棒材軋機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)格4) 對液壓系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算必要時(shí)，對液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進(jìn)行演算，但是有經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)過的同類型設(shè)備可供類比參考，或者有可靠的試驗(yàn)結(jié)果，那么也可以不再進(jìn)行驗(yàn)算。5) 繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件設(shè)計(jì)的最后一步是要整理出全部圖紙和技術(shù)文件。正式工作圖一般包括如下內(nèi)容：液壓系統(tǒng)原理圖；液壓站總裝圖；液壓泵、液壓閥及管路的安裝總圖。技術(shù)文件一般包括以下內(nèi)容：基本件、標(biāo)準(zhǔn)件、通用件及外購件匯總表，液壓系統(tǒng)安裝和調(diào)試要求，設(shè)計(jì)說明書等?？傮w步驟如下：棒材軋機(jī)液壓系統(tǒng)若能正常工作必須由以下五部分組成：1) 動(dòng)力元件:它是把原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置，一般由電動(dòng)機(jī)和液壓泵組成，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油。2) 執(zhí)行元件:它是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用是在壓力油的推動(dòng)下輸出力和速度(直線運(yùn)動(dòng))，或力矩和轉(zhuǎn)速(回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))。這類元件包括各類液壓缸和液壓馬達(dá)。3) 控制調(diào)節(jié)元件:它是能控制或調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油的壓力、流量或方向，以保證執(zhí)行裝置完成預(yù)期工作的元件。這類元件主要包括各種液壓閥，如溢流閥、節(jié)流閥以及換向閥等。4) 輔助元件:輔助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接頭、濾油器、壓力在以及流量計(jì)等。這些元件分別起散熱貯油、蓄能、輸油、連接、過濾、測量壓力和測量流量等作用，以保證系統(tǒng)正常工作，是液壓系統(tǒng)不可缺少的組成部分o5) 工作介質(zhì):它在液壓傳功及控制今起傳遞運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力從信號的作用。工作介質(zhì)為液壓油或其它合成液體。棒材軋機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理：液壓泵首先向系統(tǒng)提供壓力油，推動(dòng)油缸伸出。當(dāng)壓力升至工作壓力時(shí)，壓力繼電器發(fā)訊使液壓泵電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此刻系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)，即由蓄能器和液控單向閥構(gòu)成的保壓回路使油缸保持工作壓力，從而通過液壓缸推動(dòng)軋機(jī)工作。表31液壓缸外負(fù)載工況計(jì)算公式外負(fù)載kN啟動(dòng)Ffs400加速Ffd+ Fa Error! No bookmark name given.533快進(jìn)Ffd200工進(jìn)Fe+ Ffd2200反向啟動(dòng)Ffs400加速Ffd+ Fa533后退Ffd2001) 初選液壓系統(tǒng)壓力系統(tǒng)壓力選定得是否合理，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下，若系統(tǒng)壓力選得過低，則液壓元、輔件的尺寸和重量就增加，系統(tǒng)造價(jià)也相應(yīng)增加；若系統(tǒng)壓力選得較高，則液壓設(shè)備的重量、尺寸會相應(yīng)降低，但制造精度等要求的提高。查參考文獻(xiàn)[2]，表20211，初定系統(tǒng)壓力為25MPa。