油田管材矫直机液压系统设计
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任务书学生姓名学 号年级专业及班级指导教师及职称副教授学 院工学院2012 年12 月3 日填 写 说 明一、毕业论文(设计)任务书是学校根据已经确定的毕业论文(设计)题目下达给学生的一种教学文件,是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文(设计)工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必需针对每一位学生,不能多人共用。三、选题要恰当,任务要明确,难度要适中,份量要合理,使每个学生在规定的时限内,经过自己的努力,可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达,不得随意更改。五、各栏填写基本要求。(一)毕业论文(设计)选题来源、选题性质和完成形式:请在合适的对应选项前的“”内打“”,科研课题请注明课题项目和名称,项目指“国家青年基金”等。(二)主要内容和要求:1工程设计类选题明确设计具体任务,设计原始条件及主要技术指标;设计方案的形成(比较与论证);该生的侧重点;应完成的工作量,如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源,具体任务与目标,国内外相关的研究现状及其评述;该生的研究重点,研究的实验内容、实验原理及实验方案;计算机应用及工作量要求,如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标;对相关的研究历史和研究现状简要介绍,明确该生的研究重点;要求完成的工作量,如论文、文献综述报告、译文等。(三)主要中文参考资料与外文资料:在确定了毕业论文(设计)题目和明确了要求后,指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息,或划定参考资料的范围,指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。(四)毕业论文(设计)的进度安排:1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%;主体工作,包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%;撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%;撰写论文初稿,修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写,也可使用打印稿,但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文(设计)题目油田管材矫直机液压系统设计选题来源结合科研课题 课题名称:生产实际或社会实际 其他 选题性质基础研究 应用研究 其他题目完成形式毕业论文 毕业设计 提交作品,并撰写论文主要内容和要求油田管材矫直机液压系统可以保证油田管材矫直机按预订工艺过程的要求(压力、温度、速度、时间)和动作程序准确有效的工作。主要要求:一、进行必要的设计计算二、设计油路板三、绘制液压系统图四、绘制液压系统安装简图五、编写设计说明书说明:设计工作量应至少完成折合A0号图纸三张和一份12000字以上的设计计算说明书。注:此表如不够填写,可另加附页。主要中文参考资料与外文资料1濮良贵,纪名刚主编.机械设计M.高等教育出版社,2004.22孙桓,陈作模.机械原理M.北京:高等教育出版社,19993张世亮.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,20064董林福.液压与气压传动M.北京:化学工业出版社,20065王积伟.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,20056机械工程手册编委会.机械工程手册M.北京:机械工业出版社,19977章宏甲,黄 谊M.北京:机械工业出版社,20058许福玲.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,20049张利平.现代液压技术应用220例M.北京:化学工业出版社,200410雷天觉.液压工程手册M.北京:机械工业出版社,1996工作进度安排起止日期主要工作内容2012.11.062012.12.02选题2012.12.032012.12.05接受任务书2012.12.062013.01.13撰写开题报告和开题2013.01.142013.03.29毕业设计2013.03.302013.04.01中期考核2013.04.022013.05.06完善毕业设计与毕业设计总结2013.05.072013.05.10提交正稿与指导老师评阅2013.05.112013.05.26专业委员会评阅,答辩与修改定稿要求完成日期:20 年 月 日 指导教师签名: 审查日期:20 年 月 日 专业委员会主任签名: 批准日期:20 年 月 日 学院指导委员会签名(公章): 接受任务日期:20 年 月 日 学生本人签名: 注:签名栏必须由相应责任人亲笔签名。此表可从教务处网站下载中心下载。