机械本科论文-炉门液压提升系统设计.doc

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中央电大毕业论文

炉门液压提升系统设计

摘要

作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。

与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。

炉门液压提升装置作为冶金加热炉中最常用的设备。

本文根据炉门液压的用途﹑特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。

炉门液压的系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。

关键词：

液压系统;过载保护;机电液一体化

目录

第一章前言 4

1.1液压传动的发展概况 4

1.2液压传动的发展及工艺特点 4

1.3液压系统的基本组成 5

第二章炉门液压提升系统原理设计 6

2.1炉门的基本结构 6

2.2液压升降炉的工作原理 6

第三章液压系统的计算和元件选型 7

3．1确定液压缸主要参数 7

3.1.1液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 8

3.1.2液压缸实际所需流量计算 9

3．2液压元件的选择 9

3．2.1确定液压泵规格和驱动电机功率 9

3.2.2阀类元件及辅助元件的选择 11

3.2.3管道尺寸的确定 12

3.3液压系统的验算 14

3.3.1系统温升的验算 14

第四章液压缸的结构设计 16

4.1液压缸主要尺寸的确定 16

4.2液压缸的结构设计 18

第五章液压集成油路的设计 20

5.1液压油路板的结构设计 20

5.2液压集成块结构与设计 21

5.2.1液压集成回路设计 21

第六章液压站结构设计 22

6．1液压站的结构型式 22

6．2液压泵的安装方式 22

6.3液压油箱的设计 22

6.3.1液压油箱有效容积的确定 22

6.3.2液压油箱的外形尺寸设计 23

6.3.3液压油箱的结构设计 23

6.4液压站的结构设计 25

6.4.1电动机与液压泵的联接方式 25

6.4.2液压泵结构设计的注意事项 26

6.4.3电动机的选择 26

第七章总结 27

参考文献 28

第一章前言

1.1液压传动的发展概况

液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。

如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼（JosephBraman,1749-1814），在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。

1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。

我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。

60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。

当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。

同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。

目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。

我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。

由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。

1.2液压传动在机械行业中的应用

机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等

工程机械——挖掘机、装载机、推土机等

汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等

农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等

轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等

冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等

起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等

矿山机械——开采机、提升机、液压支架等

建筑机械——打桩机、平地机等

船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等

铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等

本机器适用于冶金加热炉中炉门液压提升装置作为最常用的设备。

本机器具有独立的动力机构和电气系统。

采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。

本机器的工作压力、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整。

此工艺又分定压、定程两种工艺动作供选择。

本机器主机呈长方形，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。

1.3液压系统的基本组成

1）能源装置——液压泵。

它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。

2）执行装置——液压缸、液压马达。

通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。

3）控制装置——液压阀。

通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀又分为益流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。

5）工作介质——液压油。

绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。

第二章炉门液压提升系统原理设计

2.1炉门的基本结构

根据负载的要求，炉门升降的运动采用双缸驱动。

为了防止或减小液压缸活塞在运动到两个端点时因惯性力造成的冲撞，液压缸采用可调双向缓冲缸，使液压缸运动到端点附近时，降低液压缸的运动速度，以减小冲击。

考虑到安装、维护方便，以及液压缸柱塞受力不偏斜，选用中间销轴型摆动液压缸来补偿安装误差。

为了保证悬挂炉门的链条受力均匀，在每条链条中间都设有索具螺旋扣，用来调整每个链条、链轮的受力。

为了保证两侧液压缸同步，液压缸与链条连接处也增设了索具螺旋扣。

炉门起升时，压力油推动液压缸的有杆腔工作，通过链条拉动链轮转动，轴上的所有链轮按同方向转动，带动反方向安装的链条运动，从而实现炉门的起升。

炉门下降过程与上升过程相似。

整个系统结构简单，维修量极小

2.2液压升降炉门的工作原理

液压系统原理见图2

该系统应用于蓄热式加热炉炉门升降机构，采用3套液压泵电机组和2个阀组组成，正常情况下1开1备。

2台变量柱塞泵分别为2套阀组供油控制相应的液压缸，泵10.2作为其他2台泵的备用泵，在系统需检修或更换能源系统某组中的元件时，通过关闭相应的高压球阀14.1或14.3打开相应高压球阀14.4或14.5起动备用系统，以满足工作需要。

系统的最高压力通过恒压变量泵11调整，系统工作压力由先导式溢流阀12设定。

起动液压泵电机组后，油液经过单向阀13、球阀14分别到1号、2号炉门升降机构的阀台。

通过每个阀台上电液换向阀16相应的动作，分别控制对应的液压缸动作。

相应的电磁铁动作顺序见表1所示。

在油路上设有双单向节流阀18，可对两液压缸的工作速度进行调节；设有双液控单向阀17，可保证两液压缸停在任意工作位置时，保证炉门不下落。

为了检修方便，在油路上设置了19.3，19.6两个高压球阀，打开高压球阀19.3或19.6，便可实现相对应的液压缸的浮动，使液压缸停在所需的位置上。

鉴于两台液压缸同步工作要求并不太高，可将两个液压缸有杆腔并联，采用一路阀组供油的方式，通过两个液压缸的压力平衡来实现同步，从而使系统结构简单，极大降低设备投资。

第三章液压系统的计算和元件选型

3．1确定液压缸主要参数

按液压炉门类型初选液压缸的工作压力为25Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。

快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积应为有杆腔工作面积的6倍，即活塞杆直径与缸筒直径满足的关系。

快进时，液压缸回油路上必须具有背压,防止上压板由于自重而自动下滑，根据《液压系统设计简明手册》表2-2中，可取=1Mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取,快退时，回油腔是有背压的，这时亦按2Mpa来估算。

3.1.1液压缸内径D和活塞杆直径d的确定

以单活塞杆液压缸为例来说明其计算过程。

图3.1：

单活塞杆液压缸计算示意图

——液压缸工作腔的压力Pa

——液压缸回油腔的压力Pa

故：

当按GB2348-80将这些直径圆整成进标准值时得：

由此求得液压缸面积的实际有效面积为：

3.1.2液压缸实际所需流量计算

①工作快速空程时所需流量

液压缸的容积效率，取

②工作缸压制时所需流量

③工作缸回程时所需流量

3．2液压元件的选择

3．2.1确定液压泵规格和驱动电机功率

由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为

上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力应满足：

液压泵的最大流量应为：

式中液压泵的最大流量

同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量。

系统泄漏系数，一般取，现取。

1．选择液压泵的规格

由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大，大流量。

所以选轴向柱塞变量泵。

柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特点：

1）工作压力高。

因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（），最高可以达到。

2）流量范围较大。

因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。

3）改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。

4）柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。

但柱塞式变量泵的结构复杂。

材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。

根据以上算得的和在查阅相关手册《机械设计手册》成大先P