I節(jié)能型人造板熱壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計摘 要熱壓機(jī)是人造板生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。發(fā)展人造板產(chǎn)業(yè)是提高木材利用率的有效途徑，熱壓機(jī)是人造板工藝中極其重要的設(shè)備，而熱壓機(jī)液壓系統(tǒng)是控制熱壓工藝的關(guān)鍵。在本設(shè)計的液壓系統(tǒng)中，采用斜盤式軸向柱塞變量泵，既能實(shí)現(xiàn)液壓缸的快速動作，又可以緩慢加壓。同時，由于系統(tǒng)采用液控單向閥，通過重力作用實(shí)現(xiàn)卸荷。系統(tǒng)最大特色是采用了快速液壓缸與主作用缸的配合使用，以達(dá)到快速前進(jìn)，低速緩慢工進(jìn)的效果，既節(jié)省整體循環(huán)時間，又保證了板材壓制需要的力量。另外，系統(tǒng)中采用液壓集成塊技術(shù)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,元件密度高,占據(jù)面積小，運(yùn)用靈活方便，又易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。本設(shè)計在原有 QD 實(shí)驗熱壓機(jī)液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步的改進(jìn)，使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加完善，減少了系統(tǒng)的能量損失，使熱壓機(jī)具有更高的穩(wěn)定性和較高的工作效率，在人造板熱壓成型生產(chǎn)中性能更加完備。關(guān)鍵詞：熱壓機(jī)；液壓系統(tǒng)；變量泵供油；快速卸荷IIThe design of energy-efficient wood-based panel hot press machine hydraulic systemAbstractHot pressing machine is one of the most important of equipment in the man-made board production manufacturing. The development of panel industry is an effective way to improve the utilization ratio of the wood，hot pressing machine is a very important equipment in the process of man-made board，and the hydraulic system of the hot pressing machine is the key to control hot-pressing process.In this design of the hydraulic system，the swash plate axial piston variable displacement pump, both the fast action of the hydraulic cylinder, and slowly pressurized. At the same time, the system uses the pilot-operated check valve unloading by gravity. The most significant feature of the system is used in conjunction the rapid hydraulic cylinder with the main acting cylinder, in order to achieve fast forward low speed slowly work into effect, saving the overall cycle time, and ensures the plate to suppress the strength needed. In addition，the technology of hydraulic manifold blocks is used in this system，which allow the system structure to be compact， the element density to be high，the occupy of area to be small and can be used flexibly and conveniently，meanwhile ，it's easy to realize standardized.This design is on the basis of the original experiment QD hot pressing machine hydraulic system, and has many further improvements，making the whole system structure be more compact，narrowing the energy that system takes up，letting the hot pressing machines have higher stability and higher efficiency，and the performance is more complete in the production of man-made heat mould board.Keywords: hot pressing machine; hydraulic system; variable