结晶器液压振动缸负载力的计算

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计算液压缸的工作压力、流量和功率

计算液压缸的⼯作压⼒、流量和功率计算液压机液压缸的⼯作压⼒、流量和功率（a）主缸的流量快速下⾏时q1 = A1v1 = 804×6 = 120600px3/s = 289.4 L/min⼯作⾏程时q2 = A2v2 = 804×0.6 = 12050px3/s = 28.9 L/min快速回程时q3 = A3v3 = 183.5×5.3 = 24975px3/s = 59.9 L/min（b）主缸的功率计算快速下⾏时（起动）：P1 = p1q1 = 12533×4824×10-6 = 60.46 W⼯作⾏程初压阶段末：P2 = p2q2 = 2.46×106×482×10-6 = 1186 W终压阶段：此过程中压⼒和流量都在变化，情况⽐较复杂。

压⼒p在最后20 mm⾏程内由2.46 MPa增加到24.6 MPa，其变化规律为p = 2.46+20(24.6-2.46)S = 2.46+1.11S（MPa）式中S——⾏程（mm），由压头开始进⼊终压阶段算起。

流量q在20 mm内由482 cm3/s降到零，其变化规律为q = 482（1－20(S)）（cm3/s）功率为P = pq = 482×（2.46+1.11S）×（1－20(S)）求其极值，?S(?P) = 0得S = 8.9（mm）此时功率P最⼤Pmax = 482×（2.46+1.11×8.9）×（1－20(8.9)）= 3300.8 W = 3.3 kW快速回程时；等速阶段P = pq = 1.75×106×999×10-6 = 1.748 kW起动阶段：此过程中压⼒和流量都在变化，情况也⽐较复杂。

设启动时间0.2秒内作等加速运动，起动阶段活塞⾏程为S = 0.5vt = 0.5×5.3×0.2 = 5.3mm在这段⾏程中压⼒和流量均是线性变化，压⼒p由21 MPa降为1.75 MPa。

结晶器液压振动系统设计说明书

摘要设计中介绍了结晶器液压振动系统，系统通过输入正弦电信号给伺服阀，进而控制液压缸的正弦振动。

设计过程中系统的分析了系统的工作状况，以及在该工作状况下所系统所要达到的工作要求。

设计中针对系统中的液压泵，伺服阀，液压缸等主要元件的选型进行了详细的计算。

在泵站的设计中，核心部分是泵，油箱以及蓄能器的设计计算和选型，三者的关系是相互影响的，同时，液压系统也受外在因素的诸如工作环境和工作温度的影响，这些影响对系统的影响是非常大的，这个因素考虑的不全面直接影响到系统的工作性能。

