武钢轧板50吨加热炉液压比例系统设计.doc
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1、武汉科技大学本科毕业设计目 录1 绪论11.1 背景及工艺11.2 设计任务11.2.1 题目名称11.2.2 主要技术参数及要求11.3 设计方案22 液压系统的计算与选型32.1 系统工作压力的确定32.2 执行元件的计算与选型32.2.1 升降液压缸42.3 执行元件速度的计算62.4 执行元件流量的计算82.4.1 升降液压缸82.5 绘制液压系统工况图82.5.1 流量循环图82.5.2 压力循环图92.5.3 功率循环图112.6 动力元件的计算与选型122.6.1 液压泵的选型122.6.2 电动机的选型132.7 控制元件的计算与选型142.7.1 升降液压缸回路153 液压辅
2、助件173.1 油箱的选择173.2 蓄能器的选择183.3 滤油器的选择203.4 冷却器的选择213.5 加热器的选择243.6 管道的选择253.6.1 管子的分类253.6.2 管子的计算与选择254 液压站的设计354.1液压站的结构设计354.2 液压叠加回路设计354.3 液压系统的安装364.4 管路的安装与清洗374.5 液压系统的维护375 结束语38参考文献39致谢40221 绪论1.1 背景及工艺高炉热风炉比推钢炉具有许多优点,因而成为新建轧厂的首选炉型。热轧宽带钢厂的规模正向大型化发展,高炉热风炉的特点之一是炉长不受推钢长度限制,因而能适应轧机的小时产量增长的形势。热
3、风炉是钢铁企业热轧生产过程的关键设备之一,其性能直接影响到热风炉的能耗和最终钢材产品质量、钢坯成材率、轧机设备寿命以及整个主轧线的有效作业率。目前在板材、棒材或线材的热轧生产中,广泛采用步进式热风炉对钢坯进行炉内步进式运送。高炉热风炉靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续热风炉。炉子有固定炉底和步进炉底, 70年代以来,由于轧机的大型化,步进梁式炉得到了广泛应用。同推钢式炉相比,它的优点是:运料灵活,必要时可将炉料全部排出炉外;料坯在炉底或梁上有间隔地摆开,可较快地均匀热风炉;完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障,因而使炉的长度不受这些因素的限制。高炉热风
4、炉的主要优点是:工件和步进梁或炉底间没有摩擦,避免过程中工件底面被划伤。工件依靠运动在炉内前进,因此工件之间可以留同间隙,高温炉料不会互相粘连,还有利于缩短时间,减少工件的氧化和脱碳。外形不太规整和厚薄不同的工件在装炉条件上有较宽的适应性。停炉时炉内工件可以利用步进机械全部出空,必要时可以将工件倒退一段距离,从而避免了工件在高温下停留时间过长或重复所造成的氧化损失。炉子长度不受推钢倍数的限制,但过长时工件跑偏量将增大。通过改变工件之间的间隙、步进机械的水平行程和步进周期以调整炉子的生产能力。步进炉是依靠专用的步进机械使工件在炉内移动的一种机械化炉,利用耐火材料炉底支承工件、主要向工件上部单面供
5、热的称高炉热风炉。1.2 设计任务1.2.1 题目名称高炉热风炉液压系统设计1.2.2 主要技术参数及要求A、炉门负载5T,B、上升行程2000mmC、系统最高工作压力不高于20Mpa,最大工作周期为100s,最小工作周期为60s;D、系统应能完成高炉热风炉的工艺过程要求。1.3 设计方案此次设计主要是对高炉热风炉液压系统的设计。在现代工业生产中,自动化程度越来越高,而液压系统也因为其易于实现自动化,又易于实现过载保护,工作平稳,可无级调速等优点而被广泛应用。在高炉热风炉控制和动作方面采用液压系统是发展趋势,现在也已经广泛应用于实践中,其液压系统的设计要求要更安全、更可靠,而且要求能够平稳、准
