【導讀】防汛工作帶來極大的困難與風險。針對黃河泥沙資源化中大型備防石的制作問題，機，就地取材，就地治理，為合理有效地利用黃河泥沙提供切實可行的手段。具體內容如下：第1章主要介紹課題提出的背景以及液壓傳動系統(tǒng)的特。點；第2章主要對設備的液壓系統(tǒng)進行方案設計；第3章是針對設備的施工設計；第4章針對系統(tǒng)進行動態(tài)仿真。

　　

【正文】 ， MPab ? 。由直線公式求出臨界應力為 : M P aM P abacr )( ?????? ?? () 臨界壓力為 kNNAF crcr 2 30 0 3 9 7 6 ????? ? () 活塞桿的工作安全因數(shù)為 stcr nFFn ???? () 所以該活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。 ④ 活塞桿的結構設計 在主液壓缸中，活塞桿一端與活塞連接，另外一端與壓頭連接，為保證活塞桿外端與壓頭安全緊固連接，根據(jù)圖 （主壓頭的結構），選 擇活塞桿外端頭部與壓頭的連接形式為法蘭連接。 (3)液壓缸工作行程的確定 根據(jù)主液壓缸的最大工作行程和液壓缸主要參數(shù)表（《新編實用液壓技術手冊》234頁）確定液壓缸的行程為 mml 550? 。 (4)缸底結構及厚度計算 如圖 ，單活塞桿液壓缸的缸底與缸筒多采用焊接結構，為滿足強度要求，對于缸底厚度有 ]/[ ?pdh ? （ ） 式中 d —— 缸底止口內徑， mm p —— 工作壓力， MPa ][? —— 材料許用應力（安全系數(shù) 3?n ）， MPa 止口內徑為 mmd 115? ，許用應力為： MP an s ][ ??? ?? （ ） 則缸底厚度為： mmpdh 1 7/41 1 54 3 ]/[4 3 ????? ? （ ） 由于缸底需要鉆法蘭的孔和開油口孔，這會在很大程度上削弱缸底的強度，為 30 了給油口預留足夠的位置并且提高其強度以保證液壓缸能夠安全地工作，缸底厚度應取得大些，擬取缸底厚度為 mmh 50? 。 圖 缸底 (5)缸蓋的結構形式及尺寸設計 ① 缸蓋的結構設計 液壓缸端蓋與缸筒連接的方式多種多樣，包括拉桿式連接、焊接和法蘭連接等。對于單活塞桿液壓缸，缸筒頭部焊接螺紋凸臺結合面的法蘭式連接結構是比較常見的，此主液壓缸便選用這種結構形式，如圖 所示。 圖 31 ② 缸蓋的厚度設計 缸蓋厚度的計算公式為： ][ )(3 ??D DdFh m ?? （ ） 式中 F —— 法蘭受力總和（按最大工作壓力計算）， N md —— 法蘭螺紋孔分布圓直徑， m D—— 法蘭根部直徑（即液壓缸外徑）， m ][? —— 材料許用應 力， MPa 根據(jù)已知條件， NF 40000? ， mD ? ， ][ ?? ， mdm ? ，代入上式得缸蓋厚度為： mmmD DdFh m )(1043][ )(3 64 ???? ??????? ?? （ ） 由于缸蓋上開 有螺紋孔，在一定程度上會削弱其強度，因此其厚度宜取大些，取缸蓋厚度 mmh 30? 。 ③ 缸蓋連接強度校核 此液壓缸的缸蓋采用法蘭式結構，其校核公式為： zdkF214??? （ ） zdkFdk 21201?? （ ） ][3 22 ???? ???n （ ） 式中 F —— 螺栓總作用力， N k —— 螺栓擰緊系數(shù)，靜載時 ~?k ，動載時 4~?k 1d —— 螺栓內徑， m Z—— 螺栓數(shù)，設計為 4?z 0d —— 螺栓外徑， m 1k —— 內摩擦系數(shù)，一般取 ?k ][? —— 螺栓材料許用應力，ns?? ?][， n 為安全系數(shù)，一般取 ~?n 32 s? —— 螺栓材料的屈服極限， MPa 由于 4個螺栓呈圓形均布在缸蓋上，因此每個螺栓受力相同，為液壓缸最大工作壓力的 1/4，即 NF 10000? ；選擇螺栓材料為 Q235，性能等級為 的螺栓，查《機械設計》 P86 表 58 得材料屈服極限 MPas 240?? ，取安全系數(shù) ?n ，故螺栓的許用應力為： MP aMP an s ][ ??? ?? （ ） 則螺栓的危險截面直徑為： mmmmFd ][ ??????? ?? （ ） 查《機械設計實用手冊》，按粗牙普通螺紋標準選擇螺紋的公稱直徑為mmd 160 ? ，螺紋小徑 mmmmd ?? 。 