1450不锈钢冷轧带钢轧机液压压下装置设计

课程设计_ _设计题目：1450不锈钢冷轧带钢轧机液压压下装置设计设计内容及规定设计1450不锈钢冷轧带钢轧机液压压下装置，涉及传动方案制定、传动功率计算、传动件参数计算及构造设计。 小组同窗共同制定传动方案3种，选择其中一种方案进行具体设计，分工进行参数计算及构造设计，各自完毕总装图的绘制（2#图幅），以手工绘制，提交设计阐明书1份（字数不少于5000字）：涉及打印稿和电子档。图纸投影对的，标注完善，图纸清洁；阐明书格式符合学校制定规定。设计参数轧制典型钢种：202不锈钢 轧制速度：120rpm 轧制力：2.6MN典型道次：入口高度5mm， 压下量h=0.5mm ， 轧件平均宽度1400mm压下工作行程：150mm 压下速度：15mm/s 进度规定按照教学日历：每周5天时间第12天熟悉题目，讨论提出设计基本方案第36天进行参数计算及基本构造基本设计第710天修正参数及绘图第11-14天编辑设计阐明书，修改图纸第1415提交设计成果及答辩参照资料轧钢机械、机械设计手册、机械设计、材料力学、等方面教材或参照文献其他计算机及文字图形软件说明.本表应在每次实行前一周由负责教师填写二份，院系审批后交院系办备案，一份由负责教师留用。.若填写内容较多可另纸附后。3.一题多名学生共用的，在设计内容、参数、规定等方面应有所区别。教研室主任： 指引教师： -12-21目 录摘要1Abstract21 绪论31.1 课题背景31.1.1 AGC概述31.1.2 AGC控制的发展状况31.1.3 AGC控制的发展趋势41.1.4 AGC控制存在的问题42 方案论述及拟定62.1液压压下装置的特点62.2方案论证及拟定63 液压系统重要参数计算及元件选择93.1 初选系统工作压力93.2 液压缸尺寸计算及选择93.2.1缸尺寸的拟定93.2.2 负载压力的计算93.2.3系统流量计算10表3-3系统流量103.3液压缸重要尺寸拟定113.4 液压缸强度和稳定性计算：123.4.1缸筒壁厚的校核123.5 液压泵和电动机的选择123.5.1选择液压泵123.5.2选择电动机133.6 液压辅助元器件选择133.6.1过滤器选择143.6.2蓄能器的选择143.6.3其她元器件15表3-4 液压系统各元件一览表153.7油箱尺寸计算163.7.1油箱容量的经验公式163.7.2油箱构造的设计163.7液压压下系统性能验算184 液压压下系统的安装与维护204.1液压压下系统的安装204.2 液压压下系统的维护205 总结22参照文献23摘 要本设计系统为1450五机架冷连轧初轧机工作辊液压压下系统，钢板轧机的轧辊的位置偏差进行反馈纠正，通过这套伺服控制系统，可以精确控制轧机轧制钢板的厚度。本文重要分析了AGC系统国内外发呈现状和存在的问题，进行方案设计，原理分析，参数设计，液压元器件选择，还对系统安装维护做出分析，针对已有的设计存在的问题进行创新改善，保证在轧机在轧制过程中控制。核心词冷轧机 液压AGC 油箱AbstractThe design system for the1450 five stand cold rolling mill hydraulic AGC control system for steel mill roll position feedback error correction is a servo control system. Mill at home and abroad are introduced the development of hydraulic AGC control of the state and development trends and existing problems. The design principles include system design, component selection, Manifold Design, valve assembly design, tank design and pump station design, the spirit of reasonable co-exist with a certain margin to ensure the process