线圈恒压装置的设计毕业设计.doc
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1、毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 线圈恒压装置的设计 济南大学毕业设计 - I - 摘 要 线圈恒压装置是主要用于大型连续式和饼式变压器线圈在高温干燥真空环境, 在恒定压紧力的作用下线圈的压紧工序作业,是干式变压器线圈生产制造过程的专 用设备,一般在常温环境下。但是线圈恒压装置需要在高温真空罐内压紧作业,因 此针对此装置需要设计出一套适合真空罐内使用的压紧装置1。 此装置包括上下压板和液压系统,液压系统包括一套液压泵、四个一组的压紧 油缸以及换向球阀。线圈通过绕线机绕制在模架上,上下压盘通过四根拉杆将线圈 固定,在每个拉杆的下端吊装一个空心压紧油缸,当泵站的高压油通入油缸以后, 缸筒与活塞相
2、对运动,通过拉杆将力传递给上下压盘,从而对线圈实施压紧作用2。 此装置具有外形结构紧凑、使用零部件少、装配维修相对容易、操作安全快捷、 压紧质量高等特点。 关键词: 线圈; 恒压装置; 液压系统 济南大学毕业设计 - II - ABSTRACT Coil constant pressure device is mainly used for large-scale continuous and cake-type transformer coil in the hot, dry vacuum, the role of constant pressing force in the coil co
3、mpaction processes operating under. It is the dry type transformer coil manufacturing process equipment. The general environment at room temperature, in order to winding the full dehydration,pressing need to work in high-temperature vacuum tank,for this design a suitable clamping device used in the
4、vacuum tank. Constant pressure device including upper and lower platen, and the hydraulic mechanism, hydraulic mechanism includes a hydraulic pump, a group of four compression cylinders and reversing valve, coil winding machine winding through the shelves in the model, upper and lower pressure plate
5、 to the coil through the four fixed rod, lifting the bottom of each rod a hollow cylinder compression, high-pressure oil through the pump station into the tank after, pass through the rod to force the upper and lower platen, to the implementation of the compression coil. This device has a compact sh
6、ape, use fewer parts, relatively easy assembly and maintenance, safe and efficient operation, compression characteristics of the quality of higher. Key words:coil;constant pressure device;hydraulic system 济南大学毕业设计 - III - 目 录 摘 要. .I A B S T R A C T .II 1 前 言.1 1.1 本课题研究的目的及意义.1 1.2 国内外研究现状.1 1.3 液压
7、技术的特点.2 2 结构特点和技术参数.3 2.1 结构特点3 2.2 技术参数.3 3 液压系统原理图.5 3.1 液压系统方案的选择5 3.2 液压系统方案的最终确定.7 3.3 液压系统工作原理.7 4 压紧油缸的设计.9 4.1 油缸主要尺寸的确定9 4.1.1 油缸工作压力的确定.9 4.1.2 油缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定.9 4.1.3 油缸壁厚的确定.10 4.1.4 油缸工作行程的确定.10 4.1.5 活塞的宽度 B 的确定.10 4.1.6 上端盖厚度的确定.11 4.1.7 缸体长度的确定.11 4.1.8 活塞杆稳定性的验算.11 4.1.9 上端盖螺钉联接