设计油田管材矫直机液压系统设计THE DESIGN OF HYDRAULIC PRESSURE SYSTEM FOR THE OIL FIELD PIPE FLATTENING MACHINE学生姓名: 学 号:年级专业及班级: 指导老师及职称: 副教授学 院:工学院提交日期:2013年5月开题报告学生姓名学 号年级专业及班级指导教师及职称学 院2013 年 1月7日毕业论文(设计)题目油田管材矫直机液压系统设计文献综述(选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等,不少于1000字)一 选题研究意义液压技术对现代社会中人们的日常生活、工农业生产、科学研究活动正起着越来越重要的作用,已成为现代机械设备和装置中的基本技术构成、现代工程控制的基本技术要素和工业及国防自动化的重要手段,并在国民经济各行业以及几乎所有技术领域中日益广泛应用,应用液压技术的程度已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志在工业生产中,各种矫直机被广泛用作材料的矫直,由于液压矫直机优良的性能,液压矫直机的使用相当广泛,它不仅操作方便,而且可以大大提高工作效率。液压矫直机也是冶金行业的重要设备,被广泛应用在冶炼、焊接、喷涂、搬运、装配等工作场合。油田管在加热、精整、运输及各种加工过程中,由于外力作用,温度变化及内力消长等因素的影响,往往产生不同程度的弯曲、瓢曲、浪形、镰弯或歪扭等塑性变形或内部残余应力。为了消除这些形状缺陷和残余应力,获得平直的成品油田管,油田管需要在矫直机上进行矫直。二 国内外研究现状矫直技术多用于金属加工的后部工序,在很大程度上决定着产、成品的质量水平。矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展,相应的矫直理论比取得了很大的进步。不过理论滞后于实践的现象比较明显。另外,就矫直理论的总体来看,仍然处于粗糙阶段,首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据,如辊数、辊距、辊径、 压弯量及矫直速度等。到 20 世纪 70 年代以来,矫直技术与矫直理论的发展明显加快,如拉弯矫直技术很快走向成熟;开发成功平动(万能)矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变凸度及变辊距矫直技术,以及双间旋转矫直技术等。根据近年矫直技术的不断提高和发展,首先在矫直过程的变形机理方而取得不少的研究成果,如拉力对矫直的作用,在斜辊矫直机上压紧力对矫直的作用,残留应力对矫直尺寸精度的影响,等曲率接触区对矫直变形的重义作用等。就我国工业发展水平来看,常规的矫直设备尚需添补和改造,不过应该尽量采用新的高效能的常规设备,如新的拉弯矫直设备,新的 313 矫直机,大型二辊矫直机、滚动模转矫直机及变辊距矫直机等;新的矫直技术也需积极开发,如振动矫直、高效高精度滚光矫直、液压拉弯矫直、高精度压力矫直,矫直过程的计算机控制、复合辊形的矫直技术以及复合转毂矫直技术等;在矫直理论研究方面应该走出自己的道路,如材料强化影响的计算方法、变形能的测定及计算方法、等曲率塑性区长度及深度对矫直质量的影响,在矫直过程中克服残留应力影响的方法,减少矫直过程的摩擦损失,最佳结构参数的确定方法,斜辊的受力测定与计算方法、热处理轧材的矫直方法以及双向旋转矫直法等。所有这些已经遇到的和想到的问题,即使不能概括全面,只要同行们从实际出发,发现问题,抓住不放,搞出结果,将来一定会集腋成裘,形成我国的矫直理沦体系。并让它更好地为我国社会主义四化建设服务。 随着国民经济的发展,近年内,管材生产不论在数量上还是品种上,都有相当大的增长。新型高效率的管材精整设备,尤其是管材矫宜机,是保证管材质量的重要关键。国内外对管材矫直机均做了大量的研究工作。 管材生产在数量上和晶种方面有很大增长,这就提出了管材精整过程现代化。制造新型高生产率的精整设备的任务首先是管材矫直机。摆在我们面 前的任务,是生产新型管材矫直机。为进一步完善精整过程和提高轧制速度,必须制造新的高效率管材矫 直机。提高被矫管材材质的机械性能和矫直速度,要求认其而客观地研究 斜辊式和其它型式矫直机的矫直过程。足够精确地确定矫宜过程的力能参 数,对于设计和使用管材矫直饥是非常重要的,因为这样才有可能正确地 评价矫直机的承裁能力,减少多余的安全系数,进而减轻不必要的设备重 量。在研究工作中,最困难的是测量斜辊式矫直机矫直力能参数。因为在 这种情况下其力的相互作用关系是相当复杂的. 三 参考文献1 王海文. 轧钢机械设计. 北京:机械工业出版社,1983 2 施东成. 轧钢机械理论与结构设计. 北京:冶金工业出版社,1993 3 邵晓荣. 包耳. 互换性与测量技术基础. 北京:机械工业出版社,2001 4 邹家祥. 轧钢机械. 北京:冶金工业出版社,2002 5 韩晓娟. 机械设计课程设计. 北京:机械工亚出版社,2000 6 连家创. 轧机基本理论进展. 西安:西安重型机械研究所出版,1983,研究方案(研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等)一研究目的设计油田管矫直机的液压系统二研究内容1. 矫直原理2. 矫直机基本参数确定3. 各零件基本参数及校核4. 液压系统设计5. 设计小结三研究方法1.查阅资料2.方案比较,借鉴经验3.机械CAD/CAM辅助设计绘图4.机械设计基础原理分析四.预期成果设计出一种高效率、高性能的油田管矫直机液压系统,工作可靠,部件工作性能好,维修方便。五.条件保障1.扎实的理论基础2.完备的研究条件3.较强的实际动手能力4.负责的指导老师进程计划(各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等)1. 了解最基本的矫直机构造、性能及其特点;2. 材料的筛选;3. 矫直机的设计;4. 测试样品;5. 测试样机及测定次数;6. 