機械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計論文-

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1、山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘 要 本畢業(yè)設(shè)計的課題來源于現(xiàn)場工程實際，主要任務(wù)是在現(xiàn)場實習(xí)調(diào)研的基礎(chǔ)上擬定出整個疏煤系統(tǒng)的設(shè)計方案，設(shè)計出液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及各組成部分，并選擇液壓元件及電控元件，最終完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。 本文設(shè)計的液壓疏煤系統(tǒng)主要包括兩大部分：液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。其中液壓部分是由液壓系統(tǒng)控制十個液壓缸伸縮，液壓缸帶動埋在煤中的蒺藜棍運動，進而實現(xiàn)煤倉的疏煤。電控部分采用PLC可編程控制器控制：對電動機的啟閉、加熱器的開關(guān)、電磁換向閥的換向、液壓系統(tǒng)的卸荷等實現(xiàn)了手動與自動控制。 本設(shè)計包括液壓缸設(shè)計和電控系統(tǒng)設(shè)計兩個專題部分。設(shè)計的液壓缸采用活塞缸——連桿傳動方案；活

2、塞采用組合式活塞；前端蓋為法蘭聯(lián)接；后端蓋采用焊接結(jié)構(gòu)；活塞與連桿用螺母固定。設(shè)計中對缸筒，活塞桿，端蓋等重要零件進行了結(jié)構(gòu)分析和力學(xué)計算。 設(shè)計的電控系統(tǒng)，采用PLC可編程控制器作為主要控制元件，壓力繼電器作為PLC的一個輸入端。這樣系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場實際的需要來控制液壓缸的伸縮，即實現(xiàn)了每個液壓缸均可獨立自動連續(xù)運行，又實現(xiàn)每兩個液壓缸自動連續(xù)運行和手動控制。 此外，還對系統(tǒng)中的各類液壓元件和電控元件進行了選擇，選出合適的型號，并對電控操作臺作了初步設(shè)計。 關(guān)鍵詞：疏煤系統(tǒng)；液壓缸；電控系統(tǒng). Abstract The design of the graduate e

3、ngineering topics from the scene, the main task is to research internship at the scene on the basis of drawing up the dredging of coal system design, design a hydraulic system, electronic control systems and components and hydraulic choice components and electronic control components, the final comp

4、letion of the entire system design. In this paper, the design of the hydraulic dredging coal system, including the two main parts: the hydraulic system and electronic control system. Which is part of the hydraulic control system of hydraulic telescopic eight hydraulic cylinders, hydraulic cylinder

5、s buried in the coal driven in a few words stick movement, leading to the reduced coal bunker coal. Electronic parts used PLC control: on the hoist motor, heater switch, the change to the electromagnetic valve, the hydraulic system of unloading, and so achieve the manual and automatic control. In

6、this paper, the design of the hydraulic cylinders and electric control system of this design is part of the topic. In this paper, the design of a hydraulic cylinder piston-cylinder - link transmission programmer; Detroit Pistons used modular; front cover for the flange connection; cover after a weld

7、ed structure; Pistons and the fixed link with nuts. The design of the cylinder, piston rod, cover, and other important parts of the structure and mechanical calculations. In this paper, the design of the electric control system, using todays more advanced PLC programmable logic controller as the m

8、ain control devices, pressure relay as a PLC input. This system can transform the hydraulic oil-hydraulic cylinders to control the expansion, not only to achieve the independence of each cylinder can be automatically continuous operation, but also to achieve every two hydraulic cylinder automatic an

9、d manual control of continuous operation. In addition, the system in all types of hydraulic components and electronic control components of the relevant terms, elect a suitable model, and electronic control console made a preliminary design. Key words: reduced coal system; hydraulic cylinder; el

10、ectronic control system. 目 錄 摘 要 I Abstract II 緒 論 1 1.設(shè)計資料及要求 2 1.1 工作原理 2 1.2 要求及資料 3 1.2.1 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù) 3 1.2.2 系統(tǒng)的其他要求 3 1.2.3 總體規(guī)則 4 2.液壓缸的設(shè)計 7 2.1 液壓缸主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計 7 2.1.1液壓缸的設(shè)計步驟和設(shè)計原則 7 2.1.2缸筒的設(shè)計 8 2.1.3活塞的結(jié)構(gòu)和選材 13 2.1.4活塞桿的設(shè)計 14 2.1.5缸蓋的設(shè)計 18 2.2其它

11、結(jié)構(gòu)的設(shè)計 20 2.2.1導(dǎo)向套 20 2.2.2確定密封裝置 21 2.2.3排氣裝置 22 2.2.4緩沖裝置 23 2.2.5 防塵裝置 23 3.液壓元件的選型 24 3.1主要液壓元件的選型 24 3.1.1 液壓泵的選擇 24 3.1.2 確定工作循環(huán)系統(tǒng)各參數(shù) 30 3.1.3 換向閥的選擇 36 3.1.4 單向閥的選擇 37 3.1.5 溢流閥的選擇 37 3.1.6 濾油器的選擇 38 3.1.7 壓力表開關(guān)的選擇 40 3.1.8 壓力繼電器的選擇 40 3.1.9電動機的選擇 41 3.2其它輔助元件的選擇 43 3.2.1 油箱的

12、選擇 43 3.2.2 油管的選擇 44 3.2.3 管接頭的選擇 45 3.2.4 加熱器的選擇 46 3.3 驗算系統(tǒng)性能 49 4. 電控系統(tǒng) 53 4.1 PLC程序的編寫 53 4.1.1 液壓缸控制程序 53 4.1.2 電動機控制程序 59 4.2電控元件的選擇 59 4.2.1熔斷器的選擇 59 4.2.2 接觸器的選擇 60 4.2.3控制繼電器的選擇 61 4.2.4控制按鈕的選擇 61 4.2.5 PLC可編程控制器的選用 62 4.2.6 電控系統(tǒng)圖 63 4.2.7電控操作臺 64 5. 液壓傳動系統(tǒng)的安裝和使用及維護 66 5.1

