机械毕业设计（论文）卷取机助卷辊部分液压系统设计（全套图纸）.doc

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目：卷取机助卷辊部分液压系统设计学生姓名：学 号：专 业：班 级：指导教师：目录摘要1Abstract2第一章 绪论31.1 课题概述31.2 课题研究意义31.3 卷取机简述31.3.1 卷取机的结构组成31.3.2 卷取工艺过程51.4 助卷辊结构特点51.5 卷取机未来的发展趋势61.5.1 液压卷取机踏步控制系统优化61.5.2 助卷辊的辊型改进71.5.3 新一代热轧强力地下卷取机7第二章 液压系统功能原理设计计算92.1 设计说明及题目分析92.1.1 设计题目92.1.2 基本技术要求92.1.3 液压部分基本组成92.2 系统设计要求92.

2、2.1 配有液压助卷辊的卷取机的说明92.2.2 液压缸动作顺序分析102.3 液压系统负载分析102.4 确定液压系统主要参数122.4.1 初选执行元件的设计压力122.4.2 计算和确定液压缸的主要结构尺寸132.4.3 计算液压缸所需流量142.5 初步拟定液压系统原理152.5.1 制定液压回路方案152.5.2 主回路的方案设计15第三章 液压元件的选择173.1 液压系统元件选择的一般原则173.2液压泵的选用173.3 液压控制阀的选择193.3.1液压控制阀的分类193.3.2 阀的选型结果193.4 液压辅助元件及工作介质的选择213.4.1 油箱容量的确定213.4.2

3、过滤器的选择213.4.3蓄能器的选择223.4.4 油管和管接头的确定223.4.5 压力表与压力表开关的选择273.4.6 液压工作介质的选定27第四章 液压缸的设计284.1 伺服缸的设计特点284.1.1 液压缸的分类284.1.2 伺服液压缸的设计内容和步骤294.2 设计液压缸时应注意的问题304.3 液压缸的负载及速度的确定304.4 液压缸的主要尺寸参数的确定314.4.1 确定缸筒内径D，活塞杆直径d314.4.2 液压缸行程s的确定314.5 液压缸油口尺寸的确定314.6 液压缸的结构设计314.6.1 缸筒和缸盖组件314.6.2 活塞和活塞杆组件344.6.3 缓冲装

4、置354.6.4 排气装置354.7选择液压缸的安装连接结构364.8液压缸传感器的选择36第五章 液压控制阀组的集成化设计385.1 液压控制阀组的集成方式385.2 选定无管集成液压阀组的类型385.3 无管集成液压阀组的设计流程及要求405.4 液压控制阀组块式集成的结构设计425.4.1 分解液压系统并绘制集成块单元回路图425.4.2 集成块的设计42第六章 液压系统主要性能的验算466.1 液压系统压力损失验算466.1.1 管道的沿程压力损失的计算466.1.2 管道局部压力损失的计算476.1.3 阀类元件的局部压力损失的计算486.2 液压系统效率的计算486.3 发热温升验

5、算496.3.1 液压系统发热功率计算496.3.2 液压系统散热功率计算49参考文献51结束语52摘要本次毕业设计的题目为卷取机助卷辊的液压系统。连续式热轧板带轧机，由于生产率高，产量大，所以已成为热轧板带的主要生产方式。在这种连轧机的生产线上，一般装设有两台或三台热轧板带卷取机，将连轧机组轧出的板带卷成板卷，以便继续运送和储存。由于地下式卷取机生产率高、便于卷取宽且厚的带钢、卷取速度快、钢卷紧密，所以现代热连轧生产线上主要采用地下式卷取机，并且有助卷辊助卷。助卷辊数目因不同卷取机而异，一般为2、3、4、8个。所以这种卷取机被称为多辊卷筒式卷取机。地下卷取机作为连轧机组生产线上的重要设备，被

6、称为热轧带钢厂的心脏。轧钢生产实践证明，卷取机的工作状态直接影响连轧机生产力的发挥。所以必须保证在生产期间的安全连续运转。由于助卷辊对板材产品质量和钢卷卷型有重要影响, 因此对助卷辊的液压系统进行系统研究意义重大。关键词：地下卷取机；助卷辊；液压系统全套图纸，加153893706AbstractThe graduation project was titled coiler roll hydraulic system. Continuous hot strip mill, the production rate, yield, so the hot-rolled strip has becom

