【正文】 完成日期 2022 年 06 月 01 日 第 2 頁 共 35 頁 2 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 :所呈交的學(xué)位論文 ,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所取得的成果。但在實(shí)際應(yīng)用中 ,液壓啟閉機(jī)仍然存在許多困擾著其發(fā)展、亟待解決的問題。 can achieve steeples speed regulation。它的耐腐蝕和耐磨損性能好 ,壽命長。液壓系統(tǒng)一般由動力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置、輔助裝置組成。 系列液壓啟閉機(jī)：常用于人字閘門和一字閘門。將斷面積大小不一的兩個容器用管道相聯(lián)通，其中容器 1 的斷面積 A1 較小，容器 2的斷面積 A2 較大。 液壓啟啟閉機(jī)工作系統(tǒng)的簡單布置如下圖 所示。 (l)單桿單作用活塞液壓缸它的特點(diǎn)是：只有一個進(jìn)、出油油口。 (2)雙桿雙作用液壓缸（如圖 ） 液壓缸兩端都有活塞桿伸出 。 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。 （ 2）弧形閘門采用液壓啟閉機(jī)時，閘門的開啟和關(guān)閉都是靠液壓力來完成，通常選用活塞式。 缸筒與端蓋連接形式設(shè)計 缸筒與端蓋的連接是液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要組成部分，有前端蓋和后端蓋。 圖 法蘭連接式結(jié)構(gòu) 圖 半環(huán)連接式結(jié)構(gòu) ③ 螺紋連接式結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)：如圖 所示，有外螺紋和內(nèi)螺紋兩種。 適用場合：缸筒的變形對液壓缸工作性能影響不大的場合。 液壓缸是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動的執(zhí)行元件，主要是由缸筒、缸底、端蓋、 活塞、活塞桿、導(dǎo)向套等部分組成。 ① 間隙密封 間隙密封是依靠相對運(yùn)動零件配合面間的微小間隙來進(jìn)行密封的。 圖 間隙密封 ② 活塞環(huán)密封 特點(diǎn)： 如圖 壓力和溫度適用范圍寬，高速條件下工作可靠；活塞環(huán)形槽內(nèi)裝有彈性金屬環(huán)，依靠其緊貼缸筒內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)密封，密封效果好，能自動補(bǔ)償磨損和溫度變化的影響，壽命長。 工作圖如下圖所示： 圖 為軸用密封圈， 圖 為孔用密封圈。 下圖 所示為由滑環(huán) 2 與 O 形密封圈 1 組成的周用密封裝置。 3)油液最高溫度不應(yīng)超過密封件的允 許極限溫度。 應(yīng)用場合：經(jīng)常換向而且會產(chǎn)生沖擊的場合?？筛鶕?jù)要求緩沖的位置 ,調(diào)整行程開關(guān)的安放位置。因活塞制動時，軸向節(jié)流溝槽的通流截面逐漸減小、阻力作用增強(qiáng)，因此緩沖均勻、沖擊力小、制動位置精度高。 排氣裝置 由于液壓油中混入了空氣，以及液壓缸在長時 間停止工作時可能會混入空氣。此液壓缸結(jié)構(gòu)上特點(diǎn)有： （ 1）用卡環(huán)連接 活塞和活塞桿，因而裝拆方便； （ 2）活塞上的支撐環(huán)用聚四氟乙烯等耐磨性材料制成，摩擦力小； （ 3）活塞桿在導(dǎo)向套的作用下，可以保護(hù)密封件； （ 4）液壓缸兩端均有緩沖裝置，可以減少活塞在運(yùn)動到端部時的沖擊和噪聲。 技術(shù)條件 ① 外徑 D 對 d1 的徑向圓跳動公差為 D 公差一半； ② 端面對活塞中心軸線的垂直度應(yīng)滿足在直徑 100mm 上為 。 