requirements, the principles of the design cost of the system . Through this servo control system can precisely control the thickness of steel plate rolling mill. Keywords Cold Rolling Mill Hydraulic AGC Pumping Station1 绪论1.1 冶金AGC系统在国内外发呈现状及存在的问题1.1.1 AGC概述AGC（Automation Gauge Control）,即为厚度自动控制。厚度是板带钢最重要的尺寸之一，随着技术的进步，厚度自动控制已成为现代化板带钢生产中不可缺少的重要构成部分。厚度自动控制（AGC-Automation Gauge Control）的基本方式是通过测厚仪或者其她传感器对带钢的实际轧出厚度进行持续测量，根据实测值与给定值相比较得到的偏差信号，借助多种测量装置调节压下量、张力或压下速度，将轧机出口厚度控制在容许的偏差范畴内。其基本方式就是通过测厚仪或者其她传感器对带钢的实际轧出厚度进行持续测量，根据实测值与给定值相比较得到的偏差信号，借助多种测量装置调节压下量、张力或压下速度，将轧机出口厚度控制在容许的偏差范畴内。 图1-1 AGC控制方式简图1.1.2 AGC控制的发展状况近30年来，国外轧机的装备水平发展不久。在冷带轧机上广发运用液压压下、液压弯辊、厚度自动控制、板形控制和计算机控制等技术、在新技术运用方面均已采用液压AGC系统与计算机控制相结合的DCS，装设了测量精度高的三测仪表（测厚、测压、测张），且装设了板形检测装置。而国内轧机设备还比较落后，特别是自动控制系统。虽然60年代中期从日本、美国等引进的当时属于较先进的单机架轧机，由于当时技术水平的限制，多数未达到设计目的，面临着改造。在采用新技术方面，部分设备采用了液压压下，少数设备将原有的机液伺服改成了电液伺服系统，并装设了AGC系统，安装了三测仪表，实现了张力闭环控制，但是精度不高。面对国内轧机的这种状况及资金短缺的实情，在吸取国外AGC先进控制的基本上，开发实用性、高精度自控系统装备既有的设备，能使国内钢铁冷轧设备的控制水平进一步提高。由于轧机自动化水平及对板带材的质量规定越来越高，对轧机执行机构及控制系统性能的规定也越来越高。目前，液压技术的应用限度和水平，已成为冶金设备技术水平高下的一项衡量指标。其中液压AGC(Automatic Gauge Control)系统是所有冶金设备中液压技术应用的典型代表，是现代化轧机设备的核心技术。液压AGC系统运营状态的好坏，直接决定了轧机的工作可靠性。长期以来，由于机械设备水平的整体差距，国内的轧机设备重要依赖进口，在技术特别是核心技术方面受到限制。虽然近年来在先进技术的应用方面有重大突破，但仍局限在单机应用的水平。因此，开展液压AGC系统故障诊断技术的研究不仅对提高轧机设备的生产率、提高设备的维护管理水平具有重要意义，同步也对提高国产轧机设备的应用水平具有重要的社会意义。1.1.3 AGC控制的发展趋势在连轧工艺发展过程中，轧制过程模型研究始终为钢铁研究公司所注重，由于轧制内部机理十分复杂，目前对数学模型研究多集中在轧机体系模型，分析轧制过程中某一因素对厚度的影响，如张力、轧辊变形等，所建的模型缺少全面、完整性。因此，建立一种全面、完整、对的的机电一体化轧制模型，进行轧机体系在轧制过程中的实时动态研究是目前的发展趋势。采用智能控制技术（如神经网络）提高自适应学习的精度。模型计算过程中考虑单元细化，如有限元措施和有限元思想的使用。在控制方略的研究方向，基于反馈控制理论，控制模型浮现了两个研究方向。一是复合控制，即在常规PID控制的基本上，加入前馈、压力、秒流量等控制方略。这种措施在轧钢工业中得到广泛应用，效果良好；二是运用被控对象建模的新措施（如人工神经网络）、自适应控制、预测控制、优化控制的新算法，构造单环反馈系统，由于这些算法在理论推到研究上有许多假设条件，与实际有很大差距，随着算法的进一步改善，这个方向无疑有很大的发展前景。1.1.4 AGC控制存在的问题虽然AGC在各个方面均有了不同限度的发展，但是，由于各方面因素的限制以及AGC控制方式诸多，多种AGC复合体统往往互相关联，互相影响，事实上存在最优组合方案。