畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 英 文 翻 譯院（系）： 機(jī)械電子工程系專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：時(shí) 間： 摘要單斗液壓挖掘機(jī)是現(xiàn)代機(jī)械不可缺少的機(jī)種，廣泛應(yīng)用在房屋建筑、道路工程、水利建設(shè)、農(nóng)田開(kāi)發(fā)、港口建設(shè)、鋪設(shè)管道等的土石方施工和礦山采掘工業(yè)中，對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)、保證工程質(zhì)量、加快建設(shè)速度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起著巨大作用。單斗液壓挖掘機(jī)有多種形式，按行走裝置分為，履帶式、輪胎式、汽車式、等在小型挖掘機(jī)中，履帶式和輪胎是比較靈活，機(jī)動(dòng)性好，用于各個(gè)機(jī)構(gòu)都比較齊全，因此結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，制造時(shí)零件多，工藝要求高，使得機(jī)重增加，成本提高。步履式液壓挖掘機(jī)具有一定的機(jī)動(dòng)性，其優(yōu)越性就在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅需要回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、工作裝置、液壓系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的地盤，其穩(wěn)定很好，使生產(chǎn)率大大增加，更為優(yōu)越，易于制造和推廣，一般的施工工地挖溝槽，條格形基槽都可使用，其整機(jī)運(yùn)輸也很簡(jiǎn)單，短距離可靠自己機(jī)構(gòu)行走，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸可用汽車，拖拉機(jī)等運(yùn)輸工具托運(yùn)或拉運(yùn)。本次設(shè)計(jì)主要是 YW35SR 型履帶式液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。本機(jī)是步履式單斗液壓挖掘機(jī)，斗容量是 0.12 立方米。本設(shè)計(jì)包括：確定液壓系統(tǒng)的主參數(shù)、液壓系統(tǒng)方案的擬液壓元件的選擇和液壓系統(tǒng)驗(yàn)算等。在設(shè)計(jì)中參考了≤機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)≥上有關(guān)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，并結(jié)合所學(xué)教材對(duì)挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)動(dòng)臂油缸和鏟斗油缸進(jìn)行了設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)， 液壓缸， 液壓泵AbstractSingle dou hydraulic excavator are indispensable to the modern mechanical model, widely used in the building, road engineering, water conservancy construction of port construction and development, and farmland, laying pipeline construction and mining conditions of industrial, mining to relieve heavy manual labor, ensuring the quality of projects and accelerate the construction speed and improve labor productivity plays a tremendous role.Single dou hydraulic excavator, according to a variety of forms, caterpillar, walk into the device LunTaiShi, automobile, etc in mini excavators, caterpillar and tyre is more flexible, good flexibility, used for various institutions are complete, so the structure is complex, manufacturing, technical requirements of high parts, machine, cost increased to improve. Walking hydraulic excavator has certain flexibility, the advantages of simple structure, is only need to work again institutions, hydraulic system and the device, simple structure, the stability of the site well productivity increases greatly, more advantageous, easy to manufacture and promotion, general construction site to dig the groove, grating base slot can be used, the transportation is very simple, reliable, his short distance transportation agency, tractor, etc can LaYun consign or transportation.This design is mainly YW35SR type hydraulic excavator crawler hydraulic system design and calculation of the process. This machine is of hydraulic excavator, single dou dou capacity is 0.12 cubic meters. The design of the hydraulic system, including: to determine the parameters of hydraulic system solutions, selection of hydraulic components and hydraulic system check, etc.In the design of mechanical design manual acuity than on hydraulic system design, combining the requirement of the hydraulic excavator learned teaching system design, and arm oil cylinder and the cylinder bucket design and calculation.Key Words: hydraulic system, hydraulic cylinders, hydraulic pumps.目錄1.