pump oil; quick unload III目 錄1 緒論 11.1 國內(nèi)人造板的總體概況 .11.2 熱壓機(jī)的發(fā)展 .11.2.1 熱壓機(jī)的起源— 多層壓機(jī) 11.2.2 單層熱壓機(jī) 21.3 熱壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 .31.3.1 國外熱壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 31.3.2 國內(nèi)熱壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 32 熱壓機(jī)總體方案的確定和設(shè)計 52.1 方案原理分析 52.2 熱壓機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件的功用 .62.2.1 液壓泵的功用 62.2.2 液壓缸的功用 62.2.3 液壓集成塊的功用 62.2.4 油箱的功用 63 液壓缸的設(shè)計 73.1 液壓缸類型與安裝方式的確定 .73.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .73.2.1 缸體與缸的連接 73.3 液壓缸的主要技術(shù)性能參數(shù)的計算 .73.3.1 壓力設(shè)定 73.3.2 流量 83.3.3 運(yùn)動速度 83.3.4 推力和拉力 83.3.5 行程 93.3.6 液壓缸的基本參數(shù) 93.4 液壓缸缸的設(shè)計計算 .103.4.1 缸體內(nèi)徑的計算 103.4.2 缸體壁厚的計算 113.4.3 缸體外徑的計算 113.4.4 缸體壁厚的驗算 113.4.5 缸體的材料和技術(shù)要求 123.5 柱塞桿徑的計算與校核 .123.5.1 柱塞桿徑的計算 12IV3.5.2 柱塞桿直徑的校核 133.5.3 柱塞桿的材料和技術(shù)要求 133.6 缸蓋的設(shè)計計算 133.6.1 缸蓋的結(jié)構(gòu) 143.6.2 缸底以及法蘭厚度的計算 143.6.3 缸蓋的材料和技術(shù)要求 153.6.4 缸筒的技術(shù)要求 153.7 雙頭螺柱的計算 153.8 導(dǎo)向套的設(shè)計 163.8.1 導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 163.8.2 最小導(dǎo)向長度的確定 163.8.3 導(dǎo)向套的材料及技術(shù)要求 173.9 密封件和防塵圈的選用 173.9.1 柱塞桿的密封 173.9.2 其他密封 173.9.3 柱塞桿的防塵裝置 174 液壓泵以及閥塊的選擇 194.1 流量計算 194.2 壓力計算 194.3 泵的選擇、校核 204.3.1 泵的壓力計算 .204.4 液壓閥塊的選擇 .224.4.1 材料的選擇 .224.4.2 閥型號的選擇 .225 油箱的設(shè)計 265.1 油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功能 265.2 油箱的設(shè)計要點(diǎn) 265.3 油箱容量的計算 275.3.1 發(fā)熱計算 .275.3.3 油箱容積計算 .285.4 油箱中油液的冷卻與加熱 295.4.1 油液的冷卻 .295.4.2 油液的加熱 .295.5 油箱主要附件的選配 .305.5.1 空氣濾清器 305.5.2 過濾器 305.5.3 吸油口過濾器 305.5.4 回油口過濾器 .315.5.5 其他附件 315.5.6 油盤 316 結(jié)論 32V參考文獻(xiàn) 33致謝 34畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 35畢業(yè)設(shè)計（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 361 緒論 11 緒論1.1 國內(nèi)人造板的總體概況近年來，隨著建筑裝飾和家具業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)木材需求量急劇增長，木材供應(yīng)的缺口越來越突出。發(fā)展人造板工業(yè)有利于緩解我國木材供需矛盾，是節(jié)約木材資源的重要途徑。2006 年全年我國規(guī)模以上人造板加工行業(yè)實(shí)現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值 154571924千元，比 2005 年同期增長 32.49％，全年實(shí)現(xiàn)累計產(chǎn)品銷售收入 147444650 千元，比 2005 年同期增長 32.10％，全年實(shí)現(xiàn)累計利潤總額 7039148 千元，比2005 年同期增長 38.84％。2007 年全年我國規(guī)模以上人造板加工行業(yè)實(shí)現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值 221905431 千元，比 2006 年同期增長 41.72％，2008 年 1-10 月我國規(guī)模以上人造板加工行業(yè)實(shí)現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值 240548404 千元，比 2007 年同期增長 34.17％。 人造板行業(yè)在發(fā)展的同時也存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)品技術(shù)含量較低；企業(yè)管理水平低，產(chǎn)品合格率較低；資源短缺，產(chǎn)業(yè)集中度低等問題。