液壓設計范文

導語：如何才能寫好一篇液壓設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：電梯；液壓系統；抗搖擺；搖擺試驗

中圖分類號：TU857文獻標識碼：A 文章編號：

在我國，液壓升降機的使用已經有了較為長久的應用，較早采用這種升降機應該是在17世紀左右，再后來，隨著經濟的發展，技術的進步，使液壓元件可靠性控制技術也得到了很大的提高，促使古代的液壓升降機逐漸發展成為近代的液壓電梯。美國 OTIS 電梯公司在 1878 年生產了第一臺液壓電梯，行程 33m。20 世紀 70至80 年代，液壓電梯的市場占有率曾達到 30%至40%。 隨著變壓變頻控制電梯的出現，交流永磁同步電機變頻調速驅動控制電梯成為市場上的熱點。但液壓電梯以其獨有的特點，在一些低層大負載的場合仍然無可替代。

實例應用簡介

1.1原理簡介

本文研究的液壓電梯是比例節流調速型， 主要由液壓泵站、柱塞缸、限速切斷閥等組成。 電梯上行時，柱塞桿伸出，通過比例閥的旁路節流調速，上行最大速度由螺桿泵的流量決定；下行時，轎廂由于自重下降，柱塞桿縮回，通過比例閥的出口節流調速。

1.2速度特性

在電梯中決定其性能優劣的主要因素就是電梯的運行速度，這就要求電梯在運行時的速度和穩定性等要達到一定的要求，電梯運行要求特定運行速度、加速度，以求乘載的舒適性和快捷性的統一。 因此把速度特性作為考察本設計是否滿足要求的重要參數指標。 液壓電梯運行速度按圖 1 所示曲線規律變化，其運行可分為 4 個階段：起動加速、快速運行、減速、平層等階段。

1-起動加速階段 2-快速運行階段

3-減速階段 4-平層階段

圖1電梯運行速度曲線

二、 電梯液壓系統抗搖擺設計

2.1抗搖擺設計要求

根據一般船舶的固有頻率、 在海浪中的搖擺經驗及液壓電梯實際工作要求，提出如下設計要求：（1） 海船在橫搖 ±15° 、 周期 6s； 縱搖 ±5° 、 周期 5s情況下液壓電梯能正常工作；（2） 海船在橫搖 ±45° 、 周期 6s； 縱搖 ±5° 、 周期 5s情況下液壓泵站及油缸不破壞。

2.2抗搖擺液壓設備設計

液壓泵站集成了動力、 控制和安全保護元件，因此， 液壓泵站的抗搖擺性能決定了液壓設備在特殊環境下能否正常使用。 根據海船縱搖與橫搖的參數，提出以下設計準則：

（1）海船在橫搖±15°、周期 6s；縱搖±5°、周期 5s 情況下，為了保證泵的吸油以及浸油電機的正常工作，泵和電機必須完全浸在油液中；（2）海船在橫搖±45°、周期 6s；縱搖±5°、周期 5s 情況下，油液不能泄漏出泵站；（3）比例控制閥和各種傳感器既要可靠地固定在油箱之上，又要保證油箱的密封；基于實現上述設計要求，從結構上改進泵站，以達到抗搖擺的目的,該液壓泵站具有以下特點，如圖 2 所示。

1-手動泵 2-接線盒 3-比例閥 4-油箱 5-電機和泵

6-接線盒箱體 7-絕緣木板 8-漏斗

圖2液壓泵站結構圖

（1）油箱箱蓋焊接，油液無法從箱蓋和側板縫隙泄漏；（2）SEV 閥油口和閥板都有密封元件，手動泵吸油口通過隔壁接頭密封， 這些措施可防止油箱中油液從油口中泄漏；3）特殊的接線盒結構 ，接線盒為可拆卸的圓筒 ，圓筒內接線板下面增加一個漏斗結構，可以阻擋油液的晃動，并使濺出的油液流回油箱；（4）側面開有檢修孔，方便內部元件的安裝和拆卸；（5）油箱結構簡單以減小整體尺寸。

2.3抗搖擺液壓設備設計靜態分析

因為橫搖情況油液晃動比縱搖更劇烈， 因此以橫搖情況為極限情況分析。（1）當液面最低時，即電梯處于最高位置 ，柱塞桿全部伸出。此時設計靜止時油箱液位為 363mm，如圖 3a所示。 當橫搖 15°時，油液液面如圖 3b 所示，油泵和電機完全浸在油液中。 為了提高可靠性，保持液面最低處高于電機 55mm。

圖3最低液位時油液液位示意圖

（2）當液面最高時，即電梯處于最低位置 ，柱塞桿全部縮回。 此時，油箱中油液液位靜止時為 405mm，如圖 4a 所示。 當橫搖 45°時，因為泵站的特殊結構，油液無法從油箱中漏出，如圖 4b 所示。

圖4最高液位時油液液位示意圖

三、電梯液壓系統抗搖擺試驗分析

3.1搖擺試驗設備

靜態分析抗搖擺性能的缺點是不能考慮縱搖與橫搖的復合工況，以及油液搖晃的動態過程。 因此，為進一步驗證設計的可靠性， 在專門的搖擺試驗臺上模擬在海船中運行的情況。 該試驗臺架橫搖±15，縱搖＋5，周期 6s。

3.2搖擺試驗分析

200kg 船用液壓防爆電梯技術參數如表 1 所示。試驗過程通過比例閥控制板采集電梯上下行運行的數據，該數據主要包括上下行速度和加速度。

表1電梯主要技術參數

1）電梯空載運行的試驗

從圖 5 和圖 6 可以看出：電梯空載運行時，在正常和搖擺情況下，上行與下行速度曲線與目標曲線相符。兩種情況下上行速度為 0.47m/s，下行速度是 0.5m/s，符合設計的要求。 比較上兩條曲線圖，正常情況下速度曲線較平滑，而搖擺情況速度曲線波動更劇烈，同時，搖擺情況的加速度曲線相比于正常情況，波動也更加劇烈，尤其在上行階段差別明顯。

圖5正常情況下空載運行曲線

圖6 搖擺情況下空載運行曲線

下面分上行和下行過程討論速度波動增大的原因。上行過程，速度由泵流量決定，而液壓設備中使用螺桿泵，其流量受壓力影響。 在搖擺情況下，由于電梯傾斜導致系統壓力不穩定，因此泵出口流量產生波動。下行過程，速度由比例閥節流口控制，根據公式

式中 C d———閥口流量系數；

A———緩沖套直徑；

Δp———緩沖腔與出口壓差；

ρ———油液密度。

在節流口面積不變的情況下， 通過節流口的流量由節流口兩端壓差 Δp 決定。 搖擺情況下系統壓力不穩定，Δp 變化導致下行速度的波動劇烈。

2）電梯滿載運行的試驗

從圖 7 和圖 8 可以看出：電梯滿載運行時，在正常和搖擺情況下，上行與下行速度曲線與目標曲線相符。兩種情況下上行速度是 0.45m/s， 下行速度仍然是 0.5m/s。上行速度相比空載運行下降原因是： 系統壓力相比于空載時有所增加，導致螺桿泵出口流量降低。 與空載運行時相同， 滿載運行時搖擺情況比正常情況速度和加速度曲線波動更劇烈。

圖7正常情況下滿載運行曲線

圖8搖擺情況下滿載運行曲線

結束語

隨著我國船舶工業的發展，船舶的噸位越來越大，對船用的電梯的需求日益增加。 液壓電梯以傳遞功率大，噪聲低，井道占用面積小，故障率低等特點較廣泛應用于船用場合，但是相比于陸用場合，船舶在海洋中航行時會受到波浪的拍打而產生搖擺。 面對如此特殊的工作環境， 就必須對液壓電梯做出相應的改進以保證其能夠正常工作。

參 考 文 獻

[1] 徐兵,林建杰,楊華勇.液壓電梯的發展歷程及展望[J].機床與液壓，2005，(10):9-10.

[2] 張軍,宋文鵬,葛勇.一種新的非線性波浪周期概率分布[J].海洋學報，2011，33(1):11-15.

[3] 左健民.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業出版社，2005:34.

