液压风口拆装机；总体方案设计

II摘要液压风口拆装机应用于炼铁设备技术领域，是一种高炉风口的维修装备，包括挂钩、拆装装置、液压系统、小车主体框架、行走机构等。小车底部驱动轮，能够在狭小空间灵活转向移动。液压风口拆装机使用方便，实现快速对心，快速拆装风口小套及快速运输到指定地点放置。本论文对液压风口拆装机的机械结构，液压系统，电控系统进行研究，通过对液压风口拆装机的整体工作流程的分析，根据液压风口拆装机所需要实现的所有动作和动作的循环顺序，进行机械结构的构思和液压系统的设计，并且完成液压原理图的绘制。以及对液压风口拆装机的液压系统中的主要元器件进行设计，相关参数进行计算和选型等。以及最终的对系统的电控系统进行设计，最终实现液压风口拆装机的功能动作。关键词：液压风口拆装机；总体方案设计；液压系统；机械结构；电控系统AbstractHydraulictuyeredismantlingmachineisappliedtothetechnicaldomainofironmakingequipment.Itisablastfurnacetuyeremaintenanceequipment,includinghook,disassemblydevice,hydraulicsystem,carbodyframe,walkingmechanism,etc.Thebottomdrivewheelofthecarisabletomoveflexiblyinanarrowspace.Hydraulictuyeredisassemblingmachineiseasytouse,realizingfastcentering,rapiddisassemblingandassemblingtuyeresmallsetandrapidtransportationtothedesignatedplaceforplacement.Thispaperstudiesthemechanicalstructure,hydraulicsystemandelectriccontrolsystemandelectriccontrolsystemofhydraulictuyeredisassemblingmachine.throughthehydraulictuyeredisassemblingmachine’soverallworkflowanalysis,themechanicalstructureandhydraulicsystemaredesignedaccordingtoalltheactionsandthecyclesequenceofactionsrequiredbyhydraulicdisassemblingmachine.Andcompletethedrawingofhydraulicprinciplediagram.Aswellasthemaincomponentsofhydraulicsystemdesign,calculationandselectionofrelevantparameters.Andthefinalelectroniccontrolsystemdesign,thefinalcompletionofhydraulictuyeredisassemblydesign.Keywords:Hydraulictuyeredisassemblingmachine;Wholeschemedesign;hydraulicsystem;Mechanicalstructure;Electroniccontrolsystem第VII页1绪论1.1工程背景和意义钢材无论是在日常生活的建造还是在轨道铁路建设中，都是不可或缺的一种重要资源。对于钢铁的生产，它基本上有两个生产流程，生铁生产是其中一项很重要的工序，中国炼铁主要的生产工艺是高炉炼铁。近几十年来，中国的高炉炼铁技术飞速发展，不断走向成熟，大型化、自动化、高效化，以低成本、低消耗、低污染为目标。高炉风口是炼铁厂高炉上的，由高炉风口吹入的高温热风和炉底焦炭氧化燃烧生成CO，CO在高温上升中还原出原来以氧化物形态存在的铁。液压风口拆装机是一种高炉风口维修装备，高炉风口通常安装与炉腹与炉底之间的炉墙中，前段伸入炉内500mm，直接受到液态渣铁的热冲蚀和掉落热料的严重磨损，容易失效，这就是高炉风口工作环境。目前，国内更换风口小套主要是由工人利用加长的钩头人工完成的。这不仅劳动强度大而且更换风口小套的效率非常低。在90年代，宝钢1号高炉曾经用过小车加升降液压缸形式的风口拆装机。基本上实现了风口拆装的机械化，但这种风口拆装机要运行在轨道上，所以更换完一个风口，需要转到另一个风口位置时，需要吊车帮助它移到另外一个轨道上，降低了这种风口拆装机的工作效率，另外他需要额外的液压控制系统，也相应的增加了成本。因此需要一种解决更换风口效率低，成本高的方法。高炉风口经常需要更换，导致高炉低产。因此它的维修效率就有很重要意义，维修效率高将大大提高炼铁效率。因此高炉维修设备的研究有很重大的意义。1.2高炉风口使用情况分析及结构的介绍1.2.1使用情况分析宝钢3座4000㎡的高炉自投产以来到统计风口之日（1996年4月24日）为止，先后使用过普通型、堆焊（共渗）型、长寿型3种风口，共计更换风口1059只，其中一号高炉503只，2号高炉348只，3号高炉208只。