步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 題目 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二級學(xué)院 直屬學(xué)部 無錫技師學(xué)院 專業(yè) 數(shù)控車 班級 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名 職稱 評閱教師姓名 職稱 2015 年 05 月 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 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有 它是依靠專用的步進(jìn)機(jī)械使工件在爐內(nèi)移動的一種機(jī)械化爐子 步進(jìn)梁式加熱爐設(shè)計(jì)一種連續(xù)式加熱爐它是靠專用的步進(jìn)機(jī)構(gòu) 按照一定的軌跡 運(yùn)動 使?fàn)t內(nèi)鋼料一步一步地向前推進(jìn) 步進(jìn)梁式加熱爐爐底的結(jié)構(gòu)和傳動方式要根據(jù)出料的頻率和爐子的生產(chǎn)能力決定 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) 步進(jìn)梁的升降和平移動作采用液壓缸驅(qū)動 加熱爐 爐床由固定梁和步進(jìn)梁兩部分組成 步進(jìn)梁由雙重輪對的多軸框架支撐 其外側(cè)走輪 由液壓缸驅(qū)動 可以在傾斜軌道上滾動 使步進(jìn)梁作上升或者下降運(yùn)動 上層托輪直 接拖住步進(jìn)梁 而步進(jìn)梁則由另兩個(gè)液壓缸帶動 實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動 關(guān)鍵詞 步進(jìn)梁式加熱爐 步進(jìn)梁 雙輪斜軌式機(jī)構(gòu) 液壓傳動 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) Abstract Heating furnace is the material or workpiece heating equipment In the metallurgical industry in the metal to heating habits heated to rolled into the industrial furnace temperature forging Walking beam type furnace is provided to steel rolling line heating all again It depend on special stepping machinery to make the work in the furnace stove a mechanized moving Stepping beam furnace design a continuous reheating furnace of it is to rely on special stepping institutions according to certain trajectory making furnace of steel material within step forward Step reheating furnace bottom structure and driving mode according to the material of the frequency and the production capacity of the stove it should consider decision by the size of the machining parameters and the site of size So must strictly calculation its internal parameters guarantee the production and the stove safety Furnace bottom machine adopts double inclined rail agencies The rise and fall of walking beam by hydraulic cylinder for peace movement driven Heating furnace bed by fixed girders and walking beam two parts walking beam of by double round multiaxial framework the lateral go round supported by hydraulic cylinder drive can tilt orbit in rolling make walking beam rise or fall as sport The upper roller direct tugged walking beam and walking beam is driven by two other hydraulic cylinder realize the shift movement KeyWords stepping beam furnace walking beam double inclined rail mon rail agencies hydraulic transmission 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 1 緒論 1 1 1 步進(jìn)式加熱爐概述 1 1 2 選題背景 3 1 3 設(shè)計(jì)目的 4 1 4 設(shè)計(jì)方案 5 2 液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 8 2 1 運(yùn)動與負(fù)載分析 8 2 1 1 步進(jìn)式加熱爐原始數(shù)據(jù) 8 2 1 2 步進(jìn)式加熱爐工況速度曲線設(shè)計(jì) 8 2 1 3 計(jì)算穩(wěn)態(tài)工作負(fù)載 10 2 1 4 擬定液壓原理圖 11 2 2 液壓缸參數(shù)及其型號 11 2 2 1 平移液壓缸受力分析 11 2 2 2 初選平移液壓系統(tǒng)工作壓力 12 2 2 3 平移液壓缸主要參數(shù)及其選取型號 12 2 2 4 升降液壓缸受力分析 14 2 2 5 初選升降液壓系統(tǒng)工作壓力 15 2 2 6 升降液壓缸主要參數(shù)及其選取型號 15 2 3 液壓泵參數(shù)及其型號 16 2 3 1 平移液壓泵工作壓力的確定 16 2 3 2 平移液壓泵流量的確定 16 2 3 3 平移液壓泵的選取 17 2 3 4 升降液壓泵工作壓力的確定 17 2 3 5 升降液壓泵流量的確定 17 2 3 6 升降液壓泵的選取 17 2 4 電動機(jī)參數(shù)及其型號 17 2 4 1 平移液壓系統(tǒng)電動機(jī)參數(shù)及其型號 17 2 4 2 升降液壓系統(tǒng)電動機(jī)參數(shù)及其型號 18 2 5 液壓閥件參數(shù)及其型號 18 2 5 1 平移液壓系統(tǒng)閥件參數(shù)及其型號 18 2 5 2 升降液壓系統(tǒng)閥件參數(shù)及其型號 18 2 6 液壓油管道的選擇 19 2 6 1 油管的選用 19 2 6 2 液壓油管管徑的確定 19 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 6 3 液壓油管管壁厚的驗(yàn)算 19 2 7 液壓油管道的選擇 20 2 7 1 平移液壓系統(tǒng)油箱有效容積 20 2 