畢業設計_g30鋼管自動切斷液壓系統設計-文庫吧

【正文】 ing, the final checking the results to determine whether the system is based on reasonable and feasible. Keywords： Steel； cut off。； hydraulic 武漢工程大學 畢業設計（論文） 1 第一章 緒論 液壓系統在工程中的應用 液壓系統已經在各個工業部門及農林牧漁等許多部門得到愈來愈廣泛的應用 ,而越先進的設備 ,其應用液壓系統的 部分也越多 ,因此 ,對于機械專業的人員來說 ,學好液壓技術 ,能熟練設計簡單的液壓系統是基本的專業要求。 在造紙、紡織 、 塑料 、 橡膠等輕工業，造紙機 、 紡織機 、 注塑機 等機械設備上都有大量使用著液壓系統，在礦山、石油、冶金、加工等重工業中，由于液壓系統能傳遞很大的能量而設備的重量相對其他傳動方式具有較小的重量，所以，具有更廣泛的應用。例如，礦井支架、石油鉆井平臺、高爐爐頂設備、鋼坯連鑄機、板帶扎機壓下系統、壓力機、壓力機、快鍛機等設備上液壓系統被廣泛得使用著。其他在電力、建筑、水利、交通、船舶、航天、汽車等行業，液壓系 統也是重要的組成部分。至于航天、軍工等廣泛采用先進技術的部門，液壓系統更是得到廣泛的應用。機床行業是最多使用液壓技術的行業之一，雖然目前由于電動機傳動技術中的交流變頻技術的發展是電動機驅動奪回不少液壓驅動的范圍，但在大功率或往復運動的場合，液壓系統還是被廣泛使用。 液壓傳動的優缺點 目前廣泛應用的傳動方式主要有機械傳動 、電氣傳動、氣壓傳動和液壓傳動，他們各有優缺點，下面著重闡述液壓系統的優點與缺點。 液壓傳動是用液體作為介質來傳遞能力的，液壓傳動與上述三種傳動比較有以下的優點： 1) 易于獲得較大的力或力矩， 液壓傳動是利用液體的壓力來傳遞力或力矩的。液壓泵可以獲得較高的壓力，目前液壓泵可達壓力 35Mpa，因此液壓缸或液壓馬達可以獲得很大的力或力矩。例如，一個 30㎝ 直徑的液壓缸，當壓力為 21Mpa 時，可以獲得 106的推力，因此被廣泛應用于需要很大力或力矩的重型機械上。 武漢工程大學 畢業設計（論文） 2 2) 功率重量比大，功率總量比是指其輸出功率與其重量的比值。功率重量比大的設備即重量和體積較小而能輸出較大的功率。例如，飛機上的液壓泵，每千瓦功率的重量只有 ㎏，而電動機每千瓦的重量達 — 2㎏，所以在要求傳遞較大的功率而又不允許有較大 的體積的情況下應采用液壓傳動。 3) 易于實現往復運動，液壓缸對實現往復運動是最容易的，而電動機則須通過齒輪或癡齒條等機構把旋轉運動變成直線運動。 4) 易于實現較大范圍的無級調速。液壓傳動通過調節液體流量就可以方便地實現無級調速，而且調速范圍大。例如，用節流閥調節流量時，其流量變化可以從，調速比可達 5000，其他形式的傳遞比是無可比擬的。 5) 傳遞運動平穩，由于液壓流體的控制可以在非常小的流量時仍然很均勻，所以設備的運動速度可以很平穩。例如機床可以實現 1mm/min 以下的爬行穩定進給 。 6) 可以實現快速而且無沖擊的變速和換向。這是由于液壓機構的功率比較大，所以設備得慣性小，因此反應速度就快。