機械畢業(yè)設計論文包鋼軌梁廠BD軋機壓下及平衡系統(tǒng)設計全套圖紙

1、 第一張 緒論軋鋼就是用軋機對鋼坯進行壓力加工，獲得需要的形狀規(guī)格和性能的過程。軋機主要由幾組軋輥構(gòu)成，軋輥是一對轉(zhuǎn)動方向相反的輥子，兩個輥子之間形成一定形狀的縫或孔，鋼坯通過軋輥就成為一定形狀的鋼材。鋼鐵的生產(chǎn)方法有軋制、鍛造、擠壓、拉拔等。用軋制方法生產(chǎn)鋼材，具有生產(chǎn)過程連續(xù)性、生產(chǎn)效率高、品種多、質(zhì)量好、易于機械化、自動化等優(yōu)點，因此得到廣泛的應用。 在再結(jié)晶溫度以上的軋制稱為熱軋；在再結(jié)晶溫度以下的軋制稱為冷軋。從軋鋼生產(chǎn)的成品來看，根據(jù)鋼材斷面形狀，可分為下述幾種類別：鋼板、鋼管、型鋼以及某些機器零件和工具等。 我們常見的汽車板、橋梁鋼、鍋爐鋼、管線鋼、螺紋鋼、鋼筋、電工硅鋼、鍍鋅板

2、、鍍錫板包括火車輪都是通過軋鋼工藝加工出來的。煉鋼廠生產(chǎn)的鋼錠與連鑄坯有8595%以上要經(jīng)過軋鋼車間扎成各種鋼材供應國民經(jīng)濟各部門。 我國粗鋼產(chǎn)量位居世界第一。國內(nèi)十大鋼鐵企業(yè)年產(chǎn)粗鋼均在1000萬噸以上。今年來，鋼鐵重組進入快車道，比如寶鋼控股的廣東鋼鐵集團，山東濟鋼、萊鋼為主組建的山東鋼鐵集團，還有河北鋼鐵集團等。但是，我國鋼鐵業(yè)要振興，必須走精細化道路。熱軋卷和冷軋卷目前還停留在重產(chǎn)量輕質(zhì)量的瓶頸。軋鋼行業(yè)必須走高端路線，造船業(yè)和汽車制造業(yè)、建筑業(yè)的興旺，給軋鋼行業(yè)帶來機遇，但是礦石的漲價給我國軋鋼行業(yè)帶來新的困境。 國內(nèi)軋鋼行業(yè)要真正做大做強，必須不斷對鋼坯質(zhì)量、加熱、輥型控制、卷取能

3、力、酸洗等系列環(huán)節(jié)加強。另外，做重型機械的一重、二重、上重、太重等必須奮起，探索高精軋鋼設備。國內(nèi)寶鋼、鞍鋼、武鋼、首鋼設計院，東大、北科大等院校軋鋼研究機構(gòu)亦要多加強與鋼鐵集團的聯(lián)合開發(fā)?，F(xiàn)代軋機發(fā)展的趨向是連續(xù)化、自動化、專業(yè)化，產(chǎn)品質(zhì)量高，消耗低。60年代以來軋機在設計、研究和制造方面取得了很大的進展，使帶材冷熱軋機、厚板軋機、高速線材軋機、H型材軋機和連軋管機組等性能更加完善；使軋制品種不斷擴大、產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。一些適用于連續(xù)鑄扎控制軋制等新軋制方法，以及適應新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟效益的各種特殊結(jié)構(gòu)的軋機都在發(fā)展中。軋機的主要設備有：輔助設備起重運輸設備和附屬設備等。但一般所說的

4、軋機往往僅指主要設備。工作機座：由軋輥軋輥軸承機架軌座軋輥調(diào)整裝置上軋輥平衡裝置和換輥裝置等組成。軋輥：是使金屬塑性變形的部件 ( 見軋輥 ) 。軋輥軸承：支承軋輥并保持軋輥在機架中的固定位置。軋輥軸承工作負荷重而變化大，因此要求軸承摩擦系數(shù)小，具有足夠的強度和剛度，而且要便于更換軋輥。不同的軋機選用不同類型的軋輥軸承。軋機機架：由兩片“牌坊”組成以安裝軋輥軸承座和軋輥調(diào)整裝置，需有足夠的強度和鋼度承受軋制力。機架形式主要有閉式和開式兩種。此外還有無牌坊軋機。軋機軌座：用于安裝機架，并固定在地基上，又稱地腳板。承受工作機座的重力和傾翻力矩，同時確保工作機座安裝尺寸的精度。軋輥調(diào)整裝置：用于調(diào)整

5、輥縫，使軋件達到所要求的斷面尺寸。上輥調(diào)整裝置也稱“壓下裝置”，有手動電動和液壓三種。手動壓下裝置多用在型材軋機和小的軋機上。傳動裝置：由電動機減速機齒輪座和連接軸等組成。齒輪座將傳動力矩分送到兩個或幾個軋輥上。輔助設備： 包括軋制過程中一系列輔助工序的設備。如原料準備加熱翻鋼剪切矯直冷卻探傷熱處理酸洗等設備。起重運輸設備： 吊車運輸車輥道和移送機等。附屬設備： 有供配電軋輥車磨，潤滑，供排水，供燃料，壓縮空氣，液壓，清除氧化鐵皮，機修，電修，排酸，油水酸的回收，以及環(huán)境保護等設備。軋機可以按軋制品種軋機型式和公稱尺寸來命名?！肮Q尺寸”的原則對型材軋機而言，是以齒輪座人字齒輪節(jié)圓直徑命名；初

