1750冷连轧机压下液压伺服系统设计毕业论文

本科毕业设计（论文）1750冷连轧机压下液压伺服系统设计 燕 山 大 学2012年6月 本科毕业设计（论文） 1750冷连轧机压下液压伺服系统设计学院（系）： 里仁学院机械工程系 专 业： 08液压1班 学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 2012.6.17 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：机械工程学院 系级教学单位：液压研究所 学号 学生姓名 专 业班 级08液压1班题目题目名称1750冷连轧机压下液压伺服系统设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（）自选题目（ ） 主要内容1系统主要参数：（1）原料带材厚度：2.05.0mm；（2）成品带材厚度：0.302.0mm；（3）带材宽度：10001600mm；（4）液压系统压力：28Mpa：28Mpa；（5）AGC速度：2.53mm/s；（6）行程：60mm；（7）最大控制液柱高度30mm；（8）最大总轧制力：自行估算；（9）系统频宽：25HZ。2 设计内容：（1）伺服系统设计计算；（2）系统施工设计；（3）伺服系统仿真。3 设计目标：初步掌握液压伺服系统设计计算，施工设计及简单仿真的基本方法。基本要求1 参考文献不少于15篇；2 其他设计文档、图纸的进度、数量及格式要求按学校的有关文献执行。参考资料1 板厚板型控制，连家创，刘宏民，兵器工业出版社 1966 年2 新编液压工程手册， 雷天觉， 北京理工大学出版社 1998 年3 液压控制系统， 王春行， 机械工业出版社 2006 年4 机械设计手册周 次第 1 4 周第5 8周第912周第1316周第1718周应完成的内容收集资料：课题的总体方案设计和论证，并完成文献综述 施工图纸绘制80%图纸量完成其他图量、外文翻译、并撰写设计说明书完善并归档设计文件，总结设计思路和成果，准备毕业答辩。指导教师：陈刚职称：讲师 2012年2月25日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要目前厚度自动控制已成为现代化板带生产中不可缺少的组成部分。厚度精度是考核薄板质量的最重要的指标之一，厚度自动控制简称为AGC(Automatic Gauge Control)，是现代化冷轧薄板生产中实现高精度轧制的重要手段。冷连轧带钢薄板厚度自动控制AGC系统的控制目的是为了获得带钢纵向厚度均匀性。目前，随着汽车、电气设备等工业部门对产品质量要求的不断提高，厚度自动控制己成为现代化板带生产中不可缺少的组成部分，已经开发和发展了多种厚度自动控制系统，而且对它的要求越来越高。本人负责设计的是1450五机架冷连轧机液压AGC控制系统的设计，主要包括系统原理的拟定，集成块，集成块装配，油箱和液压泵站的装配，并用计算机三维软件pro/e进行了模拟。关键词轧机 AGC 液压I 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractAGC now is a indispensable component of modern strip production. Assessment sheet thickness accuracy is the most important indicators of quality. AGC is referred to as AGC (Automatic Gauge Control), a modern production of high precision cold-rolled sheet important means of rolling. Cold rolling thin strip AGC system to control a vertical thickness of the strip in order to obtain uniformity. Currently, with the vehicle, electrical equipment and other industrial sectors continuously improve requirements of product quality, AGC has become a indispensable component in the modern production of strip production. peopie have developed many thickness control system, and it becomes increasingly demanding. I am responsible for the design of a 1450-rack reversing cold rolling mill hydraulic AGC control system design, including roll bending, including the principle of developing