【文章內(nèi)容簡介】 步消化研究，如在數(shù)學(xué)模型的求取上，盡管已經(jīng)比較完善，但仍存在一些通常被人們所忽略的因素，因此為了更好地實(shí)現(xiàn)控制，縮短 現(xiàn)場調(diào)試周期還有待于對它進(jìn)一步補(bǔ)充完善 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 存在的主要問題 液壓伺服系統(tǒng)的典型特征是低阻尼、時變性、非線性以及外界干擾，很難得到系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用傳統(tǒng)的控法設(shè)計(jì)的控制器自適應(yīng)能力和抗干擾性一般很差，不能滿意的控 制效果。在滿足穩(wěn)定性的前提下，使系統(tǒng)具有快應(yīng)，控制精度高和魯棒性好的控制性能，必須采用合適的策略。 主要工作 內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是 850單機(jī)可逆冷連軋機(jī)液壓 AGC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給軋機(jī)配系統(tǒng)，綜合應(yīng)用大學(xué)中所學(xué)到的知識，鍛煉動手實(shí)踐能力。 工作的基本內(nèi)容 (1)依據(jù)系統(tǒng)要求，擬訂 液壓系統(tǒng)原理圖，進(jìn)行液壓參數(shù)計(jì)算和選取元件。 (2)計(jì)算機(jī)三維畫集成塊圖。 (3)設(shè)計(jì)液壓泵站裝配圖，液壓閥臺裝配圖，油箱圖。 (4)手工繪制鐘形罩圖。 (5)完成外文翻譯與說明書。 步驟、 方法及措施 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的步驟安排如下： （計(jì)算說明書，原理圖，施工圖 ） 具體的工作進(jìn)度安排如下： 第一章 緒論 5 周 次 第 1～ 3周 第 4 ～ 6周 第 7～ 9 周 第 10～ 14周 第 15～ 16周 應(yīng)完成的內(nèi)容 收集資料 開題報告 文獻(xiàn)綜述 外文翻譯 靜態(tài)，動態(tài)的計(jì)算 擬訂原理圖 繪制泵站圖 設(shè)計(jì)集成塊 裝配圖及閥塊圖 完成圖紙 和說明書 準(zhǔn)備答辯 本章小結(jié) 在本章中，主要介紹了 課題的背景及依據(jù)，意義，并簡要概述了國內(nèi)外的研究成果，給出了 研究步驟、方法及措施 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 液壓系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì) 原理設(shè)計(jì) 至關(guān)重要，以后所做的工作都是在原理圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，原理設(shè)計(jì)有問題，就不能完成所要求的動作要求。 技術(shù)及工藝要求 設(shè)計(jì)新的液壓系統(tǒng)，首先要仔細(xì)查明機(jī)器對液壓系統(tǒng)究竟有哪些要求，要與用戶或主機(jī) 廠共同討論，力求定量地掌握這些技術(shù)要求，作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和依據(jù) ，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)滿足工藝要求。 設(shè)計(jì)流程圖見圖 。 第 2章 液壓系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì) 7 圖 設(shè)計(jì)流程 系統(tǒng)的 要求 給彎輥缸，壓下缸配系統(tǒng)，完成缸的動作要求。 壓下缸的工藝要求： (1)正常軋制：位置環(huán)， (2)故障狀態(tài)：抬輥，位置保持 (3)正常工藝狀態(tài)：換輥，沖閥，沖缸 所要了解的還有： (1)用途及工作目的。 (2)功能、性能及負(fù)載特性 負(fù)載種類 (恒定負(fù)載、變化負(fù)載及沖擊負(fù)載 )及大??