液压设计范文

导语：如何才能写好一篇液压设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：电梯；液压系统；抗摇摆；摇摆试验

中图分类号：TU857文献标识码：A 文章编号：

在我国，液压升降机的使用已经有了较为长久的应用，较早采用这种升降机应该是在17世纪左右，再后来，随着经济的发展，技术的进步，使液压元件可靠性控制技术也得到了很大的提高，促使古代的液压升降机逐渐发展成为近代的液压电梯。美国 OTIS 电梯公司在 1878 年生产了第一台液压电梯，行程 33m。20 世纪 70至80 年代，液压电梯的市场占有率曾达到 30%至40%。 随着变压变频控制电梯的出现，交流永磁同步电机变频调速驱动控制电梯成为市场上的热点。但液压电梯以其独有的特点，在一些低层大负载的场合仍然无可替代。

实例应用简介

1.1原理简介

本文研究的液压电梯是比例节流调速型， 主要由液压泵站、柱塞缸、限速切断阀等组成。 电梯上行时，柱塞杆伸出，通过比例阀的旁路节流调速，上行最大速度由螺杆泵的流量决定；下行时，轿厢由于自重下降，柱塞杆缩回，通过比例阀的出口节流调速。

1.2速度特性

在电梯中决定其性能优劣的主要因素就是电梯的运行速度，这就要求电梯在运行时的速度和稳定性等要达到一定的要求，电梯运行要求特定运行速度、加速度，以求乘载的舒适性和快捷性的统一。 因此把速度特性作为考察本设计是否满足要求的重要参数指标。 液压电梯运行速度按图 1 所示曲线规律变化，其运行可分为 4 个阶段：起动加速、快速运行、减速、平层等阶段。

1-起动加速阶段 2-快速运行阶段

3-减速阶段 4-平层阶段

图1电梯运行速度曲线

二、 电梯液压系统抗摇摆设计

2.1抗摇摆设计要求

根据一般船舶的固有频率、 在海浪中的摇摆经验及液压电梯实际工作要求，提出如下设计要求：（1） 海船在横摇 ±15° 、 周期 6s； 纵摇 ±5° 、 周期 5s情况下液压电梯能正常工作；（2） 海船在横摇 ±45° 、 周期 6s； 纵摇 ±5° 、 周期 5s情况下液压泵站及油缸不破坏。

2.2抗摇摆液压设备设计

液压泵站集成了动力、 控制和安全保护元件，因此， 液压泵站的抗摇摆性能决定了液压设备在特殊环境下能否正常使用。 根据海船纵摇与横摇的参数，提出以下设计准则：

（1）海船在横摇±15°、周期 6s；纵摇±5°、周期 5s 情况下，为了保证泵的吸油以及浸油电机的正常工作，泵和电机必须完全浸在油液中；（2）海船在横摇±45°、周期 6s；纵摇±5°、周期 5s 情况下，油液不能泄漏出泵站；（3）比例控制阀和各种传感器既要可靠地固定在油箱之上，又要保证油箱的密封；基于实现上述设计要求，从结构上改进泵站，以达到抗摇摆的目的,该液压泵站具有以下特点，如图 2 所示。

1-手动泵 2-接线盒 3-比例阀 4-油箱 5-电机和泵

6-接线盒箱体 7-绝缘木板 8-漏斗

图2液压泵站结构图

（1）油箱箱盖焊接，油液无法从箱盖和侧板缝隙泄漏；（2）SEV 阀油口和阀板都有密封元件，手动泵吸油口通过隔壁接头密封， 这些措施可防止油箱中油液从油口中泄漏；3）特殊的接线盒结构 ，接线盒为可拆卸的圆筒 ，圆筒内接线板下面增加一个漏斗结构，可以阻挡油液的晃动，并使溅出的油液流回油箱；（4）侧面开有检修孔，方便内部元件的安装和拆卸；（5）油箱结构简单以减小整体尺寸。

2.3抗摇摆液压设备设计静态分析

因为横摇情况油液晃动比纵摇更剧烈， 因此以横摇情况为极限情况分析。（1）当液面最低时，即电梯处于最高位置 ，柱塞杆全部伸出。此时设计静止时油箱液位为 363mm，如图 3a所示。 当横摇 15°时，油液液面如图 3b 所示，油泵和电机完全浸在油液中。 为了提高可靠性，保持液面最低处高于电机 55mm。

图3最低液位时油液液位示意图

（2）当液面最高时，即电梯处于最低位置 ，柱塞杆全部缩回。 此时，油箱中油液液位静止时为 405mm，如图 4a 所示。 当横摇 45°时，因为泵站的特殊结构，油液无法从油箱中漏出，如图 4b 所示。

图4最高液位时油液液位示意图

三、电梯液压系统抗摇摆试验分析

3.1摇摆试验设备

静态分析抗摇摆性能的缺点是不能考虑纵摇与横摇的复合工况，以及油液摇晃的动态过程。 因此，为进一步验证设计的可靠性， 在专门的摇摆试验台上模拟在海船中运行的情况。 该试验台架横摇±15，纵摇＋5，周期 6s。

3.2摇摆试验分析

200kg 船用液压防爆电梯技术参数如表 1 所示。试验过程通过比例阀控制板采集电梯上下行运行的数据，该数据主要包括上下行速度和加速度。

表1电梯主要技术参数

1）电梯空载运行的试验

从图 5 和图 6 可以看出：电梯空载运行时，在正常和摇摆情况下，上行与下行速度曲线与目标曲线相符。两种情况下上行速度为 0.47m/s，下行速度是 0.5m/s，符合设计的要求。 比较上两条曲线图，正常情况下速度曲线较平滑，而摇摆情况速度曲线波动更剧烈，同时，摇摆情况的加速度曲线相比于正常情况，波动也更加剧烈，尤其在上行阶段差别明显。

图5正常情况下空载运行曲线

图6 摇摆情况下空载运行曲线

下面分上行和下行过程讨论速度波动增大的原因。上行过程，速度由泵流量决定，而液压设备中使用螺杆泵，其流量受压力影响。 在摇摆情况下，由于电梯倾斜导致系统压力不稳定，因此泵出口流量产生波动。下行过程，速度由比例阀节流口控制，根据公式

式中 C d———阀口流量系数；

A———缓冲套直径；

Δp———缓冲腔与出口压差；

ρ———油液密度。

在节流口面积不变的情况下， 通过节流口的流量由节流口两端压差 Δp 决定。 摇摆情况下系统压力不稳定，Δp 变化导致下行速度的波动剧烈。

2）电梯满载运行的试验

从图 7 和图 8 可以看出：电梯满载运行时，在正常和摇摆情况下，上行与下行速度曲线与目标曲线相符。两种情况下上行速度是 0.45m/s， 下行速度仍然是 0.5m/s。上行速度相比空载运行下降原因是： 系统压力相比于空载时有所增加，导致螺杆泵出口流量降低。 与空载运行时相同， 满载运行时摇摆情况比正常情况速度和加速度曲线波动更剧烈。

图7正常情况下满载运行曲线

图8摇摆情况下满载运行曲线

结束语

随着我国船舶工业的发展，船舶的吨位越来越大，对船用的电梯的需求日益增加。 液压电梯以传递功率大，噪声低，井道占用面积小，故障率低等特点较广泛应用于船用场合，但是相比于陆用场合，船舶在海洋中航行时会受到波浪的拍打而产生摇摆。 面对如此特殊的工作环境， 就必须对液压电梯做出相应的改进以保证其能够正常工作。

参 考 文 献

[1] 徐兵,林建杰,杨华勇.液压电梯的发展历程及展望[J].机床与液压，2005，(10):9-10.

