连铸钢包滑动水口液压系统设计-毕业设计(论文)说明书.doc

装订线安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书连铸钢包滑动水口液压系统设计摘 要滑动水口是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制，是连铸机的关键设备之一。钢水包滑动水口液压系统主要为滑动水口的开启与关闭提供动力并实现位置控制。本文主要针对钢包滑动水口的功能、组成、工作特点以及钢铁厂的实际生产要求，设计一款驱动钢包滑动水口的液压系统。主要包括系统的设计与计算以及液压元件的选型、液压集成块的设计、油箱的设计、泵站的设计、系统验算等。该液压系统要使滑动水口能够在一定负载下按给定速度打开与闭合，并能实现点动，以控制水口开度的大小，从而控制钢水流下的速度。此外系统中还设置了蓄能器回路，使系统在泵停止工作时滑动水口仍能立即关闭，防止事故的发生。关键词：连铸；滑动水口；液压系统AbstractSliding gate is the control device of the continuous casting process of molten steel, to accurately adjust the water flow from ladle to tundish, the inflow and outflow of molten steel to achieve balance, so that the continuous casting operation more easy to control, is one of the key equipment of continuous casting machine. The hydraulic system of ladle slide gate is for sliding open and close water power and position control.This paper focuses ladle slide gate function, composition, work characteristics and the actual production of iron and steel plant requirements, design a ladle slide gate drive hydraulic system. Including system design and calculation as well as the selection of hydraulic components, hydraulic manifold design, the design of the tank, pump station design, system checking and so on. The hydraulic system make the sliding gate to a certain load at a given speed of opening and closing, and can achieve jog, to control the size of the outlet opening to control the flow rate of the molten steel. In addition the system also sets the accumulator circuit, allowing the system to stop working when the pump slide gate still closed immediately, to prevent accidents. Keywords: casting; sliding gate; hydraulic system目录第1章 绪 论11.1 国内外连铸发展概论11.2 连铸工艺及设备21.2.1 连铸工艺21.2.2 连铸工艺设备21.3 滑动水口31.3.1 滑动水口的工作原理41.3.2 滑动水口结构41.3.3 滑动水口的故障分析及改进措施51.3.4 国内外滑动水口比较61.4 液压传动与液压系统概述71.4.1 液压系统工作原理71.4.2 液压系统的特点71.5 本课题设计意义及任务8第2章 液压系统方案设计92.1 选择基本回路92.2 确定系统原理图102.3 液压系统工作原理分析11第3章 