液压与气压传动滑动水口液压系统设计.docx
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液压与气压传动滑动水口液压系统设计
液压与气压传动
三级项目报告
项目名称:
滑动水口液压系统设计
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,该文简要阐述了大包滑动水口的组成及工作原理,并详细介绍了根据工艺要求来设计的液压回路。
主要包括系统的设计与计算以及元件的选型,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
一、前言
1.1滑动水口
滑动水口的设计早在1884年就由美国人D.Lewis提出构思并申请了专利,后来也有不少类似的专利,但均因材质不过关而未能实现。
直到1964年,西德本特勒钢铁公司在22T钢包上,采用滑动水口装置代替塞棒系统进行浇钢,首次获得成功,并迅速推广到许多国家。
随着快速、高效连铸和二次精炼技术及工艺的发展,滑动水口(SlidingNozzle,简称SN)系统在现代钢铁冶炼过程中变得越来越重要,成为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。
1.1.1滑动水口的工作原理
所谓滑动水口,就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(上面的称上滑板,下面的称下滑板),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。
由于滑板的移动是和水口连接在一起进行的,所以称之为滑动水口。
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。
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,除无法浇铸生产外,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。
1.1.2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。
1.1.3滑动水口分类
(1)按滑板移动方式分为:
①往复式(我国滑动水口都是这种形式)它又可分为:
(1)单水口往复式:
上下滑板直线、往复平行移动。
(2)双水口往复式:
即下滑板上安装两个不同口径的注口,轮换使用,我国马鞍山钢厂也曾使用和开发过此种水口,只是使用的气压弹簧和国外不同。
(3)单水口、双面往复式:
有效利用滑板,延长了滑板使用时间。
(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旋转式滑动水口
上下滑板圆弧形、旋转移动,分别在钢包、中间包(定径多水口)、出钢口及特殊用途(主要用于有色金属精密配料上,作为流量控制,其直接安装在炉壁内衬中)上使用。
(2)按施加面压的方法分
①弹性机构,弹性机构是利用弹簧的力量,对上、下滑板施加面压。
(1)美国弗洛康式:
弹簧安装在下水口周围下滑板下面。
(2)瑞士英特斯特普式:
用4个带弹簧的螺栓与开闭框架连接,压紧滑板。
(3)瑞士的梅塔肯式:
整体组装螺栓上有加压弹簧。
(4)日本NKK旋转式:
靠安装在开闭框架上的弹簧螺栓与开闭框架相连。
(5)日本呙川三菱一梅塔肯式系列:
利用固定框架上加压螺栓与开闭框架相连。
(6)日本新日铁和黑崎密业开发的YP系列滑动水口:
有螺栓加压杠杆加压、风动板手加压、油缸预加压和挂钩后加压并用等。
②刚性机构
我国因弹簧生产始终不能满足安全需要,因此国内使用的大多是刚性结构,但刚性结构,弊病较多,大都是用大螺母加压,加一些微调。
逐渐处于淘汰状态。
(3)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,宝钢目前用此方法。
电动缸驱动为国内今后的发展方向,这是因为我国液压密封件质量不过关,不能保证长时间的安全使用。
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。
1.2液压传动与液压系统概述
液压由于其传动力量大,易于传递及配置,在工业、民用行业应用广泛。
在各部件制造中,对密封性、耐久性有很高的技术要求,目前在液压部件制造中已广泛采用——滚压工艺,很好的解决了圆度、粗糙度的问题。
特别是液压缸制造中广泛应用。
液压工具可以解决液压制造各种问题。
当前,液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声,经久耐用,高度集成化等各项要求方面都取得了重大的发展,在完善比例控制,伺服控制,数字控制等技术上也有许多新成就。
此外,在液压元件和液压系统的计算机辅助设计,计算机仿真和优化等开发性工作方面,日益显示出显著的成绩。
