【正文】 n very mature, easy to design, calculation, operation of the system. In the design of the hydraulic system, the first based on available data, bined with the desired objectives, the system demonstration program began, and then determined by calculating the initial parameters of the system, and then select the ponents required for the hydraulic system, then the related checking, the final checking the results to determine whether the system is based on reasonable and feasible. Keywords： Steel； cut off。； hydraulic 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 液壓系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用 液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)部門及農(nóng)林牧漁等許多部門得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用 ,而越先進(jìn)的設(shè)備 ,其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部分也越多 ,因此 ,對(duì)于機(jī)械專業(yè)的人員來(lái)說(shuō) ,學(xué)好液壓技術(shù) ,能熟練設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)是基本的專業(yè)要求。 在造紙、紡織 、 塑料 、 橡膠等輕工業(yè)，造紙機(jī) 、 紡織機(jī) 、 注塑機(jī) 等機(jī)械設(shè)備上都有大量使用著液壓系統(tǒng)，在礦山、石油、冶金、加工等重工業(yè)中，由于液壓系統(tǒng)能傳遞很大的能量而設(shè)備的重量相對(duì)其他傳動(dòng)方式具有較小的重量，所以，具有更廣泛的應(yīng)用。例如，礦井支架、石油鉆井平臺(tái)、高爐爐頂設(shè)備、鋼坯連鑄機(jī)、板帶扎機(jī)壓下系統(tǒng)、壓力機(jī)、壓力機(jī)、快鍛機(jī)等設(shè)備上液壓系統(tǒng)被廣泛得使用著。其他在電力、建筑、水利、交通、船舶、航天、汽車等行業(yè)，液壓系統(tǒng)也是重要的組成部分。至于航天、軍工等廣泛采用先進(jìn)技 術(shù)的部門，液壓系統(tǒng)更是得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)床行業(yè)是最多使用液壓技術(shù)的行業(yè)之一，雖然目前由于電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)技術(shù)中的交流變頻技術(shù)的發(fā)展是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)奪回不少液壓驅(qū)動(dòng)的范圍，但在大功率或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，液壓系統(tǒng)還是被廣泛使用。 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 目前廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)方式主要有機(jī)械傳動(dòng) 、電氣傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面著重闡述液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。 液壓傳動(dòng)是用液體作為介質(zhì)來(lái)傳遞能力的，液壓傳動(dòng)與上述三種傳動(dòng)比較有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1) 易于獲得較大的力或力矩，液壓傳動(dòng)是利用液體的壓力來(lái)傳遞力或力矩的。液壓泵可以 獲得較高的壓力，目前液壓泵可達(dá)壓力 35Mpa，因此液壓缸或液壓馬達(dá)可以獲得很大的力或力矩。例如，一個(gè) 30 ㎝ 直徑的液壓缸，當(dāng)壓力為 21Mpa 時(shí)，可以獲得 106的推力，因此被廣泛應(yīng)用于需要很大力或力矩的重型機(jī)械上。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 2) 功率重量比大，功率總量比是指其輸出功率與其重量的比值。功率重量比大的設(shè)備即重量和體積較小而能輸出較大的功率。例如，飛機(jī)上的液壓泵，每千瓦功率的重量只有 ㎏，而電動(dòng)機(jī)每千瓦的重量達(dá) — 2 ㎏，所以在要求傳遞較大的功率而又不允許有較大的體積的情況下應(yīng)采用液壓傳動(dòng)。 