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摘 要
造紙技術(shù)作為衡量一個(gè)國(guó)家科技文化發(fā)達(dá)程度和現(xiàn)代化水準(zhǔn)的重要標(biāo)志，紙張及紙制品的消費(fèi)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展有著重要意義。造紙機(jī)是一個(gè)主要由流漿箱、成形、壓榨、烘干、壓光、卷取等部分組成的復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)機(jī)組系統(tǒng)，有時(shí)根據(jù)具體生產(chǎn)的紙張種類不同，還需要配備機(jī)內(nèi)涂布、半干壓光部等輔助部件。
本文主要針對(duì)3520造紙機(jī)壓榨部液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，調(diào)查掌握了3520造紙機(jī)壓榨部液壓系統(tǒng)的現(xiàn)況；接著，對(duì)3520造紙機(jī)壓榨機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行了分析，通過對(duì)結(jié)構(gòu)原理的分析提出了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并通過計(jì)算選擇了各液壓元件以及驗(yàn)算了液壓系統(tǒng)的合理性；然后，對(duì)液壓油缸為進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與校核；最后，應(yīng)用AutoCAD軟件繪制了液壓系統(tǒng)原理圖、液壓站裝配圖及液壓缸的裝配圖和主要零部件圖。
本文的研究方法對(duì)今后各類液壓系統(tǒng)、液壓站設(shè)計(jì)均具有很好的參考意義。
關(guān)鍵字：造紙機(jī)；壓榨；液壓系統(tǒng)；液壓缸
Abstract
Paper Technology as a measure of a country's level of development and modernization of the cultural level of science and technology an important symbol, consumption of paper and paper products, economic and cultural development of modern society is of great significance. Is mainly composed of a paper machine headbox, the forming, the composition of pressing, drying, calendering, coiling unit linkage part of the complex system, sometimes depending on the production of different types of paper, but also with the coating machine, and a half dry calenders and other accessories.
In this paper, the press section of a paper machine for the 3520 hydraulic system design. First, the status of the investigation and the 3520 paper machine press section of the hydraulic system; then, the structure and principles of 3520 paper machine press agencies were analyzed by analysis of the structural principle proposed hydraulic system design and selection by calculating each hydraulic components and checking the reasonableness of the hydraulic system; then, on the hydraulic cylinder for detailed design and verification; and finally, the application of AutoCAD software to draw a diagram of the hydraulic system, hydraulic cylinder assembly drawings and assembly drawings and principal Parts diagram.
Research methods in the future all kinds of hydraulic systems, hydraulic station design have a good reference value.
Keywords: Paper machine; Press; Hydraulic system; Hydraulic cylinder
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章.緒 論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外研究情況及其發(fā)展 1
第2章.總體設(shè)計(jì) 4
2.1 3520造紙機(jī)壓榨部液壓閥站分析 4
2.1.1產(chǎn)品用途及性能參數(shù) 4
2.1.2工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4
2.2工況分析 5
2.2.1 運(yùn)動(dòng)分析 5
2.2.2 負(fù)載分析 5
第3章.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及液壓元件選型 7
3.1確定主要參數(shù) 7
3.1.1工作壓力的確定 7
3.1.2 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 7
3.2液壓回路的設(shè)計(jì) 8
3.2.1制定調(diào)速方案 8
3.2.2制定壓力控制方案 9
3.2.3制定順序動(dòng)作方案 9
3.2.4選擇液壓動(dòng)力源 9
3.2.5繪制液壓系統(tǒng)圖 10
3.3液壓元件的選型 11
3.3.1 液壓泵的選擇 11
3.3.2 液壓閥及輔助元件的選擇 11
3.3.3 蓄能器的選擇 13
3.3.4 管道尺寸的確定 13
3.3.5 油箱容量的確定 14
3.4液壓站裝置的設(shè)計(jì) 15
3.4.1電動(dòng)機(jī)和液壓泵組與油箱的安裝設(shè)計(jì) 15
3.4.2電動(dòng)機(jī)與液壓泵的裝配設(shè)計(jì) 16
3.5液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 17
3.5.1 壓力損失的驗(yàn)算 17
3.5.2發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 18
第4章.液壓缸的設(shè)計(jì) 20
4.1主要尺寸的設(shè)計(jì)與校核 20
4.1.1 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 20
4.1.2 液壓缸工作行程的確定 21
4.1.3 缸蓋厚度的確定 22
4.1.4 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 22
4.1.5 缸體長(zhǎng)度的確定 23
4.1.6 固定螺栓得直徑 23
4.1.7 液壓缸強(qiáng)度校核 23
4.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
4.2.1 缸體與缸蓋的連接形式 24
4.2.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 25
4.2.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 25
4.2.4 密封裝置 26
4.2.5 緩沖裝置 26
總 結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 29
