鋼包傾翻液壓系統(tǒng)設計

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課程設計學生課程設計（論文）題 目： 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)設計 學生姓名： 學 號： 所在院(系 )： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 指 導 教 師： 職稱： 副教授 全套圖紙加 153893706二 O 一 年 月 日學院教務處制課程設計1、本科學生課程設計任務書題 目 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)設計1、課程設計的目的學生在完成《液壓傳動與控制》課程學習的基礎上，運用所學的液壓基本知識，根據(jù)液壓元件、各種液壓回路的基本原理，獨立完成液壓回路設計任務；從而使學生在完成液壓回路設計的過程中，強化對液壓元器件性能的掌握，理解不同回路在系統(tǒng)中的各自作用。能夠?qū)W生起到加深液壓傳動理論的掌握和強化實際運用能力的鍛煉。2、課程設計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）在冶金企業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要使用鐵水包傾翻臺來支撐并傾翻鐵水包，倒人鐵水，然后再對鐵水進行除渣處理。鐵水包鐵水裝入量為80—100T，傾翻角度為0—50度，屬于重負載作業(yè)。因此，需要工作時安全可靠無振動。其工作原理是通過液壓傳動使支撐臂滾動傾翻，倒人鐵水，再返回。一、工況循環(huán)：1、油缸上升，鋼包傾翻，2、保持傾翻角度，加入鐵水，3、油缸下降，鋼包達到平衡。二、工作參數(shù)：上升速度： 35mm/s。上升最大負載： 240KN下降速度： 40mm/s。下降最大負載： 1200KN行程：1500mm。工作介質(zhì)：水乙二醇三、要求：運行平穩(wěn)，不得有振動有爬行四、任務：計算、設計原理圖，畫出集成塊圖3、主要參考文獻[1] 章宏甲主編， 《液壓與氣壓傳動》 ，機械工業(yè)出版社出版 2007.1[2]路甬祥主編.液壓氣動技術手冊.北京.機械工業(yè)出版社.2002[3]雷天覺主編.液壓工程手冊.北京.機械工業(yè)出版社.1990課程設計4、課程設計工作進度計劃內(nèi)容 學時明確機床對液壓系統(tǒng)的要求，進行工作過程分析 4初步確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，進行工況分析和負載圖的編制 14確定液壓系統(tǒng)方案，擬訂液壓系統(tǒng)圖 4確定液壓制造元件的類型并選擇相應的液壓元件，確定輔助裝置 4液壓系統(tǒng)的性能驗算 2液壓油箱的結(jié)構(gòu)設計，制圖及編制技術文件 12合計 1 周指導教師（簽字） 日期 ２０ 12 年 6 月 ６ 日教研室意見：年 月 日學生（簽字）： 接受任務時間： 年 月 日注：任務書由指導教師填寫。課程設計課程設計（論文）指導教師成績評定表題目名稱評分項目 分值 得分 評價內(nèi)涵01 學習態(tài)度 6 遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學工作態(tài)度。02 科學實踐、調(diào)研 7 通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與課程設計有關的材料。工作表現(xiàn)20% 03 課題工作量 7 按期圓滿完成規(guī)定的任務，工作量飽滿。04 綜合運用知識的能力 10能運用所學知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05 應用文獻的能力 5能獨立查閱相關文獻和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06 設計（實驗）能力，方案的設計能力 5能正確設計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07 計算及計算機應用能力 5 具有較強的數(shù)據(jù)運算與處理能力；能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設計等。能力水平35%08對計算或?qū)嶒灲Y(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術經(jīng)濟分析能力）10 具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設計（論文）規(guī)范化程度5 符合本專業(yè)相關規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10 設計說明書（論文）質(zhì)量 30 綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學。成果質(zhì)量45% 11 創(chuàng)新 10 對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導教師評語指導教師簽名： 年 月 日本科課程設計 1 緒論1目 錄1、摘要 22 緒論 32.1 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)的概述 32.2 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展 33 鋼包傾翻的液壓系統(tǒng)設計 53.1 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)的設計要求 53.2 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)的總體設計方案 53.3 負載分析 63.4 繪制負載圖和速度圖 73.5 初選系統(tǒng)工作壓力 