the system, integrated block, integrated block assembly, fuel tank and hydraulic pump assembly, and use computer three-dimensional software Pro-e to simulate them. Keywords Rolling AGC HydraulicI 目 录摘要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 AGC简介11.1.2 液压压下装置的特点21.2 国内外研究情况简介21.2.1 国外概况31.2.2 国内概况31.3 存在的主要问题41.4 主要工作内容41.4.1 工作的基本内容41.4.2 步骤、方法及措施4第2章 液压系统原理的设计62.1 技术及工艺要求62.1.1 系统的要求72.1.2系统功能设计82.2 设计液压回路92.3 绘制的原理图112.4 本章小结12第3章 液压系统的计算和元件选型133.1 供油压力的选择133.2 压下缸参数计算133.2.1压下缸尺寸的计算133.2.2负载流量及空载流量的计算143.3 伺服阀的参数计算与选型143.4 主泵与辅泵的计算与选型153.4.1主泵的计算与选型163.4.2辅泵的计算与选型163.5 电机的计算与选型163.6 阀类元件的选择173.6.1单向阀的选择183.6.2溢流阀的选择183.6.3换向阀的选择193.6.4减压阀的选择193.6.5截止阀的选择193.6.6水阀的选择193.7液压附件的选择203.7.1蓄能器的选择203.7.2过滤器的选择213.7.3温度计的选择223.7.4压力表的选择223.7.5空气过滤器的选择233.7.6冷却器的选择233.7.7加热器的选择243.7.8压力传感器的选择253.7.9测压接头的选择253.7.10管子的计算253.7.11油箱容积的计算26第4章 集成块的设计284.1 集成块简介284.1.1集成块的特点284.1.2集成块的常用材料294.2 集成块设计的步骤29第5章 液压泵站的设计355.1 泵装置的设计355.2 管路的设计35结论38参考文献39致谢41附录1 开题报告42附录2 文献综述48附录3 外文翻译及原文55V第一章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景随着社会经济的发展，国内外各行业对冷轧带钢成品质量的要求日益严格，而产品质量又主要取决于带钢纵向厚度精度和横向厚度精度。在轧制过程中，带钢的纵向厚度精度由厚度自动控制系统（简称AGC系统）来保证，带钢的横向厚度精度由板形自动控制系统来完成，目前已朝着带钢纵向、横向厚度偏差的综合控制方向发展。原料厚度的波动、轧制状态及轧制条件的波动（如轧制速度变化，轧辊的磨损等）常常引起带钢成品厚度波动。调节压下是最常用的一种厚控方法，液压AGC系统是在轧制过程中通过液压压下（或液压推上）装置对有载辊缝进行自动调节的自动控制系统。它以响应速度快、准确性高等电动压下所不及的优点得到广泛应用。目前，几乎全部冷连轧机均采用了液压AGC控制。本设计系统为1450五机架冷连轧机液压压下系统，针对轧制过程中板带厚度波动进行反馈纠正，要求压下装置能快速调节辊缝以保证钢带纵向厚差在给定范围内，其中包括伺服系统的设计，阀架装配图和系统的仿真等。液压压下由于其高精度快速性、容易控制、轧机刚度可控以及安全可靠而得到广泛发展板厚精度是板带材的两大质量指标之一，板厚控制是板带轧制领域里的两大关键技术之一。我国近年来从发达国家引进的一些大型的现代化的板带轧机， 其关键技术是高精度的板厚控制和板形控制。板厚精度关系到金属的节约、构件的重量以及强度等使用性能，为了获得高精度的产品厚度，AGC 系统必须具有高精度的压下调节系统及控制系统的支持。目前厚度自动控制已成为现代化板带生产中不可缺少的组成部分。1.1.1 AGC简介 实现厚度自动控制的系统称为“AGC”(Automatic Gauge Control)。带材厚度自动控制AGC系统是指带材厚度达到设定的目标偏差范围而对轧机进行在线调节的一种控制系统。厚度自动控制系统是通过测厚仪或传感器对带材实际轧出厚度连续进行测量，并根据实测值与给定值比较后的偏差信号，借助于控制回路或计算机的功能程序，改变压下装置、张力或轧制速度，把带材出口厚度控制在允许的偏差范围内。七十年代起，液压厚度控制技术的应用，使板厚控制技术产生了重大变革。液压自动增益控制的响应速度比电动自动增益控制快2个数量级以上。由于液压技术与计算机技术的结合，使这一阶段的板厚控制技术大大地向前迈进了一步。并且在这一阶段的大部分旧式控制方式的轧机都进行了新技术的改造。 1.1.2 液压压下装置的特点国外把实现厚度自动控制的系统称为“AGC ”，而国内多称之为液压压下装置。与电动压下装置比较，液压压下装置有以下特点：1. 快速响应性好，调整精度高。液压压下装置有很高的辊缝调整速度 和加速度。尤其是很大的加速度潜在能力。在频率响应、位置分辨率诸方面都大大优于电动压下装置。下表给出了两者动态特性方面的比较。 