；運(yùn)動方式 (直線運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、擺動 )及運(yùn)動量 (位移、速度、加速度 )，慣性力，摩擦力 (靜摩擦、動摩擦、粘性摩擦 )，動作特性、動作時間，精度 (定位精度、跟蹤精度、同步精 度 )。 (3)結(jié)構(gòu) 機(jī)構(gòu)、與被驅(qū)動部分的連接條件、安裝上的限制條件等。 (4)驅(qū)動方式 原動機(jī)的種類 (電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等 )、容量 (功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩 )、穩(wěn)定性。 (5)控制方式 操作方式 (手動、自動 )、信號處理方式 (繼電器、邏輯電路、可編程控制器、微計(jì)算機(jī) )。 (6)循環(huán)時間 系統(tǒng)中各種執(zhí)行器的動作順序、動作時間的相互關(guān)系。 2. 使用條件 (1)工作時間。 (2)設(shè)置場所 (室內(nèi)、室外 )。 (3)設(shè)置環(huán)境 環(huán)境溫度、濕度 (高溫、寒帶、熱帶 )，粉塵種類和濃度 (防護(hù)、凈化等 )，腐蝕性氣體 (所用元件的結(jié)構(gòu) 、材質(zhì)、表面處理、涂覆等 )，易爆氣體 (防爆措施 )，機(jī)械振動 (機(jī)械強(qiáng)度、耐振結(jié)構(gòu) )，噪聲限制 (降低噪聲措施 )。 (4)維護(hù)條件 維護(hù)程度與周期，維護(hù)人員的技術(shù)水平；維護(hù)空間、作燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 業(yè)性、互換性。 3．適用標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī) 4．安全性、可靠性 (1)用戶在安全性方面有無特殊要求。 (2)明確保用期、保用條件。 5．經(jīng)濟(jì)性 不能只考慮投資費(fèi)用，還要考慮能源消耗、維護(hù)保養(yǎng)等運(yùn)行費(fèi)用。 系統(tǒng) 功能設(shè)計(jì) 根據(jù)技術(shù)要求確定執(zhí)行器的種類、數(shù)量、動作順序和動作條件。根據(jù)動作條件擬定驅(qū)動執(zhí)行器的基本回路。作為控制執(zhí)行器的方式， 有用雙向變量泵的閉式回路和使用控制閥的開式回路。當(dāng)系統(tǒng)中有多個執(zhí)行器時，要繪制表示動作順序的順序圖，擬定實(shí)現(xiàn)動作順序的控制回路。此時如果有同步要求，還要采用保證必要的同步精度的同步回路。然后再設(shè)計(jì)液壓源回路。此時要考慮節(jié)能、維持液壓油液的清潔度、液壓油液的溫度控制、油箱的油量調(diào)節(jié)和氣壓調(diào)節(jié)。綜合以上驅(qū)動回路、控制回路、液壓源回路三個部分，即得到總的基本液壓系統(tǒng)。然后再進(jìn)一步考慮安全性、減小沖擊、減小壓力脈動、節(jié)能、壽命等因素，對此基本系統(tǒng)進(jìn)行修改補(bǔ)充，使之臻于完善。 、數(shù)量和動作 執(zhí)行器 是液壓系統(tǒng)的輸出部分，必須滿足機(jī)器設(shè)備的運(yùn)動功能、性能的要求及結(jié)構(gòu)、安裝上的限制。根據(jù)所要求的負(fù)載運(yùn)動形態(tài)，選用不同的執(zhí)行器配置。 根據(jù)執(zhí)行器的種類和負(fù)載重量、位移量、速度、加速度、摩擦力等，經(jīng)過基本計(jì)算，確定所需的壓力、流量。壓力可根據(jù)受壓面積與機(jī)械力求出，流量可用移動體積與移動時間的關(guān)系求出。 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的預(yù)定年產(chǎn)量和全年工作日數(shù)求出日產(chǎn)量，再根據(jù)機(jī)器的能力和每日開機(jī)時間求出單位產(chǎn)量所需時間即循環(huán)時間。