《热轧板推钢机液压课程设计设计》.doc

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液压传动课程设计

课程设计题目：热轧板推钢机液压系统设计
学 生 姓 名：
学 号：
系 别： 机电工程系
专 业 班 级： 机械设计及其自动化（3）班
指导教师姓名及职称： 黄广伟 实验师

摘 要

液压技术是现代制造的基础，它的出现和广泛应用于工业上，极大程度上代替了普通成型加工，全球制造业发生了根本性变化。因此，液压技术的水准、拥有和普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志。本次就是要设计一款热轧推钢机液压系统。液压技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为当代国际间科技竞争的重点。
本书为机械类液压设计说明书，是根据液压设计手册上的设计程序及步骤编写的。本书的主要内容包括：组合机床动力滑块液压缸的设计课题及有关参数；工况分析；液压缸工作压力和流量的确定；液压系统图的拟定；驱动电机及液压元件的选择；设计体会；参考文献等。编写本说明时，力求满足液压缸可以实现行程终点锁紧和满足其他系统要求；详细说明了液压系统的设计方法，以及各种参数的具体计算方法，如压力的计算、各种工况负载的计算、液压元件的规格选取等。

目录
课程设计题目：热轧板推钢机液压系统设计 3
题目：设计热轧推钢机液压系统 3
1. 液压课程设计任务及目的 3
1.1课程设计任务 3
1.2设计目的 3
1.3热轧板推钢机的工作原理 3
2 .方案分析及液压原理图的拟定 5
2.1 液压系统的工作要求 5
2.2负载分析和运动分析 5
2.2.1 确定执行元件的形式 5
2.2.2 进行负载分析和运动分析 6
2.2.3确定液压缸主要参数 7
3.缸盖厚度的确定 13
4.拟定液压系统原理图 14
5.组成液压元件设计 15
5.1液压泵及其驱动电机计算与选定 15
小结 20
参考文献 21

题目：设计热轧推钢机液压系统
1. 液压课程设计任务及目的
1.1课程设计任务
设计热轧推钢机液压系统
1.2设计目的
为了提高热轧推钢机运动平稳性、减小整个装置的结构尺寸及占用空间和重量
1.3热轧板推钢机的工作原理
热轧板推钢机用于向加热炉推进坯料（220mm*1400mm*1700mm）。为了提高运动平稳性、减小整个装置的结构尺寸及占用空间和重量，推钢机采用液压传动。热轧板推钢机主要是由机械装置、液压系统装置等组成。图1-1为推钢机的结构原理简图，该机前后运动采用单个液压缸3驱动，液压缸的活塞杆通过关节轴承、销轴与推头2连接，推头与两个杆5间采用钢性连接，两组导向座4确定了推杆的运动方向，从而保证推头的方向性，以防推钢过程中跑。

图1-1 推钢机的结构原理简图
2 .方案分析及液压原理图的拟定
2.1 液压系统的工作要求
液压机的滑台的上下运动拟采用液压传动，要求通过电液控制实现的工作：快进®工进®快退，最大推力80t,快进的行程100mm，速度为0.9m/s；工进行程为500mm，速度为0.1m/s;快退的行程为速度为0.21m/s.要求液压缸可以实现行程终点锁紧；液压具有冗余结构，以备系统需检查或更换油源中某元件时，通过打开、关闭相应的阀门，启动备用泵，满足要求。

2.2负载分析和运动分析
2.2.1 确定执行元件的形式
热轧板推钢机液压机为卧式布置，滑块做走左右直线往复运动，往返速度相同，故可以选缸筒固定的单杆单作用活塞液压缸假设取液压缸机械效率。
2.2.2 进行负载分析和运动分析
设：要推送坯料重量为G=80t，滑动导轨摩擦因数u=0.2，工作负载Fe=9.8，行程与速度见表2-1，液压系统的工作循环图如图2-3
经分析计算得到的推钢机动力滑台运动参数和动力参数见表2-1。
表 2-1 动力滑台的运动参数和动力参数
工 况
行程/mm
速度/（m/s）
时间
/s
运动部件重力
G/N
推钢机负载
Fe/N
启动、制动时间t/s
快进
100
0.19

