鋼坯冷鋸機液壓系統(tǒng)設計.doc

遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 I 頁 鋼坯冷鋸機液壓系統(tǒng)設計 摘 要 隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)化程度逐年提高，作為基礎產(chǎn)業(yè)的鋼鐵業(yè)規(guī)模 已連續(xù)數(shù)年穩(wěn)居世界首位，每年生產(chǎn)將近一億噸的熱軋及冷彎型材、管材、棒材，這其中 80以上的產(chǎn)品都采用了鋸機完成切頭、切尾、定尺切斷工作，由于具備了生產(chǎn)效率高、 鋸切的質(zhì)量好、運行成本低等特點。與剪切機比較，金屬沒有被強行塑性拉斷的部分，因 而軋件切口處精度較高。金屬鋸切鋸機成為了現(xiàn)代軋鋼生產(chǎn)線中的重要一環(huán)，它能否正 常運轉(zhuǎn)，關系到整條軋線的生產(chǎn)能力能否正常發(fā)揮。為此，此次設計為鋼坯冷鋸機液壓 傳動系統(tǒng)。這是一個很重要的系統(tǒng)，它包括兩個支路：夾緊缸的夾緊過程和鋸切缸的鋸 切過程。在此次設計過程中，對這兩個支路進行了受力分析計算，對各個元件的選用進 行說明。對液壓執(zhí)行元件、液壓閥、液壓輔助元件和泵站進行計算。 關鍵詞：液壓傳動系統(tǒng)；冷鋸機；液壓閥；泵站 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 II 頁 Hydraulic System Design Of Cold Steel Machine Abstract With the rapid development of Chinas national economy and the increasement of the degree of industrialization over the years , as the basic industries of iron and steel industry has the size of its position as the world for several years, and annual production of nearly 100 million tons of hot-rolled and cold-formed profiles, tubes, rods, which more than 80% of the products are completed using the saw-cut head, cut tail, cut off length work productivity because of the high quality of the sawing, and low running costs. Compared with the shearing machine, metal has not been forcibly pulled off the plastic part, thus accuracy of the incision rolling is higher. Metal Cutting Saw has become an important segment of the modern steel rolling production line. Whether it is the normal operation ，it relates to the whole rolling line of the normal production capacity. To this end, the design is the hydraulic drive system saw the cold steel. This is a very important system, which includes two slip: the process of clamping cylinder and the clamping cylinder sawing the sawing process. During the design process, these two slip calculation for the force analysis, the selection of the various components are described. The implementation of hydraulic components, hydraulic valves, hydraulic components and auxiliary pumping station is calculated. Key words: Hydraulic drive system; Cold Saw; Hydraulic valve; Pumping station 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 III 頁 目 錄 1 緒論.1 1.1鋸切機械的組成.1 1.2金屬冷切圓鋸片國內(nèi)外的發(fā)展趨勢.1 1.3鋸機的分類及其特點.1 1.3.1擺動式鋸機2 1.3.2平推式鋸機2 1.4液壓傳動的介紹.3 1.5液壓傳動的特點.3 1.5.1液壓傳動的優(yōu)點3 1.5.2液壓傳動的缺點4 1.6課題設計內(nèi)容介紹.4 2 液壓系統(tǒng)的相關設計參數(shù)5 3 制定系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)圖6 3.1液壓系統(tǒng)的組成及設計要求.6 3.2制定系統(tǒng)方案.6 3.