[4] 謝振光.液壓電梯結構特點及控制方式探討[J].企業科技與發展,2010,(19).

[6] 李鳳蘭.液壓電梯的特性及其發展前景[J].山西機械,2000,(3).

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Abstract： The hydraumatic manipulator mainly takes hydraulic manipulator as the media， and uses the liquid pressure to drive the movement of the actuator. Its main features are： First， it can realize the automation of circulation work and automatic overload protection. Then， the control is simple， convenient and effort. Finally， the non-clearance transmission can be better achieved in this way， and the operation is more smooth and steady.

關鍵詞：液壓；機械手；控制

Key words： hydraumatic；manipulator；control

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）01-0145-02

0 引言

機械手是模仿人手的部分動作，按給定程序、執行軌跡、實現自動抓舉或搬運的自動化機械裝置。產品機械手價格昂貴，一些小型機械企業望而止步。文中所研究的機械手采用液壓驅動方式，主要功能是實現上下料過程的自動化。其造價低廉、控制性好，可為小型機械行業所用。現將設計過程簡單介紹。

1 機械手的技術參數

①自由度（四個自由度）

臂轉動 180°

臂上下運動 175mm

臂伸長（收縮） 400mm

手部轉動 ±90°

②手指握力 392N

③驅動方式 液壓驅動

2 主要設計內容

2.1 結構原理設計 根據設計要求繪制出其機械手結構原理圖，如圖1所示。

2.2 系統結構分析 本次液壓機械手的設計主要是由執行機構，驅動裝置，被抓取工件等部分組成，各系統之間的相互關系如圖2所示。

2.3 機械手機械系統結構設計 機械手的機械結構部分主要是由執行機構構成的，其中執行機構又包括末端操作器、手腕、手臂和機身。

2.3.1 末端操作器

機械手為了進行作業，在手腕上裝上了操作機構被定義為末端操作器。它的最為基本作用是：直接抓取工件、工具或物體等，末端操作器的功能與人手相似，工件的形狀和特征直接決定末端操作器的機構形式。本次設計手部的結構選擇為滑槽杠桿式夾鉗。

2.3.2 手腕

機器手的手腕是連接手部和手臂的橋梁，其主要用途是調節、改變工件的坐標，因此具有相對獨立的自由度，從而使機器人的手部能夠完成各種復雜的動作。一般，按照自由度分類，手腕可以設計為三個自由度。分別為：單自由度、二自由度和三自由度。本次設計中選用的是單自由度手腕。

2.3.3 手臂

手臂是機械手執行機構的尤為重要組成部件。手臂根據它的運動方式可以分成四種類型，它們分別是“直線運動、回轉運動、俯仰運動和復合運動。此次設計選用的是直線運動、回轉運動的復合運動。

2.3.4 機身

機械手的最基礎的部分是機身，它的主要作用是連接、支撐。所以機械手主要承受動力裝置、液壓裝置的重量。

通過Pro/E軟件完成機械手的三維造型如圖3所示。

2.4 液壓驅動系統總體設計 機械手液壓系統原理圖如圖4所示。

3 結束語

四自由度液壓機械手系統運轉平穩，能準確完成上下料工作，機械密封可靠，說明液壓回路的設計及液壓元器件的選擇滿足產品使用的需求。最為重要的是整套設備的制作費用在五千元左右，與產品工業機器手數萬元的價格相比，很大程度上滿足了小型機械企業向自動化、智能化發展的需求，可為同類產品的設計提供經驗。

參考文獻：

[1]康立新，馬建華.工業機械手的設計[R].工程技術.

[2]謝明廣，孔祥戰，何宸光.機器人概述[M].哈爾濱：哈爾濱大學出版社，2013.

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【關鍵詞】便攜式；壓型裝置；液壓

當前，在很多工程領域，需要將在材料市場購買到的原廠出廠鋼管壓制成其它形狀或成型后切斷，但由于鋼管的金屬材料不同，其強度和硬度、韌性不同，給施工帶來了諸多不便，這主要原因是，普通的壓型鉗多采用機械式結構，壓緊力相對較小造成的，而本文介紹的這款壓型裝置的工作原理是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質，再將液壓產生的能量轉換為機械能進行工作，從而實現用省力、可靠的操作目標。

1壓型裝置的進油系統與夾緊機構設計

如圖1所示，在吸壓油系統中采用了由兩個單向閥門與一個抽吸撞錘構成，其動作可以闡述如下，當需要工作時，要拉起手柄后，拉桿會同時帶動抽吸撞錘在圖1所示的方向向上做單向運動，從而使圖1中標注有1-1腔體結構部分的真空體積隨向上的單向運動而逐漸使容積增大，依據流體力學所揭示的流體介質工作特性，液壓油即被逐步吸入到1-1腔體內，進而液壓油進入單向閥1，繼續擠壓帶動單向閥1中的閥球向擴大閥1的腔的趨勢運動，通過人為的提拉動作，使這個裝置充分完成吸儲油的過程。相反，當向下按下手柄后，由圖1所示的抽吸撞錘會在圖所示的方向向下運動，由此至使1-1腔體內的流體介質在動力作用下向腔外流動，此時單向閥1被關閉，單向閥2開啟，液體介質在流體動力作用下推動單向閥2的球閥移動，液體介質進入2-2腔內，完成壓油過程。

按照上面所闡述的吸壓油的工作原理，重復拉壓手柄，完成吸壓油系統的給油工作。

本壓型裝置的夾緊是依靠液體介質即液壓油壓入型腔，隨拉壓動作的重復壓入的液壓油體積自然會不斷加大，液壓油體會不斷推動活塞向上移動，而在本裝置的設計上，在活塞的上端連接有可拆卸的模具上支架。

將模具安裝在上支架上，這樣，隨著上支架的不斷上升，上、下模具之間的距離會越來越小，起到夾緊作用，具體的成型形狀由安裝在支架上的模具來控制完成。在實際生產中，通過更換安裝在上支架上的模具，實現壓制不同的形狀及尺寸工件的要求。本裝置在設計過程中充分考慮了一個特殊的使用情況，在沒有流體介質液壓油狀態下，活塞受外力作用向上移動或是這個裝置被不小心倒置。在這種特殊情況下，此結構設計是在活塞體上加裝了適當力的彈簧，使彈簧始終處于有壓力的壓縮狀態，活塞受力方向是圖1中向下，只有活塞所受的力大于彈簧所施加的力的情況下，才會向上運動，這項設計，克服了這種可能發生的不利的特殊工作的情況，使裝置工作更可靠。

2完成一次壓型過程所需最多壓油次數

本設計壓型裝置結構中吸油活塞最大行程6mm，半徑為20mm。壓油活塞最大行程12mm，半徑為2mm。設壓油次數為：

3活塞彈簧初始彈力大小設計

在設計過程中，本裝置為了保證能把液壓油壓回至油箱，彈簧作用力至少為1.5大氣壓，即：

彈簧初始壓縮彈力：

通過對上面設計與分析，可以了解到本液壓壓型裝置結構的基本工作原理和相關計算。本壓型裝置是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質。具有動態、靜態特性好，工作效率高、安全可靠，壽命長，經濟性好等特點。

【參考文獻】

[1]官忠范，液壓傳動系統[M].北京：機械工業出版社，1997.

[2] 楊曙東，液壓傳動與氣壓傳動（第三版）[M]. 武漢：華中科技大學出版社，2008.

