全自动钢材打捆机液压系统设计说明书

课程设计任务书

学生姓名：石狄 专业班级：机设0706 指导教师：李受人工作单位： 武汉理工大学物流学院 题 目: 全自动钢材打捆机液压系统设计初探 初始条件：

北京航空航天大学研制的SGBD-800-I全自动液压棒材打捆机以退火或热轧盘条（Q195)为捆扎材料，以拧紧720度为紧固方式，采用液压为动力源。全自动液压棒材打捆机的技术指标为：

1、满足国家标准要求（对螺纹钢一级标准2吨/捆，二级标准4吨/捆）； 2、包装材料：Φ10-40mm棒材；

3、捆扎材料：Φ6.5mm退火或热轧盘条（Q195); 4、捆丝结拧紧720度； 5、捆径范围：Φ100-400mm； 6、打一个捆结的时间小于10秒；

7、打捆机可以与生产线其他设备通用。多台打捆机可以联合运行。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、 2、 3、 4、

明确设计任务，理解各自系统模型。画出系统原理图。 完成系统元件选型，集成块设计，画出集成块加工图。 撰写课程设计报告，制作PPT,进行课程设计答辩准备。 在课程设计中，要体现一定的创新设想。

时间安排：

1.04～05 明确设计任务，理解各自系统模型

1.06～14 完成系统元件选型，集成块设计，撰写课程设计报告。 1.17～21 制作PPT,进行课程设计答辩

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

摘要

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介绍钢材打捆技术的发展趋势和钢材打捆机的工作原理，对引进瑞典Sund Birsta公司的棒材打捆机的液压系统进行初步的研究和设计，并提出了相应的创新设计。

关键词：打捆机；液压系统；创新设计

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目录

目录-------------------------------------------1 1. 引言----------------------------------------4 2. 打捆机的发展趋势----------------------------4 3. 打捆机的工作原理----------------------------6 4. 打捆机液压系统设计-------------------------11 4.1系统概述 ---------------------------------11 4.2打捆机的负载流量计算 ---------------------12 4.3液压泵源的设计 ---------------------------19 4.3.1 泵的选择 -----------------------------20 4.3.2散热器的选取 --------------------------21 4.3.3泵站附件的确定 ------------------------24 4.3.4控制阀的确定 --------------------------25 5. 集成块的设计-------------------------------26 6. 创新方案设计-------------------------------28 7. 参考文献-----------------------------------28

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1.引言

钢材打捆机是钢铁企业实现钢材产品自动化包装的设备,其特点为连续工作。工作和检修环境恶劣,很多厂家还缺少冷却用水,这就要求打捆机液压系统必须连续工作,可靠性高,抗污染能力强。因此打捆机液压系统设计时采用了抗污染能力强、价格低廉的齿轮泵,但由于打捆机在两个工作循环之间有一个等待时间,这时液压系统的负载流量为零,泵的输出如果全部溢流必将产生巨大的热量,给系统的冷却,特别对采用风冷方式的冷却带来困难。

2.打捆机的发展趋势

为了适应现代化钢材生产的需要，目前国际上打捆机的发展呈现了以下趋势：

(1)多品种、专业化、系列化

为了满足各种不同钢材打捆的需要，根据不同钢材各自生产工艺和包装特点，钢材打捆机已形成了多品种、系列化、专业化的趋势，研制出了适合不同钢材打捆的专用钢材打捆机，主要表现在各种新型捆扎材料的使用和捆扎锁紧方式的创新(目前国际上钢材打捆机的具体分类可见图2.1)。

(2)与钢材成形机配套使用

为了提高钢材打捆的自动化程度，且打好捆的钢材具有整齐固定的形状，钢材打捆机与全自动钢材成形机配套使用，如钢管在成形工位被自动码放成正六角形、方矩形等稳固的形状，然后将码放好的钢材输送至打捆工位进行打捆，达到稳固整齐的包装效果。实现了钢材成形打捆的全自动化生产。

