液压气压传动三级项目分析.docx

液压气压传动三级项目分析.docx

《液压气压传动三级项目分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液压气压传动三级项目分析.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

液压气压传动三级项目分析

《液压与气压传动》

课程三级项目报告

班级：

机设2班

小组成员：

刘世伟薛念普

柯雅伟刘伟

指导老师：

刘涛

完成时间：

2016年5月9日

前言

液压传动具有多种技术优势，例如功率密度大，配置灵活方便，调速范围大，工作平稳且快速性好，易于操控并实现过载保护，易于实现自动化和机电液的整合，系统设计制造和使用维护方便等，因而已经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。

作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术的应用遍及国民经济各个领域，例如机械制造，能源与冶金工业等。

液压技术已经成为包括传动，控制和检测在内的，对现代机械装配技术进步有重要影响的基础技术和基础学科，在我国的机械工业中起到了极大的作用。

摘要

滑动水口（SlidingNozzle，简称SN）系统是冶炼中不可缺少的部分。

它是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。

滑动水口系统因其可控性好，能提高炼钢生产效率而得到了迅速发展。

现在，在钢包、中间包上国内外普遍使用了滑动水口系统。

大包滑动水口液压回路控制大包滑动水口的开闭，而大包滑动水口是连铸的关键设备之一，该系统要使滑动水口在一定负载下按给定速度打开与闭合，并能实现点动，以控制水口开度的大小，从而控制钢水流下的速度，同时考虑到突然停电的情况，系统中设置了蓄能器，使系统在泵停止工作时，滑动水口仍能开关两到三次，从而防止钢水在钢包中冷却凝固。

关键字：

滑动水口液压系统

1.液压传动与液压系统

1.1液压传动与液压系统概述

液压传动相对于机械传动来说是一项新的学科，但是突出的优点是的液压传动成为传动领域的后起之秀。

特别是第二次大战后，由于军事及建设需求的刺激，液压技术日趋成熟。

近三十年来，由于原子能技术、航空航天技术、控制技术、材料科学、微电子技术等学科的发展，再次将液压技术推向前进，使之在国民经济的各个领域都得到了广泛的应用。

1.1.1液压系统工作原理

液压传动系统的工作原理液压传动系统是由各种液压元件组成的一套液流循环系统。

它先将电动机输入的机械能转变为液体的压力能，通过调节和控制各液压元件的液体流量用以传递压力和工作信号，再借助适当的执行机构将液压能重新转变机械能，以驱动工作机构，实现所要求的各种动作。

1.1.2液压系统的组成

一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。

（1）动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

（2）执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

（3）控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

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。

压力控制阀又分为溢流阀（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）辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。

（5）液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类

2.课题背景

滑动水口是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制，冶炼中不可缺少的部分。

该系统的诞生与应用提高了生产效率，方便了工人操作，调高了钢厂自动化水平。

在实际生产中，滑动水口开度需经常调整，动作比较频繁，如果压力不足，水口无法打开或关闭，更严重的是，在浇铸中因事故停浇时，大包水口若不能关闭，将使中间包溢钢而烧毁设备，甚至会造成人身伤亡事故发生。

因此，设计合理可靠的大包滑动水口液压系统非常重要。

2.1滑动水口的工作原理

滑动水口工作原理是利用安装在钢包底部铁壳外面的两块用耐火材料制成的平板,并依靠机械的力量把两块板靠紧,达到近乎没有间隙的程度。

通过外下滑板注孔连接下水口砖。

当上、下注口在移动中重合时，钢包内钢水,可通过上水口砖、上滑板、下滑板、下水口砖流出进行浇注作业。

当上、下注孔错开时,则注口关闭,浇注作业停止。

滑动水口的驱动方式可分为：

人力驱动、液压驱动、电动缸驱动、风动缸驱动。

钢水包滑动水口液压系统设计来源于某工厂的实际工程，鉴于钢包的高温和恶劣的工作环境以及随着钢包的不断增大，使人为控制滑动水口越来越困难，从而诞生了液压驱动的滑动水口机构。

2.2滑动水口的组成

滑动水口一般由驱动装置、机械部分和耐火材料部分（即上下滑板、下水口）组成，耐火材料由座砖、上水口座、上滑板、下滑板、下水口砖组成。

2.3滑动水口分类

（1）按滑板移动方式分为：

①往复式

②单水口往复式:

上下滑板直线、往复平行移动。

③双水口往复式:

下滑板安装两个不同口径的注口,轮换使用。

④三滑板往复式:

用于连铸中间包,上、下滑板不动,只动中间滑板。

（2）按驱动方式分

①人力驱动:

我国有些中小钢厂滑动水口仍用人力驱动。

②液压驱动:

利用液压站,通过液压油缸进行驱动,在国内和国外应用较为普遍。

③电动缸驱动:

利用电动缸在钢包上驱动,电源由吊车送下插头和钢包上电动缸相接通即可驱动。

④风动缸驱动:

