机械本科论文-炉门液压提升系统设计

炉门液压提升系统设计

摘要

作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。

炉门液压提升装置作为冶金加热炉中最常用的设备。本文根据炉门液压的用途﹑特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。炉门液压的系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。

关键词：液压系统; 过载保护; 机电液一体化

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目录

第一章 前言 ................................................... 4

1.1液压传动的发展概况 ......................................................... 4 1.2 液压传动的发展及工艺特点 ................................................... 4 1.3液压系统的基本组成 ......................................................... 5

第二章 炉门液压提升系统原理设计 ................................... 6

2.1炉门的基本结构 ............................................................. 6 2.2液压升降炉的工作原理 ....................................................... 6

第三章 液压系统的计算和元件选型 ................................. 7

3．1 确定液压缸主要参数 ........................................................ 7 3.1.1液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 ................................................ 8 3.1.2液压缸实际所需流量计算 .......................................................... 9 3．2液压元件的选择 ............................................................ 9 3．2.1确定液压泵规格和驱动电机功率 ................................................... 9 3.2.2阀类元件及辅助元件的选择 ....................................................... 11 3.2.3 管道尺寸的确定 ................................................................ 12 3.3液压系统的验算 ............................................................ 14 3.3.1系统温升的验算 ................................................................ 14

第四章 液压缸的结构设计 .............................................. 16

4.1 液压缸主要尺寸的确定 ...................................................... 16 4.2 液压缸的结构设计 .......................................................... 18

第五章 液压集成油路的设计 ............................................ 20

5.1液压油路板的结构设计 ...................................................... 20 5.2液压集成块结构与设计 ...................................................... 21 5.2.1液压集成回路设计 .............................................................. 21

第六章 液压站结构设计 ................................................ 22

6．1 液压站的结构型式 ......................................................... 22 6．2 液压泵的安装方式 ......................................................... 22 6.3液压油箱的设计 ............................................................ 22 6.3.1 液压油箱有效容积的确定 ........................................................ 22 6.3.2 液压油箱的外形尺寸设计 ....................................................... 23 6.3.3 液压油箱的结构设计 ........................................................... 23 6.4液压站的结构设计 .......................................................... 25

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6.4.1 电动机与液压泵的联接方式 ..................................................... 25 6.4.2 液压泵结构设计的注意事项 ...................................................... 26 6.4.3 电动机的选择 ................................................................. 26

第七章 总结 ........................................................... 27 参 考 文 献 ............................................................ 28

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第一章 前言

1.1液压传动的发展概况

液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。 我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。

目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装

式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。

1.2液压传动在机械行业中的应用

机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等

工程机械——挖掘机、装载机、推土机等 汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等

农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等 轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等 冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等

起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等 矿山机械——开采机、提升机、液压支架等 建筑机械——打桩机、平地机等

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船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等 铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等

本机器适用于冶金加热炉中炉门液压提升装置作为最常用的设备。本机器具有的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。本机器的工作压力、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整。此工艺又分定压、定程两种工艺动作供选择。本机器主机呈长方形，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。

1.3液压系统的基本组成

1）能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。

2）执行装置——液压缸、液压马达。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。

3）控制装置——液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。

5）工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。

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第二章 炉门液压提升系统原理设计

2.1炉门的基本结构

根据负载的要求，炉门升降的运动采用双缸驱动。为了防止或减小液压缸活塞在运动到两个端点时因惯性力造成的冲撞，液压缸采用可调双向缓冲缸，使液压缸运动到端点附近时，降低液压缸的运动速度，以减小冲击。考虑到安装、维护方便，以及液压缸柱塞受力不偏斜，选用中间销轴型摆动液压缸来补偿安装误差。为了保证悬挂炉门的链条受力均匀， 在每条链条中间都设有索具螺旋扣，用来调整每个链条、链轮的受力。为了保证两侧液压缸同步， 液压缸与链条连接处也增设了索具螺旋扣。炉门起升时，压力油推动液压缸的有杆腔工作，通过链条拉动链轮转动，轴上的所有链轮按同方向转动，带动反方向安装的链条运动，从而实现炉门的起升。炉门下降过程与上升过程相似。整个系统结构简单，维修量极小

