六辊钢管矫直机液压系统毕业设计说明书Word格式文档下载.docx

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7）入.出口辊道升降液压缸：

CD250A80/56-150A10/02CGDMA

数量4个单独控制往返速度100MM/S

夹送辊摆动液压缸:

CD250B40/28-50A10/02CGDMA

数量2个同步控制往返速度100MM/S

工作压力：

14MPa

1.矫直机的用途...................................1

2.明确设计要求.....................................4

3.基本参数计算..............................5

4.蓄能器的选择.......................................10

5.油箱容量的计算，管径直径的计算.....................12

6.液压泵和电动机的选择...............................13

7.液压系统图..............................15

8.元件选择明细表..................................16

9.液压泵站图..................................17

10.液压系统性能验算..........................18

11.总结......................................　　　２１

12.参考资料.....................................

13.外语资料翻译..............................

一.钢管矫直机的用途

管件在轧制、冷却和运输过程中，由于各种因素的影响，往往产生形状缺陷。

如钢轨、型钢和钢管经常出现弧形弯曲；

某些型钢（如工字钢等）的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转；

板材和带材则会产生纵向弯曲（波浪形）、横向弯曲、边缘浪形、中间瓢曲和镰刀弯等。

为了获得很直的板材和具有正确几何形状的钢材，轧件需要在矫直机上进行矫直。

所以矫直机是轧钢生产中的重要机械设备，而且也广泛用于以轧材作坯料的各种车间（如汽车、船舶制造厂等）。

　　由于轧材品种规格的多样化和对其形状精度要求的提高，促进了矫直理论和矫直机结构的研究工作的快速发展以及矫直技术水平的不断提高，矫直不同品种规格的轧件，采用不同结构形式和不同规格的矫直机。

所以矫直机的结构形式繁多，矫直方式也不大相同，按其用途和工作原理可以分为压力矫直机、辊式矫直机、管棒材矫直机、拉伸矫直机、拉伸弯曲矫直机和扭转矫直机等几种类型。

矫直技术多用于金属加工的后部工序，在很大程度上决定着成品的质量水平。

20世纪70年代以来，矫直技术与矫直理论的发展明显加快，如拉弯直技术很快走向成熟；

开发成功平动（万能）矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变凸度及变辊距矫直技术，以及双间旋转矫直技术等。

新的矫直技术也需积极开发，如振动矫直、高效高精度滚光矫直、液压拉弯矫直、高精度压力矫直，矫直过程的计算机控制、复合辊形的矫直技术以及复合转毂矫直技术等；

在矫直理论研究方面应该走出自己的道路，如材料强化影响的计算方法、变形能的测定及计算方法、等曲率塑性区长度及深度对矫直质量的影响，在矫直过程中克服残留应力影响的方法，减矫直过程的摩擦损失，最佳结构参数的确定方法，斜辊的受力测定与计算方法、热处理轧材的矫直方法以及双向旋转矫直法等。