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關鍵詞： 液壓缸結構；設計原則；步驟

1 概述

液壓缸是各類液壓系統的執行元件，其性能的優劣決定了液壓系統的可靠性，而液壓缸的內部結構及外部連接方式的設計直接影響了液壓缸的性能。

液壓缸的結構形式有拉桿型、焊接型和發蘭型。拉桿型即兩端蓋和缸筒采用四根拉桿（螺栓）連接，兩端蓋為長方形或正方形，這種結構簡單，制造和安裝方便。缸筒可用內孔珩磨的無縫鋼管，按行程要求的長度切割即可。但這類缸受行程長度、缸筒內徑和工作壓力的限制一般行程≤1.5m、缸內徑≤250mm、額定壓力≤20MPa。焊接型即后蓋和缸筒采用焊接連接，前端蓋與缸筒之間可采用內（或外）螺紋連接，也可采用內卡鍵（或內卡環）連接。不能用于過大的缸內徑和較高的工作壓力，常用于缸內徑≤200m m、額定壓力≤25MPa。

發蘭型液壓缸即缸體與端蓋用發蘭螺釘（栓）連接，后端蓋也可與缸筒焊接。這類缸外形尺寸較大，適用于大中型液壓缸，缸徑通常大于100m m，額定工作壓力 25～40MPa，能承受較大的沖擊負荷和惡劣的外界環境條件。

準備工作：設計依據、設計原則和一般步驟等。

1 設計的依據

液壓缸與機器及機器上的機構直接相聯系，對于不同的機構，液壓缸的具體用途和工作性能也不同，因此設計之前，要進行全面地分析和研究，收集和整理必要的原始資料作為設計的依據。

（1）了解和掌握液壓缸在機器上的用途和工作要求滿足機構的動作要求和用途是設計液壓缸的主要目的。

（2）了解液壓缸工作環境條件

工作環境條件不同，液壓缸的結構和設計參數也不盡相同。比如用于采煤工作面的液壓支架上的立（支）柱缸，工作條件惡劣，粉塵大，支護（工作）壓力變化大（負載變化大），要求立（支）柱缸絕對安全可靠，不允許有泄漏。

（3）了解外部負載情況

主要指外部負載的質量、幾何形狀、空間體積大小、運動軌跡、摩擦阻力及連接部位的連接形式等。例如液壓翻斗汽車，液壓缸的外負載是翻斗（車廂）和所裝的貨物，翻斗上升傾斜時，液壓缸的軸線發生擺動，這就要求活塞桿頭部與翻斗的聯接采用耳環式或銷軸式，液壓缸底座與車身的安裝形式也要采用耳環式或耳軸式。

（4）了解液壓缸運動形態及安裝約束條件

包括了解液壓缸的最大行程、運動速度或時間，安裝空間所允許的外形尺寸及液壓缸的運動形式，如液壓缸軸線固定或擺動，作往復直線運動或往復擺動，連續運動還是間歇周期運動，缸體運動或活塞桿運動。

（5）了解液壓系統的情況

液壓缸的設計是液壓系統的一部分。設計已知液壓系統的液壓缸，應了解液壓泵的工作壓力和流量大小，管路的通徑和布置情況，各種液壓閥的安裝和控制情況等。

（6）了解有關國家標準、技術規定和其他參考資料。

借鑒已有的液壓缸的設計是十分必要的。

2 設計的一般原則

（1）保證液壓缸的輸出力（推力、拉力或轉矩）、行程和往返運動速度，液壓缸的額定工作壓力（輸出力的折算值）以液壓泵的額定工作壓力的 70%為宜。

（2）保證液壓缸的每個零件有足夠的強度 、剛度和耐用性（壽命）。

（3）在保證上述 2 個條件的前提下，盡量減小液壓缸的外形尺寸和重（質）量。 在外負載一定的條件下，提高液壓缸的額定工作壓力可減小液壓缸的外形尺寸。

（4）在保證液壓缸性能的前提下，盡量減少零件數量，簡化結構。

（5）盡量避免液壓缸承受橫（側）向負載和偏心負載，活塞桿工作時最好受拉力，以免產生縱向彎曲而引發穩定問題。

（6）液壓缸的安裝形式、活塞桿頭部與外負載的連接形式要合理，盡量減小活塞桿伸出后的有效安裝長度，避免產生“憋勁”現象，增加液壓缸的穩定性。

（7）密封部位的設計和密封件的選用要合理，保證性能可靠、泄漏量小、摩擦力小、壽命長、更換方便。密封部件的設計是保證液壓缸性能的重要一環，對所選用的密封件，應使其壓縮量和壓縮率在合理范圍內。

（8）根據液壓缸的工作條件和具體情況設置適當的排氣、緩沖和防塵措施。在工作條件惡劣的情況下應考慮活塞桿的防護措施。

（9）各種零件的結構形式和尺寸設計，應盡量采用標準形式和規范系列尺寸，盡量選用標準件。

（10）液壓缸應做到成本低、制造容易、維修方便。

3 設計步驟

（1）根據設計依據和負載機構的動作要求，初步確定設計方案：缸體結構形式、安裝方式、連接方式等。

（2） 根據液壓缸承受的外部載荷作用力如重力、外部機構運動摩擦力、慣性力及工作載荷，確定液壓缸在行程各階段上負載變化規律及必須提供的動力數據。

（3）在以輸出力為主的液壓缸設計中，根據負載 F 和選定的額定（工作）壓力 pn，確定缸筒內徑即活塞外徑 D 和活塞桿直徑 d。兩者是設計液壓缸的基本參數。

（4）根據選擇活塞外徑 D 和活塞桿外徑 d 計算

無桿腔面積 A1和有桿腔面積 A2；根據液壓缸速度 u的要求，確定液壓缸所需的流量 Q。在以液壓缸速度為主的設計中，應首先根據工作速度選擇液壓缸的流量 Q、活塞外徑 D 及活塞內徑 d；再根據負載 F 確定液壓缸的額定（工作）壓力。

（5）選擇缸筒材料，計算缸筒厚度或外徑。 缸筒外徑要符合系列尺寸規定。 缸筒通常選擇冷撥或熱軋無縫鋼管，以節省加工費用，特殊要求時選用鍛件或鑄件。 有焊接要求時，選用焊接性能較高的 35鋼或 ZG35。 通常可選用 45 鋼。

（6）選擇缸底和缸蓋的結構形式 ，計算缸底厚度、缸筒與缸蓋的連接強度；確定具體安裝形式及結構尺寸；確定缸筒上油口的位置、尺寸和連接形式。

（7）活塞組件設計，包括活塞的寬度 B、密封和支承形式，與活塞桿的連接方式，活塞桿與負載的連接形式和尺寸，根據負載 F 校核活塞的強度。根據行程 L、活塞寬度 B 等確定活塞的長度 S。對于活塞桿直徑 d 與液壓缸行程 L 之比小于 0.1， 即 L≥10 d時，應進行活塞桿縱向彎曲強度校核及液壓缸穩定性校核。僅承受拉負載的液壓缸可不作上述校核。

（8）必要時設計緩沖和排氣裝置。當液壓運動速度較高（u>5～7 m/s）或運動部質量較大時，為防止活塞在行程末端與缸蓋或缸底發生機械碰撞而引起沖擊或造成液壓缸及被驅動件的損壞，必須設計緩沖裝置。

（9）審定全部設計資料及其他技術文件，對圖紙進行修改和補充。

（10）繪制液壓缸裝配圖和零件圖，編制技術文件。

4 結語

掌握液壓缸正式設計前要做的準備工作，可使設計者知道做什么和如何做，這對沒有設計經歷的年輕工作者來說是十分重要的。■

參考文獻

[1]顧力平，液壓與氣動技術[M]。中國建材工業出版社，2012

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摘要： 小型液壓挖掘機主要用于城市等狹窄地區，代替人力勞動。由于小型挖掘機的工作空間小、作業地形復雜、操作方便、可控性要求高，這就要求小型挖掘機具有良好的復合動作、精簡的液壓系統以及可靠的系統性能。

關鍵詞： 挖掘機；液壓系統；集成塊；液壓站

0引言

單斗挖掘機的動作繁復，主要機構經常啟動、制動，換向，外負荷變化很大，沖擊和振動多，而且野外工作，溫度和環境變化大，所以對液壓系統的要求是多方面的。對挖掘機的工況進行仔細分析，掌握其運動規律，從液壓系統的基本回路著手，初步繪制系統原理圖，對集成塊、集成塊裝配、液壓站進行設計，才能保證所設計出的液壓系統性能可靠，實現預期功能。

1單斗液壓挖掘機的作業過程

單斗液壓挖掘機的作業過程包括下列幾個間歇動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉臺回轉、整機行走，以及其他輔助動作。除輔助動作（包括輪式挖掘機的支腿收放、整機轉向等）不需全功率驅動以外，其他都是挖掘機的主要動作，要考慮全功率驅動。