7 2 升降液壓系統(tǒng)油箱有效容積 20 3 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 21 3 1 液壓系統(tǒng)壓力損失計(jì)算 21 3 1 1 平移液壓系統(tǒng)壓力損失 21 3 1 2 升降液壓系統(tǒng)壓力損失 21 3 2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 22 3 2 1 平移液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升 22 3 2 2 升降液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升 23 4 液壓同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 4 1 控制系統(tǒng) 24 4 1 1 電液比例位置控制系統(tǒng) 24 4 1 2 設(shè)計(jì)方案 24 4 1 3 傳感器的選擇 25 4 1 4 PLC 的選擇 26 4 1 5 控制系統(tǒng) I O 分配 29 4 2 梯形圖編程 30 結(jié) 論 36 參考文獻(xiàn) 37 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1 1 步進(jìn)式加熱爐概述 隨著西方資本主義社會在 18 世紀(jì)進(jìn)入工業(yè)革命以來 社會的發(fā)展進(jìn)入到了一個(gè)全 新的速度 據(jù)統(tǒng)計(jì)在工業(yè)革命以前世界上人均鋼鐵的使用量是不足 5kg 然而 現(xiàn)在的 社會發(fā)展到人均鋼鐵擁有量為 418kg 越來越多的鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在社會建設(shè)中 所以鋼鐵 一直是現(xiàn)在社會發(fā)展的主要材料 甚至一度到了供不應(yīng)求的狀況 這樣就促使了鋼鐵 產(chǎn)業(yè)的迅速壯大 至 2007 年 世界鋼鐵量已經(jīng)達(dá)到了近九億噸 但是由于技術(shù)有限 加上人們對鋼鐵的運(yùn)用越加廣泛 出現(xiàn)對鋼材更多更新的要求 所以鋼鐵的冶煉技術(shù) 要不斷地改良 1967 年第 1 座步進(jìn)梁式加熱爐投產(chǎn) 中國 1979 年投產(chǎn)的步進(jìn)梁式爐長為 32 5 米 生產(chǎn)能力為每小時(shí) 270 頓 步進(jìn)梁式爐比推鋼爐具有許多優(yōu)點(diǎn) 因而成為新建軋鋼廠 的首選爐型 熱軋寬帶鋼廠的規(guī)模正向大型化發(fā)展 步進(jìn)梁式爐的特點(diǎn)之一是爐長不 受推鋼長度限制 因而能適應(yīng)軋機(jī)的小時(shí)產(chǎn)量增長的形勢 北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院近 20 年設(shè)計(jì)投產(chǎn)的 40 余座步進(jìn)爐 已遍及熱連軋 型鋼 棒線材 帶鋼 無縫管 開 坯 鍛壓等鋼廠以及鋼帶廠 1994 年相繼投產(chǎn)的太鋼 梅山熱連軋廠的步進(jìn)梁式爐 額定產(chǎn)量分別為 180 t h 和 280 t h 重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院為攀鋼 1450 熱連軋廠設(shè)計(jì) 的步進(jìn)梁式爐 額定產(chǎn)量為 150 t h 也在 1992 年投產(chǎn) 早期加熱爐內(nèi)部是用一種連續(xù)式推鋼機(jī) 它的作用是將鋼錠或鋼坯依次推入爐內(nèi) 在端出料的加熱爐中 推鋼機(jī)可以將加熱好的鋼坯從加熱爐的另一端推出去 在側(cè)出 料的加熱爐中 推鋼機(jī)將鋼坯推出至出料位置 再由出鋼機(jī)將鋼錠推出去 現(xiàn)在大多 數(shù)采用的是步進(jìn)式移動裝置 步進(jìn)式加熱爐加熱溫度均勻 加熱時(shí)間快 產(chǎn)量高 生 產(chǎn)靈活性大 必要時(shí)可以將爐內(nèi)坯料排空 加熱時(shí) 坯料下表面的水管黑印小 坯料 溫度均勻 加熱的效率也比較高 加熱特殊鋼材是 能滿足對坯料表面質(zhì)量 氧化 脫碳 劃傷等 的高度要求 加熱大型板材時(shí) 由于板坯溫度均勻 有利于減少軋制 時(shí)的厚度差 所以目前步進(jìn)式爐在熱軋板帶車間以及中小型軋鋼車間都得到了廣泛的 應(yīng)用 從上世紀(jì) 50 年代起由于步進(jìn)式加熱爐移動裝置的出現(xiàn)并且日漸成熟 在許多鋼板 和小型型鋼生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用 作為現(xiàn)代冶金行業(yè)普遍采用的一種加熱爐 他 的優(yōu)點(diǎn)值得我們學(xué)習(xí) 步進(jìn)式加熱爐的結(jié)構(gòu) A 爐底結(jié)構(gòu) 從爐子的結(jié)構(gòu)看 步進(jìn)式加熱爐分為上加熱步進(jìn)式爐 上下加熱步進(jìn)式爐 雙步 進(jìn)梁步進(jìn)式爐等 上加熱步進(jìn)式爐顧名思義只有上部有加熱裝置 固定梁和移動梁是耐熱金屬制作 的 固定爐底是耐火材料砌筑的 這種爐子基本上沒有水冷構(gòu)件 所以熱耗較低 這 種爐子只能單面加熱 一般用于較薄鋼坯的加熱 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 與推鋼式加熱爐一樣 為了滿足加熱大鋼坯的需要 步進(jìn)式爐也逐步發(fā)展了下加 熱的方式 出現(xiàn)了上下加熱的步進(jìn)式加熱爐 這種爐子相當(dāng)于把推鋼式爐的爐底水管 改成了固定梁和移動梁 固定梁和移動梁都是用水冷立管支承的 梁也由水冷管構(gòu)成 外面用耐火可塑性包扎 上面有耐熱合金的鞍座式滑軌 類似推鋼式加熱爐的爐底縱 水管 爐底是架空的 可以實(shí)現(xiàn)雙面加熱 步進(jìn)式爐鋼坯與鋼坯不是緊靠在一起 中 間有空隙 可認(rèn)為是四面受熱 下加熱一般只能用側(cè)燒嘴 因?yàn)榱⒅鶕踝×硕藷?火焰的方向 如果要采用端燒嘴 需要改變立柱的結(jié)構(gòu)型式 上加熱可以用軸向端燒 嘴 也可以用側(cè)燒嘴或爐頂燒嘴供熱 考慮到軸向燒嘴火焰沿長度方向的溫度分布和 各段溫度的控制 某些大型步進(jìn)式爐在上加熱各段之間的邊界上有明顯的爐頂壓下 而下加熱各段間設(shè)有段墻 以免各段之間溫度的干擾 因此這樣的步進(jìn)式爐沿爐子長 度溫度調(diào)節(jié)有更大的靈活性 如果爐子寬度較大 火焰長度又較短時(shí) 可以在爐頂上 安裝平焰燒嘴 B 傳動機(jī)構(gòu) 步進(jìn)式爐的關(guān)鍵設(shè)備是移動梁的傳動機(jī)構(gòu) 傳動方式分機(jī)械傳動和液壓傳動兩種 目前廣泛采用液壓傳動的方式 現(xiàn)代大型加熱爐的移動梁及上面的鋼坯重達(dá)數(shù)百噸 使用液壓傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)簡單 運(yùn)行速度的控制比較準(zhǔn)確 占地面積小 設(shè) 備重量輕 比機(jī)械傳動有明顯的優(yōu)點(diǎn) 液壓傳動機(jī)構(gòu)如圖 2 12 所示 圖 2 12b 圖 2 12c 圖 2 12d 三種結(jié)構(gòu)型式目前是比較常見的 我國應(yīng)用較普遍為圖 2 12c 所示的斜 塊滑輪式 以斜塊滑輪式為例說明其動作的原理 步進(jìn)梁 移動梁 由升降用的下步 進(jìn)梁和進(jìn)退用的上步梁兩部分組成 上步進(jìn)梁通過輥輪作用在下步進(jìn)梁上 下步進(jìn)梁 通過傾斜滑塊支承在輥?zhàn)由?