步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)含5張CAD圖

步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)含5張CAD圖,步進(jìn),加熱爐,液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì),CAD 設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) Ⅰ、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) Ⅱ、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容（從專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用、論文框架的設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)資料的收集和應(yīng)用、觀點(diǎn)創(chuàng)新等方面詳細(xì)說(shuō)明）： 1.查閱相關(guān)資料，了解步進(jìn)式加熱爐的工藝特點(diǎn)和動(dòng)作要求。 2.設(shè)計(jì)步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)原理圖 3.進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定油缸參數(shù)、系統(tǒng)壓力、流量參數(shù)、選擇液壓元件型號(hào)，以及液壓泵和電機(jī)型號(hào)。 4.設(shè)計(jì)液壓泵站、油箱、控制閥臺(tái)、閥塊 5.繪制設(shè)計(jì)圖紙：液壓泵站裝配圖、控制閥臺(tái)裝配圖、油泵電機(jī)裝配圖，油箱零件圖、閥塊零件圖、其他零件圖、液壓系統(tǒng)原理圖。 6.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7.提交畢業(yè)設(shè)計(jì)資料，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯材料（PPT）等。 Ⅲ、進(jìn)度安排： 2014年10月20日～2013年11月9日（3周）：選擇題目，收集材料，聯(lián)系落實(shí)畢業(yè)實(shí)習(xí)單位，填寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)； 2014年11月10日～2013年12月7日（4周）：布置任務(wù)，明確目標(biāo)、制定計(jì)劃，確定初步畢業(yè)設(shè)計(jì)方案； 2014年12月8日～2015年1月4日（4周）：深化初步方案，結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)加深對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案的認(rèn)識(shí)； 2015年1月5日～2015年1月16日（2周）：學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步完善； 2015年1月17日～2015年3月1日（6周）：繼續(xù)前期工作； 2015年3月2日～2015年5月17日（11周）：學(xué)生全部返校，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖，編制畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作任務(wù)（2015年3月30日～2015年4月5日接受學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)期中檢查）； 2015年5月18日～2015年5月31日（2周）：畢業(yè)成果預(yù)提交、修改、評(píng)閱、答辯。 Ⅳ、主要參考資料： 1.冶金液壓系統(tǒng)100例 2.液壓工程手冊(cè) 第二版 3.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（機(jī)械零件篇、液壓氣動(dòng)篇） 4.液壓元件產(chǎn)品樣本 5.網(wǎng)絡(luò)查詢資料 指導(dǎo)教師：（簽名： ）， 年 月 日 學(xué)生姓名：（簽名： ），專(zhuān)業(yè)年級(jí)： 系負(fù)責(zé)人審核意見(jiàn)（從選題是否符合專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、是否結(jié)合科研或工程實(shí)際、綜合訓(xùn)練程度、內(nèi)容難度及工作量等方面加以審核）： 專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人簽字： ， 年 月 日 步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 步進(jìn)式加熱爐是一種靠爐底或水冷金屬梁的上升、前進(jìn)、下降、后退的動(dòng)作把料坯一步一步地移送前進(jìn)的連續(xù)加熱爐。廣泛應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、機(jī)械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域。 本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)步進(jìn)梁加熱爐的液壓系統(tǒng)，采用普通液壓閥，由于在以一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中，要求能適應(yīng)不同的負(fù)載變化和鋼坯運(yùn)動(dòng)速度，要通過(guò)控制系統(tǒng)的流量來(lái)滿足這些要求。為了保證步進(jìn)梁下降時(shí)平穩(wěn)下降，在回路上采用了平衡閥，保證了其平穩(wěn)下降。為了實(shí)現(xiàn)鋼坯在出現(xiàn)故障的時(shí)候能夠在任意位置停止，系統(tǒng)加入了液壓鎖緊裝置，以免出現(xiàn)系統(tǒng)失控。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)式加熱爐；普通液壓閥；鎖緊 Abstract Step by step heating furnace use the beam at the bottom of the furnace of the cool steel beam to rise，to go ahead，to come down，to go back.It is widely used in the petroleum，chemical，metalllurgy，machinery，heat treatment，surface treatment，building materials，electronic，materials，light industry，chemical，pharmaceutical and other industries. The design in mainly to design the hydraulic proportioning system for the walking beam type furnace.,In this design,the normal hydraulic valve will be used.As we know the speed of the beam will change at the reason of the change of the load in a circle,so we must change the flow of hydraulic actuating cylinder.In order to ensure an steady decline when the walking beam goes down.,the balance valve is been used to ensure its steady decline.As the same time,we use locking acuipement to fasting the beam at any location in case of malfunction. Keyword:Walking beam type furnace;The normal hydraulic valve;Locking acuipement II 目錄 摘要 I Abstract II 第一章緒論 1 1.1加熱爐的概述 1 1.2加熱爐的背景及工藝 1 1.3步進(jìn)式加熱爐的起源與發(fā)展 1 1.4連續(xù)加熱爐 2 1.4.1連續(xù)加熱爐的分類(lèi) 3 