鋼包加蓋裝置舉升機構的設計含8張CAD圖,鋼包,加蓋,裝置,舉升機,設計,cad
開題報告
開題報告
1 選題背景及意義
1.1 課題名稱：鋼包加蓋裝置舉升機構
1.2 本課題國內外研究的歷史和現(xiàn)狀
鋼鐵工業(yè)作為國民經濟支出產業(yè)，對國民經濟建設發(fā)展做出了突出的貢獻。鋼鐵工業(yè)對于國家的重要性不言而喻。隨著我國市場經濟的不斷發(fā)展，用戶對鋼材質量提出了越來越高的要求。為了更好地適應這種要求，提高鑄坯質量成為提高鋼材產品質量的前提，也是提高武鋼產品競爭力的重要保證。轉爐擴容后，鋼包旋轉塔現(xiàn)已是超負荷運行了，為此對大臂進行了專門加固處理，但回轉支承的壽命短仍無法解決，如再在大臂上面增加近10t重的加蓋裝置，勢必增加旋轉塔的負荷，為此，首先對大臂受力進行分析，根據(jù)原設計，旋轉塔大臂能同時承受兩個120t的鋼包，即單邊承重120t，兩邊共承重240t。實際上這種狀況在生產過程中是不可能出現(xiàn)的，因為在生產開始時，首罐鋼水和結束時最后一罐鋼水，旋轉塔只能是單邊承受一罐鋼水，在生產過程中也只是在上一罐鋼水快澆完時下一罐鋼水才到旋轉塔上，這時旋轉塔兩邊，一邊是重罐，另一邊則是空罐。在設計加蓋裝置時，可將其設計為移動式。使其能在旋轉塔大臂上走行，其重心也可以通過大臂的中點分別向兩端移動。坐重罐時，小車駛向大臂另一端，小車的自重加上空罐的重量也不到50t，不超原設計負荷，完全能保證大臂在原設計的負荷條件下安全運行。且小車永遠是在坐重罐時大臂接收臂的另一端，這樣還可以平衡掉部分坐重罐時的負載，關于回轉支承的壽命問題，由于回轉支承的損壞主要是因坐重罐時大臂單邊受力負載過大而造成的。移動式加蓋裝置的自重在坐罐時可平衡掉部分坐重罐時的負載，有利于改善回轉支承的受力狀況。
1.3 課題研究的目的、意義
1.3.1 本課題的研究有什么實際作用：
中問罐鋼水的過熱度是直接影響鑄坯質量的重要因素，為了提高拉速和鑄坯質量，越來越多的鋼種要求用低過熱度澆注。如：硅鋼、高碳鋼等要求更低的過熱度澆注，以獲得高的等軸晶率，提高鑄坯質量。另外，穩(wěn)定拉速甚至恒速澆注也是提高鑄坯質量的一項重要措施。以上這些要求的前提條件是中間罐溫度的穩(wěn)定，穩(wěn)定中間罐溫度的一個重要措施就是鋼包加蓋。
1.3.2 課題的理論和學術價值
大學期間，我們先后學習了《機械制圖》、《機械原理》、《機械設計》、《機械制造工藝學》、《軋鋼機械》、《液壓傳動》、《理論力學》、《材料力學》等課程，這些專業(yè)課程的學習為我們展開此次設計奠定了一定的專業(yè)理論基礎。此次設計，就是要實現(xiàn)將這些理論知識與生產實踐相結合，理論服務與實踐，以達到學以致用的目的。誠然，要對現(xiàn)有生產設備進行改造，就要掌握相關設備技術知識和工藝流程。同時，我們要盡可能多的了解相關專業(yè)知識，這樣才可以設計出更好的設備。在對現(xiàn)有設備有充分了解的基礎上，結合我們所學的專業(yè)知識，在滿足現(xiàn)場工藝條件下提出自己的改進方案，使設備能夠更好地完成任務，要提高產品質量和生產效率。
2 總體設計要求
2.1設計內容
查閱有關資料 30 篇，其中外文文獻不少于8 篇，翻譯一篇相關外文資料。設計方案論證，設計計算。繪制裝配圖，零件圖等設計圖紙折合A1 不低于6--8 張，編制設計說明書50 頁左右，撰寫設計計算說明書，具體要求依照《武漢科技大學本科畢業(yè)設計（論文）規(guī)范化要求》執(zhí)行。
3 主要設計思路
3.1 整體框架的搭建
鋼包加蓋裝置舉升機構設計動力裝置選擇，液壓缸的設計，
3.2動力裝置選擇
計算液壓缸支撐通過力臂支撐起鋼包蓋所需要的力，選擇適當?shù)囊簤罕谩?
