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棒材軋機液壓系統(tǒng)設計說明書(編輯修改稿)

2024-08-30 05:06 本頁面
 

【文章內容簡介】 電動機的類型和規(guī)格l 選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)格4) 對液壓系統(tǒng)進行驗算必要時,對液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進行演算,但是有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗過的同類型設備可供類比參考,或者有可靠的試驗結果,那么也可以不再進行驗算。5) 繪制正式工作圖和編制技術文件設計的最后一步是要整理出全部圖紙和技術文件。正式工作圖一般包括如下內容:液壓系統(tǒng)原理圖;液壓站總裝圖;液壓泵、液壓閥及管路的安裝總圖。技術文件一般包括以下內容:基本件、標準件、通用件及外購件匯總表,液壓系統(tǒng)安裝和調試要求,設計說明書等。總體步驟如下:棒材軋機液壓系統(tǒng)若能正常工作必須由以下五部分組成:1) 動力元件:它是把原動機輸入的機械能轉換為液體壓力能的能量轉換裝置,一般由電動機和液壓泵組成,其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油。2) 執(zhí)行元件:它是將液體的壓力能轉換為機械能的能量轉換裝置,其作用是在壓力油的推動下輸出力和速度(直線運動),或力矩和轉速(回轉運動)。這類元件包括各類液壓缸和液壓馬達。3) 控制調節(jié)元件:它是能控制或調節(jié)液壓系統(tǒng)中油的壓力、流量或方向,以保證執(zhí)行裝置完成預期工作的元件。這類元件主要包括各種液壓閥,如溢流閥、節(jié)流閥以及換向閥等。4) 輔助元件:輔助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接頭、濾油器、壓力在以及流量計等。這些元件分別起散熱貯油、蓄能、輸油、連接、過濾、測量壓力和測量流量等作用,以保證系統(tǒng)正常工作,是液壓系統(tǒng)不可缺少的組成部分o5) 工作介質:它在液壓傳功及控制今起傳遞運動、動力從信號的作用。工作介質為液壓油或其它合成液體。棒材軋機液壓系統(tǒng)的工作原理:液壓泵首先向系統(tǒng)提供壓力油,推動油缸伸出。當壓力升至工作壓力時,壓力繼電器發(fā)訊使液壓泵電機停止轉動,此刻系統(tǒng)處于保壓狀態(tài),即由蓄能器和液控單向閥構成的保壓回路使油缸保持工作壓力,從而通過液壓缸推動軋機工作。表31液壓缸外負載工況計算公式外負載kN啟動Ffs400加速Ffd+ Fa 533快進Ffd200工進Fe+ Ffd2200反向啟動Ffs400加速Ffd+ Fa533后退Ffd2001) 初選液壓系統(tǒng)壓力系統(tǒng)壓力選定得是否合理,直接關系到整個系統(tǒng)設計的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下,若系統(tǒng)壓力選得過低,則液壓元、輔件的尺寸和重量就增加,系統(tǒng)造價也相應增加;若系統(tǒng)壓力選得較高,則液壓設備的重量、尺寸會相應降低,但制造精度等要求的提高。查參考文獻[2],表20211,初定系統(tǒng)壓力為25MPa。2) 液壓缸主要尺寸查參考文獻[3],P14,單活塞桿液壓缸無桿腔為工作腔時,計算公式為: =F++Ffc (公式1)式中, p1——液壓缸工作壓力,初算時可取系統(tǒng)工作壓力,Pp=25MPa; P2——液壓缸回油背壓力(系統(tǒng)壓力過大背壓可忽略不計),MPa;d/D——活塞桿直徑與液壓缸內徑之比; F——液壓缸最大負載。 Ffc——液壓缸密封處摩擦力,他的精確值不易求得,常用液壓缸的機械效率ηcm進行估算 F+ Ffc=F/ηcm (公式2)式中 ηcm——液壓缸的機械效率,~公式可化簡為 D2=4(F+ Ffc) /πp1 計算得各個液壓缸的內徑,查表標準化列表如下:表32液壓缸內徑液壓缸直徑D(mm)d(mm)液壓缸4002803) 計算在各工作階段所需的流量確定液壓缸的流量查參考文獻[1],P18,液壓缸的流量計算, 式中, ——液壓缸的流量,L/min;D——液壓缸內徑,m;V——活塞桿的運動速度,m/min。計算得負載缸快進時所需流量:=πD2v/4=2247。460=15L/min。