液压系统分析计算123.1 液压系统的设计步骤及设计要求123.1.1 设计步骤123.1.2 明确设计要求123.2 进行工况分析、确定液压系统的主要参数123.3 液压系统设计要求及参数133.3.1 设计系统的要求133.3.2 设计参数133.4 液压缸的尺寸计算133.4.1 初选系统工作压力133.4.2 液压缸背压选取133.4.3 液压缸杆径比的选取143.4.4 液压缸主要结构尺寸的计算153.5 计算液压缸所需流量和最大工作压力16第4章 液压元件的设计与选型174.1 油泵的计算与选型174.1.1 油泵的计算174.1.2 油泵的选型174.2 电动机的选择184.3 联轴器的选型194.4 液压控制阀的计算与选型194.4.1 压力控制阀204.4.2 方向控制阀214.4.3 流量控制阀234.5 液压辅件的选型234.5.1 过滤器的选择234.5.2 蓄能器的选择244.5.3 压力表开关的选择244.5.4 液位仪表的选择254.5.5 空气滤清器的选择254.6 油箱容量、管道尺寸的设计254.6.1 油箱容量的设计254.6.2 管道尺寸设计26第5章 液压系统性能验算285.1 液压系统压力损失计算285.2 液压系统压力效率285.3 液压系统发热温升计算29第6章 液压集成块和液压站的设计316.1 液压集成块的设计316.2 液压站的设计326.2.1 油箱的结构设计336.2.2 液压泵站的结构设计35第7章 液压系统的安装与维护387.1 液压系统的安装387.1.1 液压站的安装387.1.2 液压阀的安装387.1.3 管路安装397.2 液压系统的维护39结束语40致 谢41参考文献42共 IV 页 第 IV 页第1章 绪 论 1.1 国内外连铸发展概论 国外最早实现全连铸的炼钢车间是前苏联新里别茨克钢铁厂的电炉车间(1979年)。1966年该厂新建了第一转炉车间,并最早开创了连铸与氧气转炉相配合的先例。1972年，该厂又新建了第二转炉车间，并配置了弧形连铸机，使两个转炉车间实现了全连铸，年产量达800万吨。此外,前苏联新 图拉钢铁厂也于70年代实现了全连铸。但是，由于前苏联的炼钢生产一直以平炉为主，氧气转炉炼钢发展迟缓,因此,限制了连铸的发展。70年代以后,日本、德国等工业发达国家后来居上。尤其是日本,60年代后期才从前苏联德国等国家引进连铸技术,接着投入大量人力、物力进行消化、吸收和科研开发,促进了连铸技术的应用和发展。但是,日本在70年代以前,连铸机主要设置在电炉钢厂,以生产小方坯为主,大型钢铁联合企业几乎没有连铸机,因此,连铸比很低,1970年仅为5.6%。70年代后,经过两次能源危机,使连铸技术得到迅速发展。1980年,日本连铸化已增加到59.5%。再经过十年的大发展,到1992年,日本的连铸比已达到95.4%。据1991年统计,日本4家最大的钢铁公司的连铸比都创历史最好水平,其中:新日铁为98.9%,日本钢管98.7%,川崎制铁97.7%,住友金属94.9%,基本买现了全连铸。我国在连铸技术方面起步是比较早的。1957年第一台工业性试验铸机在上钢公司设计建成；次年年底,第一台生产性立式连续铸造机就在重钢三厂投产。60年代后, 中国连铸技术开发与应用曾掀起一股高潮, 突出表现在对弧形连铸技术的开发上。但在80年代以前, 由于缺乏与国外的技术交流,不能及时有效地借鉴国外的先进技术,我国连铸生产技术水平与国外的差距被拉开。80年代中后期,国家对发展连铸技术给予高度重视。1988年召开了第一次全国连铸工作会议,首次提出了发展连铸的生产技术方针,明确了大力发展连铸的战略思想, 成为加速发展连铸的转折点。从1989年起,连铸坯产量的增长成为中国钢产量增长的主要部分。从1994年起,连铸坯产量的增长超过了钢产量增长的绝对量,带动了中国钢产量的迅速增长。1998年中国钢铁工业的连铸比达到67%。常规连续铸造技术在钢铁制造过程中已经全面取代了模铸, 成为占统治地位的材料生产技术。目前,就总的成品钢生产来讲, 世界上大部分国家的连铸比已超过90%。90年代后,连续铸造技术的发展出现了一些新的动向,主要表现在两个方面: 一是开发和完善新的连铸技术; 二是在连铸技术的基础上开发新材料。1.2 连铸工艺及设备1.2.1 连铸工艺 转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。连铸自动化控制主要有连铸机拉坯辊速度控制、结晶器振动频率的控制、定长切割控制等控制技术。