6、軋機則以軋輥公稱直徑命名；板帶軋機是以工作軋輥輥身長度命名；鋼管軋機以生產(chǎn)最大管徑來命名。有時也以軋機發(fā)明者的名字來命名 ( 如森吉米爾軋機 ) 。 軋機的選擇；按生產(chǎn)的產(chǎn)品品種規(guī)格質(zhì)量和產(chǎn)量的要求來選定成品或半成品軋機的類型和尺寸，并配備必要的輔助起重運輸和附屬設備，然后根據(jù)各種因素的要求最后加以平衡選定。 1.2.1軋機的分類 軋鋼機按用途可分為開坯軋機、型鋼軋機、鋼管軋機和特殊軋機等。按軋輥在機座中的布置可分為下列五種形式：具有水平軋輥的軋機，具有立式軋輥的軋機，具有水平軋輥和立式軋輥的軋機，具有傾斜布置的軋機以及其他軋機。按軋鋼機布置形式可分為：單機架式、多機架順列式、橫列式、連續(xù)式、

7、半連續(xù)式、串列往復式、布棋式等。1.2.2 軌粱軋機軌梁軋機為2輥或3輥式水平軋機，在各架軋機上進行多道次穿梭軋制，也可用兩臺電機分別傳動。軌梁軋機中最簡單的布置形式為一列式，此外還有二列、三列式的布置，三列以上的多列式布置較少見。 軌梁軋機主要優(yōu)點是:(l)設備簡單、建廠快、投資少;(2)由于無張力軋制，便于生產(chǎn)斷面形狀復雜的產(chǎn)品;(3)操作簡單、適應性強、產(chǎn)品靈活多樣，適于小批量多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)。主要缺點是:(1)產(chǎn)品尺寸精度不高，品種規(guī)格受到限制(如難于軋制很寬的產(chǎn)品);(2)間隙時間長、軋件溫降大，因而軋件長度和壁厚均受限制;(3)各架軋機軋制速度不能單獨調(diào)整，因而影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量

8、。橫列式軋機一般用做中、小型開坯機、軌梁軋機、大中型型材軋機及小型、線材軋機。在產(chǎn)量不高而要求產(chǎn)品品種規(guī)格較多的地方鋼鐵工業(yè)中，常采用橫列式軋機生產(chǎn)各類型鋼，其中開坯機、軌梁軋機、大中型型材軋機多采用一列式或二列式布置，而小型、線材軋機則采用三列式或多列式布置的方式。 包鋼軌梁廠BD3軋機是一個萬能軋機機組，它由一架二輥萬能精軋機、一架二輥萬能粗軋機和一架軋邊機的組成為串列式萬能軋機機組，其中萬能精軋機和萬能粗軋機結(jié)構(gòu)完全對稱。 第二章 設計任務介紹2.1 概述 壓下及平衡系統(tǒng)的特征 壓下及平衡系統(tǒng)是圍繞包鋼軌梁廠在重軌生產(chǎn)過程中壓下及平衡系統(tǒng)的壓下和平衡而設計的【3】。壓下及平衡系統(tǒng)的工作特

9、點如下：1、可精確調(diào)整軋輥水平位置（調(diào)整輥縫），以保證扎件按給定的壓下量扎出所要求的斷面尺寸；2、 快速響應要好、調(diào)整精度要高；3、 過載保護簡單、可靠；4、 采用標準液壓元件；5、 結(jié)構(gòu)復雜、響應頻率較低；6、 利于快速換輥，提高軋機作業(yè)率。2.2 設計參數(shù)與內(nèi)容 設計題目：包鋼軌梁廠BD3軋機壓下及平衡系統(tǒng)設計 設計參數(shù) 水平輥部分： 水平輥壓下缸（水平輥夾緊缸）個數(shù) 共4個 水平輥調(diào)整缸個數(shù) 共8個 水平輥壓下缸（水平輥夾緊缸）行程 155mm 水平輥調(diào)整缸行程 155mm 立輥部分： 立輥壓下缸（立輥夾緊缸）個數(shù) 共2個 立輥調(diào)整缸個數(shù) 共4個 立輥壓下缸（立輥夾緊缸）行程 180mm

10、 立輥調(diào)整缸行程 180mm2.2.3 設計任務 任務：1.設計說明書一份 2.專題論文一篇 3外文翻譯一篇 4.實習報告一份 5.設計圖紙六到七張（合甲一）第三章 壓下及平衡系統(tǒng)綜合方案的擬定和選擇 3.1 壓下及平衡系統(tǒng)的用途 壓下及平衡系統(tǒng)是軋鋼機中關(guān)鍵的機構(gòu)之一，其結(jié)構(gòu)設計的好壞，直接關(guān)系著扎件的產(chǎn)量與質(zhì)量的高低和好壞。通常軋機軋輥的調(diào)整一般均包括徑向和軸向兩個方向調(diào)整，可以保證軋輥間的相互位置的正確，按規(guī)定完成道次的壓下量，還能在一定的程度上來補償其軋輥輥身與輥徑的允許的摩擦量，同時又能調(diào)整軋輥與軌道水平面的相互位置。而且在連軋機上，還能調(diào)整機座間軋輥的相互正確位置，從而保證軋制先的

11、直線性，使得軋制順利進行。3.2 系統(tǒng)綜合方案的設計 方案一：壓下調(diào)整采用電動壓下裝置方案二：壓下調(diào)整采用液壓壓下裝置方案三：壓下調(diào)整采用電動液壓雙壓下裝置方案優(yōu)劣比較分析：方案一：電動壓下裝置優(yōu)點：1）工作時，軋輥可快速、大行程、頻繁的調(diào)整； 2）軋輥調(diào)整時，不能帶軋制負荷，即不“帶鋼壓下”。多用在可逆式熱軋機上，如初軋機、板坯軋機、中厚板軋機、連軋機組的可逆式粗軋機等。3）有較高的傳動效率和工作可靠性【3】。缺點：1）電動壓下裝置能夠進行大行程的調(diào)節(jié)，但是不能進行精細的調(diào)節(jié)。所以精度較低； 2）必須有克服壓下螺絲阻塞事故的措施。故方案一不可取。方案二：液壓壓下裝置優(yōu)點：1）快速響應性好，調(diào)