由以上收集得数据可知高炉风口小套更换频率高，因此更换风口的效率直接影响高炉冶炼的效率和产量。对风口维修设备需要不断改进，加快更换风口小套的更换效率就显得很重要。在对液压风口拆装机风口设计之前，要搞明白风口的结构，下面对风口的结构进行详细说明。1.2.2风口小套结构介绍1-风口中套冷水管；2-风口大套密封罩；3-炉壳；4-抽气孔；5-风口大套；灌泥浆孔；7-风口小套冷水管；8-风口小套；9-风口小套压紧装置；10-灌泥浆孔；11风口法兰；12风口中套压紧装置；13-风口中套。1-1风口结构图图1-1为风口的结构图，由大、中、小三件套组成，小套8在前，它最接近炉膛，工作环境十分恶劣，热腐蚀比较严重，所以使用时间短，是高炉上的易损件，需要定期更换。因此大多情况，维修风口，都是更换风口小套。13为中套，在风口小套后面，中套上钻有灌泥浆孔，以及连接风口小套给风口小套的冷却水管。后面是风口大套5，它通过法兰连接在高炉炉壳上面，安装和复查工作完成后，风口大套与炉壳焊接时，容易导致变形，所以需要在炉壳与风口大套相连接的地方，临时加筋板并对称焊接。每个风口大套都要先焊接内口，采用CO2气体保护焊进行对称焊接，采用连续焊接的方法进行焊接。如图1-2所示，为高炉内型结构示意图，高炉风口是炼铁厂高炉上的，由高炉风口吹入的高温风和炉底焦炭以氧化燃烧生成CO，CO在高温上升中还原来以氧化物形态存在的铁。对高炉风口维修设备进行设计研究，必须明白他的安装方式，内部结构，以及尺寸结构等。图1-2高炉结构简图1.3风口拆装机发展现状1-钩头；2-推拉杆；3-导向座；4-横梁；5-连接装置；6-气锤；7-液压缸；8-货叉；9-风口小套压紧装置；10叉车1-1一种风口拆装机如图1-1，是一种叉车式风口拆装机，它是鞍钢现有的一种液压风口拆装装置。它是将拆装机构固定在叉车的货叉上的一种风口拆装机。当高炉风口小套需要维修时，首先将拆装机构安装在拆车的货叉上，然后将叉车开到高炉平台上，将钩头对准风口，将叉车货叉如图倾斜，将固定装置固定在风口大套上。拆装机钩头在液压缸被驱动，钩头完全伸进风口，勾住风口小套，然后用气锤将风口小套敲出，当完全敲出，驱动液压缸缩回，将风口小套拿下放到指定位置，就完成了风口的拆装。截止目前为止，液压风口拆装机发展水平较低，机械化程度较低。并且这种风口拆装机需要额外的液压系统，因此也增加了相应的成本。并且这种风口拆装机需要运行在指定轨道上，当需要更换另外的风口小套时，需要用吊车将它吊到另外的轨道上，因此大大降低了效率。所以目前国内急需一种更换风口效率高，机械化程度高，成本低的液压风口拆装机。1.4本文研究内容经过系统的调查、研究和学习，本论文对液压风口拆装机的机械结构大体介绍以及设计，对液压系统进行设计分析，对电控系系统设计分析，主要研究内容如下：（1）结合鞍钢现有的液压风口拆装机，炼铁冶金风口的实时环境，以及本文所要研究的液压风口拆装机的设计要求，参考大量类似机械相关的文献和论文，针对现场工作情况进行分析，确定液压缸工作行程、以及液压缸的分布情况和液压风口拆装机的整体结构，并进行静力学分析确定工作负载。通过对液压风口拆装机的整体工作流程的分析，根据液压风口拆装机工作所需要实现的所有动作和动作的循环顺序，进行液压系统的设计并绘制液压原理图，并对液压系统中的主要元件的相关参数进行设计、计算和选型。对系统的液压泵站和操作台进行设计计算，并验算系统性能。液压风口拆装机设计辽宁工程技术大学毕业设计PAGEPAGE82PAGEPAGE812总体方案设计液压风口拆装机主要由钩头伸缩装置、挂钩升降装置、支撑机构、行走四大机构和液压、电气两大系统组成，并通过主体部将各执行机构有机的组合于一体，它是一种高炉风口的维修设备。总体方案设计主要是进行液压风口拆装机四大机械结构设计，以及整体布局的确定。2.1液压风口拆装机的结构设计2.1.1设计要求（1）液压风口拆装机设计完成要求操作简单，结构紧凑，操作方便，性能可靠。它要基本实现自动化，摆脱以前那种人工拆装的落后、效率低的模式。（2）质量要保证，其次在考虑成本。因为未来的发展，质量肯定是第一位。（3）设备体积小，不能因为设计不合理导致体积过大，成本过高。（4）性能过关，在拆卸风口时，要承受很大的冲击力。因此抗冲击能力要考虑2.1.2液压风口拆装机的工作原理当需要更换风口小套需时，将小车开到风口平台上，将拆装机开到风口前，钩头装置对中风口，将风口拆装机的固定装置用销固定在风口大套的外沿上，然后驱动伸缩液压缸，使钩头伸进风口内。在钩头焊装完全伸进钩头小套时，驱动挂钩升降液压缸，使钩头装置钩住风口小套。然后使用逆向打击器，连续撞击风口小套，并且顶杆辅助顶住风口大套，直至风口小套与风口大套分离，驱动收缩液压缸缩回，最后拿下风口小套，放到指定位置，一次拆卸完毕。安装风口小套的过程，与拆卸的过程相反，先将风口小套挂在钩头装置上，然后使用正向打击器连续冲击风口小套，直至风口小套安装牢固。2.1.3液压风口拆装机基本结构确定2.1.3.1钩头伸缩机构钩头伸缩机构是主要的工作机构，是液压风口拆装机的关键部分，钩头伸缩装置的设计决定着液压风口拆装机性能。因此液压风口拆装机设计结构一定要合理，科学。 图2-1液压钩头装置如图2-1，液压风口拆装机的钩头伸缩机构主要由风口拆装装置和伸缩液压缸两大部分组成，另外还有其他辅助设备协助完成一些列动作。而风口拆装装置由拆装拉杆，顶杆，液压钩头，支座等组成。