高速线材盘条运卷小车 毕业论文说明书|

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摘 要

现今钢铁冶金行业高速线材盘条运卷小车的主流结构是双臂芯轴运卷小车。作为一种成熟的工程运输机械，运卷小车技术已经较为成熟。随着时代发展，钢铁冶金行业在发达国家逐渐变成夕阳产业，但是不代表它不再重要。毕竟我国整体制造业水平普遍偏低，所以冶金行业在我国的国民生产总值及产业链中仍占有举足轻重的地位。研究冶金行业的工艺流程，产品设备，仍具有重要意义。通过对以往设备运行调试中的错误和不足进行纠正和改进，达到降低劳动强度、保障人身安全、提高生产率和企业效益的目的。本次设计依据已知系统的额定压力、额定流量、负载重量、工作循环时间、两个工作循环间隔时间，以及予定行车距离等设计高速线材盘条运卷小车液压系统。通过本次设计提高自己的专业水平，使我对将来工作有了一定的了解。由于本人对液压机械行业了解较浅，所以难免有较多专业错误，望各位专家学者给予批评指正，非常感谢！

关键词: 高速线材盘条；双臂芯轴；运卷小车；液压系统

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Abstract

Today metallurgical industry transported speed wire rod coil structure is a mainstream car shipped arms mandrel coil car. Major domestic import two models,SMS model and Morgan models.As a mature engineering transport machinery, transport volume car technology is already mature.With the development of the times, iron and steel metallurgy industry, becoming a sunset industry in developed countries, but does not mean that it is no longer important.After all, China's overall level of manufacturing industry is generally low, so the metallurgical industry in China's GDP and industrial chain still occupies a pivotal position.Research metallurgical industry processes, products equipment, still has great significance.Through the past, equipment operation debug errors and deficiencies corrected and improved, to reduce labor intensity, protection of personal safety, improve productivity and business benefits.The design basis of the known system rated pressure, the rated flow, load weight, work cycle time, two working cycle interval time, and I fixed driving distance, design speed wire rod coil car shipped hydraulic system.Through this design improve their professional level, so I have some understanding for future work.As I understand the hydraulic machinery industry shallow, so inevitably there are more professional error and hope that experts and scholars to give criticism, thank you very much!

Keywords:High-speed wire rod; arms mandrel; transport volume car; hydraulic system

目录

1绪论

1.1 课题研究背景1

1.1.1 中国高速线材发展简史1

1.1.2 液压技术发展趋势1

1.1.3 运卷小车的发展概况1

1.2 课题的目的和意义2

2 液压系统方案的拟定3

2.1 原始数据3

2.2 技术要求3

2.3 液压系统设计步骤3

2.4 工况分析3

2.5 液压系统设计方案3

2.6 液压系统方案的论证5

2.7 绘制液压系统图5

2.8 电磁动作表7

2.9 本章小结8 3 液压系统的设计计算9

3.1 阀的选择9

3.1.1 溢流阀的选择9

3.1.2 单向阀的选择9

3.1.3 换向阀的选择10

3.2 液压缸的确定11

3.2.1升降液压缸的确定11

3.2.2双臂心轴液压缸的确定12

3.3液压马达的选取13

3.4液压泵的选择确定14

3.5电动机选择确定14

3.6管道的计算及选择15

3.6.1内径和壁厚的计算15

3.6.2硬管的选择15

3.6.3软管的选择16

3.7管接头的选择16

3.8辅助元件的选择17

3.8.1对于过滤器的选择17

3.8.2对于空气滤清器的选择18

3.8.3对于冷却器的选择18

3.8.4对于加热器的选择19

3.8.5对于蓄能器的选择20

3.8.6对于温度液位器的选择20

3.8.7压力仪表的选择20

3.8.8密封件的选择20

4油箱的设计21

4.1油箱的长宽高的确定21

5液压油的选择22 6液压元件和相关辅件的选择23

7验算液压系统的性能24

7.1验算系统的压力损失24

7.2液压系统发热温升的计算24

7.2.1液压系统发热功率的计算24

7.2.2液压系统散热功率的计算26

8液压系统阀块的设计27

8.1液压阀块设计原则27

8.2液压阀块设计注意事项27

8.3块体的结构27

8.4集成块结构尺寸的确定28

8.5集成块的加工28

结论30

致谢31

参考文献32

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1 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 中国高速线材发展简史

线材是钢铁工业的重要产品之一, 它广泛用于各项基础设施建设、建筑工程建设和金属制品行业。从线材轧机的发展历史来看, 20 世纪60 年代以前, 轧制速度达到40m/ s 之后就很难再提高了。但是人们追求更为高效的生产工艺以提高轧制速度和成品精度的目标却一直没有停止。在这一思想的指导下,1966 年世界上第一台由美国摩根公司研制成功的高速线材轧机正式生产, 给线材生产领域带来了革命性的变化, 揭开了高速线材工业化生产的序幕。我国1987 年开始生产高速线材, 受消费结构不断升级的影响和消费市场强劲拉动的作用, 生产线越建越多,产量快速增长, 呈现了在装备上追求高速、单线、无扭、微张力组合, 在产品上追求高精度、高品质、大盘重等特点。目前, 我国已成为世界上拥有高速线材生产线最多、产量最大的国家, 2003 年全国线材总产量4 007 万t , 其中高速线材2 704. 75 万t , 占67. 5% ;2004 年线材总产量4 940. 98 万t , 其中高速线材预计将占75%左右。