2.2液压升降炉门的工作原理 液压系统原理见图2

该系统应用于蓄热式加热炉炉门升降机构， 采用3套液压泵电机组和2个阀组组成，正常情况下1 开1备。2台变量柱塞泵分别为2套阀组供油控制相应的液压缸，泵10.2 作为其他2台泵的备用泵，在系统需检修或更换能源系统某组中的元件时，通过关闭相应的高压球阀 14.1或14.3 打开相应高压球阀 14.4或14.5 起动备用系统，以满足工作需要。系统的最高压力通过恒压变量泵11调整，系统工作压力由先导式溢流阀12设定。起动液压泵电机组后，油液经过单向阀 13、球阀14分别到1号、2号炉门升降机构的阀台。通过每个阀台上电液换向阀 16相应的动作， 分别控制对应的液压缸动作。相应的电磁铁动作顺序见表1所示。在油路上设有双单向节流阀18， 可对两液压缸的工作速度进行调节；设有双液控单向阀 17， 可保证两液压缸停在任意工作位置时， 保证炉门不下落。

为了检修方便， 在油路上设置了 19.3， 19.6两个高压球阀，打开高压球阀19.3或19.6，便可实现相对应的液压缸的浮动，使液压缸停在所需的位置上。鉴于两台液压缸同步工作要求并不太高，可将两个液压缸有杆腔并联，采用一路阀组供油的方式， 通

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过两个液压缸的压力平衡来实现同步，从而使系统结构简单，极大降低设备投资。

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第三章 液压系统的计算和元件选型

3．1 确定液压缸主要参数

按液压炉门类型初选液压缸的工作压力为25Mpa,根据快进和快退速度要求，采用单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的6倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D满足

d5D的关系。 6快进时，液压缸回油路上必须具有背压p2,防止上压板由于自重而自动下滑，根据《液压系统设计简明手册》表2-2中，可取p2=1Mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于中有压降p存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取p1MPa,快退时，回油腔是有背压的，这时p2亦按2Mpa来估算。 3.1.1液压缸内径D和活塞杆直径d的确定

以单活塞杆液压缸为例来说明其计算过程。

图3.1：单活塞杆液压缸计算示意图

FmA1P1A2P2A1P1(A16)P2

P1—— 液压缸工作腔的压力 Pa

P2—— 液压缸回油腔的压力 Pa

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故：A1m(F)1501039.8m20.0662m2 P22(P)(25)0.9106166D(4A1)0.2904m

d55D0.29040.265m 66当按GB2348-80将这些直径圆整成进标准值时得：D320mm,d280mm 由此求得液压缸面积的实际有效面积为：

A1D240.32240.0803m2

A2(D2d2)4(0.3220.282)40.01884m2

3.1.2液压缸实际所需流量计算

① 工作快速空程时所需流量

Q1AV11cv

cv液压缸的容积效率，取cv0.96

0.08030.310360Q11506(L) 3min0.9610② 工作缸压制时所需流量

Q2AV12cv0.08030.011036050.1875(L) 3min0.9610③ 工作缸回程时所需流量

Q2A2V3cv0.018840.061036070.65(L)3min0.9610

3．2液压元件的选择

3．2.1确定液压泵规格和驱动电机功率

由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为25MPa，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为1MPa（含回油路上的压力损失折算

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到进油腔），则液压泵的最高工作压力为

PpP)10626MPa 1P1(251 上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力Pn应满足：

PnPp/0.826/0.831.25Mpa

液压泵的最大流量应为：

qpKL(q)max

式中qp液压泵的最大流量

(q)max同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2~3Lmin。

KL系统泄漏系数，一般取KL1.1~1.3，现取KL1.1。

qpKL(q)maxq1.1(70.652.5)80.465Lmin

1．选择液压泵的规格

由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大，大流量。所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特点：