6、确地完成高炉热风炉的一系列动作。在高炉热风炉里,钢坯的移动是通过固定梁和载有钢坯的移动梁进行的。高炉热风炉的运动是由升降机构的垂直运动而成。炉门相对于水平梁作上升、下降两个动作。这两个动作组成炉门的一个运动周期。为了实现炉门的炉门能平稳地加速启动,减速停止即在动梁上升或下降到与静粱持平时,运动速度要较慢,以便轻抬或轻放钢坯,防止冲击;当上升到最高点时要减速,我们必须控制升降的运动速度,也就是要控制驱动炉门的液压油缸的运动速度,即控制进入或流出液压缸的液体流量。1) 为了满足上述工艺要求,可以采用两个升降液压缸来完成炉门的垂直运动,同时采用单向节流阀进行回油调速,进而可以控制升降液压缸的速度,以
7、满足炉门的加速启动和减速停止。为了实现炉门在升降过程中的任意位置停止,我们采用了液压锁。这样步进梁的上升和下降动作就可以实现。以上所有动作由一供一备的变量液压泵来提供压力油,回油冷却,并且回油过滤。2 液压系统的计算与选型2.1 系统工作压力的确定压力的选择要根据载荷的大小和设备而定,同时需要考虑执行元件的装配空间,经济条件及元件供应情况的限制。在载荷一定的情况下,工作压力低,势必要加大执行元件的尺寸,反之,压力选得太高,对缸、阀等元件的材质,密封,制造、精度等要求也高。压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失。初步确定系统工作压力为P,任务书中要求系统最高工作压力不高于20MPa,考虑到
8、系统工作压力应比最高工作压力低1020左右,故取系统实际工作压力为17.5MPa。2.2 执行元件的计算与选型升降回路采用两个升降液压缸完成高炉热风炉的上升和下降动作。根据设计任务书的要求可以列出表2.1。表2.1 执行元件工艺参数序号名称最大载荷最大行程速度升降液压缸300000N2000 mm0.20m/s2.2.1 升降液压缸vFP1P222Dd 图2.2 升降液压缸主要设计参数由上图可知 (2.2) 式中: 液压缸的工作压力(Pa); 液压缸回油腔被压力(Pa); 活塞杆直径与液压缸内径之比(m);F工作循环中最大的外载荷(N);液压缸密封处的摩擦力,它的精确计算值不易求得,常用液压缸
9、的机械效率进行估算。因为,为液压缸的机械效率一般取0.90.97 ,此处取0.95。 (2.3)把 代入(2.2)式中得到(2.3)。其中依机械设计简明手册2表2-2知当时且带有回油路调速阀,取背压。依机械设计简明手册2表2-3知,取液压缸内径D与活塞杆直径d的关系。外负载。因为是两个液压缸同时作用,所以单个液压缸的负载为外负载的一半。所以。参数代入式(2.3)得 据机械设计简明手册2表2-4 , D圆整到250mm, d圆整到180mm。由于升降液压缸的垂直位移是2000mm,查机械设计手册3活塞杆的标准系列,可取活塞杆的行程为2000mm。查机械设计手册3,选择型号液压缸。2.4 执行元件
10、流量的计算2.4.1 升降液压缸基本参数D=250mm,d=180mm, ;2.5 绘制液压系统工况图2.5.1 流量循环图根据已确定的液压缸的有效作用面积和运动速度计算出在工作循环中的每个阶段的实际流量,把它绘制成流量-循环图。由于系统中有两个升降液压缸和两个对中液压缸,所以在相应的工况下,流量应给为其两个液压缸的流量之和。q (L/min)29.42.t ( s)75251005060图2.6 流量循环图2.5.2 压力循环图通过最后确定的液压执行元件的结构尺寸,在根据实际载荷的大小,倒求出液压执行元件在其动作循环的各个阶段的工作压力,然后绘制成压力循环图。1) 升降液压缸的实际工作压力计
11、算 由式(2.2)可知,当炉门上升时,可求系统的实际工作压力。 其中D=250mm,d=180mm,F=73500N,。参数代入上式得 :。当步进梁下降时,钢坯和移动部件的重力作用下可自行下降,这是只需调节回油流量便可以调节步进梁的下降速度,故此时系统的实际工作压力为0MPa。所以依据系统的顺序动作可画出以下的压力循环图:P(MPa)17.5 t(s)075601050250 图2.7 压力循环图2.5.3 功率循环图根据压力循环图和流量循环图,由液压功率为实际工作压力与实际流量之积可计算出工作循环中每个阶段的功率。 炉门上升时:步进梁下降时:由于此时步进梁可以在重力的作用下自行下降,此时液压
