3000吨自动矫直液压机液压系统设计

论文摘要

近年来,科学技术的进步,推动机械加工业和制造业快速发展,对各种热拔无缝钢管的需求量增加,由于钢管加工的关键工装——芯棒轴的平直度对无缝钢管的质量有重要影响,而芯棒轴在热处理过程中会发生一定的弯曲变形,因此矫直技术和矫直机械的重要性日益体现。传统的矫直工艺由于效率、精度、矫直范围等问题已不能适应企业生产和发展要求,3000吨自动矫直机为满足宝钢无缝钢管芯棒轴矫直需要而设计研发,是目前国内矫直力最大的自动液压矫直机,该机的成功研发对于大型轴类零件的矫直具有普遍意义。论文介绍了YJD45-3000液压矫直机基本结构和各部分的工作原理,借鉴国内外矫直机的研究成果与相关技术,从3000吨自动矫直机大压力、大流量以及换向运动和精确的矫直下压量要求等实际工况出发,完成了液压系统的设计计算。对比分析各种控制方案优劣,选用高频响比例方向阀为核心控制元件,采用电液比例控制系统,结合了电气和液压两方面的优点,控制性能好,传动能力大,并且便于计算机控制。系统其他主要阀选用大流量插装阀,详细设计了矫直机压头部分和各个辅助功能回路的液压系统,通过对液压回路和元器件流量、压力等参数的计算,完成了液压系统主要元件选型,并对液压系统发热和压降进行验算,确保系统设计的合理性。压头部分的比例位置控制是矫直机液压控制系统的重要组成部分,详细分析了其基本结构和原理,根据液压系统流量连续性方程和力平衡方程,建立了各个环节传递函数形式的数学模型,最后推导出整个阀控缸系统的传递函数框图,分析确定了模型中的主要参数值。运用MATLAB及其控制工具箱LTIVIEW和分析工具SISO Design Tool对建立的系统模型进行仿真和特性分析,增加PID控制器,改善系统响应速度和稳定性,仿真得到校正后系统的负载干扰误差,最后对比例位置控制系统进行了误差分析,结果满足矫直机控制要求,系统建模和仿真结果为后续的调试运行提供了一定的理论依据和参考。通过现场调试情况,该矫直机运行良好,可顺利完成工艺动作和各项控制要求,验证了系统设计和控制方案的合理性。由此可见,微机电液比例位置控制系统的应用研究对提高矫直机的控制性能、矫直精度具有重要的理论价值和实际工程意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 国内外现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文研究的目的和研究内容
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 YJD45－3000 液压矫直压力机系统组成
• 2.1 矫直机结构及主要功能
• 2.1.1 主要部件
• 2.1.2 检测装置
• 2.2 液压与电气控制
• 2.3 矫直机的主要设计要求及工艺动作
• 2.3.1 机器使用条件及执行标准
• 2.3.2 矫直机工艺动作
• 2.4 本章小结
• 3 YJD45－3000 液压矫直压力机液压系统设计
• 3.1 各执行机构动作回路设计
• 3.1.1 主回路设计
• 3.1.2 辅助回路设计
• 3.2 液压系统设计计算
• 3.2.1 主要技术参数要求
• 3.2.2 液压缸的设计计算
• 3.2.3 系统流量计算
• 3.2.4 液压泵计算与选型
• 3.2.5 主要阀的选型与计算
• 3.2.6 液压辅助元件
• 3.2.7 发热温升计算
• 3.2.8 压力损失计算
• 3.3 液压系统总原理图
• 3.4 油液污染及防治
• 3.4.1 污染产生原因及后果
• 3.4.2 防治措施
• 3.5 本章小结
• 4 矫直机比例位置控制系统数学建模
• 4.1 比例位置控制系统结构及原理
• 4.2 系统数学模型建立
• 4.2.1 比例放大器环节
• 4.2.2 高频响比例方向阀传递函数
• 4.2.3 阀控缸环节
• 4.2.4 检测反馈环节
• 4.3 系统总体传递函数
• 4.4 本章小结
• 5 矫直机比例位置控制系统特性分析
• 5.1 仿真软件介绍
• 5.2 时域特性
• 5.3 频域特性
• 5.4 系统分析与校正
• 5.4.1 系统特性分析
• 5.4.2 SISO Design Tool 系统校正
• 5.5 系统稳态误差分析
• 5.5.1 跟随误差
• 5.5.2 静态误差
• 5.5.3 负载干扰误差
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望与提高
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附图