12、整精度高； 2）過載保護簡單、可靠，可以有效的防止軋機過負荷，保護軋輥和軸承免遭損壞。事故停車時，可快速的排出液壓缸的壓力油，加大輥縫，避免軋輥燒裂或被刮傷； 3）采用液壓壓下可以根據(jù)需要改變軋機的當量剛度，實現(xiàn)對軋機從“恒輥縫”到“恒壓力”的控制，以適應各種軋制及操作情況； 4）液壓壓下裝置采用標準液壓元件，簡化了機械結(jié)構(gòu)； 5）叫機械傳動效率高； 6）便于快速換輥，提高軋機工作率。缺點：1）液壓壓下調(diào)整在工作過程中，有較多的能量損失； 2）液壓壓下調(diào)整對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很容易受到溫度的影響； 3）為減少泄露，元件制造精度高，造價高； 4）液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，難以找出原因。方

13、案三：電動液壓雙壓下裝置優(yōu)點：1）系統(tǒng)雖然能具有電動和液壓雙壓下的特點和優(yōu)點，同時也能使其各自的缺點進行互補； 2）結(jié)構(gòu)緊湊，精調(diào)部分傳動零件減少使傳動慣性力下降，因此，調(diào)節(jié)訊號滯后現(xiàn)象減輕，而靈敏度增加；缺點：1）電動和液壓配合難度高，系統(tǒng)復雜； 2）電動控制的復雜程度很高，維護不易且系統(tǒng)性能與成本比例較低。3.3 技術(shù)經(jīng)濟分析比較如下 表3.1 壓下及平衡系統(tǒng)方案技術(shù)評價表經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟綜合評價得： W2>W1>W3最后，得出結(jié)論，方案2為最佳設計方案。第四章 液壓壓下及平衡系統(tǒng)的設計4.1 綜述液壓壓下及平衡系統(tǒng)是BD3軋機的一個重要組成部分。在設計時要充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力

14、求設計出結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低，效率高，操作簡單，維修方便的傳動系統(tǒng)。包鋼軌梁廠BD3軋機液壓壓下及平衡系統(tǒng)，主要由執(zhí)行機構(gòu)壓下缸（夾緊缸）和調(diào)整缸，動力源液壓泵站及其伺服閥臺、電控裝置及各種檢測裝置組成。 本設計通過調(diào)查研究，運用已掌握的知識和經(jīng)驗，依靠分析、對比、選擇和估算，最后設計出符合要求的系統(tǒng)。根據(jù)設計要求和所學知識，大致歸納出液壓系統(tǒng)的設計步驟如下：1、 明確設計要求；2、 明確系統(tǒng)壓力；3、 確定系統(tǒng)執(zhí)行元件的形式；4、 確定執(zhí)行元件的控制和調(diào)速方案；5、 擬定液壓系統(tǒng)原理圖，并敘述其工作過程。此設計主要對壓下及平衡系統(tǒng)的液壓原理圖方案、液壓閥、液壓泵進行相應的設計、計算和校

15、核。各系統(tǒng)相互配合，相互滲透。各部分的設計計算應滿足設計要求，能完成預定動作，并且兼顧設計的經(jīng)濟性要求和安全可靠性要求。使用中要加強維護和定期檢修，以發(fā)揮系統(tǒng)的最大功能。4.2 明確設計要求 壓下及平衡功能對液壓系統(tǒng)的要求（1）壓下缸（夾緊缸）活塞行程需符合軋機軋輥運行快速和行程較大的特點；（2）調(diào)整缸不可因活塞桿受力而改變腔內(nèi)的壓力，且需保持較長時間的壓力；（3）系統(tǒng)慣性要小，響應速度要快；（4）精度需高；（5）安全可靠，簡單好用；（6）消耗功率小，效率高；（7）操作方便靈活。 軋機總體對壓下及平衡系統(tǒng)的要求（1）帶負荷調(diào)整；（2）調(diào)整精確；（3）對軸承、軋輥和牌坊過負荷保護；（4）出現(xiàn)事故

16、自動彈開；（5）棍子間隙可自動回零；（6）在換輥后能消除機架彈性；（7）可以自動控制輥縫。4.3 明確系統(tǒng)壓力由于上軋輥及其軸承座自重的影響，在扎件未進入軋輥之前，上軋輥及其軸承座與機架之間有間隙存在，這些間隙使扎件進入軋輥時產(chǎn)生很大的沖擊，惡化軋機的工作條件。為了防止這種沖擊，幾乎所有軋機（二輥疊軋薄板軋機除外），都設有平衡裝置。通過平衡裝置，在上軋輥軸承座上沿垂直方向施加平衡力以消除上述間隙。通常，取平衡力為平衡重量的1.21.4倍（過平衡系數(shù)K=1.21.4）。采用液壓平衡時，油缸的工作壓力可按下式計算： P=K式中 G為被平衡零件的總重量（N）； n為平衡液壓缸的數(shù)量； d為液壓缸柱塞

17、直徑（cm）； K為過平衡系數(shù)（考慮到液壓缸的摩擦阻力，取較大值為宜）。其中，G=286KN，n=4，d=460mm,K=1.4所以 P=則調(diào)整平衡系統(tǒng)的壓力定為30Mpa，而壓下回路和調(diào)整平衡回路必須使用同樣的工作介質(zhì)，所以壓下回路的壓力也須采用30Mpa。4.4 確定執(zhí)行元件 馬達的選擇考慮到壓下及平衡系統(tǒng)行程短且不固定，因而可直接通過液壓壓力作用于液壓缸而形成直線往復運動，所以不選用液壓馬達驅(qū)動。4.4.2 液壓缸的選擇液壓系統(tǒng)在整個工作中需要的油量較大，故選用多個變量泵供油，又因系統(tǒng)中有配套的油箱，溫度變化大，且對液壓油清潔度較高，故對油箱加配冷卻循環(huán)設備。4.5確定執(zhí)行原件的控制和調(diào)

