2T铁水包车液压系统设计Word格式.docx

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4.艺术类（）

题目类型

1.毕业设计（√）2.论文（）

题目来源

科研课题（）生产实际（√）自选题目（）

主

要

内

容

撰写文献综述和开题报告；

设计液压系统图、阀块图、油箱图、泵站

撰写毕业设计说明书

基

本

求

1.液压系统原理图设计（A0）

2.阀块设计（A0）

3.邮箱的设计（A0）

4.油箱装配图（A0）

参

考

资

料

《液压元件》、《液压传动》、

《电液伺服控制技术》、《液压工程手册》

周次

第～周

应

完

成

的

熟悉题目；

查阅消化参考资料、科技论文；

文献综述、开题报告

开题；

总体方案设计；

计算；

绘制草图2张

中期答辩；

绘制油箱、泵站

撰写毕业设计说明书、翻译外文资料

审图、改图；

准备答辩

毕业答辩

指导教师：

刘涛

职称：

副教授2011年2月27日

系级教学单位审批：

年月日

注：

表题黑体小三号字，内容五号字，行距18磅。

（此行文字阅后删除）

摘要

本系统为2T铁水包车液压系统，该项目针对的是LG公司铁水运转改造项目，改造后的铁水运转车全面提升了其自动化程度。

该系统采用电磁比例控制系统，通过位置传感器和电磁比例阀形成闭环，从而控制大臂、小臂及转台的位置精度，同时通过液压辅助支腿出的压力传感器与电磁比例阀形成闭环来控制配重缸的动作，以使其能准确调整车体重心。

该系统具有切实的可靠性和实用性。

其中关于元件、阀块、油箱、泵站的设计与计算在本文中都有相关的说明。

关键词　铁水转运电磁比例传感器闭环

Abstract

Thissystemisfor2Tthemoltenironcharterhydraulicsystem,thisprojectaimsatirontransmissionreconstructionprojectoftheLGcompany,afterthetransformationthehotcarhasahcomprehensiveupgradeoftheitsautomation.Thesystemadoptstheelectro-hydraulicproportionalcontrolsystem,withthepositionsensorandelectromagneticproportionalvalveclosedloopcontrol,thusformedarm,forearmandthepositionoftheturntableisguaranteed,andatthesametimewiththepressuresensorandelectromagneticproportionalvalveclosedlooptocontrolformationofcylinderactionisformed,counterweighttothebodyaccuratelyadjustfocus.Thesystemhasapracticalreliabilityandpracticability.Amongthemaboutcomponents,thepiece,oiltank,thedesignandcalculationofpumpingstationinthispaperhasrelevantinstruction.

Keywords　themoltenirontransportionelectro-hudraulicproportionsensorclosed-loop

第1章绪论

1.1课题背景

铁水运输是冶金企业关键工艺之一，随着钢铁生产工艺的不断发展，钢铁企业的不断发展壮大，铁水运输方式也在不断发展。

目前很多大型企业采用的是内部专用铁轨运输方式，然而为了适应某些企业的特定环境的需要出现了其他一些特殊的运输方式，如半挂式运输等。

铁水罐车是钢铁企业铁水运输的重要工具，目前国内主要铁水罐车有2种，一种是敞口式铁水车，一种是鱼雷形混铁车（简称鱼雷罐车）。

敞开式铁水车是铁水铁路运输的主要工具之一，应用已极为广泛，但其有很多缺点，运行速度低、保温效果差、安全可靠性差等。

随着冶金工业的快速发展，冶金企业逐步向产量大型化、地域广阔化发展，这种运输方式已越来越不适应未来的发展，而保温性能好、载重大、储存能力强鱼雷罐车越来越备受青睐。

为应对国内钢铁行业的竞争，降低生产成本，首钢拟采用“一包到底”的铁水运输方式。

“一包到底”的铁水运输方式是用铁水包直接到高炉承接铁水，然后通过火车运输，直接将铁水兑入转炉，既可以去掉鱼雷罐设备，也避免了铁水温度的损失，是节约能源的有效途径，也是钢铁企业冶炼生产的发展新趋势。

