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1、目 錄摘要IAbstract.II第1章 緒 論11.1 引言11.2 液壓機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展1第2章液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)32.1 液壓機(jī)基本技術(shù)參數(shù)32.2 立柱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)32.2.1 立柱設(shè)計(jì)計(jì)算32.2.2 立柱的校核42.2.3 立柱的結(jié)構(gòu)形式52.2.4 立柱的螺母及預(yù)緊62.2.5 立柱的導(dǎo)向裝置62.2.6 限程套82.2.7 底座82.3 橫梁設(shè)計(jì)8上橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8主缸與上橫梁的聯(lián)接92.3.3 活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9活塞桿與活動(dòng)橫梁的聯(lián)接102.3.5 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10第3章 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核113.1 液壓缸的基本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)113.1.1 液壓缸的類型113.1.2 鋼筒的連接結(jié)構(gòu)11

2、3.1.3 缸口部分結(jié)構(gòu)113.1.4 缸底結(jié)構(gòu)113.1.5 油缸放氣裝置123.1.6 緩沖裝置123.2 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)確定133.2.1 液壓缸的設(shè)計(jì)133.2.2 各缸動(dòng)作時(shí)的流量153.2.3 上缸的設(shè)計(jì)計(jì)算163.2.4 下缸的設(shè)計(jì)計(jì)算20第4章 液壓系統(tǒng)及元件的設(shè)計(jì)選型254.1 液壓系統(tǒng)的工況分析254.1.1 液壓機(jī)的動(dòng)力分析254.1.2 液壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析264.1.3 液壓系統(tǒng)原理圖274.1.4 繪制電磁鐵動(dòng)作表294.2 液壓泵和電機(jī)的選擇304.2.1 液壓泵的選擇30電機(jī)的選擇314.3 管道與接頭31 4.3.1 管子的種類314.3.2 管子的內(nèi)徑和壁

3、厚的確定324.3.3 管接頭324.4 液壓控制閥的選擇334.5油箱344.5.1 油箱的功能344.5.2 油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)344.5.3 油箱容量計(jì)算35第5章 液壓機(jī)的漏油及解決辦法365.1 液壓機(jī)漏油的典型36液壓泵漏油36液壓管接頭漏油36液壓缸漏油36液壓機(jī)械的液壓缸36液壓機(jī)械的發(fā)熱36結(jié) 論38參 考 文 獻(xiàn)39致 謝40附 錄41誠(chéng) 信 聲 明本人聲明:1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果;2、據(jù)查證,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果,也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過

4、的材料;3、我承諾,本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。作者簽名: 日期: 年 月 日400t 液壓機(jī)設(shè)計(jì)摘要:液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一,也是理想的成型工藝設(shè)備,特別是當(dāng)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后,不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以及不對(duì)稱工件的加工,而且,廢品率非常低,與機(jī)械加工系統(tǒng)相比,有極大的優(yōu)越性。近年來,隨著微電子技術(shù)、液壓技術(shù)等的發(fā)展,液壓機(jī)有了更進(jìn)一步的發(fā)展。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)液壓機(jī)各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,以及液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)分析。該液壓機(jī)主要零部件包括液壓機(jī)主缸、滑塊、立柱、上橫梁、工作臺(tái)、頂出缸以及油箱。液壓機(jī)的主機(jī)主要由橫梁、滑塊、

5、立柱、主缸和頂出缸組成。通過對(duì)液壓機(jī)參數(shù)的計(jì)算分析,對(duì)橫梁、滑塊、工作臺(tái)和立柱及其主要零件設(shè)計(jì),從而完成總體方案設(shè)計(jì)。總體方案設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算并校核,電機(jī)和液壓泵的選擇一系列的過程。確定液壓缸參數(shù)后對(duì)液壓元件進(jìn)行選型,選擇適合的液壓元件從而保證液壓系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。關(guān)鍵詞:液壓機(jī)、液壓泵、液壓系統(tǒng)Design of 400t hydraulic pressAbstract: Hydraulic press is one of the most widely used device in the production of molding,it is the ideal molding

6、 process equipment, especially when the hydraulic system to achieve with the right pressure, stroke and speed adjustment alone, not only to achieve the complex and asymmetric parts of the work piece processing, and that the rejection rate is very low, it has great advantages compared to machining sy

7、stems. In recent years, with the development of microelectronic technology and hydraulic technology, hydraulic press had a further development, increased its high-tech, many models have been control by the CNC or PC, which improved processing quality and productivity.The design is mainly for the var

8、ious components of the hydraulic machine design calculations, as well as the design of the hydraulic system diagram analysis. The major components including hydraulic machine hydraulic master cylinder, slide, column, upper beam, table, top of the cylinder and the fuel tank. Hydraulic machine hosts m

9、ainly by beam, slide, column, master cylinder and the top of the cylinder components. Through the analysis of hydraulic parameters of the calculation of the beam, slide, table and column design and its main parts, thus completing the overall design. After the completion of the overall design of the

10、hydraulic cylinder design calculation and check of a series of motor and pump selection process. Determine parameters of the hydraulic cylinder components selection, select the appropriate hydraulic components hydraulic system to ensure stable operation.Keywords: hydraulic machine, hydraulic pump, h