30
第1章.緒 論
1.1研究背景及意義
該項(xiàng)目是岳陽(yáng)國(guó)泰造紙機(jī)械有限公司建造德一條生產(chǎn)線，專業(yè)生產(chǎn)牛皮紙，我們所配套的項(xiàng)目為生產(chǎn)線中段驅(qū)動(dòng)壓榨部壓榨棍的液壓系統(tǒng)。整套項(xiàng)目包括方案擬定、參數(shù)計(jì)算、選型、設(shè)計(jì)、校核、生產(chǎn)圖紙、使用說明書等。作為衡量一個(gè)國(guó)家科技文化發(fā)達(dá)程度和現(xiàn)代化水準(zhǔn)的重要標(biāo)志，紙張及紙制品的消費(fèi)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展有著重要意義。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，紙制品的消費(fèi)量長(zhǎng)時(shí)間保持著高速的增長(zhǎng)趨勢(shì)。作為工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，造紙業(yè)受到了政府和企業(yè)越來越多的重視，并進(jìn)入了一個(gè)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都高速發(fā)展的時(shí)期。
目前，伴隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、液壓系統(tǒng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，造紙機(jī)的自動(dòng)化水平和工作性能都獲得了巨大的進(jìn)步，其發(fā)展方向?yàn)轶w積更大、造紙效率更高和出紙速度更快。作為影響造紙?jiān)O(shè)備工作效率和工作性能的關(guān)鍵部分，壓榨部的液壓控制和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為造紙機(jī)技術(shù)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。一般來說，目前所通用的幾種造紙機(jī)的壓榨部設(shè)計(jì)方案普遍存在著噪聲大、效率低、穩(wěn)定性差、控制精度低等問題。特別是在壓輥的設(shè)計(jì)、制造和裝配等環(huán)節(jié)所存在的問題嚴(yán)重影響了整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)作，影響紙張的正常生產(chǎn)。此外，作為造紙機(jī)重要組成部分的液壓系統(tǒng)的整體規(guī)劃和零部件選配等問題，也嚴(yán)重影響著造紙機(jī)性能的進(jìn)一步提高。
從改革開放以后我國(guó)造紙行業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況來看，我國(guó)現(xiàn)役的造紙機(jī)從生產(chǎn)紙張的質(zhì)量、效率、能耗、污染和成本等關(guān)鍵指標(biāo)上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比都還存在著較大的差距。因此努力解決造紙機(jī)技術(shù)中的各項(xiàng)關(guān)鍵問題，對(duì)于在新的經(jīng)濟(jì)條件下發(fā)展我國(guó)的造紙工業(yè)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.2國(guó)內(nèi)外研究情況及其發(fā)展
作為一種典型的流程工業(yè)，造紙工業(yè)與一個(gè)國(guó)家的文明發(fā)達(dá)程度和經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展水平息息相關(guān)。目前，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家依托其悠久的現(xiàn)代造紙歷史和其科技優(yōu)勢(shì)，不斷進(jìn)行造紙工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并廣泛使用工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和控制技術(shù)，使得造紙機(jī)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性獲得了巨大的提高。其制漿和造紙?jiān)O(shè)備正朝著高效化、自動(dòng)化、大型化的方向發(fā)展。
現(xiàn)代造紙工業(yè)，從最初基于常規(guī)調(diào)節(jié)儀表的簡(jiǎn)單控制階段，到廣泛采用 PLC 系統(tǒng)的控制階段，最后到現(xiàn)在廣泛采用 FCS控制系統(tǒng)和 DCS 控制系統(tǒng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了干濕法備料系統(tǒng)，制漿系統(tǒng)，流送系統(tǒng)，紙機(jī)的濕部、干部及其輔助系統(tǒng)等整個(gè)造紙流程的全過程自動(dòng)化控制。 造紙業(yè)在歐美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為其制造業(yè)經(jīng)濟(jì)中的十大支柱產(chǎn)業(yè)之一。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，已經(jīng)開始廣泛在造紙裝備中應(yīng)用紙漿流體力學(xué)理論和現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)技術(shù)，無論從紙機(jī)的設(shè)計(jì)理念還是生產(chǎn)布置方式上都有了飛躍式的發(fā)展。現(xiàn)在，常見的新聞紙機(jī)或文化紙機(jī)的技術(shù)指標(biāo)為車速 1900m/min；幅寬 12m，衛(wèi)生紙機(jī)車速己達(dá) 3000 m/min；高級(jí)掛面紙板機(jī)車速達(dá) 1300m/min，其各自產(chǎn)能都達(dá)到了千噸級(jí)別。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民精神文化生活的豐富，我國(guó)的造紙工業(yè)逐步進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的階段，從上世紀(jì)八十年以來，中國(guó)的造紙工業(yè)保持者一個(gè)持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。到目前為止，我國(guó)的紙制品產(chǎn)量和消費(fèi)量都達(dá)到了世界前三的位置，且生產(chǎn)的紙制品種類繁多，其質(zhì)量和生產(chǎn)率已接近世界先進(jìn)水平，在世界造紙行業(yè)中具有很強(qiáng)的影響力。 從現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)看，我國(guó)的大型造紙企業(yè)已經(jīng)完成了與歐美國(guó)家的成功接軌，實(shí)現(xiàn)了造紙業(yè)的國(guó)際化。目前我國(guó)造紙企業(yè)正在大量購(gòu)置國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，并從南亞和東南亞地區(qū)大量進(jìn)口優(yōu)質(zhì)木漿，向國(guó)外出口大量成品紙，使得我國(guó)造紙業(yè)在世界上的影響力越來越大。 前我國(guó)已經(jīng)形成了以長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、環(huán)渤海區(qū)為中心的三大造紙基地，三大造紙中心的形成說明了我國(guó)紙張制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)集聚度越來越高。其中，三大造紙基地的特點(diǎn)各不相同，長(zhǎng)江三角洲的造紙企業(yè)主要以生產(chǎn)高檔文化用紙的外企為主；珠江三角洲主要是以生產(chǎn)包裝紙的中小型民企為主；環(huán)渤海地區(qū)所含的造紙企業(yè)最多，生產(chǎn)的紙張種類也最為齊全，目前是我國(guó)紙張產(chǎn)量最高的區(qū)域。