2) 液壓缸主要尺寸查參考文獻(xiàn)[3]，P14，單活塞桿液壓缸無桿腔為工作腔時(shí)，計(jì)算公式為： =F++Ffc （公式1）式中， p1——液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力，Pp=25MPa； P2——液壓缸回油背壓力(系統(tǒng)壓力過大背壓可忽略不計(jì))，MPa；d／D——活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比； F——液壓缸最大負(fù)載。 Ffc——液壓缸密封處摩擦力，他的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率ηcm進(jìn)行估算 F+ Ffc=F/ηcm （公式2）式中 ηcm——液壓缸的機(jī)械效率，~公式可化簡為 D2=4(F+ Ffc) /πp1 計(jì)算得各個(gè)液壓缸的內(nèi)徑，查表標(biāo)準(zhǔn)化列表如下：表32液壓缸內(nèi)徑液壓缸直徑D(mm)d（mm）液壓缸4002803) 計(jì)算在各工作階段所需的流量確定液壓缸的流量查參考文獻(xiàn)[1]，P18，液壓缸的流量計(jì)算， 式中， ——液壓缸的流量，L/min；D——液壓缸內(nèi)徑，m；V——活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，m/min。計(jì)算得負(fù)載缸快進(jìn)時(shí)所需流量：=πD2v/4=2247。460=15L/min。負(fù)載缸工進(jìn)時(shí)所需流量：Q=負(fù)載缸快退時(shí)所需流量：Q=15L/min計(jì)算得各執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需最大流量列表如下表33液壓缸最大流量液壓缸所需最大流量（L/min）負(fù)載缸1壓力和選擇泵的規(guī)格液壓泵在壓裝的工作過程中向液壓缸供油（每次只對一組液壓缸供油），選流量最大的液壓缸對泵進(jìn)行計(jì)算。1) 泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： P＝P1+∑△P 式中 P——液壓泵最大工作壓力，MPa； P1——執(zhí)行元件最大工作壓力，MPa； △P——進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)由于系統(tǒng)壓力過大忽略不計(jì)將P1=25Pa ，△P =0 MPa 代入公式得：P＝P1+∑△P=25MPa上述計(jì)算得的是系統(tǒng)的靜壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過按階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，因此選泵的額定壓力Pn應(yīng)滿足Pn≥(～)P。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值，液壓缸按中低壓系統(tǒng)取小值，則：Pn=25=。2) 泵的流量確定液壓泵的最大流量由文獻(xiàn)[1] P5得： Q≥(∑) 式中 Q——液壓泵的最大流量，L/min；∑——同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，L/min； ——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=~，現(xiàn)取=。 Q=15L/min=18L/min。3) 選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上算得的P和Q查閱文獻(xiàn)[2]，再根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研,現(xiàn)選用25PCY141B型恒壓變量式軸向柱塞泵。該泵的參數(shù)為：排量25mL/r，額定壓力為32 Mpa。選擇電動(dòng)機(jī)的公式依據(jù)查參考文獻(xiàn)[2] P52（公式2023）進(jìn)行驗(yàn)算，即： P= 式中 P——所選電動(dòng)機(jī)額定功率，KW； PS——泵的額定壓力，MPa； Q——泵的額定流量，L/min； ψ——轉(zhuǎn)換系數(shù)； ηp——液壓泵的總效率。查參考文獻(xiàn)[2]，P156，表2059確定各個(gè)參數(shù)：ηp=，ψ=，25PCY141B型恒壓變量式軸向柱塞泵的輸出流量為25mL/r，額定壓力PS =32 MPa，得： P= = 所需電動(dòng)機(jī)功率為P=。查閱參考文獻(xiàn)[2]，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選擇Y160M型電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。