此循環(huán)時間要進(jìn)一步細(xì)分出各執(zhí)行器的順序動作時間、停歇時間等，要合理地分配循環(huán)中各個第 2章 液壓系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì) 9 節(jié)拍所需要的時間。為此要把表示各執(zhí)行器動作順序的順序圖、表示動作特性的工作圖及表示各節(jié)拍所需壓力流量的壓力流量圖綜合起來，繪制出時間圖。 如果循環(huán)中僅個別節(jié)拍需要大流量時，設(shè)置作為輔助油源的蓄能器，可以提高系統(tǒng)效率，同時也降低成本。 執(zhí)行器的控制方式有泵控制方式和閥控制方式，泵控制方式采用雙向變量泵，通過控制泵的流量實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的速度控制，通過控制泵的出流方向?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行器的方向控制。這種方式中每個執(zhí)行器需要一個變量泵。重視能源的經(jīng)濟(jì)的場合或者負(fù)載慣性大、起動停止沖擊成問題時可以采用。 閥控制方 式中，用方向控制閥實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的方向控制，用流量控制閥實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的速度控制。這種方式應(yīng)用最廣泛，適用于一個液壓源同時驅(qū)動多個執(zhí)行器的場合或者輸入信號很復(fù)雜而要求快速響應(yīng)的場合。 設(shè)計(jì)液壓回路 由于設(shè)計(jì)者的思路、經(jīng)驗(yàn)或?qū)λ性目紤]方法不同，即使針對同樣目的的設(shè)計(jì)出來的液壓回路也是千差萬別的。因此可以擬定幾種符合目的的液壓回路，再從成本、重量、使用方便等方面進(jìn)行對比論證，確定最合適的液壓回路。 液壓回路包括油壓發(fā)生回路、執(zhí)行器控制回路、油液處理回路、其他輔助回路等。無論多么復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，都則由實(shí)現(xiàn)種 種功能的基本回路組成的。經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)積累，已經(jīng)形成了許多簡便成熟、行之有效的基本回路。 用標(biāo)準(zhǔn)圖形符號繪制擬定的液壓系統(tǒng)原理圖，并注明壓力控制閥、壓力繼電器等設(shè)定壓力和液壓泵或蓄能器工作時各段路的流量，以便后面選定元件和確定管子口徑。 (1)油壓發(fā)生回路 此回路包括液壓泵部分和壓力控制部分，要設(shè)計(jì)成能在必要的時候最有效地供給所需要的壓力和流量。 液壓泵的功率在泵控制方式中根據(jù)執(zhí)行器的最大功率算出，在閥控制方式中根據(jù)各執(zhí)行器所需的最大功率算出，在蓄能器驅(qū)動的賣命根據(jù)蓄能器的燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 最高工作壓力、一循環(huán)中消耗的全部液 量在充液過程中補(bǔ)充所需的泵流量和卸載時間算出。在實(shí)際的工作循環(huán)中，有時低速大負(fù)載、有時高速小負(fù)載、有時卸載，可以求出平均功率并據(jù)以確定泵的驅(qū)動電機(jī)的容量。但是循環(huán)中的峰值負(fù)載不得超過電動機(jī)額定功率的 倍。 (2)執(zhí)行器控制回路 執(zhí)行器控制回路要根據(jù)負(fù)載特性，適當(dāng)?shù)乜刂品较?、速度等? 泵控制方式中，在雙向變量泵回路上加壓力控制回路即可組成執(zhí)行器控制回路。 閥控制方式中的執(zhí)行器控制回路，由方向控制回路、速度控制回路、壓力控制回路適當(dāng)組合而成： 1)方向控制回路 用方向控制閥來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器動作方向的控制，掌握方向控制閥的通油時間來控制執(zhí)行器的位移量。 調(diào)整換向閥的切換時間、設(shè)置二速回路、與行程減速閥并用，或者采用比例閥、伺服閥都可以控制執(zhí)行器起動、停止時的加速減速特性。 