日本JFE京滨制铁所于上世纪70年代中期采用“一包到底”工艺，采用310t铁水车运输铁水。

目前该技术在我国尚处于开发研制阶段。

该课题针对的是LG电子公司铁水转运车改造项目。

铁水转运车的主要作用是是将炼铁炉内的铁水快速、安全地运送到造型线浇注机上，并将铁水倾倒到浇注包中，该课题即是为了提高其效率又提高了其自动性。

1.1.1电液比例控制技术的发展

电液比例伺服阀控制原理简单、控制精度高、抗污染能力强、价格适中、其静动态特性足以满足大多数工业应用的要求等特点，受到人们的普遍重视。

目前电液比例技术己经成熟，并有了推广运用，比如波克兰叉车使用了电比例控制系统，又如德国博世公司开发的农业拖拉机液压提升器电子控制系统引入了比例阀等。

液压工业己成了全球性的工业，国际液压界一些著名公司如美国的派克汉汾公司、德国的博世力士乐公司、日本的日立公司等居世界领先地位。

电液比例控制的理论研究和技术的发展是液压工业领域发展的大趋势，是液压工业又一个新的技术热点和增长点对于电液比例控制技术国内外对此展开了深入研究，并且已取得很大成果。

本系统应用电液比例技术，对大臂、小臂等执行机构进行闭环控制，从而确保其动作准确可靠。

第2章液压系统原理图的设计

2.1设计要求

因车辆要求泵站集成性高，精简，故该系统拟采用叠加阀。

转台回转、大臂回转、小臂回转以及重心调整等动作通过位置传感器、压力传感器、电液比例阀实现闭环控制，保证动作精度。

2.1.1系统原理图的初步设计

图2.1为控制转台旋转的齿条摆动缸的液压系统图，因为转台上所载物体重量很大，又其来回旋转惯性很大，制动时难免会有冲击，故缸体两端加上双向溢流阀，从而有助于其制动，但是由于其惯性很大，制动后缸体内会出现真空，故在缸体两侧加上如图示单向阀，从而在缸体内出现真空时可以从回油路补油，而不致使缸体内出现震动现象，增加系统的稳定性。

图2.1

由于大、小臂液压缸所受负载大，则连接两缸道内压力很高，又与两缸连接的管路为软管，软管一旦爆裂便会造成缸体迅速下落，极度危险，后果不堪设想，同时泵排出的油便会喷出系统外，造成很大的浪费。