18、速方案 根據(jù)設計要求，系統(tǒng)的壓下和平衡功能實現(xiàn)的路線是不同的，所以壓下及平衡的液壓系統(tǒng)需要兩套回路來完成。由于壓下缸的形成較大，且需要快速前進、后退，所以采用同級的兩個三位四通伺服閥并利用電壓死區(qū)進行流量控制，進而控制壓下缸的運行速度。壓下缸的控制和調(diào)速方案如圖4.1所示。 圖4.1 壓下缸的控制和調(diào)速方案 1、壓力計 2、壓下缸 3、三位四通小流量伺服閥 4、三位四通大流量伺服閥 5、蓄能器 6、過濾器7、液控溢流閥 8、液控溢流閥 9、壓力位置傳感器 10、有桿槍油路 當軌粱進入萬能軋機時，軋制過程開始，此時，軌粱軋件會對軋輥有很大的沖擊，調(diào)整缸的作用是使軋輥在受到?jīng)_擊時，軋輥位置不會變化

19、，所以調(diào)整缸回路采用保壓回路，將壓力保持在一個定值，調(diào)整缸的控制和調(diào)速方案如圖4.2： 圖4.2 調(diào)整缸的控制和調(diào)速方案 1、調(diào)整缸 2、三位四通換向閥 3、蓄能器 4、壓力繼電器5、單向閥 6、定量泵 7、溢流閥 8、二位換向閥4.5.1 草擬液壓工作原理圖擬定工作原理圖，就是合理應用壓力、速度、方向控制回路等基本回路的有關(guān)知識和各種液壓元件的基本特性及功能的知識，組成一個符合工作要求的液壓系統(tǒng)，并在設計過程中，對不同的系統(tǒng)進行比較，選擇最佳方案。根據(jù)設計要求及所學知識，擬定壓下及平衡系統(tǒng)的液壓原理圖。如圖4.3所示： 圖4.3 壓下及平衡系統(tǒng)液壓原理圖4.5.2 壓下及平衡系統(tǒng)的工作過程

20、壓下及平衡系統(tǒng)的液壓回路由能源裝置（電機、泵組）、執(zhí)行裝置（液壓缸）、控制調(diào)節(jié)裝置（閥組）組成。 壓下及平衡系統(tǒng)是壓下缸的液壓回路和調(diào)整缸的液壓回路組成的，壓下缸的液壓回路采用同級的兩個伺服閥進行控制，一個可通過小流量液壓油的伺服閥，當其右位得電時，小流量的液壓油進出壓下缸時，壓下缸活塞就可以以較慢的速度壓下；左位得電時，壓下缸即可抬起，另一個伺服閥為大流量閥，同理，當通過大流量伺服閥的液壓油進出壓下缸時，壓下缸活塞即可快速壓下和抬起。 調(diào)整缸的液壓回路是由保壓回路擴展而成的，并由二位二通換向閥分割各支路。當三位四通電磁換向閥左位接入工作時，液壓缸活塞桿向外伸出，調(diào)整軋輥到指定位置后，壓力繼電

21、器發(fā)出信號使二位二通換向閥通電，液壓泵卸荷，單向閥關(guān)閉，液壓缸有蓄能器保壓，缸壓不足時，壓力繼電器復位使泵重新工作。電磁鐵的動作順序 電磁鐵的動作順序如表4.1所示： 第五章 液壓缸的設計5.1 液壓缸的設計計算步驟 1、根據(jù)機構(gòu)的運動要求，選擇液壓缸的類型，根據(jù)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求選擇液壓缸的安裝方式； 2、根據(jù)機構(gòu)的運動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸，如液壓缸的推進速度、作用時間、內(nèi)徑、行程及活塞桿直徑等； 3、根據(jù)選定的工作壓力和材料進行液壓缸的結(jié)構(gòu)設計，如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)設計、密封形式、排氣與緩沖等； 4、液壓缸性能的驗算。5.2 液壓缸的安裝方式 壓下缸和調(diào)整缸都采用法蘭式結(jié)構(gòu)

22、，這類缸外形尺寸較大，適用于大、中型液壓缸，缸內(nèi)徑通常大于100mm，額定工作壓力Pn=2540Mpa，能承受較大的沖擊載荷和惡劣的外界環(huán)境條件，屬重型缸，多用于重型機械和冶金機械。5.3 缸筒材料的選擇一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。根據(jù)壓下缸的參數(shù)、用途和毛坯的來源可選用鑄鋼鋼管ZG270500。調(diào)整缸也可選用鑄鋼鋼管ZG270500。由手冊【5】表21-6-7得：抗拉強度Mpa;屈服強度Mpa.5.4液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)計算 確定液壓缸的壓力根據(jù)工作條件可以得知液壓缸的最大工作壓力為300Mpa，即液壓缸的最高允許壓力Pmax=30Mpa，這也是液壓

23、缸在瞬時所能承受的極限壓力，常規(guī)定為： Pmax 式額定壓力（公稱壓力）Pn，是液壓缸能用以長期工作的壓力，應接近或復合規(guī)定的數(shù)值，可選擇液壓缸的額定壓力為Pn=20Mpa。耐壓試驗壓力Pr，是檢查液壓缸質(zhì)量時需要承受的試驗壓力，即在此壓力下不出現(xiàn)變形、裂縫和破裂。通常規(guī)定Pr。5.4.2 流量的計算 單位時間內(nèi)油液通過缸筒有效截面的面積，稱為流量Q 式其中：V液壓缸活塞以此行程中所消耗的油液體積，單位L； t液壓缸活塞一次行程所需要的時間，單位min。由于 式（1） 水平輥調(diào)整缸的計算： Q= 式對于單活塞桿調(diào)整缸 活塞桿伸出 式 活塞桿縮回 式其中：D液壓缸內(nèi)徑，單位m； d活塞桿直徑，單