(3)具有塑料膜包覆机构，保护钢材表面质量

对于高质量的钢材，如不锈钢管、石油套管、镀锌板材、卷材，为了防止在打捆的过程中将钢材表面刮擦，破坏外表金属涂层和防锈漆，在打捆之前先在钢材捆表面卷绕塑料薄膜对钢材进行表面质量保

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护。

(4)打捆速度不断提高

为适应现代化钢材生产流水线高效率生产的要求，必须相应的提高打捆包装速度。目前国际上钢带打捆机平均每道的捆扎速度为20秒左右，退火或热轧盘条打捆机的打捆速度一般在10～20秒左右。

(5)提高打捆机的自动化程度

钢材生产流水线对钢材打捆机的自动化程度要求越来越高，先进的钢材打捆机普遍采用了微机控制和PLc控制技术，具备了全自动打捆、故障报警、自动计数的能力，在流水线生产中能实现自动送料、自动定位、自动转位等功能，可以进行远距离操纵控制，通过监视系统和报警系统，及时发现问题，排除故障。此外机器的操作与维护更趋向方便，无须熟练的工人就可操作，一般的技术人员就能维修，大大促进了打捆机的推广。

图2-1 打捆机的分类

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3.打捆机的工作原理

打捆机主要由喂丝单元、导丝槽单元、打捆单元、打捆机升降单元和液压系统等组成，如图3.1所示。

图3-1 打捆机结构示意图

1.喂丝单元；2.导丝槽单元；3.打捆单元；

4.打捆机装置升降单元；5液压泵站

喂丝单元由喂丝轮、压轮、带有弹簧的承载臂、导向器、限位开关等组成，谓丝轮上装有两片摩擦盘，这两片摩擦盘组成截面为V型的圆形导槽，喂丝轮由液压马达驱动，压轴轮由凸轮机构组成，靠扭簧来实现定位和预压缩。

导丝单元由导丝槽、移动导丝槽的液压缸、盖轮组等组成，导丝槽截面为矩形，内径尺寸为Φ650mm，中间隔板将其分成两条滑道，每条滑道均匀布着球轴承，在打捆机装置底部装有一套液压缸，用它可以移动导丝槽，以确定使用单个滑道或者两个滑道，从而可以打单捆或者双捆。导丝槽包含一个盖轮系统，分布着5个盖轮组，每个盖轮组上装有一个轴承滚轮，轴承滚轮由一个小液压缸驱动，可以在垂直与导丝槽所在平面向外翻转。打捆时，盖轮组依次翻转，打捆丝顺次释放，从而增大打捆丝的张紧力。喂丝单元和导槽单元的液压回路如图2所示（为了表达简洁，图中只画出5个盖轮组液压缸中的一

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个）。

图3-2 喂丝单元和导丝槽单元液压回路

打捆单元由扭转轴、带有切刃的拧结头、扭簧、夹紧缸、松开缸、助切液压缸、夹丝臂、夹丝板、导向切刀等组成。扭转轴由扭转马达驱动，拧结头沿扭转轴轴向固定在其端部，扭转轴和扭簧构成圆柱凸轮机构，使扭转轴可以向一个方向旋转扭结，从而反向转动复位，夹丝板固定在夹丝臂上。导向切刀是联接喂丝单元、导丝槽单元和打捆单元的重要部件。

打捆机装置的升降由机座底部的一个液压缸驱动，打捆机上升，拧结头轴线正好和圆形钢捆法线方向一致，表示打捆准备就绪，开始打捆；打捆机装置下降，表示打捆动作完成，开始喂丝。打捆单元和打捆级装置升降单元液压回路如图3所示。

图3-3 打捆单元和打捆机装置升降单元液压回路

打捆机自带一套液压系统，包括液压泵、液压马达、液压缸、液压阀、油箱、管式冷却器、油位报警装置等。各阀块集成在油路阀块上，结构紧凑，减少了密封不良引起的漏油隐患。

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根据打捆机的执行元件数量，以及打捆机的连续运行的特点，从液压系统长期稳定可靠运行的情况出发设计了打捆机液压系统，其液压原理图如图4—4所示。

