钢坯冷锯机液压系统设计说明书

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钢坯冷锯机液压系统设计

摘 要

随着我国国民经济的快速发展，工业化程度逐年提高，作为基础产业的钢铁业规模已连续数年稳居世界首位，每年生产将近一亿吨的热轧及冷弯型材、管材、棒材，这其中80﹪以上的产品都采用了锯机完成切头、切尾、定尺切断工作，由于具备了生产效率高、锯切的质量好、运行成本低等特点。与剪切机比较，金属没有被强行塑性拉断的部分，因而轧件切口处精度较高。金属锯切锯机成为了现代轧钢生产线中的重要一环，它能否正常运转，关系到整条轧线的生产能力能否正常发挥。为此，此次设计为钢坯冷锯机液压传动系统。这是一个很重要的系统，它包括两个支路：夹紧缸的夹紧过程和锯切缸的锯切过程。在此次设计过程中，对这两个支路进行了受力分析计算，对各个元件的选用进行说明。对液压执行元件、液压阀、液压辅助元件和泵站进行计算。

关键词：液压传动系统；冷锯机；液压阀；泵站

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Hydraulic System Design Of Cold Steel Machine

Abstract

With the rapid development of China's national economy and the increasement of the degree of industrialization over the years , as the basic industries of iron and steel industry has the size of its position as the world for several years, and annual production of nearly 100 million tons of hot-rolled and cold-formed profiles, tubes, rods, which more than 80% of the products are completed using the saw-cut head, cut tail, cut off length work productivity because of the high quality of the sawing, and low running costs. Compared with the shearing machine, metal has not been forcibly pulled off the plastic part, thus accuracy of the incision rolling is higher. Metal Cutting Saw has become an important segment of the modern steel rolling production line. Whether it is the normal operation ，it relates to the whole rolling line of the normal production capacity. To this end, the design is the hydraulic drive system saw the cold steel. This is a very important system, which includes two slip: the process of clamping cylinder and the clamping cylinder sawing the sawing process. During the design process, these two slip calculation for the force analysis, the selection of the various components are described. The implementation of hydraulic components, hydraulic valves, hydraulic components and auxiliary pumping station is calculated.

Key words: Hydraulic drive system; Cold Saw; Hydraulic valve; Pumping station

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目 录

1 绪论 ...................................................................................................................................... 1

1.1 1.2 1.3

锯切机械的组成 .......................................................................................................... 1 金属冷切圆锯片国内外的发展趋势 .......................................................................... 1 锯机的分类及其特点 .................................................................................................. 1

摆动式锯机 ......................................................................................................... 2 平推式锯机 ......................................................................................................... 2

1.3.1 1.3.2 1.4 1.5

液压传动的介绍 .......................................................................................................... 3 液压传动的特点 .......................................................................................................... 3

液压传动的优点 ................................................................................................. 3 液压传动的缺点 ................................................................................................. 4

1.5.1 1.5.2 1.6

课题设计内容介绍 ...................................................................................................... 4

2 液压系统的相关设计参数 ............................................................................................ 5 3 制定系统方案和拟定液压系统图 .............................................................................. 6

3.1 3.2 3.3

液压系统的组成及设计要求 ...................................................................................... 6 制定系统方案 .............................................................................................................. 6 拟定液压系统原理图 .................................................................................................. 7

4 载荷的组成和计算 .......................................................................................................... 8

4.1 4.2

液压缸载荷组成 .......................................................................................................... 8 各液压缸载荷的计算 .................................................................................................. 9

夹紧缸的载荷计算 ............................................................................................. 9 锯切缸的载荷计算 ........................................................................................... 10

4.2.1 4.2.2

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5 计算液压缸的主要结构尺寸 ..................................................................................... 12

5.1 5.2

初选系统工作压力 .................................................................................................... 12 液压缸的主要结构尺寸计算 .................................................................................... 12

液压缸的主要结构尺寸组成 ........................................................................... 12 液压缸的主要结构尺寸计算 ........................................................................... 13

5.2.1 5.2.2 5.3

计算液压缸所需流量及实际工作压力 .................................................................... 14

夹紧缸所需流量和实际工作压力 ................................................................... 14 锯切缸所需流量和实际工作压力 ................................................................... 15

5.3.1 5.3.2

6 液压元件的选择 ............................................................................................................. 16

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

液压缸的选用 ............................................................................................................ 16 液压泵的选用 ............................................................................................................ 17 电动机的选用 ............................................................................................................ 18 液压阀的选用 ............................................................................................................ 19 油管尺寸的计算 ........................................................................................................ 19

管道内径的计算 ............................................................................................... 20 管道的选择 ....................................................................................................... 21 管接头的选择 ................................................................................................... 22

6.5.1 6.5.2 6.5.3 6.6 6.7 6.8 6.9

油箱容积及尺寸确定 ................................................................................................ 22 蓄能器的选择 ............................................................................................................ 23 液压介质的选择 ........................................................................................................ 23 其余液压辅助元件的选择 ........................................................................................ 24

7 液压系统性能验算 ........................................................................................................ 26

7.1

液压系统压力损失计算 ............................................................................................ 26

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7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.2

沿程压力损失 ................................................................................................... 26 局部压力损失 ................................................................................................... 27 总压力损失 ....................................................................................................... 28

液压系统的发热温升计算 ........................................................................................ 28

7.2.1 计算液压系统的发热功率 ............................................................................... 28 7.2.2 计算油箱的散热功率 ....................................................................................... 30

8 阀块的设计 ...................................................................................................................... 31 9 液压泵站的设计 ............................................................................................................. 32 10 经济可行性分析 .......................................................................................................... 33

10.1设备完好率与利用率 .................................................................................................. 33 10.2 设备役龄 ...................................................................................................................... 33 10.3 设备经济寿命的确定 .................................................................................................. 35 10.4 机械购置成本 .............................................................................................................. 36

11 环境分析 ........................................................................................................................ 37

11.1 环境污染 ...................................................................................................................... 37 11.2机械工业（本部分主要尤指液压）对环境的危害和防治....................................... 38 11.2.1 液压工业对环境的危害 .................................................................................... 38 11.2.2 解决方法 ............................................................................................................. 39

结 论 .................................................................................................................................... 40 致 谢 .................................................................................................................................. 41 参考文献 ............................................................................................................................... 42

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1 绪论

1.1 锯切机械的组成

锯切机械广泛用来切断异型断面轧件，已获得断面整齐的定尺产品。 根据工作方式和结构形式，锯切机械可以分成两类：

1.锯机—用于（停放着的）单根或整束轧件的切头、切尾或切定尺长度。锯切常温轧件的锯机称为冷锯机，锯机高温轧件的锯机称为热锯机。

2.飞锯机—用于将运行中的轧件切头、切尾或切成定尺长度。飞锯机也可分为冷飞锯机和热飞锯机。

为了可以提高锯切断面质量和定尺精度，现代的大型和中型型钢轧钢厂，逐渐用冷锯机代替热锯机进行轧件的切头、切尾和定尺锯切。

1.2 金属冷切圆锯片国内外的发展趋势

从上世纪70年代开始，以德国为代表的工业国家即在金属热切的基础上开发出了金属冷切技术，并逐渐推广应用，它大大改善了轧件的外观质量和产品精度，同时为了适应钢材大型化的发展需求，金属冷切圆锯片也逐渐向大型化发展，目前可达到Φ2500 mm～Φ3000 mm。在锯片材质方面，为提高塑韧性，己经大量使用中、低碳锰钢代替高碳锰钢生产大直径金属冷切圆锯片。在国内，从20世纪90年代开始大量引进了国外的先进冷锯机和金属冷切圆锯片，使热轧企业和冷弯行业的金属冷切技术得到了极大的提高，通过国内锯片生产企业如唐山冶金锯片有限公司与各大钢铁企业的共同努力，国产的金属冷切圆锯片产品也已达了Φ2200 mm，能够全面代替进口锯片，为钢铁企业提供质优价廉的金属冷切锯片产品。