13、液壓系統(tǒng)安裝 66 5.1.1 液壓元件的安裝總要求 66 5.1.2 管路的安裝與清洗 66 5.2液壓系統(tǒng)的使用 67 5.2.1 試壓 67 5.2.2調(diào)整和試運轉(zhuǎn) 67 5.3液壓系統(tǒng)的維護 68 6. 小 結(jié) 69 7. 技術(shù)經(jīng)濟分析 70 參考文獻 72 致 謝 73 附錄一 74 附錄二 80 83 緒 論 目前在電廠、礦山煤倉中發(fā)生過積煤大面積突然冒落而導(dǎo)致人員傷亡的事故。究其原因，一方面在于環(huán)境的不安因素、人的不安全行為、管理上的漏洞，另一方面是設(shè)施不健全。因此從設(shè)施上確保安全，應(yīng)采用機械疏松煤倉中的積煤減少事故發(fā)生已成為急待解決

14、的問題，而液壓自動疏煤系統(tǒng)該系統(tǒng)的出現(xiàn)使這一問題的解決成為可能，對此加以分析、研究具有重大意義。 本設(shè)計主要包括兩大部分：液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。其中液壓部分是由液壓系統(tǒng)控制十個液壓缸伸縮，液壓缸帶動埋在煤中的蒺藜棍運動，進而實現(xiàn)煤倉的疏煤。電控部分采用當今比較先進的PLC可編程控制器控制：對電動機的啟閉、加熱器的開關(guān)、電磁換向閥的換向、液壓系統(tǒng)的卸荷等實現(xiàn)了手動與自動控制。 液壓疏煤系統(tǒng)解決了積煤自動疏松問題，是電廠及礦山生產(chǎn)安全得到了提高，在以人為本的概念必將得到廣泛應(yīng)用。 1.設(shè)計資料及要求 1.1 工作原理 本系統(tǒng)可分為自動運行和手動控制運行。當自

15、動運行時工作原理如下： 當1號液壓缸單獨工作時，人工啟動一號缸啟動按鈕SB1向PLC發(fā)出啟動控制指令X1。此時如果壓力繼電器提供給PLC的信號X11為高電平（即液壓泵啟動系統(tǒng)壓力超過壓力繼電器調(diào)定壓力），則PLC控制輸出線圈Y1通電從而控制一號缸的三位四通電磁換向閥左側(cè)電磁換向閥1通電，液壓油液經(jīng)換向閥進入液壓缸有桿腔，千斤頂縮回。當縮至終點時壓力升高，當壓力超過壓力繼電器預(yù)調(diào)定壓力時，繼電器向PLC的輸出信號X9變?yōu)楦唠娖?。PLC接收到信號X11的上升沿便控制一號缸換向閥的左側(cè)電磁換向閥1斷電，右側(cè)電磁換向閥2通電，液壓油進入無桿腔，千斤頂伸出。伸至終點后，壓力繼電器又發(fā)出高電平信號X11

16、給PLC，PLC控制電磁換向閥2斷電，電磁閥1通電液壓缸又自動回縮。這樣通過PLC控制，一號液壓缸就能自動運行。同理，當2~10號液壓缸單獨作用時，控制過程與1號液壓缸控制過程類似。 當1號、2號液壓缸共同作用時，人工同時啟動1號2號缸啟動按鈕SB1、SB2，同時向PLC發(fā)出啟動指令X1、X2，則PLC同時控制電磁換向閥1、3同時通電，液壓油同時進入1號、2號液壓缸有桿腔。1號、2號液壓缸同時縮回，縮至終點是壓力升高，壓力繼電器向PLC發(fā)出信號X11，PLC控制電磁換向閥1、3同時斷電，電磁閥2、4通電液壓油進入無桿腔，1號、2號千斤頂同時伸出，伸至終點時，壓力升高，壓力繼電器再向PLC發(fā)出

17、信號X11，PLC控制電磁換向閥2、4斷電，電磁閥1、3通電，1、2號液壓缸又自動回縮。這樣在PLC的控制下1、2號兩缸就能同時伸縮自動運行。同理，當3號、4號、5號、6號、7號、8號、9號、10號液壓缸分別兩兩同時作用時，其控制過程與1號、2號液壓缸共同作用時的控制過程類似。當人工啟動瀉荷按鈕SB0時，PLC就接到瀉荷指令 X0，于是控制瀉荷電磁閥YA0接通，瀉荷回路打開就實現(xiàn)系統(tǒng)瀉荷。由于瀉荷回路只受X0控制，所以系統(tǒng)可以隨時實現(xiàn)瀉荷，即急停。 1.2 要求及資料 1.2.1 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù) 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)見表1.1 表1.1系統(tǒng)參數(shù) 參數(shù)名稱 代號 數(shù)值 拉力/N

18、Fe 推力/N Ft 缸體行程/mm S 800 伸出時間/min t1 0.5 縮回時間/min t2 0.5 缸體內(nèi)徑/mm D 160 1.2.2 系統(tǒng)的其他要求 （1）液壓缸的伸出、回縮速度不能太快 （2）各元件的動作要平穩(wěn)、安全、可靠 1.2.3 總體規(guī)則 （1）確定液壓執(zhí)行元件 根據(jù)系統(tǒng)要求，液壓執(zhí)行可采用如下方案，其優(yōu)缺點如下表（見表1.2）。 根據(jù)上表中的優(yōu)缺點比較，最終選擇第二種方案為液壓執(zhí)行元件，即為活塞缸——連桿傳動。 （2）明確載荷 明確工藝循環(huán)作用與執(zhí)行元件的載荷，如表1.2所列各項技術(shù)參數(shù)中當液壓缸縮回時，液壓