3) 易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液 壓缸對(duì)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)是最容易的，而電動(dòng)機(jī)則須通過(guò)齒輪或癡齒條等機(jī)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。 4) 易于實(shí)現(xiàn)較大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。液壓傳動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)液體流量就可以方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍大。例如，用節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量時(shí)，其流量變化可以從，調(diào)速比可達(dá) 5000，其他形式的傳遞比是無(wú)可比擬的。 5) 傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，由于液壓流體的控制可以在非常小的流量時(shí)仍然很均勻，所以設(shè)備的運(yùn)動(dòng)速度可以很平穩(wěn)。例如機(jī)床可以實(shí)現(xiàn) 1mm/min 以下的爬行穩(wěn)定進(jìn)給。 6) 可以實(shí)現(xiàn)快速而且無(wú)沖擊的變速和換向。這是由于液壓 機(jī)構(gòu)的功率比較大，所以設(shè)備得慣性小，因此反應(yīng)速度就快。例如，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不超過(guò)同功率電機(jī)的 10％，故啟動(dòng)中等功率的電動(dòng)機(jī)需要 1— 2s，而同等功率的液壓機(jī)械的啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò) 。故在高速換向頻繁的機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)可使換向沖擊大大減少。 7) 與機(jī)械傳動(dòng)相比易于布局和操縱，液壓傳動(dòng)部件由管道相連，故安裝在位置上有很大的自由度，各部件可以安裝在我們希望的位子上。 8) 易于防止過(guò)載事故。故在液壓傳動(dòng)中可以方便地使用液壓閥來(lái)控制系統(tǒng)的壓力，從而防止過(guò)載，避免事故的發(fā)生，而且可以通過(guò)安裝在系統(tǒng)中的壓力計(jì)來(lái)了解各處的工 作情況和壓力大小，而在機(jī)械傳動(dòng)中各處的負(fù)載大小就不易觀測(cè)。 9) 自動(dòng)潤(rùn)滑，元件壽命較長(zhǎng)。液壓傳動(dòng)中使用的介質(zhì)大都為礦物油，它對(duì)液壓部件產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，因此液壓元件有自潤(rùn)滑作用，其壽命就較長(zhǎng)。 10) 易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。各種液壓系統(tǒng)都是由液壓元件組成，因此對(duì)液壓元件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，可大大提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 與其它傳動(dòng)形式相比，液壓系統(tǒng)傳動(dòng)也有其自身的缺點(diǎn)，下面簡(jiǎn)要陳述以下液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 1) 容易出現(xiàn)泄露。由于液壓系統(tǒng)的油壓很高，因此液壓油容易通過(guò)密封或間隙，內(nèi)泄漏則降低容積效率，外泄漏則引起介質(zhì) 的消耗，同時(shí)又引起環(huán)境污染。 2) 有的黏度隨溫度變化，引起工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。由葉黏度變化則引起阻力變化，故通過(guò)的流量或泄漏量也隨溫度而變化，這就會(huì)引起工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度不穩(wěn)定。 3) 空氣滲入液壓油后會(huì)引起爬行 、振動(dòng)、噪聲，空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)后，由于氣體的壓縮性大，所以低壓到高壓或從高壓到底壓，就會(huì)產(chǎn)生較大的體積變化、噪聲和爬行等。 4) 用礦物油作液壓介質(zhì)，油燃燒危險(xiǎn)，應(yīng)注意防止。 5) 礦物油與空氣接觸會(huì)發(fā)生氧化，使油變質(zhì)。 6) 液壓元件的零件加工質(zhì)量要求較高，為了減少泄露，減少摩擦，所以零件的配合間隙要小，因此零件加工的質(zhì)量要求 就很高，成本也提高了。 液壓系統(tǒng)的分類及液壓功能回路的作用 按液壓系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合分類 這是最簡(jiǎn)單的分類方法，如農(nóng)業(yè)用液壓系統(tǒng) 、船舶用液壓系統(tǒng)等。