小车先对准高炉风口中心，液压钩头在液压缸的控制下，伸进风口，等完全伸入风口，在勾住风口小套，进行拆装。在拆装风口小套时，它要承受很大的冲击力，因此它的材质，以及后期的热处理很关键，不然很容易损坏。顶杆它是在拆装拉杆拆卸或安装时抵住风口大套，协助拆装拉杆将风口小套拆下来或装上去。另外它还有稳定拆装拉杆的作用，拆装拉杆上面固定这液压钩头，液压钩头可以类比于人的手，拆装拉杆类比于人的胳膊。这些机构相互配合将风口小套更换完毕。液压钩头伸缩机构，在完全伸进钩头小套，还要将风口小套勾住，因此它还要在升降液压缸的支撑下，上下移动。因此在它的结构设计上，要慎重考虑，这里直接加升降轮来实现该机构，支持它的升降的功能。另外钩头伸缩机构上还有其他的辅助设备。由于液压风口拆装机在工作环境照明不良，在该机构上安装照明装置，辅助工人将风口小套拆卸下来。2.1.2.2挂钩升降装置图2-2挂钩升降装置如图2-2，挂钩升降装置主要是由挂钩装置和液压缸升降两部分组成。挂钩升降液压缸主要是将拆装装置沿着导轨将其缓慢顶起，勾住风口小套。挂钩装置主要是可以固定在风口中套上，将风口中套固定住，起一个保护作用。该机构相对来说，结构较为简单，最主要的是确定它的支撑点的位置，因此它的受力点一定要确定好。在升降液压缸工作时，它的升降高度不好操控，当钩头完全伸进风口小套时，操作工人也不好判断是否完全勾住，因此在挂钩升降液压缸结构中，安装有接近开关，当液压缸将拆装装置顶起到预定位置时，接近开关上的传感器感应到液压缸的位置，开关马上断开，液压缸停止。2.1.2.3支撑液压装置支撑液压缸支撑着整个机构重量，它升降行程很小，起着高度微调的作用，它是根据实际高度调定好，以后基本不做改动。它有前后两个液压缸，这两个液压缸保持同步，对它的高低进行调节。以上主要机构以及液压系统都是装配在一个小车底盘上。它的主体结构就是一个改装小车，通过合理机构设计将整个系统有序装到小车上。2.1.2.4行走机构行走机构上有行走马达和转向马达，控制着液压风口拆装机的前进后退，以及转向。2.2总体参数确定根据上述设计思路和所设计的机械机构对进行液压风口拆装机的总体参数进行确定。液压风口拆装机的总体参数是指主要性能参数。它表示了液压风口拆装机特性的指标。掘进机的总体参数有：外形尺寸、重要部件重量2.3总体布置图图2-1风口拆装机的总体布置图Fig.2-1Tuterecoolercasingseparate-installedmachine3液压系统设计液压系统性能的优与劣决定了该液压风口拆装机整体性能的好与坏，液压系统的设计是整机设计的关键部分。首先根据风口拆装机的总体机械结构布置，各个机构的用途、所需要满足的条件、工作工况和特性等，利用液压原理，设计出合理的液压系统原理图。其次经过的相关计算，确定液压系统及其元件的相关参数，然后根据这些计算所得数据，对其元件进行选型和系统整体的设计。液压系统设计步骤为：（1）工况分析在设计风口拆装机液压系统之前，首先要对液压风口拆装机的整体工作情况进行了解、工作过程进行分析，便于确定液压缸型号类型，确定拆装机的所有运动的工作条件是什么，确定风口拆装机各部分机构的工作的先后顺序，确定执行件的运动速度、行程、负载大小及其工作量程。（2）设计液压系统原理图在设计风口拆装机液压系统过程中，首先要确定液压系统中的执行机构，如何调定执行机构的液压系统工作压力，如何对执行机构进行运动速度调节，如何能让机械结构实现预期的先后动作和循环动作；其次还要确定系统的调定压力、换向和安全互锁等的液压系统回路结构。综上所述，所有要求选择合适的系统回路结构，将各个基本回路合并在一起，构成一个完整的液压系统回路。（3）液压系统参数计算和各相关元件的选择首先要确定液压缸的工作所需要的压力和流量，以及液压缸的工作行程，通过一系列计算确定液压缸的具体尺寸；然后计算通过系统的最大工作流量和及工作压力；计算液压泵的压力、工作流量和功率，并对液压泵和液压马达进行合理选型，最后，选择与之匹配的辅助元件和阀类元件。（4）对液压系统可行性分析对于设计完成的液压系统，应进行系统压力损失和温升的验算，确保其能够满足工作的需要。（5）绘制图纸和制作技术文件正式图纸包含：液压系统原理图，全部工作元件的工作图，液压泵，液压阀，管路的安装图等。技术文件包含：基本件，标准件，通用件及外购件的汇总表，设计说明书等。3.1基本要求液压系统设计要考虑：(1)风口拆装机的结构；在上述论文中已经确定了风口拆装机的总体布置，因此液压风口拆装机的液压系统的布置也应该符合它的总体结构布置。(2)风口拆装机的主要技术参数；根据风口拆装机机械结构以及风口尺寸结构，液压钩头将风口小套钩出，伸缩液压缸的行程至少700mm，伸缩液压缸行程定为830mm，钩头将风口小套分离F=75000N。(3)风口拆装机液压系统的工作环境；振动、冲击力大、污染比较大，注意抗冲击、降噪等。(4)液压风口拆装机对液压传动系统工作可靠性要求要高。要求液压系统的可靠性好，有灵敏的过载保护装置，防止液压风口拆装机和液压元器件的损坏。要求能适应负载变化大的要求，过载能力强，性能好，传动功率大，结构紧凑，重量轻，操纵控制方式简便集中，操控性好，维护和检修方便。3.2钩头装置及挂钩装置工况分析液压风口拆装机的几个基本动作均由液压系统控制来完成的。钩头装置液压缸的前后伸缩，前后升降液压缸的升降，挂钩油缸的升降，行走液压马达。对液压系统驱动负载的运动参数和动力参数进行分析，确定液压系统执行元件的主要参数、设计参数以及选择或设计液压元件的依据。