19、缸有最大拉力,當液壓缸外伸時，液壓缸有最大推力。 常用方法 優(yōu)點 缺點 復(fù)合增速缸 1.整體結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)件少 2.無需動梁閉合量調(diào)節(jié)機構(gòu) 1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大 2.要設(shè)計充液閥，泵的流量大，系統(tǒng)復(fù)雜 3速度低效率低 活塞缸—連桿傳動 1.在行程的近末端將液壓缸的出力放大缸徑可以很小 2.空行程速度高效率高 3泵的流量小，液壓系統(tǒng) 1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大 2.要設(shè)計充液閥，泵的流量大，系統(tǒng)復(fù)雜 3速度低效率低 不等徑雙出桿活塞缸一個 裝于螺桿后端直接推動螺桿，結(jié)構(gòu)緊湊 影響螺桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的布置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大 等徑雙出桿活塞缸兩個 活塞桿置于螺桿兩

20、端，同時作為注射座的承重、導(dǎo)向件，免用導(dǎo)軌 活塞桿粗、長、費材料，操作位置對操作稍有影響 表1.2 液壓缸方案 （3）繪制系統(tǒng)工況圖，見圖1.1 圖1.1 系統(tǒng)工況圖 （4）確定系統(tǒng)工作壓力 根據(jù)資料統(tǒng)計和實驗確定，本系統(tǒng)的工作壓力采用16MPa. （5）草擬液壓系統(tǒng)原理圖 1）見圖紙 2）系統(tǒng)工作循環(huán)圖表 當液壓缸1單獨作用時，工作循環(huán)如下表1.3： 表1.3 工作順序 動作名稱 發(fā)訊元件 電磁鐵 電動機 手動 自動 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D1 D2 回縮 + — + — — —

21、— — — — — — + — 外伸 — + — + — — — — — — — — + — 回縮 — + + — — — — — — — — — + — 當液壓缸1、2共同作用時，工作循環(huán)如表1.4： 表1.4 工作順序 動作名稱 發(fā)訊元件 電磁鐵 電動機 手動 自動 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D1 D2 回縮 + — + — + — — — — — — — + — 外伸 — + — + — + — — — —

22、 — — + — 回縮 — + — + — — — — — — — — 注：1.當液壓缸2~10號單獨作用時，工作循環(huán)表與當液壓缸1單獨作用時類似。即幾號液壓缸工作則與其對應(yīng)的電磁鐵既通電，其余電磁鐵則處于斷電狀態(tài)。 2、當液壓缸3~10號共同作用時，其工作循環(huán)與表4，1號和2號液壓缸共同作用時的情況類似。即那兩個缸共同作用，則與其對應(yīng)的電磁鐵既共同通電，其余電磁鐵則處于斷電狀態(tài)。 3、該系統(tǒng)雖然有兩臺電動機，但通常情況下只有一臺電動機工作，另一臺為備用電動機。 2.液壓缸的設(shè)計 2.1 液壓缸主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計 2.1

23、.1液壓缸的設(shè)計步驟和設(shè)計原則 液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件，它與主機和主機上的機構(gòu)有著直接的聯(lián)系，對于不同的機種機構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。因此，在設(shè)計前要作好調(diào)查研究，備齊必要的原始資料和設(shè)計依據(jù)，如表1.5所示： 表2.1 系統(tǒng)參數(shù) 參數(shù)名稱 代號 數(shù)值 拉力/N Fe 推力/N Ft 缸體行程/mm S 800 伸出時間/S 36 縮回時間/S 24 工作壓力/ M 16 1.液壓缸設(shè)計的一般原則： （1)保證液壓缸往復(fù)運動的速度、行程和液壓缸推力； （2)保證液壓缸每個零件有足夠的強度、剛度和耐久性； （

24、3)在合理選擇液壓泵供油壓力和流量的條件下，盡量減小液壓缸的尺寸； （4)活塞桿工作時最好承受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲； （5)液壓缸盡量避免承受側(cè)向載荷； （6)液壓缸的軸線應(yīng)與被拖動機構(gòu)的導(dǎo)向方向平行； （7)長行程液壓缸活塞桿伸出時應(yīng)盡量避免下垂； （8)液壓缸各部密封可靠、泄漏小、摩擦力小、壽命長； （9)液壓缸因溫度變化膨脹伸長時，不能因受限制而產(chǎn)生撓曲； （10)根據(jù)液壓缸的工作條件和具體情況考慮緩沖、排氣和防塵措施； （11)液壓缸各結(jié)構(gòu)要素應(yīng)采用標準系列尺寸，盡量選擇經(jīng)常使用的標準件； （12)液壓缸應(yīng)做到成本低、制造容易、維修簡單。 2.設(shè)計步驟 液壓缸的

25、設(shè)計內(nèi)容和步驟大致如下： (1)根據(jù)負載機構(gòu)的動作要求選擇液壓缸適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、安裝方式以及密封、緩沖、排氣、防塵裝置等； (2)根據(jù)液壓缸所承受的外部載荷作用力確定液壓缸在行程各階段上負載的變化規(guī)律以及必須提供的動力數(shù)值； (3)根據(jù)液壓缸的工作負載和選定的油液工作壓力，確定活塞及活塞桿的直徑 (4)根據(jù)液壓缸的運動速度、活塞及活塞桿的直徑，確定液壓泵的流量； (5)選擇缸筒材料，計算 (6)繪制液壓缸裝配圖和零件圖； (7)審定全部設(shè)計計算資料、圖紙及其他技術(shù)文件。 2.1.2缸筒的設(shè)計 1.缸筒結(jié)構(gòu) 常用的缸筒結(jié)構(gòu)有八類，通常根據(jù)缸筒與端蓋的連接形式選用，而連接形式又