83.6 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 .83.6.1 確定液壓缸尺寸 .93.6.2 缸徑、桿徑取標準值后的有效工作面積： .93.7 確定液壓缸所需流量 93.8 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖 103.8.1 制定基本方案 .103.8.2 液壓泵的選擇 .113.8.3 擬定液壓系統(tǒng)圖 .113.9 液壓元件的選擇 123.9.1 液壓泵的選擇 .123.9.2 電機的選擇 .133.9.3 液壓閥的選擇 .133.9.4 管道尺寸的確定 .143.10 油箱容量的確定 153.11 液壓系統(tǒng)性能驗算 163.11.1 驗算液壓系統(tǒng)壓力損失 .163.11.2 油液溫升驗算 .173.12 冷卻器所需面積的計算 18結(jié)論……………………………………………………………………………………………20 參考文獻………………………………………………………………………………………21附錄A：…………………………………………………………………………………22致 謝………………………………………………………………………………………… 23本科課程設計 1 緒論21、摘要現(xiàn)代機械加工行業(yè)發(fā)生著深刻的結(jié)構(gòu)性變化，液壓系統(tǒng)的設計與改良已成為相關企業(yè)生存和發(fā)展的必要條件。動力裝置行業(yè)作為一個傳統(tǒng)而富有活力的行業(yè)，近十幾年取得了突飛猛進的發(fā)展。在新經(jīng)濟時代，這一行業(yè)呈現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢，由此對其動力裝置的質(zhì)量、性能產(chǎn)生了新的變化。輸出軸作為動力裝置的主要零件，液壓系統(tǒng)的設計與改良直接影響著其質(zhì)量與性能。本文首先介紹了液壓的作用和工況分析，其次確定液壓缸尺寸，然后進行了工藝規(guī)程設計。關鍵詞：工況分析 液壓元件設計 液壓缸設計ABSTRACTThe modern machine-finishing profession is having the profound constitutive change, the craft work clothes design and the Improvement has become the correlation enterprise survival and the development essential condition. The power unit obtained the development which progresses by leaps and bounds. In the new economical time, this profession has presented the recent development tendency, from this to its power unit quality; the performance has had the new change. The output shaft took the power unit the major parts, the craft work clothes design and the improvement directly is affecting its quality and the performance.This article first introduced the output shaft function and the craft analysis, next the definite semi finished materials size, then has carried on the technological process design, finally has carried on the jig design to the 70th working procedure and the 80th working procedure.Key words technical analyze the technical rules plan modular design本科課程設計 1 緒論32 緒論2.1 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)的概述在鐵水罐倒入轉(zhuǎn)爐冶煉之前，通常液壓行走機構(gòu)將鐵水送到扒渣的位置，再由傾翻液壓系統(tǒng)將鐵水罐傾翻一定的角度，然后由氣動扒渣機將鐵水罐中的廢渣扒入渣罐中。待廢渣扒完之后，鋼包傾翻的液壓系統(tǒng)再將鐵水罐回到水平位置，為下一不工序做好準備。鋼包傾翻傾翻驅(qū)動方式主要有機械傳動驅(qū)動方式和液壓油缸頂翻方式兩種。而機械傳動又分為集中驅(qū)動方式和分散驅(qū)動方式，主要有電動機、制動器、減速機、中間齒輪和齒圈等組成。機械傳動驅(qū)動方式在目前屬于傳統(tǒng)的設備，它不但傾翻能力受到限制，而且該系統(tǒng)在安裝和使用過程中存在許多問題：①設備結(jié)構(gòu)復雜，基礎施工量大，安裝困難。②動力系統(tǒng)在高溫惡劣環(huán)境下工作，故障率高、維修成本高。③電機、減速機的慣性大，啟動停止時沖擊大，易造成設備損壞。如滾鍵、傳動軸變形，減速機損壞。④頻繁重載啟動，電動機大部分時間在不良工況下運行，極易導致電機及其控制系統(tǒng)故障。如電動機過熱和接觸器燒毀等。⑤過載能力差，經(jīng)常導致電機和接觸器燒毀。⑥難以實現(xiàn)聯(lián)動和安全閉鎖，占用人員多，勞動強度大，存在安全隱患。經(jīng)過多方比較，反復論證，采用液壓缸頂翻方式能解決一些弊端，其優(yōu)點有：①傾翻采用液壓油缸驅(qū)動，其傳動裝置結(jié)構(gòu)較為緊湊，不需要電機和減速機裝置復雜的設備基礎，也省去了專門安裝傳動裝置的機構(gòu)，從根本上解決了電機及減速機帶來的種種弊端。