7、e a major production. In this rolling mill production line, generally equipped with two or three hot-rolled strip coiler, rolling mill will be rolled out of the strip wound into coils in order to continue transporting and storage. Since underground coiler high productivity, easy coiling strip wide a

8、nd thick, coiling speed, tight coils, so modern hot rolling production line mainly uses underground coiler and helped roll wrapper . Wrapper roll number varies due to different coiling machine, usually 2,3,4,8 months. Therefore, this is known as multi-roll winder reel coiler. Coiler rolling mill pro

9、duction line as an important device, known as the hot strip mill in the heart. Rolling production proved that the working status of the coiler mill productivity directly affects play. It is necessary to ensure safety during the production of continuous operation. Since wrapper roll on the plate prod

10、uct quality and type of steel rolls have a major impact, so the wrapper roll systematic study of the hydraulic system is significant.Keywords：Down coiler；Wrapping roller；Hydraulic system第一章 绪论1.1 课题概述本次毕业设计的题目为卷取机助卷辊的液压系统。连续式热轧板带轧机，由于生产率高，产量大，所以已成为热轧板带的主要生产方式。在这种连轧机的生产线上，一般装设有两台或三台热轧板带卷取机，将连轧机组轧出的板带

11、卷成板卷，以便继续运送和储存。由于地下式卷取机生产率高、便于卷取宽且厚的带钢、卷取速度快、钢卷紧密，所以现代热连轧生产线上主要采用地下式卷取机，并且有助卷辊助卷。助卷辊数目因不同卷取机而异，一般为2、3、4、8个。所以这种卷取机被称为多辊卷筒式卷取机。1.2 课题研究意义地下卷取机作为连轧机组生产线上的重要设备，被称为热轧带钢厂的心脏。轧钢生产实践证明，卷取机的工作状态直接影响连轧机生产力的发挥。所以必须保证在生产期间的安全连续运转。由于助卷辊对板材产品质量和钢卷卷型有重要影响, 因此对助卷辊的液压系统进行系统研究意义重大。地下卷取机作为一种机电液系统集成设备，国内能成套制造的也只有少数厂家。

12、例如宝钢1580 mm 热带钢轧机采用日本三菱重工制造的两台液压三助卷辊式卷取机（2号卷取机为中外合作制造），考虑到将来生产发展的需要，预留了3号卷取机位置，电气设备由三菱电机提供。在带钢卷取生产过程中，由于机械磨损和累积误差的原因，会造成助卷辊和卷筒之间的零点偏移，为保证卷取控制效果，需要不断进行助卷辊和卷筒之间的辊缝零位的重新标定。在更换卷筒或助卷辊后，同样也需要进行零点标定。因此助卷辊辊缝标定操作是卷取生产过程中的重要操作之一。为避免造成助卷辊和卷筒的机械损伤或对最终的卷取质量、助卷辊最初的踏步控制效果产生不良影响，从而产生生产过程中的重要隐患，必须对助卷辊液压系统进行系统性研究。1.3

13、 卷取机简述1.3.1 卷取机的结构组成目前为三助卷辊全液压卷取机为应用最广的卷取机形式。以宁波建龙1780 mm卷取机为例进行说明。此卷取机由机架、底座、卷筒、助卷辊、活动支撑等组成（见图1.1、图1.2）。图1.1 卷取机剖面图图1.2 卷取机侧视图机架。机架为整体焊接结构件，主板厚度200 mm，机架上的用于支撑助卷辊臂铰点的轴承座用预紧螺栓固定，在检查和维修时，用安全销插入锁定助卷辊臂。横梁为实心焊接结构件，用于连接两个机架部分，并支撑助卷辊控制缸。机架通过T形头螺栓固定在底座上。底座。底座用于安装卷取机机架，底座为钢板焊接结构件，底座通过地脚螺栓固定在基础上，并有横梁将1#、2#卷取

14、机刚性联接，1#、2#卷取机间的横梁上安装2#张力辊，在1#卷取机前横梁与基础相联，横梁上安装1#张力辊。卷筒。卷筒结构为4块扇形板支撑在棱锥形心轴上（见图1.3）,心轴在卷筒轴体内滑动，通过联轴器与胀缩缸相连，卷筒轴体内的楔形块是为了抵抗卷取时的径向力。在扇形板和心轴之间的连杆是为了抵抗向外的径向力。扇形板通过一个稳定的滑动面轴向固定在卷筒操作侧。胀缩缸驱动心轴移动，心轴上有18斜面，通过径向分力使楔形块作径向移动，从而驱动扇形板直径扩大和缩小。楔形块内有耐热弹簧，用于平衡卷筒空载时扇形板、连杆、销轴、及心轴间的间隙。卷筒轴体在传动侧用两个双列圆锥滚子轴承支撑，此轴承用预紧螺栓固定，在操作侧