1.5步進(jìn)式加熱爐爐門(mén)升降液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) 3 第二章設(shè)計(jì)任務(wù) 4 2.1設(shè)計(jì)題目 4 2.2主要技術(shù)參數(shù)及要求 4 2.3設(shè)計(jì)方案 4 2.4擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 5 第三章液壓系統(tǒng)的計(jì)算與選型 7 3.1系統(tǒng)工作壓力的確定 7 3.2執(zhí)行元件的計(jì)算與選型 7 3.2.1升降液壓缸 7 3.2.2水平液壓缸 10 3.3執(zhí)行元件的速度 11 3.4執(zhí)行元件流量的計(jì)算 13 3.4.1升降液壓缸 13 3.4.2水平液壓缸 13 3.5繪制液壓系統(tǒng)工況圖 13 3.5.1流量循環(huán)圖 13 3.5.2壓力循環(huán)圖 14 3.5.3功率循環(huán)圖 15 第四章液壓元件的選擇和專(zhuān)用件的設(shè)計(jì) 17 4.1液壓泵的選擇 17 4.1.1確定液壓泵的最大工作壓力PP 17 4.1.2確定液壓泵的流量QP 17 4.2電動(dòng)機(jī)的選擇 18 4.3液壓閥的選擇 18 4.3.1升降液壓缸 19 4.3.2水平液壓缸 20 4.4液壓輔件的設(shè)計(jì) 21 4.4.1空氣濾清器 21 4.4.2液位計(jì)的選擇 21 4.4.3管接頭的選擇 21 4.5液壓系統(tǒng)的計(jì)算與選型 22 4.5.1油箱的選擇 22 4.5.2濾油器的選擇 24 4.5.3系統(tǒng)溫升的計(jì)算 24 4.6管道的選擇 27 4.6.1管道內(nèi)徑的計(jì)算 27 4.7液壓油的選擇 29 4.7.1液壓油的選擇 30 4.7.2液壓油的要求 30 4.7.3選擇液壓油的依據(jù) 30 第五章液壓系統(tǒng)性能運(yùn)算 32 5.1液壓系統(tǒng)壓力損失 32 5.1.1升降缸回路壓力損失 33 5.1.2水平缸回路壓力損失 34 第六章液壓站的設(shè)計(jì) 36 6.1液壓站的概述 36 6.1.1液壓站 36 6.1.2液壓站的工作原理 36 6.2液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 36 6.3液壓疊加回路的設(shè)計(jì) 38 6.3.1液壓集成塊的特點(diǎn) 39 6.3.2液壓集成塊的作用 39 6.3.3液壓集成回路的設(shè)計(jì) 39 6.3.4液壓集成塊的設(shè)計(jì)步驟 40 6.3.5液壓集成塊設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 40 6.4液壓系統(tǒng)的安裝 41 6.5管路的安裝和清洗 42 6.6液壓系統(tǒng)的維護(hù) 43 致謝 44 參考文獻(xiàn) 45 IV XXXX 第一章緒論 1.1加熱爐的概述 步進(jìn)式加熱爐是一種靠爐底或水冷金屬梁的上升、前進(jìn)、下降、后退的動(dòng)作使毛坯前進(jìn)的連續(xù)加熱爐。已近廣泛的在石油、化工、冶金、機(jī)械、熱處理、表面處理、建材、材料、輕工、等這些行業(yè)應(yīng)用。 1.2加熱爐的背景及工藝 加熱爐分為步進(jìn)底式爐和步進(jìn)梁式爐。在軋鋼中所使用的加熱爐的步進(jìn)梁一般是由水冷管組成。步進(jìn)梁式加熱爐可對(duì)料坯實(shí)現(xiàn)上下雙面加熱。 和推鋼式爐相比，它自身的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)料靈活，必要時(shí)可將爐料全部排出爐外；料坯在爐底或梁上有間隔地?cái)[開(kāi)，能較快地均勻加熱；這樣完全消除了推鋼式爐的拱鋼和粘鋼故障，從而使?fàn)t的長(zhǎng)度不受這些因素的限制。 改進(jìn)的步進(jìn)式加熱爐，屬于冶金行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備，它包括爐體，爐體的側(cè)墻由內(nèi)向外分別是低水泥料層、隔熱磚層、硅酸鋁纖維氈隔熱層，爐體分為預(yù)熱段、加熱段、均熱段，加熱段的兩面?zhèn)葔ι显O(shè)置調(diào)焰燒嘴，均熱段的上加熱段設(shè)置平焰燒嘴，均熱段的下加熱段設(shè)置調(diào)焰燒嘴，調(diào)焰燒嘴的煤氣和空氣的混合氣管道上設(shè)置電磁閥和調(diào)節(jié)閥，平焰燒嘴的煤氣和空氣的混合氣管道上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，空氣總管道和煤氣總管道設(shè)置在爐頂。 爐門(mén)是軋鋼加熱爐的重要設(shè)備。大型步進(jìn)式加熱爐的爐門(mén)，以前采用主減速機(jī)加平衡配重的機(jī)械傳動(dòng)方案，這種方案無(wú)法調(diào)節(jié)爐門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉的速度，停位時(shí)沖擊較大，而且設(shè)備投資也較多。所以設(shè)計(jì)了一種針對(duì)大型爐門(mén)升降驅(qū)動(dòng)的新型液壓回路，采用了液壓平衡回路與緩沖回路，使得爐門(mén)升降速度可以方便的調(diào)節(jié)，減少了設(shè)備停住時(shí)的沖擊，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 1.3步進(jìn)式加熱爐的起源與發(fā)展 步進(jìn)式加熱爐是機(jī)械化爐底加熱爐中使用較為廣泛的一種，是取代推鋼式加熱爐的主要爐型。 20世紀(jì)60年代中期，已近開(kāi)始使用步進(jìn)式加熱爐了。這種爐子已存在多年，因受耐熱鋼使用溫度的限制，開(kāi)始只用在溫度較低的地方，適用范圍有一定的局限性。隨著軋鋼工業(yè)的發(fā)展，對(duì)加熱產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、自動(dòng)化和機(jī)械化操作計(jì)算機(jī)控制等方面的日益提高，在生產(chǎn)中要求在產(chǎn)量和加熱時(shí)間上有更大的靈活性，這就要求與之相適應(yīng)的爐子機(jī)構(gòu)也應(yīng)具有很大的靈活性，以適應(yīng)生產(chǎn)的需要。傳統(tǒng)的推鋼式加熱爐已難于滿足要求。與傳統(tǒng)的推鋼式加熱爐相比，步進(jìn)式加熱爐具有加熱質(zhì)量好、熱工控制與易操作、勞動(dòng)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)，特別是爐子長(zhǎng)度不受推鋼長(zhǎng)度的限制，可以提高爐子的容量和產(chǎn)量，更適應(yīng)當(dāng)代軋機(jī)向大型化、高速化與現(xiàn)代化發(fā)展的需要。 步進(jìn)式加熱20世紀(jì)70年代初，由于工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)燃料價(jià)格便宜，這一時(shí)期連續(xù)加熱爐主要是大型化和強(qiáng)化加熱，建造了許多產(chǎn)量達(dá)200～300t/h以上的爐子。這一時(shí)期加熱爐爐型結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了步進(jìn)式加熱爐,有效地改善了推鋼爐鋼坯水冷黑印和表面劃傷的缺陷。加熱爐還實(shí)現(xiàn)了快速加熱,用高溫高速燃?xì)庵苯訃姷脚髁媳砻?，加?qiáng)對(duì)流換熱，達(dá)到快速加熱的目的。同時(shí)加熱爐汽化冷卻的使用，使得爐底水管結(jié)構(gòu)冷卻強(qiáng)度減少，水的消耗量銳減，產(chǎn)生的蒸汽可用于生產(chǎn)和生活。各加熱爐水冷卻損失減少到15%以下。 經(jīng)過(guò)改造后的步進(jìn)爐結(jié)構(gòu)，采用了步進(jìn)床耐火材料爐底或水冷步進(jìn)梁的措施，已能應(yīng)用于高溫加熱。目前，合金鋼的板坯、方坯、管坯甚至鋼錠等軋制前的加熱已有不少采用步進(jìn)爐加熱，使用效果較好。它的爐長(zhǎng)不受推鋼比的限制，大型步進(jìn)爐生產(chǎn)率高達(dá)420萬(wàn)噸/年 爐的爐底基本由活動(dòng)部分和固定部分構(gòu)成。按其構(gòu)造不同又有步進(jìn)梁式、步進(jìn)底式和步進(jìn)梁、底組合式加熱爐之分。一般坯料斷面大于(120×120)mm2多采用步進(jìn)梁式加熱爐，鋼坯斷面小于(100×100)mm2多采用步進(jìn)底式加熱爐 1.4連續(xù)加熱爐 連續(xù)式加熱爐包括所有的連續(xù)運(yùn)料的加熱爐，如推鋼式爐、步進(jìn)式爐、輸送帶式爐（鏈?zhǔn)綘t）、輥底式爐、分室式快速加熱爐等。 