矯直機液壓傳動系統(tǒng)設計說明書

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皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 1頁 連鑄機矯直液壓系統(tǒng)設計計算說明書 作 者 指導教師 1 引言 1.1 矯直機國外現狀 根據設計任務書和國內外資料調研，國外發(fā)達國家專門有矯直機制造公司和研究機構。進十年來，德國、意大利、日本等國發(fā)展了手動伺服控制精密液壓矯直機，其應用比較普遍。全自動精密液壓矯直機發(fā)展也較為完備。 日本東和精機株式會社生產的 ASP 系列智能型矯直機克服了經驗矯直的種種弊端，該機能自動檢測工件在三維方向上的撓度，以計算結果為基礎，選出矯直點控制滑塊的行程值及其矯直撓度值。 日本國際計測器株式會社與長春試驗研究所合作生產了 ASC 系列矯直機。該機有自動、半自動、兩種模型，采用日本技術及其關鍵的零部件，由長春試驗研究所生產主機裝配。該矯直機有智能化的分析測量系統(tǒng)、可程控的電機、電器、機械、液壓、空壓等控制技術。ASC 系列矯直機靈活的人機界面、向用戶開放的技術條件為提高整機的工作效率創(chuàng)造了極大的方便 [1]。 德國 DUNKES 公司生產矯直機的矯直力圍從 100~2000KN 共 11 個規(guī)格的手動伺服單柱精密液壓矯直機。 德國的 MAE 公司發(fā)展了 ADS2.5RH 型 25KN 和 ADSF63RH 型 630KN 閉式全自動液壓矯直機。該系統(tǒng)帶有與材料性能有關的自動優(yōu)化工藝軟件，并以可編程的微處理器控制矯直和測試順序。其功能有：最大 8 個感覺位置的測量、處理和記憶系統(tǒng)；數字鍵盤的屏幕顯示終端并有人機對話系統(tǒng)；以清楚的文字修正錯誤信息和相應的程序，能確定最終矯直階段的順序；大量統(tǒng)計數據的修正和求值；還有與主計算機連接的接口。適用于矯直中、大批量生產的對稱平衡件，或自動生產線中的矯直工序 [2]。 MULLER WEINGARTEN 公司生產了用于矯直軸類零件的全自動液壓矯直機 PRE 系列。該系列矯直機為閉式，組合結構床身，由電子系統(tǒng)控制工件的回轉和夾緊，可編程控制器可進行編程記憶和主要故障防護、數據存儲及對矯直過程控制等。 還有一些生產矯直機知名度較高的企業(yè)，他們的矯直機都有較高的水平，集中表現在智能化、自動化、測量精度高、生產節(jié)拍快等。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 2頁 1.2 矯直機國內現狀 國內應用比較普遍的是 Y41 系列單柱矯直壓裝機，該產品自動化程度低，屬于憑經驗矯直，矯直精度低。 近年來，國內的矯直設備有了很大的發(fā)展，總的發(fā)展趨勢如下： （1）系列完整、品種規(guī)格完全。 （2）精度高，檢測、顯示手段完善，矯直工件質量好。 （3）附件齊全、矯直工藝范圍擴大。 （4）向數控化、柔性化、自動化方向發(fā)展。 合肥工業(yè)大學與合肥壓力機械廠合作，研究成功最大矯直力為 100KN 的精密矯直液壓機。該機采用移動式手動液壓伺服控制，具有壓力、行程和油溫數字顯示和預置功能，并具有多種報警。該機的研制成功，提高了我國型材精密矯直工藝裝備的水平。對軸類零件，棒類零件等進行精密矯直，可提高工件精度和生產效率。 手動伺服控制精密矯直液壓機帶有適應各種軸類零件的附件，調整操作方便，矯直精度高，國外發(fā)達國家已普及應用。我國液壓機行業(yè)在調整產品結構中，應積極開發(fā)技術附加值高的精密矯直液壓機系列及成套附件，完善檢測裝置，這樣對以國產品替代自產品，提高經濟效益，增強市場競爭力等都具有廣闊的前景。 在型材轎直方面，國外學者將重點放在了鋼軌的研究上面，代表性的是澳大利亞的Schleinzer.G 的“ 鋼軌輥式矯直殘余應力的研究 ”。這篇論文通過建立彈塑性模型，從理論上研究了鋼軌矯直過程，并通過建立三維有限元模型，全面仿真了矯直時鋼軌內的殘余應力變化。通過結合試驗和已有文獻，徹底分析了鋼軌內應力的分布及對鋼軌性能的影響。比較全面的還有美國的 Varney 的“輥式矯直機理”。 1.3 研究現狀 H 型鋼的矯直，國外沒有系統(tǒng)的研究。最全面的是日本學者藤木武等所著的 “H 型鋼的反復彎曲變形機構” 一文。文中以薄板為對象對輥式矯直機進行了理論解析。之后，荒木或中島據此以單純的彎曲理論為基礎，建立了矯直過程的程序表計算法。這種計算法是把材料通過的支點坐標作為初始條件，求出關于矯直過程的程序表。此種方法考慮到了矯直材料的初期曲率，通過研究矯直過程中彎曲變形的變化，使定量的解析成為可能。不過，這種方法沒有考慮到矯直輥位置的移動和型鋼特有的由于矯直過程所造成的端面形狀的變形。 國內對矯直所進行的研究比較多，但理論上幾十年沒有變化。完善的文獻是崔莆所著的兩本書《矯直理論與參數計算》和《矯直原理與矯直機械》 ，其他眾多文章和教材從根本上皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 3頁 來說是都沒有脫離這兩本書的思路，所有分析實際上都來自 20 世紀 50 年代前蘇聯的研究。國內自上世紀末開始生產 H 型鋼以來，研究最多的是燕山大學。對 H 型鋼的矯直的工藝特點研究的比較全面，著有《H 型鋼矯直穩(wěn)定性研究 》 《H 型鋼變輥距矯直的研究》 ， 《H 型鋼定輥距矯直的工藝方案及壓下規(guī)程》等文獻。 2 矯直機設計 2.1 矯直機的介紹 現行矯直方式可分為兩大類：A 輥式矯直；B 三點彎曲式矯直。