利用压缩空气连在钢包的气动缸上,就可以驱动,现只在停电时偶尔驱动。

3.系统要求及参数计算

3.1设计参数及要求

3.1.1包括主缸，可以打开、关闭水口

主要参数如下：

负载力KN

负载质量Kg

静摩擦力N

动摩擦力N

往返加减速时间s

前进速度mm/s

回程速度mm/s

行程mm

主缸

20

500

4000

2000

0.2

20

30

200

3.1.2采用阀组冗余设计、蓄能器辅助动力源设计，介质为水乙二醇。

3.2负载分析

工作负载：

惯性负载：

静摩擦阻力：

动摩擦阻力：

由此可得出液压缸在各工作阶段的负载，见表：

工况

计算公式

液压缸负载F/N

液压缸推力

起动

4000

4444

加速

2250

2500

工进

22000

24444

反向起动

4000

4444

加速

2250

2500

后退

2000

24444

制动

1750

1944

注：

液压缸的机械效率取。

3.3计算前进时间和回程时间

前进时间

回程时间

3.4负载循环图的绘制

3.5液压缸主要参数的确定

3.5.1初选液压缸的工作压力

压力的选择要根据载荷的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。

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选得高一些。

具体参考下面表格选取：

由于液压缸的最大推力为24444N,初选液压缸的工作压力为

载荷/KN

<5

5～10

10～20

20～30

30～50

>50

工作压力/MPa

<0.8～1

1.5～2

2.5～3

3～4

4～5

≥5

3.5.2计算液压缸尺寸

为了使回油路存在背压,可以采用回油节流调速回路或在回油路上装背压阀。

经查阅可知：

系统类型

背压力/Mpa

简单系统或轻载节流调速系统

回油路带调速阀的系统

回油路设置有背压阀的系统

用补油泵的闭式回路

回路较复杂的工程机械

回油路较短，且直接回油箱

可忽略不计

初取背压力

最大负载是在工作进给阶段，采用无杆腔进油，选取液压缸杆径比：

按工作压力选取：

工作压力/MPa

5.0

5.0～7.0

7.0

d/D

0.5～0.55

0.62～0.70

0.7

取。

因此液压缸活塞的受力平衡方程为

经过查找

则取，则

活塞杆直径尺寸标准值，如下表：

4

18

45

110

280

5

20

50

125

320

6

22

56

140

360

8

25

63

160

400

10

28

70

180

12

32

80

200

14

36

90

220

16

40

100

250

的尺寸需要进行圆整，正好取50mm。

计算液压缸的无杆腔和有杆腔的实际有效工作面积：

反过来计算液压缸的工作压力为：

计算出液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的实际值见表：

工况

负载/N

液压缸

计算公式

回油腔压力

输入流量q/（L/min）

进油腔压力

输入功率

前进

启动

4444

-

-

22

-

加速

2500

-

30

-

匀速

24444

10

9.48

41

0.60

回程

启动

4444

-

-

22

-

加速

2500

8

-

30

-

匀速

24444

10

10.62

41

0.72

4.液压系统图的制定

4.1选择液压系统

4.1.1调速回路

液压回路在选择时，应首先选择调速回路。

调速回路的选用主要考虑以下问题：

①执行机构的负载性质、运动速度、速度稳定性等要求：

负载小，且工作中负载变化也小的系统可采用节流阀节流调速；在工作中负载变化较大且要求低速稳定性好的系统，宜采用调速阀的节流调速或容积调速；

②经济性要求：

节流调速回路的成本低，功率损失大，效率也低；容积调速回路因变量泵、变量马达的结构较复杂，所以价钱高，但其效率高、功率损失小。

该液压系统功率小，工作负载小，可以选用进油路节流调速，为了能承受一定的负值负载，使回油路上存在背压，运动平稳性好，应该在回油路上加一个背压阀。

并且在启动时关小节流阀即可避免启动冲击。

节流调速回路，结构简单，价格低廉，但是有节流损失和溢流损失，损失能量较多，系统效率较低。

只适合在负载变化不大，低速，小功率场合，如某些机床的进给系统中。

系统油路循环形式有开式和闭式两种。

这主要取决于系统的调速方式：

节流调速、容积节流调速只能采用开式系统，容积调速回路多采用闭式系统。

故本系统采用开式系统。

在一个工作循环过程中，该液压系统中前进和回程的两个阶段，流量相差不多，并且速度相差不大，从节省能量的角度来看，只需要采用单个定量泵供油即可。

4.1.2换向回路

采用换向阀可以使执行元件换向，常见的有三位四通换向阀的换向回路，以及三位三通的电磁换向阀的换向回路。

三位换向阀的滑阀机能能直接影响执行元件的工作状态，不同的滑阀机能能可满足系统不同的要求。

本系统采用三位四通换向阀实现液压缸的换向，具体为电磁换向阀和手动换向阀。

采用Y型中位机能，P口封闭，A、B、T口相同，泵不卸荷。

换向阀Y型中位机能时液控单向阀的控制油路立即失压，单向阀才能关闭，定位锁紧精度高。

4.1.3锁紧回路

需要使液压缸活塞在任意位置停止，并防止其停止后窜动。

三位四通换向阀中位O型或M型滑阀机能可以使活塞杆在任何位置停止，但由于滑阀有泄漏，能保持停止位置不动的性能不高，而本系统对锁紧要求较高，因而用两个液控单向阀构成液压锁作为锁紧元件，换向阀中位时活塞可以在行程的任何位置锁紧。

4.1.4阀的冗余设计

冗余设计是指通过重复配置某些关键设备或部件，当系统出现故障时，冗余的设备或部件介入工作