12、缸要求的实际工作压力为0MPa,所以此时的实际功率为0Kw。P (Kw) 32.600 t (s)75605025100图2.8 功率循环图2.6 动力元件的计算与选型2.6.1 液压泵的选型1) 确定液压泵的最大压力 式中:液压缸最大工作压力(MPa); 从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失,初算是可依据经验数据选取。管路简单、流速不大的,取=0.20.5MPa。 管路复杂、进口油调速阀的,取=0.51.5MPa 。由上面计算数据可知,液压缸最大的工作压力为12.12MPa,取=1.0MPa; 则, 取。2) 确定液压泵的流量,液压泵的流量应该为: 式中: K系统的泄露系数,一般取K=1
13、.11.3; 同时动作的液压缸的最大流量,可以从流量循环图上查到。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量,一般取0.5。从流量循环图上查得,同时动作的液压缸的最大流量是300L/min。取泄露系数K=1.2; 则:300/。3) 选择液压泵的规格查文献4,选用CY14-1B轴向柱塞泵 2.6.2 电动机的选型在工作循环中,由于液压泵的流量和压力变化较大,则需分别计算出各个动作阶段内所需的功率,驱动功率取其平均功率。 (2.5)式中:、一一个工作循环中每一个动作阶段内所需的时间(s); 、 、一个循环中每个动作阶段内所需的功率(Kw);所以: =8.49Kw 。查机械设计手
14、册3,选定与泵相连的电机型号为Y2160M22, 其额定功率为15Kw,转速2930r/min,效率0.89。2.7 控制元件的计算与选型阀的选择,根据系统的工作压力和实际通过阀的最大流量,选择有定型产品的的阀件。溢流阀按通过液压泵的最大流量选取;选择节流阀和调速阀时,应该考虑最小稳定流量应该满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选的比实际通过的流量大一些,必要时也允许有20%以内的短时间过流量。先根据上述要求把本液压系统所需的阀和控制元件选型列表如表2.3:3 液压辅助件3.1 油箱的选择油箱在系统中的功能,主要是储油和散热,也起着分离油液中的气体及沉淀污物的作用5。油箱有开式和
15、闭式两种。开式油箱应用广泛,箱内液面与大气相通,为防止油液被大气污染,在油箱顶部设置空气滤清器,并兼作注油口。闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气连通,而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接,充气压力可达0.05MPa6。本系统采用开式油箱,在清洗盖板上设置空气滤清器。油箱的形状一般采用矩形,而容量大于2m3的油箱采用圆筒形结构比合理,设备重量轻,油箱内部压力可达0.05MPa 6。油箱必须有足够大的容量,以保证系统工作时能够保持一定的液位高度。油箱的排油口与回油口之间的距离应尽可能远些,管口都应插入最低液面之下,以免发生吸空和回油冲溅产生气泡。管口制成45的斜角,以增大吸油及出油的截面,本系统
16、中的回油管和泄油管均须设置斜角。为了使油液流动时速度变化不致过大,管口应面向箱壁。油箱应设置隔板将吸、回油管隔开,使液流循环,油液中的气泡与杂质分离和沉淀。隔板结构有溢流式标准型、回流式及溢流式等几种。另外还可根据需要在隔板上安置过滤网3。本系统采用两个隔板交错布置,使液流呈S形流动,增加了液压油的流动行程,更利于散热。液压油箱在不同的工作条件下,影响散热的条件很多,通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量V可概略地确定为: 在低压系统中(),可取:在中压系统中(),可取: 在中高压或高压大功率系统中(6.3MPa),可取: 式中,V液压油箱有效容量; 液压泵额定流量。应当注意:设备停止运转后