26、取決于額定工作壓力，用途和使用環(huán)境等因素。綜合考慮本系統(tǒng)各種因素選用：缸體為鋼管，一端焊接法蘭與缸頭連接，一端與缸底焊接。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較簡單，易加工,易裝卸。 缺點：重量比螺紋連接的大，但比連桿連接的小，外徑較大。 2.缸筒的材料 選擇缸筒材料和毛坯時，不僅要考慮它的機械性能、工藝性能，還要考慮它的經(jīng)濟性。一般要求有足夠的強度和耐沖擊韌性，對焊接的缸筒還要有良好的焊接性能。 缸筒毛坯：普遍采用退火的冷拔或熱軋無縫鋼管。 根據(jù)缸體材料的要求，查《機械設(shè)計手冊》液壓傳動部分表21-6-7綜合考慮選30號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼無縫鋼管作為缸體材料，它的，。 3.對缸筒的要求 (1）有足夠的強

27、度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)試驗壓力而不致產(chǎn)生永久變形。 (2）有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。 (3）內(nèi)表面在活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少，尺寸公差等級和形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性。 (4）要焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊上法蘭或管接頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過大變形。 4.缸筒的計算 (1）缸筒內(nèi)徑 當液壓缸的理論作用力為F（推力或拉力）及供油壓力P為已知時，則無桿腔側(cè)缸筒內(nèi)徑為： 式（2.1）

28、 -推力 -油液壓強 -液壓缸系數(shù) 缸筒內(nèi)徑應(yīng)按上式計算后取較大的一個在取整，根據(jù)查第五版《機械設(shè)計手冊》表21-6-9取標準值得液壓缸的缸內(nèi)徑。 (2）缸筒的壁厚 缸筒在液壓力的作用下，有一種沿圓周方向破壞的趨勢，為了防止這種破壞，缸筒壁厚必須有一定的厚度。 缸筒的壁厚為： 式中：-為缸筒材料要求的最小值 - 為缸筒外徑公差余量 - 腐蝕余量 關(guān)于的值，可按下列情況分別計算： ①．當時，可用薄壁缸筒的實用公式計算： 其中—液壓缸的最大工作壓力； D—缸筒內(nèi)徑； —缸筒材料的

29、許用拉應(yīng)力 式（2.2） —缸筒材料的抗拉強度極限； n—安全系數(shù)，一般取n=5 ， ,恰好為條件臨界點。 ②．當時： —缸筒材料的許用壓力，MPa , ,剛好滿足條件。 ③．當時： ，不滿足條件 綜合比較取合理。 (3）缸筒外徑的確定： 式（2.3） D—缸筒內(nèi)徑 (4）缸筒壁厚的驗算 對最終采用的缸筒壁厚，應(yīng)做以下三方面的驗算，以保證液壓缸安全工作。 ① 液壓缸的額定壓力應(yīng)低于一定的極限值來保證工作安全： 成立 式中：—液壓缸額定壓力； —缸筒內(nèi)徑；

30、 —缸筒外徑； —材料的屈服強度極限。 ② 同時額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生，即 —缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力，MPa, , 滿足條件。此外，尚須驗算缸筒徑向變形應(yīng)處在允許范圍內(nèi)： 變形量不應(yīng)超過密封圈允許范圍 式中：—缸筒耐壓試驗壓力,MPa —缸筒材料彈性模量，MPa —缸筒材料泊松比，鋼材 ③ 最后還應(yīng)驗算缸筒的爆裂壓力 式中：—缸筒爆裂壓力； —系統(tǒng)工作壓力； —缸筒材料抗拉極限；

31、 滿足條件 綜合以上三個驗算公式均成立，故缸筒壁厚符合要求可保證液壓缸安全工作。 2.1.3活塞的結(jié)構(gòu)和選材 活塞（如圖2.1）是液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的主要元件，它在缸筒內(nèi)往復(fù)滑動，所以配合應(yīng)適當，既不能過緊也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低動作壓力增高，降低液壓系統(tǒng)的機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞滑動配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低液壓系統(tǒng)的容積效率。 (1)活塞結(jié)構(gòu)型式 由于本系統(tǒng)中，活塞受壓為中低壓受力不大。綜合考慮選擇拆裝方便，加工成本低，使用壽命長的組合式活塞。 (2)活塞與活塞桿連接型式 連接型式需有鎖緊措施，以

32、防止工作時由于往復(fù)運動而松開，同時還需在活塞與活塞桿之間設(shè)置靜密封。綜合考慮該系統(tǒng)選用螺母型連接。 (3)活塞密封結(jié)構(gòu) 根據(jù)本液壓缸的疏通作用和工作壓力選用V型密封圈。 (4)活塞材料 無導(dǎo)向環(huán)活塞：選用高強度鑄鐵HT200—300 (5)活塞尺寸及加工公差 活塞寬度： H—活塞寬度， D—活塞外徑（缸筒內(nèi)徑） 取 活塞外徑的配合采用f9,外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于0.04，外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差之半。 圖2.1 活塞的結(jié)構(gòu) 2.1.4活塞桿的設(shè)計 活塞桿是液壓缸傳遞動力的重要元件，它要承受拉力、壓力、彎曲