液壓缸處于壓制工況時，其下行速度很慢，可近似看成靜載荷，則擰緊系數(shù)取為 ?k 。 由以上數(shù)據(jù)可得 MP aMP azdkF 221 ??? ???? ?? （ ） ][ 222 ???? ?????? M P aM P an （ ） 由于螺栓只承受軸向的拉應力，在安裝良好的情況下徑向切應力 ? 可忽略不計。 故缸蓋的連接強度滿足要求。 活塞的設計 活塞在油液壓力作用下沿缸筒內壁往復運動，因此兩者應當有適當?shù)呐浜?。配合過緊會造成效率的降低并增大活塞材料的磨損；配合過松則 會引起缸筒內部的油液泄露，降低容積效率，活塞的結構設計主要內容是活塞與活塞桿的連接與密封。這兩種情況都無法使液壓缸發(fā)揮其應有的性能。 (1)活塞的結構設計 活塞的內徑與活塞桿配合，外徑與缸筒內壁配合，因此活塞分別與活塞桿及缸筒內壁的連接和密封是活塞結構設計的主要內容。本設計中，活塞采用分體式結構。活塞的密封有活塞環(huán)密封、間隙密封、 O型密封圈密封和唇形等密封圈密封。采用密 33 封圈可有效降低磨損、改善密封效果、防止爬行現(xiàn)象的產生。 該設計中，活塞與活塞桿、活塞與缸筒內壁之間的密封形式均采用 O型圈密封。因為 O型圈的密封性能好，摩擦系數(shù)小，安裝空間小。根據(jù)活塞桿直徑和缸筒內徑，查《機械設計實用手冊》 O型密封圈的相關技術參數(shù)，分別選用型號為 O型圈NG ??? 和 NG???7125 。 活塞與活塞桿采用螺紋連接?；钊闹С泻蛯蚩墒褂弥С校▽颍┉h(huán)，其可有效改善活塞在運動過程中與缸筒的同軸度誤差，減少泄露。 (2)活塞基本尺寸及精度的確定 ① 活塞的寬度 活塞的寬度可用下式計算 mmmmmmDB 125~75125)~()~( ???? （ ） 取活塞寬度為 mmB 100? 。 ② 活塞的材料和尺寸精度 選用活塞材料為 HT300。活塞外徑公差為 f9，端面對軸線的垂直 ，外徑對內孔的同軸度 。 導向套的設 計與計算 (1)最小導向長度確定 由于主液壓缸的行程較長（ 550mm），為防止工作過程中活塞桿產生過大的彎曲，必須在缸蓋內側安裝導向套，以保證液壓缸的穩(wěn)定性。最小導向長度是指當活塞桿全部伸出時，從活塞支撐面中點到導向套滑動面中點的軸向距離。一般情況下，最小導向長度應滿足下式要求： 220 DLH ?? （ ） 式中 L—— 最大工作行程， m D—— 缸筒內徑， m 根據(jù)已 知條件， mmL 550? ， mmD 125? ，則最小導向長度為： mmDLH 90212520550220 ????? （ ） (2)導向套的結構 34 導向套結構形式包括普通導向套、球面導向套、易拆導向套等。此液壓缸選用普通導向套，它可利用壓力油進 行潤滑，使其處于密封狀態(tài)。 其他設計計算 由于液壓缸的速度 smu /? ，所以該液壓缸不需要設置緩沖裝置。 (1)排氣裝置設計 液壓缸混入空氣后，會引起液壓系統(tǒng)的震顫和爬行現(xiàn)象，嚴重影響液壓系統(tǒng)的性能發(fā)揮，因此需要在液壓缸的適當位置上設置排氣裝置。由于空氣比壓力油輕，所以液壓缸里的空氣總是向上浮動，對于垂直安裝的液壓缸，其排氣裝置應該設置端蓋的上方。 (2)防塵圈的選擇 防塵圈一般用于液壓缸活塞缸導向套上，可防止 外界塵埃侵入液壓缸而污染油液，從而防止滑動元件的過度磨損。此處選用 A 型橡膠動密封圈。具體尺寸可查《機械設計實用手冊》。 (3)油口設計 油口孔是油液進出液壓缸的通道，若液壓缸沒有專門設置排氣口，則油口必須設置在液壓缸的最高處。液壓缸油口的連接方式包括螺紋連接、方形法蘭和矩形法蘭等。此處選擇螺紋連接的油口，具體尺寸可查《機械設計實用手冊》。 35 第三章 液壓泵站的設計 液壓泵站是集液壓泵裝置、油箱、控制裝置為一體的設備。它是液壓系統(tǒng)中一個重要的部件，為整個系統(tǒng)提供 清潔的壓力油，并控制整個系統(tǒng)正常有序地進行工作。 液壓裝置的結構形式 液壓裝置的結構形式主要包括集中配置和分散配置，詳見表 ： 表 液壓裝置結構結構形式 配置形式 構成方式 特點 應用場合 集中配置 將系統(tǒng)的三大裝置組成液壓泵站，并安裝于主機處 優(yōu)點是安裝維修方便，液壓裝置的振動、發(fā)熱都與機床隔開；缺點是液壓站增加了占地面積 用于固定式液壓設備 分散配置 將系統(tǒng)的動力源、控制裝置和油箱分散安裝 優(yōu)點是結構緊湊，泄漏油回收，節(jié)省占地面積。