例如，液壓馬達的轉動慣量不超過同功率電機的 10％，故啟動中等功率的電動機需要 1— 2s，而同等功率的液壓機械的啟動時間不超過 。故在高速換向頻繁的機床上采用液壓傳動可使換向沖擊大大減少。 7) 與機械傳動相比易于布局和操縱，液壓傳動部件由管道相連，故安裝在位置上有很大的自由度，各部件可以安裝在我們希望的位子上。 8) 易于防止過載事故。故在液壓傳動中可以方便地使用液壓閥來控制系統的壓力，從而防止過載，避免事故的 發生，而且可以通過安裝在系統中的壓力計來了解各處的工作情況和壓力大小，而在機械傳動中各處的負載大小就不易觀測。 9) 自動潤滑，元件壽命較長。液壓傳動中使用的介質大都為礦物油，它對液壓部件產生潤滑作用，因此液壓元件有自潤滑作用，其壽命就較長。 10) 易于實現標準化、系列化。各種液壓系統都是由液壓元件組成，因此對液壓元件實現標準化、系列化，可大大提高生產效率，降低成本，提高產品質量。 與其它傳動形式相比，液壓系統傳動也有其自身的缺點，下面簡要陳述以下液壓系統的缺點。 武漢工程大學 畢業設計（論文） 3 1) 容易出現泄露。由于液壓系統的油壓很高，因此液壓油容易通 過密封或間隙，內泄漏則降低容積效率，外泄漏則引起介質的消耗，同時又引起環境污染。 2) 有的黏度隨溫度變化，引起工作機構運動不穩定。由葉黏度變化則引起阻力變化，故通過的流量或泄漏量也隨溫度而變化，這就會引起工作機構運動速度不穩定。 3) 空氣滲入液壓油后會引起爬行 、振動、噪聲，空氣進入液壓系統后，由于氣體的壓縮性大，所以低壓到高壓或從高壓到底壓，就會產生較大的體積變化、噪聲和爬行等。 4) 用礦物油作液壓介質，油燃燒危險，應注意防止。 5) 礦物油與空氣接觸會發生氧化，使油變質。 6) 液壓元件的零件加工質量要求較高，為了減少泄露，減少 摩擦，所以零件的配合間隙要小，因此零件加工的質量要求就很高，成本也提高了。 液壓系統的分類及液壓功能回路的作用 按液壓系統的應用場合分類 這是最簡單的分類方法，如農業用液壓系統 、船舶用液壓系統等。這類分類方法的優點是從名詞就能看出其應用場合，其缺點是看不出該液壓系統的特點及要完成的動作 。 按循環方式分類 按介質的循環方式可分為開式液壓系統和閉式液壓系統下面簡單的列舉兩個例子以作說明，如下圖所示： 武漢工程大學 畢業設計（論文） 4 1) 開式液壓系統 如圖 1— 3— 1 所示，液壓泵自油箱吸油，供給液壓缸或液壓馬達作功，而液壓缸或液壓馬達回 油則流回油箱。開式液壓系統結構簡單，油箱是系統中介質的吞吐或存儲場所，油液在油箱中散熱冷卻或沉淀雜質，開式液壓系統的液壓缸或液壓馬達在制動或換向過程中，外負載慣性所產生的能量是不能回收的，只能消耗在制動過程中的發熱上。 2) 閉式液壓系統 圖 1— 3— 2所示為一典型的閉式液壓系統。液壓泵 a的進出油口與液壓馬達 b的進出油口分別用管道相連，馬達的回油不回油箱而直接回到液壓泵的進油口 ,形成閉合回路 ,操縱液壓泵 a 的變量機構可改變液流的方向 ,從而使馬達換向 .為了使閉式液壓系統正常工作 ,除了液壓泵和液壓馬達組成的閉合回路 ,還需 一些元件組成輔助回路。閥 1 至 5 組成雙向安全閥 ,防止管 A、 B內的油壓超過單向閥 3的調定值。