上下步進(jìn)梁分別由兩個(gè)液壓油缸驅(qū)動 開始時(shí)上步進(jìn)梁 固定不動 上升液壓缸驅(qū)動下步進(jìn)梁沿滑塊斜面抬高 完成上升運(yùn)動 然后上升液壓 缸使下步進(jìn)梁固定不動 水平液壓缸牽動上步進(jìn)梁沿水平方向前進(jìn) 前進(jìn)行程完結(jié)時(shí) 以同樣方式完成下降和后退的動作 結(jié)束一個(gè)運(yùn)動周期 為了避免升降過程中的振動和沖擊 在上升和下降及接受鋼坯時(shí) 步進(jìn)梁應(yīng) 該中間減速 水平進(jìn)退時(shí)開始與停止也應(yīng)該考慮緩沖減速 以保證梁的運(yùn)動平穩(wěn) 避 免鋼坯在梁上擦動 辦法是用變速油泵改變供油量來調(diào)整步進(jìn)梁的運(yùn)行速 由于步進(jìn) 式爐很長 上下兩面溫度差過大 線膨脹的不同會造成大梁的彎曲和隆起 為了解決 這個(gè)問題 目前一些爐子將大梁分成若干段 各段間留有一定的膨脹間隙 變形雖不 能根本避免 但彎曲的程度大為減輕 不致影響爐子的正常工作 C 密封機(jī)構(gòu) 為了保證步進(jìn)爐活動梁 床 能正常無阻礙地運(yùn)動 在活動梁 床 和固定梁 床 之間要有足夠的縫隙 縫隙一般為 25mm 或 30mm 對步進(jìn)梁來說則在梁支撐 或水管 穿過爐底部分有保證它運(yùn)動的足夠大的開孔 這些縫隙或開孔的存在雖然 是必要的 但也容易吸入冷風(fēng) 影響加熱質(zhì)量和降低燃料利用率 也可能造成爐氣外 逸 危害爐底下部設(shè)備 對軋鋼用步進(jìn)爐則必須考慮密封問題 目前有兩種密封結(jié)構(gòu) 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 一是滑板式密封 一是水封 前者密封較差 尤其當(dāng)滑板受熱變形后更不能起到密封 作用 水封是用得最多的結(jié)構(gòu) 密封效果比較好 水封由水封槽和水封刀兩部分組成 分開式和閉式兩種結(jié)構(gòu) 開式結(jié)構(gòu)有動床和定床二重水封刀 便于清渣 閉式結(jié)構(gòu)僅 有動床水封刀 優(yōu)點(diǎn)是占用空間小 緊湊 動床端頭水封槽的寬度要保證大于動床水 平行程的長度 水槽下部開有集渣斗 由爐底縫隙中掉落的氧化鐵皮隨水流定期放出 這里不得不提到的是 之所以在 20 世紀(jì) 50 年代才采用 相對于鋼鐵鋼鐵行業(yè)來 說 是因?yàn)橐簤簜鲃颖旧淼奶厥獠胖率蛊浒l(fā)展較為緩慢 到 20 世紀(jì)初液壓傳動技術(shù) 從理論到實(shí)際運(yùn)用才基本成熟 在 21 世紀(jì)液壓技術(shù)的運(yùn)用則標(biāo)志著一個(gè)國家基礎(chǔ)工業(yè) 發(fā)展水平 在步進(jìn)式加熱爐移動裝置液壓傳動系統(tǒng)中 液壓傳動作為提供動梁運(yùn)動的 動力源起著至關(guān)重要的作用 如何設(shè)計(jì)高質(zhì)量的液壓裝置則直接成為影響鋼坯的燒結(jié) 質(zhì)量 早期加熱爐內(nèi)部是用一種連續(xù)式推鋼機(jī) 它的作用是將鋼錠或鋼坯依次推入爐內(nèi) 在端出料的加熱爐中 推鋼機(jī)可以將加熱好的鋼坯從加熱爐的另一端推出去 在側(cè)出 料的加熱爐中 推鋼機(jī)將鋼坯推出至出料位置 再由出鋼機(jī)將鋼錠推出去 現(xiàn)在大多 數(shù)采用的是步進(jìn)式移動裝置 步進(jìn)式加熱爐加熱溫度均勻 加熱時(shí)間快 產(chǎn)量高 生 產(chǎn)靈活性大 必要時(shí)可以將爐內(nèi)坯料排空 加熱時(shí) 坯料下表面的水管黑印小 坯料 溫度均勻 加熱的效率也比較高 加熱特殊鋼材是 能滿足對坯料表面質(zhì)量 氧化 脫碳 劃傷等 的高度要求 加熱大型板材時(shí) 由于板坯溫度均勻 有利于減少軋制 時(shí)的厚度差 所以目前步進(jìn)式爐在熱軋板帶車間以及中小型軋鋼車間都得到了廣泛的 應(yīng)用 加熱爐步進(jìn)式移動裝置液壓傳動系統(tǒng)主要是由動梁和靜梁組成 當(dāng)鋼坯被推進(jìn)加 熱爐后將其置于靜梁上的 此時(shí)鋼坯開始被加熱升溫 加熱爐是軋鋼工業(yè)必須配備的 熱處理設(shè)備 隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展 現(xiàn)代化的軋鋼廠應(yīng)該配置大型化的 高度自動化的步進(jìn)梁式加熱爐 其生產(chǎn)應(yīng)符合高產(chǎn) 優(yōu)質(zhì) 低耗 節(jié)能 無公害以及 生產(chǎn)操作自動化的工藝要求 以提高其產(chǎn)品的質(zhì)量 增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力 我國軋 鋼工業(yè)的加熱爐型有推鋼式爐和步進(jìn)式爐兩種 但推鋼式爐有長度短 產(chǎn)量低 燒損 大 操作不當(dāng)時(shí)會粘鋼造成生產(chǎn)上的問題 難以實(shí)現(xiàn)管理自動化 由于推鋼式爐有難 以克服的缺點(diǎn) 而步進(jìn)梁式爐是靠專用的步進(jìn)機(jī)構(gòu) 在爐內(nèi)做矩形運(yùn)動來移送鋼管 鋼管之間可以留出空隙 鋼管和步進(jìn)梁之間沒有摩擦 出爐鋼管通過托出裝置出爐 完全消除了滑軌擦痕 鋼管加熱斷面溫差小 加熱均勻 爐長不受限制 產(chǎn)量高 生 產(chǎn)操作靈活等特點(diǎn) 其生產(chǎn)符合高產(chǎn) 優(yōu)質(zhì) 低耗 節(jié)能 無公害以及生產(chǎn)操作自動 化的工藝要求 全連續(xù) 全自動化步進(jìn)式加熱爐 1 2 選題背景 軋鋼廠在熱軋鋼材時(shí) 需要對鋼坯進(jìn)行加熱 為了更好的保證鋼材表面質(zhì)量 使 鋼坯受熱均勻 采用了步進(jìn)加熱方式 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 鋼坯在加熱過程中其前移為矩形運(yùn)動 即活動梁上升 將鋼坯從固定梁上托起 活動梁前移 使鋼坯前步進(jìn)一次 活動梁下降 將鋼坯放在固定梁上 活動梁后退到 原始位置完成一個(gè)工作循環(huán) 步進(jìn)加熱克服了直推式加熱時(shí)鋼坯下表面與支撐梁 固定梁 移動摩擦所產(chǎn)生的 表面磨損 同時(shí) 克服了直推式的鋼坯間相互靠攏的情況 可以使鋼坯散開通過爐底 有利于鋼坯的加熱 由于步進(jìn)加熱獨(dú)特的優(yōu)越性 使其在現(xiàn)代冶金工廠得到了廣泛的 應(yīng)用 步進(jìn)式鋼坯加熱爐產(chǎn)品質(zhì)量好 熱效率高 操作靈活 適用于多種型材坯料的 連續(xù)式加熱 步進(jìn)式連續(xù)加熱爐靠爐底或水冷金屬梁的上升 前進(jìn) 下降 后退的動作把料坯 一步一步地移送前進(jìn)的連續(xù)加熱爐 爐子有固定爐底和步進(jìn)爐底 或者有固定梁和步 進(jìn)梁 前者叫做步進(jìn)底式爐 后者叫做步進(jìn)梁式爐 加熱爐爐床由固定梁和步進(jìn)梁組成 步進(jìn)梁由雙重輪對的多軸框架支撐 外 側(cè)走輪由升降缸驅(qū)動 從而使步進(jìn)梁作上升或者下降運(yùn)動 上層托輪直接托住步進(jìn)梁 而步進(jìn)梁直接由另一液壓缸帶動 可在托輪上作前進(jìn)和后退運(yùn)動 從而使步進(jìn)梁作前 進(jìn)和后退運(yùn)動 通過缸的操作 使步進(jìn)梁做矩形跡運(yùn)動 各段運(yùn)動的形式可以調(diào)節(jié) 操作方式可 以連續(xù)或者手動操作 同一液壓油源提供步進(jìn)梁傳動 可以同時(shí)或交替動作 并可以 逆向運(yùn)動 用作為倒空爐內(nèi)鋼坯之用 