动态性能大幅度提高，使得产品的精度提高，质量更有保证，缩短了加速减速阶段带钢头尾的超差长度，节约了金属及能源，提高了合格率。2.过载保护简单、可靠。液压系统可以有效地防止轧机过负载，保护轧辊和轴承免遭损坏。当事故停车时，可迅速排出液压缸的压力油，加大辊缝，避免轧辊烧裂或被刮伤。3.采用液压压下实现对轧机的“恒辊缝”和“恒压力”的控制，以适应各种轧制及操作情况。4.采用标准液压元件，简化了机械结构。5.较机械传动效率高。6.便于快速换辊，提高轧机作业率。1.2 国内外研究情况简介近年来，国内外在板形和板厚等控制技术方面取得了许多新的进展，大大提高了板带材的几何尺寸精度。为满足汽车制造、食品、包装、家用电气、机械和军事工业等各领域的需要，生产出更高精度的板带材产品占领国际市场，各国相继投入了大量的人力物力，开发研制了多种现代化大型轧机。1.2.1 国外概况 具有代表性的有日本日立公司研制的工作辊可轴向移动的HC轧机、CVC轧机、中间辊既可弯曲又可移动的UC轧机，日本三菱公司研制的成对轧辊交叉式的PC轧机，德国曼内斯曼德马科公司的UPC轧机等。这些轧机配以现代化控制手段可实现多功能精密轧制，生产出微米级厚度精度的板带材产品。随着国民经济的快速增长，各国对冷轧带钢质量、品种和数量提出了新的要求，为轧制过程的控制进一步增加了难度，用传统方法已经很难进一步提高控制水平了。因此一些国家开始全面有计划的开发智能控制，如模糊控制技术、神经网络技术等以适应更高精度的要求。在这方面日本、美国、德国、法国等，在烧结、炼钢、连铸及轧钢等钢铁生产领域已获得了成功应用。尤其是日本投入了很大力量，并获得了许多成果。例如日本神户钢铁公司加古川厂五机架冷轧机的神经模糊板形控制系统，日本日立公司森吉米尔轧机的神经模糊板形控制系统等等。1.2.2 国内概况 我国在高精度轧制技术方面也作了大量的研究开发工作。新中国成立后为实现工业化，从国外引进了大型冶金设备和技术。我国技术人员经过多年的学习与消化，在此基础上结合我国的实际情况，自行开发出一些有关提高产品精度的基础理论和实用的先进工艺及装备，其中有些技术已达到或超过国外的先进水平，并且我国将智能控制技术在轧机中也得到了一定的应用。像鞍钢中板厂2350四辊轧机智能控制的开发研究、济钢中板轧机液压APC系统中模糊控制技术的应用等这些国内外的例子，均说明智能控制具有极好的前景。但总体来说我国自行研制的轧机技术含量不高，生产出的产品竞争力不强，每年尚需要进口大量的高精度板带产品，许多轧机的生产状况尚不能令人满意，厚度精度急待提高，许多理论问题以及所采用的先进技术尚待进一步消化研究，如在数学模型的求取上，尽管已经比较完善，但仍存在一些通常被人们所忽略的因素，因此为了更好地实现控制，缩短现场调试周期还有待于对它进一步补充完善。1.3 存在的主要问题液压伺服系统的典型特征是低阻尼、时变性、非线性以及外界干扰，很难得到系统的精确数学模型。运用传统的控法设计的控制器自适应能力和抗干扰性一般很差，不能满意的控制效果。在满足稳定性的前提下，使系统具有快应，控制精度高和鲁棒性好的控制性能，必须采用合适的策略。1.4 主要工作内容本次毕业设计的主要任务是1750冷连轧机压下液压伺服系统设计，给轧机配系统，综合应用大学中所学到的知识，锻炼动手实践能力。1.4.1 工作的基本内容(1)依据系统要求，拟订液压系统原理图，进行液压参数计算和选取元件。(2)计算机三维画集成块图。(3)设计液压泵站装配图，油箱图。 (4)设计液压缸。(5)完成外文翻译与说明书。1.4.2 步骤、方法及措施 本次毕业设计的步骤安排如下：1.工艺了解2.方案设计3.原理设计4.施工设计5.交技术文件（计算说明书，原理图，施工图）具体的工作进度安排如下：周 次第1 4周第5 8周第 9 12周第1316周第1718周应完成的内容收集资料：课题的总体方案设计和论证，并完成文献综述 施工图纸绘制80%图纸量完成其他图量、外文翻译、并撰写设计说明书完善并归档设计文件，总结设计思路和成果，准备毕业答辩。1.5 本章小结 在本章中，主要介绍了课题的背景及依据，意义，并简要概述了国内外的研究成果，给出了研究步骤、方法及措施。35 第2章 液压系统原理的设计 第2章 液压系统原理的设计原理设计至关重要，以后所做的工作都是在原理图的基础上进行的，原理设计有问题，就不能完成所要求的动作要求。2.1 技术及工艺要求 设计新的液压系统，首先要仔细查明机器对液压系统究竟有哪些要求，要与用户或主机厂共同讨论，力求定量地掌握这些技术要求，作为设计的出发点和依据，使设计的系统满足工艺要求。设计流程图见图2.1 。图2.1 设计流程2.1.1 系统的要求给压下缸配系统，完成缸的动作要求。压下缸的工艺要求：(1)正常轧制：位置环，(2)故障状态：抬辊，位置保持(3)正常工艺状态：换辊，冲阀，冲缸所要了解的还有：1.机器的特性(1)用途及工作目的。(2)功能、性能及负载特性 负载种类(恒定负载、变化负载及冲击负载)及大小；运动方式(直线运动、旋转运动、摆动)及运动量(位移、速度、加速度)，惯性力，摩擦力(静摩擦、动摩擦、粘性摩擦)，动作特性、动作时间，精度(定位精度、跟踪精度、同步精度)。(3)结构 机构、与被驱动部分的连接条件、安装上的限制条件等。(4)驱动方式 原动机的种类(电动机、内燃机等)、容量(功率、转速、转矩)、稳定性。