輥式矯直機比較普遍，本文主要研究前一種輥式矯直理論及其所用設備。本次設計的連鑄機的矯直機為五輥矯直機。其示意圖如圖 1 所示。 其中：1 為拉坯輥，2 為矯直輥。三個下輥固定支承，拉坯上輥和矯直上輥分別由兩個同步油缸支承。 圖 1 五輥矯直機示意圖 2.2 設計要求 （1）完成動作：直線運動，即拉坯缸壓下和上升，矯直缸的壓下和上升。 （2）運動速度要求：拉坯缸和矯直缸對運動速度并不像精密機床那樣要求嚴格，可以說基本上沒有什么要求，只要能完成動作即可，但要求動作穩(wěn)定。 （3）操作控制方式：拉坯缸和矯直缸的壓下和上升，均由各自的電磁換向閥控制。整個連鑄中拉坯缸一直工作，即壓下拉坯上輥，連鑄結束后拉坯缸上升返回。 （4）其它：液壓泵站設在地下室，以避開高溫的連鑄坯。連鑄出坯對安全性和可靠性要求很高。 2.3 方案制定 根據以上的設計要求，初步制定液壓系統(tǒng)的主要部分實現方案。 （1）調速方式 執(zhí)行元件是由機械部分給定的油缸，對速度的精度要求不高，故本系統(tǒng)采用單向節(jié)流閥皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 4頁 的回油調速回路。運動速度的快速性要求不高，故選擇泵流量時，也不必用大流量泵。 （2）回路的設置 考慮到連鑄出坯的可靠性，整個系統(tǒng)設置三個流，其中二流工作，一流備用，以防止有一流在生產過程中出現故障，備用流可代替工作。 拉坯鋼在連鑄工作過程中一直處于壓下狀態(tài)，可以使用蓄能器做保壓回路。 由于有二個流，為保證二流各自能獨立工作，相互不影響，在進入各流之前應增加一個減壓回路。 （3）液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的工作介質完全由液壓源來提供的，而液壓源的核心是液壓泵。本系統(tǒng)使用的是節(jié)流調速回流，使用泵為定量泵?？紤]到可靠性問題，選用兩臺泵，一臺備用。 3 確定液壓系統(tǒng)主要參數 3.1 初選系統(tǒng)壓力 壓力和流量是液壓系統(tǒng)最主要的兩個參數。根據這兩個參數來計算和選擇液壓元件、輔件和原動機的規(guī)格型號。系統(tǒng)壓力選定后，液壓缸主要尺寸的排量即可確定，液壓缸的主要尺寸的排量一經確定，即可根據液壓缸的速度或轉速確定其流量。 (1)系統(tǒng)壓力選定的是否合理，直接關系到整個系統(tǒng)的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定情況下，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、尺寸和造價會相應降低。然而，若系統(tǒng)壓力選用過高，由于對制造液壓元、輔件的材質、密封、制造精度等要求的提高，反而會增大或增加液壓設備的尺寸、重量忽然造價，其系數效率和使用壽命也會相應下降，因此不能一味追求高壓。參照《液壓傳動系統(tǒng)》中常用系統(tǒng)壓力表初選壓力為 4MPa。 選取回油腔壓力（背壓）P2，由表 1 取背壓為 0.5 MPa。 表 1 背壓經驗數據 桿徑比 d/D 一般按下述原則選?。?當活塞桿受拉時，一般取 d/D=0.3~0.5，當活塞桿受壓時，為保證壓桿的穩(wěn)定性，一般取 d/D=0.5~0.7 [3]。本次設計取 d/D=0.7。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 5頁 3.2 計算液壓缸尺寸 液壓缸示意圖如圖 2 所示 圖 2 液壓缸示意圖 由公式 12cmFPA???其中 為無桿腔壓力， 為有桿腔壓力 12P為無桿腔的有效面積， = 1A1A24D?液壓缸有腔桿的有效面積， = 2 22()d?——液壓缸的機械效率，一般取 0.9——0.97，在此取 =0.95 cm? cm?又由原始數據：拉坯缸與矯直缸負載均為 3.8KN（兩缸工作）為原負載一半。代入上式可得 = 22266[(0.7)]410.514DD??????3.81095?計算得 D=116mm 查《液壓工程手冊》取 D 為標準 125 mm，d=80 mm 3.3 確定系統(tǒng)壓力 代入 確定 P1 12cmFPA???—0.5 = 1?20.54??6102(.50.8)4??37.61095?得 4MPa P?故選 =4 MPa 為工作壓力 1皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 6頁 驗算：公式 A minqv式中 A 為液壓缸有效工作面積（A1 或 A2） vq 在產品性能表可查。本系統(tǒng)采用節(jié)流調速查得 為要求液壓缸達到最低工作速度，數據為 35mm /s（矯直缸） ，21 mm /s（拉坯缸） 矯直缸：A= = =0.0123 24D?20.152m= =0.0048 minqv36.??A （符合條件） inm拉坯缸： = =0.008 inqv3106.2??A （符合條件） min故可確定拉坯缸與矯直缸工作壓力為 4 MPa，無桿腔直徑為 125 mm，有桿腔為 80 mm 3.4 計算系統(tǒng)最大流量 =A Vmax= 0.035 1000 60=25L/min maxq?20.154??= 0 .021 1000 60=14.8L/min in2.4 液壓元件的選擇 4.1 液壓泵選擇 (1) 確定液壓泵工作壓力 : 液壓泵的最大工作壓力 Pp= + 1P?式中 為執(zhí)行元件的最大工作壓力 1P為液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間的壓力損失。