《热轧板推钢机液压课程设计设计》

东莞理工学院城市学院液压传动课程设计

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

表 2-2 动力滑台液压缸外负载计算结果

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

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

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

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）。

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

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

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

各工况下进回油管道的沿程、局部和阀类元件的压力损失

表5-3