我們通常習(xí)慣上稱(chēng)呼的連續(xù)式加熱爐，大多是指由推鋼機(jī)運(yùn)料的推鋼式連續(xù)加熱爐和后來(lái)發(fā)展的由步進(jìn)梁或步進(jìn)底運(yùn)料的步進(jìn)式連續(xù)加熱爐。 1.4.1連續(xù)加熱爐的分類(lèi) 連續(xù)加熱爐是多種多樣的。大致可按下列特征分類(lèi)： (1)按運(yùn)料方式分類(lèi)(推鋼式、步進(jìn)式、其他類(lèi)型機(jī)械化爐底加熱爐)； (2)按燃料種類(lèi)、燃燒方法和預(yù)熱情況分類(lèi)(燃煤、燃油、燃煤氣的，使用各種類(lèi)型燃燒器的，無(wú)預(yù)熱、換熱式的、蓄熱式的)； (3)按供熱制度和爐型分類(lèi)(二段式、三段式、四段式、……順流式、反向供熱式)； (4)按有無(wú)下加熱分類(lèi)(單面加熱和雙面加熱的)； (5)按爐內(nèi)料坯排數(shù)分類(lèi)(單排的、雙排的、三排的)； (6)按出料方式分類(lèi)(端出料、側(cè)出料)； (7)按燒嘴布置分類(lèi)(端供熱(軸流式)、側(cè)供熱、頂供熱)； (8)按加熱金屬品種分類(lèi)(如加熱矩形或圓形斷面的料坯或鋼錠的，加熱普碳鋼或合金鋼的)。 以上是按照爐子的基本特征分類(lèi)的。爐子的設(shè)計(jì)方案如何確定，首先需要對(duì)上述的分類(lèi)特征加以選擇。 1.5步進(jìn)式加熱爐爐門(mén)升降液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) 通過(guò)對(duì)爐門(mén)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，與機(jī)械傳動(dòng)方案相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.液壓系統(tǒng)采用了緩沖回路，可以使?fàn)t門(mén)開(kāi)啟，關(guān)閉的速度調(diào)節(jié)到更快，而運(yùn)行業(yè)更平穩(wěn)。也可以爐子的加熱效率得到提高，并改善了板坯加熱質(zhì)量。 2.省略了機(jī)械傳動(dòng)中的龐大的減速機(jī)和配重，主設(shè)備液壓油缸安裝在地坪上，從而降低了安裝難度與安裝時(shí)間。 3.相比機(jī)械傳動(dòng)方案來(lái)說(shuō)，節(jié)約了大量的設(shè)備采購(gòu)成本。 目前，已經(jīng)將這種爐門(mén)升降驅(qū)動(dòng)液壓回路運(yùn)用到熱軋線板坯步進(jìn)式加熱爐工程實(shí)踐之中，已近收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 第二章設(shè)計(jì)任務(wù) 2.1設(shè)計(jì)題目 步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.2主要技術(shù)參數(shù)及要求 1.加熱爐橫移部件重量10T，升降部件重量10T，坯料重量40T； 2.步進(jìn)梁垂直位移500mm，水平位移800mm； 3.液壓系統(tǒng)最高工作壓力不超過(guò)20MPa；最大工作周期為80s，最小工作周期為20s。 2.3設(shè)計(jì)方案 本次主要是設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)。要求這個(gè)液壓系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，工作平穩(wěn)，能夠在一定范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，在步進(jìn)梁式加熱爐里，鋼坯移動(dòng)是通過(guò)固定梁和載有鋼坯的移動(dòng)梁進(jìn)行的。步進(jìn)梁的一個(gè)工作循環(huán)分為上升，前進(jìn)，下降，后退四個(gè)動(dòng)作。在步進(jìn)梁的水平運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)過(guò)程都是先加速運(yùn)動(dòng)，后做勻速運(yùn)動(dòng)，最后做減速運(yùn)動(dòng)，速度減為0，然后轉(zhuǎn)換到下一個(gè)運(yùn)動(dòng)。在步進(jìn)梁的運(yùn)動(dòng)中，我們始終要保證其平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，要控制進(jìn)入或流出液壓缸的流量。為了達(dá)到上面的工作要求，采用以下方案。 1.壓力的選定要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求,并考慮到壓力損失，初步選定液壓系統(tǒng)的工作壓力不能超過(guò)20MPa，由于系統(tǒng)的工作壓力應(yīng)比最高工作壓力低10%-20%,所以系統(tǒng)選用的實(shí)際工作壓力為16MPa。采用兩個(gè)升降液壓缸來(lái)完成步進(jìn)梁的垂直運(yùn)動(dòng)，采用單向節(jié)流閥進(jìn)行回油調(diào)速，從而保證了升降液壓缸的速度平穩(wěn)，同時(shí)采用了平衡閥，以保證液壓缸在下降時(shí)平穩(wěn)下落。 2.水平運(yùn)動(dòng)采用用一個(gè)水平液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用了普通差裝閥組成壓力補(bǔ)償回路，這樣有效防止了步進(jìn)梁前移時(shí)產(chǎn)生的慣性沖級(jí)，起到了緩沖作用。 3.在快速運(yùn)動(dòng)的液壓機(jī)械或系統(tǒng)需要大流量時(shí)，為了節(jié)省能源，通常采用多泵供油或?qū)⑿钅芷髯鳛檩o動(dòng)力源供油。為解決大流量的供油問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了用三位無(wú)通換向閥組成的差動(dòng)回路，成功的滿足了步進(jìn)梁下降所需的大流量。 .以上液壓缸的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)都要用一供一備的變量液壓泵來(lái)提供壓力油。 2.4擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 本次主要是設(shè)計(jì)步進(jìn)梁加熱爐液壓系統(tǒng)。因?yàn)橐簤合到y(tǒng)要實(shí)現(xiàn)工作平穩(wěn)，過(guò)載保護(hù)，無(wú)級(jí)調(diào)速等要求。如今的加熱爐從直推式到步進(jìn)式，在步進(jìn)梁加熱爐控制和動(dòng)作方面采用液壓系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)踐中。 其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求更安全、更可靠，而且要求能夠平穩(wěn)、準(zhǔn)確地完成步進(jìn)梁加熱爐的一系列動(dòng)作。 步進(jìn)梁式加熱爐液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)任務(wù)的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)原理圖，在經(jīng)過(guò)了相應(yīng)的計(jì)算來(lái)參數(shù)，然后按照參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在步進(jìn)式加熱爐中，鋼坯的移動(dòng)是通過(guò)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)是由升降機(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(duì)于水平梁作上升、前進(jìn)、下降、后退四個(gè)動(dòng)作并構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。為了達(dá)到步進(jìn)梁的動(dòng)梁能平穩(wěn)地加速啟動(dòng)，減速停止即在動(dòng)梁上升或下降到與靜梁持平時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度較慢，以便輕抬或輕放鋼坯，防止沖擊；當(dāng)上升到最高點(diǎn)時(shí)要減速，平移時(shí)運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，防止鋼坯產(chǎn)生晃動(dòng)，因此要控制步進(jìn)的運(yùn)行速度，根據(jù)液壓原理就是要控制液壓油缸的運(yùn)動(dòng)速度，即控制進(jìn)入或流出液壓缸的液體流量。 （1）為了滿足實(shí)際步進(jìn)式加熱爐的性能要求，本次設(shè)計(jì)采用兩個(gè)升降液壓缸來(lái)完成步進(jìn)梁的垂直運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的回油進(jìn)行調(diào)速，進(jìn)而控制升降液壓缸的速度，以滿足動(dòng)梁的加速啟動(dòng)和減速停止。為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)梁在升降過(guò)程中的任意位置停止，在液壓系統(tǒng)中添加液壓鎖裝置，這樣步進(jìn)梁的上升和下降動(dòng)作就可以實(shí)現(xiàn)。 （2）步進(jìn)梁在進(jìn)行對(duì)鋼坯前進(jìn)過(guò)程中，以及最后退回運(yùn)動(dòng)，需要采用一個(gè)水平液壓缸來(lái)完成，由于前進(jìn)過(guò)程中需要將鋼坯前移，而在后退過(guò)程中，需自行后退，所需的負(fù)載不同，因此速度就不同，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)前進(jìn)和后退不同速度的要求，可以對(duì)回路采用節(jié)流調(diào)速，由于油路流量較大以及對(duì)控制精度的要求較高，所以采用了三位四通電液比例換向閥進(jìn)行比例控制。 （3）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能分析，考慮到加熱爐在不同工作階段的負(fù)載不同，從節(jié)省能量、減少發(fā)熱方面綜合考慮，泵源系統(tǒng)應(yīng)選用雙泵供油或變量泵供油。 以上所有動(dòng)作一供一備的變量液壓泵來(lái)提供壓力油，回油冷卻，并且回油過(guò)濾。最后把所選擇的液壓回路組合起來(lái)，便可構(gòu)成圖2.1所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 圖2.1步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)原理圖 第三章液壓系統(tǒng)的計(jì)算與選型 3.1系統(tǒng)工作壓力的確定 在選定系統(tǒng)工作壓力時(shí)要考慮壓力的損失，初步選定液壓系統(tǒng)的工作壓力不能超過(guò)20MPa，由于系統(tǒng)工作壓力應(yīng)比最高工作壓力低10%-20%,故系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力為16MPa。 3.2執(zhí)行元件的計(jì)算與選型 升降液壓缸分為上升和下降兩個(gè)動(dòng)作，采用兩個(gè)升降液壓缸完成，要完成液壓缸的選取，先要計(jì)算其負(fù)載。 3.2.1升降液壓缸 圖3.1升降液壓缸 由上圖[2]可知： （3.1） 由（3.1）式可得： （3.2） 式中P1------液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力 P2------液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確確定，根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.1所示: 表3.1執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值 當(dāng)中高壓系統(tǒng)＞8～16MPa，其背壓P2（MPa）比中低壓系統(tǒng)高50％～100％，其中，中、低壓系統(tǒng)背壓范圍為0.5～1.5MPa，即取P2為2MPa。 d/D-----活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3-3[2]所示： 表3.2 活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比 如圖所示：按液壓缸工作壓力選取d/D,取d/D=0.7. F-------工作循環(huán)中最大的外負(fù)載。 ------液壓缸密封處摩擦力，它的準(zhǔn)確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率進(jìn)行估算 （3.3） 式中-----液壓缸的機(jī)械效率，一般=0.9～0.97，這里取=0.95。 外負(fù)載F=50×103×9.8=490000N 由于由兩個(gè)液壓缸同時(shí)作用，所以單個(gè)液壓缸的負(fù)載為外負(fù)載的一半。 所以F=245000N,代入（3.2）式 d=0.7D=107.14mm。 根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.3所示： 表3.3液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB234B-80） 將D圓整到160mm，查表3.4 表3.4活塞桿直徑系列（GB2348-80） 將d圓整到110mm。 液壓缸的工作行程的確定：液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2-6液壓缸活塞行程參數(shù)系列（GB2349-80）106得升降缸的垂直位移是500mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，采用升降缸的型號(hào)為：ZQ-160/110X630 3.2.2水平液壓缸 其中外負(fù)載F=50×103×9.8×0.1=49000N 取P1=16MPa,P2=2Mpa,=0.95,d/D=0.7 代入（3.2）式得 d=0.7D=46.4mm 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表2-4，液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80）D圓整到80mm，d圓整到56mm 由于水平缸的水平位移為800mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，采用水平缸的型號(hào)為 ZQ-80/56X1000 3.3執(zhí)行元件的速度 由于設(shè)計(jì)任務(wù)要求的工作循環(huán)周期在20s到80s之間，并且每個(gè)工況執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)速度大有不同，其系統(tǒng)工況圖如圖3.3(a)、(b)、(c)、(d)所示 圖3.2（a）上升速度曲線 圖3.2（b）前移速度曲線 圖3.2（c）下降速度曲線 圖3.2（d）后退速度曲線 步進(jìn)梁在每個(gè)運(yùn)動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，都是先加速后勻速，然后減速，由于為了便于分析，且加減速度的過(guò)程時(shí)間較短，可以按平均速度計(jì)算。由四個(gè)階段速度曲線圖，可以算出每個(gè)階段的平均速度如下： 上升速度：V上=50mm/s 下降速度：V下=62.5mm/s 前進(jìn)速度：V前=80mm/s 后退速度:V后=100mm/s 運(yùn)動(dòng)周期：T=10s+10s+8s+8s=36s 3.4執(zhí)行元件流量的計(jì)算 3.4.1升降液壓缸 運(yùn)動(dòng)周期基本參數(shù)D=160mm，d=110mm，V上=50mm/s，V下=62.5mm/s 上升時(shí)進(jìn)入升降缸的流量： 下降時(shí)進(jìn)入升降缸的流量： 3.4.2水平液壓缸 基本參數(shù)D=80mm，d=56mm，V前=100mm/s，V后=200mm/s 前進(jìn)時(shí)進(jìn)入水平缸的流量： 后退時(shí)進(jìn)入水平缸的流量 由于升降缸是由兩個(gè)液壓缸同時(shí)作用，所以其流量是兩個(gè)液壓缸的流量之和。 3.5繪制液壓系統(tǒng)工況圖 3.5.1流量循環(huán)圖 圖3.3系統(tǒng)流量循環(huán)圖 3.5.2壓力循環(huán)圖 （1）升降缸實(shí)際工作壓力計(jì)算 基本參數(shù)D=160mm，d=110mm，P2=2Mpa,F=245000N,ηcm=0.95, 由公式（3.1）和（3.3）可得： 當(dāng)步進(jìn)梁上升時(shí)升降液壓缸實(shí)際工作壓力為P1=12.83Mpa； 當(dāng)步進(jìn)梁下降時(shí)由于液壓缸是通過(guò)自身重力下降，所以它的工作壓力為0。 （2）水平缸實(shí)際工作壓力計(jì)算 基本參數(shù)D=80mm，d=56mm，P2=2Mpa，F(xiàn)=49000N，ηcm=0.95 由公式（3.1）和（3.3）可得 當(dāng)步進(jìn)梁前進(jìn)時(shí)水平液壓缸實(shí)際工作壓力為P1=11.28MPa； 由公式和（4.3） 可得：當(dāng)步進(jìn)梁后退時(shí)水平液壓缸的實(shí)際工作壓力P1=24.08MPa； 系統(tǒng)的壓力循環(huán)圖如下： 圖3.4系統(tǒng)壓力循環(huán)圖 3.5.3功率循環(huán)圖 由于功率N=PQ （3.4） 所以步進(jìn)梁上升時(shí)所需的功率： N=12.83Mpa×2×60.32L/min=25.80Kw； 步進(jìn)梁下降時(shí)所需的功率N=0； 步進(jìn)梁前進(jìn)時(shí)所需的功率N=11.28Mpa×24.13L/min=4.54Kw； 步進(jìn)梁后退時(shí)所需的功率N=24.08 Mpa×26.86L/min=10.78Kw 所以功率循環(huán)圖如下： 圖3.5系統(tǒng)功率循環(huán)圖 第四章液壓元件的選擇和專(zhuān)用件的設(shè)計(jì) 4.1液壓泵的選擇 液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，它的功能是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液壓能，并向系統(tǒng)提供一定壓力和流量的油液，因此液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。 4.1.1確定液壓泵的最大工作壓力PP （4.1） 式中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(jiǎn)單，流速不大的，取∑△p=（0.2～0.5）Mpa；管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)速閥的，取∑△p=（0.5～1.5）Mpa，這里取1.2Mpa。 由于上述計(jì)算的最大壓力P1=24.08Mpa，所以根據(jù)式4.1可得： PP=P1+∑△p=24.08MPa+1.2MPa=25.28MPa。 4.1.2確定液壓泵的流量QP 多液壓缸同時(shí)工作時(shí)，根據(jù)公式，液壓泵的輸出流量應(yīng)為 QP≥K（∑Qmax） （4.2） 式中K-----系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1～1.3，這里取1.2； ∑Qmax—同時(shí)動(dòng)作的液壓缸的最大總流量，可從（Q-t）圖上查得。對(duì)于在工作過(guò)程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3/s。 根據(jù)式[5]4.2計(jì)算： Qmax=120.64L/min，QP≥1.2×（120.64+0.05×60）=148.37L/min。 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)品樣本或手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。 參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷表17-5-39，選取CY14-1B型號(hào)軸向柱塞泵，它的作用是通過(guò)柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，密封工作容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油排油的，具有泄露小，容積效率高，可以在高壓下工作。查表17-5-4，選取的柱塞泵為160CCY14-1B系列軸向柱塞泵，其性能參數(shù)如下所示： 排量：160ml/r，轉(zhuǎn)速：1000r/min驅(qū)動(dòng)功率為94.5KW，容積效率為0.92，額定壓力為32MPa，額定流量為160L/min。 4.2電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)是機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置，在選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)時(shí)，需根據(jù)液壓泵壓力和功率進(jìn)行選擇。 由于在工作循環(huán)中，液壓泵的壓力和流量比較大，即（Q-t），（P-t）曲線起伏較大，所以首先必須計(jì)算出各個(gè)動(dòng)作階段內(nèi)所需功率，驅(qū)動(dòng)功率取其平均功率 （4.3） 式中t1，t2…tn-----一個(gè)循環(huán)內(nèi)每一動(dòng)作階段內(nèi)所需要的時(shí)間（s）； N1，N2…Nn----一個(gè)循環(huán)內(nèi)每一動(dòng)作階段內(nèi)所需要的功率（W）。 其中N1=25.80KW,N2=4.54KW,N3=0,N4=10.78KW t1=10s,t2=10s,t3=8s,t4=8s 代入上式得Nper=14.71KW。 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第3版表[3]12-1，Y系列電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)，應(yīng)選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y200L1-2，此種電機(jī)的參數(shù)為：額定功率P額=30KW，轉(zhuǎn)速n=2950r/min，最大額定轉(zhuǎn)矩為2.2，效率η=0.9。 4.3液壓閥的選擇 閥的選擇首先是根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件，溢流閥的作用是使系統(tǒng)中多余的油液通過(guò)該閥溢出，從而維持其進(jìn)口壓力近于恒定的壓力控制閥。在液壓系統(tǒng)中，這種閥有多種功能，可以防止液壓系統(tǒng)過(guò)載，用作作制動(dòng)閥，還可以對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行緩沖、制動(dòng)、作背壓閥等，要根據(jù)通過(guò)液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要滿足系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量應(yīng)該滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最低穩(wěn)定速度的要求?？刂崎y地流量通常要選的比實(shí)際通過(guò)的流量大一些。 4.3.1升降液壓缸 下圖為升降液壓缸原理圖： 圖4.1升降回路液壓原理圖 根據(jù)以上計(jì)算得，上升時(shí)的流量為120.64L/min，下降時(shí)的流量為79.52L/min； 電磁換向閥：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，選取4WEH16J/6EG24K4系列三位四通電磁換向閥一個(gè)。 定差減壓閥：選取型號(hào)為DR10DP型減壓閥。 雙單向節(jié)流閥：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，選取Z2FS16-3X/SV系列雙單向節(jié)流閥2個(gè)。（它用于限制一個(gè)或兩個(gè)工作油口的主油流量或先導(dǎo)油流量。彼此對(duì)稱(chēng)排列的兩個(gè)單向節(jié)流閥可以限制一個(gè)方向上的流量，同時(shí)允許相反方向上的自由回流） 平衡閥：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，選取FD16PB10平衡閥（該閥主要用于重型機(jī)械的液壓系統(tǒng)，使液壓缸或液壓馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度不受載荷變化的影響，保持穩(wěn)定。它附加的單向閥功能，可防止管路損壞或制動(dòng)失靈時(shí)重物自由降落，以避免事故，具有自鎖功能） 4.3.2水平液壓缸 下圖為水平液壓缸原理圖 圖4.2水平回路原理圖 根據(jù)以上計(jì)算得，水平液壓缸前進(jìn)時(shí)的流量為24.13L/min，水平液壓缸后退時(shí)的流量為26.86L/min。 電磁換向閥：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，選取5-WE10J3X/CG24K4/V系列三位四通電磁換向閥，1個(gè)。 雙單向節(jié)流閥：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，選取Z2FS10-5-3X/V 系列雙單向節(jié)流閥，2個(gè)。 