初算時按經驗數據選取：管路簡?單、流速不大的取 =0.2-0.5MPa；管路復雜、流速較大的取 =0.5-1.5MPa。 P?皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 7頁 據經驗取 =1.5 MPa， 故 Pp=5.5MPa P?(2) 確定液壓泵流量 由原理圖可知，當二流方坯同時出坯時，流量最大，由 ??maxpqK??K——系統(tǒng)泄漏系數，取 1.1，故 =1.1 4 25=110L/min pq?——同時動作的液壓缸的總流量 ??maxq?由于系統(tǒng)采用一個泵供油 故 =110 L/min p(3) 選擇液壓泵的規(guī)格： 按照系統(tǒng)擬訂的液壓泵的形式，根據其最大工作壓力和流量，參考產品樣本選擇液壓泵的規(guī)格。 前面我們所算的泵的最大工作壓力 僅是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力。系統(tǒng)工作過程中存在過渡pP過程中的動態(tài)壓力，其最大值往往比靜態(tài)壓力大的多。所以選取液壓泵的額定壓力時應該比系統(tǒng)的最高壓力大 25%~60%，從而使液壓泵有一定的壓力儲備。高壓系統(tǒng)的壓力儲備應該取小值，中、低壓系統(tǒng)的壓力儲備應該取大值；最高壓出現時間較短，壓力儲備可取小些；反之，壓力儲備應該取大些。液壓泵的流量應該按所需的最大流量選取。 根據計算的流量。選擇泵的規(guī)格 YB-C129B，額定壓力 7MPa,排量 133.9mL/r [4]。 4.2 確定驅動液壓泵的功率和電機的選擇 因為在工作循環(huán)中，液壓泵的壓力和流量比較恒定，即泵的壓力和流量隨時間的變化比較平穩(wěn)，則液壓泵的驅動功率 pPq??式中 ——液壓泵的最高工作壓力； pP——液壓泵的流量； q——液壓泵的總效率。 p?液壓泵的總效率即是液壓泵的容積效率與其機械效率之乘積。各類液壓泵的效率各不相同，一般葉片泵的總效率 。在計算過程中取葉片泵的總效率 ，故葉0.7~85B?? 0.75p??片泵的驅動功率 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 8頁 635.10.916.77piPqKW?????選擇電機型號：YTSZ180M—4，其額定功率為 22KW。 [5] 4.3 控制閥的選擇 選擇控制閥的依據是系統(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。 （2）控制閥的使用壓力、流量不要超過其額定值。否則，容易引起液壓卡緊和液動力，對閥的工作品質造成不良影響。也不要使通過減壓閥、順序閥的流量遠小于其額定流量，否則，容易產生振動和其它不穩(wěn)定現象。 （3）注意單向閥開啟壓力的合理選用。一般來說，為了減小流動阻力損失，應盡能使用低開啟壓力的單向閥。 （4）注意電磁換向閥的應用場合。 （5）注意節(jié)流閥、調速閥的最小穩(wěn)定流量符合要求，其最小穩(wěn)定流量關系到執(zhí)行元件的最低工作速度是否能實現，故不可忽視。 據系統(tǒng)的工作壓力和通過各元、輔件的實際流量，所選擇的閥格如表 2 所示。 表 2 液壓元件表 規(guī)格 元件名稱 型號 額定流量 （ ） /minL額定壓力（） MPa單向節(jié)流閥 SRC.G-03-50 30 25 電磁換向閥 4WE50/OFAG24 60 31.5 單向節(jié)流閥 SRC.G-06-50 85 25 減壓閥 DR10-430/10M 80 10 二通插裝閥 Z2A-H16Z-4 160 31.5 5 蓄能器的選擇和計算 本系統(tǒng)的蓄能器主要作用是保持系統(tǒng)壓力，補充液壓系統(tǒng)的漏油，使泵在停止狀態(tài)下保持壓力恒定，以節(jié)約能源。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 9頁 5.1 蓄能器的充氣壓力 確定 0P經驗公式 =0.25 -0.9 021式中： 蓄能器的充氣壓力 蓄能器的最高充液壓力 2P蓄能器的最低充液壓力 1根據系統(tǒng)的工作壓力取 =5.5MPa ， =4.5MPa 2P1為了充分利用蓄能器的作用，使之放液最多，則取 =0.9 =0.9 4.5=4.05MPa 0P1?故取蓄能器的充氣壓力 =4.0 MPa 05.2 蓄能器的有效容積（ ）計算 0V用于補償系統(tǒng)泄漏的蓄能器所需要的容積為一定時間內，機組不動的時間間隔 T 內，系統(tǒng)所有元件的泄漏量的總和。 取平均壓力為蓄能器的工作壓力，即 P= = =5MPa 12p?4.5設間歇時間為 5 分鐘， 根據經驗取 Q=2.1L/min(Q 為平均泄漏量) 由 =T Q= =10.5L 0V?2.15.3 總容積（V）計算 由公式：V= 120()P??0V則 V= 10.5=38.4（L） 4.5(.)根據以上計算可選用蓄能器型號：NXQ-L40/100-A [6] L：螺紋連接 100：公稱壓力 10MPa A：結構類型 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 10頁 6 管道選擇和計算 6.1 管道種類的選擇 液壓傳動系統(tǒng)常用的管道有鋼管、銅管、橡膠軟管、尼龍管等。選擇的主要依據是系統(tǒng)的工作壓力、工作環(huán)境和液壓裝置的總體布局等，視具體工作條件、參考液壓手冊加以確定。