铸管厂铸铁机倾翻装置的液压系统设计.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 5 ． 2 0 1 4 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 。 0 5 ． 0 0 1 铸管厂铸铁机倾翻装置的液压系统设计 朱镇钟 圣戈 班 马鞍 山 管 道 系统有 限公 司 ， 安徽 马鞍 山 2 4 3 0 0 0 摘要 传 统铸管行业 内铸铁机采用铸造起再机 浇铸 ， 小仅影 响铸 管生产 ， 成 为瓶颈 ， 也 降低 了铸造起重机 的寿命 和增 加了维修成本 ， 同时飞溅及铁损也比较大 ， 产成本增加而且安全性 较差 因此结合实 际 卜 产T艺及布局 和铸铁机 的生产 能力 ， 研制开 发了一种新型 的液压倾翻装置 ．．该文介绍 了该液压倾 翻装置 的结构组成及工作流程 ． 并针对这套装置设计 了相应 的液 压系统 ． 分析 了该液 压系统的 丁 作原理及组成和技 术特 点 ． 给出 了液压系统的技术参数 该液压系统投入使用后 ． 保证 了倾翻装置的安全性及可靠性， 完全实现 了倾 翻装置功能要求 ． 创造 了较好的经济效益 ， 为相关 的液压系统研究设计提供一定的参考价值。 关键词 铸管 ； 铸铁机 ； 液压系统 ； 倾 翻装 置 中图 分 类 号 T H1 3 7 ． 1 文 献标 识码 A 文 章 编 号 1 0 0 8 0 81 3 2 0 1 4 0 5 0 0 01 0 4 Hy d r a u l i c S y s t e m De s i g n o f Ca s t i n g Ch a i n Ti l t i n g De v i c e f o r Duc t i l e I r o n P i pe l i n e s Z HU Z h e n - z h o n g S a i n t - G o b a i n MA S p i p e l i n e s C o ． ，L t d ． ，Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t I n t h e d u c t i l e i r o n p i p e l i n e s i n d u s t r y ， c a s t i n g c h a i n i s c a s t e d b y c a s t i n g c r a n e ． I t n o t o n l y a f f e c t s c a s t i n g p i p e s p r o d u c t i o n a n d b e c o me s a b o t t l e n e c k ， b u t a l s o r e d u c e s t h e c a s t i n g c r a n e l i f e a n d i n c r e a s e d ma i n t e n a n c e c o s t s ． Me a n w h i l e s p l a s h i n g a n d i r o n l o s s i s r e l a t i v e l y l a r g e ， i nc r e a s e d p r o d uc t i o n c o s t s an d uns a f e t y ．The r e f o r t h e a c t u a l pr o du c t i o n pr o c e s s a n d l a y o ut c o mbi ne d wi t h c a s t i r o n p r o d u c t i o n c a p a c i t y ， a n d fi n a l l y t h e h y d r a u l i c t i l t i n g d e v i c e i s d e s i g n e d ． An d t h e n t h e s t r u e t u r e s a n d c o n t r o l l i n g p r o c e s s a r e i n t r o d u c e d ． And t h e hy d r a ul i c s ys t em i s de s i g n e d， a nd wo r k p r i n c i p l e an d c o mp o s i t i o n a r e i n t r o du c e d， a s a l s o a s t e c hni c a l c ha r a ct e r s． Th en t he t e c h n i c a l p a r a me t e rs a r e p r o v i d e d ． Aft e r t h e h y d r a u l i c s y s t e m i s p u t i n t o u s e ， s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y a r e e n s u r e d b y h y d r a u l i c s y s t e m． T h e hy d r a u l i c s ys t e mt o t a l l y r e a l i z e s t h e f un c t i o ns o f t i l t i ng de v i c e． An d e co n o mi c e ffi c i e nc y i s r e a l i z e d b e t t e r ， a n d i t c a n be r e f e r e n c e s t o r e l e v a n t r e s e a r e h o f h y d r a u l i c s y s t e m． Ke y wor ds c a s t i ng p i p e； c a s t i n g c h a i n； h y dr a u l i c s y s t e m ； t i l t i n g de v i c e 0 引言 在传统 的铸铁机车间工艺设计 中．铁水 的倒运和 浇铸一般都采用铸造起重机『5 1 根据现场情况和车 间布 置 ． 通过对现有 的倾翻方式的研究 ． 研发设计 了液压倾 翻装置来代替现有 的 5 0 T行车来进行浇铸 不仅满足 了铸铁机的生产工艺要求 ． 而且大幅降低工程投资 ． 安 全可靠 ． 占地面积小 ． 占用空 间低 ． 使铸铁 问的设 备布 置更加紧凑 ． 更加合理 ． 流量稳定 ， 飞溅小 ， 铁损小 ， 大 大解放 了 5 0 T行车 和消除 了整个铸 管车 间的生产 瓶 颈 。经过 三年 多 的生产 实践证 明 ， 取得 预期 效果 。按 照 实际工况的要求 ． 设计了合理的液压系统 ． 使倾 翻装置 按照合适的铁水流量 ． 载荷和安全可靠性要求相匹配 ． 进一步保证倾 翻装置安全可靠地运 - 1 收 稿 日期 2 0 1 3 1 0 1 2 作者简介 朱镇钟 1 9 7 9 一 ， 男 ， 安徽黄 山人 ， 1 二 程师 ， 硕士研 究生 ， 主要从 事机械设计及 』 程项 目管理。 1 液压倾 翻装 置组成 及工作流程 1 ． 1 液压 倾翻 装 置组 成 液 压倾 翻装 置 见 图 1 主要 由机 械 系统 固定 支座 1 、 倾 翻摇 架 2 、 倾 翻液 压 缸 3 、 锁 紧装置 4 、 转 角 测量 器 、 缓冲器 5 、 液压系统和电气控制 系统组成【4 】 。 固定支座为一焊接结构件 ．通过地脚螺栓固定在 基础上 ， 用于承担铁水包 铁水 、 倾 翻摇架的 自重及倾 翻过程中的力矩『5 _ 倾翻用液压缸的支座和缓冲器也通 过螺栓与固定支座连接 倾翻摇架为一焊接结构件 ． 整 体为“ Ⅱ ” 形 ， 两侧 面各有一个立柱和一个“ r ” 形梁 ， 分别 与底部框架连成一个整体 ．通过螺栓与 固定支座上的 铰连。底部框架是一个放置铁水包的平面 ， 其上设有四 个带斜度 的导向座 ． 以便铁水包就位时的定位与导 向。 在铁水包挂轴 的相对应高度处设有两个挡板 ．也带有 导 向． 这样放铁水包很方便。 需要进行倾 翻时 ．液压缸在液压系统的驱动下推 动“ r ” 形梁 ． 从而使整个摇架绕着铰接点转动 ， 带动铁水 1 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 4年 第 0 5期 包翻转 为了防止铁水包在转过 9 0 o 后向下滑动 ， 在倾 翻摇架底部框架上正对副钩挂耳处设有安全挂钩 ， O o 时 安全挂钩被拨动机构拨开脱钩 ， 可进行铁水包 的起 吊 ； 当转过 0 。 时安全挂钩在弹簧作用下将副钩挂耳钩住阻 止铁水包下滑 ． 确保铁水包安全倾翻。图 2是倾翻机构 的 维 图 图 1 倾 翻 装 置 结构 组成 图 图 2倾翻 机构 的 三 维 图 1 ． 2液压 倾翻 装置 工 作流 程 首先液压 系统启动 ． 判 断设备是否在 O位 ， 并在 0 位 坐包 ． 然 后 选择 自动倾 翻还 是 手 动倾 翻 ． 设 备 按 照 选 定 的模 式 和设 定 的 速度 进 行 倾 翻 ．速 度 由调速 旋 钮 设 定 不管在何种模式和速度下倾翻 ． 都可 以进行人工干 预。当设备倾翻到最高点时 ， 即倾翻 9 5 时 ， 设备停 止运 行并停 留 3 s 后 ． 快速 回落直至 O位停止。 图 3是倾翻装 置 的 流程 图 2 倾 翻装置液压 系统设计 2 ． 1 液压 系统 工作 原理 铁水包倾翻装置液压系统是驱动铁水包倾翻并进 行控制的专用液压 系统 ．