、繪制液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)圖是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要步驟。這一步要做的主要工作：一是選擇基本回路，二是把選出的回路組成液壓系統(tǒng)。 1) 調(diào)壓回路壓力調(diào)定回路是最基本的調(diào)壓回路。溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)該大于液壓缸的最大工作壓力，其中包含液壓管路上各種壓力損失。2) 調(diào)速回路進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路使用普遍，但由于執(zhí)行元件的回油不受限制，所以不宜用在超越負(fù)載(負(fù)載力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同)的場合。閥應(yīng)安裝在液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油路上，多用于輕載、低速場合。對速度穩(wěn)定性要求不高時(shí)，可采用節(jié)流閥；對速度穩(wěn)定性要求較高時(shí)，應(yīng)采用調(diào)速閥。該回路效率低，功率損失大。3) 方向控制回路換向回路一般都采用換向閥來換向。換向閥的控制方式和中位機(jī)能依據(jù)主機(jī)需要及系統(tǒng)組成的合理性等因素來選擇，當(dāng)換向閥左邊工作時(shí)，液壓缸活塞向右方向的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)換向閥左邊不工作時(shí)，向左方向則可以運(yùn)動(dòng)。這臺軋機(jī)很適宜選用節(jié)流調(diào)速方式。節(jié)流閥是通過改變節(jié)流口通流面積或通流通道的長短來改變局部阻力的大小，從而實(shí)現(xiàn)對流量的控制。從液壓缸工作循環(huán)圖可知，各工作進(jìn)給時(shí)是中壓小流量，故可選用單泵供油回路。該系統(tǒng)的泵剛開始工作時(shí)，系統(tǒng)是空轉(zhuǎn)運(yùn)行的，可以在主油路上接溢流閥，采用電磁換向閥進(jìn)行空載與負(fù)載工作之間的轉(zhuǎn)換。各個(gè)回路如下圖所示1) 工進(jìn)快進(jìn)回路2) 液壓站液壓站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在液壓站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，遵循在滿足系統(tǒng)工作要求的前提下，盡量簡化系統(tǒng)原理的原則。設(shè)計(jì)方案如下：l 液壓泵采用一用一備，確保系統(tǒng)正常工作。l 機(jī)床在工作時(shí)，系統(tǒng)熱量主要由泵產(chǎn)生，起產(chǎn)生的熱量有限，因此，在設(shè)計(jì)液壓站冷卻系統(tǒng)時(shí)，只在回油管上設(shè)置冷卻器，不再設(shè)計(jì)自循環(huán)冷卻系統(tǒng)。將各個(gè)回路圖合成，整個(gè)軋機(jī)的液壓系統(tǒng)圖就初步繪制了，再檢查并加以補(bǔ)充完善，便可以繪制出正式的液壓系統(tǒng)原理圖。如下圖所示。液壓閥的選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高壓力和通過閥的實(shí)際流量以及閥的操縱、安裝方式等，需要注意的問題是：1)確定通過閥的實(shí)際流量 ，此時(shí)注意通過管路的流量與油路串、并聯(lián)的關(guān)系：油路串聯(lián)時(shí)系統(tǒng)的流量即為油路中各處所通過的流量；油路并聯(lián)中各油路同時(shí)工作時(shí)系統(tǒng)的流量等于各條油路通過流量的和。2)單活塞桿液壓缸兩腔回油的差異 活塞外伸或內(nèi)縮時(shí)的回油流量是不同的，內(nèi)縮時(shí)無桿腔回油流量與外伸時(shí)有桿腔的回油流量之比，等于兩腔活塞面積之比。3)控制閥的使用壓力、流量，不要超過其額定值 ，如控制閥的使用壓力、流量超過了其額定值，就易引起液壓卡緊或卡死，對控制閥及系統(tǒng)工作質(zhì)量產(chǎn)生的不良影響。根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇液壓元件，具體詳見原理圖和裝配圖。在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算過程中及設(shè)計(jì)完結(jié)，需要對它的技術(shù)性能進(jìn)行驗(yàn)算，以便從幾種設(shè)計(jì)方案中比較出最佳方案或判斷其設(shè)計(jì)質(zhì)量。