液压设计(6篇)

液压设计篇1

关键词液压支架；CAD；CAE；有限元软件；三维建模；实体模型

中图分类号TP31文献标识码A文章编号1674-6708（2012）65-0173-03

0引言

近阶段，世界各国都对液压支架的研发和设计非常重视。尤其是近年来，随着各国在经济与科技领域的合作不断扩大，技术不断得到完善和发展，作为液压支架，很多机械化生产中的关键设备，在CAD与CAE软件里也得到了不同程度的发展。世界各国从20世纪70年代开始，对CAD以及CAE软件应用于液压支架设计方面的工作，做了许多研究和工作，并且带来了非常不错的经济效益。给机械行业的发展以新的前景与启示，使世界工业实现自动化和精密化发展提供了可能。

1CAD与CAE软件于液压支架设计中的应用

CAD在其发明的初期是英文ComputerAidedDrafting（计算机辅助制图）的缩写，由于计算机软件技术和硬件技术的逐渐发展，人们慢慢地认识到单一地只运用计算机制图还不可以称之为计算机辅助设计；对于整个产品，包括产品的构思、产品的功能设计、产品的结构分析和产品的加工制造等的设计才是真正的设计。二维的工程图设计只是产品设计中的一个分支；由于这些原因，ComputerAidedDesign也取代了ComputerAidedDrafting，成为了CAD的代称。与此同时，CAD也拜托了辅助绘图这个单一地功能，成为了整个产品的辅助设计工具。

CAE、PDM以及CAM等软件都是在CAD的基础上实现的。对于CAE来说，CAD不仅为单个零件提供造型设计、还为整机提供有限元分析、机构的运动分析、造型设计以及装配成型。在CAD中对零件及部件所做的任何改变，都会在CAE、CAM和PDM中有所反应。总而言之，一旦CAD做得不理想，CAE、PDM以及CAM就很难做好。

CAE是计算机辅助工程的英文缩写，其全称是Computer-AidedEngineering。随着计算技术的逐步应用，对于每个即将投产的产品，企业都可以先在计算机上建立一个数字样机，然后通过数字样机来模拟产品和零件的工作状态，通过这些模拟实验来对零件和产品做出工程校验、有限元分析以及计算机仿真。在产品研发过程中，企业通过CAE模拟软件的应用，可以方便地对零件和产品进行仿真检测。这些仿真实验能够得到零件或者是产品的相关运行参数，对于产品缺陷的发现、产品设计的优化以及产品的设计成本的降低有这极大的促进作用。而且CAE软件模拟能对产品维护检修提供很大的帮助。例如：分析产品故障的原因以及产品质量因素等。CAE软件通常会有有限元分析模块。把物体，也可以称之为连续的求解域，通过离散的方法分解为有限个简单单元的组成形式是有限单元法的基本思路。为了将连续的具有无限个自由度的问题进行简化，形成离散的有限自由度问题，需要对这些被离散过得单元进行模拟并且得到原来的物体。通过对被离散的物体的每个单元进行有限元分析，进而能得到物体被离散前的分析结构。并且所得到的解会随着单元数目的增加而越来越准确得逼近真实的情况。

最新研究表明，许多复杂的，诸如机构分析、强度分析、静态干涉检查、动力学分析、动态干涉分析以及装配模拟等工作，都可以通过在由CAD软件创建的实体模型上进行。而一些简单的工作比如模型的铸造、加工以及产品效果的渲染处理等，也能由此实现。与以往通过消耗大量资源的基于传统理念的设计思路“物理样机验证试验”相比，基于三维模型的CAE分析，凭借着其能够借助现代计算机所拥有的突出的数值计算能力，能够建立“虚拟样机”，从而有效地降低了设计成本并且使设计周期缩短。并且，随着信息技术的进步，这种基于CAE技术的产品设计手段将会越来越有效。

2通过有限元软件实现液压支架运动的仿真

目前，市面上有关于CAD以及CAE的软件很多，大部分的三维机械设计软件除了能够实现三维建模功能以外，都附带有用于结构分析的有限元模块。而动力学模块以及机构干涉检查运动学模块等常见的模块，大部分软件也会带有。UnigraphicsSolutions公司推出的产品：UG，以其突破传统模式的创新性，为用户带来了与众不同的模型建立系统。UG软件非常有效地将参数化与变量化等先进的技术与以往的平面功能如实体、线框等相结合，并且广泛得为许多软件公司所采用。UG软件是基于许多传统的功能比如说曲面造型、二维空间绘图亦或是数控加工编程等发展起来的。UnigraphicsSolutions公司于上世纪90年代后期成功得将Intergraph公司的运用于机械方面的CAD产品合并，并且通过Parasolid平台统一了微机版的SOLIDEDGE软件。并通过这项运作，组建了一个既有WindowsNT微机版，又有Unix工作站版的相对完整的集成了CAD、CAE、CAM的系统。美国参数技术公司(PTC)，提供了一款有趣的产品叫做Pro/Engineer。PTC公司提出许多从未有过的理念：单一数据库、参数化、基于特性、全相关等等，这些理念改变了传统的机械设计软件的概念,其带来的这种前所未有的理念已经作为新的标准在世界范围内的机械CAD/CAE设计方案所推广应用。利用这种理念研制出来的第3代机械CAD/CAE产品Pro/Engineer-wildfire野火版便是采用这种理念所开发出来的，这种产品能够充分地利用网络资源,并且充分得表达了并行工程的内在理念。