铁水包倾翻装置架是 由 2个 对称 的液压缸将台架倾转直至铁水倒入铸模 、之后 自 动复位 铁水包随之倾转 ． 具有液压缸在任意位 置定 位的功能 由于液压缸 的工作对象是承载 3 0 T铁水 的 铁水包倾翻装置 ， 因此 。 对液压控制 的安全性 、 可靠性 的要求是很严格的12 I 。为此 ． 根据工艺要求 ． 设备情况和 一 些特殊故障 如单缸工作 ， 突然停 电 ， 管路破裂 的要 2 求 ． 从液压系统 的设计上 ， 确保 了液压缸安全可靠 的工 作 。另外 ， 为了防火考虑 ， 液压系统lT作介质采用脂肪 酸酯 类液 压油 。 图 3倾 翻 装 置 的 流 程 图 图 4为倾 翻装置液压 系统原理图。液压系统工作 时 ． 液压泵吸油 口与油箱之间装有碟 阀， 液压泵输出的 压力油送入系统压力管道[3 1 。当系统工作 ， 液压缸驱动 倾翻装置倾转时 ． 比例换 向阀工作 ， 压力油经 比例换向 阀、液控单 向阀 、调速阀等进入两油缸推动活塞上／ 下 行 ． 达到倾翻上升／ 下降的 目的。 图 4倾翻装置液压 系统圈 Hv dr a ul i c s Pn e uma t i c s S e a l s ／ No．05． 2 0 l 4 2 _ 2液压 系统 的 组成 1 主泵 装置 主 泵装 置 主要 南恒 压变 量泵 l 0、 电机 、 电磁 溢流 阀 l l 、 压力 继 电器 等主要 元件 组成 。 恒 变量 泵 的主要 特 点 是可 以根据 负 载来 设 定 系 统的工作压力。当系统压力达到泵的设置压力时． 变量 泵 自动变量维持 系统的压力恒定 ．同时输 流量达到 最小 ． 从而使系统输 出功率达到最小 ． 大大减小液压系 统 的发 热量 在 泵 的吸 油 【 _Ⅲ l 前 装 有带 接 近 开关 的蝶 阀 9 ． 接 近开 关 与 泵 的肩 动开 关 连锁 ． 当蝶 阀不 打开 时 ． 液 压 泵不 能 启 动 ， 从 而保 护 液压 泵不 致 吸空 而损坏 。 主泵 出 E I 配安全阀组 ， 电磁溢流 阀 、 单 向阀 、 压力 继电器及各个进 出油 口安装在一个集成油路块 上 电 机与电磁溢流阀 1 l的电磁铁具有连锁关系 ． 当主泵启 动 时 ， 电磁 溢 流 阀 1 1的 电磁铁 先 通 电 ， 延 时断 电 ， 实 现 泵的空载启动 主泵 1 O停止时同样先使电磁溢流阀 1 1 的电磁铁得电 ． 延时断电． 实现泵的空载制动。 2 液压 控制 阀台 液压控制阀包括阀架 ． 集成油路块 ， 比例方向控制 阀， 流量控制阀、 管路附件等。采用集成油路块的形式 ， 使 油 缸 动作 的 控制 阀组集 中在 一个 阀 台上 ．便 于操 作 维 护 。 液压控制阀台是用来控制倾 翻装置液压缸的平稳 升降 ， 并在故障状 态时 ， 能够控制液压缸 ， 使铁水包倾 翻装置安全复位 为 了保证在铁水倾倒过程 的匀速性 和油 缸 速度 无 级 可调 ．采 用具 有 反馈 的 电液 比例 换 向 阀 1 2控 制 控 制 阀装 置 上设 有 停 电 或故 障状 态 下 液压 缸 复 位 回路 。发生停电时 ， 在控制阀装置上手动操纵 通球 阀 1 3使蓄能器 1 4的压力油能打开液控单向阀 1 5 ． 靠倾翻 装置转动部分的重力使液压缸下降复位。 另外系统在故 障状态 如停泵 时 ， 操 纵 电磁换 向阀 1 6 ， 使 电磁铁通 电． 以靠倾翻装置转动部分的重力使液压缸下降复位 。 3 液压缸装置 用 于驱动铁水包倾 翻装置倾转 ．液压缸活塞杆通 过球面支承铰接 于倾翻装置上 ．液压缸用球面轴承支 承 ． 铰 接 于基础 上 。 为了使液压缸能够锁停在任意位置 。即使是软管 破裂也能使液压缸锁定在当前位置。为此 ， 将液控单向 阀直 接安 装在 液压 缸 上 ． 液压 缸 上还 装有 平 衡 阀 1 9 ． 在 液压缸下降时 ． 平衡作用于液压缸 的负载 同转 台重力 和液 压推 力 同 向 每 个液 压缸 上还 装有 3个 安 全溢 流 阀 1 7 ， 1 8 ， 2 O ， 当作 用 在 液压 缸 上 的负载 突 然超 载 时 ， 对 液压缸进行安全保护 液 压 缸 装 有 停 电或 故 障 时 ．使 液 缸复 位 的 液 压单 向阀 2 1 ． 截止 阀 和单 向 阀 ，、 4 油箱 装置 油箱装置主要南油箱装置 1 、 电加热器 4、 冷却器 7 、 过滤器 8 、 空气滤清器 2和油位计 3及温度检测仪表 5 。 油箱上设有磁 翻板式油位计 3兼具 目视和电气控 制的功能。 点磁性开关可在高油位 、 低油位 、 极低油位 发 信号 ．并存极 限油位情况下停止循环泵和主泵的 运 行 。 油箱上设有加热器 4及 温度计 5对液压油温度 3 进 行显 示 及控 制 当油 温低 于 3 0 C 时 ， 电接 点 温度计 自 动 接通 电加 热器 ． 对 油进 行 加 热 。 