液壓傳動有著其不可替代的優(yōu)越性 主要表現(xiàn)在 A 可以獲得很大的輸出力或力矩 而結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜 B 可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的無級調(diào)速 且可在運(yùn)行中直接調(diào)節(jié) C 易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) D 動作靈敏 啟動 停止和換向響應(yīng)快 沖擊小 E 自潤滑性能好 F 易于實(shí)現(xiàn)通用化 系列化和標(biāo)準(zhǔn)化 設(shè)計(jì)組裝周期短 G 易于實(shí)現(xiàn)自動化與智能化與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合 本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)式加熱爐同步頂升的液壓系統(tǒng) 1 3 設(shè)計(jì)目的 由于步進(jìn)爐的特點(diǎn)是步進(jìn)周期短 運(yùn)動速度較高 慣性負(fù)載大 連續(xù)工作 可靠 性要求高等 所以根據(jù)這些特點(diǎn)系統(tǒng)采用液壓控制比較適宜 當(dāng)今 隨著液壓機(jī)械自動化程度的飛速發(fā)展 液壓元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加 元件 小型化 系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢 特別是近十年來 液壓技術(shù)與傳感技術(shù) 微 電子技術(shù)緊密結(jié)合 出現(xiàn)了許多諸如電液比例控制閥 數(shù)字閥 電認(rèn)伺服液壓缸等機(jī) 液 電一體化元器件 使液壓技術(shù)在高壓 告訴 大功率 節(jié)能高效 低噪聲 使 用壽命長 高度集成化方面取得了重大進(jìn)展 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 所以 隨著冶金軋鋼工藝自動化程度的不斷提高 步進(jìn)式加熱爐以其靈活的加熱 方式 加熱質(zhì)量好 爐長不受限制 操作方便 易于實(shí)現(xiàn)自動控制等優(yōu)點(diǎn) 被愈來愈 多新建的軋鋼加熱爐采用 液壓傳動傳動因其體積小 負(fù)荷大 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 控制等優(yōu)勢 在步進(jìn)式加熱爐中有廣泛的應(yīng)用 步進(jìn)式加熱爐有著其他加熱爐無法比擬的優(yōu)點(diǎn) 諸如 不拱鋼 不粘鋼 氧化燒 損少 脫碳少 加熱時(shí)間短 加熱操作靈活 易于和軋制節(jié)奏相匹配 加熱過程中不 劃傷 爐子長度不受限制 從理論上講 自動化程度高 易于采用計(jì)算機(jī)控制等優(yōu)點(diǎn) 因此盡管步進(jìn)爐第一次投資費(fèi)用較高 但是 1967 年 4 月由美國德蘭公司設(shè)計(jì)的二 面供熱的步進(jìn)梁式爐首先在美國格蘭那特城鋼鐵公司問世以來 接著同年 5 月由日本 中外爐公司為名古屋鋼鐵廠設(shè)計(jì)的世界上第二座步進(jìn)梁式爐又相繼投產(chǎn) 以后步進(jìn)式 加熱爐在世界上獲得了長足的發(fā)展 和推鋼式連續(xù)加熱爐相比 步進(jìn)式爐具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 加熱靈活 在爐長一定的情況下 爐內(nèi)坯料數(shù)目是可變的 而在連續(xù)加熱爐 中則是不可變的 那樣加熱時(shí)間就受到限制 例如爐子產(chǎn)量降低一半時(shí) 則 爐內(nèi)坯料加熱時(shí)間就會延長一倍 對有些鋼種來說這是不利的 而步進(jìn)爐在爐子 小時(shí)產(chǎn)量變化的情況下可以通過改變坯料間距離來達(dá)到改變或保持加熱時(shí)間不變的目 的 2 加熱質(zhì)量好 因?yàn)樵诓竭M(jìn)爐內(nèi)可以使坯料間保留一定的間隙 這樣擴(kuò)大了坯 料受熱面 加熱溫度比較均勻 鋼坯表面一般沒有劃傷的情況 兩面加熱時(shí)坯料下表 面水管黑印的影響比 般推鋼式連續(xù)加熱爐的要小些 3 爐長不受限制 對連續(xù)加熱爐來說爐長受到推鋼長度的限制 而步進(jìn)爐則不 受限制 而且對于不利于推鋼的細(xì)長坯料 圓棒 彎曲坯料等均可在步進(jìn)爐內(nèi)加熱 4 操作方便 改善了勞動條件 在必要時(shí)可以將爐內(nèi)坯料全部或部分退出爐外 開爐時(shí)間可縮短 由于不容易粘鋼 因此可減輕繁重的體力勞動 和軋機(jī)配合比較方 便 靈活 5 可以準(zhǔn)確地控制爐內(nèi)坯料的位置 便于實(shí)現(xiàn)自動化操作 尤其是近 10 多年來 隨著軋鋼技術(shù)向著連續(xù)化 大型化 自動化 多品種 高精 度的發(fā)展 步進(jìn)式加熱爐為適應(yīng)工藝的要求 也朝著大型化 多功能 高產(chǎn) 低消耗 和操作集成自動化的方向邁進(jìn) 可以預(yù)見 隨著液壓技術(shù)的不斷進(jìn)步 更加高自動化的加熱爐會被人們所應(yīng)用 1 4 設(shè)計(jì)方案 步進(jìn)爐的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用的是斜坡滾輪式液壓傳動 水平移動和升降都由液壓缸驅(qū) 動 步進(jìn)框架下面的滾輪沿斜臺面升降 這種結(jié)構(gòu)有兩層框架 下層是提升框架 上層為水平移動框架 在提升框架的上面 和下面均安有滾輪 每個(gè)下滾輪放在一個(gè)斜臺面上 上滾輪供平移框架移動用 移動缸通 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 過曲柄連桿和旋轉(zhuǎn)接頭與上框架連接 提升缸用旋轉(zhuǎn)接頭直接與下框架連接 下框架用 斜面輥導(dǎo)向 上框架用水平輥導(dǎo)向 加熱爐的步進(jìn)機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)主要由雙層步進(jìn)框架 液壓缸 液壓泵以及各種閥 件組成 如圖 上一層為行進(jìn)框架 下一層為升降框架 行進(jìn)框架是通過支撐輥和輥 道落在升降框架上 升降框架也通過支撐輥和輥道落在基礎(chǔ)上 當(dāng)升降框架在在升降 液壓缸驅(qū)動下沿斜軌道左升降運(yùn)動時(shí) 步進(jìn)梁和行進(jìn)框架也一起作垂直方向的升降運(yùn) 動 在平移液壓缸的驅(qū)動下 在水平方向作進(jìn)退運(yùn)動 從而完成整個(gè)周期循環(huán)動作 對液壓系統(tǒng)的改進(jìn) 對原有系統(tǒng)中舉升液壓缸水平拉動動梁上升的部分 可以改為將此液壓缸放置在 爐底 同時(shí)讓液壓缸與上升滾輪的斜面保持同樣的斜度 這樣就有效的解決了拉力大 液壓缸有桿腔推動無桿腔做大功率運(yùn)動的情況 同時(shí)也減小了液壓缸的尺寸 便于設(shè) 計(jì)和安裝 步進(jìn)梁動作如圖 1 所示 圖 1 步進(jìn)梁動作示意圖 步進(jìn)梁的升降和平移均采用電液比例閥來控制 其優(yōu)點(diǎn)是控制調(diào)整靈活方便 工 作平穩(wěn) 在設(shè)計(jì)過程中 應(yīng)該考慮到步進(jìn)梁平移時(shí)可能會產(chǎn)生很大的慣性沖擊 實(shí)現(xiàn) 加速 減速 勻速 從而實(shí)現(xiàn)動梁對熱坯的輕托 輕放 