負載缸工進時所需流量:Q=負載缸快退時所需流量:Q=15L/min計算得各執(zhí)行機構所需最大流量列表如下表33液壓缸最大流量液壓缸所需最大流量(L/min)負載缸1壓力和選擇泵的規(guī)格液壓泵在壓裝的工作過程中向液壓缸供油(每次只對一組液壓缸供油),選流量最大的液壓缸對泵進行計算。1) 泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失,所以泵的工作壓力為: P=P1+∑△P 式中 P——液壓泵最大工作壓力,MPa; P1——執(zhí)行元件最大工作壓力,MPa; △P——進油管路中的壓力損失,初算時由于系統(tǒng)壓力過大忽略不計將P1=25Pa ,△P =0 MPa 代入公式得:P=P1+∑△P=25MPa上述計算得的是系統(tǒng)的靜壓力,考慮到系統(tǒng)在各種工況的過按階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力,因此選泵的額定壓力Pn應滿足Pn≥(~)P。中低壓系統(tǒng)取小值,高壓系統(tǒng)取大值,液壓缸按中低壓系統(tǒng)取小值,則:Pn=25=。2) 泵的流量確定液壓泵的最大流量由文獻[1] P5得: Q≥(∑) 式中 Q——液壓泵的最大流量,L/min;∑——同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值,L/min; ——系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取=~,現(xiàn)取=。 Q=15L/min=18L/min。3) 選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上算得的P和Q查閱文獻[2],再根據(jù)現(xiàn)場調研,現(xiàn)選用25PCY141B型恒壓變量式軸向柱塞泵。該泵的參數(shù)為:排量25mL/r,額定壓力為32 Mpa。選擇電動機的公式依據(jù)查參考文獻[2] P52(公式2023)進行驗算,即: P= 式中 P——所選電動機額定功率,KW; PS——泵的額定壓力,MPa; Q——泵的額定流量,L/min; ψ——轉換系數(shù); ηp——液壓泵的總效率。查參考文獻[2],P156,表2059確定各個參數(shù):ηp=,ψ=,25PCY141B型恒壓變量式軸向柱塞泵的輸出流量為25mL/r,額定壓力PS =32 MPa,得: P= = 所需電動機功率為P=。查閱參考文獻[2],電動機產(chǎn)品樣本,選擇Y160M型電動機,額定轉速為1440r/min。、繪制液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)圖是液壓系統(tǒng)設計中的一個重要步驟。這一步要做的主要工作:一是選擇基本回路,二是把選出的回路組成液壓系統(tǒng)。 1) 調壓回路壓力調定回路是最基本的調壓回路。溢流閥的調定壓力應該大于液壓缸的最大工作壓力,其中包含液壓管路上各種壓力損失。2) 調速回路進油節(jié)流調速回路使用普遍,但由于執(zhí)行元件的回油不受限制,所以不宜用在超越負載(負載力方向與運動方向相同)的場合。閥應安裝在液壓執(zhí)行元件的進油路上,多用于輕載、低速場合。對速度穩(wěn)定性要求不高時,可采用節(jié)流閥;對速度穩(wěn)定性要求較高時,應采用調速閥。該回路效率低,功率損失大。3) 方向控制回路換向回路一般都采用換向閥來換向。換向閥的控制方式和中位機能依據(jù)主機需要及系統(tǒng)組成的合理性等因素來選擇,當換向閥左邊工作時,液壓缸活塞向右方向的運動,當換向閥左邊不工作時,向左方向則可以運動。這臺軋機很適宜選用節(jié)流調速方式。節(jié)流閥是通過改變節(jié)流口通流面積或通流通道的長短來改變局部阻力的大小,從而實現(xiàn)對流量的控制。從液壓缸工作循環(huán)圖可知,各工作進給時是中壓小流量,故可選用單泵供油回路。該系統(tǒng)的泵剛開始工作時,系統(tǒng)是空轉運行的,可以在主油路上接溢流閥,采用電磁換向閥進行空載與負載工作之間的轉換。各個回路如下圖所示1) 工進快進回路2) 液壓站液壓站系統(tǒng)的設計在液壓站系統(tǒng)的設計中,遵循在滿足系統(tǒng)工作要求的前提下,盡量簡化系統(tǒng)原理的原則。設計方案如下:l 液壓泵采用一用一備,確保系統(tǒng)正常工作。l 機床在工作時,系統(tǒng)熱量主要由泵產(chǎn)生,起產(chǎn)生的熱量有限,因此,在設計液壓站冷卻系統(tǒng)時,只在回油管上設置冷卻器,不再設計自循環(huán)冷卻系統(tǒng)。