2)速度控制回路 用流量控制閥來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器速度的控制。根據(jù)負(fù)載變化情況和流量精度要求選定采用節(jié)流閥還是調(diào)速閥來控制?？紤]對負(fù)載方向的適應(yīng)性，負(fù)載變化對精度的影響及回路的效率等因素，決定采用進(jìn)口節(jié)流、出口節(jié)流還是旁通節(jié)流方式。 3)壓力控制回路 壓力控制回路不僅包括控制執(zhí)行器輸出力（或力矩）的回路，還包括用來吸收執(zhí)行器起停時的制動力、外負(fù)載引起的沖 擊力的安全回路。作為輸出力控制回路，有用溢流冷漠限制最高壓力的調(diào)壓回路，還有用減壓閥把某個執(zhí)行器限制到低于油源壓力的壓力的減壓回路。制動回路、平衡回路、安全回路等中所用的壓力控制閥，有直動式、先導(dǎo)式、內(nèi)控式、外控式等各種結(jié)構(gòu)，性能和特性也有多種不同，實(shí)際使用時必須十分注意。 (3)液壓油處理回路 液壓油處理回路包括進(jìn)行液壓油液污染控制的過濾回路和油液溫度控制回路。在過濾回路中，要根據(jù)所用液壓元件和液壓油的種類確定過濾器的容量，過濾精度和設(shè)置部位。當(dāng)環(huán)境溫度較高或液壓裝置內(nèi)部發(fā)熱較多，單靠油箱和管路系統(tǒng)自然散 熱無法維持與所用元件相適應(yīng)第 2章 液壓系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì) 11 的溫度和精度時，必須設(shè)置油冷卻器，環(huán)境溫度過低，液壓泵超支困難時，必須考慮設(shè)置加熱器或其他暖機(jī)運(yùn)行方式。 (4)輔助回路 輔助回路包括液壓系統(tǒng)維修所需的回路和作為安全措施專門設(shè)置的回路。在保養(yǎng)維修方面，要考慮測壓口、油液取樣口、元件拆卸時防止油液外流的措施、易于組成沖洗回路等，在安全方向，要考慮長期停機(jī)時防止自重引起下落的措施，防止誤動作的措施，雙重安全措施等。 繪制的原理圖 設(shè)計(jì)的原理圖包括壓下，中間輥彎輥和工作輥彎輥 3部分，每一部分又分為工作側(cè)和操作側(cè) 2部分，繪制的 原理圖如圖 所示。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 原理圖 本章小結(jié) 在這一章中，系統(tǒng)闡述了原理圖的繪制流程及注意事項(xiàng)，并在最后給出了繪制的原理圖。 第 3 章 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和元件選型 由于系統(tǒng)壓力 Ps=28Mpa，最大軋制力 Fmax=16000KN 則單邊最大壓力 Fmax1 = 8000KN 單邊額定壓力 Fs1= 54 Fmax1 =6400KN 壓下速度 Vc= 103m/s 供油壓力的選擇 多數(shù)情況下壓力可以自由選定。適當(dāng)提高壓力可以降低成本。因此，系統(tǒng)壓力有逐漸提高的趨勢，但液壓系統(tǒng)的壓力受到所用元件的限制。 提高系統(tǒng)壓力，可以使響應(yīng)速度提高、輸出力加大、功率密度提高、管路的壓力傳播速度提高，并且不容易發(fā)生執(zhí)行器低速爬行現(xiàn)象。但是提高壓力也帶來一些問題，如元件壽命縮短，易于發(fā)生閥的卡死及自激振蕩，液壓油易變質(zhì)，內(nèi)泄漏加大，油溫升高，必須采取措施防止漏油。 由于此系統(tǒng)為軋機(jī)服務(wù)，且是伺服系統(tǒng)，軋制力為 16000KN，所以系統(tǒng)壓力初選為 Ps=28Mpa。 壓下缸參數(shù)計(jì)算 壓下 缸尺寸的計(jì)算 下面根據(jù)以上數(shù)據(jù)來計(jì)算壓下缸的尺寸。 A0= PsF 1max == 101m2 可以得出 ： D0=?04A== 101m 附錄 3 外文翻譯 13 因?yàn)橄到y(tǒng)不一定在最大壓力 Ps 下工作，所以 圓整 D0 ，需 D0 +(3040)， 取 D0 為 101m 確定活塞桿直徑 d 根據(jù)公式 d＝ D 2 (2030) 得出 ， d=6202 25=570mm= 101 m 負(fù)載流量及空載流量