1） 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（200~400）105Pa，最高可以达到1000105Pa。

2） 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。 3） 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。

4） 柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。

根据以上算得的qp和Pp在查阅相关手册《机械设计手册》成大先P20-195得：现选用63YCY141B，排量63ml/r，额定压力32Mpa，额定转速1500r/min，驱动功率59.2KN，容积效率92%，重量71kg，容积效率达92%。

2．与液压泵匹配的电动机的选定

由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油

p液压泵的总效率。压力值为26Mpa，流量为已选定泵的流量值。柱塞泵为0.80~0.85，

取p0.82。

选用1000r/min的电动机，则驱动电机功率为：

Np

Ppqp(10p)3(18.350)(600.82)18.37KW

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选择电动机 Y180M4，其额定功率为18.5KW。

3.2.2阀类元件及辅助元件的选择

1. 对液压阀的基本要求：

(1). 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。 (2). 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大 2. 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格 主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格：

表3.1：液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格 估计通过流量序号 元件名称 型号 规格 (L)min 1 斜盘式柱塞泵 WU网式滤油器 直动式溢流阀 背压阀 二位二通手动电磁阀 三位四通电磁阀 液控单向阀 节流阀 节流阀 二位二通电磁阀 压力继电器 156.8 63SCY14－1B 32Mpa，驱动功率59.2KN 40通径，压力损失0.01MPa 10通径，32Mpa，板式联接 10通径，21Mpa，板式联接 2 3 4 5 160 120 80 80 WU-160*180 DBT1/315G24 YF3-10B 22EF3-E10B 6 7 100 80 34DO-B10H-T YAF3-E610B 10通径，压力31.5MPa 32通径，32MPa 8 9 10 80 80 30 QFF3-E10B QFF3-E10B 22EF3B-E10B 10通径，16MPa 10通径，16MPa 6通径，压力20 MPa 11 － DP1-63B 8通径，10.5-35 MPa 11

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12 13 14 15 16 17 18 19 20 压力表开关 油箱 液控单向阀 上液压缸 下液压缸 单向节流阀 单向单向阀 三位四通电磁换向阀 减压阀 － KFL8－30E 32Mpa，6测点 48 YAF3-E610B ALF3－E10B 32通径，32MPa 10通径，16MPa 48 ALF3－E10B 10通径，16MPa 25 40 34DO-B10H-T JF3-10B

3.2.3 管道尺寸的确定

系统中使用的种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，P=31.25MPa(P6.3MPa) ， 钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。

尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回用。

胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。

1. 管接头的选用：

管接头是与、与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。

管接头的种类很多，液压系统中与管接头的常见联接方式有：

焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。锥螺纹

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依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。

2. 管道内径计算：

d4Qm （1） v3式中 Q——通过管道内的流量 ms

v——管内允许流速 ms，见表： 表3.2：液压系统各管道流速推荐值 油液流经的管道 液压泵吸 液压系统压道 液压系统回道

(1). 液压泵压道的内径： 取v=4m/s

d4Qm v推荐流速 m/s 0.5～1.5 3～6，压力高，管道短粘度小取大值 1.5～2.6 4Q450103dm16.3mm

v603.144根据《机械设计手册》成大先P20-1查得：取d=20mm,钢管的外径 D=28mm;

管接头联接螺纹M27×2。

(2). 液压泵回道的内径：

取v=2.4m/s

d4Qm v4Q470.65103dm25mm

v603.142.4根据《机械设计手册》成大先P20-1查得：取d=25mm,钢管的外径 D=34mm;

