大型拉伸矫直机液压系统设计分析

《一重技术》

大型拉伸矫直机液压系统设计分析

张莉茹１，殷文齐２

（１．一重集团大连设计研究院工程师，辽宁

辽宁大连１１６６００）

大连

１１６６００；２．一重集团大连设计研究院高级工程师，

摘要：以６０００ｔ拉伸矫直机液压系统为例，介绍大型拉伸矫直机液压系统的特点与设计方法。关键词：拉伸矫直机；液压系统；设计分析

中图分类号：ＴＧ３５５．３２文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３－３３５５（２００７）０２－００１５－０２

ＤｅｓｉｇｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｙｓｔｅｍｉｎＨｅａｖｙＴｅｎｓｉｏｎＳｔｒａｉｇｈｔｅｎｅｒ

ＺｈａｎｇＬｉｒｕ，ＹｉｎＷｅｎｑｉ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉｎ６０００ｔｔｅｎｓｉｏｎｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｅｒａｓｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉｎｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙｔｅｎｓｉｏｎｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｅｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｎｓｉｏｎｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｅｒ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ，ｄｅｓｉｇｎａｎａｌｙｓｉｓ

拉伸矫直机是一种大功率、全液压驱动的油压机，液压执行机构数量大、结构复杂。

１拉伸矫直机主要特点

锥阀）。! 在控制阀组中采用了插装阀（

＝ｋ０

τｓ＋ｉ

＋ｓ＋１ｎω

ｎ

! 主缸的控制采用高精度泵控系统，确保同

步控制精度。

! 由于系统属于高压、大流量系统，因而设立了独立的循环冷却过滤回路。

! 油泵采用倒灌方式自吸，吸油效果好。

Ｖｋ"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

×Ｑｐ（ｔ）

ｋ（Ａ－ｋｃ）＋Ａ（Ａ－ｋｃ）２

３ｌｆ３３ｌｆ

由上式可看出：增加活塞杆的有效面积Ａ３对减小稳态误差有利，减小液压缸的泄漏及换向阀的阻尼也可以减小稳态误差。

ｅｓｓ＝

开环对数幅频特性曲线是一条具有０、＋２０、－２０ｄＢ／ｄｅｃ或０、－４０、－２０斜率的折线，这取决于τ和ωｎ的大小关系；开环剪切频率ωｃ处对数幅频特性曲线的斜率当然也取决于开环放大系数ｋ０，根据系统稳定性的要求，开环对数幅频特性曲线的中频段应以－２０ｄＢ／ｄｅｃ的斜率穿过零分贝线，调整Ｖ２和活塞杆的直径Ａ３以利于这一要求的实现。

④增大活塞杆的有效面积Ａ３、增加液压油的体积弹性模量Ｋ，减小油缸的泄漏、换向阀的阻尼系数ｃｆ、活塞及连接件的质量ｍ以及进、回油腔的容积Ｖ等，能提高ωｎ，对动态响应有利。

⑤液压泵供油量Ｑｐ（ｓ）对活塞速度ｖ（ｓ）的控制为零型系统，在Ｑｐ（ｔ）作用下的稳态误差按下式计算：

４结语

本文得出的两个传递函数，即式（１０）、（１３），为这种回路的仿真提供了数学模型；通过分析可以看出：适当地增大活塞杆的直径对改善回路的动态性能至关重要，设计这种回路时，要综合考虑静态、动态性能及其他方面的要求，合理地确定活塞杆的直径；使用中，油液的变质及油缸的泄漏会使系统性能变坏，甚至是不稳定。

收稿日期：２００７－０３－１２；修回日期：２００７－０３－１５

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２００７年第２期（总１１６期）

! 针对断带时对设备的冲击大的特点，设置了专门的缓冲回路。

２功能特性

该液压系统主要由主液压系统、活动夹头液压系统和固定夹头液压系统３部分组成。

主液压系统是完成矫直机机架部分液压执行机构的控制。该系统是高压、大功率、大流量泵控系统。活动夹头液压系统用于活动夹头上各液压执行机构的控制，固定夹头液压系统用于固定夹头上各液压执行机构的控制。这两个系统均为小功率系统，但控制回路较多。