随着国民经济的发展，近年内，管材生产不论在数量上还是品种上，都有相当大的增长。

新型高效率的管材精整设备，尤其是管材矫直机，是保证管材质量的重要关键。

国内外对管材矫直机均做了大量的研究工作。

管材生产在数量和品种方面有很大增长，这就提出了管材精整过程现代化。

制造新型高生产率的精整设备的任务首先是管材矫直机。

摆在我们面前的任务，是生产新型管材矫直机。

管材矫直机的发展趋势是：

用数字控制系统精确调整上矫直辊位置，并借助自动测量装置控制矫直辊负荷和在线计算机进行全自动操作；

高刚度矫直机座，可满足大直力条件下的使用，变形小，精度高；

为了提高矫直效果，矫直机出口处的上（下）辊可以单独调整，且在矫直过程可以进行调整；

装备有液压安全装置和快速松开装置，以便在设备过载、卡钢和停电时快速松开矫直辊；

为避免矫直辊辊面滑伤，辊面应有一定的硬度。

辊式矫直机以热矫直机数量为多，总的趋势如下：

（1）用数字控制系统精确调整上矫直辊位置，并借助自动测厚仪自动控制矫直辊负荷和在线过程计算机进行全自动操作。

（2）高刚度矫直机机座，可满足大矫直力条件下的使用，变形小，

精度高。

（3）为了提高矫直效果，矫直机出口处的上（或下辊）可以单独调

整，且在矫直过程也可以进行调整。

（4）上矫直辊可以横向倾动，能分别调整各段支承辊，以改变矫直

辊的挠曲，消除钢板的单侧或者双侧边浪。

（5）下矫直辊可以沿矫直方向倾斜以调整矫直辊负荷。

（6）装备液压安全装置和快速松开装置以便在设备过载、卡钢和停

电时快速松开矫直辊。

（7）上、下矫直辊和支承辊分别装在各自的框架上，框架及其辊子

可以侧向移动进行快速换辊，实现辊系的线外整备（即拥有两套以上的辊

系装备供给一套矫直机使用）。

（8）矫直机入口处装有水或压力空气，以清除残留的氧化铁皮。

（9）在矫直辊入口处安装一弯头压直机，消除头部钢管的上翘。

（10）为了避免矫直辊辊面的滑伤，辊面应具有一定的硬度。

对辊式矫直机必须保证工作辊和支承辊的辊面硬度有一个差值。

2．明确设计要求

主机的概况：

要求设计一套六辊钢管矫直机液压系统。

三个快开缸----带动上矫直辊实现快速上下移动；

下中辊快开缸和下中辊高度调整液压马达----用来实现下中辊高度调节，提高矫直精度；

上辊平衡缸，六个，两个为一组----给主缸运动提供背压，减少冲击；

下辊平衡锁紧缸----调整下辊角度，使滚子受力更合理；

入出口辊道升降液压缸----调整辊道高度，方便管材输送；

换辊装置液压马达----换辊时用马达带动倒链拖出滚子；

夹送辊摆动液压缸----送料，定位；

阀，泵，电动机，油箱自己选或设计。

三．液压系统基本参数计算

1.换辊装置液压马达：

1QJM21-0.5S1

查资料得：

q=0.496L/rp=16MPaPmax=25MPar=2-320T=1175N.mPw=12.3

2.下中辊高度调整液压马达：

1QJM001-0.10

排量q=0.104L/r,额定压力p=10mpa,峰值压力Pmax=16MPa,转速范围r=8-400额定输出转矩T=154N.m额定输出功率Pw=2.3kw

3.上辊快开缸

Φ300/180X203个30mm/S大腔进油，小腔出油

由流量计算公式：

快进时：

Q3快进=A3Xv3=

≈127L/min

快退时：

Q3快退=A3`Xv3=

≈81.4L/min

容积变化量V3=A3xL3=

=1.413L;

快进时完成动作时间t3=V3/Q3快进=1.413/127x60s=0.668s;

快退时完成动作时间t3`=V3/Q3快退=1.413/81.4x60s=1.04s;

4.上辊平衡缸所需流量计算

上辊平衡锁紧液压缸Φ65/36X1506个10mm/S

已知顶出缸的顶出速度为0.01m/s，快退速度为0.01m/s，平衡缸内径为65mm，活塞杆直径为36mm，即：

Q4快进=

≈2L/min

Q4快退=

=1.4L/min

容积变化量V4=A4xL4=

=0.5L;

快进时完成动作时间t4=V4/Q4快进=0.5/2x60s=15s;

快退时完成动作时间t4'

=V4/Q4快退=0.5/1.4x60s=21.4s;

5.下辊平衡缸所需流量计算

下辊锁紧液压缸Φ65/36X606个10mm/S

已知顶出缸的顶出速度为0.01m/s，快退速度为0.01m/s，平衡缸内径为65mm，活塞杆直径为36mm，即：

Q5快进=

Q5快退=

容积变化量V5=A5xL5=

=0.2L;

快进时完成动作时间t5=V5/Q5快进=0.2/2x60s=6s;

快退时完成动作时间t3`=V5/Q5快退=0.2/1.4x60s=8.6s;

6.下辊快开缸所需流量计算

下中辊快开缸Φ250/180X201个30mm/S小腔进油，大腔出油

Q6快进=A6Xv6=

≈42.5L/min

Q6快退=A6`Xv6=

≈88.3L/min

容积变化量V6=A6xL6=

=0.98L;

快进时完成动作时间t6=V6/Q6快进=0.98/42.5x60s=1.4s;

快退时完成动作时间t6'

=V6/Q6快退=0.98/88.3x60s=0.67s;

7.入，出口辊道升降液压缸所需流量计算

入.出口辊道升降液压缸：

CD250A80/56-150A10/02CGDMA数量4个单独控制往返速度100MM/S

Q7快进=A7Xv7=

≈30.1L/min

Q7快退=A7'

Xv7=

≈15.4L/min

容积变化量V7=A7xL7=

=0.75L;

快进时完成动作时间t7=V7/Q7快进=0.75/30.1x60s=1.5s;

快退时完成动作时间t7'

=V7/Q7快退=0.75/15.4x60s=2.9s

8.夹送辊摆动液压缸所需流量计算

CD250B40/28-50A10/02CGDMA数量2个同步控制往返速度100MM/S

Q8快进=A8Xv8=

≈7.5L/min

Q8快退=A8'

Xv8=

≈3.8L/min

容积变化量V8=A8xL8=

=0.0628L;

快进时完成动作时间t8=V8/Q8快进=0.0628/7.5x60s=0.5s;

快退时完成动作时间t8'

