高线步进式80吨加热炉毕业设计Word下载.docx

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1.1背景及工艺6

1.2设计任务6

1.2.1设计题目6

1.2.2主要技术参数及要求6

1.3设计方案6

二液压系统的计算与选型7

2.1系统工作压力的确定7

三计算最大负载……………………………………………………………………………………………………………7

四确定系统压力范围…………………………………………………………………………………………………….8

五按PMIN，确定油缸尺寸，圆整。

……………………………………………………………………………9

5.1.执行元件的计算与选型9

5.1.1升降液压缸9

5.1.2水平液压缸9

5.2执行元件速度的计算9

六油缸的进退流量……………………………………………………………………………………………………….9

6.3执行元件流量的计算9

6.3.1升降液压缸9

6.3.2水平液压缸10

七画出循环时间---流量图....................................................................................................

流量循环图10

八泵流量的确定12

8.1液压泵的选择12

8.1.1确定液压泵的最大工作压力PP12

8.1.2确定液压泵的流量QP12

8.1.3确定液压泵的驱动功率13

九选择液压元件

9.1.液压阀的选择13

9.1.1升降液压缸13

9.1.2水平液压缸14

9.1.3蓄能器的选择15

9.2油箱的选择17

9.3滤油器的选择18

9.4冷却器的选择19

9.5加热器的选择21

9.6管道的选择21

9.6.1管道内径计算22

9.6.1.1吸油管路22

9.6.1.2压力管路22

9.6.1.3吸油管路23

结束语28

参考文献29

一绪论

1.1背景及工艺

炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。

前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。

轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。

步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。

同推钢式炉相比，它的优点是：

运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；

料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热；

完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。

改进的步进式加热炉，属于冶金行业生产设施，它包括炉体，炉体的侧墙由内向外分别是低水泥料层、隔热砖层、硅酸铝纤维毡隔热层，炉体分为预热段、加热段、均热段，加热段的两面侧墙上设置调焰烧嘴，均热段的上加热段设置平焰烧嘴，均热段的下加热段设置调焰烧嘴，调焰烧嘴的煤气和空气的混合气管道上设置电磁阀和调节阀，平焰烧嘴的煤气和空气的混合气管道上设置调节阀，空气总管道和煤气总管道设置在炉顶。

1.2设计任务

本次任务是设计步进式加热炉液压系统，具体细节如下。

1.2.1设计题目

步进式加热炉液压系统设计

1.2.2主要技术参数及要求

1.加热炉横移部件重量20T，升降部件重量20T，坯料重量80T；

2.步进梁垂直位移600mm，水平位移2500mm；

3.液压系统最高工作压力不超过20MPa；

1.3设计方案

此次设计主要是设计一个步进式加热炉液压系统设计。

要求这个液压系统能实现自动化，能进行过载保护，工作平稳，能够在一定范围内进行无级调速，在步进梁式加热炉里，钢坯移动是通过固定梁和载有钢坯的移动梁进行的。

步进梁的一个工作周期分为水平，前进，下降，后退四个动作。

在步进梁的水平运动和升降运动中，运动过程都是先加速运动，后做匀速运动，最后做减速运动，速度减为0，然后切换到下一个运动过程。

在步进梁的运动中，我们始终要保证其平稳运动，既要控制进入或流出液压缸的流量。

为了满足上列工作要求，采用如下方案。

1压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失，初步选定液压系统的工作压力不能超过20MPa，由于系统工作压力应比最高工作压力低10%-20%,故系统的实际工作压力为16-18MPa。

采用两个升降液压缸来完成步进梁的垂直运动，采用单向节流阀进行回油调速，从而保证升降液压缸的速度平稳，同时采用了平衡阀，保证液压缸在下降时平稳下落。

2平移机构的水平运动用一个水平液压缸来实现，采用了普通差装阀组成压力补偿回路，有效防止了步进梁前移时产生的惯性冲级，起到了缓冲作用。

3在快速运动的液压机械或系统需要大流量时为节省能源，通常采用多泵供油或将蓄能器作为辅动力源供油。

为解决大流量的供油问题，本系统设计了用三位无通换向阀组成的差动回路，成功的满足了步进梁下降所需的大流量。

4以上液压缸的动作实现都要用一供一备的变量液压泵来提供压力油。

二液压系统的计算与选型

2.1系统工作压力的确定

压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失，初步选定液压系统的工作压力不能超过20MPa，由于系统工作压力应比最高工作压力低10%-20%,故系统的实际工作压力为16-18MPa。

