直缝钢管升降机液压系统毕业设计

我的参数

1.2 课题设计参数及要求

(1) 液压缸行程300mm，其中快上150mm，时间小于等于3s，慢上150mm，时间小 于等于8s；慢下150mm，时间小于等于8s，快下150mm，时间小于等于3s； (2) 动作周期T小于等于25s，称重时间3s； (3) 系统最高工作压力140MPa； (4) 采用双缸同步工作方式。

1 系统设计方案的确定 1.1 主要技术参数

1、运管小车举升液压缸：数量1个，负载58KN，全行程1270mm，全行程时间5s。

2、运管小车马达：数量2个，扭矩200N.M，转速50rpm。 3、运管小车托辊马达：数量4个，扭矩900N.M，转速33rpm。

1.2 系统驱动方案的选择

通常传动机构有机械传动和液压传动两种。直缝钢管升降机的传动机构选用液压传动。与机械传动相比，液压传动具有功率—质量比大、便于无极调速和过载保护、布局灵活方便等多种技术优势；同时，在现代工业生产中，自动化程度越来越高，而液压系统也因为其易于实现自动化，工作平稳等优点而被广泛应用。

随着技术的发展，采用液压传动是可靠、合理的，用电磁阀来控制液压执行元件同步和无级调速，可以更好的满足工艺，实现其高产、优质、低消耗的要求。直缝钢管升降机是较大型的升降机，需要比较大的驱动功率，驱动装置一般选用液压缸和液压马达，这是因为液压元件工作可靠、费用较低。此外，利用液压系统的储能作用，还可以使工作台的能耗较低。

1.3 控制方式

根据直缝钢管升降机的工艺要求，在生产过程中液压系统要完成以下动作，液压

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缸：升降；运管小车马达：带动小车整体在水平方向的移动；运管小车托辊马达：利用旋转运动来带动钢管的旋转，来调整焊接部位的位置。

在举升液压缸的控制回路中，采用液控单向阀锁定回路和进油口节流调速回路。液控单向阀回路容易控制并且锁紧时间较长，利于保障设备安全；同时，根据工况分析，液压缸在运行过程中负载的变化不大，可以采用进油口调速回路控制液压缸的运动速度。

小车马达作为行走机构动力源，采用分流阀同步回路实现马达同步；并在马达泄油回路设置一定的背压。托辊马达采用电液比例调速阀的速度同步回路，保证前后托辊马达的同步精度，同时前、后托辊两组马达分别采用机械连接来完成同步动作要求。

供油回路采用液压泵直接提供动力的结构，在吸油管道中采用截止阀和减震喉管串联，用于减震。

在目前液压技术水平的基础上，采用比例控制可以使液压缸或马达的起动和停止由于速度的改变而产生的冲击降到最低，实现运动速度变化的平稳过渡；压力控制回路可以实现系统的的加载、卸载和液压马达的安全工作，并能在过压状态下溢流或控制泵用电机断电，以保护整个系统不致因事故而遭致破坏，所以在升降机系统液压中，托辊马达采用比例控制方式。为了实现系统的自动化，执行元件之间的协调可以通过PLC来完成，也可以通过继电器来实现。

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2 执行元件主要参数的计算与选型

2.1 液压缸计算与选型

2.1.1 液压缸主要参数计算与选型

液压缸活塞面积计算公式为

A?F?2=D （2-1）P4

式中：F--液压缸载荷（N）； P--液压缸工作压力（Pa）； D--液压缸内径（m）

系统压力初定为P=16MPa。缸的作用力F=58000N,全行程距离s=1270mm,作用时间t1=5s。

根据公式（2-1）计算活塞面积A：

A?FP58000N?16?106Pa?3.625?10?3m2 (2-2)

计算液压缸杆速度v

v??st11270mm (2-3)

5s?0.254m/s?15.24m/min由公式（2-1），得：

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π2D?A4D?4Aπ (2-4)

?4?0.0036253.14?0.06795m?67.95mm根据行程速比系数d/D?0.7，计算活塞杆的直径d

d?0.7D?0.7?67.95 ?47.57mm查文献[1]，表17-6-2 圆整液压缸的内径D=63mm， 圆整液压缸的活塞杆直径d=45mm。

查文献[1]，表17-6-3油缸的流量公式

Q?Av?πD2v?1034ηv?π4?0.95?0.0632?15.24?103 ?49.98L/min式中：ηv--油缸的容积效率 取0.95

D--单位为m V--单位为m/min

选择武汉油缸厂液压缸 UYWF10/63?45?1600/21

WF--尾部法兰式，10--活塞杆为外螺纹连接方式， 21--压力级别21MPa

2.1.2 液压缸校核

液压缸实际工作所需的压力

PFg?A?A2APb11

?580002π???0.045?0.063?0.5 ?0.0632?? ?4?18.87MPa式中：Pb--回油背压，取0.5MPa；

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(2-5) (2-6)

(2-7) A1--无杆腔面积； A2--无杆腔面积。

计算得：Pg?p，即系统提供压力要不小于18.87MPa。

2.2 液压马达计算

液压马达的排量与载荷扭矩和压差有着密切的关系，具体计算公式为：

式中：T--液压马达的载荷转矩（N·m）

Δp=p1-p2（MPa）

q?2πTΔpηm (2-8)

ηm--马达效率；取0.85

马达流量计算公式为

Q=q·n (2-9)

式中：q--马达排量（L·r-1） n--马达转速（r/min） 液压马达进出口压差初定为10MPa；

2.2.1 马达排量计算及选型

小车马达扭矩T1=200N·m，转速n1?55r/min，动作时间t2=5s。根据公式（2-8）计算小车马达排量，得：

qm1?2?T1?p?m ?2??2006?10 (2-10) 610?10?0.85?147.76ml?r-1

选宁波液压马达型号为

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