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武汉科技大学高职毕业设计I摘要随着国家能源项目的进一步开发及各项长距离输油输气工程的开工，大口径的石油天然气输送管道的需求量剧增，但是国内生产的焊接钢管均因为没有扩径而造成生产的钢管质量不合格，因此，对焊接钢管扩径的研究极其重要。焊管扩径的作用（1）对钢管进行“整形”，提高钢管的形状与尺寸精度；（2）减少或消除由于成型及实验造成的鲍辛格效应，提高钢管的屈服强度；（3）消除钢管成型和焊接的残余应力。直缝焊管机械扩径工艺技术国内外制造大口径直缝埋弧焊管的成型方法有uoe成型法、排辊成型法(cfe)、ce成型等。对于绝大多数成型方法的最后一道工序都是对焊接后管坯再进行一次全长扩径，以提高焊接管形质量。扩径成为大口径直缝焊管生产中确保成品管质量的一道重要工序。扩径是一种利用液压或机械方式从钢管内壁加力使钢管沿着径向向外扩胀成型的压力加工工艺。机械方式比液压方式，设备简单且效率更高，在世界上最先进的几条大口径直缝焊管制管线扩径工序都被采用，其工艺为：机械扩径利用扩径机端部的分瓣的扇形块沿径向扩张，使管坯沿长度方向以步进方式，分段实现全管长塑性变形的过程。分为5个阶段:1初步整圆阶段。扇形块打开直到所有扇形块都接触到钢管内壁，此时步长范围内钢管内圆管中各点半径大小都几乎一致，钢管得到初步整圆。2名义内径阶段。扇形块从前段位置开始降低运动速度，直到抵达要求位置，这个位置是质量要求的成品管内圆周位置。3弹复补偿阶段。扇形块在2阶段的位置开始进一步将低速度，直到抵达要求位置，这个位置是工艺设计要求的弹复前钢管内圆周位置。4保压稳定阶段。扇形块在弹复前钢管内圆周位置一段时间保持不动，这是设备和扩径工艺要求的保压稳定阶段。5卸荷回归阶段。扇形块从弹复前钢管内圆周位置开始迅速回缩，直到抵达初始扩径的位置，这是扩径工艺要求的扇形块最小收缩直径。在实际应用中，工艺简化中，2、3步骤可以合并简化，这对钢管的扩径质量没有影响。国内，能生产x120直缝焊管的宝钢、太钢在其扩径中都采用了以上5阶段的机械扩径工艺技术。关键词：直缝钢管;扩径;液压;卸荷;武汉科技大学高职毕业设计II目录1绪论......................................................11.1直缝钢管扩径机移动回路工作原理.........................11.2直缝钢管扩径机移动回路主要技术参数.....................12系统方案的拟定..............................................22.1拟定直缝钢管扩径机移动回路各部分的工作方案.............22.2拟定直缝钢管扩径机移动回路原理图.......................33液压元件的选择计算..........................................43.1执行机构工作压力的确定.................................43.2执行元件的计算.........................................43.2.1液压缸主要尺寸的计算..............................53.2.2液压缸所需流量的计算..............................63.2.3液压缸工作压力的计算..............................73.2.4液压缸输入功率的计算..............................73.3泵的选择计算...........................................83.4电动机的选择...........................................93.5管道的计算............................................103.6液压控制阀的选择......................................113.7油箱的设计计算........................................124液压辅助元件的选择计算.....................................134.1加热器的选择计算......................................134.2冷却器的选择计算......................................144.2.1系统温升的计算...................................14武汉科技大学高职毕业设计III4.2.2冷却器的计算.....................................154.2.3冷却水流量的计算.................................164.2.4冷却器型号的选择.................................164.3过滤器的选择..........................................174.4蓄能器的选择..........................................184.5油箱辅件的选择........................................194.6液压工作介质的选取....................................19结束语......................................................20参考文献...................................................22致谢........................................................23武汉科技大学高职毕业设计11绪论液压系统移动回路是液压系统中最基本的回路，一般用于系统的快速运动。