3.3液壓缸的設計
首先計算支撐鋼包蓋液壓缸壁所需要承受的應力，再選擇制作液壓缸的材料，設計液壓缸壁的厚度。
4 論文設計中可能遇到的困難和問題
1 液壓缸的設計。
2 為了適應人機工程學要求，如何對個聯(lián)接機構進行合理優(yōu)化設計
3、如何保證整個機構的聯(lián)動性，并且保證各個部位協(xié)同動作、同步動作，并且還要滿足生產要求。
5 進度安排
時 間 進 度
1～2 周
到工廠實習，進一步熟悉鋼卷出口輸送輥道和相關設備工作原理，查閱相關資料并初步擬定設計方案；
3～5 周
學習相關知識，了解機械設計的行業(yè)標準，比較各設計方案的優(yōu)劣，嘗試機構的改進設計，完成實習報告和開題報告；
6～7 周
確定鋼包加蓋裝置舉升機構結構設計的最終方案，并完成初步的計算和結構設計；
8～12 周
對設計進行計算檢驗和校核，進行相應調整并畫出草圖；
13～15 周
整理設計資料，撰寫、打印論文及設備使用說明書；
16 周
準備畢業(yè)答辯。
6 參考文獻
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5
摘 要
連鑄鋼水必須具備穩(wěn)定而合適的溫度，不得過高或過低，鋼水溫度過高，會使連鑄坯柱狀晶體發(fā)達，將促進中心偏析、疏松和裂紋等的發(fā)展；鋼水溫度過低，會在鋼包或中間包結合凍結，導致澆鑄中斷并惡化連鑄坯的表面質量。一般來說，在整個澆鑄過程中鋼水溫度必須穩(wěn)定均勻，其波動范圍應小于20oC。為了保證連鑄過程的連續(xù)性和鋼坯的質量，必須保證鋼水溫度不能過低以及鋼水的溫度變化不能過大，本設計就是按照這個目的展開研究。經對連鑄過程的研究，發(fā)現(xiàn)鋼水在鋼包中容易產生熱量流失，本設計采用給鋼包加蓋的方法減少鋼水熱量的流失。通過給鋼包加蓋能很好地減少鋼水在鋼包的移動過程中熱量的流失，能夠減小鋼水溫度的變化幅度，提高鋼坯的質量。鋼包加蓋裝置能很好地提高連鑄的穩(wěn)定性，提高連鑄鋼的質量，提高連鑄鋼的合格率，是對連鑄技術的一項有效的改進。
關鍵詞： 液壓缸 懸臂梁 液壓油 舉升機構
Abstract
Continuous casting steel must have stable and suitable temperature, not too high or low, molten steel temperature is too high, can make the casting billet columnar crystal developed, will promote the center, loose and crack segregation and development; The molten steel temperature too low, can be in ladle or tundish, lead to cast with frozen break and deterioration of the surface quality of casting billet. Generally speaking, in the whole process of cast steel temperature must be uniform stability, and the fluctuation range should be less than 20 oC. In order to guarantee the continuity of the slab continuous casting process and the quality of the molten steel temperature, we must ensure that not too low and the molten steel temperature change can not be too big, this design is according to this purpose launched research. Through the analysis of continuous casting process, found in the molten steel ladle easy to produce the heat loss, this design USES the method of the ladle to reduce molten steel heat leakage. Through to the ladle can well reduce molten steel in the process of moving the ladle of heat loss, can reduce molten steel temperature the extent of change, improve the quality of the billet. Ladle the device can very well to improve the stability of the continuous casting, improve the quality and improve even cast steel even the qualified rate of cast steel, is a continuous casting technology for the effective improvement.
Keywords：Hydraulic cylinder cantilever Hydraulic oil Lifting mechanism
目 錄
緒論 1
1.1 鋼鐵行業(yè)現(xiàn)狀 1
1.2 價格波動對鋼鐵上下游產業(yè)鏈的影響 1
1.3 鋼鐵行業(yè)在國民經濟中的地位及重要性 2
1.4 連鑄技術的發(fā)展 3
2 鋼包加蓋裝置舉升機構工況分析、工藝參數(shù) 3
2.1 起升載荷 4
2.2 回轉半徑 4
2.3 起升角度 5
2.4 工作周期 5
2.5 舉升機構總體結構設計 5
3 設計方案 6
4 懸臂梁的設計計算 7
4.1舉升液壓缸在懸臂梁上位置的確定 7
4.2 液壓缸與地面角度確定 7
4.3 懸臂梁結構形狀的設計 8
4.4 懸臂梁旋轉中心（主軸）的設計計算 10
5 液壓缸的設計計算 12
5.1液壓缸類型及安裝方式的選擇 12
5.1.1 12
5.2 液壓缸的主要性能參數(shù) 14
5.3 液壓缸幾何尺寸 的計算 15
液壓油的選用與維護 17
6 液壓缸主要零部件的設計 19
6.1 缸體組件 19
6.2 缸體計算 20
6.3 活塞組件 24
6.4 油口 27
6.5 活塞桿的導向、密封和防塵 28
小結： 32
參考文獻 33
致謝 35
36
緒論
我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展及其地位在近10多年的時間里，鋼鐵企業(yè)經歷了鋼鐵產品價格上下劇烈的波動。如何在價格波動劇烈的市場上找到一個規(guī)避價格風險的渠道，是鋼鐵企業(yè)目前最急切需要解決的問題。
1.1 鋼鐵行業(yè)現(xiàn)狀
目前的鋼鐵行業(yè)存在集中度不高，高端產品產能不足，低端產品嚴重過剩的局面。
1.集中度低。目前，中國大概有800多家鋼鐵企業(yè)，其中15家500萬噸以上規(guī)模的鋼鐵企業(yè)的產量占全國總產量的45%，而日本的前六大鋼鐵企業(yè)的產量就占據(jù)了日本全國產量的90%。從全球范圍來看，2004年，世界鋼鐵產量在800萬噸的前26家企業(yè)中，中國只占5家。在這種低集中度競爭改變前，國內鋼材價格仍然存在大幅波動的可能性。
2.產品結構不合理。2004年中國鋼產量達到2.72億噸，其中落后產能有8000多萬噸。產品結構不合理，導致了供求關系的矛盾突出?！ ?