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖.7 4 載荷的組成和計算.8 4.1液壓缸載荷組成.8 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 IV 頁 4.2各液壓缸載荷的計算.9 4.2.1夾緊缸的載荷計算9 4.2.2鋸切缸的載荷計算10 5 計算液壓缸的主要結構尺寸12 5.1初選系統(tǒng)工作壓力.12 5.2液壓缸的主要結構尺寸計算.12 5.2.1液壓缸的主要結構尺寸組成12 5.2.2液壓缸的主要結構尺寸計算13 5.3計算液壓缸所需流量及實際工作壓力.14 5.3.1夾緊缸所需流量和實際工作壓力14 5.3.2鋸切缸所需流量和實際工作壓力15 6 液壓元件的選擇.16 6.1液壓缸的選用.16 6.2液壓泵的選用.17 6.3電動機的選用.18 6.4液壓閥的選用.19 6.5油管尺寸的計算.19 6.5.1管道內(nèi)徑的計算20 6.5.2管道的選擇21 6.5.3管接頭的選擇22 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 V 頁 6.6油箱容積及尺寸確定.22 6.7蓄能器的選擇.23 6.8液壓介質(zhì)的選擇.23 6.9其余液壓輔助元件的選擇.24 7 液壓系統(tǒng)性能驗算.26 7.1液壓系統(tǒng)壓力損失計算.26 7.1.1沿程壓力損失26 7.1.2局部壓力損失27 7.1.3總壓力損失28 7.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算.28 7.2.1計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率28 7.2.2計算油箱的散熱功率30 8 閥塊的設計.31 9 液壓泵站的設計.32 10 經(jīng)濟可行性分析.33 10.1 設備完好率與利用率.33 10.2 設備役齡 33 10.3 設備經(jīng)濟壽命的確定 35 10.4 機械購置成本 36 11 環(huán)境分析.37 11.1 環(huán)境污染 37 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 VI 頁 11.2 機械工業(yè)（本部分主要尤指液壓）對環(huán)境的危害和防治.38 11.2.1 液壓工業(yè)對環(huán)境的危害.38 11.2.2 解決方法.39 結 論.40 致 謝41 參考文獻42 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 1 頁 1 緒論 1.1鋸切機械的組成 鋸切機械廣泛用來切斷異型斷面軋件，已獲得斷面整齊的定尺產(chǎn)品。 根據(jù)工作方式和結構形式，鋸切機械可以分成兩類： 1.鋸機用于（停放著的）單根或整束軋件的切頭、切尾或切定尺長度。鋸切常溫 軋件的鋸機稱為冷鋸機，鋸機高溫軋件的鋸機稱為熱鋸機。 2.飛鋸機用于將運行中的軋件切頭、切尾或切成定尺長度。飛鋸機也可分為冷飛 鋸機和熱飛鋸機。 為了可以提高鋸切斷面質(zhì)量和定尺精度，現(xiàn)代的大型和中型型鋼軋鋼廠，逐漸用 冷鋸機代替熱鋸機進行軋件的切頭、切尾和定尺鋸切。 1.2金屬冷切圓鋸片國內(nèi)外的發(fā)展趨勢 從上世紀70年代開始，以德國為代表的工業(yè)國家即在金屬熱切的基礎上開發(fā)出了 金屬冷切技術，并逐漸推廣應用，它大大改善了軋件的外觀質(zhì)量和產(chǎn)品精度，同時為 了適應鋼材大型化的發(fā)展需求，金屬冷切圓鋸片也逐漸向大型化發(fā)展，目前可達到 2500 mm3000 mm。在鋸片材質(zhì)方面，為提高塑韌性，己經(jīng)大量使用中、低碳錳 鋼代替高碳錳鋼生產(chǎn)大直徑金屬冷切圓鋸片。在國內(nèi)，從20世紀90年代開始大量引進 了國外的先進冷鋸機和金屬冷切圓鋸片，使熱軋企業(yè)和冷彎行業(yè)的金屬冷切技術得到 了極大的提高，通過國內(nèi)鋸片生產(chǎn)企業(yè)如唐山冶金鋸片有限公司與各大鋼鐵企業(yè)的共 同努力，國產(chǎn)的金屬冷切圓鋸片產(chǎn)品也已達了2200 mm，能夠全面代替進口鋸片，為 鋼鐵企業(yè)提供質(zhì)優(yōu)價廉的金屬冷切鋸片產(chǎn)品。 1.3鋸機的分類及其特點 鋸機是完成鋼材定尺鋸切任務的關鍵設備，雖然在整條軋線中屬于輔助設備，但由 于工作性質(zhì)特別，鋸機能否正常運轉(zhuǎn)，決定著整條軋線能力可否充分發(fā)揮，因此在整 體工藝設計時要結合產(chǎn)品種類、生產(chǎn)量合理選配鋸機的類型、規(guī)格、數(shù)量，以便達到 均衡生產(chǎn)的目的。下面介紹的是幾種常用的鋸機種類和性能特點。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 2 頁 1.3.1擺動式鋸機 擺動式鋸機分上擺式和下擺式兩種，鋸切時，高速旋轉(zhuǎn)的鋸片環(huán)繞一個鉸鏈軸在油 缸或氣缸的帶動下向上或向下擺動快速切斷工件。其特點是結構緊湊，鋸片安裝、更 換容易，維護、檢修方便, 但它不適合鋸切寬高比比較大的型鋼，鋸切穩(wěn)定性較差。 在實際生產(chǎn)當中，以下擺鋸的使用為主，上擺鋸應用較少因為檢修、換片很不方便。 擺動式鋸機主要應用于高頻焊管及冷彎型鋼生產(chǎn)企業(yè)，也稱為飛鋸機，有時也用于 小型熱軋型鋼企業(yè)，用做單根鋸切。因為設備造價低,運行成本低，維護檢修容易，國 內(nèi)鋸機保有量可達數(shù)千臺。主要用于中小型高頻焊管和冷彎型鋼的定尺鋸切。 1.3.2平推式鋸機 平推式鋸機分為小車式和滑座式，基本原理是把鋸片主軸箱安裝于一個可移動的 臺車上，通過液壓或齒條傳動推動其在滑軌上前后平移，完成工件鋸切和退鋸動作。 其結構穩(wěn)定性好，鋸片安裝、更換容易，檢修方便，適合于鋸切寬高比較大的工件或 多工件成排鋸切。它主要適用于熱軋型鋼行業(yè)和部分大型冷彎型鋼、高頻焊管企業(yè)， 可以鋸切大型厚壁型材、管材和圓鋼。 1.