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11 of an d to a to to In to of to by of GA)to of In y be as is to an d A 3of s of As in to Of is to an d of to as in in in by to i Ti 12 to an of en is a of It is to to to it by as 994， a be to of f a to as on Lu a to of to of e a on of 16s 。 5。 a a to reof to nc 006 an on 0 of on it on is 13 He on of of a to N on of GA)2 2 1 s 1， of in of is to be to be be by it is s as 2 is 1 2 of to is to In of to of a In to s to SE)is as is of of of ts 14 (=1， 2， ， P)is of P is of of it h on (=1， 2， ， )is of of ， hi of on hb of of on is be dto d is Oof be j to Tj ， or is 2 2 GA A is an in to to it of be as a a be as 15 2 is of by is of A It be is a of be of of of an in of A 40 0 99； 000 0101 of 0 200 be so in A 2 3 of EA be to A EA In of of by be 3 16 3 of 2 4 A in a to In to A， be to of of in A of 3It of GA 3 of by is as of is be 17 4 5 A 4 A 5 ， it be of SE is 352 8 13 is 049 3 18 6 of 6 of 0 N mm 1 389 7 mm on It be a if is in f 0 5 N As N is to 19 is on in to an is to of a is As 7 8， in 4 97mm 4 50is 7 EA 8 EA n a is by to of of mm In is to be 1 389 7mm 46 N 9 is 3。 3to If a 1 3897mm is on 4 796 of is a 20 9 by to is in a of in is no of It of EA be by A EA up A 1 符合尾随边缘形态变化的优化设计 摘要： 自适应机翼一直使用柔和的技术指导变形的后缘，以改善他们的气动性能，本文介绍了一种在分布压力下，符合形状变化的结构设计的系统化方法。为了使需要的形状与目标形状偏差尽量最小，这种方法使用 方式来优化标准分布机制。这种方式通过局部优化和遗传算法来获得。在优化过程中，许多因素应该考虑在内，例如：空气载荷、输出位移量和几何非线性。直接搜索法适用于局部优化和 化后的输入位移量。由此产生的结构可以做出他们在 0 到 90。 型试验已经确认了这种方 法的可行性。 关键词： 自适应机翼，伺服顺从机构，遗传算法，拓扑最优化，分布压力载荷，几何非线性 1说明 由于传统的机翼轮廓通常是按照特定的上升系数和马赫数设计的。他们不能随着环境的变化而变化。 出可变的后缘曲面将会产生比传统的固定倾角机翼少 60%左右的阻力。 有三种去设计可变的曲面机翼的方法。他们中的一种是传统的铰链机构，然而，他会导致机翼表面的不连续性和早期气流分流与阻力的增加。其它的则是智能材料和顺从机构，他们能实现平稳的形状变化。尽管如此，与顺从机构相比较，由智能材料制成的 传动装置有许多不足之处。例如：能量不足；反应缓慢；强烈的滞后性；受温度的限制；控制太多装置的难度大。由来自柏林工业大学的用镍钛记忆合金作出的自适应可变拱形的机翼可以快速改变他的形状，但他不能执行高频繁的变化，因为他的弹性依赖于与外部环境进行的热量交换。 顺从机构是一种单件灵活的机构。他可以通过弹性变形传送运动和能量。他不仅具有足够的变形性，而且具有足够的刚度来抵御外部的载荷。由于他的连接自由性，他没有传统所面临的棘手问题，例如：摩擦、润滑、噪声、反冲。因此可以获得平稳的形状变化。 1994 年，一位来自密歇根 大学的名叫 授首先提出顺从机构能够使用在一项由美国空军科学研究院办公室提供赞助的控制静态形状的科学研究之中。 出了一种设计顺从机构的新方法，他们能够使优化目标函数曲线中的形状变化和目标曲线的形状误差最小，基于他们的研究成果， 出了 2 一种载荷路径代表方法。然而，他的研究仅限于节点情况下的线性分析。来自于福尼亚州立学院的 用顺从机构和运动渐近法来设计机翼的尾部，保证误差在尖端最大偏差范围之内。基于 数据， 2004 年时间设计顺从轨迹边缘，他 能在 0。 到 15。 之间变化并且获得了专利证书。来自德国航空航天中心的 指出今后的研究应将空气载荷和几何非线性考虑在内。来自工业能源部实验室的 用 和几何非线性有限元法来设计顺从轨迹边缘。 2006 年生产的自适应兼容机翼。经过了在怀特骑士飞机上的实验。结果表明，风和标准的能在（ 10。 ）变化。在中国，适应性机翼研究一直集中在智能材料和常规机构上，几乎没有人在从事带有顺从机构的机翼研究上。杨是个例外，他 分析了基于伺服弹性技术的活跃航空弹性机翼，陈和黄分别调查了兼容的离散和连续性的前沿变化。 