[2] 张军,宋文鹏,葛勇.一种新的非线性波浪周期概率分布[J].海洋学报，2011，33(1):11-15.

[3] 左健民.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2005:34.

[4] 谢振光.液压电梯结构特点及控制方式探讨[J].企业科技与发展,2010,(19).

[6] 李凤兰.液压电梯的特性及其发展前景[J].山西机械,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.

关键词：液压；机械手；控制

Key words： hydraumatic；manipulator；control

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0145-02

0 引言

机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、执行轨迹、实现自动抓举或搬运的自动化机械装置。产品机械手价格昂贵，一些小型机械企业望而止步。文中所研究的机械手采用液压驱动方式，主要功能是实现上下料过程的自动化。其造价低廉、控制性好，可为小型机械行业所用。现将设计过程简单介绍。

1 机械手的技术参数

①自由度（四个自由度）

臂转动 180°

臂上下运动 175mm

臂伸长（收缩） 400mm

手部转动 ±90°

②手指握力 392N

③驱动方式 液压驱动

2 主要设计内容

2.1 结构原理设计 根据设计要求绘制出其机械手结构原理图，如图1所示。

2.2 系统结构分析 本次液压机械手的设计主要是由执行机构，驱动装置，被抓取工件等部分组成，各系统之间的相互关系如图2所示。

2.3 机械手机械系统结构设计 机械手的机械结构部分主要是由执行机构构成的，其中执行机构又包括末端操作器、手腕、手臂和机身。

2.3.1 末端操作器

机械手为了进行作业，在手腕上装上了操作机构被定义为末端操作器。它的最为基本作用是：直接抓取工件、工具或物体等，末端操作器的功能与人手相似，工件的形状和特征直接决定末端操作器的机构形式。本次设计手部的结构选择为滑槽杠杆式夹钳。

2.3.2 手腕

机器手的手腕是连接手部和手臂的桥梁，其主要用途是调节、改变工件的坐标，因此具有相对独立的自由度，从而使机器人的手部能够完成各种复杂的动作。一般，按照自由度分类，手腕可以设计为三个自由度。分别为：单自由度、二自由度和三自由度。本次设计中选用的是单自由度手腕。

2.3.3 手臂

手臂是机械手执行机构的尤为重要组成部件。手臂根据它的运动方式可以分成四种类型，它们分别是“直线运动、回转运动、俯仰运动和复合运动。此次设计选用的是直线运动、回转运动的复合运动。

2.3.4 机身

机械手的最基础的部分是机身，它的主要作用是连接、支撑。所以机械手主要承受动力装置、液压装置的重量。

通过Pro/E软件完成机械手的三维造型如图3所示。

2.4 液压驱动系统总体设计 机械手液压系统原理图如图4所示。

3 结束语

四自由度液压机械手系统运转平稳，能准确完成上下料工作，机械密封可靠，说明液压回路的设计及液压元器件的选择满足产品使用的需求。最为重要的是整套设备的制作费用在五千元左右，与产品工业机器手数万元的价格相比，很大程度上满足了小型机械企业向自动化、智能化发展的需求，可为同类产品的设计提供经验。

参考文献：

[1]康立新，马建华.工业机械手的设计[R].工程技术.

[2]谢明广，孔祥战，何宸光.机器人概述[M].哈尔滨：哈尔滨大学出版社，2013.

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【关键词】便携式；压型装置；液压

当前，在很多工程领域，需要将在材料市场购买到的原厂出厂钢管压制成其它形状或成型后切断，但由于钢管的金属材料不同，其强度和硬度、韧性不同，给施工带来了诸多不便，这主要原因是，普通的压型钳多采用机械式结构，压紧力相对较小造成的，而本文介绍的这款压型装置的工作原理是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质，再将液压产生的能量转换为机械能进行工作，从而实现用省力、可靠的操作目标。

1压型装置的进油系统与夹紧机构设计

如图1所示，在吸压油系统中采用了由两个单向阀门与一个抽吸撞锤构成，其动作可以阐述如下，当需要工作时，要拉起手柄后，拉杆会同时带动抽吸撞锤在图1所示的方向向上做单向运动，从而使图1中标注有1-1腔体结构部分的真空体积随向上的单向运动而逐渐使容积增大，依据流体力学所揭示的流体介质工作特性，液压油即被逐步吸入到1-1腔体内，进而液压油进入单向阀1，继续挤压带动单向阀1中的阀球向扩大阀1的腔的趋势运动，通过人为的提拉动作，使这个装置充分完成吸储油的过程。相反，当向下按下手柄后，由图1所示的抽吸撞锤会在图所示的方向向下运动，由此至使1-1腔体内的流体介质在动力作用下向腔外流动，此时单向阀1被关闭，单向阀2开启，液体介质在流体动力作用下推动单向阀2的球阀移动，液体介质进入2-2腔内，完成压油过程。

按照上面所阐述的吸压油的工作原理，重复拉压手柄，完成吸压油系统的给油工作。

本压型装置的夹紧是依靠液体介质即液压油压入型腔，随拉压动作的重复压入的液压油体积自然会不断加大，液压油体会不断推动活塞向上移动，而在本装置的设计上，在活塞的上端连接有可拆卸的模具上支架。

将模具安装在上支架上，这样，随着上支架的不断上升，上、下模具之间的距离会越来越小，起到夹紧作用，具体的成型形状由安装在支架上的模具来控制完成。在实际生产中，通过更换安装在上支架上的模具，实现压制不同的形状及尺寸工件的要求。本装置在设计过程中充分考虑了一个特殊的使用情况，在没有流体介质液压油状态下，活塞受外力作用向上移动或是这个装置被不小心倒置。在这种特殊情况下，此结构设计是在活塞体上加装了适当力的弹簧，使弹簧始终处于有压力的压缩状态，活塞受力方向是图1中向下，只有活塞所受的力大于弹簧所施加的力的情况下，才会向上运动，这项设计，克服了这种可能发生的不利的特殊工作的情况，使装置工作更可靠。

2完成一次压型过程所需最多压油次数

本设计压型装置结构中吸油活塞最大行程6mm，半径为20mm。压油活塞最大行程12mm，半径为2mm。设压油次数为：

3活塞弹簧初始弹力大小设计

在设计过程中，本装置为了保证能把液压油压回至油箱，弹簧作用力至少为1.5大气压，即：

弹簧初始压缩弹力：

通过对上面设计与分析，可以了解到本液压压型装置结构的基本工作原理和相关计算。本压型装置是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。具有动态、静态特性好，工作效率高、安全可靠，寿命长，经济性好等特点。

【参考文献】

[1]官忠范，液压传动系统[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2] 杨曙东，液压传动与气压传动（第三版）[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2008.