小車式平推鋸機是我國現(xiàn)階段中小型軋鋼企業(yè)最常見的機型，這種類型的鋸機造 價低廉，一般廠家均可自制，上馬快，但結構平穩(wěn)性較差，功率小，重量輕，工作中 容易跳鋸，缺少了工件夾緊、高壓水冷卻、沖刷功能，對鋸片沖擊大、磨損快，軋制 厚壁工件時鋸切壽命低。由于工件經(jīng)常撞擊鋸片，容易引起鋸片裂紋的產(chǎn)生或由于悶 車導致鋸片的異常損壞，形成現(xiàn)場的一種不安全因素。這類鋸機主要鋸切品種是工、 槽、角鋼。 2.滑座式平推鋸機是國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)、大型冷彎型鋼企業(yè)使用的主要機型，大型 熱軋企業(yè)以進口鋸機為主,大型冷彎型鋼企業(yè)以國產(chǎn)鋸機為主，這種設備一般配置足夠 的主電機功率，機座和滑座之間采用平V導軌結構相聯(lián)結，進鋸采用液壓或齒輪齒條傳 動可實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍在20 mm/s200 mm/s。另外整機重量一般達到3050 t，所以進鋸、退鋸都非常平穩(wěn)，在工件夾持方面，設置雙側(cè)的水平收集、垂直壓緊裝 置,鋸切時工件不發(fā)生任何移動，對鋸片沒有異常沖擊，只是有正常的鋸切磨損，所以 一般情況下，每張鋸片單次鋸切噸位都達數(shù)百噸以上。與小車式平推鋸的幾十噸相比 優(yōu)勢明顯，另外鋸機上配置了以上的高壓沖屑以及低壓以下大流量的鋸片冷切水，對 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 3 頁 鋸片保持鋸切性能也提供了良好的保證。 總之，滑座式平推鋸機無論在設備配置和鋸片選用上都已達到了比較完善的程度， 具有生產(chǎn)效率高，安全性好的優(yōu)點，但就是一次性投人比較高，對于具備一定實力的 企業(yè)應該首選這種機型，其綜合效益是比較理想的。目前國內(nèi)常用的進口冷鋸機有德 國的西馬克斯凱特，意大利的達涅利、波米尼，日本的新日鐵等機型。國產(chǎn)冷鋸機生 產(chǎn)廠有二重、一重、沈重和上重幾個重型機械廠。 1.4液壓傳動的介紹 液壓傳動是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進行控制的傳動方式。液壓傳動和 氣壓傳動并稱為流體傳動，是根據(jù) 17 世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起 來的一門新興技術，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛的技術。 1795 年英國 Joseph Braman 以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上，誕生了世界上第 一臺水壓機。1905 年將工作介質(zhì)水改為油，又進一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn)后液壓傳動廣泛應用，特別是 1920 年以后，發(fā)展更為迅速。 液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的 20 年間，才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。 1925 年 F.Vikers 發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐 步建立奠定了基礎。 20 世紀初 GConstantimsco 對能量波動傳遞所進行的理論及實際究；1910 年對液力 傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻，使這兩方面領域得到了發(fā)展。 第二次世界大戰(zhàn)期間，在美國機床中有 30%應用了液壓傳動。在 1955 年前后，日 本迅速發(fā)展液壓傳動，1956 年成立了“液壓工業(yè)會” 。 1.5液壓傳動的特點 1.5.1液壓傳動的優(yōu)點 1.體積小、重量輕，因此慣性力較小，當突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊； 2.能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速； 3.換向容易，在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構旋轉(zhuǎn)和直線 往復運動的轉(zhuǎn)換； 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 4 頁 4.液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制； 5.由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； 6.操縱控制簡便，自動化程度高； 7.容易實現(xiàn)過載保護。 液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工 機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等； 鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及 堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置等等；船舶用的 甲板起重機械、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的控制裝置、測量浮標、 升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起 落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 1.5.2液壓傳動的缺點 1.