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文檔簡介

1、1 緒論1.1 課題意義升降機是一種升降性能好,適用范圍廣的貨物舉升機構(gòu),可用于生產(chǎn)流水線高度差 設(shè)備之間的貨物運送,物料上線,下線,共件裝配時部件的舉升,大型機庫上料,下 料,倉儲裝卸等場所,與叉車等車輛配套使用,以及貨物的快速裝卸等。它采用全液壓 系統(tǒng)控制,采用液壓系統(tǒng)有以下特點: ( 1 )在同等的體積下,液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動力,在同等的功率 下,液壓裝置的體積小,重量輕,功率密度大,結(jié)構(gòu)緊湊,液壓馬達的體積和重量只有 同等功率電機的 12% 。 ( 2 )液壓裝置工作比較平穩(wěn),由于重量輕,慣性小,反應(yīng)快,液壓裝置易于實現(xiàn) 快速啟動,制動和頻繁的換向。( 3 )液壓裝置可在大

2、范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速,(調(diào)速范圍可達到2000 ) 還可以在 ,運行的過程中實現(xiàn)調(diào)速。 ( 4 )液壓傳動易于實現(xiàn)自動化,他對液體壓力,流量和流動方向易于進行調(diào)解或控制。 ( 5 )液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。 ( 6 )液壓元件以實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化,系列化,通用化,壓也系統(tǒng)的設(shè)計制造和使用都 比較方便。當(dāng)然液壓技術(shù)還存在許多缺點,例如,液壓在傳動過程中有較多的能量損失,液壓 傳動易泄露,不僅污染工作場地,限制其應(yīng)用范圍,可能引起失火事故,而且影響執(zhí)行 部分的運動平穩(wěn)性及正確性。對油溫變化比較敏感,液壓元件制造精度要求較高,造價昂貴,出現(xiàn)故障不易找到原因,但在實際的應(yīng)用中,可以通過有效的措施來減小不利因

3、素帶來的影響。液壓傳動能在運動過程中實現(xiàn)無級調(diào)速、調(diào)速方便。液壓傳動簡化了機器結(jié)構(gòu),減少了零件的數(shù)目。由于系統(tǒng)充滿了油液,對各液壓件有潤滑、冷卻和防銹的作用,使之不易磨損,又由于容易實現(xiàn)過載保護,因而壽命長。液壓傳動易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化,便于設(shè)計、制造和推廣。液壓升降平臺由于升降平穩(wěn)、安全可靠、操作簡單,經(jīng)濟實用,被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流水線和倉庫、造紙、醫(yī)藥等行業(yè),主要用于生產(chǎn)流水線高度差之間貨物運送;物料上線、下線;工件裝配時調(diào)節(jié)工件高度;高處給料機送料;大型設(shè)備裝配時部件舉升;大型機床上料、下料;倉儲裝卸場所與叉車等搬運車輛配套進行貨物快速裝卸等。因此,對于液壓升降平臺的設(shè)計與研究具

4、有重要意義。課題研究的升降臺是鋼鐵公司中板廠重要的輔助設(shè)備,設(shè)計他的目的在于使其能夠更好的配合推鋼機將板坯送上爐前輥道,從而滿足重慶鋼鐵股份有限公司中板廠的生產(chǎn)要求。升降臺的完成的是上下兩個動作,但是對升降臺上升多少的精度要求高。所以設(shè)計出好的升降臺意義就是能夠使其更好的配合推鋼機完成既定動作,提高升降臺的安全系數(shù)、壽命,使操作更加簡單以及在維護維修方面能夠更加方便。1.2課題背景液壓升降機制造業(yè)中的聯(lián)合之風(fēng)與汽 車業(yè)很相似,在汽車行業(yè)中,通用汽車、福特、雷諾、寶馬、梅賽德斯、大眾等大公司都走上了聯(lián)合之路,這兩個行業(yè)的世界市場已日趨一體 化。欲在成熟的世界市場獲取市場份額并保持增長,捷徑是購買

5、競爭對手,其長期目標(biāo)是爭奪世界市場的支配地位。在升降機行業(yè),某種意義 上,打入世界市場即意味著進入北美、日本(亞洲)和歐洲三大市場。 世界頂級公司都對世界市場具有強大影響力,但迄今還沒有一 家公司在上述三大市場取得主導(dǎo)地位。有4家公司已在兩大市場建立了根據(jù)地:格魯夫和特雷克斯在北美與歐洲;多田野在亞洲和歐洲;住友建機在亞洲及北美。 格魯夫、特雷克斯和多田野公司是通過收購競爭對手進入歐洲市場的。格魯夫先是在1984年吞并了英國柯爾斯,而后在1995年購入德國克虜伯。特雷克斯公司于1995年兼并了法國PPM和意大利Bendini公司之后,近幾年又收購了其他一些歐美公司。多田野在 1990年吞并了德

6、國法恩公司。住友公司在 1986年收購了美國林克貝爾特公司。 利勃海爾和德馬泰克公司都向美洲和亞洲出口升降機,加藤公司也將產(chǎn)品出售到歐洲。但升降機升降平臺生產(chǎn)本地化要比依賴當(dāng)?shù)卮砩虅?chuàng)造更多機會,多田野和加藤這兩家公司產(chǎn)品相似,汽車升降臺機底盤也相同,但多田野海外投資多于加藤公司,因而在增加出口、改善國內(nèi)市場萎縮帶來的困境方面處于更有利的位置。 多數(shù)廠商在爭奪上述市場的同時,還努力擴大產(chǎn)品系列。格魯夫公司的汽車升降機和RT產(chǎn)品具有競爭優(yōu)勢,購買克虜伯公司后,在AT產(chǎn)品方面也頗具實力,該公司還準(zhǔn)備生產(chǎn)履帶式升降機。馬尼突沃克公司已在履帶式升降機行業(yè) 居支配地位,但也希望在其他升降機 產(chǎn)品領(lǐng)域取得