1.3 锯机的分类及其特点

锯机是完成钢材定尺锯切任务的关键设备，虽然在整条轧线中属于辅助设备，但由于工作性质特别，锯机能否正常运转，决定着整条轧线能力可否充分发挥，因此在整体工艺设计时要结合产品种类、生产量合理选配锯机的类型、规格、数量，以便达到均衡生产的目的。下面介绍的是几种常用的锯机种类和性能特点。

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1.3.1 摆动式锯机

摆动式锯机分上摆式和下摆式两种，锯切时，高速旋转的锯片环绕一个铰链轴在油缸或气缸的带动下向上或向下摆动快速切断工件。其特点是结构紧凑，锯片安装、更换容易，维护、检修方便, 但它不适合锯切宽高比比较大的型钢，锯切稳定性较差。在实际生产当中，以下摆锯的使用为主，上摆锯应用较少因为检修、换片很不方便。 摆动式锯机主要应用于高频焊管及冷弯型钢生产企业，也称为飞锯机，有时也用于小型热轧型钢企业，用做单根锯切。因为设备造价低,运行成本低，维护检修容易，国内锯机保有量可达数千台。主要用于中小型高频焊管和冷弯型钢的定尺锯切。 1.3.2 平推式锯机

平推式锯机分为小车式和滑座式，基本原理是把锯片主轴箱安装于一个可移动的台车上，通过液压或齿条传动推动其在滑轨上前后平移，完成工件锯切和退锯动作。其结构稳定性好，锯片安装、更换容易，检修方便，适合于锯切宽高比较大的工件或多工件成排锯切。它主要适用于热轧型钢行业和部分大型冷弯型钢、高频焊管企业，可以锯切大型厚壁型材、管材和圆钢。

1.小车式平推锯机是我国现阶段中小型轧钢企业最常见的机型，这种类型的锯机造价低廉，一般厂家均可自制，上马快，但结构平稳性较差，功率小，重量轻，工作中容易跳锯，缺少了工件夹紧、高压水冷却、冲刷功能，对锯片冲击大、磨损快，轧制厚壁工件时锯切寿命低。由于工件经常撞击锯片，容易引起锯片裂纹的产生或由于闷车导致锯片的异常损坏，形成现场的一种不安全因素。这类锯机主要锯切品种是工、槽、角钢。

2.滑座式平推锯机是国内大型钢铁企业、大型冷弯型钢企业使用的主要机型，大型热轧企业以进口锯机为主,大型冷弯型钢企业以国产锯机为主，这种设备一般配置足够的主电机功率，机座和滑座之间采用平V导轨结构相联结，进锯采用液压或齿轮齿条传动可实现无级调速，调速范围在20 mm/s～200 mm/s。另外整机重量一般达到30～50 t，所以进锯、退锯都非常平稳，在工件夹持方面，设置双侧的水平收集、垂直压紧装置,锯切时工件不发生任何移动，对锯片没有异常冲击，只是有正常的锯切磨损，所以一般情况下，每张锯片单次锯切吨位都达数百吨以上。与小车式平推锯的几十吨相比优势明显，另外锯机上配置了以上的高压冲屑以及低压以下大流量的锯片冷切水，对锯片保持锯切性能也提供了良好的保证。

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总之，滑座式平推锯机无论在设备配置和锯片选用上都已达到了比较完善的程度， 具有生产效率高，安全性好的优点，但就是一次性投人比较高，对于具备一定实力的企业应该首选这种机型，其综合效益是比较理想的。目前国内常用的进口冷锯机有德国的西马克斯凯特，意大利的达涅利、波米尼，日本的新日铁等机型。国产冷锯机生产厂有二重、一重、沈重和上重几个重型机械厂。

1.4 液压传动的介绍

液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动并称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中应用广泛的技术。

1795年英国Joseph Braman以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。

第一次世界大战后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。 液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。 1925年F.Vikers发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。

20世纪初G·Constantimsco对能量波动传递所进行的理论及实际究；1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。

第二次世界大战期间，在美国机床中有30%应用了液压传动。在1955年前后，日本迅速发展液压传动，1956年成立了“液压工业会”。

1.5 液压传动的特点

1.5.1 液压传动的优点

1.体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； 2.能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；

3.换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；

4.液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；

5.由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；

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6.操纵控制简便，自动化程度高； 7.容易实现过载保护。

液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置等等；船舶用的甲板起重机械、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。 1.5.2 液压传动的缺点

1.使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁； 2.对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高； 3.液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平； 4.用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患； 5.传动效率低。

1.6 课题设计内容介绍

本课题设计内容是冷锯机液压传动系统。该系统设计内容包括：型材的夹紧系统和锯片的剪切系统两部分。

在夹紧系统中，由于需要对型材施加恒定的外力，所以在液压回路中安装单向调压阀，保持夹紧回路的压力恒定。

在升降系统中，液压缸需要控制锯切在工作进程中恒速进给以及非工作进程中快速退回，所以在液压回路中需要安装双单向节流阀，来实现不同工作过程中对锯机不同速度的要求。同时，锯机在待机情况下需要保持活塞杆始终支撑锯机，所以在液压回路中还要安装液压锁以保证锯机在待机情况处于待机位置。

此液压系统能够实现系统稳压、调速及锁紧等功能。

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2 液压系统的相关设计参数

夹紧缸参数：

夹紧力： 7634 Kg 活塞运行速度： 0.1 m/s 锯切缸参数：

钢坯最大直径：锯片直径：

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进锯力： 进锯速度： 锯切速度： 活塞运行速度： 3065 Kg 70 mm/min 9.5～19 m/min 0.077 m/s 410 mm 1300 mm

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3 制定系统方案和拟定液压系统图

3.1

液压系统的组成及设计要求

液压传动是借助于密封容器内液体的加压来传递能量或动力的。一个完整的液压系统由能量（压力）发生源、能量控制和分配装置及工作执行机构四个部分组成。在本设计系统中，采用油泵作为系统的液压发生机构，即压力源；采用液压缸作为工作的执行机构，将压力能转化为机械能。在它们之间通过管道以及附件进行能量传递；通过各种阀作为控制机构进行控制。

通常液压系统的一般要求是： 1.保证工作部件所需要的动力；

2.实现工作部件所需要的运动、工作循环，保证运动的平稳性和精确性； 3.要求传动效率高，工作液体升温低；

4.结构简单紧凑，工作安全可靠，操作容易，维修方便等。 同时，在满足工作性能的前提下，应力求简单、经济及满足环保要求。

液压系统工作介质最常用的是乳化液和油。由于乳化液的粘性小易泄漏，润滑性差，易腐蚀，并且实现自动控制比较困难等缺陷。现在越来越多的液压系统采用油液作为工作介质。

本液压系统通过对负载力和流量的初步估算，初步定为中等压系统，即为P≤20MPa。

3.2 制定系统方案

1.执行机构的确定：本系统执行机构均是以液压缸作往复运动带动执行机构执行运

动的机械结构。根据系统的初步要求，初选两个液压缸，分别作为夹紧缸和锯切缸。

2.夹紧缸动作回路：夹紧缸要对型材进行夹紧保证能够正常锯切，此液压缸的动作由换向阀控制，系统要求压力始终保持恒定，所以系统中采用单向减压阀，对夹紧缸压力进行控制。

