【導(dǎo)讀】加熱爐是將物料或者工件加熱的設(shè)備。在冶金工業(yè)中加熱爐習(xí)慣上指把金屬加。熱到軋制成鍛造溫度的工業(yè)爐。步進(jìn)梁式再加熱爐是連軋生產(chǎn)線提供鋼管再加熱所。它是依靠專用的步進(jìn)機(jī)械使工件在爐內(nèi)移動(dòng)的一種機(jī)械化爐子。跡運(yùn)動(dòng)，使?fàn)t內(nèi)鋼料一步一步地向前推進(jìn)。定，它要考慮被加工工件的尺寸參數(shù)和工地方面的尺寸大小。所以必須嚴(yán)格計(jì)算其。內(nèi)部參數(shù)，保證爐子的生產(chǎn)和安全。爐底機(jī)械采用雙輪斜軌機(jī)構(gòu)。走輪由液壓缸驅(qū)動(dòng)，可以在傾斜軌道上滾動(dòng)，使步進(jìn)梁作上升或者下降運(yùn)動(dòng)。托輪直接拖住步進(jìn)梁，而步進(jìn)梁則由另兩個(gè)液壓缸帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)。

　　

【正文】 =32mm；外徑： D=37mm 取升降回油管路 d=40mm；外徑： D=50mm 液壓油管管壁厚的驗(yàn)算 管道壁厚δ的驗(yàn)算 : 液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 24 δ =pd/2(?) p 為管道的最高工作壓力 (Pa) d 為管道內(nèi)徑 (m) (? )為管道材料的許用應(yīng)力 (Pa),(? )=? b/n ? b為管道材料的抗拉強(qiáng)度 (Pa) 對于無縫鋼管來說， Pa≥ 590Mpa n 為安全系數(shù) ,對鋼管來說 , p7Mpa 時(shí) ,取 n=8 p 時(shí) ,取 n=4 δ平移 =pd/2(?) = 590Mpa/8= 驗(yàn)算得出平移壓油管選用得當(dāng)，壁厚完全滿足使用要求。 δ升降 =pd/2(?) = 590Mpa/4= 驗(yàn)算得出升降壓油管選用得當(dāng)，壁厚完全滿足使用要求。 液壓油管道的選擇 平移液壓系統(tǒng)油箱有效容積 合理確 定油箱容量是保證液壓系統(tǒng)工作的重要條件，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：有效容積V0=α Q V0油箱容量，單位為 L Q液壓泵總額定流量，單位為 l/min α 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其數(shù)值取值如下： 低壓系統(tǒng)α =24；中高壓系統(tǒng)α =510 平移液壓系統(tǒng)液壓泵最大流量為 考慮到加熱爐附近的高溫環(huán)境和液壓油箱的散熱狀況，選擇α =4 所以，平移液壓系統(tǒng)油箱有效容積 V0=α Q=4 = 升降液壓系統(tǒng)油箱有效容積 升降液壓系統(tǒng)液壓泵最大流量為 考慮到加熱爐附近的高 溫環(huán)境和液壓油箱的散熱狀況，選擇α =6 所以，升降液壓系統(tǒng)油箱有效容積 V0=α Q=6 =液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 25 3 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實(shí)際情況對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。 液壓系統(tǒng)壓力損失計(jì)算 平 移液壓系統(tǒng)壓力損失 壓力損失包括管路的沿程損失△ p1，管路的局部壓力損失△ p2 和閥類元件的局部損失△ p3，總的壓力損失為 △ p=△ p1+△ p2+△ p3 計(jì)算系統(tǒng)壓力損失，必須知道管道的直徑和管道的長度。平移液壓系統(tǒng)管道為d=18mm，長度定為 1m，通過最大流量為 ，油液的運(yùn)動(dòng)粘度 r=65 mm/動(dòng)油液密度 ρ = 103kg/m3 先判斷流動(dòng)狀態(tài) ,由雷諾數(shù) : V=4Q/π d2=4 103/π 60=Re=Vd/r= 105 =1052 此雷諾數(shù)為最大雷諾數(shù)。因?yàn)樽畲蟮?Re小于臨界雷諾數(shù)（ 20xx），所以油在油管中流動(dòng)狀態(tài)為層流狀態(tài)，所以 對于圓管層流，其沿程阻力系數(shù)： λ =64/Re=64/1052= 根據(jù)達(dá)西公式： Hf=λ Lv2/2gd= 1 = △ p1=ρ gh= 103 = 管路的局部壓力損失△ p2 很小，常按照△ p2=△ p1計(jì)算得△ p2= 各個(gè)閥件的壓力損失查樣表可得： 液控單向閥為 電液換向閥為 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 26 所以，平移液壓系統(tǒng)的壓力損失為： △ p=△ p1+△ p2+△ p3=+++= 因?yàn)?