图1.1 连铸工艺流程1.2.2 连铸工艺设备 连续铸钢设备必须适应高温钢水由液态变成液-固态，又变成固态的全过程。其间进行着一系列比较复杂的物理化学变化。连续铸钢具有连续性强、工艺难度大和工作条件差等特点。连铸生产对机械设备提出了较高的要求，主要有：应具有抗高温、抗疲劳强度的性能和足够的刚度，制造和安装精度要高，易于维修和快速更换，要有充分的冷却和良好的润滑等。 主体设备主要有：浇铸设备钢包运载设备、钢包回转台、中间包及中间包小车或旋转台、结晶器及振动装置、二次冷却装置、拉矫装置、引锭杆、脱锭与引锭杆存放装置；切割设备火焰切割机与机械剪切机(摆式剪切机、步进式剪切机等)。辅助设备主要有：出坯及精整设备辊道、拉(推)钢机、翻钢机、火焰清理机等；工艺性设备中间包烘烤装置、保护渣供给与结晶润滑装置等；自动控制与测量仪表结晶器被面测量与显示系统、过程控制计算机、测温、测重、测长、测速、测压等仪表系统。 钢包回转台是在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇铸的设备。由底座、回转臂、驱动装置、回转支撑、事故驱动控制系统、润滑系统和锚固件6部分组成。钢包回转台是连铸机的关键设备之一，起着连接上下两道工序的重要作用。钢包回转台的回转情况基本上包括两侧无钢包、单侧有钢包、两侧有钢包三种情况，单个钢包重量已超过140吨。无论在何种情况下，都要保证钢包回转台旋转平稳，定位准确，起停时要尽可能减小对机械部分的冲击，为减少中间包液面波动和温降，要缩短旋转时间。 中间包是短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。中间包是连铸机钢水包和结晶器之间钢水过渡的装置，用来稳定钢流，减小钢流对坯壳的冲刷，以利于非金属夹杂物上浮，从而提高铸坯质量。中间包是由钢板焊结的壳体，其内衬有隔热层；永久层和工作层，近年来为提高中间包使用寿命，在工作层上喷涂一层1030mm厚的碱性耐火材料涂层。为了钢水保温，在上部设置有中间包盖。中间包容量一般取钢包容量的20%40%，为了多炉连浇，中间包容量还必须大于更换钢包期间浇注的钢水量。中间包钢水深度为6001000mm。中间包形状有长方形、三角形等。 在连续铸造、真空吸铸、单向结晶等铸造方法中，使铸件成形并迅速凝固结晶的特种金属铸型。结晶器是连铸机的核心设备之一，直接关系到连铸坯的质量。 在连铸工艺中，连铸机拉坯辊速度控制是连铸机的三大关键技术之一，拉坯速度控制水平直接影响连铸坯的产量和质量，而拉坯辊电机驱动装置的性能又在其中发挥着重要作用。 电磁搅拌器的实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢水的运动。具体地说，搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯的钢水内，就在其中感应起电流，该感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，从而能推动钢水运动。 1.3 滑动水口 滑动水口是安装在钢包底部的装置，一千多度的钢水，就是经过它进入中间包或激振器内，滑动水口可以随时开闭，起到控制钢温、调节钢流的作用，保护着钢包下面的设备和操作人员的安全。从塞棒式控制钢流开始，逐步开始发展到装在包外的滑动水口机构，从刚性机构发展到稳定的弹性机构，安全性答复提高。现在，国内各大钢厂越来越多地使用先进的滑动水口，但大多数是进口的，国产化程度还有待提高。1.3.1 滑动水口的工作原理所谓滑动水口,就是利用安装在钢包底部铁壳外面的两块用耐火材料制成的平板(上面的称上滑板,下面的称下滑板),并依靠机械的力量把两块板靠紧,达到近乎没有间隙的程度。通过外部的驱动力量,移动下滑板,使上、下滑板产生平行位移,由于上、下滑板上都有同样大小的注孔,且上滑板注孔连接上水口砖,直通钢包内钢水,下滑板注孔连接下水口砖。当上、下注口在移动中重合时,钢包内钢水,可通过上水口砖、上滑板、下滑板、下水口砖流出,进行浇注作业。当上、下注孔错开时,则注口关闭,浇注作业停止。由于滑板的移动是和水口连接在一起进行的,所以称之为滑动水口。1.3.2 滑动水口结构（1）耐火材料部分以福州中钢公司使用的GZHS50-120为例,如图1所示,由座砖、上水口座、上滑板、下滑板、下水口砖组成。图1.2 滑动水口的耐材部分（2）配套机构部分为把上述耐材部分固定安装在钢包底部,因而需要配套机构,如图1.3所示。固定框架:装上滑板用,固定在钢包上。滑动框架:装下滑板用,用来平行位移。