24、位m; v活塞桿運動速度，單位mmin； 液壓缸容積效率，當活塞密封為彈性密封材料時=1，當活塞密封為金屬環(huán)時，=0.98。.當活塞伸出時當活塞縮回時（2） 調(diào)整缸的計算 對于單活塞桿液壓缸 活塞桿伸出 式 活塞桿縮回 式其中：D液壓缸內(nèi)徑，單位m； d活塞桿直徑，單位m; v活塞桿運動速度，單位mmin； 液壓缸容積效率，當活塞密封為彈性密封材料時=1，當活塞密封為金屬環(huán)時，=0.98。. 當活塞伸出時 當活塞縮回時（3）系統(tǒng)壓下缸的計算 對于單活塞桿液壓缸： 當活塞桿伸出時： 當活塞桿縮回時： 其中：D液壓缸內(nèi)徑，單位m； d活塞桿直徑，單位m; v活塞桿運動速度，單位mmin； 液壓缸容

25、積效率，當活塞密封為彈性密封材料時=1，當活塞密封為金屬環(huán)時，=0.98。其中，=1，v=活塞桿伸出時，此流量為：=87.65；活塞桿退回時，流量為：=57.23。5.4.3 活塞的運動速度單位時間內(nèi)壓力油液推動活塞移動的距離： 式活塞桿伸出 式其中：D液壓缸內(nèi)徑，單位m； d活塞桿直徑，單位m; v運動速度，單位mmin； 液壓缸容積效率，當活塞密封為彈性密封材料時=1，當活塞密封為金屬環(huán)時，=0.98。（1） 水平輥調(diào)整缸的計算：當活塞伸出時當活塞縮回時（2） 立輥調(diào)整缸的計算：當活塞伸出時 0.6當活塞收回時 =0.6（3） 壓下缸的計算 活塞伸出時 =G9當活塞收回時 =8.985.4

26、.4 速比 液壓缸活塞往復運動的速度之比 式計算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和是否設置緩沖裝置。速比不宜過大或過小，以免產(chǎn)生過大的背壓或造成活塞桿太細穩(wěn)定性不好。可參考下表選定：表5.1 活塞往復運動的速比 因為系統(tǒng)的壓力為30Mpa，可選擇活塞的速比為=2。 活塞的理論推力和拉力油液作用在活塞上的液壓力，對于雙作用單活塞桿液壓缸來說，活塞受力如圖5.1： 圖5.1 活塞受力分析圖（1） 水平輥調(diào)整缸的計算：活塞桿伸出時的理論推力F1為 式 活塞桿縮回時的理論推力F2為式其中，A1活塞無桿側(cè)有效面積，單位； A2活塞有桿側(cè)有效面積，單位； P供油壓力（工作油壓），單位Mpa; D活塞直徑（液

27、壓缸內(nèi)徑），單位m； d活塞桿直徑，單位m。（2）立輥調(diào)整缸的計算活塞桿伸出時的理論推力F1為= 式活塞桿縮回時的理論推力F2為= 其中，A1活塞無桿側(cè)有效面積，單位； A2活塞有桿側(cè)有效面積，單位； P供油壓力（工作油壓），單位Mpa; D活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑），單位m； d活塞桿直徑，單位m。（3）壓下缸（夾緊缸）活塞桿伸出時的理論推力F1為= 式活塞桿縮回時的理論推力F2為其中，A1活塞無桿側(cè)有效面積，單位； A2活塞有桿側(cè)有效面積，單位； P供油壓力（工作油壓），單位Mpa; D活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑），單位m； d活塞桿直徑，單位m。 活塞允許的最大行程（1）水平輥調(diào)整缸的計算：在初步

28、確定活塞的行程時，主要是按照實際工作需要的長度來考慮，但這一工作行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)定性所允許的行程。為了計算行程，應首先計算出活塞的最大允許長度Lk9。因活塞桿一般為細長桿，當Lk（1015）d時，由歐拉公式推導出： （mm） 式其中：Fk活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，單位N，F(xiàn)kFnk; F活塞桿縱向壓縮力，單位N； nk安全系數(shù)，通常nk=3.56； E材料的彈性模數(shù)。鋼材E=2.1×105Mpa； I活塞桿橫截面慣性矩，單位，圓截面I=。將上列數(shù)據(jù)代入并簡化后 式（2） 立輥調(diào)整缸的計算在初步確定活塞行程時，主要是按實際工作需要的長度來考慮，但這一工作行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)

29、定性所允許的行程。為了計算行程，應首先計算出活塞的最大允許長度Lk。因活塞桿一般為細長桿，當Lk（1015）d時，由歐拉公式推導出： （mm） 式其中：Fk活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，單位N，F(xiàn)kFnk; F活塞桿縱向壓縮力，單位N； nk安全系數(shù)，通常nk=3.56； E材料的彈性模數(shù)。鋼材E=2.1×105Mpa； I活塞桿橫截面慣性矩，單位，圓截面I=。將上列數(shù)據(jù)代入并簡化后 式（3） 壓下缸的計算：在初步確定活塞的行程時，主要是按照實際工作需要的長度來考慮，但這一工作行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)定性所允許的行程。為了計算行程，應首先計算出活塞的最大允許長度Lk9。因活塞桿一般為細長

30、桿，當Lk（1015）d時，由歐拉公式推導出： （mm） 式其中：Fk活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，單位N，F(xiàn)kFnk; F活塞桿縱向壓縮力，單位N； nk安全系數(shù)，通常nk=3.56； E材料的彈性模數(shù)。鋼材E=2.1×105Mpa； I活塞桿橫截面慣性矩，單位，圓截面I=。將上列數(shù)據(jù)代入并簡化后 = 式 液壓缸長度的計算（1）水平輥調(diào)整缸的計算： 對于各種安裝導向條件的液壓缸，活塞桿計算長度 L=（2）立輥調(diào)整缸的計算： 對于各種安裝導向條件的液壓缸，活塞桿計算長度L=（3）壓下缸的計算： 對于各種安裝導向條件的液壓缸，活塞桿計算長度L=5.5 缸筒壁厚的計算（1） 水平輥調(diào)整缸的計