為此，發(fā)展人造板行業(yè)要根據(jù)行業(yè)的實(shí)際情況實(shí)施提高產(chǎn)品技術(shù)含量；擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)；規(guī)范化經(jīng)營管理等措施，提高我國人造板行業(yè)的整體水平 [1]。1.2 熱壓機(jī)的發(fā)展1.2.1 熱壓機(jī)的起源—多層壓機(jī)最早在人造板行業(yè)出現(xiàn)的熱壓機(jī)是多層壓機(jī)，它是借鑒并根據(jù)紡織工業(yè)使用的壓機(jī)改造而來，用于以紙漿來生產(chǎn)最早的纖維板。最初的多層壓機(jī)盡管還不完善，但已經(jīng)具有現(xiàn)代多層壓機(jī)的雛形。裝卸板系統(tǒng)、加熱裝置、壓機(jī)閉合開啟裝置等都為人們所了解。后來多層壓機(jī)在刨花板生產(chǎn)中獲得了極大的成功，并推廣開來。多層壓機(jī)的使用在促進(jìn)刨花板工業(yè)的發(fā)展的同時推動了整個人造板工業(yè)的進(jìn)步。而刨花板行業(yè)的發(fā)展又為多層壓機(jī)的不斷改進(jìn)提供了生產(chǎn)依據(jù)。為了提高單機(jī)生產(chǎn)能力，多層壓機(jī)采用兩種途徑提高產(chǎn)能，一是增加壓機(jī)層數(shù)，二是增大熱壓板的幅面。目前通常使用的壓機(jī)層數(shù)為10～15層，最多可達(dá)40層，幅面主要有4和8英尺。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，多層壓機(jī)的層數(shù)在不斷增多，幅面也在不斷加大。然而多層壓機(jī)的缺點(diǎn)也越來越顯現(xiàn)出來：（1） 熱壓輔助時間長，壓機(jī)有效生產(chǎn)率低。使用多層壓機(jī)，需要相應(yīng)配1 緒論 2置西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3附屬的裝板、卸板系統(tǒng)，這無形中增加了熱壓的輔助時間，再加上壓機(jī)自身所需要的閉合開啟時間，導(dǎo)致熱壓周期長，生產(chǎn)效率低。而且壓機(jī)的層數(shù)越多，輔助時間越長，輔助系統(tǒng)也越復(fù)雜。（2）隨著層數(shù)的增多，多層壓機(jī)對系統(tǒng)的同時閉合系統(tǒng)要求更高。而且由于在熱壓過程中各層板坯受壓力不同，造成成品板的產(chǎn)品厚度不均一，產(chǎn)品穩(wěn)定性差。（3）由于裝板以及熱壓板閉合后板坯在未加壓的情況下受熱，使產(chǎn)品產(chǎn)生較厚的預(yù)固化層，砂光余量大。（4）熱壓板在熱壓過程中，直接受濕熱蒸氣的作用，熱壓板腐蝕嚴(yán)重，影響使用壽命。（5）受壓機(jī)開檔和熱壓板的限制，多層壓機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格具有一定的限制，不能滿足人們對產(chǎn)品多規(guī)格的要求。盡管多層壓機(jī)具有以上缺點(diǎn)，但是到目前為止，多層壓機(jī)仍然占據(jù)壓機(jī)市場的大部分市場份額，成為人造板生產(chǎn)的主要壓機(jī)之一 [1]。1.2.2 單層熱壓機(jī)繼多層壓機(jī)之后，世界上第一臺人造板單層壓機(jī)出現(xiàn)了。第一臺單層壓機(jī)由德國的比松公司制造，是一種主要用于刨花板生產(chǎn)的半自動系統(tǒng)，于1957年正式交付使用。單層壓機(jī)的最大特點(diǎn)是使用一條循環(huán)的鋼帶，通過鋼帶牽引鋪裝好的板坯進(jìn)入壓機(jī)進(jìn)行熱壓，熱壓完成后板坯被牽引出壓機(jī)。由于鋼帶的使用減少了下壓板與板坯的直接接觸，避免壓板受到濕熱蒸氣的腐蝕，提高了熱壓板的使用壽命。單層壓機(jī)的另一特點(diǎn)是輔助熱壓時間的降低。與多層壓機(jī)相比，由于省去了壓機(jī)裝板、卸板裝置，單層壓機(jī)的輔助熱壓時間有較大的縮短，因此在一定程度上提高了勞動生產(chǎn)率。同時單層壓機(jī)也沒有多層壓機(jī)復(fù)雜的裝卸板系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)比較簡單，易于操作，而且由于不受壓機(jī)開檔的限制在理論上可以生產(chǎn)任意規(guī)格厚度的產(chǎn)品。鋼帶的使用在人造板壓機(jī)史上具有重要的意義。鋼帶的使用一方面保護(hù)了熱壓板，一方面使得熱壓時壓力比較均勻，生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸比較穩(wěn)定，減少了砂光余量和鋸切余量。隨著鋼帶技術(shù)的進(jìn)步，在一定程度上使得后來連續(xù)壓機(jī)的出現(xiàn)成為了可能。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和客戶需求的不斷提高，單層壓機(jī)的產(chǎn)能也在不斷提高。單層壓機(jī)產(chǎn)能的提高依靠壓機(jī)長度和寬度的增大。目前單層壓機(jī)熱壓幅面寬度在7～9英尺可調(diào)，壓機(jī)的有效長度可達(dá)52m [1]。目前，全世界共有600多臺單層壓機(jī)在世界各個角落運(yùn)轉(zhuǎn)。制造商包括比松公司、辛北爾康普公司、貝克一馮赫倫公司、迪芬巴赫公司、順智公司以及其西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4他的一些設(shè)備廠商。我國的部分人造板設(shè)備供應(yīng)商雖然也能生產(chǎn)單層壓機(jī)，但是由于在熱壓板制造、加熱系統(tǒng)等方面技術(shù)不成熟，與世界的先進(jìn)水平差距很大。 