緒論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 引言 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型 ?????????????????????????????????????????????????????????????11.2.1 液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.2 液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn) ???????????????????????????????????????????????????21.3 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.1 系統(tǒng)主參數(shù)的確定 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.1.1 確定系統(tǒng)的工作壓力 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.1.2 確定系統(tǒng)流量 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.1.3 確定系統(tǒng)的型式 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.2 系統(tǒng)方案的擬定 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.2.1 確定元件類型 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????72.2.2 擬訂主回路 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????83 系統(tǒng)初步計(jì)算和液壓元件的選擇 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.1 液壓功率和發(fā)動(dòng)機(jī)功率 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????94 鏟斗液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????254.1 基本參數(shù)的確定 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255 輔助元件的選擇 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????365.1 液壓缸的緩沖裝置與閥的選擇 ???????????????????????????????????????????????????????????????????365.2 液壓附件 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????376 液壓系統(tǒng)的安裝和維護(hù) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????386.1 液壓元件的安裝 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????386.2 液壓元件的維護(hù) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????397 總結(jié) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41參考文獻(xiàn) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42附錄 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43致謝 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????44第 1 頁(yè) 1.緒論1.1 引言液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它的工作過(guò)程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸載位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開(kāi)始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水里施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中有著廣泛的應(yīng)用，是各種土方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備，在建筑工程中，可用來(lái)挖掘基坑、排水溝，拆除舊建筑物，平整場(chǎng)地等。更換工作裝后，可進(jìn)行裝卸、安裝、打樁和拔出樹(shù)根等作業(yè)。在水力施工中，可用來(lái)開(kāi)挖水庫(kù)、運(yùn)河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。在鐵路，公路建設(shè)中，用來(lái)挖掘土方、建筑路基、平整地面和開(kāi)挖路旁開(kāi)水溝等。在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來(lái)挖掘電纜溝和管道溝等。在露天采礦廠上，可用來(lái)剝離表土、采掘礦石或煤，也可用來(lái)進(jìn)行堆棄裝在和鉆孔等作業(yè)。在軍事工程中，可用來(lái)筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一種品種，對(duì)于減輕工人份額、繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。1.2 液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)和基本類型1.2.1 液壓挖掘機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)液壓挖掘機(jī)在動(dòng)力裝置和工作裝之間采用容積式液壓靜壓傳動(dòng)，即靠液體的壓力能進(jìn)行工作。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)。第 2 頁(yè) 1能無(wú)極調(diào)速且調(diào)速范圍大,例如液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速紙比可達(dá) 1000:1.2能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,例如柱塞式液壓馬達(dá)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可達(dá) 1r/min.3快速作用時(shí)，液壓元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣性小，加速性能好，并可作高速反轉(zhuǎn)。4傳動(dòng)平穩(wěn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可吸收沖擊和震動(dòng),操縱省力,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制.5易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,系列化、通用化.基于液壓傳動(dòng)的上述優(yōu)點(diǎn),液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)相比,具有下列主要特點(diǎn).1大大改善了挖掘機(jī)的技術(shù)性能,挖掘力大、牽引力大，機(jī)器重量輕，傳動(dòng)很平穩(wěn)，作業(yè)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓挖掘機(jī)與同級(jí)機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)相比，挖掘力約高 30%。挖掘機(jī)在工作時(shí)的主要?jiǎng)幼靼ㄐ凶?、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)和工作裝置的作業(yè)動(dòng)作，其中動(dòng)作最頻繁的是回轉(zhuǎn)和工作裝置的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)一般速度不高，而所需的作用力卻很大，要求在短時(shí)進(jìn)內(nèi)通過(guò)變速或換向來(lái)完成各種復(fù)雜的動(dòng)作。