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文本内容:
东莞理工学院城市学院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机电工程系专业班级机械设计及其自动化
(3)班指导教师姓名及职称黄广伟实验师摘要液压技术是现代制造的基础,它的出现和广泛应用于工业上,极大程度上代替了普通成型加工,全球制造业发生了根本性变化因此,液压技术的水准、拥有和普及程度,已经成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志本次就是要设计一款热轧推钢机液压系统液压技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术,成为当代国际间科技竞争的重点本书为机械类液压设计说明书,是根据液压设计手册上的设计程序及步骤编写的本书的主要内容包括组合机床动力滑块液压缸的设计课题及有关参数;工况分析;液压缸工作压力和流量的确定;液压系统图的拟定;驱动电机及液压元件的选择;设计体会;参考文献等编写本说明时,力求满足液压缸可以实现行程终点锁紧和满足其他系统要求;详细说明了液压系统的设计方法,以及各种参数的具体计算方法,如压力的计算、各种工况负载的计算、液压元件的规格选取等目录TOC\o1-3\h\z\u课程设计题目热轧板推钢机液压系统设计3题目设计热轧推钢机液压系统
31.液压课程设计任务及目的
31.1课程设计任务
31.2设计目的
31.3热轧板推钢机的工作原理
32.方案分析及液压原理图的拟定
52.1液压系统的工作要求
52.2负载分析和运动分析
52.
2.1确定执行元件的形式
52.
2.2进行负载分析和运动分析
62.
2.3确定液压缸主要参数
73.缸盖厚度的确定
134.拟定液压系统原理图
145.组成液压元件设计
155.1液压泵及其驱动电机计算与选定15小结20参考文献21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
1000.
197.
840.
20.53工进
5000.
19.85快退
6000.
212.86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840125
(280)41636902201050
(140)320518451102801263160
(360)620501253201680
(180)4008225614036020
(90)200
(450)10256316025100
(220)50012287018032
(110)250143280200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.
17.
667.16——恒速
78.
45.
44.
90.
004823.52工进
1058.
40.
816.
000.0049120快退启动
156.8—
7.37——加速
107.
10.
78.82——恒速
78.
40.
75.
140.004523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67先导式溢流阀
8.电液换向阀910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1DT2DT7DT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/r249L/min2溢流阀1电液换向阀35DY-100BY1电磁换向阀1节流阀LF-B102单向阀3压力表Y-600~10MPa,通径8mm1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。