＜ Mpa，表明系統(tǒng)按照當(dāng)初壓力來計(jì)算符合驗(yàn)算情況。 升降液壓系統(tǒng)壓力損失 升降液壓系統(tǒng)管道為 d=32mm，長度定為 1m，通過最大流量為 ，油液的運(yùn)動(dòng)粘度 r=65 mm/ ρ = 103kg/m3 先判斷流動(dòng)狀態(tài) ,由雷諾數(shù) : V=4Q/π d2=4 103/π 60=Re=Vd/r= 105 =1870 此雷諾數(shù)為最大雷諾數(shù)。因?yàn)樽畲蟮?Re小于臨界雷諾數(shù)（ 20xx），所以油在油管中流動(dòng)狀態(tài)為層流狀態(tài)，所以 對于圓管層流，其沿程阻力系數(shù)： λ =64/Re=64/1870= 根據(jù)達(dá)西公式： Hf=λ Lv2/2gd= 1 = △ p1=ρ gh= 103 = 管路的局部壓力損失△ p2 很小，常按照△ p2=△ p1 計(jì)算得△ p2= 各個(gè)閥件的壓力損失查樣表可得： 液控單向閥為 電液換向閥為 所以，升降液壓系統(tǒng)的壓力損失為： △ p=△ p1+△ p2+△ p3=+++= 因?yàn)?＜ Mpa，表明系統(tǒng)按照當(dāng)初壓力來計(jì)算符合驗(yàn)算情況。 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)除執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)外負(fù)載輸出的有效功率外，其余全部以熱量形式損失掉了，其中包括液流的沿程壓力損失，局部壓力損失，各部件的機(jī)械損失等。這些損失 的能量都轉(zhuǎn)化成了熱量，使油溫升高，從而使油液的物理性能發(fā)生變化，影響液壓系統(tǒng)正常工作。為了保證液壓系統(tǒng)有良好的工作性能，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的發(fā)熱計(jì)算，并采取措施，使油液溫宿保持在正常范圍內(nèi)。 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 27 平移液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升 根據(jù)加熱爐設(shè)計(jì)手冊可得溫升的計(jì)算式是： △ t=Q/ 2V △ t系統(tǒng)溫升，即系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)，油溫與環(huán)境溫度之差 Q系統(tǒng)的總發(fā)熱量發(fā)熱功率 kw K傳熱系數(shù)，可選用推薦值 通風(fēng)很差時(shí)， K=8；通風(fēng)良好 時(shí)， K=1420；風(fēng)扇冷卻， K=2025；用循環(huán)水冷卻時(shí)， K=110175； V油箱的有效容積 L 系統(tǒng)的總發(fā)熱量發(fā)熱功率 Q=液壓泵的輸出功率 液壓缸的有效功率 上面已經(jīng)計(jì)算得出平移液壓系統(tǒng) 液壓缸工作壓力 4Mpa 液壓泵的最大工作壓力 液壓缸的最大流量 液壓泵的最大流量 油箱的有效容積 V=240L K 取 150 所以， 系統(tǒng)的總發(fā)熱量發(fā)熱功率 Q=（ 106 103） /60（ 2 4 106 103） /60= 系統(tǒng)溫升，即系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)，油溫與環(huán)境溫度之差 △ t=Q/ 2V = 103/ 150 3 2240 =℃ 經(jīng)過前后計(jì)算驗(yàn)證，油箱容積選用恰當(dāng)，散熱良好，油溫在正常使用范圍內(nèi)。 升降液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升 上面已經(jīng)計(jì)算得出升降液壓系統(tǒng) 液壓缸工作壓力 20Mpa 液壓泵的最大工作壓力 液壓缸的最大流量 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 28 液壓泵的最大流量 油箱的有效容積 V=1100L K 取 150 所以， 系統(tǒng)的總發(fā)熱量發(fā)熱功率 Q=（ 106 103） /60（ 2 20 106 103） /60=12kw 系統(tǒng)溫升，即系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)，油溫與環(huán)境溫度之差 △ t=Q/ 2V =12 103/ 150 3 21100 =℃ 經(jīng)過前后計(jì)算驗(yàn)證，油箱容積選用恰當(dāng)，散熱良好，油溫在正常使用范圍內(nèi)。 