　至2004 年底, 我国已有60 个高速线材生产厂。虽然我国已是线材生产大国，但与先进国家相比仍有很大差距，主要表现在高线比低、硬线及合金等高附加值线比低、控冷线材比低、总体质量水平低等。因此，线材生产面临着结构调整的繁重任务，必须优化工艺结构、产品结构，才能增强市场竞争力。

1．1．2 液压技术发展趋势

随着应用了电子技术、计算机技术、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，未来液压技术向着应用水基介质等适应环保要求的发展，以求不断提高它与电传动、机械传动的竞争能力。

1．1．3 运卷小车的发展概况

现今钢铁行业高速线材盘条运卷小车的主流结构是双臂芯轴运卷小车。包括横向装置、后杻轴臂、前进移动臂、升降装置等运动部件。国内主要进口两种机型集卷站，西马克机型，主要设备分别为集卷筒、双臂芯轴、集卷板、运卷小车，西马克机型集卷筒结构简单，缺少布卷器。，摩根机型包括盘卷板、带有布卷器的集卷筒、双臂芯轴以及收集台和运卷小车。摩根机型集卷筒带有布卷器，可使收集线圈外观均匀整齐，双臂芯轴带有可伸缩内芯棒，将内锥顶起，集卷板带有收集台可进入集卷筒，这样可使收集线圈在集卷筒内插板闭合和打开时的搭接点临近，使收集线圈在集卷筒内完

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成，收集线圈效果好。、西马克机型运卷小车升降盘卷筐行程大，双臂芯轴旋转的过程中，运卷小车可以停留在双臂芯轴之下等待，盘卷筐缩到最低位，减少了运卷的等待位，直接将线圈挂在C型钩上，可使生产节奏加快，效率提高。

如图1-1，一种摩根机型与西马克机型结合的集卷站，包括摩根机型的盘卷板（1）、带有布卷器（2）的集卷筒（3）、双臂芯轴（4）以及收集台（5），双臂芯轴（4）下部设置西马克机型的运卷小（6）。来自专利号：201020260857

图1-1摩根机型与西马克机型结合的集卷站

使收集的成品线圈外观质量好，生产效率提高，适应于新上线材生产线和现有线材生产线改造。

1．2 课题的目的和意义

线材盘条运卷小车是在线材厂的集卷区。是高线厂的关键部位, 是线材成型的必经之路。它负责盘卷的收集与运输, 其主要设备包括集卷筒、盘卷托板、集卷门、双臂芯棒与运卷小车, 大部分动作都靠液压系统来完成。由运卷车液压控制的动作包括: 芯棒旋转集卷门开关、内心棒升降盘卷运输车升降、枢轴臂开启、移动臂行走和运卷小车行走。这些液压动作的完成由运卷车液压系统提供动力。如何能够使这些液压回路有序的完成各自动作，协调的为集卷区完成定量作业任务，就需要我们不断的探索和完善技术装备以及工艺流程。本课题的目的就是提高双臂芯轴缸的芯棒定位精度，使盘卷不易散落在地上，挺高运卷车横向移动精度，使集卷芯棒升降和旋转能够保持稳定。并且减轻劳动强度，保证各个工序有序稳定进行，保障职工人身安全，提高生产率和经济效益。

共 32 页 第 3 页

2 液压系统方案的拟定

2．1 原始数据

1 高速线材盘条运卷小车液压系统的额定压力P=10(MPa)。

2 小车液压系统的流量Q=84(L/min)。

3 小车的最大运输重量为：（0-1.5）吨。

4 运卷小车一次工作循环时间：62秒。两个工作循环之间的时间间隔为：18秒。

5 予定车行程距离：（8970-9288）mm。

6 原双臂芯轴缸的芯棒定位精度为：180°±3°。

2．2 技术要求

线材盘条运卷小车是在线材厂的集卷区，盘卷在集卷筒内形成以后，卸在双臂芯棒的某一臂（棒）上，双臂芯轴缸转动90°，使完成的的盘卷呈水平状态的位置，供运卷小车取走，运卷车将盘卷送到钩式运机的“C”形钩上即可。运卷车的功能还包括，在横动时：后枢轴臂能张开、闭合；前进时：移动臂能前进、后退；升降装置能升降。

2．3 液压系统设计步骤

液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤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，拟定液压系统原理图；

(4）选择液压元件；

(5）液压系统的性能验算；

2．4 工况分析

工况为:芯轴旋转→小车横移→升降装置上升，移动臂前进→充分上升，枢轴臂闭合→小车移向吊钩→升降装置下降→延时确认→枢臂张开，移动臂退宿→小车回等待位置。

2．5液压系统设计方案

方案一：如图2-1所示升降液压缸作为运卷小车升降装置, 作用在小车承卷平台上。

　在集卷完毕后, 双臂芯棒旋转, 原先处于等待位置的运卷小车横移到芯棒下，芯棒卸卷开始，缸活塞杆伸出, 使承卷平台上升, 准备抬起线圈, 在移动臂前进后杻轴臂闭合到位后, 活塞杆缩回, 使小车平台下降, 运卷车横移向吊钩。由于小车平台以及线卷重量较大, 为了防止缸升降过程中的冲击使用电液比例换向阀控制液压缸的动作速度保证其动作平稳。根据图1-2 ,当电液比例换向阀电磁铁H F/ EY’l A 带电时液压缸上升, 当电液比例换向阀电磁铁H F/ E VI B 带电时液压缸下降, 平衡阀可防止运卷小车承卷平台因自重而下滑, 消除活塞在下降时的爬行现象, 由于电液比例换向阀响应速度较快, 压力变换连续, 抗污染能力强, 工作可靠等特点, 加上平衡阀的使用, 使得该系统的工作性能更加稳定、可靠。