6.2 管道內徑的計算 管道內徑一般根據所通過的最大流量和允許流速，按下式計算 41.3qdv??式中 ——通過管道的最大流量； q——管道內液流允許流速； v——管道的內徑； d① 吸油管道內徑的計算： 取 =1m/s v3419.01.3.56qmv??????根據機械設計手冊選 5d② 壓油管道內徑的計算 取 =4m/s v3419.01.3. .2564qd mv??????根據機械設計手冊選 dm③ 回油管道的計算 3419.01.3. .662qd mv??????根據機械設計手冊選 5dm6.3 管道壁厚計算 2[]Pd????式中： 為金屬管道內壁（m） d 為管子內徑(m) 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 11頁 P 為工作壓力 (pa) [ ]允許壓力(pa) ?其中 [ ]= bn：管道材料的抗拉強度 （MPa） bn：安全系數； 因為 P1.071 MPa 所以系統(tǒng)驗算后符合要求 9 系統(tǒng)效率和發(fā)熱計算 9.1 系統(tǒng)效率計算 由回路效率一般表達式： = c?12ipppqq???? ?式中： 、 ； 、 為每個執(zhí)行元件的工作壓力和流量 12+ 為系統(tǒng)輸入給同時動作的執(zhí)行元件的功率 q??、 ； 、 為每個液壓泵的工作壓力和流量 1p2pq+ 為同時運轉的各液壓泵的輸出功率 1?（1）按回路效率表達式計算回路效率，即 =0.427 6312402513.9760cpq????????????（2）計算系統(tǒng)總效率 葉片泵的總效率 、液壓缸的總效率 ，則按系統(tǒng)效率表達式計算系統(tǒng)0.5p?.95m??效率，即 .742.90.34pcm??9.2 系統(tǒng)的發(fā)熱計算 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，使系皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 16頁 統(tǒng)油溫升高，由此產生一系列不良影響。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。 計算系統(tǒng)的總發(fā)熱量，即 ??1piQP???式中： 為液壓泵的輸入功率 i為液壓系統(tǒng)總效率 所以 = =10.87（kw ） ??1piP???3.9107(.4)6??當只考慮油箱散熱時，其散熱量 =KA 0Qt?式中 A 為油箱散熱面積 為系統(tǒng)溫升，單位為 t?C?為系統(tǒng)的發(fā)熱量，單位為 W Q為傳熱系數 ，單位 K2/()m??通風良好時 K= 14~20C?常用機械的允許溫升為：一般工作機械 ，工程機械 ，數控30~5tC???35~40tC???機床 。 25tC???取 ； =35 ??218/KWm???t?因油箱容量設計為 1800L 設計長為 1500mm 寬為 1200mm 高為 1200mm(油箱支架高200mm)故散熱面積 A 為（1500 1200） =1.8 ?310?2m所以散熱量 =KA =18 1.8 35=1134(w) 0Qt?由于 大于 所以系統(tǒng)要冷卻裝置 選取冷卻器類型：BR0.2-20 [4] 10 閥塊及閥站設計 由于液壓系統(tǒng)較為復雜，其液壓控制元件數目多，為較少系統(tǒng)中不必要的麻煩，以及便于維護，液壓元件采用集成塊式配置。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 17頁 10.1 閥塊的設計 （1）集成塊零件圖即閥塊設計和繪制 集成塊零件圖是加工制造集成塊的主要依據，設計和繪制時應注意事項如下： ①應有足夠的視圖數目 閥塊的零件圖要有足夠的視圖數目，以完整的表達和反映集成塊的內外形狀及各種幾何尺寸。一般應包括閥塊的正面視圖及各鉆孔層的剖面圖。 ②尺寸標注應齊全無誤 在外形尺寸標注齊全的同時，應當確定出個液壓元件的基礎線坐標，標注出各孔相對于基礎線的尺寸。零件圖上各孔的直徑與深度應標注齊全。一般孔的位置公差和孔深誤差為自由公差，故可不標注，有較高要求時，則應標明。 ③合理確定集成塊材料與技術要求 閥塊材料，通常采用 45 鋼。鑄件不得有疏松、縮孔及裂紋等缺陷。安裝液壓元件的正面應磨削加工，表面粗糙度可按所選用的液壓閥對安裝面進行加工。 本次設計零件圖為電磁換向閥和兩個單向節(jié)流閥組成閥塊的零件圖。 10.2 閥站的設計 （1）集成塊式裝置的設計 塊式集成的優(yōu)點： ①可簡化設計?？捎脴藴试吹湫蛣幼鹘M成單元回路塊，選取適當的回路塊疊積于一體，即可構成所需液壓控制裝裝置，故可簡化設計的工作。 更改方便。因為整個液壓系統(tǒng)由不同功能的單元回路塊組成，當需要更改系統(tǒng)、增減元件時，只需更換或增減單元回路塊即可實現，所以設計時靈活性大、更改方便。 ②成塊的尺寸要小的多，因此平面和孔道的加工比較容易，便于組織專業(yè)化生產和降低成本。 ③結構緊湊、裝配維護方便。由于液壓系統(tǒng)的多數油路等組成了集成塊內的通油孔道，所以大大減少了整個液壓裝置的管路和管接頭的數量，使得整個液壓裝置結構緊湊，占地面積小，外行整齊美觀 ，便于裝配維護，系統(tǒng)運行時泄露少，穩(wěn)定性好。 ④系統(tǒng)運行效率高。由于實現各控制閥之間油路聯系的孔道的較大且長度短，所以系統(tǒng)運行時，壓力損失小，發(fā)熱少，效率較高。 為避免體積過大和鉆孔數目多，將液壓元件合理布置并安裝在閥站。