应用于Windows平台上得机械设计软件有生信国际有限公司出品的SolidWorks。改公司的产品可以形容为：应用于Windows平台的集成CAD、CAE、CAM和PDM功能的桌面系统。其核心是SolidWorks软件。这个桌面系统包括有各种各样的应用，最主要的有工程数据管理、运动分析、结构分析以及数控加工等。SolidWorks是最近涌现出的应用于微型计算机上的参数化特征造型软件，其主要优点是价格低廉，使众多从事机械设计工作的人员可以在舒适的界面与环境中运用实体造型等实用的功能。SolidWorks是应用于Windows平台的特征造型软件，它能实现全参数化，并且在工程图的生成、复杂装配以及三维零件的造型设计方面也非常便捷。

由于整个设计过程全部建立在物体的三维模型上，通过直观的图形与图像将产品的设计与思路进行了清晰的表达，三维CAD技术符合了人们正常的思维习惯，成为广大设计者所常用的设计软件。

3液压支架设计中的三维CAD建模

线框建模、表面建模以及实体建模是三维建模的三个组成部分。在液压支架设计时，我们通常采用的是实体建模，原因是在计算机内部，只有要对几何物体实行独一无二的无冲突的完整的描绘必须采用实体模型。这样做得好处是我们每做一次有效的操作，都能生成一个有效的模型，这样就能使设计工作者摆脱几何一致性检查这种浪费时间与精力的步骤，将宝贵的精力投入到其他工作中。三维实体建模可以为设计者提供众多帮助：对复杂的形体进行形象的描述与清晰的表达，简化评价的难度；按照设计师的要求在3D模型的基础上做出产品的剖面图与效果图；进行产品装配过程的研究以及空间布局的研究；实现干涉碰撞问题的简化；模拟空间运动，仿真加工顺序；实现有限元模型的自动生成。

顶梁、掩护梁、底座、尾梁、侧护板、护帮机构、推移机构、立柱、千斤顶和液压控制系统等不同构建组成了液压支架的主要部分。通过组焊钢板来得到结构件，但是这样的情况下得到的结构件不规则并且有很大的形变。从优化结构设计的角度讲，最好是在支架的总体方案设计完成后，再建立液压支架的三维模型，这样就能轻松地实现对支架的几何结构干涉问题进行检查。

对于支架强度分析来说，三维建模在液压支架设计上得运用能大大地提升它的效率。支架有限元分析需要以三维建模为基础，CAD软件拥有有效的模型建立功能，通过它的运用，我们能够将支架的实体模型建立起来，之后再借助接口的转换，将实体模型置于有限元软件中分析，从而得到需要的结果。《液压支架通用技术条件》对于不同的加载方式都有详细的规定，将不同的垫块放置在在支架模型的不同位置上，以此来模拟其承担井下围岩的挤压力时的工况，通过定义求解项和程序的运算，软件模拟其在多项空间力系作用下的应力变化和形状变化的分布状态，可以用云图的形式来输出用以表明变形、应力等趋势和以颜色表示的数值，为以后的支架设计优化提供数据参考。

4设计方案的优化以及CAE应用的作用

通过运用先进的计算机所拥有的非凡的数值计算能力来制作虚拟样机，并将此种虚拟样机用来取代传统液压支架设计中需要花费大量资源的验证物理样机的过程,CAE软件设计能够将样本的设计周期极大地压缩并且将设计成本降到很低的水平。在确定产品设计方案的过程中，有限元计算作为检验液压支架的力学性能的一种仿真手段，一直都非常受到重视,但是其却并没有作为普遍应用的设计手段得以推广应用，究其原因主要有过于繁杂的计算过程,边界条件无法确定,过长的计算时间等。不过其作为一种可行的数值计算方法,有限元法可以轻松解决很多问题，比如说对于结构形状、载荷和支撑情况复杂的零部件进行应力分析等，这是任何其他传统的设计方法不能做到的。因而,有限元法在机械设备的强度计算中的占据了非常有利的位置。在立柱、千斤顶产品和技术标准更新的研究课题中,采用ANSYS软件对新型QXEK200千斤顶和LSGGK360立柱进行了整体有限元仿真分析计算,以了解立柱、千斤顶的整体应力及其应力分布情况。并对立柱、千斤顶的局部构造进行了有限元仿真分析,用来处理无法通过常规计算方法来实现的的计算局部应力的问题。