以及通過加 減速有效降低 動梁因運(yùn)動慣性引起的機(jī)械沖擊 下降的時(shí)候依靠自身自重下降 通過 PLC 編程設(shè)置加減速曲線 既避免了沖擊對設(shè)備造成的傷害 又提高了系統(tǒng) 的定位精度 通過 PLC 控制達(dá)到同步頂升精度要求 步進(jìn)梁動作軌跡如圖 2 所示 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 2 步進(jìn)梁動作軌跡圖 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 2 液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 2 1 運(yùn)動與負(fù)載分析 2 1 1 步進(jìn)式加熱爐原始數(shù)據(jù) 步進(jìn)梁和爐底總質(zhì)量 G 300 103kg 其中 行進(jìn)框架及其以上部分質(zhì)量 G1 200 103kg 行進(jìn)框架以下部分質(zhì)量 G2 100 103kg 爐子總長 21 95m 其中 爐底長 17 10m 步進(jìn)梁長 L 19 20m 爐子寬 11 00m 坯料規(guī)格 bbl 0 12 0 12 9 5m 最大升降高度 H H1 H2 0 05 0 05 0 1m 最大水平移距 S 0 6m 輥輪 D 0 65m d 0 16m 最大步進(jìn)鋼坯根數(shù) 4 根 升降液壓缸 2 個(gè) 平移液壓缸 2 個(gè) 步進(jìn)周期 21s 其中 上升 4s 前進(jìn) 6 5s 下降 4s 后退 6 5s 支承輥有 2 排 每排 4 組 每組上下各有兩個(gè)輥 一共 16 個(gè)棍 2 1 2 步進(jìn)式加熱爐工況速度曲線設(shè)計(jì) 步進(jìn)式加熱爐的工作循環(huán)為 步進(jìn)梁依次為上升 水平前進(jìn) 下降 水平后退運(yùn) 動 步進(jìn)爐運(yùn)動時(shí) 上升為兩個(gè)液壓缸頂升 前進(jìn)后退為兩個(gè)液壓缸 下降靠自重下 降 現(xiàn)在對爐底步進(jìn)梁的動作如圖 3 所示 圖 3 陰影部分為步進(jìn)梁 為步進(jìn)梁從起始位置 后下位 上升 上升過程中接 料 上升到位 后上位 前進(jìn) 前進(jìn) 前上位 下降 下降過程中交料 下降到位 前下位 后退 后退到位 即起始位置 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 3 步進(jìn)式加熱爐爐底機(jī)械步進(jìn)梁的運(yùn)動過程 為了實(shí)現(xiàn)對鋼坯的輕拿輕放 設(shè)計(jì)了活動梁托鋼坯放鋼坯的加減速曲線 這樣大 大降低了在對鋼坯步進(jìn)的過程中 對坯料所造成的直接沖擊 首先 活動梁上升 在 1 5s 內(nèi)達(dá)到 0 05m s 的速度 然后直接減速 在 0 5s 的時(shí) 間內(nèi)減小到速度為 0m s 這樣 活動梁達(dá)到固定梁面鋼坯下 實(shí)現(xiàn)無沖擊托起鋼坯 托起鋼坯后 繼續(xù)加速 在 1 5s 內(nèi)達(dá)到 0 05m s 的速度 然后直接減速 在 0 5s 的時(shí) 間范圍內(nèi)速度降為 0m s 達(dá)到頂升高度 然后 高度不變 平移缸開始動作 在 1 5s 的時(shí)間內(nèi) 達(dá)到 0 12m s 使步進(jìn)梁做 平移運(yùn)動 以 0 12m s 的速度運(yùn)行 3 5s 后 在 1 5s 的時(shí)間內(nèi)又降到 0m s 平移結(jié)束 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 下降和后退同頂升和前進(jìn)工況速度相同 步進(jìn)梁的動作方式有周期方式和踏步方式 周期方式用于運(yùn)送鋼管向前移動 而 踏步方式用于等待出鋼 步進(jìn)梁的周期方式 活動梁上升 100mm 前進(jìn) 600mm 下降 100mm 后退 600mm 鋼管前進(jìn)一個(gè)齒距 步進(jìn)式加熱爐工況速度曲線如圖 4 固定梁面 1 5 s 0 0 5 m s 0 5 s 1 5 s 3 5 s 0 1 2 m s 鋼坯 上升 前進(jìn) 下降 后退 圖 4 步進(jìn)式加熱爐工況速度曲線 2 1 3 計(jì)算穩(wěn)態(tài)工作負(fù)載 1 加熱爐整爐加熱根數(shù) N L b a 128 根 L 步進(jìn)梁長 19 20m b 斷面邊長 0 12m a 鋼坯間隔 0 03m 2 爐內(nèi)鋼坯總質(zhì)量 單根 q rbbl 7 8 0 12 0 12 9 5 1 05 103kg r 鋼比重 7 8t m 3 b 斷面邊長 0 12m l 鋼坯長度 9 5m 總質(zhì)量 Q nq 128 1 05 103 134 103kg 3 各工況總穩(wěn)態(tài)載荷 W 上升工況 H1 段未抬起鋼坯 W G 300 103kg H2 段抬起了鋼坯 W G Q 300 103 134 103 434 103kg 前進(jìn)工況 W G1 Q 200 10 3 134 103 334 103kg 下降工況 同上升工況 后退工況 W G1 200 103kg 2 1 4 擬定液壓原理圖 步進(jìn)梁的升降和平移速度均采用電液比例閥來控制 為了使步進(jìn)梁能在 X Y 方向 的任意位置上較長時(shí)間內(nèi)可靠地自鎖 在進(jìn)入液壓缸的油路上采用了雙向液壓鎖進(jìn)行 長時(shí)間的自鎖 用變量泵供油 用安全閥起安全保護(hù)作用 根據(jù)以上要求 反復(fù)修改后擬定以下液壓系統(tǒng)原理圖 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 5 步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)原理圖 2 2 液壓缸參數(shù)及其型號 2 2 1 平移液壓缸受力分析 步進(jìn)式加熱爐在平移運(yùn)動時(shí)候 作用力如圖 6 圖 6 步進(jìn)式加熱爐平移運(yùn)動受力分析 由實(shí)際工作狀態(tài)可知 平移液壓缸前進(jìn)工況為受力最大工況 因?yàn)槠揭埔簤焊诪?2 個(gè) 所以 計(jì)算平移缸最大負(fù)載 F 進(jìn) MAX F 進(jìn) MAX FR FA 2 FR 摩擦阻力 FA 慣性力 依據(jù)表 1 選取滾動摩阻系數(shù) 取 0 05 10 3 m 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 表 1 滾動摩阻系數(shù) 材料名稱 mm 軟鋼 鋼 0 5 鑄鐵 鑄鐵 0 5 輪胎 路面 2 10 鋼質(zhì)車輪 鋼輥 道 0 05 軟木 軟木 1 5 所以 最大滾動摩阻力偶矩 Max1 W g 0 05 10 3 334 103 9 8 163 66N m 取滾動軸承摩擦系數(shù) 取 0 015 所以 滾動軸承摩擦阻力矩 Max2 W g d 2 0 015 334 103 9 8 0 16 2 5646 27N m 所以 摩擦阻力為 F R Max1 Max2 D 2 163 66 5646 27 0 65 2 17 88KN 慣性力 F A m v t 334 103 0 12 1 5 17 82KN 所以 平移液壓缸最大負(fù)載為 F 進(jìn) MAX FR FA 2 17 88 17 82 2 17 85KN 2 2 2 初選平移液壓系統(tǒng)工作壓力 因?yàn)槠揭聘鬃畲蠊ぷ髫?fù)載經(jīng)過計(jì)算為 17 85KN 依據(jù) 液壓傳動 表 9 2 9 3 初估液壓系統(tǒng)工作壓力為 