矫直机使用性能测试;7. 应用试验;8. 技术创新;9. 总结经验论证小组意见 组长签名: 20 年 月 日专业委员会意见专业委员会主任签名: 20 年 月 日注:1.此表可用黑色签字笔填写,也可打印,但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。(设计)开题论证记录学 院: 工学院 记录人: 学生姓名学 号年级专业及班级指导教师姓名指导教师职称副教授论文(设计)题目油田管材矫正机液压系统设计论证小组质疑:1设计的主要目的2液压传动的优点3矫直机的主要组成学生回答简要记录:1为了提高学生的创新思维与实践动手能力,加强同学理论联系实际的意识,为今后的工作设计打下良好的基础.2结构简单,体积小,输出功率大,易于实现无级变速,频繁换向何自动化可以保证矫直机准确有效的工作.3矫直机油主机进出料装置及液压和电控系统组成.论证小组成员签名 论证地点: 论证日期: 年 月 日 注:此表可从教务处网站下载中心下载。记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。中 期 检 查 表学 院: 学生姓名学 号年级专业及班级 指导教师姓名指导教师职称论文(设计)题目油田管材矫直机液压系统设计毕业论文(设计)工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题查阅资料完成楷体报告矫直机液压系统基本参数确定方案比较各零件基本参数的确定及校核大部分零件图没完成,油路板零件图完成困难装配图的绘画整体修改以及准备答辩指导教师意见 签 名: 年 月 日 检查小组意见 组长签名: 年 月 日 注:1.此表可用黑色签字笔填写,也可打印,但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。目 录摘要1关键词11前言1 1.1矫直机国外现状1 1.2矫直机国内现状2 2矫直机设计3 2.1矫直机的介绍3 2.2设计要求4 2.3方案制定4 3确定液压系统主要参数4 3.1初选系统压力5 3.2计算液压缸尺寸5 3.3计算系统最大流量6 4液压元件的选择7 4.1液压泵选择7 4.1液压马达的选择8 4.3确定驱动液压泵的功率和电机的选择8 4.4 控制阀的选择8 5管道选择和计算9 5.1管道种类的选择9 5.2管道内径的计算9 5.3管道壁厚计算10 5.4管接头的设计10 6油箱的设计106.1油箱的功用与分类11 6.2油箱基本结构11 6.3油箱容量的计算11 6.4油箱设计参考原则12 7液压系统验算13 7.1系统压力损失14 7.2计算雷诺数14 7.3计算压力损失14 8 系统效率和发热计算14 8.1系统效率计算15 8.2系统的发热计算15 9其他辅助元件的选择16 9.1过滤器的选择16 9.2加热器的选择17 9.3温度计的选择17 10油路板的设计17 11液压系统的安装、使用和维护18 11.1 液压传动系统得安装与调试1811.1.1液压系统的安装1811.1.2液压系统的调试21 11.2液压系统的清洗23 11.3液压传动系统的使用与维护2411.3.1液压系统的日常检查和定期检查2511.3.2液压系统的维护保养26 12结论 26 参考文献27 致谢 28设计诚 信 声 明本人郑重声明:所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下,进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名: 年 月 日油田管材矫直机的液压系统设计摘 要:本次设计的矫直机液压系统为辊子矫直机液压系统,在油田管材生产中极易产生弯曲变形和扭曲变形的现象,由这个系统提供动力的矫直机的主要功能是修复变形的管材,以达到节省材料、降低成本的目的。关键词:矫直机;液压系统;辊子;阀 THE DESIGN of HYDRAULIC PRESSURE SYSTEM FOR THE OIL FIELD PIPE FLATTENING MACHINEAbstract: This flattening machine is a roller flattening machine,it is very easy to get curve in the produce of oil field pipe,the main function of this flattening machine which is provided energy by the hydraulic system is to repair these curved oil field pipe. The major purpose is to save the raw materials and depose the cost.Key words: flattening machine;hydraulic system;roller;valve 1前言1.1矫直机国外现状 根据设计任务书和国内外资料调研,国外发达国家专门有矫直机制造公司和研究机构。进十年来许多国家发展了手动伺服控制精密液压矫直机。 日本东和精机株式会社生产的ASP系列智能型矫直机克服了经验矫直的种种弊端,该机能自动检测工件在三维方向上的挠度,以计算结果为基础,选出矫直点控制滑块的行程值及其矫直挠度值。 日本国际计测器株式会社与长春试验研究所合作生产了ASC系列矫直机。该机有自动、半自动、两种模型,采用日本技术及其关键的零部件,由长春试验研究所生产主机装配。该矫直机有智能化的分析测量系统、可程控的电机、电器、机械、液压、空压等控制技术。