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关键词： 液压缸结构；设计原则；步骤

1 概述

液压缸是各类液压系统的执行元件，其性能的优劣决定了液压系统的可靠性，而液压缸的内部结构及外部连接方式的设计直接影响了液压缸的性能。

液压缸的结构形式有拉杆型、焊接型和发兰型。拉杆型即两端盖和缸筒采用四根拉杆（螺栓）连接，两端盖为长方形或正方形，这种结构简单，制造和安装方便。缸筒可用内孔珩磨的无缝钢管，按行程要求的长度切割即可。但这类缸受行程长度、缸筒内径和工作压力的限制一般行程≤1.5m、缸内径≤250mm、额定压力≤20MPa。焊接型即后盖和缸筒采用焊接连接，前端盖与缸筒之间可采用内（或外）螺纹连接，也可采用内卡键（或内卡环）连接。不能用于过大的缸内径和较高的工作压力，常用于缸内径≤200m m、额定压力≤25MPa。

发兰型液压缸即缸体与端盖用发兰螺钉（栓）连接，后端盖也可与缸筒焊接。这类缸外形尺寸较大，适用于大中型液压缸，缸径通常大于100m m，额定工作压力 25～40MPa，能承受较大的冲击负荷和恶劣的外界环境条件。

准备工作：设计依据、设计原则和一般步骤等。

1 设计的依据

液压缸与机器及机器上的机构直接相联系，对于不同的机构，液压缸的具体用途和工作性能也不同，因此设计之前，要进行全面地分析和研究，收集和整理必要的原始资料作为设计的依据。

（1）了解和掌握液压缸在机器上的用途和工作要求满足机构的动作要求和用途是设计液压缸的主要目的。

（2）了解液压缸工作环境条件

工作环境条件不同，液压缸的结构和设计参数也不尽相同。比如用于采煤工作面的液压支架上的立（支）柱缸，工作条件恶劣，粉尘大，支护（工作）压力变化大（负载变化大），要求立（支）柱缸绝对安全可靠，不允许有泄漏。

（3）了解外部负载情况

主要指外部负载的质量、几何形状、空间体积大小、运动轨迹、摩擦阻力及连接部位的连接形式等。例如液压翻斗汽车，液压缸的外负载是翻斗（车厢）和所装的货物，翻斗上升倾斜时，液压缸的轴线发生摆动，这就要求活塞杆头部与翻斗的联接采用耳环式或销轴式，液压缸底座与车身的安装形式也要采用耳环式或耳轴式。

（4）了解液压缸运动形态及安装约束条件

包括了解液压缸的最大行程、运动速度或时间，安装空间所允许的外形尺寸及液压缸的运动形式，如液压缸轴线固定或摆动，作往复直线运动或往复摆动，连续运动还是间歇周期运动，缸体运动或活塞杆运动。

（5）了解液压系统的情况

液压缸的设计是液压系统的一部分。设计已知液压系统的液压缸，应了解液压泵的工作压力和流量大小，管路的通径和布置情况，各种液压阀的安装和控制情况等。

（6）了解有关国家标准、技术规定和其他参考资料。

借鉴已有的液压缸的设计是十分必要的。

2 设计的一般原则

（1）保证液压缸的输出力（推力、拉力或转矩）、行程和往返运动速度，液压缸的额定工作压力（输出力的折算值）以液压泵的额定工作压力的 70%为宜。

（2）保证液压缸的每个零件有足够的强度 、刚度和耐用性（寿命）。

（3）在保证上述 2 个条件的前提下，尽量减小液压缸的外形尺寸和重（质）量。 在外负载一定的条件下，提高液压缸的额定工作压力可减小液压缸的外形尺寸。

（4）在保证液压缸性能的前提下，尽量减少零件数量，简化结构。

（5）尽量避免液压缸承受横（侧）向负载和偏心负载，活塞杆工作时最好受拉力，以免产生纵向弯曲而引发稳定问题。

（6）液压缸的安装形式、活塞杆头部与外负载的连接形式要合理，尽量减小活塞杆伸出后的有效安装长度，避免产生“憋劲”现象，增加液压缸的稳定性。

（7）密封部位的设计和密封件的选用要合理，保证性能可靠、泄漏量小、摩擦力小、寿命长、更换方便。密封部件的设计是保证液压缸性能的重要一环，对所选用的密封件，应使其压缩量和压缩率在合理范围内。

（8）根据液压缸的工作条件和具体情况设置适当的排气、缓冲和防尘措施。在工作条件恶劣的情况下应考虑活塞杆的防护措施。

（9）各种零件的结构形式和尺寸设计，应尽量采用标准形式和规范系列尺寸，尽量选用标准件。

（10）液压缸应做到成本低、制造容易、维修方便。

3 设计步骤

（1）根据设计依据和负载机构的动作要求，初步确定设计方案：缸体结构形式、安装方式、连接方式等。

（2） 根据液压缸承受的外部载荷作用力如重力、外部机构运动摩擦力、惯性力及工作载荷，确定液压缸在行程各阶段上负载变化规律及必须提供的动力数据。

（3）在以输出力为主的液压缸设计中，根据负载 F 和选定的额定（工作）压力 pn，确定缸筒内径即活塞外径 D 和活塞杆直径 d。两者是设计液压缸的基本参数。

（4）根据选择活塞外径 D 和活塞杆外径 d 计算

无杆腔面积 A1和有杆腔面积 A2；根据液压缸速度 u的要求，确定液压缸所需的流量 Q。在以液压缸速度为主的设计中，应首先根据工作速度选择液压缸的流量 Q、活塞外径 D 及活塞内径 d；再根据负载 F 确定液压缸的额定（工作）压力。

（5）选择缸筒材料，计算缸筒厚度或外径。 缸筒外径要符合系列尺寸规定。 缸筒通常选择冷拨或热轧无缝钢管，以节省加工费用，特殊要求时选用锻件或铸件。 有焊接要求时，选用焊接性能较高的 35钢或 ZG35。 通常可选用 45 钢。

（6）选择缸底和缸盖的结构形式 ，计算缸底厚度、缸筒与缸盖的连接强度；确定具体安装形式及结构尺寸；确定缸筒上油口的位置、尺寸和连接形式。

（7）活塞组件设计，包括活塞的宽度 B、密封和支承形式，与活塞杆的连接方式，活塞杆与负载的连接形式和尺寸，根据负载 F 校核活塞的强度。根据行程 L、活塞宽度 B 等确定活塞的长度 S。对于活塞杆直径 d 与液压缸行程 L 之比小于 0.1， 即 L≥10 d时，应进行活塞杆纵向弯曲强度校核及液压缸稳定性校核。仅承受拉负载的液压缸可不作上述校核。

（8）必要时设计缓冲和排气装置。当液压运动速度较高（u>5～7 m/s）或运动部质量较大时，为防止活塞在行程末端与缸盖或缸底发生机械碰撞而引起冲击或造成液压缸及被驱动件的损坏，必须设计缓冲装置。

（9）审定全部设计资料及其他技术文件，对图纸进行修改和补充。

（10）绘制液压缸装配图和零件图，编制技术文件。

4 结语

掌握液压缸正式设计前要做的准备工作，可使设计者知道做什么和如何做，这对没有设计经历的年轻工作者来说是十分重要的。■

参考文献

[1]顾力平，液压与气动技术[M]。中国建材工业出版社，2012

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摘要： 小型液压挖掘机主要用于城市等狭窄地区，代替人力劳动。由于小型挖掘机的工作空间小、作业地形复杂、操作方便、可控性要求高，这就要求小型挖掘机具有良好的复合动作、精简的液压系统以及可靠的系统性能。

关键词： 挖掘机；液压系统；集成块；液压站

0引言

单斗挖掘机的动作繁复，主要机构经常启动、制动，换向，外负荷变化很大，冲击和振动多，而且野外工作，温度和环境变化大，所以对液压系统的要求是多方面的。对挖掘机的工况进行仔细分析，掌握其运动规律，从液压系统的基本回路着手，初步绘制系统原理图，对集成块、集成块装配、液压站进行设计，才能保证所设计出的液压系统性能可靠，实现预期功能。

1单斗液压挖掘机的作业过程

单斗液压挖掘机的作业过程包括下列几个间歇动作：动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走，以及其他辅助动作。除辅助动作（包括轮式挖掘机的支腿收放、整机转向等）不需全功率驱动以外，其他都是挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。