共 32 页 第 4 页

l 一液压缸;2 一平衡阀;3 一电液比例换向阀 4一减压阀

图2-1小车承卷平台升降缸液压系统原理图

方案二： 小车承卷平台液压支路。该回路的上升到位控制, 是通过一个检测无杆腔节流口前后的压差发汛器来实现的。由原理图2-2 可见,液压缸上升但未能顶住盘卷时, 即液压缸活塞杆在作上升动作时, 油液将不断的从无杆腔的节流阀通过( 存在局部压力损失) , 引起节流阀前后压力不等, 即存在压力差值, 这时由于无杆腔节流阀前后的压差发汛器检测到压差的存在, 则判定尚未顶住盘卷, 运卷小车将继续上升; 反之, 小车顶住盘卷时, 液压缸不再动作, 节流阀前后压力相等, 压力差值为零, 压差发汛器检测到无压差存在, 则判定小车已顶住盘卷。在压差发汛器发出顶卷到位的信号后, 下一工序便是小车升降位置锁定。此时电磁铁3DT 得电换向, 插装阀开启, 液压缸有杆腔油液直接与低压回油管相通进行卸压, 无杆腔在平衡阀的作用下保压, 实现锁定。本系统适合双臂内芯棒升降液压缸作升降平台的运卷小车系统。

共 32 页 第 5 页

1、2、3、9- 单向阀4- 梭阀5- 电液换向阀6、7- 单向节流阀8- 压力继电器10- 换向阀11- 电磁换向阀12- 插装阀13- 背压阀14- 升降液压缸

图2-2升降机构液压系统工作原理图

方案三：运卷小车移动臂有液压缸提供动力和用液压马达提供动力两种方式可供选择。若用缸提供动力，则活塞杆过长，影响稳定性和控制精度，而液压马达稳定性和控制精度较高，所以倾向选液压马达为前进臂提供驱动力。

2.6 液压系统方案的论证

液压控制系统中，除了考虑液体传动介质外，通常从以下几部分论证液压系统可行性并做出选择。

动力源部分——液压泵及原动机。它将原动机输出的机械能转化为工作液体的压力能。

执行部分——包括液压缸和液压马达，其作用是把工作液体的压力能重新转变为机械能，推动负载运动。

控制部分——包括伺服阀及压力、流量、方向控制阀等。通过它们控制和调节液压系统中的压力、流量和流向，以保证执行部件所要求的输出力、速度和方向。

辅助部分——包括油箱、管道、过滤器、蓄能器以及指示仪表等，以保证系统的正常工作。

液压基本回路是由相关液压元件组成，能实现某一特定功能的基本回路。基本回路按其在系统中的功用可分为：压力控制回路——控制整个系统或局部油路的工作压力；速度控制回路——控制和调节执行元件的速度；方向控制回路——控制执行元件运动方向的变换和锁停；同步和顺序控制回路——控制几个执行元件同时动作或先后次序的调节等。本系统主要要用到容积调速回路节流调速回路以及方向控制回路。

2.7 绘制液压系统图

要求整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压泵站组合而成，各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单，性能稳定，能准确完成工作任务。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生，尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率和能量利用率。最终确定原理图如图2-1。

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图2-3运卷小车系统原理图

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2．8电磁动作表

高速线材盘条运卷小车液压系统电磁动作表如下表2-1

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表2-1运卷小车液压系统的电磁铁动作顺序

磁铁

动作

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

芯棒

旋转

＋

＋

小车

横移

＋

＋

升降台上升 移动臂前进

＋

＋

＋

＋

＋

充分上升， 枢轴臂闭合

＋

＋

＋

＋

＋

小车移

向吊钩

＋

＋

＋

升降装

置下降

＋

＋

＋

＋

延时

确认

＋

枢臂张开，移动臂退宿

＋

＋

＋

＋

小车回等

待位置

＋

＋

系统

卸荷

2．9 本章小结

通过对液压系统方案设计评估和筛选，我对于液压系统的设计理念和步骤有了初步的了解。对所设计系统充分了解，是设计相关液压系统的基础。对设计项目每个工作过程充分清楚，是确定选择什么回路的来执行目的动作的依据。对各种原有设计样本和经验资料进行分析总结和交流，是做好该设计的前提。细致的安排，有序的实施，方能顺利完成规定设计任务。