图3—4 打捆机液压泵站原理图

打捆机的工作过程为：10YA通电，升降缸28缩回，打捆机装置下降到低位，3YA通电，喂丝轮马达正向起动，靠压轮轴承和摩擦盘之间的摩擦力作为动力，使打捆丝依次经过承载臂、导向器、导向切刀的底孔，穿过拧结头一侧的孔进入导丝槽单元，然后由导向切刀的上斜面切入拧结头的另一孔中，在捆丝惯性力的作用下，承载臂打开，摆离喂丝轮约10mm，使限位开关感光，夹紧油路8YA通电，夹紧缸23动作，夹丝板夹紧打捆丝的丝头，2YA通电，喂丝轮马达反向转动拉丝，5YA通电，盖轮组液压缸伸出，导丝槽的盖轮组依次打开，捆丝顺次释放，捆紧钢捆，然后夹紧油路8YA断电，松开缸动作，同时7YA

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得电，扭转马达正转，拧结头开始拧结，当捆丝达到预定的拧结角度后，拧结头刀刃将打捆丝切断，9YA得电，助切缸缸杆缩回，将打好的结下弯，6YA得电，扭转马达反转，拧结头反向旋转复位，这样就完成了一个打捆周期，准备进入下一个周期。

图3-5 系统原理图

1.油箱；2、5.过滤器；3.电机；4.泵；6.单向阀；7.蓄能器；8.压力继电器； 9.溢流阀；10.冷却器；11两位两通电磁阀；12、19、26.三位四通电磁阀； 14、17、21、24.两位四通电磁阀；13喂丝马达；15、16.导丝槽液压缸； 18.盖轮组液压缸；20.扭转马达；22.松开缸；23.夹紧缸；25.助切缸； 27.液控单向阀；28.升降缸

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系统中采用蓄能器辅助供油和设置压力继电器实现了液压系统的高低压运行，已期达到降低液压系统发热量的目的。其工作过程如下：在卸荷状态下启动电机，1YA断电，使系统压力上升，同时蓄能器充油，当系统压力超过压力继电器设定的最高值时，1YA得电卸荷，液压系统在蓄能器的放油状态下工作，直到系统压力降到压力继电器规定的最低工作压力为止；随着液压系统的运行时间的增加，油箱温度逐渐上升，并利用温度传感器进行监测，温度传感器规定了油箱的正常工作温度范围，当油温升高到超过温度最高设定值时，启动冷却系统时油温降低，直到系统温度降低到温度传感器规定的最低工作温度为止。当系统由于某些故障而使油温迅速升高，并达到油液的最高温度时，给出温度报警信号，以便及时排除故障，维持液压系统的正常运行，对于液压系统还设有液位、油滤堵等故障报警点，以确保液压系统的长期稳定运行。

电磁阀通断顺序表如下：

1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 11YA 对应功能 打捆机下降 喂丝马达正转送丝 夹紧缸工作 - - - - - - - - - + - - - + - - - - - - + - - - + - - - - + - + - --

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喂丝马达反转拉丝 盖轮组打开 松开缸工作 扭转马达正转拧结 助切打弯 扭转马达反转复位 保压 - + - - - - - + - + - - + - - + - - + - + - - + - - + - - - - + - - + - - + - + - - + - - + - - + - + - + + - - + - - + + - - + + - + - - - - - - - - - - 表3-1电磁阀通断顺序表

4.打捆机液压系统设计

4.1系统概述

打捆机液压系统由泵站、控制阀、执行元件以及管件组成，是打捆机的核心，负责打捆机各执行机构能量的供给，在分析打捆机液压系统之前，必须首先确定打捆机的工艺流程、液压执行元件的动作顺序和动作时间，根据这些具体参数来确定液压系统各部分的参数。

