《热轧板推钢机液压课程设计设计》01.docx

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《热轧板推钢机液压课程设计设计》01

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液压传动课程设计

课程设计题目：

热轧板推钢机液压系统设计

学生姓名：

学号：

系别：

专业班级：

指导教师姓名及职称：

题目：

设计热轧推钢机液压系统

1.液压课程设计任务及目的

1.1课程设计任务

设计热轧推钢机液压系统

1.2设计目的

为了提高热轧推钢机运动平稳性、减小整个装置的结构尺寸及占用空间和重量

1.3热轧板推钢机的工作原理

热轧板推钢机用于向加热炉推进坯料（220mm*1400mm*1700mm）。

为了提高运动平稳性、减小整个装置的结构尺寸及占用空间和重量，推钢机采用液压传动。

热轧板推钢机主要是由机械装置、液压系统装置等组成。

图1-1为推钢机的结构原理简图，该机前后运动采用单个液压缸3驱动，液压缸的活塞杆通过关节轴承、销轴与推头2连接，推头与两个杆5间采用钢性连接，两组导向座4确定了推杆的运动方向，从而保证推头的方向性，以防推钢过程中跑。

图1-1推钢机的结构原理简图

2.方案分析及液压原理图的拟定

2.1液压系统的工作要求

液压机的滑台的上下运动拟采用液压传动，要求通过电液控制实现的工作：

快进→工进→快退，最大推力80t,快进的行程100mm，速度为0.9m/s；工进行程为500mm，速度为0.1m/s;快退的行程为速度为0.21m/s.要求液压缸可以实现行程终点锁紧；液压具有冗余结构，以备系统需检查或更换油源中某元件时，通过打开、关闭相应的阀门，启动备用泵，满足要求。

2.2负载分析和运动分析

2.2.1确定执行元件的形式

热轧板推钢机液压机为卧式布置，滑块做走左右直线往复运动，往返速度相同，故可以选缸筒固定的单杆单作用活塞液压缸假设取液压缸机械效率

。

2.2.2进行负载分析和运动分析

设：

要推送坯料重量为G=80t，滑动导轨摩擦因数u=0.2，工作负载Fe=9.8

，行程与速度见表2-1，液压系统的工作循环图如图2-3

经分析计算得到的推钢机动力滑台运动参数和动力参数见表2-1。

表2-1动力滑台的运动参数和动力参数

工况

行程/mm

速度/（m/s）

时间

/s

运动部件重力

G/N

推钢机负载

Fe/N

启动、制动时间

t/s

快进

100

0.19

7.84

0.2

0.53

工进

500

0.1

9.8

5

快退

600

0.21

2.86

表2-2动力滑台液压缸外负载计算结果

工况

计算公式

外负载/N

说明

启动

1.568

静摩擦负载：

动摩擦负载：

惯性负载：

为平均加速度， 

加速

1.071

快进

7.84

工进

1.058

反向启动

1.568

加速

1.071

快退

7.84

滑台液压缸在各工作阶段的外负载计算结果见表2-1.由表2-1和表2-2即可绘制出液压缸的行程-时间循环图（

图）、速度时间循环图（

图）和负载-时间循环图（

图），见图2-4.