7、相同影響力。中國液壓升降機產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告闡述了世界液壓升降機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程,分析了中國液壓升降機產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與差距,開創(chuàng)性地提出了“新型液壓升降機產(chǎn)業(yè)” 及替代品產(chǎn)業(yè)概念,在此基礎(chǔ)上,從四個維度即“以人為本”、“科技創(chuàng)新”、“環(huán)境友好”和“面向未來”準(zhǔn)確地界定了“新型液壓升降機產(chǎn)業(yè)” 及替代產(chǎn)品的內(nèi)涵。根據(jù)“新型液壓升降機產(chǎn)業(yè)” 及替代品的評價體系和量化指標(biāo)體系,從全新的角度對中國液壓升降機產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行了推演和精準(zhǔn)預(yù)測,在此基礎(chǔ)上,對中國的行政區(qū)劃和四大都市圈的液壓升降機產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行了全面的研究。世界頂級公司都對世界市場具有強大影響力,但迄今還沒有一 家公司在上述三大市場取得主導(dǎo)地位。有4家

8、公司已在兩大市場建立了根據(jù)地:格魯夫和特雷克斯在北美與歐洲;多田野在亞洲和歐洲;住友建機在亞洲及北美。 我國液壓、氣動和密封工業(yè)雖取得了很大的進步,但與主機發(fā)展需求,以及和世界先進水平相比,還存在不少差距,主要反映在產(chǎn)品品種、性能和可靠性等方面。以液壓產(chǎn)品為例,產(chǎn)品品種只有國外的1/3,壽命為國外的1/2。為了滿足重點主機、進口主機以及重大技術(shù)裝備的需要,每年都有大量的液壓、氣動和密封產(chǎn)品進口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計及有關(guān)資料分析,1998年液壓、氣動和密封件產(chǎn)品的進口額約2億美元,其中液壓約1.4億美元,氣動近0.3億美元,密封約0.3億美元,比1997年稍有下降。按金額計,目前進口產(chǎn)品的國內(nèi)市場占有率

9、約為30%。1998年國內(nèi)市場液壓件需求總量約600萬件,銷售總額近40億元;氣動件需求總量約500萬件,銷售總額7億多元;密封件需求總量約11億件,銷售總額約13億元。近20年世界工程升降機行業(yè)發(fā)生了很大變化。 RT(越野輪胎升降機)和AT(全地面升降機)產(chǎn)品的迅速發(fā)展,打破了原有產(chǎn)品與市場格局,在 經(jīng)濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下,導(dǎo)致世界工程升降機市場進一步趨向一體化。目前世界工程升降機年銷售額已達75億美元左右。主要生產(chǎn)國 為美國、日本、德國、法國、意大利等,世界頂級公司有10多家,主要集中在北美、日本(亞洲)和歐洲。 美國既是工程升降機的主 要生產(chǎn)國,又是最大的世界市場之一。但由于日本、

10、德國升降機工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產(chǎn)品的興起,美國廠商曾在20世紀(jì)6070年代世界市 場中占有的主導(dǎo)地位正逐步受到削弱,從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢。近幾年美國經(jīng)濟回升,市場活躍,外國廠商紛紛參與競爭。美國制造商的實力也有所增強,特雷克斯升降機公司的崛起即是例證。特雷克斯升降機公司前身是美國科林升降機廠。2 方案論證2.1機械式升降臺設(shè)計2.1.1機械式升降臺構(gòu)件運動分析30t升降臺剖視圖如圖2.1所示 圖2.1 30t升降臺剖視圖1-臺架;2-彈簧罩;3-碟形彈簧;4-滾動軸承;5-左、右螺桿;6-箱蓋; 7-箱座;8-底座;9-左旋渦輪;10-蝸桿;11-右旋渦輪;12-螺栓聯(lián)結(jié)

11、系統(tǒng)由電機傳動(15KW,750r/min)通過齒接手動蝸桿、蝸輪做水平旋轉(zhuǎn)運動(一個蝸桿帶動左、右各二個蝸輪),每個蝸輪同時和相嚙合螺桿組成螺旋垂直傳力運動, 從而實現(xiàn)臺面的垂直升降運動, 要求螺旋運動能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)慢速進給并隨機自鎖, 升降系統(tǒng)運動平穩(wěn)并能承受一定的沖擊載荷。傳動結(jié)構(gòu)形式如圖2.2所示。 其基本工藝參數(shù)為臺面最大抬升重量30,000KN;抬升速度0.02m/s;臺面最大行程1.5m。2.1.2主要構(gòu)件的設(shè)計計算由升降臺的運動分析可以知道,系統(tǒng)的設(shè)計主要是蝸輪、蝸桿的設(shè)計計算和螺旋傳動的設(shè)計計算。(1) 蝸輪、蝸桿傳動設(shè)計計算根據(jù)螺旋傳動的工作轉(zhuǎn)矩及整個系統(tǒng)的機械效率, 初步選

12、定蝸桿的輸人功率為15KW, 轉(zhuǎn)速為750r/min,傳動比i=22, 蝸桿頭數(shù)為2, 蝸輪材料為ZQAL9-4,按齒面接觸強度確定m,。 (2-1)式中, 為許用接觸應(yīng)力,160N/;為蝸輪齒數(shù),44;K為載荷系數(shù), 取為1.2;為作用于蝸輪上的轉(zhuǎn)矩, ,為840.4Nm。取m=10mm, =100mm , 查蝸桿傳動參數(shù)匹配表得:=2 ,i=22 , =44 , =440 mm, 蝸桿導(dǎo)角為。(2) 螺旋傳動的設(shè)計計算 其傳動結(jié)構(gòu)形式如圖2.2圖示中,四個螺桿為T120x20,有效長度為2.8m,最大支承長度為2.4m,材料選擇為45鋼,圖2.2 傳動結(jié)構(gòu)形式調(diào)質(zhì)處理, 螺母和蝸輪為一體,

13、 材料為ZQAL9-4, 單個螺桿承受的軸向力F為88.5KN。1)由耐磨性初估螺桿中徑 (2-2)式中, 為整體式螺母, 取1.2;為許用比壓, 查表為11N/;F為軸向載荷, 88500N。將上述數(shù)值代人公式(2-2)得:65mm。根據(jù)實際使用狀況并圓整后,取110mm,螺距P取20mm,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選公稱直徑為120mm。初選螺桿為120x20。2)強度計算 (2-3) 式中,為螺紋底徑,100mm;為轉(zhuǎn)矩, 且;r 為螺旋導(dǎo)程角, 大小為;為當(dāng)量摩擦角,大小為;為當(dāng)量應(yīng)力。為螺桿材料的許用應(yīng)力。將數(shù)值代人公式(2-2), 計算可得=15.8N/。根據(jù)螺母材料ZQAL9-4, 查表得。=

