III森吉米爾二十輥軋機液壓控制系統(tǒng)設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25872森吉米爾二十輥軋機液壓控制系統(tǒng)設(shè)計案例 1123271.1液壓傳動概述 191321.2液壓調(diào)控系統(tǒng)工況分析 1267301.2.1液壓系統(tǒng)壓下調(diào)整 290181.2.2液壓系統(tǒng)輥形調(diào)整 3253111.3液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定 3292171.3.1初步確定液壓缸工作壓力 3159911.3.2計算液壓缸的工作面積和流量 4320181.4液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計 5247301.1.1選擇液壓執(zhí)行元件 5310791.1.2選擇液壓泵類型 6165181.1.3選擇調(diào)壓方式 6254791.1.4選擇換向回路 6191021.5計算和選擇液壓元件 6147141.5.1液壓缸選型 68181.5.2液壓泵的選擇 769301.5.3電動機的選擇 932101.5.4聯(lián)軸器的選型 911011.5.5閥的選型 946591.5.6蓄能器 10153281.5.7回油過濾器的選型 11276251.5.8油箱設(shè)計 1279501.5.9冷卻器的選型計算 1373101.6amesim液壓系統(tǒng)原理圖 15森吉米爾二十輥軋機的輥系調(diào)控，是通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的，所以，在此對液壓系統(tǒng)進行原理設(shè)計。1.1液壓傳動概述 液壓傳動就是利用液壓介質(zhì)，根據(jù)其特性，將它的高壓壓力能轉(zhuǎn)換為其它形式的能量，包括驅(qū)使機械設(shè)備運動的機械能等其他形式的能量形式。s一個完整的也液壓系統(tǒng)主要包括各種液壓閥、油箱、執(zhí)行機構(gòu)等組成。1.2液壓調(diào)控系統(tǒng)工況分析我們在設(shè)計液壓系統(tǒng)的時候，首先要確定主機對液壓系統(tǒng)所提出的工作要求，包括以下具體要求：主機的動作。主機的動作就是指要實現(xiàn)的動作，使指定的執(zhí)行機構(gòu)運動，從而實現(xiàn)功能。主機要實現(xiàn)的性能。主機的性能是指系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，在各工作階段所需的力、動作周期、調(diào)速范圍、速度平穩(wěn)性和速度的大小等，上述各參數(shù)都要有參考的數(shù)據(jù)。對于某些要求較高精度、自動化程度較高以及較高生產(chǎn)率的主機，我們還要確定更加準(zhǔn)確的動靜態(tài)指標(biāo)。液壓系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境條件。溫度范圍、使用的場地、灰塵狀況等，都應(yīng)該加以注意。液壓系統(tǒng)的其他使用要求。如液壓系統(tǒng)中各裝置在外形大小、質(zhì)量等方面的限制，以及耗能性、經(jīng)濟性等方面的要求。1.2.1液壓系統(tǒng)壓下調(diào)整軋機的壓下調(diào)控系統(tǒng)，主要包括兩個部分。壓下機構(gòu)主要包括壓下油缸、BC背襯輥構(gòu)成，軋機壓下液壓缸的雙面齒條，通過往復(fù)的移動，推動BC背襯輥端部的扇形齒輪的轉(zhuǎn)動，由于BC背襯輥結(jié)構(gòu)，從而帶動BC背襯輥整體的上下移動。軋機壓下量與雙面齒條移動距離的關(guān)系曲線，如圖4-1所示。圖4-1軋機壓下量與雙面齒條移動距離的關(guān)系曲線軋機的調(diào)整液壓缸和FG背襯輥共同構(gòu)成了軋制線標(biāo)高調(diào)整系統(tǒng)，液壓缸受到高壓油的壓力作用，作用在推桿的末端，在推桿的末端產(chǎn)生一個推力，使其上下移動，推桿的來回移動,移動的齒條與BC輥的扇形齒輪嚙合在一起，所以齒輪轉(zhuǎn)動，又由于齒輪通過鍵與心軸連接，由于FG背襯輥的偏心環(huán)的作用，產(chǎn)生向上或向下的移動。