液压风口拆装机钩头液压缸的外负载包括工作负载，摩擦负载和惯性负载三部分。对于液压缸，外负载为：式中：—工作负载；—摩擦负载3-1钩头伸缩与挂钩装置受力分析简图液压风口拆装机工作时，受力情况如图所示，钩头装置主要是在工作时，将风口小套和中套分离，产生了拉力，其值是克服风口小套与中套的摩擦力以及做功。因为值很小，所以值很小，相对可以忽略不计。有两个液压缸在做功，因此，是已知参数，根据实验得到。因此取。液压钩头克服钩头装置自身重力做功，钩头机构重约800kg，因此。3.3拟定风口拆装机液压系统液压系统涉及的零部件：恒压变量泵、行走机构液压马达、钩头机构升降液压缸、及伸缩油缸，空气滤清器，阀，油缸等。风口拆装机的液压系统装置的性能与它所选元器件的好坏，性能，是否符合条件密切相关。拟定液压系统图在系统设计环节中是非常重要的一步环节。它是表示液压系统的组成和其工作原理的图样，是选择液压元件，计算系统功率和最后确定液压泵规格的重要依据。3.3.1初选系统压力整个液压系统的合理程度与系统的压力选择有很大关系。相同功率下，系统压力选得低，流量就大，液压设备的尺寸和重量就增加，效率降低；若系统压力选得大，则流量小，则风口拆装机的尺寸减小，重量减轻，较为经济，，但提高压力元器件强度，密封性，抗污染能力将受到挑战，因此适当选择系统压力，是液压系统的关键。执行元件的负载决定着系统的工作压力。确定液压风口拆装机的工作压力有两种方法。一种是用类比法，结合将要选择的元件类型，预先选定一个工作压力，然后根据先前给定的工作负载计算出液压缸几何尺寸。另外一种方法是根据允许液压缸最大几何尺寸，再算出工作压力，确定压力范围。在农业机械、汽车工业、小型工程机械及辅助机械，选定压力一般为10-16MPa，液压风口拆装机的液压系统的压力预定为为12MPa。机器类型机床农业机械和工程机械重型机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力0.8-2.03-52-88-1010-1620—323.4液压回路设计初选系统的压力后，就可以根据液压风口拆装机的系统的性能和主机动作拟定主回路。它主要包括确定其系统的供油方式，液压回路工作液压油的循环方式，液压系统回路的组合方式，液压系统的散热方式，执行元件的选择，调速方式，调压方式，换向回路等。液压风口拆装机的液压回路是通过液压油驱动液压缸和钩头装置的动作实现，液压系统主要由：执行机构、控制机构、辅助机构、液压泵站和液压油等组成。而对于执行机构主要是由风口拆装装置和和挂钩装置，以及伸缩液压缸的伸缩机构和挂钩液压缸的升降。辅助机构留有两个备用接口，以便在其他回路出现问题时，备用接口马上投入使用，不至于停机不能正常工作。供油方式的选择由于液压风口拆装机的拆装工作和液压缸的动作均为小功率负载，所以采用单泵供油，选用柱塞泵为系统提供液压动力油。表3-3液压泵种类与特性[24]Tab.3-3ThetypesandcharacteristicsofHydraulicPump种类特性齿轮泵叶片泵柱塞泵轴向式径向式额定压力2517．53525排量1～5001～3504～10006～500最高转速900～40001200～300050001800总效率75～9075～9085～9580～92适用粘度20～50020～20020～200自吸能力非常好好差变量能力不能能好外形尺寸对功率比中大小输出压力脉动小小大污染敏感度大小小历时变化齿轮磨损后效率下降即使叶片磨损效率下降较小配流盘、滑靴或分配阀磨损时效率下降较大粘度对效率的影响很大稍小很小噪声小～大小～中中～大适用场合工程机械、搬运机械、车辆机床冶金机械、锻压机械、建筑机械表3-4定量泵与变量泵的适用场合[24]Tab.3-4Theapplicationoccasionsofquantitativepumpandvariablepump定量泵变量泵液压功率小于10，而且能源成本不是重要因素工作循环是开关式，而且泵在不工作时可以完全卸载虽然负载变化很大，但多数工况下需要泵输出全部流量工作制不繁重，温升不成液压功率超过10，流量需求变化很大要求大负载下小而精密的运动和变化负载下的快速运动泵服务于可任意组合的多个负载要求很的承载能力一个原动机带动多个泵，而泵的装机容量大于原动机功率回路工作方式的选择液压系统循环工作的方式有开式系统和闭式系统两种。选择系统类型取决于系统的调速方式和散热要求。常见的液压系统传动方式是开式系统，开式系统是液压油流过执行机构后直接回到油箱，这样的液压系统具有结构简单、油液散热冷却条件好等优点。闭式系统是液压油流过执行机构后，再次回到液压泵，循环使用的液压回路。这样的循环回路虽然可以补偿因系统泄露而造成的损失，具有结构紧凑，不易污染，传动稳定等优点。但由于这样的系统循环结构复杂，回路中的油液不经过油箱，一直在系统内循环，因此回路中的油液温度升高很快，并且会不断上升，很少被采用。综上所述，该液压风口拆装机的结构简单，因此循环回路选用开式循环回路。液压系统回路的组合方式液压系统回路的组合方式有三种，独立式液压系统回路、并联式液压系统回路和串联式液压系统回路。独立式液压系统回路是液压泵仅驱动一个执行元件的系统回路，结构简单。一，操作方便。并联式液压系统回路，液压泵排出的液压油液同时驱动两个及两个以上的执行元件，而他们的回油共同回到油箱。