存在的问题和带来的难点重要有：1) 建立真实反映被控对象内在本质的数学模型比较复杂。冷轧机阀控液压系统是一种多变量、非线性、强耦合、参数时变的且带有随机干扰的不拟定系统。目前轧机系统的模型都用二阶惯性环节简化替代，由此运用典型的控制措施设计的控制器很难进一步提高厚度控制的精度，难以适应轧制工艺。2) 对于闭环系统而言，系统设定值的精度难以保证，从而限制了AGC的控制精度。3) 影响出口厚度波动的因素诸多。4) 测厚仪的安装位置，导致了检测到的出口厚度在反馈控制上的滞后。2 方案论述及拟定2.1液压压下装置的特点随着工业的发展，带钢的轧制速度不断提高，产品的尺寸精度日趋严格。特别是采用厚度自动控制（AGC）系统后来,电动压下装置已远远不能满足工艺规定。目前，新建的冷连轧机组生产线几乎所有采用液压压下装置，热带钢连轧机精轧机组最后一架轧机也往往装有液压压下装置。 所谓全液压压下装置，就是取消了电动压下装置，其辊缝的调节均由带位移传感器的液压缸来完毕。与电动压下装置比较，全液压压下装置有如下特点：1. 迅速响应性好，调节精度高；2. 过载保护简朴可靠；3. 采用液压缸压下可以根据需要变化轧机当量刚度，轧机实现从“恒辊缝”；4. 到“恒压力”轧制，以适应多种轧制及操作状况；5. 较机械传动效率高；6. 便于迅速换辊，提高轧机作业率。 2.2方案论证及拟定 通过小组讨论，针对该设计规定的工序动作，拟定如下三种方案：第一种方案原理分析：该系统采用双变量液压泵作为油源，一台工作，一台备用，这样可以减少故障带来的经济损失，采用伺服变量泵可以调节流量，来控制系统运营速度，达到调速的目的，在控制油路上采用三位四通电磁伺服阀来进行调平，当系统浮现倾斜时，位移传感器和压力传感器反馈信息，控制伺服阀调节进油，以保持两个液压缸同步，该系统将冷却油路设在系统回油路上，不需要此外的液压泵进行循环，这样减少了液压站投资。该系统构造紧凑，既能达到调速的目的，又能实现双缸同步运营。 图2-1 方案一 第二种方案原理分析：辅泵有三个作用：给主泵柱塞泵供油以延长主泵工作寿命、给执行元件液压缸有杆腔产生被压、使多余流量通过溢流阀形成冷却循环；主泵定为恒压变量泵，保证阀台伺服阀的工作稳定性；主泵出口的电磁溢流阀做安全阀用，蓄能器作为辅助动力源，两个温度控制器的作用是保证冷却器和加热器使用时的合适温度。该系统冷却回路单独使用液压泵进行循环，这样减少了系统回路的压力损失，在总油路上有一种较大的蓄能器进行保压蓄能，在两个液压缸的压下油路上没有进行保压，不能及时补充压下压力。：图2-2 方案二第三种方案原理分析：该系统使用定量泵进行供油，使用伺服阀进行变换油路，并且该系统使用的是单作用缸，需要此外使用平衡缸，该系统也没有调速回路，不能实现变速，也没有保压蓄能设备，不能及时补充系统压力。图2-3 方案三 综合分析以上三种方案的优缺陷，第一种方案经济，构造紧凑，又能达到设计需求的动作，故选择第一种方案。3 液压系统重要参数计算及元件选择3.1 初选系统工作压力 根据多种机械常用的系统工作压力数据，由表3-1，初定系统工作压力Ps=10Mpa表3-1 多种机械常用的系统工作压力图机械类型机床农业机械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机大中型挖掘机、液压机、重型机械、起重运送机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.823528810101820323.2 液压缸尺寸计算及选择3.2.1缸尺寸的拟定前面初选系统压力Ps=10Mpa已知：总轧制力Fmax=2.6MN 则液压缸最压下力 Fmax1 = 1.3MN 液压缸压下速度Vc=15mm/s 液压缸最大行程S=150mm1)活塞直径D的拟定 （3-1） 取D=500mm 其中K为负荷系数，取K=0.852）拟定活塞杆直径d 由于取d与Do的比值不小于0.6 因此d0.7Do得出d=0.7500=350mm3.2.2 负载压力的计算轧辊直径支承辊直径为系统背压，根据参照，估计 （3-2）液压缸的机械效率，取表3-2 各工况负载压力工况压力计算式数值快下8.27MP慢下8.27MP快上2.09MP3.2.3系统流量计算表3-3系统流量工况速度计算式数值快下慢下快上3.3液压缸重要尺寸拟定1)液压缸的最大行程L=150mm2)最小导向长度最小导向长度H是指活塞杆所有伸出时，从活塞宽度的中点到导向套滑动面中点的距离。 