15、用双列圆锥滚子轴承辅助支撑。卷筒轴体用合金热处理钢制造，扇形板用高合金耐热锻钢制造，心轴、连杆和联接件用不锈钢材质，楔形块用钢制造，滑动面堆焊铜。图1.3 卷筒剖面图卷筒轴承座用于支撑卷筒轴，座体为合金铸钢件，用预紧螺栓联接座体的各个部件，轴承座上有轴承孔，用于安装带有轴套的滚动轴承，用键把轴承座安装在卷取机机架上，用预紧螺栓固定。胀缩缸通过法兰固定在卷筒轴体和齿式联轴器上，用心轴联接活塞。旋转供油器位于减速机传动装置的传动轴的延长部分上，用于把压力油送到胀缩缸。在液压旋转接头后另有一个干油旋转接头，用于将干油送到卷筒端轴处的干油分配器，实现卷筒自动干油润滑。助卷辊。助卷辊为实心辊子，表面喷焊

16、硬质合金耐磨材料，辊子两侧由调心滚子轴承支撑，轴承具有油脂润滑和迷宫式密封件。辊子通过轴承座用预应力螺栓把合在助卷辊臂上。成形导板用于导向助卷辊之间的带材，接触面要与助卷辊面配合，枢轴转动维修时可用安全销定位卡住。助卷辊臂为铸焊件，用步进液压缸单独驱动使其摆动，液压缸带位移传感器，用步进方法跳过带头。助卷辊架为铸焊结构，与成形导板的把合采用预应力螺栓，入口上导板端部装有表面喷焊硬质合金的导向辊，可以减少钢板表面擦伤。助卷辊臂通过轴套与机架铰接，液压缸支座与机架用轴套相联，液压缸杆与助卷辊臂以锥套形式铰接。活动支撑。活动支撑在卷取机的操作侧，设计成旋转外置活动支撑，其作用是在卷取期间支撑卷筒轴，

17、活动支承为液压缸驱动夹钳式，与卷筒支承的间隙由四个铰链点的偏心轴调整。一旦卷取完成，活动支撑的两个支撑杆摆开，卸掉带卷。液压缸固定在卷取机机架上，用于旋转活动支撑的支撑杆。1.3.2 卷取工艺过程通过激光传感器对带钢进行跟踪，在开始卷取时，带头依次进入1、2、3#助卷辊，助卷辊进行自动踏步控制（AJC），防止带钢表面产生压痕，同时将带钢卷紧。35圈以后，卷筒胀紧钢卷后，助卷辊打开，卷取机进行稳定卷取，卷到最后几圈时，助卷辊压紧带尾，以免松卷。当卷取工作将要结束时，活动支承打开，卸卷小车行至钢卷下方使升降架托辊上升，并托住钢卷,托辊随钢卷转动，当钢卷头部位于其正下方且压紧在卸卷小车上时，卷筒停转

18、。当卷筒停转后，卷取机卷筒缩径卸卷。当卸卷车和钢卷移出卷取机后，外支撑复位，抱住卷筒；同时13#助卷辊设置卷取下一块带钢的初始辊缝。1.4 助卷辊结构特点助卷辊。助卷辊为实心锻造辊，辊身表面喷焊烧结硬质合金层，以提高辊子表面的硬度，这样，不仅增强了耐磨性，而且也避免了擦伤带钢的表面。助卷辊两端带有迷宫式密封的干油润滑滚动轴承装置。辊子由电机通过十字头万向接轴和速比为11的圆柱齿轮减速机传动。助卷辊在打开和抱拢过程中万向接轴长度发生变化，从而使作用力直接作用到减速机上，这样既可保护电机，又可以减少万向接轴摆角，使万向接轴的使用更为合理，助卷辊见图1.4。助卷辊传动装置包括联轴器、减速机、万向接轴