這類分類方法的優(yōu)點(diǎn)是從名詞就能看出其應(yīng)用場(chǎng)合，其缺點(diǎn)是看不出該液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)及要完成的動(dòng)作 。 按循環(huán)方式分類 按介質(zhì)的循環(huán)方式可分為開(kāi)式液壓系統(tǒng)和閉式液壓系統(tǒng)下面簡(jiǎn)單的列舉兩個(gè)例子以作說(shuō)明，如下圖所示： 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 1) 開(kāi)式液壓系統(tǒng) 如圖 1— 3— 1 所示，液壓泵自油箱吸油，供給液壓缸或液壓馬達(dá)作功，而液壓缸或液壓馬達(dá)回油則流回油箱。開(kāi)式液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，油箱是系統(tǒng)中介質(zhì) 的吞吐或存儲(chǔ)場(chǎng)所，油液在油箱中散熱冷卻或沉淀雜質(zhì)，開(kāi)式液壓系統(tǒng)的液壓缸或液壓馬達(dá)在制動(dòng)或換向過(guò)程中，外負(fù)載慣性所產(chǎn)生的能量是不能回收的，只能消耗在制動(dòng)過(guò)程中的發(fā)熱上。 2) 閉式液壓系統(tǒng) 圖 1— 3— 2所示為一典型的閉式液壓系統(tǒng)。液壓泵 a的進(jìn)出油口與液壓馬達(dá) b 的進(jìn)出油口分別用管道相連，馬達(dá)的回油不回油箱而直接回到液壓泵的進(jìn)油口 ,形成閉合回路 ,操縱液壓泵 a 的變量機(jī)構(gòu)可改變液流的方向 ,從而使馬達(dá)換向 .為了使閉式液壓系統(tǒng)正常工作 ,除了液壓泵和液壓馬達(dá)組成的閉合回路 ,還需一些元件組成輔助回路。閥 1 至 5 組成雙向安全閥 ,防止管 A、 B內(nèi)的油壓超過(guò)單向閥 3的調(diào)定值。為補(bǔ)充系統(tǒng)的泄漏，還需設(shè)置一個(gè)輔助的小泵 c，其工作壓力由溢流閥 6 調(diào)定，應(yīng)略微高于液壓馬達(dá)的背壓，而液壓泵 c的流量應(yīng)略高于系統(tǒng)的泄漏量，液壓泵 c的輸出的油經(jīng)過(guò)過(guò)濾器，單向閥 1 或 2 補(bǔ)充到系統(tǒng)的低壓邊，多余的流量經(jīng)溢流閥 6 流回油箱。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 閉式液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但油箱的容積小、結(jié)構(gòu)緊湊，馬達(dá)背壓接供入泵的吸油口，降低對(duì)泵自吸能力的要求。而開(kāi)式液壓馬達(dá)的背壓不能接液壓馬達(dá)的吸油口而只能變成熱能在背壓閥中白白消耗掉。 閉式液壓系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程可通過(guò)操縱泵 a的變量機(jī)構(gòu)使排量逐漸為零二實(shí)現(xiàn)的。 在此過(guò)程中，外負(fù)載的慣性力變成主動(dòng)力，拖動(dòng)液壓馬達(dá) b 變成液壓泵工況，將油流輸給液壓泵 a，使液壓泵 a呈液壓馬達(dá)工況而帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)加速旋轉(zhuǎn)而發(fā)電，輸給電網(wǎng)中其他負(fù)載。 由上可見(jiàn)，開(kāi)式液壓系統(tǒng)使用于功率較小的機(jī)構(gòu)，而閉式液壓系統(tǒng)則適用于液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的下述機(jī)構(gòu)：外負(fù)載大且換向頻繁的機(jī)構(gòu)，重力下降機(jī)構(gòu)，外負(fù)載大的重力下降機(jī)構(gòu)。 按一個(gè)液壓泵所驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式和數(shù)量分類 按一個(gè)泵所驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)量和形式分類可分為：組合式系統(tǒng)、獨(dú)立式系統(tǒng)、獨(dú)聯(lián)系統(tǒng)。因?yàn)楸容^復(fù)雜，不做詳細(xì)介紹。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第二章 系統(tǒng)方案論證 液壓泵站的論證 液壓泵的論證 液壓泵站一般由液壓泵、集成塊或閥組合、油箱以及一些液壓輔助元件組成。它的工作原理是 :電機(jī)帶動(dòng)油泵轉(zhuǎn)動(dòng) ,油泵從油箱中吸油 ,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力能 ,液壓油通過(guò)集成塊被液壓閥實(shí)現(xiàn)壓力、方向、流量的改變。 在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中 ,液壓泵是將動(dòng)力機(jī)械傳輸?shù)臋C(jī)械能轉(zhuǎn)化為流動(dòng)液體的壓力能的能量轉(zhuǎn)化裝置 ,屬于動(dòng)力元件 ,其作用是給液壓系統(tǒng)提供足夠的壓力油以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作。