利用上述数据，并在负载和速度过渡段做粗略的线性处理后便得到如图2-3所示的液压机液压缸负载循环图和速度循环图。

图2-3液压机液压缸负载循环

图2-4液压缸的

图、

图、

图

2.2.3确定液压缸主要参数

2.2.3.1确定缸筒的内径和活塞杆的直径

按表2-4，初选液压缸的设计压力

，被压力P2=0.8MPa。

为了减小液压泵的流量，将液压缸的无杆腔作为主工作腔，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积

与

应满足

（即液压缸内径D和活塞杆直径d间应满足

）。

表2-4根据主机类型选择液压执行器的设计压力

主机类型

设计压力/MPa

说明

机床

精加工机床

0.8～2

当压力超过32MPa时，称为超高压压力

半精加工机床

3～5

龙门刨床

2～8

拉床

8～10

农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构

10～16

液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械

20～32

地质机械、冶金机械、铁道车辆维护机械，各类液压机具等

25～100

为防止工作结束时发生前冲，液压缸需保持一定回油被压。

参考表2-5暂取被压0.8MPa，并取液压缸机械效率

，则可算得液压缸无杆腔的有效面积

液压缸内径

按GB/T2348-1993，表2-6，将液压缸内径圆整为

；因

，故活塞杆直径为

则液压缸实际有效面积为

表2-5液压执行器的被压力

系统类型

被压力/MPa

中低压系统

简单系统

0.2～0.5

回油带背压阀

调整压力一般为0.5～1.5

回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时

0.5

设补油泵的闭式系统

0.8～1.5

高压系统

初算时可忽略不计

表2-6液压缸、气缸的内径和活塞杆外径尺寸系列（GB/T2348—1993）/mm

液压缸、气缸内径尺寸系列

活塞杆外径尺寸系列

8

40

125

（280）

4

16

36

90

220

10

50

（140）

320

5

18

45

110

280

12

63

160

（360）

6

20

50

125

320

16

80

（180）

400

8

22

56

140

360

20

（90）

200

（450）

10

25

63

160

25

100

（220）

500

12

28

70

180

32

（110）

250

14

32

80

200

差动连接快进时，液压缸有杆腔压力

必须大于无杆腔压力

，其差值估取

并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时

；另外，取快退时的回油压力损失为

。

根据上述假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率（见表2-7），并可绘出其工况图（图4）。

表2-7液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率

工作阶段

计算公式

负载

回油腔压力

工作腔压力

输入流量

输入功率

快进

启动

156.8

—

6.87

—

—

加速

107.1

7.66

7.16

—

—

恒速

78.4

5.4

4.9

0.0048

23.52

工进

1058.4

0.8

16.00

0.0049

120

快退

启动

156.8

—

7.37

—

—

加速

107.1

0.7

8.82

—

—

恒速

78.4

0.7

5.14

0.0045

23

流量图压力图

功率图

图2-8液压缸的工况图

2.2.3.2液压缸壁厚和外径的计算

液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。

液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。

从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。

一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆

筒。

液压缸的内径D与其壁厚δ的比值D／δ≥10的圆筒称为薄壁圆筒。

起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算

δ≥PyD/2〔σ〕δ=16*1.25*250/2*100=25mm

式中δ———液压缸壁厚（m）

D———液压缸内径（m）；

py———试验压力，一般取最大工作压力的（1．25～1．5）倍（MPa）；

〔σ〕———缸筒材料的许用应力。

其值为：

锻钢：

〔σ〕＝110～120MPa；铸钢：

〔σ〕＝100～110MPa；无缝钢管：

〔σ〕＝100～110MPa；高强度铸铁：

〔σ〕＝60MPa；灰铸铁：

〔σ〕＝25MPa。

缸的外径D1=2δ+D=2x25+250=300mm

3.缸盖厚度的确定

一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。

无孔时t≥0．433D2py/〔σ〕

式中和———缸盖有效厚度（m）；

D2———缸盖止口内径（m）；

d0———缸盖孔的直径（m）。

4.拟定液压系统原理图

此推钢机,采用4套泵机组和3个阀组组成,正常情况下三开一备,3台变量柱塞泵分别为3套阀组供油控制相应的液压缸,泵4作为其他3台泵的备用泵,在系统需检修或更换能源系统中某组中的元件时;通过打开、关闭相应的高压球阀,起动备用系统,以满足工作需要。

系统的最高压力通过变量泵调节,系统工作压力由先导式溢流阀4设定。

图4-180吨液压推钢机液压系统原理

1.油箱2.电机4，5.恒压变量泵6,7先导式溢流阀8.电液换向阀9,10单向阀11.回油过滤器12.先导式顺序阀13.三位四通电磁换向阀14.双液控单向阀15.二位二通电磁换向阀16.压力继电器17.液压缸

起动泵机组后,油液经过单向阀、球阀6分别到1#、2#、3#推钢机的阀台,通过每个阀台上电磁阀各自相应的动作,分别控制相应的液压缸动作。

当电磁铁1DT通电,7DT通电,电液换向阀左侧接通,经双液控单向阀,双单向节流阀后,经由电磁换向阀后,形成差动回路,推钢机以0.19m/s的速度快进;当推头推到板坯后,随着推力增加,系统压力上升,当系统压力达到10MPa（通过压力继电器设定）时,7DT断电,差动回路断开,系统压力进一步增大到10.5MPa（通过先导式顺序阀设定）,先导式顺序阀打开,油液经先导式顺序阀,经双单向节流阀,双液控单向阀,单向阀,回油过滤器1，回油箱,推钢机以0.1m/s的速度工进;当电磁铁2DT通电,电液换向阀右边接通,推钢机以0.21m/s的速度快退。