19、。减速机联接到中心润滑系统中。图1.4 助卷辊结构助卷辊辊架。助卷辊辊架采用铸焊结构。由于助卷辊采用液压踏步控制，所以取消了助卷辊的弹簧缓冲装置和辊缝调整机构，从而简化了结构，减少了零部件间间隙和零件的损耗，因而也减少了冲击。但是由于采用了铸焊结构，重量较大，因而助卷辊在打开和抱拢过程中惯性较大。这种结构对机架和辊架要求有很高的加工精度，否则就保证不了助卷辊相互之间及助卷辊与卷筒之间的平行度要求。助卷辊的液压缸支承座在现场安装时，采用加热的办法使螺栓伸长，按计算的扭矩拧紧，达到预应力的效果。拆卸时亦采用加热的办法先使螺栓伸长再拆下。助卷辊驱动液压缸的活塞杆头与辊架及液压缸支座之间的连接采用锥套

20、和锥轴，以免产生间隙，同时可以减少冲击，减少机件的磨损。机架上的铸件及电渣焊缝均采用超声波探伤以保证构件的质量，助卷辊辊架见图1.5。图1.5 助卷辊滚架结构1.5 卷取机未来的发展趋势1.5.1 液压卷取机踏步控制系统优化AJC控制能够避免带钢通过卷筒和助卷辊时产生压痕；减少带钢表面损伤等缺陷；延长机械设备寿命；提高带卷质量。但是，AJC控制较复杂，且对头部跟踪的准确度要求很高。一种解决的方法是在夹送辊出口安装一激光检测装置，通过激光检对头部跟踪进行二次校正，以提高助卷辊跳步控制的可靠性。卷取机采用液压控制的侧导板、夹送辊、助卷辊、涨缩式卷筒以及高响应速度的助卷辊自动踏步控制以减少塔形；同时

21、避免头部对助卷辊的冲击，消除带钢头部与助卷辊对带钢的压痕。踏步控制（AJC）具有以下优点：（1）防止带头冲击助卷辊，延长了助卷辊的使用寿命；（2）防止带钢产生压痕，提高带钢表面质量；（3）采用恒张力卷取，保证带钢头几圈的卷取质量；（4）降低卷取时噪音，保证整个卷取工作平稳有效。传统的助卷辊踏步控制受跟踪的影响，跟踪精度越高踏步控制精度越高，反之，踏步精度越低。不同规格带钢在卷取过程中，受大量外界条件的变化带钢头部跟踪精度波动很大，使头部跟踪难以满足自动踏步控制精度的要求，致使带钢出现头部压痕等严重的质量问题。通过对大量生产数据分析，主要有以下一些方面：a)控制系统运行周期对跟踪精度起着至关重要

22、的作用；b)带钢实际卷取速度是一个实时变化的量；c)不同规格带钢卷取中紧实度不一致，造成卷径计算偏差；d)夹送辊咬钢瞬间响应时间受带钢厚度变化制约；为了杜绝传统助卷辊踏步控制中存在的问题，有效提高踏步控制精度，提出一种新的踏步控制思想是十分必要的。1.5.2 助卷辊的辊型改进由于助卷辊对钢卷卷型有重要影响，故有必要对助卷辊辊型改进进行探讨。大部分热轧卷取机的助卷辊均为平辊型，由于在轧制过程中以薄板居多，因此助卷辊在规定的使用期限内，中部磨损严重。另外，由于中间磨损而造成间隙，使得进行零调压靠时，中间辊缝实际值与显示值有较大偏差，对卷型影响严重，而且产品规格越薄越明显。因此，有必要对助卷辊的辊型

23、进行研究，以寻求最佳辊型来弥补对卷型的影响。例如将助卷辊及扇形板的两端部采用图1.6所示的凸度形状，可减少磨损对卷取性能的影响，同时可延长助卷辊的更换周期。该方法在新日铁各制铁所已广泛采用。自从助卷辊采用了修改后的辊型，钢卷卷型明显改善，质量稳定提高。图1.6 新日铁的助卷辊辊型1.5.3 新一代热轧强力地下卷取机传统的热轧地下卷取机既要可靠、高效地卷取高品质钢种，又要产品规格范围从薄规格软钢板到厚规格高强钢全覆盖，这显然是不可逾越的挑战和难关。例如，要卷取厚度1英寸（25. 4mm）、屈服强度高达1100的高强度结构钢、以及API X80或X100的管线钢，就需要更加强力的卷取设备。为了满足