３设计分析

下面以主液压系统为例，简单介绍该液压系统中主要参数的设计与计算。３．１主缸部分的设计分析

控制要求：拉伸速度可调，拉伸位置精度±０．０３％，两主缸的同步控制精度≤０．７５ｍｍ，拉伸位置精度±０．０３％。

１）主缸最大流量（

Ｑ＝０．０４７ｖＤ２＝０．０４７×０．００５×１４２０２＝４７４（Ｌ／ｍｉｎ）

式中，Ｄ—主缸柱塞直径；ｖ—主缸移动速度。

２）柱塞面积（

２

１４２２＝１５８３７（Ａ＝! Ｄ＝３．１４×ｃｍ２）

式中，Ｄ—主缸柱塞直径（ｃｍ）。

（３）固有频率最低时油液体积Ｖ＝ＡＨ＝１５８３７×１２０＝１．９×１０６（ｃｍ３）式中，Ｈ—主缸柱塞柱塞行程。

（４）液压刚度

２

１０７×１５８３７２＝１．８５×ＣＨ＝ＥＡ＝１．４×１０９（Ｎ／ｍ）式中，Ｅ—液压油体积弹性模数（Ｅ＝１．４×１０７

ｋｇ／ｃｍ・ｓ２）。（５）油缸固有频率

＝＝１１１（ｒａｄ／ｓ）" Ｌ＝

ｆＬ＝" ＝１１１＝１７．７（Ｈｚ）式中，ｍ—质量。

（６）油泵固有频率

２! ×１６＝１００．５（ｒａｄ／ｓ）" Ｂ＝２! ｆＢ×

##

（７）系统固有频率

１００．５＝５２．７（ｒａｄ／ｓ）" Ｓ＝" Ｌ" Ｂ＝１１１×

ＬＢ（８）环路增益Ｋｖ＝! " Ｓ＝０．２×５２．７＝１０．５（ｓ－１）式中，! —阻尼系数（取! ＝０．２）。

９）时间常数（

ｔ＝１＝１＝０．０９５（ｓ）ｖ（１０）可能加速时间

０．０９５＝０．４７５（ｓ）#＝５$＝５×

１１）跟踪误差（

ＸＦ＝ｖ＝５＝０．４８（ｍｍ）

ｖ３．２油泵电机的功率

电机功率

４９０＝１９２（Ｎ≥ＰｓＱｓ＝２０×ｋｗ）

式中，Ｐｓ—泵最大工作压力；Ｑｓ—泵最大流量。３．３蓄能器的容积

Ｃａ&Ｖｈ

Ｖｈ０≥ＰＰ－

ｈ２ｈ１

１．３×７０＝＝３３５（Ｌ）１９．５１９．５

－

式中，Ｖｈ—有效容积；Ｐｈ１—最高工作压力；Ｐｈ２—

最低工作压力；Ｐｈ０—充气压力；&Ｖｈ—有效容积（&Ｖｈ＝２Ｖｈ）；ｎ—变指数；Ｃａ—修正系数。

３．４冷却器的换热面积

Ｆ＝ＱＬ＝５１４２９＝１２．１（ｍ２）ｍ式中，ＱＬ—冷却功率；Ｋ—传热系数；&ｔｍ—平均

温差。３．５油箱的容积

Ｖ≥５’Ｑ

%１．２×１．４２２－０．５５２&＝２! ×＝３．２３（ｍ３）式中，’Ｑ—总流量。

&&

&&

４结语

实践证明，该系统性能可靠、技术成熟、完全达到了设计要求。该液压技术的成功经验，可推广到同类产品设计中去。

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