在实际工作中多出现在运送机构、移动机构和定位机构中等辅助机构中。直缝钢管扩径机移动回路就是作为扩径机的辅助机构，完成直缝钢管的快速移动。1.1直缝钢管扩径机移动回路工作原理（1）电动机为液压系统提供动力。（2）液压系统移动回路主要由泵、油缸、安全溢流阀、调速法、蓄能器、加热器、冷却器油箱及其它附件等组成。液压回路为开式，由发动机输出轴直接驱动。整机安装了一个安全溢流阀以控制系统的最高工作压力，并可根据执行机构的需要来进行调节。通过调速法来调节执行液压缸的移动速度，通过调节进入执行液压缸流量的大小来实现执行液压缸的快速运动。液压油箱容积根据系统流量大小而定，在环境温度过高或使用温度较低时，可根据液温选择开启冷却器或者加热器。液压工作装置采用先导式电液比例换向阀操作控制。采用压力补偿变量泵，它由发动机直接带动，是液压系统的动力源。（3）移动回路工作过程：液压泵打出的压力油经过换向阀从一端进入执行液压缸，液压缸的活塞杆升出，当到达最大行程后，换向阀换向，压力油从执行液压缸的另一端进入液压缸，活塞杆缩回，促使先进油的油缸腔泄油，泄油压力为零，同样经过换向阀通过回油管回油箱，完成一个回路。1.2直缝钢管扩径机移动回路主要技术参数（1）液压缸：执行元件数量行程（mm）时间（s）负载（KN）移动缸172005110武汉科技大学高职毕业设计22系统方案的拟定2.1拟定直缝钢管扩径机移动回路各部分的工作方案1）调速方案液压系统移动回路中对运动方向和速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现，对于一般大流量的液压系统，大多通过先导换向阀的有机组合实现所要求的动作。在本设计中，由于系统工作所要求的精度低，采用普通三位四通电液换向阀来实现方向控制，又因为系统工作速度快、流量大、压力高，故采用蓄能器和旁路节流调速阀的有机组合来实现速度的控制，既能降低对元件的要求，又能防止油液温度的升高。2）压力控制方案在本系统方案设计中，由于只有一个执行元件液压缸，所以工作压力很容易控制，泵出口安装了一个安全溢流阀以控制系统的最高工作压力，并可根据整个回路的压力降来进行调节。为了节省能源提高系统的使用效率，采用一台压力补偿变量柱塞泵供油和配用一个蓄能器作为辅助动力源，以达到安全节能的效果。3）油箱的设计方案本系统采用矩形外形的密封式油箱,并作为机身的支承结构。在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。油箱顶部还要预留冷却器和安全溢流阀阀块的安装位置。油箱内部设置隔板将吸、回油管隔开，使液流循环，将油液中的气泡与杂质分离和沉淀。根据实际需要还可以在隔板上安装滤网。由于过滤器都是采用自封式，所以油箱内部设计非常重要。油箱放油孔设置在油箱的最低部位，还设置清洗孔以便于定期清理油箱内的沉积物。另外，为了能够观察向油箱内注油的液位上升情况和在系统工作过程中看见液位高度，设置带有液位自动监测报警装置的自动液位计。4）冷却系统设计方案液压系统在工作时，如果油液温度过高（80℃）将影响系统的工作，一般规定液压用油的正常温度范围是15℃～65℃。冷却系统有两种工况：一种是水冷却系统，另一种是空气冷却系统。水冷却系统中所使用的水全部为软化水，软化水系统是控制冷却水质量的设备，软化水的使用有利于延长设备的使用寿命。本设计方案采用的是水冷方式，这种冷却方式散热效果好，热传系数可达230～815)/(2KmW。为了防止油温过低(15℃),可以在油箱内部设置电加热装置，在冷却器和加热器之间采用温度自动控制器，以便实现油温自动控制。5）过滤器的设置方案因为液压系统和元件发生故障的重要原因之一就是工作油液被污染，因此任何液压武汉科技大学高职毕业设计3设备，在各种使用工作状态下，都必须注意工作油液的被污染问题。因此，必须首先保证给液压系统提供尽可能干净的工作油液，以保证不会因提供的油液不符合清洁要求而影响系统性能。因此在系统的压油路和回油路分别安装有过滤器，在油箱的排油口(即泵的吸口）为了防止意外落入油箱的污染物，设置一个吸油过滤器；在油箱的回油口设置系统所要求的回油过滤器以保持返回油箱的油液具有允许的污染等级；为了防止来自空气中的灰尘，需采用密闭油箱，并在呼吸器中采用适当的空气滤清器。新添加的油液并不是干净的，所以在注油口也一定要设置过滤器。在回油过滤器和泵出口的过滤器上安装有污染等级指示和压差报警装置,提醒人们注意滤芯堵塞。2.2拟定直缝钢管扩径机移动回路原理图图2.1直缝钢管扩径机移动回路原理图1——电机；2——液压泵；3——吸油截止阀；4——吸油过滤器；5——加热器；6——回油过滤器；7——液位液温计；8——空气滤清器；9——单向阀；10——溢流阀；11——压力表；12——蓄能器；13——流量计；14——换向阀；15——单向阀；16——调速阀；17——冷却器；18——压油截止阀；19——液压缸；20——过滤器；21——油箱武汉科技大学高职毕业设计43液压元件设计计算3.1执行机构工作压力的确定系统工作压力P要根据载荷的大小和设备类型而定，同时需要考虑执行元件的装配空间，经济条件，安全性，管路承载能力及其他元件供应情况的限制，同时还要进行广泛的市场调研，工作压力的选取要符合液压行业习惯。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的尺寸，反之，压力选得太高，对缸、阀等元件的材质，密封，制造，精度等要求也高。一般可参考同类型的液压系统的工作压力选取。表3.1常用机械类型的工作压力精加工0.8-2MPa农业机械、工程机械辅助机构10-16MPa半精加工3-5MPa液压机、重型机械、起重机20-32MPa精加工和重型机床5-10MPa矿山采掘机械10-25MPa综合考虑本执行机构行程大、速度快等特点，现初取系统工作压力为MPa20。3.2执行元件的计算3.2.1液压缸主要尺寸的计算计算缸筒内径D时，通常有两种计算方