2.2执行元件的计算与选型

升降液压缸分为上升和下降两个动作，采用两个升降液压缸完成，水平液压缸分为前进和后退两个动作，采用一个水平液压缸完成。

要完成液压缸的选取，先要计算其负载。

三计算最大负载

由于活动升降油缸要承受钢坯重量，所以升降油缸所承受负载为最大负载。

另外，考虑到惯性载荷的作用，取外载荷为活动部件及钢坯重量的1.3倍。

活动梁升降油缸的外载为FW=1.3mg=1.3*100000kg*9.8n/kg=1.274*106N

除外载荷外还应考虑摩擦阻力Fm，由于各种缸的密封材质和密封形式不一样，密封阻力难以精确计算，一般估算。

Fm=（1-µ

m）*F--------（2.2）[µ

m为液压缸的机械效率，一半取0.90-0.95，本设计取0.95]

F=FW/µ

m-------------（2.3）

所以活动梁升降油缸的外载荷F=FW/µ

m=1.274*106/0.95=1341052.6N

三根据时间确定各执行元件的速度

一般托住工件远行时要求比较稳，所以速度也较慢，取100ms,空载时取150ms,所以有：

（1）活动梁托住钢坯上升600mm（6s）

（2）活动梁托住钢坯水平位移2500mm（25s）

（3）活动梁下降600mm（4s）

（4）活动梁归为2500mm（17s）

四确定系统的压力范围

技术要求系统最高压力为20Mpa,系统压力一般取2/3Pmax~Pmax,,故取12~18MPa

五按Pmin，确定油缸尺寸，圆整。

5.1系统工作压力的确定

压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失，初步选定液压系统的工作压力不能超过20MPa，由于系统工作压力应比最高工作压力低10%-20%,故系统的实际工作压力为18MPa。

5.2执行元件的计算与选型

5.2.1升降液压缸

图2.1液压缸受力图

由上图可知：

（2.1）

由（2.1）式可得：

（2.2）

式中

------液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力

------液压缸回油腔背压力，初算时无法准确确定，根据《液压系统设计简明手册》表2-2，取P2为2MPa。

d/D-----活塞杆直径与液压缸内径之比，根据《液压系统设计简明手册》表2-3，取d/D=0.7.

F-------工作循环中最大的外负载。

------液压缸密封处摩擦力，它的准确值不易求得，常用液压缸的机械效率

进行估算

（2.3）

-----液压缸的机械效率，一般

=0.9～0.97，这里取

=0.95。

外负载F=100×

103×

9.8=980000N

由于由两个液压缸同时作用，所以单个液压缸的负载为外负载的一半。

所以F=490000N

代入（2.2）式得

D=196.7mm

d=0.7D=137.6mm

根据《机械设计简明手册》表2-4，D圆整到200mm，d圆整到140mm。

由于升降缸的垂直位移是600mm，查机械设计手册，采用升降缸的型号为

ZQ-200/140X630

5.2.2水平液压缸

其中外负载F=100×

9.8×

0.1=980000N

取P1=18MPa,P2=2Mpa,ηcm=0.95,d/D=0.7

D=87.98

d=0.7D=61.59mm

根据机械设计简明手册表2-4，D圆整到80mm，d圆整到60mm

由于水平缸的水平位移为2500mm，查机械设计手册，采用水平缸的型号为

ZQ-80/60X2600

六油缸进退流量

6.1升降液压缸

基本参数D=200mm，d=140mm，

=60mm/s，

=120mm/s

上升时进入升降缸的流量：

下降时进入升降缸的流量：

6.2水平液压缸

基本参数D=90mm，d=60mm，

=250mm/s，

=500mm/s

前进时进入水平缸的流量：

后退时进入水平缸的流量：

由于升降缸是由两个缸同时作用，故其流量是两个液压缸流量之和。

七画出循环时间---流量图

.

