最值得我们关注。2.水污染由于液压系统中需要大量使用液压油驱动液压设备工作，工作油液经过循环使用后变成了废液就需要排放，但如果废液排放不慎，就会造成下游水域的污染。所以液压系统中水污染也很严重，同样需要防治。3.能源的浪费多数情况下液压系统需要多个液压元件配合进行工作，液压设备普遍都比较大、比较笨重，同时液压系统精求的要求很低，所以液压系统的效率十分低，从而造成电能、化学能、风能、水能等能源的严重浪费。10.2.2解决方法1.对于污染的防治针对液压系统中容易出现的噪声污染和水污染，主要解决办法有：(1)工厂尽量远离市区；增强对车间噪声的控制，消除减弱噪声源，通过研制和选用低噪声设备，改进生产加工工艺，达到减少发生体数目或降低发生体中的辐射功率。(2)改革生产工艺，合理充分的使用液压油，提高其重复利用率；同时建立合理完善的管理制度，控制废液的排放。2.液压系统效率的提高方法(1)改进加工工艺，采用一些提高效率的工艺手段，同时提高对系统控制的精度；(2)定期更新工厂设备，用新的高效的先进设备代替原有设备，提高液压系统效率和能源的利用率。另外，为确保液压系统工作正常、可靠、减少故障、延长寿命、提高效率和避免能源浪费，必须采取有效措施控制油的污染。(1)控制油温油温过高往往会给液压系统带来以下不利影响：A.油液黏度下降，使活动部位的油膜破坏、磨擦阻力增大，引起系统发热、执行元件（例如液压缸）爬行。油液黏度下降可导致泄漏增加，系统工作效率显著降低。B.油液黏度下降后，经过节流器时其特性会发生变化，使活塞运动速度不稳定。C.油温过高引起机件热膨胀，使运动副之间的间隙发生变化，造成动作不灵或卡死，使其工作性能和精度下降。D.当油温超过55℃时，油液氧化加剧，使用寿命缩短，据资料介绍，当油温超过55℃后温度每升高9℃，油的使用寿命缩短一半，因此，对不同用途和不同工作条件的机器。应有不同的允许工作油温。工程机械液压系统允许的正常工作油温为35-55℃，最高为70℃。(2)控制过滤精度为了控制油液的污染度，要根据系统和元件的不同要求，分别在吸油口、压力管路、伺服调速阀的进油口等处，按照要求的过滤精度设置滤油器，以控制油液中的颗粒污染物，使液压系统性能可靠、工作稳定。滤油器过滤精度一般按系统中对过滤精度敏感性最大的元件来选择。(3)强化现场维护管理强化现场维护管理是防止外界污染物侵入系统和滤除系统中污染物的有效措施。A.检查油液的清洁度设备管理部门在检查设备的清洁度时，应同时检查系统油液、油箱和滤油器的清洁度，并建立液压设备清洁度上、中、下三级评分制度。对关键设备的液压系统都要抽查。B.建立液压系统一级保养制度设备管理部门在制定设备一级保养内容时，要增加对液压装置方面的具体保养内容。C.定期对油液取样化验应定期、定量提取油样，检查单位体积油样中杂质颗粒的大小和数量或称重量，并作定性定量分析，以便确定油