31、算：缸筒材料選用常用的ZG270-500的無縫鋼管，調(diào)質(zhì)硬度為260HBW。查手冊【5】表2167查的該材料的。由于系統(tǒng)壓力為30Mpa,所以壁厚應按厚壁筒計算，參照手冊【5】：缸筒壁厚為：關(guān)于的值，可按下列情況分別計算：當時，；當時，；當時，或 式式中，缸筒內(nèi)最高工作壓力，當工作壓力p16Mpa時，=1.25p,即=30Mpa； 缸筒材料的許用應力，=，n為安全系數(shù)，通常取n=5。將數(shù)據(jù)代入上式中，得：當時，74.67mm；當時，60.54mm；當時，78.32mm。實際上，當時，材料使用不夠經(jīng)濟，應改用高屈服強度的材料。因此，由手冊【5】表1.550選用壁厚系列中的80mm。（2） 立輥調(diào)

32、整缸的計算：缸筒材料選用常用的ZG270-500的無縫鋼管，調(diào)質(zhì)硬度為260HBW。查手冊【5】表2167查的該材料的。由于系統(tǒng)壓力為30Mpa,所以壁厚應按厚壁筒計算，參照手冊【5】：缸筒壁厚為：關(guān)于的值，可按下列情況分別計算：當時，；當時，；當時，或 式式中，缸筒內(nèi)最高工作壓力，當工作壓力p16Mpa時，=1.25p,即=30Mpa； 缸筒材料的許用應力，=，n為安全系數(shù)，通常取n=5。將數(shù)據(jù)代入上式中，得：當時，62.37mm；當時，49.97mm；當時，65.21mm。實際上，當時，材料使用不夠經(jīng)濟，應改用高屈服強度的材料。因此，由手冊【5】表1.550選用壁厚系列中的70mm。5.6

33、 活塞及活塞桿設計由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復運動，因此，它與缸筒的配合應適當，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設計性能。液壓力的大小與活塞的有效工作面積有關(guān)，活塞直徑應與缸筒內(nèi)徑一致。設計活塞時，主要任務就是確定活塞的結(jié)構(gòu)形式。 活塞及活塞桿的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)密封裝置形式來選用活塞結(jié)構(gòu)形式（密封裝置按工作條件確定）。本設計選用整體活塞。因為整體活塞在活塞周圍上開溝槽，安裝密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封圈安裝時也容易拉傷和扭曲。

34、根據(jù)【5】表21-6-13，選擇桿體為實體桿?；钊麠U的外端頭部與軋輥的拖動機構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作中產(chǎn)生偏心承載力，適應液壓缸的安裝要求，提高其使用效率，應根據(jù)載荷的具體情況選擇適當?shù)臈U頭連接形式【7】。因為缸工作時軸線固定不動，所以采用大螺栓頭式。根據(jù)【5】表21-6-14，水平輥調(diào)整缸活塞的直徑為380mm，長度280mm，立輥調(diào)整缸活塞桿的直徑為300 mm，長度305 mm。根據(jù)5表21-6-14，壓下缸活塞桿的直徑為90 mm，長度300 mm。5.6.2 活塞及活塞桿的密封在液壓傳動系統(tǒng)及其元件中，安置密封裝置和密封元件的作用，在于防止工作介質(zhì)的泄露及外界塵埃和異物的侵入。

35、設置于密封裝置中、起密封作用的元件稱為密封件。液壓傳動的工作介質(zhì)，在系統(tǒng)及元件的容腔內(nèi)流動或暫存時，由于壓力、粘度、間隙等因素的變化，而導致少量工作介質(zhì)越過容腔邊界，由高壓腔向低壓腔或外界流出，這種“越界流出”現(xiàn)象稱為泄露。泄露分為外泄漏和內(nèi)泄漏兩類，內(nèi)泄漏是指在系統(tǒng)或元件內(nèi)部工作介質(zhì)由高壓腔向低壓腔的泄露。由于液壓缸的進油腔和回油腔之間的液壓油不可以聯(lián)通，否則就會造成液壓缸爬行和內(nèi)部泄露，而內(nèi)泄漏會引起系統(tǒng)容積效率的急劇下降，所以在活塞部分和液壓缸接觸區(qū)域的上部選擇氈圈油封進行密封，下部使用O型密封圈和 方形同軸密封件進行密封，氈圈油封的型號選擇460×40，方形同軸密封件選擇46

36、00，O型密封圈的型號選擇460。在活塞桿部分和液壓缸的接觸區(qū)域的上部選擇氈圈油封進行密封，中部使用O型密封圈和方形同軸密封件進行密封，出于防塵考慮還需防塵圈的密封，氈圈油封得型號選擇380×40，方形同軸密封件選擇3800，O型密封圈的型號選擇460，防塵圈選擇C型防塵圈，型號為FC380。 氈圈油封 O型密封 C型防塵圈第六章 液壓元件的選擇6.1控制元件的選擇選擇液壓控制閥的依據(jù)是系統(tǒng)的最高壓力和通過閥的實際流量以及閥的操作安裝方式等。（6）選擇時應注意以下問題：1、 確定通過閥的實際流量時，要注意通過管路的流量與油路串、并聯(lián)的關(guān)系。右路串聯(lián)時系統(tǒng)的流量即為油路中各處所通過的流

37、量；油路并聯(lián)時，系統(tǒng)的流量等于各油路通過流量的總和。2、 所選定的控制閥的額定壓力和流量盡可能與計算機相近似。必要時，通過控制閥的最大流量可允許超過其額定流量的25%。選擇壓力控制閥時，由于其調(diào)壓范圍有限，故最好不要選用比最高使用壓力還高的閥，否則，當閥在低壓下工作時，會出現(xiàn)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。 單向閥的選擇單向閥用于液壓系統(tǒng)中防止油壓反向流動。也可作背壓閥用，但必須改變彈簧壓力，保持回路的最低壓力，增加工作機構(gòu)的運動平穩(wěn)性。液壓單向閥與單向閥相同，但可利用控制油開啟單向閥，使油液在倆個方向上自由流動。根據(jù)系統(tǒng)的工作情況。單向閥可全部采用單向閥。單向閥12.1：此閥在液壓系統(tǒng)中安裝在泵的出口處，作