17、,设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出,油箱中的液压油位不能太高,一般不应超过液压油箱高度的80。本次设计中,系统最高工作压力不高于18MPa,系统工作压力取为15MPa,属于中高压或高压大功率系统,故有:。取:;又因为; 所以,这样,可取油箱的有效容积为1m3。所以本系统选用矩形油箱比较合理。3.2 蓄能器的选择蓄能器是将压力液体的液压能转换为势能储存起来,当系统需要时再由势能转化成液压能而做功的容器。因此,蓄能器可以作为辅助的或者应急的动力源;可以补充系统的泄漏,稳定系统的工作压力,以及吸收泵的脉动和回油路上的液压冲击等3。蓄能器的种类很多,主要有皮囊式
18、和活塞式两大类。其主要的结构形式有:1)重力式蓄能器,作蓄能或稳定工作压力用(在大型固定设备中)。最高工作压力可达45MPa。2)弹簧式蓄能器,供小容量及低压()系统在循环频率低的情况下蓄能或缓冲用。3)薄膜式蓄能器,用于航空机械上蓄能、吸收冲击,可传送异性液体,最高工作压力为7MPa。4)活塞式蓄能器,蓄能用,可传送异性液体,最高工作压力为21MPa。5)皮囊式蓄能器,蓄能(折合型)、吸收冲击(波纹型),传送异性液体,最高工作压力200MPa。本系统为高压系统,故选用皮囊式蓄能器。它具有空气与油隔离,油不易氧化,尺寸小,重量轻,反应灵敏,充气方便等优点。蓄能器容积的计算3:蓄能器的总容积,即
19、充气容积。根据波义耳定律: (3.1)蓄能器工作在绝热过程()时,n=1.4,其总容积为: (3.2)式中:冲气压力(MPa); 最低工作压力(MPa); 最高工作压力(MPa);有效工作容积;n指数, 绝热过程n=1.4,则。1) 计算作为辅助动力源来说,蓄能器的最低工作压力应满足: (3.3)式中:最远液压机构的最大工作压力(MPa); 蓄能器到最远液压机构的压力损失之和(MPa)。取为系统压力12.12MPa,=1.5MPa 。所以:=+=12.12+1.5=13.65MPa取 =15MPa2) 计算从延长皮囊式蓄能器的使用寿命考虑,;作为辅助动力源的蓄能器,为使其在输出有效工作容积过程
20、中液压机构的压力相对稳定些,一般推荐: =(0.60.85) (3.4)则有:取:=20MPa 3) 计算在保护胶囊,延长其使用寿命的条件下有: (3.5)4) 计算由各执行机构流量时间循环图可知:最大流量为72.35L/min,平均流量为45.05L/min,则有:把以上所得参数带入方程(3.2),得:查文献3,选择蓄能器NQX240/20,公称容积为40L,需要2个。查文献3,选择安全阀组ABZSS20M3X/330E/S30G24K4。3.3 滤油器的选择滤油器在液压系统中,滤除外部混入或者系统运转中内部产生的液压油中的固体杂质,使油液保持清洁,延长液压元件使用寿命,保证系统工作的稳定性
21、。液压系统75%左右的故障是由介质的污染造成的,所以应在系统中设置滤油器。滤油器的过滤精度用过滤掉的杂质的颗粒大小表示,一般可分为粗滤油器、普通滤油器、精滤油器及特精滤油器四种。他们分别滤掉的杂质的颗粒公称尺寸为:以上为粗滤油器、为普通滤油器、(510)为精滤油器、(15)m为特精滤油器3。本系统中,压油路上和回油路上均采用过滤精度较高的滤油器。根据滤油器在液压系统中所处的位置不同,滤油器的种类也多种多样。网式滤油器,装在液压泵吸油管路上,用以保护液压泵。它具有结构简单、通油能力大、阻力小、易清洗等特点。线隙式滤油器,一般用于中、低压系统。这种滤油器阻力小、通流能力大,但不易清洗。纸质滤油器,
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- 武钢 50 加热炉 液压 比例 系统 设计