1、液压开卷机系统设计摘要: 卷取机和开卷机是轧制和带材精整机组中的重要设备。在可逆式冷、热轧带材轧机的前后均装有开卷机和卷取机，在不可逆冷、热轧带材轧机以及某些精整作业线上的出口端也装设带材卷取机。卷取机的作用是将轧制的成品卷取成卷，以适应生产、运输、储存及用户的需要，卷取机和开卷机均有很大的张力以保证降低轧制压力，减少带钢翘曲现象，从而提高带钢产品质量。在带材加工设备中，开卷机是准备工序的主要设备，在带材运行时提供后张力，支撑带材,并配合直头机一起把带材送入矫平机。本设计主要内容是设计液压开卷机放卷部分。本设计研究了液压开卷机放卷部分的组成及其原理. 该设计采用了 PLC 系统和液压系统控制方
2、法关键词：PLC， 液压 ，开卷机一、前言在带材加工设备中，开卷机是准备工序的主要设备，在带材运行时提供后张力，支撑带材,并配合直头机一起把带材送入矫平机。随着对开卷速度和板面质量的要求，开卷机的型式已由箱式开卷机、无胀缩卷筒开卷机等类型，逐步发展过渡到胀缩卷筒式开卷机，这种开卷机通过卷筒轴上弓形板的胀缩支持带卷内径，避免了带材边部损伤和内孔打滑的缺点。根据结构胀缩卷筒开卷机大致有以下型式：单卷筒悬臂式；双卷筒回转式；双柱头开卷机单卷筒悬臂式。单卷筒悬臂式适用于带材宽度在350mm以上，带厚较大的带卷，大多带有离合驱动装置，可以被动或主动开卷。大多配有拆头直头机，方便开卷；对于带材宽度在350
3、mm以上、带厚较大的带卷我们推荐使用单卷筒悬臂式开卷机。这类开卷机大多带有离合驱动装置，可以被动或主动开卷，具有正、反转驱动功能，同时大多配有拆头直头机，方便开卷。双卷筒回转式适用于带厚小于3mm的带材，双工位开卷机，一个卷筒工作时，另一个可以用悬臂吊或其他方法上卷。前一卷带材用完后，已上好卷的另一个卷筒可以立即转入带材准备作业线进行开卷。这样可以减少上卷时间，以减少后续活套的带材储存量。对于较窄、厚度小于3mm的带材最好使用双卷筒回转式。双卷筒回转式双工位开卷机 的一个卷筒工作时，另一个卷筒可以配合用简易悬臂电动吊或其它方法上卷，当前一卷带材用完后，己上好卷的另一个卷筒可以立即回转至带材准备
4、作业线进行开卷。这样可以减少上卷工作时间，以减少后续活套的带材储存量。双柱头开卷机适用于带材宽度较大，卷重较重的带卷都带有离合驱动装置，可以被动或主动开卷具有强度钢性好，上卷操作方便，工作平稳可靠，对中性好，结构简单的优点。对于带材宽度较大、卷重较重的带卷我们推荐使用双锥或双柱头开卷机。这类开卷机都带有离合驱动装置，可以被动或主动开卷。具有正、反转驱动功能，它具有强度刚性好、上卷操作方便、工作严稳可靠、对中性好、结构简单的优点。为了避免外径较大(1600mm以上)的带卷在高速工作时倾倒，大带卷的单卷筒悬臂式、双卷筒回转式开卷机都设有侧导辊装置。三种开卷机均配有制动器，能够强、弱、放开三档进行转
5、换。可以防止加减速运转时带材过转事故发生，还可以调整带材的张力。根据要求我设计了单卷筒悬臂式开卷机，下面对该机作一扼要介绍结构及特点如图所示，该机主要由回转胀缩缸、滑动底座、轴向液压缸、圆柱头卷筒、料卷驱动机构几部分组成，主要具有以下特点：1 承载重量大。该机是单卷筒悬臂式开卷机，可承载 15 吨的卷料2 上料操作方便，工作平稳和可靠。单卷筒悬臂式开卷机上料时,当料卷送料车到位后, 夹紧液压缸回缩直到达到夹紧压力,这时上料工作就算完成。3 开卷、上料同时进行，换卷时快速回转，节约上料时间，节省活套储量。二、设计参数、要求工作循环： 装工件升降缸顶起行程开关触动小车开动行程开关触动夹紧油缸夹紧（
6、回缩）压力继电器工作液控单向阀工作保压小车回位卸荷回路卸荷性能参数： 负载 1、升降油缸载荷: 15 T 2、夹紧油缸载荷: 5 T行程 1、升降油缸行程:H 1 = 500 mm 2、夹紧油缸行程:H 2 = 100 mm速度 1、升降油缸速度:V 1 = 14 m/s 2、夹紧油缸速度:V 2 = 8 m/s设计要求： 1、液压原理图的拟定。 2、主要液压元件的设计计算（例油缸）和液压元件、辅助装置的选择。 3、说明文件中涉及的图有：液压系统原理图、液压系统分块图、油缸结构示意图。 4、编写设计计算说明书一份 三、拟定液压系统原理图1、升降缸回路的选择 由于升降缸是竖直放置，当系统卸压时，