在系统的各个参数计算中，根据设计内容所给出的条件，计算出系统液压缸的位移振动曲线。

根据振动曲线方程可以求解出系统所需的最大流量，根据计算的结果确定整个系统的工作状况。

系统泵的驱动功率的计算，按照在系统振动过程中各个工况条件下所需功率的平均值，正弦振动的平均速度可以通过正弦振动方程计算出。

设计中的大部分元件都是通过相关参数的计算，根据产品的样本经行选型，以达到系统的要求。

关键词：结晶器；液压伺服系统；激振；正弦振动AbstractThe system of hydraulic vibration system for crystallizer was introduced in the design,To control the sinusoidal vibration of the cylinder, the sinusoidal signal is input into the servo valve by the computer .In the design, the working conditions is analysed,and the requirements of the system under this conditions is also analysed. For the design of the hydraulic system, the pump,servo valves, hydraulic cylinders and other major components of the Selection are detailed calculated .In the design of the pumping station, the core are calculation of the pump, storage tank of the design and selection, the relations among each other are impacted, at the same time, The hydraulic systems are also impacted by external factors such as the working environment and temperature The impact of these effects on the system is very great, if this factor is not taken into consideration, There will be direct impact on the performances of the system.The various parameters of the system is calculated according to the contents of the conditions, and we can calculate the displacement vibration curve of the hydraulic cylinder of the system. According to vibration curve equation,we can work out the most flow of the system , And determine the working conditions according to the results of the whole system. The calculation of the pump-driven power of the system is the average of the power required in the vibration of the system under the working conditions. And the sine vibration equation can be calculated.The most components are selected through the calculation of the relevant parameters, based on a sample of the products selection, to meet the system requirements.Key words: Crystallizer; Hydraulic servo system; Exciting vibration; Sinusoidal vibration目录前言 (1)1 系统设计方案确定 (1)1.1 伺服系统设计方案 (1)1.2 控制方案 (2)1.3 主要技术参数 (2)1.4 系统工作情况分析 (2)2 设计计算 (2)2.1 系统振动 (2)2.2 液压缸设计计算 (3)2.2.1 油缸的设计原则 (3)2.2.2 油缸的选型 (3)2.2.3 油缸参数计算 (4)2.3 泵的选择计算 (5)2.3.1 泵的选择计算原则 (5)2.3.2 系统流量计算 (5)2.3.3 流量计算 (5)2.3.4 泵的参数计算 (6)2.4 液压泵的驱动功率及电机的选择 (6)2.4.1 驱动功率计算 (6)2.4.2 电动机的选择 (7)2.5 阀的选择计算 (7)2.5.1 伺服阀的选取 (7)2.5.2 液控单向阀的选取 (8)2.5.3 电磁换向阀的选取 (8)3 辅助元件的选择计算 (8)3.1 管路 (9)3.1.1 壁厚的计算 (9)3.1.2 内径计算 (10)3.1.3 软管 (10)3.1.4 管接头 (11)3.2 油箱的设计计算 (11)3.2.1 油箱设计原则 (11)3.2.2 油箱参数设计计算 (11)3.2.3 油箱容量的计算 (12)3.2.4 油箱内工作介质体积估算 (12)3.3 系统发热功率计算 (13)3.3.1 液压泵的功率损失 (13)3.3.2 阀的损失功率 (13)3.3.3 管路以及其它功率损失 (13)3.3.4 系统总的功率损失 (13)4 溢流阀的选取 (14)4.1 溢流阀的作用 (14)5 过滤器的选择 (14)5.1 过滤器的配置 (14)5.2 压油过滤器 (15)5.3 回油过滤器 (15)6 循环冷却系统的设计计算 (15)6.1 各个参数计算 (15)6.2 动力源螺杆泵的选取 (16)6.3 驱动电机的选择 (16)6.4 循环过滤器的选择 (16)6.5 热交换器的选择 (17)6.5.1 计算散热面积 (17)6.5.2 冷却水量的计算 (17)6.6 加热器 (18)6.8 压力表的选择 (18)7 液位计的选择8 液压工作介质的选取 (19)9 控制阀阀块的设计 (19)结束语 (19)参考文献 (21)致谢 (22)前言随着高效连铸技术在冶金工业生产中的快速发展和使用，结晶器的振动技术便成了连铸生产过程中的关键技术之一，结晶器的振动参数，直接影响连铸坯的质量。

