钢坯称重装置液压系统结构设计.docx

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钢坯称重装置液压系统结构设计

毕业设计

钢坯称重装置液压系统结构设计

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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

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1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

钢坯称重装置液压系统结构设计

摘要

液压传动是实达成生产过程自动化，尤其是产业自动化不可缺少的紧要门径，其在冶金装置中的利用非常广泛。

当今,钢厂中衡量元件与称重台正常选用刚性联合方法，这样如此衡量元件直接担当钢坯拖动时的摩擦力，从而缩小了元件的利用寿命；同时，摩擦不能传送的基础，导致称重平台破坏。

同时摩擦力不能传送到底座，造成了称重台的破损。

钢坯称重液压系统选用液压缸将钢坯撑起称重，可以解决以上问题，从而达成称重进程。

钢坯称重液压系统是冶金行业连铸连轧配置中用于钢坯智能称重的关键配置，该配置机能的好坏直接关系企业生产成本的核算继而感化企业的经济效益，液压系统的功用是联合电气操控对机械部份启动。

本次设计中，经过屡次现场调研，达成了钢坯称重液压系统的设计、安置与调试全过程，并将其整顿成相关文献资料。

关键词：

钢坯；称重；液压系统

DesignofHydraulicWinchSystem

ABSTRACT

Winchhasliftingandpullingcharacteristics,andhasbeenwidelyusedinliftingtransportation,construction,port,geologicalprospectingandothervariousareas.Accordingtotherequirements,thewinchhasvariousformsofstructuresandoperationmodes.

Thesteelladlewinchintroducedhereisdesignedbywayoffluiddrive.Ithasstrongsafety,reliability,smoothoperationandconvenientinstallation.Befamiliarwiththeworkofthesteelladlewinch.Onthisbasis,alargenumberofdatacollectionsandresearchesshouldbedone.

Finallywecandeterminethedesignofhydraulicsystem’sillustrativethecomponents.Calculatetheflowofthehydraulicsystem.Choosehydraulicvalves,hydraulicmotorandtankpipesaccordingtotheflowandpressure.Designthecapacityandhydraulicofthestation.

Completetheassemblydiagramofhydraulicsystem（Includingthehydraulicpumpassemblyandoiltankpartsdiagram）.

KeyWords:

Wich;HydraulicSystem;Hydraulicpumpstation;Oiltank

目　　录

第一章　绪论

1.1液压传动系统概论

1.1.1传动的类型及液压传动的定义

一部完全的机械都是由原动机、传动装置和动作机组成。

原动机是机械的能源；动作机是机械对外做功的部份；而传动装置则是设立在原动机和动作机之间的部份，用于达成能量的传送、转变和操控，以满意动作机对力（或力矩）、动作速率及位置的规定[1]。

依照传动件（或转速）的差别，有机械传动、电气传动、流体传动（液体传动和睦体传动）及复合传动等。

液压传动依靠液压行为动作介质来进行能量传送的一种传动形式，它经过能量转变装置（如液压泵），将原动机（如电动机）的机械能转变为液体的压力能，然后经过封闭管道、操控元件等，有另一种能量装置（如液压缸、液压马达）将液体的压力能转变为机械能，以启动负载和达成执行机构所需的直线或旋转运动。

因为其的特殊技术优势，已成为当代机械配置与装置达成传动及操控的重要技巧之一。

1.1.2液压系统的组成

液压传动与操控的机械配置或装配中,其液压系统大部份利用具备连续流动性的液压油等动作介质,经过液压泵将启动泵的原动机的机械能转变为液体的压力能,通过压力、流量、方向等各种操控阀，输送到执行机构（液压缸、液压马达）中，转变为机械能去启动负载。

如此液压系统正常都是有动力源、执行器、操控阀、液压附件及液压动作介质等几部份组成[2][3]。

正常来说，可以达成某种特定功效的液压元件的配合，称为液压回路。

为了达成对某一机械或装配的动作规定，将多少特定的根本会路连接或复合而成的整体称为液压系统。

1.1.3液压传动系统的优缺点

液压系统相比于机械传动、电力传动、气压传动相比，具备下列的优点[1,3,5]：

１.液压传动能在运转中达成无级调速，调速简易且调速范畴很大。

２.在等同功率的情况下，液压传动装置的体积小，重量轻，惯性小，布局紧凑（如液压马达的重量只要同功率电动机重量的10％～20％），而且能传送较大的力或转矩。

３.液压传动动作较平稳，响应快，冲击小，能高速发动、制动和换向。

液压传动装置的换向频率、反转运动可达500次/min，来去直线运动最大可达1000次/min。

当然液压传动系统也有缺点,主要包括[3]：

１.由于正常采用液体为动作介质，易泄露，油液可压缩，所以不能用于传动比规定精确的场合。

２.在液压传动中，由于有机械损失、压力损失、泄漏损失，所以效率较低，故不适于远距离传动。

３.液压传动需要有单独的能量源，液压能不能向电能那样从远处传来。

1.2液压传动的发展史

液压传动和睦压传动统称为流体传动，是按照17世纪帕斯卡建议的液体静压力传动道理而发展起来的一门新兴技能，1795年英国的约瑟夫•布拉曼（JosepBraman）,在伦敦用水做介质，以水压机的形式将其应用在工业生产中，出生了世界上第一台水压机。