在集成塊即閥站上布置元件時應注意： 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 18頁 ①盡量減小集成塊的總體尺寸 為了減小集成塊的總體尺寸，控制元件間的距離不宜過大，可盡量將減壓閥的調壓部分；節(jié)流閥的調節(jié)手柄，換向閥的調節(jié)手柄伸到集成塊之外，是減小集成塊的主要途徑之一。 ②液壓閥正確的安裝方位 應充分了解所選用的各種控制元件的使用說明和要求，使其在集成塊上具有正確的方位。③盡量減少集成塊鉆孔數量、縮短鉆孔深度 為了減少集成塊上的鉆孔數，縮短鉆孔深度，可才取以下措施： a) 盡可能使有液壓系統(tǒng)中有聯系的控制元件相鄰安放。 b) 若某兩個控制元件有油口相通，則應使兩相通油口連線與集成塊的某一邊平行，以減少集成塊上的橫空數目。 c) 當集成塊上安置的元件數量漸多時，為避免不應連通的孔道相通，應分層鉆孔。 為按系統(tǒng)要求溝通各個元件并減小鉆孔深度，可適當安排一些工藝孔，最后工藝空用螺塞堵死。 11 液壓系統(tǒng)的安裝、使用和維護 11.1 液壓傳動系統(tǒng)得安裝與調試 隨著液壓傳動技術的廣泛應用，液壓裝置在整個機械設備中所占的比重越來越大，不僅對設計制造性能優(yōu)良的液壓設備提出了更高的要求，而且對液壓系統(tǒng)安裝于調試質量的好壞也提出了更高的要求。 液壓系統(tǒng)的安裝，一般可按下述程序進行： ① 預安裝（試裝配）：彎管、組對油管和元件、電焊接頭、整個管路定位； ② 第一次清洗（分配清洗）：酸洗回路、清洗油箱和各類元件等； ③ 第一次安裝：連成清洗回路及系統(tǒng)； ④ 第二次清洗（系統(tǒng)清洗）：用清洗油清洗管路； ⑤ 第二次安裝：組成正式系統(tǒng)； ⑥ 調整試驗：加入實際工作油，進行正式系統(tǒng)試驗。 下面將對液壓系統(tǒng)的安裝、清洗及調試的基本原則、要求和方法加以闡述。 11.1.1 液壓系統(tǒng)的安裝 液壓系統(tǒng)的安裝有預安裝、第一次安裝、第二次安裝 3 道程序，包括液壓管道、液壓元皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 19頁 件（包括液壓閥類元件、液壓缸和液壓泵）及輔助元件的安裝等內容。 （1）液壓管道的安裝 液壓管道是連接液壓泵、各種液壓閥和執(zhí)行機構（液壓缸、液壓馬達等）的通道。管道的選擇是否合理，安裝是否正確，清洗是否干凈等，對液壓系統(tǒng)的工作性能影響很大。 1）管道的檢查 為保證液壓管道具有足夠的耐壓強度，在輸送壓力油過程中能量損失小，安裝使用方便，要求管道必須內壁光滑清潔、無砂、無銹蝕、無氧化皮。 檢查管道時，若發(fā)現管道內外側已腐蝕或有明顯變色，管道被割口，壁內有小孔，管道表面凹入深度達管道直徑的 20%以上，管道傷口裂痕深度為管道壁厚的 10%以上等情況勻不能使用。 檢查長期存放的管道，若發(fā)現內部腐蝕嚴重時，應用酸液徹底沖洗內壁，清洗干凈，再檢查其耐用程度合格后，才能進行安裝。 檢查經加工彎曲的管道時，應注意管道的彎曲半徑不宜太小。彎曲曲率太大，將導致管道應力集中的增加，降低管道的疲勞強度，同時也易出現鋸齒形皺紋。用填充物彎曲管道時，其最小彎曲半徑為： 鋼管熱彎曲：R3D 鋼管冷彎曲：R6D 管道彎曲處最大的橢圓度不應超過 15%；彎曲處外側壁厚的減薄不應超過管道壁厚的20%；彎曲處內側部分不允許有扭傷、壓壞或凹凸不平的皺紋，彎曲處內外側部分都不允許有鋸齒形或形狀不規(guī)則的現象。扁平彎曲部分的最小外徑應為原管外徑的 70%以下。 2）管道的安裝 ① 吸油管的安裝及要求： a 吸油管道要盡量短，彎曲少，以減少吸油管的阻力，避免吸油困難，生吸空現象。泵的吸程高度，各類泵的要求有所不同，但一般不得大于 500 [8]。 mb 吸油管連接應嚴密，不得有泄漏，以免泵在工作時吸進空氣，導致系統(tǒng)產生噪聲，甚至無法吸油。 c 吸油管上應安裝過濾器，濾油精度通常為 100~200 目，過濾器的通油能力至少相當于泵的額定流量的兩倍，同時要考慮清洗時拆裝方便。 ② 回油管的安裝及要求： a 執(zhí)行機構的主回油路及溢流閥的回油管應伸到油面以下，以防止油飛濺而混入氣泡。 b 溢流閥的回油管不允許和泵的進油口直接連通，可單獨接回油箱，也可與主回油管冷卻器相通，避免油溫上升過快。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 20頁 c 具有外部泄漏的單向減壓閥的泄油口與回油管連通時不允許有背壓，否則應單獨接回油箱，以免影響閥門的正常工作。 d 安裝水平面的油管應有 3/1000~5/1000 的坡度。管路過長時，每 500 應固定一個夾m持油管的管夾 [8]。 ③壓油管道的安裝及要求 壓油管的安裝位置應既靠近設備和基礎，同時又要便于支管的連接和檢修，為了防止壓力油管振動，應將管道安裝在牢固的地方。在振動的地方要加阻尼來消振，或將木塊、硬橡膠的襯墊裝在管夾上，使鐵板不直接接觸管道。 安裝壓力油管時，應符合下列要求： a 管線要盡量短，轉彎數少，過度平滑，盡量減少上下彎曲和接頭數量，并保證管道的伸縮變形。在有管接頭的地方，管道的長度應能保證接頭的拆卸安裝方便。系統(tǒng)中主要管道或輔件能自由拆裝，而不影響其他元件。 b 在設備上安裝管道時，應布置成平行或垂直方向，注意整齊，管道的交叉要盡量少 c 平行或交叉的管道之間應有 10 以上的空隙，以防止干擾和振動。 md 在圓弧部分接合，必須在平直部分接合。法蘭盤要與管道中心線成直角。在有彎曲的管道上安裝法蘭時，只能安裝在長的直線部分。 e 管道的長度最高部分應設有排氣裝置，以便啟動時排除管道中的氣體。 （2）液壓元件的安裝 液壓元件的安裝方法和具體要求，在產品說明書中通常都有詳細的說明，安裝時必須加以注意。現介紹液壓元件在安裝時應注意的事項。 ①液壓閥類元件的安裝及要求 液壓元件安裝前，對拆裝的液壓元件要先查驗合格證書和審閱說明書，如果是手續(xù)完備的合格產品，又不是長期露天存放、內部已經銹蝕了的產品，不需要另做任何試驗，也不建議重新清洗拆裝。調試時出了故障，要準確判斷故障點，不得已時才對元件重新拆裝，尤其對國外產品更不允許隨意拆裝，以免影響產品出廠時的精度。 安裝閥類元件時，還應注意以下幾點： 1）安裝時應注意各閥件進油口和回油口的方位。 2）安裝的位置無規(guī)定時，應安裝在便于使用、維修的位置上。 3）用法蘭安裝的閥件，螺釘應均勻擰緊而且不能擰得過緊，過緊有時也會造成密封不良。必須擰緊，而原密封件或材料不能滿足密封要求時，應更換密封件的形式或材料。 4）有時元件為了制造、安裝方便，往往開有相同作用的兩個孔，安裝后不用的一個要皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 21頁 堵死。 5）需要調整的閥類，通常按順時針方向旋轉，增加流量或壓力；反時針方向旋轉，減少流量或壓力。 6）在安裝時，若有些閥件及連接件購置不到時，允許用通過流量超過其額定流量的 40%的液壓閥件代用。 ②液壓缸的安裝及要求 液壓缸的安裝應扎實可靠。配管連接不得有松弛現象，缸的安裝面與活塞的滑動面應保持合格的平行度和垂直度。安裝液壓缸應注意以下事項： 1)液壓缸的軸線應與負載作用力的中線同軸，以避免引起側向力，側向力容易使密封件磨損及活塞損壞。 2）安裝液壓缸體的密封壓蓋螺釘，其擰緊程度以保證活塞在全行程上移動靈活。螺釘擰的過緊會增加阻力，加速磨損；過松會引起泄漏。 3）在行程大和工作油溫高的場合，液壓缸的一端必須保持浮動，以防止熱膨脹的影響。4）液壓缸安裝在機械設備導軌上時，必須注意缸下導軌的平行度和直線度，其允差均在 0.1mm/全長。 ③液壓泵的安裝及要求 液壓泵布置在單獨的油箱上時，有兩種安裝方式：臥式和立式。立式安裝，管道和泵均在油箱內部，便于收集漏油，外形整齊。臥式安裝，管道露在外面，安裝和維修比較方便。 液壓泵一般不允許承受徑向負載，因此常用電動機直接通過彈性聯軸器傳動。安裝時要求電動機和液壓泵的軸應有較高的同軸度，其偏差應在 0.1mm 以下，其傾角不得大于 1[8]。 安裝液壓泵還應該注意以下事項： 1)液壓泵的進口、出口和旋轉方向應該符合泵上標明的要求，不得反接。 2)安裝聯軸器時，不要用力敲打泵軸以免損傷泵轉子。 ④輔助元件的安裝 液壓系統(tǒng)的輔助元件包括：油管、管接頭、油箱、冷卻和密封裝置等。 輔助元件在液壓系統(tǒng)中起輔助作用，但在安裝時絲毫不能忽視，否則也會影響液壓系統(tǒng)的正常工作。 輔助元件的安裝注意以下幾點： 1）應該嚴格按照設計要求的位置進行安裝并注意整齊和美觀。 2）安裝前應該用煤油進行清洗、檢查。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 22頁 3）在符合設計要求情況下，盡可能考慮使用、維修方便。 11.1.2 液壓系統(tǒng)的調試 工程機械設備的安裝、精度檢驗合格之后，必須進行調整試車，使設備在正常的運轉狀態(tài)下能夠滿足生產工藝對設備提出的各項要求，并達到設備設計的最大生產力。 液壓設備調試的主要內容就是液壓系統(tǒng)的調試。 液壓系統(tǒng)的調試應按以下步驟進行： （1）外觀檢查 1）各個液壓元件的安裝及其管道連接是否正確可靠；各種閥的進出油口是否搞錯；液壓泵的入口、出口和旋轉方向與泵上標明的是否符合等。 2）防止冷卻液、磨粒、灰塵及其其他雜質落入油箱，各個液壓部件的防護裝置是否具備和完好可靠。 3）油箱中的油液及其液面高度十分符合要求。 4）系統(tǒng)中各個液壓部件、管道和管接頭位置是否便于安裝、調節(jié)、檢查和維修，檢查壓力表是否安裝在便于觀察的地方。 外觀檢查發(fā)現的問題，應改正后才能進行調整試車。 （2）加油、潤滑 按設計要求，用規(guī)定牌號的潤滑油或潤滑脂，對設備部件加油潤滑。用液壓油向油箱注油，并用手按指定轉向轉動液壓泵，使泵內充滿液壓油，避免液壓泵啟動時因缺少潤滑油燒傷或咬死。 （3）空負試車 空負試車是在不帶負載運轉的條件下，全面檢查液壓系統(tǒng)的各液壓元件、各種輔助裝置和系統(tǒng)的各回路的工作是否正常；工作循環(huán)或各種動作的自動換接是否符合要求。 空載試車及調整的方法與步驟： 1）間歇啟動液壓泵，使整個滑動部分得到充分的潤滑。使液壓泵在卸荷下運轉，檢查液壓泵的卸荷壓力是否在允許范圍內；看運轉是否正常，有無刺耳的噪音；油箱中的液面是否有過多的泡沫，液面高度是否在規(guī)定的范圍內。 2）使系統(tǒng)在沒有負載狀態(tài)下運轉，先令液壓缸活塞頂在缸蓋上或使運動部件頂死在擋鐵上，或用其他方法使運動逐漸停止，將溢流閥徐徐地調節(jié)到規(guī)定的壓力值，檢查溢流閥在調節(jié)過程中有無異常現象，其次讓液壓缸以最大行程多次往復運動，打開系統(tǒng)的排氣閥排出積存的空氣；檢查安全防護裝置工作的正確性和可靠性。檢查各個元件及管道的外泄漏、內皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 23頁 泄漏是否在允許的范圍內；空載運轉一端時間后，檢查油箱的液面下降是否在規(guī)定高度范圍內，由于液壓油進入了管道和液壓缸中，使油箱的液面下降，甚至會使吸油管上的過濾網露出液面。 3）與電器配合檢查啟動和換向時運動的平穩(wěn)性，不應有爬行、跳動和沖擊現象。 