单缸液压圆锥破碎机.docx

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单缸液压圆锥破碎机

Lastrevisionon21December2020

单缸液压圆锥破碎机

本科毕业设计（论文）

题目：

单缸液压圆锥破碎机

学号：

*******　　　徐聪　

班级：

　　09机自A3

专业：

机械制造及自动化　

学院：

　　机电学院

入学时间：

　　　2009

******************

日期：

2013年4月23日

毕业设计（论文）独创性声明

本人所呈交的毕业论文是在指导教师指导下进行的工作及取得的成果。

除文中已经注明的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：

日期：

单缸液压圆锥破碎机

摘要

国内使用的圆锥破碎机类型很多,但常见的还是传统的单缸液压圆锥破碎机。

单缸液压圆锥破碎机的出现已有80多年的历史,经过人们长期的实践和不断完善与改进,其结构型式和机构参数日臻合理,结构简单、制造容易、工作可靠、维修方便，故在冶金、矿山、建材、化工、煤炭等行业使用非常广泛。

随着现代化的发展，各工业部门对破碎石的需求进一步增长，研究单缸液压圆锥破碎机具有很重要的意义。

本毕业设计主要是为满足生产需求：

给矿宽度：

285（mm）；最大给矿尺寸：

240（mm）；最大过铁尺寸：

100（mm）；产量：

而研究的。

主要进行单缸液压圆锥破碎机的零部件设计与计算，各种工作参数的选择，单缸液压圆锥破碎机的改造等。

关键词:

单缸液压圆锥破碎机；改造；设计；

Single-cylinderHydraulicConeCrusher

ABSTRACT

Thedomesticusejawtypebreakertypeareverymany,ButcommontraditionalduplicatependulumSingle-cylinderHydraulicConeCrusher.Theduplicatependulumjawtypebreakerappearancehadmorethan140yearshistory,Andconsummatesandtheimprovementunceasinglyafterthepeoplelong-termpractice,Itsstructurepatternandtheorganizationparameteraredaybydayreasonable,Thestructuresimple,themanufactureiseasy,theworkreliably,theserviceconvenient,thereforeinprofessionuseandsoonthemetallurgy,mine,buildingmaterials,chemicalindustry,coalisextremelywidespread.Alongwiththemodernizeddevelopment,variousindustrysectorfurthergrowstothebrokencrushedstonedemand,studiestheduplicatependulumSingle-cylinderHydraulicConeCrushertohavetheveryvitalsignificance.Thisgraduationprojectmainlyisformeetstheproductionneed:

Feedheadsize:

285mm;Dischargeholesize:

240mm;Feedingblockgreatestsize:

100mm;Output:

210～425t/studiestheduplicatependulumSingle-cylinderHydraulicConeCrusherthemovementanalysis,Vbeltchoice,theanalysiswhichtheSingle-cylinderHydraulicConeCrusher,thetoothedrackwears,eachkindofoperationalparameterchoice,operatingmechanismoptimization.

Keywords:

Single-cylinderHydraulicConeCrusher;Transformation;design；

单缸液压圆锥破碎机

1绪论

在中国国内的铁矿石品位一般在百分之一二十的较多，以华北地区（内蒙古、河北、山西、河北）为例，多数的矿区铁矿石的品位在20%以下。

目前个体矿场中普遍使用的破碎方式是两级颚破的配置，然后进入磁选，再进入球磨机的生产流程。

为了达到更高的生产效率，需要将进入球磨机的物料尽可能的细碎，也就是说球磨机之前的破碎机要具备很好的细碎能力，将铁矿石破碎到最小的粒度。

要达到这样的破碎效果，工艺上可以采用两级颚破加细碎的配置。

两级颚破就是粗细颚破，这是很常见的设备类型，关键是第三级的细碎设备的选择。

常见的细碎设备有锤破（立式、卧式）、高效细碎机、圆锥等类型

圆锥破碎机应用在金属矿（铁矿、铜矿、钼矿）是世界上的流行做法，尤其在大型的矿场圆锥破的应用十分的普遍。

圆锥破碎机分为弹簧圆锥破碎机、多缸圆锥破碎机和单缸圆锥破碎机。

圆锥式破碎机利用破碎锥在壳体内锥腔中的旋回运动，对物料产生挤压、劈裂和弯曲作用，粗碎各种硬度的矿石或岩石的大型破碎机械。

装有破碎锥的主轴的上端支承在横梁中部的衬套内，其下端则置于轴套的偏心孔中。

轴套转动时，破碎锥绕机器中心线作偏心旋回运动它的破碎动作是连续进行的，故工作效率高于颚式破碎机。

但仅适用于中碎或细碎作业的破碎机械。

中、细碎作业的排料粒度的均匀性一般比粗碎作业要求的高，因此，在破碎腔的下部须设置一段平行区，同时，还须加快破碎锥的旋回速度，以便物料在平行区内受到一次以上的挤压。

中细碎作业的破碎比较粗碎作业的大，故其破碎后的松散体积就有较大的增加。

为防止破碎腔可能因此引起阻塞，在不增大排料口以保证所需的排料粒度的前提下，必须通过增大破碎锥下部的直径来增大总的排料截面。

圆锥破碎机的排料口较小，混入给料中的非破碎物更易导致事故，且因中、细碎作业对排料粒度要求严格，必须在衬板磨损后及时调整排料口，因而圆锥破碎机的保险和调整装置较之粗碎作业更为必要。

研究的目的和意义

随着我国国民经济的快速发展，矿产资源的综合利用技术与其产业迅猛前进，到1999年我国已建成10879座国有大中型矿山和227854个乡镇集体企业，全国矿石采掘总量超过50亿吨，矿业总产值为4000亿元。

物料的破碎是许多行业（如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷筑路等）产品生产中不可缺少的工艺过程。

由于物料的物理性质和结构差异很大,为适应各种物料的要求,破碎机的品种也是五花八门的。

就金属矿选矿而言,破碎是选矿厂的首道工序,为了分离有用矿物,不但分为粗碎、中碎、细碎,而且还要磨矿。

因为破碎是选矿厂的耗能大户（约占全厂耗电的50%）,为了节能和提高生产效率,所以提出了“多碎少磨”的技术原则。

这使破碎机向细碎、粉碎和高效节能方向发展。

另外随着工业自动化的发展,破碎机也向自动化方向迈进（如国外产品已实现机电液一体化、连续检测,并自动调节给料速率、排矿口尺寸及破碎力等）。

随着开采规模的扩大,破碎机也在向大型化发展,如粗碎旋回破碎机的处理能力已达6000th。

至于新原理和新方式的破碎（如电、热破碎）尚在研究试验中,暂时还不能用于生产。

对粗碎而言,目前还没有研制出更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破机,主要是利用现代技术,予以改进、完善和提高耐磨性,达到节能、高效、长寿的目的。

细碎方面新机型更多些。

总的来看,值得提出的有:

颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机和辊压机。

而应用最广泛的就是圆锥式破碎机。

随着矿山技术的不断发展，圆锥破碎机也分为好几种，包括弹簧圆锥破碎机、CS系列高效弹簧圆锥破碎机、HPC液压圆锥破碎机和HCS高效液压圆锥破碎机等。

在单缸圆锥破碎机的液压系统中，一般使用一种具有双向工作的油泵，在油泵正转和反转的时候，底部液压缸中的油液被泵入或者吸出，从而使得主轴上下运动。

而实现这个动作的方式非常简单，通过控制按钮让油泵正反转就能轻松实现。

底部液压缸的一个功能在于补偿内、外锥衬板的磨损。

当衬板磨损之后内外锥之间的间距就变大了，石料的粒度也就变大了。

采用手动方式可以适当把主轴和内锥升高从而减小内外锥之间的间距，石料的粒度也就能够变小了，这些操作也可以由控制系统的自动磨损补偿功能完成。

单缸圆锥破的底部液压缸与一个蓄能器相连接，当破碎腔内进入了硬物或者铁块的时候，内外锥之间形成了很大的撑开力，这个力会刚性传递给底部的液压缸，使得液压缸内压力急剧上升。