开闭框架:连接固定框架,托起滑动框架,施加面压,安装下水口砖。下水口顶座:托起下水口砖,将下水口砖与下滑板顶紧。防热罩、防溅板:防止钢水飞溅和热辐射。传动机构:连接杆、传动臂,把油缸的垂直动力转为水平动力,推动下滑板移动。冷却机构:由风冷管道组成,通过冷风降低机构的温度,对弹簧进行冷却,防止变形。驱动机构:由电动缸或油缸组成。图1.3 滑动水口的配套机构示意1.3.3 滑动水口的故障分析及改进措施以唐山钢铁公司为例由于唐山钢铁公司一炼钢厂原用滑动水口系统存在一定缺陷，导致滑动机构使用的可靠性不强，且浇钢用滑板砖仅使用一次。这不但增加了工人的劳动强度及周转钢包数量，而且不利于钢包温度的提高，同时也造成浇钢系统耐火材料消耗较高。鉴于此，通过采取改进钢包滑动机构，调整滑板孔径和提高滑板质量等措施，解决了滑板面使用一次后即出现拉钢的现象以及时常出现的滑板刺钢事故， 实现了钢包滑板连用。（1）滑动水口系统存在的问题： 滑板孔径一炼钢供小方坯用钢包滑板直径 50 mm，因直径较大，在浇钢过程中需多次开关滑板。使用后的滑板侵蚀较严重，滑板面间出现拉钢现象，不能满足连用要求。 滑板材质随着品种钢量的增加和钢水质量的提高，钢水冶炼过程中需添加各种合金进行处理，导致钢水中 Ca、M n和钢渣中Cao、MnO含量增加。使用铝碳或铝锆碳滑板浇铸这些钢种时，滑板铸孔边缘部位的熔损很明显，呈现很深的/马蹄形熔损。 滑动机构一炼钢厂滑动机构采用的是FLK机构，使用气体弹簧。其特点是可能会突然失效， 因此，每次使用后要冷却试压再使用。如果连用，一旦失效就会发生刺钢事故，其可靠性较低。（2）改进措施： 滑板的孔径根据理论计算，决定将滑板孔径由 50mm改为 40 mm和 45 mm，并进行了使用试验。试验证明: 45 mm孔径滑板既能满足通钢量要求，又能满足滑板连用的要求，最终确定方坯用钢包滑板孔径为 45mm。 材质的选择根据一炼钢厂生产的实际情况，结合国内外其他炼钢厂滑板的使用情况，决定对金属 - 氮化物结合的滑板进行试验。该滑板原料以刚玉为骨料，以金属铝粉为基质，添加适宜的添加剂。混合料在适宜的温度下使金属铝熔融并适度氮化烧成。烧成滑板以刚玉为骨架，金属铝形成连续薄膜包裹在颗粒的周围,A1N作为增强体均匀地分散在基体中形成细晶结构，赋予滑板如下特性: 利用A1N的低膨胀系数和优异热导率，提高滑板的抗热震性；生成的A1N微小粒子弥散在基质中，能阻碍位错运动、裂纹扩展，兼有弥散增韧作用；滑板的热态强度几乎与冷态强度接近，远高于铝碳及铝锆碳滑板的。这有利于提高滑板的使用性能，并大大增加了滑板的抗侵蚀能力及抗冲刷能力。 改换滑动机构通过考察国内其他钢厂滑动机构使用情况，一炼钢厂决定用正泰 LSG70- 150A1机构代替 FLK机构。由于一炼钢厂原 FLK机构与正泰 LSG70- 150A1机构液压系统不配套，不能满足 LSG70- 150A1机构要求。为此，特地设计了新的液压缸，使行程及液压站的压强均符合正泰 LSG70- 150A1机构的要求；并且将机构连杆进行了改造，使用刚性连杆替代万向节连杆。改换后的滑动机构，由于正泰 LSG70- 150A1机构板间压力大，滑板结合紧密，可较好地保证使用时的可靠性。1.3.4 国内外滑动水口比较 国内生产的滑动水口虽然品种很多，并且也出口到国外，但并不代表国内水平与国外相接近，二者主要区别在以下几方面: （1）材质不同。由于滑动水口是在400高温下使用，对材质要求很高。而国外生产的钢材比国内的好得多，成份也不一样，我国生产的滑动水口机构，采用国产的普通材质。所以国内的滑动水口使用一段时间后，变形要比国外严重。 （2）加工不同。国内生产基本上用普通机床，完全由人力控制，加工公差由人为因素决定。而国外大多采用先进机床，加工公差由机床本身来控制。目前，温冶公司已购进了数控机床及其它高精度机床，生产出一批高质量的产品，出口美国，获得好评。 （3）毛坯质量不同。国内的毛坯，尤其是铸件毛坯，其热处理工艺、外观质量等比较粗糙。而国外的毛坯质量很高，非加工面及钢板平面较国内平整很多，可以与国内加工过的产品相比拟，而且国内采用的铸造工艺、热处理及工艺也比国外差些，日前在国内许多厂家努力下，国内的毛坯质量有了很大提高。 （4）价格不同。虽然国内的水口质量比国外差，但价格比国外低许多，具有价格优势，因此，能在国外立足。钢铁工业在前进，滑动水口技术也在发展，安全、准确、方便、迅速是滑动水口生产发展的目标。国外的质量较高，而国内生产的水口质量也在不断提高，并出口美国，反映很好，并且市场在逐渐扩大。除了价格上优势外，也证明了产品质量与国外的差距在逐渐缩小。