14、35-45N/可見<,所以強度滿足要求。3)螺桿受壓穩(wěn)定性計算由于螺桿的長徑比較大, 螺桿主要承受軸向壓力, 螺桿的穩(wěn)定性則成為螺桿傳動的關(guān)鍵因素。當(dāng)時,采用臨界載荷 。式中:為長度系數(shù), 因為一端固定, 一端自由, 取為2;l為最大支承長度, 取2400mm;i為危險斷面慣性半徑, 取25mm;E為彈性模量,206KN/ 。為危險截面的軸慣性矩, =,為4.9x 。 因為穩(wěn)定條件是:,而該螺桿的=4.88 > 4, 故能滿足穩(wěn)定性要求且比較合理。(3)校核蝸桿傳動齒面接觸強度 (2-4) 式中, 為使用系數(shù),1.2; 為動載系數(shù),1.15; 為載荷分布系數(shù),1.2;為彈性系數(shù),

15、取=156N/mm,而為許用接觸應(yīng)力,已知為160N/。所以得到=128.2 N/ 。 得到<,故齒面接觸強度校核通過。機械傳動設(shè)計總結(jié)如下:蝸輪、蝸桿傳和螺旋傳動計算動計算結(jié)果表明,以上升降臺系統(tǒng)的主要參數(shù)設(shè)計及運動結(jié)構(gòu)設(shè)計比較合理,但是對于他們的計算比較繁瑣,數(shù)據(jù)量也比較大。2.2液壓式升降臺設(shè)計2.2.1液壓式升降臺構(gòu)件運動分析30噸液壓板坯升降臺如圖2.3所示 圖2.3 液壓升降臺1-垂直固定座,2-彈簧墊圈20,3-螺母M15,4-地腳螺栓M15*400,5-光桿,6-褶皺套,7-螺母M30,8-螺栓M30,9-導(dǎo)向板,10-升降臺臺面,11-鋼板,12-彈簧墊圈40,13-平

16、墊圈40,14-焊接鋼板,15-精板,16-軸用彈性擋圈,17-圓柱銷,18-UY型冶金專用液壓缸,19-底座。 系統(tǒng)由液壓泵提供動力,油液通過液壓缸,使得升降臺臺面在液壓缸的推動下,沿著光桿做縱向運動,也就達到了運輸?shù)淖饔昧?。而其液壓原理控制部分的原理圖如圖2.4圖2.4 液壓原理圖1-油箱;2-過濾器;3-液壓泵;4-先導(dǎo)式溢流閥;5-集流分流閥;6-三位四通電磁換向閥;7-液壓缸2.2.2液壓系統(tǒng)的主要部件的計算根據(jù)分析可以知道,一是液壓部分,計算其液體的流量,和各個閥的控制,這些都是比較簡單的,另一個是機械部分,而機械部分主要就是計算液壓缸的承受能力,并且選擇正確的液壓缸。下面就液壓缸

17、的選取和校核進行計算: 液壓缸的選取 由課題設(shè)計可知,液壓缸的推力為30t,查機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動 表20-6-37 得: 液壓缸直徑/活塞桿直徑/mm: 200/ 140 活塞面積/cm: 314.16 桿端承壓面積/cm: 160.23 工作壓力/MPa|10.0|推力/kN: 314.16 由于工作條件需要所選的液壓缸為尾部法蘭式,頭部為I型桿端耳環(huán)的液壓缸。查機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動 冶金設(shè)備專用型液壓缸可以查得滿足設(shè)計所需的液壓缸型號為UY WF 11 63x1500-10。其外形大致如圖:液壓缸強度和穩(wěn)定性的計算1) 缸桶壁厚選擇缸體材料為35號鋼的無封鋼管,調(diào)質(zhì)處理241

18、-285HB,查手冊n=5,則=b/n=5w/4=104MPa。由于本系統(tǒng)壓力為10Mpa,故屬低壓系統(tǒng)利用缸筒碧厚的計算公式:=PrAL/2(2-5)液壓缸筒臂厚Pr試驗壓力對于本系統(tǒng)Pr=1.5PAL缸筒內(nèi)徑0.10m缸筒材料的許應(yīng)力為MPa所以=1.5×4×0.1/2×104=0.0029m=2.9mm2)強度和穩(wěn)定性計算 液壓缸承受軸向壓縮載荷時,活塞桿的計算長度與活塞桿的直徑之比大于10時,則應(yīng)校核活塞桿的縱向彎曲強度或穩(wěn)定性,由于液壓系統(tǒng)的液壓缸基本為垂直升降,所以只校核計算縱向彎曲強度的臨界載荷,采用截面法進行計算。計算細長比1/k L活塞桿的計算長

19、度,即活塞桿在最大位置時(伸出狀態(tài))活塞桿端支點和液壓缸安裝點的距離,由機械設(shè)計手冊可知,L確定方式為:L=170+100+335=605m=0.605m式中335是缸筒的整個距離K活塞桿斷面回轉(zhuǎn)半徑式中MM1空心活塞桿外徑0.05mMM2空心活塞桿內(nèi)徑0.034m所以L/K=0.065/0.015=40.3m柔性系數(shù),由機械設(shè)計手冊第五冊,P37-253表37.7-68查得:n=1/4由戈登法金公式計算臨界載荷:PK=A/1+/n(L/K)2(2-6)式中:fc材料強度試驗值490MPa 實驗常數(shù)1/5000A活塞桿截面積 A=/4(MM12-MM22)=3.14/4×(502-3