3.供求關系的不平衡，價格波動影響了上市公司的經營業(yè)績。國內鋼廠總體上產品結構的不合理與供求關系的不平衡，導致了近期鋼材價格的下跌。鋼材價格的下跌勢必壓縮了鋼鐵企業(yè)的利潤空間。目前，相當部分鋼材產品價格已跌破成本。
從國內鋼鐵上市公司情況來分析，在當前現(xiàn)貨價格下跌時期，不僅影響現(xiàn)貨市場上鋼鐵企業(yè)的利潤，也影響鋼鐵企業(yè)在窗體底端資本市場的穩(wěn)定。
1.2 價格波動對鋼鐵上下游產業(yè)鏈的影響
原料價格、鋼材產品等的價格波動不僅對鋼鐵企業(yè)而且對鋼鐵行業(yè)的上下游產業(yè)鏈都會互有影響。
1.鋼廠上游產業(yè)———原材料
在2003年和2004年國內鋼材產品的價格上升時，鐵礦石的價格與鋼材產品價格呈正相關，是成本推動價格型；在2002年和2005年鋼材產品價格下跌時，原材料的價格與鋼材產品價格呈負相關的趨勢，可說是雪上加霜，這不僅是因為國內供求關系已轉變?yōu)楣┐笥谇螅袌鲆呀洶l(fā)生變化，而且由于我國鋼鐵企業(yè)對進口鐵礦石依賴程度越來越高，鐵礦石的價格呈現(xiàn)剛性，這也從側面說明鐵礦石的進口定價權不在我國鋼鐵企業(yè)手中，導致鋼鐵企業(yè)即無法控制成本，又無法鎖定利潤。
2.鋼材中間商———經銷商和消費者
目前，鋼廠的銷售模式中通過經銷商銷售的比例占絕大多數(shù)，同時，還做不到以銷定產。目前大型鋼鐵企業(yè)一到二個月調一次價，小鋼廠每周都會調價，而在現(xiàn)貨市場上可能每天的價格都在變化。在價格劇烈波動時，經銷商和消費者也面臨著虧損的風險與鋼廠違約的風險。
3.鋼廠下游企業(yè)———8大行業(yè)
無論是鋼鐵企業(yè)原材料價格的波動還是鋼鐵產品的價格波動都會影響到用鋼企業(yè)、下游行業(yè)的生產發(fā)展，同時，下游行業(yè)的發(fā)展波動也會反過來影響到鋼鐵企業(yè)的發(fā)展。 根據(jù)中國鋼協(xié)的有關統(tǒng)計，建筑、機械、輕工、汽車、集裝箱、造船、鐵道、石化等行業(yè)近年來一直占據(jù)主要用鋼前八位。當原材料價格或鋼材價格上漲時，汽車業(yè)、家電業(yè)等受影響最大。而家電業(yè)對原材料漲價相當敏感，而那些以低成本、低價格戰(zhàn)略擴張的公司此次又將首當其沖。相反，如果宏觀經濟收縮信貸、下游行業(yè)自身周期進入了供過于求的時期，那么反過來將降低下游行業(yè)對鋼材產品的需求。
1.3 鋼鐵行業(yè)在國民經濟中的地位及重要性
從2000年起，鋼鐵工業(yè)增加值占工業(yè)增加值的比重超過5%。2003年，鋼鐵工業(yè)增加值2824億元，占我國GDP的2.42%，可見，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展對我國的經濟發(fā)展做出了重要的貢獻。所以，鋼鐵行業(yè)是否能穩(wěn)步良好的發(fā)展對我國國民經濟發(fā)展有著舉足輕重的影響。綜上所述，在
宏觀調控的影響下，由于鋼鐵行業(yè)自身的集中度，銷售模式和產品結構都沒有達到一個合理的體制下，所以對于價格的波動沒有行之有效的規(guī)避方式。鋼鐵產品價格的波動所產生的影響，不僅僅是在鋼鐵行業(yè)內部，還涉及到與鋼鐵行業(yè)有關的產業(yè)鏈、 窗體頂端股票市場和國民經濟是否能良好運行等。所以鋼鐵行業(yè)是否能健康發(fā)展是一個關系國計民生的重大問題。
1.4 連鑄技術的發(fā)展
1)目前國外的常規(guī)連鑄生產已趨成熟，連鑄機的作業(yè)率普遍大于80％，大型板坯連鑄機連鑄約100～200萬t鋼才漏鋼一次，已基本可生產無缺陷鑄坯(包括合金鋼)。而中國連鑄機生產穩(wěn)定性較差，事故相對較多，作業(yè)率還偏低，鑄坯質量還有一定的差距。
??? (2)近終形連鑄連軋技術在國外已產業(yè)化或加快產業(yè)化步伐。目前，國外已投產和在建中的薄板坯連鑄連軋生產線約有50多套，薄帶連鑄已建多臺工業(yè)試驗機組，預計不久將實現(xiàn)產業(yè)化。而中國還處于起步階段。
??? (3)國外高效連鑄技術進一步發(fā)展。國外低碳板坯速普遍大于2m/min，最高可達3.0m/min；130mm×130mm和150mm×150mm低碳方坯最大拉速分別超過4m/min和3.5m/min，連鑄機生產效率大大提高。而中國還存在較大差距。
??? (4)國外的連鑄生產自動控制水平迅速提高。國外連鑄機中已普遍采用結晶器液面檢測與控制技術，主計算機鑄坯質量跟蹤和判定技術、漏鋼預報警與控制技術在大型板坯連鑄機中得到使用，智能化技術也有了很大發(fā)展(如智能化二冷段)。而中國自行設計的連鑄機總體控制水平還較低。
??? (5)國外精煉比迅速提高，相關配套技術同步發(fā)展。目前，國外精煉比已超過70％，中間包耐材壽命一般可達30h/包，最高約100h/包。而中國精煉比僅為20％，中問包最高壽命30h/包。
??? (6)合金鋼連鑄比國外較高。目前國外合金鋼連鑄比一般已達到80％以上，最高可達92％。而中國低于這個水平
2 鋼包加蓋裝置舉升機構工況分析、工藝參數(shù)