=V8/Q8快退=0.0628/3.5x60s=1.08s

参数汇总如下：

名称

型号

数量

Q快进

（L）

Q快退

容积变化量V（l）

快进时间t（s）

快退时间t'

（s）

换辊液压马达

1QJM21-0.5S1

1

下中辊高度调整马达

1QJM001-0.10

上辊快开缸

Φ300/180X20

3

127

81.4

1.413

0.668

1.04

上辊平衡缸

Φ65/36X150

6

2

1.4

0.5

15

21.4

下辊锁紧缸

Φ65/36X60

0.2

8.6

下中辊快开缸

Φ250/180X20

42.5

88.3

0.98

0.67

.入，出辊道升降液压缸

CD250A80/56-150A10/02CGDMA

各4

30.1

15.4

0.75

1.5

2.9

夹送辊摆动液压缸

CD250B40/28-50A10/02CGDMA

7.5

3.8

0.0628

1.08

流量时间图

根据流量时间图求得平均流量为38.6L/min

9.蓄能器的计算与选择

根据教材《液压传动系统》第三版第五章“蓄能器回路分析”提到‘经大量的例证可以得出，蓄能器的工作容积应该等于负的△Vi中绝对值最大的与正的△Vi中绝对值最大的二者之和，表现为Vw=∣-△Vi∣max+∣+△Vi∣max

式中Vw—蓄能器工作容积；

∣-△Vi∣max—负的△Vi中绝对值最大值；

∣+△Vi∣max—正的△Vi中绝对值最大值；

由流量时间图可以求出△Vi1=（24-38.6）x6=-87.6

△Vi2=（12-38.6）x9+△Vi1=-239.4-87.6=-327

△Vi3=（15-38.6）x0.5+△Vi2=-11.8-327=-338

△Vi4=（120.4-38.6）x1.5+△Vi3=122.7-338=-211.8

△Vi5=（127-38.6）x0.668+△Vi4=59-211.8=-152.8

△Vi6=（42.5-38.6）x1.4+△Vi5=5.46-152.8=-147.3

△Vi7=（127-38.6）x0.668+△Vi6=59-147.3=-88.3

△Vi8=（127-38.6）x0.668+△Vi7=59-88.3=-29.3

△Vi9=（120.4-38.6）x1.5+Vi8=122.7-29.3=93.36

由上式可以看出∣-△Vi∣max=338；

∣+△Vi∣max=93.36

则Vw=∣-△Vi∣max+∣+△Vi∣max=338+93=431L

因为以上动作顺序可能不完全对，导致计算数据偏大，现在假设全部靠蓄能器来保压，

Σ△VK=（1.413x3+0.5x6+0.2x6+0.98+0.75x8+0.06x2）x1.2=18.7L

计算方法二：

△V=Σ△VK1-Σqmt

式中△V----有效排油量（L）

Σ△V----系统中各个工作点耗油量总和（L）

K----系统泄漏系数，一般可以选K1=1.2

Σqmt----泵总供油量（一个工作循环内系统所需的平均流量），可按下式计算：

Σqm=K2ΣVi/T

或

Σqm=K2（Qmax-Qmin）/2

式中Ｋ２－－－系统泄漏系数，Ｋ＝１.３－１.１

ΣVi------系统中一个工作循环内各个执行机构耗油量总和（L）

Qmax------系统中最大流量

Qmin-------系统中最小流量

T-------机组工作周期时间（s）

t------最大耗油量时泵的工作时间（s）

T=21,t=0.667;

Σqm=18.7/21=0.9

△V=Σ△VK1-Σqmt=18.7-18.7X0.667=6.2L

总容积V0的计算

按照气体定律计算PV=C

也可以用经验公式

蓄能器总容积V≈10△V=62L

选择NXQL-F63/--H,容积63L，总体尺寸LXD=1470X299，质量191千克，奉化液压件厂

10.油箱容量的计算

一般容量可以取最大流量的3-5倍，V=5X140=700L；

考虑散热要求和安装需求，油箱容量1200L。

长X宽X高=15OOX1000X800=1200L

11.管子内径的计算

d=（4Q/πv）½

式中Q-----通过管道内的流量（m3/s）

V-----管道允许流速（m/s）

泵吸油管取速度推荐0.5-1.5，一般去1以下；

如果取0.8，d1=（4x150/1000/60/3.14/0.8）½

=0.063m=63mm

液压系统压油管道推荐流速3-6，压力高，管道短，粘度小取大值；

液压系统回油管道推荐流速1.5-2.6；

给快开缸供油的管子，取速度值为4.5，则d2=（4x127/1000/60/3.14/4.5）½

=0.024m=24mm

给平衡缸供油的管子，取速度值为3，则d3=（4x2/1000/60/3.14/3）½

=0.004m=4mm

给入出口辊道升降液压缸供油的管子，取速度值为3，则d4=（4x30.1/1000/60/3.14/3）½

=0.015m=15mm

给夹送辊摆动缸供油的管子，取速度值为3，则d5=（4x7.5/1000/60/3.14/3）½

=0.007m=7mm

给下中辊高度调整液压马达供油的管子，取速度值为3，因为马达转速不同，所需流量不同，经过计算它的流量范围是41.6-0.832l/min,则d6=（4x41.6/1000/60/3.14/3）½