3.锯切缸动作回路：锯切缸要控制锯机的升降和在锯切时产生锯切力，同时在锯机不工作时，要保持锯机处于待机状态，不能因机构自身重力下降，所以在系统中安装液压锁使得锯机能够自锁。而且，在锯切时机构对于锯机的进锯速度有一定得要求，所以在回路中还安装了双单向节流阀，对进锯速度能够进行调节。

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3.3 拟定液压系统原理图

通过上述对执行机构、基本回路的设计，将它们有机的结合起来，再加上一些辅助

元件，便构成了设计的液压原理图。见图3.1

图3.1液压系统原理图

此外，由于系统有很多电控阀的使用，电磁铁工作顺序表如下表3.1 。

表3.1电磁铁动作表

夹紧缸夹紧 夹紧缸退回 锯切缸锯切 锯切缸退回 系统安全卸荷

1DT 2DT 3DT 4DT 5DT

+

+

+

+

+ + + +

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4 载荷的组成和计算

4.1 液压缸载荷组成

1.工作负载

常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向与活塞运动方向相同为负，相反为正。 2.导轨摩擦负载

(4.1.1)

(4.1.2)

对于水平轨 对于V型导轨

式中 G—运动部件所受的重力（N）;

—外载荷作用于导轨上的正压力（N）;

—摩擦系数；

—V型导轨的夹角，一般为90°。

3.惯性负载

惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出：

式中 g—重力加速度，

—时间内的速度变化值；

—启动，制动速度转换时间，一般机械取

，对轻载低速运

以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷

启动加速时 稳态运动时 减速制动

工作载荷除外载荷

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(4.1.3) ；

动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般

(4.1.4)

(4.1.5)

。

，由于

(4.1.6)

并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则

外，作用于活塞上的载荷F还包括液压密封处的摩擦阻力

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各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为：

式中

—液压缸的机械效率，一般取0.90～0.95

(4.1.7)

总载荷为

(4.1.7)

4.2 各液压缸载荷的计算

4.2.1 夹紧缸的载荷计算

对加紧装置进行受力分析：加紧装置进给和退回的受力情况相同，所受到的摩擦力和惯性力大小相同，方向相反，故摩擦力用Ff表示，惯性力用Fa表示。

受力分析图如下图：

1.导轨摩擦负载：

假设夹紧端自身质量为G=100Kg 取

由公式(4.1.1)可得：

Ff=?G?0.06?100?9.8?58.8N

2.惯性负载：

取 =1m/，由公式(4.1.3)可得：

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Fa?G?v980??1?100N g?t9.83.外载荷Fw

非工作阶段的外负载

为:

Fw?Ff?Fa?58.8?100?158.8N工作阶段： 活塞杆只受来自型材夹紧力的反作用力，和自身的重力作用，并且自身重力此时并不作为外负载存在。故：

Fw?7634?9.8?74813.2N

所以用工作阶段外负载进行夹紧缸的载荷计算。 4.摩擦阻力

取

：

由公式(4.1.7)可得：

Fm?1??m?mFm?1?0.9574813.2?3937.54N 0.955.总载荷：

F?Fw?Fm?74813.2?3937.54?78750.74N 4.2.2 锯切缸的载荷计算 机构锯切过程受力分析如下图：

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1.外载荷Fw

Fw?Fe?Fn3065?9.8?Fn??30037?9800?10118.5N 222.摩擦阻力

取

：

由公式(4.1.7)可得：

Fm?1??m?mFm?1?0.9510118.5?532.55N 0.953.总载荷：

F?Fw?Fm?10118.5?532.55?10651.05N

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5 计算液压缸的主要结构尺寸

5.1 初选系统工作压力

要根据载荷大小和设备类型，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制而选择压力。当载荷一定时，工作压力低，就必须加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，这样就会提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械重载设备压力要高些。具体参考表5.1。

表5.1工作压力初选表

载荷∕kN 工作压力MPa <5 <0.8～1 5～10 1.5～2 10～20 2.5～3 20～30 3～4 30～50 4～5 >50 ?5 系统工作压力的选定是否合理，关系到整个系统的合理程度。在本液压系统中，其中夹紧缸具有最大工作压力。根据以上计算可知系统最大负载约为78kN，参照表5.1可知工作压力应大于5MPa，故初选系统的工作压力为7MPa。

5.2 液压缸的主要结构尺寸计算

5.2.1 液压缸的主要结构尺寸组成

活塞杆受压时

活塞杆受拉时

(5.2.2)

式中

—无杆腔活塞有效作用面积（

）；

）；

(5.2.1)

—有杆腔活塞有效作用面积（

—液压缸工作腔压力（—液压缸回油腔压力（

）；

），即背压力。其值根据回路的具体情况而定，

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初算时可参照表5.2取值，差动连接时要另行考虑；

—活塞直径（m）； —活塞杆直径（m）。

表5.2背压选择标准

系统类型

简单系统或轻载节流调速系统

回油节流调速阀的系统 回油路设置有背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路较短，且直接回油箱

背压力∕MPa 0.2～0.5 0.4～0.6 0.5～1.5 0.8～1.5 1.2～3 可忽略不计

一般，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为

(5.2.2)

运用上式须事先确定比

与的关系，或是活塞杆径与活塞直径的关系，令杆径

，其值可按表5.3选取

表5.3杆径比选择标准

工作压力MPa

?5.0

0.5～0.55

5.0～7.0 0.62～0.70

?7.0

0.7

(5.2.4)

液压缸直径D和活塞杆径d的计算值要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。如与标准缸参数相近，最好选用国产标准液压缸，免于自行设计加工。 5.2.2 液压缸的主要结构尺寸计算

1.夹紧缸的主要结构尺寸

根据外载荷力选取工作压力为7MP，根据系统取背压为0.5MPa，即P2?0.5MPa,按工作压力选取

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见表5.2取。

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由公式(5.2.4)可得：

D?4F4?78750.74??121.96mm 22?P1?P2(1??)3.147?0.5(1?0.7)????根据参考文献[1]附表-12圆整取值D=125mm

d?D???125?0.7?87.5，对其圆整得d=90mm

2.锯切缸的主要结构尺寸

根据外载荷力选取工作压力为2.5MPa,根据系统取背压为0.5MPa，即P2?0.5MPa,按工作压力选取

由公式(5.2.4)可得：

见表5.2取??0.5。

D?4F4?10651.05??79.91mm 22?P1?P2(1??)3.142.5?0.5(1?0.5)????根据参考文献[1]附表-12圆整取值D=80mm

d?D???80?0.5?40mm 对其圆整得d=40mm

5.3 计算液压缸所需流量及实际工作压力

液压缸工作时所需流量

(5.4.1) 式中 —液压缸有效作用面积（ —活塞与缸体的相对速度（

）；

）。

实际工作压力有公式：

转化为：

(5.4.2)

5.3.1 夹紧缸所需流量和实际工作压力

1.所需流量 由公式(5.4.1)可得： 无杆腔：

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Q?AV?π23.14DV??0.1252?0.1?1000?60?73.6L/min 44有杆腔：

Q?AV??4(D2?d2)V?3.14?(0.1252?0.092)?0.1?1000?60?35.4L/min 42.实际工作压力 由公式(5.4.2)可得：

P1?F?P2A2?A178750.74?0.5??43.14?0.12524(0.1252?0.092)?106?6.66MPa

5.3.2 锯切缸所需流量和实际工作压力

1.所需流量 由公式(5.4.1)可得： 无杆腔：

Q?AV??4D2V?3.14?0.082?0.077?1000?60?23.2L/min 43.14?0.082?0.042)?0.077?1000?60?17.4L/min 4有杆腔：

Q?AV??4(D2?d2)V?2.实际工作压力 由公式(5.4.2)可得：

P1?