20、42)=1055.04mm2所以Pk=490×1055.04/1+4/5000×40.32=224840.6N由此方法計算出的Pk值趨于保守,即安全性較高,由于壓桿存在初曲率和載荷偏心等不利于因素的影響,故ns比一般規(guī)律的比強度安全系數(shù)高些。取ns=5,則Pk/P =22484.6/24500=9.187>ns所以穩(wěn)定想好,安全。2.3液壓傳動與機械傳動優(yōu)缺點比較傳動形式而言除了上面的機械式傳動外還有液壓式傳動以及氣壓式傳動。比較以上其他傳動形式,液壓傳動具有更多優(yōu)點,具體表現(xiàn)在以下幾個方面: 輸出效率相同的情況下,其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、承載能力強。 壓系統(tǒng)有減

21、壓、保壓(自鎖)、卸荷等裝置和回路,比較容易控制。 應(yīng)性力小、動作靈敏,啟動、制動速度快,傳動平穩(wěn),可實現(xiàn)快速而無沖擊的換向。 動力的傳遞和儲存都很方便,由于采用管道傳遞壓力油,所以液壓元件機構(gòu)和裝置都是比較容易于布置,且各元件的安裝自由度很大,可隨意放在適當(dāng)位置上,并切能實現(xiàn)遠距離操縱。 由于可以自動防止過載,可避免事故的發(fā)生。 液壓元件自動潤滑,比其他傳動元件壽命長。 液壓系統(tǒng)中的泵、閥等元件均已標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化。設(shè)計過程中可以只作計算選取,大大簡化了設(shè)計工作量,縮短了制造周期,提高了生產(chǎn)率,因而使得成本更經(jīng)濟、合理。 當(dāng)然,什么事都不是十全十美的,液壓傳動也有一些比較突出的缺點,如泄露、油

22、管會產(chǎn)生一定的彈性變形,從而影響傳動精度,另外還有油管的粘溫性、節(jié)流現(xiàn)象等,此外精密元件的加工精度高,因而使得制造成本高,但相比而言,這些問題都可以在其允許的范圍內(nèi)得以解決。綜上所述,本設(shè)計30噸板坯升降臺的升降機構(gòu)將選擇液壓傳動的形式。3液壓式板坯升降臺設(shè)計計算3.1確定基本回路3.1.1卸荷回路卸荷回路的作用就是:在電動機不熄火的情況下使液壓油卸荷,即泵輸出的液壓油以最低壓力回油箱。卸荷回路主要有以下幾種: (1)如圖3.1采用換向閥的卸荷回路,用三位四通換向閥中位M型滑閥機能(或在液壓泵出口旁路接二位三通閥),使液壓泵輸出的油液流回油箱,液壓泵卸荷。它適用于P=16MPa,Qp40L/m

23、in的液壓系統(tǒng),高壓大流量系統(tǒng)用換向閥卸荷時沖擊較大。 圖3.1 換向閥的卸荷回路1-油箱;2-過濾器;3-液壓泵;4-先導(dǎo)式溢流閥;5-三位四通電磁換向閥;6-液壓缸(2)如圖3.2為卸荷溢流閥圖形。當(dāng)先導(dǎo)式溢流閥1控制管路通過二位二通電磁換向閥3 接回油箱時,液壓泵輸出的油液以很低的壓力經(jīng)溢流閥回油箱。實現(xiàn)液壓泵的卸荷。工作過程中流量變化較大的液壓系統(tǒng),采用雙連泵供油。相比較,我在設(shè)計中采用了第一種卸荷方式,雖然其結(jié)構(gòu)比較簡單,但是能完成工作。圖3.2卸荷溢流閥圖形3.1.2調(diào)速回路的確定液壓調(diào)速分為節(jié)流調(diào)速,容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速三種方式。節(jié)流調(diào)速,容積節(jié)流調(diào)速只能用于開式系統(tǒng)。容積調(diào)速

24、多用于閉式系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)在運動過程中流量的變化很小,因此不用選調(diào)速回路,只需要在泵出來的管路中利用集流分流閥本身的特性來滿足此設(shè)計的要求。3.1.3保壓回路的確定用液壓單向閥的保壓回路(如圖3.3)。在液壓缸無桿腔油路上接入一個液控單向閥,利用單向閥錐形閥座的密封性能實現(xiàn)保壓。一般在20MP工作壓力下保壓10min。故我的設(shè)計選用液壓單向閥的保壓回路。圖3.3用單向閥的保壓回路3.2液壓傳動系統(tǒng)的形式確定 液壓傳動系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。 開式系統(tǒng)中,油泵自油箱吸油,供給執(zhí)行機構(gòu),低壓油直接返回油箱,有系統(tǒng)簡單、系統(tǒng)散熱條件好等優(yōu)點。 閉式系統(tǒng)中油泵進油管直接與執(zhí)行機構(gòu)的排油管相連通,

25、形成一個閉合回路。為了補償系統(tǒng)中泄露損失,還需有一個輔助供油泵,其優(yōu)點是: 油箱所需容積小 無論是高壓管路還是低壓管路都有一定壓力。因此空氣難進入,運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 系統(tǒng)中采用變量軸向柱塞泵,一般不需要換向閥來改變執(zhí)行機構(gòu)運行方向,減少了換向時的沖擊。綜合以上傳動系統(tǒng)的特點,我選用開式系統(tǒng)。3.3液壓系統(tǒng)原理圖在以上基本回路上擬定液壓系統(tǒng)原理圖,如圖3.4所示。圖3.4 液壓系統(tǒng)原理圖1- 油箱;2-液壓泵;3-先導(dǎo)式溢流閥;4-集流分流閥;5-三位四通電磁換向閥;6-油箱;7-液壓缸3.4確定液壓缸參數(shù)3.4.1初選系統(tǒng)壓力系統(tǒng)壓力選定是否合理直接關(guān)系到整個系統(tǒng)設(shè)計的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定情況

26、下,若選取的系統(tǒng)壓力過底,則液壓元、輔件的尺寸、重量就增加,系統(tǒng)造價也相應(yīng)增加;若系統(tǒng)壓力選的較高,則液壓設(shè)備的重量、尺寸和造價會相對較低。由于對制造液壓元件、輔件的材料、密封、制造精度等要求的提高,反而會增大或增加液壓設(shè)備的尺寸、重量和造價、其系統(tǒng)效率和使用壽命也會相應(yīng)下降。根據(jù)我所要設(shè)計的機器的特點,并參照有關(guān)資料,我初選系統(tǒng)工作壓力10MPa。3.4.2 液壓缸的選取與校核 液壓缸的選取由于在2.2.2液壓系統(tǒng)的主要部件的計算已經(jīng)有詳細計算故在此不再介紹3.5泵與電動機的選擇3.5.1泵的選擇 由液壓與氣動技術(shù)朱新才 主編教材表3.1常用液壓泵的性能比較選取雙作用葉片泵能滿足設(shè)計的需要。