(5)控制方式 操作方式(手动、自动)、信号处理方式(继电器、逻辑电路、可编程控制器、微计算机)。(6)循环时间 系统中各种执行器的动作顺序、动作时间的相互关系。2. 使用条件(1)工作时间。(2)设置场所(室内、室外)。 (3)设置环境 环境温度、湿度(高温、寒带、热带)，粉尘种类和浓度(防护、净化等)，腐蚀性气体(所用元件的结构、材质、表面处理、涂覆等)，易爆气体(防爆措施)，机械振动(机械强度、耐振结构)，噪声限制(降低噪声措施)。(4)维护条件 维护程度与周期，维护人员的技术水平；维护空间、作业性、互换性。3适用标准、法规4安全性、可靠性(1)用户在安全性方面有无特殊要求。(2)明确保用期、保用条件。5经济性不能只考虑投资费用，还要考虑能源消耗、维护保养等运行费用。2.1.2系统功能设计根据技术要求确定执行器的种类、数量、动作顺序和动作条件。根据动作条件拟定驱动执行器的基本回路。作为控制执行器的方式，有用双向变量泵的闭式回路和使用控制阀的开式回路。当系统中有多个执行器时，要绘制表示动作顺序的顺序图，拟定实现动作顺序的控制回路。此时如果有同步要求，还要采用保证必要的同步精度的同步回路。然后再设计液压源回路。此时要考虑节能、维持液压油液的清洁度、液压油液的温度控制、油箱的油量调节和气压调节。综合以上驱动回路、控制回路、液压源回路三个部分，即得到总的基本液压系统。然后再进一步考虑安全性、减小冲击、减小压力脉动、节能、寿命等因素，对此基本系统进行修改补充，使之臻于完善。1.确定执行器的种类、数量和动作执行器是液压系统的输出部分，必须满足机器设备的运动功能、性能的要求及结构、安装上的限制。根据所要求的负载运动形态，选用不同的执行器配置。根据执行器的种类和负载重量、位移量、速度、加速度、摩擦力等，经过基本计算，确定所需的压力、流量。压力可根据受压面积与机械力求出，流量可用移动体积与移动时间的关系求出。2.确定循环时间根据生产设备的预定年产量和全年工作日数求出日产量，再根据机器的能力和每日开机时间求出单位产量所需时间即循环时间。此循环时间要进一步细分出各执行器的顺序动作时间、停歇时间等，要合理地分配循环中各个节拍所需要的时间。为此要把表示各执行器动作顺序的顺序图、表示动作特性的工作图及表示各节拍所需压力流量的压力流量图综合起来，绘制出时间图。如果循环中仅个别节拍需要大流量时，设置作为辅助油源的蓄能器，可以提高系统效率，同时也降低成本。3.确定控制方式执行器的控制方式有泵控制方式和阀控制方式，泵控制方式采用双向变量泵，通过控制泵的流量实现执行器的速度控制，通过控制泵的出流方向实现执行器的方向控制。这种方式中每个执行器需要一个变量泵。重视能源的经济的场合或者负载惯性大、起动停止冲击成问题时可以采用。阀控制方式中，用方向控制阀实现执行器的方向控制，用流量控制阀实现执行器的速度控制。这种方式应用最广泛，适用于一个液压源同时驱动多个执行器的场合或者输入信号很复杂而要求快速响应的场合。2.2 设计液压回路由于设计者的思路、经验或对所有元件的考虑方法不同，即使针对同样目的的设计出来的液压回路也是千差万别的。因此可以拟定几种符合目的的液压回路，再从成本、重量、使用方便等方面进行对比论证，确定最合适的液压回路。液压回路包括油压发生回路、执行器控制回路、油液处理回路、其他辅助回路等。无论多么复杂的液压系统，都则由实现种种功能的基本回路组成的。经过多年的经验积累，已经形成了许多简便成熟、行之有效的基本回路。用标准图形符号绘制拟定的液压系统原理图，并注明压力控制阀、压力继电器等设定压力和液压泵或蓄能器工作时各段路的流量，以便后面选定元件和确定管子口径。(1)油压发生回路 此回路包括液压泵部分和压力控制部分，要设计成能在必要的时候最有效地供给所需要的压力和流量。液压泵的功率在泵控制方式中根据执行器的最大功率算出，在阀控制方式中根据各执行器所需的最大功率算出，在蓄能器驱动的卖命根据蓄能器的最高工作压力、一循环中消耗的全部液量在充液过程中补充所需的泵流量和卸载时间算出。在实际的工作循环中，有时低速大负载、有时高速小负载、有时卸载，可以求出平均功率并据以确定泵的驱动电机的容量。但是循环中的峰值负载不得超过电动机额定功率的1.5倍。(2)执行器控制回路 执行器控制回路要根据负载特性，适当地控制方向、速度等。泵控制方式中，在双向变量泵回路上加压力控制回路即可组成执行器控制回路。阀控制方式中的执行器控制回路，由方向控制回路、速度控制回路、压力控制回路适当组合而成：1)方向控制回路 用方向控制阀来实现执行器动作方向的控制，掌握方向控制阀的通油时间来控制执行器的位移量。调整换向阀的切换时间、设置二速回路、与行程减速阀并用，或者采用比例阀、伺服阀都可以控制执行器起动、停止时的加速减速特性。2)速度控制回路 用流量控制阀来实现执行器速度的控制。根据负载变化情况和流量精度要求选定采用节流阀还是调速阀来控制。考虑对负载方向的适应性，负载变化对精度的影响及回路的效率等因素，决定采用进口节流、出口节流还是旁通节流方式。3)压力控制回路 压力控制回路不仅包括控制执行器输出力（或力矩）的回路，还包括用来吸收执行器起停时的制动力、外负载引起的冲击力的安全回路。作为输出力控制回路，有用溢流冷漠限制最高压力的调压回路，还有用减压阀把某个执行器限制到低于油源压力的压力的减压回路。