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管接头联接螺纹M33×2。 3. 管道壁厚的计算

pdm 2[]式中： p——管道内最高工作压力 Pa d——管道内径 m

[]——管道材料的许用应力 Pa，[]b

nb——管道材料的抗拉强度 Pa

n——安全系数，对钢管来说，p7MPa时，取n=8；p17.5MPa时， 取n=6； p17.5MPa时，取n=4。 根据上述的参数可以得到：

我们选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度

[]600MPa150MPa 4b=600MPa;

(1). 液压泵压道的壁厚

pd31.2510620103 m2.1mm

2[]2150MPa(2). 液压泵回道的壁厚

pd31.2510625103m2.6mm 所以所选管道适用。

2[]2150MPa3.3液压系统的验算

上面已经计算出该液压系统中进，回的内径分别为32mm,42mm。

但是由于系统的具体管路布置和长度尚未确定，所以压力损失无法验算。

3.3.1系统温升的验算

在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。

当V=10mm/s时，即v=600mm/min

qD2v0.3220.6m/min48103m/min

4q48L4/min 即

此时泵的效率为0.9，泵的出口压力为26MP，则有

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2648KW23KW

600.9600P输出Fv1470000103103KW60

P14.7KW即输出 P入此时的功率损失为：

PP入P出2314.7KW8.3KW

32K2010KW/cmC， 假定系统的散热状况一般，取

油箱的散热面积A为

A0.0653V20.065316502m29.08m2 系统的温升为

P8.3C35.7C 3KA20109.08根据《机械设计手册》成大先P20-767：油箱中温度一般推荐30-50C t所以验算表明系统的温升在许可范围内。

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第四章 液压缸的结构设计

4.1 液压缸主要尺寸的确定

1) 液压缸壁厚和外经的计算

液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。

液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。

液压缸的内径D与其壁厚的比值D/10的圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算

pyD2

设 计 计 算 过 程 式中 ——液压缸壁厚(m)； D——液压缸内径(m)；

py——试验压力，一般取最大工作压力的(1.25-1.5)倍MPa； ——缸筒材料的许用应力。无缝钢管：100~110MPa。 py=18.31.25=22.9MPa

则

pyD2(18.31.25)0.320.33m在中低压液压系统中，按上式计算所得液压220取35mm缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。

液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经D1为

D1D2320235390mm 2) 液压缸工作行程的确定

液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅<<液压

系统设计简明手册>>P12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。

液压缸工作行程选 l500mm

缸盖厚度的确定

一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。

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无孔时 t0.433D2py

pyD2有孔时 t0.433D2D2d0

式中 t——缸盖有效厚度(m)； D2——缸盖止口内径(m)； d0——缸盖孔的直径(m)。 液压缸：

无孔时 t0.433320103 取 t=65mm

有孔时t'0.4330.31103取 t’=50mm

3)最小导向长度的确定

当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度（如下图2所示）。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。

对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求： 设 计 计 算 过 程

LD H

202式中 L——液压缸的最大行程；

D——液压缸的内径。

活塞的宽度B一般取B=(0.6-10)D；缸盖滑动支承面的长度l1，根据液压缸内径D而定；

当D<80mm时，取l10.6~1.0D； 当D>80mm时，取l10.6~1.0d。

为保证最小导向长度H，若过分增大l1和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即

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22.9m63mm 11022.9310m49.6mm

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1l1B 2滑台液压缸：

CH最小导向长度：H取 H=200mm

活塞宽度：B=0.6D=192mm 缸盖滑动支承面长度：

l10.6d168mm

500320185mm 202隔套长度：C240119216860mm 所以无隔套。 2液压缸缸体内度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑

到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20-30倍。

液压缸：

缸体内度LBl192500mm692mm

当液压缸支承长度LB(10-15)d时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计不需进行稳定性验算。

4.2 液压缸的结构设计

液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。

设 计 计 算 过 程

1) 缸体与缸盖的连接形式

缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。 本次设计中采用外半环连接，如下图6所示：

图4.1：缸体与缸盖的连接方式

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缸体与缸盖外半环连接方式的优点：

(1)结构较简单 (2)加工装配方便 缺点：

(1)外型尺寸大

(2)缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚2)活塞杆与活塞的连接结构 参阅<<液压系统设计简明手册>>P15表2-8，采用组合式结构中的螺纹连接。如下图7所示：

