开题报告--大型启闭机液压缸的设计

毕业设计（论文）开题报告题目大型启闭机液压缸设计完成日期大型启闭机液压缸设计1 课题来源本课题是在启闭机液压缸近几十年的发展成就和现阶段工程应用要求的基础上提出的。

在我国水利水电工程中，液压启闭机最早应用于官厅水库高压闸门中，很长时间以来，受国内外工业技术水平的不高，启闭机液压缸的发展和应用受到了多种因素的制约，发展缓慢，造价是最重要的制约因素。

改革开放后，一方面，国内外工业技术水平的快速发展；另一方面，国外先进技术和液压元器件产品大量进入国内外市场，加速了液压启闭机技术的发展，也更加拓宽了其应用的前景。

2O世纪7O年代末，采用厚壁无缝钢管作坯料，经拉镗滚压一次加工成形液压缸内孔工艺的成功实践，使液压缸总成的自重大幅度减轻，从而使液压启闭机方案的技术经济指标大大优化，在工程中应用的优势骤增，工程实践经验的积累又较大的促使了该项技术的发展。

如今，由于液压启闭机与其他种类的启闭机相比有以下优点：技术先进，工艺合理，结构紧凑，经济性好；液压传动效率高；可实现无级调速；运行平稳、安全、可靠，维修方便；便于集中控制和自动化操作；有利于优化水工建筑物的总体布置。

因此，液压启闭机在水利水电工程中的得到了更广泛的应用，几乎所有型式的闸门都可以用相应的液压启闭机来操作。

但随着工程应用的规模的扩大，特别是大型水利水电工程，对大型启闭机液压缸设计提出了迫切的需要，要求启闭机液压缸朝着大尺寸、高承载力方向发展。

在液压启闭机的构件中，液压缸是其核心部件，故液压缸的设计好坏直接关系到液压启闭机制造质量的优劣。

2 研究目的和意义研究目的：如今液压启闭机的应用工程，特别是对于水利水电工程，都朝着大规模、重载荷的方向发展，因此对大型启闭机液压缸的设计和应用有着迫切需求。

在液压启闭机的构件中，液压缸是其核心部件，故液压缸的设计好坏直接关系到液压启闭机制造质量的优劣。

为满足现在工程应用的需要，此课题旨在在先前启闭机液压缸的研发和应用基础上，从设计参数出发，根据液压启闭机的使用工况，结合所学的液压传动与机械设计相关知识，从由缸体、端盖、活塞、活塞杆等零件入手，重点分析密封与缓冲装置，设计出结构合理、高承载力、安全适用的大型启闭机的液压缸，以满足大规模工程应用的需要。

研究意义：在满足大规模工程应用需求、减小工程预算、促进水利水电工程的发展等方面具有具有重要的意义。

3 国内外外液压缸研究现状和发展趋势3.1文献综述通过阅读国内外相关文件，对启闭机液压缸的设计进行全面的了解，现就对所阅读的一部分文献进行分析和概括：（1）三峡船闸人字门启闭机液压缸的挠度与纵压稳定性计算_郭应龙、常苏华该论文主要是针对水利电力建设中经常会遇到的细长油缸因为过大的挠度将会导致缸头密封及活塞与缸壁的过度磨损，从而引起油液的外泄或油缸出力的下降和稳定性的不足造成液压缸的整体失稳、挠曲，而带来更加严重的后果等问题，旨在探讨启闭机液压缸的挠度与纵压稳定性计算方法，这些问题已日益引起人们的普遍关注，并成为这类液压缸设计中必须验算的重要项目之一。

（2）三峡船闸人字门启闭机液压缸挠曲与稳定性试验研究_郭应龙、陶亦寿本论文主要还是在讨论液压缸挠度问题，介绍了细长卧式液压缸的挠曲与稳定性试验的情况与试验结果，验证了作者的有关计算方法与计算结果，提出了一些新的问题和处理问题的原理与方法。