連續(xù)鑄鋼是在鋼水處于運動狀態(tài)下，采用強制冷卻的措施成型并連續(xù)生產連鑄坯的過程，其具體過程為：鋼水不斷的通過水冷結晶器，凝成硬殼后從結晶器下方出口連續(xù)拉出，經噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。連鑄產品合格率不僅僅取決于連鑄機本身。由于連鑄工藝的特殊性，需要連鑄的鋼種往往對鋼水的成分、夾渣、氣體含量、溫度有極為嚴格的要求。
連鑄鋼水必須具備穩(wěn)定而合適的溫度，不得過高或過低，鋼水溫度過高，會使連鑄坯柱狀晶體發(fā)達，將促進中心偏析、疏松和裂紋等的發(fā)展；鋼水溫度過低，會在鋼包或中間包結合凍結，導致澆鑄中斷并惡化連鑄坯的表面質量。一般來說，在整個澆鑄過程中鋼水溫度必須穩(wěn)定均勻，其波動范圍應小于20oC。為了滿足連鑄鋼水溫度的要求，首先必須嚴格控制出鋼溫度，使其在較窄的范圍內變化，其次，要最大限度地減少從出鋼、鋼包中、鋼包運送途中以及進入中間包澆鑄的整個過程中的溫降。
鋼包回轉臺上增設鋼包加蓋裝置，就是要盡量減少鋼水在澆鑄過程中鋼水溫降，保證澆鑄過程溫度穩(wěn)定，以穩(wěn)定拉速，提高鋼坯的質量。該機構具有工作環(huán)境惡劣（多塵、高溫1000oC）、舉升重量較大（>5000kg）、懸臂梁長度較長（>3500mm）的特點。
2.1 起升載荷
由設計條件：鋼包蓋直徑d=1800mm,厚度h=150mm
查表得鋼的密度: ρ=7.9×103kg/m3
鋼包蓋的質量 M=ρv=ρ×π/4×δ×d2=3014kg
鋼包蓋重 G=Mg=3014×9.8N=29537N
取G=30000N
2.2 回轉半徑
鋼包加蓋機構底座安裝在連鑄機鋼包回轉臺上，為滿足工作要求，選定機構的回轉半徑L=3600
2.3 起升角度
設定起升角度為19o
2.4 工作周期
根據(jù)連續(xù)鑄鋼鋼包澆注時間，確定鋼包加蓋機構的工作周期為2min，工作間歇為10min。在整個工作周期中，舉升機構工作頻繁，因此要求工作平穩(wěn)可靠，參照其工作特點，舉升機構選用液壓機構。
2.5 舉升機構總體結構設計
圖3.1為一鋼包回轉臺結構圖，設計的目的在于提供一種可與連鑄機鋼包回轉臺配套使用，可自動快速加蓋裝置。鋼包自動加蓋裝置要實現(xiàn)的功能主要包括：水平的旋轉運動和垂直的升降運動，以及加蓋和揭蓋動作，本設計主要解決的是鋼包加蓋裝置的垂直升降問題。
圖3.1 鋼包回轉臺
1——鋼包 2——傳動裝置 3——塔座 4——轉臂
3 設計方案
鋼包加蓋裝置如下圖所示：
圖3.2 鋼包加蓋方案
1——懸臂梁 2——支撐 3——回轉支承
4——液壓驅動器 5——鋼包蓋 6——轉臺
回轉支承3在動力裝置驅動下，帶動回轉臺6及懸臂梁1做旋轉運動，懸臂梁1通過支撐液壓缸2實現(xiàn)升降運動。兩運動結合起來實現(xiàn)鋼包快速自動加蓋。
4 懸臂梁的設計計算
4.1舉升液壓缸在懸臂梁上位置的確定
圖4.1舉升機構結構簡圖
如上圖所示：由起重臂、變幅油缸和轉臺組成的變幅機構三鉸點，是平面運動學的機構。為了減小變幅機構三鉸點的復雜程度，必須采取某些合理的邊界條件來約束某些設計變量。
4.2 液壓缸與地面角度確定
設在液壓缸在未舉升時與地面成60oC角。
4.3 懸臂梁結構形狀的設計
懸臂梁的受力情況如下所示
箱形梁是由鋼板焊接而成
鋼板的厚度δ=25
選擇材料為 Q235
安全系數(shù)n=3.0
許用應力 σ=130MPa
計算
抗彎截面系數(shù) ωx=(a4-b4)/(6a)
面積 A=2a3δ
抗彎截面模數(shù) ωx=I/e=4a3/3>=M/[σ]
M最大危險截面上的彎矩，許用應力[σ]=130MPa
FB+G臂+G蓋-FDa=0
MFB-MG臂B-MCB=0
MG臂B=G臂LBC/2
M=G蓋LBC
已知
G蓋=30000N
G臂=10800N
解得 FDa=96020N
假設此時懸臂梁的重力全部加到鋼包蓋上，此時
Mb= FDa×LBF-FCLBC=0
FC=34924N
FB=FCLFC/ LBF=61097N
MFB=8.02×104N*m
4.3.1 懸臂梁附屬結構的設計計算
圖4.7 液壓缸在懸臂梁上支撐點位置示意圖
圖 4.8 支撐點焊接結構圖
即其中心距懸臂梁下鉸點水平和垂直距離分別是1313mm和388mm。
4.3.2 懸臂梁上掛鉤液壓缸支撐點結構
圖 4.9 掛鉤液壓缸支點在懸臂梁上的位置示意圖
圖4.10 支撐點結構圖
即其中心距懸臂梁下鉸點的水平和垂直距離分別是; 550mm, 300mm。
4.4 懸臂梁旋轉中心（主軸）的設計計算
選用Q235作為本軸的材料
4.4.1 軸的情況
主軸的設計包括兩個主要內容：強度計算和結構設計。
軸的結構設計主要是用來確定軸的合理外形和軸的全部結構尺寸。軸的結構設計應滿足：軸及軸上零件能固定牢靠，定位準確；軸上零件應裝拆和調整方便；軸應具有良好的制作工藝。
4.4.2 軸的尺寸確定
1、 軸的徑向尺寸確定
本主軸只是用于作轉中心，其結構相對簡單。為確保滿足強度要求，選定軸端主要部分直徑為180mm。主軸與懸臂梁鏈接采用螺栓連接，螺栓孔為Ф30mm。為滿足鉆孔處強度要求，此處直徑增加為182mm。
主軸軸承采用滾動軸承，查表（GB/T276-1994深溝球軸承60000型10系列）選取型號為6028。其內徑d=140mm，外徑 D=210mm，寬度 B=33mm。
如下圖所示：
圖 4.11 深溝球軸承
軸承采用軸肩定位，其軸肩直徑由滾動軸承標準中查取。查表得軸肩直徑為：154mm。