图4.2：活塞杆与活塞螺纹连接方式

特点：

结构简单，在振动的工作条件下容易松动，

必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。 2) 活塞杆导向部分的结构

(1)活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。

参阅<<液压系统设计简明手册>>P16表2-9，在本次设计中，采用导向套导向的结构形式，其特点为：

导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料。 盖与杆的密封常采用Y形、V形密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸。 防尘方式常用J形或三角形防尘装置活塞及活塞杆处密封圈的选用

活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。

参阅<<液压系统设计简明手册>>P17表2-10，在本次设计中采用O形密封圈。

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第五章 液压集成油路的设计

通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过来实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构越复杂，系统压力损失越大，占用空间也越大，维修、保养和拆装越困难。因此，管式元件一般用于结构简单的系统。

板式元件固定在板件上，分为液压油路板连接、集成块连接和叠加阀连接。把一个液压回路中各元件合理地布置在一块液压油路板上，这与管式连接比较，除了进出液压油液通过管道外，各液压元件用螺钉规则地固定在一块液压阀板上，元件之间由液压油路板上的孔道勾通。板式元件的液压系统安装 、调试和维修方便，压力损失小，外形美观。但是，其结构标准化程度差，

互换性不好，结构不够紧凑，制造加工困难，使用受到。此外，还可以把液压元件分别固定在几块集成块上，再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路，这种方式与油路板比较，标准化、系列化程度高，互换性能好，维修、拆装方便，元件更换容易；集成块可进行专业化生产，其质量好、性能可靠而且设计生产周期短。使用近年来在液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件，由叠加阀直接叠加而成。其结构更为紧凑，体积更小，重量更轻，无管件连接，从而消除了因、接头引起的泄漏、振动和噪声。

本次设计采用系统由集成块组成，由于本液压系统的压力比较大，所以调压阀选择DB/DBW型直动溢流阀，而换向阀等以及其他的阀采用广州机床研究所的GE系列阀。 5.1液压油路板的结构设计

液压油路板一般用灰铸铁来制造，要求材料致密，无缩孔疏松等缺陷。液压油路板的结构如图8所示，液压油路板正面用螺钉固定液压元件，表面粗糙度值为Ra0.8um,背面连接压力（P）、回（T）、泄露（L）和工作（A﹑B）等。与液压油路板通过管接头用米制细牙螺纹或英制管螺纹连接。液压元件之间通过液压油路板内部的孔道连接，除正面外，其它加工面和孔道的表面粗糙度值为Ra6.3～12.5um.

20 图5.1：液压油路板的结构

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此外液压油路板的安装固定也是很重要的。油路板一般采用框架固定，要求安装﹑维修和检测方便。它可安装固定在机床或机床附属设备上，但比较方便的是安装在液压站上。

5.2液压集成块结构与设计

5.2.1液压集成回路设计

1）把液压回路划分为若干单元回路，每个单元回路一般由三个液压元件组成，采用通用的压力油路P和回油路T，这样的单元回路称液压单元集成回路。设计液压单元集成回路时，优先选用通用液压单元集成回路，以减少集成块设计工作量，提高通用性。 2）把各个液压单元集成回路连接起来，组成液压集成回路，一个完整的液压集成回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。液压集成回路设计完成后，要和液压回路进行比较，分析工作原理 是否相同，否则说明液压集成回路出了差错。

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第六章 液压站结构设计

液压站是由液压油箱，液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器，滤油器，液面指示器和清洗孔等。液压站装置包括不同类型的液压泵，驱动电机及其它们之间的联轴器等，液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其联接体。