11、ydraulic system第1章 緒 論1.1 引言近年來,液壓機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛,四柱液壓機(jī)解決了塑性材料的產(chǎn)品成型問題。高的工作壓力是該設(shè)備工作時(shí)的特點(diǎn),泄漏的液壓油將污染環(huán)境,液壓沖擊現(xiàn)象將影響設(shè)備安全穩(wěn)定的工作。這些不足之處將是液壓機(jī)值得進(jìn)一步研究和改進(jìn)的問題。本次設(shè)計(jì)的題目是400t液壓機(jī)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)液壓機(jī)是為了更加深刻理解液壓機(jī)在加工過程中的工作原理以及實(shí)際應(yīng)用意義。液壓機(jī)是利用液體來傳遞壓力的液壓設(shè)備,液體在密閉的容器中傳遞壓力時(shí)是遵循帕斯卡定律。液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)和工作介質(zhì)組成。液壓機(jī)一般由本體(主機(jī))動(dòng)力系統(tǒng)及液壓控制系統(tǒng)三部分組成。本

12、設(shè)計(jì)采用三梁四柱結(jié)構(gòu)形式,四柱式結(jié)構(gòu)為液壓機(jī)最常見的結(jié)構(gòu)形式之一。它由橫梁、立柱和螺母組成一個(gè)封閉框架,框架承受全部工作載荷。工作缸固定在上橫梁上,工作缸內(nèi)裝有工作柱塞,它與活動(dòng)橫梁相連接?;顒?dòng)橫梁以立柱為導(dǎo)向,在上、下橫梁之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在活動(dòng)橫梁的下表面上,一般固定有上砧(上模),而下砧(下模)則固定于下橫梁上的工作臺(tái)上。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸后,在工作柱塞產(chǎn)生很大的壓力,并推動(dòng)工作柱塞、活動(dòng)橫梁及上砧向下運(yùn)動(dòng),使工件 (鍛件)在上、下砧之間產(chǎn)生塑性變形,此時(shí)回程缸內(nèi)通低壓液體并排出工作液體。回程缸固定在下橫梁上,回程柱塞與活動(dòng)橫梁相連接?;爻虝r(shí),工作缸通低壓液體,高壓液體進(jìn)入回程缸,推動(dòng)回程

13、柱塞向上運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)活動(dòng)橫梁回到原始位置,完成一個(gè)工作循環(huán)。設(shè)計(jì)液壓機(jī)的意義在于其不但具有較大的通用性,適用于塑性材料的成形如簿板件的落料、拉伸、壓印等;軸類件的校正;零部件的壓裝;粉末制品的壓制。還具有點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)等操作方式,可按工藝需要任選定時(shí)或定位控制,壓力和行程可調(diào),操作靈便、工作可靠。1.2 液壓機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)等方面發(fā)展已經(jīng)比較成熟,國(guó)內(nèi)外機(jī)型無較大差距,要差別在于工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過濾、冷卻及防止沖擊振動(dòng)方面有明顯改善。(1) 在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,國(guó)內(nèi)外都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)。插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到廣泛的

14、應(yīng)用。國(guó)外已廣泛采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì),可有效地防止泄油和污染,更重要的是防止灰塵、空氣和化學(xué)物質(zhì)侵入系統(tǒng),延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因,國(guó)內(nèi)采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還不多見。(2)在安全性方面,國(guó)外某些采用微處理器控制的高性能液壓機(jī)利用軟件進(jìn)行故障的檢測(cè)和維修,產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)負(fù)載檢測(cè)、自動(dòng)模具保護(hù)和錯(cuò)誤診斷等功能。(3)液壓機(jī)的發(fā)展最主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)飛速發(fā)展為改進(jìn)液壓機(jī)的性能、提高穩(wěn) 定性、加工效率等方面提供了前提條件。相比之下,國(guó)內(nèi)機(jī)型雖然種類齊全,但技術(shù)含量相比較低,缺乏高檔機(jī)型,這與機(jī)電液一體化和中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)不相適應(yīng)。近年來在集成塊基礎(chǔ)

15、上發(fā)展起來的新型液壓元件組成的回路也有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),它不需要另外的連接件其結(jié)構(gòu)更為緊湊,體積也相對(duì)更小,重量也更輕無需管件連接,從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動(dòng)和噪聲。邏輯插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動(dòng)作速度快、易于集成的特點(diǎn),從70年代初期開始出現(xiàn),至今已得到了很快的發(fā)展。目前,各類液壓機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)如下:(1)高速化、高效化、低能耗。提高液壓機(jī)的工作效率,降低生產(chǎn)成本。(2)機(jī)電液一體化。充分利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。(3)自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)在加工,應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系

16、統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整,具有故障預(yù)處理的功能。(4)液壓元件集成化,標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接,有效地防止泄漏和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來了方便。(5)采用靜壓技術(shù),新型密封材料,減少摩擦損失。發(fā)展小型化、輕量化、復(fù)合化、廣泛發(fā)展3通徑、4通徑電磁閥以及低功率電磁閥。(6)改善液壓系統(tǒng)性能,采用負(fù)荷傳感系統(tǒng),二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。 綜上所述,液壓機(jī)的發(fā)展促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。伴隨著電氣控制技術(shù)、液壓傳動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展,液壓機(jī)的自動(dòng)化程度、加工精度將進(jìn)一步得到提高,實(shí)現(xiàn)智能化控制。第2章液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)2.1 液壓機(jī)基本技術(shù)參數(shù)400噸液壓機(jī)設(shè)計(jì)要求1、 主缸公稱壓力 4000

