【正文】 oist cylinders design has great significance to promote the development of water conservancy and hydropower project. Based on the design and application development of previous hoist cylinders ,starting from parameters, based on the use of hydraulic hoist working conditions, bined with hydraulic drive and learned knowledge of mechanical design, from the start the cylinder cover, piston, piston and other parts mainly analyzed sealing and cushioning devices, to design hydraulic cylinders that has reasonable structure , suitable for largescale security hoist ,to meet the needs of largescale engineering applications. The paper is designed to meet the needs of the project, reducing the project budget, a large hoist hydraulic cylinder design to promote the development of water conservancy and hydropower project has great significance. Keywords: hydraulic hoist, hydraulic cylinders, cushioning, sealing, calculating, checking 第 7 頁(yè) 共 35 頁(yè) 7 前言 本 課題是在啟閉機(jī)液壓缸近幾十年的發(fā)展成就和現(xiàn)階段 工程應(yīng)用要求的基礎(chǔ)上提出的。近年來，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)在水利水電工程中的較多使用，為全國(guó)水利建設(shè)提高新技術(shù)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了非常重要的作用。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)與其他種類的啟閉機(jī)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)先進(jìn)，工藝合理，結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟(jì)性好；液壓傳動(dòng)效率高；可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；運(yùn)行平穩(wěn)、安全、可靠，維修方便；便于集中控制和自動(dòng)化操作；有利于優(yōu)化水工建筑物的總體布置。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)在我國(guó)水利水電工程中應(yīng)用最早的當(dāng)屬官?gòu)d水庫(kù)高壓閘門啟閉機(jī)，隨著工程應(yīng)用的規(guī)模的擴(kuò)大，就要求有大型啟閉機(jī)液壓缸設(shè)計(jì)，在 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的構(gòu)件中，液壓缸是其核心部件，故液壓缸的設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到液壓?jiǎn)㈤]機(jī)制造質(zhì)量的優(yōu)劣。 綜合國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料分析 ,對(duì)于液壓?jiǎn)㈤]機(jī)技術(shù)發(fā)展， 80 年代初期 ,德國(guó)力士樂公司研發(fā)出 CERAMAX 液壓缸，此產(chǎn)品將行程測(cè)量系統(tǒng)與陶瓷保護(hù)層結(jié)合在一起 ,同步精度為可達(dá) ? 1mm。它的耐腐蝕和耐磨損性能好 ,壽命長(zhǎng)。使得液壓缸在防護(hù)技術(shù)、安全可靠 ,延長(zhǎng)壽命、液壓系統(tǒng)、測(cè)控技術(shù)幾個(gè)方面有了突破性進(jìn)展。 本論文是在查閱了大量的國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料 ,分析了液壓?jiǎn)㈤]機(jī)總體發(fā)展趨勢(shì)以及目前工程 應(yīng)用對(duì)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的要求的基礎(chǔ)上完成的。液壓缸是液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的核心部件，故液壓缸的設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到液壓?jiǎn)㈤]機(jī)制造質(zhì)量的優(yōu)劣。本文在先前啟閉機(jī)液壓缸的研發(fā)和應(yīng)用基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)參數(shù)出發(fā)，根據(jù)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的使用工況，結(jié)合所學(xué)的液壓傳動(dòng)與機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，從由缸體、端蓋、活塞、活塞桿等零件入手，重點(diǎn)分析密封與緩沖裝置，設(shè)計(jì)出結(jié)合合理，安全適用的大型啟閉機(jī)的液壓缸，以滿足大規(guī)模工程應(yīng)用的需要。 