此在两缸软管两端加上防爆阀，从而避免危险事故发生，同时也避免了浪费。

为避免比例阀误动作在回路上加上液控单向阀。

为使大、小臂缸在动作时平稳并且在停止时保持锁紧状态，在其两端加上双作用平衡阀，从而使缸的锁紧有足够的可靠性。

其液压控制回路如图2.2所示：

图2.2

在系统中加入节流调速阀，以防止液压缸在启动时产生冲击。

在对平衡性及稳定性要求不高的系统中加入液控单向阀对其进行锁紧。

2.2液压系统总图

液压系统总图如图2.3所示

图2.3

第3章液压系统的设计计算和元件选择

3.1液压缸的设计与计算：

初选系统压力为15MPa，钢水包重

（1）大臂液压缸

根据理论力学公式算得大臂缸负载为F大臂=19.89t=198900N，取缸机械效率为

。

大臂缸活塞面积为

；

大臂缸活塞直径为

行程速比系数为

活塞杆直径为

（2）小臂液压缸

根据理论力学公式算得小臂缸负载为Fg=14.1t=141000N，

惯性载荷为Fa=14100×

0.1=1410N,

总载荷F=Fg＋Fa=142410N，

由行程速比系数

可以求得d=0.56D,其中d为活塞杆直径，D为活塞直径，取缸机械效率为

缸有效作用面积为

，又

，

联立以上各式解得小臂活塞缸的活塞直径D=136.2mm，d=76.7mm，

综合以上各式所得结果，考虑到缸的行程和缸的互换性等问题选取相同型号的缸，其活塞直径为D=140mm，d=80mm。

（3）辅助支腿液压缸

工作载荷Fg=3t=30000N，

惯性载荷

取缸机械效率为

总载荷为F总=Fg+Fa=30450，

单个缸载荷为

=7612.5N，

液压缸有效工作面积为

活塞直径为

，

行程速比系数

考虑到支腿缸行程问题，选取活塞直径D=50mm，d=30mm的缸。

（4）配重缸

该缸只克服导轨之间的摩擦力，其负载力F=Ff=250N，

在满足行程的前提下选取最小直径的液压缸D=40mm，d=22mm

（5）开盖缸、倾包缸

鉴于这两个缸的负载很小，在满足行程的前提下，选取最小直径的缸，即D=40mm，d=22mm。

（6）齿条摆动缸

转台旋转角速度为

，扭矩为T=7500N.m,选取D=80mm的齿条摆动缸，型号为UBFZS型法兰式轴输出双齿条型，厂家是天津优瑞纳斯油缸有限公司。

3.2泵的计算与选型

液压泵流量的计算：

系统工作最大流量为大臂缸、小臂缸、配重缸一同工作时所需的流量，

其中，小臂缸工作最大速度v小=5mm/s，流量q小=A小v小=0.0769L/s；

大臂缸工作最大速度v大=15mm/s，流量q大=A大v大=0.231L/s；

配重缸工作最大速度v配=30mm/s，流量q配=A配v配=0.00377L/s；

最大流量为q=q小+q大+q大=0.347L/s=20.7L/min。

液压泵流量：

因有节流调速的系统，加上溢流阀的最小溢流量：

qvp=24.9L/min+0.05L/s=27.9L/min，

确定泵的最大工作压力为15MPa，为使泵有一定的压力储备，选取泵的额定压力为P=15×

1.4MPa=21MPa。

泵型号为F3PVB10-RS-30-S30-C-11，额定压力21MPa。

3.3电机计算与选择

电机功率

选择电机功率为11KW，考虑到泵的转速，选取电机型号为：

Y3-160M1-2。

3.4阀类元件的选择

本液压系统采用的阀是叠加阀,考虑到流量压差的问题及阀的互换问题分别采用了6通径阀和10通径阀，其中控制大臂和小臂的阀采用的是10通径阀，其余都为6通径阀。

另外，泵出口的安全阀也为10通径溢流阀，为使系统不工作时泵直接卸荷而不是从溢流阀溢流出去，采用二位二通电磁换向阀进行控制。

其中阀的型号如下：

6通径阀：

溢流阀ZDB6-VB-3-40B；

三位四通电磁换向阀：

4WE6J50B/AG24NB10；

液控单向阀MPA-01-4-X-40；

减压阀：

MRP-01-B-30；

双向溢流阀Z2DBD6VC-1-10B/210；

补油单向阀MCA-01-10；

节流调速阀Z2FS63-40B1Q；

液压锁单向阀Z1S6E2-30B；

电磁比例阀：

4WRE6E18-10B/24Z4/M；

10通径阀：

溢流阀ZDB10-VB-3-40B；

4WRE10E18-10B/24Z4/M；

二通电磁换向阀S-DSG-03-2B2-D24-N；

双向平衡阀VBCF-X-Y-K-Z。

由于大、小臂液压缸所受负载大，则连接两缸的管道内压力很高，又与两缸连接的管路为软管，软管一旦爆裂便会造成缸体迅速下落，极度危险，后果不堪设想，同时泵排出的油便会喷出系统外，造成很大的浪费。