②過載自動保護能力強，當傾翻結(jié)構(gòu)被卡住或承受超過額定負荷時，系統(tǒng)自動卸荷，從而保護了電機和其它設備，安全性高。③易于實現(xiàn)反轉(zhuǎn)控制，當傾翻機構(gòu)需要下降時，電機無需反轉(zhuǎn)，采用換向閥進行換向，易于控制，動作迅速，無沖擊。④采用液壓制動，停位準確，慣性小，省去了電磁制動系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)更簡單。鋼包傾翻采用液壓技術，升降平穩(wěn)，噪聲低，使用壽命長，承受載荷大而且控制相對簡單。可見采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動，它的優(yōu)越性是顯而易見的。2.2 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展本科課程設計 1 緒論4隨著工業(yè)自動化程度的不斷提升，液壓傳動在自動調(diào)節(jié)和隨動系統(tǒng)工程的應用日趨廣泛，它與電力傳動和氣動傳動相比，具有相當?shù)膬?yōu)點：尺寸相同時功率放大倍數(shù)極大；運動部分慣性很小而具有優(yōu)良的快速作用；結(jié)構(gòu)緊湊；有阻尼作用，促進了液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。液壓傳動可實現(xiàn)工作機構(gòu)的往復運動、無級調(diào)速、伺服控制系統(tǒng)、靜壓支承和各種輔助運動等。液壓執(zhí)行元件具有推力（或轉(zhuǎn)矩）大、操作方便、布置靈活、與電器配合使用易實現(xiàn)遙控等優(yōu)點。因此被各工業(yè)部門廣泛采用。在工業(yè)煉鋼的大型設備中，鋼包傾翻是不可缺少的一部分。寶鋼引進的300t 鋼包翻包機以其高效、安全便捷等特點而著稱。本鋼僅二煉鋼近幾年就上了三臺此種結(jié)構(gòu)的 160t 鋼包翻包機，梅山鋼廠、南鋼等鋼廠也將上此設備。大連重工集團有限公司與日本川崎重工株式會社鑒定的為日本住友金屬和歌山制鐵所研制 210t 配套車輛。全套車輛共 11 種 17 臺，全部由大連重工按日方的參數(shù)進行設計并制造。之所以選用這么多種車輛是因為日本川重在為和歌山制鐵所設計的煉鐵工藝上加強了吹煉前的鐵水預處理（脫磷、脫硫、脫硅均有） ，并采用了更合理的工藝布局和作業(yè)順序，使煉鋼的時間降為每 20 分鐘一爐鋼，川重并以此作為向住友金屬和歌山制鐵所的條件。而我國的轉(zhuǎn)爐煉鋼的時間一般為 40 分鐘一爐鋼，較好的企業(yè)也不低于 30 分鐘一爐鋼，單從這一點看，和歌山制鐵所一家就相當我國兩個和一個半相同規(guī)模的鋼廠。在這套工藝中，處理好脫硫、脫硫后的扒渣和吊車作業(yè)之間的矛盾是關鍵之一。國內(nèi)通常的做法是在扒渣位上增加一套卷揚提升機或是液壓提升鉤，用于翻罐扒渣，這不僅增加了一套設備，還要多一次吊罐作業(yè)。而在鐵水罐車上增加一套翻罐裝置，即脫硫后的鐵水罐直接行使到扒渣位置，傾翻扒渣，從而減少吊車的往返作業(yè)，縮短煉鋼時間。目前對鋼包傾翻的設計還主要存在三個難點：①行走機構(gòu)的設計。②傾翻傳動設計。③傾翻罐座設計。鋼包傾翻液壓系統(tǒng)在國內(nèi)還未形成系統(tǒng)化、標準化，行業(yè)之間的競爭比較激烈。價格比較昂貴，一套這樣的設備價值在上百萬。而我國在設計制造時，一些技術還靠歐洲的技術支持，這在降低成本上是很不利的。目前，鋼包傾翻的發(fā)展趨勢是朝著高效性、節(jié)約型、承受負載大、安全性等方面發(fā)展。2.3 課題研究的意義鋼包傾翻在冶金行業(yè)的應用越來越被重視。其堅實耐用，噪聲小，工作平本科課程設計 1 緒論5穩(wěn)可靠，便于維修保養(yǎng)，是目前煉鋼企業(yè)不可缺少的一部分。研究鋼包傾翻的液壓系統(tǒng)的工作原理和設計計算是很有必要的。但是目前關于鋼包傾翻液壓系統(tǒng)的計算文獻非常少。 設計過程中根據(jù)需要計算出油缸的推力以及分析鋼包傾翻的工作過程得到油缸的行程，為實際的生產(chǎn)和液壓系統(tǒng)的設計提供理論依據(jù)。3 鋼包傾翻的液壓系統(tǒng)設計3.1 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)的設計要求在冶金企業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要使用鐵水包傾翻臺來支撐并傾翻鐵水包，倒人鐵水，然后再對鐵水進行除渣處理。鐵水包鐵水裝入量為80—100T，傾翻角度為0—50度，屬于重負載作業(yè)。因此，需要工作時安全可靠無振動。其工作原理是通過液壓傳動使支撐臂滾動傾翻，倒人鐵水，再返回。上升速度和下降速度分別為0.035米/秒和0.04米/秒，上升和下降最大負載分別為240KN和1200KN，行程1500mm。3.2鋼包傾翻液壓系統(tǒng)的總體設計方案經(jīng)過分析鋼包傾翻的工作原理和設計要求，可以大概的確定鋼包傾翻液壓系統(tǒng)的總體設計方案。方案一：采用一個活塞液壓缸聯(lián)接在罐座的中心線位置，通過活塞桿的伸縮來驅(qū)動罐座的傾翻；動力源采用定量葉片泵提供壓力油；調(diào)速回路采用進口節(jié)流調(diào)速回路。方案二：采用兩個活塞液壓缸聯(lián)接在罐座的中心線靠到兩側(cè)處，通過兩個活塞桿的同時伸縮來驅(qū)動罐座的傾翻；動力源采用定量柱塞泵提供壓力油；調(diào)速回路采用出口節(jié)流調(diào)速回路。方案三：采用兩個活塞液壓缸聯(lián)接在罐座的中心線靠到兩側(cè)處，通過兩個活塞桿的同時伸縮來驅(qū)動罐座的傾翻；動力源采用變量柱塞泵提供壓力油；調(diào)速回路采用定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路。系統(tǒng)的傾翻力達到 1200KN，需要較高的壓力才能將鐵水罐傾翻，采用一個液壓缸驅(qū)動，國內(nèi)的很多液壓元件都不能達到該壓力，需要引進進口液壓元件才能滿足要求，這樣的經(jīng)濟成本會很高，而且以后液壓元件出現(xiàn)故障后也不方便更換；單個液壓缸實現(xiàn)驅(qū)動對罐座的平穩(wěn)性很難保證，而且傾覆力矩也比較大。