本文介绍了一种基于局部优化和 遗传算法形状可变机构的设计方法，通过使用 计，同时将外部载荷和 几何非线性考虑在内。 2优化步骤 定后缘模型和目标函数 如图一所示，两条曲线代表不同飞行状态的轨迹边缘。其中一边（ A 点）的结构形状是固定的，另一边（ B 点）将水平滑动。 图一 图二 首先设计领域应该由最初曲线形状所定义，包括输出位置和边界状态，然后如图二所示的被光线分成的微量网格模仿鸟的羽毛部分，这就是被称为局部表面结构方法。 最简单也是最有效的方法制造出平面兼容机是使用线切割技术。在优化过程 3 中，所有的元素使用同样的宽度等于其厚度的梁。其中每个梁的高度是一个设计变量。 为了使结构的变形接近于目标曲线形状，在变形曲线和目标曲线间的最小平方差是被定义的客观职能。 定义是沿曲线上各个点位置数字的平方和，他的表达式是 其中 i（ i=1,2, ， p）是沿曲线上点的数量， p 是点的总数。 和是目标和边界曲线变形坐标的第 i 个节点。约束条件是： 其中 j（ j=1,2, ， m）是元素的数量的总和， 尺寸变量， 所有元素的下界与上界， 边界元素的极点， 党边界曲线上输入无效节点时的最大弯曲，必须小于 d 以保证结构的刚度， d是当输入处于无效时所允许的最大弯曲变形，拓扑量 于 1，否则当元素被淘汰时为 0。 A 优化 遗传算法是一种在自然界上模拟选择的优化方法。合适的生物能最大可能性存活下来，但是劣质品种也有机会存在。不同于连续的优化方法，他不要求梯度的目标函数信息。 每一个元素可以表示为一个拓扑量和一个尺寸变量。因此，每个个体科编码如下： 其中 n 是除边界元素之外元素的数量。有着同样的高度，在整个优化过程中的边界元素只有一个变量代表 适应性是遗传算法优化的评价标准。他可以从目标函数转化为： 4 其中 是一个只包括双方较差的个体参数。他的数值越小越有价值，两个个体的适应性会有更多的不同，因此增加了双方选择的高度适应性。 选择控制参数在遗传算法的收敛中扮演一个重要的角色。总的来讲，交叉概率的范围为 变的概率为 体的数量为 10 该变量将会通过交叉和变异发生更新，因此，这个设计可能产生遗传过程。 应性元素的分析 由于设计变量和目标函数是有限元的，有限元分析法优化模型是不能被用于设计符合变形的机构中，因此，本文在 的遗传算法和在 的有限元分析法。在有限元分析法中，仅只考虑几何非线性和材料的弹性，解决节点位移和元素压力，通过删去低应力的元素，良好的结果能被推算出来。图三显示了详细的过程。 图三 整个的优化过程 次优化 5 尽管遗传算法可以优化大型解空间和拓扑结构尺寸。尺寸通常不能直接集中于优化中，为了解决这个问题，遗传算法优化后，直接搜索法应该被用来在遗传算法结果中去寻找。 通过参考文献 5可以得出，最初的小径边缘尺寸减少 36%，表一列出了设计参 数的大小。 表一 设计参数的大小 由于位移作为输入的使用，非线性分析难以解决和厨师压力非常大，但他必须在三十代以后考虑。 图四 遗传优化的结果 图五 二次优化的结果 6 图四和图五说明了遗传算法优化结果和二次优化结果。 表二 两次优化的比较 从表格中可以发现，通过输入位移和尺寸优化， 少了 改善了 变更角度增加 。 图六 外部载荷的分布 7 图六表示的是外部分布压力从 0到 10N/变输入位移量在最初结构上保持 果载荷保持在 0化结构看起来有良好的稳定性。当外部载荷超过 5N/大压力可能超过屈服压力，因为这个优化方法是基于 了证明结果，尝试去通过将分析结果分别输入到 后是他们之间的比较。 如图七和图八所示，二者的变更有很大的共同点；在 4097 们的不同之处来自个体上。 图七 在 图八 在 另一方面，一个使用线切割技术的模型来证实分析法的结果。模型的材料同设计的一样，都为 5试验中，假设分布压力载荷为零，输入 146入位移量为 九表示的是模型和测量的结果。变更的温度为 。尖端为一位 53更 的形状符合设计的结果。如果 论的尖端位移量为 为模型和试验台之间存在摩擦力，测量材料和适合的结果之间会有少许的差异。 8 图九 模型和实验的结果 通过方针和实验证明，该方法符合设计变形机制，探索出具有所需的变性效应和承受外部载荷的结果和能力的机构。在优化过程中， 联合呈现程序的简单和普遍性。坚硬的字模没有必要频繁的改变，同时避免有限元法编程的复杂性和使分布载荷变成节点载荷，拓 扑尺寸可以同时由 行优化，出去再 后的自由元素能加快优化，二次优化可以提高 化的结果。 轧机液压升降台设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以轧机液压升降台液压系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 促进作用。 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成轧机液压升降台液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择 成轧机液压升降台液压系统的总体设计。（ 3）完成轧机液压升降台的齿轮齿条液压缸、升降台、轧机轧辊等关键功能装置的设计。 主要技术参数：压力 7量 150L/需驱动电机功率 30降重量 18t；升降高度 488降一次时间 对学生知识背景的要求： 题目 难易程度适中，工作量合适；要求学生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识和专业知识。