通过美国机械工程师协会(ASME)、美国核安全局(NQA)等权威机构认证的标准化的设计软件：ANSYS软件，是近年来全世界应用最为普遍的CAE分析软件。并且其是首个通过了中国压力窗口标准化技术委员会的认证，而且在众多个部委被广泛应用的分析软件。ANSYS分析软件现在已经为全世界超过七成的高校和研究机构所使用。ANSYS分析软件不同于之前PTC公司(其全称为ParametricTechnologyCorporation)的软件Pro/Engineer本身就有的有限元分析模块和SolidWorks的cosmos模块,它的功能以及界面都有了较大的改观,并且在此基础上实现了这两个软件没有办法做到的约束、加载边界工况。ANSYS分析软件适应于各种类型的设计工作并且能够胜任之。

由于千斤顶和需要加载的立柱模型具有非常繁杂的表面与边界条件,双伸缩立柱的外侧为具有球形地面的外缸,柱头在其活动端为球形,结构具有不规则的立体形状,但是边界条件和载荷情况与实际工况相一致是模型分析所要求的基本原则,因为只有这样的计算结果才具有参考价值,除此之外,在导向环以及密封装置等环节的作用下，各个相互接触的面之间（双伸缩立柱的外缸、中缸以及小柱发生接触的部分；千斤顶的活塞和缸体之间）会发生相互作用,在这些地方创建面-面接触单元并且对其相互作用力进行模拟;运用耦合自由度法来对节点的自由度进行限定，并且运用了多种处理方法进行建模工作,建立了用来定义边界坐标的局部坐标系,以此最大限度地与实体工况相一致,同时不出现附加应力。

通过对CAE软件的综合运用，在液压支架设计阶段能够借助于三维造型对液压支架进行有限元、运动仿真以及动力学方面的研究与分析，从而有效地减少在运动中产生机构干涉现象,这样一来，设计中的虚拟样机检验就能产生非常大的作用,并且确保液压支架的安全性以及可靠性,对结构的合理性进行较大优化,并且对探索液压支架设计的新思路,液压支架设计水平的提高有很大帮助。

5结论

三维CAD软件为虚拟产品的描述带来了前所未有的福音，以支架方案设计为开始，然后进行详细的设计、计算以及图形绘制，最后是产品的完善，支架生产设计制造的全过程都是在三维CAD软件的帮助下完成的。由于通过实体模型，我们能得到产品完整的特性数据，物理模型或者样品的制造就变得没有必要了，这样就大大缩短了模型或样品制作过程所用去的时间。

通过三维建模设计液压支架的成功，使设计者摆脱图纸低级错误的困扰，运用计算机技术解决这些问题，提高了设计质量，缩短了设计周期，更好地为企业现代化生产服务。

参考文献

[1]王国法，等.液压支架三维建模及运动仿真[J].煤炭科学技术，2003(1)：42-44.

[2]王诗丽，龚光辉.Pro/E与AutoCAD在机械产品结构设计中的功能比较[J].机械与电子，2003(2)：65-67.

[3]刘晓冰，高天一.CAD技术的发展趋势及主流软件产品[J].中国制造业信息化，2003(1)：41-45.

[4]叶著，叶渭川.CAD在国内大型企业中的应用与发展[J].电子机械工程，2002(4)：24-2

[5]岳文辉.大采高强力液压支架的参数确定及结构设计[J].矿山压力与顶板管理，2002，22(3)：72－74．

[6]王国法，徐亚军，孙守山.液压支架三维建模及其运动仿真[J].煤炭科学技术，2003，31(1)：42－45．

[7]叶先磊，等.ANSYS工程分析软件应用实例[M].北京：清华大学出版社，2003.

[8]李皓月，等.ANSYS工程计算应用教程[M].北京：“中国铁道出版社，2003.

液压设计篇2

作者：杨襄璧罗铭单位：中南大学液压机械工程研究所安徽惊天液压智控有限公司

前者表明液压冲击器的工作能力，而后者则表明其工作效率的高低，两者的乘积就是其功率输出，即N=W×f。因此，在液压冲击器设计时，必须协调冲击能W与频率f之间的合理配置关系，求得在装机容量最小的前提下，机器的工作效率最高。例如对液压破碎锤而言，要求大的冲击能W，并适当降低冲击频率f，以满足增大冲击力和提高破碎效果的要求；对液压凿岩机而言，虽然同为液压冲击器，它则要求小冲击能W，并尽量提高冲击频率f，以满足高速钻孔的要求。液压冲击器的工作参数主要包括活塞的最大冲击末速度速υm，工作流量Q，工作压力P以及最优轴推力FT等。活塞的最大冲击速度υm—这是活塞打击钎尾瞬间的接触速度，它的大小反映活塞的动能传递给被击物上的冲击能W大小，而冲击能W又与υ2m成正比。显然提高υm对提高冲击能W是有利的。但υm的提高却受到两方面的限制：其一，受活塞和钎杆材料性能的限制，因为冲击速度υm与接触应力σ有关，其值越高则σ越大，影响活塞和钎杆的使用寿命。目前在材料的许用接触应力σ限制下，一般选υm=9~12m/s是可行的。但随着材料科学的进步，υm值的进一步提高是可能的；其二，还受冲击机构的频率限制，其原因在于活塞的结构行程有限，在有限的行程上把活塞加速到要求的υm的时间将很短，υm越高则这时间将越短，无法满足低频的要求。因为低频意味着活塞的循环时间和冲程时间都较长，而高υm必然导致冲程时间和循环时间的缩短，即冲击机构的频率高，无法满足低频的设计要求。当然也可以采用加大活塞运动力和降低υm的技术路线，提高冲击能和降低频率。但会加大机构的结构尺寸，也不理想。