機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)完成上述運(yùn)動(dòng)，需通過(guò)摩摖離合器、減速器、逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、提升和推壓機(jī)構(gòu)等配合來(lái)完成。因此，機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊載荷。2液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)有防止過(guò)載的能力，所以使用安全可靠，操縱簡(jiǎn)便。由于可采用液壓先導(dǎo)控制，無(wú)論驅(qū)動(dòng)功率多大，操作均很靈活、省力，司機(jī)的工作條件得到改善。更換工作裝置時(shí)，由于不牽連轉(zhuǎn)臺(tái)上部的其它機(jī)構(gòu)，因此更換工作裝置容易，而機(jī)械式挖掘機(jī)則受到提升機(jī)構(gòu)和推壓機(jī)構(gòu)的牽連和限制。3液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于組織大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步提高質(zhì)量和降低成本。1.1.2 液壓挖掘機(jī)的基本類型及主要特點(diǎn)（1）根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)傳動(dòng)類型劃分根據(jù)液壓挖掘機(jī)主要機(jī)構(gòu)是否全部采用液壓傳動(dòng)，分為全液壓傳動(dòng)河粉液壓傳動(dòng)兩種。若挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等幾個(gè)主要機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均為液壓傳動(dòng)，則成為全液壓挖掘機(jī)。(2)根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的類型劃分根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的不同，液壓挖掘機(jī)可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式及拖式。第 3 頁(yè) 履帶式液壓挖掘機(jī)應(yīng)用最廣，在任何路面行走均有良好的通過(guò)性，對(duì)土壤有良好的附著力，接地比壓小，作業(yè)是不需設(shè)支腿，適用范圍較大。在土質(zhì)松軟或沼澤地帶作業(yè)的液壓挖掘機(jī)，還可通過(guò)加寬和加長(zhǎng)履帶來(lái)降低接地比壓。違反防止對(duì)路面的碾壓破壞。輪式液壓挖掘機(jī)具有行走速度快，機(jī)動(dòng)性好，可在多種路面通行的特點(diǎn)。近年來(lái)，輪胎式挖掘機(jī)的生產(chǎn)量日漸增長(zhǎng)。懸掛式液壓挖掘機(jī)是將工作裝置安裝在輪胎式或履帶式拖拉機(jī)上，可以達(dá)到一機(jī)多用的目的。這種挖掘機(jī)拆裝方便，成本低廉。汽車式液壓挖掘機(jī)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的汽車底盤，速度快，機(jī)動(dòng)性好。（3）根據(jù)工作裝置劃分根據(jù)工作裝置結(jié)構(gòu)不同，可分為鉸接式和伸縮臂式液壓挖掘機(jī)。鉸接式工作裝置應(yīng)用較為普遍。這種挖掘機(jī)的工作裝置靠各構(gòu)件交接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成作業(yè)。伸縮臂視挖掘機(jī)的動(dòng)臂由主臂及伸縮臂組成，伸縮臂可在主臂內(nèi)伸縮，還可以變幅。伸縮臂前端裝有鏟斗，始于進(jìn)行平整和清理作業(yè)，尤其是修整溝坡。1.3 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況挖掘機(jī)的最早雛形，主要用于河道、港口的疏浚工作，第一臺(tái)有確切記載的挖掘機(jī)械是 1796 年英國(guó)人發(fā)明的蒸汽“挖泥鏟” 。而能夠模擬人的掘土工作，在陸地上使用的蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的“動(dòng)力鏟”與 1835 在美國(guó)誕生，主要用于修筑鐵路的繁重工作，被認(rèn)為是現(xiàn)代挖掘機(jī)的先驅(qū)，距今已有 170 多年的歷史。1950 年，德國(guó)制造出世界上第一臺(tái)全液壓挖掘機(jī)。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料不斷在挖掘機(jī)上得到應(yīng)用，尤其是電子技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用使得液壓挖掘機(jī)在作業(yè)效率、可靠、安全性和操作舒適性以及節(jié)能、環(huán)保等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前液壓挖掘機(jī)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，成為土石方施工不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備。我國(guó)從 1967 年開(kāi)始自行研制液壓挖掘機(jī)。早期開(kāi)發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的 WY100、貴陽(yáng)礦山機(jī)械廠的 W4-60、合肥礦山機(jī)械廠的 WY60 等。道 20 實(shí)際 70 年代末和 80 年代初，長(zhǎng)江挖掘機(jī)廠杭州重型機(jī)械廠分別研制成功了 WY160 和 WY250 等液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品。從 1994 年開(kāi)始，美國(guó)的卡特彼勒公司、日本的神戶制鋼索、日本的小松制作所、日本的日立建機(jī)株式會(huì)社、韓國(guó)大宇重工、韓國(guó)現(xiàn)代重工業(yè)以及德國(guó)利勃海爾、德國(guó)學(xué)孚、德國(guó)阿特拉斯、瑞典沃爾沃等公司先后在中國(guó)建立了中外合資、外商獨(dú)資挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)具有世界先進(jìn)生產(chǎn)水平的多種型號(hào)和規(guī)格的液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品。第 4 頁(yè) 近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，形成了巨大的液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)空間，但該行也主要由合資企業(yè)和外資企業(yè)所壟斷。國(guó)內(nèi)一些工程機(jī)械行業(yè)的上市股份公司通過(guò)合資的方式介入了挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)國(guó)內(nèi)好有眾多的企業(yè)也在生產(chǎn)液壓挖掘機(jī)，但在生產(chǎn)規(guī)模、品牌、質(zhì)量等方面與國(guó)外大公司相比還有一定差距。為了發(fā)展民族挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)，必須瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，圍繞國(guó)內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng)，在充分利用國(guó)際化配套和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)自主創(chuàng)新意識(shí)，掌握核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)，發(fā)揮性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，把我國(guó)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品做大做強(qiáng)。