制动回路、平衡回路、安全回路等中所用的压力控制阀，有直动式、先导式、内控式、外控式等各种结构，性能和特性也有多种不同，实际使用时必须十分注意。(3)液压油处理回路 液压油处理回路包括进行液压油液污染控制的过滤回路和油液温度控制回路。在过滤回路中，要根据所用液压元件和液压油的种类确定过滤器的容量，过滤精度和设置部位。当环境温度较高或液压装置内部发热较多，单靠油箱和管路系统自然散热无法维持与所用元件相适应的温度和精度时，必须设置油冷却器，环境温度过低，液压泵超支困难时，必须考虑设置加热器或其他暖机运行方式。(4)辅助回路 辅助回路包括液压系统维修所需的回路和作为安全措施专门设置的回路。2.3 绘制的原理图 绘制的原理图如图2.2所示。图2.2原理图2.4 本章小结在这一章中，系统阐述了原理图的绘制流程及注意事项，并在最后给出了绘制的原理图。 第3章 液压系统的计算和元件选型 第3章 液压系统的计算和元件选型系统主要参数：（1）原料带材厚度：2.05.0mm；（2）成品带材厚度0.302.0mm；（3）带材宽度：10001600mm；（4）液压系统压力：28Mpa：28Mpa；（5）AGC速度：2.53mm/s；（6）行程：60mm；（7）最大控制液柱高度30mm；（8）最大总轧制力：自行估算；（9）系统频宽：25HZ。3.1 供油压力的选择多数情况下压力可以自由选定。适当提高压力可以降低成本。因此，系统压力有逐渐提高的趋势，但液压系统的压力受到所用元件的限制。提高系统压力，可以使响应速度提高、输出力加大、功率密度提高、管路的压力传播速度提高，并且不容易发生执行器低速爬行现象。但是提高压力也带来一些问题，如元件寿命缩短，易于发生阀的卡死及自激振荡，液压油易变质，内泄漏加大，油温升高，必须采取措施防止漏油。由于此系统为轧机服务，且是伺服系统，轧制力为2500T，所以系统压力初选为Ps=28Mpa。3.2 压下缸参数计算 3.2.1压下缸尺寸的计算初选系统工作压力 Ps=10MP最大总轧制力 F=25000KN液压缸的缸径 Ap=Fmax/2Ps=0.446m又由于 Ap=D得 D=0.7535m所以D=0.8m，又由经验公式d/D=0.7得液压缸的内径D=0.8m活塞缸的直径d=0.56m3.2.2负载流量的计算AGC的负载速度是2.53.0mm/min。取2.5mm/min。负载的流量：ql=ApVl=75.36L/min负载的压力：PL=Fs/(2A)=19.9MPa。3.3 伺服阀的参数计算与选型 考虑执行器的控制内容、控制精度、响应性等，确定伺服阀、电磁比例阀、步进电机操作的数字阀及快速电磁开关阀(脉宽调制、脉数调制)等电液控制阀的类型，这些控制阀可以与指令电信号成比例地控制油液流量，而且控制阀上产生比较大的压力损失。压力损失与流量之间有一定的关系，要选择其容量能充分包围执行器输出特性的电液控制阀。 选定电磁比例阀时要注意，梓本上的额定流量是指阀全开时阀压降为1MPa的通过流量。要在确定执行器(缸)的面积和以希望速度驱动执行器所需的流量之后，确定在动态条件下(加速和保持速度所需)的最大负载压降和允许的阀压降，再参照样本上阀的流量增益曲线根据流量和阀压降确定最合适的流量，最后核对工况点是否落在阀的功率容量轮廓线以内。选定电液伺服阀时，要通过所谓负载匹配确定油源压力、执行器缸)面积及伺服阀容量。伺服阀的流量应比所需最大流量大出10，留给伺服阀的压降应不小于供油压力的13，伺服阀的90相移频宽应不低于系统频宽的3倍。Qvo=（1.151.3）QL=86.664L/min97.968L/min,在28MPa下，额定流量Q额= QvoPs/(Ps-PL) =161.108L/min182.122L/min，在21MPa下，额定流量Qn= Q额（Pn/Ps）=139.519L/min157.717L/min，取流量Qn=150L/min所以根据计算的流量以及系统的压力选取穆格的伺服阀，其型号是D662-P01JAAF4NEX20。数目为2个3.4 主泵与辅泵的计算与选型 液压泵是液压系统的动力源。要选用能适应执行器所要求的压力发生回路的泵，同时要充分考虑可靠性、寿命、维修性等以便所选的泵能在系统中长期运行。液压泵的种类非常多，其特性也有很大差别。压力越高、转速越低则泵的容积效率越低，变量泵排量调小时容积效率降低。转速恒定时泵的总效率在某个压力下最高，变量泵的总效率在某个排量、某个压力下最高。泵的总效率对液压系统的效率有很大影响，应该选择效率高的泵，并尽量使泵工作在高效工况区。选择液压泵时要考虑的因素有工作压力、流量、转速、定量或变量、变量方式、容积效率、总效率、寿命、原动机的种类、噪声、压力脉动率、自吸能力等，还要考虑与液压油的相容性、尺寸、重量、经济性、维修性。这些因素一般已写在产品样本或技术资料里，要仔细研究，不明确的地方最好询问制造厂。用定量泵还是用变量泵，需要仔细论证。定量泵简单、便宜，变量泵复杂、贵，但节省能量。3.4.1主泵的计算与选型确定液压泵的工作压力：式中 P1液压缸的最大工作压力(MPa)；从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间管路的损失的准确计算要待元件选定之后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，流量流速不大的取 =(0.20.50)MPa,管路复杂，进口调速阀的，取 =(0.51.5)MPa。