尚需要：（ 1）上机（时数）：200机时（ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 编号 课题名称 (点击浏览详情 ) 人数 已报 选报者 审核状态 操作 1810 钻床液压装置设计 1 0 待审 删 修改 1808 数控车床尾座套筒液压 装置设计 1 0 待审 删 修改 1807 数控 车床主轴卡盘液压装置设计 1 0 待审 删 修改 1805 压力机液压系统设计 1 0 待审 删 修改 1803 轧机液压升降台设计 1 0 待审 删 修改 1802 机车轮对轴承压装机液压系统设计 1 0 待审 删 修改 1801 工具锤装柄机液压系统设计 1 0 待审 删 修改 1800 卧式铆压机液压系统设计 1 0 待审 删 修改 1799 节能型人造板热压机液压系统设计 1 0 待审 删 修改 1798 车载雷达天线升降机构液压系统设计 1 0 待审 删 修改 1797 升降舞台液压系统设计 1 0 待审 删 修改 钻床液压装置设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以钻床液压装置为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 题的能力以及独立工作的能力具有积极的促进作用。 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成钻床液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择 成钻床主机功能结构总装设计。（ 3）完成钻床液压装置的液压站、液压缸等关键装置的设计。 主要技术参数：钻床的切削用量 s=r；切削速度为 v=40 对学生知识背景的要求： 题目难易程度 适中，工作量合适；要求学生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识和液压传动技术专业知识。需要：（ 1）上机（时数）： 150机时（ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 数控车床尾座套筒液压装置设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以数控车床尾座套筒液压装置为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成数控车床尾座套筒液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择成数控车床主机功能结构总装设计。（ 3）完成数控车床尾座套筒液压装置的液压站、液压缸等关键装置的设计。 主要技术参数：数控车床的切削用量 f=r；切削速度为v=50大车削工件直径 400大加工长度 350削粗糙度为 对学生知识背景的要求： 题目难易程度适中，工作量合适；要求学生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识和液压传动技术专业知识。需要：（ 1）上机（时数）： 150机时（ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 数控车床主轴卡盘液压装置设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经 济各工业部门。该选题以数控车床主轴卡盘液压装置为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成数控车床主轴卡盘液 压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择成数控车床主机功能结构总装设计。（ 3）完成数控车床主轴卡盘液压装置的液压站、液压缸等关键装置的设计。 主要技术参数：数控车床的切削用量 f=r；切削速度为v=50大车削工件直径 400大加工长度 350削粗糙度为 对学生知识背景的要求： 题目难易程度适中，工作量合适；要求学生具备机械制图、 械设计及机 械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识和液压传动技术专业知识。需要：（ 1）上机（时数）： 150机时（ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 压力机液压系统设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以压力机液压系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成压力机液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择 成压力机主机功能结构总装设计。（ 3）完成压力机液压装置的 液压站、液压缸等关键装置的设计。 主要技术参数：压力机的工称力 60作压力 30力头至工作台距离 h=300力头下降速度 600mm/升速度为 800mm/作台有效尺寸 500*510 对学生知识背景的要求： 题目难易程度适中，工作量合适；要求学生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械 设计制造及自动化基础知识和液压传动技术专业知识。需要：（ 1）上机（时数）： 150机时（ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 机车轮对轴承压装机液压系统设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题铁路轮对轴承压装机为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的 相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 论文主要研究内容 (题目要求 )： 主要内容（ 1）完成铁路轮对轴承压装机液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择 成铁路轮对轴承压装机液压系统的总体设计。 （ 3）完成铁路轮对轴承压装机的压装液压缸、顶对液压缸、轮对及其轴承、支撑架等关键功能装置的设计。 主要技术参数： 压装力 550系统工作压力 20压泵额定压力 32 对学生知识背景的要求： 题目难易程度适中，工作量合适；要求学生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识，以及液压传动技术专业知识。尚需要：（ 1）上机（时数）： 200机时 （ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 工具锤装柄机液压 系统设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以工具锤装柄机系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成工具锤装柄机液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择 成工具锤装柄机液压系统的总体设计。（ 3）完成工具锤装柄机液压系统的压柄液压缸、压钉液压缸、支撑机架等关键功能装置的设计。 主要技术参数：系统工作压力 10率 4机质量 12柄频率 4分。 对学生知识背景的要求： 要求学生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础 知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识和专业知识。尚需要：（ 1）上机（时数）：200机时（ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 卧式铆压机液压系统设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几 乎遍及国民经济各工业部门。该选题以卧式铆压机系统设计液压系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成卧式铆压机液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择 成卧式铆压机主机功能结构的总体设计。（ 3）完成卧式铆压机的液压站、 铆压缸、铆接装置等的设计。 主要技术参数：液压系统压力 26定功率 11作速度 大铆压力 500压速度 15分；行程 50 对学生知识背景的要求： 要求学生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识，以及液压传动技术专业知识。尚需要：（ 1）上机（时数）： 200机时 （ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 节能型人造板热压机液压系统设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以人造板热压机液压系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 本专业知识解决工程实际问题的能力以及独立工作的能力具有积极的促进作用。 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成完成人造板热压机液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择成人造板热压机液压系统的总体设计。 （ 3）完成人造板热压机的主液压缸、快速液压缸、活动梁装置等的设计。 主要技术参数：液压系统工作压力 25 电机驱动功率 压制力 400t。 对学生知识背景的要求： 要求学 生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识和专业知识。尚需要：（ 1）上机（时数）：200机时（ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 车载雷达天线升降机构液压系统设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以车载雷达天线升降机构系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成车载雷达天线升降机构液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择 发工具，完成车载雷达天线升降机构液压系统的总体设计。 （ 3）完成雷达天线升降机构液压系统的主液压缸、副液压缸、天线座装置等关键功能装置的设计。 对学生知识背景的要求： 求学生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识和专业知识。尚需要：（ 1）上机（时数）：200机时（ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 升降舞台液压系统设计 从属信息 主要导师： 丁锋 适用专业： 机械设计制造及其自动化 课题来源： 生产实际 课题类型： 综合 课题概览 题目背景和意义 ： 液压传动技术应用领域几乎遍及国民经济各工业部门。