1.2.2液壓系統(tǒng)輥形調(diào)整輥形調(diào)整又稱為凸度調(diào)整，是由5個凸度液壓缸和BC背襯輥上的5組齒輪片共同構(gòu)成，當(dāng)BC支撐輥兩端的扇形齒輪片固定時，BC支撐輥位置確定，５個凸度液壓缸通過推桿的上下移動，來帶動齒輪片的回轉(zhuǎn)運動，從而對心軸的凸度進行調(diào)控，使其產(chǎn)生撓度變形，對帶材板形進行矯正。1.3液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定1.3.1初步確定液壓缸工作壓力液壓缸工作壓力，根據(jù)實際的應(yīng)用場地和使用情況來確定，一般來說，工作壓力大一些，可以使液壓系統(tǒng)的機構(gòu)更加緊密排布，液壓元件的尺寸也更小，重量也更加的輕，但是成本較高，并導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的密封更加復(fù)雜，而且，由于結(jié)構(gòu)的緊湊，一些介質(zhì)工作的流道將會緩急，過渡時候有較大的沖擊作用，這是液壓元件較小所帶來的不可避免的缺點；當(dāng)我們選用的液壓系統(tǒng)的壓力較小時，那么就會造成選用的液壓元件的尺寸較大，所選用的液壓缸的內(nèi)徑尺寸變大，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)中的所有液壓元件的尺寸，都將變大，導(dǎo)致系統(tǒng)占用較大的空間，但是，液壓的密封將會更加方便。所以，在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，我們要根據(jù)實際的工作狀況來確定液壓系統(tǒng)的工作壓力大小，液壓系統(tǒng)所選用的液壓元件是根據(jù)選用的系統(tǒng)工作壓力的大小值來確定的，在確定時，可以參考下列所示標(biāo)準(zhǔn)，液壓系統(tǒng)設(shè)備類型所選用壓力的標(biāo)準(zhǔn)，如下表4-1來確定系統(tǒng)工作壓力。根據(jù)上表，選擇系統(tǒng)壓力為21MPa。1.3.2計算液壓缸的工作面積和流量由于B、C背襯輥兩端分別具有一個壓下液壓缸，根據(jù)受力分析可知，單個液壓缸所承受的外負載力為輥系外負載里的一半，即（4-1） 由于液壓缸的推桿要作用在外負載上面，所以，根據(jù)外負載情況，進行計算，可以得到液壓缸的有效作用面積為：（4-2） 式中：F—BC背襯輥所承受的外負載力；—液壓缸所承受的外負載力；—機械效率，在0.9~0.95之間進行選??；P—液壓缸的工作壓力。 根據(jù)前面所求的軋制力得F=43819N、P=21MPa、=0.9代入上式計算。 根據(jù)上式計算得到的結(jié)果，可以查閱參考資料，按照選型標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2348-1993），液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可以選取液壓缸內(nèi)徑值大小為50mm根據(jù)計算結(jié)果，可以查閱參考資料，按照選型標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2348-1993），液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，取活塞桿外徑為32mm根據(jù)計算結(jié)果，可以查閱參考資料，按照選型標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2349-1980），查閱液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，取活塞桿行程50mm液壓缸工作流量 液壓缸工作時所需的最大流量為：（4-3） 式中：—活塞的最大運動速度；A—液壓缸的有效面積。 計算得液壓缸最大流量為：1.4液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計液壓系統(tǒng)原理圖表示的是液壓系統(tǒng)的工作原理，在液壓傳動中，每個元件都有相應(yīng)的符號來進行表達，所以，對于實際比較復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，我們可以使用液壓元件符號繪制簡單的原理圖，通過原理圖，液壓系統(tǒng)的工作壓力將會表達的更加簡單，關(guān)系更見清楚，方便后續(xù)的設(shè)計選型。