当撑开力（液压缸油压）大到一定的程度，就会迫使液压缸内的油向蓄能器流动，从而使得主轴下降，内外锥之间的间距增大，使硬物或者铁块被排出。

由于是单缸结构，这种过铁保护结构十分的简便可靠。

单缸圆锥破的破碎腔在过铁的时候可以迅速张开，过铁结束后可以缓慢的恢复到正常的开口尺寸；弹簧圆锥破碎机在过铁的时候破碎腔是瞬间急性恢复，对设备自身的冲击和震动很剧烈，是一个较大的缺点。

单缸液压圆锥破属于国际领先的技术水平，尤其在控制上实现了完全智能化控制，单缸调节机构使得设备的调节十分方便，即使在设备运行的过程中，也能够轻松的实现排料口的任意调节（这个功能是弹簧圆锥破较难实现的）。

智能型的自动化控制系统使得破碎机始终处于最佳工作状态，并实现内外锥衬板磨损的自动补偿功能（这个功能是弹簧和多缸圆锥破不可实现的）。

准确设定和调整排料口大小，也可以自动完成磨损件的磨损量补偿。

同时，由于采用了单缸的机械结构，整个机型十分紧凑，没有了很多的油管油路，没有了很多的外挂调节机构。

因此，单缸圆锥破外形简洁流畅，体积小重量轻，而生产能力却大幅度获得了提升，可以说是最先进的圆锥破碎机。

单缸液压圆锥破碎机是最近研制的一种先进的大功率、大破碎比、高生产率的液压式破碎机。

该机是在消化吸收了各国具有80年代国际先进水平的各类型圆锥破碎机的基础上研制成的。

它与传统的圆锥破碎机的结构在设计上显然不同，并集中了迄今为止已知各类型圆锥破碎机的主要优点。

适用于细破碎和超细破碎坚硬的岩石、矿石、矿渣、耐火材料等。

而我们在这个设计中主要是为了满足给矿宽度：

285（mm）；最大给矿尺寸：

240（mm）；最大过铁尺寸：

100（mm）；产量：

的生产要求。

单缸液压圆锥式破碎机的组成和国内发展与现状

单缸圆锥液压圆锥破碎机主要由机架、水平轴、动锥体、平衡轮、偏心套、上破碎壁（固定锥）、下破碎壁（动锥）、液力偶合器、润滑系统、液压系统、控制系统等几部分组成。

单缸液压圆锥破碎机工作时，电机带动破碎机的小齿轮，小齿轮带动大齿轮，大齿轮组件（大齿轮、大齿轮架、偏心钢套）带动偏心套组件（偏心缸套、偏心铜套）和主轴组件（主轴、内锥、内锥衬板）以理论垂直线为中心，在铜衬套内公转，主轴组件在偏心铜套内以主轴的中心线可以实现自转。

空机运行的时候，偏心套组件“抱着”主轴组件和随大齿轮一同公转，当物料加入到破碎腔后，主轴总成（主轴、内锥）在物料的阻力下在偏心铜套内缓慢的自转。

内锥的运行轨迹看起来是在破碎腔内来回摆动，同时缓慢的旋转。

物料被摆动的内锥挤压破碎。

从1953年开始生产侧面排矿的旋回式破碎机，于1958年自行设计制造中心排矿的500、700、900、1200旋回破碎机之后，为了适应水泥行业的需要，1959年又制造了700、1000、1200腭旋式破碎机，并制造了500、700、900、1200底部单缸液压旋回式破碎机。

为了满足冶金工业发展需要，1970年研制了大型旋回式破碎机。

也曾设计制造顶部单缸900液压旋回破碎机，并装有自动调整排料口与过铁报警装置，但在某矿使用效果不佳。

经过多年实践摸索，于80年代研制1200/140轻型底部单缸液压旋回式破碎机，经运转实践证明效果很好。

近几年又研制出PX1400/170底部单缸液压旋回破碎机，其设计能力为1750t/h，实际达到2508t/h，是设计值的倍，同时其排料中细颗粒含量较多，大于排料口尺寸的颗粒仅占%。

目前机械式旋回破碎机将逐渐被液压旋回破碎机所代替。

圆锥破碎机是1953年开始仿苏2100和1650弹簧圆锥破碎机。

1954年开始自行生产了1200弹簧圆锥式破碎机。

1958年设计制造大型2200弹簧圆锥破碎机。

70年代又研制了1200、1650、2200单缸液压以及1200、1750、2200多缸液压圆锥破碎机。

以后经过多年反复研究、实践，克服了旧系列的弹簧压力不足，零件强度低以及结构上的某些缺点，现已批量生产了新系列弹簧圆锥式破碎机，有600、900、1200、1750、2200五个规格十四种腔形；底部单缸液压圆锥破碎机有900、1200、1650、2200四个规格十二种腔形；多缸液压圆锥式破碎机有1200、2200两个规格四种腔型。