该选题以升降舞台液压系统为设计对象，紧密结合机械设计制造及自动化专业的相关基础技术和专业技术，对于锻炼学生综合应用液压传动、机械制造工程、机械设计、机械 的促进作用。 论文主要研究内容 (题目要求 )： （ 1）完成升降舞台液压系统工作原理图的设计，以及工作原理的分析说明。 （ 2）选择 成升降舞台的总体设计。 （ 3）完成升降舞台的工作液压缸、舞台主要结构装置等的设计。主要技术参数：舞台重量 4000舞台升降速度 s。 对学生知识背景的要求： 要求学生具备机械制图、 械设计及机械制造工程等专业基础知识，熟悉液压传动技术。 完成本题已 具备条件，尚需条件？ (包括机时 )： 完成本题目学生已具备机械设计制造及自动化基础知识和专业知识。尚需要：（ 1）上机（时数）：250机时（ 2）参考文献（篇数）：中文不少于 18篇。 I 摘 要 轧钢生产在国民经济中所起的作用是十分显著的。钢铁工业生产中，除少量的钢用铸造或铸造方法制成零件外，炼钢厂生产的钢锭与连铸坯有 85 90以上要经过轧钢车间轧成各种钢材，供应国民经济各部门。可见在现代钢铁企业中，作为使钢成材的轧钢生产，在整个国民经济中占据着异常重要的地位，对促进我国经济快速发展起十分重要的作用。 轧机液压升降台是用于升降和输送轧件，本文主要对三辊轧机液压升降台液压系统设计，包括液压系统的拟定，齿轮齿条油缸的设计，液压站的设计。 关键词 ： 轧机液压升降台，齿轮齿条油缸，液压系统 a in is of in to or a of of of 5 90% to go of of In as a in to s an is on of of of 录 摘 要 . I . 一章 绪论 . 1 机的概述 . 1 机液压升降台概述 . 2 论文研究的主要内容 . 2 第二章 轧机液压升降台整体方案的拟定 . 3 设计思路 . 3 拟定液压原理图 . 3 动作分析 . 4 第三章 轧机液压系统的计算 . 6 设计主要技术参数 . 6 齿轮齿条液压缸的设计 . 6 齿轮齿条油缸的工作原理 . 6 压缸的效率 . 6 压缸缸径的计算 . 7 塞宽度 B 的确定 . 7 体长度的确定 . 8 筒壁厚的计算 . 8 塞杆强度和液压缸稳定性计算 . 9 筒壁厚的验算 . 11 筒的加工要求 . 12 兰设计 . 13 缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算 . 14 封件的选用 . 16 第四章 轧机升降台液压系统液压元件的选择 . 18 油泵的选择 . 18 泵工作压力的确定 . 18 泵流量的确定 . 18 泵电机功率的确定 . 18 控制阀的选 择 . 19 管内径的确定 . 19 大泵吸油管内径计算 . 19 泵吸油管内径计算 . 20 泵压油管内径计算 . 20 泵压油管内径计算 . 20 箱容量计算和油箱散热面积的确定 . 20 第五章 压力系统性能的验算 . 21 统的压力损失验算 . 21 部压力损失计算 . 21 程损失计算 . 21 压系统发热量的计算 . 22 第六章 液压站的设计 . 23 压油箱的设计 . 24 压泵组的结构设计 . 26 结论 . 28 本论文取得的结果 . 28 设计中存在的问题 . 28 致 谢 . 29 参考文献 . 30 学本科毕业设计（说明书） 1 第一章 绪论 机的概述 最早的轧机出现在 14 世纪的欧洲， 1480 年意大利人达芬奇 (设计出轧机的草图。 1553 年法国人布律利埃 (制出金和银的板材，用以制造钱币。此后，西班牙、比利时和英国相继出现了轧机。 1766 年英国有了顺列式的小型轧机，至 19 世纪中叶，第一台可逆式轧机在英国投产，并轧出了船用板材。 1838 年建成了带活套 (见活套轧制 )的二列式线材轧机 (见横列式轧机 )。 1848 年德国发明了万能轧机， 1853 年美国开始应用三辊式型材轧机，并用蒸汽机传动升降台，实现了升降动作的机械化。接着美国又出 现了三辊式劳特轧机 (见厚板轧机 )， 1859 年建造了第一台连续式轧机， 1862 年英国人贝德森 (G 得了平辊立辊交替配置的连续式线材轧机 (见平立交替精轧机组 )的专利。轧制型材的带立辊的万能轧机是 1872 年问世的， 20 世纪初期建造了半连续式带钢轧机。 20 世纪 60 年代以来各类轧机在设计、研究和制造方面取得了很大进展，并朝着连续化、自动化、高速化和专业化的方向发展，相继出现了轧制速度高达每秒钟 130m 的各种类型的线材轧机、全连续式的冷、热带钢轧机、宽度为 5500厚板轧机和连续式 H 型钢轧机 (见 H 型 钢 )以及连续轧管机组等一系列先进设备，并在液压技术、电子计算机技术和各种测试仪表的应用以及轧制产品的实物质量和内部性能的控制等方面都有许多突破，使得轧机所用原料单重不断增大，产品的质量和产量不断提高，轧制的品种与规格日益增多。 中国于 1871 年在福州船政局所属拉铁厂首先应用轧机，用以轧制厚度为 15下的钢板， 6 120方、圆钢。 1890 年湖北汉冶萍公司汉阳铁厂装有宽为 2450用蒸汽机拖动的二辊中板轧机、横列式三机架二辊轨梁轧机以及 35000小型轧机。随着钢铁工业的不断发展和科学 技术的日益进步，中国已有用来生产钢板、钢管、型钢和线材的多种类型的现代化轧机。 轧机的主要设备有工作机座和传动装置。工作机座由轧辊、轧辊轴承、机架、轨座、轧辊调整装置、轧辊平衡装置、导卫装置以及换辊装置等组成。此外还有无牌坊轧机。传动装置由电动机、减速机、齿轮机座和连接轴、接手等组成。齿轮机座的作用是将传动力矩分送到两个或两个以上受力的轧辊上。如采用直流电机躯动轧机，可不设减速装置。 学本科毕业设计（说明书） 2 轧机的附属设备主要是轧机前后的升降装置、移送装置、翻转装置以及工作辊道和延伸辊道等。 