液压技术中的常用计算公式

液压技术中的常用计算公式
液压技术中的常用计算公式
项目公式备注
液压缸面积(cm2) A=ЛD2/4 D:液压缸有效活塞直径(cm)
液压缸速度(cm/min)与流量(L/min)的关系 V=103Q/A Q:流量(L/min)
A:液压缸活塞有效作用面积(cm2)
液压缸无杆腔差动速度V1与非差动速度V0的关系 V1=V0A1/(A1-A2) A1:液压缸无杆腔有效作用面积(cm2)
A2:液压缸有杆腔有效作用面积(cm2)
液压缸输出推力(kgf) F=(P1×A1)-(P2×A2) P1:A1腔压力(kgf/cm2) P2:A2腔压力(kgf/cm2) A1,A2:液压缸进油和回油腔的有效作用面积(cm2 )
泵或马达流量(L/min) Q= q×n/1000 q:泵或马达的几何排量(mL/r)
n:转速(rpm)
通过节流口的流量Q(L/min) Q=8a(10△P) 1/2 a:节流口通流面积(cm2)
△P:节流口前后的压差(MPa)
液压马达排量(m3/r)与最大输出转矩(Nm)的关系 q=2ЛM/△Pη M:马达最大输出转矩(Nm) △P:马达进出口压力差(Pa) η:马达机械效率
液压泵所需电机功率(kw) P=Q×p/61.2 Q:流量(L/min) p:压力(Mpa)
管内流速(m/s) V=21.22Q/ D2 Q:流量(L/min) D:管内径(mm)
液压泵实际输出流量Q1(L/min)
与电机运行电流I1(A)的关系 P:电机实际输出功率(kw) Pe: 电机额定功率(kw) I1:电机运行电流(A) Ie:电机额定电流(A) Io:电机空载电流(A) η:液压泵总效率。

用于结晶器振动的电液控制步进液压缸研究

工作。
图１频率５Ｈｚ幅３１１正弦振动负载特性曲线振１１１１
８６
液压与气动
２１第３期０１年
对于板坯连铸结晶器振动，可以采用外置电液还伺服阀控制非对称伺服油缸与位移传感器闭环伺服系统来实现。这种方案的优点是采用模块化设计，系统
１概述
４技术方案
电液控制步进液压缸是集成精密机械、液压、电气
根据结晶器振动以重力为主以交变惯性力为辅的
于一体的高技术专用产品，于板坯连铸结晶器振动。用
在板坯连铸结晶器振动中，一般情况下大吨位结晶器用双缸同步驱动，小吨位的结晶器用单缸驱动。本较文将结晶器总的运动质量当量分配到单台油缸上，然
６ｏｏ
５００Ｚ０４０
由步进电机驱动、珠丝杠螺母传动的三通大流滚量伺服阀，直动式伺服阀，样可减少系统控制环为这
节，高工作可靠性。大 Nhomakorabea量直动式伺服阀的唯一缺提
点就是阀芯液动力较大，可以通过合理设计滚珠丝这杠与步进电机的技术参数来满足驱动阀芯运动的动力
要求。
３００
２００
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收稿日期：０００－２１－８３０作者简介：尚增温（９９）河北巨鹿人，究员，要从事１５一，研主

液压的缸设计计算

第一局部总体计算1、压力油液作用在单位面积上的压强AFP = Pa式中：F ——作用在活塞上的载荷，N A ——活塞的有效工作面积，2m从上式可知，压力值的建立是载荷的存在而产生的。

在同一个活塞的有效工作面积上，载荷越大，克制载荷所需要的压力就越大。

换句话说，如果活塞的有效工作面积一定，油液压力越大，活塞产生的作用力就越大。

额定压力〔公称压力〕PN,是指液压缸能用以长期工作的压力。

最高允许压力 P max ，也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。

通常规定为：P P 5.1max ≤ MPa 。

耐压实验压力P r ，是检验液压缸质量时需承受的实验压力，即在此压力下不出现变形、裂缝或破裂。

通常规定为：PN P r 5.1≤ MPa 。

液压缸压力等级见表1。

2、流量单位时间油液通过缸筒有效截面的体积：tVQ = L/min由于310⨯=At Vν L 则 32104⨯==νπνD A Q L/min对于单活塞杆液压缸：当活塞杆伸出时32104⨯=νπD Q当活塞杆缩回时 32210)(4⨯-=νπd D Q式中：V ——液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，L ； t ——液压缸活塞一次行程所需的时间，min ；D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m ； ν——活塞运动速度，m/min 。

3、速比液压缸活塞往复运动时的速度之比：式中：1v ——活塞杆的伸出速度，m/min ； 2v ——活塞杆的缩回速度，m/min ；D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。