取H=350mm （3-3）活塞宽度B根据液压缸工作压力和密封方式拟定，一般取B=(0.61)D因此3）缸筒壁厚计算 （3-4）MP (P取最大工作压力)缸体选用45热轧无缝钢管，调质解决，屈服强度 取安全系数n=5 材料的许用应力为考虑一定的刚度取 ，缸的外径4）缸筒底部厚度底部设计为平面取5）导向套滑动面长度导向套滑动面长度，时，取因此为保证最小导向长度，不适宜过度的增大导向套长度和活塞宽度，最佳的措施是在导向套与活塞之间加装一种隔离套K，其长度 （3-5）3.4 液压缸强度和稳定性计算：3.4.1缸筒壁厚的校核由机械设计手册公式23.622 ， 缸体材料许用应力，取=120（MPa）, Py - 实验压力，取Py =1.25P 则， 由于=105mm 102.5mm,故缸筒壁厚符合规定。3.4.2活塞杆稳定性验算由于活塞杆在工作时承受很大的压力，因此当活塞杆计算长度L与活塞杆直径D之比不小于10时，则应当校核活塞杆的稳定性。活塞杆计算长度就是就是在它所有伸出时活塞杆端支点与缸安装点之间的距离，本液压缸计算长度L=0.45m，由于L/D=0.45/0.520L因此，主泵出口处选择型号：NXQ1-L25，公称容积25L，公称通径40mm，公称压力31.5MP，生产厂家：南京锅炉厂。3.6.3其她元器件根据在系统中各阀的最大工作压力和流量选择液压阀。选出的液压阀如下表： 表3-4 液压系统各元件一览表 序号元件名称型号规格数量1液压泵250YCY14-1B额定压力32MPa，最高压力40MPa，转速1000r/min22单向阀S型法兰式最大工作压力21.5MPa，最大流量1500L/min；通径30mm23三位四通换向阀4WE6Y60/C G12工作压力35MPa,最大流量80L/min24先导式溢流阀BT-10-V-32最大工作压力31.5MP，最大流量650L/min,通径20min15截止阀CJZQF80公称压力21MPa，通径80mm26压力计MS2A20/315最大有效量程31.5MPa37滤油器XU-A63X50S容许最高压力42MPa，过滤精度3um18蓄能器NXQZ-F150/4公称容积4L,公称压力32MPa29蓄能器NXQZ-F150/25公称容积25L,公称压力40MPa13.7油箱尺寸计算3.7.1油箱容量的经验公式 （3-11）式中， 液压泵的额定流量 与系统压力有关的经验系数，低压取24，中压取57，高压取810图3-3蓄能器 取油箱重要设计参数如图所示。选用油箱长b、宽a、高h之比为2：1：1，则V=abh 得a=1175mm，b=1175mm，h=1175mm油箱容量应能保证液压系统工作时，其最低油面高于滤油器上端200mm以上，以避免泵吸入空气。液压系统停止工作时，其最高液面不得超过油箱高度的80%。而当液压系统中的油液所有返回油箱时，油液不能溢出油箱外。3.7.2油箱构造的设计1）过滤器的设立油箱的回油口一般都设立系统所规定的过滤精度的回油滤油器，以保持返回油箱的油液具有容许的污染级别。油箱的排油口（即泵的吸油口）为了避免意外落入油箱中的污染物，有时也装设吸油网式过滤器。由于这种过滤器侵入油箱深处，不好清理，因此，虽然设立，过滤网目也是很低的，一般为60目如下。本油箱选择的是XU-63 50S，数量：22）设立油箱的重要油口油箱的排油口与回油口之间的距离尽量远些，管口应插入最低油面之下，以免发生吸空和回油冲溅产气愤泡。泵的吸油管所装过滤器的下端距油箱底面距离不不不小于20mm。回油管管口应插入最低油面如下，离油箱底面距离应不小于管径的23倍。吸油管和回油管管口宜切成45度斜口，以增大液流面积。3）油箱隔板布置隔板将吸油、回油管路隔开，避免回油被直接吸走，油流中的气泡与杂质分离和沉淀。隔板的高度为油面高度的2/33/4。本设计的隔板为整体式，底部有过油孔。4）在开式油箱上部的通气孔上必须配备空气滤清器。兼作注油口的作用。油箱的注油口一般不从油桶中将油液直接注入油箱，而是通过过滤车从注油口注入，这样可以保证注入油箱中的油液具有一定的污染级别。5）放油孔的安装。