24、钢铁工业对高强度钢和其它高级钢种日益扩大的需求，西门子奥钢联公司推出了新一代的热轧地下卷取机，该卷取机被命名为四辊强力卷取机（Siroll Power Coiler）,已有4台投入生产，并接到了更多的订单。这种新型卷取机2006年在法国Fossurmer地区的ArcelorMittal（阿赛洛米塔尔钢厂）热轧生产线首次应用（图1.7），其卷取能力远远超出了传统卷取机的能力极限，完全满足了钢厂对卷取厚规格、高强钢的需求。图1.7 安装在法国阿赛洛米塔尔钢厂的四辊强力卷取机第二章 液压系统功能原理设计计算2.1 设计说明及题目分析2.1.1 设计题目卷取机助卷辊部分液压系统设计2.1.2 基本技术

25、要求a. 助卷辊：380mm1700mm辊身长度最大卷重：28t助卷辊液压缸速度：150mm/s卷取机最大速度：15m/s带卷直径：10001950mm板带厚度：最大20mmb. 液压驱动所完成的各项动作2.1.3 液压部分基本组成a动力单元：液压站，蓄能器站b系统回路：控制阀组，液压缸组2.2 系统设计要求2.2.1 配有液压助卷辊的卷取机的说明1）卷取机是CSP轧机设备系统当中最重要且最复杂的设备，用来将热状态下的带钢卷成卷，便于存放和运输。卷取机设计为三助卷辊全液压地下式卷取机，主要由牌坊、助卷辊、弧形裙导板、卷筒、旋转液压缸等构成。本卷取机有三个助卷辊和弧形裙导板。2）卷取机在卷取带钢

26、的过程中，从带钢咬入卷取机到卷曲张力建立这一过程，叫做带钢头部卷曲，是带钢能否成功卷上卷筒的关键。在此期间带钢头要高速通过助卷辊和卷筒之间设定的辊缝，并在助卷辊的压力作用下发生弹塑性弯曲变形，所以要对助卷辊和滚筒造成强烈冲击。这种冲击不仅危害到机械设备的使用寿命和平稳运行，同时也会对产品质量造成严重影响。所以本卷取机采用助卷辊的自动跳步控制（AJC）技术控制助卷辊液压缸的动作。3）卷取机位于热连轧精扎组的出口处，一般安置在车间地坪之下。实际生产过程中，卷取机是在振动、高负荷、高温、冲击、水及氧化铁皮等恶劣复杂环境下工作。而卷取机控制精度下降，会造成卷出的钢卷出现划伤、松卷、头端压痕、边浪、塔形

27、等严重质量问题。而如果卷取机工作出现故障，发生卡钢、堆钢等事故，轻则产生废品，延误生产，重则损坏设备，重则造成人身伤亡事故，故要求卷取机助卷辊的液压系统工作稳定，可靠性高，控制精度高，自动化程度高，耐高温，耐冲击，耐水，耐尘。2.2.2 液压缸动作顺序分析1）卷取机助卷辊的液压缸动作采用AJC控制。对薄规格的热轧带钢，其头部在滚筒上开始卷取时，在助卷辊的压力下，容易在后续带钢上产生压痕，影响产品的表面质量和形状。AJC功能控制助卷辊在压力控制和位置控制模式间转换。当带钢头部通过助卷辊时，助卷辊从压力控制模式转换为位置控制模式，助卷辊抬起一定的高度，使带钢头部通过。带钢头部通过以后，助卷辊从位置

28、控制模式转换为压力控制模式，继续对带钢保持一定的夹持力，保证良好的卷形。2）卷取机助卷辊动作分析第一步：带钢头部进入夹送辊前，计算机将辊缝的设定值分别送给各助卷辊辊缝的执行机构，三个助卷辊全部按照设定值摆好，当带钢头部进入夹送辊时，辊缝还将再一次进行校准计算。第二步：带钢头部进入1#助卷辊，该助卷辊压力随即增大，通过液压缸进行调节，以保持辊缝恒定。第三步：带钢进入2#、3#助卷辊时，控制过程与1#相同。第四步：当带钢完成第一圈后，带钢头部会在带钢上形成带厚层差。钢板层差部位接近1#助卷辊时，1#助卷辊开始第一个跳步，这个跳起的辊缝值相当于卷筒和助卷辊辊缝增大到带钢厚度时再增加一个安全系数。附加