27、 計算液壓泵的工作壓力液壓缸的工作壓力P=10Mpa,由液壓與氣動技術(shù)朱新才主編教材式9.9得: 式中 -執(zhí)行元件進油路中的總壓力損失,由于設(shè)計的液壓系統(tǒng)比較簡單,故取即。 計算液壓泵的流量由機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動,表20-6-3得:液壓缸的流量Q=V x A=0.2x60x31.17=37.404 L/min。設(shè)計的系統(tǒng)由三個相同的液壓缸同步完成,所以Q總=3x37.404=112.212 L/min。由機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動,表20-5-35得:選用的液壓泵型號為 Y2B-C148C,其參數(shù)如下表:理論排量 (ml/r)額定壓力 (Mpa)輸出流量(L/min)驅(qū)動功率 (KW)額

28、定轉(zhuǎn)速(r/min)15314117.944.910003.5.2電機的選擇 根據(jù)以上所計算驅(qū)動液壓泵所需的平均功率以及雙作用葉片泵的需要,選擇三相異步電動機,其型號可選Y225M-2,有關(guān)數(shù)據(jù)如下: 額定功率45kw    起動電流7A    起動轉(zhuǎn)矩2.0NM    最大轉(zhuǎn)矩2.2NM滿載時: 轉(zhuǎn)速2970r/min  電流4.9A   功率因數(shù)0.833.6管接頭的選擇 管接頭按材料可分為金屬管接頭、軟管接頭和快速接頭。通常選用金屬管接頭。金屬管接頭又可分為擴口式管接頭

29、、卡套式管接頭、焊接式管接頭、球面焊式管接頭。各管接頭的特點如下:擴口式管接頭:配用鋼管的規(guī)格要求比較靈活,與管道焊接后,具有連接牢靠、密封性能好等特點,工作壓力8MPa??ㄌ资焦芙宇^:密封管接頭,配用鋁塑管的規(guī)格要求比較靈活,與管道連接后,具有連接牢靠、密封性能好等特點工作壓力31.5MPa。焊接式管接頭:利用“0”型密封圈端面密封,連接牢固可靠,對管子尺寸精度要求不高。管壁要求較厚,裝配時需要焊接。工作壓力31.5MPa。球面焊接式管接頭:利用球面進行密封,不需要其它密封件,但加工精度要求較高,裝配時需要焊接。工作壓力35MPa。 根據(jù)以上介紹的各種管接頭的特點,結(jié)合我的設(shè)計要求,我選擇了

30、卡套式管接頭。 3.7油箱的設(shè)計油箱的作用是儲油、散發(fā)油的熱量、沉淀油的雜質(zhì)和使油中的氣泡上浮釋出;有時油箱蓋還可以用作油泵裝置和其它液壓元件的底板。按經(jīng)驗公式計算油箱容積:V=(3-5)qp=3x14.5=43.5L我所設(shè)計的油箱設(shè)有冷卻器,在這種情況下,油箱的長:寬:高為1:1:1到1:2:3。油面達到油箱高度的80%。油箱的長為370mm,寬為365mm,高為320mm。3.8濾油器的選擇 根據(jù)實際需要可選用線隙式濾油器。 特點:結(jié)構(gòu)簡單,過濾效果比網(wǎng)式濾油器好,通油能力強,但不易清洗。根據(jù)流量可選用Xu-110×100其有關(guān)數(shù)據(jù)如下:流量10 L/min  過濾精度

31、100um  壓力6.3壓力損失0.06MPa3.9溢流閥的選擇 根據(jù)設(shè)計需要選擇先導(dǎo)式溢流閥,查機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動,表20-7-16得:型號為S-BG-06-V-L-40的先導(dǎo)式溢流閥滿足要求,其技術(shù)參數(shù)如下:公稱直徑30/mm 調(diào)壓范圍0.4-25.0/MPa最大流量200L/min3.10電磁換向閥的選擇由系統(tǒng)設(shè)計需要三個三位四通M型技能電磁換向閥,查機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動,表20-7-164得型號為S-DSG-01-3CA-D24-C-N-50的電磁換向閥滿足條件,其部分參數(shù)如下:最大流量40L/min 最高使用壓力16/MPa 最高換向頻率120次/min 允許

32、背壓16/MPa3.11液控單向閥的選擇查機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動,表20-7-136和表20-7-138選擇型號為SV10GA30的液控單向閥能滿足設(shè)計的條件。其部分技術(shù)參數(shù)如下: 流量25 l/min  額定壓力21MPa  公稱通徑10mm  開啟壓力0.2MPa 3.12分流集流閥的選擇 本設(shè)計需要兩種分流集流閥,查機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動,表20-7-133得:型號為3FL-L25B集流分流閥能滿足設(shè)計所需,其各參數(shù)如下:額定流量60 l/min  公稱通徑10mm  同步誤差1%  額定壓力10MPa型號為3FL-L5

33、0B集流分流閥能滿足設(shè)計所需,其參數(shù)如下:額定流量120 l/min  公稱通徑20mm  同步誤差1%  額定壓力10MPa3.13選擇液壓油 根據(jù)選擇的雙作用葉片泵,使用在一般壓力系數(shù)中故可選用油的黏度為1729mm2/s,即10#或20#機械油,我們這為了經(jīng)濟成本的節(jié)約選擇10#。3.14效率的計算3.14.1計算沿程損失判斷油液流動狀態(tài)由雷諾系數(shù)Re=vd/r=4Q/3.14dr可知,在油液黏度一定的條件下,Re大小與Q成正比,與管道的內(nèi)徑成反比。 缸的所需流量為7.8L/min,管子公稱直徑為8mm,所以Re=4Q/dr=4*Q*7.8*10-3/60*