机液压升降台概述 轧机升降 台的升降机构采用了液压传动。该升降台由齿轮齿条液压缸、重锤、升降台、轧辊等组成。齿轮齿条液压缸 1 通过齿轮轴直接驱动升降台 3 的升降机构，重锤 2 用来平衡机构，平衡装置在升降台处于中间位置时保持平衡状态，面升降台上升至上部位置时呈欠平衡状态，升降台处在下部位置时属于过平衡状态，这种平衡条件利于液压系统设计和合理利用率。 论文研究的主要内容 本人系统学习了液压系统和轧机升降台技术的知识，查阅了一些相关的文献资料，在此基础上，结合本人的设想和设计工作中需要解决的任务，主要进行了以下几项工作： (1) 拟定轧机液压 升降台液压液压原理图。 (2) 完成轧机液压升降台齿轮齿条油缸的设计。 (3) 完成轧机液压升降台液压站的设计。 （ 4）对液压系统进行校核设计 学本科毕业设计（说明书） 3 第二章 轧机液压升降台整体方案的拟定 设计思路 冶金工业中使用的三辊轧机前后都有升降台，用于升降和输送轧件。轧机升降台的升降机构采用了液压传动。该升降台由齿轮齿条液压缸、重锤、升降台、轧辊等组成。齿轮齿条液压缸 1 通过齿轮轴直接驱动升降台 3 的升降机构，重锤 2 用来平衡机构，平衡装置在升降台处于中间位置时保持平衡状态，面升降台上升至上部位置时呈欠平衡状态，升降台处 在下部位置时属于过平衡状态，这种平衡条件利于液压系统设计和合理利用率。其结构示意图如图 1 所示 拟定液压原理图 系统的油源为两台同规格定量泵 1 和泵 2，一台为工作泵，一台为备用泵；两泵出口并联有起安全保护作用的先导式溢流阀 3 和阀 4，泵的出口设有防止油液倒灌的单向阀 5 和阀 6。执行器为齿轮齿条式液压缸 14，升降台工作过程中，在平衡装置作用下，液压缸的工作压力是变化的，升降台下降或上升，都经过一个加速或减速过程，升降台再到达中间位置前加速，过了中间位置减速，对应于加速过程，液压缸的工作压力较低甚 至负压；而减速过程，液压缸工作压力为正值，为溢流阀的设定压力；从液压系统回路效率、功率利用有理情况以及升降台对速度平稳性要求不高等条件考虑，系统采用单向调速阀 8 的旁路节流调速方式。液压学本科毕业设计（说明书） 4 缸 14 的运动方向由 Y 型滑阀机能的三位四通电液换向阀 11 控制，并通过两个液控单向阀 12和阀 13 实现锁定，以保证升降台再任意位置可靠停留，换向可靠；蓄能器 10 再系统中起蓄能补油与缓冲作用。压力继电器 9 为二位二通电磁换向阀 7 的法新装置。拟定原理图如图 2所示 动作分析 （ 1）升降台上升（液压缸右行）电磁铁 1 电使三位四通电液换向阀 11 切换至左位，液压泵 5 的压力油经单向阀 5、发 11 和液控单向阀 12 进入液压缸 14 左腔，同时反向导通液学本科毕业设计（说明书） 5 控单向阀 13，液压缸右腔阀经阀 13，和阀 11 回油，液压缸右行带动升降台快速上升，蓄能器 10 可向液压缸补油，如出现负值负载（超越负载），邮箱可直接进行补油。升降台过了中间位置后，随着负载增加，当系统压力增值力继电器 9 的设定值时发信，电磁铁 3电，二位二通电磁换向阀 7 切换至下位，液压缸继续右行，此时系统处于高压，至升降台到达上端位置，行程开关发出信号，使电磁铁 1电，换向阀 11 复制中 位，升降台锁定在上端位置。 （ 2）升降台下降（液压缸左行）当电磁铁 2电时，换向阀 11 切换至右位，液压泵 1的压力油经单向阀 5、阀 11 和液控单向阀 13 进入液压缸 14 右腔，同时反向导通液控单向阀12，液压缸左腔回油，液压缸带动升降台下降。升降台升降过程中的速度由单向调速阀 8 的开度间接决定（即缸的速度与调速阀开度大小成反比），系统最高工作压力由溢流阀 3 限定。 （ 3）当所有电磁铁全部断电时，液压泵 5 输出的油液一部分经二位二通换向阀 7 和调速阀排回油箱，另一部分挤入蓄能器，系统处于低压状态，液压缸两腔闭 锁，从而升降台停留在任意位置。 （ 4）技术特点 1）升降台的整体重量轻，功率利用合理。 2）与常用的偏心轮式机械驱动升降台比较，结构简单，操作方便，运行可靠，造价低廉，液压元件更容易、方便，并有利于缩短维修时间。 3）为了提高液压系统乃至升降台的可靠性，油源采用了冗余结构（双泵中，一台工作，一台备用）。 4）液压系统采用旁路节流调速方式，液压泵的共有压力跟随负载变化，有利于节能。系统采用了蓄能器，有利于向液压缸补油和缓冲。 5）液压系统采用液压站结构形式并安置在平台上，通过油管与工作机构连接，大大改 善了工作环境，便于使用、维护、管理。 6）齿轮齿条液压缸采用开沟槽缓冲装置，工作台工作平稳、无冲击，避免了机械升降机构由于冲击而造成的较高的故障率，提高了生产效率；缸的两端没有可调定位机构，能方便地调节液压缸形成，确定升降台的摆动幅度，从而方便地调整升降台的上下极限位置。 学本科毕业设计（说明书） 6 第三章 轧机液压系统的计算 设计主要技术参数 主要技术参数：压力 7量 150L/需驱动电机功率 30降重量 18t；升降高度 488降一次时间 齿轮齿条液压缸的设计 齿轮齿条油缸的工作原理 齿轮齿条摆动液压缸 (即旋转液压缸 )的原理是将液压缸的往复运动通过齿条带动齿轮 ,转化成齿轮轴的正反向摆动旋转 ,同时将往复缸的推力转化 。其主要是由齿轮，齿形活塞杆，齿轮齿条箱体和两个当作用缸套组成。 压缸的效率 油缸的效率 由以下三种效率组成： 由各运动件摩擦损失所造成，在额定 压力下，通常可取m=由各密封件泄露所造成，通常容积效率v为： 装弹性体密封圈时 v 1 装活塞环时 v 由出油口背压所产生的反作用力而造成。 一般取d=以 m= v=1 d=效率为 0 . 8m v d 。 