2、 軸的軸向尺寸的確定
主軸各軸向尺寸如圖所示：
4.5 軸承端蓋的設計
由于滾動軸承D=210，查表得：
螺釘選用M18，即d3=18mm
e=（1-1.2）d3,，取中間值e=20mm
端蓋外徑D2=D0+2.5d3=300
4.13軸承端蓋
5 液壓缸的設計計算
支撐液壓缸是整個舉升機構的核心部件，其工作能力的高低決定了整個著被的工作能力。
5.1液壓缸類型及安裝方式的選擇
5.1.1 液壓缸的類型選擇工程用液壓缸的類型很多：
①按作用方式分，液壓缸分為單作用式和雙作用式兩大類。
單作用式液壓缸，其一個方向的運作考液壓力來實現(xiàn)，而反向運動則依靠重力或彈簧力等來實現(xiàn)。雙作用式液壓缸，其正、反兩個方向的運動都靠液壓力來實現(xiàn)。
②按不同的使用壓力，液壓缸又可分為中壓、低壓、中高壓和高壓液壓缸。對于機床類機械，一般采用中低壓液壓缸，其額定壓力為2.5MPa～6.3MPa；對于要求體積小、質量輕、出力大的建筑車輛和飛機用液壓缸多采用中高壓液壓缸，其額定壓力為10MPa～16MPa；對于油壓機一類機械，大多數(shù)采用高壓液壓缸，其額定壓力為25MPa～31.5MPa。
③按結構型式的不同，液壓缸又有活塞式、柱塞式、擺動式、伸縮式等型式。其中以活塞式液壓缸應用最多。而活塞式液壓缸又有單活塞桿和雙活塞桿、缸定式和桿定式的不同結構和運動方式。
根據(jù)鋼包加蓋機構舉升機構的工作條件，工作機構的結構特點、負載情況、速度要求、行程大小和工作要求，選取單桿雙作用液壓缸。其工作特點是何塞雙向運動產生推、拉力，活塞在行程了時不減速。
如下圖所示：
圖 5.1 單桿雙作用液壓缸
5.1.2 液壓缸安裝方式
液壓缸的安裝方式可分為很多種，主要包括法蘭安裝、耳環(huán)安裝、耳軸安裝、底座安裝等多種形式。有液壓缸安裝類型，選用耳環(huán)聯(lián)接型安裝形式。
如下圖所示：
圖 5.2 液壓缸安裝方式
5.2 液壓缸的主要性能參數(shù)
5.2.1 舉升液壓油缸的推力
當懸臂梁處于水平位置，滿載起臂時，對液壓缸上鉸點進行受力分析得：
F=FDa/cos30o=110800N
所以液壓缸的最大推力為110800N
去安全系數(shù)n=1.5，選推力F=2×105
5.2.2 工作壓力的選擇
查表選取液壓缸的工作壓力為20MPa。
5.2.3 速度比
表 5.1
公稱壓力（MPa）
<10
12.5～20
>20
速度比 ψ
1.33
1.46,2
2
依據(jù)表5.1，選取液壓缸的速度比為ψ=2
5.3 液壓缸幾何尺寸 的計算
5.3.1 液壓缸內徑D的計算
根據(jù)載荷的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸的內徑D
無桿腔進油時
F=D2p1-（D2-d2）p2
D=
若p2=0 則D===112mm
5.3.2 活塞桿直徑的計算
根據(jù)速度比的要求來計算活塞直徑
原則：活塞桿直徑可根據(jù)工作壓力或設備類型選取液壓缸的直徑，往復速度比有一定要求時：
d=D
D—--缸桶內徑
λ----往復速比
計算所得活塞桿直徑d亦應圓整為標準系列值。
由上式計算得d=88.4mm
查表JB826-66得，D、d應圓整為標準系列
D：8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、（90）、100、（110）、125、（140）、
160、（180）、200、220
d：4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、55、63、70、80、90、100、125
將其直徑圓整為缸徑 D=125mm，桿徑d=90mm。
5.3.3 舉升液壓缸的行程計算
AB=1580-1376·sin60=388.35mm
BC=625+1376·cos30=1313
tan∠ACB=0.2958
∠ACB=arctan0.2958=16.48o
∠ECD= arctan=21.6o
AC==1369mm
CD==1699mm
∠A，CD=(90+19—16.48—21.6)o=70.9o
cos∠A，CD=
所以A，D＝1799.6mm
所以液壓缸的行程為 A，D—AD=423.6mm
查表將其圓整為 450mm
液壓油的選用與維護
5.4.1液壓油的種類
在GB/T7631.2一87分類中的HH、HL、HM、HR、HⅤ、HG液壓油均屬礦油型液壓油,這類油的品種多,使用量約占液壓油總量的85%以上,汽車與工程機械液壓系統(tǒng)常用的液壓油也多屬這類。
以下分別介紹其規(guī)格、性能及其應用。
l.HH液壓油
按GB 7631.2一87分類,HH液壓油是一種不含任何添加劑的礦物油。這種油雖己列入分類之中,但在液壓系統(tǒng)中己不使用。因為這種油安定性差、易起泡,在液壓設備中使用壽命短。
2.HL液壓油(也稱通用型機床工業(yè)用潤滑油)
l)規(guī)格 HL液壓油是由精制深度較高的中性基礎油,加抗氧和防銹添加劑制成的。HL液壓油按40C運動粘度可分為15、
22、32、46、68、100六個牌號。
2)用途