為補充系統的泄漏，還需設置一個輔助的小泵 c，其工作壓力由溢流閥 6 調定，應略微高于液壓馬達的背壓，而液壓泵 c的流量應略高于系統的泄漏量，液壓泵 c 的輸出的油經過過濾器，單向閥 1 或 2 補充到系統的低壓邊，多余的流量經溢流閥 6流回油箱。 武漢工程大學 畢業設計（論文） 5 閉式液壓系統的結構復雜，但油箱的容積小、結構緊湊，馬達背壓接供入泵的吸油口，降低對泵自吸能力的要求。而開式液壓馬達的背壓不能接液壓馬達的吸油口而只能變成熱能在背壓閥中白白消耗掉。 閉式液壓系統制動 過程可通過操縱泵 a的變量機構使排量逐漸為零二實現的。在此過程中，外負載的慣性力變成主動力，拖動液壓馬達 b 變成液壓泵工況，將油流輸給液壓泵 a，使液壓泵 a呈液壓馬達工況而帶動電動機加速旋轉而發電，輸給電網中其他負載。 由上可見，開式液壓系統使用于功率較小的機構，而閉式液壓系統則適用于液壓泵由電動機帶動的下述機構：外負載大且換向頻繁的機構，重力下降機構，外負載大的重力下降機構。 按一個液壓泵所驅動的執行機構的形式和數量分類 按一個泵所驅動的執行機構的數量和形式分類可分為：組合式系統、獨立式系統、獨聯系統。因為 比較復雜，不做詳細介紹。 武漢工程大學 畢業設計（論文） 6 第二章 系統方案論證 液壓泵站的論證 液壓泵的論證 液壓泵站一般由液壓泵、集成塊或閥組合、油箱以及一些液壓輔助元件組成。它的工作原理是 :電機帶動油泵轉動 ,油泵從油箱中吸油 ,將機械能轉化為壓力能 ,液壓油通過集成塊被液壓閥實現壓力、方向、流量的改變。 在液壓傳動系統中 ,液壓泵是將動力機械傳輸的機械能轉化為流動液體的壓力能的能量轉化裝置 ,屬于動力元件 ,其作用是給液壓系統提供足夠的壓力油以驅動系統工作。它的工作原理是依靠液壓泵密封工作腔容積大小交替改變來實現 的。 液壓泵的主要技術參數包括 :壓力、排量、流量、轉速、效率等。 液壓泵的種類很多。按泵的排量是否可以調節可以分為變量泵和定量泵兩大類；按排油方式可分為單向泵和雙向泵；按內含泵數量又可以分為單泵式和雙泵式、多聯泵；按劑子的結構可以分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵，其中齒輪泵又可以分為外嚙合式和內嚙合式兩種，葉片泵可分為單作用式和雙作用式兩種，柱塞泵又可以分為軸向式和徑向式。 本次設計的系統是針對鋼管自動切斷系統使用的液壓夾緊及傳動系統，它的工作環境，要求動力轉化裝置的輸出動力穩定，傳動速度可調，維護修理方便，有人 性化的工作環境，在技術條件允許的情況下，應盡量選擇噪音污染低的液壓泵。 值得注意的是，在機械液壓系統中，當壓力低于 21Mpa 時，推薦采用雙作用葉片泵。葉片泵有單作用和雙作用兩大類。雙作用葉片泵以結構緊湊、徑向力平衡、壽命長、運轉平穩、輸出流量均勻、脈動小、噪聲低而在機床等中高壓系統中得到廣泛的應用，但其抗污染能力差，對油液的清潔度要求較高。 油箱 武漢工程大學 畢業設計（論文） 7 油箱在液壓系統中作用主要是： a) 貯存系統循環所需的油液； b) 釋放系統工作時所釋放的熱能； c) 釋放混入油液中 的氣體 雜質。 液壓系統中的油箱有整體形勢油箱、 分離式油箱；開式油箱、閉式油箱；上置式油箱、下置式油箱、放置式油箱。 