计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。

速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。

4、液压缸的理论推力和拉力活塞杆伸出时的理推力： 6261110410⨯=⨯=p D p A F πN活塞杆缩回时的理论拉力： 62262210)(410⨯-=⨯=p d D p F F πN式中：1A ——活塞无杆腔有效面积，2m ； 2A ——活塞有杆腔有效面积，2m ；P ——工作压力，MPa ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。

连铸机结晶器振动液压系统通用模型分析

ｆｏｒｔｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆｃｙｓｒｔｌａｌｉｚｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｅｒ；Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ；Ｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ＰＩｃｏｎｔｒｏｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｐａｒｔｗａｓｄｅ — ｄｕｅｅｄ．Ｔｈｅｇｅｎｅｒｌａｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｎｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎａｎｄ￣ｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｗｅｒｅｍａｄｅ．Ｔｈｅ
ＨＵＡＮＧＳｏｎｇ，ＸＵＹｉｍｉｎ，ＤＵＣｈａｎｇｙｕａｎ，ＺＨＯＵＦｅｉｙｉ，ＦＡＮＧＸｉａｏｌｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００８１，Ｃｈｉｎａ）

方坯结晶器液压振动功能说明书

结晶器液压振动功能说明书1 计算值和技术规格•根据拉速计算振频和振幅并定期发送到振动控制系统。

更新时间<1秒钟。

•通过人工方式从HMI获取波形曲线（正弦曲线/非正弦曲线曲线等）。

•控制系统对属于参数表中所列波形的伺服参数（根据系统存储器中存储的公式）连续更新，以便使结晶器振动系统的波形输出值能迅速将拉速的微小变化计入在内。

•从一种波形成到另一种波形的转换可以从通过网络利用HMI进行。

•当拉速改变时，根据HMI上设定的曲线在振幅和振频方面改变波形2 操作要求•波形：正弦、非对称正弦波形。

•振频：50～350次/分钟。

(允许范围50～250次/分钟)•振幅：0～＋/－7mm。

(允许范围0～＋/－4.0mm)•非对称性：根据波形曲线，其范围为0.0～0.4。

3波形定义•由于液压振动控制的灵活性，可利用不同的波形（正弦或余弦）来优化振动操作。

•也可在浇铸过程中改变波形，但为了操作安全，建议在系统未振动时（即开浇前）改变波形，当然，最好在结晶器中没有钢水时先行进行检测。

•在浇注过程中也可改变非对称性系数，但为了操作安全，建议在开浇前对其进行改变或先行试运行。

1. 操作员站－+C1LC801~+C1LC808“1~8流结晶器操作箱”－L1－HMI “主操作室”2. 操作方式－从+C1LC801~+C1LC808手动开始/停机－从L1－HMI 手动开始/停机－从L1－HMI手动设定调节设定值－从L1－HMI 手动开始校准－自动开始/停机－选择一级参数表－从L1－HMI 上进行一级参数调整3.操作3.1 手动开始/停机前提：－选择“关断”方式、“准备好”、“浇铸”方式或“拉尾坯”方式－液压缸校准完毕－振动液压系统就绪－振动系统状态良好－阀门通电－位置传感器无故障功能：通过按+C1LC801~+C1LC808上的灯光按钮“结晶器振动：开始”启动结晶器。

通过按+C1LC801~+C1LC808上的灯光按钮“结晶器振动：停止”停止结晶器。

液压缸的计算

3液压缸的设计及计算3.1液压缸的负载力分析和计算本课题任务要求设备的主要系统性能参数为：铝合金板材的横截面积为2400mm 铝合金板材的强度极限为212/kg mm 型材长度1000mm ≤ （1）工作载荷R F常见的工作载荷为活塞杆上所受的挤压力，弹力，拉力等，在这里我们可得铝合金板材所受的最大外力为：4604101201048F A KN σ-=⨯=⨯⨯⨯= (3-1)式中 0σ----强度极限，Pa ； A -----截面面积，2m 。

