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毕业设计

剪切生产线设计液压系统和泵站设计

时间:2019/11/4 21:52:29   作者:   来源:   阅读:101   评论:0

第1章 液压泵站设计

1.1 制定基本方案和绘制液压系统图

1.1.1制定基本方案

(1)制定调速方案

    液压执行元件确定之后,其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统,大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统,现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。

    容积调速是靠改变液压泵排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失,效率较高。但为了散热和补充泄漏,需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。

容积节流调速一般是用变量泵供油,用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量,并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高,速度稳定性较好,但其结构比较复杂。

此系统调速的要求不是很高,综上,选择节流调速实现液压回路的调速。

(2)制定压力控制方案

    液压执行元件工作时,要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作,也有的需要多级或无级连续地调节压力,一般在节流调速系统中,通常由定量泵供油,用溢流阀调节所需压力,并保持恒定。在容积调速系统中,用变量泵供油,用安全阀起安全保护作用。

    在有些液压系统中,有时需要流量不大的高压油,这时可考虑用增压回路得到高压,而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中,某段时间不需要供油,而又不便停泵的情况下,需考虑选择卸荷回路。

    在系统的某个局部,工作压力需低于主油源压力时,要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。

    设计采用在压油路放置溢流阀来实现液压回路压力的控制。

(3)制定顺序动作方案

    此系统的各个液压缸没有顺序动作的要求。

(4)选择液压动力源

    液压系统的工作介质完全由液压源来提供,液压源的核心是液压泵。采用柱塞式变量泵容积式调速,液压泵的供油量要大于系统的需油量,多余的油经溢流阀流回油箱,溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油,用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率,液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况,一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况,可增设蓄能器做辅助油源。

    油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器,进入系统的油液根据被保护元件的要求,通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱,可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求,还要考虑加热、冷却等措施。

1.2 液压元件的选择与专用件设计

1.2.1液压泵的选型。

    系统的最大压力10MP,最大流量26L/min。

    由于此系统工作环境在室外,因此,液压系统的抗污染要好,所以,初步选择齿轮泵。

    根据压力和流量,选择CBN-E310型齿轮泵。

    此泵的参数如下:

排量,10L/min;

额定压力:16MP    最高压力:20MP

容积效率:90%     驱动功率:6.2KW

选用电机的转速:2880

则泵的排量:10 X 2.88 X 90%=26L/min

1.2.2 电动机的选择

    液压泵的驱动功率为6.2kw,查手册,选用电动机 Y2-132S2-2。

    电动机得参数:

    额定功率:7.5KW    转速:2900转    效率87%

    计算得电动机得实际功率,7.5 X 0.87=6.525。 因此该电机符合液压泵。

1.2.3 液压阀的选择

 1)阀的规格,根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量,选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取;选择节流阀和调速阀时,要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。

    控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些,必要时也允许有20%以内的短时间过流量。

2)阀的型式,按安装和操作方式选择。根据系统的工作压力和流量选择:溢流阀的型(参数如下):

(1)名称:    溢流阀

公称通径/in:   6mm

型号:    DBD-A-6-G

调压范围/MPa:    2.5~40

最大流量/Lmin^(-1):    50

重量/kg:    5.0

调速阀的型号(参数如下):