使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔； 2.對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高； 3.液壓元件維修較復雜，且需有較高的技術水平； 4.用油做工作介質(zhì)，在工作面存在火災隱患； 5.傳動效率低。 1.6課題設計內(nèi)容介紹 本課題設計內(nèi)容是冷鋸機液壓傳動系統(tǒng)。該系統(tǒng)設計內(nèi)容包括：型材的夾緊系統(tǒng) 和鋸片的剪切系統(tǒng)兩部分。 在夾緊系統(tǒng)中，由于需要對型材施加恒定的外力，所以在液壓回路中安裝單向調(diào) 壓閥，保持夾緊回路的壓力恒定。 在升降系統(tǒng)中，液壓缸需要控制鋸切在工作進程中恒速進給以及非工作進程中快 速退回，所以在液壓回路中需要安裝雙單向節(jié)流閥，來實現(xiàn)不同工作過程中對鋸機不 同速度的要求。同時，鋸機在待機情況下需要保持活塞桿始終支撐鋸機，所以在液壓 回路中還要安裝液壓鎖以保證鋸機在待機情況處于待機位置。 此液壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)壓、調(diào)速及鎖緊等功能。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 5 頁 2液壓系統(tǒng)的相關設計參數(shù) 夾緊缸參數(shù)： 夾緊力： 7634 Kg 活塞運行速度： 0.1 m/s 鋸切缸參數(shù)： 進鋸力： 3065 Kg 進鋸速度： 70 mm/min 鋸切速度： 9.519 m/min 活塞運行速度： 0.077 m/s 鋼坯最大直徑： 410 mm 鋸片直徑： 1300 mm 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 6 頁 3制定系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)的組成及設計要求 液壓傳動是借助于密封容器內(nèi)液體的加壓來傳遞能量或動力的。一個完整的液壓 系統(tǒng)由能量（壓力）發(fā)生源、能量控制和分配裝置及工作執(zhí)行機構四個部分組成。在 本設計系統(tǒng)中，采用油泵作為系統(tǒng)的液壓發(fā)生機構，即壓力源；采用液壓缸作為工作 的執(zhí)行機構，將壓力能轉(zhuǎn)化為機械能。在它們之間通過管道以及附件進行能量傳遞； 通過各種閥作為控制機構進行控制。 通常液壓系統(tǒng)的一般要求是： 1.保證工作部件所需要的動力； 2.實現(xiàn)工作部件所需要的運動、工作循環(huán)，保證運動的平穩(wěn)性和精確性； 3.要求傳動效率高，工作液體升溫低； 4.結構簡單緊湊，工作安全可靠，操作容易，維修方便等。 同時，在滿足工作性能的前提下，應力求簡單、經(jīng)濟及滿足環(huán)保要求。 液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)最常用的是乳化液和油。由于乳化液的粘性小易泄漏，潤滑性 差，易腐蝕，并且實現(xiàn)自動控制比較困難等缺陷?，F(xiàn)在越來越多的液壓系統(tǒng)采用油液 作為工作介質(zhì)。 本液壓系統(tǒng)通過對負載力和流量的初步估算，初步定為中等壓系統(tǒng)，即為 P20MPa。 3.2制定系統(tǒng)方案 1.執(zhí)行機構的確定：本系統(tǒng)執(zhí)行機構均是以液壓缸作往復運動帶動執(zhí)行機構執(zhí)行運 動的機械結構。根據(jù)系統(tǒng)的初步要求，初選兩個液壓缸，分別作為夾緊缸和鋸切缸。 2.夾緊缸動作回路：夾緊缸要對型材進行夾緊保證能夠正常鋸切，此液壓缸的動作 由換向閥控制，系統(tǒng)要求壓力始終保持恒定，所以系統(tǒng)中采用單向減壓閥，對夾緊缸 壓力進行控制。 3.鋸切缸動作回路：鋸切缸要控制鋸機的升降和在鋸切時產(chǎn)生鋸切力，同時在鋸機 不工作時，要保持鋸機處于待機狀態(tài)，不能因機構自身重力下降，所以在系統(tǒng)中安裝 液壓鎖使得鋸機能夠自鎖。而且，在鋸切時機構對于鋸機的進鋸速度有一定得要求， 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 7 頁 所以在回路中還安裝了雙單向節(jié)流閥，對進鋸速度能夠進行調(diào)節(jié)。 3.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖 通過上述對執(zhí)行機構、基本回路的設計，將它們有機的結合起來，再加上一些輔 助元件，便構成了設計的液壓原理圖。見圖 3.1 圖 3.1 液壓系統(tǒng)原理圖 此外，由于系統(tǒng)有很多電控閥的使用，電磁鐵工作順序表如下表 3.1 。 表 3.1 電磁鐵動作表 1DT2DT3DT4DT5DT 夾緊缸夾緊+ 夾緊缸退回+ 鋸切缸鋸切+ 鋸切缸退回+ 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 8 頁 系統(tǒng)安全卸荷 4 載荷的組成和計算 液壓缸載荷組成 1.工作負載 常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、擠壓力等。這些作用力 的方向與活塞運動方向相同為負，相反為正。 2.導軌摩擦負載 對于水平軌 (4.1.1) = （ + ） 對于 V 型導軌 (4.1.2) = （ + ）/ 2 式中 G運動部件所受的重力（N）; 外載荷作用于導軌上的正壓力（N）; 摩擦系數(shù)； V 型導軌的夾角，一般為 90。 3.