冷轧轧机工作辊换辊装置液压系统设计

辽宁科技大学本科生毕业论文 第 I 页目 录第 1 章 绪论 .11.1 轧机的发展历史 .11.2 换辊的重要性 .11.3 换辊装置及换辊过程 .21.4 液压技术换辊的优点 .31.5 液压技术未来的发展前景和趋势.31.6 本课题所做的内容.4第 2 章 系统参数和原理图 .52.1 系统主要参数 .52.2 拟定冷轧工作辊换辊装置液压系统原理图5第 3 章 工况分析 .73.1 明确设计依据 .73.2 工况分析 .83.2.1 液压缸的负载及其负载循环83.2.2 平移缸工况分析.103.2.3 锁紧缸的工况分析.11第 4 章 确定液压系统的主要参数.124.1 初选系统压力 .124.2 计算液压缸的尺寸.124.2.1 计算平移缸的主要尺寸 .124.2.2 计算锁紧缸的主要尺寸 .14第 5 章 液压元件的选择 .165.1 泵的选择 .165.1.1 确定泵的工作压力 .165.1.2 确定泵的流量.165.1.3 确定泵的类型和选择泵的型号.175.2 电机选择 .17辽宁科技大学本科生毕业论文 第 II 页5.3 液压缸的选择 .175.4 控制阀的选择 .185.4.1 双单向节流阀的选择 .205.4.2 双液控单向阀的选择 .215.4.3 电磁换向阀的选择 .225.4.4 出口压力补偿器的选择.235.4.5 比例换向阀的选择.265.5 蓄能器的选择 .265.6 管道的选择.265.6.1 选择管道的材料.265.6.2 管道内径的确定.275.6.3 管道壁厚的确定.275.7 油箱的选择.285.8 液压油的选择.29第 6 章 液压系统性能验算 .306.1 系统压力损失 .306.1.1 管路沿程压力损失 .306.1.2 局部压力损失.316.1.3 阀类元件的局部损失 .316.2 液压系统发热计算 .32第 7 章 经济性分析 .357.1 设备的可靠性 .357.1.1 可靠度的计算.357.1.2 设备平均寿命.357.2 设备的经济性评价 .357.2.1 投资回收期 .357.2.2 设备合理更新期 .37结 束 语 .38辽宁科技大学本科生毕业论文 第 III 页致 谢 .39参 考 文 献 .40辽宁科技大学本科生毕业论文 第 1 页第一章 绪论1.1 轧机的发展历史轧机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备包括有主要设备辅助设备起重运输设备和附属设备等。但一般所说的轧机往往仅指主要设备。据说在 14 世纪欧洲就有轧机 但有记载的是 1480 年意大利人 达 芬奇 (Leonardo da Vinci) 设计出轧机的草图。 1553 年法国人布律列尔 (Brulier) 轧制出金和银板材用以制造钱币。此后在西班牙比利时和英国相继出现轧机。 英国于 1766 年有了串行式小型轧机 19 世纪中叶第一台可逆式板材轧机在英国投产并轧出了船用铁板。 1848 年德国发明了万能式轧机 1853 年美国开始用三辊式的型材轧机，并用蒸汽机传动的升降台实现机械化。接着美国出现了劳特式轧机。 1859 年建造了第一台连轧机。万能式型材轧机是在 1872 年出现的 20 世纪初制成半连续式带钢轧机由两架三辊粗轧机和五架四辊精轧机组成。中国于 1871 年在福州船政局所属拉铁厂 ( 轧钢厂 ) 开始用轧机轧制厚 15mm 以下的铁板 6 - 120mm 的方圆钢。 1890 年汉冶萍公司汉阳铁厂装有蒸汽机拖动的横列双机架 2450mm 二辊中板轧机和蒸汽机拖动的三机架横列二辊式轨梁轧机以及 350/300mm 小型轧机。随着冶金工业的发展现已有多种类型轧机。轧机的主要设备有工作机座和传动装置。工作机座：由轧辊轧辊轴承机架轨座轧辊调整装置上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。传动装置：由电动机减速机齿轮座和连接轴等组成。齿轮座将传动力矩分送到两个或几个轧辊上。1.2 换辊的重要性：轧辊与轧辊轴承是轧机的重要部件。在轧制生产中，轧辊要与所轧金属直接接触，使金属产生塑性变形，因此轧辊是轧机的主要变形工具。轧辊是由各类轴承支承的。轧辊与轧辊轴承价格昂贵，是轧机大型消耗性部件，订货周期长，轧辊与轧辊轴承费用在钢厂备件消耗费及流动资金中占很大的比重。轧辊与轧辊轴承结构与材料及制造工艺均有特殊要求，轧辊与轴承是轧机系统重要的精密部件。轧辊与轧辊轴承工况恶劣，承受负荷大，磨损严重，故障机理复杂，同时又受到辽宁科技大学本科生毕业论文 第 2 页各类随机性参量的干扰，故障诊断与监测、使用维修历来存在较大的困难，意外的故障与事故(如断辊、轴承烧损等)时有发生，造成重大损失并严重影响生产线的正常秩序。轧机向着高速、重载、高强度、高刚度、高精度、连轧化和自动化方向发展，带来了轧辊与轧辊轴承的技术开发、设计制造、使用维护、检测与修复的革新与改进。综上所述，搞好轧机轧辊与轧辊轴承使用维修，对相关轧钢工程技术人员来说，任务艰局，意义深远。在轧钢生产中，当轧辊被磨损一定程度或更换产品品种时，应及时更换轧辊，尤其是工作辊。换辊工作包括拆卸旧轧辊，安装新轧辊和其他附件，换辊后轧机相应的工艺参数要作调整。换辊是轧钢生产过程的重要活动之一，与生产线的作业率及制品质量有关。换辊占用时间的长短，取决于换辊前的准备工作，换辊时的劳动组织和参加换辊的操作工人的技术熟练程度。减少换辊时间，提高换辊质量。在很多情况下换辊占用大量时间，在一定程度上影响着轧制产品产量的提高。只有提高换辊速度，才能进一步提高轧制生产率。随着市场经济的发展，少批量多规格的市场需求，又大大地增加了换辊的频数。为此，减少换辊时间，提高换辊质量，是提高作业率、降低轧检废品，达到增产增收的重要手段之一。1.3 换辊装置及换辊过程：MPM 轧机在换辊时，改进了以往的将轧辊和机架整体更换的方法，其换辊装置只需更换轧辊本身，机架是固定不动的。