由上式得液压缸所受工作载荷约为48KN（2）单活塞杆双作用缸液压缸作伸出运动时的一般模型如图3-1所示，其阻力F 或所需提供的液压力可表示为2L a f p F F F F F F μ=++++ （3-2）式中 L F -----作用在活塞上的工作阻力，N ； a F -----液压缸起动（或制动）时的惯性力，N ； f F -----运动部件处的摩擦阻力，N ；G F -----运动部件的自重（含活塞和活塞杆自重），N ；F μ-----液压缸活塞及活塞杆处的密封摩擦阻力，N ；通常以液压缸的机械效率来反映，一般取机械效率 0.95m η=；2p F -----回油管背压阻力，N 。

在上述诸阻力中，在不同条件下是不同的，因此液压缸的工作阻力往往是变化的。

因为此处液压缸只是作拉伸板材变形作用，故其运动速度较小，惯性力和摩擦阻力都较小，得50F KN ≤ （3-3）3.2液压缸的液压力计算和工作压力选择根据表4-3 根据负载选择压力，初选系统压力为8MPa 根据表4-5 液压缸速比与工作压力的关系，得出速比ϕ=1.33d = (3-4)式中 d -----活塞杆直径，mm ；D -----液压缸内径，mm 。

根据表4-4 液压缸输出液压力，选择液压缸的内径140D mm =，活塞杆直径70d mm =2114F A p D p F π==≥ (3-5) 2222()'4F A p D d p F π==-≥ (3-6)式中 1F -----作用在活塞上的液压力（推力），N ；2F -----作用爱活塞杆侧环形面积上的液压力（拉力），N ； p -----进液腔压力（产生推力时液压缸无杆腔进液；产生拉力时有杆腔进液），Pa ；1A -----活塞（无杆腔）面积，2m ；2A -----有杆腔面积（活塞杆侧环形面积），222()4A D d π=-，2m ；D -----液压缸内径（活塞外径），m ；d-----活塞杆直径，m；F-----被推动的负载阻力（与F反向），N；1'F-----被拉动的负载阻（与F反向），N。