慣性負載 慣性負載是運動部件在啟動加速或制動減速時的慣性力，其值可按牛頓第二 定律求出： = (4.1.3) 式中 g重力加速度，； = 9.8 2 時間內(nèi)的速度變化值； 啟動，制動速度轉(zhuǎn)換時間，一般機械取，對輕載低速 = 0.010.05 運動部件取小值，對重載高速部件取大值。行走機械一般 = 0.5 1.5 2。 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷 啟動加速時 (4.1.4) = + + 穩(wěn)態(tài)運動時 (4.1.5) = + 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 9 頁 減速制動 (4.1.6) = + 工作載荷并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則。 = 0 除外載荷外，作用于活塞上的載荷 F 還包括液壓密封處的摩擦阻力，由于 各種缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為： = （1 ） 式中 液壓缸的機械效率，一般取 0.900.95 = (4.1.7) = （1 ） 總載荷為 (4.1.7) = + 4.2各液壓缸載荷的計算 4.2.1夾緊缸的載荷計算 對加緊裝置進行受力分析：加緊裝置進給和退回的受力情況相同，所受到的摩擦 力和慣性力大小相同，方向相反，故摩擦力用表示，慣性力用表示。 f F a F 受力分析圖如下圖： 1.導軌摩擦負載： 假設夾緊端自身質(zhì)量為 G=100Kg 取由公式(4.1.1)可得： = 0.06 ， 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 10 頁 Ff=NG 8 . 588 . 910006 . 0 2.慣性負載： 取 =1m/，由公式(4.1.3)可得： 2 N t v g G Fa1001 8 . 9 980 3.外載荷 w F 非工作階段的外負載為: NFFF afw 8 . 158100 8 . 58 工作階段： 活塞桿只受來自型材夾緊力的反作用力，和自身的重力作用，并且自 身重力此時并不作為外負載存在。故： NFw2 .748138 . 97634 所以用工作階段外負載進行夾緊缸的載荷計算。 4.摩擦阻力： 取由公式(4.1.7)可得： = 0.95， NFF m m m m 54.3937 2 . 74813 95 . 0 95 . 0 11 5.總載荷： NFFF mw 74.7875054.3937 2 . 74813 4.2.2鋸切缸的載荷計算 機構鋸切過程受力分析如下圖： 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 11 頁 1.外載荷 Fw N FFF F nne w 5 . 10118980030037 2 8 . 93065 2 2.摩擦阻力： 取由公式(4.1.7)可得： = 0.95， NFF m m m m 55.532 5 . 10118 95 . 0 95 . 0 11 3.總載荷： NFFF mw 05.1065155.532 5 . 10118 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 12 頁 5 計算液壓缸的主要結構尺寸 初選系統(tǒng)工作壓力 要根據(jù)載荷大小和設備類型，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件及元件供 應情況等的限制而選擇壓力。當載荷一定時，工作壓力低，就必須加大執(zhí)行元件的結 構尺寸，對某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟；反之，壓 力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，這樣就會提 高設備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限的設備，壓力可以選低一些，行走 機械重載設備壓力要高些。具體參考表 5.1。 表 5.1 工作壓力初選表 載荷kN50 工作壓力 MPa 0.811.522.5334455 系統(tǒng)工作壓力的選定是否合理，關系到整個系統(tǒng)的合理程度。在本液壓系統(tǒng)中， 其中夾緊缸具有最大工作壓力。根據(jù)以上計算可知系統(tǒng)最大負載約為 78kN，參照表 5.1 可知工作壓力應大于 5MPa，故初選系統(tǒng)的工作壓力為 7MPa。 5.2液壓缸的主要結構尺寸計算 5.2.1液壓缸的主要結構尺寸組成 活塞桿受壓時 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 13 頁 (5.2.1) = = 1 1 2 2 活塞桿受拉時 (5.2.2) = = 1 2 2 1 式中 無桿腔活塞有效作用面積（） ； 1= 4 2 2 有桿腔活塞有效作用面積（） ； 1= 4 （ 2 2） 2 液壓缸工作腔壓力（） ； 1 液壓缸回油腔壓力（） ，即背壓力。其值根據(jù)回路的具體情況而定， 2 初算時可參照表 5.2 取值，差動連接時要另行考慮； 活塞直徑（m） ； 活塞桿直徑（m） 。 表 5.2 背壓選擇標準 系統(tǒng)類型背壓力MPa 簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5 回油節(jié)流調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6 回油路設置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5 用補油泵的閉式回路0.81.5 回油路較復雜的工程機械1.23 回油路較短，且直接回油箱可忽略不計 一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為 1= 2 2 1 （5.2.3） (5.2.2) 運用上式須事先確定與的關系，或是活塞桿徑 與活塞直徑 的關系，令桿 1 2 徑比，其值可按表 5.3 選取 = 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 14 頁 表 5.3 桿徑比選擇標準 工作壓力 MPa5.05.07.07.0 0.50.550.620.700.7 = 4 1 2（1 2） (5.2.4) 液壓缸直徑 D 和活塞桿徑 d 的計算值要按國標規(guī)定的液壓缸的有關標準進行圓整。 