它的工作原理是依靠液壓泵密封工作腔容積大小交替改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 液壓泵的主要技術(shù)參數(shù)包括 :壓力、排量、流量、轉(zhuǎn) 速、效率等。 液壓泵的種類很多。按泵的排量是否可以調(diào)節(jié)可以分為變量泵和定量泵兩大類；按排油方式可分為單向泵和雙向泵；按內(nèi)含泵數(shù)量又可以分為單泵式和雙泵式、多聯(lián)泵；按劑子的結(jié)構(gòu)可以分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵，其中齒輪泵又可以分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩種，葉片泵可分為單作用式和雙作用式兩種，柱塞泵又可以分為軸向式和徑向式。 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是針對(duì)鋼管自動(dòng)切斷系統(tǒng)使用的液壓夾緊及傳動(dòng)系統(tǒng)，它的工作環(huán)境，要求動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置的輸出動(dòng)力穩(wěn)定，傳動(dòng)速度可調(diào)，維護(hù)修理方便，有人性化的工作環(huán)境，在技術(shù)條件允許的情況下，應(yīng)盡量選擇噪 音污染低的液壓泵。 值得注意的是，在機(jī)械液壓系統(tǒng)中，當(dāng)壓力低于 21Mpa 時(shí)，推薦采用雙作用葉片泵。葉片泵有單作用和雙作用兩大類。雙作用葉片泵以結(jié)構(gòu)緊湊、徑向力平衡、壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輸出流量均勻、脈動(dòng)小、噪聲低而在機(jī)床等中高壓系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，但其抗污染能力差，對(duì)油液的清潔度要求較高。 油箱 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 油箱在液壓系統(tǒng)中作用主要是： a) 貯存系統(tǒng)循環(huán)所需的油液； b) 釋放系統(tǒng)工作時(shí)所釋放的熱能； c) 釋放混入油液中 的氣體 雜質(zhì)。 液壓系統(tǒng)中的油箱有整體形勢(shì)油箱、分離式油箱；開(kāi)式油箱、閉式油箱；上置式油箱、下置式油 箱、放置式油箱。 整體式油箱是利用主機(jī)的內(nèi)腔作為油箱，結(jié)構(gòu)緊湊，易于回收漏油，但維修不便，散熱條件不好，會(huì)使主機(jī)產(chǎn)生熱變形；分離式油箱單獨(dú)設(shè)置，與主機(jī)分離，減少了油箱發(fā)熱和液壓泵的震動(dòng)對(duì)主機(jī)工作精度的影響，應(yīng)用較為廣泛。 所謂開(kāi)式油箱是油箱液面與大氣相通的油箱，應(yīng)用最廣。而閉式油箱則是油箱液面與大氣隔絕。這種油箱的優(yōu)點(diǎn)在于泵的吸由條件好，但系統(tǒng)的回油管、泄油管要承受背壓，油箱還需配置安全閥、電接點(diǎn)壓力表等以穩(wěn)定充氣壓力，所以它只在特殊場(chǎng)合下使用。 本次設(shè)計(jì)采用的是分離式的下置油箱。 液壓輔助 元件 液壓輔助元件包括油箱和管接頭、密封件、過(guò)濾器、熱交換器等，它們是液壓系統(tǒng)不可或缺的部分。一般來(lái)說(shuō)，輔助元件都已標(biāo)準(zhǔn)化，可以直接選用。 為了保持油液清潔，一方面盡可能防止或減少油液污染，另一方面把已污染的油液凈化。在液壓系統(tǒng)中一般采用過(guò)濾器來(lái)除去外部混入或系統(tǒng)工作中內(nèi)部產(chǎn)生在油液中的固體雜質(zhì)，保持液壓油的清潔，延長(zhǎng)液壓油的使用壽命，保證液壓系統(tǒng)工作的可靠性。故在本次設(shè)計(jì)中需采用過(guò)濾器。 液壓管道和管接頭時(shí)連接液壓元件、輸送壓力油的裝置，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)需要選擇正確的管道和管接頭。管徑過(guò)大，會(huì)使液壓裝置的結(jié) 構(gòu)過(guò)大，增加不必要的成本浪費(fèi)；管徑過(guò)小，又會(huì)使管內(nèi)流體得流速過(guò)高，不但會(huì)增加壓力損失，降低系統(tǒng)效率，而且會(huì)引起振動(dòng)和噪音。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 液壓執(zhí)行元件的方案論證 將液壓介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置叫做液壓執(zhí)行元件 .它依靠壓力油液驅(qū)動(dòng)與其外伸桿或相連的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)而做功 .按輸出運(yùn)動(dòng)形式的不同 ,液壓執(zhí)行元件可分為液壓缸、液壓馬在和擺液壓馬達(dá)三類。