第 5 頁(yè) 2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓挖掘機(jī)整個(gè)機(jī)械包括：底盤行走系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、工作機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的是履帶式小型無(wú)尾液壓挖掘機(jī)，它主要是利用液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的基本動(dòng)作。一個(gè)完整的、能夠正常工作的液壓系統(tǒng)，應(yīng)該由以下五個(gè)主要部分來(lái)組成：1.動(dòng)力元件：液壓泵，其功能是供給液壓系統(tǒng)壓力油，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能。2.執(zhí)行元件：液壓缸、液壓馬達(dá)，其功能把是液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。液壓缸輸出力和速度，帶動(dòng)負(fù)載作直線運(yùn)動(dòng)；液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)負(fù)載作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。3.控制元件：控制閥，其功能是對(duì)系統(tǒng)中的壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制，以保證執(zhí)行元件達(dá)到所要求的輸出力（或力矩）、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。4.輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作所需要的輔助裝置，例如油箱，濾油器，油管等。5.工作介質(zhì)：液壓油 本次液壓系統(tǒng)采用雙泵雙回路定量并聯(lián)系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)的動(dòng)作正確，操作方便，功率利用較好。由于定量泵簡(jiǎn)單可靠，價(jià)格低廉，耐沖擊性好，所以選用定量系統(tǒng)。油路的連接方式有并聯(lián)、串聯(lián)和串并聯(lián)三種。本次選擇并聯(lián)油路，即多路換向閥中各個(gè)換向閥的進(jìn)油路與一條總的壓力油相連，各回油路與一條總的回油路相連，進(jìn)油和回油互不干擾，稱為并聯(lián)油路。并聯(lián)油路的特點(diǎn)是各滑閥可進(jìn)行各自獨(dú)立操作，幾個(gè)工作裝置可以同時(shí)進(jìn)行工作；但當(dāng)幾個(gè)滑閥同時(shí)處于換向位置時(shí)，負(fù)荷小的工作裝置先動(dòng)，而不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步，不過(guò)可采用均流器來(lái)解決并聯(lián)系統(tǒng)中兩個(gè)執(zhí)行原件的同步問(wèn)題。2.1 系統(tǒng)主參數(shù)的確定第 6 頁(yè) 2.1.1 確定系統(tǒng)的工作壓力液壓系統(tǒng)工作壓力是指液壓系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)所能克服外載荷的最高限定壓力。系統(tǒng)的壓力級(jí)級(jí)選擇與機(jī)器種類、主機(jī)功率大小、工況和液壓元件的型式有密切關(guān)系。一般小功率機(jī)器用低壓，大功率機(jī)器用高壓。在一定的允許范圍提高油壓，可是系統(tǒng)的尺寸減小，但容積效率會(huì)下降。目前，建設(shè)機(jī)械所用工作壓力等級(jí)有：（1）中壓 壓力為 10~20MPa。常用于裝載機(jī)、起重機(jī)、小型挖掘機(jī)等建設(shè)機(jī)械。（2）高壓 壓力為 20~32MPa。常用于中、大型挖掘機(jī)、混凝土泵等。（3）超高壓 壓力超過(guò) 32MPa。通過(guò)比較初步選定系統(tǒng)壓力 p=16MPa系統(tǒng)工作壓力 p 要根據(jù)技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)效果和制造可能性等三反方面來(lái)確定。在外負(fù)荷已定情況下，系統(tǒng)壓力選的愈高，各液壓元件的幾何尺寸就越小，可以獲得比較輕巧緊湊的結(jié)構(gòu)，對(duì)大型挖掘機(jī)來(lái)說(shuō)，更為重要，所以，一般應(yīng)盡可能選取較高的工作壓力。但造維修困難，增大了液壓振動(dòng)與沖擊，影響了元件壽命和可靠性，此外，壓力增高太多，元件與管道的壁厚相應(yīng)增加，尺寸與質(zhì)量的減少率將愈來(lái)愈小。初選工作壓力以后，可以選擇元件，并推算元件所需流量，將同時(shí)工作的元件的流量疊加，并取各疊加數(shù)中最大值，就是系統(tǒng)流量 Q。2.1.2 確定系統(tǒng)流量確定壓力 P 和流量 Q，應(yīng)該選用國(guó)定系列標(biāo)準(zhǔn)值。適用于液壓挖掘機(jī)的工程壓力系列值有：8、10、12.5、16、20、25、32、40MPa ；流量系列值有：32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400、500L/min。初步選工作流量 Q=63 L/min。2.1.3 確定系統(tǒng)的型式 國(guó)產(chǎn) 0.25 一下和部分 1.0 以下反鏟標(biāo)準(zhǔn)斗容量液壓挖掘機(jī)采用定量系3m3m統(tǒng)，其中除 0.2 懸掛式挖掘機(jī)以外，都是雙泵雙回路系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用的是雙泵雙回路定量并聯(lián)系統(tǒng)。2.2 系統(tǒng)方案的擬定第 7 頁(yè) 2.2.1 確定元件類型1．執(zhí)行原件本次設(shè)計(jì)的履帶式無(wú)尾液壓挖掘機(jī)有六個(gè)主要執(zhí)行原件，即動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)和兩個(gè)行走馬達(dá)，采用雙泵雙回路系統(tǒng)，把一切執(zhí)行原件按照作業(yè)要求分成兩組，各由一臺(tái)液壓泵驅(qū)動(dòng)，分別構(gòu)成獨(dú)立的回路。第一回路：左行走馬達(dá)，回轉(zhuǎn)馬達(dá)，鏟斗液壓缸：第二回路：右行走馬達(dá)，動(dòng)臂油缸，斗桿液壓缸。圖 2-1 液壓系統(tǒng)原理圖液壓泵是將原動(dòng)機(jī)（本機(jī)選柴油機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成油液的液壓能，在意壓力、流量的形式輸送到系統(tǒng)中去。按其職能來(lái)說(shuō)，屬于液壓能元件，又稱為動(dòng)力元件。液壓泵的額定壓力宜比系統(tǒng)工作壓力大 25%以上，使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備。泵的主要參數(shù)有壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率。因?yàn)橄到y(tǒng)的工作壓力為 16MPa，所以有 16×（1+25%）=20（MPa）在定量系統(tǒng)中，流量固定，不能因外負(fù)荷變化而使流量作相應(yīng)的變化，因此，第 8 頁(yè) 負(fù)荷小時(shí)不能提高作業(yè)速度，功率得不到重分利用。為了滿足作業(yè)要求，定量系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率要根據(jù)最大外負(fù)荷和作業(yè)速度來(lái)確定。