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3 液压系统的设计计算

3．1阀的选择

3．1．1溢流阀的选择

DB/DBW型阀是先导控制的二节同心式溢流阀，导阀和主阀均为锥阀式结构。DB型阀主要用于控制系统的压力；DBW型阀也可以控制系统的压力并能在任意时刻使之卸荷。

DBW型溢流阀：DBW型溢流阀主要由5通径二位三通电磁阀、先导阀和主阀组成。其工作原理与DB型基本相同，不同之处在于它可以通过电磁阀使系统在任意时刻卸荷。

DB/DBW阀均没有控制油外部供油口“X”和外排口，这样根据需要可以选择不同的组合形式：内供内排、内供外排、外供内排、外供外排。

　根据需要选择溢流阀型号如下表3-1

表3-1所选溢流阀型号

先导式溢流阀

DB20/200

1

成品

无锡油力液压气动设备有限公司

先导式溢流阀

DB20-1-5X/31.5

4

成品

北京华德液压阀分公司

电磁溢流阀

DBW30B-1-30/315G24NZ5

2

成品

无锡油力液压气动设备有限公司

3．1．2单向阀的选择

单向阀又称止回阀或逆止阀。用于液压系统中防止油流反向流动,或者用于气动系统中防止压缩空气逆向流动。

单向阀有直通式和直角式两种。直通式单向阀用螺纹连接安装在管路上。直角式单向阀有螺纹连接、板式连接和法兰连接三种形式。液控单向阀也称闭锁阀或保压阀，它与单向阀相同，用以防止油液反向流动。但在液压回路中需要油流反向流动时又可利用控制油压，打开单向阀，使油流在两个方向都可流动。液控单向阀采用锥形阀芯，因此密封性能好。在要求封闭油路时，可用此阀作为油路的单向锁紧而起保压作用。液控单向阀控制油的泄漏方式有内泄式和外泄式二种。在油流反向出口无背压的油路中可用内泄式；否则需用外泄式，以降低控制油压力。本系统选择单向阀种类较多总的如下表3-2所示。

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表3-2本系统用到的单向阀

单向阀

S30P1

2

成品

北京华德液压集团液压阀分公司

叠加式液控单向阀

Z2S10

1

成品

沈阳液压件厂

单向阀

S20P1

4

成品

北京华德液压集团液压阀分公司

单向阀

S30P1

2

成品

北京华德液压集团液压阀分公司

3．1．3换向阀的选择

换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀。是实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。可分为手动换向阀、电磁换向阀、电液换向阀等。

　本系统选择换向阀型号如表3-3所示。

表3-3换向阀的型号

电磁换向阀

4WE10E20/AG24NZ5L

3

成品

北京华德液压集团液压阀分公司

电液换向阀

4WEH25E50/6AG24NZ5L

2

成品

北京华德液压集团液压阀分公司

电液换向阀

4WEH10E20/0EG24NZ5L

2

成品

北京华德液压阀分公司

电磁换向阀

4WE10E10/AG24NZ5L

2

成品

北京华德液压集团液压阀分公司

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3．2 液压缸的确定

液压缸是液压传动系统中的一种执行元件，它是将液压油的压力能转变为机械能的转换装置，一般用于实现机械的直径往复运动或摆动运动。由于液压传动没有间隙、运动平稳。因此得到了广泛的应用。根据液压缸的结构形式，可将其分为三种类型，即：活塞型（又分双出杆活塞式和单出杆活塞式）、柱塞式、摆动式（又分摆动液压缸和齿条液压缸）。

3．2．1升降液压缸的确定

根据本系统设计要求，升降缸选取单杆双作用活塞式液压缸。

已知系统额定压力为10MPa，工作回路是节流调速回路，且泵出口有压力卸荷溢流阀，还有单向阀，考虑油路压力损失等等，升降缸工作压力初选为9MPa。

选择活塞杆的速度比为：

由闻邦椿《机械设计手册》第五版4卷第22-66面选择公式：

（3-1）

由该手册22-65选择公式：

（3-2）

—作用于活塞上的载荷（N）

—外载荷（N）

—液压缸的机械效率，一般取0.90-0.95。

—液压缸工作腔压力( Pa)

—液压缸回油压力，即背压( Pa)其值根据回路的具体情况而定，本系统可选 0.5MPa。

—活塞直径(m)

—活塞杆直径(m)

取 由公式（3-1）和（3-2）得活塞直径

选择液压缸标准直径值

由闻邦椿《机械设计手册》第五版4卷第22-270面选择：

标准液压缸：

缸径

杆径

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推力31.42

工作压力16

油口尺寸：

通径10

连接螺纹

最大行程

后枢轴臂启闭液压缸的选择：

因为后枢轴臂承担的是水平方向上钢与钢之间的摩擦力，显然要比负载重力小。所以该执行元件选择与运卷小车承卷平台相同的液压缸。所以本系统需要两个标准的

液压缸。

液压缸无杆腔的有效作用面积：

液压缸有杆腔的有效作用面积:

3．2．2双臂芯轴液压缸的确定

齿轮齿条摆动缸工作原理：将液压缸的往复运动通过齿条带动齿轮转变成顺时针、逆时针旋转，同时将往复缸的推力转变成齿轮轴的输出扭矩。摆动角度可以任意选择，并且可以大于360度，生产指标符合重型机械指标。