总之，设计时必须根据使用条件综合考虑，工作流量Q—这是液压冲击器工作时泵输给它的入口流量，属独立变量。液压冲击器工作时，表现出的一切行为和性能，都随它的变化而变化，而不是相反！）工作压力P—这是液压冲击器工作时系统要求的工作压力，即保证实现其性能参数必须的系统压力。工作压力P是因变量，随输入流量Q和结构参数的变化而变化。也就是说系统工作时，当其他参数不变，你是无法改变压力值P的大小的。这也验证了液压技术的一条最基本的原理：系统的压力决定于外负荷。所谓液压冲击器设计，就是用所设计的结构参数和输入的工作流量来保证系统额定工作压力PH的实现。轴推力FT—液压冲击器工作时，由于活塞的冲程加速，会使机体产生后坐现象，致使钎杆脱离与被冲击体的接触，影响冲击工作不能正常进行。为了克服液压冲击器的后坐现象，液压冲击器工作时在机体的轴线上必须施加一个推力以保证钎杆与被冲体紧密接触。这推力，行业上称之为轴推力。轴推力的大小应当适当，太大太小都不好，这就提出了一个最优轴推力的概念。施加给液压冲击器的最优轴推力，与选择承载机的吨位紧密相连，吨位小了下压的轴推力不够，吨位太大虽然满足了轴推力的要求，却使承载机的投资成本增高，也不理想。因此在液压冲击器设计中，寻求大冲击能与小轴推力，一直是优化设计的一个追求目标。这样就可以使大冲击能的液压冲击器与较小吨位的承载机相匹配，形成高效的作业组合，降低作业成本。

液压冲击器的结构参数主要包括活塞的三个直径d1、d2和d3，活塞的工作质量m，以及活塞的工作行程S。液压冲击器的结构参数决定其性能参数。因此也可以说，所谓液压冲击器的设计，实质上就是确定（求得）保证可以实现其性能参数的结构参数，即求得d1，d2，d3，m和S。必须指出，在液压冲击器结构参数一定的情况下，其性能参数和工作参数都将随输入流量Q的变化而变化。那种在上述前提下，企图通过其他措施调节系统压力的想法都是不可行的。由上述可知，系统油压P是一个变量，是一个因变量，工作中它自身无法主动改变自己，只能随流入油腔的流量变化而变化。由于液压冲击器工作时，输入油腔的油液每时每刻都在变化，所以油压P也每时每刻都在变化，没有一个常值。产品样本上给出的油压，笔者认为叫额定油压较为合适，用PH表示，以示区别。它是用压力表在液压冲击器输油管入口处可量得的压力。在此压力下，液压冲击器的性能参数达到额定值。实际上PH是一个虚拟参数，并不存在，但它在液压冲击器的设计和使用中却非常有用。设计时以它（PH）为依据，进行性能参数、工作参数和结构参数的计算，并对液压系统和元件进行选择。在使用现场，则成为操作者了解系统工作正常与否的重要依据。至于为什么PH能担当起如此重任，后面的章节有详细的论述。液压冲击器工作原理简析市场上液压冲击器产品林立、品种繁多，它们的结构原理也各不相同，看起来让人眼花缭乱。笔者将其工作原理（非结构原理），最本质、最关键的东西进行抽象、总结，梳理出三种工作原理：纯液压式、氮爆式和气液式工作原理，基本概括了液压冲击器工作原理的全部。现分别予以简析，利于以后的理论研究和分析。纯液压式工作原理纯液压式工作原理有三种实现形式：前腔常压后腔变压工作原理（简称前腔常压原理）、后腔常压前腔变压工作原理（简称后腔常压原理）和前、后腔变压工作原理（简称前、后腔变压原理）。前腔常压工作原理这是液压冲击器发展过程中最原始，最古老的一种工作原理，以后的技术进步都是在它的基础上发展起来的。温故而知新，下面我们对它进行分析与说明。图1为前腔常压纯液压冲击器的工作原理简图。从图中可以清楚地看到，该系统由缸体、活塞、换向阀和油液通道组成。其中缸体和活塞组成冲击体，而活塞在缸体内则由于油液的推动而往复运动，向外输出冲击能，对被击物体施加强大的冲击力，形成锤击作用。换向阀的作用是通过阀芯的换向运动，形成对推动活塞运动的油液的换向，实现活塞周期性的往复循环运动。

液压设计篇3

关键词：液压千斤顶三维设计Solidworks仿真

中图分类号：TD35文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0074-02

随着汽车行业的迅速发展，对维修工具的要求也越来越高。由于用户对液压千斤顶的要求的提高，对液压千斤顶的改进极为迫切。在建筑、铁路、汽车维修等部门的需求量比较大。所以研究液压千斤顶在现阶段是必要的。该文主要是对液压千斤顶结构进行设计，并且利用Solidworks软件对液压千斤顶进行模拟仿真。