17、kN2、 主缸回程力 1600KN3、 頂出缸公稱壓力 300kN4、 頂出缸回程力 200KN5、 開口高度 1400 mm6、 滑塊行程 . 800 mm7、 頂出行程 300mm8、 工作壓力 25MPa9、 滑塊速度 空程速度 100mm/s 擠壓速度 25 mm/s 回程 60mm/s10、 頂出速度 頂出 140mm/s 回程 150mm/s11、工作臺(tái)面有效尺寸(長(zhǎng)X寬): 1200mmX1260mm2.2 立柱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 立柱設(shè)計(jì)計(jì)算參照同類型液壓機(jī)的立柱,初定立柱直徑,取安全系數(shù)n=5,液壓機(jī)立柱采用45#鋼,查手則得=610 =610/5=122 取立柱直徑為230

18、mm 。2.2.2 立柱的校核 1. 先按照中心載荷進(jìn)行初步核算,許用應(yīng)力不應(yīng)大于122。2. 按標(biāo)準(zhǔn)選取立柱螺紋。3. 立柱螺紋區(qū)到光滑區(qū)過渡圓角應(yīng)盡可能取大些,最好在3050mm之間。原設(shè)計(jì)主要參數(shù)為: F=4000KN H=339cm B=149cm(寬邊立柱中心距) d=23cm(立柱光滑部分直徑) e=10cm(允許偏心距)n=4(立柱的根數(shù))立柱材料為45#鋼,中頻淬火620MPa,375MPa(1) 中心載荷時(shí)的應(yīng)力: = = =24.06 (2) 偏心載荷靜載荷合成應(yīng)力 由于小型液壓機(jī),可將立柱考慮為插入端的懸臂梁,m=0.25 =+=+=22.2+82.2=104.4 <

19、;150,因此是安全的。對(duì)于截面的45#鋼,375MPa,尺寸系數(shù)已考慮在內(nèi),立柱表面為精車,對(duì)于正火的45#鋼,表面質(zhì)量系數(shù)為0.9,因此可取為300MPa.過渡圓角半徑為30mm.疲勞強(qiáng)度校核: =0.1 =0.107 從文獻(xiàn)【10】中查出=1.58 K=1=0.70(1.58-1)=1.41 =K=1.41×104.4=147.2<300 為200MPa, 因此是安全的。立柱是四柱液壓機(jī)重要的支承件和受力件,同時(shí)又是活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向基準(zhǔn)。因此,立柱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與剛度,導(dǎo)向表面應(yīng)有足夠的精度,光潔度和必要的硬度。2.2.3 立柱的結(jié)構(gòu)形式立柱與上橫梁、工作臺(tái)的連接方式是表明

20、立柱結(jié)構(gòu)的主要特征。在選擇立柱結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)考慮到它與上橫梁、工作臺(tái)間應(yīng)可靠預(yù)緊、安裝和便于調(diào)整機(jī)械的精度。常用形式有:(1) 兩梁都用立柱臺(tái)肩支承,用鎖緊螺母加以鎖緊,如圖2.1a。(2) 兩梁都用調(diào)節(jié)螺母支承,用鎖緊螺母加以鎖緊,如圖2.1b。(3) 上橫梁用立柱臺(tái)肩支承,調(diào)節(jié)螺母用于工作臺(tái)面上,兩端都用鎖緊螺母加以鎖緊,如圖2.1c。(4) 上橫梁用立柱臺(tái)調(diào)節(jié)螺母支承,立柱臺(tái)肩用于工作臺(tái)面上,兩端都用鎖緊螺母加以鎖緊,如圖2.1d。上述結(jié)構(gòu)可以看出:第一種結(jié)構(gòu)中,上橫梁與工作臺(tái)間距由立柱臺(tái)間尺寸來保證。因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝配方便,但裝配后機(jī)器精度不能調(diào)整,預(yù)緊也比較困難。因此在無活動(dòng)橫梁又無精度

21、要求的小型簡(jiǎn)易液壓機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用。第二種結(jié)構(gòu)組成零件較多。由于調(diào)節(jié)螺母起立柱臺(tái)肩的支承作用,且可調(diào)整兩梁支承距離,對(duì)立柱有關(guān)軸向尺寸要求不嚴(yán)格,緊固較容易。但對(duì)立柱螺紋精度與調(diào)節(jié)螺母精度較高,機(jī)器精度調(diào)整較麻煩,第三種和第四種結(jié)構(gòu)基本相同,精度調(diào)整和加工也不復(fù)雜,但安裝立柱預(yù)緊不如第二種方便。本設(shè)計(jì)采用了第4種結(jié)構(gòu)形式。 圖 2.1 2.2.4 立柱的螺母及預(yù)緊立柱螺母一般有整體式與對(duì)開式兩種,對(duì)于中小型液壓機(jī)采用整體式較多。立柱螺母一般為圓柱形,小液壓機(jī)的立柱螺母是整體的,立柱直徑在150mm以上時(shí),做成組合式,由兩個(gè)半螺栓緊固而成,材料用3545鍛鋼或鑄鋼。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中我選用的立柱為230m

22、m,所以采用此種結(jié)構(gòu)。立柱常見的防松裝置常見的方法如圖2.2a和圖2.2所示,圖a的方法比圖b的零件較多,但防松更可靠。故本設(shè)計(jì)采用圖a方法。 圖 2.22.2.5 立柱的導(dǎo)向裝置活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)及工作時(shí),一般以立柱為導(dǎo)向,由于活動(dòng)橫梁往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻繁,且在偏心加壓時(shí)有很大的側(cè)推力,因此,不可能讓活動(dòng)橫梁與立柱直接接觸,互相磨損,必須選擇耐磨損、易更換的材料作為兩者之間的導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置的質(zhì)量直接關(guān)系到活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)精度及被加工件的尺寸精度,也會(huì)影響到工作缸密封件與導(dǎo)向面的磨損情況,對(duì)模具壽命及機(jī)身的受力情況也均有影響,為此,必須合理選擇導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)及配合要求。圖2.3 導(dǎo)套導(dǎo)向裝置可分為導(dǎo)套與平