在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，我們一定要注意規(guī)范，考慮到實際工作情況中各種狀況，符合合理性和經(jīng)濟性。1.1.1選擇液壓執(zhí)行元件液壓執(zhí)行元件包括液壓馬達、液壓油缸和擺動液壓缸等，位于系統(tǒng)的輸出端，直接或間接地驅(qū)動系統(tǒng)負載來進行做功。液壓馬達可以將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，其輸出參量包括轉(zhuǎn)矩T以及轉(zhuǎn)速n。液壓缸做往復(fù)直線運動，完成能量轉(zhuǎn)換的裝置，從而作用在外負載機械裝置上實現(xiàn)往復(fù)運動，其輸出參量為力F和速度v。在本次設(shè)計的軋機的液壓控制系統(tǒng)設(shè)計中，可以選用液壓缸來作為液壓執(zhí)行元件。1.1.2選擇液壓泵類型液壓泵是動力裝置，它通過電機帶動，一端通過萬向聯(lián)軸器和電機相連接，另一端和油箱連接，電機帶動泵吸油，電機轉(zhuǎn)動，賦予輸出軸機械能，液壓泵將受到的來自電機的機械能，轉(zhuǎn)化為液壓系統(tǒng)的液壓能。本系統(tǒng)油液壓力為21MPa，所以，選擇高壓柱塞泵。1.1.3選擇調(diào)壓方式溢流閥是壓力閥的一類，在液壓系統(tǒng)中，它的作用是維持液壓系統(tǒng)的穩(wěn)壓性和安全保護液壓回路的作用。減壓閥是通過調(diào)節(jié)閥開口的大小，降低進口壓力，從而控制出口壓力的大小，使出口壓力保持在一定的壓力閾值上。在本次液壓系統(tǒng)的設(shè)計中，選用溢流閥和減壓閥作為系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)裝置。1.1.4選擇換向回路電磁閥是液壓系統(tǒng)中一種自動化控制元件，是通過電磁裝置來進行控制閥芯的移動，控制閥的開口量。本系統(tǒng)設(shè)計中，選擇使用的電磁換向閥是三位四通電磁換向閥，它可以在液壓系統(tǒng)中控制執(zhí)行元件的運動方向。1.5計算和選擇液壓元件1.5.1液壓缸選型壓下液壓缸的選型對壓下液壓缸進行選型，根據(jù)上述對液壓缸內(nèi)徑的計算結(jié)果，可知，液壓缸的相關(guān)參數(shù)：D=50mm；d=32mm；L=50mm；液壓缸最大流量。故選用上海油威液壓有限公司，型號為Y-HG1G50/32X50-F1-L1的冶金用液壓缸。凸度調(diào)整缸的選型根據(jù)上述計算過程，可以確定凸度調(diào)整缸相關(guān)參數(shù)：可知D=40mm；d=28mm；L=80mm；。故選用上海油威液壓有限公司，型號為Y-HG1G40/28X80-F1-L1的冶金用液壓缸。軋制線調(diào)整缸根據(jù)上述計算過程，可以確定軋制線調(diào)整缸相關(guān)參數(shù)：D=50mm；d=32mm；L=50mm；。 故選用上海油威液壓有限公司，型號為Y-HG1G50/32X50-F1-L1的冶金用液壓缸。1.5.2液壓泵的選擇液壓泵是能夠為液壓系統(tǒng)提供相應(yīng)動力的一種裝置，它的工作介質(zhì)油液是從液壓油箱中吸入的，在泵腔內(nèi)部，形成工作壓力油的壓力能，送到執(zhí)行元件，對其產(chǎn)生作用力。根據(jù)上述計算可知，液壓系統(tǒng)工作壓力大小為21MPa，所以，在設(shè)計系統(tǒng)時，選用恒壓式軸向柱塞泵。柱塞泵較其它液壓泵具有使用壽命長、工作參數(shù)高，效率高等優(yōu)點。確定柱塞泵的最大工作壓力（4-4） 式中：—系統(tǒng)中的液壓缸，工作時的最大壓力（MPa）；—液壓系統(tǒng)總的管道損失（從入口到出口）；按照已知的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對液壓系統(tǒng)中的管道損失進行選擇：由于設(shè)計的液壓系統(tǒng)流速不大、管路比較簡單，所以可以取；對于比較復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，或者是在液壓系統(tǒng)中串聯(lián)有調(diào)速閥，可以取管道損失值為。