34、3.14*8*10-3*4.5*10-5=230 由于累諾數(shù)Re小于臨界雷諾數(shù)2000,由此可推論出各工況下的進、回油路中油液的狀態(tài)為層流。計算油液沿程壓力損失Pc=l/d*v2*p/2 =75/Re=75*3.14dv/4QV=4Q/3.14d2 上式代入沿程壓力損失的計算公式得: Pc=150prl/d4xQ1)油箱到泵的進口沿程壓力損失:PL1=150rl/d4Q=150*917.4*4.5x10-5*0.2*14.5*10-3/3.14*(8*10-3)4*60=2.3*104Pa2)泵出口到閥塊沿程壓力損失:PL2=150rl/d4*Q=150*917.4*4.5*10-5*0.5*

35、14.5*10-3/3.14*(8*10-3)4*60=5.8*104Pa3)閥塊到油箱沿程壓力損失:PL3=150rl/d4*Q=150*917.4*4.5*10-5*0.8*7.8*10-3/3.14*(8*10-3)4*60=4.9*104Pa3)閥塊到單向節(jié)流閥沿程壓力損失:PL4=150rl/d4*Q=150*917.4*4.5*10-5*0.1*7.8*10-3/3.14*(8*10-3)4*60=0.6*104Pa4)單向節(jié)流閥到閥塊2沿程壓力損失:PL5=150rl/d4*Q=150*917.4*4.5*10-5*0.4*7.8*10-3/3.14*(8*10-3)4*60=2

36、.4*104Pa5)閥塊到液壓缸沿程壓力損失:PL6=150rl/d4*Q=150*917.4*4.5*10-5*0.6*7.8*10-3/3.14*(8*10-3)4*60=1.5*104Pa6)液壓缸到閥塊沿程壓力損失:PL7=PL6=1.5*104Pa總的沿程壓力損失為:PL=0.19*106Pa計算局部壓力損失 1)油箱到泵有一個90度的彎頭V=Q/0.25*d2=14.5*10-3/0.25*3.14*60*0.0082=4.8m/sPr1=rH=0.29Pr1=3000Pa 2)泵到閥塊4個彎頭 Pr2=4rH=4rv2/2g=1200Pa3)閥快到油箱3個彎頭 Pr3=3rH=9

37、000Pa4)閥塊到液壓缸1個彎頭 Pr4=rH=3000Pa5)液壓缸到閥塊 Pr5=rH=3000Pa所以,總的管道局部壓力損失為 Pr=30000Pa計算閥類元件壓力損失 Pr=Pn(Q/Qn)2 (3-1) 式中 Pv閥的額定壓力損失。可由產(chǎn)品樣本查出。 Q通過閥的實際流量 Qn 閥的額定流量1)直動式溢流閥 Pv1=P(Q/Qn)2=10*106(0.7/60)2=0.1*106MPa2)電磁換向閥 Pv2=P(Q/Qn)2=1.3*106*(0.7/60)2=1.4*105Pa3)液控單向閥 Pv3=P(Q/Qn)2=0.2*106Pa所以,總的閥類元件局部壓力損失為0.34*10

38、6Pa管路總的壓力損失為: P=0.66MPa3.14.2 效率計算升降回路效率: c1=P1Q1/Pp*Qp=10*106*7.48/10.66*106*14.5=0.48=48%系統(tǒng)總效率: c2=p*c1*m p=0.8 m=0.95 c2=0.8*0.95*0.48=0.36=36%3.15系統(tǒng)發(fā)熱和溫升 升降平臺上升速度0.02m/s 上升時間t=1/0.02=50s 由手冊4查最高溫度Q1=75 P1=KA(Q1-Q2)=16*2(0.32*0.365+0.365*0.37+0.37*0.32)*(75-20)=644w Q=(Ph-P1)/KAPin=P0*Qp/=10*106*

39、14.5*10-3/0.8*60=3*103w. Pef=0.02*(2.5*104*320x10-3*2)=320wPh=Pin-Pef=2680wQ=42<75所以,滿足要求。4其他機械部分的選擇4.1臺面的設(shè)計計算根據(jù)調(diào)查情況知道要設(shè)計的升降臺運輸?shù)匿撆髯畲蟪叽鐬殚L2000mm,寬1400mm,厚240mm。因為考慮到升降臺臺面要比鋼坯大一些以方便放置,而且可以保護板坯不受損壞,但是又要考慮到制造成本問題,因此選擇的升降臺臺面為長2200mm,寬1600mm,厚度為50mm。由公式 由機械設(shè)計課程設(shè)計手冊(第二版)表2-4取安全系數(shù)為5得QT600-3的抗拉強度為600 >

40、因此升降臺的臺面選擇此種材料的球墨鑄鐵鋼板,就能滿足設(shè)計的需要。4.2 臺面橫梁的設(shè)計計算考慮到板坯放在升降臺臺面上不好卸載,難以發(fā)力,故本設(shè)計中選用2根長為1600mm寬為300mm的梁,左右各一根,這樣既可以保護升降臺臺面又方便搬動。由臺面計算可知之需要滿足>290即可,由于橫梁的上表面經(jīng)常磨損所以在維修時要經(jīng)常觀察其表面磨損情況,因此選擇的橫梁要求的強度比臺面小但是摩擦系數(shù)較小的材料,查機械設(shè)計課程設(shè)計手冊(第二版)表2-3得HT300的灰鑄鐵能滿足臺面橫梁設(shè)計需要。4.3螺栓、螺母的選擇升降臺臺面與導(dǎo)向板、焊接鋼板和升降臺臺面、以及升降臺臺面與橫梁的連接都是用螺栓連接起來的,可選

41、螺栓、螺母規(guī)格為M30x80,數(shù)量為28,材料選Q275這樣就能夠滿足設(shè)計需要;由于液壓缸與底座連接選用的是M20X80,數(shù)量為24,材料也是Q275;而垂直固定座和墻面的連接要用到地腳螺栓,地腳螺栓有4個,所以選擇M15x400的地腳螺栓能夠滿足條件,螺母為M15,數(shù)量為8材料也是Q275。4.4彈簧墊圈、平墊圈的選擇 由于選擇的螺釘與螺栓規(guī)格都比較大,受力也比較大,因此選擇材料為60Mn的彈簧墊圈能滿足設(shè)計的需要,而平墊圈的材料則選擇為Q215。螺栓、地腳螺栓都要用到墊圈,根據(jù)螺栓的大小再選擇墊圈的類型,其規(guī)格也不同,所選擇的墊圈規(guī)格8個20、 28個40的彈簧墊圈,24個30、28個40