定差減壓閥：DR10DP 其他閥的選擇： 電磁溢流閥：查閱《力士樂(lè)液壓樣本》，選取DBW10A12-50電磁溢流閥[1]。 單向閥：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，選取S30A3O單向閥。 4.4液壓輔件的設(shè)計(jì) 4.4.1空氣濾清器 液壓系統(tǒng)的大部分故障是因?yàn)橛鸵罕晃廴径斐傻?，因此要保持工作油液的清潔?？諝鉃V清器的作用是讓油箱與大氣相通，保證液壓泵的自吸能力，既能濾除空氣中的灰塵雜物，也可以做加油口。在液壓系統(tǒng)中，凈化工作油液相當(dāng)重要?？諝鉃V清器能保持油箱內(nèi)油液的清潔，既可以防止贓物顆粒從外部進(jìn)入油箱，又可以延長(zhǎng)油液及元件的工作周期和使用壽命，這樣系統(tǒng)才能正常工作。液壓系統(tǒng)工作時(shí)空氣濾清器還能保持油箱內(nèi)的壓力和大氣壓力平衡，避免了泵可能出現(xiàn)的空穴現(xiàn)象。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，選擇型號(hào)為QUQ2型空氣濾清器。 4.4.2液位計(jì)的選擇 液位計(jì)可以檢測(cè)液面高度，所以它的窗口尺寸需要滿足對(duì)最高和最低液位的觀察。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，根據(jù)實(shí)際要求，選擇YWZ-150型液位計(jì)，這種液位計(jì)普遍應(yīng)用于石油，化工等行業(yè)，適用于腐蝕性介質(zhì)，從低溫到高溫，從真空到高壓等領(lǐng)域，測(cè)量帶壓或敞口容器內(nèi)液體的液位或界位。主要的作用是各類(lèi)儲(chǔ)罐的液位測(cè)量。該種液位儀特點(diǎn)是精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便。 4.4.3管接頭的選擇 管接頭是管道與管道和其他元件之間的可拆卸連接件，它需要滿足連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、裝配方便、工藝性能好這些要求。管接頭的密封性能是影響系統(tǒng)外泄漏的重要原因。在液壓系統(tǒng)中，外徑大于50mm的金屬管一般采用法蘭連接；對(duì)于小直徑的油管可用管接頭連接。在步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，表20-10-127，選擇焊接式管接頭，這種管接頭是利用接管與管子焊接，接頭體和接管之間用O型密封圈端面密封。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性能好。它的工作壓力可達(dá)31.5MPa，工作的溫度范圍為25～80℃，主要應(yīng)用于以油為介質(zhì)的管路系統(tǒng)中。 4.5液壓系統(tǒng)的計(jì)算與選型 4.5.1油箱的選擇 油箱的作用主要是儲(chǔ)油。此外油箱有一定的表面積，便于散發(fā)油液工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。還可以沉淀油液中的污物，溢出滲入油液中的空氣，有時(shí)還提供了液壓元件和閥塊的安裝平臺(tái) 油箱的外形一般采用矩形，如果容量大于2m3的油箱，采用圓筒形結(jié)構(gòu)比較合理，設(shè)備重量輕，油箱內(nèi)部壓力可達(dá)0.05MPa。油箱也要有足夠的剛度，大容量，這樣才能保證系統(tǒng)工作時(shí)有一定的液面高度。 液壓泵的吸油管與系統(tǒng)回油管管口之間的距離應(yīng)盡量遠(yuǎn)些，并且都應(yīng)該是插在最低油面之下。吸油口管應(yīng)采用的鏈接方式應(yīng)容易將過(guò)濾器從油箱內(nèi)取出的，過(guò)濾器的安裝位置要在油面以下較深的部位，距離油箱地面不得小于50mm，這是因?yàn)橛拖涞撞坑谐恋砦?，安裝太低時(shí)容易把雜質(zhì)吸入泵內(nèi)。 油箱中需要設(shè)置隔板將吸回油管隔開(kāi)，讓油液循環(huán)流動(dòng)，分離回油帶進(jìn)來(lái)的氣泡和雜質(zhì)，便于散熱和沉淀。 油箱的有效容量一般為泵每分鐘流量的3～7倍。對(duì)于移動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，冷卻效果比較好的設(shè)備，油箱的容量可選擇小些；對(duì)于固定的設(shè)備，空間，面積不受限制的設(shè)備，則應(yīng)采用較大容量。 在對(duì)油箱容量的確定過(guò)程中，在進(jìn)行初始計(jì)算時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式（4.4）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。經(jīng)驗(yàn)公式為： V=aQV m3 （4.4） 式中：a---經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可參見(jiàn)表4.1 QV---液壓泵每分鐘排出壓力油的容積m3 表4.1經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a 系統(tǒng)類(lèi)型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金機(jī)械 a 1-2 2-4 5-7 6-12 10 根據(jù)表4.1得： a=10 按液壓泵的最大排量計(jì)算每分鐘排出的壓力容積 QV=160L=0.16m3 由公式（4.4）得： V=aQV=10×0.16=1.6m3 故可取油箱的容量為1800L，所以采用矩形油箱。如圖4.3所示： 圖4.3矩形油箱 4.5.2濾油器的選擇 液壓系統(tǒng)所使用的油液包含有各種各樣雜質(zhì)。這些雜質(zhì)可能會(huì)引起運(yùn)動(dòng)零件表面劃傷，加速零件的磨損，使壽命降低，此外這些雜質(zhì)還會(huì)堵塞節(jié)流口和阻尼孔等縫隙，引起滑閥卡死等，造成工作部件的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定、動(dòng)作失調(diào)等這些故障。嚴(yán)重的還會(huì)使液壓系統(tǒng)停止工作。因此保持油液的清潔，對(duì)油液進(jìn)行過(guò)濾是十分必要的。 濾油器的過(guò)濾精度用過(guò)濾掉的雜質(zhì)的顆粒大小來(lái)表示，一般可分粗濾油器，普通濾油器，精濾油器及特精濾油器四種。它們分別能濾掉的顆粒公稱(chēng)尺寸為： 100um為粗濾油器、10-100um為普通濾油器、5-10um為精濾油器、1-5um為特精濾油器。 液壓系統(tǒng)中所要求的油液過(guò)濾精度是雜質(zhì)的顆粒尺寸小于液壓元件運(yùn)動(dòng)表面間隙。這樣就可以避免雜質(zhì)顆粒使運(yùn)動(dòng)件卡主或者急劇磨損，此外，雜質(zhì)的顆粒尺寸應(yīng)該小于液壓系統(tǒng)中節(jié)流空或縫隙的最小間隙，這樣才能避免造成堵塞。 對(duì)于選擇濾油器，應(yīng)當(dāng)按照以下特點(diǎn)選取。 （1）有足夠的過(guò)濾精度，能阻擋一定大小的雜質(zhì)。 （2）通油性能好。 （3）過(guò)濾材料應(yīng)有一定的機(jī)械強(qiáng)度，不致因受油的壓力而損壞。 （4）在一定的溫度下，應(yīng)有良好的抗腐蝕性和足夠的壽命。 （5）清洗維修方便，容易更換過(guò)濾材料。 此外，對(duì)油的過(guò)濾精度的要求與系統(tǒng)的壓力有關(guān)。 查閱《液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)》(電子版)，回油路上的過(guò)濾器選用SRFA-180×10FC回油過(guò)濾器，過(guò)濾精度為10 um，系統(tǒng)流量為160L/min，濾油器通油能力為180L/min，滿足系統(tǒng)要求。 4.5.3系統(tǒng)溫升的計(jì)算 系統(tǒng)在工作時(shí)，有壓力損失、容積損失和機(jī)械損失，這些損失所消耗的能量大部分轉(zhuǎn)化為熱能。液壓系統(tǒng)中，系統(tǒng)發(fā)熱使油溫升高，是油液的粘度下降、油液變質(zhì)的主要原因。液壓系統(tǒng)的發(fā)熱主要來(lái)自液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失、管道的壓力損失以及溢流閥的溢油損失等。管道的發(fā)熱較少，散熱面積也較少，一般可忽略不計(jì)。因此，我們必須通過(guò)驗(yàn)算，使其滿足系統(tǒng)工作的要求。當(dāng)油箱散熱不足并且要使油溫保持在允許范圍之內(nèi)時(shí)，就需要在系統(tǒng)中設(shè)置冷卻器。