1905年又将动作介质改变为油，水压机得到进一步改善[1]。

1.3课题的研究意义

钢坯提升机称重装置是轧钢厂用于称重进入加热炉钢坯的重量，以便检查、分析钢坯在加热过程中烧损情况，为精确计算成材率提供参考数据的装置。

采用将钢坯吊起后再称重方案，可以解决传统称重配置由于钢坯表面的氧化皮受提升机振动的感化而脱落在压力应变电阻片（电子称重配置）上，感化称重精度，导致不能正常利用的问题。

1.4研究方法及手段

对钢坯称重装置液压系统结构的设计，必须在熟悉钢坯称重装置液压系统结构动作原理的前提下，大量的搜集资料、调研，最后确定设计方案，拟定系统原理图，完成液压系统总装图（包括油箱零件图液压站的装置图）。

以上是完成设计所需要做的研究内容，在完成研究内容的过程中需要用到多种计算、绘图工具。

设计中鉴于大量绘图动作，必须熟练AutoCAD软件的利用，最后液压泵站装置图和液压油箱零件图都利用此绘图工具出图。

液压系统设计中，首先分析液压绞车的各种工艺，并在此基础上，进行液压系统原理图的设计，确定液压系统的各个元件。

经过对资料的分析、整顿，掌握机械设计相关技术和设计方法。

计算整个液压系统的流量，并根据流量和压力选取液压阀的类型和各个辅助元件，设计液压站装置。

计算整个系统的功率，最后在满意动作压力、流量的前提下确定最终方案。

第二章　系统功效分析

2.1工况分析

2.1.1已知条件及技术规定

本设计已知条件:

1）.系统有较好的速率稳定性和加工精度；

2）.液压缸总行程200mm，总时间小于20s；

3）.液压缸快速上升100mm/2s，慢速上升100mm/6s，称重4s，慢速下降100mm/6s，快速下降100mm/2s。

4）.钢坯最大称重为100吨，建议系统最高动作压力16MPa。

2.1.2参数计算

液压缸所受外力负载F包括三种类型，即

（2-1）

式中：

—动作负载

；

—运动部件速率变化时的惯性负载；

—导轨摩擦阻力负载，由于运动元件动作仅为升降，故导轨摩擦负

载力为0。

（2-2）

式中：

—运动部件的重力，

；

—重力加速率；

—加速或减速时间，正常

，本设计为

；

上升：

；

下降：

按照上述计算成果，列出各动作阶段所受的外负载。

表2.1动作循环各阶段的外负载

Table2.1operatingcycleeachphaseoftheexternalload

动作循环

外负载F/N

动作循环

外负载F/N

快速上升

快速下降

慢速上升

慢速下降

上升制动

下降制动

称重

钢坯称重装置液压系统配置属于重型机器，此系统为高压系统，初算背油压可忽略不计。

由于本次设计采用双杠刚醒同步机构。

液压缸负载为总压力的一半。

液压活塞面积计算公式：

（2-3）

式中：

F—液压缸负载（N）

P—液压缸动作压力（Pa）

D—液压缸内径（m）

系统初定压力16MPa。

全行程距离200mm。

根据公式计算活塞面积：

（2-4）

（2-5）

计算液压杠速率:

根据行程数比系数

查文献，

确定液压缸的内径为D=200mm

确定液压缸的活塞杆直径为d=140mm

油箱流量计算公式:

（2-6）

液压缸的实际有效面积：

；

；

。

依据上述前提可算出液压缸在动作循环中各阶段内的压力、流量和功率。

动作循序

计算公式

负载

回油腔压力

动作腔压力

输入流量

输入功率

上升

启动

200000

—

12.5

—

—

快速

220000

0.5

12.8

—

—

慢速

980000

0.5

15.6

9.42

9.2

停止

200000

0.5

12.5

—

—

下降

启动

200000

12.3

0.6

—

—

慢速

980000

15.2

0.6

—

—

快速

220000

12.4

0.6

8.0

—

停止

200000

12.3

0.6

—

—

称重

980000

—

15.1

—

—

2.2拟定液压原理图

2.2.1液压回路的选取

1）循环形式的选取：

液压传动系统正常分为开式系统与闭式系统。

开式系统的油液经液压泵从油箱中吸取，经过操控阀进入执行元件，再经操控阀回油箱，在油箱内进行冷却、沉淀杂质等，其结构相对闭式系统简单，成本低，根据调研，现场有较大的空间放置油箱且规定结构尽可能简单，故采用开式系统。

