连铸机矫直液压系统设计计算说明书作者朱静静指导教师曹昌勇1 引言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，德国、意大利、日本等国发展了手动伺服控制精密液压矫直机，其应用比较普遍。
全自动精密液压矫直机发展也较为完备。
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100~2000KN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”。
1.3 研究现状H型钢的矫直，国外没有系统的研究。
最全面的是日本学者藤木武等所著的“H型钢的反复弯曲变形机构”一文。
文中以薄板为对象对辊式矫直机进行了理论解析。
之后，荒木或中岛据此以单纯的弯曲理论为基础，建立了矫直过程的程序表计算法。
这种计算法是把材料通过的支点坐标作为初始条件，求出关于矫直过程的程序表。
此种方法考虑到了矫直材料的初期曲率，通过研究矫直过程中弯曲变形的变化，使定量的解析成为可能。
不过，这种方法没有考虑到矫直辊位置的移动和型钢特有的由于矫直过程所造成的端面形状的变形。
国内对矫直所进行的研究比较多，但理论上几十年没有变化。
完善的文献是崔莆所著的两本书《矫直理论与参数计算》和《矫直原理与矫直机械》，其他众多文章和教材从根本上来说是都没有脱离这两本书的思路，所有分析实际上都来自20世纪50年代前苏联的研究。
国内自上世纪末开始生产H型钢以来，研究最多的是燕山大学。
对H型钢的矫直的工艺特点研究的比较全面，著有《H型钢矫直稳定性研究》《H型钢变辊距矫直的研究》，《H型钢定辊距矫直的工艺方案及压下规程》等文献。
2 矫直机设计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辊式矫直理论及其所用设备。
本次设计的连铸机的矫直机为五辊矫直机。
其示意图如图1所示。
其中：1为拉坯辊，2为矫直辊。
三个下辊固定支承，拉坯上辊和矫直上辊分别由两个同步油缸支承。
图1 五辊矫直机示意图2.2 设计要求（1）完成动作：直线运动，即拉坯缸压下和上升，矫直缸的压下和上升。
（2）运动速度要求：拉坯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：拉坯缸和矫直缸的压下和上升，均由各自的电磁换向阀控制。
整个连铸中拉坯缸一直工作，即压下拉坯上辊，连铸结束后拉坯缸上升返回。
（4）其它：液压泵站设在地下室，以避开高温的连铸坯。
连铸出坯对安全性和可靠性要求很高。
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。
运动速度的快速性要求不高，故选择泵流量时，也不必用大流量泵。
（2）回路的设置考虑到连铸出坯的可靠性，整个系统设置三个流，其中二流工作，一流备用，以防止有一流在生产过程中出现故障，备用流可代替工作。
拉坯钢在连铸工作过程中一直处于压下状态，可以使用蓄能器做保压回路。
由于有二个流，为保证二流各自能独立工作，相互不影响，在进入各流之前应增加一个减压回路。
（3）液压系统液压系统的工作介质完全由液压源来提供的，而液压源的核心是液压泵。
本系统使用的是节流调速回流，使用泵为定量泵。
考虑到可靠性问题，选用两台泵，一台备用。
3 确定液压系统主要参数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，液压缸的主要尺寸的排量一经确定，即可根据液压缸的速度或转速确定其流量。
(1)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》中常用系统压力表初选压力为4MPa。
选取回油腔压力（背压）P2，由表1取背压为0.5 MPa。
表1 背压经验数据杆径比d/D一般按下述原则选取：当活塞杆受拉时，一般取d/D=0.3~0.5，当活塞杆受压时，为保证压杆的稳定性，一般取d/D=0.5~0.7 [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 液压缸示意图由公式1122cmFP A P A η-=其中1P 为无杆腔压力，2P 为有杆腔压力1A 为无杆腔的有效面积，1A =24D π2A 液压缸有腔杆的有效面积，2A =22()4D d π-cm η——液压缸的机械效率，一般取0.9——0.97，在此取cm η=0.95又由原始数据：拉坯缸与矫直缸负载均为3.8KN （两缸工作）为原负载一半。
代入上式可得22266[(0.7)]4100.51044D D D ππ-⨯⨯-⨯⨯= 33.8100.95⨯计算得D=116mm查《液压工程手册》取D 为标准125 mm ，d=80 mm 3.3 确定系统压力 代入1122cmFP A P A η-=确定P11P ⨯20.1254π—0.5 ⨯610 ⨯22(0.1250.08)4π-=37.61020.95⨯得1P ≈4MPa故选1P =4 MPa 为工作压力 验算：公式A>minminq v v 式中A 为液压缸有效工作面积（A1或A2）q 在产品性能表可查。
本系统采用节流调速查得为要求液压缸达到最低工作速度，数据为35mm /s （矫直缸），21 mm /s （拉坯缸）矫直缸：A=24D π=20.1254π=0.01232mm i n m i n q v =31010600.035-⨯⨯=0.0048A>minminq v （符合条件） 拉坯缸：min min q v =31010600.021-⨯⨯=0.008A>minminq v （符合条件） 故可确定拉坯缸与矫直缸工作压力为4 MPa ，无杆腔直径为125 mm ，有杆腔为80 mm 3.4 计算系统最大流量max q =A ⨯Vmax=20.1254π⨯0.035⨯1000⨯60=25L/minmin q =20.1254π0⨯.021⨯1000⨯60=14.8L/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=1P +P ∆ 式中 1P 为执行元件的最大工作压力P ∆ 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P ∆=0.2-0.5MPa ；管路复杂、流速较大的取P ∆=0.5-1.5MPa 。
据经验取 P ∆=1.5 MPa ， 故Pp=5.5MPa (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 ()m a x p q K q ≥∑ K ——系统泄漏系数，取1.1，故p q =1.1⨯4⨯25=110L/min()maxq ∑——同时动作的液压缸的总流量由于系统采用一个泵供油 故p q =110 L/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p P 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。
![毕业设计(论文)-张力矫直机固定夹头液压及电气控制系统设计(全套图纸)[管理资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/592df0d2bcd126fff6050b97.png)