7、系统瞬间卸压升降缸活塞杆容易掉落，因此升降缸回路用单向顺序阀在系统卸压的时候形成背压以防止升降缸活塞杆掉落。如图（1）图(1)2、保压回路的选择 本系统采用和单向阀的密封性和液压管路及油液的弹性来保压，要求液压缸等元件的密封性好。如图（2）中18为液控单向阀 图(2)3、 卸压回路的设计 为了防止高压系统在夹紧缸工作的时候空转，需要设计卸压回路。 当夹紧缸回路液控单向阀保压，升降缸、行走小车回位整个系统就卸压。如图（3）图(3)4、减压回路选择因夹紧缸的压力不需升降缸的压力，因此在夹紧缸的回路上安装减压阀。如下图中（4）中16为减压阀，图(4)5、调速回路的选择为了保持夹紧缸的速度恒定，在夹紧
8、缸的回路上安装调速阀，如图(5)中18为调速阀 图(5)6、油源选择 由于设计要求，在压制时负载大速度低，在快退时负载小速度较高。为了节省能源，减小发热，油源选用变量泵供油。本设计的系统中采用限压式变量叶片泵，为了保证系统的安全，在泵的出口处并联一个溢流阀起安全作用。如图 (6)图(6)7、动作转换的控制方式选择 在夹紧缸夹紧后，有规定的保压时间，在保压后，行走小车、升降缸回位。本设计中采用时间继电器配合三位四通电磁阀实现动作的转换。8、液压基本回路的组合 将已选的液压回路，组合成符合设计要求的液压系统并绘制液压系统原理图。如图(7)图(7)开卷机液压系统原理图图形符号说明： 1、油箱 2、滤
9、油器 3、齿轮泵 4、开关 5、压力表 6、二位二通电磁换向阀 7、先导溢流阀 8、柔性管路9、三位四通电磁换向阀 10、单向顺序阀 11、油缸 12、行程开关 13、行程开关 14、行程开关 15、行程开关16、减压阀 17、三位四通电磁换向阀 18、调速阀19、夜空单向阀 20、压力继电器 21、油缸 22、行程开关 所示为组合后的液压系统原理图，对于此原理图可以简要地分析如下：表1（1）升降缸负载上升 当系统电源启动后，电磁换向阀9右位接入系统，单向顺序阀被打开，液压油进入升降缸下腔。系统主油路走向为： 进油路：液压泵升降缸换向阀9右位单向顺序阀升降缸下腔行程开关12升降缸换向阀9断电回
10、油路：升降缸上腔升降缸换向阀9右位油箱（2）小车负载行走当升降缸换向阀9断电，电磁换向阀6通电系统卸荷，小车负载行走至行程开关14，触动行程开关14小车停止行走（3）夹紧缸夹紧、保压当小车停止行走后，电磁换向阀6断电，电磁换向阀17右位系统接通，通过减压阀16减压至调定压力，经过调速阀调速保持夹紧缸夹紧速度 持恒。当夹紧缸夹紧后系统压力继续上升，达至压力继电器调定压力后，发信号换向阀17断电，系统停止供油夜空单向阀保压。系统主油路走向为：进油路：液压泵电磁换向阀6断电减压阀电磁换向阀17右位调速阀液控单向阀夹紧缸右腔回油路：夹紧缸左腔电磁换向阀17右位油箱 （4）快速回退当夹紧缸油路保压后，换
11、向阀9左位，单向顺序阀控制回油速度，以保证升降缸下腔液压油不会瞬间抽空，防止活塞杆受力下掉，当升降缸回位后小车行走回位。小车回位触碰行程开关15，行程开关15发信号换向阀6通电，整个系统卸荷。系统主油路走向为：进油路：液压泵换向阀9左位升降缸上腔回油路：升降缸下腔单向顺序阀换向阀9左位油箱 （5）卸荷小车回位触碰行程开关15，行程开关15发信号换向阀6通电，整个系统卸荷。系统主油路走向为液压泵换向阀6油箱（6）夹紧缸回位当钢卷完全展开时通过感应器发送信号到6，6接到信号断电，4YA通电，整个系统回压 ，油缸21伸出回位触碰到行程开关22，22发信号给4YA，4YA断电，油泵3关闭整个循环完成
12、，系统主油路走向为：进油路：液压泵电磁换向阀6断电电磁换向阀17左位夹紧缸左腔 回油路：夹紧缸右腔电磁换向阀 17 左位油箱四、液压系统的计算41、油缸的选择夹紧缸： = 缸 径杆 径 11063有杆腔面积：S1= （110 2-632）= 63.82 cm 2 = 6382 mm2 4油缸压力：p1 = = = 7.67 mpa 8 mp aPS 1 5000x9.86382油缸压力为：8 mp a 实际压力：p *=1.15 x 8= 9.2 mpa 油箱容积：v1=S1 x H1=6382x100=638200 mm20.64 l流量：Q*S1= V1 x S1 = 8 x 6382 =
13、 51056 mm3/s= 51 cm3/s = 0.051 l/s每分钟流量：QS1=0.051 x 60 3.06 l/mim升降缸：= 缸 径杆 径 14080无杆腔面积S2= x 142 = 153.86 cm2 = 15386 mm2 4油缸压力：p2= = = 9.55 mpa 10 mp aPS2 15000x9.815386油缸压力为：10 mp a 实际压力：p *=1.15x10 = 11.5 mpa油箱容积：V2=S2 x H2 =15386 x 500 =7693000 mm27.7 l流量：Q*S2=V2 x S2= 14x15386 =215404 mm3/s= 2