单斗液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合，包括：挖掘、满斗回转、卸载、返回。

2液压系统原理图设计

挖掘机的液压系统也是由许多基本回路构成，包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、行走限速回路、直线行走回路、节流调速和节流限速、回转优先回路等。将这些回路通过串并联，再添加一些辅助回路，就能构成复杂的挖掘机液压系统。

2.1 限压回路限压回路用来限制系统的工作压力，使其不超过某一调定值。限压的目的是：

2.1.1 限制系统的最大压力，通常用安全阀来实现，安全阀设置在主油泵出油口附近；

2.1.2 根据工作需要，使系统中某部分压力保持在定值，或不超过某值，通常用溢流阀来实现。

如图1所示先导溢流阀设置在主油泵出油口附近，溢流阀限制了系统的最高工作压力。另外单斗液压挖掘机执行元件的进油和回油回路上也成对地并联限压阀，即二次溢流阀。二次溢流阀有效的限制了液压缸、液压马达在闭锁状态下的最大闭锁压力，这种限压阀实际上起了卸荷阀的作用。

2.2 卸荷回路卸荷回路常采用液压泵以最低压力进行空转的卸荷方式。根据回路组合形式，有换向阀中位卸荷和穿越换向阀卸荷两种方式。

本设计采用穿越换向阀卸荷方式卸荷，如图1所示，液压泵输出流量流经三位六通阀的中心旁路，当换向阀未得到动作信号时，液压油经中心旁路，再经过回油过滤器流回油箱；当换向阀得到动作信号时，中心旁路被阻断，另外两个常闭的管路导通，液压油流入执行元件，执行元件动作。

2.3 缓冲回路单斗液压挖掘机满斗回转时，由于上车转动惯量很大，再启动、制动和突然换向时，引起很大的液压冲击，尤其是回转过程中遇到障碍突然停车，液压冲击极大，所以在挖掘机回转机构的回路上通常设有缓冲阀。回转机构的缓冲回路就是利用缓冲阀使液压马达高压腔的油液超过一定压力时获得出路。回转缓冲回路如图2所示。

2.4 节流调速和节流限速回路节流调速是利用节流阀的可变通流截面来改变流量，进行调速，这种调速方式结构简单，能获得稳定的低速。根据其安装位置，有进油节流调速和回油节流调速两种。

单斗液压挖掘机的工作装置为了作业安全，常在液压缸的回油回路上装上单向节流阀，形成节流限速回路。例如，为防止动臂因自重降落速度太快而有危险，其大腔回路上装由单向阀和节流阀组成的单向节流阀，使动臂下降速度受节流控制。如图3所示。

2.5 行走限速回路履带式液压挖掘机下坡行驶时因自重加速，可能导致超速溜坡事故，发生危险，此时，行走马达超速运转，发生吸空现象，甚至损坏。因此，履带行走装置必须考虑行走液压马达的限速和补油，使马达转速控制在安全容许范围以内。

行走限速回路的工作原理为：按图4假定，通入高压油后阀二在高压油的作用下，阀芯二向上移动，高压油路的部分由经阀一流去，同时也使阀一的阀芯向下移动，部分高压油经阀一流入液压缸，使行走马达开启，挖掘机开始行走，若挖掘机出现超速溜坡现象将导致原来的高压油道产生吸空，压力减小，出现回油腔压力大于压力油腔的现象，此时阀二的阀芯在弹簧力的作用下将向下运动，恢复至中位，阀一也将因此闭合，失去压力油的液压缸也在弹簧力的作用下活塞向左运动，使行走马达制动，同时阀三的阀芯向下运动，回油腔的液压油沿管路1、2、3、4、5向压力油腔补油。消除吸空现象。

3液压装置结构设计

3.1 集成块的设计集成块的空隙结构复杂，设计者经验的多寡对于设计的成败及质量的优劣有很大影响，在综合了大量参考资料后，按照如下步骤完成了集成块的设计：

3.1.1 确定公用油道孔的数目。设计的公用油道数目为两条，一条为总进油管，另一条为总回油管。

3.1.2 制作液压元件样板。可按照液压阀的轮廓尺寸及油口位置预先制作元件样本，放在集成块的有关视图上，安排合适的位置。但由于条件的限制，采用catia三维制图软件做出液压元件的3D模型来实现。

3.1.3 确定孔道直径及通油孔间壁厚。与阀的油口相通孔道的直径，应与液压阀的油口直径相同，制作过程中出现的工艺孔应用螺塞或球胀堵堵死，固定液压阀的定位销孔的直径和螺钉孔的直径，应与所选定液压阀的定位销直径及配合要求与螺钉孔的螺纹直径相同。

需要集成的液压元件原理图，如图5所示。

3.2 油箱的设计液压系统设置有冷却器时，液压油箱的设计，可按下述方法进行，其中：Vmin为下游位时油箱容量：Vmax为上油位时油箱容量，Vt为液压油箱总容量，如图6所示。

参考文献：

[1]田利芳，杜永举.国产挖掘机产品展示[J]．建筑机械，2008，（6）：76-78．

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【关键词】 夹持器 夹持力 分析计算

全液压动力头式钻机通常都设有夹持器，其目的是用于夹持孔内钻具，防止孔内钻具滑移，必要时还可与动力头配合进行钻杆的自动拧卸。液压夹持器因其与系统匹配简单、使用安全方便、夹紧力大等特点被广泛采用。液压夹持器的设计也就成为钻机设计的重要组成部分，其性能的好坏将直接影响到钻机整机的性能、钻进效率以及钻孔质量等。本文结合“ZTY80型机载液压探测钻机”项目对液压夹持器进行了研究。

1 液压夹持器的结构特点

液压夹持器结构紧凑、工作可靠、夹持力取决于弹簧预紧力不受油压变化的影响。可在突然停电时实现快速、可靠地夹紧钻具，防止跑钻事故。

1.1 液压夹持器的结构组成

由于碟形弹簧具有结构紧凑、加压均匀以及独特的非线性特性等特点，本文提及的液压夹持器采用碟形弹簧式结构，为液压松开常闭式结构。液压夹持器由端盖、蝶形弹簧、活塞杆、密封圈、导向环、壳体、导向键、楔形键和卡瓦等组成，见图1。

1.2 液压夹持器的工作原理

当壳体6给油压时，活塞杆3在压力油的推动下带动楔形键8和卡瓦9向外移动（由于导向键7的作用，活塞杆3只能轴向移动，不能圆周转动），此时孔口变大，蝶形弹簧2呈压缩状态；放入钻具，停止给压，在蝶形弹簧2的弹力作用下推动活塞杆3向内移动，实现卡瓦9夹紧钻具。

夹持器开启压力低、体积小、结构简单、性能可靠、并且也可以实现突然断电时夹紧钻具。

2 液压夹持器的设计计算

ZTY80型机载液压探测钻机是具有通孔式结构和自动拧卸钻杆等功能的坑道钻机，主要应用于煤矿钻进瓦斯抽放孔。瓦斯抽放孔大多为倾角向上的钻孔，为防止停电时跑钻事故，通孔式钻机应设置具有常闭式结构的夹持器。