如與標準缸參數(shù)相近，最好選用國產(chǎn)標準液壓缸，免于自行設計加工。 5.2.2液壓缸的主要結構尺寸計算 1.夾緊缸的主要結構尺寸 根據(jù)外載荷力選取工作壓力為 7MP，根據(jù)系統(tǒng)取背壓為 0.5MPa，即,MPaP5 . 0 2 按工作壓力選取見表 5.2 取。 = ， = 0.7 由公式(5.2.4)可得： mm PP F D96.121 )7 . 01 (5 . 0714 . 3 74.787504 )1 ( 4 22 21 根據(jù)參考文獻1附表-12 圓整取值 D=125mm ，對其圓整得 d=90mm 5 . 877 . 0125Dd 2.鋸切缸的主要結構尺寸 根據(jù)外載荷力選取工作壓力為 2.5MPa,根據(jù)系統(tǒng)取背壓為 0.5MPa，即,按MPaP5 . 0 2 工作壓力選取見表 5.2 取。 = ， 5 . 0 由公式(5.2.4)可得： mm PP F D91.79 )5 . 01 (5 . 05 . 214 . 3 05.106514 )1 ( 4 22 21 根據(jù)參考文獻1附表-12 圓整取值 D=80mm mm 對其圓整得 d=40mm405 . 080Dd 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 15 頁 5.3計算液壓缸所需流量及實際工作壓力 液壓缸工作時所需流量 (5.4.1) = 式中 液壓缸有效作用面積（） ； 2 活塞與缸體的相對速度（） 。 實際工作壓力有公式： 1= + 2 2 1 轉(zhuǎn)化為： (5.4. 1= + 2 2 1 2) 5.3.1夾緊缸所需流量和實際工作壓力 1.所需流量 由公式(5.4.1)可得： 無桿腔： 73.6L/min6010000.10.125 4 3.14 VD 4 AVQ 22 有桿腔： min/ 4 . 356010001 . 0)09 . 0 125 . 0 ( 4 14 . 3 )( 4 2222 LVdDAVQ 2.實際工作壓力 由公式(5.4.2)可得： MPa A APF P66 . 6 125 . 0 4 14 . 3 10)09 . 0 125 . 0 ( 4 5 . 074.78750 2 622 1 22 1 5.3.2鋸切缸所需流量和實際工作壓力 1.所需流量 由公式(5.4.1)可得： 無桿腔： 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 16 頁 min/ 2 . 23601000077 . 0 08 . 0 4 14 . 3 4 22 LVDAVQ 有桿腔： min/ 4 .. 0 )04 . 0 08 . 0 4 14 . 3 )( 4 2222 LVdDAVQ 2.實際工作壓力 由公式(5.4.2)可得： MPa A APF P50 . 2 08 . 0 4 14 . 3 10)04 . 0 08 . 0 ( 4 5 . 005.10651 2 622 1 22 1 6 液壓元件的選擇 液壓缸的選用 根據(jù)計算的尺寸和液壓系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù),由文獻1選擇液壓缸： 夾緊缸為：YHG1E125/90 鋸切缸為： YHG1C80/40 由于鋸切缸，所以這個活塞桿需要進行壓桿穩(wěn)定性的校核。1038.29 40 1175 d l 由于此活塞桿為等截面積的桿，所以按等截面積計算法驗算 當 時 ，可按歐拉公式計算臨界載荷。 此時 (6.1.1) = 2 2 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 17 頁 式中 活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷（N） ； n末端條件系數(shù)； E活塞桿材料的彈性模量，對于鋼 ； = 2.11011 J活塞桿截面的轉(zhuǎn)動慣量()； 4 實心活塞桿 J=； 4 64 d活塞桿直徑（m） ； l活塞桿計算長度（m） ； k活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑； 實心活塞桿 = = 4 活塞桿橫截面積（） ； 2 m柔性系數(shù)。 當時，用戈登-蘭金公式計算臨界載荷， 此時 (6.1.2) = 1 + ( ) 2 式中 材料試驗強度值； a試驗常數(shù)。 鋸切缸： 10 4 40 4 d k 5 . 117 10 1175 k l = 90 1 = 90 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 18 頁 即nm k l 應按公式(6.1.1)驗算。 00196 . 0 64 04 . 0 14 . 3 64 4 d J Fkn l EJn Pk 2939401 175 . 1 00196 . 0 101 . 214 . 3 1 2 112 2 2 所以所選液壓缸滿足要求。 6.2液壓泵的選用 1.液壓泵的最大工作壓力的確定 1+ 式中 液壓缸最大工作壓力，對于本系統(tǒng)，最高壓力為 6.66MPa. 1 從液壓泵出口到液壓缸入口之間的總的管損失。的準確計算 要待元件選定并繪出管路圖時才能進行，初算時可按工作經(jīng)驗選取:管路簡單、流速不 大的，取=（0.20.5）；管路復雜，進口有調(diào)速閥的，取 =（0.51.5）。