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4.2打捆机的负载流量计算

打捆机的打捆周期是由顺次执行的各执行机构协调动作才完成的，对于整个打捆过程，主要包括以下几个主要步骤： 1 打捆机复位：

打捆机首先检查各执行机构是否复位，以便进行打捆操作，打捆机复位状态如下：导丝槽开、拧丝缸旋退、伸缩缸缩回、剪切器闭合、防脱缸缩回、液压锁中的入口锁打开、蓄丝满和车体上升高位。只有满足以上状态，打捆机才能接受打捆命令执行打捆动作，其整个打捆流程图如下：

开 始车体定位N到位？Y

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伸 钳导丝槽闭合N到 位 否 ？到 位 否 ？N送 丝充 满？N抽 紧P>P0N合钳、剪断导丝槽张开到位？N

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拧 丝P>设定值？N退 钳挤 平车体返回蓄 丝复 位结 束图4—1 打捆机执行流程图

根据流程图和各执行元件的动作时间可得打捆机在一个打捆周期内的负载工况，在图4—1所示的打捆机流程中，有些步骤的执行是不占用打捆时间的，如车体的定位，它的执行是与钢捆的预成型机构同时进行的，而且车体的定位时间小于钢捆的预成型时间，根据前文分析的结果，导丝槽完全包容辊道中的钢捆，因此车体的定位、导丝槽闭合、钳口的伸出以及送丝等几个工序都可以与预成型动作同时进行，实际打捆时间的计算只是从抽丝到车体的上升动作的完成。各动作的执行顺序如图4—2所示。

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车体返回挤 平退 钳拧 丝导丝槽打开抽 丝送 丝导丝槽闭合车体定位0123456时间，s710图4—2各动作的执行顺序图

由以上分析可以知道：除以上不影响打捆周期的动作以外，还有车体上升的瞬间才对打捆周期产生影响，因此所研制的打捆机，其打捆周期只有6~7秒，大大提高了生产效率，为钢铁产量的进一步提高提供了理论储备，根据图4—2所示的工况，各动作执行所需要的流量为： 1） 车体升降的负载流量计算：

车体的升降范围为0~300mm，即打捆机捆扎100的钢捆时，车体行程最大，为了提高打捆速度，取车体的升降时间tc为1秒，而升降缸的结构尺寸为活塞直径

Dc为63mm，活塞杆直径dc为45mm，行程Sc为300mm，则车体下降时的负载流

量为：

Qcx4(Dc2dc2)Sc(0.6320.452)36027.5(lmin)

1tc4车体上升时的流量为：

Qcs4Dc2Sc30.6326056(lmin) tc412）导丝槽开合时的负载流量：

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导丝槽的开合包括上导丝槽和下导丝槽的打开与闭合，分别由两个执行油缸来驱动，其油缸的结构尺寸均为：活塞直径Db为50mm，活塞杆直径db为28mm，上导丝槽行程SbS为135mm，下导丝槽行程SbX为150mm，上下导丝槽的开合时间

tb为1秒，则导丝槽闭合时的负载流量为：

Qbh42Db(SbSSbX1.351.50)0.52()6033.57(lmin) tbtb411导丝槽打开时的负载流量为：

Qbk422(DbDb)(SbSSbX1.351.50)(0.520.282)()6023(lmin) tbtb4113）钳子伸缩时的负载流量：

伸缩缸的结构尺寸为活塞直径Ds为50mm，活塞杆直径ds为28mm，行程Ss为165mm，其动作时间ts为1秒，则油缸伸出时的负载流量为：

Qss4Ds2Ss1.650.526019.44(lmin) ts41钳子退回时的负载流量为：

Qss4(Ds2ds2)Ss1.65(0.520.282)6013.34(lmin) ts414）送丝马达的流量计算：

计算送丝马达的流量，首先要确定送丝马达的转速，送丝马达的功能就是在规定的时间tm1.5s内将捆丝充满导丝槽，导丝槽直径Dd680mm，捆结尾部捆丝长度ld130mm，送丝轮直径dm193mm，又已知马达的排量q = 270ml/r，则送丝马达的负载流量为：