HL液壓油主要用于對潤滑油無特殊要求,環(huán)境溫度在O’C以上的各類機床的軸承箱、齒輪箱、低壓循環(huán)系統(tǒng)或類似機械設備循環(huán)系統(tǒng)的潤滑。它的使用時間比機械油可延長一倍以上。該產品具有較好的橡膠密封適應性,其最高使用溫度為80’C。
3)質量要求
(l)適宜的粘度和良好的粘溫性能。要求油的粘度受溫度變化的影響小,即溫度變化不致影響液壓系統(tǒng)的正常工作。
(2)具有良好的防銹性、抗氧化安定性。
(3)其有較理想的空氣釋放值、抗泡性、分水性和橡膠密封適應性。
4)使用注意事項
(l)使用前要徹底清洗原液壓油箱,清除剩油、廢油及沉淀物等,避兔與其他油品混用。
(2)本品不適用于工作條件苛刻,潤滑要求高的專用機床。對油品質量要求較高的齒輪傳動裝置、液壓系統(tǒng)及導軌,應選用中、重負荷齒輪油、抗磨液壓油或HG液壓油。
(3)本油品代替機械油用于通用機床及其他類似機械設備的循環(huán)系統(tǒng)的潤滑,經濟效益顯著,能延長換油周糊,平均節(jié)約潤滑油1/3-1/2。
3.抗磨液壓油(HM液壓油)
l)規(guī)格 ,
抗磨液壓油(HM液壓油)是從防銹、抗氧液壓油基礎上發(fā)展而來的,它有堿性高鋅、堿性低鋅、中性高鋅型及無灰型等系列產品,它們均按40'C運動粘度分為22、32、46、68四個牌號。
2)用途
(l)抗磨液壓油主要用于重負荷、中壓、高壓的葉片泵、柱塞泵和齒輪泵的液壓系統(tǒng)J目YB一D25葉片泵、PF15柱塞泵、CBN一E306齒輪泵、YB一E80/40雙聯(lián)泵等液壓系統(tǒng)。
(2)用于中壓、高壓工程機械、引進設備和車輛的液壓系統(tǒng)。如電腦數(shù)控機床、隧道掘進機、履帶式起重機、液壓反鏟挖掘機和采煤機等的液壓系統(tǒng)。
(3)除適用于各種液壓泵的中高壓液壓系統(tǒng)外,也可用于中等負荷工業(yè)齒輪(蝸輪、雙曲線齒輪除外)的潤滑。其應用的環(huán)境溫度為一10'C-40’C。該產品與丁腈橡膠具有良好的適應性。
根據(jù)本設備的工作環(huán)境、工作條件、綜合考慮經濟性等因素，選用礦物液壓油。
6 液壓缸主要零部件的設計
單活塞桿液壓缸主要由缸底、缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿和導向套等組成。缸筒與缸底、缸蓋均采用螺栓連接?；钊c活塞桿采用螺紋連接。為了保證液壓缸的可靠密封，在相應的部位設置了密封圈和防塵圈。單桿活塞式液壓缸結構如下圖所示：
圖 6.1 液壓缸結構圖
液壓缸的主要零部件包括缸筒、活塞、活塞桿、油口等。
6.1 缸體組件
缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、缸底、油口等零件構成密封的容腔，用以壓力油液，它還是活塞運動的軌道。缸筒組件包括缸筒和缸蓋。這一部分的結構問題，一是缸筒與缸蓋的聯(lián)接方式；二是液壓缸的安裝固定方式。
6.1.1 缸筒結構
缸筒結構可分為很多種，通常根據(jù)缸筒和端蓋的連接形式選用。缸筒和缸蓋的連接方式與缸筒和缸蓋的材料及液壓缸的工作壓力等因素有關。工作壓力p較低（p<10MPa）時，常用鑄鐵材料做缸筒，其聯(lián)接方式多采用法蘭聯(lián)接，法蘭隨同缸筒同時鑄出。工作壓力較高（10MPa
20MPa）。
6.1.2 缸體材料
缸體毛坯選用鑄鋼ZG358。
6.2 缸體計算
6.2.1 缸筒壁厚的計算
對于低壓系統(tǒng)：液壓缸缸筒厚度一般按照薄壁筒計算。
當≥10，壁厚δ≥=8.3
Py---試驗壓力。
當額定壓力Pn≤16 MPa時，Py=1.5Pn
【σ】--缸體材料許用應力。對于鑄鋼，其許用應力為100～110MPa
由于δ/D==0.066<0.3
所以δ≥==13.27mm
將其圓整為δ=15mm
6.2.2 缸底厚度計算
選用平行缸底，且缸底無油孔，如下圖所示：
圖 6.2 缸底
缸筒底部為平面時，其厚度h可按照四周鉗住的圓盤強度公式進行近似計算：
h=0.433D
h—缸底厚度 m
D—液壓缸內徑 m
Py—試驗壓力 MPa
[σ]—缸底材料的許用應力 MPa
解得h=0.433*0.25*=26.5mm
6.2.3 缸筒長度L的計算
L=I+B+A+M+C
式中：I—活塞的最大工作行程
B—活塞寬度，一般為（0.6-1）D
A—活塞桿導向長度，取（0.6-1.5）D
M—活塞桿密封長度，由密封方式定
C—其他長度
L=450+100+90+40+300=975mm
6.2.4 缸體與端蓋聯(lián)接計算
缸體與端蓋的聯(lián)接形式包括法蘭連接、半環(huán)連接、內半環(huán)，其結構簡單、緊湊、裝卸方便，但因缸體上開了環(huán)形槽，強度削弱，螺紋連接、焊接連接、拉桿連接、螺栓連接等。
1. 缸蓋與缸體聯(lián)接計算
根據(jù)設備用途，本設備缸體蓋部的連接型式。參照表37.7-46選用法蘭聯(lián)接。如下圖所示：
圖 6.3 缸體與缸蓋聯(lián)接示意圖
此聯(lián)接的特點是結構簡單，易加工，易裝卸。
2. 缸底與缸體連接計算
本設計缸底與缸筒采用螺紋聯(lián)接。
螺紋處的拉應力為：σ=
螺紋處的切應力為
K—螺紋擰緊系數(shù)，因其為靜載荷，取K=1.3
K1—螺紋內摩擦系數(shù)，一般取K1=0.12
do—螺紋外徑
d1—螺紋內徑，當采用普通螺紋時，取d1= do-1.0825t