采用兩個液壓缸共同實現(xiàn)罐座的傾翻基本能解決上述問題，但是這樣需要兩套液壓系統(tǒng)，增加了液壓元件的數(shù)目。由于液壓缸的下降大部分是靠罐體自身的重力下降，只需要小部分的液壓推理就能實現(xiàn)，從節(jié)約能源上考慮，選擇定量泵有點浪費能源。葉片泵的效率沒有柱塞泵的效率低，損失的功率全部用來發(fā)熱，由于這個系統(tǒng)泵的功率比較高，損失的就相對較大。定壓式容積節(jié)流攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計6調(diào)速回路的速度剛性、運動平穩(wěn)性、承載能力和調(diào)速范圍和與它對應的節(jié)流調(diào)速回路相近。而節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路，機械特性都比較軟，變載下的運動平穩(wěn)性都比較差。綜上所述：設計的鋼包傾翻液壓系統(tǒng)采用方案三比較合理。3.3 負載分析鋼包傾翻將鐵水罐傾翻一定角度的過程中，液壓缸所受的力僅僅在活塞桿上的外部載荷和活塞與缸壁以及活塞桿與導向套之間的密封阻力。工作載荷：作用在活塞桿軸線上的重力，當此力的方向如與活塞運動方向相同為負，相反為正。式（2.1） 60gFmKN??慣性負載：由于加速度產(chǎn)生的慣性力。31 0.5(/9.8)14.28avKNt?????（2.2）32 460/aFt??式中 —速度變化量（m/s） ；v?—啟動和制動時間（s） 。一般機械 =0.1～0.5s ，對輕載低速運t t?動部件取小值，對重載高速部件取大值。由于在下降過程中，液壓缸主要是靠鐵水罐的自身重力下降，在此，初步調(diào)定順序閥的壓力為 22MPa。所以，當液壓缸下降過程中，作用在液壓缸無缸腔的作用力為：式（2.3）66120379410835.FpAKN????式中 —順序閥的調(diào)定壓力（Pa） ；—液壓缸無桿腔面積（ ） 。因為液壓缸在上升時所承受的推力12m最大，在求出上升時最大推力后就可以確定液壓缸的尺寸，從而可得出液壓缸無桿腔的面積。作用在活塞上的載荷還包括液壓缸密封處的摩擦阻力 ，由于各種缸mF的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為式（2.4）??1mF???式中 —液壓缸的機械效率，一般取 0.90～0.95。 （機械設計手冊第 4 卷）m?表 2.1 液壓缸在各工作階段的負載值 （單位：攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計7KN） 工況 負載組成 負載值 F 推力 m?起動加速 1gamF??671 746上升工進 666 740減速制動 1gam?661 735起動加速 12gFF??266 295工進 m261 290下降減速制動 12ag?255 284注：1.液壓缸的機械效率取 。0.9m??2.不考慮鐵水罐的傾覆力矩作用。3.4 繪制負載圖和速度圖負載圖按表 1-1 計算的數(shù)值繪制。按上升和下降時的速度相同，取。0.4/vms?圖 2.1 負載圖攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計8圖 2.2 速度圖3.5 初選系統(tǒng)工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件及元件供應情況等限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟；反之，壓力選得太高，必然要提高設備的成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限的設備，壓力可以選低一些，行走機械重載設備壓力要選的高一些。根據(jù)《機械設計手冊》第 4 卷（參考文獻[1]） ，可取工作壓力。23pMPa?表 2.2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 (單位：MP a)機床機械類型磨床 組合機床 龍門刨床 拉床農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、建筑機械、液壓鑿巖機液壓機、大中型挖掘機、重型機械、起重運輸機械工作壓力 0.8～2 3～5 2～8 8～10 10～18 20～32攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計93.6 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸由于鐵水罐的自身的質(zhì)量較大，為了防止下降過程的俯沖，在下降的回油路連接上背壓閥。在上升過程的回油路中帶有調(diào)速閥，這時的回油壓力可根據(jù)《機械設計手冊》第 4 卷（參考文獻[1]） ，按 1.2MPa 估算。由于上升的系統(tǒng)壓力較高，回路中的壓力可以忽略不計。各執(zhí)行元件的背壓力如下表 2.3 所示：表 2.3 執(zhí)行元件的背壓力系統(tǒng)類型 背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2～0.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4～0.6回油路設置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5～1.5有補油泵的閉式回路 0.8～1.5回油路較復雜的工程機械 1.2～3回油路較短，且直接回油箱 可以忽略不計3.6.1 確定液壓缸尺寸由液壓缸的推力公式計算出液壓缸面積式（2.5）12mFAp???在次可以忽略背壓力 ，當選取液壓缸內(nèi)徑時，取的大一點來補償。2p故有液壓缸有效工作面積為： ??3216740.21mm???液壓缸內(nèi)徑為：式（2.6）14.30.21AD??活塞桿的直徑可以根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑標準值來選取。