在每个机架都配有一个换辊小车，换辊小车安装在与每个机架内传动轴的相对一侧。每个小车都可独立地进行换辊操作，即每个轧辊都可单独更换。换辊小车由两个接收台架组成，接收台架的一端与小车铰接，另一端平放在换辊小车上。这两个接收台架由于一个摆放旧轧辊，一个摆放新轧辊，故称其为旧辊台架和新辊台架。换辊小车的全部动作都是由液压缸控制完成。换辊前先将旧辊台架在换辊小车平移液压缸的作用下移动到与机架中心线对应的位置。在旧辊台架旁的新辊台架上摆放好准备更换的新轧辊。换辊时，旧辊台架在换辊小车提升缸的作用下升起到与水平成 45位置。这时位于机架内的主、辅推缸一起伸出将机架内的旧轧辊推出机架，其中辅推缸只起到一个辅助推动的作用，它的行程较短，当轧辊离辽宁科技大学本科生毕业论文 第 3 页开机架后是由主推缸将其推到旧辊台架上。当旧轧辊被推到位后，装在旧辊台架上的锁定液压缸伸出将旧辊锁定在台架。以鞍钢 1780 生产线的工作辊换辊过程简介，换辊步骤共分七步骤进行换辊，此过程由 PLC 进行自动控制完成换辊。1.准备拉出旧的工作辊,2.轨道上升，工作辊台车前进至前进限(准备拉出旧的工作辊)，3.拉出一对旧工作辊放到侧移平台上，4.侧移平台从出口侧到入口侧移动，5.将出口侧一对新工作辊推入轧机，6.锁紧工作辊，轨道下降，7.准备再起动轧制。1.4 液压技术换辊的优点：现在换辊装置一般采用液压系统。液压传动与机械传动，电力传动，气压传动对比有许多的优点，如下：1 在运行中能实现无级调速，且调速范围较大，可达 2000：12 在同功率的条件下，液压传动装置有体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑，传递力矩大3 工作比较平稳，反应快，冲击小4 液压传动装置的控制调节简单操作方便省力，与电气配合能实现复杂的动作及远程控制5 液压系统装置易于实现过载，超载保护，是用油液为介质可实现自行润滑，使用寿命长。1.5 液压技术未来的发展前景和趋势：液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为 350 亿美元。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的 2%-3.5%，而我国只占 1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，提高效率，同时降低能耗，适应环保需求，提高可靠性，这些都辽宁科技大学本科生毕业论文 第 4 页是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。所以液压产品的发展趋势应集中在以下几个方面：1. 减少损耗，充分利用能量；2. 泄露控制，防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害；3. 污染控制，开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器，开发油水分离净化装置和排湿 元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置；4. 主动维护，开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术；5. 机电一体化，机电一体化可实现液压系统柔性化 智能化，充分发挥液压系统传动出力大 惯性小 响应快等优点；6. 液压 CAD 技术，将计算机仿真及适时控制结合起来，在试样机前便可用软件修改其特性参数，已达到最佳设计效果；7. 新材料 新工艺的应用， 新型材料的使用，如陶瓷 聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。1.6 本课题所做的内容：研究工作辊换辊方案，通过比较和实际情况选择最优的换辊方式，由给定数据和工作要求确定各液压元件的类型和型号，确定工作缸和锁紧缸的受力和工作状态，了解各液压元件的作用。通过设计找出换辊过程中需要改进之处，从而使换辊过程能稳定快速的进行，进而提高生产。通过给定参数，设计出系统的原理图，选择阀类零件，绘制阀组的零件图和装配图等。辽宁科技大学本科生毕业论文 第 5 页第二章 系统参数和原理图2.1 系统主要参数工作辊辊重 100 KN工作辊换辊装置锁紧缸往返速度 60 sm工作辊换辊装置移动缸在换辊平台上的往返速度 150 工作辊换辊装置锁紧缸行程 60 工作辊换辊装置移动缸总行程 1450 2.2 拟定冷轧工作辊换辊装置液压系统原理图拟定系统原理图的原则:辽宁科技大学本科生毕业论文 第 6 页图 2.1 系统原理图整机的液压系统图有各自自拟定好的控制回路及液压源组合而成。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。注意各元件间的联系关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的只要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）对大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主机连续工作。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。系统图中应注明液压执行元件的名称和动作，注明各元件的序号以及各电磁铁的代号，并有电磁铁。行程阀及其他控制原价的动作表。根据以上原则，拟定出系统的原理图如图 2.1.辽宁科技大学本科生毕业论文 第 7 页第三章 工况分析3.1 明确设计依据为了能够设计出工作可靠、结构简单、性能好、成本低、效率高、维护使用方便的液压系统，必须通过调查研究，明确下述几方面问题。