(2) 名称:  2FRM10型调速阀

型号|板式连接:  2FRM10

通径/mm:          10

压力/MPa:         31.5

流量/Lmin^(-1):   50

开启压力/MPa:     0.15

控制压力/MPa:        △p ≥1.6

(3) 电磁换向阀型号(参数如下):WE6

通径/mm:    6

额定流量/Lmin^(-1):    60

额定压力/MPa:    31.5

允许背压/MPa:    <6.3

接通时间:        30ms

断开时间:        20ms

电压:    AC220V 50Hz;DC12V、24V

允许电压变动范围:    10%

电磁铁功耗(吸持时):    AC:46W,DC:26W

(4) 顺序阀

型号:DZ6DP

输入压力(MP):带单向阀 《=21; 不带单向阀:<=31.5

输出压力(MP):21.0

背压(MP):<=16

最大流量(L/min):60

(5) 压力表

1.2.4 空气滤清器的选择

    选择 EF系列液压空气滤清器,一般选取泵流量的1.5倍

    故选型号为 EF5-65   流量为 45

    该产品把空气过滤和加油过滤合为一体,简化了油箱的结构,有利于油箱油液的净化,维持油箱的压力与大气压力的平衡。

加油流量(L/min):   47

空气流量(L/min):  45

油过滤面积(cm^2 ): 400

A:                   190

空气过滤精度:       0.105

油过滤精度:         125um(120目/in) [可根据用户要求]

1.2.5 冷却器的选择

    热交换量为 2326,流量为29L/min。查表热交换面积为0.7

    故选用 2LQF4W 型冷却器 ,热交换面积为0.7m^3

其参数如下:

设计压力(MP):1.6

实验压力(MP):2.4

设计温度(C):  100

压力降:         <0.1

重量(kg):18

1.3  设计液压装置,编制计数文件

1.3.1 液压装置总体布局

    液压系统总体布局有集中式、分散式。

    集中式结构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外或安装在地下,组成液压站。如冷轧机、锻压机、电弧炉等有强烈热源和烟尘污染的冶金设备,一般都是采用集中供油方式。

    分散式结构是把液压系统中液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的地方。机床、工程机械等可移动式设备一般都采用这种结构。

    本设计采用液压装置的集中式布局

1.3.2 液压阀的配置形式

 1)板式配置 板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上,板上钻有与阀口对应的孔,通过管接头联接油管而将各阀按系统图接通。这种配置可根据需要灵活改变回路形式。液压实验台等普遍采用这种配置。

2)集成式配置 目前液压系统大多数都采用集成形式。它是将液压阀件安装在集成块上,集成块一方面起安装底板作用,另一方面起内部油路作用。这种配置结构紧凑、安装方便。

1.3.3 集成块的设计

1)块体结构 集成块的材料一般为铸铁或锻钢,低压固定设备可用铸铁,高压强振场合要用锻钢。块体加工成正方体或长方体。

    对于较简单的液压系统,其阀件较少,可安装在同一个集成块上。如果液压系统复杂,控制阀较多,就要采取多个集成块叠积的形式。

    相互叠积的集成块,上下面一般为叠积接合面,钻有公共压力油孔P,公用回油孔T,泄漏油孔L和4个用以叠积紧固的螺栓孔。

P孔,液压泵输出的压力油经调压后进入公用压力油孔P,作为供给各单元回路压力油的公用油源。

T孔,各单元回路的回油均通到公用回油孔T,流回到油箱。  

L孔,各液压阀的泄漏油,统一通过公用泄漏油孔流回油箱。

集成块的其余四个表面,一般后面接通液压执行元件的油管,另三个面用以安装液压阀。块体内部按系统图的要求,钻有沟通各阀的孔道。

2)集成块结构尺寸的确定 外形尺寸要求满足阀件的安装,孔道布置及其他工艺要求。为减少工艺孔,缩短孔道长度,阀的安装位置要仔细考虑,使相通油孔尽量在同一水平面或是同一竖直面上。对于复杂的液压系统,需要多个集成块叠积时,一定要保证三个公用油孔的坐标相同,使之叠积起来后形成三个主通道。各通油孔的内径要满足允许流速的要求,具体参照本章4.4节确定孔径。一般来说,与阀直接相通的孔径应等于所装阀的油孔通径。油孔之间的壁厚δ不能太小,一方面防止使用过程中,由于油的压力而击穿,另一方面避免加工时,因油孔的偏斜而误通。对于中低压系统,δ不得小于5mm,高压系统应更大些。

    采取的液压块的基本尺寸分别为为:1、长、宽、高分别为135,100,105;2、长、宽、高分别为135,100,100 ;3、长、宽、高分别为135,100,115。