2.1 加持力的计算

夹持器的加持力F为钻具自重、钻机转矩或钻具自重与钻机转矩的复合作用。

（1）钻具自重

G=qlg （1）

式中：q――每米钻杆的质量，q=6.56kg/m；

l――钻杆的长度（钻孔的深度），l=100m；

g――重力加速度，g=9.8N/kg；

将数据代入式（1）求得：G=6.4kN

（2）克服钻具自重所需加持力

F1=Gsinα/（2f） （2）

式中：f1――夹持器卡瓦与钻杆间的摩擦系数，f1=0.3；

α――钻孔倾角，α=±90°；

将数据代入式（2）求得：F1=10.6kN

（3）克服钻机转矩所需夹持力

F2=M/（f1d1） （3）

式中：M――钻机的最大输出扭矩，M=800N・m；

f1――夹持器卡瓦与钻杆间的摩擦系数，f1=0.3；

d1――钻杆直径，d1=50mm；

将数据代入式（3）求得：F2=53.3kN

（4）同时克服钻具自重和钻机转矩所需夹持力

F3= （4）

将数据代入式（4）求得：F3=54.3kN

通过上述计算，取夹持器的加持力F=54.3kN

2.2 蝶形弹簧的设计计算

蝶形弹簧的设计计算先确定碟形弹簧的组合形式，液压夹持器一般采用对合组合，按碟的轴向推力F，夹紧时的总变形量fz（按径向位移定）及钻杆直径等进行设计计算。

（1）选择碟簧系列及组形式合

选择碟簧为A系列，材料为60Si2MnA，尺寸型号为D125×d64×t8，采用对合组合。

（2）计算碟簧压平时的载荷Pc

Pc= （5）

式中：Pc――压平时的蝶形弹簧载荷，N；

t――碟簧厚度，t=8mm；

D――蝶形弹簧外径，D=125mm；

d――蝶形弹簧内径，d=64mm；

h0――蝶形弹簧压平时的变形量，h0=2.6mm；

E――弹性模量，E=2.06×105MPa；

――泊松比，=0.3；

K1――计算系数，K1=0.686；

K4――计算系数，K4=1；

将数据代入式（5）求得：Pc=112kN

（3）计算夹紧时的载荷与压平时的载荷比q

q=P/Pc （6）

式中：P――夹持器夹紧时碟簧的载荷，P=F=54.3kN；

Pc――碟簧压平时的载荷，Pc=112kN；

将数据代入式（6）求得：q=0.48

（4）计算夹紧时单片碟簧的变形量f

由上述计算求得：h0/t≈0.4，P/Pc=0.48

查机械设计手册第五版第3卷蝶形弹簧图11-6-2得：f/h0=0.47

求得单片碟簧的变形量f=1.2mm

（5）根据fz/f，计算出对合组合的片数i并圆整

fz=if （7）

式中 fz――夹紧时的总变形量，fz初取5mm；

将数据代入式（7）求得：i=4.1

圆整后对合组合碟簧的片数i取4，则实际总变形量fz为4.8mm

（6）确定碟簧的开口量

开口量即夹持器打开时碟簧的总变形量fz1，开口量大容易通过钻杆，减小钻杆和卡瓦的磨损；但开口量过大使得夹持器结构尺寸增大，开启压力增大，因此必须根据需要选取合适的开口量。

ZTY80型机载液压探测钻机的钻杆直径d1=50mm，夹紧钻杆时总变形量fz=4.8mm，因此碟簧自由状态时卡瓦的直径d2=40.4mm，为了方便钻杆的取出，夹持器打开时卡瓦的直径设定为d3=53mm。

fz1=（d3-d2）/2 （8）

将数据代入式（8）求得：fz1=6.3mm，则此时单片碟簧的变形量f〃=1.6mm

（7）夹持器打开时碟簧的载荷P〃计算

P〃= （9）

将数据代入式（9）求得：P〃≈70kN

2.3 油缸最低开启压力计算

Pmin= （10）

式中：D1――活塞缸直径，D1=130mm；

D2――活塞杆直径，D2=105mm；

将数据代入式（10）求得：Pmin=15MPa

2.4 结构设计

端盖不仅可以起到防尘、储黄油的作用，而且可以对主油缸进行限位，防止油压过大时压并碟簧。

调整垫可调节碟簧预紧力的大小，并可对卡瓦和钻杆的磨损进行补偿。

卡瓦通过楔形键固定在活塞杆上，装卸方便快速，卸掉卡瓦后夹持器可以通过粗径钻具，也可更换卡瓦加持不同直径的钻具。

活塞杆沿导向键移动，防止圆周转动，可以起到自动定心和减小卡瓦和钻杆的磨损的目的。

3 结语

经过实践证明这种夹持器结构紧凑合理，实用可靠，起下钻具速度快，在煤矿井下突然断电时可以有效地避免跑钻事故，特别是在钻机反转拧卸钻杆时，夹持力大的优点十分突出。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册（第五版第3卷）.北京：化学工业出版社，2008.1.

篇7

1 液压支架喷雾系统的运行方式

结合综采工作面的实际生产状况以及粉尘特性等，合理确定供水压力。主要以选择高压射流喷雾作为防尘的主要方法。通过清水作为喷雾的重要介质，利用液压支架中的电液控制系统，完成自动化、定时定点喷雾工作，以有效控制采煤工作面的粉尘浓度，提高工作效率与工作质量。

结合粉尘的来源不同，应该在液压支架的前梁位置设置高压喷嘴，朝向煤壁以及下风侧倾斜射流，超前喷雾辅助设备，避免出现采煤机作业过程中产生大量粉尘，并扩散到人行道上。喷雾设备的开启与停止，主要通过采煤机的电液控制系统实现。在支架的顶梁表面、掩护梁表面等分别设置喷嘴，朝向顶板进行定时喷雾，可在移架之前，润湿顶煤。另外，通过采煤机的位置，可以通过电液控制系统来控制喷雾开停作用，在支架的尾梁位置，设置文丘里式高压喷雾，在放煤过程中，可朝向煤口进行喷雾，发挥喷雾与引射的双重作用，以高效、节能方式实现降尘目标。

2 薄煤层液压支架喷雾系统的技术特点

液压支架喷雾系统作为一种全新设备，在薄煤层作业中应用，具有性能高、操作简便、造价低等优势，同时具备诸多技术特点，现分析如下：

1）设备构造简单，便于操作，日常维护与管理简单。同时对于阀门的选型以及喷雾的控制方式，更趋科学化、合理化，有效实现阀体固定，方便安装。

2）采取零部件标准化形式，即使设备出现故障，也可通过现场排除故障方式解决问题，极大提高设备运行效率。

3）通过手动控制阀作用，可以实现不移架、不降架，且随着采煤机的运行而实现自动喷雾，降低粉尘。

4）在移架、降柱、放顶煤等作业过程中，系统可支持自动喷雾。如果需要对移架、尾梁操作阀、放顶煤插板、降柱等进行控制操作，可通过工作平台开启液控单向阀，启动喷雾控制阀组，实现自动化喷雾工作。

5）实现多种形式喷雾。① 全断面喷雾。在该系统中，共有5个喷嘴、2个喷头。其中分为前后两个喷头：前喷头在支架的右侧顶梁前端位置，三个喷嘴之间呈60°夹角；后喷头在支架的尾梁位置，可实现全方位的整架全断面布置。尤其在前喷头的右侧顶梁位置，采取异向前倾角45°方式，实现了采煤区域的全面喷雾，提高工作质量；② 支持不同区域的喷雾。通过设计各种型号的喷嘴，可满足不同作业环境，达到满意的降尘效果，也可节约水资源，降低工程造价；③ 架间喷雾。在上风流位置实现操作，同时控制下风流位置的支架前喷雾，可有效改善作业环境。