冷卻可用水冷，也可采用風(fēng)冷，它結(jié)構(gòu)形式有多種。對(duì)冷卻器性能的主要要求是： （1）要有足夠的散熱面積，以保持油溫在允許范圍之內(nèi)。 （2）油通過(guò)冷卻器時(shí)，壓力損失要小。 （3）在系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，容易控制油液保持恒定的溫度。 （4）要有足夠的強(qiáng)度。 （5）散熱效率要高。 （6）結(jié)構(gòu)力求緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕。 冷卻器的選擇依據(jù)： （1）系統(tǒng)的技術(shù)要求。（2）系統(tǒng)的環(huán)境。（3）安裝條件。（4）經(jīng)濟(jì)性。（5）可靠性及壽命要求。 溫升的計(jì)算 （1）散熱面積的計(jì)算 冷卻器的計(jì)算主要根據(jù)熱交換量確定散熱面積和冷卻水量 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版表17-8-108所示： 熱平衡方程式：H2=H-H1 （4.50） 式中：H=PP-Pc=PP（1-ηpηcηm） （4.51） 式中： （4.52） 液壓系統(tǒng)在一個(gè)動(dòng)作循環(huán)內(nèi)的平均發(fā)熱量： （4.53） 當(dāng)液壓系統(tǒng)處于長(zhǎng)期連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)，為了不使系統(tǒng)溫升增加，必須使系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量全部散發(fā)出去，即H2=H 冷卻器的散熱面積計(jì)算公式[5]： （4.54） 式中 （4.55） H------系統(tǒng)的發(fā)熱功率，W PP------油泵的總輸入功率，W ηp--------油泵的效率 ηm--------液壓執(zhí)行元件的效率，對(duì)液壓缸一般按0.95計(jì)算 ηc--------液壓回路效率 ∑p1q1----各液壓執(zhí)行元件工作壓力和輸入流量乘積總和 ∑ppqp----各油泵供油壓力和輸出流量乘積總和 T------循環(huán)周期，s H1------油箱散熱功率，W H2------冷卻器的散熱功率，W △tm—油和水之間的平均溫差，K t1-----液壓油進(jìn)口溫度，K t2-----液壓油出口溫度，K ----冷卻水進(jìn)口溫度，K ----冷卻水出口溫度，K k------傳熱系數(shù)，單位為W/(㎡.℃)。 當(dāng)周?chē)L(fēng)很差時(shí)，K=810；當(dāng)周?chē)L(fēng)良好時(shí)，K=14~20；當(dāng)用風(fēng)扇冷卻時(shí)K=2025；當(dāng)用循環(huán)水強(qiáng)制冷卻時(shí)K=110175。 當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量H等于其散發(fā)出去的熱量H1時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，這時(shí)有 已知參數(shù)PP=25Kw,ηp=0.9，ηm=0.95,ηc=0.9，T=45,求得系統(tǒng)的發(fā)熱量H=PP（1-ηpηcηm）=25Kw×（1-0.9×0.95×0.9）=5.76Kw 同時(shí)由于在前面已經(jīng)初步計(jì)算求得油箱的有效容積為1.8m3，一般油面的高度為油箱高h(yuǎn)的0.8倍，與油直接接觸的表面算全散熱表面，與油不直接接觸的表面算是半散熱面。 按V=0.8abh求得油箱的各邊之積，abh=1.8/0.8=2.25m3，取油箱的長(zhǎng)度a=1.5m， 油箱的寬b=1.5m，高度h=1m。 油箱的散熱面積為：A=1.8h（a+b）+1.5ab=8.8m2 因此：算得=5760/(20×8.8)=32.73 oC 因?yàn)槌Ｓ脵C(jī)械的允許溫升為：一般工作機(jī)械；工程機(jī)械；數(shù)控機(jī)床，所以該系統(tǒng)滿足溫升條件，無(wú)需加冷卻器。 4.6管道的選擇 在液壓傳動(dòng)中常用的管道有鋼管，銅管，橡膠軟管以及尼龍管等。 鋼管的具有耐高壓、變形小、耐油性、抗腐蝕性這些特點(diǎn)，而且價(jià)格低，裝配時(shí)不易彎曲，裝配后能很長(zhǎng)時(shí)間保持原形。常常在拆裝方便處用作壓力管道。 紫銅管的具有容易彎曲成形，安裝方便，其內(nèi)壁光滑，摩擦阻力小的這些好的特性，但同時(shí)耐壓低，抗振動(dòng)能力弱，容易使油液氧化，而且銅的價(jià)格較貴，。通常只限于用作儀表等小直徑油管。紫銅管一般在中低壓液壓系統(tǒng)中采用。 尼龍管用在低壓系統(tǒng)，塑料管一般只做回油管用。 橡膠軟管具有可繞性、吸振動(dòng)性和消聲性這些優(yōu)良特性。裝接方便，能減輕液壓系統(tǒng)的沖擊，但價(jià)格貴，壽命低。 由于本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)屬于高壓系統(tǒng)，所以考慮用鋼管。而對(duì)于聯(lián)接兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的管路則需要橡膠軟管聯(lián)接。軟管有高壓和低壓兩種，壓力較高的油路中采用以鋼絲編織或鋼絲纏繞為骨架的高壓軟管，壓力較低的回油路中則采用采用以麻線或棉線編織體為骨架的軟管。 4.6.1管道內(nèi)徑的計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版），表17-8-1管路參數(shù)計(jì)算 (4.56) 式中Q------通過(guò)管道內(nèi)的流量（L/min） V------管內(nèi)允許流速（m/s），見(jiàn)下表： 表4.2管道與流速的選擇 管道 推薦流速 液壓泵吸油管道 0.5~2，一般常取1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 2.5~6，壓力高，管道短，粘度小取最大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5~3 短管道及局部收縮處 5~10 泄油管道 0~1 1泵出口吸油管路 由于液壓泵的最大流量為160L/min，所以吸油管路的流量Q=160L/min，由于泵的出口是軟管連接，依據(jù)上表，取流速v=1m/s，，代入公式（4.56）得 =58.3mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）表6-4鋼管標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑外徑壁厚系列，如下圖所示： 即可選取吸油管路公稱(chēng)通徑為DN=65mm，鋼管外徑為75mm，壁厚為8mm。 2壓力管路 （1）泵聯(lián)接段流量Q=160L/min×0.9=144L/min，根據(jù)上表，取流速v=5m/s,代入 公式，得d=24.72mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版），如表6-4所示： 選取吸油管路公稱(chēng)通徑DN=32mm，外徑為42mm，由于系統(tǒng)的公稱(chēng)壓力≤25MPa，即管子的壁厚為5mm。 （2）升降液壓缸回路流量Q=120.64L/min，根據(jù)上表，取流速v=4m/s，代入公式（5.16）得d=25.30mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版），表6-4所示： 選取吸油管路公稱(chēng)通徑DN=32mm，外徑為42mm，壁厚為5mm。 （3）水平液壓缸回路流量Q=26.86L/min，根據(jù)上表，取流速v=4m/s，代入公式（4.56）得d=11.94mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版），表6-4： 選取吸油管路公稱(chēng)通徑DN=25mm，外徑為34mm，壁厚為4.5mm。 3吸油管路 由于系統(tǒng)的最大流量為160L/min，取v=3m/s,代入公式 得：d=33.66mm。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版），如下表4.3所示： 選取吸油管路公稱(chēng)通徑為DN=40mm，外徑為50mm，壁厚為5.5mm。 表4.3鋼管標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑外徑壁厚系列 4.7液壓油的選擇 液壓油是液壓傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的工作介質(zhì)，又是被液壓元件的潤(rùn)滑劑。