1.4 油箱的设计

油箱

    油箱在液压系统中除了储油外,还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件,如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等

    油箱可分为开式油箱和闭式油箱二种。开式油箱,箱中液面与大气相通,在油箱盖上装有空气过滤器。开式油箱结构简单,安装维护方便,液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱,内充一定压力的惰性气体,充气压力可达0.05MPa。如果按油箱的形状来分,还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造容易,箱上易于安放液压器件,所以被广泛采用;圆罐形油箱强度高,重量轻,易于清扫,但制造较难,占地空间较大,在大型冶金设备中经常采用。

1.4.1 油箱的设计要点

    设计油箱时应考虑如下几点。

1)油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求,另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质;而工作时又能保持适当的液位。

2)吸油管及回油管应插入最低液面以下,以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。吸油管可安装100μm左右的网式或线隙式过滤器,安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切45°角并面向箱壁,以防止回油冲击油箱底部的沉积物,同时也有利于散热。

3)吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些,之间应设置隔板,以加大液流循环的途径,这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的2/3~3/4。

1—液位计;2—吸油管;3—空气过滤器;4—回油管;5—侧板;6—入孔盖;7—放油塞;8—地脚;9—隔板;10—底板;11—吸油过滤器;12—盖板;

4)为了保持油液清洁,油箱应有周边密封的盖板,盖板上装有空气过滤器,注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。为便于放油和清理,箱底要有一定的斜度,并在最低处设置放油阀。对于不易开盖的油箱,要设置清洗孔,以便于油箱内部的清理。

5)油箱底部应距地面150mm以上,以便于搬运、放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳,以便吊运,还要设置液位计,以监视液位。

6)对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。常用的方法有:

① 酸洗后磷化。适用于所有介质,但受酸洗磷化槽限制,油箱不能太大

② 喷丸后直接涂防锈油。适用于一般矿物油和合成液压油,不适合含水液压液。因不受处理条件限制,大型油箱较多采用此方法。

③ 喷砂后热喷涂氧化铝。适用于除水-乙二醇外的所有介质。

④ 喷砂后进行喷塑。适用于所有介质。但受烘干设备限制,油箱不能过

考虑油箱内表面的防腐处理时,不但要顾及与介质的相容性,还要考虑处理后的可加工性、制造到投入使用之间的时间间隔以及经济性,条件允许时采用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。

液压泵站的油箱公称容量系列(JB/T7938-1995),见表1。

表1 油箱容量JB/T7938-1995(L)

4  6.3 10  25  40  63  100 160

250    315 400 500 630 800 1000   1250

1600   2000   3150   4000   5000   6300       

    油箱容量与系统的流量有关,一般容量可取最大流量的3~8倍。另外,油箱容量大小可从散热角度去设计。计算出系统发热量与散热量,再考虑冷却器散热后,从热平衡角度计算出油箱容量。不设冷却器、自然环境冷却时计算油箱容量的方法如下。

1)系统发热量计算 在液压系统中,凡系统中的损失都变成热能散发出来。每一个周期中,每一个工况其效率不同,因此损失也不同。一个周期发热的功率计算公式为

式中 H——一个周期的平均发热功率(W);

     T——一个周期时间(s);

     Ni——第i个工况的输入功率(W);

    ηi——第i个工况的效率;

     ti——第i个工况持续时间(s)。

2)散热量计算 当忽略系统中其他地方的散热,只考虑油箱散热时,显然系统的总发热功率H全部由油箱散热来考虑。这时油箱散热面积A的计算公式为

式中 A——油箱的散热面积(m2);

     H——油箱需要散热的热功率(W);

     △t——油温(一般以55℃考虑)与周围环境温度的温差(℃);