缺點是供油裝置的振動、液壓油的發(fā)熱都將影響主機的精度 用于移動式液壓設備 本液壓式砌塊制備機工作于野外環(huán)境，工作環(huán)境較惡劣，并且安裝于工程車上，屬于移動式設備，因此要求其結構緊湊、占地面積?。涣硪环矫?，由于該設備的產品用于黃河堤防，屬于普通的建筑材料，其主要矛盾集中在磚塊的密實度上，對其尺寸精度沒有太高的要求。綜上分析，該設備的液壓裝置宜選擇分散配置形式。 選擇液壓泵站的類型 按照不同的分類標準可對液壓泵站進行相應的分類，如表 所示； 根據(jù)該款設備的實際工作要求，采用臥式連接。 36 表 液壓泵站的類型 類型 按液壓泵是否置于油 箱之上分 按液壓站規(guī)模大小分 上置式 非上置式 單機型 機組型 中央型 立式 臥式 整體式 分離式 旁置 下置 特點及應用 結構緊湊、占地面積小，適用于中小功率的液壓系統(tǒng)。 能夠有效地改善液壓泵的吸入能力，便于維修，適用于大功率系統(tǒng)。 控制閥組被安裝在郵箱面板上，規(guī)模小，應用廣。 將一個或鍍鉻控制閥組安裝在一個或多個專用閥臺上，在于液壓泵組合執(zhí)行原件連接，適用于中等規(guī)模的液壓系統(tǒng)。 常安裝在地下室內，有利于安裝配管、降低噪聲。保持穩(wěn)定的環(huán)境溫度和油液清潔度，適用于大型液壓系統(tǒng) 。 液壓油箱的設計 油箱的類型 按照油箱液面是否與大氣相通，液壓油箱分為開式油箱和閉式油箱。對于 開式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器 ，其 結構簡單，安裝維護方便， 被廣泛應用于 液壓系統(tǒng) 中 。閉式油箱內充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達 ， 一般用于壓力油箱。 按油箱的形狀來分，可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱 容易制造 ，箱上可安裝 液壓 元件 ， 能節(jié)約液壓泵站的占地空間， 所以被廣泛采用；圓罐形油箱強度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設備 中經(jīng)常采用。 綜上所述，結合液壓式砌塊制備機的實際情況，考慮到制造的難易程度以及安裝場地的空間限制，本設計采用開式矩形油箱。 油箱的功用 油箱在液壓系統(tǒng)重大主要作用包括： （ 1） 存儲液壓油。這是油箱最基本的功用，它必須提供足夠的空間以存儲液壓油以備系統(tǒng)工作之需，它是液壓油在液壓系統(tǒng)中循環(huán)運動的起點和終點。 （ 2） 調節(jié)系統(tǒng)油液溫度。油液在每一個工作循環(huán)中都會由于系統(tǒng)的容積損失和 37 機械損失而造成發(fā)熱溫升，其熱量有很大一部分靠油箱箱壁散發(fā)出去。 （ 3） 溢出空氣和消除泡沫。油液中含有空氣或產生泡沫會引起噪聲和損壞液壓裝置 ，通過油箱可溢出大部分氣體，因此油箱的液面應盡可能大，并使有也在油箱中逗留較長時間。 （ 4） 安裝元件。在小型液壓系統(tǒng)中，為了減少占地面積，常常液壓泵組和控制裝置安裝在油箱箱蓋上。 油箱容量的確定 油箱的容量是油箱最基本設計內容，油箱的大小與液壓系統(tǒng)工作過程的油液溫升、液位變動油液壽命等因素有關。 根據(jù)經(jīng)驗法，液壓油箱的有效容量 V 可概略地確定為： vVQ?? () 其中 ? 取值如表 所示： 表 系統(tǒng)類型 ? 的取值 系統(tǒng)類型 低壓系統(tǒng)（ MPa? ） 中壓系統(tǒng)（ MPa? ） 中高壓或大功率系統(tǒng)（ MPa? ） ? 2～ 4 5～ 7 6～ 12 根據(jù)實際設計要求，液壓泵的最高輸出壓力為 MPap ? ，屬于中壓系統(tǒng)，因此取 7?? 。則 LQV V 8 7 9 61 2 ???? () 取 LV 2021? 。 由于設備停止運行后，系統(tǒng)中的油液會在重力的作用下流回油箱，為防止油液溢出油箱，油箱的野味不能太高，一般不應超過油箱高度的 80%，所以油箱的實際容積為 : L