系统初选工作压力为28MPa，取管路损失=0.5MPa，所以系统最高压力，P 28+0.5MPa=28.5 MPa 确定液压泵的流量：q K式中 K系统泄漏系数，一般取K=1.11.3； 同时动作的液压缸的最大流量，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流量，一般取0.510 m /s。 主泵的流量：Qp2Qn=2150L/min=300L/min 取最大流量Qpn=325L/min 功率：P=PpQp/p=28.51010/(0.860)=192.5KW所以根据系统的压力和流量选择力士乐的柱塞泵型号为：A4VSG125DR/22-RPPB10，泵的数目为1，数泵的最大的流量325L/min，转速是1500r/pm。3.4.2辅泵的计算与选型 Qp1.1Q=1.1300L/min=330L/min 功率：P=PpQp/p =1.581010177/(0.860)=5.20KW 由于 330/2L/min=165L/min 所以根据系统的压力和流量选择力士乐的2个叶片泵其型PVV4-1X/122RA15DD,转速是1500r/pm，最大流量是177L/min。 3.5 电机的计算与选型 液压系统中驱动液压泵的原动机有电动机和发动机。发动机指汽油机、柴油机等，一般用于行走设备，而且不是由液压系统的设计者选定的。固定设备液压系统中驱动液压泵的电动机需要设计者选定。根据使用环境，决定开式、封闭扇冷式、防雨保护式、防爆式等形式及立式、卧式结构。用卧式电动机驱动时，泵需另设安装架。用立式电动机时，泵可以藏在油箱内部，外观整齐，噪声也小。用立卧式电动机时，泵可以通过钟形罩安装在电动机的法兰上。确定电动机的规格时，要考虑液压泵的最大轴扭矩和工作循环的平均功率。主泵电机的选择：功率：P=PpQp/p=28.51010/(0.860)=192.5KW根据主泵的转速和功率，主泵的电机选佳木斯，其型号为Y3-355M1-4，功率是110KW,转速是1500r/pm。 辅泵电机的选择：功率：P=PpQp/p =1.581010177/(0.860)=5.20KW根据辅助泵的转速和功率，辅助泵的电机选佳木斯，其型号为Y3-132M1-4，功率是7.5KW,转速是1500r/pm。3.6 阀类元件的选择 选定液压控制阀时，要考虑的因素有压力、流量、工作方式、连接方式、节流特性、控制性、稳定性、油口尺寸、外形尺寸、重量等，但价格、寿命、维修性等也须考虑。阀的容量要参考制造厂样本卜的最大流量值及压力损失值来确定。样本上没有给出压力损失曲线时，可用额定流量时的压力损失按下式估算其他流量的压力损失。p=pr(Q/Q2)2式中 p流量为Q时的压力损失； pr额定流量Q2时的压力损失。另外，如果粘度变化时，要乘以表3-2中给出的系数。表3-2 粘度修正系数运动粘度(mm2/s)14324354657687系数0.931.111.191.261.321.371.41阀的连接方式如果用板式连接，则更换阀时不用拆卸油管。另外，板式连接的阀可以装在油路块或集成块上，使液压装置的整体设计合理化。控制回路有时要用很多控制阀，可考虑采用插装式、叠加式等集成式控制阀，集成化有配管少、漏油少、结构紧凑的优点。螺纹插装阀、叠加阀和盖板插装阀统称为集成式阀。3.6.1单向阀的选择泵的出口接单向阀的作用是保护液压泵，它允许高压油液单向流入系统，当泵的输出压力较小时，防止系统压力突然升高而使液压泵损坏，还可防止系统在泵停机时，高压油倒流回油箱。单向阀的开启压力取决于内装弹簧的刚度；一般来说为减小流动阻力可使用开启压力低的单向阀。但是阀归座迟钝引起逆流时或用于保待电液换向阀的控制压力或马达背压时，应选用开启压力高的单向阀。过滤器旁通用的单向阀，其开启压力由滤芯堵塞压力确定。当流过单向阀的流量远小于额定流量时，单向阀有时会产生振动。流量越小，开启压力越高，油中含气越多，则越容易振动。经查油威力样本，板式单向阀的型号：Y-DRVP25S1-10，螺纹连接单向阀型号：Y-AD-1.6-0-320-1X/V3.6.2电磁溢流阀的选择安装在液压泵口的电磁溢流阀的主要作用是当液压泵转速恒定时，将多余的流量溢流，在系统中建立起正常工作压力，泵工作之前卸荷。安装在伺服缸入口的电磁溢流阀的主要作用是当轧制力突然增大时，调节伺服缸内的压力，确保伺服缸安全。选油威力的先导式溢流电磁溢流阀：主泵出口先导式溢流电磁溢流阀：Y-DBW25B1-5X31.5通径25mm，额定流量330l/min伺服阀处先导式溢流电磁溢流阀： Y-DBW10B1-5X31.5通径10mm，额定流量150l/min伺服阀处电磁溢流阀：DBD10P1X/3153.6.3换向阀的选择换向阀使用时的压力、流量不要超过制造厂样本上的额定压力、额定流量，否则液压卡紧现象和液动力的影响往往引起动作不良。尤其在液压缸回路中，活塞杆外伸和内缩时回油流量是不同的。内缩时回油流量比泵的输出流量还大，流量放大倍数等于缸两腔活塞面积之比，要特别汴意。另外还要注意的是，四通阀堵住A口或B口只用一侧流动时，额定流量显著减小。