38、背壓使用，所以選用S型單向閥。其型號為S20A10，最大工作壓力為31.4Mpa，最大流量為115L/min，介質(zhì)粘度為（2.8-380）m3/s，介質(zhì)溫度為-30-80。單向閥12.2和12.3：倆單向閥和過濾器并聯(lián)在一起，起防止擊穿過濾器的作用，所以采用S型單向閥。器型號為S20A10，最大工作壓力為31.5Mpa，最大流量115L/min，介質(zhì)粘度為（2.8380）m3/s，介質(zhì)溫度為-3080。節(jié)流閥的選擇節(jié)流閥是通過改變節(jié)流閥截面或節(jié)流長度以控制流量的閥門。對節(jié)流閥的性能要求是：1 流量調(diào)節(jié)范圍大，流量壓差變化平滑2 內(nèi)泄漏量小，若有外泄漏油口，外泄漏量也要小3 調(diào)節(jié)力矩小，動作靈敏

39、節(jié)流閥4.1：此閥安裝在定量泵組1.2和1.2的油路上，所以選擇單向節(jié)流閥即可，型號選擇為，最大塔里為31.5Mpa，機制粘度為（2.8380）m3/s，介質(zhì)溫度為-3080。先導式溢流法的選擇若先導式溢流閥安裝在泵的出口，與蓄能器配合使用可以起來溢流穩(wěn)壓的作用，若先導式溢流閥安裝在執(zhí)行機構(gòu)附近（壓力沖擊較大）可以起技能、保護和安全限壓的作用。先導式溢流閥5.1、5.2、5.3：這三個先導式溢流閥在液壓系統(tǒng)中的作用為維持系統(tǒng)的壓力恒定，防止系統(tǒng)的壓力超載，所以選用Y2型先導式溢流閥。器型號為Y2-HB20，公稱壓力為32Mpa，調(diào)節(jié)范圍為4·16Mpa，通徑為20mm，額定流量為10

40、0L/min，重量為4.7kg。先導式雨兩罰5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、5.10、5.11、5.12：安裝在執(zhí)行機構(gòu)附近（壓力沖擊較大）可以起到節(jié)能、保護和安全限壓的作用。所以選用Y2型先都按時溢流閥。其型號為DBDS20PX/230，公稱壓力為40Mpa，調(diào)節(jié)范圍為446Mpa，通徑為20mm，額定流量為120L/min，重量為5.9kg。6.14二位二通電磁換向閥電磁換向閥是實現(xiàn)油路的換向、順序動作及卸荷的液壓控制閥。二位二通電磁換向閥：其型號為2WE20-5型換向閥，P、T油口最高工作壓力為31.5Mpa，最大流量為120L/min，重量為5kg。 三位四通電

41、磁換向閥 電磁換向閥是實現(xiàn)油路換向、順序動作及卸荷液壓的控制閥。 三位四通電磁換向閥14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、14.10、14.11、14.12：其型號為DG4V-5型換向閥，P、A、B油口最高工作壓力為31.5Mpa，最大流量為120L/min，重量為6.3kg。三位四通伺服器伺服器是指電液伺服閥，它在接受電器模擬型號后，相應出去調(diào)制的流量和壓力。它既是電液轉(zhuǎn)換元件，也是功率放大元件，它能夠?qū)⑿」β实奈⑷蹼姎廨斎胄盘栟D(zhuǎn)換為大功率的液壓能（流量和壓力）輸出。在系統(tǒng)中，它能夠?qū)㈦姎獠课慌c液壓部分連接起來，實現(xiàn)電液信號的轉(zhuǎn)換與液壓放大

42、，電液伺服閥是電液伺服器系統(tǒng)控制的核心。本系統(tǒng)中伺服閥分為兩種，一種為小流量的伺服閥，另外一種為大流量的伺服閥，兩種伺服閥由控制電器元件的死區(qū)元件控制。三位四通伺服閥（小流量）8.1、8.2、8.3、8.4、8.5和8.6，型號為4WSE2EM10-2X5B12T320K9EV伺服閥，最大壓力32MPA，最大流量50Lmin。三位四通伺服閥（大流量）9.1、9.2、9.2、9.4、9.5和9.6，型號為4WSE2EM10-2X5B12T320K9EV伺服閥，通徑為10mm，最大壓力32Mpa，最大流量150Lmin。 表6.1 液壓控制元件的設計參數(shù) 壓力繼電器壓力繼電器的主要作用是在壓力達到

43、設定值時，使油路自動釋壓或反向運動（通過電磁閥控制）；在規(guī)定范圍內(nèi)大于調(diào)定壓力，則啟動或停止液壓泵電動機；使電磁閥順序動作；啟動時間繼電器等。壓力繼電器18：其型號為HED2OA20，額定壓力為30Mpa，最高工作壓力為31Mpa，最高動作壓力為1.5Mpa，最低動作壓力為10.15Mpa，切換頻率為30次min。 液壓油的選擇由于伺服閥采用的是橡膠密封，根據(jù)液壓系統(tǒng)設計元器件選型守則，系統(tǒng)應選用DIN51524的礦物油（HL、HLP）及磷酸酯（HFDR），油液的最大允許污染度為7級，粘度范圍20380，優(yōu)先選用3046.綜合考慮潤滑性能，抗腐蝕性，防銹性等性能，選用液壓油的牌號為：LHL，油

44、液粘度等級為32,40時的運動粘度為27.5。6.2 系統(tǒng)輔件的選擇 過濾器的選擇過濾器是液壓系統(tǒng)中的重要組件，可以清除液壓油中的污染物，保持油液清潔度，確保系統(tǒng)元件工作的可靠性。根據(jù)設計要求，在中高壓的伺服液壓系統(tǒng)中，往復運動的速控機構(gòu)過濾精度的要求為510,所以選擇紙質(zhì)過濾器，過濾器7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、7.10：其型號為ZU-H160×20S,其具體參數(shù)如表6.2所示： 表6.2 過濾器的技術(shù)性能 冷卻器的選擇 冷卻器是對油液溫度進行控制的液壓輔件。它們通常安裝在油箱里、油箱壁或油箱附近，與油箱有著密切的關(guān)系。采用冷卻器的目的在