已知=21MPa，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)取，帶入公式計算得柱塞泵的最大工作壓力。確定柱塞泵的最大流量總的液壓泵出口處輸出流量大小應(yīng)為：（4-5）式中：K—系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般?。?—同時動作的液壓缸最大總流量。得到：確定液壓泵的型號根據(jù)以上求得的和的和的值，已知擬定為高壓柱塞泵，一般額定壓力要比最大工作壓力大。所以，選擇的液壓泵的額定壓力的大小值為35MPa。確定液壓泵的驅(qū)動功率（4-6） 式中：—液壓泵的最大工作壓力（Pa）； —液壓泵的流量（）；—液壓泵的總效率，參考下表4-2選擇。表4-2液壓泵的總效率 取，代入計算得:根據(jù)以上計算參數(shù)選擇恒壓式軸向柱塞泵，產(chǎn)品型號是A7V40DR1LPF00（北京華德液壓公司）。驗算液壓泵的相關(guān)參數(shù) 根據(jù)以上計算參數(shù)選擇恒壓式軸向柱塞泵，產(chǎn)品型號是A7V40DR1LPF00（北京華德液壓公司），產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)如下表4-3：表4-3產(chǎn)品參數(shù)額定壓力排量流量最大功率重量35MPa40.1mL/r56.4L/min34KW28Kg泵的額定流量56.4L/min≥47.09L/min；泵的驅(qū)動功率34KW≥22.073KW。所以，選擇的液壓泵符合設(shè)計要求。1.5.3電動機的選擇 根據(jù)計算的參數(shù)選擇電機，型號為Y-225M-4，電機相關(guān)參數(shù)如下表4-4：表4-4產(chǎn)品參數(shù)額定功率額定電流最大轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)45KW81.2A1480r/min92.30.881.5.4聯(lián)軸器的選型根據(jù)所選的電機參數(shù)，對聯(lián)軸器所需的扭矩進行計算： 查閱《機械設(shè)計手冊》第三卷第十五篇聯(lián)軸器部分，選用GL5F滾子鏈聯(lián)軸器，生產(chǎn)廠家為江陰神州聯(lián)軸器有限公司。滾子鏈連軸器具有優(yōu)點：尺寸較小、壽命較長、方便拆卸、有一定補償能力、成本較低等優(yōu)點，能夠保證準(zhǔn)確的傳動比，傳遞功率較大，并且作用在軸上的力較小，傳動效率高。1.5.5閥的選型電磁換向閥選型在本液壓系統(tǒng)中電磁換向閥主要用于控制液壓缸的運動，要求控制準(zhǔn)確、反應(yīng)靈敏、沖擊小等特點。因此，選擇的型號是“DSG-01-3C2-D24-N1-50”的電磁換向閥，由榆次油研液壓有限公司生產(chǎn)，DSG-01-3C2-D24-N1-50的額定流量大小值為63L/min，最高工作壓力是31.5MPa。溢流閥選型已知系統(tǒng)最大壓力為21MPa，所以產(chǎn)品型號為“DBDS6K”，生產(chǎn)廠為北京華德液壓有限公司，其進口最高壓力為40MPa，它的出口的最高工作壓力可以達到31.5MPa，它的最大流量可以達到50L/min。減壓閥選型本液壓系統(tǒng)選擇的減壓閥產(chǎn)品型號為“DR6DP”，生產(chǎn)廠為北京華德液壓有限公司，其進口最高壓力為31.5MPa，出口最高工作壓力為2.5、7.5、15、21MPa，產(chǎn)品的最大流量為60L/min。單向閥選型本液壓系統(tǒng)選擇的單向閥產(chǎn)品的型號是“S10A1”，S10A1是由上海立新有限公司生產(chǎn)制造的一款單向閥產(chǎn)品，它的出口可以達到的最高的工作壓力為31.5Mpa，它的出口開啟壓力是0.05Mpa，此型號產(chǎn)品的最大流量為40L/min。液控單向閥本液壓系統(tǒng)選擇的液控單向閥的產(chǎn)品型號為“SL10L4X”，SL10L4X是由上海立新有限公司生產(chǎn)制造的，它的出口最大工作壓力可以達到31.5MPa，它的油口最大控制壓力可以達到0.5~31.5MPa。截止閥選型本系統(tǒng)中所用到的截止閥主要有本系統(tǒng)中選用YJZQ-J25，該閥生產(chǎn)廠為奉化市朝日液壓公司，公稱壓力為31.5MPa。用于沖洗系統(tǒng)與蓄能器，并且便于診斷維修系統(tǒng)。