目前以达到系列化、规格化、标准化的程度。

与世界先进国家同类破碎机比较，在质量和性能上还有差距。

因此，近年沈阳重型机器厂引进美国诺德贝公司西蒙斯与旋盘式破碎机并共同合作生产这种产品。

此外，某选矿厂引进美国阿里斯-卡尔莫斯公司（简称AC公司）底部单缸液压圆锥式破碎机和旋盘式破碎机。

有的水电站采用48in和66in旋盘破碎机，用于人工造砂。

600、900旋盘破碎机在某金矿使用效果较好。

惯性圆锥式破碎机是前苏联独家产品，其专利已转让给美国、日本和西欧等国。

国内也有与Moxanoop选矿院合作，生产这种属世界一流的破碎机，国内使用NM-600惯性圆锥破碎机效果很好。

近年国内各厂引进了HP系列圆锥破碎机、Omni圆锥破碎机和G型圆锥破碎机。

国内引进国外先进破碎机技术设备有成功的也有失败的，两方面都应认真总结，为今后引进技术设备和发展国内破碎机行业提供宝贵经验。

设备向大型化发展是国外矿山机械的普遍趋势。

为了提高生产效率，简化生产流程，降低基建投资和操作维修费用等，均要求矿山机械设备小大型化发展。

特别是矿品位日趋贫化，采矿和选矿规模不断增加，以及能源费用急剧上涨，故尽力采用高效、节能、低消耗的大型设备。

近年来这些大型设备成功的应用，证明了机械大型化的优越性。

但是，对圆锥破碎机却有些例外，它的大型化发展很缓慢，从70年代末到目前，最大规格的圆锥破碎机也仅仅是3000mm，经实践证明，它的大型化并不像其他矿山机械设备大型化那样优越。

所以圆锥破碎机则向高能化发展，并经实践已取得成功。

高能圆锥破碎机首先是由美国AC公司研究提出的，最近已得到大家的认可。

所谓高能圆锥破碎机，时间上就是在原有圆锥破碎机基础上，对破碎机内部结构和机械参数作了改进，装有更大功率的电动机，使之产生更大的破碎力，达到更高的产量和更细的产品，他的理论观点是：

当给料块一定，产品越细则破碎比越大，所消耗的能量越高，即产品细粒含量的百分数与输入功率成正比。

破碎机的产量与排料口成正比。

但要获得更小的排料口。

破碎记的功率、产量、粒度的基本关系是：

当物料性质一定，物料粒度一定时，破碎机输入功率增加，其产量相应的增加；当产量一定时，破碎机输入功率增加，则产品粒度将相应的减小。

综上所述，输入破碎机更多的能量，是中细碎圆锥破碎机特别是超细碎机发挥更大效率的关键。

能量的增加既可提高破碎机产量又可降低产品粒度。

为了说明高能破碎及效果，在菲律宾Atlas公司Carmen选矿厂使用的2130mmAC公司液压单缸破碎机，与该公司Bige选矿厂使用的2130mm西蒙斯破碎机进行了对比试验，得出的数据见表1

表1两选矿厂使用两种破碎机的数据比较

项目选矿厂

Bige选矿厂

Carmen选矿厂

中细碎破机功率P/HP

350

500

中细碎电耗/（kW·h/t）

中细碎成本/（比索

/t）

衬板寿命/m

2～3

5～6

产品粒度d/

10020

947

①HP为英马力，1HP=

②比索是菲律宾币

从表1中数据对比可知，高能圆锥破碎机优于西蒙斯圆锥破碎机。

破碎机的出现已有百余年的历史，虽然国外先进的各类破碎机国内都有引进，但国内相关制造厂家和研究机构在消化吸收这方面做的很不够。

数据显示，日本和韩国在引进技术和用于对引进技术消化的投资比例是1∶5，而国内企业的比例是1∶。

早在上世纪70年代，国内厂家就开始仿制AC公司的底部单缸液压圆锥破碎机，但是由于技术水平、材料质量等原因，效果一直不太理想，产品使用性能及寿命和国外产品相比仍有较大差距，未能充分体现该设备的技术先进性。