ASC系列矫直机灵活的人机界面、向用户开放的技术条件为提高整机的工作效率创造了极大的方便1。 德国DUNKES公司生产矫直机的矫直力围从1002000KN共11个规格的手动伺服单柱精密液压矫直机。 德国的MAE公司发展了ADS2.5RH型25KN和ADSF63RH型630KN闭式全自动液压矫直机。该系统带有与材料性能有关的自动优化工艺软件,并以可编程的微处理器控制矫直和测试顺序。其功能有:最大8个感觉位置的测量、处理和记忆系统;数字键盘的屏幕显示终端并有人机对话系统;以清楚的文字修正错误信息和相应的程序,能确定最终矫直阶段的顺序;大量统计数据的修正和求值;还有与主计算机连接的接口。适用于矫直中、大批量生产的对称平衡件,或自动生产线中的矫直工序2。 MULLER WEINGARTEN公司生产了用于矫直轴类零件的全自动液压矫直机PRE系列。该系列矫直机为闭式,组合结构床身,由电子系统控制工件的回转和夹紧,可编程控制器可进行编程记忆和主要故障防护、数据存储及对矫直过程控制等。还有一些生产矫直机知名度较高的企业,他们的矫直机都有较高的水平,集中表现在智能化、自动化、测量精度高、生产节拍快等。1.2 矫直机国内现状国内应用比较普遍的是Y41系列单柱矫直压装机,该产品自动化程度低,属于凭经验矫直,矫直精度低。 近年来,国内的矫直设备有了很大的发展,总的发展趋势如下:(1)系列完整、品种规格完全。(2)精度高,检测、显示手段完善,矫直工件质量好。(3)附件齐全、矫直工艺范围扩大。(4)向数控化、柔性化、自动化方向发展。 合肥工业大学与合肥压力机械厂合作,研究成功最大矫直力为100KN的精密矫直液压机。该机采用移动式手动液压伺服控制,具有压力、行程和油温数字显示和预置功能,并具有多种报警。该机的研制成功,提高了我国型材精密矫直工艺装备的水平。对轴类零件,棒类零件等进行精密矫直,可提高工件精度和生产效率。手动伺服控制精密矫直液压机带有适应各种轴类零件的附件,调整操作方便,矫直精度高,国外发达国家已普及应用。我国液压机行业在调整产品结构中,应积极开发技术附加值高的精密矫直液压机系列及成套附件,完善检测装置,这样对以国产品替代自产品,提高经济效益,增强市场竞争力等都具有广阔的前景。 在型材轿直方面,国外学者将重点放在了钢轨的研究上面,代表性的是澳大利亚的Schleinzer.G的“钢轨辊式矫直残余应力的研究”。这篇论文通过建立弹塑性模型,从理论上研究了钢轨矫直过程,并通过建立三维有限元模型,全面仿真了矫直时钢轨内的残余应力变化。通过结合试验和已有文献,彻底分析了钢轨内应力的分布及对钢轨性能的影响。比较全面的还有美国的Varney的“辊式矫直机理”。2 矫直机的设计2.1 矫直机的介绍现行矫直方式可分为两大类:A辊式矫直;B三点弯曲式矫直。辊式矫直机比较普遍,本文主要研究前一种可逆辊式矫直理论及其所用的液压系统设备。本次设计的矫直机为可逆辊式矫直机。其示意图如下图1所示。图1 辊式矫直机Fig1 Roll flattening machine机架上方安装有三个液压缸驱动的上矫直辊,在底座的工作台上对应安装两个与主机轴线成一定角度的下矫直辊。辊子的母线呈双曲线。在工作台的两端还有两个冲头,分别有两个冲头液压缸驱动。进出料装置是将矫直后的管材送到物料架中。它们均采用电动机驱动的滚道输送管材。2.2 设计要求 (1)完成动作:直线运动,液压缸的压下和上升。(2)运动速度要求:冲头缸缸和矫直缸对运动速度并不像精密机床那样要求严格,可以说基本上没有什么要求,只要能完成动作即可,但要求动作稳定。(3)操作控制方式:冲头缸和矫直缸的压下和上升,均由各自的电磁换向阀控制。2.3 方案制定根据以上的设计要求,初步制定液压系统的主要部分实现方案。(1)调速方式执行元件是由机械部分给定的油缸,对速度的精度要求不高,故本系统采用单向节流阀的回油调速回路。(2)液压系统及其工作原理系统的油源为变量液压泵1,液压执行器为上辊缸13(三个),冲头缸(两个)和两个双向定量液压马达4(两个)。系统的控制主要采用了叠加式液压阀5-9,14-16,各液压缸的升降由电磁换向阀10、12和17-19控制,速度通过叠加式单向节流阀8、9、14-16调节;系统最高工作压力由叠加式电磁溢流阀7设定,两冲头缸3的工作压力分别由叠加式减压阀5和6控制,在液压马达回路上,设有分流集流阀25,以保证二液压马达通过摆线针轮行星减速器带动下辊同步旋转,液压马达的换向则由阀11控制。通过调节变量叶片泵上的压力调节器,叶片泵的输出流量变化,各执行器速度相应变化。电接触式温度计20、加热器21、冷却器23等温控装置分别用于系统的温度检测、加热和冷却;22为空气过滤器,24为回油过滤器。整个液压站安装在机器的底座上。(3)技术特点该管材矫直机工艺先进、性能稳定、效率高,具有良好的社会效益和经济效益。液压系统为变量泵供油的回油节流调速系统,有利于系统能量的合理使用和散热。二液压马达采用分流集流阀实现同步控制。系统采用叠加阀式集成,液压站结构紧凑,外形美观,调整方便。该系统可推广至其他型材的矫直机中。3 确定液压系统主要参数已知在三个辊轮液压缸做整体矫直工作时最大负载F=106KN,两个冲头液压缸做局部矫直工作时最大负载F=96KN,上三辊轮下压速度v=40mm/s,冲头速度v=20mm/s。3.1 初选系统压力压力和流量是液压系统最主要的两个参数。根据这两个参数来计算和选择液压元件、辅件和原动机的规格型号。系统压力选定后,液压缸主要尺寸的排量即可确定。系统压力选定的是否合理,直接关系到整个系统的合理程度。在液压系统功率一定情况下,若系统压力选得过低,则液压元、辅件的尺寸和重量就增加,系统造价也相应增加;若系统压力选得较高,则液压设备的重量、尺寸和造价会相应降低。