迄今为止，大量有关液压缸整体稳定性的研究都只是限于理论分析。

由于模型比尺较小，未曾考虑自重挠度及其对液压缸整体稳定性的影响。

这一点，在三峡启闭机中却是不容忽略的。

因此，针对三峡船闸启闭机特定的液压缸进行模拟试验，是具有重要意义的。

（3）小浪底工程启闭机械设计_行少阜该论文具体介绍了小浪底工程启闭机械设计。

小浪底工程独特的水工建筑物总体布置格局和调洪、调沙运用的特殊要求，决定了闸门启闭机械设计品种上的多样性和技术上的复杂性。

在液压启闭机密封装置设计中，引入了无泄漏油缸的概念，采用了蓄能保压系统。

（4）液压启闭机中液压缸的设计_赵瑞花该论文主要针对启闭机的核心部件液压缸的设计。

液压缸主要由缸体、端盖、活塞、活塞杆、缓冲及密封装置等组成，因此，本文即从以上等零件的设计展开，结合各启闭机液压缸的工作条件，对启闭机液压缸各组成部分的作用进行了分析及对主要尺寸进行了精确的分析计算。

（5）液压缸结构设计及通用程序_王雨露该论文针对目前启闭机液压缸常常过早破坏的问题，分析了其主要原因（①工程设计使用的液压缸设计方法不理想，大都是根据设计者的直观经验及简单的力学经验公式，人为假一些几何参数，以校核通过为准，故很难保证质量。

②液压缸常规设计中的校核分析公式计算误大无法计算法兰及缸底过渡区的应力场，而瘫是这两个部位应力最高，是破坏的主要发生部位）。

并且，将传统设计方法与优化设计理论相结合，提出了一种工程实用的液压缸结构设计方法及程序，使得计算简便准确，适合于一般法兰和缸底支承液压缸的结构设计。

（6）液压缸结构设计及运行特性分析_刘晓明该论文结合了液压缸的静态结构设计和动态运行特性，包括液压缸参数计算、液压缸强度校核、液压缸缓冲装置、建立液压缸活塞运动数学模型和液压缸速度特性曲线。

（7）液压缸稳定性计算公式算法探讨_李维嘉该论文主要在探讨液压缸稳定性计算公式算法。

因为设计过程中，尤其是对于行程较大的液压缸的设计，稳定性校核是一项很重要的内容。

当液压缸承受的负载力超过稳定临界力时，即丧失稳定。

本文讨论了液压缸设计过择中常用的稳定性计算的两个公式，给出了一种简便、有效的迭代算法，从而避免了传统的查图表的繁琐工作。

（8）液压缸设计中的几个主要问题的简述_闫宝芳该论简要文阐述了液压缸设计中的几个主要问题，即设计步骤及参数的确定和主要零部件的设计和参数的选取。

（9）液压缸复合型缓冲结构及缓冲过程的分析_武晓凤该论文讨论了液压缸设计中的一个重要问题，即缓冲。

介绍了多种缓冲装置并且解释了其工作原理，分析各种装置的特点及其应用场合。

（10）液压缸间隙密封流场仿真分析_鄢勇该论文讨论了液压缸设计中的一个重要问题，即密封。

介绍了多种密封装置并且解释了其工作原理，分析各种装置的特点及其应用场合。

（11）三峡水利枢纽中的液压启闭机_董必钦该论文主要讨论的是：①液压启闭机在三峡水利枢纽中的地位与需求②液压启闭机国内外、外技术发展概况③三峡液压启闭设备的关键技术。

文章对液压启闭机在水利工程应用中的地位、发展状况及关键技术做了简要的阐述。

通过大量阅读国内外外关于液压启闭机的文献和参考相关书籍，对液压启闭机的国内外发展现状和发展趋势有了一定的了解。

每篇文章都是对液压缸设计中的某个方面问题进行了深入的分析研究，包括液压缸各组成部分的结构设计、尺寸计算、强度和其稳定性校核及其校核公式探讨等各个方面。

3.2 国内外液压缸研究现状液压传动相比机械、电气传动具有许多优越性，液压传动容易获得大的力或力矩；输出相同功率，电动机的惯量要比液压马达大50倍；获得相同加速度，电动机所需起动功率要比液压马达高出25%；液压马达所占空间是电动机的1/2，而重量却是它的1/10；液压传动设备具有体积小重量轻的特点；易于实现无级调速和过载保护、传动平稳、噪音低、自润滑性能好、磨损小、只要定期查验与保持系统清洁度，就可长期稳定运行。