这样的系统回路，执行元件既可以单独操作也可以同时操作，当同时操作时，几个执行元件的油液压力相等。在满载时，都等于液压泵的调定压力。当没有满载时，系统压力系统的压力由外载荷最小的执行元件决定，因此液压油首先进入外载荷最小的执行元件。这样的系统只适用负载大且变化小，对运动要求不高的工作场合。串联式液压系统回路，液压泵排出的压力油进入第一个执行元件，并且第一个执行元件的回油是第二个执行元件的进油，依次串联下去，直到最后一个执行元件。这样的液压系统回路设计，同样可以单独操作也可以同时操作，当同时操作多个执行元件时，液压泵的工作压力为各个执行元件的压力差之和，因此液压泵的工作压力很高。流过各个执行元件的压力油的流量等于液压泵的输出流量，因此可用小流量的液压泵为系统供油。但不能串联应用在液压泵—液压缸和液压泵—液压马达系统中，因液压缸的往复间歇动作会影响液压马达运转的稳定性。综上所述，该液压风口拆装机的液压系统选用并联式液压系统回路。（4）执行元件的选择因为该拆卸即系的动作，主要是拆装装置伸缩液压缸的伸缩的工作，而辅助执行机构是挂钩装置液压缸升降的动作。由于伸缩作业要求的行程较大，而且安装的体积和位置限制小，所以伸作业选用单级伸缩式液压缸。而对于立柱支撑液压缸，要具有良好的强度，因此要选用良好的材料，能够承受长期的作用。（5）调速方式(a)根据压力，速度和负载变化特点选择(b)根据工作条件选择综上所述，液压风口拆装机主回路采用变量泵加节流阀组成的系统回路进行调速，在系统执行支路中，液压缸的作业通过单向阀和节流阀的组合阀进行调速。（6）调压方式系统采用单柱塞泵为整个系统提供液压油，因此调压方式选用溢流阀来调节系统主回路的压力。各支路的压力通过定压减压阀来控制各个指路的工作压力。（7）换向回路根据工作地点的条件要求，选用三位四通手动换向阀实现系统循环动作的控制。拟定的液压系统方案图如下：液压系统设计方案图3.4.1钩头伸缩机构液压系统回路由于考虑在拆卸风口小套时，需要很大力矩，因此钩头伸缩装置承受的力矩由两个液压缸分担。钩头伸缩机由柱塞泵输出的压力油通过三位四通单向阀，控制液压缸的伸缩。该回路调定工作压力为12MPa，溢流阀设置在柱塞泵的出口，起安全保护作用。伸缩系统回路，由液压缸以及一些相关液压阀及辅助机构组成，对上图的各个原件的作用及其原理介绍如下：伸缩机构系统回路：钩头装置伸进时：油箱——柱塞泵——高压板式过滤器——直角插装单向阀——三位四通电磁换向阀左位——液控单向阀——液压缸——三位四通电磁换向阀左位——空气冷却器回油过滤器——油箱钩头装置缩回时：油箱——柱塞泵——高压板式过滤器——直角插装单向阀——三位四通电磁换向阀右位——液控单向阀——液压缸——三位四通电磁换向阀右位——空气冷却器回油过滤器——油箱钩头伸缩机构要液压缸要具有一定的抗冲击能力。3.4.2支撑机构液压系统回路支撑机构液压缸，有前后两个液压缸组成，支撑着整个机构，支撑所有机构液立柱回路如下图：在支撑液压缸回路中：叠加式双单向节流调速阀控制流进液压缸的流量，进而控制支撑液压缸的推升速度。推升立柱液压缸与钩头伸缩液压缸是并联式的，因此该回路调定的压力为12MPa。3.4.3挂钩升降机构液压系统回路挂钩升降液压缸是由柱塞泵输出的压力油通过三位四通单向阀，控制液压缸的升降。该回路调定工作压力为12MPa，溢流阀设置在柱塞泵的出口，起安全保护作用。3.4.4行走机构液压系统回路液压风口拆装机行走回路，通过2组三位四通液动阀来控制液压马达前进与后退。系统设定压力为12Mpa，在旁路接一个溢流阀来起一个安全保护。液压油返回油箱，经过冷却，进过过滤，保证油的干净程度。3.5液压系统原理图3-1风口拆装机的液压系统原理图3.6各液压系统的执行元件设计3.6.1钩头装置液压缸的设计计算3.6.1.1载荷分析钩头勾住风口小套将风口小套和中套分离，需要，推进液压缸缸在推进过程中，推进负载力为设计值伸缩行程推进力推进速度为液压缸工作的总负载：（3-1）表2-1液压缸最大负载力及速度调节范围名称立柱液压缸推进液压缸最大负载力3412速度调节范围3.6.1.2主要参数的确定（1）工作压力的确定当负载一定时，工作压力的大小与液压缸的尺寸和重量有密切关系。工作压力越小，则所设计液压缸的尺寸和重量越大；反之，若工作压力越大，则液压缸的结构紧凑，但对液压缸的密封等级要求较高，通常工作压力根据液压缸总负载和机器的类型、工作要求以及现场工作状况，查阅《机械设计手册》，确定风口拆装机系统的工作压力为，行程为。(2)确定液压缸型式及规格由于风口拆装机工作环境比较差，液压缸前后伸缩，确定采用合适的差动液压缸。利用这时活塞杆较粗可以通油的有利条件。(3-2)[28](3-3)式中：、—液压缸工作腔、回油腔压力；、—液压缸工作腔、回油腔有效工作面积；—液压缸内经；—活塞杆直径；—最大外负载；—液压缸机械效率，一般取0.9～0.97。回路上取背压[28]，根据工作情况和要求，确定宽径比表3-6液压缸宽径比与速度比的关系[28]Tab.3-6Therelationshipbetweenthedivideofhydrauliccylinderdiameterwiththewidthandthedivideofspeed0.30.40.50.550.620.71.11.21.331.461.612则。(3-4)(3-5)取规范标准，由，；取标准值，杆径；两腔实际有效面积，。