單斗液壓挖掘機一個作業循環的組成和動作的復合，包括：挖掘、滿斗回轉、卸載、返回。

2液壓系統原理圖設計

挖掘機的液壓系統也是由許多基本回路構成，包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、行走限速回路、直線行走回路、節流調速和節流限速、回轉優先回路等。將這些回路通過串并聯，再添加一些輔助回路，就能構成復雜的挖掘機液壓系統。

2.1 限壓回路限壓回路用來限制系統的工作壓力，使其不超過某一調定值。限壓的目的是：

2.1.1 限制系統的最大壓力，通常用安全閥來實現，安全閥設置在主油泵出油口附近；

2.1.2 根據工作需要，使系統中某部分壓力保持在定值，或不超過某值，通常用溢流閥來實現。

如圖1所示先導溢流閥設置在主油泵出油口附近，溢流閥限制了系統的最高工作壓力。另外單斗液壓挖掘機執行元件的進油和回油回路上也成對地并聯限壓閥，即二次溢流閥。二次溢流閥有效的限制了液壓缸、液壓馬達在閉鎖狀態下的最大閉鎖壓力，這種限壓閥實際上起了卸荷閥的作用。

2.2 卸荷回路卸荷回路常采用液壓泵以最低壓力進行空轉的卸荷方式。根據回路組合形式，有換向閥中位卸荷和穿越換向閥卸荷兩種方式。

本設計采用穿越換向閥卸荷方式卸荷，如圖1所示，液壓泵輸出流量流經三位六通閥的中心旁路，當換向閥未得到動作信號時，液壓油經中心旁路，再經過回油過濾器流回油箱；當換向閥得到動作信號時，中心旁路被阻斷，另外兩個常閉的管路導通，液壓油流入執行元件，執行元件動作。

2.3 緩沖回路單斗液壓挖掘機滿斗回轉時，由于上車轉動慣量很大，再啟動、制動和突然換向時，引起很大的液壓沖擊，尤其是回轉過程中遇到障礙突然停車，液壓沖擊極大，所以在挖掘機回轉機構的回路上通常設有緩沖閥。回轉機構的緩沖回路就是利用緩沖閥使液壓馬達高壓腔的油液超過一定壓力時獲得出路。回轉緩沖回路如圖2所示。

2.4 節流調速和節流限速回路節流調速是利用節流閥的可變通流截面來改變流量，進行調速，這種調速方式結構簡單，能獲得穩定的低速。根據其安裝位置，有進油節流調速和回油節流調速兩種。

單斗液壓挖掘機的工作裝置為了作業安全，常在液壓缸的回油回路上裝上單向節流閥，形成節流限速回路。例如，為防止動臂因自重降落速度太快而有危險，其大腔回路上裝由單向閥和節流閥組成的單向節流閥，使動臂下降速度受節流控制。如圖3所示。

2.5 行走限速回路履帶式液壓挖掘機下坡行駛時因自重加速，可能導致超速溜坡事故，發生危險，此時，行走馬達超速運轉，發生吸空現象，甚至損壞。因此，履帶行走裝置必須考慮行走液壓馬達的限速和補油，使馬達轉速控制在安全容許范圍以內。

行走限速回路的工作原理為：按圖4假定，通入高壓油后閥二在高壓油的作用下，閥芯二向上移動，高壓油路的部分由經閥一流去，同時也使閥一的閥芯向下移動，部分高壓油經閥一流入液壓缸，使行走馬達開啟，挖掘機開始行走，若挖掘機出現超速溜坡現象將導致原來的高壓油道產生吸空，壓力減小，出現回油腔壓力大于壓力油腔的現象，此時閥二的閥芯在彈簧力的作用下將向下運動，恢復至中位，閥一也將因此閉合，失去壓力油的液壓缸也在彈簧力的作用下活塞向左運動，使行走馬達制動，同時閥三的閥芯向下運動，回油腔的液壓油沿管路1、2、3、4、5向壓力油腔補油。消除吸空現象。

3液壓裝置結構設計

3.1 集成塊的設計集成塊的空隙結構復雜，設計者經驗的多寡對于設計的成敗及質量的優劣有很大影響，在綜合了大量參考資料后，按照如下步驟完成了集成塊的設計：

3.1.1 確定公用油道孔的數目。設計的公用油道數目為兩條，一條為總進油管，另一條為總回油管。

3.1.2 制作液壓元件樣板。可按照液壓閥的輪廓尺寸及油口位置預先制作元件樣本，放在集成塊的有關視圖上，安排合適的位置。但由于條件的限制，采用catia三維制圖軟件做出液壓元件的3D模型來實現。

3.1.3 確定孔道直徑及通油孔間壁厚。與閥的油口相通孔道的直徑，應與液壓閥的油口直徑相同，制作過程中出現的工藝孔應用螺塞或球脹堵堵死，固定液壓閥的定位銷孔的直徑和螺釘孔的直徑，應與所選定液壓閥的定位銷直徑及配合要求與螺釘孔的螺紋直徑相同。

需要集成的液壓元件原理圖，如圖5所示。

3.2 油箱的設計液壓系統設置有冷卻器時，液壓油箱的設計，可按下述方法進行，其中：Vmin為下游位時油箱容量：Vmax為上油位時油箱容量，Vt為液壓油箱總容量，如圖6所示。

參考文獻：

[1]田利芳，杜永舉.國產挖掘機產品展示[J]．建筑機械，2008，（6）：76-78．

篇6

【關鍵詞】 夾持器 夾持力 分析計算

全液壓動力頭式鉆機通常都設有夾持器，其目的是用于夾持孔內鉆具，防止孔內鉆具滑移，必要時還可與動力頭配合進行鉆桿的自動擰卸。液壓夾持器因其與系統匹配簡單、使用安全方便、夾緊力大等特點被廣泛采用。液壓夾持器的設計也就成為鉆機設計的重要組成部分，其性能的好壞將直接影響到鉆機整機的性能、鉆進效率以及鉆孔質量等。本文結合“ZTY80型機載液壓探測鉆機”項目對液壓夾持器進行了研究。

1 液壓夾持器的結構特點

液壓夾持器結構緊湊、工作可靠、夾持力取決于彈簧預緊力不受油壓變化的影響。可在突然停電時實現快速、可靠地夾緊鉆具，防止跑鉆事故。

1.1 液壓夾持器的結構組成

由于碟形彈簧具有結構緊湊、加壓均勻以及獨特的非線性特性等特點，本文提及的液壓夾持器采用碟形彈簧式結構，為液壓松開常閉式結構。液壓夾持器由端蓋、蝶形彈簧、活塞桿、密封圈、導向環、殼體、導向鍵、楔形鍵和卡瓦等組成，見圖1。

1.2 液壓夾持器的工作原理

當殼體6給油壓時，活塞桿3在壓力油的推動下帶動楔形鍵8和卡瓦9向外移動（由于導向鍵7的作用，活塞桿3只能軸向移動，不能圓周轉動），此時孔口變大，蝶形彈簧2呈壓縮狀態；放入鉆具，停止給壓，在蝶形彈簧2的彈力作用下推動活塞桿3向內移動，實現卡瓦9夾緊鉆具。

夾持器開啟壓力低、體積小、結構簡單、性能可靠、并且也可以實現突然斷電時夾緊鉆具。

2 液壓夾持器的設計計算

ZTY80型機載液壓探測鉆機是具有通孔式結構和自動擰卸鉆桿等功能的坑道鉆機，主要應用于煤礦鉆進瓦斯抽放孔。瓦斯抽放孔大多為傾角向上的鉆孔，為防止停電時跑鉆事故，通孔式鉆機應設置具有常閉式結構的夾持器。