4Mpa 取液壓缸的機(jī)械效率取 0 95 2 2 3 平移液壓缸主要參數(shù)及其選取型號 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 根據(jù)表 2 確定 D d 2 1 表 2 液壓缸內(nèi)徑與活塞桿直徑關(guān)系 按機(jī)床類型選取 d D 按液壓缸工作壓力選取 d D 機(jī)床類別 d D 工作壓力 P MPa d D 磨床 研床 0 2 0 3 2 0 2 0 3 插床 拉床 刨床 0 5 2 5 0 5 0 58 鉆 鏜 車 銑床 0 7 5 7 0 62 0 70 7 0 7 P 4 D 2 F 進(jìn) MAX 式中 P 4Mpa D d 2 1 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 解得 D 0 0774m d 0 0387m 依據(jù)表 3 表 4 圓整后取值 D 80mm d 40mm 表 3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 mm GB2348 80 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 320 400 500 630 表 4 活塞桿直徑系列 mm GB2348 80 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 液壓缸工作行程的確定 因?yàn)?平移液壓缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大行程為 0 6m 依據(jù)表 5 選取平移液壓缸工作行程為 630mm 表 5 液壓缸活塞行程參數(shù)系列 mm GB2348 80 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 選擇液壓缸的規(guī)格 由上述要求 選擇液壓缸的型號為 Y HG1 C 80 45 660 液壓缸參數(shù)如下 工作壓力 6 3Mpa 缸徑 80mm 桿徑 45mm 最大行程 660mm 驗(yàn)算選取液壓缸的穩(wěn)定性 當(dāng)液壓缸支撐長度 時(shí) 須考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性并進(jìn)行驗(yàn)算 液dLB 150 壓缸的支撐長度是指活塞桿全部外伸時(shí) 液壓缸支點(diǎn)與活塞桿前進(jìn)端連接處之間的距 離 為了保證活塞桿不產(chǎn)生縱向彎曲 滿足壓桿的穩(wěn)定 活塞桿的推力與極限力的關(guān) 系 Fk nk F1 N 式中 F1 液壓缸推力 Fk 極限力 nk 安全系數(shù) 一般取 nk 2 4 選用歐拉公式求計(jì)算活塞桿的極限臨界力 Fk 2EJ nL1 2 n 系數(shù) 與安裝形式有關(guān) 對于該種安裝形式取 n 1 E 彈性模量 對于鋼 E 0 21 106 N mm2 J 活塞桿斷面回轉(zhuǎn)慣量 J d 4 64 mm 4 經(jīng)計(jì)算得出極限力 Fk 956KN 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 此時(shí) ns Fk F1 956 17 85 53 56 nk 說明此液壓缸壓桿穩(wěn)定性是安全的 2 2 4 升降液壓缸受力分析 步進(jìn)式加熱爐在升降運(yùn)動時(shí)候 作用力如圖 7 F A 1 F A 2 F R 1 F R 2 圖 7 步進(jìn)式加熱爐升降運(yùn)動受力分析 受力最大工況在 H2 段 即托起鋼以后的工況 計(jì)算升降缸最大負(fù)載 F 升 MAX H2 段抬起鋼管的穩(wěn)態(tài)載荷為 W G Q 300 10 3 134 103 434 103kg 行進(jìn)框架及其以上部分載荷為 W G 1 Q 334 103kg 行進(jìn)框架以下部分載荷為 W G 2 100 103kg 升降液壓缸為 2 個(gè) 計(jì)算升降缸最大負(fù)載 F 升 MAX F 升 MAX F 穩(wěn) FR FA 2 F 穩(wěn) 升降液壓缸穩(wěn)態(tài)負(fù)載 FR 摩擦阻力 FA 慣性力 穩(wěn)態(tài)負(fù)載 F 穩(wěn) F 穩(wěn) Wgsin G Q gsin 434 103 9 8 sin12 884 29KN 慣性力 FA FA FA1sin F A2 FA1 上輥輪與行進(jìn)框架相對運(yùn)動時(shí)的慣性力 FA1 W v t G1 Q v t 334 0 05 1 5 11 13KN FA2 下輥輪與斜面相對運(yùn)動時(shí)的慣性力 FA2 W v sin t G2 v sin t 100 0 05 sin12 1 5 16 67KN 所以慣性力為 FA FA1sin F A2 11 13 sin12 16 67 18 98KN 摩擦阻力 FR FR FR1cos F R2 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 FR1 上輥輪與行進(jìn)框架相對運(yùn)動時(shí)摩擦阻力 滾動摩阻系數(shù) 取 0 05 10 3 W G 1 Q g FA1 334 9 8 11 13 3284 33KN 最大滾動摩阻力偶矩 Max1 W 0 05 10 3 3284 33 103 164 22N m 滾動軸承摩擦系數(shù) 取 0 015 滾動軸承摩擦阻力矩 Max2 W d 2 0 015 3284 33 10 3 0 16 2 5665 47N m FR1 Max1 Max2 D 2 164 22 5665 47 0 65 2 17 94KN FR2 下輥輪與斜面相對運(yùn)動時(shí)摩擦阻力 滾動摩阻系數(shù) 取 0 05 10 3 W G Q g FA1 cos 434 9 8 11 13 cos12 4171 14KN 最大滾動摩阻力偶矩 Max1 W 0 05 10 3 4171 14 103 208 56N m 滾動軸承摩擦系數(shù) 取 0 015 滾動軸承摩擦阻力矩 Max2 W d 2 0 015 4171 14 10 3 0 16 2 7195 22N m FR2 Max1 Max2 D 2 208 56 7195 22 0 65 2 22 78KN 所以摩擦阻力為 FR FR1cos F R2 17 94 cos12 22 78 40 33KN 因?yàn)樯狄簤焊诪?2 個(gè) 計(jì)算升降缸最大負(fù)載 F 升 MAX FMAX F 穩(wěn) FR FA 2 884 29 40 33 18 98 2 471 8KN 2 2 5 初選升降液壓系統(tǒng)工作壓力 因?yàn)樯狄簤焊椎淖畲蠊ぷ髫?fù)載經(jīng)過計(jì)算為 471 8KN 依據(jù)上圖 液壓傳動 表 9 2 9 3 初估液壓系統(tǒng)工作壓力為 20Mpa 液壓缸的機(jī)械效率取 0 95 2 2 6 升降液壓缸主要參數(shù)及其選取型號 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 P 4 D 2 FMAX P 20Mpa d D 0 7 解得 D 0 1779m d 0 1245m 依據(jù)上表 3 表 4 圓整后取值 D 180mm d 125mm 液壓缸工作行程的確定 升降液壓缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大行程為 0 1 sin12 0 5m 依據(jù)表 5 選取升降液壓缸工作行程為 500mm 選擇液壓缸的規(guī)格 由上述要求 選擇液壓缸的型號為 CD250B 180 125 600A 液壓缸參數(shù)如下 