1液压千斤顶的总体设计[1-4]

液压千斤顶是由：油箱1；截止阀2；大液压缸3；大活塞杆4；单向阀5；手柄6；小活塞杆7；小液压缸8；单向阀9；还有限位孔、调节螺母等组成，如图1所示。液压千斤顶液压系统由动力元件（液压泵）、执行元件（液压缸）、控制元件（单向阀和截止阀）、辅助元件（油箱和油管等）、工作介质（液压油）组成，液压千斤顶结构组成如图1所示。

液压千斤顶的工作原理由大缸体3和大活塞4组成举升缸；杠杆手柄6、小缸体8、活塞7、单向阀5和9组成手动液压泵。活塞和缸体之间既能保持良好的配合关系，又能实现可靠的密封。当抬起手柄6，使小活塞7向上移动，活塞下腔箱中的油在大气压力的作用下通过吸油管进入活塞下腔，完成一次吸油动作。当用力压下手柄时，活塞7下移，其下腔密封容积减小，油压升高，单向阀9关闭，单向阀5打开，油液进入举升缸下腔，驱动活塞4使重物G上升一段距离，完成一次压油动作。反复地抬、压手柄，就能使油液不断地被压入举升缸，使重物不断升高，达到起重的目的。打开截止阀2，活塞4可以在自重和外力的作用下实现回程。这就是液压千斤顶的工作过程。液压千斤顶的优点：体积小、质量轻、便于携带、工作平稳、有自锁功能。

2液压千斤顶的模拟

Solidworks作为三维设计软件，具有全面的零件及装配建模功能。主要包括：建立大液压缸、大活塞杆、手柄等的零件模型；组装液压千斤顶装配体，制造液压千斤顶模拟仿真动画[5-6]。

2.1液压千斤顶零件建模

双击桌面上“Solidworks”按钮，在弹出的“新建Solidworks文件”对话框中，选择“零件”按钮，单击“确定”按钮，进入Solidworks“零件”造型界面。通过“拉伸凸台基体”、“拉伸切除”和“圆角”等命令完成大液压缸和大活塞杆零件建模，三维模型如图2和3所示，大液压缸剖视图如图4所示。

2.2装配设计与模拟

液压千斤顶组装在创建装配窗口，单击“转配体”按钮，弹出新的装配窗口。Solidworks装配时插入的第一个零件系统默认为固定零件，首先插入大活塞缸，然后依次插入大活塞杆、大密封圈等零件，在装配工具栏上单击“配合”按钮，利用几何关系（同轴度、重合、平行、垂直、相切等）对各零部件依次配合。液压千斤顶装配体和爆炸视图分别如图5、6所示。

模拟仿真是要清楚液压千斤顶的工作位置：工作前截止阀关闭，拉动手柄向上运动，小活塞缸内部形成真空状态，液压油进入小活塞缸内；当下压手柄时，液压油进入大活塞缸内，顶动大活塞杆向上移动；经过几次循环后，活塞杆到达顶部。在Solidworks中模拟仿真是通过单击工具栏“新建运动算例”按钮，调整时间轴为0时，也就是起始位置装配体各元件位置，拖动时间轴到下个时间段，改变装配体各位置。则这两个时间段也就是“关键点”之间产生过渡。拖动时间轴并改变零件相对位置后，时间轴上产生被移动零件的键码，也就记录了这个零件的动作。据装配关系，从动件因为原动件运动也产生相应的键码。为实现不同运动，即小活塞做一次往复运动，大活塞上移一段距离，小活塞吸油时大活塞不动，推油时大活塞上移的运动过程，可以把大活塞运动状态的键码向后拖动到小活塞开始向下运动的时间点。

3结语

本文首先液压千斤顶的结构设计，然后利用Solidworks对液压千斤顶进行三维设计及模拟仿真，不仅可以直观的了解液压千斤顶的结构，还可以准确、快速的完成设计。

参考文献

[1]左建民.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]王积伟.液压传动[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3]张志红.液压千斤顶自动装配机的设计[J].煤炭技术，2009，28（6）：15-16.

[4]严桃平，王建胜.液压千斤顶结构与油路的改进设计[J].工程机械，2002，33（3）：38-39.

液压设计篇4

关键词：三维实体造型Pro/ENGINEER参数化设计液压集成块

中图分类号：TP31文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0085-02

液压集成块内部通油孔道常常构成十分密集，其组成又非标准件，目前应用一些计算机辅助手段方便了平面图的设计，但仍难以获得高质量的设计结果。该文试用Pro/ENGINEER软件对液压集成块进行设计，可降低设计人员的劳动强度，提高设计效率和质量。借助于人机交互设备和手段，可以在近于真实的现场进行方案的构思、实施及检验，提高了设计的合理性和可行性，并可对设计的工艺性、可靠性方便地作出直观的评估，保证设计准确性，提高一次性设计的成功率。

1液压集成块概述

在比较复杂的液压系统中，使用集成块可充分利用各种液压元件的功能，使结构更紧凑，密封性更好，便于安装和调试[1]。但是集成块专用性强，表面安装的液压元件多，阀体内孔系复杂，因此，合理设计油道之间的相互关系，保证各元件按照液压原理图的工作要求集合于集成块上，要求准确性高、工作量大。