因此液压传动有取代机械传动的趋势，在三峡水利枢纽工程中广泛采用了不同规格的液压启闭设备。

液压杠是液压机器最早采用的液压元件之一，表面看来似乎没有什么变化，实际上已有很大的发展。

这不仅表现在液压缸结构的改进、工作范围的扩大、品种规格的增多和工作性能的提高，而且还表现在对液压缸的研究正在逐步深化，设计、计算的理论正在逐步完善。

从国内外的技术资料和专利中可以看出，各种结构新颖的液压缸不断出现，其共同特点是液压缸结构复合化。

例如以液压缸为主体，将电机、泵、阀和其它元件组装为一体，构成独立的液压部件；将气缸和液压缸装在一起，使用气体动力推动液压缸工作；将摆动液压缸和推力液压缸组装在一起，实现多自由度的动作要求；将若干不同行程的液压缸串联起来，经过不同的动作组合，进行各种不同长度的点位控制；将液压缸分成三个工作油腔，利用差动工作原理，实现六种不同速度的运动；将步进电机和带有反馈机构的滑阀与液压缸装配成电液步进液压缸，用于数字程序控制的机床和其它机械设备等等，这样不仅紧凑了机械设备的结构，而且使用方便。

除此以外，还出现了不少特殊结构的液压缸，如钢索缸，它用包覆尼龙外皮的钢丝绳代替活塞杆传递动力，能借助洽轮任意改变动力的传递方向；缸筒能卷曲的液压缸，能减少工作时所占用的空间；带有自锁装置的液压缸，能防止在停止运动时外力作用而发生窜动等等。

另外，近年来国内外发表的不少论文中，研究了液压缸的稳定性、强度和局部应力以及液压缸的寿命等问题，研究了液压缸的运动特性和缓冲理论。

由于电子计算机应用，用有限元法计算液压缸的强度，以重量及成本为目标函数的优化设计也日益增多。

但是，与机械传动零件相比较，液压缸的结构和强度设计理论还处于较低级的阶段。

例如对齿轮的研究就相当深，很多看来是非常细小的问题都有专文论述，并形成较成熟的计算方法。

然而，在液压缸的设计工作中，常用的某些基本公式目前尚不尽合理，只能用来作粗略的计算。

有时则采用保守的计算方法，或选取较大的安全系数，以弥补计算中的某些不足。

例如在校核液压缸稳定性时，将液压缸看作为等截面整体杆而直接引用欧拉公式进行计算，其结果比较保守，’致使材料消耗、体积、重量都有所增加。

另一方面，由于对液压缸复的受力情况估计不足，选取的安全系数虽较大，但仍难免会出现不安全的情况。

因而，今后有必要进行大最的实验研究工作，进一步完兽液压缸的设计理论。

80年代初，德国力士乐公司开发了cERAMAx (谢拉赫斯)油缸，此产品具有较好的耐腐蚀和耐磨损性能，使用寿命长。

这是一种将cIMs(行程测量系统)与陶瓷保护层结合在一起的新型产品，累积同步精度为士1mm。

据该公司介绍可提供19种规格的水工机械专用油缸。

活塞杆的最大行程可达24m，缸体内径从小125mm到小1000mm，活塞杆外径从中90mm到小720mm。

国外的技术资料可以看出，液压缸在以下方面取得了很大的进步：①在防护技术方面活塞杆表面采用陶瓷保护层。

过去在美国，活塞杆的制造都是较广泛地采用抗腐蚀金属、表层不锈钢壳、镍铬镀层等来制造。

80年代初，德国力士乐公司成功研制了特制陶瓷保护层，它具有较高的硬度和足够的弹性和良好的耐腐蚀、耐磨损特性，它的耐冲击能力强，抗弯强度高，承载能力强，使用寿命长，其性能价格比优于镍铬镀层。

②在测控技术方面。

为了保证液压启闭机的正常运行，需对液压缸位移和速度测量。

根据视用户的要求和启闭机的工况，国外厂商研制出不同技术途径来满足。