为了尽早赶超国际水平，还要在质量上下功夫，尤其是元器件的质量要提高，这就需要做更多细致的工作。1.4 液压传动与液压系统概述 技术创新对于提高国家、地方和企业的科技竞争力，实现可持续发展具有十分重要的意义。20世纪80年代初，我国开始重视技术创新理论问题的研究，研究范围包括技术创新的模式、机制，技术创新的扩散，产业创新和技术创新经济学，技术创新的区域研究以及有关技术创新的政策、体系等诸多方面。经过20多年的研究，人们已经注意到创新在生产各个方面所起的关键作用，并将创新作为企业、产业和国家竞争获胜的中心环节。随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。1.4.1 液压系统工作原理液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。1.4.2 液压系统的特点 与纯机械和液力传动相比，液压传动的主要优点是其调节的便捷性和布局的灵活性，可根据工程机械的形态和工况的需要，把发动机、驱动轮、工作机构等各部件分别布置在合理的部位，发动机在任一调度转速下工作，传动系统都能发挥出较大的牵引力，而且传动系统在很宽的输出转速范围内仍能保持较高的效率，并能方便地获得各种优化的动力传动特性,以适应各种作业的负荷状态。借助电子技术与液压技术的结合，可以很方便地实现对液压系统的各种调节和控制。而计算机控制的引入和各类传感元件的应用，更极大地扩展了液压元件的工作范围。通过传感器监测工程车辆各种状态参数，经过计算机运算输出控制目标指令，使车辆在整个工作范围内实现自动化控制,机器的燃料经济性、动力性、作业生产率均达到最佳值。因此,采用液压传动可使工程机械易于实现智能化、节能化和环保化,而这已成为当前和未来工程机械的发展趋势。液压传动有其明显的优点但也有他的缺点：液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面很难避免漏油等原因素，同时油液又是可以压缩的，因此使得液压传动不能保证严格的传动比；液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化，液体黏度变化，引起运动特性的变化，使得工作稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作；为了减少漏油，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂；液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便；液压系统发生故障不易检查和排除。由于采用油管传输压力油，距离越长，沿程压力损失越大，故不宜远距离输送动力。1.5 本课题设计意义及任务随着快速高效连铸和二次精炼技术及工艺的发展，滑动水口系统在现代钢铁冶炼过程中变得越来越重要，成为冶炼中不可或缺的条件。因此对滑动水口的可靠性、稳定性和准确性提出了更高要求，而滑动水口由液压系统驱动，从而液压系统的可靠性和各项性能显得尤为重要。实际生产过程中，滑动水口动作比较频繁，当出现紧急情况时，若不能及时关闭滑动水口，就会造成事故的发生。另外为了提高滑动水口系统的自动化水平，在液压系统中设置了自动控制回路。针对以上情况，本课题设计了一款液压系统，为了能满足实际生产需要，故提出了以下要求：（1） 生产状态 能够实现滑动水口的自动控制，包括慢速动作和快速动作。（2） 事故状态 当事故断电或其它紧急情况需要立即停止浇注时，紧急关闭滑动水口，切断钢流，避免事故的发生。（3） 液压驱动系统既可以实现自动控制，必要时又可以实现手动控制，满足不同工况的需要。（4）设计的液压控制系统要求安全可靠、经济实用、操作方便、维护容易、发热及噪声较低，阀块及阀站布局合理、紧凑美观。第2章 液压系统方案设计2.1 选择基本回路（1） 调速回路确定调速回路的选用主要考虑以下问题：执行机构的负载性质、运动速度、速度稳定性等要求：负载小，且工作中负载变化也小的系统可采用节流阀节流调速；在工作中负载变化较大且要求低速稳定性好的系统，宜采用调速阀的节流调速或容积节流调速；负载大、运动速度高、油的温升要求小的系统，宜采用容积调速回路。工作环境要求：处于温度较高的环境下工作，且要求整个液压装置体积小、重量轻的情况，宜采用闭式回路的容积调速。经济性要求：节流调速回路的成本低，功率损失大，效率也低；容积调速回路因变量泵、变量马达的结构较复杂，所以价钱高，但其效率高、功率损失小；而容积节流调速则介于两者之间。