當(dāng)系統(tǒng)元、輔件規(guī)格和管道尺寸確定后．并繪出管路裝配草圖，即可進(jìn)行系統(tǒng)壓力損失△P的計(jì)算。它包括管路的沿程壓力損失、局部壓力損失及閥類元件的局部損失△P3，查參考文獻(xiàn)[3]，P38，公式： 式中 ——管道長度； ——管道內(nèi)徑； ——液流平均速度； ——液壓油密度； ，——局部阻力和沿程阻力系數(shù)； ——閥的額定流量； ——通過閥的實(shí)際流量； ——閥的額定壓力損失。 查參考文獻(xiàn)[2]，P2065，系統(tǒng)中最長的管路，內(nèi)徑d=，長=2 m，通過流量Q=36m3/s，工作介質(zhì)為20號機(jī)油，工作壓力下的粘度γ=20106m2/s,密度ρ=900Kg/m3。 管內(nèi)流速由公式： ν= ν===； 雷諾數(shù)由公式： Re= Re===*104； 因 4000＜Re＜100000 故沿程阻力系數(shù)===； = ，計(jì)算得沿程阻力損失： == MPa。 查參考文獻(xiàn)[2]，閥類元件的局部損失△P3： MPa，得： = = MPa； 查參考文獻(xiàn)[2]P2065，管接頭、彎頭、相貫孔的局部壓力損失很小，可不計(jì)，所以，液壓系統(tǒng)的壓力損失=++= MPa。 計(jì)算出的液壓系統(tǒng)的壓力損失與選系統(tǒng)工作壓力時(shí)選定的壓力損失很接近，故無須更正系統(tǒng)參數(shù)。液壓系統(tǒng)效率η是系統(tǒng)的輸出功率(即執(zhí)行元件的輸出功率)N0與其輸入功率(即液壓泵的輸入功率)NP之比，查參考文獻(xiàn)[3] P39，得系統(tǒng)計(jì)算公式： 式中 —— 液壓泵的總效率； ——執(zhí)行元件的效率； ——回路效率， 又由 ——系統(tǒng)輸給同時(shí)動(dòng)作的執(zhí)行元件的功率，KW； ——同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的各液壓泵的輸出功率，KW。查參考文獻(xiàn)[2]，P285，得=~，取=；液壓泵的總效率=，回路效率==，則系統(tǒng)的總效率： == 5. 液壓站的設(shè)計(jì)液壓站是由液壓油箱、液壓泵裝置及液壓控制裝置三大部分組成。液壓油箱裝有空氣濾清器、濾油器、液面指示器和清洗孔等。液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其它們之間的聯(lián)軸器等。液壓控制裝置是指組成液壓系統(tǒng)的各閥類元件及其聯(lián)接體。液壓站的結(jié)構(gòu)型式有分散式和集中式兩種類型。1)集中配置型液壓裝置是將系統(tǒng)的執(zhí)行器安放在主機(jī)上，而將液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助元件等安裝在主機(jī)之上，按照操作執(zhí)行器的液壓控制裝置的安放位置及液壓站的功能，又可進(jìn)一步將液壓站分為動(dòng)力型液壓站和復(fù)合型液壓站兩種結(jié)構(gòu)類型。散裝在主機(jī)各適當(dāng)位置上的動(dòng)力型液壓站，其形態(tài)較為簡單，它主要由液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、油箱及附件、少數(shù)控制原器件等組成，因此經(jīng)常稱之為液壓站。其主要功能是為液壓執(zhí)行器提供一定壓力、流量。而系統(tǒng)的控制任務(wù)主要由散裝在主機(jī)各處的控制閥來成擔(dān)。 復(fù)合型液壓站是將系統(tǒng)中液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、油箱及附件、液壓控制裝置及其它輔助元器件等安裝在主機(jī)之上，系統(tǒng)的執(zhí)行器仍然安裝在主機(jī)上。這種型式將軋機(jī)按壓系統(tǒng)的供油裝置 ,控制調(diào)節(jié)裝置獨(dú)立于機(jī)床之外，單獨(dú)設(shè)置一個(gè)液壓站。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是安裝維修方便，按壓裝置的振動(dòng)、發(fā)熱都與機(jī)床隔開；缺點(diǎn)是液壓站增加了占地面積。2） 分散配置型液壓裝置是將液壓控制系統(tǒng)的液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行原器件和輔助元件按照機(jī)械設(shè)備的布局、工作特性和操作要求等分散設(shè)計(jì)在主機(jī)的適當(dāng)位置，液壓系統(tǒng)各組成元件通過管道連接起來。分散配置型液壓裝置的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省安裝空間。