合成應力為：σ=
極端，查表GB/T5782-2000六角頭螺栓，選擇螺栓M20作為聯(lián)接螺栓。
6.2.5 缸體的制造加工要求
缸體內徑采用H8/H9配合?；钊没钊h(huán)密封，其表面粗糙度Ra為0.2～0.4um，需衍磨。
熱處理：調質HB≥241～285。
缸體內徑圓度公差按10級精度選取，圓柱度公差值按8級精度選取。
缸體斷面的垂直公差度按7級精度選取。為防止腐蝕和提高壽命，缸體內表面鍍以30～40um的鉻層。鍍后進行衍磨或拋光。
6.3 活塞組件
活塞組件，由活塞與活塞環(huán)組成，活塞通過螺紋與活塞桿連接。其特征在于活塞中部有一環(huán)形槽，環(huán)形槽截面為矩形?；钊h(huán)空套在環(huán)形槽中，活塞環(huán)是一橡皮環(huán)，活塞環(huán)高度小于矩形槽高度?；钊嗣嫔暇加信c活塞環(huán)內面相通的通道?；钊鈴叫∮谕搀w內徑，活塞環(huán)外徑略大于筒體內徑，本實用新型結構簡單，使用可靠，制造成本較低，使氣筒、壓縮式噴霧器、活塞式液泵的工作效率大大提高，且易損件更換方便。
6.3.1 活塞與活塞桿的連接
活塞與活塞桿連接有很多型式，如卡環(huán)型、軸套型、螺母型、焊接型等，所有型式都需要有鎖緊措施，以防止工作時由于往復運動而松開。本設備活塞和活塞桿的連接方式選用螺紋連接，如下圖所示：
圖 6.5 活塞、活塞桿聯(lián)接示意圖
1—活塞桿 2—活塞 3—密封圈 4—彈簧圈 5—螺母
6.3.2 活塞
1、活塞材料
用優(yōu)質碳素鋼35號
3、 活塞尺寸及加工公差
活塞寬度L=0.6～1.0d，本設備L取90mm。
活塞外徑的配合一般采用f9，外徑對內徑的同軸度公差度不大于0.02mm，斷面與軸線的垂直度公差不大于0.1mm，外表面的圓度和圓柱度不大于外直徑公差的一般?；钊耐鈭A粗糙度Ra值為0.3um。
6.3.3 活塞桿結構
本設備活塞桿采用實心桿。
1、 活塞桿的材料
活塞桿采用45號鋼。
2、 活塞桿的計算
1）活塞桿的直徑由前面的計算可知，d=90mm
2）活塞桿的強度計算
本液壓桿活塞桿在穩(wěn)定工作情況下，只受軸向的推力，可以近似地用直桿承受的拉載荷的簡單強度計算公式進行計算。
σ=≤σP
F—活塞桿的作用力 N
d—活塞桿的直徑 m
σP—材料的許用應力 MPa
活塞桿一般都有螺紋、退刀槽等結構，這些部位往往是活塞桿上的危險截面，需進行強度校核，危險截面的合成應力應滿足：
σn≈1.8≤σP
F2—活塞桿的拉力 N
d2—危險截面的直徑 m
由于本機構中，活塞桿不會承受拉力，所以不需要校核強度。
1） 活塞桿的彎曲穩(wěn)定性驗算
液壓缸的支撐長度=>10，因此需驗算活塞桿的彎曲穩(wěn)定性。
因為設備的承受力F完全在軸線上，主要按下式驗證：
F1≤
FK=
式中E1=
圓截面I=
FK—活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力 N
NK—安全系數(shù)，通常NK=3.5～6，本設備中取5
K—液壓缸安裝及導向系數(shù)，查表17-6-17得K=1.5
FK==
有前面的計算可知，活塞桿需提供的最大推力為2*105<2.46*105，所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。
3、 活塞桿的頭部結構
活塞桿的外端頭部與載荷拖動機構相連，為了避免在工作過程中產生偏心承載力，適用液壓缸的安裝要求，提高作用效率，同時考慮到液壓缸在工作室軸線固定不動時采用小螺栓頭連接型式。
圖 6.6 活塞桿頭部結構圖
查表17.6.14活塞桿螺紋尺寸系列（GB/50-1980）
選擇活塞桿螺紋直徑為85mm，螺距為3mm，螺紋長度130mm。
4、 技術要求
對活塞桿進行淬火處理，淬火深度為0.5mm。
活塞桿要在導向套中活動，取H8/h7配合。
6.4 油口
油口包括油口孔和油口連接螺紋，油口孔大多屬于薄壁孔。
查表得油口直徑d0=25mm
查表液壓缸油口連接螺紋（GB/Y2878-1993）,油口連接螺紋采用M42X2型，螺紋精度為6H
6.5 活塞桿的導向、密封和防塵
1）活塞桿導向套安裝在液壓缸有桿側端蓋內，用以對活塞桿進行導向，內裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側裝有防塵圈，以防止活塞后退時把雜質、灰塵及水分帶到密封處，損壞密封裝置。導向套的典型結構形式有軸套式和端蓋式兩種，本設備采用端蓋式加導向環(huán)。既在缸蓋中壓入導向套的結構，導向套的材料為青銅。其特點為價格便宜，更換方便，磨擦阻力小、低速啟動不爬行。
6.5.1 導向套長度的確定
導向套的主要尺寸是支承長度，通常按活塞桿直徑，導向套的型式，導向套的材料承壓能力、可能遇到的最大側向負載等因素來考慮。導向套長度過短，將使缸因配合間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性，因此，設計必須保證缸有一定的最小導向長度。一般缸的最小導向長度應滿足：
H≥
對于本液壓缸，即 H≥450/20+125/2=85mm
導向套滑動面的長度A，當缸徑大于80mm時，取A=(0.6~1.0)d。本設備取A=90mm
活塞寬度B=(0.6~1.0)D本設備取B=100mm.