K——散热系数。与油箱周围通风条件的好坏而不同,通风很差时K=8~9;良好时X=15~17.5;风扇强行冷却时K=20~23;强迫水冷时K=110~175。

3)油箱容量的计算 设油箱长、宽、高比值为α:b:c,则边长分别为αl、bl、cl、时,l的计算公式为

式中  A——散热面积(m2)。

    根据所选取的柱塞泵可知液压泵的最大流量为:25L/min

    则预算油箱的容积大概为液压泵最大流量的3到8倍,即油箱的容积V不小于75L

    油箱主要设计参数如图3所示。一般油面的高度为油箱高h的0.8倍,与油直接接触的表面算全散热面,与油不直接接触的表面算半散热面,图示油箱的有效容积和散热面积分别为

V=0.8αbh                   (50)

A1=1.6h(α+b)+1.5αb      (51)

    若A1求出,再根据结构要求确定α、b、h的比例关系,即可确定油箱的主要结构尺寸。

    如按散热要求求出的油箱容积过大,远超出用油量的需要,且又受空间尺寸的限制,则应适当缩小油箱尺寸,增设其他散热措施。

    根据以上基本要求以及便于液压泵站上个元件的布置确定的油箱的基本尺寸为:

a=850mm:b=490mm:h=360mm

    又油箱的厚度为10mm

    则油箱的体积为:V=(a-20)*(b-20)*(h-20)

    油箱的油容积约为:V1=0.8*V

1.5 液压泵站的组装

1.5.1、液压元件检查与要求

(1)液压元件的检查

    液压元件的型号规格应与元件清单上一致;生产日期不宜过早,否则其内部密封件可能老化;各元件上的调节螺钉、手轮及其他配件应完好无损;电磁阀的电磁铁、压力继电器的内置微动开关及电接触式压力表内的开关等应工作正常;元件及安装底板或油路块的安装面应平整,其沟槽不应有飞边、毛刺、棱角,不应有磕碰凹痕,油口内部应清洁;油路块的工艺空封堵螺塞或球涨等堵头应齐全并连接密封良好;油箱内部不能有锈蚀,通气过滤器、液位计等油箱附件应并全,安装前应清洗干净。

(2)管件的检查

   油管的材质、牌号、通径、厚度、壁厚和接头的型号规格及加工质量均应符合设计要求及有关规定。金属材质油管的内外壁不得有腐蚀和伤口裂痕,表面凹入或有剥离层和结疤;软管(胶管和塑料管)的生产日期不得过久。管接头的螺纹、密封圈的沟槽棱角不得有伤痕、毛刺或断丝扣等现象;接头体与螺母配合不的松动或卡涩。

1.5.2、液压元件的拆洗与测试

    液压元件一般不宜随便拆开,但对于内部污染或生产、库存时间过久,密封件可能自然老化的液压元件则应根据情况进行拆洗和测试。

(1)拆洗

    拆洗液压元件必须在熟悉其构造、组成和工作原理的基础上进行。元件拆开时建议对各零件拆下的次序进行纪录,以便拆息结束组装时正确、顺利的安装。清洗时,一般应先用洁净的煤油清洗,再用液压系统中的工作油液清洗。不符合要求的零件和密封件必须更换。组装时要特别注意不使个零件被再次污染和异物落入元件内部。此外,油箱、油路板及油路块的通油孔道也必须严格清洗并妥善保管。

(2)测试

    经拆洗的液压元件应尽可能进行试验,一些主要液压元件的测试项目见表1。测试元件均应达到规定的技术指标,测试后应妥善保管,以防再次污染。

表1 液压元件拆息后的测试项目

元件名称  测试项目

液压泵 额定压力、流量下的容积效率

先导式溢流阀  调压状况,启闭压力,外泄漏

三位四通换向阀   换向状况;压力损失;内、外泄漏

液控单向阀    压力损失;内、外泄漏

1.5.3.液压元件和管道安装

1. 液压元件的安装

(1)液压泵的安装

    液压泵与原动机、液压马达与其拖动的主机工作机构间的同轴度偏差在0.1㎜以内,轴线间的倾角不得大于1°;不得用敲击方式安装联轴器。

(2)液压控制阀的安装

    方向阀一般应保持轴线水平安装;各油口处的密封圈在安装后应有一定压缩量以防泄漏;固定螺钉应均匀拧紧(勿用锤子敲打或强行扳拧),不要拧偏,最后使罚的安装平面与底板或油路块安装平面全部接触。