直 至油 温 加 热 到 4 0 C 时停止对 电加热器的通 电 当油温高于 4 5 ℃时， 将循环 冷却系统 的却水 阀自动接通 ．直至油温降低到 4 0 C H 关 闭 当油 温低 于 2 5 C 或 高于 5 0 ℃时 ， 液压 站发 出油 温 异常报警信号 过 滤器 8采用 带 压 差 变送 器 的双筒 过 滤 器 ，设 有 堵塞报警并开启旁通单 向阀的功能 。报警后通知人工 更换滤芯并开启旁通单 向阀．为不影响液压系统的使 用 ． 人T更换滤芯并可切换 到另一个过滤器T作。循环 过滤 器滤 油精 度 l O I x m． 回油 过 滤器 滤油 精度 2 0 1． z m I 。 5 循 环 冷却 装 置 循环冷却 系统包括循环泵组 5 、 水冷却器 7 、 电磁 水阀及管路附件 将油箱中回油箱一侧的油液经过循 环泵 、 冷却器 和循环过滤器 ， 回到吸油箱一侧 ， 保证 系 统油液 的清洁度 ．温度连锁 的电磁水 阀控制循环水的 开启关闭。循环泵站不开启 ， 电加热器 4不得通电。 2 ． 3 液 压 系统 主要 参数 根据铸铁机的生产能力计算 ． 倾 翻速度按照铁水流 量 1 ． 6 t ／ mi n设 计 ． 确保 恒 定 流 量 倾 翻 ， 整个 倾 翻 时 间为 1 8 ． 7 5 m i n ． 空包 回程 时 间为 2 ra i n 。 最 大载荷 为 6 0 0 k N。 根 据 这些 参数 及机 械结 构尺 寸 ， 已求参 数 如下所示 1 油箱 容积 5 0 0 L ； 2 系统 工作 压 力 0 ～ 1 2 MP a ； 3 系统 最 大压 力 1 8 MP a ； 4 系统 流量 0 ～ 4 2 L ／ m i n ； 5 驱 动功 率 1 5 k W 6 循环泵_T作压力 1 ． 0 MP a ； 7 循 环泵 流量 4 0 L ／ mi n ； 8 驱 动功 率 2 ． 2 k W ； 9 活 塞直 径 2 0 0 mm； 1 O 活塞 杆直 径 1 2 5 mm； 1 1 液 压缸 行 程 2 1 6 0 mm。 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 4年 第 0 5期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 0 2 高压径向柱塞泵配流轴的力学性能分析 白晨媛 ， 贾跃虎 ， 程旭华 ， 丁晓宁， 刘 薇 太原科技大学 机械T程学院 ， 山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 目前国产径向柱塞泵的额定 力为 2 8 M P a ， 这样 的额定压力使径 向柱塞泵的应用场合受到一定的限制 。 为此 ， 将径 向柱 塞泵的 额定 l 作 压力 提高到 3 5 M P a ， 分析 配流轴的力学性能 。根据配 流轴径向受力分析 ， 运用 P m ， E及 A N S Y S Wo r k b e n c h仿真软件对其 强 度和刚度 进行校核 。分析结果表 明。 配流轴的强度和刚度满足设计 要求 。 关键 词 高压 ； 径 向柱塞泵 ； 配流轴 ； 有 限元分析 ； 强度 ； 刚度 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 5 0 0 0 4 0 3 M e c h a n i c a l Pr o pe r t i e s An a l y s i s o f t h e F l o w D i v i d e r Pi nt l e f o r Hi g h Pr e s s ur e R a d i a l P i s t o n P ump B A1 C h e n y u a n， J 1 A Y u e - h u， C HENG Xu h u a， DI NG Xi a o n i n g， L I U We i S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， T a i y u a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a Abs t r ac t At p r e s e nt ， t he r a t e d p r e s s ur e o f do me s t i c r a di a l pi s t o n pu mp i s 28 MPa ， whi c h l i mi t s t h e a pp l i c a t i o n s o f r a di a l pi s t o n pu mp． Th e r e f o r e， u nd e r t h e c o n di t i o n t h a t r a t e d pr