7.84

0.2
0.53
工进
500
0.1

9.8
5
快退
600
0.21

2.86

表 2-2 动力滑台液压缸外负载计算结果
工 况
计算公式
外负载/N
说 明
启动

1.568
静摩擦负载：

动摩擦负载：

惯性负载：

为平均加速度， 
加速

1.071
快进

7.84
工进

1.058
反向启动

1.568
加速

1.071
快退

7.84

滑台液压缸在各工作阶段的外负载计算结果见表2-1.由表2-1和表2-2即可绘制出液压缸的行程-时间循环图（图）、速度时间循环图（图）和负载-时间循环图（图），见图2-4.
利用上述数据，并在负载和速度过渡段做粗略的线性处理后便得到如图2-3所示的液压机液压缸负载循环图和速度循环图。

图2-3 液压机液压缸负载循环
图2-4 液压缸的图、图、图

2.2.3确定液压缸主要参数
2.2.3.1确定缸筒的内径和活塞杆的直径
按表2-4，初选液压缸的设计压力，被压力P2=0.8MPa。为了减小液压泵的流量，将液压缸的无杆腔作为主工作腔，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积与应满足（即液压缸内径D和活塞杆直径d间应满足）。
表 2-4 根据主机类型选择液压执行器的设计压力
主 机 类 型
设计压力/MPa
说 明
机床
精加工机床
0.8～2
当压力超过32MPa时，称为超高压压力
半精加工机床
3～5
龙门刨床
2～8
拉床
8～10
农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构
10～16
液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械
20～32
地质机械、冶金机械、铁道车辆维护机械，各类液压机具等
25～100

为防止工作结束时发生前冲，液压缸需保持一定回油被压。参考表2-5暂取被压0.8MPa，并取液压缸机械效率，则可算得液压缸无杆腔的有效面积

液压缸内径

按GB/T 2348-1993，表2-6，将液压缸内径圆整为；因，故活塞杆直径为

则液压缸实际有效面积为

表 2-5 液压执行器的被压力
系 统 类 型
被 压 力/MPa
中低压系统
简单系统
0.2～0.5
回油带背压阀
调整压力一般为0.5～1.5
回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时
0.5
设补油泵的闭式系统
0.8～1.5
高压系统
初算时可忽略不计

表 2-6 液压缸、气缸的内径和活塞杆外径尺寸系列（GB/T 2348—1993)/mm
液压缸、气缸内径尺寸系列
活塞杆外径尺寸系列
8
40
125
（280）
4
16
36
90
220
10
50
（140）
320
5
18
45
110
280
12
63
160
（360）
6
20
50
125
320
16
80
（180）
400
8
22
56
140
360
20
（90）
200
（450）
10
25
63
160

25
100
（220）
500
12
28
70
180

32
（110）
250

14
32
80
200

差动连接快进时，液压缸有杆腔压力必须大于无杆腔压力，其差值估取并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时；另外，取快退时的回油压力损失为。
根据上述假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率（见表2-7），并可绘出其工况图（图4）。
表 2-7 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率
工作阶段
计算公式
负载

回油腔压力
工作腔压力
输入流量
输入功率
快进
启动

156.8
—
6.87
—
—
加速
107.1
7.66
7.16
—
—
恒速
78.4
5.4
4.9
0.0048
23.52
工进

1058.4
0.8
16.00
0.0049
120
快退
启动

156.8
—
7.37
—
—
加速
107.1
0.7
8.82
—
—
恒速
78.4
0.7
5.14
0.0045
23

流量图 压力图

功率图
图2-8 液压缸的工况图

2.2.3.2液压缸壁厚和外径的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆
筒。液压缸的内径 D 与其壁厚δ的比值D／δ≥10 的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算
δ≥PyD/2〔σ〕 δ=16*1.25*250/2*100=25mm
式中 δ———液压缸壁厚 （m）
D ———液压缸内径 （m）；
py ———试验压力，一般取最大工作压力的 （1．25 ～1．5） 倍 （MPa）；
〔σ〕———缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：〔σ〕＝110 ～120MPa ；铸钢：〔σ〕＝100 ～110MPa ；无缝钢管：〔σ〕＝100 ～110MPa ；高强度铸铁：〔σ〕＝60MPa ；灰铸铁：〔σ〕＝25MPa 。
缸的外径D1=2δ+D=2 x 25+250=300mm
3.缸盖厚度的确定
一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t 按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时 t ≥0．433 D2py/〔σ〕式中 和 ———缸盖有效厚度 （m）；
D2———缸盖止口内径 （m）；
d0———缸盖孔的直径 （m）。
4.拟定液压系统原理图
此推钢机,采用4 套泵机组和3 个阀组组成,正常情况下三开一备,3 台变量柱塞泵分别为3 套阀组供油控制相应的液压缸,泵4 作为其他3 台泵的备用泵,在系统需检修或更换能源系统中某组中的元件时;通过打开、关闭相应的高压球阀,起动备用系统,以满足工作需要。系统的最高压力通过变量泵调节,系统工作压力由先导式溢流阀4 设定。