=0.017m=17mm

给换辊装置液压马达供油的管子，取速度值为3，因为马达转速不同，所需流量不同，经过计算它的流量范围是158.7-1l/min，由于换辊装置液压马使用频率不高，并且速度太高不安全，取Q7=100L/min则d7=（4x100/1000/60/3.14/3）½

=0.027m=27mm

最后根据标准软管取值如下

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

内径

60.3

25.4

4.8

15.9

8

19

28.6

管道壁厚δ=pd/2[σ]

12.滤油器的选择

根据流量和过滤精度选择ZU-H250X10FS,40通径

13.液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择

1）泵工作压力确定

实际工作过程中，液压油在进油路中有一定的压力损失，因此在计算泵的工作时必须考虑压力损失。

泵的工作压力计算公式为：

式中：

Pp—液压泵最大工作压力；

P1—执行部件的最大工作压力；

—进油路中的压力损失，对于简单的系统，取0.2～0.5MPa，对于复杂系统，取0.5～1.5MPa。

本液压机执行部件的最大工作压力P1=14MPA，进油路中的压力损失，取

=0.5MPa。

代入公式（3.5）可求得泵的工作压力。

即：

通过计算，泵的工作压力Pp=14.5MPa。

该压力是系统的静压力，而系统在各种工矿的过渡阶段出现的动态压力有时会超过静压力。

此外，为了延长设备的使用寿命，设备在设计时必须有一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此在选取泵的额定工作压力Pn时，应满足

，取Pp=1.25。

Pn=1.25Pp=1.25x14.5MPa≈18MPa

2）液压泵最大流量计算

通过对液压缸所需流量的计算，以及各自的运动循环原理，泵的最大流量可由公式计算得到。

—液压泵的最大流量；

KL—液压系统泄漏系数，一般取KL=1.1～1.3，取KL=1.1；

—同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。

如果这时溢流阀正处于溢流状态，还应加上溢流阀的最小溢流量。

将参数代入公式中，即：

但是有蓄能器补油，可以选择A10VS0100DR

1500r/min时，流量150L/min,功率62千瓦，尺寸206X160;

4）泵的流量验算：

由液压泵的基本参数可知泵每分钟排量

=150L/min，而泵实际所需的最大流量

=140L/min，满足液压缸的正常快进，更不必说快退了。

液压机的执行件有两个，即：

主缸和平衡缸。

主缸和顶出缸各自工况的快进、工进、回程速度又不尽相同，这样对功率的消耗也不同。

电动机额定功率的确定必须根据消耗功率最大的工况来确定，因此要分别计算主缸、顶出缸各工况消耗的功率。

功率计算公式如下：

P=

（3.7）

P-电动机额定功率；

Pp-液压泵的工作压力；

-液压泵的流量；

η-液压泵的总效率，取η=0.7。

P=18X10^6X140/1000/60/0.9=45600W=46.7KW

选择电动机型号Y250M4,额定功率55千瓦，电流102.5安培，转速1480转每分，效率0.926，质量520千克，电动机尺寸845X435.

4．绘制液压系统图

5．液压元件的选择

通过液压系统的参数计算查阅液压手册，液压元件选择如表2-2所示：

表2-2液压元件明细表

序号

液压元件名称

元件型号

额定流量（L/min）

厂家

油箱

1200

过滤器

ZU-H250X10FS

250

太原液压机械厂

液压泵

A10VS0100

力氏乐

4

电磁溢流阀

DBW10-200

QMAX=250

5

液控单向阀2

Z2S6

11

液控单向阀1

Z2S10

Y1，Y3，Y5，Y7

Y16,Y17

4WEH-10E30

各1

100

7

Y2，Y4，Y6，Y8，Y9，Y10，Y11，Y12，Y13，Y14,Y15

4WE6E5

60

9

单向节流阀3

Z2SF10

10

单向节流阀4

Z2SF6

12

溢流阀18

DBDS8P1-100

50

13

溢流阀19

DBDS20P1-100

14

蓄能器

NXQL-F63/--H,

63

奉化液压件厂

电动机

Y250m4-4

泵站图

六．液压系统性能验算

液压系统压力损失，压力损失包括管路的沿程损失△p1，和管路的局部压力损失△p2，和阀类元件的局部压力损失△p3，总的压力损失

△p=△p1+△p2+△p3

△p1=0.5λρv^2l/d;

△p2=0.5ξρv^2;

式中