33、力、振動沖擊等載荷的作用必須有足夠的強度。 1活塞桿的結(jié)構(gòu)和材料 活塞桿（如圖2.2）有實心桿和空心桿。空心活塞桿一般用于缸筒運動液壓缸，空心部分可以用來導(dǎo)通油路。大型液壓機的活塞桿或柱塞也采用空心結(jié)構(gòu)，用以減輕重量。綜合考慮該液壓缸活塞桿為實心桿，材料選用45號鋼（）調(diào)質(zhì)處理。 一端與活塞螺栓連接，查《機械設(shè)計手冊》表21-6-14根據(jù)GB/T2350-1980選取活塞桿螺紋尺寸 圖2.2 活塞桿的結(jié)構(gòu) 2活塞桿的計算 (1)活塞桿直徑計算 對于雙作用單邊活塞桿液壓缸，其活塞桿直徑d可由往復(fù)運動的速比確定。由表2.2； 表 2.2 液壓

34、缸速比 公稱壓力/MPa 12.5——20 >20 1.33 1.46 2.0 2.0 取=1.46 根據(jù)液壓缸活塞往復(fù)運動的速度之比： 得公式： 式（2.4） 式中d—活塞桿直徑；D—缸筒內(nèi)徑；—液壓缸往復(fù)運動速比 查第五版《機械設(shè)計手冊》表21-6-16按照JB2183—77中所制定的標準規(guī)定的活塞桿外徑尺寸圓整取。 (2)活塞桿的強度計算 ①活塞桿工況穩(wěn)定，只受推力和拉力近似的用直桿承受拉壓載荷的簡單強度計算公式進行計算： ，

35、 式中 ：d—活塞桿直徑; F—活塞桿的最大推力； —活塞材料的許用應(yīng)力，中碳鋼（調(diào)質(zhì)） ②活塞桿一般都設(shè)有螺紋退刀槽等結(jié)構(gòu)，這些部位往往是活塞桿上的危險截面也要進行計算。危險截面處的合成應(yīng)力應(yīng)滿足： —危險截面合成應(yīng)力 —活塞桿的拉力 —危險截面的直徑 —材料的許用應(yīng)力，中碳鋼調(diào)質(zhì) 則： 活塞桿危險截面滿足強度要求。 (3)活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗算 液壓缸的支撐長度需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性 式中：LB—液壓缸支撐長度； S—缸體行程； d—活塞桿直徑； 假設(shè)活塞桿受力完全在軸線上，主要是按下式驗證：

36、式中：Fk—活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，N； nk—安全系數(shù)，通常取,這里取nk=5； K—液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，見表21-6-17取0.7； E1—實際彈性模量，MPa； a—材料組織缺陷系數(shù)，鋼材a一般取； b—活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取； E—材料的彈性模量，鋼材,MPa； I—活塞桿截面慣性矩，m4； LB—液壓缸支撐長度； 則： 滿足彎曲穩(wěn)定性條件。 (4)確定活塞桿長度： —活塞行程； —活塞寬度；

37、 —活塞前端蓋寬度； —后端螺紋長度； —附加長度； 2.1.5缸蓋的設(shè)計 （1）缸蓋的結(jié)構(gòu)和材料 缸蓋（如圖2.3 2.4）裝在液壓缸的兩側(cè)，與缸筒構(gòu)成密閉的壓力油腔。因此它不僅有足夠的強度承受液壓力，而且還必須具有一定的連接強度。綜合考慮選該缸蓋為螺釘連接，這種連接方法結(jié)構(gòu)簡單，加工裝配容易，缸蓋材料選用45號鋼。 圖2.3 缸頭端蓋的結(jié)構(gòu) 圖2..4缸底端蓋的結(jié)構(gòu) （2）缸筒端蓋厚度的計算 端蓋厚度h為： 式（2.5）

38、 式中h—端蓋厚度； D1—螺釘孔分布直徑(m)； P—液壓力(MPa)； dcp—密封壞形端面平均直徑（m） —材料的許用應(yīng)力（MPa）； 缸底為平底，由材料力學(xué)中圓盤計算公式，得 缸底端蓋厚度： 式（2.6） = ==150 M 式（2.7） —缸底內(nèi)徑; —安全系數(shù); —缸底材料的抗拉強度極限 則 2.2其它結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.2.1導(dǎo)向套 活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進行導(dǎo)

39、向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。 1導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)與材料： 查第五版《機械設(shè)計手冊》表21-6-18選得該液壓疏通系統(tǒng)的液壓缸選用軸套式導(dǎo)向套，其特點為摩擦阻力大，一般采用青銅材料制作，適用于重載低速的液壓缸中。 導(dǎo)向套的材料一般采用摩擦因數(shù)小、耐磨性好的青銅材料制作。 2導(dǎo)向套最小導(dǎo)向長度 當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度H。如果導(dǎo)向長度太小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的工作性能和穩(wěn)定性，因此，設(shè)計必須保證缸有一定的最小導(dǎo)向長度，一般液壓缸的

40、最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式要求： 式（2.8） 式中： H—最小導(dǎo)向長度，是從活塞支撐面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離 S—液壓缸的最大工作行程； D—缸筒內(nèi)徑 則 導(dǎo)向套滑動面的長度A, 因缸內(nèi)徑大于80 mm，取， 式中：d—活塞桿外徑； 活塞的寬度B則取，B=0.8140=112 mm 導(dǎo)向套在活塞桿往復(fù)運動時起導(dǎo)向作用，它要求配合精度高、運動滑快、耐磨性好，并能承受活塞桿因外力而引起的壓力、彎曲、沖擊、振動和自重力等作用。由于本系統(tǒng)中液壓缸的行程較短中間沒必要加隔套。 3