6）应用自动喷雾的控制阀，可实现控制信号的喷雾水路与信号液路分别闭锁，以免出现串液问题，合理控制喷雾作业时间，强化降尘效果，避免浪费水资源。

3 薄煤层液压支架喷雾系统的设计

3.1 供水系统设计

采取液压支架喷雾泵的降尘方式，其供水量主要来自综放工作面的采煤量和尘土量。在薄煤层的综放工作面，应用支架喷雾系统，其用水包括移架喷雾、液压支架辅助喷雾、工作面喷雾等。当前煤矿综放工作面的开采强度日益加大、产煤量提高，因此喷雾降尘的用水量也相应提升。综合考虑喷雾泵的设计加工、设备投资等问题，可采取对采煤机、液压支架喷雾降尘系统以及其他喷雾降尘方式的集中供水。

3.2 喷嘴设计

1）材料选择。以我国大多煤矿采用的喷雾降尘装置来看，以铜质或者不锈钢喷嘴材料为主。但是大量应用实践表明，这两种材质制成的喷嘴，使用寿命短，效果不佳。当喷嘴使用一段时间之后，由于受到气蚀作用以及高速水流的冲刷，因此喷射出口的表面材料磨损。如果水流中含有固体污染颗粒，其磨损程度将更加严重。以孔径为1mm的喷嘴为例，当使用时间超过3个月以上，孔径将由于摩擦作用，增加到1.3mm。

另外，经过现场试验。采用铜质或不锈钢材料制成的喷嘴，如果供水压力大于10Mpa，连续喷射3mm左右，其射流形状将出现变形反应，此时射流出口的孔径开始变大、水量增加，影响雾化效果，难以保持长久性的喷雾降尘效果，再加上这种情况下的喷嘴容易出现堵塞，喷雾作业不稳定。针对各种实际情况，当前选用的喷嘴材料为精细陶瓷。与过去材料相比，陶瓷的力学性能更强，如强度、硬度、耐磨损度的增加等。具体优势表现为：① 陶瓷的耐腐蚀、耐磨损力较好，不会出现吸水膨胀现象，耐高温性能良好、变形可能性小，其陶瓷零件的尺寸较为稳定；② 抗气蚀性能良好，由于陶瓷的硬度较高，因此可以较好抵抗水压元件中的气蚀破坏现象，避免磨损；③ 陶瓷材料不导电，如果高压水射流经过喷嘴，可能由于摩擦而产生带电，但是不会造成水流中的荷电损失。

2）降尘装置。当前采用的文丘里式高压喷射引射装置，其性能主要取决于工作参数、结构参数等。在合理设置喷雾压力的前提下，一般以“文丘里管”方式进行作业；选择恰当的渐扩角、渐缩角以及过渡圆弧等，以此降低阻力损失，取得良好的吸风效果。

4 液压支架喷雾系统的应用效果

该喷雾降尘系统投入使用之前，分别进行实验室试验、地面试验以及井下实际试验。通过煤层注水与内外喷雾的相互配合，可有效提高捕尘、降尘的效率，改善工作环境，主要具备如下优势与效果：

1）由于薄煤层的综放工作面具有产量高、尘源多、尘量大等特征，因此有针对性地加强防尘措施，对各个尘源进行突破，尤其加强防治呼吸性粉尘，提高喷雾系统工作的针对性，发挥积极作用。

2）由于喷雾装置的强度较高，基本可以满足煤矿井下作业的使用要求；经过严密计算各项装置的参数，提高运行合理性；喷嘴材料采用高硬度、精细化陶瓷，可有效保障喷雾装置的参数一致性，延长系统使用寿命。

3）积极应用电液控制的优势，提高液压支架喷雾系统的自动化程度，并可根据作业实际情况，选择手动控制与程序控制两种方法，随时调整喷雾的参数。

总之，该薄煤层的液压支架喷雾系统，应用了治标兼治本的喷雾防治方法，改变传统降尘模式的不足，可有效控制薄煤层综放工作面的粉尘。该技术的针对性、适应性较强，除尘效果良好，充分发挥经济效益与社会效益，具有推广价值。

参考文献：

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关键词 沿程压力损失 实验装置 液压与气压传动

中图分类号：TH137 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.02.077

0 引言

该装置的名称是液压系统沿程压力损失实验装置，一套液压压力测试装置，该装置可以用来测量液压系统沿管道的沿程压力损失。该装置可用于“液压与气压传动”课程中液体伯努利方程、液体流动阻力和能量损失等知识点的演示教学，通过该实验装置可以直观清楚的观察到实验结果，让学生更加容易接受这些理论性较强的原理，让教师授课时阐述原理的时候更加方便，该装置完全为教学课程服务。同时实验装置构成简单，学生完全可以自己动手验证原理，提高学生动手能力。

1 液压系统沿程压力损失主要原理

该装置的原理是液体在管道内流动时，液体本身具有一定的黏性，流动时会有阻力产生。为了克服阻力，流动液体需要损耗一部分能量，这种能量损失就是实际液体液体伯努利方程中的项。将该项这算成压力损失，可表示为 = 。在液压系统中，压力损失可以转变为热能，导致系统的温度升高。因此，在设计液压系统时，要尽量减少压力损失。

液体在等直管中流动时因黏性摩擦而产生的压力损失。而且液体的流动状态不同，所产生地沿程压力损失也有所不同。

1.1 层流时的沿程压力损失

1.2 紊流时的沿程压力损失

紊流时的沿程压力损失，其计算公式在形式上与层流相同，如上式，但是式中的阻力系数除与雷诺数有关外，还与管壁的表面粗糙度有关，即 = （， /），其中 ――管壁的粗糙度； /――管壁的相对粗糙度。

管壁的绝对粗糙度 和管道材料有关，一般计算可参考下列数值：对于钢管， 为0.04mm，对于铜管， 为0.0015～0.01mm，对于铝管， 为0.0015～0.06mm，对于橡胶管， 为0.03mm。

2 实验装置过程

通过以上的实验原理，该实验装置的构成，如图1所示：

由图1可以看出，水箱里的水通过水泵，经F点到E点，通过水管，到达A点，流到带刻度的水桶中，在这一过程中，水流经水管D和C两点间有压力损失，水分别上升到两个位置，由两边的高度差，经过计算可以得出两边的压力损失。然后，在A点的出水口通过带刻度的水桶，同时用秒表计时，通过计算可以得出其流量。

在做实验的过程中，先将各种器材按照图中所示，依次连接好，将水箱里面注三分之二的水，接通水泵电源，打开水泵开关，对水泵进行调试，最后观察两边橡胶细水管中水柱的高度差，就可以展示出实验所要呈现出的结果，通过对最后实验结果的分析和计算，就可以计算出沿程压力损失的大小。实验操作简单，学生完全可以自己动手实验，提高学生对液压系沿程压力损失的认识，更加容易接受新的理论知识。

3 实验装置分析

由上述计算中可以看出理论的两边高度差应为43，但是在实际实验过程中，最后得出的两边高度差只有31。其中产生实验误差的原因有：水管不够足够的长、管壁过于光滑等实验中人为的一些操作，导致最后产生实验误差。

4 结论

通过制作一套实验装置，可以更加清楚直观的了解什么叫液压系统沿程压力损失。在做这套装置的过程中，首先就是查找各种资料，查找所需要的东西，然后再去相关器材的店铺购买，而一些无法购买到的器材就自己动手加工，当所有器材都购买齐全以后，进行组装调试，以及不断地改进，最终得以完成这套实验装置。最后得出的实验结果往往与我们所计算出来的理论数据会有一定的出入，我们要认真分析实验原理，一定要找出造成实验误差的原因。只有理论没有实际操作也是完成不好一套实验装置的，实际与理论还是有相当大的差距的。我们只有将理论知识与实践相结合，自己亲手动手操作，才能更加理解理论知识的真正含义，并将其运用到我们的实际生活中。该装置的主要实际意义就是在于为教学服务，服务于课程，有了该装置在教师在授课中更加简单清楚的让学生明白上课内容，利于学生接受上课内容。实验装置简单，也极大的方便了学生自己亲手组装，学生可以DIY，提高兴趣，增加课堂趣味性。

2014年自治区级大学生创新创业计划立项项目，项目编号：201413639002

参考文献

[1] 李岚，陈曼龙.液压与气压传动[M].武汉：华中科技大学出版社，2013.