然而,若系统压力选用过高,由于对制造液压元、辅件的材质、密封、制造精度等要求的提高,反而会增大或增加液压设备的尺寸、重量忽然造价,其系数效率和使用寿命也会相应下降,因此不能一味追求高压。参照液压传动系统中常用系统压力表9-3初选压力为12MPa。因为回路上有叠加式单向节流阀,所以选取回油腔压力(背压)P2,由表1取0.5 MPa。表1 背压经验数据Table 1 Experience data of Back pressure回路特点 背压 (MPa) 回路特点 背压(MPa) 回油路上设有节流阀 0.20.5 采用补油泵的闭式回路 11.5 回油路上有背压阀或调速阀 0.51.5杆径比d/D一般按下述原则选取:当活塞杆受拉时,一般取d/D=0.30.5,当活塞杆受压时,为保证压杆的稳定性, 一般取d/D=0.50.7 3。本次设计取d/D=0.7。3.2 计算液压缸尺寸液压缸示意图如图2所示图2 液压缸Fig2 Hydraulic cylinder由公式 (1)其中为无杆腔压力,为有杆腔压力为无杆腔的有效面积, = (2)液压缸有腔杆的有效面积,= (3) 液压缸的机械效率,一般取0.90.97,在此取=0.95由原始数据:冲头液压缸负载F=96KN,上辊液压缸负载F=106KN。代入上式可得上辊液压缸:= 计算得D=108.423mm圆整后取D为标准110 mm,可得d=0.7D=77mm 取d=80mm可得=94.985cm2 , =46.54265cm2冲头液压缸:=计算得D=98.72mm圆整后取D为标准100mm,可得d=0.7D=70mm可得=78.5cm2 , =38.465cm23.3 计算系统最大流量上辊液压缸:=AV=94.985 =22.7964L/min (4) =3 =68.3892 L/min冲头液压缸:=AV=78.5=9.42 L/min=2 =18.82 L/min可知工作时系统最大流量qmax=87.2292+25.6=112.8292L/min4 液压元件的选择4.1 液压泵选择(1) 确定液压泵工作压力:液压泵的最大工作压力Pp=+ (5)式中 为执行元件的最大工作压力12 MPa为液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失。初算时按经验数据选取:管路简单、流速不大的取=0.2-0.5MPa;管路复杂、流速较大的取=0.5-1.5MPa。据经验取 =1 MPa, 故Pp=13MPa(2) 确定液压泵流量由原理图可知,当二流方坯同时出坯时,流量最大由 (6) K系统泄漏系数,取1.1同时动作的液压缸的总流量由于系统采用一个泵供油,故:=1.2112.8292=124.11212L/min(3) 选择液压泵的规格:按照系统拟订的液压泵的形式,根据其最大工作压力和流量,参考产品样本选择液压泵的规格。前面我们所算的泵的最大工作压力仅是系统的静态压力。系统工作过程中存在过渡过程中的动态压力,其最大值往往比静态压力大的多。所以选取液压泵的额定压力时应该比系统的最高压力大20%60%,从而使液压泵有一定的压力储备。高压系统的压力储备应该取小值,中、低压系统的压力储备应该取大值;最高压出现时间较短,压力储备可取小些;反之,压力储备应该取大些。液压泵的流量应该按所需的最大流量选取。故最大工作压力为 =15.6 MPa;最大流量为 =161.35L/min根据计算的流量和压力,选择泵的规格V4-1254,最高工作压力16MPa,最大流量181L/min4.2 液压马达的选择根据最高工作压力选定XM系列斜盘式轴向柱塞马达4XM1-E80 排量80mL/r 额定压力16MPa 额定转速320r/min 额定转矩180Nm 最大转矩229Nm 额定功率5KW4.3 确定驱动液压泵的功率和电机的选择因为在工作循环中,液压泵的压力和流量比较恒定,即泵的压力和流量随时间的变化比较平稳,则液压泵的驱动功 (7)式中 液压泵的最高工作压力; 液压泵的流量; 液压泵的总效率。液压泵的总效率即是液压泵的容积效率与其机械效率之乘积。各类液压泵的效率各不相同,一般叶片泵的总效率。在计算过程中取叶片泵的总效率0.85,故叶片泵的驱动功率故选择电机型号:Y200L44,其额定功率为30KW。 4.4 控制阀的选择选择控制阀的依据是系统的最高压力和通过阀的实际流量以及阀的操纵、安装方式等,需要注意的问题是:(1)确定通过阀的实际流量。(2)控制阀的使用压力、流量不要超过其额定值。否则,容易引起液压卡紧和液动力,对阀的工作品质造成不良影响。也不要使通过减压阀、顺序阀的流量远小于其额定流量,否则,容易产生振动和其它不稳定现象。(3)注意单向阀开启压力的合理选用。一般来说,为了减小流动阻力损失,应尽能使用低开启压力的单向阀。(4)注意电磁换向阀的应用场合。(5)注意节流阀、调速阀的最小稳定流量符合要求,其最小稳定流量关系到执行元件的最低工作速度是否能实现,故不可忽视。据系统的工作压力和通过各元、辅件的实际流量,所选择的阀格如表2所示4。表2 液压元件表Table 2 Table of Hydraulic pressure element元件名称 型号 额定流量() 额定压力()单向阀 CPG-10-5 250 250叠加式减压阀 DR10-30/Y 60 31.5 叠加式电磁溢流阀 ZDB6-40B/ 31.5 叠加式单向节流阀 MK20G1.2 3. 5-200 31.5三位四通电磁换向阀 34DK-H10B-T 40 31.5分流集流阀 3FJLK 10-50 215 管道选择和计算5.1 管道种类的选择液压传动系统常用的管道有钢管、铜管、橡胶软管、尼龙管等。选择的主要依据是系统的工作压力、工作环境和液压装置的总体布局等,视具体工作条件、参考液压手册加以确定。因钢管的承压能力强,价格低廉,强度高,刚度好,故本次设计采用钢管。