29、的安全系数用以确保带钢的安全通过。第五步：带钢层差部位通过1#助卷辊后，1#助卷辊的控制方式再次转换为压力调节，助卷辊的动作直到接触带钢，帮助带钢卷绕成型，并且缠紧。第六步：带钢层差部位接近2#、3#助卷辊时，开始跳步动作控制过程与1#助卷辊相同。第七步：该控制方式一直延续到卷筒成功建立张力为止，然后助卷辊打开，进入正常卷取状态。第八步：进入整场卷取状态后，助卷辊移到预计算的带卷直径上以便卷取带钢尾部时能建立稳定的张力。第九步：卸卷时助卷辊打开。待钢卷移出后，恢复准备工作状态。2.3 液压系统负载分析液压执行元件的外负载包括工作负载、摩擦负载和惯性负载三类。其中工作负载有阻力负载（与运动方向相

30、反而阻碍运动的负载，又称正负载）和超越负载（与运动方向相同而助长运动的负载，又称负负载）两种类型；摩擦负载是指液压执行元件驱动工作机构时所要克服的机械摩擦阻力负载，它又有静摩擦负载和动摩擦负载两种类型；惯性负载是由于速度变化产生的负载。执行机构的负载大小可由主机规格确定，也可用实验方法或理论分析计算得到。理论分析确定负载时，必须仔细考虑各执行元件在一个循环中的工况及相应的负载类型。（2.1）式中，工作负载，kN；摩擦负载，kN；惯性负载，kN。1） 常见的工作负载有重力、切削力、压紧力等，阻力负载为正，超越负载为负。卷取机助卷辊的液压系统的工作负载主要是克服带钢弹塑性变形的力和压紧力。分析卷取

31、机工作载荷的大小可得：2） 由于物体之间存在相互运动，摩擦是不可避免要产生的。其中：静摩擦阻力为（2.2）式中，静摩擦因数，通常取0.1至0.2；连接件之间的相互作用力的法向合力，kN。（2.3）动摩擦阻力为式中，动摩擦因数，通常取0.05至0.12；连接件之间的相互作用力的法向合力，kN。3） 惯性负载是是运动部件在启动和制动过程中的惯性力，其平均值可按下式计算：（2.4）式中，G惯性力（运动部件所受重力），kN；g重力加速度，g=9.81；速度的变化量，m/s；启动或制动时间，s，一般可取0.5至1.5。可估计运动部件的总质量M=1200kg。上述三种负载之和即为液压缸的外负载F。液压缸在

32、工作过程中，一般要经历启动、加速、恒速和减速制动四种负载工况，各工况下的外负载计算公式为：启动阶段：（2.5）加速阶段：（2.6）恒速阶段：（2.7）减速制动阶段：（2.8）除外负载F外，作用于液压缸活塞上的负载还包括密封处的密封摩擦阻力，由于其大小与密封类型、缸的制造质量和工作压力有关，故难以详细计算，一般将其算入液压缸的机械效率中考虑，。2.4 确定液压系统主要参数液压系统的主要参数是压力和流量，他们是选择系统方案及选择液压元件的主要依据。压力决定于外负载，流量决定于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。2.4.1 初选执行元件的设计压力液压执行元件设计压力的选取，主要应考虑如下因素：执行元件

33、及其他液压元件、辅件的尺寸、重量、加工工艺性、成本、货源及系统的可靠性和效率等。在负载一定的情况下，设计压力低，势必加大执行元件的结构尺寸和重量；反之，设计压力选的太高，对液压元件的材质、密封及制造精度也要求很高，必然又提高设备成本。通常，对于固定的、尺寸不太受限制的机械设备，可选低一些的压力；对于行走机械重载设备，其压力可选的高些。根据卷取机的工作载荷与助卷辊的实际工况，选定系统的压力为21MPa（210bar）。2.4.2 计算和确定液压缸的主要结构尺寸液压缸的缸筒内径、活塞杆直径及活塞的有效面积是其主要结构参数。卷取机助卷辊由单杆活塞缸驱动，缸的设计参数如图2.1所示。（2.9）图2.1

34、 液压缸主要设计参数式中，主工作腔压力，Pa；回油腔压力，Pa，回油腔压力（背压力）根据回路的具体情况而定。因系统压力为21Mpa，属于高压系统，初算时，忽略不计；液压缸无杆腔活塞的有效面积，；液压缸有杆腔活塞的有效面积，；液压缸的最大外负载，N，=756000N；液压缸的机械效率，一般取，此处估算为0.95。此系统中液压缸以无杆腔为主工作腔，即活塞杆受压工作，活塞面积为：（2.10）运用式（2.10）确定缸的尺寸时，须事先确定活塞杆直径d与活塞直径D的关系。杆径比可按压力选取，根据表2.1，取。表2.1 按工作压力选取工作压力0.50.550.620.700.7活塞直径为：（2.11）查表2