八泵流量的确定

多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为

QP≥K（∑Qmax）（2.6）

式中K-----系统泄漏系数，一般取K=1.1～1.3，这里取1.2；

∑Qmax—同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可从（Q-t）图上查得。

对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取0.5×

10-4m3/s。

根据上述计算，Qmax=192L/min，QP≥1.2×

（192+0.05×

60）=234L/min。

九液压元件的选择和专用件设计

9.1.1液压泵的选择

9.1.1.1确定液压泵的最大工作压力PP

（2.5）

式中P1----------液压缸或液压马达最大工作压力；

∑△p------从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。

∑△p的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取；

管路简单，流速不大的，取∑△p=（0.2～0.5）Mpa；

管路复杂，进口有调速阀的，取∑△p=（0.5～1.5）Mpa，这里取1.2Mpa。

由于上述计算的最大压力P1=25.99Mpa，所以pP≥27.19Mpa。

9.1.1.1确定液压泵的驱动功率

由于在工作循环中，液压泵的压力和流量比较大，即（Q-t），（P-t）曲线起伏较大，所以必须分别计算出各个动作阶段内所需功率，驱动功率取其平均功率

（2.7）

式中t1，t2……tn--------一个循环内每一动作阶段内所需要的时间（s）；

N1，N2……Nn------一个循环内每一动作阶段内所需要的功率（W）。

其中N1=14.14KW,N2=3.56KW,N3=0,N4=14.31KW。

t1=10s,t2=10s,t3=5s,t4=5s

代入上式得Nper=10.24KW。

查阅《机械设计手册》第四卷表17-1-29，选取电动机型号为Y4-160M2-2.其参数为：

额定功率P额=15KW，转速n=2930r/min，效率η=0.89。

根据以上求得的pP和QP值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或手册中选择相应的液压泵。

为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%～60%。

参照力士乐柱塞泵样本，选取力士乐a4vso180系列柱塞泵，其性能参数如下所示:

排量Vgmax（cm3/r）180 

最高转速nmax（rpm）1800 

最大流量（L/min）当n=nmax324 

当n=1500rpm270 

最大功率（KW）当n=nmax189 

当n=1500rpm158 

最大扭矩△P=35MPa（Nm）1002 

扭矩△P=10MPa（Nm）286 

重量[近似值]（Kg）103 

注:

1）只要在吸油S处有0.1MPa的绝对压力则所示的数值成立。

液压泵工作压力范围 

S口[进油口]的绝对压力Psmin=0.08MPaPsmax=3MPa

B口[出油口]的压力额定压力P=35MPa峰值压力=40MPa

9.2液压阀的选择

选择阀根据系统的工作压力和实际通过阀的最大流量，选择有定型产品的阀件，溢流阀按液压泵的最大流量选取；

选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构的最低稳定速度的要求。

控制阀地流量一般要选的比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%的以内的短时间过流量。

9.2.1升降液压缸

下图为升降液压缸原理图:

图2.6升降回路原理图

根据以上计算得，上升时的流量为188.4L/min，下降时的流量为192L/min；

电磁换向阀：

查阅《力士乐液压样本》，选取4WEH16J7XO/6EG24K4力士乐系列三位斯通电磁换向阀，1个。

单向节流阀：

查阅《力士乐液压样本》，选取Z2FS16-3X/SV力士乐系列单向节流阀，2个。

。

液压锁：

查阅《力士乐液压样本》，选取Z2S16-2-5X/V力士乐系列液压。

平衡阀：

查阅《机械设计手册》，选取FD16PA10平衡阀.

9.2.2水平液压缸

下图为水平液压缸原理图

图2.7水平液压缸

根据以上计算得，水平液压缸前进时的流量为158.96L/min，水平液压缸后退时的流量为176.6L/min.。

查阅《力士乐液压样本》，选取5-WE10J3X/CG24K4/V力士乐系列三位四通电磁换向阀，1个。

双单向节流阀：

查阅《力士乐液压样本》，选取Z2FS10-5-3X/V力士乐系列单向节流阀，2个。

查阅《力士乐液压样本》，选取Z2S10-1-3X/V力士乐系液压锁液控式单向阀。

其它阀的选择:

电磁溢流阀：

查阅《力士乐液压样本》，选取DBW10A12-50电磁溢流阀。

单向阀：

查阅《机械设计手册》，选取S30A3O单向阀。

截止阀：

查阅《机械设计手册》，选取YJZQ-H10N截止阀。

9.3蓄能器的选择

蓄能用的蓄能器包括“做辅助动力源”，“补偿泄漏保持恒压”，“做应急动力源”，“改善频率特性”和做液压空气弹簧等。

由于本系统为高压系统，故选用皮囊式蓄能器。

蓄能器总容积的计算：

蓄能器的总容积V0，即充气容积（对活塞式蓄能器而言，是指气腔容积与液腔容积之和）。

根据玻尔定律：

（2.8）

蓄能器工作在绝热过程（t<

1min）时，n=1.4，其总容积：

（2.9）

P0-----充气压力，MPa

P1-----最低工作压力，MPa

P2-----最高工作压力，MPa

以上压力均为绝对压力，相应的气体容积分别为V0，V1，

n------指数，绝热过程n=1.4（对氮气和空气），

Vw-----有效工作容积，L。

（1）计算P1

作为辅助动力源来说，蓄能器的最高工作压力为

P1=（P1）max+（∑Δp）max（2.10）

（P1）max------最远液压机构的最大工作压力，MPa

（∑Δp）max---蓄能器到最远液压机构的压力损失之和，MPa

由系统图和计算可得，（P1）max=25.99MPa.（∑Δp）max=0.5MPa×

3=1.5MPa。

所以P1=（P1）max+（∑Δp）max=25.99MPa+1.5MPa=27.49MPa。

（2）计算P2

作为辅助动力源的蓄能器，为使其在输出有效工作容积过程中液压机构的压力相对稳定些，一般推荐

P1=（0.6～0.85）P2

这里取P2=25MPa。

（1）计算P0

在保护胶囊，延长其使用寿命的条件下：

P0=（0.8～0.85）P1（2.10）

这里取P0=0.8P1=0.8×

27.49MPa=21.99MPa

（2）计算VW

对于作为辅助动力源的蓄能器，可按下式粗算：

（2.11）

-------最大耗油量处，各执行元件耗油量总和，L

---------液压缸工作腔有效面积，m2

----------液压缸的行程，m

K-----------系统泄漏系数，一般取K-=1.2

-------泵站总供油量，L/min

t-----------泵的工作时间，s

----------应急操作时，各执行元件耗油量，L

其中

∑Qpt=188.4L/min×

10s+192L/min×

10s+158.96L/min×

5s+176.6L/min×

5s=91.36L

将以上参数带入公式（2.11），得：

VW=19.53L

将以上求得参数代入公式（2.9）得V0=102.9L

查《力士乐样本》，选取NXQ1-108/30-L-H型蓄能器，其公称容积为108L，其公称压力为30MPa。

查《力士乐样本》，选取安全阀组ABZSS30M30/330B/S307G24K4

9.4油箱的选择

油箱在系统中的功能，主要是储油和散热，也起着分离油液中的气体及沉淀污染的作用。

根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积，形式和附件，以使油箱充分发挥作用。

油箱有开式和闭式两种。

开式油箱应用广泛，箱内液面与大气相通，为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。

闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接，充气压力可达到0.05MPa。

油箱的形状一般采用矩形，而容量大于2m3的油箱采用圆筒形结构比较合理，设备重量轻，油箱内部压力可达0.05MPa。

油箱必须有足够大的容量，以保证系统工作时能够保证一定的液面高度，为满足散热要求，需要设置冷却装置。

油箱的回油口一般都设置系统所需要求的过滤精度的回油过滤器，以保持返回油箱具有允许的污染登记，油箱的排油口为了防止意外落入油箱中的污染物，要装吸油网式滤油器。

油箱中需设置隔板将吸回油管隔开，使液流循环，油流中的气泡与杂质分离与沉淀。

油箱的排油口与回油口之间的距离应尽可能远些，管口都应插入最低油面之下，以免发生吸空和回油冲溅产生气泡。

管口制成45度的斜角，以增大吸油及出油的截面。

油箱有效容量一般为泵每分钟流量的3～7倍。

对于行走机械，冷却效果比较好的设备，油箱的容量可选择小些；

对于固定设备，空间，面积不受限制的设备，则应采用较大的容量，如冶金机械液压系统的油箱容量通常取每分钟流量的7～10倍，锻压机械的油箱容量通常取为每分钟流量的6～12倍。

本系统为冶金机械的设计，故V=（7～10）QP，其中V为油箱容积，QP为泵的最大流量，由泵的技术参数可知，1800r/min时最大流量为324L/min，取V=10QP，所以V=324L/min×

10=3240L/min,故可取油箱容量为3300L，所以采用矩形油箱。

9.5滤油器的选择

滤油器是液压系统中的重要元件。

他可以清除液压油中的污染物，保持油液清洁度，确保液压元件工作的可靠性。

滤油器按其过滤精度的不同，有粗过滤器，普通过滤器，精密过滤器和特精过滤器四种。

在选用滤油器时，应注意以下几点。

（1）有足够的过滤精度，过滤精度是指通过滤芯的最大坚硬颗粒的大小，以其直径d的公称尺寸表示。

其颗粒越小，精度越高。

不同的液压