由于定量泵簡(jiǎn)單可靠，價(jià)格低來(lái)呢，耐沖性能好，在小型液壓挖掘機(jī)上定量系統(tǒng)得到應(yīng)用，但是，其缺點(diǎn)是系統(tǒng)功率不能充分利用，泵的特性很硬，挖掘硬土?xí)r引起很大的溢流損失。本系統(tǒng)采用中壓定量系統(tǒng)泵，系統(tǒng)壓力ｐ=16MPa，考慮到額定壓力比系統(tǒng)壓力大 25%左右，式液壓泵具有一定的液力儲(chǔ)備。16×（1+25%）=20（MPa）表 2-1 不同型號(hào)齒輪泵的參數(shù)壓力MPa 轉(zhuǎn)速（r/min）型號(hào)理論排量（ ml/r） 額定最高 額定 最高最低驅(qū)動(dòng)功率（KW）額定工況下）CB-Fc10 10.44 6.4CB-Fc16 16.01 9.9CB-Fc20 20.19 12.4CB-Fc25 25.06 15.36CB-Fc31.5 32.02 19.6CB-Fc40 4016 20 2000 2500 60024.82.2.2 擬定主回路1．回路循環(huán)形式一般小型挖掘機(jī)多采用定量系統(tǒng)，油路采用開(kāi)式，這樣可以使系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低，從發(fā)動(dòng)機(jī)功率充分利用方面考慮多采用雙本雙回路,這樣即可獨(dú)立的工作，又可配合動(dòng)作，還可合流動(dòng)作。2．基本回路本系統(tǒng)采用并聯(lián)回路。3．調(diào)速方式本系統(tǒng)采用手動(dòng)換向、無(wú)級(jí)調(diào)速。為了保證主機(jī)工作安全，整個(gè)液壓系統(tǒng)必須裝有安全溢流閥，個(gè)執(zhí)行原件大多裝有限壓閥。第 9 頁(yè) 3 系統(tǒng)初步計(jì)算和液壓元件的選擇3.1 液壓功率和發(fā)動(dòng)機(jī)功率1 液壓泵或泵組的功率是 .60pyPQN?η R式中Pp — 液壓泵的最大工作壓力（KPa）Qp — 液壓泵的最大流量（L/min）η — 液壓泵的總效率，柱塞泵取 0.85～0.90；齒輪泵取0.75～0.85；R — 變量系數(shù)，對(duì)定量系統(tǒng) R=1。本系統(tǒng)中： Pp=16×1000KPa Qp=50L/min η=0.85 R= 1求得 Ny=15.69KW 單斗液壓挖掘機(jī)采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，本系統(tǒng)也采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，柴油機(jī)的功率必須能夠充分滿足主機(jī)工作過(guò)程中的動(dòng)力需要。中小型機(jī)以反鏟為基本裝置，所以功率計(jì)算以反鏟為依據(jù)。定量系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率較低，一般只有 60%左右，所損失的功率全部變?yōu)闊崃?，因此，確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)可以取得低些，對(duì)于雙泵雙回路定量系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率可取為N =(0.8～1.1)Ny.2所以 N=(25～34.5)又因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)功率為 33KW，在上式所求范圍之內(nèi)，所以基本符合要求。2.液壓泵本系統(tǒng)選擇液壓泵的型號(hào)為 CB—FC25：理論排量 25.06； 額定壓力 16最高壓力 20 額定轉(zhuǎn)速 2000最高轉(zhuǎn)速 2500 驅(qū)動(dòng)功率 15.36第 10 頁(yè) Pp≥Pl +ΔPlPp — 油泵工作壓力P1 — 系統(tǒng)最大壓力ΔP1 — 從泵到執(zhí)行原件的壓力損失取 ΔP1=0.5MPa；取 P1=17.5MPa即得：20≥17.5+0.5 =18 滿足。3 動(dòng)臂液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算液壓缸通常有后蓋、鋼筒、活塞桿、活塞組件、前端蓋等主要部件組成。為防止油液向液壓缸外泄或由高壓缸向低壓缸泄露，在缸筒和端蓋、活塞和活塞桿、活塞和缸筒、活塞桿和前端蓋之間均設(shè)置有密封裝置；在前端蓋外側(cè)，還裝有防塵裝置；有時(shí)還設(shè)有排氣裝置，防止氣蝕或因體積變化產(chǎn)生震動(dòng)等。1）液壓缸缸筒內(nèi)徑 D 的計(jì)算（1）液壓缸工作壓力 p 的確定液壓缸的工作壓力主要取決于液壓設(shè)備的類型，系統(tǒng)壓力 p=16MPa（2）液壓缸的機(jī)械效率 的確定pη液壓缸的機(jī)械效率由活塞及活塞桿封密處的摩摖阻力產(chǎn)生的。在額定壓力下，通常可取 =0.9~0.95.本次設(shè)計(jì)取 =0.9。pη pη（3）液壓缸速比系數(shù)確定由于本次液壓缸的設(shè)計(jì)采取緩沖裝置來(lái)避免工作時(shí)的震動(dòng)劇烈，故需選定速比系數(shù)。速比系數(shù)過(guò)大或過(guò)小均對(duì)機(jī)械有影響，易產(chǎn)生背壓，因此選取合適的速比系數(shù)很重要。 《液壓傳動(dòng)》第五章表 5-4-2。表 2-2 不同工作壓力時(shí)的速比工稱壓力/MPa ≤10 12.5~20 20速比系數(shù)（Ф） 1.33 1.46， 2 2選取速比系數(shù) Ф=1.46（4）活塞桿的工作阻力 F 的確定已知 =40KN,本設(shè)計(jì)選取安全系數(shù) S=1.46。maxF所以 058KN?（5）液壓缸內(nèi)徑 D 的確定 第 11 頁(yè) 04mFDp??η代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 4580.933.16.D?×根據(jù)≤機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)≥ 表 21-6-2 得：215P?表 2-3 液壓缸的內(nèi)徑系列表液壓缸內(nèi)徑系列（GB/T2348-1993/mm）8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、 （90） 、100、 （110） 、125、140、160、180、2500、250、280、320、360、400、450、500故選取 D=100mm2）液壓缸壁厚 δ 和外徑 的確定1Da 液壓缸的壁厚由強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算，液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，即各處相同。 ??2ypDδ ≥ σ式中：P —— 液壓缸中最高工作壓力（MPa） ；［σ］ —— 缸筒材料許用應(yīng)力（MPa）D —— 液壓缸內(nèi)徑（cm）又因?yàn)椋海郐遥? bnσ其中：—— 材料的抗拉強(qiáng)度極限（MPa） ；bσn —— 安全系數(shù)；表 2-4 各種載荷參數(shù)材料種類 交變載荷 靜載荷 沖擊載荷第 12 頁(yè) 不對(duì)稱對(duì)稱鋼 5 8 3 12鑄鐵 6 10 10 15缸筒材料通常用 20、35、45 號(hào)鋼的無(wú)縫缸筒，由于后面缸筒與缸蓋采用焊接結(jié)構(gòu)，故本次設(shè)計(jì)缸筒材料采用 35 號(hào)鋼，并進(jìn)行調(diào)制處理。由于工作性質(zhì)為挖掘作業(yè)，故工作載荷為交變載荷且不對(duì)稱，選取 n=5。35 號(hào)鋼的許用應(yīng)力 =610MPa；bσ所以??6102()5bMPan?σσ =系統(tǒng)最高工作壓力 的確定：2?當(dāng)額定壓力 時(shí)，最高工作壓力 =1.25 ；160ha≥ Pyh當(dāng)額定壓力 時(shí)，最高工作壓力 ；PM3000mm ，最大挖掘深度3400mm 并有同組同學(xué)計(jì)算得：L=1900mm4 液壓缸推力計(jì)算當(dāng)液壓缸的無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)，作用在活塞上的理論推力為： 21()NFDP??cmη當(dāng)液壓缸的有桿腔進(jìn)油時(shí)，作用在活塞上的有用推力為： 21())4Ncmd?