液 壓同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 29 4 液壓同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 步進(jìn)梁的運(yùn)動(dòng)過程 在步進(jìn)加熱爐里，鋼坯的移動(dòng)是通過固定梁和載有鋼坯的移動(dòng)梁進(jìn)行的。步進(jìn)梁的運(yùn)動(dòng)軌跡為矩形，由升降機(jī)構(gòu)的垂直運(yùn)動(dòng)和平移機(jī)構(gòu)的水平運(yùn)動(dòng)組合而成，步進(jìn)梁相對于固定梁作上升，前進(jìn)，下降，后退 4 個(gè)動(dòng)作。這 4 個(gè)動(dòng)作組成了步進(jìn)梁的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，每完成這樣一個(gè)周期，鋼坯就從裝料端向出料端前進(jìn)一個(gè)行程，鋼坯經(jīng)過步進(jìn)運(yùn)動(dòng)后，達(dá)到軋制所需要的溫度，然后由出 爐軌道將其送往軋制機(jī)進(jìn)行軋制。 控制系統(tǒng) 電液比例位置控制系統(tǒng) 可編程控制器（ PLC）可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜， 可靠性強(qiáng)，編程簡單，易學(xué)易用等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此 PLC 已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛地使用。 本設(shè)計(jì)是基于比例換向閥的液壓缸活塞桿位置控制系統(tǒng)，即利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電液比例閥來控制液壓缸的準(zhǔn)確定位。圖為電液比例位置控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制框架圖，位移 傳感器將液壓缸活塞桿輸出的位移反饋信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)與給定的信號(hào)進(jìn)行比較，并按照設(shè)定的控制算法計(jì)算后輸出控制信號(hào)，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換為模擬電壓或者電流信號(hào)控制電液比例閥的閥芯位置，從而控制液壓缸內(nèi)流量的輸送，驅(qū)動(dòng)液壓缸，實(shí)現(xiàn)帶負(fù)載活塞的位置控制 ,整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)精確定位。下圖 8為電液比例位置控制系統(tǒng)。 圖 8 電液比例位置控制系統(tǒng) 液 壓同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 30 設(shè)計(jì)方案 此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和 設(shè)計(jì) 圖紙等 .請聯(lián)系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套機(jī) 械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！ 該論文已經(jīng)通過答辯 EM235 常用的技術(shù)參數(shù)如圖 13： 液 壓同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 31 圖 13 EM235 模擬量模塊的常用技術(shù)參數(shù) 控制系統(tǒng) I/O 分配 模擬量控制系統(tǒng)的 I/O 分配如圖 14。 編 號(hào) 地 址 說 明 功 能一 路 模 擬 量 輸 出1 A Q W 0 輸 出 模 擬 量 輸 出 控 制 電 液 閥兩 路 模 擬 量 輸 入123A I W 0輸 入 模 擬 量輸 入 模 擬 量第 一 個(gè) 缸 傳 感 器 的 值第 二 個(gè) 缸 傳 感 器 的 值A(chǔ) I W 2I 0 . 0手 動(dòng) 自 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換0 手 動(dòng) 1 自 動(dòng) 圖 14 控制系統(tǒng)的 I/O 分配 梯形圖符號(hào)表如圖 15。 液 壓同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 32 符 號(hào) 地 址 符 號(hào) 地 址設(shè) 定 值 V D 1 0 4回 路 增 益采 樣 時(shí) 間積 分 時(shí) 間微 分 時(shí) 間控 制 量 輸出檢 測 值V D 1 1 2V D 1 1 6V D 1 2 0V D 1 2 4V D 1 0 8V D 1 0 0 圖 15 符號(hào)表 梯形圖編程 回路輸入量的轉(zhuǎn)化及標(biāo)準(zhǔn)化 每個(gè) PID 控制回路有兩個(gè)輸入量：給定值和過程變量。