23、面導(dǎo)板兩大類。 1.導(dǎo)套對(duì)于圓截面的立柱,都是在活動(dòng)橫梁的立柱孔中采用導(dǎo)套結(jié)構(gòu),又可分為圓柱面導(dǎo)套和球面導(dǎo)套。 2.圓柱面導(dǎo)套 在活動(dòng)橫梁的立柱孔中,各裝有上、下兩個(gè)導(dǎo)套,它們由兩半組成,為了拆裝方便,兩半導(dǎo)套的剖分面最好有的斜度,導(dǎo)套兩端裝有防塵用的氈墊。這種導(dǎo)套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便。本次設(shè)計(jì)中采用這種形式的導(dǎo)套。導(dǎo)套的材料計(jì)算導(dǎo)套材料一般采用鑄錫青銅ZQSn6-6-3,小液壓機(jī)也有用鐵基粉末冶金的。導(dǎo)套比壓q的計(jì)算=0.67 MPa 滿足要求 式中 T機(jī)架計(jì)算中求得立柱上的側(cè)推力(N) d導(dǎo)套內(nèi)孔直徑 (m) c導(dǎo)套高度(m) q許用比壓 (MPa),對(duì)于ZQSn6-6-3,q=68 MPa

24、2.2.6 限程套為防止運(yùn)動(dòng)部分超程,有些液壓機(jī)在下橫梁的4個(gè)立柱上安裝限程套,一般為對(duì)開式,上、下兩端應(yīng)平行,4個(gè)限程套高度應(yīng)一致,內(nèi)孔比立柱直徑大1-2mm,用鑄鐵制造。圖2.4 立柱安裝限程套2.2.7 底座底座安裝于工作臺(tái)下部,與基礎(chǔ)相連。底座僅承受機(jī)器之總重量。底座材料可選用鑄鐵件或焊接結(jié)構(gòu)。主要考慮到外形的美觀,對(duì)精度無要求。2.3 橫梁設(shè)計(jì)2.3.1上橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橫梁由鑄造制成,目前以鑄造為多,一般采用ZG35B鑄鋼。 橫梁的寬邊尺寸由立柱的寬邊中心距確定,上梁和活動(dòng)梁的窄邊尺寸應(yīng)盡可能小些,以便鍛造天車的吊鉤容易接近液壓機(jī)中心,梁的中間高度則由強(qiáng)度確定。設(shè)計(jì)上橫梁時(shí),為了減輕重

25、量,根據(jù)“ 等強(qiáng)度梁”的概念,設(shè)計(jì)成圖所示的不等高梁,即立柱柱套處的高度h 小于中間截面的高度H。但在過渡區(qū)( A處) 會(huì)有應(yīng)力集中。由于上橫梁外形尺寸很大,為了節(jié)約金屬和減輕重量,盡量使各個(gè)尺寸在允許的范圍內(nèi)降到最小。梁體做成箱形結(jié)構(gòu),在安裝缸的地方做成圓筒形,安裝立柱的地方做成方筒形,中間加設(shè)筋板,以提高剛度,降低局部應(yīng)力。主缸與上橫梁的聯(lián)接缸筒與上橫梁間采用分體十法蘭盤安裝形式,法蘭盤由兩個(gè)半圓型部分組成,具體見液壓缸裝配圖,法蘭盤與上橫梁用四個(gè)螺栓連接,并在缸蓋前端設(shè)計(jì)圓柱部分與上橫梁的圓孔之間配合,方便定位。 圖2.5 主缸與上橫梁的連接2.3.3 活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活動(dòng)橫梁選用材料與

26、上橫梁,工作臺(tái)相同,長(zhǎng)采用同樣的材料來制造,使毛坯的制造工藝相類似,便于制造?;顒?dòng)橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除考慮導(dǎo)向精度要求外,還應(yīng)根據(jù)壓制工藝中的承載要求來決定。與工作缸柱塞桿連接傳遞液壓機(jī)的壓力,通過導(dǎo)向套沿立柱導(dǎo)向面上下往復(fù)運(yùn)動(dòng);安裝固定模具及工具等。因此需要有較好的強(qiáng)度、剛度及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)?;顒?dòng)橫梁上部與工作缸柱塞相連,下部與上模座相連,梁體結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)都很復(fù)雜。當(dāng)液壓機(jī)工作時(shí),高壓液體作用于柱塞的力是通過活動(dòng)橫梁及上砧傳遞到鍛件上而做功,活動(dòng)橫梁的上下運(yùn)動(dòng)則依靠梁與立柱的導(dǎo)向裝置。活塞桿與活動(dòng)橫梁的聯(lián)接活塞桿與活動(dòng)橫梁連接的形式主要是由活塞桿端部結(jié)構(gòu)與活動(dòng)橫梁的相應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)及聯(lián)接零件組成。本設(shè)