35、.2,2.3，将D圆整为220mm，d圆整为160mm。表2.2 常用液压缸内径D（单位：mm）4050638090100110125140160180200250250表2.3 活塞杆直径d（单位：mm）速比缸径40506380901001101251401601802002202501.462228354550556370809010011012514024550607080901001101251402.4.3 计算液压缸所需流量液压缸的最大流量（2.12）式中，A液压缸的有效面积（或），；活塞与缸体的最大相对速度，m/s。2.5 初步拟定液压系统原理液压系统图从油路原理上具体体现了设计

36、任务书的各项要求，因此液压系统图的拟定是整个液压系统设计中最重要的一环。在拟定液压系统图的过程中，首先通过分析对比制定出各种合适的液压回路方案，然后将这些回路组合成完整的液压系统。2.5.1 制定液压回路方案1）确定油液循环方式在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。在闭式系统中，液压泵的吸油口直接与液压执行元件的排油口相连通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。本液压系统为大型固定机械用液压系统，卷取机工作环境为高温环境，故采用开式系统。2） 选定控制方式要求结构简单、造价低、控制精度不需要很

37、高的场合宜采用开环控制。此控制方式以传递动力为主，以传递信息为次，追求传动特性的完善。对外界干扰敏感，对控制精度要求严格的场合宜采用闭环控制。此控制方式以传递信息为主，以传递动力为次，追求控制特性的完善。本液压系统对压力控制和位置控制的精度要求很高，故采用闭环控制系统。3） 选定控制形式凡要求频带宽、响应快、结构简单、控制精度高、而不计较效率低、发热量大、参数变动范围大的中小功率系统，宜采用阀控形式；反之，追求效率高、发热量小、参数量值比较稳定、温升有严格限制，而容许结构复杂些、造价高些、频宽窄些的中大功率系统，宜采用泵控形式。本液压系统要求响应快、控制精度要求高，故采用阀控系统。4） 选择反

38、馈形式由于输入信号与反馈信号的形式不同，系统采用的输入元件、比较元件和放大元件也不同。采用机械形式反馈即构成机液伺服系统，其反馈元件、比较元件用杠杆、齿轮、丝杠螺母等机构，输入装置用样件或靠模，放大元件采用机液伺服阀。机液伺服系统结构简单、工作可靠，抗污染能力强、造价低，但系统阻尼小、快速性和精度较电液伺服系统差，且一旦设计确定，增益调整比较困难。另外机械零部件相连接时出现的配合间隙、齿侧间隙是非线性因素，不但会影响系统控制精度，严重时还会影响系统的稳定性。电气形式反馈即构成电液伺服系统，其输入元件、比较元件采用电气元件，放大元件采用电液伺服阀。电液伺服系统信号处理灵活、迅速、功率小、系统的开

39、环增益调整方便、系统校正容易实现。电液伺服系统综合了电和液两方面的优点，目前应用较多。系统的控制方案一旦确定，随即可以构成系统原理方块图，从原理上满足控制要求。根据工况要求，本系统采用电液伺服控制。2.5.2 主回路的方案设计根据助卷辊的动作，回路要实现的功能是调压、调速，另外为了维修方便可以设置一些测试点，系统选择伺服阀进行调速和调压，同时并联一个换向阀组成的快速伸出与快速退回回路以及当伺服阀失效的时候的操作回路，同时用液控单向阀实现自锁。初选液压系统原理图如图2.2所示：图2.2 液压系统原理图第三章 液压元件的选择3.1 液压系统元件选择的一般原则液压系统的组成元件包括标准元件和专用元件

40、。在满足系统性能要求的前提下，应尽量选用选用现有的标准液压元件，不得已时才自行设计液压元件。选择液压元件是一般应遵循以下原则：应用方面的问题，如主机的类型、原动机的特性、环境情况、安装形式、货源情况及维护要求等；系统要求，如压力和流量的大小、工作介质的种类、循环周期、操纵控制方式、冲击振动要求等；经济性问题，如使用量、购置及更换成本、货源情况及产品质量和信誉等；应尽量采用标准化、通用化及货源条件较好的元件，以缩短制造周期，便于互换和维护。3.2液压泵的选用常用液压泵主要有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等类型，各种泵之间的特性有很大差异（见表3.1）。选择液压泵的主要依据是其最大工作压力和最大流量。同时