2000年4月我国又发布了由沈阳重型机械集团有限公司起草的JB/T2501—2000行业标准《单缸液压圆锥破碎机》，取代老的JB/T2501-78行业标准。

制约国产单缸液压圆锥破碎机的主要问题有以下几个方面。

（1）材料

单缸液压圆锥破碎机是依靠动锥单向挤压和弯曲研磨作用实现连续破碎物料，以挤压破碎为主，构件摩擦、磨损严重，所以破碎机的性能很大程度上依赖于构件高效耐磨材料的应用。

如高锰钢或特种合金的动锥、定锥衬板，巴氏合金或铸造铜合金的锥衬套，支撑圆锥齿轮及偏心轴套重量及受力的钢及青铜制成的止推圆盘，具有高冲击韧性的特种钢机架，球面轴承的材料，以及其它许多合金结构钢件、碳素钢铸件等。

而国内在耐磨材料、热处理工艺等方面与国外都存在不小差距。

所以，提高耐磨材料性能，延长易损件寿命是国内单缸液压圆锥破碎机发展的重要方向，也是所有破碎机乃至整个制造业的共同需要及今后发展的关键。

（2）结构设计

单缸液压圆锥破碎机结构看似简单，却代表了整个行业设计、制造、工艺等综合水平，国内由于整体技术水平的差距，一直缺乏有效的现代设计方法、实验手段及工艺措施，如破碎机CAD、虚拟样机及破碎机的优化设计等，产品性能和可靠性仍有差距，产品开发周期长。

单缸液压圆锥破碎机破碎腔的优化设计是其结构设计的关键，破碎腔的形状是由动锥衬板外表面、定锥衬板内表面所构成的空间，研究衬板的磨损能够真实的反映物料在破碎腔中与衬板的接触情况，分析衬板的磨损情况可以找到它的磨损特征和磨损规律，从而可以设计出最佳腔形。

而影响衬板磨损的因素很多，如物料硬度和研磨性、被破碎物料数量、物料的粒度和水分、破碎机规格以及给料方式、操作条件等。

单缸液压圆锥破碎机是靠偏心部件的偏心进行工作的，偏心部件动锥在工作时相对定锥的绝对自转角速度是偏心轴套角速度和动锥相对于偏心轴套的相对角速度之和。

掌握动锥运动规律，从而在设计破碎机时确定最佳运动状态，使用破碎机时制定合理工作制度，正确分析故障都有非常重要的意义。

破碎机的动锥和偏心轴套的质心都不在其回转中心线上，在设备运转过程中必然产生惯性力和对固定点（顶端球面轴承中心）的惯性力矩，特别是在破碎机空转或由空转过渡到有载运转的过程中，会产生一种随偏心轴套回转而周期性变化的作用力，从而引起破碎机有害的冲击振动，必须很好的平衡。

由于缺乏有效的现代设计、计算方法和实验手段，国内在确定衬板磨损曲线、优化破碎腔结构、设备运动及动力学分析等方面一般还停留在定性的分析和引进、测绘上，全面开展研究、实验工作，是发展破碎机所必需的，是研制先进破碎机的基础，是赶超世界先进水平的基本条件。

（3）液压系统

单缸液压圆锥破碎机液压系统的主要作用是液压调整排料口和液压保护以及润滑，国内主要问题集中在液压系统的稳定和液压元器件的质量上。

液压元件及密封件质量达不到要求，容易漏油，起过铁保护作用的蓄能器没有质量保证。

（4）正确的使用维护

单缸液压圆锥破碎机虽然结构简单可靠，但在其使用过程中必须严格按操作规程进行，国内许多用户却往往由于粗心或缺乏经验等造成操作维护不当，不能保证其发挥最佳性能。

如是否按要求真正做到整个破碎腔都挤满物料；而不是仅在动、定锥衬板上缘给料空间充满物料，是否按时添加润滑油、润滑脂，是否及时清理横梁及破碎腔内的树根、电线、铁丝等杂物。