F?P2A2?A110651.05?0.5??43.14?0.0824(0.082?0.042)?106?2.50MPa

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6 液压元件的选择

6.1 液压缸的选用

根据计算的尺寸和液压系统的主要数据,由文献[1]选择液压缸： 夹紧缸为：YHG1E125/90 锯切缸为： YHG1C80/40 由于锯切缸

l1175??29.38?10，所以这个活塞杆需要进行压杆稳定性的校核。 d40由于此活塞杆为等截面积的杆，所以按等截面积计算法验算 当

时 ，可按欧拉公式计算临界载荷

。

此时 式中

(6.1.1)

—活塞杆纵向弯曲破坏的临界载荷（N）；

n—末端条件系数；

E—活塞杆材料的弹性模量，对于钢 J—活塞杆截面的转动惯量(实心活塞杆 J=

；

)；

；

d—活塞杆直径（m）； l—活塞杆计算长度（m）； k—活塞杆断面的回转半径； 实心活塞杆

—活塞杆横截面积（

m—柔性系数。 当

时，用戈登-兰金公式计算临界载荷

，

）；

此时

(6.1.2)

式中 —材料试验强度值； a—试验常数。

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锯切缸：

d40??10 44l1175?117.5 ?k10 k? 即

l?mn k

应按公式(6.1.1)验算。

J??d464?3.14?0.04?0.00196 64n?2EJ1?3.142?2.1?1011?0.00196Pk???2939401kn?F

l21.1752所以所选液压缸满足要求。

6.2 液压泵的选用

1.液压泵的最大工作压力的确定

式中

—液压缸最大工作压力，对于本系统，最高压力为6.66MPa. —从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管损失。

的准确计算要

待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按工作经验选取:管路简单、流速不大的，取

=（0.2～0.5）

；管路复杂，进口有调速阀的，取

=（0.5～1.5）

。本

系统取.??P?0.5MPa

Pp?(6.66?0.5)MPa?7.16MPa 2.液压泵流量的确定

=1.1～1.3;

式中 —系统泄漏系数，一般取

—同时工作的液压缸的最大总流量，对于在工作过程中用节流调速的

。

系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取

从系统的工作原理可知，夹紧缸和锯切缸在工作阶段和返回阶段需要同时供油，所

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以液压泵的最大供油量是夹紧缸和锯切缸的总量之和。又因为在这个系统中有节流调速系统的存在，所以需要加

取泄漏系数K为1.2，则有：

的最小流量。

Qp?K(?Qmax)?1.2?(23.2?73.6?3)?119.76L/min 3.液压泵的规格确定

为了使泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般比工作压力大的流量需大于系统所需的最大流量，由文献[1]。选择：CBF-F50/16型齿轮泵

CBF-F50/16型齿轮泵的技术参数如下： 压力：20MPa 排量：63ml/r 额定转速：2000r/min 4.液压泵的驱动功率确定

在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，则：

式中： 取

(6.2.1)

，泵

液压泵的最大工作压力（MPa）； 液压泵的流量（液压泵的总效率。 ,由公式(6.2.1)可得：

）；

P泵?ppQp?p7.16?106?119.76??16.81kw

0.85?60?10006.3 电动机的选用

取联轴器为HL型弹性柱销联轴器，其工作效率为0.95。 P电?P泵0.95?16.81?17.69kw 0.95所以选择大于20kw的电机即可满足要求，由文献[6],选择型号Y180M-4。

额定功率：18.5kw

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额定转速：1500r/min

6.4 液压阀的选用

1.阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。

溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。

控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也许有20﹪以内的短时间过流量。

2.阀的型式，按安装和操作方式选择。

根据各支路的流量与压力，选择阀类元件见表6.1。

表6.1 选用的阀

序号 1 2 3 4 5 6 7

电磁换向阀 电磁换向阀 叠加液控单向阀 叠加式双单向节流阀 叠加式单向调压阀 电磁溢流阀 管式单向阀

4WE10Y10/A 4WE6J51 Z2S6 Z2FS6 ZDR10DA DBW10 S25A

1 1 1 1 1 1 2

名称

选用规格

数量

通过流量（L/min） 75 60 125 125 80 200 175

工作压力(MPa) 21 31.5 25 25 31.5 31.5 31.5

6.5 油管尺寸的计算

在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管、橡胶软管以及尼龙管等。 1.金属管

液压系统用管，有精密无缝钢管（GB/T3639）、输送流体用无缝钢管（GB/T8163）或不锈钢无缝钢管（GB/T14976）等。卡套式管接头必须采用精密无缝钢管，焊接式管接头一般采用普通无缝钢管，材料用10钢或20钢，中、高压或大通径（DN﹥80mm）采用20钢。这些钢管均要求在退火状态下使用。

铜管有紫铜管和黄铜管。紫铜管用于压力较低（P≤6.5～10MPa）的管路，装配时可

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按需要来弯曲，但抗振能力较低，且易使油化，价格昂贵；黄铜管可承受较高压力（P≤25MPa），但不如紫铜管易弯曲。

在液压系统中，管路连接螺纹有细牙螺纹（M）、60°圆锥管螺纹（NPT）、米制锥螺纹（ZM）,以及55°非密封管螺纹（G）和55°密封管螺纹（R）。螺纹的型式一般根据回路公称压力确定。公称压力小于等于16MPa的中、低压系统，上述各种螺纹连接形式均可采用。公称压力为16～31.5MPa的中、高压系统采用55°非密封管螺纹，或细牙普通螺纹。

2.软管

软管是用于连接两个相对运动部件之间的管路，分高、低压两种。高压软管是以钢丝编织或钢丝缠绕为骨架的橡胶软管，用于压力油路。低压软管是以麻线或棉线编织体为骨架的橡胶软管，用于压力较低的回油路或气动管路中。

钢丝编织（或缠绕）胶管由内胶层、钢丝编织（或缠绕）层、中间胶层和外胶层组成（亦可增设辅助织物层）。钢丝编织层有1～3层，钢丝缠绕层有2、3层和6层，层数愈多，管径愈小，耐压力愈高，钢丝缠绕胶管还具有管体较柔软，脉冲性能好的优点。 6.5.1 管道内径的计算