综上所述，本系统采用容积节流调速回路。采用压力反馈式变量泵供油，同时用流量控制阀改变流入或流出执行元件的流量来调节速度。（2） 锁紧回路与换向回路的确定锁紧回路可使液压缸活塞在任意位置停止，并防止其停止后窜动。三位四通换向阀中位0型或M型滑阀机能可以使活塞杆在行程范围内任何位置停止，但由于滑阀的泄漏，能保持停止位置不动的性能不高，而本系统涉及安全问题，对锁紧要求较高，因而用泄漏较小的座阀结构液控单向阀作为锁紧元件（即液压锁）。在液压缸两侧油路上串接液控单向阀，换向阀中位时活塞可以在行程的任何位置锁紧。采用换向阀可以使执行元件换向，三位换向阀有中位，不同的中位滑阀机能可使液压系统获得不同的性能。本系统采用三位换向阀实现液压缸的换向，并采用Y型中位机能，因为换向阀中位时希望液控单向阀的控制油路立即失压，单向阀才能关闭，定位锁紧精度高。如图2.1所示。图2.1 用液控单向阀的锁紧回路（3） 蓄能器回路考虑到突然停电的情况，系统中设置了蓄能器回路，使泵停止工作时，滑动水口能够立即关闭，避免事故的发生。如图2.2所示。图2.2 蓄能器回路2.2 确定系统原理图图2.3 液压系统原理图2.3 液压系统工作原理分析（1） 快速和慢速动作回路分析为了便于现场操作，分别设置了快速动作回路和慢速动作回路，满足不同的要求。电磁换向阀11处于中位时，液压缸锁紧。当电磁换向阀11处于左位时，压力油经过电磁换向阀11，液控单向阀10，单向节流阀9，到达液压缸右边，液压缸活塞向左移动，滑动水口打开；同理，当电磁换向阀11处于右位时，液压缸活塞向右移动，滑动水口关闭。通过设置压力继电器，可以实现水口开关的自动控制。如滑动水口完全打开后， 继续进入液压缸有杆腔，压力升高，压力继电器发出信号，电磁换向阀11动作，切换到中位，液压缸锁紧。同理，水口完全关闭时，液压缸无杆腔压力升高，压力继电器发出信号，电磁换向阀动作，切换到中位，保证液压缸锁紧，以免事故的发生。（2） 手动回路分析手动控制和自动控制原理一样，只是没有设置压力继电器，靠手动操作手动换向阀12实现。（3） 事故关闭回路当出现停电紧急情况时，泵停止工作，电磁换向阀11和手动换向阀12均处于中位，电磁换向阀13处于左位，此时由蓄能器8提供压力油，压力油经过电磁换向阀13到达液压缸左腔，推动活塞杆向右快速移动，滑动水口快速关闭，避免事故的发生。第3章 液压系统分析计算3.1 液压系统的设计步骤及设计要求3.1.1 设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤之间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。（1） 确定液压执行元件的形式；（2） 进行工况分析，确定系统的主要参数；（3） 制定基本方案，拟定液压系统的原理图；（4） 原定液压元件；（5） 液压系统的性能演算；（6） 绘制工作图，编制技术文件；3.1.2 明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。（1） 主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；（2） 液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；（3） 液压驱动机构的运动形式，运动速度；（4） 各动作机构的载荷大小及其性质；（5） 对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；（6） 对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；（7） 对效率、成本等方面的要求；（8） 自动化程度、操作控制方式的要求。3.2 进行工况分析、确定液压系统的主要参数通过工况分析，可以看出液压系统执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，确定系统及各执行元件的主要参数提供依据。液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外负载，流量取决于液压执行元件的速度和结构尺寸。3.3 液压系统设计要求及参数3.3.1 设计系统的要求（1）系统可以正常的工作完成所需要的相应的动作；（2）安全可靠、经济实用、操作方便、维护容易；（3）发热及噪声较低、阀块及阀站布局合理；（4）阀块及阀站布局合理、紧凑美观。