42、的平墊圈。4.5褶皺套的選擇褶皺套最主要的目的是為了防塵、防銹,其材料選擇為橡膠。褶皺套使用AB膠將它鋼件連接在一起。5 設(shè)備維護與管理方法5.1設(shè)備的使用和維護 (1)油箱中的液壓油經(jīng)常保持正常油面。配管和油缸容量很大時,最初應(yīng)放入足夠數(shù)量的油。在啟動之后,由于油進入管道和油缸,油面會下降,甚至使濾油器露出油面。因此必須再一次補油。再使用過程中,還會經(jīng)常發(fā)生泄露,應(yīng)該在油箱上設(shè)置液位計,以便以后經(jīng)常觀察和補油。 (2)液壓油應(yīng)該經(jīng)常保持清潔,檢查油的清潔應(yīng)經(jīng)常與檢查油面同時進行。1)油桶上不要積聚雨水和塵土,也不要直接放在地上;2)在檫試泵,閥或油的容器時要極力防止不屑之類落入油中;3)油箱

43、要經(jīng)常清洗,在灌油時應(yīng)通過120目以上的濾油器;4)洗滌配管,一般應(yīng)先用透平油清洗4-5小時,然后用與使用油相同的油清洗4-5小時;5)最好不使用銅管作為液壓系統(tǒng)的配管,一定要使用時,可放在油中浸24小時以上,使生成不治性的薄膜后再安裝; 6)油需要經(jīng)常檢查和更換,工作油的情況應(yīng)經(jīng)常加以注意和檢查。更換工作油期限,由于使用條件,使用地點而有很大的出入,一般來說,大概一年更換一次,在連續(xù)運轉(zhuǎn)、高溫、高濕、塵土多的地方,需要縮短換油的周期。 (3)油溫應(yīng)適當(dāng),油箱的油溫一定不能超過60。一般液壓機械在35-60圍內(nèi)工作比較合適。從維護的角度看也應(yīng)絕對避免油溫過高。若油溫有異常的上升時,應(yīng)立刻停機進

44、行檢查。常見有以下原因:1)油的黏度太高;2)受外界的影響(例如開關(guān)爐門的液壓裝置等);3)回油設(shè)計不好,例如效率太低、采用的元件容量太小、流速過高等所至;4)油箱容積太小、散熱慢(一般來說油箱容量在油泵每分鐘的3倍以上才可);5)閥的性能不好,例如容易發(fā)生震動就有可能引起異常發(fā)熱;6)由于油質(zhì)變壞,阻力增大;7)冷卻器的性能不好,例如水量不足、管道內(nèi)有水圬等。 (4)回路里的空氣應(yīng)完全排除掉?;芈防镞M入空氣后,因為氣體的體積和壓力成反比。所以隨著負(fù)荷的變動,油缸的運動也要受影響。另外,空氣優(yōu)勢造成油液變質(zhì)和發(fā)熱的很大原因,所以應(yīng)特別注意以下各列事項:1)為了防止回油管回油時帶入空氣,回油管必

45、須插入油面以下;2)入口濾油器堵塞后,吸入阻力大大增加,溶解在油中的空氣分離出來,產(chǎn)生所謂的空蝕現(xiàn)象;3)吸入管和泵面密封部分等各個低于大氣壓的地方應(yīng)注意不要漏入空氣;4)油箱的油面應(yīng)盡量大些,吸入側(cè)和回油側(cè)要用隔板隔開,以達到消除氣泡的目的;5)管路及油缸的最高部分均要有放氣孔,在起動時應(yīng)放掉其中的空氣。 (5)裝在室外的液壓裝置使用時應(yīng)注意以下幾項:1)屋外隨著季節(jié)的不同溫度變化比較劇烈,因此盡可能使用黏度指數(shù)大的液壓油;2)由于溫度變化,油箱中水蒸氣會凝成水滴在冬天應(yīng)每星期進行一次檢查,發(fā)現(xiàn)后應(yīng)立即除去;3)在屋外因為贓物容易進入油中,因此要經(jīng)常換油。 (6)在初次啟動油泵時,應(yīng)注意以下

46、事項:1)向泵里灌滿油;2)檢查轉(zhuǎn)動反向是否正確;3)入口和出口是否接反;4)用手試轉(zhuǎn);5)檢查吸入側(cè)有否漏入空氣;6)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速內(nèi)啟動和運轉(zhuǎn)。 (7)在低溫下啟動油泵時,應(yīng)注意以下事項:1)在寒冷地帶或冬天啟動油泵時,應(yīng)該開開停停,往復(fù)幾次使油溫上升、液壓裝置運轉(zhuǎn)靈活后,再進行正式運轉(zhuǎn);2)在短時間內(nèi)用加熱器加熱油箱,以提高油溫,是較好的。但這時泵等裝置還是冷的,僅僅油是熱的,很容易造成故障,應(yīng)注意。 (8)其它1)在油泵啟動停止時,應(yīng)使溢流閥卸荷;2)溢流閥的調(diào)定壓力不得超過液壓系統(tǒng)的最高壓力;3)應(yīng)盡量保持電磁閥的電壓穩(wěn)定,否則可能會導(dǎo)致線圈加熱。4)易損零件如密封圈等,應(yīng)經(jīng)常有備品,

47、以便及時更換。5.2設(shè)備的安裝與注意事項5.2.1設(shè)備的安裝首先應(yīng)當(dāng)將地腳螺栓安裝好,再將鋼板固定在地腳螺栓上;接著再利用焊接技術(shù)將倆快鋼板焊接,然后將這焊好的鋼板用雙頭螺柱裝配到液壓缸的桿頭;利用吊車將液壓缸調(diào)到鋼板上,按裝配圖的位置安裝好液壓缸;在臺面上將倆個橫梁用螺栓先裝配起來,接著利用吊車將臺面抬起,放到液壓缸上面;接著利用梯子將焊好的鋼板與臺面用螺栓連接起來;按照裝配圖的安裝導(dǎo)向桿,由于地上鋼板已經(jīng)固定好,直接利用吊車將導(dǎo)向桿插入鋼板孔中,然后套入下半部分的褶皺套并用AB膠沾在剛板面上,接著再安裝臺面與導(dǎo)向桿的鋼板并用螺栓連接起來并用AB膠將褶皺套與另一端的鋼板連接,接著再安裝導(dǎo)向桿