QmqDdtld6.81.30.276040.4(lmin) tmdm1.51.935）蓄丝及抽紧工序的负载流量：

打捆机蓄丝机构的抽紧过程就是将导丝槽中的捆丝抱紧到钢捆上，由于钢材的最小捆径为100mm，因此，蓄丝机构的最大抽丝量为：

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Lc6801001822mm

蓄丝缸的结构尺寸为活塞直径Dx50mm，活塞杆直径dx32mm，行程

Sx400mm，动作执行时间tx1.5s，蓄丝机构抽紧时的负载流量为：

Qx42DxLc18.2220.5260247.7(lmin) 6tx461.5蓄丝时的负载流量为：（以钢捆直径为最大值400mm时的情况计算）

Qx42DxSx6.804.0062tx6.804.00660240(lmin)1.5

44.000.526）合钳时的负载流量：

打捆机的合钳动作时间th0.1s，行程为Sh17mm，活塞直径dh28mm，这样可得到合钳时所需的负载流量：

Qh42dhSh0.170.28260240(lmin) th40.17）防脱时的负载流量：

防脱动作执行时间tf0.1s，其行程Sf11mm，活塞直径df25mm，则执行防脱动作时，其负载流量为：

Qf4d2fSftf40.2520.11603.24(lmin) 0.18）液压锁锁紧工序的负载流量：

液压锁的结构参数为：直径dy50mm，行程Sy6mm，执行动作时间为

ty0.1s，则锁紧工序的负载流量为：

Qy4d2ySyty40.520.06607(lmin) 0.19）剪切工序的负载流量：

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剪切缸的结构尺寸为，活塞直径Dj48mm，活塞杆直径dj28mm，行程

Sj10mm，动作执行时间tj0.1s，则剪切时的负载流量为：

Qj4tj4剪切缸复位时的负载流量为：

Sj20.12Qj(Djdj)(0.4820.282)607.16(lmin)

4tj40.110）拧丝缸工作时的负载流量：

拧丝缸的结构尺寸为：活塞直径Dn100mm，活塞杆直径dn60mm，行程

D2jSj0.4820.16010.8(lmin) 0.1Snmm，动作执行时间tn1.5s，那么拧丝时的负载流量为：

Qn拧退时的负载流量为：

Qn42DnSn0.1.026020(lmin) tn41.5422(Dndn)Sn0.(1.020.62)6013(lmin) tn41.511）挤平油缸工作时的负载流量：

挤平油缸的结构尺寸为：活塞直径Djp30mm，活塞杆直径djp20mm，行程Sjp160mm，动作执行时间为tjp1s，则活塞杆伸出时的负载流量为：

Qjp14D2jpSjptjp40.321.6606.78(lmin) 1油缸复位时的负载流量为：

Qjp24(Dd)2jp2jpSjptjp4(0.320.22)1.6603.77(lmin) 112）成型油缸工作时的负载流量：

成型油缸的结构尺寸为：活塞直径De38mm，活塞杆直径de25mm，执行时间te0.2s，则活塞杆伸出时的负载流量为：

Qe14De2Se0.250.382608.5(lmin) te40.2--

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油缸复位时的负载流量为：

Qe14(De2de2)Se0.25(0.3820.252)604.8(lmin) te40.2以上确定了每个动作的负载流量，根据计算结果和打捆流程图4—2可得打捆机液压系统的负载流量，如图4—3所示。

图4—3 负载流量曲线

4.3液压泵源的设计

液压泵源是打捆机液压系统的动力源，为整个液压系统提供流量和压力，对于打捆机液压系统，要充分考虑打捆机连续工作的特点，即尽量减少热量的产生，控制液压系统的温升，尽量减少电机—泵的功率，基于这些因素的考虑，在泵站设计时，采用了蓄能器辅助供油，以及利用高低压控制液压系统压力的方式。