5.2 管道内径的计算管道内径一般根据所通过的最大流量和允许流速,按下式计算 (8)式中 通过管道的最大流量;管道内液流允许流速; 管道的内径; 吸油管道内径的计算: 取=1m/s根据机械设计手册选5 压油管道内径的计算 取=4m/s根据机械设计手册选 回油管道的计算 取v=2m/s根据机械设计手册选5.3 管道壁厚计算 (9)式中: 为金属管道内壁(m)d为管子内径(m)P为工作压力(pa)允许压力(pa)其中 = :管道材料的抗拉强度 (MPa)n:安全系数; 因为P0.971 MPa所以系统验算后符合要求8 系统效率和发热计算8.1 系统效率计算由回路效率一般表达式: = (18) 式中:、;、为每个执行元件的工作压力和流量+为系统输入给同时动作的执行元件的功率、;、为每个液压泵的工作压力和流量+为同时运转的各液压泵的输出功率(1)按回路效率表达式计算回路效率,即 (2)计算系统总效率叶片泵的总效率、液压缸的总效率,则按系统效率表达式计算系统效率,即 (19)8.2 系统的发热计算液压系统的压力、容积和机械损失构成总的能量损失,这些能量损失转化为热量,使系统油温升高,由此产生一系列不良影响。为此,必须对系统进行发热计算,以便对系统温升加以控制。计算系统的总发热量,即 (20)式中: 为液压泵的输入功率 为液压系统总效率所以=8.632KW当只考虑油箱散热时,其散热量=KA (21)式中 A 为油箱散热面积为系统温升,单位为为系统的发热量,单位为W为传热系数,单位通风良好时K=常用机械的允许温升为:一般工作机械工程机械数控机床7取 ; =35 因油箱容量设计为1800L设计长为1500mm宽为1200mm高为1200mm(油箱支架高200mm)故散热面积A为(15001200)=1.8所以散热量=KA=181.835=1134(w)由于大于 所以系统要冷却装置。在选择冷却器时应首先要求冷却器安全可靠、有足够的散热面积、压力损失小、散热效率高、体积小、重量轻等。然后根据使用场地、作业环境等情况选择冷却器类型。根据本次设计的情况,选取冷却器类型:BR0.2-209 其他辅助元件的选择9.1 过滤器的选择在液压系统中,由于系统内的形成或系统外的侵入,液压油中难免会存在这样或那样的污染物,这些污染物的颗粒不仅会加速液压元件的磨损,而且会堵塞法件的小孔,卡住阀芯,划伤密封件,使液压阀失灵,系统产生故障。因此,必须对液压油中的杂质和污染物的颗粒进行清理。选择过滤器应考虑如下几个方面: 根据使用目的选择过滤器的种类,根据安装位置情况选择过滤器的安装形式。 过滤器应具有足够的通油能力,并且压力损失要小。 过滤精度应满足液压系统或元件所需的清洁要求,并且有足够的强度。 过滤器的强度及压力损失时选择是重点考虑的因素,安装过滤器后会对系统造成局部压降或产生背压。 滤芯使用的滤材应满足所使用工作介质的要求。 滤芯的更换及清洗应方便。 应根据系统需要考虑选择合适的滤芯保护附件。 结构尽量简单、紧凑、安装形式合理。 价格低廉。空气过滤器的精度级别为普通过滤器,滤材形式为多层叠加式滤芯,能过滤掉10微米以上的颗粒。介于本次设计为达到价格合理,节约能源和提高效率的目的,所以这次决定采用EF4-50型号的空气过滤器。回油过滤器的精度级别为普通过滤器,滤材形式为纸质、纤维滤芯,能过滤掉5-10微米的颗粒。故采用YLH型箱上回油过滤器YLH-250,滤芯型号为H-X2509.2 加热器的选择液压系统中的油温,一般应控制在30-50度范围内。最高不应高于70度,最低不应低于15度。油温过高,将使油液迅速老化变质,同时使油液的黏度降低,造成元件内泄漏量增加,系统效率降低;油温过低,使油液黏度过大,造成泵吸油困难。油温过高或过低都会引发系统工作不正常,为保证油液能够在正常的范围内工作,需对系统油液温度进行必要的控制,即采用加热或冷却方式。本次设计采用GYY型电加热器GYY2-220/69.3 温度计的选择本次设计采用电接触式温度计WTZ-288,此温度计还能在工作温度达到和超过给定值时,自动发出电信号,也可作为温度调节系统内的电路接触开关。10 油路板的设计油路板零件图是加工制造集成块的主要依据,设计和绘制时应注意事项如下:应有足够的视图数目油路板的零件图要有足够的视图数目,以完整的表达和反映油路板的内外形状及各种几何尺寸。一般应包括油路板的正面视图及各钻孔层的剖面图。尺寸标注应齐全无误在外形尺寸标注齐全的同时,应当确定出个液压元件的基础线坐标,标注出各孔相对于基础线的尺寸。零件图上各孔的直径与深度应标注齐全。一般孔的位置公差和孔深误差为自由公差,故可不标注,有较高要求时,则应标明。合理确定集成块材料与技术要求油路板材料,通常采用45钢。铸件不得有疏松、缩孔及裂纹等缺陷。安装液压元件的正面应磨削加工,表面粗糙度可按所选用的液压阀对安装面进行加工。本次设计零件图为三个电磁换向阀和三个叠加式单向节流阀组成油路板的零件图。11 液压系统的安装、使用和维护11.1 液压传动系统得安装与调试随着液压传动技术的广泛应用,液压装置在整个机械设备中所占的比重越来越大,不仅对设计制造性能优良的液压设备提出了更高的要求,而且对液压系统安装于调试质量的好坏也提出了更高的要求。液压系统的安装,一般可按下述程序进行: 预安装(试装配):弯管、组对油管和元件、整个管路定位; 第一次清洗(分配清洗):酸洗回路、清洗油箱和各类元件等; 第一次安装:连成清洗回路及系统; 第二次清洗(系统清洗):用清洗油清洗管路; 第二次安装:组成正式系统; 调整试验:加入实际工作油,进行正式系统试验。下面将对液压系统的安装、清洗及调试的基本原则、要求和方法加以阐述。11.1.1 液压系统的安装液压系统的安装有预安装、第一次安装、第二次安装3道程序,包括液压管道、液压元件(包括液压阀类元件、液压缸和液压泵)及辅助元件的安装等内容。