按液压系统工作要求选择好各液压元件后，集成块设计要解决的主要问题就是装配孔系的设计和检查。传统的二维工程图设计，效率低容易出错，造成损失，延误开发时间。使用三维参数化软件进行设计，在设计方法和手段上得以提升，立体效果图使问题容易在设计阶段被发现，避免加工后被动浪费，同时在系列化多型号的液压机械设计中，参数化设计将大大提高设计效率。

2三维参数化机械设计软件简介

Pro/ENGINEER是基于Windows下的一种具有强大三维建模功能与工程图绘制、实物渲染功能的计算机软件，其野火版综合了UG与SolidWorks三维造型软件的特点，是基于零件特征的三维实体建模技术，可以进行实体装配、运动分析、动画设计等，三维实体可以直接自动生成二维工程图样[2]。也可以单独进行二维图形设计。Pro/ENGINEER是一个全方位的三维产品开发软件，集成了零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析和产品数据库管理功能于一体[3]。它强大的功能为机械设计提供了巨大支持平台。

3集成块三维参数化设计的意义

在传统的液压回路中，液压元件通过油管来实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构越复杂，系统压力损失越大，占用空间也越大，维修、保养和拆装越困难。而集成块结构紧凑，互换性能好，维修、拆装方便。用Pro/ENGINEER软件建立的三维实体效果图，可以方便直观地检查各油孔之间的位置关系是否符合液压系统原理图的工作要求，各安装孔的位置是否符合设计要求，通过立体图形及透视图，能够清楚的了解集成块的内部油路结构以及外面接口的走向，清楚的知道各个孔之间位置关系，形象直观。由于是参数化的实体模型，设计人员能尽可能在设计阶段发现问题，修改起来也很方便快捷。而且为了便于观察各孔道，可以利用软件的显示功能将实体上挡住视线的部位切去，便可直观显示阀体内部各个孔道的走向，采用透视的线框模型显示，可从整体上观察所有孔的空间分布情况，为了避免线型过多看不清，还可暂时不显示与检查无关的部位。

4液压集成块设计

根据液压系统的工作要求，进行受力分析设计计算、设计液压系统的原理图、选择液压元件、对液压系统的性能进行计算验证、然后用Pro/ENGINEER软件设计液压集成块。设计液压集成回路是设计液压集成块的一个关键，液压集成块的孔道设计是否合理，有没有干涉孔，都和液压回路的选择有密切相关。设计液压集成回路时，一般可以把液压回路划分为若干单元回路，每个单元回路一般由三个液压元件组成，采用通用的压力油路P和回油路T，这样的单元回路称液压单元集成回路。设计液压单元集成回路时，优先选用通用液压单元集成回路，以减少集成块设计工作量，提高通用性。

把各液压单元集成回路连接起来，组成液压集成回路，液压集成回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。液压集成回路设计完成后，要和原液压系统进行比较，分析工作原理是否相同[4]。

液压集成块装配由底板、方向调速块、压力块、夹紧块和顶盖组成，由四个紧固螺栓把它们连接起来，再将其紧固在液压油箱上，液压泵通过油管与底板连接，组成液压站，液压元件分别固定在各集成块上组成一个完整的液压系统。集成块的阀体是安装各种液压元件，并且其内部按照液压系统原理图要求能实现各元件之间油道连通的复杂功能块，是集成块设计的关键。设计时根据阀体的特征进行建模，阀体的基本体是一个长方体，各面上要安装液压元件，因此阀体上的孔是主要的设计特征。孔的大小与液压元件的通径有关，已基本规格化，孔分通孔和盲孔，分别构成阀体的油孔、安装螺孔、工艺孔和台阶孔。

如图1所示为底板块，其作用是连接集成块组。液压泵供应的压力油P由底板引入各集成块，液压系统回油路T及泄漏油路L经底板引入液压油箱冷却沉淀。图2为底板的透视图。顶盖的主要用途是封闭主油路，安装压力表开关及压力表来观察液压泵及系统各部分工作压力。设计顶盖时，要充分利用顶盖的有效空间，也可把测压回路、卸荷回路以及定位夹紧回路等布置在顶盖上。

绘制好液压集成块的底块、方向块、压力块、夹紧块、顶块后，检查校核各个块之间的油路是否相通，是否有干涉，检查无误后，就可以把各个模块组装成一个完整的液压集成块装配图，Pro/ENGINEER软件强大的功能，装配起来比较简单，能够自动的生成三视图。通过装配立体和透视图，能很清楚的观察到各个油路管道的连通，这在Pro/ENGINEER软件上能够形象直观的反映出来，也方便了设计人员与安装维修人员之间的技术交流。如图3图4所示。利用Pro/ENGINEER软件绘制出集成块的各个模块后，设计人员可以很清楚的检查油路是否相通，各个管道之间是否有干涉，还可以看透视图，由于是三维立体图，效果很好。尺寸可以不用显示在图上，需要时让它显示出来即可。

参考文献

[1]杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]林清安.Pro/ENGINEER2001零件设计基础篇（上）[M].北京：清华大学出版社，2003.