2.1 加持力的計算

夾持器的加持力F為鉆具自重、鉆機轉矩或鉆具自重與鉆機轉矩的復合作用。

（1）鉆具自重

G=qlg （1）

式中：q――每米鉆桿的質量，q=6.56kg/m；

l――鉆桿的長度（鉆孔的深度），l=100m；

g――重力加速度，g=9.8N/kg；

將數據代入式（1）求得：G=6.4kN

（2）克服鉆具自重所需加持力

F1=Gsinα/（2f） （2）

式中：f1――夾持器卡瓦與鉆桿間的摩擦系數，f1=0.3；

α――鉆孔傾角，α=±90°；

將數據代入式（2）求得：F1=10.6kN

（3）克服鉆機轉矩所需夾持力

F2=M/（f1d1） （3）

式中：M――鉆機的最大輸出扭矩，M=800N?m；

f1――夾持器卡瓦與鉆桿間的摩擦系數，f1=0.3；

d1――鉆桿直徑，d1=50mm；

將數據代入式（3）求得：F2=53.3kN

（4）同時克服鉆具自重和鉆機轉矩所需夾持力

F3= （4）

將數據代入式（4）求得：F3=54.3kN

通過上述計算，取夾持器的加持力F=54.3kN

2.2 蝶形彈簧的設計計算

蝶形彈簧的設計計算先確定碟形彈簧的組合形式，液壓夾持器一般采用對合組合，按碟的軸向推力F，夾緊時的總變形量fz（按徑向位移定）及鉆桿直徑等進行設計計算。

（1）選擇碟簧系列及組形式合

選擇碟簧為A系列，材料為60Si2MnA，尺寸型號為D125×d64×t8，采用對合組合。

（2）計算碟簧壓平時的載荷Pc

Pc= （5）

式中：Pc――壓平時的蝶形彈簧載荷，N；

t――碟簧厚度，t=8mm；

D――蝶形彈簧外徑，D=125mm；

d――蝶形彈簧內徑，d=64mm；

h0――蝶形彈簧壓平時的變形量，h0=2.6mm；

E――彈性模量，E=2.06×105MPa；

――泊松比，=0.3；

K1――計算系數，K1=0.686；

K4――計算系數，K4=1；

將數據代入式（5）求得：Pc=112kN

（3）計算夾緊時的載荷與壓平時的載荷比q

q=P/Pc （6）

式中：P――夾持器夾緊時碟簧的載荷，P=F=54.3kN；

Pc――碟簧壓平時的載荷，Pc=112kN；

將數據代入式（6）求得：q=0.48

（4）計算夾緊時單片碟簧的變形量f

由上述計算求得：h0/t≈0.4，P/Pc=0.48

查機械設計手冊第五版第3卷蝶形彈簧圖11-6-2得：f/h0=0.47

求得單片碟簧的變形量f=1.2mm

（5）根據fz/f，計算出對合組合的片數i并圓整

fz=if （7）

式中 fz――夾緊時的總變形量，fz初取5mm；

將數據代入式（7）求得：i=4.1

圓整后對合組合碟簧的片數i取4，則實際總變形量fz為4.8mm

（6）確定碟簧的開口量

開口量即夾持器打開時碟簧的總變形量fz1，開口量大容易通過鉆桿，減小鉆桿和卡瓦的磨損；但開口量過大使得夾持器結構尺寸增大，開啟壓力增大，因此必須根據需要選取合適的開口量。

ZTY80型機載液壓探測鉆機的鉆桿直徑d1=50mm，夾緊鉆桿時總變形量fz=4.8mm，因此碟簧自由狀態時卡瓦的直徑d2=40.4mm，為了方便鉆桿的取出，夾持器打開時卡瓦的直徑設定為d3=53mm。

fz1=（d3-d2）/2 （8）

將數據代入式（8）求得：fz1=6.3mm，則此時單片碟簧的變形量f〃=1.6mm

（7）夾持器打開時碟簧的載荷P〃計算

P〃= （9）

將數據代入式（9）求得：P〃≈70kN

2.3 油缸最低開啟壓力計算

Pmin= （10）

式中：D1――活塞缸直徑，D1=130mm；

D2――活塞桿直徑，D2=105mm；

將數據代入式（10）求得：Pmin=15MPa

2.4 結構設計

端蓋不僅可以起到防塵、儲黃油的作用，而且可以對主油缸進行限位，防止油壓過大時壓并碟簧。

調整墊可調節碟簧預緊力的大小，并可對卡瓦和鉆桿的磨損進行補償。

卡瓦通過楔形鍵固定在活塞桿上，裝卸方便快速，卸掉卡瓦后夾持器可以通過粗徑鉆具，也可更換卡瓦加持不同直徑的鉆具。

活塞桿沿導向鍵移動，防止圓周轉動，可以起到自動定心和減小卡瓦和鉆桿的磨損的目的。

3 結語

經過實踐證明這種夾持器結構緊湊合理，實用可靠，起下鉆具速度快，在煤礦井下突然斷電時可以有效地避免跑鉆事故，特別是在鉆機反轉擰卸鉆桿時，夾持力大的優點十分突出。

參考文獻：

[1]成大先.機械設計手冊（第五版第3卷）.北京：化學工業出版社，2008.1.

篇7

1 液壓支架噴霧系統的運行方式

結合綜采工作面的實際生產狀況以及粉塵特性等，合理確定供水壓力。主要以選擇高壓射流噴霧作為防塵的主要方法。通過清水作為噴霧的重要介質，利用液壓支架中的電液控制系統，完成自動化、定時定點噴霧工作，以有效控制采煤工作面的粉塵濃度，提高工作效率與工作質量。

結合粉塵的來源不同，應該在液壓支架的前梁位置設置高壓噴嘴，朝向煤壁以及下風側傾斜射流，超前噴霧輔助設備，避免出現采煤機作業過程中產生大量粉塵，并擴散到人行道上。噴霧設備的開啟與停止，主要通過采煤機的電液控制系統實現。在支架的頂梁表面、掩護梁表面等分別設置噴嘴，朝向頂板進行定時噴霧，可在移架之前，潤濕頂煤。另外，通過采煤機的位置，可以通過電液控制系統來控制噴霧開停作用，在支架的尾梁位置，設置文丘里式高壓噴霧，在放煤過程中，可朝向煤口進行噴霧，發揮噴霧與引射的雙重作用，以高效、節能方式實現降塵目標。

2 薄煤層液壓支架噴霧系統的技術特點

液壓支架噴霧系統作為一種全新設備，在薄煤層作業中應用，具有性能高、操作簡便、造價低等優勢，同時具備諸多技術特點，現分析如下：

1）設備構造簡單，便于操作，日常維護與管理簡單。同時對于閥門的選型以及噴霧的控制方式，更趨科學化、合理化，有效實現閥體固定，方便安裝。

2）采取零部件標準化形式，即使設備出現故障，也可通過現場排除故障方式解決問題，極大提高設備運行效率。

3）通過手動控制閥作用，可以實現不移架、不降架，且隨著采煤機的運行而實現自動噴霧，降低粉塵。

4）在移架、降柱、放頂煤等作業過程中，系統可支持自動噴霧。如果需要對移架、尾梁操作閥、放頂煤插板、降柱等進行控制操作，可通過工作平臺開啟液控單向閥，啟動噴霧控制閥組，實現自動化噴霧工作。

5）實現多種形式噴霧。① 全斷面噴霧。在該系統中，共有5個噴嘴、2個噴頭。其中分為前后兩個噴頭：前噴頭在支架的右側頂梁前端位置，三個噴嘴之間呈60°夾角；后噴頭在支架的尾梁位置，可實現全方位的整架全斷面布置。尤其在前噴頭的右側頂梁位置，采取異向前傾角45°方式，實現了采煤區域的全面噴霧，提高工作質量；② 支持不同區域的噴霧。通過設計各種型號的噴嘴，可滿足不同作業環境，達到滿意的降塵效果，也可節約水資源，降低工程造價；③ 架間噴霧。在上風流位置實現操作，同時控制下風流位置的支架前噴霧，可有效改善作業環境。