(1)液压管道的安装液压管道是连接液压泵、各种液压阀和执行机构(液压缸、液压马达等)的通道。管道的选择是否合理,安装是否正确,清洗是否干净等,对液压系统的工作性能影响很大。1)管道的检查 为保证液压管道具有足够的耐压强度,在输送压力油过程中能量损失小,安装使用方便,要求管道必须内壁光滑清洁、无砂、无锈蚀、无氧化皮。检查管道时,若发现管道内外侧已腐蚀或有明显变色,管道被割口,壁内有小孔,管道表面凹入深度达管道直径的20%以上,管道伤口裂痕深度为管道壁厚的10%以上等情况匀不能使用。检查长期存放的管道,若发现内部腐蚀严重时,应用酸液彻底冲洗内壁,清洗干净,再检查其耐用程度合格后,才能进行安装。检查经加工弯曲的管道时,应注意管道的弯曲半径不宜太小。弯曲曲率太大,将导致管道应力集中的增加,降低管道的疲劳强度,同时也易出现锯齿形皱纹。用填充物弯曲管道时,其最小弯曲半径为:钢管热弯曲:R3D 钢管冷弯曲:R6D管道弯曲处最大的椭圆度不应超过15%;弯曲处外侧壁厚的减薄不应超过管道壁厚的20%;弯曲处内侧部分不允许有扭伤、压坏或凹凸不平的皱纹,弯曲处内外侧部分都不允许有锯齿形或形状不规则的现象。扁平弯曲部分的最小外径应为原管外径的70%以下。2)管道的安装 吸油管的安装及要求:a吸油管道要尽量短,弯曲少,以减少吸油管的阻力,避免吸油困难,生吸空现象。泵的吸程高度,各类泵的要求有所不同,但一般不得大于500毫米8。b吸油管连接应严密,不得有泄漏,以免泵在工作时吸进空气,导致系统产生噪声,甚至无法吸油。c吸油管上应安装过滤器,滤油精度通常为100200目,过滤器的通油能力至少相当于泵的额定流量的两倍,同时要考虑清洗时拆装方便。 回油管的安装及要求:a执行机构的主回油路及溢流阀的回油管应伸到油面以下,以防止油飞溅混入气泡。b溢流阀的回油管不允许和泵的进油口直接连通,可单独接回油箱,也可与主回油管冷却器相通,避免油温上升过快。c具有外部泄漏的单向减压阀的泄油口与回油管连通时不允许有背压,否则应单独接回油箱,以免影响阀门的正常工作。d安装水平面的油管应有3/10005/1000的坡度。管路过长时,每500mm应固定一个夹持油管的管夹。压油管道的安装及要求压油管的安装位置应既靠近设备和基础,同时又要便于支管的连接和检修,为了防止压力油管振动,应将管道安装在牢固的地方。在振动的地方要加阻尼来消振,或将木块、硬橡胶的衬垫装在管夹上,使铁板不直接接触管道。安装压力油管时,应符合下列要求:a管线要尽量短,转弯数少,过度平滑,尽量减少上下弯曲和接头数量,并保证管道的伸缩变形。在有管接头的地方,管道的长度应能保证接头的拆卸安装方便。系统中主要管道或辅件能自由拆装,而不影响其他元件。b在设备上安装管道时,应布置成平行或垂直方向,注意整齐,管道交叉要尽量少。c平行或交叉的管道之间应有10mm以上的空隙,以防止干扰和振动。d在圆弧部分接合,必须在平直部分接合。法兰盘要与管道中心线成直角。在有弯曲的管道上安装法兰时,只能安装在长的直线部分。e管道的长度最高部分应设有排气装置,以便启动时排除管道中的气体。(2)液压元件的安装9液压元件的安装方法和具体要求,在产品说明书中通常都有详细的说明,安装时必须加以注意。现介绍液压元件在安装时应注意的事项。液压阀类元件的安装及要求 液压元件安装前,对拆装的液压元件要先查验合格证书和审阅说明书,如果是手续完备的合格产品,又不是长期露天存放、内部已经锈蚀了的产品,不需要另做任何试验,也不建议重新清洗拆装。调试时出了故障,要准确判断故障点,不得已时才对元件重新拆装,尤其对国外产品更不允许随意拆装,以免影响产品出厂时的精度。安装阀类元件时,还应注意以下几点:1)安装时应注意各阀件进油口和回油口的方位。2)安装的位置无规定时,应安装在便于使用、维修的位置上。3)用法兰安装的阀件,螺钉应均匀拧紧而不能拧得过紧,过紧有时也会造成密封不良。须拧紧,而原密封件或材料不能满足密封要求时,应更换密封件的材料。4)有时元件为了制造安装方便,会开有相同作用的两个孔,安装后不用的要堵死。5)需要调整的阀类,通常按顺时针方向旋转,增加流量或压力;反时相反。6)在安装时,若有些阀件及连接件购置不到时,允许用通过流量超过其额定流量的40%的液压阀件代用。液压缸的安装及要求液压缸的安装应扎实可靠。配管连接不得有松弛现象,缸的安装面与活塞的滑动面应保持合格的平行度和垂直度。安装液压缸应注意以下事项10:1) 液压缸的轴线应与负载作用力的中线同轴,以避免引起侧向力,侧向力容易使密封件磨损及活塞损坏。2) 安装液压缸体的密封压盖螺钉,其拧紧程度以保证活塞在全行程上移动灵活。螺钉拧的过紧会增加阻力,加速磨损;过松会引起泄漏。3) 在行程大和工作油温高的场合,液压缸一端必须保持浮动,防止热膨胀的影响。4) 液压缸安装在机械设备导轨上时,必须注意缸下导轨的平行度和直线度,其允差均在0.1mm/全长。液压泵的安装及要求液压泵布置在单独的油箱上时,有两种安装方式:卧式和立式。立式安装,管道和泵均在油箱内部,便于收集漏油,外形整齐。卧式安装,管道露在外面,安装和维修比较方便。液压泵一般不允许承受径向负载,因此常用电动机直接通过弹性联轴器传动。安装时要求电动机和液压泵的轴应有较高的同轴度,其偏差应在0.1mm以下,其倾角不得大于18。安装液压泵还应该注意以下事项:1)液压泵的进口、出口和旋转方向应该符合泵上标明的要求,不得反接。2)安装联轴器时,不要用力敲打泵轴以免损伤泵转子。辅助元件的安装液压系统的辅助元件包括:油管、管接头、油箱、冷却和密封装置等。辅助元件在液压系统中起辅助作用,但在安装时丝毫不能忽视,否则也会影响液压系统的正常工作。辅助元件的安装注意以下几点:1) 应该严格按照设计要求的位置进行安装并注意整齐和美观。