本系統(tǒng)取. MPaP5 . 0 MPaMPaPp16 . 7 )5 . 066 . 6 ( 2.液壓泵流量的確定 () 式中 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.11.3; 同時工作的液壓缸的最大總流量，對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速 的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取 。 0.5 10 43 從系統(tǒng)的工作原理可知，夾緊缸和鋸切缸在工作階段和返回階段需要同時供油， 所以液壓泵的最大供油量是夾緊缸和鋸切缸的總量之和。又因為在這個系統(tǒng)中有節(jié)流 調(diào)速系統(tǒng)的存在，所以需要加 的最小流量。 0.510 43/ 取泄漏系數(shù) K 為 1.2，則有： 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 19 頁 min/76.119)3 6 . 73 2 . 23(2 . 1)( max LQKQp 3.液壓泵的規(guī)格確定 為了使泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般比工作壓力大，泵 25%60% 的流量需大于系統(tǒng)所需的最大流量，由文獻1。選擇：CBF-F50/16 型齒輪泵 CBF-F50/16 型齒輪泵的技術參數(shù)如下： 壓力：20MPa 排量：63ml/r 額定轉(zhuǎn)速：2000r/min 4.液壓泵的驅(qū)動功率確定 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，則： (6.2.1) 泵= 式中：液壓泵的最大工作壓力（MPa） ； 液壓泵的流量（） ； 3/ 液壓泵的總效率。 取,由公式(6.2.1)可得： = 0.85 kw Qp P p pp 81.16 10006085 . 0 76.1191016. 7 6 泵 6.3電動機的選用 取聯(lián)軸器為 HL 型彈性柱銷聯(lián)軸器，其工作效率為 0.95。 kw69.17 95 . 0 81.16 95 . 0 泵 電 P P 所以選擇大于 20kw 的電機即可滿足要求，由文獻6,選擇型號 Y180M-4。 額定功率：18.5kw 額定轉(zhuǎn)速：1500r/min 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 20 頁 6.4液壓閥的選用 1.閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。 溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量 應滿足執(zhí)行機構最低穩(wěn)定速度的要求。 控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也許有 20以內(nèi)的短時 間過流量。 2.閥的型式，按安裝和操作方式選擇。 根據(jù)各支路的流量與壓力，選擇閥類元件見表 6.1。 表 6.1 選用的閥 序 號 名稱選用規(guī)格數(shù)量通過流量 （L/min） 工作壓力 (MPa) 1電磁換向閥4WE10Y10/A17521 2電磁換向閥4WE6J5116031.5 3疊加液控單向閥Z2S6112525 4疊加式雙單向節(jié)流閥Z2FS6112525 5疊加式單向調(diào)壓閥ZDR10DA18031.5 6電磁溢流閥DBW10120031.5 7管式單向閥S25A217531.5 6.5油管尺寸的計算 在液壓傳動中常用的管子有鋼管、銅管、膠管、橡膠軟管以及尼龍管等。 1.金屬管 液壓系統(tǒng)用管，有精密無縫鋼管（GB/T3639） 、輸送流體用無縫鋼管 （GB/T8163）或不銹鋼無縫鋼管（GB/T14976）等?？ㄌ资焦芙宇^必須采用精密無縫 鋼管，焊接式管接頭一般采用普通無縫鋼管，材料用 10 鋼或 20 鋼，中、高壓或大通 徑（DN80mm）采用 20 鋼。這些鋼管均要求在退火狀態(tài)下使用。 銅管有紫銅管和黃銅管。紫銅管用于壓力較低（P6.510MPa）的管路，裝配時 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 21 頁 可按需要來彎曲，但抗振能力較低，且易使油化，價格昂貴；黃銅管可承受較高壓力 （P25MPa） ，但不如紫銅管易彎曲。 在液壓系統(tǒng)中，管路連接螺紋有細牙螺紋（M） 、60圓錐管螺紋（NPT） 、米制錐 螺紋（ZM）,以及 55非密封管螺紋（G）和 55密封管螺紋（R） 。螺紋的型式一般根 據(jù)回路公稱壓力確定。公稱壓力小于等于 16MPa 的中、低壓系統(tǒng)，上述各種螺紋連接 形式均可采用。公稱壓力為 1631.5MPa 的中、高壓系統(tǒng)采用 55非密封管螺紋，或細 牙普通螺紋。 2.軟管 軟管是用于連接兩個相對運動部件之間的管路，分高、低壓兩種。高壓軟管是以 鋼絲編織或鋼絲纏繞為骨架的橡膠軟管，用于壓力油路。低壓軟管是以麻線或棉線編 織體為骨架的橡膠軟管，用于壓力較低的回油路或氣動管路中。 鋼絲編織（或纏繞）膠管由內(nèi)膠層、鋼絲編織（或纏繞）層、中間膠層和外膠層 組成（亦可增設輔助織物層） 。鋼絲編織層有 13 層，鋼絲纏繞層有 2、3 層和 6 層， 層數(shù)愈多，管徑愈小，耐壓力愈高，鋼絲纏繞膠管還具有管體較柔軟，脈沖性能好的 優(yōu)點。 6.5.1管道內(nèi)徑的計算 管子內(nèi)徑 d（單位：mm） ，按流速選取 d= v Q 4 式中: Q通過管道內(nèi)的流量（） ；sm / 3 v管內(nèi)允許流速（m/s）.