此外，隨著造紙企業(yè)的不斷發(fā)展以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的緣故，我國(guó)紙企正呈現(xiàn)出越來越明顯的差異化和專業(yè)化發(fā)展道路。現(xiàn)在我國(guó)最大的幾家造紙企業(yè)都有各自的主打產(chǎn)品，例如：玖龍紙業(yè)專門生產(chǎn)文化用紙，晨鳴紙業(yè)則主要生產(chǎn)包裝用紙，金東紙業(yè)專門生產(chǎn)高檔銅版紙和新聞紙等等。我國(guó)紙企的專業(yè)化趨勢(shì)，使得他們都向著打造各自的品牌之路發(fā)展，大大提高了我國(guó)造紙業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。 然而必須指出的是，雖然從我國(guó)的紙張產(chǎn)量和造紙業(yè)規(guī)模來看，我國(guó)已經(jīng)是一個(gè)造紙大國(guó)，但離成為一個(gè)造紙強(qiáng)國(guó)還有很遠(yuǎn)的路要走。因?yàn)橥瑲W美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，不論是從生產(chǎn)技術(shù)還是管理經(jīng)營(yíng)水平，我國(guó)造紙行業(yè)仍然有很多地方有待提高。目前，我國(guó)有數(shù)量眾多的造紙企業(yè)，但絕大多數(shù)企業(yè)普遍存在生產(chǎn)規(guī)模小、技術(shù)裝備落后、資金不足和管理經(jīng)營(yíng)水平低等問題，特別是我國(guó)紙企的原料結(jié)構(gòu)不合理、能耗過大和環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，直接導(dǎo)致了國(guó)產(chǎn)紙張產(chǎn)品檔次低、質(zhì)量差，成本高、成紙率低，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。因此全面提升我國(guó)造紙行業(yè)整體的管理、裝備和自動(dòng)化水平，使我國(guó)真正躋身造紙強(qiáng)國(guó)之列，依然任重而道遠(yuǎn)。所以，要提高國(guó)產(chǎn)紙制品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，就必須全力提高我國(guó)造紙企業(yè)的裝備自動(dòng)化水平和管理運(yùn)營(yíng)能力。
造紙機(jī)是一個(gè)主要由流漿箱、成形、壓榨、烘干、壓光、卷取等部分組成的復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)機(jī)組系統(tǒng)，有時(shí)根據(jù)具體生產(chǎn)的紙張種類不同，還需要配備機(jī)內(nèi)涂布、半干壓光部等輔助部件。現(xiàn)代造紙裝備正朝著高速化、自動(dòng)化和大型化方向發(fā)展，體現(xiàn)其性能的核心指標(biāo)主要有車速和幅寬兩項(xiàng)。一般認(rèn)為 3000～5000mm 為中等寬幅，大于 5000mm 為大寬幅。造紙機(jī)的車速一般與其生產(chǎn)的紙種有關(guān)，例如現(xiàn)在常見的新聞紙機(jī)和文化紙機(jī)，其車速一般能夠達(dá)到 600m/min，屬于中速紙機(jī)。 國(guó)外的高速紙機(jī)技術(shù)經(jīng)過幾十年來的發(fā)展，已經(jīng)基本解決了造紙機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)和制造過程中的許多關(guān)鍵技術(shù)，且其設(shè)計(jì)理念已較為成熟，并成功開發(fā)出了多種用于工業(yè)生產(chǎn)的高速紙機(jī)。目前國(guó)外廣泛采用的芬蘭的 METSO 公司和德國(guó)的 VOITH公司高速造紙?jiān)O(shè)備可以實(shí)現(xiàn)造紙過程的全自動(dòng)化和信息網(wǎng)絡(luò)化控制，且其生產(chǎn)率高、經(jīng)濟(jì)性好、環(huán)境污染低，具有非常強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
我國(guó)的造紙業(yè)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)時(shí)期的引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的階段，經(jīng)過多年的技術(shù)積累和研究開發(fā)，目前，國(guó)產(chǎn)造紙機(jī)的技術(shù)水平已有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。國(guó)產(chǎn)文化紙機(jī)已經(jīng)可以生產(chǎn)幅寬 5200mm 以內(nèi)的文化紙，其工作車速可達(dá) 1000m/min；國(guó)產(chǎn)白紙板機(jī)可以生產(chǎn)幅寬 4200mm 白紙板，其設(shè)計(jì)車速達(dá) 600m/min；瓦楞紙機(jī)可以生產(chǎn)幅寬 5700mm 的瓦楞紙，其工作車速可達(dá) 800m/min。這些紙機(jī)的工作性能水平已經(jīng)基本達(dá)到了歐美發(fā)達(dá)國(guó)家 90 年代初的水平。 但是，國(guó)產(chǎn)紙機(jī)的制造水平與歐美發(fā)達(dá)水平相比仍然存在巨大差距，尤其是國(guó)產(chǎn)造紙機(jī)主要為低端的中低速紙機(jī)，且其性能穩(wěn)定性差，斷紙頻率高、生產(chǎn)噪音大、環(huán)境污染嚴(yán)重、經(jīng)濟(jì)性較差，且一般不具備故障診斷和聯(lián)合制造的功能。而作為造紙行業(yè)主力軍的高速紙機(jī)則全部依賴進(jìn)口。由于這些進(jìn)口造紙?jiān)O(shè)備的價(jià)格昂貴，每年要導(dǎo)致我國(guó)數(shù)十億美元的外匯流失，同時(shí)由于國(guó)內(nèi)配套零件的缺失，導(dǎo)致了這些進(jìn)口設(shè)備的維護(hù)十分困難，因此只有部分大型造紙企業(yè)能夠負(fù)擔(dān)的起。而加入WTO 以后，我國(guó)造紙行業(yè)所要面對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)將更為激烈，我們必須在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上自主創(chuàng)新，開發(fā)研制出高性能、高效率、高自動(dòng)化程度的新型造紙技術(shù)裝備，以增加我國(guó)造紙行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
從我國(guó)造紙行業(yè)的現(xiàn)狀來看，國(guó)產(chǎn)裝備是我國(guó)造紙業(yè)的主力軍，其技術(shù)水平和生成能力都有了很大的提高。與此同時(shí)，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，國(guó)產(chǎn)造紙?jiān)O(shè)備在單機(jī)產(chǎn)能、能耗、可靠性和環(huán)境污染等方面仍較為落后。最近十年，歐美國(guó)家的造紙裝備制造技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)平穩(wěn)發(fā)展的階段，由于關(guān)鍵技術(shù)的成熟應(yīng)用，新型造紙裝備的出現(xiàn)并不多。其現(xiàn)役造紙機(jī)的單機(jī)產(chǎn)能基本可以滿足生產(chǎn)的要求，進(jìn)一步提高造紙機(jī)產(chǎn)能的市場(chǎng)需求也并不迫切。這些情況為我國(guó)國(guó)產(chǎn)造紙裝備追趕世界先進(jìn)水平提供了一個(gè)十分有利的條件。
第2章.總體設(shè)計(jì)
2.1 3520造紙機(jī)壓榨部液壓閥站分析
2.1.1產(chǎn)品用途及性能參數(shù)
該液壓站用于3520紙機(jī)壓榨部加壓控制的液壓系統(tǒng)中，主要用于壓榨部一壓（真空壓榨）、二壓（拖輥壓榨）、三壓（正壓榨）的合輥、脫開、加載。該液壓系統(tǒng)采用精密調(diào)壓閥控制壓力，保證控制精度和可靠性。該液壓站配置一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)，安放在操作側(cè)；配置泵站一臺(tái)，安放在傳動(dòng)側(cè)或一樓，泵站有兩組電機(jī)-泵裝置，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。