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4.3.1 泵的选择

液压泵是将机械能转换成流体压力能的元件，由于打捆机的工作环境差，应尽量减低系统的工作压力，因此在打捆机液压泵的选择时，选用抗污染能力强，能长期稳定运行的齿轮泵，确定齿轮泵时，要充分考虑负载流量的情况，根据蓄能器充作辅助动力源的情况，可确定泵的流量为：

QpKTnVjT（4—1）

式中：Vj——每个液压执行元件在一个周期中总的耗油量，m3； T——周期时间，s； n——液压执行元件数量。 根据图4—3可知，

Vj(27.5167.170.153.010.940.41.550.940.147.71.46.30.170.110.80.2231201.513.34119.78159.71401.5)/(601000)0.00706(m3)T12.5s n11，取K = 1.3

则：

Qp1.30.007067.3104(m3s) 12.5那么泵的排量为：

qp7.310414503.02105(m3r)30.2mlr 60考虑各种泄漏等因素，并根据文献[15]，选取排量为38ml/r的齿轮泵。在上述泵确定的情况下，取液压系统的压力Ps低于16MPa，则所需电机功率为：

PpPt2ii1nni （4—

2）

ti1i--

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式中：Pi——整个工作周期中每个动作阶段内所需功率，w；

ti——整个工作周期中每个动作阶段所需的时间，s。

将有关数据代入式（4—2）得：

Pp10(kw)

考虑电机的连续不间断运行，同时由于所选齿轮泵大于理论计算值，而且驱动电机在功率上应有一定的裕量，故选取电机功率为15kw。

4.3.2散热器的选取

对于液压系统散热器的选择有各种不同的形式，就效率来讲水冷要比风冷的效果好得多，但由于打捆机应用于钢铁企业精整包装生产线，没有现成的冷却水，如果引入冷却水会引起较大的工程改造，而且钢铁企业的工业用水循环使用，不仅温度高，而且具有较大的腐蚀性，这样会导致水冷却器寿命和换热效率的降低，直接影响液压系统的温度控制。针对应用水冷困难的情况，打捆机液压冷却系统采用了风冷方式。空气冷却器由管束、风机和构架组成，管束一般由翅片管组成，风机则通常采用轴流式。依据空气的流动情况，空气冷却器可分为强制冷却式和自然通风式两类，其中强制冷却又分为鼓风式和引风式。

1 风机的选用

轴流式风机能在低压情况下提供大流量的冷却空气，为确保空气有良好的分布，正面面积S和风机横截面积Sv之比应满足：

1.8<

S<2.6 (4—3) Sv 通常轴流式风机具有4～8个叶片，风机在一定的速度下，增加叶片数其价格和提供的空气量都要增加。

当空气流量维持不变时，转速降低，叶片数就要增加，这对于减少噪声和提高效率都是有利的。  风机的功耗：

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轴流式风机耗能量在通常情况下，按冷却耗散能量的1～3%来考虑。粗略的估算可以从提供的风量和压差来计算：

N=V式中:

•(PstatPdyn)1000v(KW)(4—4)

V－

•冷却空气流量率（m3/s）；

pstat － 静压差（Pa）;

pdyn － 通过风机横截面上的静压差，pdyn＝40～60Pa;

v － 风机效率，v＝0.6～0.7;

以上参数可以从风机特性曲线上查得。  冷却空气速度u的选择：

冷却空气速度限定在比较窄的范围。风速太低时，影响传热效果，太高时会增加空气压力降，从而增加空气功率消耗，同时也使噪音提高。通常风机的风压为100～200bar的静压，增加速度，则同时增加了空气侧的压降，因此其速度多在2～4m/s范围内。这和冷却器的正面积、管排数以及冷却空气允许的温升有关[2]。下表是典型迎风速度的取值。

管排数 3 典型迎 风速度3．556 (m/s) 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3．302 3．048 2．944 2．692 2．591 2．4 2．388 2．286 2．159 注）以25.4毫米带肋管为基准，正三角形排列间距60.3毫米，肋片外径57.1毫米，肋片数3.15肋/厘米。