压力损失对液压系统的回路效率有很大影响，所以确定阀的通径时不仅考虑换向阀本身，而且要综合考虑回路中所有阀的压力损失、油路块的内部阻力、管路阻力等。在此系统中，根据需要，用到了2位4通电磁换向阀选择力士乐的2位4通电磁换向阀型号选：5-4WE10C3X/CG243.6.4减压阀的选择位于泵出口的减压阀的主要作用是当伺服缸工进时提供一定背压，伺服缸快退时提供一定压力，根据流量和压力选择油威力的减压阀，其型号：Y-DR25-4-5X/5YM3.6.5截止阀的选择截止阀选择黎明液压厂的。压油路：YJZQ-H40B高压球阀回油路：YJZQ-H50B高压球阀吸油路:Q11F16低压内螺纹直通式球阀 3.6.6水阀的选择这里的水阀是一个2位2通电磁换向阀，通过该阀，自动控制冷却水的通断。水阀在系统中的编号为36，型号为ZCT-40-A，生产厂家为黎明液压。3.7液压附件的选择3.7.1蓄能器的选择 选择蓄能器涉及到两项任务。首先要确定正确的蓄能器类型，然后选择蓄能器的容量、充气压力和规格。液压系统中蓄能器是一种能量储存装置，它的作用是在适当的时候把具有一定压力的液压油存储起来，以便在需要时系统从新放出。蓄能器的种类很多，如气囊式、活塞式、气瓶式、重锤式、弹簧式等。选择蓄能器应考虑以下因素：工作压力及耐压性；公称容积及允许吸(排)流量或气体容积；允许使用的工作介质及介质温度等等。其次还要考虑到蓄能器的重量级占用的空间问题；价格、质量及使用寿命；安装维修的方便。蓄能器为压力容器，必须有生产许可证才能生产，所以，一般不能自行设计，制造蓄能器，应选择专业厂家的产品。根据蓄能器在液压系统中的作用，确定其类型和主要参数。蓄能器的主要作用有以下几种：1. 用作辅助油源，补充液压泵流量不足；2. 用作紧急能源；3. 用于吸收脉动；4.用于吸收液压冲击；5. 用于补偿泄露。设计中蓄能器都用气囊式：主泵的蓄能器：1. 用于消除液压泵脉动，降低噪声用的蓄能器充气压力P0的确定，即P0=Pp =0.628=16.8Mpa， P1 蓄能器最低工作压力辅助泵前蓄能器：1. 用于消除液压泵脉动，降低噪声用的蓄能器充气压力的确定，即 P0=Pp =0.61.5=0.9Mpa2. 作为消除液压泵脉动，蓄能器容积Vo的计算，如果蓄能器是用来消除柱塞泵的脉动，常推荐采用下列经验公式直接计算蓄能器的总容积Vo，既： Vd柱塞泵的一个柱塞排量P1,P2蓄能器最低、最高压力（绝对压力）Pm蓄能器设置点的平均绝对压力，Pm=（P1+P2）/2Kd系数主泵选择：公称容积40L,压力约31.5Mpa NXQ1-L40/31.5-M辅泵选择：公称容积25L，压力约10Mpa 选NXQA-25/10LA阀前蓄能器：用于吸收液压冲击的蓄能器充气压力Po的确定 Po=P1=0.6Pb=0.628=16.8Mpa作为吸收液压冲击的蓄能器容积Vo的计算：经验公式: L产生冲击管的长度q阀门关闭前的馆内流量t阀门由开到关所持续的时间P1系统最低工作压力P2系统允许的最大冲击压力，计算时一般去P2=1.5P1.经计算，选NXQ1-L0.63/8-H3.7.2过滤器的选择针对液压系统的需要确定过滤器时，要确定过滤器的类型、过滤精度及尺寸大小。过滤器的类型是指它在系统中的位置，即吸油过滤器、压力管过滤器、回油过滤器、离线过滤器及通气过滤器。吸油过滤器主要用来保护泵不被较大颗粒损坏，乙般用网式粗滤器。为了防止泵气蚀，吸油过滤器的压降要严格限制，因而其面积要选得较大。压力管过滤器主要用来保护系统中的关键元件，所以它紧挨着装在被保护元件的上游。因为在压力管工作，所以要能耐受系统的全压力。为了始终提供保护，一般不宜带旁通阀，但应带堵塞指示器。 回油过滤器可以去除经液压缸从外界侵入的污染物和系统中生成的污染物。系统的回油流量有时比泵的输出流量大得多，如液压缸的面积差或蓄能器放液使回油流量加大，在确定回油过滤器的容量时要特别注意。 由单独的泵和过滤器组成的离线过滤回路，虽然不能直接保护系统元件，但能有效地控制系统油液的总污染度，而且可以独立运行而不受主回路工况的影响。 油箱上的通气过滤器也不容忽视。该过滤器要有与系统要求相适应的过滤精度，以防止环境污染物浸入。同时又要有足够的通流能力，保证油箱液面升降时通气顺畅。选过滤器的通油能力时，一般应大于实际通过流量的2倍以上。a.主泵出口过滤器: Q主2Qp1=600L/min，所以过滤器型号是：ZU-H6305B,通经80mm，公称流量是：630L/min。b.辅助泵过滤器: Q主2QpL=660L/min，所以过滤器型号是：ZU-A8005B,通经90mm，公称流量是：800L/min。c.回油过滤器: Q回35Qp=600L/min，取4330=1320L/min。所以过滤器型号是：YLH-16005B,通经125mm，公称流量是：1600L/min。d.伺服阀前过滤器: Q2Q阀=300L/min，所以过滤器型号是：ZU-H4005B,通经80mm，公称流量是：400L/min。3.7.3液位计的选择选1个黎明液压的液位计其型号：YW2-300T选2个黎明液压的温度计其型号：WSSX-3013.7.4压力表的选择为了测量精确，压力表型号：Y-60，生产厂家都为黎明液压公司。3.7.5空气过滤器的选择空气过滤器既可过滤空气，又可作为加油使用。