4）液壓系統(tǒng)連續(xù)運轉一段時間后，檢查油液的溫升，其溫升應在允許規(guī)定值之內（一般工作油溫為 35~60 度） 。 （4）負載試車 負載試車是使液壓系統(tǒng)按設計預定的負載下工作，檢查系統(tǒng)是否實現預定的工作要求，如工作常見的力、力矩或運轉特性等；檢查噪音和振動是否在允許范圍內；檢查工作部件運動和換向的平穩(wěn)性，不應該有爬行、跳動和沖擊現象；檢查功率損耗情況及連續(xù)工作一段時間的溫升情況。 負載試車，一般是先在低于最大負載的一、二種情況下試車，如果一切正常，才進行最大負載的試車，這樣可以避免出現設備損壞事故。 11.2 液壓系統(tǒng)的清洗 （1）液壓系統(tǒng)的清洗 液壓系統(tǒng)的清洗有第一次清洗和第二次清洗兩道程序。 ①第一次清洗——分解清洗 液壓系統(tǒng)的第一次清洗是在預安裝后，將管路全部拆下解體進行的。第一次清洗主要是酸洗管路和清洗油箱及各類元件。管路酸洗的方法為： 1）脫脂清洗。去掉油箱上的毛刺，用氫氧化鈉、碳酸鈉等（脫脂）去油后，用溫水清洗。 2）酸洗。在體積分數為 20%~30%的稀鹽酸或 10%~20%的稀硫酸溶液中浸漬和清洗30~40min 后，再用溫水清洗。清洗管子須經振動或敲打，以便促使氧化皮脫落。 3）中和。在體積分數為 10%的荷性鈉（蘇打）溶液中浸漬和清洗 15min 后，再用溫水或蒸汽清洗。 4）防銹處理。在清潔干燥的空氣中干燥后，涂以防銹油。 當確定清洗合格后，即可進行第一次安裝。 ②第二次清洗——系統(tǒng)沖洗 液壓系統(tǒng)的第二次清洗是在第一次安裝連成清洗回路后進行的系統(tǒng)內部循環(huán)清洗。 第二次清洗的目的是把第一次安裝后殘存的污物，如密封碎塊、不同品質的洗油和防銹皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 24頁 油以及鑄件內部沖洗掉的砂粒、金屬磨合下來的粉末等洗滌干凈，而后再進行第二次安裝組成正式系統(tǒng)，以保證順利進行正式的調整試車和投入正常的運轉。 首先將回路恢復到正式運轉時的狀態(tài)，并注入實際工作時所需要的油液，在實際使用狀態(tài)下，空負荷運轉，使油液在系統(tǒng)中進行循環(huán)。第二次清洗時間將為 1~3 小時。 （2）液壓系統(tǒng)的試壓 液壓系統(tǒng)試壓的主要目的是檢查系統(tǒng)、回路的漏油和耐壓程度。 液壓系統(tǒng)的試壓一般采取分級實驗，每升一級，檢查一次，逐步升到規(guī)定的實驗壓力。這樣可以避免發(fā)生事故。 系統(tǒng)試壓時應該注意以下事項： 1）試壓時，系統(tǒng)的安全閥應該調到所選定的實驗壓力值。 2）當送油時，應該將系統(tǒng)的放氣閥打開，等其空氣排除干凈后，方可關閉。同時將節(jié)流閥打開。 3）系統(tǒng)中出現不正常聲音時，應立即停止試驗。等查出原因并排除后，再進行試驗。 4）試驗時，應該切實注意安全措施。 11.3 液壓傳動系統(tǒng)的使用與維護 一般來說，液壓傳動系統(tǒng)的工作是可靠的，一個設計良好的液壓系統(tǒng)與復雜程度相同的機械式、電氣式的機構相比，故障發(fā)生率是較小的。但是如果使用和維護不當，也會出現各種故障，以至影響生產。因此，正確地使用和維護液壓系統(tǒng)是延長其使用壽命，保證工作穩(wěn)定、靈敏、可靠的重要因素。 11.3.1 液壓系統(tǒng)的日常檢查和定期檢查 液壓設備通常采用“ 日常檢查 ”和“定期檢查”的方法，以保證設備的正常運行。檢查項目內容分別如表 3、表 4 所示。 表 3 日常檢查項目和內容 檢查時間 項目 內容 液位 是否正常，如液面過低，必須及時加標注 行程開關和限位塊 是否緊固 啟動前檢查 手動、自動循環(huán) 是否正常 啟動前檢查 電磁閥 是否處于初始位置 壓力 是否穩(wěn)定在正常范圍、是否波動劇烈 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 25頁 噪聲、振動 有無異常聲響 油溫 應在 35 ~55 范圍內，最大 60 0C0C漏油 漏油 電壓 電壓 表 4 定期檢查項目和內容 定檢項目 內容 螺釘及管接頭 定期緊固 每月一次 過濾器、空氣濾清器 定期清洗 每半月一次 油箱、管道、閥快 大修檢查 密封件 定期更換 按環(huán)境溫度、工作壓力、密封件材質確定 油污染度 定期更換 按產品說明書中規(guī)定的換油周期進行 壓力表 定期檢查 按設備使用情況，如出現指示不準，立即更換 高壓軟管 定期更換 根據使用工況，規(guī)定更換周期 電氣部分 定期檢查 按電器使用維修規(guī)定，定期檢查維修 液壓元件 定期檢查 根據工作穩(wěn)定性決定是否需要更換 11.3.2 液壓系統(tǒng)的維護保養(yǎng) （1）液壓油的使用和維護 液壓傳動系統(tǒng)以油液作為傳遞能量的工作介質，在正確選用油液以后，還必須使油液保持清潔，防止油液中混入雜質和污物。經驗證明，液壓系統(tǒng)經常發(fā)生的各種故障和損壞事故往往與液壓油變質污染及密封的破壞有關。而這兩者又污物互有影響。 在液壓系統(tǒng)所用的泵、閥類元件中。相對運動件間都有精密的間隙很小的配合表面，在液壓元件中還有不少的阻尼孔和縫隙式控制閥口等，如果油口混入污物，就會堵塞這些小孔和縫隙，使液壓元件不能正常工作。如果污物進入閥芯與閥體等配合間隙，就會劃傷配合表面，破壞配合表面的精度和表面粗糙度，使泄漏增加，有時甚至使閥芯卡住，造成元件的動作失靈。