在油路上设有双单向节流阀,可对两缸的工作速度进行调节。

表4-2电磁铁动作顺序表

电磁铁

动作

1DT

2DT

7DT

推钢机快进

+

-

+

推钢机工进

+

-

-

推钢机快退

-

+

-

5.组成液压元件设计

5.1液压泵及其驱动电机计算与选定

①液压泵的最高工作压力计算由液压缸的工况图3或表1-5可以查的液压缸的最高工作压力出现在工进阶段，即

，而压力继电器的调整压力应比液压缸最高工作压力大

。

此时缸的输入流量较小，且进油路原件较少，故泵至缸间的进油路损失估取

。

则小流量泵的最高工作压力

为

大流量泵仅在快速进退时向液压缸供油，由图3可知，快退时液压缸的工作压力比快进时大，取进油路压力损失为

，则大流量泵最高工作压力

为

②液压泵的流量计算液压泵的最大供油流量

按液压缸的最大输入流量

进行估算。

取泄漏系数

，则

考虑到溢流阀的最小温度流量为

，快退时的流量为

（

），则小流量泵的流量至少应为

。

③确定液压泵及其驱动电机的规格根据以上计算结果查阅产品样本，选用规格相近的

型双联叶片泵。

由工况图2-8知，最大功率出现在工进阶段，由液压泵类型及特性，取泵的总效率为

则所需电机功率为

④选用电动机型号查《机械设计手册》，选用规格相近的X型封闭式三相异步电动机，其额定功率160kW。

根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可算出液压缸的各阶段的实际进、出流量，运动速度和持续时间（见表5-1），从而为其他液压元件的选择及系统的性能计算尊定基础。

（2）液压控制阀和液压辅助元件

根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择的元件型号规格如表5-2所列。

管件尺寸由选定的标准元件油口尺寸确定。

油箱容积按式

计算，取经验系数

，得油箱容积为

表5-1液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间

工作阶段

流量

速度

时间

无杆腔

有杆腔

快进

工进

快退

表5-2推钢机液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格

名称

型号

规格

数量

柱塞泵

250ml/r,249L/min

2

溢流阀

1

电液换向阀

35DY-100BY

1

电磁换向阀

1

节流阀

LF-B10

2

单向阀

3

压力表

Y-60

0~10MPa，通径8mm

1

滤油器

1

液压缸

自行设计

表5-3各工况下进回油管道的沿程、局部和阀类元件的压力损失

管道

压力损失

/Pa

工况

快进

工进

快退

进油管道

回油管道

小结

为期一周的液压课程设计就这样结束了，虽然是短短一周，但是任务也比较多，也让我收获了不少。

本次实训主要内容是热轧板推钢机液压系统设计。

其中包括液压系统图的设计和画装配图等知识的运用。

我们组分工比较明确，总的来说我们组比较好的完成了既定任务。

每个人都很好的完成了自己的任务，还都不时去帮助组员弄清楚一些问题。

在这课程设计中我更加清楚地了解了液压元件，液压系统以及液压原理。

有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

这次液压课程设计离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。

我们在液压课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们组员可以尽可能的统一思想，这样就不会使在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。

只有加强集体的讨论，才能提高我们设计的效率和正确率。

讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。

多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。

总之，在黄广伟老师的指导下，经过这次液压课程设计，不仅更加巩固了为这个学期以来所学的液压传动知识，也是对我以前学习的机械制图以及其他机械知识的一个复习和巩固，更是对液压传动这门知识有了更加深的了解。

参考文献

[1]《液压传动设计指南》/张利平编著/--北京：

化学工业出版社，2009.7

[2]《液压与气压传动》/李兵、黄方平主编/武汉：

华中科技大学出版社，2012.6

[3]《机械制图》/何铭新、钱可强、徐祖茂主编/北京：

高等教育出版社，2010.7