6．1 液压站的结构型式

机床液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。

（1）集中式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置于机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的振动、发热都与机床隔开；缺点是液压站增加了占地面积。

（2）分散式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各处。例如，利用机床或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操作的地方。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油回收，节省占地面积，但安装维修方便。同时供油装置的振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故较少采用，一般非标设备不推荐使用。本次设计采用集中式。

6．2 液压泵的安装方式

液压站装置包括不同类型的液压泵、驱动电动机及其联轴器等。其安装方式为立式和卧式两种。

1. 立式安装 将液压泵和与之相联接的放在液压油箱内，这种结构型式紧凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省占地面积。但安装维修不方便，散热条件不好。

2. 卧式安装 液压泵及管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便，散热条件好，但有时电动机与液压泵的同轴度不易保证。

考虑到维修，散热等方面的要求。本设计中采用卧式联接。

6.3液压油箱的设计

液压油箱的作用是贮存液压油、充分供给液压系统一定温度范围的清洁油液，并对回油进行冷却，分离出所含的杂质和气泡。 6.3.1 液压油箱有效容积的确定

液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量V可概略地确定为：

VQv m3 系统类型 低压系统（p2.5MPa） 2～4 中压系统（p6.3MPa） 5～7 中高压或大功率系统（p6.3MPa） 6～12 

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根据实际设计需要，选择的p26MPa，所以此系统属于中高压系统(p6.3MPa)，

所以取： V(6~12)Qv 式中 V－液压油箱有效容量；

Qv－液压泵额定流量。

参照《机械设计手册》成大先P20-767锻压机械的油箱容积通常取为每分钟流量的6-12倍。

即： V6156.8~12156.8940.8L~1881.6LminminL取 V11320min应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应超过液压油箱高度的80%。

所以，实际油箱的体积为：

V V113201650L0.80.8min6.3.2 液压油箱的外形尺寸设计

液压油箱的有效面积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般设计尺寸比（长：宽：高）为1：1：1～1：2：3。但有时为了提高冷却效率，在安装位置不受时，可将液压油箱的容量予以增大，本设计中的油箱根据液压泵与电动机的联接方式的需要以及安装其它液压元件需要，选择长为1.5m,宽为1.1m，高为1.0m。 6.3.3 液压油箱的结构设计

一般的开式油箱是用钢板焊接而成的，大型的油箱则是用型钢作为骨架的，再在外表焊接钢板。油箱的形状一般是正方形或长方形，为了便于清洗油箱内壁及箱内滤油器，油箱盖板一般都是可拆装的。设计油箱时应考虑的几点要求：

1. 壁板：壁板厚度一般是3～4mm；容量大的油箱一般取4～6mm。本设计中取油箱的壁厚为6mm。对于大容量的油箱，为了清洗方便，也可以在油箱侧壁开较大的窗口，并用侧盖板紧密封闭。

2. 底板与底脚：底板应比侧板稍厚一些，底板应有适当倾斜以便排净存油和清洗，液压油箱底部应做成倾斜式箱底，并将放油塞安放在最低处。油箱的底部应装设底脚，底脚高度一般为150～200mm，以利于通风散热及排出箱内油液。一般采用型钢来加工底脚。本设计中用的是槽钢加工的。

图10所示为一般液压油箱底面的构造的五种情况，我们根据具体设计和生产的需要来确定液压油箱底面的构造，根据本设计的需要，选了（c）型构造。

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图6.1：液压油箱底部构造的五种情况

3. 顶板：顶板一般取得厚一些，为6～10mm，因为本设计把泵、阀和电动机安装在油箱顶部上时，顶板厚度选最大值10mm。顶板上的元件和部件的安装面应该经过机械加工，以保证安装精度，同时为了减少机加工工作量，安装面应该用形状和尺寸适当的厚钢板焊接。