主要性能參數(shù)：
額定壓力：14MPa（120Kg/cm2）
工作壓力：12MPa（120Kg/cm2）
液壓缸運(yùn)行速度：15mm/s
額定流量：30L/min
主電機(jī)功率：7.5KW 轉(zhuǎn)速：1450r/min
備用電機(jī)功率：7.5KW 轉(zhuǎn)速：1450r/min
濾油精度：20um
液壓油牌號(hào)：46#抗磨液壓油
水冷式油冷卻器冷卻面積：2.1m2
冷卻電機(jī)功率：1.5KW
油溫范圍：+5℃～+50℃
電磁閥電壓：220V AC
2.1.2工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
工作原理：該液壓站主要由油箱、電機(jī)-泵裝置、閥組裝置、濾油器、冷卻器、蓄能器、接線端子盒、儀表盤等組成。啟動(dòng)電機(jī)-泵組，油液由泵吸出經(jīng)溢流閥調(diào)定系統(tǒng)主供油壓力，壓力油經(jīng)單向閥、壓力過濾器、換向閥組、調(diào)壓閥組、調(diào)速閥組進(jìn)入各支路油缸。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
該液壓站采用高壓變量柱塞泵。
該液壓站采用精密調(diào)壓閥控制各支路油缸對(duì)各部壓輥的加壓，壓輥兩端的油缸各由一只調(diào)壓閥控制其壓力，可相同可不同，視工況而定，可隨時(shí)調(diào)整。
系統(tǒng)在油泵的主供油油路上設(shè)有蓄能器，該蓄能器一方面可以濾除主油路的壓力脈動(dòng)，另一方面又可以實(shí)現(xiàn)油缸快速動(dòng)作時(shí)的大流量供油。
該系統(tǒng)在主供油油路上和回油油路上都設(shè)有精密過濾器，以保證供給系統(tǒng)油液的清潔度，使各元件工作可靠。
在各支路油缸的有桿側(cè)油口上都設(shè)有速度閥組，用以調(diào)整各壓輥兩側(cè)油缸的動(dòng)作平穩(wěn)和升降同步。
三位四通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)各支路油缸的伸出、退回、加壓等動(dòng)作。
油箱上設(shè)有油溫冷卻裝置、油溫控制裝置，當(dāng)油溫升高到40℃時(shí)冷卻泵和風(fēng)冷機(jī)同時(shí)工作，當(dāng)油溫降到25℃時(shí)冷卻系統(tǒng)關(guān)閉。
各壓力表分別監(jiān)測(cè)各測(cè)壓點(diǎn)的油壓。
2.2工況分析
2.2.1 運(yùn)動(dòng)分析
根據(jù)設(shè)計(jì)要求驅(qū)動(dòng)它的液壓缸，滿足以下要求：
運(yùn)行速度為：V =15mm/s
行程為：S=300mm
2.2.2 負(fù)載分析
液壓缸所受外載荷F包括三種類型，分別為工作負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載、慣性負(fù)載即：
F = Fw+ Ff+ Fa
（1）工作負(fù)載Fw
對(duì)于本壓榨機(jī)構(gòu)來說，即為沿垂直上升方向的壓榨力，故：
Fw=30000N
（2）導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載Ff
啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力，對(duì)于平行導(dǎo)軌Ff可以由下式求的：
Ff=fFn/sin（∝/2）
由于液壓缸為垂直起升，所以垂直作用于導(dǎo)軌的載荷可由其間隙和結(jié)構(gòu)尺寸求得Fn=120N，取fs=0.2，fd=0.1則有
靜摩擦負(fù)載：Ffs=（0.2×120/sin45）=33.94N
動(dòng)摩擦負(fù)載：Ffd=（0.1×120/sin45）=16.97N
（3）運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載Fa
Fa =
式中g(shù)——重力加速度；
——加速或減速時(shí)間，本設(shè)計(jì)中要求不大于0.2s，取=0.1s；
——時(shí)間內(nèi)的速度變化量。
故：
加速：Fa1=（G/g）×（△v/△t）=（30000/9.8）×（0.015/0.1）=459N
減速：Fa2=（G/g）×（△v/△t）=（30000/9.8）×（0.015/0.1）=459N
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載（見表2-1），并畫出如圖2-2所示的負(fù)載循環(huán)圖。
表2-1工作循環(huán)各階段的外負(fù)載
序
工作循環(huán)
外負(fù)載F(N)
1
啟動(dòng)、加速
F =Fw+ Ffs+Fa1
30493
2
快速上升
F = Fw+Ffd
30017
3
減速
F = Fw+ Ffd+ Fa2
30476
4
慢速上升
F = Fw+Ffd
30017
第3章.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及液壓元件選型
3.1確定主要參數(shù)
3.1.1工作壓力的確定
執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負(fù)載循環(huán)圖中的最大負(fù)載來選取，也可以根據(jù)主機(jī)的類型了確定（見表3-1和表3-2）。
表3-1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力
負(fù)載/ KN
<5
510
1020
2030
3050
>50
工作壓力/MPa
<0.81
1.52
2.53
34
45
≥5
表3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
設(shè)備
類型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型
工程機(jī)械
液壓機(jī)、重型
機(jī)械等
磨床
組合
機(jī)床
龍門
刨床
拉床
工作壓力
0.8~2.0
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
所設(shè)計(jì)的壓榨機(jī)構(gòu)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，其值為30493N，其它工況時(shí)的負(fù)載都相對(duì)較低，參考表3-1和表3-2按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來選擇工作壓力的方法。初選液壓缸的工作壓力：，背壓：
3.1.2 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定
為了節(jié)省能源宜選用較小流量的油源。利用單活塞缸差動(dòng)連接滿足快進(jìn)速度的要求，由此求得液壓缸無桿腔面積為:
由計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)徑D按表3-4圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。
表3-4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm)
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
320
400
500
630
注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值
故液壓缸內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)值：
通?；钊麠U直徑?。焊鶕?jù)快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑：
由計(jì)算所得的活塞桿直徑按表3-5圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。
表3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm)
4
5
6
8
10
12
14
16
18
2
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
400