當按 GB/2348—200 將這些直徑圓整成就近標準值參考《機械設計手冊》第 4 卷（參考文獻[1]）可得出：（型號為 CD350A）20Dm?160dm?3.6.2 缸徑、桿徑取標準值后的有效工作面積：無桿腔有效面積 ： 222137944AD???活塞桿面積： 3160d?有桿腔有效面積 ： 22138m?攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計103.7 確定液壓缸所需流量 663137940.351290/qAv ms??????式（2.7）.8/minL根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)，可估算液壓缸在各個工作段中的壓力、流量和功率，如表 2.4 所示：表 2.4 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工況 推力F/KN回油腔壓力 2/pMPa進油腔壓力1/輸入流量 1/minqL??輸入功率 /PKW計算式啟動加速 764 20.67 — —工進 740 20.04 79.78 26.59上升減速制動 7351.219.91 — —121()/pFAqVP??啟動加速 295 16.48 — —工進 290 16.20 42.9 11.58下降減速制動 2842415.86 — —12/pFAqVP?3.8 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖3.8.1 制定基本方案①執(zhí)行機構(gòu)的確定鋼包傾翻的動作為直線往返運動，采用單活塞桿直接驅(qū)動，由于傾翻力較大，用兩個相同的單活塞桿液壓缸作為驅(qū)動機構(gòu)。②制定調(diào)速方案方向控制用換向閥或邏輯單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。根據(jù)鋼包傾翻的工作要求，采用手動換向閥來實現(xiàn)方向控制。速度控制是通過改變液壓執(zhí)行元件的輸入或輸出流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合—容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用溢流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多采用功率不大的場合。容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調(diào)速的目的。其優(yōu)點是攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計11沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。此種調(diào)速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般采用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或者輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量和需油量相適應。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好。結(jié)合鋼包傾翻實際工作的狀況，可采用容積節(jié)流調(diào)速。③換向方式確定為了便于傾翻機構(gòu)能夠在任意位置停止，使調(diào)整方便，所以采用三位換向閥；只是為了實現(xiàn)液壓油進入液壓缸的方向控制，而且鐵水罐在傾翻時用人工控制，在此采用三位四通手動換向閥。閥的中位機能的選擇對保證系統(tǒng)工作性能有很大作用，為了滿足本專機工作位置的調(diào)整方便性和傾翻到具體位置時，能使系統(tǒng)卸荷和鎖定功能，決定采用“M”型中位機能。④安全連鎖措施當鐵水罐傾翻到具體位置時，手動換向閥處于中位機能位置，系統(tǒng)處于鎖定狀態(tài)，且處于卸荷狀態(tài)。 3.8.2 液壓源的選擇由于該液壓系統(tǒng)的液壓缸不是采用差動連接，在整個工作循環(huán)中需油量變化大，所以選擇變量泵供油系統(tǒng)。這樣可以減小功率損失，提高系統(tǒng)效率。3.8.3 擬定液壓系統(tǒng)圖液壓執(zhí)行元件以及各基本回路確定之后，把它們有機地組合在一起。再加上其他一些輔助元件便構(gòu)成鋼包傾翻完整的的液壓系統(tǒng)圖。攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計12圖 2.3 液壓原理系統(tǒng)圖3.9 液壓元件的選擇3.9.1 液壓泵的選擇①液壓泵工作壓力的確定式（2.8）1Pp????式中 —液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對于本系統(tǒng)，最高壓力是液壓1p缸的活塞桿上升時的入口壓力， 。120.67pMPa?—泵到液壓缸之間總的管路損失。 的準確計算要待元件選??定并繪制出管路圖時才能夠進行，初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵巍⒘魉俨淮蟮娜?=（0.2～0.5）MPa；管路復雜，進口有調(diào)速??閥的，取 =（0.5～1.5）MPa。p在鋼包傾翻液壓系統(tǒng)中，管路較復雜，經(jīng)過的單向閥數(shù)目多，在次選取 1.5pMPa?所以可得出： 20.672.P??②液壓泵工作壓力的確定攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計13多液壓缸同時工作時，液壓泵的輸出流量應為：式（2.9）??maxVpVqK??式中 K—系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 K=1.1～1.3；—同時動作的液壓缸的最大總流量。對于在工作過程中用節(jié)流maxVq?