1.5.6蓄能器蓄能器屬于液壓系統(tǒng)的輔助元件，它的主要作用是用來除去液壓泵工作過程中產(chǎn)生的脈動振動、降低液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲，蓄能器的充氣壓力的大小確定可以用以下公式求解，其充氣壓力為：（4-7）蓄能器在正常工作狀態(tài)時，最低工作壓力的大小，以及最高工作壓力值的大小，按照下述公式選擇：（4-8）式中—表示的是在液壓系統(tǒng)中，處于最末端的液壓機械裝置的最大工作壓力的值（MPa）；—表示是在液壓系統(tǒng)中，從蓄能器到最遠的液壓機構(gòu)裝置的液壓系統(tǒng)管道中，油道上所產(chǎn)生的壓力損失之和（MPa）。 的邊界壓力值為，當(dāng)?shù)闹颠h遠小于的時候，它的使用時間可以越長。假如提高的值，增大此蓄能器的有效工作油量，但也將會導(dǎo)致泵站的工作壓力變大，由于工作壓力變大，所以也將會引起泵站的消耗功率變大，所以，我們在選擇蓄能器的型號時，的值的大小應(yīng)該比液壓系統(tǒng)中的液壓泵的額定壓力要小。蓄能器總?cè)莘e的計算蓄能器的計算是根據(jù)其在液壓系統(tǒng)中的作用來確定的，根據(jù)蓄能器的作用不同，我們采用的計算方式不同。由于反應(yīng)時間較快，可視為絕熱過程，所以，蓄能器的計算可以根據(jù)下述公式得：（4-9） 式中：A—缸有效面積（）；L—柱塞行程（m）；K—與泵類型有關(guān)的系數(shù)，K=0.023；—充氣的壓力大小，其取值為系統(tǒng)工作壓力的60%；—系統(tǒng)最低工作壓力；—系統(tǒng)最高工作壓力；n—絕熱時取1.4。代入計算得：所以使用蓄能器型號為NXQ1-L2.5/31.5，NXQ1-L2.5/31.5產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家為奉化奧萊爾液壓有限公司，本產(chǎn)品的公稱容積大小為2.5L，它的工作壓力大小為31.5MPa，它的殼體結(jié)構(gòu)是小口型，此產(chǎn)品所用的工作介質(zhì)為礦物油。1.5.7回油過濾器的選型回油過濾器是在液壓系統(tǒng)中起到清潔作用的。選擇PLF系列的過濾器，型號為“PLF-H60x10”，廠家是黎明液壓有限公司，其最大工作壓力是32MPa，最大流量是60L/min。1.5.8油箱設(shè)計油箱的功用油箱的設(shè)計好壞，對于液壓系統(tǒng)的工作可靠性具有很大的影響，在液壓系統(tǒng)中，油箱主要影響到液壓泵的使用壽命，對于它的使用時長將會有決定性的影響。油箱容積的確定選擇油箱容積是關(guān)鍵。要確保符合個工作要求。根據(jù)經(jīng)驗公式，可以計算得到油箱容積。即：（4-10）式中：V—油箱的有效容積（）；q—液壓泵的流量（）；—經(jīng)驗系數(shù)，其取值見下表4-5。所以，取，得到：油箱散熱校核液壓系統(tǒng)中的油液介質(zhì)功率損失，將會轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)的熱量，熱量需要通過油箱進行散熱，計算得油箱的散熱面積為：（4-11）式中：—油箱的最小散熱面積（）；—油液允許溫度與環(huán)境溫度之差（℃）；—液壓系統(tǒng)損失的熱功率（W）；K—油箱散熱系數(shù)[W/()]。不同散熱條件下油箱的散熱系數(shù)見下表4-6：計算得：冶金工業(yè)中，液壓系統(tǒng)所用的油液介質(zhì)的溫度一般為30～50℃，工作過程中它的溫度最大值不超過65℃，溫度的最小值不低于15℃。其他設(shè)備也有相應(yīng)的溫度要求，它們的允許的溫度值在40～55℃。所以，取℃。散熱系數(shù)K=15W/()計算得到：一般取油箱的高、寬、長之比為，按照使用規(guī)定，當(dāng)液壓系統(tǒng)油箱的油液的高度達到油箱高度的80%時，油箱的冷卻需要靠自然冷卻進行，所以，我們在設(shè)計油箱的時候，要使液壓系統(tǒng)中的油液保持在所允許的溫度以下，所以，計算油箱散熱面積時，采用下式。即式中V—液壓系統(tǒng)所用的油箱有效容積（L）；A—油箱的散熱面積（）。由于散熱面積，所以油箱內(nèi)的油溫會超過允許的溫度。所以需要裝設(shè)冷卻器。1.5.9冷卻器的選型計算根據(jù)上述計算結(jié)果可知，僅靠油箱散熱不符合要求，所以，我們要進行額外的散熱方式，來確保液壓系統(tǒng)工作在正常的溫度范圍內(nèi)，設(shè)置冷