由于單層壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，使得其與多層壓機(jī)相比具有一定的優(yōu)勢。在世界人造板工業(yè)生產(chǎn)特別是刨花板工業(yè)生產(chǎn)中，單層壓機(jī)有替代多層壓機(jī)的趨勢。1.3 熱壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1 國外熱壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀無論是單層壓機(jī)還是多層壓機(jī)，都是間歇式壓機(jī)，流水式生產(chǎn)線在此中斷，成為生產(chǎn)線提高產(chǎn)量和自動化的一個瓶頸。而且間歇式壓機(jī)還具有生產(chǎn)的產(chǎn)品厚度偏差大，原材料消耗高，能耗大，砂光余量大等自身無法克服的缺陷。在這種情況下，迫切需要一種能夠連續(xù)化生產(chǎn)的壓機(jī)。世界上真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)壓機(jī)是連續(xù)輥壓機(jī)，主要用于薄板生產(chǎn)。因為無論是多層壓機(jī)還是單層壓機(jī)，其生產(chǎn)薄板都是不經(jīng)濟(jì)的。因為壓機(jī)的輔助熱壓時間是一定的，熱壓時間隨著板厚的不同而變化。連續(xù)輥壓工藝是第一個實(shí)現(xiàn)薄型刨花板和纖維板連續(xù)生產(chǎn)的工藝。世界上第一臺連續(xù)輥壓機(jī)首先由德國的BERSTORFF( 貝爾斯托夫)公司研制成功，并在德國的門德刨花板廠實(shí)驗成功，因此也把連續(xù)輥壓機(jī)稱為門德壓機(jī)。門德壓機(jī)盡管實(shí)現(xiàn)了人造板的連續(xù)化生產(chǎn)，但其在生產(chǎn)厚板方面的劣勢是顯而易見的。而且其產(chǎn)量有限，單機(jī)產(chǎn)量很難超過5萬m 3/a。在這種情況下，為了滿足人們對中厚板的大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求，連續(xù)平壓壓機(jī)問世了。連續(xù)平壓熱壓工藝最先由英國提出，世界上第一臺連續(xù)平壓壓機(jī)于1953年在MARK TEY投入刨花板的生產(chǎn)，由英國的w.J.Fischbein設(shè)計制造。人們習(xí)慣把這種壓機(jī)稱為巴特列夫連續(xù)平壓機(jī)。自此，巴特列夫連續(xù)平壓機(jī)載入了人造板機(jī)械的發(fā)展史。歐洲是世界連續(xù)壓機(jī)的發(fā)源地，一直致力于連續(xù)壓機(jī)技術(shù)的研究和提高，代表了世界連續(xù)壓機(jī)制造的最高水平。全世界的連續(xù)壓機(jī)制造商也都集中在歐洲。1.3.2 國內(nèi)熱壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀我國人造板機(jī)械業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了一個從無到有，從小到大，從測繪仿制到技術(shù)引進(jìn)，從單機(jī)的自行設(shè)計到生產(chǎn)線的自行開發(fā)的全過程。近年來，國產(chǎn)人造板設(shè)備的品種也形成了多樣化設(shè)計開發(fā)，例如蘇福馬股份有限公司研制成功定向刨花板生產(chǎn)線、石膏刨花板生產(chǎn)線，信陽木工機(jī)械廠的無機(jī)膠結(jié)材料人造西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5板生產(chǎn)線，哈爾濱林機(jī)廠的水泥刨花板生產(chǎn)線，沈重集團(tuán)公司與加拿大IBT公司合作，設(shè)計開發(fā)出年產(chǎn)600萬m 2高密度模壓門皮生產(chǎn)線。另外，在竹膠合板、二次貼面板設(shè)備設(shè)計開發(fā)上，也有了長足的發(fā)展 [2]。熱壓機(jī)的發(fā)展促進(jìn)了人造板工業(yè)的繁榮。而近年來我國中密度纖維板行業(yè)的超快速發(fā)展也為我國壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供了廣泛的發(fā)展空間。遺憾的是目前我國還不具備連續(xù)壓機(jī)的生產(chǎn)能力，國內(nèi)需要的連續(xù)壓機(jī)還需要從國外進(jìn)口，這嚴(yán)重影響了我國人造板機(jī)械行業(yè)的整體水平的提高。2 熱壓機(jī)總體方案的確定和設(shè)計 62 熱壓機(jī)總體方案的確定和設(shè)計2.1 方案原理分析由于本設(shè)計熱壓機(jī)主要為木材加工工業(yè)、科研單位、高等院校等的實(shí)驗室設(shè)備之一，作纖維板，刨花板，膠合板，表面裝飾板，塑料板，中密度纖維板等的熱壓實(shí)驗之用，所以本著使用方便、高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)約能源的原則，本設(shè)計的液壓系統(tǒng)圖如下：1—過濾器 2—斜盤式軸向柱塞變量泵 3—電動機(jī) 4、6—電磁換向閥 5—溢流閥 7、13—壓力繼電器 8—快速缸 9、10—液控單向閥 11、12—主作用缸 14、15—壓力表 16—油箱圖 2.1 熱壓機(jī)液壓系統(tǒng)圖系統(tǒng)采用變量泵供油，開機(jī)啟動后，電磁換向閥 6 左位，液壓油流至快速液壓缸，快速液壓缸快速上升，同時帶動活動橫梁使兩個主液壓缸克服自重快速上升，此時兩個主液壓缸產(chǎn)生負(fù)壓，打開液控單向閥 10，并向兩個主液壓缸供油；西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7當(dāng)達(dá)到預(yù)定行程并壓緊工件時，系統(tǒng)壓力隨負(fù)載增加而增加，當(dāng)快速液壓缸回路壓力超過預(yù)定值時，壓力繼電器 1K 發(fā)出信號，電磁鐵 1Y 得電，電磁換向閥6 右位，電磁鐵 2Y 得電，電磁換向閥 4 左位，此時對兩個主液壓缸持續(xù)加壓，當(dāng)主液壓缸內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值時，壓力繼電器 2K 使電磁鐵 2Y 失電，進(jìn)行保壓，保壓時間由壓力繼電器控制的時間繼電器來控制，保壓結(jié)束后，電磁鐵 3Y 得電，電磁換向閥 4 右位，此時液控單向閥 9、10 同時工作，快速液壓缸和主液壓缸均通過液控單向閥卸荷，此卸荷狀態(tài)平穩(wěn)，震動較小 [2]。