3.3.2 设计参数 （1）滑动水口液压缸：最大负载200KN，行程250mm （2）滑动水口事故关闭：0.1m/s (3) 滑动水口快速动作：开时速度0.05m/s，关时速度0.04m/s （4）滑动水口慢速动作：开关速度均为0.01m/s3.4 液压缸的尺寸计算3.4.1 初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度来看也不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。具体可以参考下面表格选取：表 3-1 按载荷选择工作压力载荷/KN 50工作压力/Mpa 0.811.522.5334455表 3-2 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械液压机大中型挖掘机磨 床组合机床龙门刨床拉 床工作压力/Mpa0.82352881010182032根据上表可以选择系统压力：3.4.2 液压缸背压选取表3.3 执行元件背压力系统类型背压力/Mpa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短，且直接回油箱可忽略不计根据系统原理图可知回路可选背压：3.4.3 液压缸杆径比的选取 液压缸直径和活塞杆直径的计算要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。具体参考下表进行选取：表 3.4 按工作压力选取工作压力/Mpa5.05.07.07.00.50.550.620.700.7表 3.5 按速比要求确定1.151.251.331.461.6120.30.40.50.550.620.71注：-无杆腔进油时活塞运动速度； -有杆腔进油时活塞运动速度。根据上表可以选择杆径比： 3.4.4 液压缸主要结构尺寸的计算图3.1 液压缸计算简图活塞杆退回时受到外负载作用，如图3.1所示。则有杆腔通压力油时，有杆腔为工作腔。 （3-1）上式：液压缸无杆腔的有效面积； 液压缸有杆腔的有效面积； 外负载 液压缸机械效率，一般取0.90.97，此处取0.95。则有：计算可得：D=0.131m，d=0.4D=0.4x0.131=0.053其中，D和d需要圆整。表3.6 液压缸的缸筒内径尺寸系列（单位:mm）840125(280)1050(140)3201263160(360)1680(180)40020(90)200(450)25100(220)50032(110)250 注：括号内数值为非优先选用者。表3.7 液压缸的缸筒内径尺寸系列(单位：mm)418451102805205012532062256140360825631601028701801232802001436902201640100250 根据上表可得：D=140mm,d=60mm。3.5 计算液压缸所需流量和最大工作压力无杆腔面积： （3-2）有杆腔面积： （3-3）（1） 事故关闭 （2） 液压缸快速动作 （3） 液压缸慢速动作计算实际最大工作压力： (3-4)第4章 液压元件的设计与选型 液压元件主要包括有：油泵，电机，各种控制阀，管路，过滤器等。有液压元件的不同连接组合构成了功能各异的液压回路，下面根据液压控制系统的要求进行液压元件的选择计算。4.1 油泵的计算与选型4.1.1 油泵的计算（1）液压泵工作压力的确定 ， (4-1) 从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才可以进行，初算时可按照经验数据选取：结构简单、流速不大时，取（0.20.5）Mpa;管路复杂，进口有调速阀的，取（0.51.5）Mpa。取。 则，（2）液压泵流量的确定 (4-2)此处，由于事故关闭时间很短而且不会经常发生。为了提高泵的工作效率，取正常工作条件下的最大流量，取。事故关闭所需流量由泵和蓄能器同时提供，满足滑动水口紧急关闭的需要。式中 系统泄漏系数，一般取。则：4.1.2 油泵的选型选用轴向柱塞油泵作为系统的动力源，与齿轮油泵和叶片泵相比它有以下特点：(1)工作压力高 由于密封容积是由缸体中的柱塞孔和柱塞构成，其配合表面质量和尺寸精度容易达到要求，密封性好，结构紧凑，容积效率高。此外，柱塞泵的主要零件在工作中处于受压状态，使零件材料的机械性能达到充分利用，所以零件前度高。基于上述两点，这类泵的工作压力一般为20-40MPa。(2)易于变量 只要改变柱塞行程便可以改变液压泵的流量，并且易于实现单向或双向变量。(3)流量范围大 只