48、上端部的垂直固定座,將其套到導(dǎo)向桿后,按裝配圖的位置將螺釘裝備好,再用褶皺套將導(dǎo)向桿上半部分套好并用AB膠固定好;最后液壓系統(tǒng)裝配好即可。5.2.2安裝注意事項液壓元件在安裝時的一般注意事項: (1)安裝前元件應(yīng)進行質(zhì)量檢查,若確認(rèn)元件被污染需進行拆洗,并就行測試,應(yīng)符合液壓元件通用技術(shù)條件的規(guī)定,符合后安裝。 (2)安裝前應(yīng)將各種自動控制儀表就行校驗,這對以后調(diào)整工作極為重要,以避免不準(zhǔn)確而造成事故。1) 液壓泵安裝要求如下。a.液壓泵與原動機之間的聯(lián)軸器形式及安裝要求必須符合制造廠的規(guī)定。b.外露的旋轉(zhuǎn)軸、聯(lián)軸器必須安裝防護罩。c.液壓泵與原動機的安裝底座必須有足夠的剛性,以保證運轉(zhuǎn)時始終

49、同軸。d.液壓泵的進油管路應(yīng)短而直,避免拐彎增多,斷面突變。在固定的油液年度范圍內(nèi),必須使泵的進油壓力和其他條件符合泵制造廠的規(guī)定值。e.液壓泵的進油路密封必須可靠,不得吸入空氣。2) 油箱安裝條件如下a.油箱應(yīng)仔細清洗,用壓縮空氣干燥后,再用煤油檢查焊縫質(zhì)量。b.油箱底部應(yīng)高于安裝面150mm以上,以便搬移,放油和散熱。c.必須有足夠的支撐面積,以便在裝配和安裝時用墊片進行調(diào)整。3) 液壓閥的安裝要求如下a.閥的安裝方式應(yīng)符合制造廠規(guī)定。b.為了保證安全,閥的安裝必須考慮重力、沖擊、振動對閥內(nèi)主要零件的影響。c.閥用聯(lián)接螺釘?shù)男阅艿燃壉仨毞现圃鞆S的要求,不得隨意代換。d.應(yīng)注意進油口和會有

50、口的方位,某些閥如把進油口和出油口裝反,會造成事故。有些閥為了安裝方便,往往開有倆個相同作用的孔,安裝后不用的一個要堵死。e.為避免空氣滲入閥內(nèi),連接處應(yīng)保證密封良好。4) 濾油器的安裝要求如下為了指示濾油器何時要進行清洗和更換濾芯,必須裝有污染指示器或設(shè)有測試裝置。5) 液壓缸的安裝要求如下a.液壓缸的安裝必須符合設(shè)計圖樣和制造廠的規(guī)定。b.安裝液壓缸時,如果結(jié)構(gòu)允許,進出油口的位置應(yīng)在最上面,應(yīng)裝成使其能自動放氣或裝有方便的放氣閥。c.液壓缸的安裝應(yīng)牢固可靠,為了防止熱膨脹的影響,在行程大和溫度高的場合下,缸的一端必須保持浮動。d.配管連接不得松弛。e.液壓缸的安裝面和活塞桿的滑動面,應(yīng)保

51、持足夠的平行度和垂直度。f.密封圈不要裝的太緊。8)系統(tǒng)內(nèi)開閉器的手輪位置和泵、各種閥以及指示儀表等的安裝位置,應(yīng)注意使用和安裝的方便。5.3常見故障及排除方法液壓泵噪聲嚴(yán)重、壓力撥動厲害。故障分析如下:1) 吸油管及過濾器堵塞。2) 吸油管密封處漏氣或油液中有氣泡。3) 泵與聯(lián)軸器不同軸。4) 油位低。相應(yīng)的排除方法a. 清洗過濾器使吸油管通暢,正確選用過濾器。b. 在連接部位或密封處加點油,如噪聲減小,可擰緊接頭處或更換密封圈,回油管口應(yīng)在油面以下,與吸油管要有一定距離。c. 調(diào)整同軸。d. 加油液。溢流閥噪聲及振動的故障分析1) 螺母松動。2) 彈簧變形,不復(fù)原。3) 滑閥配合過緊。4)

52、 主滑閥動作不良。5) 錐閥磨損。6) 出油路中有空氣。7) 流量超出允許值。8) 和其他閥產(chǎn)生共振。相應(yīng)的排除方法a. 緊固螺母。b. 檢查并更換彈簧。c. 修研滑閥,使其靈活。d. 檢查滑閥與殼體的同軸度。e. 換錐閥。f. 排除空氣。g. 更換與流量對應(yīng)的閥。h. 略為改變閥的額定壓力值。流量不正常故障分析1)流量控制裝置調(diào)整太低。2)溢流閥或者卸荷閥壓力調(diào)的太低。3)泵、閥、缸及其他元件磨損。相應(yīng)的排除方法a 調(diào)高。b 調(diào)高。c 更換或修理。6總結(jié)我設(shè)計的是中板廠30噸的板坯升降臺,采取的升降方式為液壓型。卸載回路采用的是換向閥的卸載回路,而調(diào)速回路則由集流分流閥來控制,采用單向閥來控制保壓回路,傳動形式選為開式系統(tǒng),液壓缸選擇型號為UY WF 11 63x1500-10,初選系統(tǒng)壓力為10MPa,液壓泵選擇為Y2B-C148C型號,電機根據(jù)要求選擇為型號是Y225M-2的,加以比較我選擇了卡套式管接頭,而我設(shè)計的油箱油箱的長為370mm,寬為365mm,高為320mm,這有利于散熱,根據(jù)實際需要我選用線隙式濾油器,接著選擇了型號為S

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