41、加工要求 導(dǎo)向套外圓與端蓋的孔的配合多為H8/f7，內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合多為H9/f9。外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.03，圓度與圓柱度公差不大于直徑公差之半，內(nèi)孔的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，保證良好潤滑。 2.2.2確定密封裝置 液壓缸的密封裝置廣泛采用圓截面橡膠圈，這種型式結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，壽命長，在30 M壓力下具有良好的密封性能。 根據(jù)《潤滑與密封手冊》表32-7（第1805頁）得：端蓋式導(dǎo)向套的外徑與缸筒內(nèi)徑密封處采用截面直徑為7.0的O型橡膠圈密封。 根據(jù)《潤滑與密封手冊》得，端蓋式導(dǎo)向套的內(nèi)徑與活塞桿密封處，內(nèi)側(cè)選用尼龍材料的導(dǎo)向環(huán)，中間部分根據(jù)《潤

42、滑與密封手冊》表32-22（第1836頁）查得:選用形密封圈。 端蓋式導(dǎo)向套的內(nèi)徑外側(cè)裝有防塵圈，根據(jù)《潤滑與密封手冊》表32-55（第1805頁）得：選用無骨架防塵圈，其材料為聚氨酯橡膠。 2.2.3排氣裝置 液壓系統(tǒng)里總是要混入一定量的空氣，特別是每一次油箱換油時，全系統(tǒng)的油放空后，空氣立即填入；換上了新油，填入的空氣還殘存在系統(tǒng)內(nèi)部．此外，無論何種油液，本身總是溶解有３～１０％的空氣，這些以溶解狀態(tài)存在的空氣，在系統(tǒng)內(nèi)部的真空地帶（如油泵吸油口及管路拐彎處等）往往會分離出來，形成小氣泡．真空地帶密封不好，外界空氣也乘隙而入．以上種種，都是液壓系統(tǒng)內(nèi)部難免存在空氣的基本原因。

43、圖2.5 排氣裝置 液壓系統(tǒng)內(nèi)部存在空氣，對工作性能有嚴重影響，會引起執(zhí)行機構(gòu)爬行或顫抖現(xiàn)象，致使動作速度不穩(wěn)定．為此在設(shè)計上采用排氣裝置，以排除空氣．排氣裝置通常安置在系統(tǒng)的最高處，而且多數(shù)是安裝在液壓缸的最高處．每隔一定時間或每次更換新油時，進行專門的排氣操作，考慮其適用性和經(jīng)濟性選螺絲型排氣裝置。 2.2.4緩沖裝置 液壓缸活塞運動速度在0.1m/s以下時不必采用緩沖裝置。在0.2m/s以上時必須設(shè)置緩沖裝置。由于本系統(tǒng)中活塞速度在0.1m/s以下，所以不必設(shè)置緩沖裝置。 2.2.5 防塵裝置 液壓缸的活塞桿伸出時，常常有灰塵污物或金屬粉末落往上面，當活塞桿縮回時往往會將其帶

44、進液壓缸，這樣不僅會加劇相互運動表面之間的磨損，有時還會研傷運動表面，使液壓元件無法工作。因此在一些工作環(huán)境不潔,或是精密機械液壓缸中，往往要設(shè)防塵裝置。 防塵裝置有兩種：一種是防塵圈，另一種是防XIT塵罩。防塵圈可以將落在活塞桿上的塵污刮掉，防塵罩可以防止污物落在活塞桿上?？紤]經(jīng)濟性原則與適應(yīng)性原則選取防塵圈。 本設(shè)計中前端蓋選用A型液壓缸活塞桿用防塵圈.查手冊《機械設(shè)計手冊》潤滑與密封表10—4—24選型號FA78X90X10密封圈。 3.液壓元件的選型 3.1主要液壓元件的選型 3.1.1 液壓泵的選擇 1工作速度和流量 (1)確定流量： 前已求得本系統(tǒng)工作速比為

45、1：1.46，又系統(tǒng)要求伸出與縮回的總時間為1min ，則： 系統(tǒng)回縮時間： 系統(tǒng)伸出時間： 系統(tǒng)理論速度為： 推出時： 縮回時： 則該系統(tǒng)的理論供油流量為： 推出時： 縮回時： 由于該系統(tǒng)流量嚴格按速比求得，推拉時基本相等。工程中不要求有 調(diào)速系統(tǒng)，所以該液壓缸推拉時流量不變可取。 則實際工作速度為： 式（3.1） = 17.9mm/S 式（3.2）

46、 雙作用液壓缸，其實際往復(fù)運動的速比為： 式（3.3）計算液壓缸最大需用流量Q 當單缸作用液壓缸外伸時： 式（3.4）當單缸作用液壓缸回縮時： 式（3.5） 式（3.6） 式（3.7） 當雙缸作用液壓缸工作時系統(tǒng)總流量不變。 則： 式（3.8） 其中，Qmax為最大流量，以此流量為液壓泵的額定流量。 2選擇液壓泵型號 （1）齒輪泵 其特點是

47、結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，體積小，重量輕，維護方便，使用壽命 長，但工作壓力較低，流量脈動和壓力脈動較大，高壓下不采用端面補償時，其容積效率明顯下降，內(nèi)嚙合齒輪泵與外嚙合齒輪泵相比，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)更緊湊，體積小，吸油性好，流量均勻性好，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工性較差。 （2）葉片泵 其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，運動平穩(wěn)，流量均勻，噪聲小， 壽命長，與齒輪泵相比對油液污染較敏感，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。單作用式葉片泵適用于低壓精度高，價格貴，對油液污染敏感。軸向柱塞泵是柱塞平行缸體軸線，沿軸向運動，徑向柱塞泵的柱塞垂直與配油軸沿徑向運動，這兩類泵均可作為液壓馬達用。 （3）柱塞泵 其特點是精度高，密封