6）應用自動噴霧的控制閥，可實現控制信號的噴霧水路與信號液路分別閉鎖，以免出現串液問題，合理控制噴霧作業時間，強化降塵效果，避免浪費水資源。

3 薄煤層液壓支架噴霧系統的設計

3.1 供水系統設計

采取液壓支架噴霧泵的降塵方式，其供水量主要來自綜放工作面的采煤量和塵土量。在薄煤層的綜放工作面，應用支架噴霧系統，其用水包括移架噴霧、液壓支架輔助噴霧、工作面噴霧等。當前煤礦綜放工作面的開采強度日益加大、產煤量提高，因此噴霧降塵的用水量也相應提升。綜合考慮噴霧泵的設計加工、設備投資等問題，可采取對采煤機、液壓支架噴霧降塵系統以及其他噴霧降塵方式的集中供水。

3.2 噴嘴設計

1）材料選擇。以我國大多煤礦采用的噴霧降塵裝置來看，以銅質或者不銹鋼噴嘴材料為主。但是大量應用實踐表明，這兩種材質制成的噴嘴，使用壽命短，效果不佳。當噴嘴使用一段時間之后，由于受到氣蝕作用以及高速水流的沖刷，因此噴射出口的表面材料磨損。如果水流中含有固體污染顆粒，其磨損程度將更加嚴重。以孔徑為1mm的噴嘴為例，當使用時間超過3個月以上，孔徑將由于摩擦作用，增加到1.3mm。

另外，經過現場試驗。采用銅質或不銹鋼材料制成的噴嘴，如果供水壓力大于10Mpa，連續噴射3mm左右，其射流形狀將出現變形反應，此時射流出口的孔徑開始變大、水量增加，影響霧化效果，難以保持長久性的噴霧降塵效果，再加上這種情況下的噴嘴容易出現堵塞，噴霧作業不穩定。針對各種實際情況，當前選用的噴嘴材料為精細陶瓷。與過去材料相比，陶瓷的力學性能更強，如強度、硬度、耐磨損度的增加等。具體優勢表現為：① 陶瓷的耐腐蝕、耐磨損力較好，不會出現吸水膨脹現象，耐高溫性能良好、變形可能性小，其陶瓷零件的尺寸較為穩定；② 抗氣蝕性能良好，由于陶瓷的硬度較高，因此可以較好抵抗水壓元件中的氣蝕破壞現象，避免磨損；③ 陶瓷材料不導電，如果高壓水射流經過噴嘴，可能由于摩擦而產生帶電，但是不會造成水流中的荷電損失。

2）降塵裝置。當前采用的文丘里式高壓噴射引射裝置，其性能主要取決于工作參數、結構參數等。在合理設置噴霧壓力的前提下，一般以“文丘里管”方式進行作業；選擇恰當的漸擴角、漸縮角以及過渡圓弧等，以此降低阻力損失，取得良好的吸風效果。

4 液壓支架噴霧系統的應用效果

該噴霧降塵系統投入使用之前，分別進行實驗室試驗、地面試驗以及井下實際試驗。通過煤層注水與內外噴霧的相互配合，可有效提高捕塵、降塵的效率，改善工作環境，主要具備如下優勢與效果：

1）由于薄煤層的綜放工作面具有產量高、塵源多、塵量大等特征，因此有針對性地加強防塵措施，對各個塵源進行突破，尤其加強防治呼吸性粉塵，提高噴霧系統工作的針對性，發揮積極作用。

2）由于噴霧裝置的強度較高，基本可以滿足煤礦井下作業的使用要求；經過嚴密計算各項裝置的參數，提高運行合理性；噴嘴材料采用高硬度、精細化陶瓷，可有效保障噴霧裝置的參數一致性，延長系統使用壽命。

3）積極應用電液控制的優勢，提高液壓支架噴霧系統的自動化程度，并可根據作業實際情況，選擇手動控制與程序控制兩種方法，隨時調整噴霧的參數。

總之，該薄煤層的液壓支架噴霧系統，應用了治標兼治本的噴霧防治方法，改變傳統降塵模式的不足，可有效控制薄煤層綜放工作面的粉塵。該技術的針對性、適應性較強，除塵效果良好，充分發揮經濟效益與社會效益，具有推廣價值。

參考文獻：

篇8

關鍵詞 沿程壓力損失 實驗裝置 液壓與氣壓傳動

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.02.077

0 引言

該裝置的名稱是液壓系統沿程壓力損失實驗裝置，一套液壓壓力測試裝置，該裝置可以用來測量液壓系統沿管道的沿程壓力損失。該裝置可用于“液壓與氣壓傳動”課程中液體伯努利方程、液體流動阻力和能量損失等知識點的演示教學，通過該實驗裝置可以直觀清楚的觀察到實驗結果，讓學生更加容易接受這些理論性較強的原理，讓教師授課時闡述原理的時候更加方便，該裝置完全為教學課程服務。同時實驗裝置構成簡單，學生完全可以自己動手驗證原理，提高學生動手能力。

1 液壓系統沿程壓力損失主要原理

該裝置的原理是液體在管道內流動時，液體本身具有一定的黏性，流動時會有阻力產生。為了克服阻力，流動液體需要損耗一部分能量，這種能量損失就是實際液體液體伯努利方程中的項。將該項這算成壓力損失，可表示為 = 。在液壓系統中，壓力損失可以轉變為熱能，導致系統的溫度升高。因此，在設計液壓系統時，要盡量減少壓力損失。

液體在等直管中流動時因黏性摩擦而產生的壓力損失。而且液體的流動狀態不同，所產生地沿程壓力損失也有所不同。

1.1 層流時的沿程壓力損失

1.2 紊流時的沿程壓力損失

紊流時的沿程壓力損失，其計算公式在形式上與層流相同，如上式，但是式中的阻力系數除與雷諾數有關外，還與管壁的表面粗糙度有關，即 = （， /），其中 ――管壁的粗糙度； /――管壁的相對粗糙度。

管壁的絕對粗糙度 和管道材料有關，一般計算可參考下列數值：對于鋼管， 為0.04mm，對于銅管， 為0.0015～0.01mm，對于鋁管， 為0.0015～0.06mm，對于橡膠管， 為0.03mm。

2 實驗裝置過程

通過以上的實驗原理，該實驗裝置的構成，如圖1所示：

由圖1可以看出，水箱里的水通過水泵，經F點到E點，通過水管，到達A點，流到帶刻度的水桶中，在這一過程中，水流經水管D和C兩點間有壓力損失，水分別上升到兩個位置，由兩邊的高度差，經過計算可以得出兩邊的壓力損失。然后，在A點的出水口通過帶刻度的水桶，同時用秒表計時，通過計算可以得出其流量。

在做實驗的過程中，先將各種器材按照圖中所示，依次連接好，將水箱里面注三分之二的水，接通水泵電源，打開水泵開關，對水泵進行調試，最后觀察兩邊橡膠細水管中水柱的高度差，就可以展示出實驗所要呈現出的結果，通過對最后實驗結果的分析和計算，就可以計算出沿程壓力損失的大小。實驗操作簡單，學生完全可以自己動手實驗，提高學生對液壓系沿程壓力損失的認識，更加容易接受新的理論知識。

3 實驗裝置分析

由上述計算中可以看出理論的兩邊高度差應為43，但是在實際實驗過程中，最后得出的兩邊高度差只有31。其中產生實驗誤差的原因有：水管不夠足夠的長、管壁過于光滑等實驗中人為的一些操作，導致最后產生實驗誤差。

4 結論

通過制作一套實驗裝置，可以更加清楚直觀的了解什么叫液壓系統沿程壓力損失。在做這套裝置的過程中，首先就是查找各種資料，查找所需要的東西，然后再去相關器材的店鋪購買，而一些無法購買到的器材就自己動手加工，當所有器材都購買齊全以后，進行組裝調試，以及不斷地改進，最終得以完成這套實驗裝置。最后得出的實驗結果往往與我們所計算出來的理論數據會有一定的出入，我們要認真分析實驗原理，一定要找出造成實驗誤差的原因。只有理論沒有實際操作也是完成不好一套實驗裝置的，實際與理論還是有相當大的差距的。我們只有將理論知識與實踐相結合，自己親手動手操作，才能更加理解理論知識的真正含義，并將其運用到我們的實際生活中。該裝置的主要實際意義就是在于為教學服務，服務于課程，有了該裝置在教師在授課中更加簡單清楚的讓學生明白上課內容，利于學生接受上課內容。實驗裝置簡單，也極大的方便了學生自己親手組裝，學生可以DIY，提高興趣，增加課堂趣味性。

2014年自治區級大學生創新創業計劃立項項目，項目編號：201413639002

參考文獻

[1] 李嵐，陳曼龍.液壓與氣壓傳動[M].武漢：華中科技大學出版社，2013.