双臂芯轴液压缸主要设计参数可以依据现有机型的参数来选取。已知设计参数：

1 系统额定压力为10MPa

2 盘卷重量1.5吨

资料参数：

1 使芯棒机架旋转所需的转矩：

2 芯棒长度为

3 摆动角度为

4 芯棒机架最大摆角速度

5 整个工作行程时间为

由成大先《机械设计手册》第五版第4卷第17-354面选择双齿条系列摆动液压缸。型号：摆动式液压缸。

连接方式：法兰连接；

输出方式：孔输出；

缸内径：；

输出扭矩：；

每度转角用油量：；

工作环境温度：℃；

启动压力≤；

生产厂：天津优瑞纳斯油缸有限公司

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3.3液压马达的选取

因为控制马达的液压回路为容积调速回路，当小车横移用液压马达工作时，卸荷溢流阀失电卸荷，由成大先版《机械设计手册》第五版第4卷17-395面知电磁卸荷溢流阀切换压力17％以内，故系统工作压力在之间变化，加之有减压阀比例流量阀调控马达两侧压力和流量，由成大先版《机械设计手册》第四版第4卷17-207面，选择叶片式液压马达。

叶片式液压马达型号：；

理论排量：；

额定压力：；

最低转速：；

最高转速：；

输出转矩：；

安装方式：法兰安装；

重量：；

油口尺寸（Z）：

进口:"；

出口"；

生产厂：榆次液压件厂

控制移动臂的前进和后退的马达也选择此型号和参数，共选择两个。

3．4液压泵选择确定

液压泵的最高工作压力的计算。系统额定压力为，受溢流阀的调节，液压泵出油口压力稳定在变化。

（1）液压泵的流量计算。由于系统的压力为中压，取系统的泄露系数K=1.3,则泵的供油流量应为

确定液压泵的规格。根据系统所需流量，拟选液压泵的转速为n=1000 r/min，泵的容积效率，可算得液压泵的排量参考值为

根据以上计算结果由闻邦椿《机械设计手册》第五版4卷第22-131面选择柱塞泵。

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柱塞泵型号：型；

压力：；

排量：；

转速：；

容积效率：；

驱动功率：；

重量：；

生产厂：启东高压油泵厂

冶金工业运转强调延续性，比如盘卷生产线上的加热炉是不能暂停的，否则整条生产线都会混乱。所以为了保证生产，液压系统都会选择备用液压缸来迅速恢复生产。所以本系统选用两台同型号和参数的柱塞泵。

3．5 电动机选择确定

确定液压泵的驱动功率及电动机的规格。选闻邦椿《机械设计手册》第五版4卷第22-68公式 （ 3-3）

—液压泵的最大工作压力；

—液压泵的流量；

—液压泵的总效率，柱塞泵选；

已知泵的工作压力,泵的总效率取，泵的供油流量则由公式（ 3-3）得液压泵所需的驱动功率为

查孔凌嘉版《简明机械设计手册》473面，选用系列冶金及起重用三相异步电动机。

型号为：；

额定功率:；

转速：。

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3．6 管道的计算和选择

3．6．1 内径和壁厚的计算

液压系统管路内径和壁厚可通过计算确定,也可根据元件的进出口连接尺寸确定。

管子内径d的计算公式为

（3-4）

由公式（3-4）得

已知 取

选择管道壁厚的计算公式为

(3-5)

由公式（3-5）计算得

3．6．2 硬管的选择

对于具有不同管路长度的刚性连接一般使用硬管，在硬管和软管之间做出选择时，应选择硬管，因为硬管成本低、阻力小、安全。多选用无缝钢管，无缝钢管耐高压、变形小、耐油、抗腐蚀，虽装备是不易弯折，但装备后能长久保持原状，用于中压系统。硬管可分为两大类，一类是通经定尺寸，另一类是外径定尺寸。

弯管的半径R应根据管子中心和外径d来规定。最小弯管半径为外径的2.5倍。

查《机械设计手册》选择标准无缝钢管：

公称通径：25mm；

钢管外径：34mm；

管接头连接螺纹：；

公称压力；

管子壁厚：3mm；

推荐管路通过流量

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3．6．3 软管的选择

软管用于连接相互运动的液压元件之间的挠性连接，或者用于有关的布置很不利，致使软管连接成为唯一实现的解决办法。软管还起吸振和消声的作用，泵的出口要有一段软管，其目的就在于此。系统压力、压力波动、油液流速、温度、油液、以及环境条件构成了液压软管使用中的额重要因素。

液压系统用的高压软管由合成橡胶制成，并根据拟用的负载加固。与油连接的是耐用合成橡胶制成的内管，内管外面有若干层加固层。加固材料可以是天然或合成纤维或细金属丝或它们的组合。加固层可以是编织的，缠绕的或者两者兼有之。最外面是一层耐油的蒙皮，各层之间有粘接剂。

系统压力、压力波动、油液流速、温度、油液及环境条件构成液压软管使用中的重要因素。

本系统在泵的出口处应该设液压软管，目的是吸收泵出口处的压力脉动。胶管总成GB9065.3产 品结构：主要由耐液体的合成橡胶内胶层、中胶层、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层钢丝编织层、耐天候的合成橡胶外胶层组成，内胶层具有使输送介质承受压力，保护钢丝不受侵蚀 的作用，外胶层保护钢丝不受损伤，钢丝层是骨架材料，起增强作用。产 品用途：高压钢丝增强液压胶管主要用于矿井液压支架、油田开发，适宜于工程建筑、起重运输、冶金锻压、矿山设备、船舶、注塑机械、农业机械、各种机床以及 各工业部门机械化、自动化液压系统中输送具有一定压力和温度的石油基（如矿物油、可溶性油、液压油、燃油、润滑油）及水基液体（如乳化液、油水乳浊液、 水）等和液体传动。注：本企业编织胶管标准参照GB/T3683-1992和ISO/DIS1436-1985，DIN20022及SAE100RIAT 标准。工作温度：油类-40℃～100℃，空气-30℃～50℃，水乳液+80℃以下，产品规格范 围：DN5mm～DN102mm。