学本科毕业设计（说明书） 7 压缸缸径的计算 内径 D 可按下列公式初步计算： 液压缸的负载为推力 366014 4 1 5 1 01 0 1 0 4 9 . 30 . 7 3 . 1 4 0 . 8 1 2FD m 式（ 3 式中 01F 液压缸实际使用推力 15000（ N）； 液压缸的负载效率，一般取 07； 液压缸的总效率，一般取 =07 09；计算 = p 液压缸的供油压力，一般为系统压力（ 本次设计中液压缸已知系统压力 p =7 根据式（ 3到内径： D =缸筒内径系列 /B/T 2348以 取为 50 活塞杆外径 d ： 齿轮齿条油缸的正转和反转的速度一样，这里我们选取最大的活塞杆的直径以满足强度的要求。 表 3塞杆直径系列 活塞杆直径系列 / 23484、 5、 6、 8、 10、 12、 16、 18、 20、 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 所以取 d=45 活塞宽度 B 的确定 活塞的宽度 B 一般取 B =（ D 即 B =（ 50=（ 30 B =35学本科毕业设计（说明书） 8 体长度的确定 液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径 D 的 20。 即：缸体内部长度 233 缸筒壁厚的计算 在中、低压系统中，液压缸的壁厚基本上由结构和工艺上的要求确定，壁厚通常都能满足强度 要求，一般不需要计算。但是，当液压缸的工作压力较高和缸筒内径较大时，必须进行强度校核。 当 时，称为薄壁缸筒，按材料力学薄壁圆筒公式计算，计算公式为 式（ 3 式中，缸筒内最高压力； 缸筒材料的许用压力。 = /b n, b为材料的抗拉强度， n 为安全系数，当 时，一般取 5n 。 当 0 0 时 ,按式（ 3算 m a x m a 3 3 (该设计采用无缝钢管 ) 式（ 3 根据缸径查手册预取 =30 此时 300 . 0 8 0 . 1 0 7 0 . 3280D 最高允许压力一般是额定压力的 ，根据给定参数 7P ，所以： =100 110无缝钢管），取 =100其壁厚按公式（ 3算为 学本科毕业设计（说明书） 9 m a x m a . 5 5 0 5 . 62 . 3 3 2 . 3 1 0 0 - 3 1 8pD 满足要求，就取壁厚为 6 塞杆强度和液压缸稳定性计算 活塞杆的直径 d 按下式进行校核 4 式中， F 为活塞杆上的作用力； 为活塞杆材料的许用应力， = /b n ,n 一般取 364 1 5 1 04 5 2 83 . 1 4 5 9 8 1 0 / 1 . 4d m m m m 满足要求 活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力 F 不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。若活塞杆的长径比 / 10且杆件承受压负载时，则必须进行液压缸稳定性校核。活塞杆稳定性的校核依下式进行 中，般取4。 kl r m i时 22JF l kl r m i时 学本科毕业设计（说明书） 10 21 ( )式中， l 为安装长度，其值与安装方式有关，见表 1； ； m 为柔性系数，其值见表 3i 为由液压缸支撑方式决定的末端系数，其值见表 1； E 为活塞杆材料的弹性模量，对钢取 211 /1006.2 ；为活塞杆横截面惯性矩； f 为由材料强度决定的实验值， 为系数，具体数值见表 3 表 3压缸支承方式和末端系数 i 的值 支承方式 支 承说明 末端系数i 一端自由一端固定 1/4两端铰接 1 一端铰接一端固定 2 两端固定 4 表 3-3 f 、 、 m 的值 材料 28 /10 m 铸铁 时 ,缸已经足够稳定，不需要进行校核。 学本科毕业设计（说明书） 11 此设计安装方式中间固定的方式，此缸已经足够稳定，不需要进行稳定性校核。 筒壁厚的验算 下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算： A 液压缸的额定压力证工作安全： 22121()0 . 3 5 () 式（ 3 根据式（ 3到： 2223 5 3 ( 0 . 0 5 0 . 0 4 5 )0 . 3 5 2 8 . 1 2 ( )0 . 0 5 p a 显然，额定油压np=p =7足条件； B 为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力 ( 0 . 3 5 0 . 4 2 )n p 式（ 3 12 . 3 l o gp l s 式（ 3 先根据式（ 3到： 12 .3 lo gp l s =再将得到结果带入（ 3到： 1 2 ( 0 . 3 5 0 . 4 2 ) 4 4 . 2 1 1 5 . 4 7 1 5 . 6np p M p a M P a M P a 显然，满足条件； C 耐压试验压力液压缸在检查质量时需承受的试验压力。在规定的时间内，液压缸在此压力下，全部零件不得有破坏或永久变形等异常现 象。 各国规范多数规定 : 当额定压力 16 学本科毕业设计（说明书） 12 （ D 为了确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力 12 . 3 l o ( 式（ 3 因为查表已知b=596据式（ 3到： 8 9 P a 至于耐压试验压力应为： 1 . 5 1 0 . 5 M P a 因为爆裂压力远大于耐压试验压力，所以完全满足条件。 