液壓傳動(dòng)及控制系統(tǒng)影響著工作的可靠性、耐久性和工作性能。因此，我們需要掌握液壓油的性質(zhì)，以便正確選用。 4.7.1液壓油的選擇 液壓傳動(dòng)及控制系統(tǒng)所采用的液壓油可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為礦物質(zhì)，一類(lèi)為不燃或難燃性油系。礦物油系液壓油的主要成分是石油，在油液中加入了各類(lèi)添加劑（抗氧、耐高溫等）精致而成，根據(jù)它的性質(zhì)和使用場(chǎng)所的不同，礦物油系液壓油有多種牌號(hào)（如20號(hào)機(jī)械油、30號(hào)汽輪機(jī)油等）。礦物系液壓油的具有潤(rùn)滑性好，腐蝕性小，化學(xué)安定性這些好的特點(diǎn)，被大多數(shù)機(jī)械液壓系統(tǒng)所采用。 不燃或難燃性液壓油系中分水基液壓油和合成性液壓油兩種。水基液壓油的主要成分是水，其中加入了某些防銹、潤(rùn)滑等添加劑。水基液壓油價(jià)格低，不怕火；其缺點(diǎn)是潤(rùn)滑性能差，腐蝕性大且適用范圍小，所以只在液壓機(jī)上使用。合成液壓油是由多種磷酸酯和（正三丁磷酸酯）和添加劑化學(xué)方法組合而成，國(guó)內(nèi)已研制成功4611、4602—1等多種品種，其特點(diǎn)是潤(rùn)滑性較好、凝固點(diǎn)低、防火性能好等。 4.7.2液壓油的要求 1.粘度要適當(dāng)；2.粘溫性好；3.防銹性好；4.抗氧化性好；5.抗乳化性好；6.抗泡沫性好；7.潤(rùn)滑性能好；8.凝固點(diǎn)低；9.閃點(diǎn)要高，以免發(fā)生火災(zāi)；10.含有盡量少的機(jī)械雜質(zhì)，如瀝青、灰分等。 4.7.3選擇液壓油的依據(jù) 1.選擇液壓油的主要依據(jù) 在對(duì)液壓油的要求中，最重要的是粘度。它是保證液壓系統(tǒng)正常工作的必要條件。因此，選擇液壓油的主要依據(jù)是粘度。確定粘度要考慮的主要因素是： （1）周?chē)h(huán)境溫度高，應(yīng)選用高粘度的油，相反則采用低粘度的油；寒冷地帶宜采用低凝點(diǎn)低粘度的油。 （2）系統(tǒng)壓力高時(shí)，用高粘度的油，相反則用低粘度的有。 （3）液壓執(zhí)行元件速度較低時(shí)采用高粘度的油，相反則用低粘度的油。 （4）某些泵，閥產(chǎn)品規(guī)定了使用液壓油的粘度，應(yīng)按其規(guī)定使用。 2.綜合考慮其他因素 （1）由最低使用溫度，可確定低流動(dòng)點(diǎn)和粘度指數(shù)。 （2）由最高使用溫度，可確定粘度指數(shù)。 （3）有火災(zāi)危險(xiǎn)時(shí)，宜采用抗燃或不燃性油。 （4）使用加熱器時(shí)，宜采用抗氧化性好的油。 （5）環(huán)境污染嚴(yán)重時(shí)，采用廉價(jià)常更換的油。 （6）漏油較多時(shí)，采用廉價(jià)常更換的油。 （7）無(wú)法保養(yǎng)保管場(chǎng)所，宜采用壽命長(zhǎng)穩(wěn)定性好的油。 （8）水分可能混入系統(tǒng)時(shí)，宜采用抗乳化性好的油。 根據(jù)以上幾點(diǎn)考慮，本設(shè)計(jì)中選用磷酸酯液壓油。 第五章液壓系統(tǒng)性能運(yùn)算 為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的優(yōu)劣，在擬定和繪制出液壓系統(tǒng)原理圖后，需要進(jìn)行液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算，一般包括壓力損失和溫升等性能驗(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(duì)實(shí)際情況對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液壓回路各段壓力損失，容積損失和系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。 5.1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，閥類(lèi)元件的局部損失△P3，總的壓力損失，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）表17-1-18[5]得： △P=△P1+△P2+△P3 （5.1） （5.2） （5.3） 式中l(wèi)-------管道的長(zhǎng)度（m）； d-------管道內(nèi)徑（m）； v-------管內(nèi)液流平均速度（m/s）； ρ-------液壓油密度（kg/m3）； λ-----------延程阻力系數(shù)； ζ------------局部阻力系數(shù)。 Λ，ζ的具體值可參考流體力學(xué)相關(guān)內(nèi)容。 （5.4） 式中Qn-----閥的額定流量(m3/s); Q------通過(guò)閥的實(shí)際流量（m3/s）； △Pn----閥的額定壓力損失（Pa）（可從產(chǎn)品樣本中查到） 5.1.1升降缸回路壓力損失 1沿程壓力損失 由于升降回路選取的管路公稱(chēng)通徑為40mm，且通過(guò)升降管路的最大流量為 120.64L/min，依據(jù)公式，求得其實(shí)際流速為V=1.14m/s，取管路長(zhǎng)度為30mm，油液的運(yùn)動(dòng)粘度為v=46mm2/s 因?yàn)镽e=Vd/ν, 故：Re==991.3 式中：d--------管道內(nèi)徑（m）; V--------管道內(nèi)實(shí)際流速（m/s） ν--------油液運(yùn)動(dòng)粘度(mm2/s) Re-------雷諾數(shù) 將上述參數(shù)代入得Re=991.3<2300，故由表17-1-19可以查出，管中油液流動(dòng)狀態(tài)為層流，其表中圓管的沿程阻力系數(shù)λ的計(jì)算公式為：λ=64/Re=64/991.3=0.0646 故=0.041MPa 2局部壓力損失 局部壓力損失包括通過(guò)管路中折管和管接頭等處的管路局部損失壓力△P2以及通過(guò)控制閥的局部壓力損失△P3。其中管路局部壓力損失相對(duì)來(lái)說(shuō)小的多，故主要計(jì)算通過(guò)控制閥的局部壓力損失。此油路的流量為120.64L/min。 由原理圖可知，由泵出口到升降回路進(jìn)油口，依次經(jīng)過(guò)單向閥，定差減壓閥，三位四通電磁換向閥，或門(mén)梭閥，單向節(jié)流閥，F(xiàn)D平衡閥。 單向閥S30A3O：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的特性曲線可知，當(dāng)流量為120.64L/min時(shí)，其壓降為0.8MPa。 定差減壓閥：查《力士樂(lè)樣本》中特性曲線可知，當(dāng)流量為120.64L/min時(shí)，其壓降為0.5MPa。 三位四通電磁換向閥4WEH16J7/6EG24K4，查《力士樂(lè)樣本》中特性曲線可知，當(dāng)流量為120.64L/min時(shí)，其壓降為0.6MPa。 或門(mén)梭閥：查《力士樂(lè)樣本》中特性曲線可知，當(dāng)流量為120.64L/min時(shí)，其壓降為0.5MPa。 單向節(jié)流閥Z2FS16-3X/SV，查《力士樂(lè)樣本》中特性曲線可知，當(dāng)流量為120.64L/min時(shí)，其壓降為0.6MPa。 FD平衡閥：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中特性曲線可知，當(dāng)流量為120.64L/min時(shí)，其壓降為0.7MPa。 所以升降回路上通過(guò)各閥的局部壓力損失之和為： △P3=0.8MPa+0.5MPa+0.6MPa+0.5MPa+2×0.6MPa+2×0.5MPa=4.6MPa 故升降回路上壓力損失總和為 △P=△P1+△P3=0.041MPa+4.6MPa=4.641MPa 由于升降液壓缸實(shí)際最高工作壓力12.83MPa，所以在升降液壓缸工作時(shí)，泵的實(shí)際工作壓力為P=12.83MPa+4.641MPa=17.471MPa。由于所選定的液壓泵的額定功率為32MPa，實(shí)際工作壓力小于其額定壓力，所以該泵的選擇是合適的。 5.1.2水平缸回路壓力損失 1沿程壓力損失 水平回路所選擇的管路通徑為32mm，且通過(guò)升降管路的最大流量為26.86L/min， 根據(jù)公式，求得實(shí)際流速V=0.56m/s。取管路的長(zhǎng)度為40m，油液的運(yùn) 動(dòng)粘度為ν=46mm2/s。同理，由Re=Vd/ν求得Re=390<2300，故油液在管中呈層流流動(dòng)狀態(tài)，其延程阻力系數(shù)λ=64/Re=0.164。 依據(jù)公式將上述參數(shù)代入得△P1=0.0