η式中： P —— 工作壓力 （Pa） ；D —— 活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑） （m） ；d —— 活塞桿直徑（m） ；—— 液壓缸的機(jī)械效率，取 =0.9；cη cη第 14 頁(yè) 所以得： 261()0.10.91344NFN???×262()(.).782?5 活塞桿安全狀況的校核當(dāng) l≤10d 時(shí)，應(yīng)按強(qiáng)度條件進(jìn)行校核；當(dāng) l10d 時(shí)，應(yīng)按彎曲條件進(jìn)行校核；有材料力學(xué)所學(xué)知識(shí)知：當(dāng)一根受壓時(shí)，其軸向負(fù)荷超過(guò)臨界力 時(shí)，kF及失去原有直線狀態(tài)的穩(wěn)定性，引起失穩(wěn)。對(duì)于液壓缸，其穩(wěn)定性保證條件為： 2219.4.631900dl mdDP??×kFn?式中： —— 活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力；k—— 安全系數(shù)，本次設(shè)計(jì)取 =4；knkn液壓缸的穩(wěn)定臨界力 與活塞桿和缸體的材料、長(zhǎng)度、剛度、和兩端的支kF撐情況等因素有關(guān)。當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比 時(shí)，lmnk≥ 2kEjl??當(dāng)細(xì)長(zhǎng) 時(shí)，l?21()kfAF?式中： l —— 活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度（m） ；k —— 活塞截面的回轉(zhuǎn)半徑；j —— 活塞桿界面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；A—— 活塞桿的截面面積；m—— 柔度系數(shù)；n —— 端點(diǎn)安裝的形式系數(shù)；f —— 材料強(qiáng)度試驗(yàn)值；第 15 頁(yè) E—— 材料彈性模量；因?yàn)?=121.21 =85lkmn所以= = = （N ）2knEjFl??246dl 42923.1063.106×5.310= =115750k54.310×因?yàn)樽畲蠊ぷ魍屏?=1.22 ；1()NF40kFn所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。6 活塞桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(a)活塞桿結(jié)構(gòu)形式的選取活塞桿是與工作機(jī)構(gòu)直接相連，承擔(dān)著工作機(jī)構(gòu)的主要載荷，因此必須具備足夠的剛度和強(qiáng)度，醫(yī)保在承受拉力，彎曲應(yīng)力、振動(dòng)、沖擊時(shí)，能使系統(tǒng)正常運(yùn)作?；钊麠U對(duì)活塞的有效面積也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，必須將這些影響降低到最小，保證液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度和推力。活塞長(zhǎng)時(shí)間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，采用耐磨材料使其具備一定的耐磨性，提高活塞的尺寸精度和表面光潔度，使摩摖減小，提高活塞使用壽命。桿體： 采用實(shí)心結(jié)構(gòu)；桿體表面： 進(jìn)行鍍鉻處理；活塞與活塞桿的連接形式：活塞與活塞桿的連接形式有許多，各種形式內(nèi)部均有鎖緊措施，以防止工作時(shí)由于反復(fù)運(yùn)動(dòng)而松開(kāi)，并且活塞和活塞桿之間還設(shè)置靜密封。一般工程液壓缸活塞與活塞桿連接多采用卡環(huán)連接。桿外圈：為了避免活塞承受偏心載荷，產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，根據(jù)工作安裝要求，選取適當(dāng)桿頭形狀。因液壓缸工作時(shí)軸線擺動(dòng)，本次設(shè)計(jì)采用軸銷式連接。用于連接的銷，其直徑可根據(jù)連接的活塞特點(diǎn)按經(jīng)驗(yàn)確定，本次設(shè)計(jì)銷的材料采用 35 號(hào)鋼，選取帶孔銷，直徑為 d=25mm。液壓缸的耳環(huán)結(jié)構(gòu)與銷軸連接，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要滿足與銷的連接，考慮到外形美觀，期內(nèi)經(jīng)與銷軸外徑相匹配，外徑與液壓缸外徑相匹配。(b)活塞桿的材料選取與相關(guān)技術(shù)要求材料： 選取 45 號(hào)鋼；第 16 頁(yè) 技術(shù)要求：1)淬火，淬火深度 0.5～1cm，表面鍍鉻 20～30mm；2)活塞桿在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，采用 配合；87Hh3)圓柱的圓柱度公差不大于直徑公差一半； 4)安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于 ，0.41m以保證安裝時(shí)不產(chǎn)生偏斜；5)安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于 0.01mm；6)活塞桿的外圓粗糙度 R=0.1～0.3mm，不宜太光，負(fù)責(zé)無(wú)法產(chǎn)生油膜；7)活塞桿內(nèi)端的卡鍵和緩沖裝置也要保證與軸線同心，特別是緩沖柱，最好與活塞做成一體；(6)活塞桿中隔圈的設(shè)計(jì)計(jì)算(a)在長(zhǎng)行程液壓缸內(nèi)，由于安裝方式及負(fù)載的導(dǎo)向條件，可能是活塞桿導(dǎo)向套受到過(guò)大的傾向力而導(dǎo)致嚴(yán)重磨損，因此在長(zhǎng)行程液壓缸內(nèi)需在活塞與有桿側(cè)端蓋之間安裝一個(gè)隔圈，是活塞在全部外伸時(shí)能有足夠的支撐強(qiáng)度?；钊麠U的最小支撐長(zhǎng)度 的最小值應(yīng)滿足下式： =100+31.5=131.5mmgLgLd≥ D+2(b)中隔圈長(zhǎng)度 的計(jì)算t各生產(chǎn)廠按各自生產(chǎn)的液壓缸結(jié)構(gòu)、間隙等因素和試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定中隔圈的長(zhǎng)度 。根據(jù)≤機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)≥可取，當(dāng) 1000mmL2500mm 時(shí)，需安裝gL中隔圈的長(zhǎng)度如下：L=1000mm～1500mm， =50mm； tLL=1501～2000mm；L=2001～2500mm， =150mm；t由于 L=1147mm，所以 =50mm；tL(7)活塞桿的防塵圈的選擇根據(jù)≤機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)≥表 6-38 本設(shè)計(jì)材料為丁青橡膠，在外表面上具有數(shù)字形截面的密封表面，保證它在溝槽中可靠的定位。表 2-6 防塵圈的選用第 17 頁(yè) 工作范圍名稱 作用 直徑范圍/mm 溫度/0C速度 msA 型防塵圈 防塵 6～390 -30～110≤17 液壓缸效率和液壓缸流量的確定a 液壓缸效率 的計(jì)算cη已知 cvcmη =η ×η式中： —— 液壓缸機(jī)械效率，取 =0.9；mη cmη—— 液壓缸的容積效率；cvη當(dāng)活塞密封為彈性材料時(shí)， =1；cvη當(dāng)活塞密封為金屬環(huán)時(shí)， =0.98；η本次設(shè)計(jì)密封裝置均為彈性密封圈，故 =1。cvη= × =0.9×1=0.9cη mη cvηb 液壓缸的流量 Q 的確定CVA?η式中：A —— 活塞有效作用面積；無(wú)桿腔時(shí)的面積 ;有桿腔時(shí)的214D??面積 ；22()4Dd???V —— 活塞運(yùn)動(dòng)速度，取 V=1.5 ；min—— 活塞容積效率；cvη第 18 頁(yè) 所以 210.15.8min4CVALQ???