油液中污物過多會堵塞液壓泵吸油口處的濾油，造成吸油口阻力過大，使液壓泵皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 26頁 不能正常工作，產生振動和噪聲。 因此，液壓系統(tǒng)使用和維護的關鍵是保持系統(tǒng)和液壓油的清潔。 ①油箱中液壓油經常保持正常液面 配管和液壓缸的容量很大時，最初應假如足夠數量的油，在啟動之后，由于油進入了管道和液壓缸，液面會下降，甚至使過濾器露出液面，因此必須再一次補油。在使用過程中還會發(fā)生泄漏，應該在油箱上設置液位計，以便經常觀察和補油。 ②液壓用油必須嚴格的凈化 凈化是防止固體雜質損害系統(tǒng)的重要手段。系統(tǒng)中應根據需要配置粗、精過濾器。過濾器應當經常檢查清洗，發(fā)現損壞應及時更換。向油箱中注油時，應通過 120 目以上的過濾器。 ③系統(tǒng)中油液應經常檢查并根據工作情況定期更換 一般在累計工作一個星期后，應當換油。如果繼續(xù)使用，油液將失去潤滑性能，并可能具有酸性。在間斷使用時，可根據具體情況而定。 ④液壓元件不要輕易拆卸時，應將零件清洗后放在干凈的地方，重新裝配時要防止金屬削、棉紗等雜質落入元件中。 （2）防止空氣進入液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)中所用的油液壓縮性很小，在一般情況下可認為是不可壓縮的。但空氣的可壓縮性很大，約為油液的一萬倍，所以即使系統(tǒng)中含有少量的空氣，它的影響也是很大的。溶解在油液中的空氣，在壓力低時就會從油中逸出，產生氣泡，形成孔穴現象；到了高壓區(qū)，在壓力油的沖擊下，這些氣泡又很快被擊破，急劇受到壓縮，使系統(tǒng)中產生噪聲。同時在氣體突然受到壓縮時會放出大量熱量，因而引起局部過熱，使液壓元件和液壓油受到損壞。空氣的可壓縮性大，還將使工作件產生爬行，破壞工作平穩(wěn)性，有時甚至引起振動。因此必須注意防止空氣進入液壓系統(tǒng)。 ①為了防止回油管回油時帶入空氣，回油管必須插入油箱的液面以下。 ②吸油管及泵軸密封部分等低于大氣壓的地方應注意不要漏入空氣。 ③油箱的液面要盡量大些，吸入側和回油側要用隔板隔開，以達到消除氣泡的目的。 ④在管路及液壓缸的最高部位設置放氣孔，在啟動時應放掉其中的空氣。 （3）防止油溫過高 工程機械液壓系統(tǒng)油液的工作溫度一般在 30～60 的范圍內較好，油溫太高將對液壓0C系統(tǒng)產生很多不良影響，如粘度下降，容積效率降低，潤滑油膜變薄，增加機械磨損，密封皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 27頁 件老化變質，喪失密封性能等。因此在使用維護過程中，應盡量控制油溫使其不超過上述允許的上限。 維護時應注意以下幾個方面： 1) 經常注意保持油箱中的正確液位，使系統(tǒng)中的油液有足夠的循環(huán)冷卻條件。 2) 經常注意保持冷卻器內水份充足，管路暢通。 3) 在系統(tǒng)部工作的時候，液壓泵必須卸載。 4) 正確選擇系統(tǒng)中所用油液的粘度。粘度過高，油液流動時的能量損耗增加；粘度過低，泄漏就會增多，兩者都會使油溫升高。 12 結論 通過一個學期的努力工作，我終于要完成了我的畢業(yè)設計。畢業(yè)設計是大學四年所學知識的一種綜合訓練，在這幾個月中的不斷摸索與學習中，使我受益匪淺。 設計任務：本課題的主要任務就是對彎曲鋼板液壓校直的設計。該矯直機通過液壓缸活塞桿在工作臺上的運動，從而達到對彎曲鋼板徑向變形校直的目的。 （1）總體設計：該矯直機采用的輥式校直方案進行設計的。該矯直機由拉矯輥和矯直輥對彎曲鋼板進行校正，兩個上輥由液壓缸控制其上下動作。 （2）力參數計算與電機選擇：根據給定的矯直速度和矯直負載，確定液壓缸的參數，從而來確定液壓缸工作時所需要的壓力和流量，根據液壓缸動作時壓力和流量來計算泵的壓力、流量和驅動功率。然后根據泵的驅動功率選擇電機型號和轉速等。 （3）液壓系統(tǒng)圖的確定：通過對連鑄矯直機運動分析來確定液壓系統(tǒng)的主回路、輔助回路、以及油源形式。 （4）液壓元、輔件的選擇：主要是根據系統(tǒng)的工作壓力和流量來選擇液壓元件。主要包括泵、閥、過濾器、管道、以及管接頭等的選擇。 （5）矯直機結構的設計：主要包括液壓結構的設計，即系統(tǒng)原理圖的設計，閥塊的設計，泵站的設計。 （6）液壓系統(tǒng)的安裝、維護和使用。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 28頁 致 謝 21 世紀是知識經濟時代，每個人都要不斷地充實自己。一名成功的工程技術人員和工程管理工作者，最重要的是要能夠不斷地了解和掌握新的先進技術、方法和手段，并用之于自己從事的工作中去。 在完成論文和學位之際，我首先要感謝我的指導老師，他淵博的學識，嚴謹的治學和工作態(tài)度，平易近人的工作作風和執(zhí)著的求索精神都使我受益匪淺，他是我今后工作的榜樣。謹向曹老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。 感謝設計組的全體同學，大家的團結奮斗，共同努力才能使設計進展這樣順利。特別感謝班級同學，我們共同討論，共同克服難題，他們給我提出了不少好的建議。 難忘辛勤的父母對我求學的支持，紙短情長，他們的關懷和熱情是我人生奮斗的動力。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 29頁 參考文獻 [1] 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