27、計(jì)采用的是可動(dòng)的聯(lián)接結(jié)構(gòu),以球面鉸鏈連接的方法將活塞與活動(dòng)橫梁聯(lián)接起來,如下2.6圖所示。 圖4.5 活塞桿與活動(dòng)橫梁的連接 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 下橫梁的剛度要求應(yīng)略嚴(yán)一些,以保證整個(gè)壓機(jī)的剛性。下橫梁直接與立柱、拉桿、工作臺(tái)、回程缸和頂出器相連,梁體結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)都很復(fù)雜。對(duì)于下橫梁,其設(shè)計(jì)原則與上橫梁相同,是在滿足相連部件最小幾何尺寸要求和工藝要求的條件下,盡可能縮減其縱向、橫向尺寸,這是有效提高梁的剛度、強(qiáng)度和減輕梁的重量應(yīng)首先把握的主要原則。第3章 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核3.1 液壓缸的基本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓缸的類型 圖3.1雙作用單活塞桿液壓缸液壓缸選用雙作用單活塞桿液壓缸,活塞在行程終了時(shí)緩

28、沖。因?yàn)楣ぷ鬟^程中需要往復(fù)運(yùn)動(dòng),從圖可見,油缸被活塞頭分隔為兩腔,側(cè)面有兩個(gè)進(jìn)油口,因此,可以獲得往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。實(shí)質(zhì)上起到兩個(gè)柱塞缸的作用。此種結(jié)構(gòu)形式的油缸,在中小型液壓機(jī)上應(yīng)用最廣。 鋼筒的連接結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中上、下缸都選擇法蘭連接方式。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易加工,易裝卸。上缸采用前端法蘭安裝,下缸采用后端法蘭安裝。3.1.3 缸口部分結(jié)構(gòu)缸口部分采用了Y形密封圈、導(dǎo)向套、O形防塵圈和鎖緊裝置等組成,用來密封和引導(dǎo)活塞桿。由于在設(shè)計(jì)中缸孔和活塞桿直徑的差值不同,故缸口部分的結(jié)構(gòu)也有所不同。 缸底結(jié)構(gòu)缸底結(jié)構(gòu)常應(yīng)用有平底、圓底形式的整體和可拆結(jié)構(gòu)形式。平底結(jié)構(gòu)具有易加工、軸向長(zhǎng)度短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。所以

29、目前整體結(jié)構(gòu)中大多采用平底結(jié)構(gòu)。圓底整體結(jié)構(gòu)相對(duì)于平底來說受力情況較好,因此,在相同應(yīng)力,重量較輕。另外,在整體鑄造的結(jié)構(gòu)中,圓形缸底有助于消除過渡處的鑄造缺陷。但是,在液壓機(jī)上所使用的油缸一般壁厚均較大,而缸底的受力總是較缸壁小。因此,上述優(yōu)點(diǎn)就顯得不太突出,這也是目前在整體結(jié)構(gòu)中大多采用平底結(jié)構(gòu)的一個(gè)原因。然而整體結(jié)構(gòu)的共同缺點(diǎn)為缸孔加工工藝性差,更換密封圈時(shí),活塞不能從缸底方向拆出,但由于較可拆式缸底結(jié)構(gòu)受力情況好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠,因此在中小型液壓機(jī)中使用也較廣。在設(shè)計(jì)中選用的是平底結(jié)構(gòu)。 油缸放氣裝置通常油缸在裝配后或系統(tǒng)內(nèi)有空氣進(jìn)入時(shí),使油缸內(nèi)部存留一部分空氣,而常常不易及時(shí)被油液帶

30、出。這樣,在油缸工作過程中由于空氣的可壓縮性,將使活塞行程中出現(xiàn)振動(dòng)。因此,除在系統(tǒng)采取密封措施、嚴(yán)防空氣侵入外,常在油缸兩腔最高處設(shè)置放氣閥,排出缸內(nèi)殘留的空氣,使油缸穩(wěn)定的工作。排氣閥的結(jié)構(gòu)形式包括整體式和組合式。在設(shè)計(jì)中選用的是整體式。整體式排氣閥閥體與閥針合為一體,用螺紋與鋼筒或缸蓋連接,靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí),擰松螺紋,缸內(nèi)空氣從錐面間隙中擠出,并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣閥簡(jiǎn)單、方便、但螺紋與錐面密封處同心度要求較高,否則擰緊排氣閥后不能密封,會(huì)造成泄露。 緩沖裝置緩沖裝置的工作原理是使鋼筒低壓腔內(nèi)油液(全部或部分)通過節(jié)流把動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能,熱能則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外。緩沖

31、裝置的結(jié)構(gòu)有恒節(jié)流面積緩沖裝置和變節(jié)流型緩沖裝置。在設(shè)計(jì)中我采用的是恒節(jié)流面積緩沖裝置,此類緩沖裝置在緩沖過程中,由于其節(jié)流面積不變,故在緩沖開始時(shí),產(chǎn)生的緩沖制動(dòng)力很大,但很快就降低下來,最后不起什么作用,緩沖效果很差。但是在一般系列化的成品液壓缸中,由于事先無法知道活塞的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度以及運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量和載荷等,因此為了使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于設(shè)計(jì),降低制造成本,仍多采用此種節(jié)流緩沖方式。3.2 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)確定 液壓缸的設(shè)計(jì)1.計(jì)算液壓缸尺寸 圖3.2 液壓缸計(jì)算簡(jiǎn)圖本設(shè)計(jì)采用單杠活塞油箱。當(dāng)無桿腔為工作腔時(shí) 有桿腔為工作腔時(shí) 用以上公式確定液壓缸尺寸時(shí),需要先選取回油腔壓力,即背壓p2和