2）液压泵类型的选取：

泵源正常有叶片泵、齿轮泵、柱塞泵等几种形式。

其中柱塞泵为中高压泵，其余为中低压泵，本系统动作负载大，为大钢坯称重系统故采用中高压泵，故选用柱塞泵，考虑系统的速率变化不大，可选用手动变量式柱塞泵。

3）执行元件的选取：

执行元件正常有达成来去直线运动的液压缸与达成连续转动的液压马达两种元件。

本设计主要完成钢坯的起升与下降，故选用的执行元件为液压缸，根据调研采用四缸同步动作。

4）多执行元件的同步回路选取：

此系统为多执行元件，其对位置同步精度规定高，故必须采用相应的同步操控方案，其正常有多个普通节流阀或者调速阀同时利用；利用分流集流阀；利用同步马达；利用伺服阀配合液压缸位置传感器四种方案，炼钢厂钢坯辊道升降操控是非常庞大的系统，与其他配置还有配合规定，且对其可靠性比规定较高，一旦操控功效发生故障，将会引起严重的后果和巨大的经济损失。

为了达到高可靠性，这里优先选取机械原理的同步操控方案，因此比例伺服阀加位置传感器的同步操控方法这里不合适；由于此配置运动时同步规定比较高，所以普通的分流集流阀在这里精度达不到规定。

为了满意上述动作规定，利用同步马达在这里比较合适，即可满意配置的同步操控规定，又能确保了配置的可靠性。

5）换向回路的选取：

换向回路中的换向阀正常根据实际操作与系统特点来选，此液压配置规定的自动化程度较高，且流量不是很大，故采用电磁换向阀保障换向平稳；如流量过大，可选用电液换向阀。

图2.1电液换向阀与电磁换向阀

Fig2.1electro-hydraulicdirectionalcontrolvalveandelectromagneticdirectionalvalve

6）调速回路的选取：

调速回路根据操控元件的差别可分为节流调速、容积调速和容积节流调速回路。

本系统采用手动变量式泵，一旦调定泵的压力它就相当于定量泵，故采用节流调速回路。

此调速回路结构简单，动作可靠，且成本低便于维护。

图2.2节流调速回路与容积调速回路

Fig2.2throttlingspeedcontrolcircuitandthevolumetricspeedcontrolloop

7）锁紧回路的选取：

由于此系统用于钢坯称重，故规定有相对静止的环境，为保持执行元件停止运动或微小位移的情况下系统压力保持基本不变，且负载可以锁紧在任意位置，宜采用锁紧回路。

锁紧正常可以经过三位换向阀的中位O形或M形等滑阀机能达成，同时还可以经过液控单向阀锁紧，或者采用平衡阀锁紧。

其中换向阀的中位机能虽能达成，但由于滑阀的泄漏，锁紧精度不高，故采用液压锁保障锁紧精度。

图3.4是厂方提供的一种锁紧回路，即经过液控单向阀锁紧，但考虑到由于泵站距执行元件距离较远，且管路较细，在动作改变时，压力来不及调整，且还会感化其稳定性，故将其拆除，因此本设计在泵站上安置液压锁来达成锁紧，同时也避免了阀组10对系统的不稳定性感化。

图2.3厂方给定的系统原理图执行元件部份

Fig2.3themanufacturerofthegivensystemschematicdiagramexecutioncomponentparts

图2.4调压回路

Fig2.4voltageregulationcircuit

8）调压回路的选取：

调压回路是用来操控系统的动作压力，使系统动作不超过一定的压力值，或是使系统动作在差别的压力状态。

调压回路采用电磁溢流阀。

这种叠合式电磁溢流阀结构紧凑、所占空间小、减少管路连接、装置容易用于液压系统的卸载，且能改善系统和回路的机能，提高抗振和抗冲击性，并减少管路的振动等现象。

9）辅助回路的选取：

冷却回路，此配置用于钢坯连铸车间，外部环境温度高，故应设有冷却装置；过滤回路，为了保障进油路油液的清洁，应有过滤装置，但为了避免吸油时泵的进油口吸油不畅，故在泵的出口设置高压过滤器，为了避免回油杂质进入油箱，保障油箱内的油质清洁，在回油路上设置相应的回油过滤器。