薦用流速：對于吸油管；對于壓 12 油管，p2.5MPa 時，取 v=2m/s;p=(2.516MPa)時，（壓力smv/)43( 36 高、管道短或油粘度小的情況取大值，反之，取小值，局部或特殊情況?。?； 10 對于回油路。 1.52.5 本系統(tǒng)取吸油管道，壓油管道，回油管道。smv/0 . 1smv/3smv/2 1.液壓泵吸油管 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 22 頁 mmm v Q d45045 . 0 1000600 . 114 . 3 8 . 964 4 p 吸 2.泵到閥臺的壓油管 mmm v Q d26026 . 0 100060314 . 3 8 . 964 4 p 總 3.壓油管道 mmm v Q d23023 . 0 100060314 . 3 6 . 734 4 p 夾緊 mmm v Q d13013 . 0 100060314 . 3 2 . 234 4 p 鋸切 4.回油管道 mmm v Q d19019 . 0 100060214 . 3 4 . 354 4 p 夾緊 mmm v Q d14014 . 0 100060214 . 3 4 . 174 4 p 鋸切 6.5.2管道的選擇 按照以上內(nèi)徑的計算以及壓力的計算，查參考文獻1，選擇管徑如下： 1.液壓泵段管徑 液壓泵吸油管 取標準管內(nèi)徑為mmd50 總 泵到閥臺的壓油管 取標準管內(nèi)徑為mmd32 總 2.控制閥到各液壓缸的無桿腔段 取標準管內(nèi)徑為 mmd25 夾緊 取標準管內(nèi)徑為 mmd15 鋸切 3.控制閥到各液壓缸的有桿腔段 取標準管內(nèi)徑為 mmd25 夾緊 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 23 頁 取標準管內(nèi)徑為 mmd15 鋸切 6.5.3管接頭的選擇 上述所選鋼管均需與管接頭連接使用才能與液壓執(zhí)行元件和液壓泵相連，所以選 擇要管接頭，由參考文獻1取焊接式端直通管接頭 JBT966-1997。公稱壓力 32MPa; 工作溫度 t=-2580；型號分別為：M221.5；M332；M422；M482。 6.6油箱容積及尺寸確定 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作 用。油箱中安裝有很多輔件，如溫度儀表、壓力儀表、空氣過濾器及液位計等。 油箱可分為開式油箱和閉式油箱兩種。開式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱 蓋上裝有空氣過濾器。開式油箱結構簡單，安裝維護方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形 式。閉式油箱一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達 0.05 MPa。如果按油箱的形狀來分，還可分為矩形油箱和圓罐型油箱。矩形油箱制造容易， 箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用。本系統(tǒng)使用的是開式矩形油箱。 油箱設計時應考慮如下幾點。 1.油箱必須有足夠大的容積。 2.吸油管及回油管應插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。 3.吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠些，之間應設置隔板，以加大液流循環(huán) 的途徑。 4.為保持油液清潔，油箱應有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過濾器，注油及通 氣一般有一個空氣過濾器來完成。 5.油箱底部應距地面 150 mm 以上，以便搬運、放油和散熱。 6.對油箱內(nèi)表面的防腐處理要給予充分的準備。 初設計時，先按下式確定油箱的容量，待系數(shù)確定后，再按散熱的要求進行校核。 油箱容量的經(jīng)驗公式為： = 式中 液壓泵每分鐘排出壓力油的容積； 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 24 頁 a經(jīng)驗系數(shù)，冶金機械通常取 a =10。 LmaQV p 6 . 11971976 . 1 11976 . 0 10 3 由參考文獻1取油箱容量為 1250 L。 在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油 時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。 前面初步求得油箱的有效容積為 1250 L，即 1.25 m3,按 V=0.8abh 求得油箱各邊之 積為： 3 57 . 1 8 . 0 25 . 1 8 . 0 m V abh 取 a=1.3 m b=1.1 m h=1.1 m 6.7蓄能器的選擇 由于此蓄能器主要緩和液壓沖擊和吸收壓力脈動的作用，所以計算公式用： 0= 0.041(0.0164 ) 1 2 式中 蓄能器的容量，單位為 L； 0 閥口關閉前管內(nèi)流量，單位為 L/min； 閥口關閉前管內(nèi)壓力（絕對壓力） ，單位為 MPa； 2 系統(tǒng)允許的最大沖擊壓力（絕對壓力） ，單位為 MPa； 1 發(fā)生沖擊的管長，即壓力油源到閥口的管道長度，單位為 m； 閥口關閉時間，單位為 s，突然關閉時取 t=0； L pp tLQp Vo99 . 0 66 . 6 8 . 9 )050164 . 0 (8 . 9 8 . 9604 . 0 )0164 . 0 (04 . 0 21 1 由于上述計算沒有考慮液體的壓縮性和管道的彈性，所以所計算的容積偏小，須 適當放大。由于容積較小，所需蓄能器也就相應的較小，所以在選擇蓄能器的時候應 該選擇比較靈敏的蓄能