2.2 熱壓機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件的功用2.2.1 液壓泵的功用系統(tǒng)采用斜盤式軸向柱塞泵，主要用于材料熱壓成型時對系統(tǒng)進(jìn)行加壓和保壓。2.2.2 液壓缸的功用液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。本系統(tǒng)中，通過液壓缸的向上運(yùn)動，對熱壓板的加壓，實(shí)現(xiàn)材料的熱壓成型。2.2.3 液壓集成塊的功用本系統(tǒng)將兩個單向閥、兩個換向閥以及一個溢流閥集成在一個液壓集成塊上，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)壓、換向的功能。這里采用液壓集成塊技術(shù)，使得液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，裝配周期縮短。同時，由于元件之間實(shí)現(xiàn)無管連接，消除了因油管、管接頭等引起的泄漏、振動和噪聲。另外，整個系統(tǒng)配置靈活，外觀整齊，維護(hù)保養(yǎng)更加容易，提高了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和集成化程度 [2]。2.2.4 油箱的功用本設(shè)計中，油箱除了貯存供系統(tǒng)循環(huán)所需的油液，還用來散發(fā)系統(tǒng)工作時所產(chǎn)生的熱量，釋放混在油液中的氣體。3 液壓缸的設(shè)計 83 液壓缸的設(shè)計3.1 液壓缸類型與安裝方式的確定當(dāng)下各種液壓缸規(guī)格品種比較少，主要是因各種機(jī)械對液壓缸的要求差別太大。比如對液壓缸的內(nèi)徑、柱塞桿直徑、液壓缸的行程和連接方式等要求不一樣。由于本次液壓設(shè)計主要是實(shí)現(xiàn)立式快速的原則，故選單作用柱塞桿立式快速液壓缸的設(shè)計。安裝方式確定為法蘭固定缸頭，缸底與缸體進(jìn)行焊接連接，缸底與底座用雙頭螺柱進(jìn)行連接 [3]。3.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2.1 缸體與缸的連接缸體與缸的連接形式較多，有拉桿連接、法蘭連接、內(nèi)半環(huán)連接、焊接連接、內(nèi)螺紋連接等。在此選用法蘭連接，這種連接結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便。對缸體來說，液壓力、機(jī)械力和安全系數(shù)有關(guān)的因素都對缸體有影響。液壓缸因壓力過高喪失正常工作能力而破壞，往往是強(qiáng)度問題、剛度和定性問題三種形式給表現(xiàn)出來，其中最重要的還是強(qiáng)度問題。要保證缸體的強(qiáng)度，一定要考慮適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。3.3 液壓缸的主要技術(shù)性能參數(shù)的計算3.3.1 壓力設(shè)定所謂壓力，是指作用在單位面積上的負(fù)載。從液壓原理可知，壓力等于負(fù)載力與活塞的有效工作面積之比。P=F/A(N/m ) （3.1）2式中：F—作用在活塞上的負(fù)載力（N） ；A—活塞的有效工作面積（m ） 。2從上述可知，壓力值的建立是因為負(fù)載力的存在而產(chǎn)生的，在同一個柱塞的有效工作面積上，負(fù)載越大，所需的壓力就越大，柱塞產(chǎn)生的作用力就越大。如果柱塞的有效工作面積一定，壓力越大，柱塞產(chǎn)生的作用力就越大。由此可知：（1） 根據(jù)負(fù)載力的大小，選擇柱塞面積合適的液壓缸和壓力適當(dāng)?shù)囊簤罕茫? 液壓缸的設(shè)計 9（2） 根據(jù)液壓泵的壓力和負(fù)載力，設(shè)計和選用合適的液壓缸；（3） 根據(jù)液壓缸的壓力和液壓缸的柱塞面積，確定負(fù)載的重量 [3]。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10在液壓系統(tǒng)中，為了便于液壓元件和管路的設(shè)計選用，往往將壓力分級。見下表 3.1 所示：表 3.1 壓力分級 級別 低壓 中壓 中高壓 高壓 超高壓壓力范圍（MPa） 0~2.5 2.5~5 8~16 16~32 32 因本次液壓缸的設(shè)計要求中已知的公稱壓力為 25MPa，由表 3.1 可知，本此液壓缸屬于高壓 [3]。3.3.2 流量所謂流量是指單位時間內(nèi)液體流過管道某一截面的體積。對液壓缸來說，等于液壓缸容積與液體充滿液壓缸所需時間之比。即：q=V/t （3.2）式中：V—液壓缸實(shí)際需要的液體體積（L） ；t—液體壓力充滿液壓缸缸所需的時間（min） 。3.3.3 運(yùn)動速度運(yùn)動速度是指單位時間內(nèi)液體流入液壓缸推動柱塞移動的距離，運(yùn)動速度可表示為：v=q/A （3.3）式中：q—流量（m 3/s） ；A—活塞受力作用面積（m ） 。