研究目的：為滿足現(xiàn)在工程應(yīng)用，特別是對(duì)于水利水電工程對(duì)大型啟閉機(jī)液壓缸的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要。 研究意義：滿足工程需求，減小 工程預(yù)算，大型啟閉機(jī)液壓缸設(shè)計(jì)對(duì)促進(jìn)水利水電工程的發(fā)展具有十分重要的意義。 第 8 頁(yè) 共 35 頁(yè) 8 1 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)簡(jiǎn)介 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作特點(diǎn) 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)是利用液體壓力作為動(dòng)力來啟閉閘門，它分為液壓系統(tǒng)和液壓缸兩大部分。液壓系統(tǒng)一般由動(dòng)力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置、輔助裝置組成。（動(dòng)力裝置一般為液壓泵 ,它把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能；控制調(diào)節(jié)裝置是液壓控制閥組；輔助裝置包括油箱、油管、管接頭、壓力表、濾油器等。）動(dòng)力裝置提供的液壓能經(jīng)由管道、控制調(diào)節(jié)裝置進(jìn)入液壓缸 ,液壓缸繼而把液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 ,從而實(shí)現(xiàn)閘門的開啟和關(guān)閉等動(dòng)作。 液壓 啟閉機(jī)的基本機(jī)型有：?jiǎn)巫饔脝胃滓簤簡(jiǎn)㈤]機(jī)、單作用多缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、雙作用單缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、雙作用多缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、雙吊點(diǎn)單作用同步液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、帶有臥式油缸的雙作用同步液壓?jiǎn)㈤]機(jī)； 根據(jù)控制對(duì)象可分為：普通平面閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、弧形閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、人字閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)等。 目前國(guó)內(nèi)常見的系列有以下幾種 : 系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用在普通平面閘門。 系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用在露頂式和低水頭淺孔式靠閘門自重關(guān)閉的弧形閘門。 系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用在深孔式弧形閘門。 系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用在 水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)口和調(diào)壓井下游快速事故處理閘門中 ,亦可用于一般平面閘門的啟閉。 系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用于人字閘門和一字閘門。 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的特點(diǎn)很大程度上是由其工作原理所決定的 ,相對(duì)于卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)、螺桿啟閉機(jī)，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)有其突出的優(yōu)點(diǎn) : (1).靜壓傳動(dòng) ,啟閉力范圍廣 。 (2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,布置緊湊 ,承載力大 ,且可過載保護(hù) ,安全可靠 。 (3)可以無級(jí)調(diào)速 ,調(diào)速方便，運(yùn)行平穩(wěn) ,換向方便 ,緩沖性能好 。 (4)與電氣控制相結(jié)合 ,可以集中控制和自動(dòng)控制 。 (5)壓元件自潤(rùn)滑性好 ,經(jīng)久耐用。 因此，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)適用 于啟閉力較大和孔數(shù)較多的閘門，在一定程度上能代替卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)的作用。 第 9 頁(yè) 共 35 頁(yè) 9 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作原理 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的工作原理可以用下圖 所示盛滿液體的連通器來解釋。