將各個回路圖合成,整個軋機的液壓系統(tǒng)圖就初步繪制了,再檢查并加以補充完善,便可以繪制出正式的液壓系統(tǒng)原理圖。如下圖所示。液壓閥的選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高壓力和通過閥的實際流量以及閥的操縱、安裝方式等,需要注意的問題是:1)確定通過閥的實際流量 ,此時注意通過管路的流量與油路串、并聯(lián)的關系:油路串聯(lián)時系統(tǒng)的流量即為油路中各處所通過的流量;油路并聯(lián)中各油路同時工作時系統(tǒng)的流量等于各條油路通過流量的和。2)單活塞桿液壓缸兩腔回油的差異 活塞外伸或內縮時的回油流量是不同的,內縮時無桿腔回油流量與外伸時有桿腔的回油流量之比,等于兩腔活塞面積之比。3)控制閥的使用壓力、流量,不要超過其額定值 ,如控制閥的使用壓力、流量超過了其額定值,就易引起液壓卡緊或卡死,對控制閥及系統(tǒng)工作質量產(chǎn)生的不良影響。根據(jù)系統(tǒng)的要求,選擇液壓元件,具體詳見原理圖和裝配圖。在液壓系統(tǒng)設計計算過程中及設計完結,需要對它的技術性能進行驗算,以便從幾種設計方案中比較出最佳方案或判斷其設計質量。當系統(tǒng)元、輔件規(guī)格和管道尺寸確定后.并繪出管路裝配草圖,即可進行系統(tǒng)壓力損失△P的計算。它包括管路的沿程壓力損失、局部壓力損失及閥類元件的局部損失△P3,查參考文獻[3],P38,公式: 式中 ——管道長度; ——管道內徑; ——液流平均速度; ——液壓油密度; ,——局部阻力和沿程阻力系數(shù); ——閥的額定流量; ——通過閥的實際流量; ——閥的額定壓力損失。 查參考文獻[2],P2065,系統(tǒng)中最長的管路,內徑d=,長=2 m,通過流量Q=36m3/s,工作介質為20號機油,工作壓力下的粘度γ=20106m2/s,密度ρ=900Kg/m3。 管內流速由公式: ν= ν===; 雷諾數(shù)由公式: Re= Re===*104; 因 4000<Re<100000 故沿程阻力系數(shù)===; = ,計算得沿程阻力損失: == MPa。 查參考文獻[2],閥類元件的局部損失△P3: MPa,得: = = MPa; 查參考文獻[2]P2065,管接頭、彎頭、相貫孔的局部壓力損失很小,可不計,所以,液壓系統(tǒng)的壓力損失=++= MPa。 計算出的液壓系統(tǒng)的壓力損失與選系統(tǒng)工作壓力時選定的壓力損失很接近,故無須更正系統(tǒng)參數(shù)。液壓系統(tǒng)效率η是系統(tǒng)的輸出功率(即執(zhí)行元件的輸出功率)N0與其輸入功率(即液壓泵的輸入功率)NP之比,查參考文獻[3] P39,得系統(tǒng)計算公式: 式中 —— 液壓泵的總效率; ——執(zhí)行元件的效率; ——回路效率, 又由 ——系統(tǒng)輸給同時動作的執(zhí)行元件的功率,KW; ——同時運轉的各液壓泵的輸出功率,KW。查參考文獻[2],P285,得=~,取=;液壓泵的總效率=,回路效率==,則系統(tǒng)的總效率: == 5. 液壓站的設計液壓站是由液壓油箱、液壓泵裝置及液壓控制裝置三大部分組成。液壓油箱裝有空氣濾清器、濾油器、液面指示器和清洗孔等。液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅動電機及其它們之間的聯(lián)軸器等。液壓控制裝置是指組成液壓系統(tǒng)的各閥類元件及其聯(lián)接體。液壓站的結構型式有分散式和集中式兩種類型。1)集中配置型液壓裝置是將系統(tǒng)的執(zhí)行器安放在主機上,而將液壓泵及其驅動電機、輔助元件等安裝在主機之上,按照操作執(zhí)行器的液壓控制裝置的安放位置及液壓站的功能,又可進一步將液壓站分為動力型液壓站和復合型液壓站兩種結構類型。散裝在主機各適當位置上的動力型液壓站,其形態(tài)較為簡單,它主要由液壓泵及其驅動電動機、油箱及附件、少數(shù)控制原器件等組成,因此經(jīng)常稱之為液壓站。其主要功能是為液壓執(zhí)行器提供一定壓力、流量。而系統(tǒng)的控制任務主要由散裝在主機各處的控制閥來成擔。 復合型液壓站是將系統(tǒng)中液壓泵及其驅動電機、油箱及附件、液壓控制裝置及其它輔助元器件等安裝在主機之上,系統(tǒng)的執(zhí)行器仍然安裝在主機上。這種型式將軋機按壓系統(tǒng)的供油裝置 ,控制調節(jié)裝置獨立于機床之外,單獨設置一個液壓站。