根据上式计算的结果查阅《机械设计手册》，选择采用三层钢丝的橡胶管,型号为：

型

参数：

公称内径：25mm；

成品外径最大值：38.9mm；

外胶层厚度：

最小值：1.07mm；

最大值：2.16mm；

设计压力：14；

最小弯曲半径：300mm

3．7 管接头的选择

管接头是管道之间，管道与元件之间的可拆式连接件。管接头在满足强度足够的前提下，应当拆装方便，连接牢固，密封性好，外形尺寸小，压力损失小以及公益性好。

管接头的种类很多，其规格品种可查阅有关手册。液压和气动系统中常用的管接头有，焊接式管接头，卡套式管接头，扩口式管接头，扣压式管接头，快换式管接头，快插式管接头和固定铰接管接头。本液压系统可采用卡套式管接头，利用管子变形卡

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住管子并进行密封，重量轻，体积小，使用方便。

管接头的连接螺纹采用国家标准锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。锥螺纹可依靠自身的锥体旋紧和采用四氟乙烯生料带进密封，广泛应用于中、低压系统；细牙螺纹常在采用组合垫圈或O形圈，有时也采用紫铜垫圈进行端面密封后用于高压液压系统。

油管的安装与检修直接影响液压系统的工作性能。如果油管安装不合理，不仅会给安装、检修带来很大的困难，而且会使压力损失增大，甚至产生严重的噪声和振动。因此，必须十分重视油管的安装与检修。管路安装前应根据设计要求正确选择油管和管接头。安装时应注意:

①油管安装前清洗；

②管路尽量平行布置，减少交叉；

③管路应尽量短，少拐弯，布置整齐，并保持油管有必要的伸缩余地，规定钢管和铜管弯曲半径应大于其直径的3倍，管径小时应取大值。

根据计算的管道内径和管道壁厚以及系统压力要求和经济适用性和可操作性,查阅《机械设计手册》，选取卡套式管接头,管接头系列为G40。

,最大工作压力为25MPa,

管子外径为40mm，

选择d的尺寸；

三通管接头为G系列，

最大工作压力为25MPa，

管子外径为40mm；

四通式管接头为G系列，

最大工作压力为25MPa；

管子外径为40mm。

3．8 辅助元件的选定

为了保证油箱能正常工作,需要在油箱上使用各种辅助元件,例如空气过滤器、液位器、温度器、、过滤器、加热器、冷却器、压力仪表、流量仪表、液压常用密封件等。

3．8．1对于过滤器的选择

按照过滤器的流量至少是液压泵总流量的2倍的原则，即有

因此,查阅成大先《机械设计手册》第四版4卷第17-722面选择两个纸质过滤器参数如表3-4。

表3-4回油滤油器参数。

表3-4纸质过滤器

型号

通径/mm

额定流量/

过滤精度

重量kg

生产厂

ZU-H250×10FS

38

250

10

24

沈阳滤油器厂

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3．8．2 对于空气滤清器的选择

空气滤清器的流量至少为液压泵总流量的2倍的原则,取空气过滤器的流量为泵流量2.5倍。由于所设计的运卷小车为性能要求较高的液压传动系统，对油液的过滤精度要求较高，故有

查阅闻邦椿《机械设计手册》第五版4卷第22-700面选择型系列空气过滤器，具体型号和参数如表3-5。

表3-5空气滤清器的参数

型号

空气过滤

精度/

温度适应范围

空气流量/L/min

螺纹尺寸

生产厂

10

-20—100℃

250

M4×16

温州黎明液压机电有限公司

3．8．3 对于冷却器的选择

由于运卷小车在集卷站,高温室内，所以通风散热能力差，所以选择水冷式冷却器,水冷式冷却器的冷却面积计算公式查闻邦椿《机械设计手册》第五版4卷第

22-664面选择冷却器的冷却面积公式：

（3-6）

——冷却器的冷却面积（）

——液压系统发热量（w）

——液压系统散热量（w）

——散热系数,取450 W/()

——平均温差（）；

（3-7）

——进口和出口油温（）

——进口和出口油温()

系统发热量和散热量的估算

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（3-8）

式中——输入泵的功率（W）

——系统的总效率，合理、高效的系统为70%~80%，一般系统仅达到50%~60%。

（3-9）

式中 ——油箱散热系数取9

——油箱散热面积（）

——油温与环境温度之差（℃）

根据以上公式计算出冷却器的冷却面积A=2.99 ，查闻邦椿《机械设计手册》第五版第4卷22-667选取型号为。基本性能参数如表3-6所示。

表3-6冷却器的主要性能参数

型号

散热面积/

散热系数

介质粘度/

0.2—4.25

348—407

10—326

3．8．4对于加热器的选择

本液压系统采用电加热器进行加热，加热器的发热能力可按下式估算：

（3-10）

式中 N——加热器发热能力（W）

C——油的比热容，取1680J/(kg.℃)

——油的密度，取=1125（kg/）

V——油箱内油液体积（）

——油加热后温升（）

T——加热时间（s）

电加热器的功率：

（3-11）

式中 ——热效率，取=0.6—0.8。

根据以上公式（3-10）和（3-11）计算得到加热器的功率P=33.6kw。查闻邦椿《机械设计手册》第五版4卷第22-678选取6个功率为6kw的相同型号电加热器如表3-7所示。

表3-7电加热器性能参数

型号

功率/kw

电压/v

浸入油中长度A

生产厂

SRY4—220/6

6

220

725

辽阳华强仪表厂

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3．8．5 对于蓄能器的选择

该系统使用的蓄能器的作用是用来作为辅助动力源.