今天,为了和最新技术的发展保持同步,液压技术必须不断创新,不断地提高和改进元件和系统的性能,以满足日益变化的市场需求。
液压工业在国民经济中的作用实在是很大的,它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。
与世界上主要的工业国家相比,我国的液压工业还是相当落后的,标准化的工作有待于继续做好,优质化的工作须形成声势,智能化的工作则刚刚在准备起步,为此必须奋起直追,才能迎头赶上。
1.2.1液压系统工作原理
液压系统最基本的原理就是液体内部压强处处相等。
利用油泵产生一定内部压力的液态油,通过液压管路传送到液压执行元件,比如液压油缸,高压油作用在活塞上,使得活塞两端压力不平衡,于是活塞运动做功,高压油也可以作用在周向布置的叶片上,带动叶片轴旋转,这就是油马达。
液压系统就是传送压强的装置,液压油是压强传送的载体,具有一定压强的液体作用在一定大小的面积而产生作用力,该作用力驱动零件运动。
1.2.2液压系统的结构
液压系统由信号控制和液压动力两部分组成,信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。
液压动力部分采用回路图方式表示,以表明不同功能元件之间的相互关系。
液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件;液压控制部分含有各种控制阀,其用于控制工作油液的流量、压力和方向;执行部分含有液压缸或液压马达,其可按实际要求来选择。
图1.1液压系统结构
2、系统设计及参数计算
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
2.1负荷与运动分析
2.1.1计算工作负荷
工作负载:
F
=20KN
2.1.2摩擦及惯性负荷
惯性负载:
静摩擦力:
动摩擦力:
2.1.3运动时间
工进时间:
退回时间:
2.1.4各工况负载
液压缸在各工作阶段的负载
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
快进
2000
2222
工进
22000
24444
反向起动
4000
4444
加速
2250
2500
快退
2000
2222
制动
1750
1944
2.2确定液压缸基本参数
2.2.1初选系统压力
系统压力选定得是否合理,直接关系到整个系统设计的合理程度。
在液压系统功率一定的情况下,若系统压力选得过低,则液压元、辅件的尺寸和重量就增加,系统造价也相应增加;若系统压力选得较高,则液压设备的重量、尺寸会相应降低。
表2-1 按载荷选择工作压力
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
由于液压缸的最大推力为24444N,初选液压缸的工作压力
2.2.2计算液压缸主要尺寸
在回油路上要装有节流调速回路,初选背压。
(1)液压缸背压选取
表2-2背压经验数据
回路特点
背压(MPa)
回路特点
背压(MPa)
回路上设有节流阀
0.2-0.4
采用补油泵的闭式回路
1-1.5
回路上有背压阀或调速阀
0.4-1.5
初选背压:
(2)液压缸杆径比的选取
表2-3按工作压力选取/d/D
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
表2-4按速比要求确定/d/D
1.15
1.25
1.33
1.46
1.61
2
0.3
0.4
0.5
0.55
0.62
0.71
-无杆腔进油时活塞运动速度,
-有杆腔进油时活塞运动速度。
根据表2-3和表2-4,选择杆径比:
,故d=0.55D
表2-5液压缸内径系列(单位:
mm)
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
160
200
250
320
400
500
表2-6 活塞杆直径系列 (单位:
mm)
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
按标准取D=100mm,则d=0.55D=55mm,圆整为d=56mm.液压缸无杆腔和有杆腔的实际有效工作面积
、
分别为:
反过来计算液压缸的工作压力
为:
2.3拟定液压系统图
2.3.1选择基本回路
2.3.1.1调速回路
(1)进口节流调速回路:
图2.7回油节流调速回路
这种调速回路是将节流阀安放在定量泵和液压缸之间,如图2.7所示。
在相
应与泵出口压力为溢流阀的调定压力时,调整节流口面积的大小,能使液压缸从全速到接近零速之间实现无极调速(最低可调速度取决于最小稳定流量)。
这种形式调速范围较宽,调速比可达100以上。
存在的主要问题
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