這種結構的優(yōu)點是安裝維修方便,按壓裝置的振動、發(fā)熱都與機床隔開;缺點是液壓站增加了占地面積。2) 分散配置型液壓裝置是將液壓控制系統(tǒng)的液壓泵及其驅動電動機、執(zhí)行原器件和輔助元件按照機械設備的布局、工作特性和操作要求等分散設計在主機的適當位置,液壓系統(tǒng)各組成元件通過管道連接起來。分散配置型液壓裝置的優(yōu)點是節(jié)省安裝空間。缺點是元件布置零亂,安裝維護復雜。這種型式將軋機液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調節(jié)裝置分散在機床的各處。例如利用軋機機身或底座作為液壓油箱存放液壓油。把控制調節(jié)裝置放任便于操作的地方。3) 復合型液壓站不僅具有向執(zhí)行器提供液壓動力的功能,同時還兼具控制調節(jié)功能。按照液壓控制裝置是否安裝在液壓站上,此種液壓站又可分為整體式液壓站和分離式液壓站。整體式液壓站是將液壓控制閥組及蓄能器等均安裝在液壓泵站上。分離式液壓站是將液壓泵及電動機和油箱及附件、液壓控制裝置和蓄能器等分散裝成液壓泵站、液壓閥組和蓄能器等幾部分,各部分之間按照液壓系統(tǒng)原理圖中確定的油路關于連接起來。 在本次設計中,為了節(jié)省占地面積,力圖做到系統(tǒng)結構緊湊,采用分散式。在開式傳動的油路系統(tǒng)中,油箱是必不可少的,它的作用是,貯存油液,凈化油液,使油液的溫度保持在一定的范圍內,以及減少吸油區(qū)油液中氣泡的含量。因此,進行油箱設計時候,要考慮油箱的容積、油液在油箱中的冷卻、油箱內的裝置和防噪音等問題。1)油箱的有效容積油箱應貯存液壓裝置所需要的液壓油,液壓油的貯存量與液壓泵流量有直接關系,在一般情況下,油箱的有效容積可以用經(jīng)驗公式確定: 式中,——油箱的有效容積(L); Q ——油泵額定流量(L/min); K ——系數(shù);查參考文獻[1],取K=8,油泵額定流量Q=18L/min,代入公式計算得: =818=144 L油箱有效容積確定后,還需要根據(jù)油溫升高的允許植,進行油箱容積的驗算。1) 油箱容積的驗算液壓系統(tǒng)的壓力、容積和機械損失構成總的能量損失,這些能量損失轉化為熱量,使系統(tǒng)油溫升高,由此產(chǎn)生一系列不良影響。為此,必須對系統(tǒng)進行發(fā)熱計算,以便對系統(tǒng)溫升加以控制。液壓系統(tǒng)發(fā)熱的主要原因,是由于液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失以及溢流閥的溢流損失所造成的,當液壓油溫度升高后,會引起油液粘度下降,從而導致液壓元件性能的變化,壽命降低以及液壓油老化。因此,液壓油必須在油箱中得到冷卻,以保證液壓系統(tǒng)正常工作。l 系統(tǒng)總的發(fā)熱公率系統(tǒng)總的發(fā)熱公率H是估算得來的,查參考文獻[1],P46,得系統(tǒng)總的發(fā)熱公率H估算公式: 式中,N——液壓泵輸入功率( KW); ——執(zhí)行元件的有效功率(KW);若一個工作循環(huán)中有幾種工況,則應求出其總平均有效功率,系統(tǒng)總的發(fā)熱公率:H=N(1η) 式中 η——系統(tǒng)總效率。 由查參考文獻[5],液壓泵輸入功率:N=Ndη1 式中Nd——電動機功率(KW); η1——聯(lián)軸器傳動效率。查參考文獻[5],P7,取η=,代入公式得: N== 所以,液壓泵輸入功率N=。將N=,得: H= N(1η)=()KW=。l 散熱功率及溫升油路系統(tǒng)的散熱,主要靠油箱表面散熱,油箱的散熱功率可以用下式進行估算: =KA(KW) 式中, K——油箱的散熱系數(shù)(KW/℃); A——油箱散熱面積();——系統(tǒng)溫升植(℃)。其中,油箱的散熱面積可以用下式估算A= () 式中,——油箱的有效容積(L)。 液壓系統(tǒng)的熱平衡條件: 機器在長期連續(xù)工作下,應該保持系統(tǒng)的熱平衡,其熱平衡式為: H=0, HKA=0, 查參考文獻[1],P40,取K= KW/℃,將K=,得: ==℃查參考文獻[1]表332所給的允許值為:一般工作機械≤35℃,故系統(tǒng)溫升驗算合格。1) 結構簡介長期以來,液壓油箱的結構型式,基本上是由矩形板折邊壓形成四棱柱,再用封板堵住兩側而構成。端部封板及中間隔板由沖壓成形,箱體是經(jīng)四次壓圓角,接頭外焊接而成的。這種結構的液壓油箱
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