管子内径d（单位：mm），按流速选取 d=

4Q ?v 式中: Q—通过管道内的流量（m3/s）；

v—管内允许流速（m/s）.荐用流速：对于吸油管

管，p<2.5MPa时，取v=2m/s;p=(2.5~16MPa)时，v?(3~4)m/s管道短或油粘度小的情况取大值，反之，取小值，局部或特殊情况取于回油路

。

；对于压油（压力高、

）；对

本系统取吸油管道v?1.0m/s，压油管道v?3m/s，回油管道v?2m/s。 1.液压泵吸油管 d吸?4Qp?v?4?96.8?0.045m?45mm

3.14?1.0?60?1000www.yanziedu.com

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2.泵到阀台的压油管

d总?4Qp?v?4?96.8?0.026m?26mm

3.14?3?60?10003.压油管道

d夹紧?4Qp?v4Qp?4?73.6?0.023m?23mm

3.14?3?60?10004?23.2?0.013m?13mm

3.14?3?60?1000 d锯切??v?4.回油管道

d夹紧?4Qp?v4Qp?4?35.4?0.019m?19mm

3.14?2?60?10004?17.4?0.014m?14mm

3.14?2?60?1000d锯切??v?6.5.2 管道的选择

按照以上内径的计算以及压力的计算，查参考文献[1]，选择管径如下： 1.液压泵段管径 液压泵吸油管

取标准管内径为d总?50mm 泵到阀台的压油管

取标准管内径为d总?32mm 2.控制阀到各液压缸的无杆腔段 取标准管内径为 d夹紧?25mm

取标准管内径为 d锯切?15mm 3.控制阀到各液压缸的有杆腔段 取标准管内径为 d夹紧?25mm 取标准管内径为 d锯切?15mm

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6.5.3 管接头的选择

上述所选钢管均需与管接头连接使用才能与液压执行元件和液压泵相连，所以选择要管接头，由参考文献[1]取焊接式端直通管接头JB／T966-1997。公称压力32MPa;工作温度t=-25℃～80℃；型号分别为：M22×1.5；M33×2；M42×2；M48×2。

6.6 油箱容积及尺寸确定

油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如温度仪表、压力仪表、空气过滤器及液位计等。

油箱可分为开式油箱和闭式油箱两种。开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气过滤器。开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达0.05 MPa。如果按油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐型油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用。本系统使用的是开式矩形油箱。

油箱设计时应考虑如下几点。 1.油箱必须有足够大的容积。

2.吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。 3.吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径。

4.为保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般有一个空气过滤器来完成。

5.油箱底部应距地面150 mm以上，以便搬运、放油和散热。 6.对油箱内表面的防腐处理要给予充分的准备。

初设计时，先按下式确定油箱的容量，待系数确定后，再按散热的要求进行校核。 油箱容量的经验公式为：

式中

—液压泵每分钟排出压力油的容积；

a—经验系数，冶金机械通常取a =10。

V?aQp?10?0.11976?1.1976m3?1197.6L

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由参考文献[1]取油箱容量为1250 L。

在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。

前面初步求得油箱的有效容积为1250 L，即1.25 m3,按V=0.8abh求得油箱各边之积为： abh?V1.25??1.57m3 0.80.8 取 a=1.3 m b=1.1 m h=1.1 m

6.7 蓄能器的选择

由于此蓄能器主要缓和液压冲击和吸收压力脉动的作用，所以计算公式用：

—蓄能器的容量，单位为L；

—阀口关闭前管内流量，单位为L/min；

—阀口关闭前管内压力（绝对压力），单位为MPa； —系统允许的最大冲击压力（绝对压力），单位为MPa；

式中

—发生冲击的管长，即压力油源到阀口的管道长度，单位为m； —阀口关闭时间，单位为s，突然关闭时取t=0；

Vo?0.04Qp1(0.0164L?t)0.04?96.8?9.8(0.0164?5?0)??0.99L

p1?p29.8?6.66由于上述计算没有考虑液体的压缩性和管道的弹性，所以所计算的容积偏小，须适当放大。由于容积较小，所需蓄能器也就相应的较小，所以在选择蓄能器的时候应该选择比较灵敏的蓄能器，而整个液压系统的最大压力为7.16 MPa，由文献[1]，选择NXQ型气囊式蓄能器，具体型号为：

NXQA-L1.6／20-L-A，公称容量为1.6 L，公称压力为20 MPa，公称通经为50 mm，质量为12.5 kg。

6.8 液压介质的选择

液压介质应该具有适宜的粘度和良好的粘温特性，油膜强度要求高，具有较好的润

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滑性能，抗氧化，稳定性好，腐蚀作用小，对涂料、密封材料等具有良好的适应性；同时具有一定的消泡能力。根据这些选择条件以及以上对本液压系统的液压元件的选择要求，同时，有设计可知整个系统的温度变化不大，对液压油的各项要求不高，故选择普通液压液即可，具体型号为YB-N32。此液压油的运动粘度为28.8~35.2 mm2/s，密度为850~960 kg/m3 。

表6.2液压介质的分类

液压介质

矿物型液压油 普通液压油 抗磨液压油 低凝液压油 高粘度指数液压油 专业液压油 机械油 汽轮机油 水包油型乳化液 含水型 油包水型乳化液 水-乙二醇液压液 高水基液磷酸酯液抗燃液 合成型 脂肪酸酯卤化物液压液 压液 压液 液压液 表6.3液压泵用油推荐值 （mm2/s）

泵类型 工作温度℃ 齿轮泵 叶片泵 P﹤7MPa P﹥7MPa 轴向柱塞泵 径向柱塞泵 5～40 17～40 17～29 31～40 25～44 17～62 40～80 63～88 25～44 37～54 40～98 37～154 6.9 其余液压辅助元件的选择

1.过滤器的选择

滤油器是保持液压油清洁，使液压系统正常工作所不可缺少的液压辅助元件。据统计，液压系统发生故障的原因，有60%～70%是由于油的污染所引起的。因此，液压系统中设置滤油器是十分必要。

选用滤油器时，应考虑以下诸点：

(1)过滤精度满足预定要求；

(2)具有足够大的通油能力，压力损失小；

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(3)滤芯具有足够的强度； (4)滤芯便于清洗和维修。

滤油器在液压系统中的安装位置主要有：

(1)安装在液压泵的吸油管上； (2)安装在回油路上；

根据系统的需要进行如下选择，共需要三个过滤器。

吸油过滤器选择网式过滤器，一般安装在液压泵吸油管端部，起保护泵的作用，具有结构简单，通油能力大，阻力小，易清洗等优点。缺点是过滤精度低。本系统选用型号为：WU-160×180F，由于液压泵为一供一备，故选用两个此系列过滤器，以满足系统需要。

回油过滤器选择YLH?400?40型箱上回油过滤器。 2.压力仪表的选择

根据系统的最大工作压力选择压力仪表，选择电接点的压力仪表系列，具体的型号为：YX-100。 3.空气过滤器的选择

空气滤清器通常有两大作用，清洁空气、补油。当液压系统正常工作时，油箱内油面时而上升时而下降，上升时油箱由里向外排出空气；下降时由外向里吸入空气，为了净化箱内油液，在油箱盖上垂直安装空气滤清器就可以过滤吸入的空气。补油时，空气滤清器又是注油口，每次注入新的油液时，必须过过滤再进入油箱，滤除了油液内的脏物颗粒。

由于过滤油器具有上述功能，因此它能够延长滤油器的工作周期和使用寿命，从而保证了液压系统的正常工作。此外液压系统工作时空气滤清器能维持油箱内压力和大气压平衡，从而避免了液压泵可能出现的空穴现象。

选用空气滤清器时，一般根据泵的流量计算出空气流速应具有一定的裕度，故此处选用空气流量大于泵流量的1.5倍的空气滤清器。 综上所述，选用QUQ2?20?1.0型空气滤清器。 4.液位液温仪表的选择

根据油箱的参数选择CYW型液位计，具体型号是：CYW-300。

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7 液压系统性能验算

液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般的液压传动系统来说，主要是进一步确切的计算液压回路各段压力损失、容积损失及系数效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或许采取其他必要的措施。