[2] 万会雄，明仁雄.液压与气压传动[M].北京：国防工业出版社，2008.

[3] 雷天觉，扬尔庄，李寿刚.新编液压工程手册[M].北京：北京理工大学出版社，2000.

[4] 郑浴.鲁钟琪.流体力学[M].北京：北京工业出版社，1980.

[5] 高殿荣.工程流体力学[M].北京：机械工业出版社，1999.

[6] 屈圭.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2001.

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【关键词】木片；压缩；打包；液压式；力传感器

0 前言

木片压缩机，是林业发展木片生产的重要工具，也是作为振兴林区经济的重要支持设备。木片生产中存在的主要问题之一就是运输费用高，约占木片运输总成本的20%～25%[1]。然而，随着现今铁路公路等运输部门运价不断上调，原先运输的木片堆密度小、装载量少，而木片运输国内以铁路运输为主，由于袋装木片未经压实处理，一辆C60的车箱仅能装35t左右的木片（绝干吨为20t），但是铁路部门却按额定载重量收费[2]。另外，目前已有的木片压缩机中，设备所需的操作人员多，大约需要5人左右，而且很多设备相当庞大，生产的自动化程度不高，大部分工序需要人员手工操作。这些都增加了木片的生产成本，导致一些远距离的木片生产基地生产萎缩甚至停产。世界上一些林业发达的国家，利用特别的车辆和集装箱运输已经进行相关处理的木片，而我国却没有配套的技术装备。因此，社会的发展需要高效率和高自动化的木片压缩机，发展木片生产，必须从我国实际出发，根据我国现有的技术条件进行设计制造，从而取得最佳效益。

1 工作原理

木片可以进行压缩，是因为它受压时本身不会有明显的破坏，不影响它的商品价值。木片自然堆放时每片之间的摆放是无规则的，由于其自重作用使其所处的状态只是暂时的温稳定，而木片间有很多的空隙，堆积密度就显得很小，如果向木片施加压力，那么原来的暂时稳定状态将遭到破坏，木片就会向相互间的空隙移动，从而达到新的稳定[2]。此时，木片之间的空隙将得到很大程度的减少，堆积密度得到增大。故可知对木片进行的压缩过程主要是木片相互填补空隙的过程，而木片本身的受压缩则相对较少，因此对木片本身破坏不大。本文拟设计的新型木片压缩打包机的工作流程由装料、压缩和包装三个工序组成，其控制流程如图1所示。

图1 工作系统控制流程

压缩机的三维示意图如图2所示，木片压缩打包机组压机由1个液压油缸组成，额定液压为30MPa，木片压实模具截面为700mm×400mm，长1800mm，在液压油缸的作用下压头最终将木片压成不大于700mm×400mm×500mm的方块。本设计采用一个液压油缸目的在于节省成本和提高生产效率，可以通过对压头部分的力传感器的载荷数据反馈对液压油缸的工作进行控制，这就需要在压头处安装1个或1套由计量部门校准过的力传感器（准确度不大于0.5级即可），而控制终端为液压控制系统可提供持续稳定的液压油。此时在控制终端设定一目标载荷值，当力传感器反馈的载荷达到该目标载荷值时，液压油缸即停止加载而让压头持续保压工作，直至将木片打包入筐。

收集―压缩箱装置的组成包括推移液压油缸、推板和推出架等部分，用于将压缩成块的木片推上木片打包金属框。推出液压油缸固定于混凝土台上，其活塞杆前部装有推板，且活塞杆、推板和推出架3件固接，当推动活塞杆向前运动时，推板、推出架也同步向前运动，直至把收集箱中的木片块打包进打包框中。为防止推卸过程中压缩箱随之运动，应把压缩箱推入端一侧的铁链挂于导柱上的挂钩上。木片压缩装置由液压油缸、压头、机体支撑装置等组成，用于对木片实现压缩功能。液压油缸固定在型钢焊接成的机架上，其活塞杆轴的端部连接压头，压头由液压油缸驱动升降。工序开始时，散装木片整理好放入压缩箱以后，液压油缸即驱动压头伸入其中进行压缩木片，待压缩载荷达到预置值时即压缩完毕，接着移动木片块，此时启用推出装置，但必须注意在安装时压缩箱的底板高度与打包框的入口高度一致，样才能确保将木片推进打包框中。另外，为了减少木片间的空隙，木片可经2～3次的轮番压缩，每次挤压至一设定载荷时进行保压。当压缩箱推出打包时，应先将压缩箱两侧的挂链勾于压头上，这样就可以防止压缩箱在木片打包时跟着移动，从而确保木片打包压缩工作的继续进行。

图2 木片压缩机立体图

在压缩之后就是对木片进行打包。一般情况下打包木片是用麻包袋，但是麻袋包装的抗胀力不大，因此，我们设计采用金属网式可折叠包装筐，便于包装木片返回后重复使用，主要是在金属的边条上装上可平时门板上所用到得可旋转配件。一个金属包装筐可使用4年左右，远远比麻袋包装物的使用寿命长，而且环保卫生。当压缩机将木片压缩到位时，液压油缸继续工作保压，将木片前移即可将其装入金属打包框中，打包工作也即完成。

如果包含包装筐的每个木片压缩块重量为55kg，采用铁路C60车运输压缩木片，按每层装120筐，一辆车可装1320筐，总重72600kg。满足了充分利用车辆额载量的要求，与麻袋散装木片（35000kg左右）相比，增加了装载量37600kg，即是提高了107.4%的装载量，即比原来提高一倍多。使用该新型木片压缩打包机，可使木片运输成本大大降低，装车运输量节省了很大一部分的工作量。

2 压缩机机体机械结构的设计

2.1 机体板的设计

图2中工作平台的板面即是机体板。机体板的具体结构是：两块形状和尺寸都相同的钢板，中间设置一套筒连接液压油缸，在钢板的四个边角都焊接上套筒来连接机柱，另外在两个钢板之间的再焊接钢带，确保机体板的强度足够，而且套筒与套筒之间利用焊接的钢板进行固定。机体板在木片压缩机中连接机柱和液压油缸，工作时液压油缸通过它把载荷传递至机柱上，起到的桥梁作用相当明显重要，故在设计上采用工字钢型材料结构，把钢板焊接成为工字造型来构造筋板。其结构和尺寸如图3所示，其中间圆状为轴套孔。

图3 机体板的结构尺寸图

2.2 机柱的设计

上面提到，液压机在工作时主液压油缸通过机体板把载荷传至机柱上，因此机柱在木片打包压缩机中起支撑作用，其材料需选择较高强度的无缝钢管，初步选择外径为D=200mm，壁厚δ=12mm的45钢无缝钢管。木片压缩机在木片压缩过程中，液压油缸产生的工作推力为8400 kN，由于机柱和筋板之间连接有8个支撑条，所以每根机柱承受的轴向力如图4所示。