液压设计篇5

【关键词】机床；液压系统；设计

【中图分类号】TG502【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）04-0060-01

引言

在机床液压系统的使用过程中一个很大的弊端就是效率过低，能耗又过大。所以对机床的液压系统进行创造性的改革和设计，不断的根据社会的实际发展情况，将提高机床液压系统的效率、节约资源以及注重环保作为设计的重要因素，从而不断的提高液压系统的实用性。液压系统对于机床来说，能够帮助机床实现自动的进给，以及刀具的自动转换等等，从而不断的提高机床的平衡性和精度。所以加强对于液压系统的设计，可以有效的提高机床的使用效果。

一、机床液压系统设计的原则

1积极融入先进技术的原则。对于任何一项技术来说，先进的科学是它的灵魂。在液压系统的设计中要不断的树立对于先进技术的创造性引进的思想，通过不断的对产品的改良从而减少对于资源的浪费，例如在液压过程中可以积极的建立“简而美”的设计原则，从结构上对液压产品进行优化，适当的减少产品的零部件，不仅可以节约材料还便于拆卸。同时在设计过程中还要考虑到工艺的合理性，尽量的简化产品的加工流程，设计出易于拆卸的连接方式，对紧固件的用量也要进行适当的精简。并且从环保的设计理念出发，在设计中可以对产品的包装进行简化，还要对包装的材质进行处理，从而避免产生二次的污染。

2采用资源最佳利用率的原则。对于液压系统设计中需要的资源，有的是比较短缺有的则是比较稀有原材料，对于这种情况，从实际的情况出发，在不影响系统的整体性能的前提下，可以寻找出合适的代用的材料，提高液压系统设计的广度，不仅仅只是局限在单一的材料配置上，从而不断的提高产品的可靠性和有效性。同时可以将机械工业中的一些废料或者是余料在液压系统中得到充分的应用，这样也可以有效的避免资源的浪费，将原材料进行充分的使用。同时在液压系统设计中要努力的减少材料种类的选择，避免多种材料混在一起不好重复的利用，从而更加有效的将废弃的产品进行有效的回收。

3整体效益最佳的原则。在机床器械中加入液压系统本身就是为了提高机床的效果，所以在进行液压系统的设计过程中，还要对产品以及器械的整体效益进行考虑，对机床液压系统所生产出的产品对环境产生的影响以及自身的质量都要进行精确的计算，同时根据产品的各种信息组成如原材料、使用性质以及再回收的性能等等都进行准确的评估，从而不断的对液压系统进行改进，将机床的液压系统整体效益达到最佳的状态。

二、机床液压系统绿色设计的方法

1对于液压系统设计中的噪声的控制。液压系统中的噪声对于环境会产生极大的污染性，对于液压系统中的电动机、液压泵以及液压马达可能出现的转动部件不平衡的问题，会引起转轴的弯曲振动，而这种振动会直接产生很大的噪音污染。同时液压系统的噪声还来源于机械的零部件以及装配的不合格等因素。所以在液压系统的设计中还要积极的控制机械安装的质量，严格的按照产品的结构进行科学性的指导。

2液压系统中液压元件的连接与拆卸性的设计。对于液压系统的设计应该讲液压系统的集成度进行提高，积极的将系统中的多个元件的功能进行有效的结合，从而发挥出更加优化的组合，积极的实现系统的模块化的功能。同时将液压元件的连接技术能够积极的根据系统连接结构的装配和拆卸进行调整，由于焊接连接的装配和拆卸程度比较的复杂，对于一般使用的螺钉连接虽然装配容易但是拆卸却又受到环境的影响，一旦生锈，极难拆卸。而使用嵌入咬合的话无论是在装配和拆卸上都能够达到良好的效果。但是在安全性上又不能得到良好的保障。所以为了提高液压系统的结构的紧凑性，可以根据液压系统安装型式的不同，具体情况具体的处理，将各类的元件制成各种结构的形式，从而更加的提高液压系统的装配性和可拆性。

三、总结

随着现代科技的不断发展以及人们对于环境的重视，对于机床这类机械工业的发展，在液压系统的作用下，不断的增强机床的实用功能，对于液压技术而言，需要不断的提高其节能性和创造性，以适应不断变化的社会发展情况。文章从机床液压系统设计的原则以及机床液压系统绿色设计的方法等方面进行了论述，通过不断的明确液压系统的设计原则和方法，从而不断的将设计的质量和环保理念深入人们的内心，不断的提高机床液压系统的性能。

参考文献

[1]李壮云，葛宜远，液压元件与系统，北京：机械工业出版社，1999

液压设计篇6

Abstract：Coilspringisanimportantmechanicalcomponentwithfunctionsincludingshockabsorption，energystoring，controllingmotionandmeasurementforce.Takinghelicalspringasanexample，thisarticlemainlyintroducesthedesignprocessofhelicalspringinhydraulicsupport.