4. 隔板：油箱内一般设有隔板，隔板的作用是使回油区与泵的吸油区隔开，增大油液循环的路径，降低油液的循环速度，有利于降温散热、气泡析出和杂质沉淀。隔板的安装型式有多种，隔板一般沿油箱的纵向布置，其高度一般为最低液面高度的2/3～3/4。有时隔板可以设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过；在中部开有较大的窗口并配上适当面积的滤网，对油液进行粗滤。

5. 侧板：侧板厚度一般为3-4mm，侧板四周顶部应该加工成高出油箱顶板3～4mm，为了使液压元件的在工作等的情况下泄漏出来的油不至于洒落在地面上或操作者的身上，同时可以防止液压油箱的顶板在潮湿的气候中腐蚀。

回及吸为了防止出现吸空和回油冲击油面形成泡沫，油泵的吸和回油

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管应布置在油箱最低液面50～100mm以下，管口与箱底距离不应小于2倍的管径，防止吸入沉淀物。管口应切成45，切口面向箱壁，与箱壁之距离为3倍管径。回的出口绝对不允许放在液面以上。本设计的管口与箱底的距离为160mm，切口与箱壁的距离为250mm。

6. 回油集管的考虑：单独设置回当然是理想的，但不得已时则应使用回油集管。对溢流阀、顺序阀等，应注意合理设计回油集管，不要人为地施以背压。

7. 吸： 吸前一般应该设置滤油器，其精度为100～200目的网式或线式隙式滤油器。滤油器要有足够大的容量，避免阻力太大。滤油器与箱底间的距离应不小于20mm。吸应插入液压油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。

8. 泄油的配置： 管子直径和长度要适当，管口应该在液面之上，以避免产生背压。泄漏以单独配管为最好，尽量避免与回集流配管的方法。

9. 过滤网的配置：过滤网可以设计成液压油箱内部一分为二，使吸与回隔开，这样液压油可以经过一次过滤。过滤网通常使用50～100目左右的金属网。

10. 滤油器： 滤油器的作用及过滤精度 液压系统中的液压油经常混有杂质，如空气中的尘埃、氧化皮、铁屑、金属粉末。密封材料碎片、油漆皮和 纱纤维。这些杂质是造成液压元件故障的额重要原因，它们会造成油泵、油马达及阀类元件内运动件和密封件的磨损和划伤，阀芯卡死，小孔堵塞等故障，影响液压系统的可靠性和使用寿命。近年来对液压油的污染控制已经开始引起人们的极大重视。

为了便于随时检查和观察箱内液体液位的情况，应该在油箱壁板的侧面安装液面指示器，指示最高、最低油位。液面指示器一般选用带有温度计的液面指示器。

油箱顶板需要装设空气滤清器，对进入油箱的空气进行过滤，防止大气中的杂质污染液压油。空气滤清器的过滤能力一般为油泵流量的两倍，其过滤精度应与液压系统中最细的滤油器的精度相同。

油箱内部应刷浅色的耐油油漆。以防止锈蚀。

6.4液压站的结构设计

6.4.1 电动机与液压泵的联接方式

电动机与液压泵的联接方式分为法兰式、支架式和支架法兰式。

1. 法兰式 液压泵安装在法兰上，法兰再与带法兰盘的电动机联接，电动机与液压泵依靠法兰盘上的止口来保证同轴度。这种结构装拆很方便。

2. 支架式 液压泵直接装在支架的止口里，然后依靠支架的底面与底板相连，再与带底座的电动机相联。这种结构对于保证同轴度比较困难（电动机与液压泵的同轴度0.05mm）。为了防止安装误差产生的振动，常用带有弹性的联轴器。

3. 法兰支架式 电动机与液压泵先以法兰联接，法兰再与支架联接，最后支架再装在底板上。它的优点是大底板不用加工，安装方便，电动机与液压泵的同轴度靠法兰盘上的止口来保证。