缺點(diǎn)是元件布置零亂，安裝維護(hù)復(fù)雜。這種型式將軋機(jī)液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置分散在機(jī)床的各處。例如利用軋機(jī)機(jī)身或底座作為液壓油箱存放液壓油。把控制調(diào)節(jié)裝置放任便于操作的地方。3） 復(fù)合型液壓站不僅具有向執(zhí)行器提供液壓動(dòng)力的功能，同時(shí)還兼具控制調(diào)節(jié)功能。按照液壓控制裝置是否安裝在液壓站上，此種液壓站又可分為整體式液壓站和分離式液壓站。整體式液壓站是將液壓控制閥組及蓄能器等均安裝在液壓泵站上。分離式液壓站是將液壓泵及電動(dòng)機(jī)和油箱及附件、液壓控制裝置和蓄能器等分散裝成液壓泵站、液壓閥組和蓄能器等幾部分，各部分之間按照液壓系統(tǒng)原理圖中確定的油路關(guān)于連接起來。 在本次設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省占地面積，力圖做到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，采用分散式。在開式傳動(dòng)的油路系統(tǒng)中，油箱是必不可少的，它的作用是，貯存油液，凈化油液，使油液的溫度保持在一定的范圍內(nèi)，以及減少吸油區(qū)油液中氣泡的含量。因此，進(jìn)行油箱設(shè)計(jì)時(shí)候，要考慮油箱的容積、油液在油箱中的冷卻、油箱內(nèi)的裝置和防噪音等問題。1)油箱的有效容積油箱應(yīng)貯存液壓裝置所需要的液壓油，液壓油的貯存量與液壓泵流量有直接關(guān)系，在一般情況下，油箱的有效容積可以用經(jīng)驗(yàn)公式確定： 式中，——油箱的有效容積（L）； Q ——油泵額定流量（L/min）； K ——系數(shù)；查參考文獻(xiàn)[1]，取K=8，油泵額定流量Q=18L/min，代入公式計(jì)算得： =818=144 L油箱有效容積確定后，還需要根據(jù)油溫升高的允許植，進(jìn)行油箱容積的驗(yàn)算。1) 油箱容積的驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的壓力、容積和機(jī)械損失構(gòu)成總的能量損失，這些能量損失轉(zhuǎn)化為熱量，使系統(tǒng)油溫升高，由此產(chǎn)生一系列不良影響。為此，必須對系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算，以便對系統(tǒng)溫升加以控制。液壓系統(tǒng)發(fā)熱的主要原因，是由于液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失以及溢流閥的溢流損失所造成的，當(dāng)液壓油溫度升高后，會引起油液粘度下降，從而導(dǎo)致液壓元件性能的變化，壽命降低以及液壓油老化。因此，液壓油必須在油箱中得到冷卻,以保證液壓系統(tǒng)正常工作。l 系統(tǒng)總的發(fā)熱公率系統(tǒng)總的發(fā)熱公率H是估算得來的，查參考文獻(xiàn)[1]，P46，得系統(tǒng)總的發(fā)熱公率H估算公式： 式中，N——液壓泵輸入功率（ KW）； ——執(zhí)行元件的有效功率（KW）；若一個(gè)工作循環(huán)中有幾種工況，則應(yīng)求出其總平均有效功率，系統(tǒng)總的發(fā)熱公率：H=N（1η） 式中 η——系統(tǒng)總效率。 由查參考文獻(xiàn)[5]，液壓泵輸入功率：N=Ndη1 式中Nd——電動(dòng)機(jī)功率（KW）； η1——聯(lián)軸器傳動(dòng)效率。查參考文獻(xiàn)[5]，P7，取η=，代入公式得： N== 所以，液壓泵輸入功率N=。將N=，得： H= N（1η）=（）KW=。l 散熱功率及溫升油路系統(tǒng)的散熱,主要靠油箱表面散熱,油箱的散熱功率可以用下式進(jìn)行估算： =KA(KW) 式中, K——油箱的散熱系數(shù)（KW/℃）； A——油箱散熱面積（）；——系統(tǒng)溫升植（℃）。其中，油箱的散熱面積可以用下式估算A= （） 式中，——油箱的有效容積（L）。 液壓系統(tǒng)的熱平衡條件： 機(jī)器在長期連續(xù)工作下，應(yīng)該保持系統(tǒng)的熱平衡，其熱平衡式為： H=0， HKA=0， 查參考文獻(xiàn)[1]，P40，取K= KW/℃，將K=，得： ==℃查參考文獻(xiàn)[1]表332所給的允許值為：一般工作機(jī)械≤35℃，故系統(tǒng)溫升驗(yàn)算合格。1) 結(jié)構(gòu)簡介長期以來，液壓油箱的結(jié)構(gòu)型式，基本上是由矩形板折邊壓形成四棱柱，再用封板堵住兩側(cè)而構(gòu)成。端部封板及中間隔板由沖壓成形，箱體是經(jīng)四次壓圓角，接