7.1 液压系统压力损失计算

压力损失包括管路的沿程损失失

，总的压力损失为

（7.1.1）

本系统管路较为复杂，有多个液压缸作为执行元件的动作回路，管路损失较大。但是由于只有升降时有两个缸同时动作，且需流量较大，同时移送缸工作时通过的流量也很大。所以验算这两个回路的压力损失即可。 7.1.1 沿程压力损失

沿程压力损失主要是从阀台到各个液压缸的压油管的压力损失。油路段：管道长假设为5m，当液压系统正常工作时，液压油的运动粘度为

。

回路沿程压力损失

lv2?P11??? （7.1.2）

d2，管路的局部压力损失和阀类元件的局部损

,密度为

式中 —管道的长度（m）； —管道的内径（m）； —液流平均速度（m/s）；

—液压油密度（kg/m3）。

1.夹紧缸回路沿程压力损失 ： 油在管路中的实际流速为：

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v?QV?4?1.23?10?3?d2??4?2.51m/s

?0.0252 Re?vd?2.51?0.025?209?12320

3?10?5所以油在管路中成层流状态，其沿程阻力系数为： ??6464??0.030 6Re2091由公式（7.1.2）可得：

lv252.512?P??0.0306???900?0.017MPa 11??d20.02522.锯切缸回路沿程压力损失 油在管路中的实际流速为： v?QV?0.39?10?3?2.21m/s

?4?d2??4?0.0152 Re?vd?2.21?0.015?1105?2320 ?53?10所以油在管路中成层流状态，其沿程阻力系数为： ??6464??0.0579 Re1105由公式（7.1.2）可得：

lv252.212?P??0.0579???900?0.042MPa 12??d20.01527.1.2 局部压力损失

局部压力损失包括通过管路中的折管和管接头等处的局部压力损失 控制阀的局部压力损失

。其中通过管路的局部压力损失

。

，以及通过

很小，可以忽略，所以只

要验算通过控制阀的局部压力损失

式中

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—阀的额定流量；

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—通过阀的实际流量； 即：

1.夹紧缸局部压力损失 ?P31?0.32MPa

2.锯切缸局部压力损失 ?P32?0.40MPa 7.1.3 总压力损失

1.夹紧缸?P??PMPa?0.5MPa 11??P31?0.017?0.32?0.3372.锯切缸?P??PMPa?0.5MPa 12??P32?0.042?0.40?0.442所以，先前设定的压力损失为0.5MPa满足要求，不需要重新设定损失压力。

—阀的额定压力损失（可从产品样本中查到）。

7.2 液压系统的发热温升计算

7.2.1 计算液压系统的发热功率

液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余全部损失功率转化为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有以下几种形式：

1.液压泵的功率损失

2.液压执行元件的功率损失3.溢流阀的功率损失

4.油液流经阀或管路的功率损失

由于按个部分损失计算比较复杂，我们可以用总的输入功率减去输出的有效功率来求的。

即： 式中

—液压系统的总输入功率； —输出的有效功率。

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式中

—工作周期；

—液压泵的数量；

—液压缸的数量；

—液压缸的数量；

—第台泵的实际输出压力； —第台泵的实际输出流量； —第台泵的实际输出功率； —第台泵工作时间； —液压马达的外载转矩； —液压马达的外载转速； —工作时间；

—液压缸外载荷及此载荷时的行程。

由于系统各支路是在工作进程中是顺序动作，故需要对每个支路进行验算。各支路的参数带入可求得以下数据。

1.夹紧缸工作时的发热功率：

当升降缸工作时，液压泵提供的压力为系统所需的最高压力6.66 MPa，因为升降缸有两个，所以流量为7.6L/min。

6.66?106?73.6则：Pr???9.61KW 3?60?10?0.85PqPc?Fs?Fv?74813.2?0.1?7.48KW tPhr1?Pr?Pc?9.61?7.48?2.13KW 2.移送缸工作时的发热功率

当移送缸工作时，液压泵提供的压力为系统所需的最高压力2.5 MPa，流量为

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23.2L/min。

2.5?106?23.2则：Pr???1.14KW 3?60?10?0.85PqPc?Fs?Fv?10651.05?0.077?0.82KW tPhr2?Pr?Pc?1.14?0.82?0.32KW

7.2.2 计算油箱的散热功率

液压系统的散热渠道主要是油箱表面，如果外接管路较长，也能起到一定的散热效果，但是本系统的管路都不是很长，所以忽略它的散热能力，计算油箱的表面散热能力即可。

油箱的散热面积计算如下：

由A?1.8h(a?b)?1.5ab?1.8?1.1?(1.3?1.1)?1.5?1.3?1.1?6.897m2 油箱的散热功率为：

—油箱散热系数，

取

；

—油温与环境温度差。

若系统达到热平衡，则Phr?Phc，油温不再升高，此时，最大温差

?T?Phr(2.13?0.32)?1000??22.2?C KtAt16?6.897由此可见，油箱的散热完全满足系统得散热要求，不需要另外设置散热器了，而所设计得油箱容积及尺寸也符合要求。

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8 阀块的设计

阀块是液压系统的重要部件，阀座是其主体，由于阀座是各类阀的安装体，所以其加工精度要求很高。由于座体上要加工各类阀口以及联接孔口，故设计时则必须考虑到加工时各孔口不得有位置上的冲突，同时应相通的孔口必须保证相通，不相通的孔口绝对不可相通，且相临的孔口之间应有一定的距离。一般在中低压力下，为保证孔壁强度，相临的不相通的孔口间最小壁厚不得小于5毫米，否则孔壁就有可能在压力冲击下崩溃，使压力油进入其他孔道，系统将会出现不可预见性事故。

阀座在设计安装时应综合考虑多方面因素。主要是，重要尺寸设计时，尊重设计时理论数值，一般情况下，小数点后仅有一位数值时（单位为毫米），不得对非整数尺寸进行进位或退位圆整。阀块布置时阀块间距一般不应小于10毫米，布置时不得有任何干涉现象出现。同时还应考虑易于加工，在可以实现预期功能以及安装方便的前提下应尽量减小阀座尺寸，从而节省材料，降低加工强度和难度，减少成本。

按照设计要求，尽管本设计中的各种阀件数量不多可分散布置，但考虑到阀站具有明显的控制集成度高，故障易于发现和排除的优点，因此决定选取叠加阀实现设计要求。

参与叠加的阀分别为，叠加式换向阀（两个）、叠加式单向阀（一个）、叠加式双单向节流阀（一个）。

根据阀块上各叠加阀的具体尺寸，从避免尺寸干涉和打孔的强度需要角度考虑所设计阀块的基本尺寸为长365毫米，宽150毫米，高150毫米。阀块上各工艺孔位置、深度以及其余具体尺寸见阀块零件图。

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9 液压泵站的设计

液压泵站由泵组、又像组件、滤油器组件、控温组件及蓄能器组件等组合而成。它是液压系统的重要组成部分（动力源）。它可按机械设备工况需要的压力、流量、清洁度，提供工作介质。目前液压泵站产品尚未标准化，未获得一套性能良好的液压系统，建议主机厂委托液压专业厂设计、制造。一些研究单位和专业厂开发了BJHD系列、AB-C系列、UZ系列和UP系列产品。还有适用于中低压系统的YZ系列及EZ系列等产品均可供使用者选择。