32、桿徑比d/D。表3.1所列為根據(jù)回路特點(diǎn)選取背壓的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 表3.1 背壓經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)回路特點(diǎn)背壓(MPA)回路特點(diǎn)背壓(MPA) 回油路上沒有節(jié)流閥0.20.5采用補(bǔ)油泵的閉式回路11.5回油路上有背壓閥或調(diào)速閥0.51.5根據(jù)上表p2選為1.桿直徑比d/D一般按下述原則選?。寒?dāng)活塞桿受拉時(shí),一般選取d/D=0.30.5,當(dāng)活塞桿受壓時(shí),為了保證活塞桿的穩(wěn)定性,一般選取d/D=0.50.7。如采用差動(dòng)連接,并要求往返速度一致時(shí),應(yīng)取A2=1/2 A1,即d/D=0.7。由表2.1可知最大負(fù)載為工進(jìn)階段F=4363008.9N,有工進(jìn)時(shí)的負(fù)載計(jì)算液壓缸的面積 A1=2 A2=17.808

33、5;10-2 m2 d=0.7D=291.2將液壓缸內(nèi)徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)值為D=400mm 活塞桿直徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)值為d=280mm由此求出液壓缸無桿有效面積A1 和液壓缸有桿腔工作面積A2. 2.主缸實(shí)際壓力= 3.主缸實(shí)際回程力= 4.頂出缸的直徑=0.139mm按標(biāo)準(zhǔn)取整=0.14M5.頂出缸的活塞桿直徑=0.076m按標(biāo)準(zhǔn)取整=0.08m6.頂出缸實(shí)際頂出力= 7.頂出缸實(shí)際回程力=3.2.2 各缸動(dòng)作時(shí)的流量1.主缸進(jìn)油流量與排油流量(1)快速空行程時(shí)的活塞腔進(jìn)油流量= (2)快速空行程時(shí)的活塞腔的排油流量= (3)工作行程時(shí)的活塞腔進(jìn)油流量=(4)工作行程時(shí)的活塞腔的排油流量=(5)回程時(shí)

34、的活塞桿腔進(jìn)油流量=(6)回程時(shí)的活塞腔的排油流量=2.頂出缸的進(jìn)油流量與排油流量(1)頂出時(shí)的活塞腔進(jìn)油流量=(2)頂出時(shí)的活塞桿的排油流量 =(3)回程時(shí)的活塞桿腔進(jìn)油流量 =(4)回程時(shí)的活塞腔的排油流量= 上缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.筒壁厚計(jì)算表3.2上缸鋼筒所選材料型號(hào)MPaMPa%4561036014壁厚計(jì)算公式: =+ 當(dāng)0.3時(shí),用使用公式:= =0.179 m 取 =0.18m液壓缸缸體的外徑D外 -為鋼筒外徑公差余量 -為腐蝕余量 -試驗(yàn)壓力,16M時(shí),取=1.25P P管內(nèi)最大工作壓力為25 M -鋼筒材料的許用應(yīng)力,M =/n-鋼筒材料的抗拉強(qiáng)度,M n安全系數(shù),通常取n=5當(dāng)時(shí)

35、,材料使用不夠經(jīng)濟(jì),應(yīng)改用高屈服強(qiáng)度的材料.2.筒壁厚校核額定工作壓力, 應(yīng)該低于一個(gè)極限值,以保證其安全. MPa=0.35=84MPa =外徑 D=內(nèi)徑同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)該完全塑性變形的發(fā)生:=2.3320=221.5 MPa -缸筒完全塑性的變形壓力, -材料屈服強(qiáng)度MPa-鋼筒耐壓試驗(yàn)壓力,MPa=77.52593.03 MPa 3.缸筒的暴裂壓力=2.3610=422.3MPa 4.缸筒底部厚度 缸筒底部為平面時(shí):0.433 0.433 mm 取 mm -筒底厚,MM 5.核算缸底部分強(qiáng)度按照平板公式即米海耶夫推薦的公式計(jì)算,缸底進(jìn)油孔直徑為20cm則 =0.6875 = =69.

36、8 MPa 按這種方法計(jì)算=100MPa < 所以安全。 6.缸筒連接螺釘表3.3 螺釘所選材料型號(hào)MPaMPa%3554032017(1)螺釘處的拉應(yīng)力= MPa = =4.3 MPa z-螺釘數(shù)12根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m(2)螺紋處的剪應(yīng)力: =0.324 MPa = MPa -屈服極限 -安全系數(shù); 5(3)合成應(yīng)力:= = MPa 7.墊片與橫梁間螺釘?shù)男:?1)螺釘處的拉應(yīng)力= MPa = =1.89 MPa z-螺釘數(shù)12根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m(2)螺紋處的剪應(yīng)力: =0.298 MPa = MPa

37、-屈服極限 -安全系數(shù); 5(3)合成應(yīng)力:= = MPa 8.活塞桿直徑d的校核表3.4 活塞桿所選材料型號(hào)MPaMPa%45MnB10308359d=0.28M 滿足要求F活塞桿上的作用力 活塞桿材料的許用應(yīng)力,=/1.4 下缸的設(shè)計(jì)計(jì)算表3.5鋼筒所選材料型號(hào)MPaMPa%45610360141.下缸筒壁厚公式: =+當(dāng)0.3時(shí),用使用公式: = =0.007 m取 =0.01m頂出缸缸體外徑-為鋼筒外徑公差余量-為腐蝕余量 -試驗(yàn)壓力,16M時(shí),取=1.25P P管內(nèi)最大工作壓力為25 M -鋼筒材料的許用應(yīng)力,M =/n-鋼筒材料的抗拉強(qiáng)度,M n安全系數(shù),通常取n=5當(dāng)時(shí),材料使用