（3）最大流量需求（3-6）（4）活塞杆强度校核（3-7）活塞杆材质为45调质钢，经查表得知强度极限。材料的许用应力为(n为安全系数)，由此可知，，因此满足应力强度要求。作用在厚壁筒上的应力不能看作是均匀分布的，在3个不同方向上分别产生拉应力或压应力。取拉应力为正值，压应力为负值，则缸筒壁的应力各为：圆周方向拉应力（3-8）径向拉应力（3-9）轴向拉应力（3-10）式中：——压力，MPa；——外径半径，mm；——内径半径，mm。根据第四强度理论进行强度计算，它的合成应力按下式计算：（3-11）将三应力表达式代入上式并简化，得：（3-12）和（3-13）根据计算可得，液压缸的壁厚为：（3-14）大液压缸的直径为：（3-15）查阅机械设计手册圆整，D=100mm。（4）强度校核根据胡可定律，缸筒圆周方向的弹性应变为：（3-16）式中：——泊松比，取0.25～0.33，取0.23～0.27；——弹性模数，，；——压力，MPa；——外径半径，mm；——内径半径，mm。径向变形量可按照下式计算：（3-17）式中：——缸径，mm。如果取，则式（4-18）可简化为：（3-18）3.6.2.1支撑液压缸受力分析图3-5支撑机构升降过程的力学分析Fig.3-5Themechanicalprocessofworkingbodymovements支撑液压缸承受的是整个机构的重量。如图，整个机构重量大概7000kg，因此，这里取40000N。最大的油缸负载。3.6.2.2主要参数确定(1)初选系统工作压力参照目前实际运用情况，初选定系统工作压力为12MPa。(2)确定液压缸型式及规格由于液压风口拆装机工作环境比较差，在进行进给时，确定采用合适的液压缸。利用这时活塞杆较粗可以通油的有利条件。回路上取背压，根据工作情况和要求，确定宽径比。取标准值，由，取标准值，杆径两油腔的实际有效面积为，。(3)最大流量需求(3-18)(4)活塞杆应力校核（3-19）活塞杆材质为45调质钢，经查表得知强度极限=540活塞杆的材料的许用应力为==108(n为安全系数)，由此可知，<，应力满足要求。（5）液压缸壁厚计算由于壁厚，根据壁厚计算公式（3-20）外径查机械设计手册液压缸外径100mm。（4）缸筒壁厚强度校核额定压力额定压力低于一定的极限值，以保证工作安全（4-32）或（4-33）由式4-32计算得：由式4-33计算得：综上，满足设计要求。B）缸筒径向变形根据胡可定律，缸筒圆周方向的弹性应变为：（4-34）式中：——泊松比，取0.25～0.33，取0.23～0.27；——弹性模数，，；——压力，MPa；——外径半径，mm；——内径半径，mm。径向变形量可按照下式计算：（4-35）式中：——缸径，mm。如果取，则式（4-10）可简化为：（4-36）根据上式计算得，，满足设计要求。C）缸筒爆裂压力（4-37）式中：——液压缸的抗拉强度，；——液压缸的外径，mm；——液压缸的内径，mm。由上式计算得：，满足设计要求。根据上式计算得，，满足设计要求。3.6.3挂钩升降液压缸的设计计算3.6.3.1工况分析受力如上图所示，其，其主要就是顶起拆装机构升起，并且行程不大。3.6.3.2主要参数确定参数的确定包括系统工作压力，液压缸型式，规格，以及最大流量需求等的确定。(1)初选系统工作压力参照目前实际运用情况，初选定系统工作压力为12MPa。(2)确定液压缸型式及规格由于工作环境比较差，进行进给，确定采用合适的差动液压缸。利用这时活塞杆较粗可以通油的有利条件。回路上取背压，根据工作情况和要求，确定宽径比取规范标准，由，取标准值，杆径两腔实际有效面积(3)最大流量需求(4)活塞杆应力校核（4-30）活塞杆材质为35调质钢，经查表得知强度极限=540材料的许用应力为==108(n为安全系数)，由此可知，<，应力满足要求。（3）液压缸壁厚计算由于壁厚，根据壁厚计算公式（4-31）外径查机械设计手册液压缸外径45mm。（4）缸筒壁厚强度校核额定压力额定压力低于一定的极限值，以保证工作安全（4-32）或（4-33）由式4-32计算得：由式4-33计算得：综上，满足设计要求。B）缸筒径向变形根据胡可定律，缸筒圆周方向的弹性应变为：（4-34）式中：——泊松比，取0.25～0.33，取0.23～0.27；——弹性模数，，；——压力，MPa；——外径半径，mm；——内径半径，mm。径向变形量可按照下式计算：（4-35）式中：——缸径，mm。如果取，则式（4-10）可简化为：（4-36）根据上式计算得，，满足设计要求。C）缸筒爆裂压力（4-37）式中：——液压缸的抗拉强度，；——液压缸的外径，mm；——液压缸的内径，mm。由上式计算得：，满足设计要求。根据上式计算得，，满足设计要求。3.6.4马达的选定选取马达的型号参数如下表：表3-18行走机构马达参数Table3-18Themotorparametersofcrawlermechanism元件名称型号排量/压力/转速/效率/输出转矩/重量/额定最高最低最高容积总效率径向柱塞液压马达NHM175A17520251010000.980.9252627行走控制马达的旋转速度在230r/min左右。则马达所需要的流量约为：3.7液压缸的结构设计3.7.1液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。