石灰窑液压系统三维设计加工装配调试的研究

程 远，王学珍

（1.上海宝钢工程技术集团有限公司，上海 201999；2.上海宝冶集团工业工程公司，上海 201999）



石灰窑液压系统三维设计加工装配调试的研究

程 远1，王学珍2

（1.上海宝钢工程技术集团有限公司，上海 201999；2.上海宝冶集团工业工程公司，上海 201999）

摘 要：根据石灰窑液压系统运用三维软件设计优化，集成块设计合理性分析研究，结合加工装配制作三维设计并且数据无缝链接到数控加工中心进行加工。整台液压设备三维设计制造装配及调试。检测设计合理性及分析优缺点。

关键词：液压系统；集成块；三维设计；数控加工；装配

0　引言

由于国民经济的不断发展，石灰已由传统的建筑材料成为国民经济不可缺少的重要原材料，不仅用于建筑与道路工程，还广泛用于冶金、化工、轻工、食品、环保及农业领域。多年来公司不断地研究新工艺新技术，开发出500吨/日和600吨/日系列的节能环保型套筒石灰窑，其中液压传动控制系统是为石灰窑各执行机构提供动力源及传动控制神经中枢部分，是提高自动化程度及实现自动控制功能的重要标志。

为满足石灰窑生产工艺要求，设计、制造一套液压系统集成。该液压集成系统主要是由窑上、下部两个液压系统组成。上部液压系统有三个用户控制系统，分别控制：窑顶上料翻板阀、液压马达和料钟油缸；下部液压系统有三个用户控制系统，分别控制：液压三通阀油缸、称重斗卸料翻板阀和振动给料机油缸。上下两个系统共同为出灰机油缸提供动力源和控制。

1　设计性能可靠的液压系统原理图

设计性能可靠的液压系统原理图，满足根据石灰窑中窑顶上料翻板阀、旋转布料器、料钟、出灰装置、液压三通阀、称重斗卸料翻板阀、振动给料装置执行机构控制性能的要求。对原有的液压系统存在的问题进行优化，确保出灰机连续不间断的工作需要。

2　液压集成块的优化设计及制造

液压集成块作为集成式液压系统的关键部件，具有结构紧凑、液压元件密度高、占据空间小，维护、安装、调整和更换液压元件方便等优点，在现代的液压系统中被广泛采用。我们利用三维软件立体化设计集成阀块。因此，液压集成块的设计是我们此次开发的核心关键技术。

图1　液压原理图

2.1集成块的初步方案

整个液压原理图是比较复杂的，初步构思是整个集成块和泵站全部集中在一起，不再单独做阀台，这样方便操作和维护。根据原理图，初步分析设计几个集成块比较合理。

A方案：全部液压阀块集成在一个集成块上。优点：结构紧凑，连接管路少。缺点：集成块的体积过大，管路过于复杂，加工成本高。

B方案：两、三组阀做一个集成块。优点：集成块的体积小，加工方便。缺点：集成块之间的连接管路会比较复杂和庞大，液压站位置小，如果管路太多，位置受限制，而且也增多了泄漏点，增加了维护的难度。

C方案：根据整个原理图的先后控制功能，把集成块分为两部分，做两个集成块。优点：每个集成块的体积都不至于过大，加工方便，同时连接管路也较少，泄漏点少。

最终确定方案C为最佳方案。

2.2集成块的3D设计

根据原理图，运用三维设计，可以直接看到内部的结构。

图2　45#锻件加工件

图3　孔洞外观图

图4　内部管道图

图5　集成块内部结构

集成块设计并不是一次成功的，它要经过反复的测算，检查集成块上孔的位置是否合适，管路连通是否合理，内部结构是否合理，加工的壁厚是否满足压力要求，孔与孔之间是否干涉，并进行及时调整。最终结果要满足原理图要求，并且集成块的大小合理。应用FLUNT软件对液压集成块内部流道进行仿真研究，保证内部流道结构合理，降低应涡旋产生的噪音和液压能量损失。通过FLUNT软件计算可以得到出口速度分布云图，如图6所示。

图6　出口速度分布云图

2.3设计好后的预装配

集成块的干涉检查是非常重要的。常规的CAD画成的图纸是很难在图纸设计阶段就进行预装配的，干涉检查基本上到装配的时候才可能做到。如果到那时遇到问题就晚了，轻者修改阀块，重者整个阀块就报废了，既浪费材料，又浪费人工和时间，得不偿失。

三维软件的优点就是在成品加工前就可以检验加工后的外观和内部结构，非常方便实用，避免了废品的产生。

图7　小集成块预装配图

图8　大集成块预装配图

经过预装配的检验，此阀块的设计是合理而且正确的。这样就可以下料加工实物了。

2.4液压集成块的加工制造和清洗装配

液压集成块设计好后数据直接生成机器代码，导入数控加工中心加工制造装配。

图9　数控加工中心加工阀块

图10　大集成块装配实物图

3　液压设备三维软件优化设计及制造装配试运行

利用三维设计软件进行整台液压设备外观及元器件结构合理性布置，建立油箱、过滤器、冷却器、电机、管道图等部件的模块，组成液压系统的动力单元、控制单元、执行单元和辅助单元的装配图。不断进行结构调整及元器件摆放位置调整，力争做到设计最优化最合理。加工制作完全按照三维设计加工图纸进行，然后进行调试和试运行。

图11　液压站整体三维立体图

图12　液压站实物照片图

由此可见三维软件的应用对我们今后液压总成的制造具有实际指导作用。

4　项目市场、经济效益及前景预测

在环保型石灰窑液压系统集成技术研究项目中，我们成功应用了三维立体设计软件设计技术，设计出了三维工业炉液压站模型，集成块加工立体模型，有效地预防了加工制造期间可能造成的错误，避免了不必要的损失，使设计和加工处于受控状态，成品达到设计性能要求，在设备设计、制造、安装和调试中获得了宝贵的经验和技术，形成了具有自己知识产权的核心产品。按年均建设20座石灰窑计算，配套液压总成系统（包括管线）的价值可达几百万元，能获得较好的经济效益和社会效益。

5　前景预测

石灰窑液压系统集成技术的成功应用实施将为今后类似工程的招投标及项目实施奠定基础。液压系统集成制造对发展我公司的液压专业技术优势、培养和造就一

【】【】批懂液压系统设计、液压设备制造的技术人员、作业人员以及扩大我们的产业是十分必要的，可以快速提高我公司的液压总成设计制造技术，进而提高我公司的装备制造实力。

6　结束语

该设备在效率性、便捷性、实用性、经济性等各方面都较传统产品有了不同程度提高。下一步将在耐用持久化等方面继续深入与创新，不断推动该领域的技术进步。

参考文献：

［1］ 成大先.机械设计手册（第四卷）［M］.北京：化学工业出版社，2008.1.

Lime kiln processing assembly and debugging of the hydraulic system design

CHENG Yuan1， WANG Xue-zhen2

中图分类号：TH122

文献标识码：A

文章编号：1009-0134（2016）05-0031-03

收稿日期：2016-01-27

作者简介：程远（1978 -），男，陕西宝鸡人，高级工程师，本科，研究方向为机械设计与制造。