調(diào)速的系統(tǒng)，還需要加上溢流閥的最小溢流量，一般取。430.51/s??所以可得出： ??4.279.80.5160/minVpq L?????1/minL?③選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上求得的 和 值，按照系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從《機械PpVq設計手冊》第 4 卷（參考文獻[1]）中選擇相應的液壓泵。為了使液壓泵有一定的壓力儲備，提高系統(tǒng)的可靠性，延長泵的使用壽命，一般在固定設備中的系統(tǒng)正常壓力可選擇為泵額定壓力的 70%～80%，車輛用液壓系統(tǒng)工作壓力可選擇為泵的額定壓力的 50%～60%。鋼包傾翻的液壓系統(tǒng)是固定設備，考慮到工作時的安全性和可靠性，而且該系統(tǒng)的壓力以比較高，在此選取系統(tǒng)正常工作壓力為泵額定壓力的 80%，可得出泵的額定壓力2.1730.4%PpMaP?泵的流量與工況有關，選擇泵的流量須大于液壓系統(tǒng)工作時的最大流量。另外，泵的最高壓力與最高轉(zhuǎn)速不宜同時使用，以延長泵的使用壽命。根據(jù)以上所述，可選擇斜軸式軸向柱塞泵，型號為 A7V355，排量355mL/r，額定壓力 35MPa，最高壓力 40MP a；最高轉(zhuǎn)速 1650r/min，變量形式為液控。此泵由北京華德液壓泵分公司生產(chǎn)。3.9.2 電機的選擇鋼包傾翻在整個動作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變化較大，為滿足整個工作循環(huán)的需要，按較大功率段來確定電動機功率。從工況圖可以看出，鋼包傾翻在將鐵水罐向上傾翻時的壓力和流量均較大。兩個液壓缸同時參加工作，一起推起鐵水罐傾翻到一定位置。由前面的計算已知，液壓泵的供油壓力為 ，最大流量30.4PpMa?，由公式：max182./inVqL?式（2.10）maxVPq?式中 —液壓泵的最大工作壓力（Pa） ；Pp攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計14—液壓泵的流量（ ） ；maxVq3/ms—液壓泵的總效率，可以參考下表選擇總效率為 0.8。P?表 2.5 液壓泵的總效率液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵總效率 0.6～0.7 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85所以液壓泵的總驅(qū)動功率為： 6330.4198.71025.8PKW????根據(jù)此計算數(shù)據(jù)，查閱電動機產(chǎn)品樣本（《機械設計實用手冊》參考文獻[15]）選取 Y315M-4 小型電動機，其額定功率為 ，額定轉(zhuǎn)速3Pn。1480/minnr?3.9.3 液壓閥的選擇液壓傳動系統(tǒng)，選擇合適的液壓閥，是使系統(tǒng)的設計合理，性能優(yōu)良，安裝簡便，維修容易，并保證系統(tǒng)正常工作的重要條件。根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。在選擇溢流閥時，按照液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量應滿足液壓缸最低穩(wěn)定速度的要求?？刂崎y的流量要選得比實際通過的流量大一些。鋼包傾翻液壓閥的安裝方式選擇板式連接形式。板式連接適合系統(tǒng)較復雜，元件較多，且安裝較緊湊的場合。表 2.6 鋼包傾翻液壓系統(tǒng)所用液壓元件序號名稱通過流量/ 1minL??額定流量/ 1in??額定壓力/ MPa型號規(guī)格1 電液伺服閥 159.56 200 31.5 CSDY52 單向閥 1 159.56 200 32 A-Hb32L3 調(diào)速閥 159.56 200 31.5 2FRM164三位四通換向閥159.56 200 31.5 34SM-H32L5 溢流閥 1 159.56 250 31.5 DBDS10G106 溢流閥 2 182.37 200 0.4~25 S-BG-06-L-407 過濾器 1 159.56 160 — WU-160×180F8 過濾器 2 159.56 — 250 ZU-H160×10S9斜軸式軸向柱塞泵198.6720～ 500mL/r35 A7V355攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計1510 減壓閥 182.37 200 0.5~25 CVF16X125011 液壓缸 — — — CG350A220/16015001500A01CGD3.9.4 管道尺寸的確定在液壓傳動中常用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。鋼管能承受較高的壓力，價格低廉，但安裝時彎曲半徑不能太?。ㄒ姳?.7） ，多用于在裝配位置比較方便的地方。常用的是無縫鋼管，當工作壓力小于 1.6Mpa 時，也可以用焊接鋼管。紫銅管能承受的壓力較低，一般只在低壓系統(tǒng)使用。紫銅管在裝配時可按需要來彎曲，但是價格貴且抗振動能力較弱，也易使油氧化，要盡量少用。尼龍管可用在低壓系統(tǒng)。塑料管一般只用于回油管或泄油管。膠管用作連接兩個相對運動部件之間的管道。膠管分為高低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架的膠管，可用于壓力回路。低壓膠管是麻線或棉線編織體為骨架的膠管，多用于低壓的回路。通過以上所述，在系統(tǒng)的壓力回路中選擇無縫鋼管；為了降低振動，提高穩(wěn)定性，液壓泵的吸油口和出油口處選擇高壓膠管。表 2.7 推薦鋼管彎曲的最小曲率半徑（mm ） 管子外徑 D 10 14 18 22 28 34 42 50 63最小曲率半徑 50 70 75 75 90 100 130 150 190支架最大距離 400 450 500 600 700 800 850 900 1000管道內(nèi)徑計算式（2.12）4Vqdv??