[2] 萬會雄，明仁雄.液壓與氣壓傳動[M].北京：國防工業出版社，2008.

[3] 雷天覺，揚爾莊，李壽剛.新編液壓工程手冊[M].北京：北京理工大學出版社，2000.

[4] 鄭浴.魯鐘琪.流體力學[M].北京：北京工業出版社，1980.

[5] 高殿榮.工程流體力學[M].北京：機械工業出版社，1999.

[6] 屈圭.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業出版社，2001.

篇9

【關鍵詞】木片；壓縮；打包；液壓式；力傳感器

0 前言

木片壓縮機，是林業發展木片生產的重要工具，也是作為振興林區經濟的重要支持設備。木片生產中存在的主要問題之一就是運輸費用高，約占木片運輸總成本的20%～25%[1]。然而，隨著現今鐵路公路等運輸部門運價不斷上調，原先運輸的木片堆密度小、裝載量少，而木片運輸國內以鐵路運輸為主，由于袋裝木片未經壓實處理，一輛C60的車箱僅能裝35t左右的木片（絕干噸為20t），但是鐵路部門卻按額定載重量收費[2]。另外，目前已有的木片壓縮機中，設備所需的操作人員多，大約需要5人左右，而且很多設備相當龐大，生產的自動化程度不高，大部分工序需要人員手工操作。這些都增加了木片的生產成本，導致一些遠距離的木片生產基地生產萎縮甚至停產。世界上一些林業發達的國家，利用特別的車輛和集裝箱運輸已經進行相關處理的木片，而我國卻沒有配套的技術裝備。因此，社會的發展需要高效率和高自動化的木片壓縮機，發展木片生產，必須從我國實際出發，根據我國現有的技術條件進行設計制造，從而取得最佳效益。

1 工作原理

木片可以進行壓縮，是因為它受壓時本身不會有明顯的破壞，不影響它的商品價值。木片自然堆放時每片之間的擺放是無規則的，由于其自重作用使其所處的狀態只是暫時的溫穩定，而木片間有很多的空隙，堆積密度就顯得很小，如果向木片施加壓力，那么原來的暫時穩定狀態將遭到破壞，木片就會向相互間的空隙移動，從而達到新的穩定[2]。此時，木片之間的空隙將得到很大程度的減少，堆積密度得到增大。故可知對木片進行的壓縮過程主要是木片相互填補空隙的過程，而木片本身的受壓縮則相對較少，因此對木片本身破壞不大。本文擬設計的新型木片壓縮打包機的工作流程由裝料、壓縮和包裝三個工序組成，其控制流程如圖1所示。

圖1 工作系統控制流程

壓縮機的三維示意圖如圖2所示，木片壓縮打包機組壓機由1個液壓油缸組成，額定液壓為30MPa，木片壓實模具截面為700mm×400mm，長1800mm，在液壓油缸的作用下壓頭最終將木片壓成不大于700mm×400mm×500mm的方塊。本設計采用一個液壓油缸目的在于節省成本和提高生產效率，可以通過對壓頭部分的力傳感器的載荷數據反饋對液壓油缸的工作進行控制，這就需要在壓頭處安裝1個或1套由計量部門校準過的力傳感器（準確度不大于0.5級即可），而控制終端為液壓控制系統可提供持續穩定的液壓油。此時在控制終端設定一目標載荷值，當力傳感器反饋的載荷達到該目標載荷值時，液壓油缸即停止加載而讓壓頭持續保壓工作，直至將木片打包入筐。

收集―壓縮箱裝置的組成包括推移液壓油缸、推板和推出架等部分，用于將壓縮成塊的木片推上木片打包金屬框。推出液壓油缸固定于混凝土臺上，其活塞桿前部裝有推板，且活塞桿、推板和推出架3件固接，當推動活塞桿向前運動時，推板、推出架也同步向前運動，直至把收集箱中的木片塊打包進打包框中。為防止推卸過程中壓縮箱隨之運動，應把壓縮箱推入端一側的鐵鏈掛于導柱上的掛鉤上。木片壓縮裝置由液壓油缸、壓頭、機體支撐裝置等組成，用于對木片實現壓縮功能。液壓油缸固定在型鋼焊接成的機架上，其活塞桿軸的端部連接壓頭，壓頭由液壓油缸驅動升降。工序開始時，散裝木片整理好放入壓縮箱以后，液壓油缸即驅動壓頭伸入其中進行壓縮木片，待壓縮載荷達到預置值時即壓縮完畢，接著移動木片塊，此時啟用推出裝置，但必須注意在安裝時壓縮箱的底板高度與打包框的入口高度一致，樣才能確保將木片推進打包框中。另外，為了減少木片間的空隙，木片可經2～3次的輪番壓縮，每次擠壓至一設定載荷時進行保壓。當壓縮箱推出打包時，應先將壓縮箱兩側的掛鏈勾于壓頭上，這樣就可以防止壓縮箱在木片打包時跟著移動，從而確保木片打包壓縮工作的繼續進行。

圖2 木片壓縮機立體圖

在壓縮之后就是對木片進行打包。一般情況下打包木片是用麻包袋，但是麻袋包裝的抗脹力不大，因此，我們設計采用金屬網式可折疊包裝筐，便于包裝木片返回后重復使用，主要是在金屬的邊條上裝上可平時門板上所用到得可旋轉配件。一個金屬包裝筐可使用4年左右，遠遠比麻袋包裝物的使用壽命長，而且環保衛生。當壓縮機將木片壓縮到位時，液壓油缸繼續工作保壓，將木片前移即可將其裝入金屬打包框中，打包工作也即完成。

如果包含包裝筐的每個木片壓縮塊重量為55kg，采用鐵路C60車運輸壓縮木片，按每層裝120筐，一輛車可裝1320筐，總重72600kg。滿足了充分利用車輛額載量的要求，與麻袋散裝木片（35000kg左右）相比，增加了裝載量37600kg，即是提高了107.4%的裝載量，即比原來提高一倍多。使用該新型木片壓縮打包機，可使木片運輸成本大大降低，裝車運輸量節省了很大一部分的工作量。

2 壓縮機機體機械結構的設計

2.1 機體板的設計

圖2中工作平臺的板面即是機體板。機體板的具體結構是：兩塊形狀和尺寸都相同的鋼板，中間設置一套筒連接液壓油缸，在鋼板的四個邊角都焊接上套筒來連接機柱，另外在兩個鋼板之間的再焊接鋼帶，確保機體板的強度足夠，而且套筒與套筒之間利用焊接的鋼板進行固定。機體板在木片壓縮機中連接機柱和液壓油缸，工作時液壓油缸通過它把載荷傳遞至機柱上，起到的橋梁作用相當明顯重要，故在設計上采用工字鋼型材料結構，把鋼板焊接成為工字造型來構造筋板。其結構和尺寸如圖3所示，其中間圓狀為軸套孔。

圖3 機體板的結構尺寸圖

2.2 機柱的設計

上面提到，液壓機在工作時主液壓油缸通過機體板把載荷傳至機柱上，因此機柱在木片打包壓縮機中起支撐作用，其材料需選擇較高強度的無縫鋼管，初步選擇外徑為D=200mm，壁厚δ=12mm的45鋼無縫鋼管。木片壓縮機在木片壓縮過程中，液壓油缸產生的工作推力為8400 kN，由于機柱和筋板之間連接有8個支撐條，所以每根機柱承受的軸向力如圖4所示。

