液压与气压传动 滑动水口液压系统设计

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1、液压与气压传动三级项目报告项目名称：滑动水口液压系统设计姓 名：指导教师：日 期:滑动水口（Sliding Nozzle,简称SN）系统是冶炼中不可缺 少的部分。它是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地 调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平 衡，从而使连铸操作更容易控制。滑动水口系统因其可控性好， 能提高炼钢生产效率而得到了迅速发展。现在，在钢包、中间包 上国内外普遍使用了滑动水口系统。大包滑动水口液压回路控制大包滑动水口的开闭，而大 包滑动水口是连铸的关键设备之一，该文简要阐述了大包滑动水 口的组成及工作原理，并详细介绍了根据工艺要求来设计的液压 回路。主要包括系统

2、的设计与计算以及元件的选型，该系统要使 滑动水口在一定负载下按给定速度打开与闭合，并能实现点动， 以控制水口开度的大小，从而控制钢水流下的速度，同时考虑到 突然停电的情况，系统中设置了蓄能器，使系统在泵停止工作时， 滑动水口仍能开关两到三次，从而防止钢水在钢包中冷却凝固。关键字:滑动水口液压系统目录摘要2一、前言-5-1.1滑动水口5-1.1.1滑动水口的工作原理-51.1.2滑动水口的组成6-1.1.3滑动水口分类61.2液压传动与液压系统概述 8-1.2.1液压系统工作原理 9-1.2.2液压系统的结构 9二、系统设计及参数计算102.1.1计算工作负荷102.1.2摩擦及惯性负荷102.

3、1.3运动时间102.1.4各工况负载112.2 确定液压缸基本参数112.2.1初选系统压力112.2.2计算液压缸主要尺寸122.3拟定液压系统图142.3.1选择基本回路142.3.1.1调速回路142.3.1.2油源形式的确定162.3.1.3锁止回路的确定162.3.1.4系统图的最终确定182.3.1.5 液压系统原理图分析222.4液压辅件的选择252.4.1选择液压泵及驱动电机252.4.1.1确定液压泵最大工作压力25“ P 二 P +AP 二 5 + 0.5 二 5.5MP故：p 1 252.4.1.2确定液压泵的流量252.4.1.3选择液压泵型号262.4.1.4确定驱

4、动液压泵的功率262.4.2控制阀的选择262.4.2.1先导式溢流阀262.4.2.2 换向阀262.4.2.3调速阀及液控单向阀272.4.4管道的选择272.4.4.1管道内径的计算272.4.4.2管道的选择292.5确定油箱容量292.6过滤系统的设计302.6.1过滤器的位置设置302.6.2过滤器精度的选择302.6.3过滤器尺寸的确定302.7液压油的选用312.8液压系统的性能验算31三、结论313.1项目的主要工作323.2主要结果323.3未来规划323.4心得感受33一、前言1.1滑动水口滑动水口的设计早在1884年就由美国人D. Lewis提出构思 并申请了专利，后来

5、也有不少类似的专利，但均因材质不过关而 未能实现。直到1964年，西德本特勒钢铁公司在22T钢包上， 采用滑动水口装置代替塞棒系统进行浇钢，首次获得成功，并迅 速推广到许多国家。随着快速、高效连铸和二次精炼技术及工艺的发展，滑动水 口（Sliding Nozzle，简称SN）系统在现代钢铁冶炼过程中变得 越来越重要，成为冶炼中不可缺少的部分。它是连铸机浇铸过程 中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流 量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。 滑动水口系统因其可控性好，能提高炼钢生产效率而得到了迅速 发展。现在，在钢包、中间包上国内外普遍使用了滑动水口系统。

6、111滑动水口的工作原理所谓滑动水口，就是利用安装在钢包底部铁 壳外面的两块 用耐火材料制成的平板（上面的称上滑板,下面的称下滑板），并 依靠机械的力量把两块板靠紧，达到近乎没有间隙的程度。通过 外下滑板注孔连接下水口砖。当上、下注口在移动中重合时，钢 包内钢水，可通过上水口砖、上滑板、下滑板、下水口砖流出进 行浇注作业。当上、下注孔错开时，则注口关闭，浇注作业停止。 由于滑板的移动是和水口连接在一起进行的，所以称之为滑动水 口。滑动水口的驱动方式可分为：人力驱动、液压驱动、电动缸 驱动、风动缸驱动。钢水包滑动水口液压系统设计来源于某工厂 的实际工程，鉴于钢包的高温和恶劣的工作环境以及随着钢包

7、的 不断增大，使人为控制滑动水口越来越困难，从而诞生了液压驱 动的滑动水口机构。该系统的诞生与应用提高了生产效率，方便 了工人操作，调高了钢厂自动化水平。在实际生产中，滑动水口 开度需经常调整，动作比较频繁，如果压力不足，水口无法打开 或关闭，除无法浇铸生产外，更严重的是，在浇铸中因事故停浇 时，大包水口若不能关闭，将使中间包溢钢而烧毁设备，甚至会 造成人身伤亡事故发生。因此，设计合理可靠的大包滑动水口液 压系统非常重要。1.1.2滑动水口的组成滑动水口一般由驱动装置、机械部分和耐火材料部分(即上 下滑板、下水口)组成，耐火材料由座砖、上水口座、上滑板、 下滑板、下水口砖组成。1.1.3滑动水