整體式油箱是利用主機的內腔作為油箱，結構緊湊，易于回收漏油，但維修不便，散熱條件不好，會使主機產生熱變形；分離式油箱單獨設置，與主機分離，減少了油箱發熱和液壓泵的震動對主機工作精度的影響，應用較為廣泛。 所謂開式油箱是油箱液面與大氣相通的油箱，應用最廣。而閉式油箱則是油箱液面與大氣隔絕。這種油箱的優點在于泵的吸由條件好，但系統的回油管、泄油管要承受背壓，油箱還需配置安全閥、電接點壓力表等以穩定充氣壓力，所以它只在特殊場合下使用。 本次設計 采用的是分離式的下置油箱。 液壓輔助元件 液壓輔助元件包括油箱和管接頭、密封件、過濾器、熱交換器等，它們是液壓系統不可或缺的部分。一般來說，輔助元件都已標準化，可以直接選用。 為了保持油液清潔，一方面盡可能防止或減少油液污染，另一方面把已污染的油液凈化。在液壓系統中一般采用過濾器來除去外部混入或系統工作中內部產生在油液中的固體雜質，保持液壓油的清潔，延長液壓油的使用壽命，保證液壓系統工作的可靠性。故在本次設計中需采用過濾器。 液壓管道和管接頭時連接液壓元件、輸送壓力油的裝置，設計液壓系統時需 要選擇正確的管道和管接頭。管徑過大，會使液壓裝置的結構過大，增加不必要的成本浪費；管徑過小，又會使管內流體得流速過高，不但會增加壓力損失，降低系統效率，而且會引起振動和噪音。 武漢工程大學 畢業設計（論文） 8 液壓執行元件的方案論證 將液壓介質的壓力能轉化為機械能的能量轉換裝置叫做液壓執行元件 .它依靠壓力油液驅動與其外伸桿或相連的工作機構運動而做功 .按輸出運動形式的不同 ,液壓執行元件可分為液壓缸、液壓馬在和擺液壓馬達三類。 液壓缸是將液體壓力能轉化為機械能的執行元件。液壓缸一般用于實現直線往復或擺運動等。由于它的結構簡單、工作可 靠，因而在很多液壓傳動機構中得到了廣泛的應用。由于本系統中的液壓缸是用作推動工作臺上的圓形鋸片作往復直線運動，所以采用液壓缸。 液壓缸的種類繁多，按作用方式，可分為單作用和雙作用液壓缸。單作用液壓缸只有一個工作油口。在壓力作用下，活塞桿或者柱塞伸出，返回行程靠重力或彈簧力來實現。雙作用液壓缸有兩個工作油口，活塞的往復運動都是壓力油的作用下實現的。按結構形式，可把液壓缸分為柱塞式液壓缸、活塞式液壓缸、伸縮套筒式液壓缸、組合式液壓缸等。 活塞式液壓缸主要由缸筒、活塞、活塞桿、密封件等零件組成。活塞式液壓缸有雙活 塞桿式和單活塞桿式，活塞桿有實心的、也有空心的。由于設計中的活塞桿相連的鋸片在單側進行運動，所以采用單活塞桿式。又由于本系統中的液壓缸需要在換向閥及其它閥類的控制下完成往復運動，即液壓缸的伸出行程和往復行程都是在壓力油的作用下完成的，所以系統采用的液壓缸是雙作用活塞式，這樣才能保證工作循環中快進、工進、暫停和快退的動作順序有兒實現。綜合所述，此次設計，液壓系統采用的執行元件采用直線往復、雙作用單活塞桿式液壓缸。 液壓控制部分的方案論證 液壓系統中的抓賭我伯是指各類液壓控制閥，其作用是通過調節液壓 系統中油液的流向、壓力和流量，從而使執行元件及其驅動的工作機制獲得所需的運動方向。推力及運動速度等，滿足不同的動作要求。液壓閥性能的優劣、工作是否可靠對整個系統能否正常工作產生直接影響。 液壓閥按用途可分為壓力閥、流量閥、方向閥；按閥的管路連接方式可分為螺紋連接、板式連接、法蘭連接；按壓力級別分為中低