由圖4可以看出，機柱受到的最大軸力Fmax=1050kN，因此其所受到的的應力大小為（取安全系數為ns=2）：

σmax=■

=■

=296.3MPa

查參考文獻[3]，45鋼的屈服極限σs=333.2MPa，由于σs>σmax，可知機柱是安全的。

圖4 四根機柱受軸力圖

2.3 壓頭的設計

壓頭直接與木片接觸而需要承受很大的壓力，因此必須具備一定的剛度。而所生產的部分木片會具有酸性等液汁而且比較粘稠，因此壓頭材料還要有一定的耐酸腐蝕性能，可以選擇壓頭材料為合金結構鋼熱軋厚鋼板，化學成分應符合GB/T3077―1999的規定，鋼板交貨狀態應為正火組織。需要注意的是，在壓頭前端部位距離中心等距兩邊需要安裝力傳感器，目的是實現對液壓油缸的工作與否進行預設定控制，力傳感器的安裝位置如圖5所示。

圖5 壓頭部位力傳感器的安裝位置

2.4 壓縮箱的設計

壓縮箱直接與木片接觸，其作用是將放置其中的木片快速推入壓頭下方，其材料需要具備一定的剛度和耐酸耐堿性，可選不銹鋼冷軋鋼板。要指出的是，由于對木片壓縮前后需要將木片裝進和推出，因此推出箱的兩端應敞開，而其推入端還額外安置導向軸進行推動，并設置有鋼板門，門上配置門栓，在裝載和打包木片時將門打開，在壓縮木片時將門關閉，確保壓縮和打包工作的順利進行。壓縮箱的結構如圖6所示。

圖6 壓縮箱的結構圖

3 結論

本文通過對該新型木片打包壓縮機的性能分析，得到它與傳統的木片木片麻袋打包設備相比，具有以下特點：（1）木片打包壓縮機是集機、液、電三位一體的新型機械，自動化程度高，節省勞動力，便于推廣使用；（2）設備制造簡單，符合當今我國生產廠家和用戶單位的技術水平，制造成本較低；（3）與傳統的麻包打包木片運輸相比，同樣的一節C60車車廂的運載量比原來的兩節車廂運載量還多，極大地提高了運輸量，節省了木片的運輸費用，具有良好的應用推廣價值。

【參考文獻】

[1]鮑逸培.我國木片工業現狀及其發展[J].林業機械與木工設備，1997，25（11）：4-7.

篇10

【關鍵詞】液壓系統；自行式平地機；液壓原理圖

一、液壓系統設計的內容與要求

1、液壓系統設計要求

自行式平地機依靠液壓系統實現工作裝置的各種動作，因此液壓系統的性能直接影響到平地機的技術指標。對平地機工作裝置的液壓系統有如下要求：

(1)液壓系統的設計要結合總體性能要求，綜合考慮各種因素的影響。例如鏟刀油缸的參數、個數、布置，由鏟刀升降載荷及鏟刀升降速度確定，而且還需要考慮鏟刀結構、推土速度、司機勞動強度等因素。

(2)工作可靠，回路簡單。例如平地機工作裝置載荷變化急驟，但要求液壓系統能平穩可靠地工作，無沖擊。當過載時，不發生故障及損壞機件。

(3)注意標準化、通用化、系列化。盡量采用標準液壓元件，不僅可縮短生產周期、降低成本，而且工作可靠，配件方便。

(4)液壓系統效率高。系統效率低不僅對能量是個浪費，對整個液壓系統危害也極大，所以系統匹配要合理(參數確定、基個回路的組合、元件與附件的選擇以及管路布置等)。

(5)操作簡便，維修容易。

2、液壓系統設計內容及步驟

液壓系統設計是整個平地機設計的一部分，它與主機設計是密切相關的，兩者必須同時進行。

液壓系統設計步驟大致如下：

(1)明確設計依據進行工況分析；

(2)確定液壓系統主要參數；

(3)擬定液壓系統原理圖；

(4)液壓元件的選擇與計算；

(5)液壓系統發熱計算；

(6)繪制正式工作圖和編寫技術文件。

設計開始時，首先必須明確以下幾個主要問題。

1）弄清主機結構和總體布局。這不僅是合理確定液壓元件工作范圍的需要，也是合理確定和調整液壓執行元件的安放位置及空間尺寸限制條件的需要。從結構簡單、工作可靠、運動速度一般不受限制等力面來考慮，油缸有其優越仕，所以平地機執行元件多為油缸。

2）明確平地機對液壓系統的性能要求，如運動平穩性、動作精度、調速范圍、系統溫升、系統效率以及安全保護等。

3）明確平地機的工作條件，如溫度、濕度、污染等情況。隨著平地機使用范圍的擴大，使用環境更為復雜，使用條件愈加惡劣，所以要求平地機性能要好、質量要高。了解這些以便正確的選擇液壓元件和液壓油。

4）確定液壓系統與其他傳動系統和控制系統的分工配合、布置和相應的控制關系。

5）了解、搜集同類型平地機的有關技術資料。除了要了解液壓系統組成、工作原理、使用情況及存在問題外，還應對系統工作壓力選用情況等進行調查統計，為下一步設計工作準備必要的資料。

在上述工作的基礎上，對平地機進行工況分析即動力分析，它是設計液壓系統的基本依據。

所謂動力分析就是研究平地機在工作過程中，它的執行機構的受力情況，對液壓系統來說，也就是油缸的負載情況。

二、液壓原理系統圖的設計和分析

工作裝置液壓系統由高壓雙聯齒輪泵3、手動操縱閥組4和5、單/雙油路轉換閥總成12、雙向液壓鎖6、油箱2、左(右)刮刀升降油缸8(9)、刮刀側移油缸10、牽引架引出油缸7、刮刀回轉液壓馬達11等液壓元件組成。

在工作裝置液壓系統中，雙聯泵中的泵Ⅱ可通過多路操縱閥組5給刮刀回轉液壓馬達11、刮刀側移油缸6和刮刀右升降油缸7提供壓力油。泵I接通連接多路操縱閥組4的油路，并可通過操縱閥組4分別向牽引架引出油缸5和刮刀左升降油缸8提供壓力油。

泵I和泵Ⅱ分別向兩個獨立的工作裝置液壓回路供油，兩液壓回路的流量相同。當泵I和泵Ⅱ兩個液壓回路的多路操縱閥組都處于“中位”位置時，則兩回路的油流將通過油路轉換閥組12中與之對應的溢流閥，并經濾清器直接卸荷回油箱2。此時，多路操縱閥組4和5中的各上作裝置換向閥的常通油口均通油箱，所對應的工作裝置液壓油缸和液壓馬達都處于液壓閉鎖狀態。

PYl80型平地機工作裝置的液壓油缸和液壓馬達均為雙作用液壓油缸和雙作用液壓馬達。當操縱其中—個或幾個手動換向閥進入左位或右位時，壓力油將進入相應的液壓油缸工作腔，相關的工作裝置即開始按預定要求動作；其它處于“中立”位置的換向閥全部油口被閉鎖，與之相應的工作裝置液壓油缸或液壓馬達仍處于液壓閉鎖狀態。任何一個工作液壓油缸或液壓馬達進入左位或右位工作狀態時，在所對應的液壓回路(泵I工作回路或泵II工作回路)中．因油路轉換閥組12內分別設有流量控制閥，可使工作液壓油缸或液壓馬達的運動速度基本保持穩定，用以提高平地機工作裝置運動的平穩性。

液壓系統圖

1-濾油器；2-油箱；3-雙聯泵Ⅰ、Ⅱ；4-多路操縱閥Ⅰ；5-多路操縱閥Ⅱ；6-雙向液壓鎖；7-牽引架引出油缸；8-左升降油缸；9-右升降油缸；10-鏟刀側移油缸；11-刮刀回轉液壓馬達；12-油路裝換閥總成

當系統超載時，雙回路均可通過設在油路轉換閥組12內的安全閥開啟卸荷，保證系統安全(系統安全壓力為18MPa)。

當油路轉換閥12處于液壓系統圖示位置時，泵Ⅰ和泵Ⅱ所形成的雙回路可分別獨立工作，平地機的工作裝置可通過操縱對應的手動換向閥，改變和調整其工作位置。

雙回路液壓系統可以同時工作，也可單獨工作。調節刮刀升降位置時，則應采用雙回路同時工作，這樣可以保證左右刮刀升降油缸同步移動，提高工作效率。