选择EF4-50型，空气过滤精度10，选购黎明液压有限公司产品。3.7.6冷却器的选择液压系统中的油温，一般控制在30500C范围内。最高不应高于700C，最低不应低于150C。油温过高，将使油液迅速老化变质，同时使油液粘度降低，造成元件内泄漏量增加，系统效率降低；油温过低，使油液粘度过大，造成泵吸油困难。油温过高或过低都会引发系统工作不正常，为保证油液能在正常的范围内工作，需对系统油温进行必要的控制，即采用加热或冷却方式。在选择冷却器时应首先要求冷却器安全可靠、有足够的散热面积、压力损失小、散热效率高、体积小、重量轻等。然后根据使用场合，作业环境情况选择冷却器。本系统采用水冷。水冷式冷却器的冷却面积计算:在本系统中,正常工作时,由于缸的动作很小,其流量近似为0,此时辅泵溢流产生的热量为系统的主要热源散热功率为:H=38.62=51.6KW进油口温度:t1=273+55=328K出口油温度:t2=273+50=323K水进口温度:t1=273+20=293K水出口温度:t2=273+30=303K列管式冷却器的散热系数为350 则冷却面积选: ZLQGW-A/5L3.7.7加热器的选择油液的加热可采用电加热或蒸汽加热等方式，为避免油液加热变质，一般加热管表面温度不允许超过1200C，点加热管表面功率密度不应超过3W/cm2。正确选择和使用热交换器可以节省时间、金钱和维修费用。许多液压传动系统没有热交换器就不能工作。在确定液压系统的热交换器时，要考虑油液和系统元件可允许的温度、系统产生的热量以及用水冷还是空冷热交换器冷液压油的粘度比热油高，会使动作迟钝、压力损失过大。当系统在冬季清晨开始工作时，应该允许油液温度上升到发热速度等于系统散热速度的平衡温度。如果发热速度超过散热速度，多余的热量将加热油液，开始引起油液分解，在元件表面形成粘稠物并开始使密封件变质。热量过多会破坏油液，损坏密封件，并加快泵和其他元件的磨损。加热管的发热能力可按下式估算：式中 N加热器发热能力（W）； C油的比热，取C=16802094 J / (kg0C)； r 油的密度，取r=900kg/m3； V油箱内有油液体积(m3)； Q油加热后温升(0C)； T加热时间(s)。电加热器的功率：P=N/ （3-24）式中, 热效率，取=0.60.8。液压系统中装设电加热器后，可以较方便地实现液压系统油温的自动控制。经计算，N3150W,功率 P =4500 W选取GYY4-220/8型电加热器，选购上海电加热器厂产品。3.7.8压力传感器的选择应用压力传感器，可以把信号送给计算机，实现自动化控制。根据行程和控制要求，压力传感器选择MPM388-08-GL-I-B型。3.7.9测压接头的选择用四块压力表和测压接头，可以方便的测量系统中各个位置的压力。测压接头的型号: PT1-00A23.7.10管子的计算管子内径的计算公式：管子内径d（单位：mm），按流速选取式中 qv液体流量（m3/s） V流速，一般按以下原则选取：压油管路流速为5-10m/s；吸油管路流速为1-2m/s；回油管路流速为2-3m/s；金属管壁厚的计算金属管壁厚（单位：mm）的计算公式如下：式中 p工作压力(MPa)； d管子内径（mm）； 许用应力（MPa），对于钢管=b/S经过计算，得出压油管通径为40，外径为50，壁厚7吸油管通径为40，外径为50，壁厚7回油管通径为50，外径为63，壁厚3泄露油管通径为15，外径为22，壁厚1.63.7.11油箱容积的计算 油箱容量就足以保持对系统有足够的油液供应。在确定油箱容量时应考虑最低和最高的极限温度、回路中保持的最小和最大油液体积、空气从油液中逸出所需要的镇定时间、未采用主动温度控制时的散热能力，以及油箱的环境和相对于系统的位置。所选的油箱应该有这样的公称油液容量，即该容量等于或大于可能从系统中流进油箱的所有油液的体积，同时在工作循环期间能保持安全的工作液位。此外，公称油液容量应不小于每分钟通过油箱的最大工作流量的3倍。选取长：宽：高为3:2:1油箱容量一般为最大流量的510倍，一般取10倍，即为3300L/min，取油箱流量4000L。选择油箱的长宽高为：长 2500mm， 宽 1500mm， 高,1000mm 离地高170mm.3.8 本章小结本章中，主要是关于元件的参数计算及如何选择液压元件，包括元件的主要功用，应用场合和使用注意事项，给出了元件的型号及生产厂家和该元件在系统图中的编号。做完本章中的任务后，就可以进行集成块和泵站的设计了，为以后的工作进行奠定了基础，但并不是说只有元件选取完毕以后才能进行集成块和泵站的设计，这几项工作是相互呼应的，应该综合考虑。 第4章 集成块的设计 第4章 集成块的设计 油路块是由实心金属块加工而成的块体，其表面有承装板式阀的安装面、承装插装阀的腔孔、承接管接头或法兰的油口，其内部有沟通阀的连接口以构成局部回路韵孔道。有的油路块，上下两面安排公共孔道和螺钉孔，可以互相叠加，每一个油路块针对一种典型的执行器操作回路进行标准化，称为集成块。若干个集成块，加上基块和盖板，连同各块上的阀等元件和液压泵站，即构成完整的液压系统。用油路块代替管路实现元件间的连接，可以大幅度地减少系统装配工作量，减少泄漏机会，减小系统所占空间，缩短执行器响应时间，降低系统维修成本。但