式中 —通過管道內(nèi)的流量（ ） ；Vq3/ms—管內(nèi)允許流速（ ） ，見表 2.8。v表 2.8 允許流速推薦值管 道 推薦流速（m/s）液壓泵吸油管道 0.5～1.5，一般常取 1 以下液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6可以計算出管道內(nèi)徑： 479.62.0105dm????攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計16按照標準系列（《機械設計手冊》第 4 卷 表 23.9-2 參考文獻[1]）選取相應的管子內(nèi)徑為 32mm，鋼管的外徑為 42mm。管道壁厚 δ 的計算式（2.13）??2pd???式中 —管道內(nèi)最高工作壓力（Pa） ；p—管道內(nèi)徑（ m） ；d[σ] —管道材料的許用應力（Pa） ， ；??/bn?—抗拉強度；b?—安全系數(shù)（當 7Mpa 時，取 =8；當 ≤17.5Mpa 時，取npp=6；當 ＞17.5Mpa 時，取 =4） ；可計算出管子的壁厚： 630.41.320.327/m????因為 3＜5，所以選取的標準管子符合要求。3.10 油箱容量的確定初始設計時，先按經(jīng)驗公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進行校核。在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。油箱容量的經(jīng)驗公式為式（2.14） vVaq?式中 —液壓泵每分鐘排出壓力油的容量 ；vq 3()m—經(jīng)驗系數(shù)，見表 2.9。a表 2.9 經(jīng)驗系數(shù)系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機械 冶金機械a 1～2 2～4 5～7 6～12 10求得油箱的容量為 3308.1.821.VmL?????由液壓泵站的油箱公稱容量系列選取油箱的容積為 。03.11 液壓系統(tǒng)性能驗算攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計17液壓系統(tǒng)初步設計是在某些估計參數(shù)情況下進行的，當各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實際情況對所設計的系統(tǒng)進行各項性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進一步確切的計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)分析計算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設計對其進行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。3.11.1 驗算液壓系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)的管路布置尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先估算閥類元件的壓力損失，待設計好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失即可。壓力損失的驗算應按一個工作循環(huán)中的不同工作階段分別進行計算。液壓缸上升液壓缸上升時，由表 2-6 和圖 2.3 可知，進油路上油液通過高壓截止閥的壓力損失太小，可以忽略不計。通過單向閥 1、減壓閥、電液伺服閥、手動換向閥通過的流量都為 159.56 L/min 油液進入液壓缸無桿腔。因此進油路上的總壓降為p???2222159.6859.6159.60.0.0.30.3???????????????????????????????式（2.15） 8MPa?此值不大，故能保證泵的流量全部進入液壓缸?；赜吐飞希簤焊子袟U腔中的油液通過溢流閥、手動換向閥的流量都是75.57L/min。由此可算出上升時有桿腔的壓力與無桿腔的壓力之差。式（2.16） 2275.75.0.30.0.1p Pa????????????????????????此值小于原估計值，所以是偏安全的。液壓缸下降下降時，油液在進油路上通過手動換向閥、單向閥流量 85.8 L/min 都為。因此進油路是的總壓降為式（2.17）p???2285.85.0.0.0.13MPa????????????????此值較小，所以液壓泵的驅(qū)動電動機的功率是足夠的。液壓油在回油路上從液壓缸無桿腔經(jīng)過單向閥、手動換向閥和、電液伺服閥、減壓閥、溢流閥的流量為 182.37L/min，再回油箱。因此回油路上的總壓降為攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計18p???2218.3718.3718.370.0.50.???????????????????????式22?.4MPa?（2.18）3.11.2 油液溫升驗算①計算發(fā)熱功率液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅(qū)動外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。由于液壓缸在上升和下降過程中，勻速過程占到 95%以上，所以驗算時可以忽略不計。兩個液壓缸同時上升時的有效功率式（2.19）02740.351.8PFvKW???液壓缸在上升時液壓油經(jīng)過閥類元件的總損失壓力為： .8.9pMPa???因此液壓泵輸出的壓力為：式（2.20）120.67321.6P??液壓缸上升時泵的總輸出功率為：式（2.21）6.85ipqKW??液壓缸上升時的總發(fā)熱功率為：式（2.22）07.1232hriP???兩個液壓缸同時下降時的有效功率為： 029.4.FvK?液壓缸在下降時液壓泵輸出的壓力為： 16.8137.PpMPa?????