以上所用公式中各量的意义解释如下： 式中 : D 缸筒内径（ m ）； 1D 缸筒外径（ m ）； 液压缸的额定压力（ 液压缸发生完全塑形变形的压力（ ； 液压缸耐压试验压力（ ； 缸筒发生爆破时压力（ ； b 缸筒材料抗拉强度（ ； s 缸筒材料的屈服强度（ E 缸筒材料的弹性模量（ ； 缸筒材料的泊桑系数 钢材： = 缸筒的加工要求 缸筒内径 D 采用 配合，表面粗糙度要进行研磨； 热处理：调制， 240； 学本科毕业设计（说明书） 13 缸筒内径 D 的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半； 刚通直线度不大于 油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺； 在缸内表面镀铬，外表面刷防腐油漆。 兰设计 液压缸的端盖形式有很多，较为常见的是法兰式端盖。本次设计选择法兰式端盖 （缸筒端部）法兰厚度根据下式进行计算： 04 ( - ) dh d 式（ 3 式中， h m）； d 密封环内经 d=40m）； 密封环外径（ m）；H d=50mm p 系统工作压力（ p =7q 附加密封力（ q 值取其材料屈服点 353 0D螺钉孔分布圆直径（ m）；0 D=55mm 密封环平均直径（ m）；5 法兰材料的许用应力（ = s /n=353/5= 法兰受力总合力（ m） 2 2 2( ) 9 8 . 5 644 HF d p d d q K N 学本科毕业设计（说明书） 14 所以 04 ( - ) dh d364 8 9 . 5 6 1 0 ( 0 . 3 - 0 . 2 7 )3 . 1 4 0 . 0 4 5 7 0 . 6 1 0 =了安全取 h =141 (缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算 连接图如 下： 图 3体端部法兰用螺栓连接 12螺栓强度根据下式计算： 螺纹处的拉应力 : 6m a ( 式（ 3 螺纹处的剪应力 61 m a x 031100 . 2k k F ( 式（ 3 合成应力 223n ( 式（ 3 式中 , 液压缸的最大负载，杆时 2 /4 ，双杆是 22( ) / 4A D d k 螺纹预紧系数，不变载荷 k =载荷 k =； 学本科毕业设计（说明书） 15 D 液压缸内径； 0d 缸体螺纹外径； 1d 螺纹内经； 1k 螺纹内摩擦因数，一般取1k=载荷取1k=； 材料许 用应力， /s n , s 为材料的屈服极限， n 为安全系数，一般取n= Z 螺栓个数。 最大推力为： 41 . 5 1 0F A p X N 使用 4 个螺栓紧固缸盖，即： Z =4 螺纹外径和底径的选择： 0d=10 1d=8数选择：选取 K =据式（ 3到螺纹处的拉应力为： 6m a = 4 621 . 3 1 . 5 1 0 4 1 0 2 0 9 . 33 . 1 4 0 . 0 0 8 1 5 M P a 根据式（ 3到螺纹处的剪应力为： 4 630 . 1 2 1 . 3 1 . 5 1 0 0 . 0 2 1 0 9 8 . 40 . 2 0 . 0 0 8 1 5 M P a 根据式（ 3到合成应力为： n= 223 =以上运算结果知，应选择螺栓等级为 ； 查表的得：抗拉强度极限b=1220服极限强度s=1100 不妨取安全系数 n=2 可以得到许用应力值： =s/n=1100/2=550学本科毕业设计（说明书） 16 证明选用螺栓等级合适。 封件的选用 在液压元 件中，液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊液压缸，如摆动液压缸等。液压缸不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度的适应范围大，要求弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装拆，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。密封件一般以断面形状分类，有 O 形、 Y 形、 U 形、 V 形和 等。除 O 形外，其他都属于唇形密封件。 B. O 形密封圈的选用 液压缸的静密封部位主要有活塞内孔与活塞杆、支撑座外圆与缸筒内孔、端盖与缸体端面等处。静密 封部位使用的密封件基本上都是 O 形密封圈。 由于 O 型密封圈用于往复运动存在起动阻力大的缺点，所以用于往复运动的密封件一般不用 O 形圈，而使用唇形密封圈或金属密封圈。 液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支撑座（或导向套）的密封等。 活塞环是具有弹性的金属密封圈，摩擦阻力小，耐高温，使用寿命长，但密封性能差，内泄漏量大，而且工艺复杂，造价高。对内泄漏量要求不严而要求耐高温的液压缸，使用这种密封圈较合适。 V 形圈的密封效果一般，密封压力通过压圈可以调节，但摩擦阻力大，温升 严重。因其是成组使用，模具多，也不经济。对于运动速度不高、出力大的大直径液压缸，用这种密封圈较好。 U 形圈虽是唇形密封圈，但安装时需用支撑环压住，否则就容易卷唇，而且只能在工作压力低于 10使用，对压力高的液压缸不适用。 比较而言，能保证密封效果，摩擦阻力小，安装方便，制造简单经济的密封圈就属 密封圈了。它属于不等高双唇自封压紧式密封圈 ，分轴用和孔用两种。 综上，所以本设计选用 圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用，可以显著提高学本科毕业设计（说明书） 17 密封性能： 爬行现象； 静态密封性，耐磨损，使用寿命长； 装简便。 这种组合的特别之处就是允许活塞外园和缸筒内壁
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