8、口分类(1) 按滑板移动方式分为： 往复式(我国滑动水口都是这种形式)它又可分为：(1) 单水口往复式:上下滑板直线、往复平行移动。(2) 双水口往复式:即下滑板上安装两个不同口径的注口，轮换使 用，我国马鞍山钢厂也曾使用和开发过此种水口，只是使用的气 压弹簧和国外不同。(3) 单水口、双面往复式:有效利用滑板，延长了滑板使用时间。 三滑板往复式:用于连铸中间包,上、下滑板不动，只动中间滑 板。 旋转式滑动水口上下滑板圆弧形、旋转移动,分别在钢包、中间包(定径多水 口)、出钢口及特殊用途(主要用于有色金属精密配料上,作为流 量控制，其直接安装在炉壁内衬中)上使用。(2) 按施加面压的方法分 弹

9、性机构，弹性机构是利用弹簧的力量，对上、下滑板施加面 压。(1) 美国弗洛康式:弹簧安装在下水口周围下滑板下面。(2) 瑞士英特斯特普式:用4个带弹簧的螺栓与开闭框架连接，压 紧滑板。(3) 瑞士的梅塔肯式:整体组装螺栓上有加压弹簧。(4) 日本N KK旋转式:靠安装在开闭框架上的弹簧螺栓与开闭框 架相连。(5) 日本呙川三菱一梅塔肯式系列:利用固定框架上加压螺栓与 开闭框架相连。(6) 日本新日铁和黑崎密业开发的YP系列滑动水口 ：有螺栓加压 杠杆加压、风动板手加压、油缸预加压和挂钩后加压并用等。 刚性机构我国因弹簧生产始终不能满足安全需要，因此国内使用的大 多是刚性结构，但刚性结构，弊病较

10、多,大都是用大螺母加压，加 一些微调。逐渐处于淘汰状态。(3) 按驱动方式分 人力驱动:我国有些中小钢厂滑动水口仍用人力驱动。 液压驱动:利用液压站，通过液压油缸进行驱动,在国内和国外 应用较为普遍。 电动缸驱动:利用电动缸在钢包上驱动，电源由吊车送下插头 和钢包上电动缸相接通即可驱动，宝钢目前用此方法。电动缸驱 动为国内今后的发展方向，这是因为我国液压密封件质量不过关, 不能保证长时间的安全使用。 风动缸驱动:利用压缩空气连在钢包的气动缸上,就可以驱动, 现只在停电时偶尔驱动。12液压传动与液压系统概述液压由于其传动力量大，易于传递及配置，在工业、民用行 业应用广泛。在各部件制造中，对密封性

11、、耐久性有很高的技术 要求，目前在液压部件制造中已广泛采用滚压工艺，很好的 解决了圆度、粗糙度的问题。特别是液压缸制造中广泛应用。液 压工具可以解决液压制造各种问题。当前，液压技术在实现高压、 高速、大功率、高效率、低噪声，经久耐用，高度集成化等各项 要求方面都取得了重大的发展，在完善比例控制，伺服控制，数 字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统 的计算机辅助设计，计算机仿真和优化等开发性工作方面，日益 显示出显著的成绩。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断 创新，不断地提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的 市场需求。液压工业在国民经济中的作用实在是很

12、大的，它常常可以用 来作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界上主要的 工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作 有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚 刚在准备起步，为此必须奋起直追，才能迎头赶上。1.2.1液压系统工作原理液压系统最基本的原理就是液体内部压强处处相等。利用油 泵产生一定内部压力的液态油，通过液压管路传送到液压执行元 件，比如液压油缸，高压油作用在活塞上，使得活塞两端压力不 平衡，于是活塞运动做功，高压油也可以作用在周向布置的叶片 上，带动叶片轴旋转，这就是油马达。液压系统就是传送压强的 装置，液压油是压强传送的载体，具有一定压强的液体

13、作用在一 定大小的面积而产生作用力，该作用力驱动零件运动。1.2.2液压系统的结构液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分 用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之 间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液 压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力 和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选 择。液压动力部分执行部分信号控制部分液压控制部分图1.1液压系统结构、系统设计及参数计算主要参数如下:负载 力KN负载丿页量Kg静摩 擦力N动摩 擦力N往返加减 速时间s、井、击刖进速度mm/s回程速

14、 度mm/s行程mm主缸20500400020000.220302002.1负荷与运动分析2.1.1计算工作负荷工作负载：F =20KNR2.1.2摩擦及惯性负荷惯性负载：F二竺m二竺500二250N m At100静摩擦力：F出=4000N静动摩擦力：F二2000N动2.1.3运动时间工进时间：t二200二10s20退回时间：t = 6.67 s302.1.4各工况负载液压缸在各工作阶段的负载工况计算公式液压缸负载F/N液压缸推力F / Nnm起动F静40004444加速F + F动m22502500快进F动20002222工进F + FR动2200024444反向起动F静40004444加速F + F动m22502500快退F动20002222制动F - F动m175019442.2确定液压缸基本参数2.2.1初选系统压力系统压力选定得是否合理,直接关系到整个系统设计的合理程 度。在液压系统功率一定的情况下，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、尺寸会相应降低。表2-1按载荷选择工作压力载荷/KN 50工作压 力 /MPa 0.8 11.52