液壓缸下降時泵的總輸出功率為： 6.056iqKW??液壓缸下降時的總發(fā)熱功率為： 03.62.73hriP???液壓缸整個工作循環(huán)的總發(fā)熱功率為： 58hr K?②計算散熱功率攀枝花學院本科課程設計 2 液壓傳動課程設計19前面初步求得油箱的有效容積為 ，按 求得油箱各邊之積：34m0.8Vabh?35.abh?取 為 2.1m， =1m、 =1.1m。ab由油箱散熱面積公式：式（2.23）??1.81.5tAhab??可求得散熱面積為： 2.2.19t m???油箱的散熱功率為式（2.24）hctPKAT??式中 —油箱散熱系數(shù)， 取 ；tK??26/WC?—油溫與環(huán)境溫度之差 。T?35?169.2.0hc k??.68hrPK??由此可見，油箱的散熱遠遠滿足不了系統(tǒng)散熱的要求，管路散熱是極小的；再考慮到液壓缸上升到最高處停留的時間較長，雖然此時有利于油液的散熱，但是對于總的發(fā)熱功率來說是不夠的，因此需要另設冷卻器。3.12 冷卻器所需面積的計算冷卻面積為式（2.25）hrcmPAKt???式中 —傳熱系數(shù)，用風冷卻式時， ；K216/()WC??—平均溫升， 。mt?122mTtt???取油進入冷卻器的溫度 ，油流出冷卻器的溫度 ，冷卻150C? 250T??水入口溫度 ，冷卻水出口溫度 。則：125tC??23t?08.mt C?????所需冷卻器的散熱面積為 32.6851.12.Am?考慮到冷卻器長期使用時，設備腐蝕和油垢，水垢對傳熱的影響，冷卻面積比計算面積大 30%，實際選用冷卻器散熱面積為 22.38.64?油液的冷卻是通過另外的液壓泵將油液從油箱里抽出，進入冷卻器冷卻再流回油箱。對它的設計不再詳細敘述。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 行走機構(gòu)的液壓系統(tǒng)性能分析20結(jié) 論本文通過對煉鋼廠鋼包傾翻液壓系統(tǒng)的設計，主要得出了以下結(jié)論：1、查閱了大量的資料和相關文獻，收集整理鋼包傾翻的發(fā)展狀況，及國內(nèi)外的研究成果。2、通過對鋼包傾翻工作原理的分析和根據(jù)設計要求，計算出相關參數(shù)，擬訂液壓系統(tǒng)原理圖，選擇液壓閥和輔助元件，并對液壓系統(tǒng)進行集成塊設計，最后形成裝配圖。3、通過對行走機構(gòu)的液壓系統(tǒng)原理和各組成部分的研究，對閥控馬達、泵控馬達有一定的了解。4、通過建立閥控馬達和泵控馬達動態(tài)數(shù)學模型，掌握了如何對一個液壓系統(tǒng)的建模的這個過程。5、PID 用與控制閥控馬達和泵控馬達系統(tǒng)，實現(xiàn)馬達恒速控制的效果是顯著的，使系統(tǒng)的超調(diào)量降低了，上升時間縮短了，穩(wěn)態(tài)誤差明顯減小。6、對 PID 參數(shù)的調(diào)整，使行走液壓系統(tǒng)動態(tài)特性得到大大改善，提高了液壓系統(tǒng)的效率。總之，從理論上得出的鋼包傾翻液壓系統(tǒng)在實際運用中是合理、適用的；PID 控制策略在改善行走液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性和馬達恒轉(zhuǎn)速控制問題上是可行的。參 考 文 獻[1] 機械設計手冊編委會．機械設計手冊，第 4 卷［M ］ ．北京：機械工業(yè)出版社，2004．8[2] 張利平．液壓傳動系統(tǒng)及設計［Ｍ］ ．北京：化工工業(yè)出版社，2005．6[3] 何玉林，沈榮輝．機械制圖［M ］ ．重慶：重慶大學出版社， 2000．8[4] 王積偉，章宏甲．液壓傳動［M ］ ．北京：機械工業(yè)出版社， 2006．12[5] 張葛祥，李娜．MATLAB 仿真技術與應用［M］ ．北京：清華大學出版社，2003．6[6] 席偉光，楊光．機械設計課程設計［M ］ ．北京：高等教育出版社， 2003[7] 中國機械設計大典編委會，中國機械設計大典，第 5 卷［M］ ．南昌：江西科學技術出版社，2002．1[8] 雷天覺．液壓工程手冊[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，1990．4[9] 李永堂，雷步芳．液壓系統(tǒng)建模與仿真［M ］ ．北京：冶金工業(yè)出版社， 2003[10] 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謝課程設計即將結(jié)束，為此我感覺到了一種成功的喜悅，因為在這段時間付出的所有辛勞都即將得到匯報。但是在這背后有很多人來幫助我而得到的！在課程設計中，我的老師、同學及學院領導都給予了我們非常大的幫助和支持，如果沒有他們的幫助，課程設計就不會做得這么順利，我在這里真心誠意的向所有幫助過我的同學、老師和領導說一聲：你們辛苦了，謝謝！課程設計是每位大學生對本學期所學知識的一個總括，也是對大學所學知識的一次自我考核，使自己能夠正確認識自己，給自己一個合理的定位。我的課程設計是由陳永強老師指導的，是根據(jù)目前冶金產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨式確定的題目，題目實用、應用廣泛、適用性強，跨學科，跨專業(yè)密切聯(lián)系現(xiàn)代生產(chǎn)建設問題。在課程設計之前，陳永強老師帶領我觀看了鋼包傾翻的模型圖，讓我對所研究的題目有一個感性認識。在做的過程中也遇到了不少的問題，此時老師們都給了我們非常大的關懷和幫助，并且隨時詢問我們課程設計的進展情況，細心地指導我們。這次課程設計學院領導也非常重視，給了我們許多的鼓勵和幫助，并盡可能的提供一切幫助，保證我們能夠順利的完成課程設計工作。通過這次課程設計，我對所研究的題目內(nèi)容、相關原理及實際生產(chǎn)中的運用有了深入的了解，掌握了相關設備的設計使用方法，培養(yǎng)了我獨立的學習能力，解決問題的能力并且拓展了知識面。最后在課程設計完成之際，我再次感謝對我指導、關心和幫助過的老師、領導及同學！謝謝大家！攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 致謝22