×η22(.63).71/i?η(9)缸筒端蓋厚度的計(jì)算根據(jù)≤機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)≥得：本次設(shè)計(jì)采用焊接型液壓缸，即前端蓋與缸筒之間采用內(nèi)外螺紋連接，而后端蓋與缸筒之間采用焊接連接。(10)厚度 t 的計(jì)算無(wú)孔時(shí)： ??20.43yPD≥ ×σ有孔時(shí)： 220.()yt d??σ式中： t —— 缸蓋有效厚度（m） ；—— 缸蓋止口內(nèi)徑（m） ；2D—— 缸蓋孔直徑（m）0d其中： =122MPa；??bn?σσ所以： =0.433×100× =23.72mm；??20.43yPtD≥ ×σ 3712取 t=25mm；(11)厚度強(qiáng)度驗(yàn)算缸筒與端蓋間為焊接連接，根據(jù)≤機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)≥得： 6210()4bFnDd????σσ η式中： F —— 缸內(nèi)最大推力； F=113040(N);—— 缸筒外徑，根據(jù)前面計(jì)算知 =120mm；1 1D第 19 頁(yè) —— 焊接底徑，設(shè)計(jì)為 =91mm；1d1dη —— 焊接效率，η=0.8；——焊接材料的抗拉強(qiáng)度；bσn —— 安全系數(shù)，n=5；因?yàn)?=450MPa。bσ所以 22130465.72(9).8MPa????σ ×bσ n所以 可知焊接安全bn?σσ圖 3-2 后缸蓋與缸筒的焊接(12)缸筒制造加工要求a 缸筒內(nèi)徑采用 H7 或 H8P 配合，表面粗糙度一般為 0.16~0.32μm，都需要進(jìn)行研磨；b 熱處理：調(diào)制處理，硬度 HB≥241～285;c 缸內(nèi)徑的圓度，錐度，圓柱度均不大于內(nèi)徑公差的一半；d 缸筒直徑大于 100mm，故垂直度不大于 0.03mm；(13)活塞的設(shè)計(jì)計(jì)算活塞在崗內(nèi)徑作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，因此配合不應(yīng)過(guò)緊；但活塞應(yīng)保證有桿腔和無(wú)桿腔兩端油液不相通，故配合又不應(yīng)過(guò)松；活塞設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響第 20 頁(yè) 液壓系統(tǒng)效率的高低。a 活塞結(jié)構(gòu)形式的選取活塞結(jié)構(gòu)形式多種多樣，通常分為整體活塞和組合活塞兩類。整體活塞在活塞圓周上開(kāi)溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但給活塞的加工帶來(lái)困難，密封安裝時(shí)也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要有密封形式?jīng)Q定。組合式活塞大多可以多次拆裝，密封件使用壽命長(zhǎng)。隨著耐磨導(dǎo)向環(huán)大量的使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向套聯(lián)合使用，大大降低了活塞加工成本。因此，經(jīng)比較選擇組合式活塞。根據(jù)≤機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)≥得選用車氏 C 型滑環(huán)密封組合式活塞。b 活塞密封裝置選取活塞的結(jié)構(gòu)形式主要由密封形式?jīng)Q定。本系統(tǒng)采用車氏組合密封。該密封材料的特點(diǎn)：聚氯橡膠材料制作的滑環(huán)及 O 型圈組合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩摖阻力小，密封性能好，多次拆卸可重復(fù)使用等?；钊拿芊庑问脚c活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)液壓缸的不同作用力和不同工作壓力選擇。c 活塞的材料選取本次設(shè)計(jì)采用導(dǎo)向環(huán)的活塞：優(yōu)質(zhì)碳素鋼 45 鋼，在外徑套氯乙烯 PTFE+玻璃纖維和聚三氯乙烯材料制成的支撐環(huán)。d 活塞外徑 Ф 的計(jì)算活塞外徑的大小與活塞的缸徑 D 和活塞表面的支撐形式有關(guān)，根據(jù)上面的活塞結(jié)構(gòu)形式的選取，知 Ф=D-2δ式中：D —— 缸筒的內(nèi)徑；δ —— 支撐環(huán)材料的厚度；一般 δ=2 ～4mm ，缸徑較小時(shí)取值較小，在此取 δ=3mm。Ф=D-2δ=100-2×3=94mme 活塞中心孔直徑 ??2ycDPd???2σ式中： ——系統(tǒng)工作時(shí)最高壓力；yP—— 活塞材料許用應(yīng)力， =0.75 ；??cσ ??cσ sσ—— 活塞材料的屈服極限，選用 45 號(hào)鋼；sσ=360MPa；sσ第 21 頁(yè) 所以 取 =51mm220.1.6350.97m????×62?f 活塞寬度 β 的計(jì)算活塞寬度一般是活塞外徑的 0.6～1.0 倍，具體設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮密封件的形式，本次設(shè)計(jì)取活塞寬度為外徑的 0.8 倍。Ф=D-6=100-6=94β=0.6×94=56.4mm取：β=64mmg 活塞的配合要求及加工公差活塞外徑的配合一般采用 f8，外徑對(duì)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 0.04mm/100mm，外表面圓度和圓柱度一般不大于外徑公差的一半，表面粗糙度根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同而定。本次設(shè)計(jì)表面粗糙度選用 0.16μm。圖 3-3 活塞的裝配方式圖9 連接螺栓強(qiáng)度的校核（1）主要受力的螺栓校核螺紋強(qiáng)度計(jì)算公式：螺紋處的拉應(yīng)力： 6310()4KFdD??σ =×螺紋處的剪應(yīng)力： 6103.2()??τ合成應(yīng)力： 2n?σ σ τ第 22 頁(yè) 式中： F —— 缸筒端部承受最大推力；D —— 缸筒內(nèi)徑；—— 螺紋外徑；0d—— 螺紋底徑；1K —— 擰緊螺紋系數(shù)；不變載荷取 K=1.25～1.5,變載荷取K=2.5～4,本次設(shè)計(jì)為變載荷，取 K=3;—— 螺紋連接摩摖系數(shù)；一般 =0.07～0.2，平均取 =0.121 1K1K—— 許用應(yīng)力， ；pσ 0spn?σσ—— 缸筒材料屈服極限；45 好鋼的 =360MPa；sσ sσ—— 安全系數(shù)，本次設(shè)計(jì)取 =1.5； cncn39120413564802(6).9MPa???×σ 3. .τ 2918.762.47.n a????σ σ τ因?yàn)? ??nσ σ所以螺紋連接強(qiáng)度滿足要求。（2）其它非主要螺栓的設(shè)計(jì)這些螺栓只起到外殼連接作用：a 連接結(jié)合面的幾何形狀合理，考慮到盡可能成軸對(duì)稱，結(jié)合接觸面合理，便于加工制造。b 螺栓組的形心與結(jié)合面形心基本重合。c 螺栓靠近結(jié)合面邊緣，減少受力。d 同一組螺栓的規(guī)格都一樣，便于選用裝配。考慮其受力用途，本設(shè)計(jì)選用小六角頭鉸制孔用螺栓：GB/T27—1998-M20×215第 23 頁(yè) 此螺栓的特點(diǎn)是：能夠精確的固定被連接件的相互位置，并且能夠承受有橫向力產(chǎn)生的剪切和擠壓。由于其為非主要受力件，故不需要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。1)活塞桿最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 的確定(1)活塞桿的導(dǎo)向套用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)段有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封，外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿右后退時(shí)把雜質(zhì)、灰塵、以及水分帶到密封裝置處，損毀密封裝置。