14、15cm3/s = 0.215 l/sQS2= 0.215 x 60 12.5 l/mim42、油泵电动的选择实际压力：p *= 11.5 mpa流量：Q S2= 12.5 l/mim选取 CBF-E514-ALPL 齿轮泵额定压力：P N = 16 mpa 瞬时最大压力：20 mp a流量：Q= 14 ml/r 效率：0.91电机功率：转速：960 r/min 流量：Q=14 ml/r x 960 r/min=13440 ml/min= 13.44 l/min= 2.24 x 10 -4 m3/s= = =3938 w =3.9 kw 4 kwQp 2.24x10-4x16x1060.91可
15、选 4 kw 电机 转速 960 r/min 油泵额定功率：= 3.9 kw 溢流阀调定压力：14 mp a油泵的工作功率为： g = = 3.5 kw14x106x2.24x10-40.9143、管道内径计算取各油管油液速度V 吸 = 1 m/s V 压 = 5 m/s V 回 = 2 m/s管道内径：d= 1130 x QVV 吸 = 1130 x =16.9 mm2.24x10-41V 压 = 1130 x =7.56 mm2.24x10-45V 回 = 1130 x =1196 mm2.24x10-42管道内壁： (d=0.075m b= = p=16x106 pa)pd2 b b6
16、296x1066 =0.00122m= 0.0013 m =1.3 mm16x106x7.56x10-3x62x296x106取 =2 mm 的冷拔无缝钢管D 压 =12 mm(=2 mm) D 吸 =20 mm(=1.5 mm)D 回 =16 mm(=1.5 mm)44、油箱的确定考虑到散热情况，容积系数取 a=6 容积：V 箱 =a x Q =6 x 12.9 =77.4 l80 l油箱尺寸：L a x Ba x Ha = 0.5 x0.5 x 0.4油箱高度：H b= x 0.4 = 0.3 m 34油液容量：V 油 = La x Ba x Ha =0.5 x 0.5 x 0.3=75
17、l五、液压元件及辅助元件的选择拟定的原理图所需元件见下表 名称 型号 额定压力/MPa流量 L/min 通经 mm减压阀 JF3-E10B 416 63 10溢流阀 YF3-E10L 0.516 63 10调速阀 QFF3 16.5 6.350 10顺序阀 XF3-E10B 0.516 63 10液控单向阀 YAF3 16 40100 10三位四通电磁换向阀34E*-B10H-T 20 30 10先导式溢流阀 DB/DBW 35 650 1032油缸 Y-HG1-16 110/63X100LF4油缸 Y-HG1-16 140/80X500LF4压力表/开关 MS2A20/31.5滤油器 XU-
18、40X100压力继电器 HED40H10/六、草图设计草图明细表图纸名称 所在位置液压系统原理图 图（7）动作顺序表 表1油箱结构示意图 附件1七、PLC系统控制71 I/O 分配图:72 顺序功能图:73 梯形图:工作流程：按下启动按钮-油泵3启动、1YA打开-C 1-小车前进-C2-2YA打开-压力继电器动作-3YA打开、1YA关闭-（油缸11回缩）-C3-小车后退-C 4-5YA打开、钢卷展开、3YA关闭、2YA关闭-钢卷展开到位-5YA关闭、4YA打开-（油缸21伸出）-C 5-4YA关闭、油缸3关闭八、心得体会液压与气压传动课程设计，是在液压与气压课程之后进行的实践性教学环节其目的在
19、于通过对各种企业、工厂中所涉及到的各种机床设备中的液压系统的设计，使我们在拟定液压系统方案过程中，得到设计构思、工作情况、元件设计计算、元件选择、系统的详细确定、编写技术文件查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养了我们具有初步的结构分析、结构设计和计算能力 本次的毕业设计是我第一次接触到的比较复杂的液压系统设计.从设计之初的对题目无从下手到对题目的逐一分解，由老师的指导下，对设计过程有初步的了解，这一步，我学会了分析复杂问题的能力。在设计时，有过错误，但是在老师的帮助下，对方案的确定、元件选择等有了更深的掌握. 本次设计因为初次设计较复杂的系统，在设计中有不少错误，但是我觉得更多的是收获，联系了计算机辅助绘图，扎实了基本功.也练习了资料、机械手册和图册等的查阅. 通过本次设计我觉得我们的设计功底有了更进一步的提高，为即将进入工作岗位的我们打下了坚实的基础。