 风量的计算：

假设散热器的散热量全部被风机吹来的流动空气带走，且不考虑空气的回流，则有：

Necmt2t1caVat2t1 （4—5） 6060式中：c1.004KJ/kgC, 为空气的比热容，m为空气的质量流速(kg/min) ，

a1.2kg/m3,为空气的密度，Va为空气的体积流速m3/min。由上式即可计算

出空气的体积流速（即风量）来。

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2 冷却器的选择计算



换热量Ne：需要冷却器完成的换热量，等于系统的总发热量减去油箱的散热量。系统的总发热量等于液压系统总的功率损失，其中包括液压泵、液压阀、液压管路及液压执行器中的功率损失，系统的总功率损失可以按其构成逐项计算，也可以按下式整体估算：

PLTP1(1s) (4—6))

油箱的散热量可按下式计算:

NDKADt (4—7)

于是

Ne=NLT-ND (4—8)

 总传热系数U

对于选定的翅片装置总的传热系数，其确定方法如下： （１）

确定管侧传热系数i：

管侧传热系数与管内流过的液体有关，并且是流速和温度的函数。矿物油流动时的平均传热系数（估算值）可查相关图表［１］［２］。 （２） （３） （４） （５）

空气侧各局部换热系数的平均值0，可查相关图表［１］ 翅片效率F;

冷却空气侧到被冷却产物侧的污染热阻Rj，可查相关图表［１］ 翅片管的参考面积A。

将以上参数代入下式[2]206：

111Rj （4—9） UAF0AiAi或下式[1]

1Ai11(4—10) RRioUi0Ao即可计算出总传热系数U来。

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污垢热阻能丛有关手册中或实验中的到。一般来说，Ｕ值中不需要考虑空气侧的污垢。虽然空气侧污垢堵塞相对增大后，可以影响空气流在装置中的流动，因而有效温差减小了。因为空气侧热流密度相对较小，所以对Ｕ值的影响可以不考虑。 此外，可以根据空气速度u和肋管特性查有关线图直接得到Ｕ值［２］。

 换热面积A：

ANE(4—11) Km式中：

平均温差m可以根据油液、空气的进、出口温度求出。令进口油温为T1，出口油温为T2，进口空气温度为t1，出口空气温度为t2，当：

T1t21~1.5时，可以用简单的算术平均温差[3]： T2t1tmT1T2t1t2 22但通常按下式求出的对数平均温差[1]p398：

m(T1t2)(T2t1) (4—12)

T1t2ln()T2t14.3.3泵站附件的确定

1．油箱体积的确定

对于中低压液压系统，其油箱体积可用下式计算[16]：

VQp （4—3）

式中：V——油箱计算的体积，m3；

——系数，对于中低压液压系统，取3

将数据代入得：

V3381031450165.3(l)

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油箱体积应大于计算值，取油箱体积为190l

2．蓄能器的选取：

打捆机液压系统的工作方式为高低压工作方式，就是对液压系统进行高低压控制，利用两个压力继电器设定一个最高工作压力P1和一个最低工作压力P2，当系统压力低于P2时，系统升压，当系统压力高于P1时，溢流阀卸荷，液压系统有蓄能器供油，这时系统压力缓慢降低，当系统压力低于P2时，溢流阀升压，如此循环往复，这样不仅减轻了电机的负担，而且时打捆机液压系统的发热量大大降低，有利于打捆机的长期连续运行，特别是在非打捆周期内，由于蓄能器的作用，使打捆机长时间保压，而使泵和电机的输出功率很小，同时由于蓄能器对液压油液的补充作用，可以优化泵的设计，适当降低泵的流量，从而减少了系统的产热量，有利于液压系统性能的稳定，这样蓄能器的结构容积为：