防爆阀型号为VUBA-X-Y-K-Z。

3.5过滤器的选择

过滤器一般由滤芯和壳体组成由滤芯上无数微小间隙和小孔组成通流面积。

当混入液压介质的污染物粒子的尺寸大于微小间隙活小孔时，杂质被阻隔分离出来。

过滤器按精度分可分为粗过滤器和精过滤器两种；

按过滤方式分为表面性过滤器、深度性过滤器和中间型过滤器三种；

按滤芯的结构分为网式过滤器、线隙式过滤器、纸式过滤器、磁性过滤器、烧结式过滤器、不锈钢纤维式过滤器和合成树脂过滤器。

选择过滤器时，应考虑以下几方面：

（1）根据使用目的选择过滤器的类型，根据安装位置情况选择过滤器的安装形式。

（2）过滤器应有足够大得通油能力，并且压力损失要小。

（3）过滤精度应满足液压系统或元件的所需清洁度要求。

（4）滤芯使用的滤材应满足所使用工作介质的要求，并且有足够的强度。

（5）过滤器的强度及压力损失是选择是需要重点考虑的因素，安装过滤气候会对系统造成局部压降或产生背压。

（6）滤芯的更换及清洗要方便。

（7）应根据系统的需要选择合适的滤芯保护附件。

（8）结构应尽量简单、紧凑、安装形式合理。

3.5.1泵吸油口过滤器的选择

流量要求：

精度要求：

，选择过滤器为WU型网上回油过滤器，型号为WU-63*80,厂家：

黎明液压有限公司。

3.5.2回油过滤器的选择

，选用过滤器为油箱回油过滤器，型号：

YLH63*10C，为油箱箱上回油过滤器，公称流量为

，最大压力为1MPa，精度

，厂家：

3.6蓄能器的选择

3.6.1蓄能器压力的选择

液压系统中蓄能器是一种能量储存装置，它的作用是在适当的时候把具有一定压力的液压油存储起来，以便在需要时系统从新放出。

蓄能器的种类很多，如气囊式、活塞式、气瓶式、重锤式、弹簧式等。

选择蓄能器应考虑以下因素：

工作压力及耐压性；

公称容积及允许吸（排）流量或气体容积；

允许使用的工作介质及介质温度等等。

其次还要考虑到蓄能器的重量级占用的空间问题；

价格、质量及使用寿命；

安装维修的方便。

蓄能器为压力容器，必须有生产许可证才能生产，所以，一般不能自行设计，制造蓄能器，应选择专业厂家的产品。

本系统中选用气囊式蓄能器。

对于气囊式蓄能器，从保护胶囊，延长使用寿命的角度出发，一般充气压力

，则泵站高压处蓄能器充气压力

，低压处蓄能器充气压力大约为0.9MPa。

3.6.2蓄能器容积的选择

本液压系统在泵出口装有蓄能器，其主要功能是作为应急动力源，突然断电的情况下可以向系统内供入油液，以使系统可以继续动作，主要是使小臂缸和配重缸由相应动作，从而可以使铁水包里的铁水倾倒入事先准备好的应急器具，而不致于使铁水凝固于铁水包内，造成铁水包失效。

作为应急动力源，蓄能器有效工作容积计算公式为：

其中

为要求应急动作液压缸总的工作容积，K为油液损失系数，取K=1.2。

应急动作需要满足的情况是小臂缸收回动作时间t=30s，倾包缸伸出动作时间为t2=30s，其中小臂缸收回动作所需流量为

Q1=q小×

t=0.0769×

30=2.31L

倾包缸伸出所需流量为Q2=q倾×

t=0.025×

30＝0.75L

Q=Q1+Q2=2.31+0.75=3.06L

Q总=2Q=2×

3.06=6.12L

所需蓄能器的有效工作容积为

选取容量为10L的皮囊式蓄能器，型号为NXQ2-L10/10-H。

3.7冷却器的选择

液压系统中的油温，一般控制在30～50

范围内。

最高不应高于65

，最低不应低于15

油温过高，将使油液迅速老化变质，同时使油液粘度降低，造成元件内泄漏量增加，系统效率降低；

油温过低，使油液粘度过大，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，为保证油液能在正常的范围内工作，需对系统油温进行必要的控制，即采用加热或冷却方式。

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。

然后根据使用场合，作业环境情况选择冷却器。

本系统采用风冷。

1.系统发热功率

一般系统发热功率按泵功率的30%计算，如此得液压系统的发热功率为

P=P×

30%=30%=2.8KW

2.计算液压系统的散热功率

P=KAT

式中，K——油箱的散热系数

A——油箱的散热面积

T——油温与环境温度之差

计算油箱散热面积时，有油部分视为全散热面，无油部分视为半散热面，一般取油面高度为油箱高度的0.8倍，则散热面积为

A=1.8h（a+b）+1.5ab

=1.8×

0.46×

（1.0+0.65）+1.5×

1.0×

0.65m

=2.35m2

K在通风较差的情况下取28（W/

℃）

P=KAT=28×

2.35×

（50

-20

）=1.97KW.

风冷式冷却器的面积计算

式中Nh——液压系统发热量（W）；

Nhd——液压系统散热量（W）；

a——污垢系数，一般a=1.5；

散热系数，

——平均温差（℃）。

式中t1、t2——进口、出口空气温度（℃）；

——空气流量（m3/s）

——空气密度（kg/m3）取其值为1.4kg/m3

——空气比热容（J/（kg.℃），取其值为1005J/（kg.℃

空气流量为

m3/s，

℃

mm2

选风冷式冷却器，型号为ACE5M102210，生产厂家为四平四环冷却器厂。

3.8压力传感器的选择

根据行程和控制要求，压力传感器选择MPM388-17-DC1.5-I-A,上海仪表公司。

3.9空气滤清器的选择

开式油箱上部的通气孔上必须配置空气滤清器，兼作注油口用。

本系统拟定选用EF系列液压空气滤清器。

型号：

EF3-4035

该产品采用空气过滤和加油过滤两部分组成，不仅可以防止液压系统工作时，由空气带入油箱内的尘埃，又可以防止加油过程中混入颗粒杂质，从而简化了油箱结构，又有利于油液的净化。