38、不夠經(jīng)濟(jì),應(yīng)改用高屈服強(qiáng)度的材料.2.下缸筒壁厚校核額定工作壓力, 應(yīng)該低于一個(gè)極限值,以保證其安全. MPa=0.35=26.25 MPa=外徑 D=內(nèi)徑 同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)該完全塑性變形的發(fā)生:=2.3320=42.6MPa-缸筒完全塑性的變形壓力, -材料屈服強(qiáng)度MPa-鋼筒耐壓試驗(yàn)壓力,MPa=14.9117.89MPa3.缸筒的暴裂壓力=2.3610=79.8MPa4.缸筒底部厚度 缸筒底部為平面:0.433 0.433 mm 取 mm-筒底厚,MM 5.核算缸底部分強(qiáng)度按照平板公式即米海耶夫推薦的公式計(jì)算,缸底進(jìn)油孔直徑為8cm,則 =0.68 = =43.1MPa按這種方法計(jì)算

39、=100MPa < 所以安全。 6.缸筒連接螺釘表3.6 螺釘所選材料型號(hào)MPaMPa%3554032017(1)螺栓處的拉應(yīng)力= MPa = =0.32 MPa z-螺栓數(shù)12根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m(2)螺紋處的剪應(yīng)力: =0.275 MPa = MPa-屈服極限 -安全系數(shù); 5(3)合成應(yīng)力:= = MPa 7.墊片與橫梁間螺栓的校核(1)螺栓處的拉應(yīng)力= MPa = =0.14 MPa z-螺栓數(shù)12根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m(2)螺紋處的剪應(yīng)力: =0.275 MPa = MPa-屈服極限 -安全系數(shù); 5

40、(3)合成應(yīng)力:= = MPa 8.活塞桿直徑d的校核表3.7 活塞桿所選材料型號(hào)MPaMPa%45MnB10308359d=0.08M 滿足要求F活塞桿上的作用力 活塞桿材料的許用應(yīng)力,=/1.4第4章 液壓系統(tǒng)及元件的設(shè)計(jì)選型4.1 液壓系統(tǒng)的工況分析4.1.1 液壓機(jī)的動(dòng)力分析 該液壓缸做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),克服的外負(fù)載力主要有液壓缸的負(fù)載主要包括:工作負(fù)載、摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、背壓閥阻力負(fù)載。1.工作負(fù)載工作負(fù)載即為工件的壓制抗力 Ft=400×103×9.8 =3.92×106 N2.摩擦負(fù)載靜摩擦阻力: Ffs =0.2×600×9.8=

41、1176N動(dòng)摩擦阻力: Ffd =0.1×600×9.8=588 N3.慣性負(fù)載 Fb = 0.5×106×0.024=12000NG = 600×9.8 = 5880N 式中 g:重力加速度。單位為(m/s2) G:移動(dòng)部件自重。單位為(N) :在t時(shí)間內(nèi)速度變化值。單位為(m/s) :?jiǎn)?dòng)加速段或減速制動(dòng)段時(shí)間。單位為(s)4.背壓阻力 背壓阻力是液壓缸回油路上的阻力,初算時(shí),其數(shù)值待系數(shù)確定后才能定下來。其中:=0.9 -液壓缸的機(jī)械效率,一般取。根據(jù)以上分析,可計(jì)算出液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段中負(fù)載,見表2.1 表4.1 各運(yùn)動(dòng)階段中負(fù)載表運(yùn)動(dòng)階

42、段計(jì)算公式負(fù)載F/N液壓缸負(fù)載(N)快進(jìn)啟動(dòng)F= Ffs+Fb-G72968106.7加速F= Fb +Ffd +Fn -G76088453.3勻速F= Fb +Ffd-G67087453.3工進(jìn)F= Fb +Ffd + Ft-G39267084363008.9快退F= Fb +Ffd +1.2 液壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析液壓機(jī)工作時(shí)主要有空載下行、工進(jìn)、回程三個(gè)過程,具體運(yùn)動(dòng)情況可用工作循環(huán)圖和速度圖來表示,如圖41所示:圖41 液壓機(jī)的工作循環(huán)和速度位移曲線4.1.3 液壓系統(tǒng)原理圖圖4.2液壓控制原理系統(tǒng)圖1-變量泵 2、3、15-溢流閥 4-減壓閥 5-先導(dǎo)閥 6-液控

43、換向閥 7-順序閥 8-釋壓閥 9-壓力繼電器 10、11、12、-液控單向閥 13、16-安全閥 14-電液換向閥 17-沖液筒 18-油箱 19-主缸20-頂出缸1.快速下行 電磁鐵1YA通電,作先導(dǎo)閥用的換向閥5和上缸主換向閥(液控)6左位接用下迅速下降,而液壓泵的流量較小,所以液壓機(jī)頂部充筒中的油液經(jīng)液控單向閥 12 也流 入液壓缸上腔,其油液流動(dòng)情況為: 進(jìn)油路:變量泵1順序閥7液壓換向閥6左位單向閥10上液壓缸上腔;充液筒17液控單向閥12上液壓缸上腔; 回油路:上液壓缸下腔液控單向閥11上缸換向閥6左位電液換向閥14中位油箱。 2.慢速加壓 上滑塊在運(yùn)動(dòng)行中接觸到工作,這時(shí)上液壓