2) 安装前应该用煤油进行清洗、检查。在符合设计要求情况下,尽可能考虑使用、维修方便11.1.2 液压系统的调试工程机械设备的安装、精度检验合格之后,必须进行调整试车,使设备在正常的运转状态下能够满足生产工艺对设备提出的各项要求,并达到设备设计的最大生产力。液压设备调试的主要内容就是液压系统的调试。液压系统的调试应按以下步骤进行11:(1)外观检查1) 各个液压元件的安装及其管道连接是否正确可靠;各种阀的进出油口是否搞错;液压泵的入口、出口和旋转方向与泵上标明的是否符合等。2) 防止冷却液、磨粒、灰尘及其其他杂质落入油箱,各个液压部件的防护装置是否具备和完好可靠。3) 油箱中的油液及其液面高度十分符合要求。4) 系统中各个液压部件、管道和管接头位置是否便于安装、调节、检查和维修,检查压力表是否安装在便于观察的地方。外观检查发现的问题,应改正后才能进行调整试车。(2)加油、润滑按设计要求,用规定牌号的润滑油或润滑脂,对设备部件加油润滑。用液压油向油箱注油,并用手按指定转向转动液压泵,使泵内充满液压油,避免液压泵启动时因缺少润滑油烧伤或咬死。(3)空负试机空负试机是在不带负载运转的条件下,全面检查液压系统的各液压元件、各种辅助装置和系统的各回路工作是否正常;工作循环或各种动作的自动换接是否符合要求。空载试车及调整的方法与步骤:1) 间歇启动液压泵,使整个滑动部分得到充分的润滑。使液压泵在卸荷下运转,检查液压泵的卸荷压力是否在允许范围内;看运转是否正常,有无刺耳的噪音;油箱中的液面是否有过多的泡沫,液面高度是否在规定的范围内。2) 使系统在没有负载状态下运转,先令液压缸活塞顶在缸盖上或使运动部件顶死在挡铁上,或用其他方法使运动逐渐停止,将溢流阀徐徐地调节到规定的压力值,检查溢流阀在调节过程中有无异常现象,其次让液压缸以最大行程多次往复运动,打开系统的排气阀排出积存的空气;检查安全防护装置工作的正确性和可靠性。检查各个元件及管道的外泄漏、内泄漏是否在允许的范围内;空载运转一端时间后,检查油箱的液面下降是否在规定高度范围内,由于液压油进入了管道和液压缸中,使油箱液面下降,甚至会使吸油管上的过滤网露出液面。3) 与电器配合检查启动和换向时运动的平稳性,不应有爬行、跳动和冲击现象。4) 液压系统连续运转一段时间后,检查油液的温升,其温升应在允许规定值之内(一般工作油温为3560度12)。(4)负载试机负载试机是使液压系统按设计预定的负载下工作,检查系统是否实现预定的工作要求,如工作常见的力、力矩或运转特性等;检查噪音和振动是否在允许范围内;检查工作部件运动和换向的平稳性,不应该有爬行、跳动和冲击现象;检查功率损耗情况及连续工作一段时间的温升情况。负载试机,一般是先在低于最大负载的一、二种情况下试车,如果一切正常,才进行最大负载的试机,这样可以避免出现设备损坏事故。11.2 液压系统的清洗(1)液压系统的清洗液压系统的清洗有第一次清洗和第二次清洗两道程序。第一次清洗分解清洗 液压系统的第一次清洗是在预安装后,将管路全部拆下解体进行的。第一次清洗主要是酸洗管路和清洗油箱及各类元件。管路酸洗的方法为:1) 脱脂清洗。去掉油箱上的毛刺,用氢氧化钠、碳酸钠等(脱脂)去油后,用温水清洗。2) 酸洗。在体积分数为20%30%的稀盐酸或10%20%稀硫酸溶液中浸渍和清洗3040min后,再用温水清洗。清洗管子须经振动或敲打,以促使氧化皮脱落。3) 中和。在体积分数为10%的荷性钠(苏打)溶液中浸渍和清洗15min后,再用温水或蒸汽清洗13。4) 防锈处理。在清洁干燥的空气中干燥后,涂以防锈油。当确定清洗合格后,即可进行第一次安装。第二次清洗系统冲洗液压系统的第二次清洗是在第一次安装连成清洗回路后进行的系统内部循环清洗。第二次清洗的目的是把第一次安装后残存的污物,如密封碎块、不同品质的洗油和防锈油以及铸件内部冲洗掉的砂粒、金属磨合下来的粉末等洗涤干净,而后再进行第二次安装组成正式系统,以保证顺利进行正式的调整和投入正常的运转。首先将回路恢复到正式运转时的状态,并注入实际工作时所需要的油液,在实际使用状态下,空负荷运转,使油液在系统中进行循环。第二次清洗时间将为13小时。(2)液压系统的试压液压系统试压的主要目的是检查系统、回路的漏油和耐压程度。这对保证系统的正常运行非常重要。液压系统的试压一般采取分级实验,每升一级,检查一次,逐步升到规定的实验压力。这样可以避免发生事故。系统试压时应该注意以下事项14:1)试压时,系统的安全阀应该调到所选定的实验压力值。2)当送油时,应该将系统的放气阀打开,等其空气排除干净后,方可关闭。同时将节流阀打开。3)系统中出现不正常声音时,应立即停止试验。为保证安全,应查出原因并排除后,再进行试验。4)试验时,应该切实注意安全措施。11.3 液压传动系统的使用与维护一般来说,液压传动系统的工作是可靠的,但是如果使用和维护不当,也会出现各种故障,以至影响生产。因此,正确地使用和维护液压系统是延长其使用寿命,保证工作稳定、灵敏、可靠的重要因素。11.3.1 液压系统的日常检查和定期检查液压设备通常采用“日常检查15”和“定期检查”的方法,以保证设备的正常运行。 表3 日常检查项目和内容Table 3 Content of daily check检查时间 项目 内容 启动前检查 液位 是否正常,如液面过低,必须及时加标注 行程开关和限位块 是否紧固 手动、自动循环 是否正常启动前检查 电磁阀 是否处于初始位置 压力 是否稳定在正常范围、是否波动剧烈噪声、振动 有无异常声响油温 应在35 55 范围内,最大60 漏油 漏油电压 电压表4 定期检查项目和内容Table4 Content of regularly check定检项目
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