规模小的单机型液压泵站，通常将液压控制阀安装在油箱面板之上或集成在油路块上，再安装在邮箱之上。中等规模上，阀台设置在被控设备（机构）附近。大规模的中央型液压泵站，往往设置在地下室内，可以对组成的各液压系统进行集中

液压泵站上泵组的布置方式分为上置式和非上置式。泵组置于油箱上的上置式液压泵站中，采用立式电动机并将液压泵置于油箱之内时，称为立式；采用卧式电动机称为卧式。非上置式液压泵站中，泵组与油箱并列布置的为旁置式；泵组置于油箱下面时为下置式。在本次设计中采用的是旁置式，具体见图纸。

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10 经济可行性分析

影响锯机的经济因素主要包括设备的完好率、利用率、设备役龄、成本费用等因素。各种影响因素之间相互作用、互为因果。

10.1设备完好率与利用率

设备完好率和利用率是评价工业机械技术管理水平的两项重要指标，它们在一定程度上反映了企业的设备管理水平和技术装备素质。

设备完好率是设备管理一个重要的考核指标，它反映工业企业机械设备管理、使用、保养、维修工作的情况，对促进企业的设备管理发挥重要作用。完好率是具有横向联系的一种指标，它既能反映设备的技术状态水平，又能反映设备点检工作的状况和生产维修的工作效果。考核完好率的最终目的是保证装卸设备始终处于良好的技术状态。完好率的公式为：

完好率=机械完好台时 （10.1）

日历台时?计划修养、修理台时设备利用率是一种纵向延伸的指标，考核它不仅可以反映设备的投资效果、设备的转运率和作业效率，而且可以反映设备系统功能的投入及性能发挥的状况。考核的最终目的在于提高设备的利用效果，充分发挥设备的能力和潜力。利用率的公式是： 利用率=机械工作台时?10000 （10.2）

机械日历台时10.2 设备役龄

机械设备的役龄影响到机械的完好率、台时产量、维修费用等一系列指标，是确定设备合理配置、更新改造等决策的重要影响因素。图10-1概念性地表示了机械的故障率与时间相对应的寿命特征曲线。该曲线分为三段：早期故障期A；偶发故障期B；耗损故障期C。

第一阶段为早期故障期A。机械设备从投入使用到时刻为止，这个阶段的特点是开始时故障率很高，但随着运转时间的增加，故障率很快又减小下来，进入故障率恒定阶段。

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第二阶段为偶发故障期B。这一阶段的故障率最低，而且故障率恒定。一般情况下这一阶段不应该发生故障，属机械设备的最佳工作时期。

第三阶段为耗损故障期C。在这一时期因为设备内部的零件接近“额定”寿命，而出现零件的正常磨损、化学腐蚀、物理性质变化以及材料的疲劳等老化过程，因此设备开始出现退化现象，故障率开始重新升高。

图10.1 机械设备寿命曲线

上述的浴盆曲线表达了机械设备整个寿命周期特性。但对于实行大修制度的设备来说，用浴盆曲线来表示机械的一个大修周期更为确切。图10-2为用几个浴盆曲线来表达机械的全寿命特性。历次大修后，浴盆曲线的各种参数会有一定变化： 1.最高故障率可能逐次增大，即P0?P1?P2????????Pn 2.偶发故障期逐次缩短，即B0?B1?B2????????Bn 3.大修周期逐次缩短，即Td0?Td1?Td2????????Tdn

图10.2 大修后浴盆曲线

复杂设备由大量的零部件组成，在运行中究竟哪个零件、何时会发生故障是随机的，零件数目越多，这种随机性很强。

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10.3 设备经济寿命的确定

设备老化引发的问题是设备更新。合理确定冶金机械设备的使用年限是影响机械设备合理拥有量以及设备更新的重要因素。设备的寿命是指设备从交付生产开始使用，直到不能使用以至报废所经过的时间。设备的寿命可分为以下三种：

1.自然寿命，指设备经使用后的有形磨损而丧失技术性能和使用性能，又无修复价值的时间。

2.技术寿命，指设备由于无形磨损而产生的效能和效益低劣，继续使用在经济上不合算而又无改造价值的时间。

3.经济寿命，指设备经过一段时间的使用后，综合有形磨损和无形磨损造成的经济效益低劣，继续使用在经济上不合算，又无大修和改造价值的时间，或者说从经济角度来选择最佳的使用年限。

追求技术进步和提高经济效益是研究设备更新决策问题的根本出发点，而技术进步最终目的是提高经济效益。因此，研究设备更新问题应该从经济效益出发，来寻求设备的合理使用年限。

设备经济寿命的确定与设备的使用成本有关，设备的年使用成本包括固定成本与变动成本两部分。前者随使用时间延续而变小，后者随使用时间延续因磨损加重而增多，这就存在一个使两者之和最小的最佳设备使用时间，即设备的经济寿命。计算设备经济寿命可以采用低劣值法。

由于设备投入使用后，各年度将形成设备的低劣化，设备的年经营费也将随之增加。如果这种增加的低劣化是等值的，其值为?元，即年经营费用将由第一年的C0变为第年的C0?n年内的年经营费的平均值为C0?（n-1)?，

n?1?。如果以与K0从代表设备原值，2K?v，从而企业维持设备运行的v代表设备残值，则设备折旧额的年均值可以表示为0nK?vn?1??0 （10.3） 22平均年度费用C为：

C?C0?利用求导方法，平均年度费用最小时求出：n?2?K0?v?? （10.4）

若考虑资金时间价值，可以利用复利现值系数及年金现值系数进行调整。式中?与

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C0如何科学的确定，是研究设备经济寿命的重点与难点。

若年低劣值的增加是不等的，则需要确定每年的变动费用Ci，则最小年费用计算公式是：

1?n? Cn???Ci?K0?v? （10.5）

n?i?1?设备平均年使用费用最小的n值，即为设备的合理使用年限。变动费用Ci的确定仍然是研究的重点问题。

10.4 机械购置成本

锯机购置成本在生产活动中以固定成本折旧的形式体现。在折旧方法确定的条件下，初始购置成本越高，每年分摊的折旧越多。设备购置是企业设备配置决策中的重要任务和首要环节。设备选择恰当，不但将长期影响装卸生产能否安全、优质、高效、低成本的进行，而且也影响到企业的技术进步和经济效益。选择和评价设备的总体原则应该是技术上先进，经济上合理，生产上适用，操作上方便。根据技术和经济的要求，购置设备应综合考虑以下因素：1.设备的生产性；2.设备的经济性；3.设备的可靠性；4.设备的维修性；5.设备的节能性；6.设备的环保性。

除了以上设备选择的一些一般性原则外，企业在进行设备选型时要有前瞻性，要注意对未来货种结构进行预测和分析，考虑到货种结构变化对设备型号要求的变化，减少购置的盲目性。以上选择机械设备所考虑的这些因素是相互关联的，因此应对这些因素进行综合分析，统筹兼顾，通过全面的技术经济方案论证和比较后做出选择。

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11 环境分析

11.1 环境污染

随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染也在增加，特别是在发展中国家。环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一。

由于人们对工业高度发达的负面影响预料不够,预防不利，导致了全球性的三大危机:资源短缺、环境污染、生态破坏。人类不断的向环境排放污染物质。但由于大气、水、土壤等的扩散、稀释、氧化还原、生物降解等的作用。污染物质的浓度和毒性会自然降低，这种现象叫做环境自净。如果排放的物质超过了环境的自净能力，环境质量就会发生不良变化，危害人类健康和生存，这就发生了环境污染。 环境污染会降低生物生产量，加剧环境破坏。