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５０ｍｍ；２
”
— —
１具体计算
１１结晶器振动台补偿弹簧力的计算．
圆柱式压缩弹簧在最下位时的弹簧长Ｆ”：５．４４８×（２４５５０— ３）
：３８Ｎ８６５
度，
＝３ｍ４５ｍ；
计算得
液压气动与密封／００年第２期２ｌ
结晶器液压振动缸负载力的计算
解通护
摘
朱纪纲
吴伟
刘勇
（西安重型机械研究所，陕西西安７０３）１０２
要：结晶器液压振动技术是连铸发展的关键技术之一。国外对该技术一直封锁，因此，相关的参数选取及计算过程无例可循，经过我所技术人员的艰苦攻关已经成功掌握该技术并用于生产。本文通过对国内某台结晶器液压振动缸负载力的实际计算，为结晶器液压振动缸的设计提供理论依据。关键词：负载力；计算中图分类号：Ｔ３．１Ｈ１７５文献标识码：Ａ文章编号：１００１（００００３００８— ８３２１）２— ００— ３
Ｄｒｖｎｏｃ＇ＣａｃｌｔｏｆＣｒｓａｌｅ＇ＨｙｒｕｉｓｉａｉｎｉｉｇＦｒｅｌｕａｉｎｏｙｔｌｚｒｄａｌ０ｃｌｔｓｉｓｃｌｏ
ＸＩＴｎ —ｈＥｏｇ — ｕＺＨＵＪ —ｇｎｉ－ａｇＷＵＷｅｉｃ：（）１
＝
３９２ｋｆ４ｇ。
其中卜
＝
平衡点处的弹簧力，Ｆ＝５３Ｎ３９５；
结晶器振动台共有四只补偿弹簧，：故
Ｆ—— 最大振幅（位）处的弹簧力，上
ＫｅＷｏｄｓ：Ｃｏｐｎａｉｙｒｍｅｓｔｎｇ；ｃｌｕｌｔａｃａｅ
Ｌ＝４７Ｉｍ：４ＴＩ
０引言
结晶器液压振动技术是连铸发展的一个关键技术，液压振动可以在浇注过程中调整振幅、频率、波形偏斜率（晶器上升、下降时间及速度）从而取得结最佳的负滑动时间和保护渣熔化流动效果，因而在２０世纪９０年代中后期迅速得到推广。振动的某些关键参数（如振动液压缸的负载力）进行详细的计算，对
（ａａｙＭａｈｎｒｓａｃｎｔｕｅＸＰｎＨｅｖｃｉｅｙＲｅｅｒｈＩｓｔｔ，Ｘｉｎ７３ｉ＇０２，Ｃｉａａ１０ｈｎ）
ＡｂｔａｔｈｌｓｉａｉｇｈｄａｌｃｔｃｎｌｇｓｏｅｏｅｋｙｔｃｎｌｇｅｎｔｅｄｖｌｐｎｆｃｓｉｇＴｅｔｃｎｌｇａｅｎｓｒｃ：Ｔｅｍｏｄｏｃｌｔｙｒｕｉｅｈｏｏｙｉｎｆｔｅｅｈｏｏｉｓｉｈｅｅｏｍｅｔｏａｔ．ｈｅｈｏｏｈｓｂｅｌｎｈｎｙ
振动台在最下位时每只弹簧的补偿力：
Ｆ ”＝Ｃ（Ｄ— ” ＬＬ）（）２
以后类似的设计提供一点理论参考。以下计算所涉及的数值取自目前国内某台结晶器液压振动实际的
参数。
式中加 —— 圆柱式压缩弹簧的自由长度，Ｌ＝Ｄ
ｂｏｋｄｂｂｏｄ．ｔｄｍｅｔ．Ｔｅｅｏｅｌｃｅｙａｒａｏｏｓｃｈｒｆｒ，ｗｅｈｖｏｒｆｒｎｅｍａｅｉｌｔｅｅｔｎａｅ，ｓｃｓｔｅｒｌｖｎａａｔｒｎａｃｌｔｉａｅｎｅｅｅｃｔｒｏｓｌｃｙｃｓｓｕｈａｈｅｅａｔｐｒｍｅｅｓａｄｃｌｕａｅａａｐｏｅｓｒｃｓ．ＢｕｆｒｏｒｈｒｅｅｒｈｗａｅｍａｅａｇｅｔｐｏｒｓｎｔｉａｅｎｐｌｔｉｒｃｉｅＴｅｐｐｒｃｌｕａｅｈｙｉｄｒｔｔｕａｄｒｓａｃｅｈｖｋｒａｒｇｅｓｉｈｓｒａａｄａｐｙｉｎｐａｔ．ｈａｅａｃｌｔｓｔｅｃｌｅａｅｃｎｈｄａｌｏｄｆｒｅｗｉｈｂｓｄｏｎｌｓｉａｉｇｄｖｃ，ａｄｉｐｏｉｅａｔｅｒｔａｂｓｓｆｒｄｓｇ．ｙｒｕｉｌａｏｃｈｃａｅｎｏｅＭｏｄｏｃｌｔｅｉｅｃｌｎｎｔｒｖｄｈｏｅｉｌａｉｏｅｉｎｃ
计算得
ｃ＝— ３＿ｒ０３９Ｉ－３２— ５Ｉ＝３６５
＝
４５．４５Ｎ／ｍｍ＝４．ｇ６４ｋ／ｍｍ
振动台在最上位时每只弹簧的补偿力：
Ｆ３２６Ｎ＝３０＝３０ ×０．０１９３２６１７２＝３３６＝３３６ｋｆ８８ｇ