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 缸徑 180mm 桿徑 125mm 工作壓力 25Mpa 最大行程 600mm 當(dāng)液壓缸支撐長度 時(shí) 須考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性并進(jìn)行驗(yàn)算 液dLB 150 壓缸的支撐長度是指活塞桿全部外伸時(shí) 液壓缸支點(diǎn)與活塞桿前進(jìn)端連接處之間的距 離 顯而可見 選擇的此升降液壓缸支撐長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 10 倍的活塞桿桿徑 無需穩(wěn)定 性驗(yàn)算 2 3 液壓泵參數(shù)及其型號 2 3 1 平移液壓泵工作壓力的確定 確定液壓泵的最大工作壓力 PP P1 p P1 液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力 p 從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失 p 的準(zhǔn)確計(jì) 算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行 初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取 管路簡單 流 速不大的 取 p 0 2 0 5 MPa 管路復(fù)雜 進(jìn)口有調(diào)閥的 取 p 0 5 1 5 MPa 該液壓系統(tǒng)取管路損失為 0 6Mpa 所以液壓泵的最大工作壓力為 PP P1 p 4 0 6 4 6MPa 2 3 2 平移液壓泵流量的確定 確定液壓泵的最大流量 QP K Q max K 系統(tǒng)泄漏系數(shù) 一般取 K 1 1 1 3 Q max 同時(shí)動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量 液壓缸的最大流量 Qmax A VMax 4 D 2 0 08 3 14 4 0 082 0 08 0 00040192m3 s 24 12L min 所以液壓泵的最大流量 QP K Q max 1 2 24 12 2 57 89L min 2 3 3 平移液壓泵的選取 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的 PP 和 QP 值 按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式 從產(chǎn)品樣本或本手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵 為使液壓泵有一定的壓力儲備 所選泵的 額定壓力一般要比最大工作壓力大 25 60 由上述要求 選擇液壓泵型號為 雙作用葉片泵 YB1 63 液壓泵參數(shù)如下 公稱壓力 6 3Mpa 轉(zhuǎn)速 960r min 排量 63ml r 60 48 L min 2 3 4 升降液壓泵工作壓力的確定 確定液壓泵的最大工作壓力 PP P1 p 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 P1 液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力 p 從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失 p 的準(zhǔn)確 計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行 初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取 管路簡單 流速不大的 取 p 0 2 0 5 MPa 管路復(fù)雜 進(jìn)口有調(diào)閥的 取 p 0 5 1 5 MPa 所以液壓泵的最大工作壓力為 PP P1 p 20 0 6 20 6MPa 2 3 5 升降液壓泵流量的確定 確定液壓泵的最大流量 QP K Q max K 系統(tǒng)泄漏系數(shù) 一般取 K 1 1 1 3 Q max 同時(shí)動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量 液壓缸的最大流量 Qmax A VMax 4 D 2 0 05 3 14 4 0 182 0 05 0 0012717m3 s 76 3L min 所以液壓泵的最大流量 QP K Q max 1 2 76 3 2 183 12L min 2 3 6 升降液壓泵的選取 由上述要求 選擇液壓泵型號為 雙作用葉片泵 PV2R3 125 液壓泵參數(shù)如下 額定壓力 21Mpa 轉(zhuǎn)速 1500r min 排量 125ml r 187 5L min 2 4 電動機(jī)參數(shù)及其型號 2 4 1 平移液壓系統(tǒng)電動機(jī)參數(shù)及其型號 液壓泵的總效率 參考表 9 取液壓泵的總效率為 0 7 P PP QP PP 液壓泵的最大工作壓力 4 6MPa QP 液壓泵的最大流量 57 89 10 3 60 m3 s P PP QP 4 6 10 6 57 89 10 3 0 7 60 6 34KW 所以選取電機(jī)型號 Y160M 6 電機(jī)參數(shù)如下 三相異步電機(jī) 功率 7 5KW 轉(zhuǎn)速 960r min 2 4 2 升降液壓系統(tǒng)電動機(jī)參數(shù)及其型號 P PP QP PP 液壓泵的最大工作壓力 20 6MPa 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 QP 液壓泵的最大流量 187 5 10 3 60 m3 s 取液壓泵的總效率為 0 7 P PP QP 20 6 10 6 187 5 10 3 0 7 60 91 96KW 所以選取電機(jī)型號 Y250M 4 電機(jī)參數(shù)如下 三相異步電機(jī) 功率 103KW 轉(zhuǎn)速 1480r min 2 5 液壓閥件參數(shù)及其型號 2 5 1 平移液壓系統(tǒng)閥件參數(shù)及其型號 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大流量 來選用液壓閥的型號 溢流閥 按照泵的最大流量進(jìn)行選用 控制閥的流量一般需要比實(shí)際流量大些 經(jīng)上面計(jì)算 平移液壓系統(tǒng)最大工作壓力為 4 6Mpa 最大流量 57 89L min 所以選擇閥件型號 比例換向閥 型號 34BY 10G 額定流量 85L min 最高使用壓力 8Mpa 液控單向閥 型號 CP T 04 額定流量 75L min 最高使用壓力 10Mpa 溢流閥 型號 Y D10B 推薦流量 63L min 調(diào)壓范圍 1 0 10Mpa 壓力表 型號 YXC 150 測壓范圍 0 10Mpa 過濾器 型號 WU 63 180 過濾精度 180um 流量 63L min 2 5 2 升降液壓系統(tǒng)閥件參數(shù)及其型號 經(jīng)上面計(jì)算 升降液壓系統(tǒng)最大工作壓力為 20 6Mpa 最大流量 183 12L min 所以選擇閥件型號 比例換向閥 型號 34BY 25G 最大流量 250L min 最高使用壓力 31 5Mpa 液控單向閥 型號 CP G 10 額定流量 300L min 最高使用壓力 25Mpa 溢流閥 型號 YF L B F 32H4 推薦流量 200L min 調(diào)壓范圍 16 31 5Mpa 壓力表 型號 YXC 150 測壓范圍 0 25Mpa 過濾器 型號 WU 250 180 過濾精度 