2. 管道安装

    在液压系统中,管道的主要作用是传输载能工作介质。一般应在所连接的设备及各液压装置部件、元件等组装、固定完毕后再进行管道安装。安装管道时应特别注意防振、防漏问题。

(1)管道敷设

    管道敷设应变预装拆和维护,并不妨碍生产人员行走及机电设备的运行和维护。

    橡胶软管应远离热源或采取隔热措施,并避免相互间与其他物体间产生磨擦,还应避免急弯,管道最小弯曲半径应在10倍管径以上。官长除满足弯曲半径和移动行程外,尚应留4%的余量。

(2)管道加工

    在管道安装过程中,应根据其尺寸、形状及焊接要求加工管材。切割加工的管材端部应平整,无裂纹和重皮等缺陷;需弯曲加工的钢质管道,弯管前要进行退火处理,以防弯管时起皱或变扁,弯曲半径一般应大于管子外径的3倍,弯制后的椭圆旅应小于8%;管端螺纹应与相配的螺纹的基本尺寸和公差标准一致,螺纹加工后应无裂纹和凹痕等缺陷;管子的焊接坡口形式、尺寸及接头间隙可根据壁厚进行加工和组对。经加工而成的管道,应将切削、毛刺等去除干净。

(3)管道焊接

    应根据焊接对象的材质选用合适的焊接材料;管壁较厚的管道焊前应进行预热。管道焊接完毕,要将焊缝及周围的熔渣及飞溅物清理干净,并进行耐压试验,试验压力为工作压力的1.5~2倍,试压不合格的管道应进行补焊,同一部位的返修次数不宜超过3次。

(4)酸洗和循环冲洗

    酸洗方法有以下两种:

①槽式酸洗其工序流程为:脱脂  水冲洗酸洗  水冲洗   中和    钝化       水冲洗   干燥  涂防锈油(剂)   封口。

②循环酸洗,其工序流程为:水试漏   脱脂   水冲洗   酸洗   中和

钝化 水冲洗  干燥  涂防锈油(剂) 封口。 

    酸洗时应遵循有关规程。酸洗后,管道内壁应无附着物;用盐酸、硝酸或硫酸洗时管道内壁呈灰白色;用磷酸酸洗时管道内壁呈灰黑色。酸洗合格后,须在专用冲洗台上将各段管子连接在一起进行循环冲洗。循环冲洗时,应当注意:应选用液压泵、油箱、过滤器等元件适用的且与系统中所有密封件材质相容的冲洗液(油),其粘度宜低些;清洗液(油)诸如油箱前,应将有向内清洗干净,不得有任何肉眼可见的污物;注入冲洗液时应经过滤,过滤精度不低于液压系统要求的过滤精度。冲洗过程中宜辅以适当的敲击或振动等,以加强冲洗效果;冲洗结束后,须将冲洗液(油)排除干净;冲洗后应对冲洗质量进行检验,冲洗清洁度可用颗粒计数法监测

1.5.4 液压泵站的使用与检查

    优质的液压系统是针对无故障使用寿命长而设计的,它仅需要很少的维护。但是少量的维护对于得到无故障工作非常重要。

    实践表明液压系统失效、损坏等多数是由于污染、维护不足和油液选用不当造成的。为保证液压系统处于良好性能状态,并延长其使用寿命,应对其合理使用,并重视对其进行日常检查和维护。

1 使用的一般注意事项

    液压泵站使用中的注意事项如下:

1)低温下,油温应达到20℃以上才准许顺序动作;油温高于60℃是应注意系统的工作情况。

2)停机4h以上的设备,应先使液压泵孔在运转5min,再起动执行器工作。

3)各种液压元件、辅助元件未经主管部门同意,不准私自调节火拆换。

4)液压站出现故障时,不准擅自乱动,应通知有关部门分析原因并拆除。


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