故液壓缸內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)值：，由此計(jì)算出液壓缸的實(shí)際有效面積為：
3.2液壓回路的設(shè)計(jì)
3.2.1制定調(diào)速方案
速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。
節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。
容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。
容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
3.2.2制定壓力控制方案
液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無級(jí)連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。
在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。
在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。
3.2.3制定順序動(dòng)作方案
主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。
另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開順序閥使壓力油通過，來啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。
3.2.4選擇液壓動(dòng)力源
?液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。
為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
3.2.5繪制液壓系統(tǒng)圖
造紙機(jī)壓榨機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。
為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測(cè)元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。
圖3-1 造紙機(jī)壓榨機(jī)構(gòu)液壓原理圖
如圖3-1，為壓榨機(jī)構(gòu)液壓原理圖，其中包含：三位四通電磁換向閥；柱塞泵；油濾器；單向閥；液壓鎖；平衡閥；限位二位二通手動(dòng)換向閥；液壓缸組成。
3.3液壓元件的選型
3.3.1 液壓泵的選擇
由工況圖可知，整個(gè)工作循環(huán)過程中液壓缸的最大工作壓力為3.0MPa。選取油路總壓力損失為0.2MPa。則泵的最大工作壓力為：
其次確定液壓泵的最大供油量，液壓缸所需的最大流量為38.2L/min，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù)K=1.05，則泵的流量為：
根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查產(chǎn)品目錄，選用YB1-6.3/6.3型的雙聯(lián)齒輪泵，其額定壓力為6.3Mpa，容積效率η=0.85，總效率，所以驅(qū)動(dòng)該泵的電動(dòng)機(jī)的功率可由泵的工作壓力和輸出流量求出
由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，如果取泵的效率為，這時(shí)驅(qū)動(dòng)液壓泵所需電動(dòng)機(jī)功率為
根據(jù)此數(shù)據(jù)查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，選擇Y90S-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。
3.3.2 液壓閥及輔助元件的選擇
（1）閥的規(guī)格
根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選?。贿x擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。
控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些，必要時(shí)也允許有20%以內(nèi)的短時(shí)間過流量。
（2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。
表3-7 液壓元件型號(hào)及規(guī)格（GE系列）
序號(hào)
名 稱
型 號(hào)
數(shù)量
備 注
1
油 箱
600升
1
2
精密調(diào)壓閥
AGIRR-10/1/100/V
6
意大利ATOS
3
電接點(diǎn)溫控表
WSSD-411/0-100℃/400mm/M27*2
1
天津歐迪
4
空氣濾清器
QUQ2.5
1
5
銅球閥
QF-25/G1″
3
6
操作臺(tái)
1
7
電 機(jī)
4P-B35/750W
2
皖南
8
變量柱塞泵
A10VSO18DR
2
德國(guó)REXROTH
9
板式單向閥
S20P2
1
10
高壓過濾器
ZU-H160*10FC
1
11
先導(dǎo)式溢流閥
Y-03-21-50
1
12
電磁換向閥
FW-02-3C2/B220Z5L
3
13
壓力表
YN100-25MPa
6
北京布萊迪
14
單向節(jié)流閥
DRVP-L8
12
15
蓄能器
NXQ1-L6.3/20MPa
1
16
冷卻器
DP-1
1
17
液位計(jì)
YWZ-200-T
2
18
電控箱低壓電器
1
19
電機(jī)泵架法蘭
2
20
壓力表
YN60-40MPa
2
北京布萊迪
21
壓力表開關(guān)
KF-L8/14E
4
22
高壓球閥
QJH-15NL
1
23
回油過濾器
RF-160*20LC
1
24
吸油過濾器
WU-160*100-J
2
25
油路塊
11
26
油缸
6
27
油缸安裝座支架
6
28
高壓膠管
65根
29
不銹鋼無縫管
180米
30
管接頭
按需
1批
31
管夾
按需
1批
32
液位報(bào)警器
1
3.3.3 蓄能器的選擇
根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類型和主要參數(shù)。
（1）液壓執(zhí)行元件短時(shí)間快速運(yùn)動(dòng)，由蓄能器來補(bǔ)充供油，其有效工作容積為
????式中 A—液壓缸有效作用面積（m2）；
???? ????l—液壓缸行程（m）；
??? ?????K—油液損失系數(shù)，一般取K=1.2；
??? ????QP—液壓泵流量（m3/s）；
??? ?? ???t—?jiǎng)幼鲿r(shí)間（s）
（2）作應(yīng)急能源，其有效工作容積為：
????式中 ——要求應(yīng)急動(dòng)作液壓缸總的工作容積（m3）。
有效工作容積算出后，根據(jù)有關(guān)蓄能器的相應(yīng)計(jì)算公式，求出蓄能器的容積，再根據(jù)其他性能要求，即可確定所需蓄能器。
3.3.4 管道尺寸的確定
（1）管道內(nèi)徑計(jì)算
式中? Q—通過管道內(nèi)的流量（m3/s）；
???????? υ—管內(nèi)允許流速（m/s），見表3-8:
計(jì)算出內(nèi)徑d后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。
（2）管道壁厚δ的計(jì)算
表3-8 允許流速推薦值
管道
推薦流速/（m/s）
液壓泵吸油管道
0.5～1.5，一般常取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5～2.6
????式中 p—管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）；
??? ???? ?d—管道內(nèi)徑（m）；
? [σ]—管道材料的許用
???? ???σb—管道材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；
???????n—安全系數(shù)，對(duì)鋼管來說，p＜7MPa時(shí)，取n=8；p＜17.5MPa時(shí)，取n=6；p＞17.5MPa時(shí)，取n=4。
3.3.5 油箱容量的確定
（1）液壓油箱有效容積的確定