180um 流量 250L min 2 6 液壓油管道的選擇 2 6 1 油管的選用 液壓系統(tǒng)中 常用的油管有鋼管 銅管 耐油橡膠管和塑料管 其特點(diǎn)和適用范 圍 10 15 鋼冷拔無縫鋼管 適用壓力為 25 32Mpa 它耐高溫 高壓 剛性好 不易 彎曲 紫銅管用于壓力小于 10Mpa 黃銅管用于可承受較強(qiáng)壓力 25Mpa 紫銅管抗震能 力弱 易氧化 是貴重材料 盡量少用 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 橡膠管用于連接有相對運(yùn)動的液壓件 由耐油橡膠夾以 1 3 層鋼絲編織網(wǎng)或鋼絲 纏繞而成 層數(shù)越多 耐壓越高 特點(diǎn)是裝拆方便 能吸收液壓沖擊 但是價(jià)格貴 壽命短 塑料管用于回油路或者泄油路 耐壓 0 5Mpa 其特點(diǎn)是裝拆方便 價(jià)廉 但是只 能用于低壓 不耐高溫 根據(jù)以上綜合考慮 選取油管為無縫鋼管和塑料管 2 6 2 液壓油管管徑的確定 根據(jù)流經(jīng)管內(nèi)的流量確定管子的內(nèi)徑 d 2 4 Q v Q 流過管道的流量 v 管道中許可的流速 根據(jù) 液壓傳動系統(tǒng) P168 表 7 7 可知 裝有過濾器的吸油管路許可流速范圍 0 5 1 5m s 液壓系統(tǒng)壓油管道許可流速范圍 3 5m s 液壓系統(tǒng)回油管道許可流速范圍 2 3m s 取吸油管路流速 1m s 壓油管道流速 4m s 回油管道流速 2 5m s 平移液壓系統(tǒng)通過最大流量為 57 89L min 升降液壓系統(tǒng)通過最大流量為 183 12L min 根據(jù) d 2 4 Q v 所以 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管道內(nèi)徑 取平移吸油管路 d 35mm 外徑 D 40mm 取平移壓油管路 d 18mm 外徑 D 23mm 取平移回油管路 d 26mm 外徑 D 32mm 取升降吸油管路 d 66mm 外徑 D 75mm 取升降壓油管路 d 32mm 外徑 D 37mm 取升降回油管路 d 40mm 外徑 D 50mm 2 6 3 液壓油管管壁厚的驗(yàn)算 管道壁厚 的驗(yàn)算 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 p17 5Mpa 時(shí) 取 n 4 平移 pd 2 4 6Mpa 0 018m 2 590Mpa 8 0 56mm 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 升降 pd 2 21 6Mpa 0 032m 2 590Mpa 4 2 35mm 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 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 2 7 液壓油管道的選擇 2 7 1 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 Q V0 油箱容量 單位為 L Q 液壓泵總額定流量 單位為 l min 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 其數(shù)值取值如下 低壓系統(tǒng) 2 4 中高壓系統(tǒng) 5 10 平移液壓系統(tǒng)液壓泵最大流量為 57 89L min 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 4 所以 平移液壓系統(tǒng)油箱有效容積 V0 Q 4 57 89 0 24m3 2 7 2 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 183 12L min 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 6 所以 升降液壓系統(tǒng)油箱有效容積 V0 Q 6 183 12 1 1m3 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 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 3 1 液壓系統(tǒng)壓力損失計(jì)算 3 1 1 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 57 89L min 油液的運(yùn)動粘度 r 65 mm s 運(yùn)動 油液密度 0 9174 10 3kg m3 先判斷流動狀態(tài) 由雷諾數(shù) V 4Q d 2 4 57 89 10 3 0 018 2 60 3 8 s Re Vd r 3 8 0 018 6 5 10 5 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) 2000 所以油在油管 中流動狀態(tài)為層流狀態(tài) 所以對于圓管層流 其沿程阻力系數(shù) 64 Re 64 1052 0 06 根據(jù)達(dá)西公式 Hf Lv 2 2gd 0 06 1 3 82 2 9 8 0 018 2 5m p1 gh 0 9174 10 3 9 8 2 5 0 02Mpa 管路的局部壓力損失 p2 很小 常按照 p2 0 1 p1 計(jì)算得 p2 0 002Mpa 各個(gè)閥件的壓力損失查樣表可得 液控單向閥為 0 2Mpa 電液換向閥為 0 3Mpa 所以 平移液壓系統(tǒng)的壓力損失為 p p1 p2 p3 0 02 0 002 0 2 0 3 0 522Mpa 因?yàn)?0 522Mpa 0 6 Mpa 表明系統(tǒng)按照當(dāng)初壓力來計(jì)算符合驗(yàn)算情況 3 1 2 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 183 12L min 油液 的運(yùn)動粘度 r 65 mm s 運(yùn)動油液密度 0 9174 10 3kg m3 先判斷流動狀態(tài) 由雷諾數(shù) V 4Q d 2 4 183 12 10 3 0 032 2 60 3 8m s Re Vd r 3 8 0 032 6 5 10 5 1870 步進(jìn)式加熱爐同步頂升液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 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) 2000 所以油在油管 中流動狀態(tài)為層流狀態(tài) 所以對于圓管層流 其沿程阻力系數(shù) 64 Re 64 1870 0 035 根據(jù)達(dá)西公式 Hf Lv 2 2gd 0 035 1 3 82 2 9 8 0 032 0 8m p1 gh 0 9174 10 3 9 8 0 8 0 008Mpa 管路的局部壓力損失 p2 很小 常按照 p2 0 1 p1 計(jì)算得 p2 0 0008Mpa 各個(gè)閥件的壓力損失查樣表可得 液控單向閥為 0 2Mpa 電液換向閥為 0 3Mpa 所以 升降液壓系統(tǒng)的壓力損失為 p p1 p2 p3 0 008 0 0008 0 2 0 3 0 5088Mpa 因?yàn)?0 5088Mpa 0 6 Mpa 表明系統(tǒng)按照當(dāng)初壓力來計(jì)算符合驗(yàn)算情況 3 2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 液壓傳動系統(tǒng)工作時(shí)除執(zhí)行器驅(qū)動外負(fù)載輸出的有效功率外 其余全部以熱量形