e s s u r e o f the r a d i a l p i s t o n pump wa s i n c r e a s e d t o 3 5MPa ， t h e a n aly s i s o f me c h a ni c a l pr o p e r t i e s o f t h e f l o w d i v i d e r p i n t l e wa s c a r rie d o n ． A c c o r d i n g t o t h e r a d i a l f o r c e a n a l y s i s o f fl o w d i v i d e r p i n t l e ， i t s s t r e n g t h a n d r i g i d i t y we r e c h e c k e d b y P r o ／ E a n d AN S YS wo r k b e n c h ． T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e s t r e n g t h a n d r i g i d i t y o f fl o w d i v i d e r p i n t l e me e t t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s ． Ke y wo r d s h i g h p r e s s u r e ； r a d i a l p i s t o n p u mp； fl o w d i v i d e r p i n t l e ； f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s ； s t r e n g t h； r i g i d i t y 0 引言 滑靴式新型径 向柱 塞泵是国外 2 O世纪 8 0年代研 制成功的一种高效节能新型液压泵 ． 具有抗冲击 、 工作 压力高 、 寿命长 、 控制压力高等优点 。 目前国内在新型 径 向柱塞 泵 国产化 方 面 取得 了重 大进 展 ． 已经 成 功 开 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 2 2 作者简介 白晨嫒 1 9 8 7 一 ， 女 ， 山西 大 同人 ， 硕士研 究生 ， 主要研 究方 向 为流体传动 与控制 。 发 了多个规格 ． 不同变量控制方式 的径向柱塞泵 ． 但 同 国外 液压泵相 比．额定压 力仍然 比较低 ，只能达 到 2 8 MP a ． 而随着径 向柱塞泵被广泛应用于锻压 、 冶金 、 船 舶 、 注 塑 、 矿 山 、 重 型 等机 械设 备 中 ， 对 其 工 作 压力 的要 求也越来越高 ． 2 8 M P a的额定压力 已不能满足需求 ． 因 此试将径 向柱塞泵的额定工作压力提高 到 3 5 MP a ． 采 用有限元法对 4 0 mL ／ r 径 向柱塞泵 的核心零件配流轴 的 强度和刚度进行校核 ． 以期通过研究 。 使 国产径向柱塞 泵 的额 定 压力 可 以达 到 3 5 MP a 3 结语 [ 2 ]董 新 龙 ，葛 亚军， 卢 芬兰 ． 液 压 控 制在 钢 包 倾翻 装 置中 的 实 现 该液压系统投入使用了 3年多 ， 运行状况 良好 。该 [ 3 1 清理机液压系统的研发f J J _ 有 液 压系统设计 不仅满 足铁水包倾 翻时复 杂工况 的要 色矿冶 ．2 0 1 1 , 2 7 3 8 8 - 8 9 ． 求 ， 满足铸铁机生产能力 的需求 ， 实现了倾翻装 置安全 『 4 1 阮建波 ，李 继远． 天 于铸铁机 系统 设计 的若 干 问题『 J I ． 炼 铁， 可靠稳定 的运转 ，解决了传统 的起 重机铸造模式 的弊 2 0 0 9 ． 2 8 4 5 0 5 2 ． 端 ， 大 大 节 约 了 生产 成 本 ， 提 高 了生 产 安 全 ， 为 液 压 倾 【 5 ] 王国其． 铸铁机专用大容量铁水包倾翻卷扬机设备介绍【 J J ． 四 翻装置的研发设计提供 了一定的参考价值。 川冶金， 2 0 1 1 , 3 3 6 6 8 7 0 ． [ 6 】 胡 敏． Z Y 8 8 0 0 ／ 1 7 ／ 3 5 D型液压 支架 液压 系统设 计 【 J J ． 煤矿 机 参考文献 械， 2 0 0 9 ， 3 0 9 1 5 7 1 5 9 ． [ 1 ] 高长虹， 李鄂 民． 铝液抬 包清理 机液压 系统设计 【 J 】 ． 液 与气 [ 7 1 王春梅 ， 周 士强 ， 夏红梅， 等． 液压集成 阀块 的设 计『 J 1 ． 煤矿 机 动 ， 2 0 1 1 , 1 2 8 1 8 2 ． 械， 2 0 0 8 ， 2 9 9 4 0 4 1 ．