2計算運(yùn)動速度的意義在于：（1） 對于運(yùn)動的速度為主要參數(shù)的液壓缸，控制流量是十分重要；（2） 根據(jù)液壓缸的速度，可以選用流量合適的液壓泵；（3） 根據(jù)液壓缸的速度，可以確定液壓缸的進(jìn)、出油口的尺寸，柱塞桿，的直徑；（4） 利用柱塞桿前進(jìn)和后退的不同速度，可實(shí)現(xiàn)液壓缸的慢速攻進(jìn)和快速退回 [4]。3.3.4 推力和拉力塞桿伸出時的推力為 F ：1F1=A1P 106 （3.4）?式中： P—工作壓力（ MPa） 。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 113.3.5 行程液壓缸的柱塞行程 S，在初步設(shè)計時，主要是按實(shí)際工作需要長度來考慮。但是，實(shí)際需要的工作行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)定性所允許的行程，為了計算行程，應(yīng)首先計算出柱塞桿的最大允許計算長度。L=1.01d 10 (cm) （3.5）2?kPn8.93式中： d—柱塞桿直徑（cm） ；P—柱塞桿縱向壓縮負(fù)載（ N） ；n—末端條件系數(shù)，可查表求出，依題可知 n=1/4；—安全系數(shù)， 6。knk?根據(jù)液壓缸的各種安裝形式和歐拉公式所確定的柱塞桿計算長度及導(dǎo)出行程計算式。一般情況下，液壓缸看縱向壓縮負(fù)載是知道的，有上式即可大概求出液壓缸的最大允許行程。根據(jù)設(shè)計要求以及當(dāng)前市場主流產(chǎn)品的對照，選用行程為 400mm[4]。3.3.6 液壓缸的基本參數(shù)3.2 液壓缸內(nèi)徑及柱塞桿外徑尺寸系列（GB/T2348-1993） （mm ）8 10 12 16 20 25 32 40 5063 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180）液壓缸內(nèi)徑尺寸 200 220 （250） （280） 320 （360） 400 450 5004 5 6 8 10 12 14 16 1820 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140活塞桿外徑尺寸160 180 200 220 250 280 320 360括號內(nèi)為優(yōu)先選取尺寸，柱塞桿連接螺紋型式按細(xì)牙，規(guī)格和長度查有關(guān)資料。3.3 液壓缸的行程系列（GB2349－1980）(mm)25 50 80 100 125 160 200 250 320 400第一系列 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 400040 63 90 110 140 180 220 280 360 450第二系列 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600在設(shè)計計算后按 1.1、1.2 選用缸徑、桿徑和行程，并驗算與要求控制在±5%西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12內(nèi)。3.4 液壓缸缸的設(shè)計計算3.4.1 缸體內(nèi)徑的計算設(shè)計過程中，根據(jù)已經(jīng)給出的工作壓力、公稱壓力計算缸體的內(nèi)徑，對于單作用單活塞桿液壓缸的計算如下：F=PA= P （3.6） 42D?式中： F—液壓缸的公稱壓力；P—液壓缸的工作壓力。又壓制力為 400t,活動橫梁自重 900Kg 則主作用缸分擔(dān)壓制力為 F=2004.5KN 所以： D = = =402mmPF?4631025.?根據(jù)（GB/T2348—1993）圓整后取 D =400mm實(shí)際公稱力: KN.9874)(102536????驗算： 在±5%內(nèi)，%.5.20461987?x所以合理，即 D =400mm，以上為主作用缸內(nèi)徑的計算 [5]。對于快速液壓缸，設(shè)定運(yùn)行速度為 0.03m/s，由于快速液壓缸所受壓力較小，主要作用為提供上升速度，則應(yīng)該按速度與流量關(guān)系計算缸體內(nèi)經(jīng) [6]。有公式：（3.7） ?ppq/?式中： —電動機(jī)功率（W） ，此時 P=5.5Kw；p—液壓泵最大工作壓力（Pa） ；—液壓泵的輸出流量（m 3/s） ；qp—液壓泵總效率，此時取 0.85。?又有系統(tǒng)最大工作壓力（3.8）Pp????1式中： —執(zhí)行元件的最高工作壓力；1—執(zhí)行元件進(jìn)油路山的壓力損失；p??西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13=0.2MPa。p??系統(tǒng)液壓泵最大流量（3.9）qKpmax??式中： —同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值；qmaxK—泄露系數(shù)，一般取 K=1.1~1.3，此時取 1.1；活動橫梁自重 900Kg。由以上三式可求得內(nèi)徑 D=160mm。3.4.2 缸體壁厚的計算按厚壁筒計算，因我們本次設(shè)計缸體的材料為 QT500-7 球墨鑄鐵，是脆性材料，則考慮用第一和第二強(qiáng)度理論計算，又因第二強(qiáng)度理論比第一強(qiáng)度理論更節(jié)省材料，故選用第二強(qiáng)度理論來計算：) （3.10）13.][40(2???yPD??為試驗壓力：Py當(dāng)缸的額定壓力 P 16Mpa 時， =1.5P?y當(dāng)缸的額定壓力 P16Mpa 時， =1.25P所以： =1.25 25=31.25MPayP??????????13.][402yPD??