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本设计采用法兰支架式联接。同时考虑本设计中的电动机与液压泵的联接在安装时产生同轴度误差带来的不良影响，常用带有弹性的联轴器。为了增加电动机与液压泵的联接刚性，避免产生共振，本设计把液压泵和电动机先装在刚性较好的底板上使其成为一体，然后底板加垫再装到液压油箱盖上。 6.4.2 液压泵结构设计的注意事项

1. 液压装置中各部件、元件的布置要均匀、便于装配、调整、维修和使用，并且要适当地注意外观的整齐和美观。

2. 考虑液压油箱的大小与刚度，液压泵与电动机装在液压油箱的盖子上或装在液压油箱之外。

3. 在阀类元件的布置中，行程阀的安放位置必须靠近运动部件。手动换向阀的位置必须靠近操作部位。换向阀之间应留有一定的轴向距离，以便进行手动调整或装拆电磁铁。压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方。

4. 压泵与机床相联的管道一般都先集中接到机床的中间接头上，然后再分别通向不同部件

的各个执行机构中去，这样做有利于搬运、装拆和维修。

5. 硬管应贴地或沿着机床外形壁面敷设。相互平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性管。软管安装时应避免发生扭转，影响使用寿命。 6.4.3 电动机的选择

电动机的选择范围包括：电动机的种类、类型，容量、额定电压、额定转速及其各项经济指标等。而且对这些参数要综合进行考虑。

选择电动机的容量是电力传动系统能否经济和可靠运行的重要问题。如果电动机容量大小，长期处于过载运行。造成电动机绝缘过早地损坏；如果容量过大，不仅造成设备上的浪费，而且运行效率低，对电能的利用不经济。因此，选择电动机时，首先应是在各种工作方式下选择电动机的容量。

根据前面求出来的电动机的功率可以得出液压泵需要37.29KW以上功率的电动机。 根据一般设计的需要，一般采用Y系列小型笼型异步电动机，Y系列电动机是按国际电工委员会（IEC）标准全国统一设计的新系列产品，适用于传动无特殊性能要求的各种机械设备。

电动机采用B级绝缘。外壳防护等级为IP44。冷却方式为IC0141即全封闭自扇冷式。

电动机的基本安装、结构型式： B3型。 机座带底脚，端盖无凸缘； B5型。 机座不带底脚，端盖有绝缘。 B35型。机座带底脚，端盖有凸缘。

电动机额定电压为380V，额定频率为50Hz。

根据查表查出电动机型号为Y180M4，其额定功率为18.5KW。

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第七章 总结

历时十几周的毕业设计在紧张有序中即将结束，回忆这个过程这段经历，感觉收益颇多。

当我初涉设计时，主、客观问题层出不穷，按着设计计划，设计思路有序地进行，围绕炉门液压提升系统设计该题目，既了解了液压机系统的有关规范，又涉及到了专业知识，加强了自己的专业，拓宽了知识面。

在此我感谢学校给与我的培育之恩，老师的教育之情。本次毕业设计是李慷老师指导的，从毕业设计前期资料的收集到具体的实施过程，至始至终都在的精心指导和大力的支持帮助下完成的。为本设计提出了许多宝贵性的、具有指导性的意见和建议，在他的指导下本设计才得以完成。的指导和帮助我将铭记于心！在此表示由衷的感谢！

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参 考 文 献

1 雷天觉主编. 《新编液压工程手册》[M]. 北京：北京理工大学出版社 1998

2 李建蓉，徐长寿，陶亦亦主编. 《液压与气压传动》[M] 化学工业出版社 2006 3 王文斌主编. 《液压传动与控制》[M] 北京：机械工业出版社 2009 4 张利平、邓钟明主编. 《液压气动系统设计手册》[M] 北京：机械工业出版社

1997

5 张利平主编. 2009

6 成大先主编. 7 路甬祥主编.

220例》[M] 第二版 化学工业出版社 [M] 第四版第四卷 化学工业出版社 2002 [M] 北京：机械工业出版社 2003 28

《现代液压技术应用《机械设计手册》《液压气动设计手册》