容积计算公式:

（3-12）

式中

——所需蓄能器的容积（）

——充气压力（Pa）,按0.9>>0.25充气

——蓄能器的工作容积（）

——系统最低压力（Pa）

——系统最高压力（Pa）

n——指数；等温时取n=1;绝热时取n=1.4

根据以上计算公式（3-12）计算得出的结果，由成大先版《机械设计手册》第四版第4卷17-696面选取蓄能器型号为※的蓄能器4台，主要性能参数：

公称容积：25L；

公称通径：40mm；

公称压力：20MPa；

生产厂：奉化奥莱尔液压公司。

3．8．6对于温度液位器的选择

根据油箱高度选用YWZ-500T2型号的温度液位器.主要性能参数如表3-8所示。

表3-8 YWZ-500T2型温度液位器性能参数

型号

测温范围

压力

生产厂

YWZ-500T2

-20—100℃

0.1—0.15MPa

温州远东液压有限公司

3．8．7压力仪表的选择

查闻邦椿《机械设计手册》第五版4卷第22-686面，选用耐震压力表型号为YN—100，测量范围0-20MPa。

3．8．8密封件的选择

采用通用O形橡胶密封圈。

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4 油箱的设计

4．1 油箱长宽高的确定

油箱的作用主要是储油；此外，油箱有一定的表面积，能够散发油液工作时产生的热量，沉淀油液中的污物，逸出渗入油液中的空气，有时它还兼作液压元件和阀块的安装台。根据液压泵的额定流量按照经验计算方法进行计算,然后根据散热要求对油箱的容积进行校核。

油箱中能够容纳的油箱容积按JB/T 7938—1999 标准估算，对于本设计系统考虑到空间的限制因此可选取经验系数=10,求得其容积为

按JB/T 7938—1999 规定，取标准值,即

如果取油箱内长、宽、高比例为3:2:1 ,可得长=2080 mm，宽=1387 mm，高=693 mm。

对于分离是油箱采用普通钢板焊接即可，钢板的厚度分别为：油箱壁厚3mm，箱底厚度5mm，因为箱盖上需要安装其他液压元件，所以箱盖厚度取为10mm，为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，取箱底离地的距离为200mm。因此，油箱基体的总长总宽总高分别为

长 L=+2t=2080+2×3=2086 mm

宽 W=+2t=1387+2×3=1393 mm

高 H=+10+5+200=908mm

为了更好地清洗油箱，取油箱底面倾斜角度为。

隔板尺寸的确定

为了起到消除气泡和使用油液中杂质有效沉淀的作用，油箱中应采用隔板把油箱分成两部分。根据经验，隔板高度取为箱内右面高度的3/4，根据上述计算结果，隔板的高度应为

隔板的厚度与箱壁厚度相同,取为3mm。

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5 液压油的选择

液压油是液压传动系统的工作介质，又是液压元件的润滑剂。液压油分为矿油型、乳化型和合成型三大类。

液体流动时，流层之间的内部摩擦力称为液体的粘性。表示粘性大小的量称为粘度。它是选择用油的主要指标。常用动力粘度、运动粘度及相对粘度来表示。目前我国主要采用运动粘度。