8、的校核.11 4.2 油缸的结构设计.12 4.2.1 缸体与缸盖的连接形式.12 4.2.2 活塞杆与活塞的连接结构.12 4.2.3 油缸的密封装置.12 4.2.4 油缸的缓冲装置.13 4.2.5 油缸的排气装置.13 济南大学毕业设计 - IV - 5 液压阀块的设计.14 5.1 液压阀块的结构14 5.2 液压阀块的设计.14 5.2.1 分析液压系统,确定油路板数目.14 5.2.2 制作液压元件样本.15 5.2.3 液压元件的布局.15 5.2.4 确定油孔的位置与尺寸.15 5.2.5 绘制液压阀块零件图.15 5.3 液压阀块的安装.16 6 油源的设计.17 6.1
9、油箱的设计17 6.1.1 油箱容积的确定.17 6.1.2 油箱的用途和分类.18 6.1.3 油箱的构造及设计要点.18 6.2 泵和电机的设计.19 6.2.1 泵和电机的选型及计算.19 6.2.2 泵的安装 .20 6.2.3 泵和电机的连接方式.20 7 结论.21 参考文献.22 致谢.23 济南大学毕业设计 - 1 - 1 1 前言 1.1 本课题研究的目的及意义 线圈恒压装置主要用于大型的连续式和饼式变压器线圈在高温干燥真空环境, 在恒定压紧力的作用下线圈的压紧工序作业,是干式变压器线圈生产制造过程的专 用装备,一般在常温环境下。线圈的压紧工序可在压力机上方便地完成,而为了方
10、 便对变压器充分地进行干燥脱水,需要在高温真空罐内压紧作业,这时压力机因体 积受限无法在真空罐内使用,就必须设计出一套适合于真空罐内使用的压紧装置。 要完成本装置的功能,主要应用液压技术来实现。随着科学技术的不断发展,液压 技术在各个领域得到了广泛的应用,对以后的工程领域方面发挥着越来越重要的作 用。 1.2 国内外研究现状 线圈恒压装置主要用于实现线圈的压紧工序作业,是变压器线圈生产过程的专 用设备。因此,此装置所应用的液压技术尤为重要。液压技术是实现现代化生产传 动与控制传动的关键技术之一,因此世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。 就目前的发展形势,液压工业已成为全球行的工业,从上个世
11、纪 60 年代以来, 液压技术已经延伸到各个工业领域中,并且得到了广泛的应用。目前,国外研究液 压技术的最新方向是液压轴,液压轴就是油缸上集成了伺服阀、传感器、伺服放大 器、PID 调解板、控制器等等液压元件,然后使用总线将应用的的油缸连接起来, 实现协调控制,在这种新形势的液压技术中,没有了液压阀站,只有能源站,可以 大大减少设计工作量,很大程度地提高液压的自动化水平,这是目前国际上研究发 展的新潮流。同时,液压技术在国内也得到了广泛应用,应用了高技术成果,如微 电子技术、伺服与传动技术、总线控制技术、检测传感技术、自动控制技术、信息 处理技术、伺服与传动技术、精密机械技术、信息处理技术、系
12、统集成技术、摩擦 磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料,使传统技术有了新的发展,使液压系统 和元件的质量水平有了一定的提高。尽管如此,目前条件下的液压技术要有惊人的 技术突破,应当主要靠现有技术的改进、扩展和资源整合,不断做强,扩大其应用 领域以满足未来的要求。可以预见,近二三十年液压行业的发展趋势为:打造绿色 液压系统;机电一体化的实现;液压元件、系统的发展呈现多极化;行业资源整合。 为应对我国加入 WTO 后的新形势,我国液压行业各企业加速科技创新,不断提 高产品市场竞争力,使得一批优质产品成功地为国家重点工程和重点主机配置,取 得了较好的经济效益和社会效益。由此可见液压传动产品在国民经济
13、和国防建设中 济南大学毕业设计 - 2 - 的地位和作用已经十分重要。液压技术的发展决定了机电产品性能的提高。所以说 液压技术的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。 液压技术总的发展趋势是高速化、智能化。 1.3 液压技术的特点 优点: (1)传动平稳 在液压系统的传动装置中,因为油液的压缩量非常小,通常压 力下可以认为是不可压缩的,依靠油液的连续流动进行传动。由于油液有吸振能力, 因此可以在油路中设置液压缓冲装置,使得传动十分平稳,便于实现频繁的换向。 (2)质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比较,在输出同样功 率的条件下,体积和质量可以减小很多,因此惯