由图4可以看出，机柱受到的最大轴力Fmax=1050kN，因此其所受到的的应力大小为（取安全系数为ns=2）：

σmax=■

=■

=296.3MPa

查参考文献[3]，45钢的屈服极限σs=333.2MPa，由于σs>σmax，可知机柱是安全的。

图4 四根机柱受轴力图

2.3 压头的设计

压头直接与木片接触而需要承受很大的压力，因此必须具备一定的刚度。而所生产的部分木片会具有酸性等液汁而且比较粘稠，因此压头材料还要有一定的耐酸腐蚀性能，可以选择压头材料为合金结构钢热轧厚钢板，化学成分应符合GB/T3077―1999的规定，钢板交货状态应为正火组织。需要注意的是，在压头前端部位距离中心等距两边需要安装力传感器，目的是实现对液压油缸的工作与否进行预设定控制，力传感器的安装位置如图5所示。

图5 压头部位力传感器的安装位置

2.4 压缩箱的设计

压缩箱直接与木片接触，其作用是将放置其中的木片快速推入压头下方，其材料需要具备一定的刚度和耐酸耐碱性，可选不锈钢冷轧钢板。要指出的是，由于对木片压缩前后需要将木片装进和推出，因此推出箱的两端应敞开，而其推入端还额外安置导向轴进行推动，并设置有钢板门，门上配置门栓，在装载和打包木片时将门打开，在压缩木片时将门关闭，确保压缩和打包工作的顺利进行。压缩箱的结构如图6所示。

图6 压缩箱的结构图

3 结论

本文通过对该新型木片打包压缩机的性能分析，得到它与传统的木片木片麻袋打包设备相比，具有以下特点：（1）木片打包压缩机是集机、液、电三位一体的新型机械，自动化程度高，节省劳动力，便于推广使用；（2）设备制造简单，符合当今我国生产厂家和用户单位的技术水平，制造成本较低；（3）与传统的麻包打包木片运输相比，同样的一节C60车车厢的运载量比原来的两节车厢运载量还多，极大地提高了运输量，节省了木片的运输费用，具有良好的应用推广价值。

【参考文献】

[1]鲍逸培.我国木片工业现状及其发展[J].林业机械与木工设备，1997，25（11）：4-7.

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【关键词】液压系统；自行式平地机；液压原理图

一、液压系统设计的内容与要求

1、液压系统设计要求

自行式平地机依靠液压系统实现工作装置的各种动作，因此液压系统的性能直接影响到平地机的技术指标。对平地机工作装置的液压系统有如下要求：

(1)液压系统的设计要结合总体性能要求，综合考虑各种因素的影响。例如铲刀油缸的参数、个数、布置，由铲刀升降载荷及铲刀升降速度确定，而且还需要考虑铲刀结构、推土速度、司机劳动强度等因素。

(2)工作可靠，回路简单。例如平地机工作装置载荷变化急骤，但要求液压系统能平稳可靠地工作，无冲击。当过载时，不发生故障及损坏机件。

(3)注意标准化、通用化、系列化。尽量采用标准液压元件，不仅可缩短生产周期、降低成本，而且工作可靠，配件方便。

(4)液压系统效率高。系统效率低不仅对能量是个浪费，对整个液压系统危害也极大，所以系统匹配要合理(参数确定、基个回路的组合、元件与附件的选择以及管路布置等)。

(5)操作简便，维修容易。

2、液压系统设计内容及步骤

液压系统设计是整个平地机设计的一部分，它与主机设计是密切相关的，两者必须同时进行。

液压系统设计步骤大致如下：

(1)明确设计依据进行工况分析；

(2)确定液压系统主要参数；

(3)拟定液压系统原理图；

(4)液压元件的选择与计算；

(5)液压系统发热计算；

(6)绘制正式工作图和编写技术文件。

设计开始时，首先必须明确以下几个主要问题。

1）弄清主机结构和总体布局。这不仅是合理确定液压元件工作范围的需要，也是合理确定和调整液压执行元件的安放位置及空间尺寸限制条件的需要。从结构简单、工作可靠、运动速度一般不受限制等力面来考虑，油缸有其优越仕，所以平地机执行元件多为油缸。

2）明确平地机对液压系统的性能要求，如运动平稳性、动作精度、调速范围、系统温升、系统效率以及安全保护等。

3）明确平地机的工作条件，如温度、湿度、污染等情况。随着平地机使用范围的扩大，使用环境更为复杂，使用条件愈加恶劣，所以要求平地机性能要好、质量要高。了解这些以便正确的选择液压元件和液压油。

4）确定液压系统与其他传动系统和控制系统的分工配合、布置和相应的控制关系。

5）了解、搜集同类型平地机的有关技术资料。除了要了解液压系统组成、工作原理、使用情况及存在问题外，还应对系统工作压力选用情况等进行调查统计，为下一步设计工作准备必要的资料。

在上述工作的基础上，对平地机进行工况分析即动力分析，它是设计液压系统的基本依据。

所谓动力分析就是研究平地机在工作过程中，它的执行机构的受力情况，对液压系统来说，也就是油缸的负载情况。

二、液压原理系统图的设计和分析

工作装置液压系统由高压双联齿轮泵3、手动操纵阀组4和5、单/双油路转换阀总成12、双向液压锁6、油箱2、左(右)刮刀升降油缸8(9)、刮刀侧移油缸10、牵引架引出油缸7、刮刀回转液压马达11等液压元件组成。

在工作装置液压系统中，双联泵中的泵Ⅱ可通过多路操纵阀组5给刮刀回转液压马达11、刮刀侧移油缸6和刮刀右升降油缸7提供压力油。泵I接通连接多路操纵阀组4的油路，并可通过操纵阀组4分别向牵引架引出油缸5和刮刀左升降油缸8提供压力油。

泵I和泵Ⅱ分别向两个独立的工作装置液压回路供油，两液压回路的流量相同。当泵I和泵Ⅱ两个液压回路的多路操纵阀组都处于“中位”位置时，则两回路的油流将通过油路转换阀组12中与之对应的溢流阀，并经滤清器直接卸荷回油箱2。此时，多路操纵阀组4和5中的各上作装置换向阀的常通油口均通油箱，所对应的工作装置液压油缸和液压马达都处于液压闭锁状态。

PYl80型平地机工作装置的液压油缸和液压马达均为双作用液压油缸和双作用液压马达。当操纵其中—个或几个手动换向阀进入左位或右位时，压力油将进入相应的液压油缸工作腔，相关的工作装置即开始按预定要求动作；其它处于“中立”位置的换向阀全部油口被闭锁，与之相应的工作装置液压油缸或液压马达仍处于液压闭锁状态。任何一个工作液压油缸或液压马达进入左位或右位工作状态时，在所对应的液压回路(泵I工作回路或泵II工作回路)中．因油路转换阀组12内分别设有流量控制阀，可使工作液压油缸或液压马达的运动速度基本保持稳定，用以提高平地机工作装置运动的平稳性。

液压系统图

1-滤油器；2-油箱；3-双联泵Ⅰ、Ⅱ；4-多路操纵阀Ⅰ；5-多路操纵阀Ⅱ；6-双向液压锁；7-牵引架引出油缸；8-左升降油缸；9-右升降油缸；10-铲刀侧移油缸；11-刮刀回转液压马达；12-油路装换阀总成

当系统超载时，双回路均可通过设在油路转换阀组12内的安全阀开启卸荷，保证系统安全(系统安全压力为18MPa)。

当油路转换阀12处于液压系统图示位置时，泵Ⅰ和泵Ⅱ所形成的双回路可分别独立工作，平地机的工作装置可通过操纵对应的手动换向阀，改变和调整其工作位置。

双回路液压系统可以同时工作，也可单独工作。调节刮刀升降位置时，则应采用双回路同时工作，这样可以保证左右刮刀升降油缸同步移动，提高工作效率。