= m08.125.0966??????根據(jù)國標(biāo) GB8713—1988，圓整后取 =88mm；?對于快速液壓缸壁厚的計算，由于快速運(yùn)行時，系統(tǒng)壓力較小，僅提供高速運(yùn)動，由 JB1068—67 得，當(dāng)壓力 P 16MPa 時，取快速缸缸體外徑為?D1=194mm。3.4.3 缸體外徑的計算主作用缸 D1 = D+2δ式中： D—缸體內(nèi)徑。所以： D1 = D+2δ=400+2 88=576mm?根據(jù)重型機(jī)械表，取 D1=576mm 合理。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 143.4.4 缸體壁厚的驗算因我們本次設(shè)計缸體的材料為 QT500-7 球墨鑄鐵,是脆性材料，采用第二強(qiáng)度理論驗算（以能量為依據(jù)） [6]即：?????? ?????????? MPaPD9.71254.076.4.031)4.03.1(2 my 63.19.][1=71.99MPa80mm,則取A=1.0 220=220mm?根據(jù)實(shí)際情況考慮：A=300mm。對于快速液壓缸來說，缸徑 160mm，A=80mm。根據(jù)實(shí)際情況考慮：A=108mm。 3.8.3 導(dǎo)向套的材料及技術(shù)要求a.導(dǎo)向套的材料導(dǎo)向套一般采用摩擦系數(shù)小、耐磨性好的青銅材料制作，也可以選用鑄鐵、球鐵。b.導(dǎo)向套的技術(shù)要求（1） 外圓與端蓋內(nèi)孔的配合多為 H9/f8；（2） 導(dǎo)向套內(nèi)孔與柱塞桿外圓的配合多為 H8/f7；（3） 外圓與內(nèi)孔的同軸度誤差不大于 0.03；（4） 形狀誤差不大于公差之半；（5） 內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，保證潤滑條件良好；（6） 表面粗糙度為 [11]。3.6~25.1?aR3.9 密封件和防塵圈的選用3.9.1 柱塞桿的密封柱塞桿的密封要遵循以下幾個條件：（1） 在一定工作壓力和溫度下具有良好的密封效果，泄漏小；（2） 摩擦系數(shù)小，摩擦力均勻，不會引起運(yùn)動零件的爬行或卡死等現(xiàn)象；（3） 耐磨性好，壽命長，在一定程度上能自動補(bǔ)償被密封件的磨損和幾何精度的誤差；（4） 不損壞被密封件表面；（5） 耐油性、抗腐蝕性好，不易老化；（6） 成本低廉，制造容易，使用方便，維護(hù)簡單；（7） 采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和尺寸；（8） 適應(yīng)液壓缸工作條件的特殊要求；由于系統(tǒng)的工作壓力為 25MPa，所以，其密封選用 O 型橡膠密封圈加擋圈密封 [11]。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 203.9.2 其他密封由于端蓋導(dǎo)向套、壓蓋與缸筒配合處為靜密封，所以用 O 型圈加擋圈密封能夠滿足要求。3.9.3 柱塞桿的防塵裝置液壓缸工作時常有灰塵、沙粒、鐵屑等污物落在柱塞桿上。若將污物帶進(jìn)液壓缸，不僅會加劇零件的磨損、產(chǎn)生劃痕，而且會影響液壓系統(tǒng)的正常工作，因此需要安裝防塵裝置。因防塵圈能刮掉落在活塞桿上的污物，同時考慮到柱塞桿的最大運(yùn)動速度和工作溫度，則選用 SA 型防塵 [11]。4 液壓泵以及閥塊的選擇 214 液壓泵以及閥塊的選擇液壓泵大多選擇容積式泵，從泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)上分為齒輪泵、葉片泵、螺桿泵、柱塞泵4類。選擇液壓泵時應(yīng)綜合考慮多方面因素。不同的泵在相同工況可能呈現(xiàn)不同的性能，因此必須比較在特定的速度和壓力條件下相似尺寸的各類型泵的特性，選擇比較適合的泵。但液壓泵盡可能不選用液壓隔膜泵，由于液壓系統(tǒng)的特殊性，易造成液壓隔膜泵內(nèi)置安全閥起跳，造成系統(tǒng)不能正常工作。4.1 流量計算由設(shè)計條件可知，實(shí)現(xiàn)快速上升速度為 0.03m/s，對實(shí)現(xiàn)加壓時的平均速度為 0.0013m/s。所以，快速上升時進(jìn)入油缸的流量 [11]： min/56.401.014.31 LSVq????慢速加壓時進(jìn)入油缸低壓泵的流量：i/8.92.224.2 壓力計算設(shè)計中已知運(yùn)動件得重量 G 為 g90K所以壓力應(yīng)滿足： a23.14.301sMPP???當(dāng)對試件施加壓力最大時： 79.5.08262F?由于在快速前進(jìn)和工進(jìn)狀態(tài)壓力、流量值相差比較大，綜合系統(tǒng)的工作效率和經(jīng)濟(jì)條件分析，此液壓系統(tǒng)采用變量泵供油。一般情況下，額定壓力為2.5MPa 時，應(yīng)選用價格低廉的齒輪泵；額定壓力為 6.3MPa 時，應(yīng)選用葉片泵；工作壓力更高時，應(yīng)選擇柱塞泵 [11]。根據(jù)以上條件，綜合考慮多方面的因素，系統(tǒng)使用柱塞泵，系統(tǒng)的壓力應(yīng)為泵排出壓力的 70％ ～80％ ，既經(jīng)濟(jì)又可保證泵有足夠的使用周期，因此高壓采用 CY14-1B 斜盤式軸向柱塞泵，用 Y132S-4-5.5 電機(jī)驅(qū)動 [11]。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 224.3 泵的選擇、校核4.3.1 泵的壓力計算流體在管道中流動，其流動阻力包括有： （1） 沿程阻力：流體流經(jīng)直管段時，由于克服流體的粘滯性及與管內(nèi)壁間的磨擦所產(chǎn)生的阻力。