48、性能好，工作壓力高，因此得到廣泛的應(yīng)用。但它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造精度高，價格貴，對油液污染敏感。軸向柱塞泵是柱塞平行缸體軸線，沿軸向運動，徑向柱塞泵的柱塞垂直與配油軸沿徑向運動，這兩類泵均可作為液壓馬達用。 （4）螺桿泵 螺桿泵實質(zhì)上是一種齒輪泵，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，流量及壓力的脈動小，輸送均勻，無紊流，無攪動，很少產(chǎn)生氣泡，工作可靠，噪聲小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性比齒輪泵與葉片泵高，容積效率高，吸入揚程高。但加工較難，不能改變流量。適用與機床或精密機械的液壓傳動系統(tǒng)。一般應(yīng)用兩螺桿或三螺桿泵，有立式和臥式四種安裝方式。一般采用螺桿泵用立式安裝。 比較這幾種方案的優(yōu)缺點，可

49、以采用外嚙合齒輪泵和柱塞泵這兩種方 案。 3計算液壓泵參數(shù)計算 由液壓缸工作壓強為16MPa，本系統(tǒng)要求不高一般不會超載，所以取液壓泵額定壓力。 方案一： 當采用第一種方案時，根據(jù)理論壓強20MPa查《機械設(shè)計手冊》表21-5-63選取※型徑向變量柱塞泵.額定排量qe=19ml/r額定轉(zhuǎn)速ne=1800r/min。 所以該液壓泵的額定流量為： 式（3.9） 當液壓缸單獨作用并外伸時的速度 式（3.10） 所用時間

50、 式（3.11） 當液壓缸單獨作用并回縮時的速度 式（3.12） 所用時間 式（3.13） 當液壓缸雙缸作用并外伸時的速度 式（3.14） 所用時間 式（3.15） 當液壓缸雙缸作用并回縮時的速度 式（3.16） 所用時間

51、 式（3.17） 方案二： 根據(jù)第五版《機械設(shè)計手冊》表21-5-16，選取外嚙合齒輪泵CBF-F型，根據(jù)壓強和流量選取轉(zhuǎn)速為2500。 則可求得液壓泵的額定排量為： 式（3.18） 根據(jù)求得液壓泵的流量，壓強，排量查第五版《機械設(shè)計手冊》表21-5-16選取CBF-F412.5-AL型外嚙合齒輪泵。見表3.1得：該泵理論排量為14ml/r額定壓強為20Mpa CBF-F412.5-AL 型號含義： CB—齒輪泵; F—系列代號;

52、 F—壓力等級，20Mpa; 4—此輪模數(shù); 12.5—公稱排量（ml/r） 型號 排量 額定壓力/Mpa 額定轉(zhuǎn)速 驅(qū)動功率 Kw CBF-F412.5-AL 12.5 20 2500 12.4 容積效率/% 重量/Kg 3.3 則泵的額定流量為： 式（3.19） 當液壓缸單缸作用并外伸時的速度: 式（3.20） 當液壓缸單缸作用并回縮時的速度：

53、 式（3.21液壓缸外伸作用時間 式（3.22） 液壓缸回縮所用的時間 式（3.23） 當液壓缸雙缸作用并外伸時的速度 式（3.24） 液壓缸外伸所用時間 式（3.25） 當液壓缸雙缸作用并內(nèi)縮時的速度 式（3.26） 液壓缸回縮時所用時間

54、 式（3.27） 由上述計算結(jié)果可知液壓缸基本能滿足系統(tǒng)要求。 比較兩種方案，方案二更接近該系統(tǒng)要求。雖然柱塞泵工作效率高，工作穩(wěn)定性高，但本課題中液壓系統(tǒng)并不經(jīng)常工作，對工作效率不要求太高。且柱塞泵價格較高，不經(jīng)濟。齒輪泵即經(jīng)濟又能滿足要求，所以選取方案二。 3.1.2 確定工作循環(huán)系統(tǒng)各參數(shù) （1）工作泵的理論流量： 式（3.28） （2）油路壓力損失 當單缸作用并外伸時，取 式（3.29） 當單缸作用并內(nèi)縮時，

55、取 當雙缸作用并外伸時，取 當雙缸作用并內(nèi)縮時，取 （3）工作泵出口壓力 當液壓缸單獨作用并外伸時： 式（3.30） 單缸作用并回縮時： 式（3.31） 當雙桿作用并外伸時： 式（3.32） 當雙缸作用并回縮時： 式（3.33） （4）液壓缸運動速度：（前已計算） 當液壓缸單缸作用并外伸時： 當液壓缸單缸作用并回縮時： 當液壓缸雙缸作用并外伸

56、時： 當液壓缸雙缸作用并回縮時： （5）液壓缸的動作行程 當液壓缸單缸作用并外伸時 當液壓缸單缸作用并內(nèi)縮時 當液壓缸雙缸作用并外伸時 當液壓缸雙缸作用并內(nèi)縮時 （6）動作持續(xù)時間 當液壓缸單缸作用并外伸時 式（3.34） 當液壓缸單缸作用并內(nèi)縮時 式（3.35）

57、 當液壓缸雙桿作用并外伸時 式（3.36） 當液壓缸雙缸作用并內(nèi)縮時 式(3.37） （7）工作泵輸入功率 當液壓缸單缸作用并外伸時 式（3.38） 當液壓缸單缸作用并回縮時 式（3.39） 當液壓缸雙缸作用并外伸時 式(3.40） 當液壓缸雙缸作用并內(nèi)縮時 式（3.41） （8）電動機輸出功率 當