10）其他：

考虑到此系统应用于现场生产，对其连续动作规定较高，为了不使因某一部件的损坏而感化整个生产线的生产，整套系统应为开一备一。

为了便于检修，应在一定的位置安置阀门，以便随时拆卸检修。

为了及时发现异常现象，采用一定的监测报警装置。

2.2.2确定液压原理图

综合上述分析和拟定的方案，将各种回路合理地组合成为该液压系统原理

图，如图所示。

图2.5系统原理图

Fig2.5systemschematicdiagram

第三章　液压元件选取

3.1液压泵的确定

3.1.1液压泵的类型及特点

液压泵是任何一台液压配置不可缺少的能源元件，它的功效是将原动机的机械能转变为液压能，即向液压系统提供具备所需压力和流量的液体。

液压泵的动作原理是经过转动带来液压泵腔容积的变化,从而压缩液压油使油液具备一定的压力能。

液压泵属于容积式泵，它正常都有定子、转子和挤子三种零件；依照挤子结构可以分为：

齿轮式、叶片式、柱塞泵和螺杆泵四大类[3,7,9]。

1.齿轮泵

结构较为简单，工艺性好，体积小，重量轻，维护简易，利用寿命长，但是动作压力较低，流量脉动和压力脉动较大，如高压下不采用端面补偿时，其容积效率将会明显下降。

内齿合齿轮泵与外齿合齿轮泵相比，其优点是结构紧凑、体积小、吸油机能好，但是结构较复杂，加工性较差。

2.叶片泵

结构紧凑，外形尺寸小，运动平稳，流量均匀，噪声小，寿命长，但是与齿轮泵相对比油液污染较敏感，结构较为复杂。

单功用式叶片泵有一个排油口和一个吸油口，转子旋转一周，每两片间的容积各吸、排油一次，若在结构上把转子和定子的偏心距做成可变的，就是变量叶片泵。

单功用式叶片泵适用于低压大流量的场合。

双功用式叶片泵转子每转一周，叶片在槽内来去运动两次，完成两次吸油和排油。

由于它有两个吸油区和两个排油区，相对转子中心对称分布，所以功用在转子上的功用力相互平衡，流量比较均匀。

3.柱塞泵

精度较高，密封机能好，动作压力高，因此得到广泛应用。

但它结构比较复杂，制造精度高，成本高，对油液污染敏感。

轴向柱塞泵是柱塞平行缸体轴线，沿轴向运动；径向柱塞泵的柱塞垂直于配油轴，沿径向运动，这两类泵均可行为液压马达用。

4.螺杆泵

螺杆泵实际上是一种齿轮泵，其特点是结构简单，重量轻；流量及压力的脉动小，输送均匀，无紊流，无搅动，很少产生气泡；动作可靠，噪声小，运动平稳性较高，容积效率高，吸入扬尘高。

但加工较难，不能改变流量。

适用于机床或精密机械的液压传动系统。

正常应用两螺杆或三螺杆泵，有立式与卧式两种安置形式。

3.1.2确定液压泵的流量及压力

1.设计压力的选定

参考表3.1预选空包下降时的设计压力

;满载上升时的设计压力

。

表3.1液压配置常用的动作压力

Table3.1Hydraulicequipmentcommonlyusedintheworkingpressure

配置类型

机床

农业机械或中型工程机械

液压机、重型机械、起重运输机

磨床

组合机床

龙门刨床

拉床

动作压力

P/（MPa）

0.8~2.0

3~5

2~8

8~10

10~16

20~32

2.液压马达排量计算

查阅液压手册，取液压马达的机械效率

，则

空包下降时的马达排量：

m3/rad（3.1）

满载上升时的马达排量：

m3/rad（3.2）

3.系统动作压力和流量

取液压马达的容积效率为

，则空包下降时

所需的制动动作压力

和流量

为：

MPa（3.3）

L/min（3.4）

满载上升时

所需的压力

和流量

为：

=22.5MPa（3.5）

L/min（3.6）

3.1.3选取液压泵的规格

选取电机转速为

r/min,则液压泵的排量

cm3/r（3.7）

且泵的流量

，查阅机械设计手册[5]，选取SCY14-1B型手动变量柱塞泵。

其规格如表3.2所列，外形如图3.1所示。

表3.2液压泵规格

Table.3.2Hydraulicpumpspecifications

型号

最大排量

/

最大压力

/

转速

/

容积效率

（%）

重量

/kg

63SCY14-1B

63

31.5

1500

65

图3.1液压泵外形图

Fig.3.1Hydraulicpumpcontourmap

3.2电机的确定

电动机为整个液压系统提供动力，它把电能转变为机械能带动液压泵转动，从而达成系统动作。

电动机有很多种，大致上可以分为Y型和三角形两种。

通常设计中选取最常用的Y型三相异步电动机。

电动机的选取正常来说是根据系统功率来确定的，其次是根据转速来确定。

根据系统的最大压力和流量，可计算电动机的功率:

W（式3.8）

本次设计中选取电动机的具体依据是根据液压泵的转速来确定，由于连接在液压泵上，所以根据我们已经选好的液压泵的转速为1500r/min,初步确定选取电动机的转速为1500r/mi