关键词：弹簧；设计；液压支架

Keywords：spring；design；hydraulicsupport

中图分类号：TD355文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）03-0028-02

1弹簧概述

弹簧是利用弹性进行工作的元件，用以缓和冲击，控制机件的运动或震动、贮蓄能量、测量力的大小等等，在机器及仪表中应用广泛。弹簧的常用材料，制作弹簧的主要材料有：不锈钢弹簧线、优质碳素弹簧钢丝，耐疲劳合金弹簧钢丝磷铜丝，镀锌镀镍丝、及各种进口弹簧线材料，高低温弹簧线特殊材料弹簧。主要功能：①控制机械的运动，如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。②吸收振动和冲击能量，如汽车、火车车厢下的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧等。③储存及输出能量作为动力，如钟表弹簧、枪械中的弹簧等。④用作测力元件，如测力器、弹簧秤中的弹簧等。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，把机械功或动能转化为变形能，而卸载后弹簧的变形消失并回复原状，将变形能转化为机械功或动能。弹簧又可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和线弯曲弹簧等，按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等。普通圆柱弹簧制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，弹簧结构简单，故因此应用最广。其中拉伸弹簧是承受轴向拉力的螺旋弹簧，拉伸弹簧一般都用圆截面材料制造。在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。压缩弹簧是承受向压力的螺旋弹簧，它所用的材料截面多为圆形，也有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧一般为等节距的，压缩弹簧的形状有：圆柱形、圆锥形、中凸形和中凹形以及少量的非圆形等，压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存变形能。本文就圆柱压缩弹簧在液压支架中的设计及应用进行设计探讨。

2弹簧在液压支架中的作用

液压支架是综采工作面的支护设备，其主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。液压支架在工作过程中不仅要能够可靠地支承顶板而且应能够随着回采工作面的推进向前移动，要求液压支架必须具有升、降、推、移四个基本动作，这些动作由乳化液泵站供给的高压液体，通过各种阀控制立柱、千斤顶的伸缩来实现。液压支架主要结构件侧护板分顶梁上的侧护板和掩护梁上的侧护板，结构一样，都是有侧推导杆和弹簧导杆控制和操作的。侧推导杆由侧推油缸控制，弹簧导杆中间有弹簧装置进行控制。侧推弹簧的作用是当受到挤压变窄的支架去除外力后由弹簧力将活动侧护板推至极限位置，使支架宽度达到最大尺寸。具体连接形式如图1所示。

本文重点介绍图2所示弹簧连接方式下液压支架弹簧的设计过程。

3液压支架弹簧的设计

①压缩弹簧随压缩变形增加弹力加大。侧推弹簧在整个工作行程中，需要克服的阻力基本不变，因此，设计侧推弹簧主要是正确确定能将侧护板推动的最小推力。推动侧护板需要克服侧护板在运动过程中受到的摩擦阻力和拉动侧推千斤顶活塞杆伸出的阻力。摩擦阻力又可分为重力作用下产生的摩擦力和支撑载荷作用下产生的摩擦力。支撑载荷的大小难以计算，通过总体设计可将支撑载荷降至可以忽略不计。以下计算首先只算重力作用下产生的摩擦力。钢与钢的摩擦系数为0.15，设顶梁侧护板的重量为400kg，掩护梁侧护板的重量为300kg，侧推千斤顶缸径杆径为80/60，数量2根，弹簧数量2根，在背压为1MPa时计算顶梁及掩护梁所需克服阻力

P1=■=2470N

顶梁部位P2=■=1310N

掩护梁部位

取相同弹簧阻力F=2500N

②侧推千斤顶缸径杆径为80/60，使用钢管材料为133×8/27SiMn，内径为117，选用侧推导杆直径为112。根据机械设计手册第5版第2章圆柱螺旋弹簧中表11-2-15导杆导套与弹簧内（外）直径的间隙值

选择中径D=80～120所以间隙为6～7。

①结合实际初选D=90（机械设计手册第5版第2章表11-2.9）d=16机械械设计手册第5版第2章（表11.2-19）；

②查表11-2-8得C=■=■=5.625；

③查表11-2-20得K=1.273K1=1.17；

查表11-2-19，Pj=10405，fj=11.87，p'd=877

根据公式pj=K1Pn得Pn=■=8893.16；

④因P=2500侧推行程为h=170，根据公式

■=■H1=66.48取整数H1=70；

⑤根据■=■代入H1=70得P=2605N；

⑥有效圈数n=■=■=23.709取n=23；

⑦总圈数n1'=n+2=23+2=25（表11-2-14）；

⑧节距t=d+fj=27.87；

⑨弹簧自由高度H0=nt+1.5d=665.01查表11-2-12取H0=680；

⑩根据H0=nt+1.5d得t=28.52；

{11}螺旋角α=arctan■α=5.766°；

{12}展开长度L=■=■=8127.79。

结果如图3。

4结束语

以上为液压支架弹簧的设计提供了设计思路及方法，在液压支架设计中结合实际分析、研究和做到能排除干扰弹簧力与变形量特性的因素，设计与制造出使用效果良好，成本较低的理想弹簧。

参考文献：

[1]成大先主编.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007：11.