环境污染源主要有以下几方面：

1.工厂排出的废烟、废气、废水、废渣和噪音； 2.人们生活中排出的废烟、废气、噪音、脏水、垃圾；

3.交通工具（所有的燃油车辆、轮船、飞机等）排出的废气和噪音； 4.大量使用化肥、杀虫剂、除草剂等化学物质的农田灌溉后流出的水。 5.矿山废水、废渣。 环境污染的各种分类：

按环境要素分：大气污染、水体污染、土壤污染。

按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染。

按造成环境污染的性质、来源分：化学污染、生物污染、物理污染（噪声污染、放射性、电磁波）固体废物污染、能源污染。

环境污染会给生态系统造成直接的破坏和影响，如沙漠化、森林破坏、也会给生态系统和人类社会造成间接的危害，有时这种间接的环境效应的危害比当时造成的直接危害更大，也更难消除。例如，温室效应、酸雨和臭氧层破坏就是由大气污染衍生出的环境效应。这种由环境污染衍生的环境效应具有滞后性，往往在污染发生的当时不易被察觉或预料到，然而一旦发生就表示环境污染已经发展到相当严重的地步。当然，环境污染的最直接、最容易被人所感受的后果是使人类环境的质量下降，影响人类的生活质量、身体健康和生产活动。例如城市的空气污染造成空气

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污浊，人们的发病率上升等等；水污染使水环境质量恶化，饮用水源的质量普遍下降，威胁人的身体健康，引起胎儿早产或畸形等等。严重的污染事件不仅带来健康问题，也造成社会问题。随着污染的加剧和人们环境意识的提高，由于污染引起 的人群纠纷和冲突逐年增加。

目前在全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题，具有全球影响的方面有大气环境污染、海洋污染、城市环境问题等。随着经济和贸易的全球化，环境污染也日益呈现国际化趋势，近年来出现的危险废物越境转移问题就是这方面的突出表现。

11.2机械工业（本部分主要尤指液压）对环境的危害和防治

工业对环境污染的影响是十分严重的，其表现在环境污染的各个方面。例如大气污染、水污染、固体废物污染等都与国家的工业化发展进程中对环境问题的忽视有着很重要的关系。而结合液压专业，对液压系统和设备容易对环境造成的危害和防止的简单方法来大致谈一谈。

11.2.1 液压工业对环境的危害 1.噪声污染

噪声污染是液压生产过程中最容易产生也最难以克服的一项难题。

液压系统中，发电机、马达、泵等工作时，就会发出很刺耳的噪声；一些液力驱动的冲压、冷轧、锻造机床等，更是会发出巨大恼人的声响，对工人甚至是周边地区的人造成伤害，因此，液压工业中的噪声污染成为我们最关注的问题。 2.水污染

液压系统中的水污染也同样需要防治。由于液压系统中用需要大量使用液压油驱动液压设备去工作。工作油液经过循环、使用之后变为废液需要排放。但如果废液排放不慎，就会造成下游水域的污染。 3.能源的浪费

由于液压系统多数情况下是需要多个液压元件进行配合工作，液压设备又普遍比较笨重巨大。而同时液压系统的精度要求很低，所以往往造成液压系统的效率十分低下，从而造成电能、化学能、水能、风能等能源的严重浪费。

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11.2.2 解决方法 1.对于污染的防治

针对液压系统中容易出现的噪声污染和水污染，主要解决办法有：

（1）工厂尽量远离市区；增强对车间噪声的控制，消除减弱噪声源，通过研制和选用低噪声设备，改进生产加工工艺，达到减少发生体数目或降低发生体中的辐射功率。 （2）改革生产工艺，合理充分的使用液压油，提高其重复利用率；同时建立合理完善的管理制度，控制废液的排放。 2.液压系统效率的提高方法

（1）改进加工工艺，采用一些提高效率的工艺手段，同时提高对系统控制的精度； （2）定期更新工厂设备，用新的高效的先进设备代替原有设备，提高液压系统效率和能源的利用率。

每一个环境污染的实例，可以说都是大自然对人类敲响的一声警钟。为了保护生态环境，为了维护人类自身和子孙后代的健康，必须积极防治环境污染。

我国防治环境污染的对策为了防治环境污染，我国相继颁布了《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》等一系列法律。1983年，我国政府宣布把环境保护列为一项基本国策，提出在经济发展过程中经济效益、社会效益和环境效益相统一的战略方针。1994年，我国政府制定了今后中国环境保护工作的行动指南——《中国21世纪议程》，指出“通过高消耗追求经济数量增长和?先污染后治理?的传统发展模式已不再适应当今和未来发展的要求，而必须努力寻求一条人口、经济、社会、环境和资源相互协调的、既能满足当代人的需要而又不对满足后代人需求的能力构成危害的可持续发展的道路”。为了做好环境污染的防治工作，我们每一个公民必须努力增强环境意识：一方面要清醒地认识到人类在开发和利用自然资源的过程中，往往对生态环境造成污染和破坏；另一方面要把这种认识转变为自己的实际行动，以“保护环境，人人有责”的态度积极参加各项环境保护活动，自觉培养保护环境的道德风尚。防治环境污染的措施很多，其中与生物科学密切相关的有利用生物净化来消除环境污染和发展绿色食品等。

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结 论

在现代的轧钢生产过程中，金属冷锯已成为一种必备的工艺手段，而且种类繁多、使用条件差异很大，为了能够获得更好的锯切效果，则需要进行多个方面的综合的考虑。本次设计是针对现代化钢厂的实际生产，完成一个用液压控制的传动系统来完成针对1300毫米钢坯冷锯机的设计。要求系统工作过程中，速度稳定、可调、往返运动。通过实习观察和理论分析做出以上一个液压控制的传动系统设计。

通过对本次液压传动系统的设计，1300毫米钢坯冷锯机（夹紧缸和锯切缸）装置的设计，基本上满足了本次设计的要求，1300毫米钢坯冷锯机夹紧缸和锯切缸实现速度可调、保压、顺序动作。根据系统分析可知，采用单向节流阀、液压锁、电磁换向阀、溢流阀等元件所组成的液压系统可以完全的满足系统的要求。并且，液压系统工作比较稳定，工作动力很大、调速方便和容易实现自动化等优点满足现代化钢铁企业的要求。

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致 谢

时光飞逝，四年的大学生活转瞬即逝，马上就要离开我们美丽的校园，离开朝夕相处的同学和恩师，心里十分伤痛。在这里衷心感谢他们在这四年里对我的关心和帮助。

毕业设计渐渐接近尾声，在这里我要感谢老师几个月来对我的耐心指导与帮助。为了让我们能更实际的了解我们设计的产品，老师给我们联系实习场所，使得我们的设计能进行的更快、更好。在设计的过程中，我遇到了很多系统设计和液压选件等方面的很多问题，老师都会给我耐心的一一讲解，通过一些例子加以说明，从中我得到了很大的帮助。在做毕业设计这段时间里，我学到了很多课堂上没有学到的知识，完善了我的大学学习，使得我毕业设计最终能顺利完成。

在设计期间，还要感谢同学们的帮助，有些问题是在同学们的帮助下完成的，有些复杂的则是通过同学们之间的深刻探讨才得以以解决。

最后还要感谢学院所有领导、老师对我们毕业设计的大力支持，正是你们的努力与负责的态度让我们充分地得到了锻炼，顺利地完成此次毕业设计。

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参考文献

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