放油口要设立在油箱的底部最低位置，使患有换油时油液和污物能顺利地从放油孔流出。在设计油箱，从构造上应考虑清洗换油的以便，设立清油孔，以便于油箱内沉淀物的定期清理。该油箱的放油孔根据规定设立在油箱的底部，直接焊接管接头连接截止阀。图3-3 1吸油管 2过滤器 3空气过滤器 4回油管 5盖板 6液位批示器 7、9隔板 8放油管3.7液压压下系统性能验算1) 进油路: 沿程压力损失: 重要是液压缸推动下刀架在实行剪切时进油路中的压力损失。本系统压力较高，故选用L-HL32液压油，其密度为890kg/m3,200C时的运动粘度为,油路中流量为泵的流量为250L/min，管路直径d=30mm，进、回油路管长约20m。 流量： 250L/min 流速： 5.9m/s （3-12）雷诺数： =17702320 ，属层流沿程阻力因数：=75/=75/1770=0.042 （3-13） 沿程压力损失 局部压力损失：进油路通过两个三位四通换向阀，两个个三位四通伺服阀阀，一种单向阀，7个直角弯头=1.12 （3-14） =7.8MP2) 回油路 沿程压力损失: 流量： 流速： 3.008m/s （3-15）雷诺数： =902.42320 ，属层流沿程阻力因数：=75/=75/902.4=0.083 沿程压力损失 局部压力损失：进油路通过两个三位四通换向阀，5个直角弯头=1.12 （3-16） 进回油路总压力损失： 进油路：=8.233MPa 回油路：=1.2428MPa4 液压压下系统的安装与维护4.1液压压下系统的安装 液压系统安装质量的好坏是关系到液压系统能否可靠工作的核心。必须科学、正常、合理地完毕安装过程中的每个环节，才干使液压系统可以正常运营；充足发挥其效能。1. 安装前的准备工作 1）明确安装现场施工程序及施工进度方案。 2）熟悉安装图样，掌握设备分布及设备基本状况。 3）贯彻好安装所需人员、机械、物资材料的准备工作。 4）做好液压设备的现场交货验收工作，根据设备清单进行验收。通过验收掌握设备名称、数量、随机备件、外观质量等状况，发现问题及时解决。5）根据设计图纸对设备基本和预埋件进行曲检查，对液压设备地脚尺寸进行复核，对不符合规定的地方进行解决，避免影响施工进度。2 .液压设备的就位 1）液压设备应根据平面布置图对号吊装就位，大型成套液压设备，应由里向外依次进行吊装。 2）根据平面布置图测量调节设备安装中心线及标高点，可通过调节安装螺栓旁的垫板达到将设备调平找正，达到图纸规定。 3）由于设备基本有关尺寸存在误差，需在设备就位后进行微调，保证泵吸油管处在水平、正直对接状态， 4）油箱放油口及各装置集油盘放污口应在设备微调时予以考虑，应是设备水平状态时的最低点。 5）应对安装好的设备做合适防护，避免现场脏物污染系统。6）设备就位调节完毕后，一般需对设备底座下面进行混凝土灌溉，即二次灌浆。4.2 液压压下系统的维护 加油时液压油必须过滤加注，加油工具应可靠清洁。不能为了提高加油速度而去掉油箱加油口处的过滤器。加油人员应使用干净的手套和工作服，以防固体杂质和纤维杂质掉入油中。 保养时拆卸液压油箱加油盖、滤清器盖、检测孔、液压油管等部位，导致系统油道暴露时要避开扬尘，拆卸部位要先彻底清洁后才干打开。如拆卸液压油箱加油盖时，先除去油箱盖四周的泥土，拧松油箱盖后，清除残留在接合部位的杂物（不能用水冲洗以免水渗入油箱），确认清洁后才干打开油箱盖。如需使用擦拭材料和铁锤时，应选择不掉纤维杂质的擦拭材料和击打面附着橡胶的专用铁锤。液压元件、液压胶管要认真清洗，用高压风吹干后组装。选用包装完好的正品滤芯（内包装损坏，虽然滤芯完好，也也许不洁）。换油时同步清洗滤清器，安装滤芯前应用擦拭材料认真清洁滤清器壳内底部污物。参照文献1.邹家祥，轧钢机械，北京，冶金工业出版社 2.朱新才等，液压传动【M】，重庆，重庆大学出版社 3.金兆光，冷轧机压下油缸的设计，北京，化学工业出版社 19984.机械设计手册缩委会，机械设计手册（单行本），液压传动与控制【M】， 北京，机械工业出版社 5.成大先，机械设计手册，北京，化学工业出版社 6.张利平，液压控制系统及设计，北京，化学工业出版社 7.朱新才，液压传动与气压传动，北京，冶金毕业出版社 8.陆望龙，典型液压元器件构造600例，北京，化学工业出版社 9.陈晶，液压缸，北京，化学工业出版社