液压油应具有适当的粘度，良好的粘温特性，良好的润滑性，能抗氧化、无腐蚀作用，抗燃烧，不易乳化，不破坏密封材料，无毒，有一定的消泡能力。

选择液压油时，应根据泵的种类、工作温度、系统压力等，确定适用粘度范围，再选择合适的液压油品种。

本系统选用L-HFDR型磷酸酯液压液，主要性能参数：

ISO粘度等级32；

运动粘度（40℃）28.8—35.2；

要根据液压油的价格、使用寿命、以及液压系统和维护、安全运行周期等情况，综合考虑。

6液压元件和相关辅件的选择

根据计算结果选择液压元件如表6-1

表6-1

先导式减压阀

DR30-1-30/31.5YM

1

成品

北京华德液压阀分公司

电磁水阀

DF25-40 DN40

1

成品

上海巨良电磁阀厂

冷却器

1

成品

泰州市远望换热设备有限公司

排污阀

Q11F-16 DN20

1

成品

上海上晋工控设备有限公司

球阀

K304

6

成品

北京华德液压阀分公司

回油滤油器

RF-100×10FY

2

成品

黎明液压有限公司

测压接头

PT-4-001

4

成品

黎明液压有限公司

蓄能器

NXQ-L25/※

4

成品

奉化奥莱尔液压公司

双单向节流阀

Z2FS10

3

成品

北京华德液压阀分公司

比例流量阀

EFBG-06-250-22

2

成品

北京华德液压阀分公司

耐震压力表

YN-100

3

成品

沈阳仪表厂

高压胶管

GB9065.3 38Ⅳ-1200

2

成品

河北鼎力管业有限公司

纸质过滤器

ZU-H250×10FS

2

成品

沈阳滤油器厂

截止阀

D71X-16 DN80

4

成品

泰州市远望换热设备有限公司

电接点温度计

WSSX-401

1

成品

上海仪表厂

液位控制器

YKZQ-24

1

成品

温州远东液压有限公司

空气滤清器

1

成品

温州黎明液压机电有限公司

油箱

1

焊接件

力士乐技术

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7 验算液压系统的性能

7．1 验算系统的压力损失

管道直径d=25mm

油管长度均取为=2m

取油液运动粘度

油管中通过的最大流量q=109.2/min

计算雷诺数

Re大于临界雷诺数,且小于4000，故可推论出油路中的液流为临界区。

将适用于层流的沿层阻力系数和管道中液体流速为代入沿层压力损失计算公式得

=11.278KPa≈0.0113MPa

在管道具体结构尚未确定情况下，管道局部压力损失常按以下经验公式计算

各工况下的阀类元件的局部压力损失按式计算,也可以查阅相关阀类元件的产品样本得:

所以总的压力损失为

7．2 液压系统发热温升的计算

7．2．1 液压系统发热功率的计算

液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。液压系统由流量损失引起的功率损失包括液压泵的泄露损失，

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执行元件的泄露损失和溢流阀的溢流损失。液压系统的机械功率损失主要是液压泵和液压马达传输轴上的机械摩擦损失。

①液压泵的泄露功率损失

计算公式为

式中——液压泵的输入功率(kw)；

——液压泵的容积功率；

计算得

②液压执行元件的泄露功率损失

计算公式为

式中——液压执行元件的输入功率，kw;

——液压执行元件的容积效率；

因为液压缸是标准缸，在出厂时检验合格，所以泄露很少，可以忽略不计。所以计算时仅计算马达的泄露损失，得：

③溢流阀的功率损失

式中——溢流阀的调定压力，Pa;

——经溢流阀流回油箱的流量，.

计算得

④机械损失发热功率

液压泵的机械功率损失为

式中——液压泵的机械效率。

计算得

液压缸的机械效率损失为

⑤总的发热功率

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7．2．2 液压系统散热功率的计算

液压系统的散热渠道主要是油箱表面，油箱的散热功率可以下公式计算。

（6-1）

式中K——油箱的传热系数；

——油箱的传热面积()；

——油温与环境温度之差，℃,假设环境温度为28℃,油液最高温度为68℃,因此℃。

(1)油箱的传热系数K

由于此设备用于冶金工业，通风条件较差，所以取K=9× kw/（·℃）

(2)油箱散热面积的计算

油箱中油面的高度一般为油箱高度的4/5，计算散热面积时，与液压油直接接触的表面算全散热面，与液压油不直接接触的表面算半散热面，因此油箱的总散热面积为

系统散热功率

由公式（6-1）以及结果=7.77计算得油箱的散热功率为：

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8液压系统阀块的设计

液压阀块在液压系统中的重要性已被越来越多的人们所认识，其应用范围也越来越广泛。液压阀块的使用不仅能简化液压系统的设计和安装，而且便于实现液压系统的集成化和标准化，有利于降低制造成本，提高精度和可靠性。

液压元件的配置形式，目前有板式和集成块式，液压元件的配置形式现在多为集成块式，这些形式各有优点和缺点，板式配置是板前接阀，板后接管，安装维修方便，各元件的连接比较直观，但管路复杂时接管不便；箱体式配置是箱体内钻孔组成所需油路，结构紧凑但维修不便，系统也不能变化；集成块式配置是用基本回路做成的通用化集成块叠加组成的液压系统装置，其优点是结构紧凑，更改方便，可节省设计工作量，是当前应用较多的一种配置形式。

8．1 液压阀块设计原则

最为首要的是液压阀块的油路符合液压系统原理图。在设计阀块前，先要确定哪一部分油路可以集成。每个块体上包括的元件数量应适中 元件太多阀块体积大，设计、加工困难;元件太少，集成意义不大，造成材料浪费。

8．2液压阀块设计注意液事项

包括：对于工作中须要调节的元件，设计时要考虑其操作和观察的方便性，如溢流阀、调速阀等可调元件应设置在调节手柄便于操作的位置。须要经常检修的元件及关键元件如比例阀、伺服阀等应处于阀块的上方或外侧，以便于拆装。另外，阀块设计中要设置足够数量的测压点，以供阀块调试用。对于重量30kg以上的阀块，应设置起吊螺钉孔。但在满足使用要求的前提下，阀块的体积要尽量小。

8．3块体的结构

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

对于较简单的液压系统，其液压元件较少，可安装在同一个集成块上。如果液压系统复杂，控制液压阀件较多，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，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过调压后进入公用压力油孔P，作为供给

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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。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。

8．4集成块结构尺寸的确定

外形尺寸要满足液压元件的安装，孔道布置及其它工艺要求。液压阀块设计中，油路应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔和工艺孔。阀块中孔径要和流量相匹配，特别应注意相贯通的孔必须保证有足够的通流面积，注意进出油口的方向和位置，应与系统的总体布置及管道连接形式相匹配，并考虑安装操作的工艺性，有垂直或水平安装要求的元件，必须保证安装后符合要求。为减少工艺孔，缩短孔道长度，液压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

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