液壓缸活塞桿直徑推薦值 ，見表 活塞桿受力情況 受拉伸 受壓縮，工作壓力 p/M pa p≤5 5≤p＜ 7 P＞ 7 活塞桿直徑 （ ） D （ ） D （ ） D 表 液壓缸活塞桿直徑推薦值 活塞桿直徑 d 系列 ，見表 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 表 活塞桿直徑 d 系列 第 29 頁 共 35 頁 29 根據(jù)設(shè)計壓力 30M pa,選取液壓缸活塞桿直徑 d=。 ][ 11 ??pD? =**553030* =90mm 。其他零件如端蓋、導(dǎo)向套、活塞、放氣閥、管接頭、密封件等，不需進(jìn)行強(qiáng)度校核。其中活塞長度 ==240mm， 活塞桿導(dǎo)向長度 =d=220mm ,其它長度取為 300mm。此設(shè)計有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 設(shè)計內(nèi)容全面，從零件的選材和技術(shù)要求，到液壓缸各組成部分結(jié)構(gòu)設(shè)計，再到整個裝配圖，并且進(jìn)行了嚴(yán)格的技術(shù)和強(qiáng)度校核。 第 35 頁 共 35 頁 35 致謝 衷心感謝課題組老師和同學(xué)的幫助，為期 14 周的畢業(yè)設(shè)計，在學(xué)校老師的指導(dǎo)下，終于順利完成。 [4] 趙進(jìn)平 . 二濰水電站液壓啟閉機(jī)的布置及設(shè)計特點(diǎn) [J]. 金屬結(jié)構(gòu) , 2022,(2): 2837。 [12] 劉偉林 . 三峽樞紐工程中的液壓啟團(tuán)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究 [D]。 [18] 賈銘新 . 液壓傳動與控制 [M]. 第二版 . 國防工業(yè)出版社 ,2022。 [16] 劉廷俊 . 液壓與氣壓傳動 [M]. 第三版 . 機(jī)械工業(yè)出版社 ,2022。 [10] 武曉鳳 . 液壓缸復(fù)合型緩沖結(jié)構(gòu)及緩沖過程的分析 (D). 浙江 :浙江大學(xué) ,2022。 [2] 郭應(yīng)龍 , 陶亦壽 . 三峽船閘人字門啟閉機(jī)液壓缸撓曲與穩(wěn)定性試驗研究 [J]. 水利電力機(jī)械 , 1997,(2): 812。 雖然該設(shè)計方案存在不足，還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，目前由于本人的個人能力很難做到完美。在本次設(shè)計過程中，首先是閱讀大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外現(xiàn)有的液壓啟閉機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀，再根據(jù)設(shè)計參數(shù)和液壓啟閉機(jī)的使用工況確定設(shè) 計方案。 穩(wěn)定性校核 活塞桿所承受的軸向壓縮或拉伸負(fù)載超過某一臨界值時，活塞就會失去穩(wěn)定，穩(wěn)定性可按下式校核： nkkFF? 當(dāng)活塞桿細(xì)長比 ??21?rlk時：l222 EJFk π?? 當(dāng)活塞桿細(xì)長比 ??21?rlk時：??????????r klAfFk 221.?? 式中 nk ——安全系數(shù)，（ 2～ 4） Fk ——臨界值 l——液壓缸安裝長度 ?1——柔性系數(shù) ?2——液壓缸末端系數(shù) E——活塞桿彈性模量 J——活塞桿橫截面慣性矩 A——活塞桿橫截面積 rk ——活塞桿橫截面積最小回轉(zhuǎn)半徑， rk = AJ f、 ? ——材料相關(guān)系數(shù) 經(jīng)查資料， nk 取 3 即 nk =3； rk =220mm；對于鋼， 851??；查表得 ?2=1/4， 10* 11? N/m2 , 10* 8? N/m2 ,? =1/5000。因此，其缸體結(jié)構(gòu)就會受到夠承受拉力、壓力以及沖擊力等多種作用力的作用，對液壓缸工作可靠性與安全性 等要求較高，這就要求必須對其強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核。 