45、于把油液粘度維持在液壓泵制造商推薦的范圍之內(nèi)。油箱中的油液溫度，對于含水難燃液體通常不應超過50，對于其它油液一般不應超過55。 蓄能器的選擇蓄能器是將壓力液體的液壓能轉(zhuǎn)換為勢能儲存起來，當系統(tǒng)需要時在由勢能轉(zhuǎn)化為液壓能而做功的容器。因此，蓄能器可以作為輔助的或者應急的動力源；可以補充系統(tǒng)的泄露，穩(wěn)定系統(tǒng)的工作壓力，以及吸收泵的脈動和回路上的液壓沖擊等。根據(jù)設計要求選用活塞式蓄能器，其特點是：氣液隔離，油不宜氧化，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，安裝容易，維修方便；容量較小，缸體加工和活塞密封要求較高，反應不靈敏，活塞運動到最低位置時，空氣易經(jīng)活塞與缸體之間的間隙泄露到油中去，有噪聲。可用作蓄能，可傳送異性

46、液體，最高工作壓力31Mpa。 管道的計算選擇 （一）管子材料的選擇液壓系統(tǒng)所用鋼管有：精密無縫鋼管，輸送液體用無縫鋼或不銹鋼管等?？ㄌ资焦芙宇^必須采用精密無縫鋼管，焊接式管接頭一般采用普通無縫鋼管。材料用10鋼或20鋼，中、高壓或大通徑（D80mm）采用20鋼。這些鋼管均要求在退火狀態(tài)下使用。由此可知，管子的材料應為20鋼。（二）管子內(nèi)徑d的計算管子內(nèi)徑d（參照手冊【5】表2181）： 式（6.1）式中，Q通過管道的流量； v金屬管道內(nèi)油液的流速推薦值（參照手冊【5】表2181）；吸油管路取，壓油管路取，短管道及局部收縮處，回油管路，泄油管路取。將各種管道的允許流速代入（6.1）中，得：水平

47、輥的管道計算：49.3mm,47.6mm，15.6mm，28.5mm，24.7mm。立輥的管道計算：70.7mm，35.2mm，29.6mm, 24.7 mm。（三）管子壁厚的計算管子壁厚（參照手冊【5】表2181）： 式（6.2）式中，p系統(tǒng)工作壓力Mpa； d管子內(nèi)徑mm； 管子的許用應力，對于鋼管； 抗拉強度，由手冊【5】表2167知：=420Mpa； n安全系數(shù)，當p7 Mpa時，n=8；當p17.5Mpa時，n=6；當p17.5Mpa時，n=4；（1）水平輥的管道計算：當49.3mm時，=7.04mm；當47.6mm時，=6.80mm；當15.6mm時，=2.23mm；當28.5mm

48、時，=4.07mm；當24.7mm時，=3.53mm。（2）立輥的管道計算：當70.7mm時，=10.1mm；當35.2mm時，=5.02mm；當29.6mm時，=4.22mm；當24.7mm時，=3.53mm。（四）管子外徑的計算管子外徑為： =D+2 式（6.3）則：水平輥的管道計算：當49.3mm，=7.04mm時，=63.38mm；當47.6mm，=6.80mm時，=61.20mm；當15.6mm，=2.23mm時，=20.06mm；當28.5mm，=4.07mm時，=36.64mm；當24.7mm，=3.53mm時，=31.76mm；立輥的管道計算：當70.7mm，=10.1mm時，

49、=90.9mm；當35.2mm，=5.03mm時，=45.26mm；當29.6mm，=4.22mm時，=38.04mm；當24.7mm，=3.53mm時，=31.76mm；（五）管子彎曲半徑的確定鋼管的彎曲半徑應盡可能的大，其最小彎曲半徑一般取3倍的管子外徑。第七章 液壓壓下平衡系統(tǒng)油源設計7.1 液壓泵的計算 確定液壓泵的工作壓力（一）壓下缸油路的計算液壓泵的最大工作壓力： 式其中：執(zhí)行元件的最大工作壓力，單位Mpa； 液壓泵出口到執(zhí)行元件之間的壓力損失，單位Mpa。因為=30Mpa，取=0.4Mpa。所以=30.4 Mpa。（二）調(diào)整缸油路的計算液壓泵的最大工作壓力： 式其中：執(zhí)行元件的最

50、大工作壓力，單位Mpa； 液壓泵出口到執(zhí)行元件之間的壓力損失，單位Mpa。因為=30Mpa，取=0.4Mpa。所以=30.4 Mpa。 確定液壓泵的流量（一）壓下缸油路的計算液壓泵的流量： 式其中：K系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取1.11.3，大流量取小值，小流量取大值。本油路流量不大，所以取K=1.1即可。本油路屬多缸工作，所以=99.663（）綜上，1.1×99.663=109.629（）（二）調(diào)整缸油路的計算液壓泵的流量： 其中：K系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取1.11.3，大流量取小值，小流量取大值。本油路流量不大，所以取K=1.1即可。本油路屬多缸工作，所以=61.042（）綜上，1.1×61.042=67.146（） 選擇液壓泵的規(guī)格以上算出的液壓泵的最大工作壓力是系統(tǒng)的靜壓力，系統(tǒng)工作過程中存在動態(tài)壓力，其最大值往往比靜壓力要大的多，一般要大2560。本系統(tǒng)屬于高壓系統(tǒng)，所以取30左右為宜。最高壓力為： （1+30）=39（Mpa）（一） 壓下缸油路的計算壓油泵的選擇：根據(jù)需要選擇兩個斜盤式軸向變量柱塞泵，組成變量泵泵組，