它存在于沿流動方向的整個長度上，故也稱沿程直管流動阻力。記為 [11]。hfz流體流經(jīng)直管段時，流動阻力可依下述公式計算：（4.1）2?????dlhfz式中： —磨擦阻力系數(shù)；?—流體密度 )/(3mkg；?—直管的長度（ m） ；l—直管內(nèi)直徑（m） ；d—流體在直管段內(nèi)的流速（m/s） 。?為管道摩擦阻力系數(shù)，金屬水管常取 ，金屬油管常取t ? Re/64??，橡膠軟油管常取 。流動狀態(tài)取決于一無因次數(shù)，其值與Re/75?e/80??管道尺寸以及液體的流速和粘度有關(guān)，這個無因次數(shù)稱為雷諾數(shù)求得：（4.2）???dRe式中： 為平均流速（ ） ；?s/m5.3為管道內(nèi)徑；d為液體密度( )；?/g1087.3K?為動力粘度。?所以： a1079.25.0187.04.5217 33MPdlhfz ????????（2） 局部阻力：流體流經(jīng)異形管或管件（如閥門、彎頭、三通等）時，由于流動發(fā)生驟然變化引起渦流所產(chǎn)生的能量損失。它僅存在流體流動的某一局部范圍內(nèi)，記為 [11]。fj因此，柏努利方程中 項應(yīng)為：?hf（4.3）hfjfzf??西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23局部阻力的計算可采用阻力系數(shù)法或當(dāng)量長度法進(jìn)行，這里采用阻力系數(shù)法進(jìn)行計算。將液體克服局部阻力所產(chǎn)生的能量損失折合為表示其動能若干倍的方法。其計算表達(dá)式可寫出為：（4.4） 2hfj?????式中： —局部阻力系數(shù)；?—流體密度 ；?）（ m/g3K—流體在直管段內(nèi)的流速 。?）（ s/本設(shè)計中由于管道孔徑的變化，主要考慮突變管局部阻力系數(shù) [11]：突然擴(kuò)大如圖 4.1 ：突然縮小如圖 4.2 ：圖 4.1 突擴(kuò)管 圖 4.2 突縮管在油液進(jìn)入液壓缸的整個過程中，油液從高壓泵經(jīng)過管道進(jìn)液壓閥的時候是突縮管，由閥進(jìn)入是閥塊的時候是突擴(kuò)管，從閥塊進(jìn)入油缸的過程還要經(jīng)過突縮管，突擴(kuò)管，突擴(kuò)管。所以： a1043.6210875.5.03MPhfj1 ?????????????26623fj2 ??????? a1043.610875.5.023Phfj3 ???????1.2.6223Mfj4 ???????西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24a1063.2410.87562023MPhfj5 ????????????所以： 745.2 hhfj5fj4fj3fj2fj1fj ??????同理算得低壓泵的壓力損失為 。a58.0P所以，在時間快速上升時，低壓泵的壓力：93.762.Mpa???在壓縮材料的過程中高壓泵的壓力： a768.245.0.5Pb所以，斜盤式軸向柱塞變量泵選型符合要求 [11]。4.4 液壓閥塊的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)及熱板機(jī)的性能要求，考慮到液壓集成塊具有結(jié)構(gòu)緊湊,元件密度高,占據(jù)面積小，運(yùn)用方便靈活容，易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，因此我們將對此系統(tǒng)采用液壓集成塊的設(shè)計，液壓集成塊是集成式液壓系統(tǒng)中主要而關(guān)鍵的零件，是集成式液壓系統(tǒng)的中樞，其在集成式液壓系統(tǒng)中的功能是將集成式液壓系統(tǒng)中的控制閥用“整體管路”組合起來，并通過法蘭、管接頭及管路，連接動力元件——液壓泵，執(zhí)行元件——液壓缸，以及油箱等附件。液壓集成塊、控制元件、動力元件、執(zhí)行元件，與液壓油箱、過濾裝置、冷卻裝置及其它附件等構(gòu)成一個完整的液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱板機(jī)的工作要求與功能 [13]。4.4.1 材料的選擇原則上選用球墨鑄鐵為好，因為它的加工性能較好，尤其對深孔加工更有利。但球墨鑄鐵內(nèi)部不要有疏松，以防在壓力油作用下發(fā)生滲漏，故不適用于中高壓場合，而35鋼鍛可以克服以上的不足，所以閥塊材料采用35鋼鍛件 [13]。4.4.2 閥型號的選擇在本液壓系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)圖需要兩個單向閥，兩個換向閥和一個溢流閥。每一個液壓元件根據(jù)液壓系統(tǒng)的特性和幾何參數(shù)以及在液壓管路中承受壓力、所經(jīng)流量等，經(jīng)計算選取了閥的型號，通過液壓閥型號確定各閥的安裝尺寸。以下為所選閥的型號和外形尺寸。經(jīng)查資料得不同型號的液控單向閥外形如表 4.1 和圖 4.3 所示： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25表 4.1 單向閥外形尺寸表型號 尺寸/mmA A1 B B1 B2 B3 C S T T1 T2 T3 WDF-B10H 82 41 65 56 33 45 93 56 67 45 33.5 10 13DF-B10K 82 41 65 56 33 45 93 56 67 45 33.5 10 13圖 4.3 DF-B※型單向閥外形尺寸圖（板式連接）不同型號的電磁換向閥外形如表 4.2、4.3 和圖 4.4、4.5 所示：表 4.2 換向閥外形尺寸表型 號 尺寸/mmA B C K T23DH-B6C-T 189 133 74 36 52圖 4.4 21D1-63BH 型電磁換向閥尺寸圖