缸底厚度 液壓 傳動系統(tǒng)中壓力較高時，液壓缸承受系統(tǒng)油壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大氣壓。 大型啟閉機(jī)相關(guān)參數(shù)和設(shè)計要求如下 表 ： 啟門力 F1 /KN 閉門力 F2 /KN 工作行程 /mm 設(shè)計壓力 M Pa 2100 1700 7270 30 表 大型啟閉機(jī)相關(guān)參數(shù) 活塞桿直徑 d 活塞桿直徑 d 按工作時的受力情況來決 定，見下表。 ④ 在缸筒內(nèi)表面鍍上一定厚度的硬鉻，外表面涂耐油油漆，以提高缸筒壽命。 圖 排氣裝置 啟閉機(jī)液壓缸總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 閘門的開啟和關(guān)閉都依靠液壓力，因此液壓缸設(shè)計成雙作用單桿活塞式液壓缸。 圖 間隙緩沖裝置 根據(jù)工況設(shè)計緩沖裝置 大型啟閉機(jī)液壓缸工況： ① 結(jié)構(gòu)尺寸大，各部件尺寸大，慣性大； ② 負(fù)載大，工作壓力高，對緩沖性能要求較高； ③ 液壓沖擊大，經(jīng)常換向。 適用場合：液壓沖擊小，對緩沖性能要求不高的場合。 圖 用溢流閥來緩沖的回路 圖 用蓄能器的緩沖回路 ③ 用節(jié)流閥的緩沖回路 工作圖如下圖 c 所示。當(dāng)沖擊壓力很大 ,超過溢流閥的設(shè)定力時 ,溢流閥2 起制動和緩沖作用 ,保證了系統(tǒng)安全。 對液壓緩沖裝置一般技術(shù)要求如下 : 1)避免出現(xiàn)脈動壓力及緩沖壓力峰值過高 ,使壓力平緩。因此，設(shè)計出了包括密封圈在內(nèi)的兩個密封元件組成的組合式密封裝置。目前， Y 形密封已普遍應(yīng)用，主要用于活塞和活塞桿的密封。 間隙密封的結(jié)構(gòu)圖如下圖 所示，缸筒一端與缸底焊接，另一端與缸蓋采用螺紋連接。 密封裝置形式及特點(diǎn) 液壓缸的壓力差、動力傳遞、正常工作都是靠缸筒與活塞之間良好的密封來保證的。 如下圖 所示，半環(huán)式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆不便，但工作較可 第 17 頁 共 35 頁 17 圖 螺紋式結(jié)構(gòu)簡單 圖 半環(huán)式結(jié)構(gòu) 密封裝置 密封是解決液壓系統(tǒng)油泄問題和保證液壓泵的工作性能及液壓執(zhí)行元件運(yùn)動平穩(wěn)性的有效手段之一。 圖 螺紋連接式結(jié)構(gòu) 圖 拉桿式連接結(jié)構(gòu) ⑤ 焊接連接結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)：如圖 所示 ，這種連接強(qiáng)度高，制造簡單。但由于在缸筒壁部開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此加厚缸壁。在后續(xù)設(shè)計 計算 中 就 雙作用 單桿活塞液壓缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸計算。將油缸設(shè)在門槽外側(cè)的空腔 內(nèi)，這種布置可以使閘門關(guān)閉時，柱塞缸可儲存在油缸內(nèi)，避免油污。 (3)增壓液壓缸 增壓液壓缸由兩 個直徑不等的液壓缸串聯(lián)而成的液壓缸。 (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 ,。 （ 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。 圖 液壓啟閉機(jī)工作原理 液壓啟閉機(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。 因此，液壓啟閉機(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揚(yáng)啟閉機(jī)的作用。 系列液壓啟閉機(jī)：常用在深孔式弧形閘門。 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)計對促進(jìn)水利水