图 4-1 80吨液压推钢机液压系统原理

1.油箱 2.电机 4，5.恒压变量泵 6,7先导式溢流阀 8.电液换向阀 9,10 单向阀 11.回油过滤器 12.先导式顺序阀 13.三位四通电磁换向阀 14.双液控单向阀 15.二位二通电磁换向阀 16.压力继电器 17. 液压缸
起动泵机组后,油液经过单向阀、球阀6分别到1 # 、2 # 、3 # 推钢机的阀台,通过每个阀台上电磁阀各自相应的动作,分别控制相应的液压缸动作。
当电磁铁1DT通电,7DT通电,电液换向阀左侧接通,经双液控单向阀,双单向节流阀后,经由电磁换向阀后,形成差动回路,推钢机以0.19 m/ s 的速度快进;当推头推到板坯后,随着推力增加,系统压力上升,当系统压力达到10 MPa (通过压力继电器设定) 时,7DT断电,差动回路断开,系统压力进一步增大到10.5 MPa (通过先导式顺序阀设定) ,先导式顺序阀打开,油液经先导式顺序阀 ,经双单向节流阀 ,双液控单向阀 ,单向阀 ,回油过滤器1，回油箱 ,推钢机以0.1 m/ s的速度工进;当电磁铁2DT通电, 电液换向阀右边接通,推钢机以0.21 m/ s的速度快退。在油路上设有双单向节流阀,可对两缸的工作速度进行调节。
表4-2 电磁铁动作顺序表
电磁铁
动作
1DT
2DT
7DT
推钢机快进
+
-
+
推钢机工进
+
-
-
推钢机快退
-
+
-
5.组成液压元件设计
5.1液压泵及其驱动电机计算与选定
① 液压泵的最高工作压力计算 由液压缸的工况图3或表1-5可以查的液压缸的最高工作压力出现在工进阶段，即，而压力继电器的调整压力应比液压缸最高工作压力大。此时缸的输入流量较小，且进油路原件较少，故泵至缸间的进油路损失估取。则小流量泵的最高工作压力为

大流量泵仅在快速进退时向液压缸供油，由图3可知，快退时液压缸的工作压力比快进时大，取进油路压力损失为，则大流量泵最高工作压力为

② 液压泵的流量计算 液压泵的最大供油流量按液压缸的最大输入流量进行估算。取泄漏系数，则

考虑到溢流阀的最小温度流量为，快退时的流量为（），则小流量泵的流量至少应为。
③ 确定液压泵及其驱动电机的规格 根据以上计算结果查阅产品样本，选用规格相近的型双联叶片泵。
由工况图 2-8知，最大功率出现在工进阶段，由液压泵类型及特性，取泵的总效率为则所需电机功率为

④选用电动机型号 查《机械设计手册》，选用规格相近的X型封闭式三相异步电动机，其额定功率160kW。
根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可算出液压缸的各阶段的实际进、出流量，运动速度和持续时间（见表5-1），从而为其他液压元件的选择及系统的性能计算尊定基础。
（2）液压控制阀和液压辅助元件
根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择的元件型号规格如表5-2所列。

管件尺寸由选定的标准元件油口尺寸确定。油箱容积按式计算，取经验系数，得油箱容积为

表5-1 液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间
工作阶段
流量
速度
时间
无杆腔
有杆腔
快进

工进

快退

表5-2 推钢机液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格
名称
型号
规 格
数 量
柱塞泵

250 ml/ r ,249 L/ min
2
溢流阀

1
电液换向阀
35DY-100BY

1
电磁换向阀

1
节流阀
LF-B10

2
单向阀

3
压力表
Y-60
0~10MPa，通径8mm
1
滤油器

1
液压缸
自行设计

表5-3 各工况下进回油管道的沿程、局部和阀类元件的压力损失
管道
压力损失
/Pa
工 况
快进
工进
快退
进油管道

回油管道

小结

参考文献
[1]《液压传动设计指南》/张利平编著 / --北京：化学工业出版社，2009.7
[2]《液压与气压传动》/李兵、黄方平 主编/ 武汉：华中科技大学出版社，2012.6
[3]《机械制图》/何铭新、钱可强、徐祖茂主编/ 北京：高等教育出版社，2010.7

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