对于液压风口拆装机用液压缸的缸筒，一般都采用无缝钢管，缸筒壁厚和强度条件时的计算公式为：[35](3-44)式中：—最大允许压力()；—缸筒材料的许用应力()，；—缸筒材料的屈服强度；—安全系数，；取，，，则：查缸筒壁厚度表，取=10mm。，符合要求。缸筒强度条件的计算公式为：[35](3-45)式中：—液压缸壁厚，m；—液压缸内径，m；—液压缸的最大工作压力，=16Mpa；—缸筒内应力。液压缸壁算出后，即可求出缸体的外径为(3-46)=100mm根据工程机械用标准液压缸缸体外径表，选取=100mm。3.7.2液压缸进出油口尺寸的确定液压油缸进出口可布置在缸筒或前、后端盖上，连接型式有螺纹连接、法兰连接等。根据设计，把液压油缸进口布置在后端盖上，出口布置在缸筒上，连接型式采用螺纹连接。国家标准GB/T2878-1993规定了液压缸进、出口螺纹的连接尺寸系列。同时对于12MPa的各种型式的液压缸的油口安装尺寸，有ISO8138-1986，ISO8136-1986，ISO8137-1986的国际标准。本次设计共有3个液压缸，他们进出口尺寸如下：钩头伸缩伸缩液压缸进出口螺纹：M141.5支撑升降伸缩液压缸进出口螺纹：M141.5挂钩升降液压缸进出口螺纹：M141.53.7.3液压缸工作行程的确定液压风口拆装机的液压缸工作行程的长度确定，是根据执行机构实际工作的钩头将风口小套拉下需要的长度来确定。则根据实际工作行程，结合国家标准选取液压缸行程系列圆整到=830mm。有效计算长度为：液压缸的安装尺寸，可查设计手册得：安装尺寸：=75mm当活塞杆全部伸出时，有效计算长度为：mm—液压缸的安装尺寸(查设计手册得到)mm3.7.4缸盖厚度的确定液压风口拆装机的液压缸的缸盖为平地缸盖，其有效厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式近似计算。(3-47)式中：—缸盖有效厚度，m；—缸筒内径，m；—液压缸的额定压力，；—缸筒底部材料的许用应力，。mm则取=6mm。3.7.5最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应该满足以下要求：(3-48)mm取最小导向长度为90mm。式中：—液压缸的最大行程；—液压缸的内径。伸缩液压缸活塞的宽度B一般取：(3-49)=(27~45)mm考虑到工作情况，选取：B=40mm3.7.6缸体长度的确定液压缸缸体长度等于缸盖止口长度，导向套长度，缓冲套长度，活塞宽度之和。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。缸体长度取缸体长度I=950mm图3-10液压缸的尺寸Fig.3-10Thesizeofhydrauliccylinder3.7.7油缸强度计算(1)已知参数：缸径D=80mm；杆径d=45mm；行程L=830mm；缸筒壁厚=10mm；有效计算长度mm。(2)伸缩液压缸强度计算a.活塞杆应力校核验算活塞杆压缩或拉伸时的强度，即：(3-54)所以，强度满足。活塞杆材质为调质，经查表得强度极限[28]。式中：—伸缩液压缸最大的推(拉)力；—材料的屈服强度；—安全系数，一般取2～4。b.伸缩液压缸缸筒强度验算：由于缸筒壁厚与缸径之比，属于厚壁缸筒，可按材料学第二强度理论验：(3-55)=4.59mm由此可见，<，强度可满足要求。式中：—系统最高压力，P=16Mpa；—材料的许用应力。(3)液压缸稳定性验算在液压缸工作时，它是承受的压力最大的，所以校核它的活塞杆的压稳定性是很有必要的。a.活塞杆断面最小惯性矩I=(3-56)b.活塞杆横断面回转半径(3-57)=0.020m=20mmc.活塞杆柔性系数=(3-58)==73.13式中：—为长度折算系数，对于两端铰接约束方式取1；—为有效计算长度d.钢材柔度极限值=(3-59)==60.8式中：—45钢材比例极限；—材料弹性模量。e.从以上计算得知，>，即为大柔度压杆时，稳定临界力为：[28](3-60)N式中：—活塞杆材料的弹性模量；—活塞杆横截面惯性矩；—安装及导向系数；f.油缸最大闭锁力=(3-61)N式中：—油缸最大闭锁压力。g.稳定系数(3-62)由此可见，稳定性非常好，可以满足要求。3.8液压系统参数计算3.8.1泵站电动机的确定系统压力为12Mpa，系统流量为26.7L/min，则功率为因此根据GB28575，泵站电机选用7.5kW电机。电机选择三相异步电动机3.8.2油箱容积确定液压系统总需要的油量为：油箱容积：(3-67)其中[28]，取，；则油箱容积为：。3.8.3辅助元件的选型（1）高压胶管高压胶管在液压系统中，运送具有一定压力和温度的液压油，最高耐压达到70-120Mpa，由于系统工作压力高，所以在系统中没有相对运动的管路中选用高压胶管。它能承受高压，价格便宜，耐压，抗腐蚀，刚性好，所以适合用在高压管道。液压风口拆装机系统设计上中液压胶管，主要是由内胶层、二层或四层钢丝缠绕层和外胶层组成。一般采用两根及以上便于维修。图5-7双密封结构的胶管实物图Fig.5-7Doublesealstructurephysicalmap（2）管接头它是液压系统中连接管路的液压元件，主要包括焊接式、卡套式、扣压式和扩口式，由于管接头属于可拆装式的连接元件，他满足正常的连接固定、密封性强、尺寸合理、压力损失小、工艺性能好。因为它的存在才支撑起整个液压系统的存在。