所有这些工作中忽略的细节必然会加速易损件的磨损，造成油路不畅等，积累到一定程度后往往会造成重大经济损失，甚至导致设备报废。

单缸液压圆锥破碎机从简化破碎机结构、减轻重量、易于实现自动控制等方面看，有着明显的先进性，推广使用新型单缸液压圆锥破碎机取代弹簧式圆锥破碎机，对于减轻劳动强度、提高整体经济效益大有好处。

国产单缸液压圆锥破碎机的普及还需要一段时间的积累和探索，引进国外先进的破碎技术和装备，关键在于消化和吸收，并将其国产化。

要缩小差距并赶超国外先进技术，必须增加投入，提高耐磨材料性能，提高设计制造工艺水平，采用现代设计方法，借以提高产品性能和可靠性，缩短产品开发周期，适应WTO带来的国际竟争。

基本结构和工作原理

图1所示为单缸液压圆锥破碎机。

破碎机是由上架1和下架3两部分组成。

下架有中心套筒，它里面装直衬套，偏心轴套4装在直衬套里，并由顶部平面轴承支撑。

主轴插在偏心轴套4内孔衬套里主轴下端支承在球面止推轴承上。

主轴中部装有动锥体，锥体外套上锰钢衬板，两者之间铸锌，使之贴紧。

上部用防尘螺母压紧。

上横梁的中心套筒里面装有锥心衬套，株洲的头部支靠在这个锥心衬套的锥面上。

电动机通过传动轴5、锥齿轮驱动偏心轴套4旋转，迫使动锥2作旋摆运动，从而使破碎腔中矿石受到挤压和弯曲而破碎。

图1单缸液压圆锥式破碎机

1-上架2-动锥3-下架4-偏心轴套

5-传动轴6-液压缸

防尘装置是由密封圈，中间防尘垫和底部防尘圈以及密封筒所组成。

底部防尘圈用螺钉固定在动锥体下部；中间防尘垫是靠橡皮涨圈压在密封筒上，密封筒用螺钉固定在机架中心套筒上。

中间防尘垫的底部球面半径和底部防尘圈的球面半径相同，因此接触比较严密。

顶部防尘圈是浮动在中间防尘垫上，它的上面和动锥突缘有很小的间隙。

当下落动锥时，是靠动锥突缘推动顶部防尘圈，它又推动中间防尘垫。

当动锥上升时，是靠底部防尘圈推中间和顶部防尘圈。

这样，才能保持各防尘圈的接触面总是接触，即不会因动锥上升或下降影响防尘作用，这也是为什么中间防尘垫用橡皮涨圈与密封筒相连接的道理。

球面轴承是由三块止推盘（图2）组成。

主轴借助螺钉12与上摩擦盘10连接，中间摩擦盘9和下摩擦盘8压在液压缸活塞5顶上，并用圆柱销7固定。

图2底部液压油缸结构

1-缸盖2-O形密封圈3-密封盘4-下缸套5-活塞

6-缸体7-圆柱销8-下摩擦盘9-中摩擦盘

10-上摩擦盘11-上缸套12-螺钉

排矿口的调整与保险原理见图3。

液压系统见图4。

当减小排矿口时，将液压油从油箱1中经过液压泵2和阀5、6、12压入液压缸13的下方，液压缸13的活塞顶起动锥，使排矿减小（图3a）。

当增大排矿口时，将液压缸13活塞下方的部分高压油，通过外螺纹截止阀6和手动换向阀5放回油箱1，动锥降落，使排矿口增大（图3b）。

当过铁时，由于动锥向下的垂直作用增大，使液压缸活塞下方油压大于5MPa时，油进入蓄能器10，将氮气压缩，活塞和动锥一起下降，排矿11增大（图3c）。

铁块被排出后，在氮气的压力作用下，动锥恢复原位，破碎机继续工作，完成了过铁保护。

c）

图3液压调整与保险原理

a）动锥上升排矿口减小b）动锥下降排矿口增大

c）过铁时排矿口增大，液压油进入贮能器

若破碎机发生堵矿现象时，可使动锥上升、下降，如此反复进行几次，便能排出堵矿。

破碎机油箱和液压缸的水平截面相等。

液压系