6.5.2 加工要求
導向套外圓與端蓋內孔的配合多為H8f7，內孔與活塞桿外圓的配合多為H9f9、外圓與內孔的同軸度公差不大于0.03mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差的之半，內孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤滑。
6.5.3 密封裝置
密封裝置主要用來防止液壓油的泄漏。對密封裝置的基本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動提高密封性。密封圈的材料應具有較好的彈性，適當?shù)臋C械強度，耐熱耐磨性能好，磨擦系數(shù)小，與金屬接觸不互相粘著和腐蝕，與液壓油有很好的“相容性”?？刹捎媚陀拖鹉z、尼龍、聚氨脂作為密封圈材料。
因為設備工作環(huán)境是一個高溫、多塵的環(huán)境，為了防止液壓油泄露引起火災， 以及灰塵進入液壓系統(tǒng)，影響設備正常工作。固應對液壓設備采取密封措施。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形、及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。
O形密封圈
O形密封圈的截面為圓形，主要用于靜密封。與唇開密封圈相比，運動阻力較大，作運動密封時容易扭轉，故一般不單獨用于油缸運動密封。
O形圈密封的原理：任何形狀的密封圈在安裝時，必須保證適當?shù)念A壓縮量，過小不能密封，過大則磨擦力增大，易于損壞。因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關手冊給出的數(shù)據(jù)嚴格保證。
在動密封中，當壓力大于10MPa時，O形圈就會被擠入間隙中而損壞，為此需在O 形圈低壓側設置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈，雙向受高壓時，兩側都要加擋圈。
圖 6.7 O型密封圈
V形密封圈
V形圈的截面為V形，如下圖所示，V形密封裝置是由壓環(huán)、V形圈和支承環(huán)組成。當工作壓力高于10MPa時，可增加V形圈的數(shù)量，提高密封效果。安裝時，V形圈的開口應面向壓力高的一側。
圖 6.8 V型密封圈
其優(yōu)點主要包括：
（1） 結構簡單，制造方便，成本低；
（2） 能自動補償磨損；
（3） 密封性能可隨壓力加大而提高，密封可靠；
（4） 被密封的部位，表面不直接接觸，所以加工精度可以放低；
（5） 既可用于固定件，也可用于運動件
本液壓缸采用組合密封，對不同的部位采用不同的密封圈。
7、選擇液壓元件
確定液壓泵規(guī)格和驅動電動機功率
由前面工況分析，由最大壓制力和液壓主機類型，初定上液壓泵的工作壓力取為20Mpa，考慮到進出油路上閥和管道的壓力損失為（含回油路上的壓力損失折算到進油腔），則液壓泵的最高工作壓力為
上述計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外考慮到一定壓力貯備量，并確保泵的壽命，其正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右因此選泵的額定壓力應滿足：
液壓泵的最大流量應為：
式中液壓泵的最大流量
同時動作的各執(zhí)行所需流量之和的最大值，如果這時的溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量。
系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取，現(xiàn)取。
由于液壓系統(tǒng)的工作壓力高，負載壓力大，功率大。大流量。所以選軸向柱塞變量泵。柱塞變量泵適用于負載大、功率大的機械設備（如龍門刨床、拉床、液壓機），柱塞式變量泵有以下的特點：
1） 工作壓力高。因為柱塞與缸孔加工容易，尺寸精度及表面質量可以達到很高的要求，油液泄漏小，容積效率高，能達到的工作壓力，一般是（），最高可以達到。
2） 流量范圍較大。因為只要適當加大柱塞直徑或增加柱塞數(shù)目，流量變增大。
3） 改變柱塞的行程就能改變流量，容易制成各種變量型。
4） 柱塞油泵主要零件均受壓，使材料強度得到充分利用，壽命長，單位功率重量小。但柱塞式變量泵的結構復雜。材料及加工精度要求高，加工量大，價格昂貴。
根據(jù)以上算得的和在查閱相關手冊《機械設計手冊》成大先P17-174得：現(xiàn)選用XBY-F75，排量75ml/r，額定壓力28Mpa，額定轉速1500r/min，驅動功率58KW，容積效率，重量70kg，容積效率達93%。
由前面得知，本液壓系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在工作缸壓制階段，這時液壓泵的供油壓力值為28Mpa，流量為已選定泵的流量值。液壓泵的總效率。柱塞泵為，取0.82。
選用1000r/min的電動機，則驅動電機功率為：
故選用電機YH28UM-4，其額定功率為90KW。
小結：
通過近一個學期的設計工作，在鐘東階老師的悉心指導和嚴格要求下，我終于完成了《鋼包加蓋機構舉升機構》的設計。從課題選擇，方案論證到具體設計，每一步對我來說無疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn)，也成就了我在大學期間獨立完成的最大項目。在具體設計的過程中，我經歷了設計、論證、推翻，再接著設計這個循環(huán)往復的過程。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，從對CAD，WORD等相關軟件很不了解的狀態(tài)，我開始了獨立的學習和實踐，查看相關的資料和書籍，通過網絡查找蛛絲馬跡，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進都是我學習的改獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。從中我也充分認識到了檢索資源的重要性。在不斷修改中，我的設計日臻完善，每一次改進我都收獲良多，每一次修改后的成功我都能興奮好長一段時間。雖然我的作品不是很成熟，即使借鑒前人的很多資料仍然還有很多不足之處，但我仍然心里有一種莫大的幸福感，因為我實實在在地走過了一個完整的設計所應該走的每一個過程，并且享受了每一個過程，我可以自豪的說，這里面的每行文字，都有我的勞動
這次設計不僅是對我四年來學習的總結和回顧，同時也讓我深深的明白了自身的諸多不足之處，這也是今后在社會上學習的一種動力，我將會不斷地學習、不斷的充實自己。這次做論文的經歷也會使我終身受益，我感覺到做論文是要真真正正用心去做的和一件事情 ，是真正的自己學習過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文。希望這次的經歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。由于時間和自身能力有限，設計難免會存在著不足之處，懇請各位老師給予指正。
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23 Fabri M, Moore DJ, Hobbs DJ. Mediating the expression of emotion in educationalcollaborative virtual environments: An experimental study. International Journal ofVirtual Reality, 2004, 7, 67-81.
致謝
在畢業(yè)設計即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到設計的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！我還在感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！
感謝學校，感謝老師在這四年里對我的諄諄教導，讓我充實的度過了這四年的大學生活，你們的教誨是我最寶貴的財富。
我的畢業(yè)指導老師鐘東階老師，雖然我們是在開始畢業(yè)設計時才認識，但他卻能以一位長輩的風范來容諒我的無知和沖動，給我不厭其煩的指導。在此，特向他道聲謝謝。鐘老師認真負責的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神和濃厚的理論水平都是使我收益匪淺。他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學習都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導。