58、液壓缸單缸作用并外伸時 式（3.42） 當液壓缸單缸作用并回縮時 式（3.43） 當液壓缸雙缸作用并外伸時 式（3.44） 當液壓缸雙缸作用并內(nèi)縮時 式（3.45） （9）系統(tǒng)輸

59、入功 當液壓缸單缸作用并外伸時 式（3.46） 當液壓缸單缸作用并回縮時 式（3.47） 當液壓缸雙缸作用并外伸時 式（3.48） 當液壓缸雙缸作用并回縮時 式（3.49） （10）執(zhí)行元件有效功 當液壓缸單缸作用并外伸時 式（3.50） 當

60、液壓缸單缸作用并內(nèi)縮時 式（3.51） 當液壓缸雙缸作用并外伸時 式（3.52） 當液壓缸雙缸作用并內(nèi)縮時 式（3.53）液壓缸單缸作用時的工作周期系統(tǒng)流量圖，見圖3.1 圖3.1 流量圖 液壓缸雙缸作用時的工作周期系統(tǒng)流量圖，見圖3.2 圖3.2 流量圖 液壓缸單缸作用時的工作周期系統(tǒng)壓力循環(huán)圖，見圖3.3 圖3.3循環(huán)圖 液壓缸雙桿作用時的工作周期系統(tǒng)壓力循環(huán)圖，見圖3.4 圖3.4 循環(huán)圖 3.1.3 換向閥的選擇 流經(jīng)

61、換向閥的最大流量為： 最大工作壓力為： 查《機械設(shè)計手冊》手冊表21-7-49可選DSG-01-3C-50型號的三位四通電磁換向閥 型號含義： DSG：電磁換向閥 01：通徑代號b 3：位置數(shù)三位 C：滑閥彈簧形式，彈簧對中。 50:設(shè)計號 該電磁閥的技術(shù)規(guī)格如表3.2所示 表3.2電磁閥參數(shù) 通徑/mm 3 最高壓力/Mpa 31.5 最高允許背壓/Mpa 16 最大流量/(L/min) 63 換向頻率/

62、Hz 質(zhì)量 2.2 生產(chǎn)廠商 榆次油研有限公司 3.1.4 單向閥的選擇 根據(jù)系統(tǒng)要求可采用C型單向閥，C型單向閥在所設(shè)定的開啟壓力下使用，控制油流單方向流動，完全阻止反方向流動。 因為系統(tǒng)最大流量： 最高使用壓力： 查《液壓元件與選用》手冊表4.155可采用型號CIT-03型的單向閥 該型號的含義： C—C型單向閥 I—直通單向閥 T—管式聯(lián)接 03—通徑代號，公稱通徑為10mm 該單向閥的技

63、術(shù)規(guī)格如表3.3所示： 表3.3 單向閥參數(shù) 型號 接口尺寸 最高壓力/Mpa 工程流量/ 重量/Kg 生產(chǎn)廠 CIT-03 3/8 21 40 0.18 相次液壓件廠 3.1.5 溢流閥的選擇 根據(jù)系統(tǒng)要求，可以采用Y2型先導(dǎo)是溢流閥，該閥主要用于保持系統(tǒng) 壓力恒定，它采用二級同心結(jié)構(gòu)，因系統(tǒng)最大流量，最大系統(tǒng)壓力為，所以采用型號為Y2D1H32C10型的交流式溢流閥。 該型號的含義如下：

64、 Y2—二級同心式溢流閥 H—滑閥機能——常開式 C—調(diào)壓范圍為8~20Mpa 10—公稱通徑為10mm 32—額定壓強32MPa 該溢流閥的技術(shù)規(guī)格如表3.4所示： 表3.4溢流閥參數(shù) 先導(dǎo)溢流閥型號 通徑/mm 壓力/Mpa 額定流量/ Y2H32C10 10 32 40 調(diào)壓范圍/Mpa 重量/Kg 先導(dǎo)溢流閥 C— 4.7 注：生產(chǎn)廠：上海液壓件二廠

65、、南通液壓件廠、濟南液壓件廠. 3.1.6 濾油器的選擇 過濾器的選擇應(yīng)考慮以下幾個要求： （1）過濾精度應(yīng)滿足液壓系統(tǒng)的要求； （2）具有足夠大的過濾能力，壓力損失??； （3）濾芯及外殼應(yīng)有足夠的強度，不致因油壓而破壞； （4）有良好的抗腐蝕性，不會對油液造成化學(xué)的或機械的污染； （5）在規(guī)定的溫度下，能保持性能穩(wěn)定，有足夠的耐久性； （6）清洗維護方便，更換濾芯容易； （7）結(jié)構(gòu)盡量簡單、緊湊； （8）價格低廉。 濾芯的有效過濾面積： 式（3.54） 式中：Q—過濾器的額定流量，L/min; μ

66、—油的動力粘度，Pa*s; —壓力差，Pa； α—濾芯材料的單位過濾能力，L/cm2 ，此處取α=0.035 經(jīng)上述粗略計算，可選擇型號為：ZU—H4020S的過濾器。 該型號含義： ZU—紙質(zhì)過濾器； H—壓力為32MPa； 　 40—額定流量為40L/mm； 20—過濾精度為20μm； S—帶發(fā)信裝置。 該過濾器的技術(shù)規(guī)格如表3.5所示。 表3.5 過濾器參數(shù)表 型號 流量 /l/min 額定壓力 /mpa 過濾精度 /μm 壓差工作器 工作壓差/mpa ZU-H4020S 40 32 20 0．35 初始壓力降 重量/Kg 0．01 7．5 注：生產(chǎn)廠：沈陽濾油器廠、遠東液壓配件廠。 3.1.7 壓力表開關(guān)的選擇 根據(jù)系統(tǒng)要求可選擇如下型號的壓力表開關(guān)