將斷面積大小不一的兩個(gè)容器用管道相聯(lián)通，其中容器 1 的斷面積 A1 較小，容器 2的斷面積 A2 較大。如果在容器 1 上活塞施加壓力 F1 ，則活塞下的液體壓強(qiáng)為AFp 110?，通過液體以同樣的壓強(qiáng)傳遞到容器 2 的活塞上，得到較大的力ApF 202 .? 。由此可見，容器 2 的斷面積越大， F2 就越大，這就是液壓傳動(dòng)的基本原理。在液壓?jiǎn)㈤]機(jī)中，利用泵（相當(dāng)于容器 1）獲得油壓 p0。通過管道（以及相應(yīng)的閘閥）將 p0傳遞到油缸（相當(dāng)于容器 2）的活塞管上，從而獲得較大的啟閉力。可知，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉力的大小主要取決于泵的工作壓力和油缸的受載面積。 圖 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作原理 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作系統(tǒng)的布置 形式 啟閉機(jī)液壓缸通常有柱塞式和活塞式。柱塞式為單作用柱塞缸，即油缸僅從一個(gè)方向提供壓力油，使柱塞缸頂推伸出油缸，從而開啟閘門，閉門則靠自重，不能施加閉門力；活塞式油缸內(nèi)為雙作用活塞桿，啟門和閉門都靠液壓缸施加啟門力和閉門力，油缸可以從兩個(gè)方向提供壓力油，使活塞在兩個(gè)方向都可以運(yùn)動(dòng)。 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作系統(tǒng)的簡(jiǎn)單布置如下圖 所示。電動(dòng)機(jī) 1 帶動(dòng)油泵 2，通過吸油管從油箱吸油，進(jìn)油泵加壓后送出，經(jīng)單向閥 3 和節(jié)流閥 4 進(jìn)入單作用第 10 頁(yè) 共 35 頁(yè) 10 油缸 5。油壓于柱塞缸 6 的頂部，將柱塞缸頂出，從而開啟閘門。當(dāng)閘門借自重關(guān)閉時(shí)，只需打開截止閥 7，將壓力油通過回油管放回油箱。在泵的出口，另設(shè)溢流閥 8，起穩(wěn)壓保壓和安全保護(hù)的作用。 圖 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作系統(tǒng)的布置形式第 11 頁(yè) 共 35 頁(yè) 11 2 啟閉機(jī)液壓缸類型的選擇 液壓缸的分類 為了滿足各種工況的需要，液壓缸有多種類型。 （ 1） 按供油方向，液壓缸可分為單作用缸和雙作用缸； （ 2） 按結(jié)構(gòu)形式，液壓缸可分為活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸和伸縮式套筒缸； （ 3） 按活塞的形式，液壓缸可分為單活塞桿缸和雙活塞桿缸； （ 4） 按特殊用途，液壓缸可分為串聯(lián)缸、增速缸、步進(jìn)缸和 增壓缸，此類型的缸又不是單純的缸筒，而是和其他缸筒、構(gòu)件組合而成，所以從結(jié)構(gòu)上看，這類缸又稱為組合缸。 單作用液壓缸 單作用液壓缸又分為活塞液壓缸和柱塞液壓缸兩種。 (l)單桿單作用活塞液壓缸它的特點(diǎn)是：只有一個(gè)進(jìn)、出油油口。油壓力使活塞桿伸出 ,而活塞桿回縮靠彈簧力或自重。如圖 和 圖 分別是彈簧回程液壓缸和自重回程液壓缸。 (2)單作用柱塞液壓缸 ,如圖 ,這種液壓缸也只有一個(gè)油口作進(jìn)、出油液之用。一般柱塞伸出靠油壓力作用 ,回程靠自重。 圖 彈簧力回縮式 圖 自重回縮式 圖 柱塞液壓缸 雙作用液壓缸 雙作用液壓缸分為單桿雙作用液壓缸和雙桿雙作用液壓缸兩種。 (1)單桿雙作用液壓缸（如圖 ） 單桿雙作用液壓缸的特點(diǎn)是：在液壓缸的前后腔都有一油口 , 兩個(gè)方向均可獲得較大的壓力，活塞桿的伸出和縮回都靠油液壓力 ,。但由于液壓缸兩腔的有效作用面積不等 ,所以當(dāng)進(jìn)入兩腔的油液壓力相等、流量也相同時(shí) ,無桿腔所產(chǎn)生的推力大而速度慢 ,有桿腔則相反。 (2)雙桿雙作用液壓缸（如圖 ） 液壓缸兩端都有活塞桿伸出 。如果兩活塞桿直徑和進(jìn)入兩腔的流量都相等時(shí) ,則活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度相等。 第 12 頁(yè) 共 35 頁(yè) 12 圖 單桿雙作用液壓缸 圖 雙桿雙作用液壓缸 組合液壓缸 (1)伸縮套式液壓缸 伸縮套液壓缸是由兩個(gè)或多個(gè)液壓缸套疊而成。如圖 所示，它的最大特點(diǎn)是：活塞桿的工作行程很長(zhǎng)，在收縮后 ,其總體長(zhǎng)度較小。 (2)串聯(lián)液壓缸 串聯(lián)液壓缸是由兩個(gè)直徑相等的液壓缸串聯(lián)而成。如下圖 所示，它的特點(diǎn)是：能獲得較大的推力，等于兩個(gè)液壓缸推力之和。 (3)增壓液壓缸 增壓液壓缸由兩 個(gè)直徑不等的液壓缸串聯(lián)而成的液壓缸。如下圖 所示，它的特點(diǎn)是：利用兩液壓缸受壓面積之差 ,可使 B 腔產(chǎn)生很高的油壓 ,以供缸體中某些局部需要高壓的油路之用。 圖 伸縮套式液壓缸 圖 串聯(lián)液壓缸 圖 增壓液壓缸 根據(jù)工況和設(shè)計(jì)要求選擇啟閉機(jī)液壓缸類型 不同工況下的啟閉機(jī)液壓缸類型 閘門的形式一般有平面閘門、弧形閘門和人字及一字閘門幾種。根據(jù)它們各自的工作情況和工作要求 ，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)液壓缸通常選用柱塞式和活塞式結(jié)構(gòu)。柱塞式液壓缸設(shè)計(jì)成單作用缸，油缸只從一個(gè)方向供給壓力油，使柱塞缸頂推伸出油缸，從而開啟閘門。閉門則靠門自身重力，不需施加閉門力，如圖 所示；活塞式液壓缸設(shè)計(jì)成雙作用缸，啟門和閉門均靠液壓施加啟門力和閉門力，如圖 所示，油缸可以從兩個(gè)方向供油，使活塞能在兩個(gè)方向得到