初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式（31）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
????油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為：V=αQV
????式中 QV—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）；
???????? α—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表3-9。
表3-9 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α
系統(tǒng)類型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓機(jī)械
冶金機(jī)械
α
1～2
2～4
5～7
6～12
10
????在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時(shí)，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于最低限度。
（2）液壓油箱的外形尺寸
油箱長(zhǎng)、寬、高的確定：根據(jù)油箱三個(gè)邊長(zhǎng)必須在1：1：1—1：2：3的范圍內(nèi)，又有油箱的容積為V=44L,所以油箱的長(zhǎng)（L）、寬（D）、高（H）可以設(shè)計(jì)為L(zhǎng)=220mm,D=220mm,H=100mm。
（3）液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
液壓油箱簡(jiǎn)稱油箱，它往往是一個(gè)功能組件，在液壓系統(tǒng)中的主要功能是存儲(chǔ)液壓油液、散發(fā)油液熱量、溢出空氣及消除泡沫和安裝元件等。
油箱的制造一般采用焊接和鑄造兩種方式之一，多數(shù)油箱采用焊接技術(shù)獲得。在一般設(shè)計(jì)中，液壓油箱多采用鋼板焊接的分離式液壓油箱，很少采用機(jī)床床身底座作為液壓油箱。因此，在此設(shè)計(jì)中采用了焊接的方式獲得油箱。
油箱的工作圖樣是油箱加工和安裝的依據(jù)。通常油箱應(yīng)包括箱頂、箱壁、隔板、放油螺塞、吊耳、支腳等零件。
為了增加油液的循環(huán)距離，使油液有足夠的時(shí)間分離氣泡，沉淀雜質(zhì)，消散熱量，所以吸油管和回油管相距較遠(yuǎn)，并且中間用隔板隔開，油箱底應(yīng)微微傾斜以便清洗。
3.4液壓站裝置的設(shè)計(jì)
對(duì)于固定的液壓設(shè)備，常將液壓系統(tǒng)的油箱、動(dòng)力裝置和控制調(diào)節(jié)裝置集中安裝成液壓站，使裝配、調(diào)試和維修都比較方便，同時(shí)又使液壓站上的振動(dòng)源與主機(jī)隔開，減少了液壓站中的油溫變化對(duì)主機(jī)精度的影響。這里主要介紹電動(dòng)機(jī)和液壓泵組與油箱的安裝設(shè)計(jì)問題和控制閥的集成配置等問題。
3.4.1電動(dòng)機(jī)和液壓泵組與油箱的安裝設(shè)計(jì)
在常見的液壓站中，按照電動(dòng)機(jī)和液壓泵組相對(duì)油箱的安裝位置不同，可以分為上置式、下置式與旁置式三種。
如圖5所示為上置式油箱液壓泵站。上置式油箱液壓泵站是將液壓泵與電機(jī)等裝置安裝在油箱上蓋板上，其結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用十分普遍，尤其是需要經(jīng)常移動(dòng)的、泵與電機(jī)均不太大的泵站。電機(jī)與泵可以立式安裝（如圖5），也可臥式安裝。這種安裝方法將動(dòng)力振動(dòng)源安置在油箱蓋板上，因此油箱體，尤其是蓋板要有較好的剛性。如圖6所示為旁置式油箱液壓泵站。旁置式油箱液壓泵站是將液壓泵與電機(jī)等裝置安裝在油箱旁邊。系統(tǒng)的流量和油箱容量較大時(shí)，尤其是一個(gè)油箱給多臺(tái)液壓泵供油的場(chǎng)合采用。旁置式油箱液壓泵站使油箱內(nèi)液面高于泵的吸油口，泵的吸油條件較好。設(shè)計(jì)要注意在泵的吸油口與油箱之間設(shè)置一個(gè)截止閥，以防止液壓泵在維修或拆卸時(shí)油箱中油液外流。下置式油箱液壓泵站是將液壓泵與電機(jī)等裝置安裝在油箱底下。這樣可使設(shè)備的安裝面積減小，也可使泵的吸入能力大為改善。這種安置方式，常常是將油箱架高到使人可以在油箱底下穿越，以便對(duì)液壓泵的安裝和維修
3.4.2電動(dòng)機(jī)與液壓泵的裝配設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)的安裝形式主要有三種：機(jī)座帶底腳、端蓋上無凸緣機(jī)構(gòu)，機(jī)座不帶低腳、端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣機(jī)構(gòu)，機(jī)座帶底腳、端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣機(jī)構(gòu)。如圖7所示為底座帶底腳、端蓋上無凸緣機(jī)構(gòu)，一般用于水平放置。若電動(dòng)機(jī)與液壓泵組立式放置則應(yīng)選用機(jī)座不帶底腳、端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣機(jī)構(gòu)，以便于電機(jī)在安裝板上的定位與固定。機(jī)座帶底腳、端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣機(jī)構(gòu)用于水平放置的電動(dòng)機(jī)與液壓泵組，此時(shí)液壓泵通過發(fā)蘭式支架支承在電動(dòng)機(jī)上，利用端蓋上的凸緣可方便地在支架上定位。
小功率的電動(dòng)機(jī)與液壓泵組可以安裝在油箱蓋上（上置式），功率較大時(shí)需單獨(dú)安裝在專用的平臺(tái)上（非上置式）。電動(dòng)機(jī)與液壓泵組的底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，要便于安裝和檢修。電動(dòng)機(jī)與液壓泵組與底座之間最好加彈性防振墊。在在適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置泄油盤，以防止場(chǎng)地污染。液壓泵的傳動(dòng)軸不能承受徑向與軸向載荷，與電機(jī)軸有很高的同軸度，一般采用彈性聯(lián)軸器的連接形式。
3.5液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算
3.5.1 壓力損失的驗(yàn)算
（1）工作進(jìn)給時(shí)的進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動(dòng)部件工作進(jìn)給時(shí)的最大速度為1.2m/mmin。進(jìn)給時(shí)的最大流量為14.73L/min。則液壓油在管內(nèi)流速v1為
v1 = = cm/min =8330cm/min = 139 cm/min
管道流動(dòng)雷諾數(shù)為
= = = 111
＜2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)
= = = 0.68
進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失為
= = Pa
查閱換向閥4WE6E50/AG24的壓力損失 = Pa。忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進(jìn)油路總壓力損失為
= + = Pa = Pa
（2）工作進(jìn)結(jié)時(shí)的回油路壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，并且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則
= = 69.5cm/s
= = = 55.5
= = = 1.39
回油管道的沿程壓力損失為
= = Pa = Pa
查產(chǎn)品樣本知換向閥3WE6A50/ OAG24的壓力損失 = 0.025×Pa，換向閥4WE6E50/OAG24的壓力損失 = 0.025×Pa，調(diào)速閥2FRM5-20/6的壓力損失為 = 0.5×Pa。
回油路總壓力損失為
=+++=（0.05+0.025+0.025+0.5）×Pa =0.6×Pa