V0V1P00.71(0.71)P2P10.71 （4—4）

式中：V——蓄能器排出的油液体积，m3；

P0——蓄能器的充气压力，Pa，通常取P0(0.6~0.95)P2，取P00.7P2； P1——系统最高各种压力，Pa；

P2——系统最低工作压力，Pa。

根据钢铁企业液压系统特点，取Pbar，P21100bar，1125VVj0.00706m3，将数字代入（4—4）得：

V00.007060.062(m3)

11(0.7100105)0.71()(100105)0.71(125105)0.71取蓄能器的结构容积为60l。

4.3.4控制阀的确定

压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作。通过压力控制阀的流量应小于其额定流量。

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流量控制阀系统压力的变化必须在阀的额定压力之内，流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的范围。

方向控制阀系统的最大压力应大于阀的额定压力，流经方向控制阀的流量一般不应大于其额定流量。

系统打捆单元和打捆机升降单元液压回路的液压阀的选择如下表所示： 电磁换向阀12/19/26 电磁换向阀14/17/21/24 液控单向阀27 产品型号 通径/mm D3CW4C 10 额定压力/Mpa 10.5 额定流量/(L/min) 115 厂家 PARKER 样本尺寸 （派克样本）P2-35 （派克样本）P2-35 （派克样本）P7-11 D3W1B 10 10.5 115 PARKER CPOM3DDV 10 35 PARKER 表4-1 打捆单元和打捆升降单元液压控制阀选型 5.集成块的设计

（1）集成块设计步骤

a.制作液压元件样板；

b.决定通孔的孔径，在元件孔径基础上加1mm； c.集成块上液压元件的布置； d.集成块零件图的绘制；

（2）打捆单元和打捆升降单元系统集成块尺寸的确定

把已经画好的电磁换向阀、叠加式单向节流阀集中在一起，根据液压系统的油路布置，把各阀件的油孔对应起来。各阀之间的间隙留5mm，元件最外两端各留5mm。 测量总长度为350mm。

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图5-1集成块原理图

b.集成块的宽度

根据叠加式单向节流阀的螺钉最外缘的距离102mm,两侧各增加5mm,为112mm。

c.集成块高度

高度应考虑后侧单向阀，A，B口尺寸、位置，首先应保证能实现系统油路的要求，其次要保证后侧单向阀不与上面的叠加式单向节流阀相碰。综合考虑上述因素，取高度100mm。 （3）使用Pro/E三维软件画集成块

使用Pro/E三维软件画立体集成块更直观，可以测量任意两点之间的距离，能有效保证集成块内部管路不相交叉或相距太小。立体图还可以直接转换成平面图，还可以把任意面剖视图转换成平面图。立体集成块如图所示。

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图5-2 集成块立体图

（4）把集成块立体图转化为平面图

使用Pro/E可以把集成块的立体图转化为平面图，供加工使用。具体平面图见图纸。

6.创新方案设计

针对以上引进瑞典Sund Birsta公司的棒材打捆机的液压系统的工作过程的初步的研究和设计，提出几个可以改进方面。

（1）拧结头拧丝过程角度没有进行控制，可以添加相应的限位装置和传感器，达到拧结角度720度的目的；

（2）助切缸切断以后捆丝结口仍然上翘，原工作过程拟用人工对拧结头进行敲打，可以添加挤平液压缸完成自动的挤平的过程，实现全自动化打捆。 7.参考文献

[1] 裴忠才. 钢材打捆机液压系统的设计.液压与气动.2002.1 [2] 沈鑫刚.全自动钢管打捆机的研究与开发.2005.1

[3] 万会雄,明仁雄. 液压与气动传动. 国防工业出版社. 2003 [4] 李壮云. 液压元件与系统. 机械工业出版社. 2005.8

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[5] 雷天觉. 新编液压工程手册. 北京理工大学出版社. 1998 [6] 张利平. 液压气动系统设计手册. 机械工业出版社. 1997.9 [7]唐道旭.棒材打捆机液压系统的改造.天津冶金.2003.5

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