他們都 是實(shí)際的工程量，取值范圍和測量單位都會(huì)不同，因此在進(jìn)行 PID 運(yùn)算前，要把實(shí)際測量輸入量，設(shè)定值和回路表中的其他輸入?yún)?shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即用程序把他們轉(zhuǎn)化為PLC 能夠識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)，其步驟為： 將工程實(shí)際值由 16 位整數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)。第二步，將實(shí)數(shù)格式的工程實(shí)際值轉(zhuǎn)化為 之間的無量綱相對值，即標(biāo)準(zhǔn)化值。標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)又分為雙極性（圍繞 上下變化）和單極性（以 為起點(diǎn)在 和 之間的范圍內(nèi)變化）兩種。通常單極性取值 320xx，雙極性取值 64000。 在對模擬量進(jìn)行 PID 運(yùn)算后，輸出值是在 范圍的標(biāo)準(zhǔn)化值，為了能夠驅(qū)動(dòng)模擬量的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)模擬量的控制，還必須將其轉(zhuǎn)化為工程實(shí)際值。 PID 參數(shù)整定 增益（放大系數(shù)，比例常數(shù)） 增益與偏差（給定與反饋的差值）的乘積作為控制器輸出中的比例部分。過大的增益會(huì)造成反饋的振蕩。 積分時(shí)間 偏差值恒定時(shí)，積分時(shí)間決定了控制器輸出的變化速率。積分時(shí)間越短，偏差得到修正越快，過短的積分時(shí)間有可能造成不穩(wěn)定。積分時(shí)間的長度相當(dāng)于在階躍給定下，增益為 1的時(shí)候，輸出的變化量與偏差值相等所需要的時(shí)間，也就是輸出變化到二倍于初始階躍偏差的時(shí)間。 如果將積分時(shí)間設(shè)為 最大值，則相當(dāng)于沒有積分時(shí)間。 液 壓同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 33 微分時(shí)間 偏差值發(fā)生改變時(shí)，微分作用將增加一個(gè)尖峰到輸出中，隨著時(shí)間流逝減小。微分時(shí)間越長，輸出的變化越大。微分使控制對擾動(dòng)的敏感度增加，也就是偏差的變化率越大，微分的變化越強(qiáng)。微分相當(dāng)于對反饋?zhàn)兓厔莸念A(yù)測性調(diào)整。 如果將微分時(shí)間設(shè)置為 0就不起作用，控制器將作為 PI 調(diào)節(jié)器工作。 PID 參數(shù)整定方法 就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) P、積分時(shí)間 Ti 和和微分時(shí)間 Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要 求。一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng) 用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。 經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)。 壓力，流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)中一般不用微分規(guī)律，而溫度調(diào)節(jié)，成份調(diào)節(jié)多采用微分規(guī)律。 對于壓力，流量來說被調(diào)對象的時(shí)間常數(shù) T，較小，而且負(fù)荷變化較快，這時(shí)微分作用要引起振蕩，積分作用也不能太強(qiáng)，否則也會(huì)引起振蕩，對調(diào)節(jié)質(zhì)量影響較大。而溫度、成份的被調(diào)對象的時(shí)間常數(shù)較大，微分調(diào)節(jié)有超前作用，對調(diào)節(jié)質(zhì)量能收到較好效果。溫度調(diào) 節(jié)有較大的滯后性 ,所以要使用微分調(diào)節(jié)以使被調(diào)整量更快到達(dá)設(shè)定值 ,其他具有大滯后的物理量調(diào)也需加入微分調(diào)節(jié) ,如 PH 等。 微分的作用是提前給系統(tǒng)一個(gè)作用，對反應(yīng)慢的系統(tǒng)可以加。壓力和流量變化比較快的系統(tǒng) 所以不用，本設(shè)計(jì)中，采用 PI