（3）變量泵出口處的壓力
= +
=3.2×Pa
查閱產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：
4WE6E50/OAG24的壓力損失為 = Pa
3WE6A50/OAG24的壓力損失為 = Pa
據(jù)分析在差動(dòng)連接中，泵的出口壓力為
= +++ ++
= Pa
= 1.93×Pa
上述驗(yàn)算表明，不需要修改原設(shè)計(jì)。
3.5.2發(fā)熱溫升的驗(yàn)算
在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，注意考慮工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱量。一般情況下工進(jìn)速度大時(shí)發(fā)熱量大，由于限壓式變量泵在流量不同時(shí)，效率相差極大，所以分別計(jì)算最大、最小時(shí)的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值最大者進(jìn)行分析。
當(dāng)v = 10cm/min時(shí)
= = = 0.785L/min
此時(shí)泵的效率為0.1，泵的出口壓力為3.2MPa，則有
= kw = 0.42 kw
= Fv = kw = 0.034kw
此時(shí)的功率損失為
=- = （0.718-0.41kw = 0.31kw
可見在工進(jìn)速度低時(shí)，功率損失為0.386kw，發(fā)熱量最大。
假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K =kw/(.℃),油箱的散熱面積A為
A = 0.065 = 0.065 = 1.92
系統(tǒng)的溫升為
==℃ = 20.1℃
對(duì)于一般機(jī)械允許溫升25~30℃，數(shù)控機(jī)床油液溫升應(yīng)該小于25℃，工程機(jī)械等允許的溫升為35~40℃。驗(yàn)算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，不必采取其他的冷卻措施。
第4章.液壓缸的設(shè)計(jì)
4.1主要尺寸的設(shè)計(jì)與校核
液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。所以設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來確定。
同上，以提升液壓缸為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。前述已確定液壓缸的工作壓力，缸筒內(nèi)徑 D=125mm，活塞桿外徑d=90mm。
4.1.1 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算
液壓缸的壁厚一般指液壓缸中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可以知道，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分別規(guī)律因?yàn)楸诤竦牟煌鳟?。一般?jì)算時(shí)可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般采用無縫鋼管，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒壁厚公式計(jì)算
≥
式中 ——液壓缸壁厚（m）。
D——液壓缸內(nèi)徑（m）。
——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25~1.5）倍（MPa）。額定壓力≤16Mpa,取=1.5 MPa。
——缸筒材料的許用應(yīng)力。 = ，其中為材料抗拉剛度，n為安全系數(shù)，一般取n = 5。的值為：鍛鋼： = 110~120 MPa；鑄鋼： = 100~110 MPa；無縫鋼管： = 110~110 MPa；高強(qiáng)度鑄鐵： = 60MPa；灰鑄鐵： = 25MPa。
對(duì)于D/＜10時(shí)，應(yīng)該按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。
對(duì)于脆性材料以及塑性材料
≥
式中的符號(hào)意思與前面相同。
液壓缸壁厚算出后，即可以求出缸體的外徑為：
≥ +
式中值應(yīng)該按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或者按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。
在設(shè)計(jì)中，取試驗(yàn)壓力為最大工作壓力的1.5倍，即 = 1.5×3MPa =4.5MPa。而缸筒材料許用應(yīng)力取為= 100 MPa。
應(yīng)用公式 ≥ 得， ≥
下面確定缸體的外徑，缸體的外徑 ≥ + = 125+2×9.4mm =143.8mm。在液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得選取標(biāo)準(zhǔn)值=155mm。在根據(jù)內(nèi)徑D和外徑重新計(jì)算壁厚：==mm =15mm
4.1.2 液壓缸工作行程的確定
液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可以根據(jù)執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并且參照表4-1中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。
表4-1液壓缸活塞行程參數(shù)系列 （mm）
Ⅰ
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
Ⅱ
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3900
Ⅲ
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3800
注：液壓缸活塞行程參數(shù)依Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序優(yōu)先選用。
由已知條件知道最大工作行程為300mm,參考上表系列Ⅱ，取液壓缸工作行程為300mm。
4.1.3 缸蓋厚度的確定
一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效的厚度t按強(qiáng)度要求可以用下面兩式進(jìn)行進(jìn)似計(jì)算。
無孔時(shí)：
有孔時(shí)：
式中 ——缸蓋有效厚度（m）。
——缸蓋止口內(nèi)徑（m）。
——缸蓋孔的直徑（m）。
在此次設(shè)計(jì)中，利用上式計(jì)算可取t=25mm
4.1.4 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定
對(duì)于一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求
式中 ——液壓缸的最大行程。
——液壓缸的內(nèi)徑。
為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，如果過分增大和B都是不適宜的，必要時(shí)可以在缸蓋和活塞之間增加一個(gè)隔套K來增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即
在此設(shè)計(jì)中，液壓缸的最大行程為300mm，液壓缸的內(nèi)徑為125mm，所以應(yīng)用公式的 =mm =77.5mm。
活塞的寬度B一般取得B=（0.6~1.0）D；缸蓋滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定。
當(dāng)D＜80mm時(shí)，??；
當(dāng)D＞80mm時(shí)，取。
活塞的寬度B =（0.6~1.0）90=54~90mm，取60mm
4.1.5 缸體長(zhǎng)度的確定
液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)該大于內(nèi)徑的20~30倍。
缸體長(zhǎng)度：L = 300+60mm=360mm
4.1.6 固定螺栓得直徑
液壓缸固定螺栓直徑按照下式計(jì)算
式中 F——液壓缸最大負(fù)載。
Z——固定螺栓個(gè)數(shù)。
k——螺紋擰緊系數(shù)，k = 1.121.5。