（3）密封装置密封装置在液压系统中起着重要作用，如果密封不好，液压油就会外漏，污染环境；可能空气进入吸油腔，影响液压泵的工作性能和液压执行元件的平稳性。若密封过度，又会使机械效率降低，因为在起工作时造成摩擦，摩擦严重造成密封圈损坏，影响设备性能。密封装置应具有良好的密封性能，并随压力的增加能自动提高密封性能。并且它与运动件的摩擦要小，抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性能好。还有密封件结构简单，方便维护，价格低。（4）过滤器在液压系统中，油液是循环使用的，油液运行一段时间后，会将系统中污染物带回油箱，液压油含有超过限制的固体颗粒和其他不溶性赃物。为防止些杂质流入系统中，造成使设备间隙表面划伤，使系统造成内部泄露量增加，从而降低效率，造成使阀芯卡死，小孔或缝隙堵塞，润滑表面破坏，因此需要在回油管路安装过滤器，使流回油箱的油保持清洁。因此，根据对油液精度的要求，选用吸油过滤器的型号为CXL-100×80。（5）空气滤清器在液压系统中，对油液的净化是很重要的一个环节。空气过滤器能保持油箱内油液的清洁，既能防止外界颗粒进入油箱，又能延长液压油的工作周期，尤其在这种工作环境恶劣的情况下，尤为重要。并且他还能维持油箱内压力和大气压力平衡。因此选用空气过滤器的型号为QUQ1-10X1.0。3.9风口拆装机液压系统的性能验算3.9.1液压系统压力损失在液压系统中，总的压力损失为:（6-1）3.9.2沿程压力损失（6-2）代入相关数据：（6-3）（6-4）代入数据：（6-5）查《液压传动系统》可知，时，油在管路中是呈层流状态的，实际计算时留有余量，则其沿程阻力系数为：（6-6）按以下公式得压力损失为：（6-7）代入相关数据：3.9.5系统总压力损失则系统总压力损失为：（6-12）3.10液压系统温升验算3.10.1液压系统发热功率液压风口拆装机液压系统的功率损失主要有以下几种形式：1）液压泵的功率损失（6-13）式中——工作循环周期，（s）；——投入工作液压泵的台数；——液压泵的输入功率，（W）；——各台液压泵的总效率；——第i台泵工作时间（s）。2）液压执行元件的功率损失（6-14）式中——液压执行元件的数量；——液压执行元件的输入功率，（W）；——液压执行元件的效率；——第j个执行元件工作时间，（s）。3）溢流阀的功率损失（6-15）式中——溢流阀的调整压力(Pa)；——经溢流阀流回油箱的流量(m3/s)。4）油液流经阀或管路的功率损失（6-16）式中——通过阀或管路的压力损失(Pa)；——通过阀或管路的流量(m3/s)。由以上各种损失构成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率（6-17）（6-17）式中是液压系统的总输入功率，是输出的有效功率。（6-18）（6-19）式中：——工作周期（s）；——分别为液压泵、液压缸、液压马达的数量；——第i台泵的实际输出压力、流量、效率；——第i台泵工作时间（s）；——液压马达的外载转矩、转速、工作时间（N·m、rad/s、s）；——液压缸外载荷及驱动此载荷的行程（N·m）。液压风口拆装机的液压系统的散热途径主要是依靠油箱表面，但其系统散热与外接管路也有关系，系统管路短时，可以考虑不计，但当系统的外接管路较长时，计算发热功率时，也要考虑管路表面的散热。（6-20）式中——油箱散热系数，见表6-1；——管路散热系数，见表6-2；——分别为油箱、管道的散热面积(m2)；——油温与环境温度之差(℃)。表6-1油箱散热系数（W/（m2·℃））Tab.6-1tankheatcoefficient（W/（m2·℃））冷却条件通风条件很差8～9通风条件良好15～17用风扇冷却23循环水强制冷却110～170表3-2管道散热系数（W/（m2·℃））Tab.6-2pipeheatcoefficient（W/（m2·℃））管道外径/m风速/m·s-10.010.050.1086512514105694023表6-3各种机械允许油温(℃)Tab.6-3kindsofmachinerytoallowtheoiltemperature(℃)液压设备类型正常工作温度最高允许温度数控机床30～5055～70一般机床30～5555～70机车车辆40～6070～80船舶30～6080～90冶金机械、液压机40～7060～90工程机械、矿山机械50～8070～90若系统达到热平衡，则，油温不再升高，此时，最大温差（3-21）（3-22）式中：——冷却器的散热系数，——平均温升(℃)，（3-23）——液压油入口和出口温度；——冷却水或风的入口和出口温度。为使油液保持在允许温度以下，油箱散热面积可用下式近似计算，即（3-24）式中——油箱的有效容积，L；——油箱的散热面积，。则散热面积为。根据上述式子计算，油箱自散热功率为0.3kw，冷却水冷却系统温升为，温升在允许范围内。3.10.3根据散热要求计算油箱容量在初步确定液压系统中油箱的容积之后，便要验算它的散热面积是否满足实际要求。在计算出液压风口拆装机的系统发热量之后，即可根据系统散热的要求，确定出所需油箱的容量。可得油箱的散热面积为（3-25）如果不考虑管道的散热，式（3-25）可简化为（3-26）图3-1油箱结构尺寸Fig.3-1Structuresizeoftank（6-27）（6-28）3.11液压系统各元件汇总由以上设计的思路，总结出各液