44、缸上腔壓力升高,液控單向閥12關(guān)閉,加壓速度便由液壓泵的流量來決定,主油路的油液流動(dòng)情況與快速下行時(shí)相同。 3.保壓延時(shí) 保壓延時(shí)是當(dāng)系統(tǒng)中壓力升高到使壓力續(xù)電器9起作用,電磁鐵1YA斷電,先導(dǎo)閥5和液控?fù)Q向閥6都處于中位時(shí)出現(xiàn)的,保壓時(shí)間由時(shí)間繼電器控制,可在0-24min內(nèi)調(diào)節(jié)。保壓時(shí)除了液壓泵在較低壓力下卸荷外,系統(tǒng)中沒有油液流動(dòng)。其卸荷油路為: 變量泵1順序閥7液控?fù)Q向閥6中位電液換向閥14中位油箱。 4.泄壓快速返回 保壓時(shí)間結(jié)束后,時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào),使電磁鐵2YA通電。但為了防止保壓狀態(tài)向快速返回狀態(tài)轉(zhuǎn)變過快,在系統(tǒng)中引起壓力沖擊并使上滑塊動(dòng)作不平穩(wěn)而設(shè)置了釋壓換向閥組8,它的功

45、能就是在2YA通電后,其控制壓力油必須在上液壓缸上腔卸壓后,才能進(jìn)入主換向閥右腔,使主換向閥6換向。釋壓換向閥8的工作原理是:在保壓階段,這個(gè)閥以上位接入系統(tǒng),當(dāng)電磁鐵2YA通電,先導(dǎo)閥右位接入系統(tǒng)時(shí),控制油路中的壓力油雖到達(dá)預(yù)瀉換向閥組8芯的下端,但由于其上端的高壓未曾瀉除,閥芯不動(dòng)。但是,由于液控單向閥可以在控壓力低于其主油路壓力下打開,所以有: 上液壓缸上腔液控單向閥釋壓換向閥組8上位油箱。 于是上液壓缸上腔的油液壓力被卸除,釋壓換向閥組8的閥芯在控制壓力油作用下向上移動(dòng),以其下位接入系統(tǒng),它一方面切斷上液壓缸上腔通向油箱的通道,一方面使控制油路中的壓力油輸?shù)揭嚎負(fù)Q向閥6閥芯的右端,使該

46、閥右位接入系統(tǒng)。這時(shí),液控單向閥11、12被打開,油液流動(dòng)情況為: 進(jìn)油路:變量泵1順序閥7液控?fù)Q向閥6右位液控單向閥11上液壓缸下腔; 回油路:上液壓缸上腔液控單向閥12充液筒17。 所以,上滑塊快速返回,從回油路進(jìn)入充液筒中的油液,若超過預(yù)定位置時(shí),可從充液筒中的溢流管中流回油箱。由圖可見,液控?fù)Q向閥在由左位切換到中位時(shí),閥芯右端由油箱經(jīng)單向閥補(bǔ)油,在由右位切換到中位時(shí),閥芯右端的油經(jīng)單向閥流向油箱。 5原位停止 原位停止是上滑塊上升至預(yù)定高度,擋塊壓下行程開關(guān),電磁鐵2YA失電,先導(dǎo)閥5和液控?fù)Q向閥6均處于中位時(shí)得到的,這時(shí)上缸停止運(yùn)動(dòng),液壓泵在較低壓力下卸荷,由于液控單向閥11和安全閥

47、13的支承作用,上滑塊懸空停止。 6液壓壓力機(jī)下滑塊(頂出缸)的頂出和返回 下滑塊向上頂出時(shí),電磁鐵 4YA 通電,這時(shí)有: 進(jìn)油路:變量泵1順序閥7液控?fù)Q向閥6中位電液換向閥14右位下液壓缸下腔; 回油路:下液壓缸下腔電液換向閥14右位油箱。 下滑塊向上移動(dòng)至下液壓缸下腔中活塞碰上缸蓋時(shí),便停留在這個(gè)位置上。 向下退回是在電磁鐵 4YA斷電、3YA 通電時(shí)發(fā)生的,這時(shí)有 進(jìn)油路:變量泵1順序閥7液控?fù)Q向閥6中位電液換向閥14左位下液壓缸下腔; 回油路:下液壓缸下腔電液換向閥14左位油箱。原位停止是在電磁鐵3YA、4YA均失電,電液換向閥14處于中位時(shí)得到,系統(tǒng)中溢流閥16為下缸安全閥,溢流閥

48、15為下缸溢流閥,由它可以調(diào)整頂出壓力。 4.1.4 繪制電磁鐵動(dòng)作表 電磁鐵 動(dòng)作 1YA 2YA 3YA 4YA主缸快速下行+ 慢速加壓+保壓延時(shí)快速返回+原位停止頂出缸向上頂出+向下返回+原位停止表4-2 電磁鐵動(dòng)作順序表4.2 液壓泵和電機(jī)的選擇4.2.1 液壓泵的選擇1.計(jì)算液壓泵的工作壓力泵的工作壓力按下式確定: 式中 p執(zhí)行原件最大工作壓力;p系統(tǒng)進(jìn)油路壓力損失。初步估算時(shí),對(duì)管路復(fù)雜進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng),取p =(515)×105Pa;對(duì)于管路簡(jiǎn)單采用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng),取p=(25)×105Pa。準(zhǔn)確計(jì)算需在管路布置圖畫出以后才能進(jìn)行。該液壓系統(tǒng)管路較為復(fù)雜,取則代數(shù)據(jù)入上式得: ;2.計(jì)算液壓泵的流量泵的流量應(yīng)按執(zhí)行原件

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