根據(jù)上式求得
= =9.46mm
4.1.7 液壓缸強(qiáng)度校核
（1）缸筒壁厚校核
。
。
前面已經(jīng)通過計(jì)算得：D =125mm, =15mm。則有＜10，所以為厚壁缸。
=15mm≥==9.1mm
可見缸筒壁厚滿足強(qiáng)度要求。
（2）活塞桿穩(wěn)定性的驗(yàn)算
活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的軸向力F不能超過使它穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，從而破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面的形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；钊麠U的穩(wěn)定性的校核依照下式（穩(wěn)定條件）進(jìn)行
式中 ——安全系數(shù)，一般取=24。
當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比＞時(shí)
=
當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比≤時(shí)，且 = 20120時(shí)，則
=
式中 ——安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)。
——活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑， = 。
——柔性系數(shù)。
——由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)。
E——活塞桿材料的彈性模量，對(duì)剛?cè) = 。
J——活塞桿橫截面慣性矩，A為活塞桿橫截面積。
f——由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值。
根據(jù)驗(yàn)算，液壓缸滿足穩(wěn)定性要求。
4.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.2.1 缸體與缸蓋的連接形式
缸體與缸蓋常見連接方式有法蘭連接式（圖4-1a）、半環(huán)連接式（圖4-1b） 、螺紋連接式（圖4-1c、f） 、拉桿連接式（圖4-1d） 、焊接式連接（圖4-1e）等。
圖4-1常見的缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)
缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。通過綜合考慮，在此設(shè)計(jì)中，缸體端部與缸蓋采取法蘭連接的形式。
4.2.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)
活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)形式有很多，常見的有一體式、錐銷式連接外、還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式，如圖4-2所示。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝卸不便，但是工作可靠。
圖4-2 活塞桿與活塞的結(jié)構(gòu)
此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但是它只能適應(yīng)于尺寸較小的場(chǎng)合。經(jīng)過綜合考慮，在此設(shè)計(jì)中，活塞桿與活塞的連接采取螺紋連接的形式，如圖4-3所示。
4.2.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)
活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)果可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開的導(dǎo)向套導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用比較普遍。
此設(shè)計(jì)經(jīng)過綜合考慮，采取端蓋直接導(dǎo)向。
4.2.4 密封裝置
液壓缸中常見的密封裝置有間隙密封，摩擦環(huán)密封，密封圈密封等。間隙密封依靠運(yùn)動(dòng)件間的微笑間隙來防止泄露；摩擦環(huán)密封依靠活塞上的摩擦環(huán)（尼龍或者其他高分子材料制成）在“O”形圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄露；油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。此設(shè)計(jì)經(jīng)過綜合考慮，采用O形密封圈密封。
4.2.5 緩沖裝置
液壓缸帶動(dòng)質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)部件具有很大的動(dòng)能，因此當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到液壓缸終端時(shí)，會(huì)與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機(jī)械沖擊不僅引起液壓缸的有關(guān)部分的損壞，而且會(huì)引起其它相關(guān)機(jī)械的損傷。為了防止這種危害，保證安全，應(yīng)采取緩沖措施，對(duì)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。當(dāng)活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時(shí)，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓迫使運(yùn)動(dòng)柱塞降速制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖。 液壓缸中常用的緩沖裝置有節(jié)流口可調(diào)式（如圖4-3）和節(jié)流口變化式（如圖4-4）兩種。
圖4-3 節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置
圖4-4 節(jié)流口變化式緩沖裝置
在此設(shè)計(jì)中，為了適當(dāng)?shù)臏p輕加工難度，決定采取節(jié)流口變化式緩沖裝置，這種緩沖裝置可以調(diào)節(jié)。
總 結(jié)
經(jīng)過兩個(gè)多月來的資料收集，分析、整理，方案設(shè)計(jì)、方案修改、確定，到最終圖紙的繪制、設(shè)計(jì)論文的撰寫，到現(xiàn)在基本上完成了所有畢業(yè)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目——這個(gè)漫長(zhǎng)的過程，當(dāng)然是辛苦的，不過，從個(gè)人角度來說，這個(gè)更是我大學(xué)一次對(duì)自己專業(yè)能力的總結(jié)和升華，當(dāng)我看到自己所設(shè)計(jì)的圖紙時(shí)候的那種震撼，真的感慨萬千……
本課題主要研究3520造紙機(jī)壓榨部液壓閥站設(shè)計(jì)部分，通過本次設(shè)計(jì)，我對(duì)液壓方面的知識(shí)有了更深一步的了解，也進(jìn)一步掌握了各類液壓元件的功能以及經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的故障。為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
我們即將步入社會(huì)，我們面臨的將會(huì)是更多的困難和挑戰(zhàn)，只要我們努力學(xué)習(xí)，勇于實(shí)踐，勤學(xué)好問，就會(huì)懂得以前不明白或不十分明白的道理，就會(huì)很快地成長(zhǎng)和成熟起來，我也相信，憑著我自強(qiáng)不息，勇于拼搏的精神，定能很快 適應(yīng)這個(gè)多變的社會(huì)，充分發(fā)揮長(zhǎng)處，朝我的方向不斷前進(jìn)，前進(jìn)，再前進(jìn)！
總之，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的創(chuàng)新思維的能力，自學(xué)的能力，學(xué)以致用的能力都得到提高為