液位温度计用来监测油箱内油面并测量油液的温度。

本系统拟订选用ywz系列液位计。

CYW150

3.10压力表的选择

液压系统的静态压力测量一般采用弹簧式压力表，在压力表与压力表开关之间应设置缓冲阻尼器，以保护压力表不因动态压力冲击而损坏。

压力表选用时应合理的选取测量精度、测量范围、表面直径及安装形式。

一般选择原则为：

（1）国家标准在液压元件实验方法中将压力的测试精度定为A、B、C三级，压力平均指示值允许的变化范围为±

0.5、±

1.5、±

2.5。

常用的压力表为1.5级，即B级。

若需精密测量可用0.5级的标准压力表。

（2）压力表的测量范围在0—60MPa之间分有若干级，选择压力表的测量范围时应使其被测量力不超过压力表上限的2/3，不低于压力表下限的1/3，以保证良好的线性和工作的可靠性。

若被测的压力范围较大，可采用多级测量的方法，测高压时，由限压切断阀对低级压力表进行自动保护。

（3）若需要将静压力信号转换为电信号，可选用电接触点压力表，工作时上下限触点的压力值可以按需要调节。

（4）若需要测量动态压力，应选用压力传感器它将压力信号转换为电压信号输出，由事先表定的电压—压力表关系即可得知压力值。

本系统拟订选用Y60压力表,型号为Y60ZT。

3.11管路的选择

3.11.1概述

管路是液压系统中液压元件之间传送液体的各种管道的总称。

管接头用于管道之间的连接，以及管道与液压元件之间的连接。

为保证液压系统工作可靠，管路与管接头应有足够的强度，良好的密封，压力损失要小，拆装方便。

3.11.2管路内径

管路内径的大小取决于管路的种类及管内流速的大小。

在流量一定的情况下，内径小则流速高，压力损失大，容易产生噪声；

内径大则难于安装，所占空间大，重量大。

管路内径一般由下式确定：

式中：

Q——通过管道的最大流量（m3/s）

v——管道内液流允许速度（m/s）

d——管道内径（m）

由流体力学知道，提高流速会使压力损失增大，减小流速势必增加管道内径及附件的体积和重量，同时流速与液压冲击密切相关，流速增大，则冲击压力增大。

另外，管内液流速度与元件、回路的正常工作也有密切关系，如液压泵吸油管路上的压力降即流速就不能太大，否则会造成泵的气穴现象，回油压力损失过大，会造成高的背压，影响元件的正常工作性能。

因此在设计系统管路时要限制流速。

系统管路的推荐流速值：

吸油管路取v≤1—2m/s，本系统取v=0.8m/s，

由公式算得吸油管直径为

mm，取d=32mm；

压油管路取v≤3—6m/s，本系统取v=4m/s，

由公式算得压油管直径为

mm，取d=15mm；

回油管路取v≤1.5—2.5m/s，本系统取v=1.5m/s，

由公式算得回油管直径为

mm，取d=25mm。

第4章集成块及阀组装配设计

4.1集成块的概念

通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。

管式元件通过油管实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构就越复杂，系统压力损失越大，占用空间越大，维修、保养和拆装越困难。

因此，管式元件一般用于结构简单的系统。

板式元件安装在板件上，分为液压油路板连接、集成块连接和叠积阀连接三种。

集成块就是将若干元件组合在一起，省去连结用的管子而构成液压系统的部分回路。

随着液压系统向高压化、高精度方向发展，系统的结构形式也向着集成化方向发展，在这种趋势下尤其显出液压集成化的优越性。

集成块内的油通道，用来联系各个控制元件，构成单元回路及液压控制系统。

油液流经块体内通道的压力损失与块体的油通孔的孔径尺寸形状及表面光滑程度有关。

通道孔径过小，拐弯过多，内表面粗糙，工艺孔过多，会使压力损失变大。

而油道孔径过大，压力损失减小，但增大了集成块尺寸。

提高管道表面光洁度会使压力损失降低，但又会增加制造成本。

综上所述，设计集成块时，对以上各点应多方面考虑。

4.2集成块的设计原则

集成块加工质量的好坏直接影响到系统和设备的工作性能。

集成块在设计时应合理布置油道，尽可能节省工艺孔，以减少加工与成本。

集成块的设计应遵循以下原则：

1.合理选择集成块的个数，若集成的块太多，会使阀块的体积过大，设计、加工困难；

集成的阀太少，集成的意义又不大。

2.在阀块设计时，块内的油路