14、性小、动作灵敏。 (3)液压传动可以实现无级变速,调速范围比较大。 (4)液压传动工作比较平稳,反应快,冲击小,能够快速启动,停止和换向。 (5)液压传动装置易于实现过载保护,能自行润滑,寿命长。 (6)液压传动中,由于工作摩擦产生的热量可以被流动的液压油带走。 缺点: (1)液压传动的工作介质是液压油,可能会泄露,油液是不可压缩的,实现定 比传动非常困难。 (2)压力油对温度和负载的变化敏感, ,适合在常温下工作,不利于在高、低 温下使用。 (3)液压传动中,采用油管传输压力油,压力损失较大,因此不适宜远距离输 送动力。 (4)油液比较容易污染,会影响系统工作的可靠性3。 济南大学毕业设计
15、- 3 - 2 2 结构特点和技术参数 2.1 结构特点 恒压装置由一套液压泵站和四个一组的压紧油缸组成,液压泵站安装在高温真 空罐外侧,高压油缸在高温真空罐内工作,恒压装置工作原理如图 1 所示。线圈事 先通过绕线机4绕制在模架上,上下压盘通过四根拉杆将线圈固定,每个拉杆下端 吊装一个空心压紧油缸,当泵站的高压油通入油缸后,缸筒与活塞相对运动,通过 拉杆将力传递给上下压盘,从而对线圈实施压紧作用,整个线圈组件由底座支撑, 放在真空罐内5。 1、8螺母 2上压盘 3拉杆 4线圈 5模架 6下压盘 7油缸组件 9支座 图 1 线圈恒压压紧结构简图 四个压紧油缸需在温度达 150C 的真空罐内连续
16、工作 50 小时以上,油缸内的压 力要保持恒定,整个压紧过程油缸的实际行程约 3050mm,压紧过程中四个油缸 运动必须保持同步6,以保证上下压盘的平行度。泵站需设有恒定压力的功能,能 够实现压力的迅速补偿,完成对变压器线圈干燥全过程的恒压加载7。更换不同大 小的油缸,可以实现不同大小压紧力要求的线圈压紧要求。 济南大学毕业设计 - 4 - 2.2 技术参数 恒压装置的主要技术要求如下: 1、工作压紧力:4400kN=1600kN; 2、系统最高压力:35MPa; 3、单个油缸作用力:400kN; 4、油缸为空心油缸,行程:100mm; 5、油缸工作最高环境温度:150C; 6、工作时油缸的同
17、步精度不低于1.5%; 7、单泵输出流量范围 5.2L/min; 8、机器造型美观、操作方便、数字显示清楚。 济南大学毕业设计 - 5 - 3 3 液压系统原理图 3.1 液压系统方案的选择 恒压装置的工作特点是油缸的环境温度高、活塞运动速度超低近似于爬行、油 缸需恒压同步长时连续工作,这几个因素中油缸同步是考虑设计液压系统的关键所 在。以下几个方案是设计过程中考虑过的同步压紧方案,分析如下: 1. 同步马达方案 图 2 是采用同步马达的设计方案。同步马达是将四个排量相同的液压马达转轴 刚性的连接成一体,从而实现各回路流量的均等,同步精度约在1%3%之间。同 步马达的同步精度与偏载荷和流量因素
18、有关,当回路流量与马达的额定流量接近、 载荷均匀时同步精度高,当过流量低时,因马达不可避免地存在一定的内泄漏,这 时,同步精度就很低8。 图 2 同步马达的设计方案 2. 比例调速阀方案 图 3 是采用比例调速阀的设计方案。就单个比例调速阀而言,流量受负载不均 因素影响很小,速度稳定性好,但要使一组四个比例调速阀的控制流量达到一致, 不但调试方面比较麻烦,即使是调试达到了同步要求,而当油温发生变化后,流量 特性又有变化,最终影响同步精度。要使比例调速阀能发挥其控制灵活的作用,就 必须采取闭环控制方式,即在每个油缸上装有位移传感器9。 济南大学毕业设计 - 6 - 图 3 比例调速阀的设计方案
19、3. 分流-集流阀方案 图 4 是采用分流-集流阀的方案。分流-集流阀是利用负载压力反馈的原理,将 进油路的流量平分成等量的两条出油支路的流量。本设计采用三个特殊定做的自调 式分流-集流阀,实现四个压紧油缸的同步,每个阀的额定流量为 0.5L/min,同步 精度1%,实际试车运行后,通过测量上下压盘的平行度,能够达到1.5%同步精 度的要求。 济南大学毕业设计 - 7 - 图 4 恒压装置液压系统原理图 3.2 液压系统方案的最终确定 同步马达方案中,线圈在恒压加载过程中,油缸在 50 多小时的时间过程中行程 仅不过 50mm,也就是说,油缸以及其低的速度或近似于爬行的方式工作,对此来说, 同
20、步马达的精度将大打折扣。因此,如果采用同步马达方案,是花费高的造价成本, 却是不能满足设备的精度要求。 比例调速阀方案中,此恒压装置是在 150C 的高温环境下工作,普通位移传感 器上的电子元件不能承受这么高的温度。如果花高代价装上可耐此高温的 LVDT 差动 变压器式位移传感器,但因油缸是每压完一组线圈后就需要拆卸下来,这种频繁更 换拆卸的工作方式,很容易损坏传感器,实际生产中工作可靠性不高。 同步马达的成本是分流-集流阀的近乎十倍,比例调速阀加上传感器与控制放大 器的成本,造价已超出分流-集流阀的十倍以外。因此,最终选择方案就是分流-集 流阀方案。 3.3 液压系统工作原理 恒压装置系统回
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