41、还要考虑定量还是变量、原动机类型、转速、容积效率、总效率、自吸特性、噪声等因素。表3.1 液压泵类型及特性特性齿轮泵叶片泵螺杆泵柱塞泵轴向式径向式额定压力/MPa低压泵25；高压泵达25低压6.3，中压16；高压322.510约40约40排量/(mL/r)0.5650135025150041006500最高转速/(r/min)300700050040001000230050001800最大功率/kW1203203902660260容积效率/%70958094709588958090总效率75907590708585958092适用黏度/()2050020200194920200自吸能力非常好好

42、最好差变量能力否单作用叶片泵能否好功率质量比/(kW/kG)中大小大输出压力脉动大小小小污染敏感度小大小大历时变化齿轮磨损后效率下降叶片磨损后效率下降较小螺杆磨损后效率下降配流盘、滑靴或分配阀磨损时效率下降较大黏度对效率的影响很大稍小很小噪声小大小中高高价格最低中高高适用场合机床、工程机械、农牧机械、搬运机械、车辆机床液压机、注塑机、工程机械、飞机及要求噪声较低的场合精密机床和机械、轻纺化工机械、石油机械工程机械、矿山冶金机械、锻压机械、建筑机械、船舶、飞机等很据系统要求和对液压缸的估算结果：Q=300；P=210bar；n=1500r/min;根据以上结果查询产品样本，选用规格相近的250Y

43、CY141B压力补偿变量型斜盘式轴向柱塞泵，其额定压力=31.5MPa，排量v=250mL/r，额定转速n=1500r/min,容积效率=0.92，其额定流量为：（3.1）符合系统对流量的要求。3.3 液压控制阀的选择3.3.1液压控制阀的分类液压控制阀如果按照功能主要分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等。1) 压力控制阀。压力控制阀主要控制执行机构输出力或输出转矩的大小，并确定液压泵及整个液压系统的工作负载，在过载时起到保护系统的作用。它的主要品种有溢流阀、减压阀、卸荷阀、顺序阀、压力继电器等。2) 流量控制阀。流量控制阀的主要用途是根据执行机构运动速度的要求供给所需的流量。它的主要品种

44、有节流阀、调速阀与分流集流阀等。3) 方向控制阀。方向控制阀控制油流的通、断或改变油流的方向，以控制执行机构的方向等。它的主要品种有单向阀、液控单向阀、电磁换向阀、电液换向阀、手动换向阀、多路换向阀、截止阀、转阀等。以上三类阀还可以互相组合，成为复合阀，以减少管路的连接，使结构更为紧凑。液压控制阀按连接方式可以分为：1） 螺纹连接：又称管式连接。它是通过阀体上的螺纹经管接头直接安装在管路中。这种连接方式简单、布局方便、质量轻、在小流量液压系统和移动式液压设备中应用广泛。缺点是元件分散布置，装卸维护不够方便。2） 板式连接。这类阀需要通过专门的连接板才能与管路连接。但由于元件集中布置，装卸维护及

45、操作调整方便，故应用极广。3） 法兰连接。它是通过阀体上的螺钉与管件上的法兰接头连接在一起的，也是一种管式连接。适用于大流量液压系统。液压技术在许多领域里得到了日新月异的发展，从而推动了液压控制阀的品种和规格迅速增多，而高压化、小型化和集成化则是其发展的总趋势。例如，把若干个阀直接叠加起来构成无管路连接的叠加阀，多个阀类元件在一个公共阀体内组成的复合阀和由插装件组成的适合于大流量液压系统集成用的二通插装阀等。这些进展必将为液压工程带来更加广阔的前景。3.3.2 阀的选型结果根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，选择的阀的选型结果如下：（1） 选择西德福出品的法兰球阀型号：BKHSAE210502423材料：阀体和法兰选材料为St523，球体和阀杆采用不锈钢（2） 换向阀的选择换向阀1：二位四通电磁换向阀，额定工作压力21MPa选用力士乐出品的湿式直流电磁铁驱动的二位四通换向阀型号：4WE6D6X/EG24N9K4通径：6mm最高工作压力：35MPa最大流量：35L/min换向阀2：三位四通电磁换向阀，额定工作压力21MPa选用力士乐出品的湿式直流电磁铁驱动的三位四通换向阀型号：4WE10J3X/CG24N94N通径：10mm最高工作压力：35MPa最大流量：150L/min压力损失：1MPa（3） 单向阀