當(dāng)導(dǎo)向套采用非耐磨材質(zhì)時(shí)，其內(nèi)圈還可設(shè)置導(dǎo)向環(huán)，用作活塞桿的導(dǎo)向。導(dǎo)向套的典型結(jié)構(gòu)形式有軸套式和端蓋式兩種，本設(shè)計(jì)選用軸套式，導(dǎo)向套長(zhǎng)度過(guò)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(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，一般液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度按如下公式計(jì)算： 20LDH?≥式中： L —— 最大工作行程；D —— 缸筒內(nèi)徑；所以20LDH?≥導(dǎo)向套的長(zhǎng)度為：H= mm1714?(2)導(dǎo)向套的材料選取金屬導(dǎo)向套一般采用摩摖系數(shù)小，耐磨材料好的青銅制作，非金屬導(dǎo)向套可以用塑料、聚四氯乙烯或聚三氟氯乙烯材料制作端蓋式直接導(dǎo)向性型的導(dǎo)向套材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等。本次設(shè)計(jì)采用青銅材料制作導(dǎo)向套。2)導(dǎo)向套的加工要求導(dǎo)向套的外圓與端蓋內(nèi)孔的配合多為 H8/h7，內(nèi)控與活塞桿外圓的配合多為公差的一半，內(nèi)孔中的環(huán)形油槽要淺而寬要保證良好的潤(rùn)滑。3)液壓油口直徑 D 的確定油口包括油口孔和油口連接螺紋，液壓缸的進(jìn)、出油口可布置在缸蓋或缸筒上。液壓油口直徑：第 24 頁(yè) 4.63QdV?式中：Q —— 液壓缸最大流量；V —— 液壓油流速，取 v=1.5m/min；所以： = =12.99mm4.63QdV?1.854)前端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算裝配長(zhǎng)度： ，其值與缸徑大小有關(guān)，缸徑較小時(shí)，取值較小，45~1Lm本次設(shè)計(jì)取 =10mm；缸頭內(nèi)孔尺寸： 1???δ式中： Ф —— 活塞桿緊固裝置的最大外徑；δ —— 緊固裝置孔壁間的最大間隙；一般取 2~10mm，本設(shè)計(jì)取 δ=6mm所以 =49+6=54mm1???δ前端蓋的材料一般要求要有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，所以本次設(shè)計(jì)采用 45號(hào)鋼。5）液壓缸筒長(zhǎng)度 43xLSL??β式中：—— 裝配長(zhǎng)度；4L—— 活塞行程系數(shù)，本設(shè)計(jì)取 =3mm；xSxS—— 活塞寬度；βL —— 油缸行程；—— 缸蓋配合臺(tái)階長(zhǎng)度，本設(shè)計(jì)為 =6mm；3 3L所以 =10+3+844+26=883mm4xLS??β第 25 頁(yè) 4 鏟斗液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 基本參數(shù)的確定1）液壓缸最大外力的確定液壓缸的機(jī)械效率由活塞機(jī)活塞桿密封處的摩摖阻力所造成，在額定壓力下通常取 ηm =0.9～ 0.95，本次設(shè)計(jì)取 ηm =0.9對(duì)于鏟斗油缸來(lái)說(shuō)，根據(jù)受力分析可知最大挖掘力 Fmax=28.18考慮到工作安全系數(shù)，取安全系數(shù) n = 1.4所以活塞桿受到的最大作用力為 Fmax = 28.18×1.4 = 40.35 2）液壓缸筒的設(shè)計(jì)a.缸筒的結(jié)構(gòu) 缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉的容腔，形成內(nèi)壓，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)缸筒時(shí)，不僅要保證液壓缸的作用力、速度和有效行程，而且必須要有足夠的剛度和強(qiáng)度，以便于抵抗液壓力和其他外力的作用。根據(jù)≤液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)≥可知，為滿足不同型式機(jī)械的不同用途需要，液壓缸相應(yīng)的具有多種結(jié)構(gòu)和不同性能的類型。如按運(yùn)動(dòng)方式分，有直線運(yùn)動(dòng)剛和回轉(zhuǎn)擺動(dòng)缸；按液壓作用情況分，有單作用缸和雙作用缸；按結(jié)構(gòu)形式則可分為活塞缸、柱塞缸、伸縮套筒缸和擺動(dòng)缸等。通常缸筒與缸蓋、缸頭的連接形式取決于額定的工作壓力、用途和使用環(huán)境等因素。綜合考慮上述因素剛同于杠頭采用焊接形式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，工藝性好，適用廣的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是缸體有可能變形。缸筒與缸蓋采用外螺紋連接，具有重量輕，外徑較小的優(yōu)點(diǎn)，而且便于拆卸和檢修。2 應(yīng)根據(jù)負(fù)載特性和運(yùn)動(dòng)方式綜合考慮液壓缸的安裝方式，使液壓缸只受運(yùn)動(dòng)方向的負(fù)載而不受徑向負(fù)載。液壓缸的安裝方式有法蘭型、銷軸型、耳環(huán)型、拉桿型等安裝方式，在選定時(shí)，應(yīng)使液壓缸不受復(fù)合力的作用并應(yīng)考慮易找正性、剛度、成本和可維護(hù)性等。綜合考慮液壓缸的結(jié)構(gòu)和安裝方式后，即可確定所需液壓桿的規(guī)格。液壓缸由缸筒、活塞、活塞桿、端蓋和密封件等主要部件構(gòu)成，液壓缸可作成缸筒固定活塞桿運(yùn)動(dòng)形式和活塞桿固定缸筒運(yùn)動(dòng)形式。本設(shè)計(jì)所采用的是缸筒固定活塞桿運(yùn)動(dòng)形式，為滿足各種機(jī)械的不同用途，液壓缸種類繁多，其分類根據(jù)結(jié)構(gòu)作用特點(diǎn)，活塞桿形式，用途和安裝支撐形式來(lái)確定，按供油方式可分為單作用缸和雙作用缸，單作用缸只往缸的一側(cè)輸入壓力油，活塞僅作第 26 頁(yè) 單向出力運(yùn)動(dòng)，靠外力使活塞桿返回，雙作用缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓力油，活塞的正反向運(yùn)動(dòng)均靠液壓力來(lái)完成，由《液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得知，工程液壓缸為雙作用單活塞桿液壓缸，安裝方式多采用耳環(huán)型，所以本液壓系統(tǒng)選用雙作用單活塞桿液壓缸。液壓執(zhí)行元件實(shí)質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，液壓缸把輸入液體的液壓能轉(zhuǎn)換成活塞直線移動(dòng)或葉片回轉(zhuǎn)擺動(dòng)的機(jī)械能予以輸出。所謂輸入的液壓能是指輸入工作液體所具有的流量 Q 和液力 P，輸出的機(jī)械能對(duì)活塞桿缸是指葉片軸擺動(dòng)時(shí)所具有的速度 V 和扭矩 M。這些所有參數(shù)都是靠工作容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以說(shuō)，液壓缸也是一種容積式的執(zhí)行元件，它具有容積液壓元件的共性。b．缸筒材料缸筒要有足夠的的溫度，能長(zhǎng)期承受較高工作壓力及短動(dòng)態(tài)工作壓力而不致產(chǎn)生永久變形；還要有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲；在內(nèi)表面密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩摖力的作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損減少，尺寸公差等級(jí)和行位公差等級(jí)是以保證活塞密封件的密封性；需要焊接的鋼筒還要求有良好的焊接性，以便在焊上管接頭和缸頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過(guò)大變形。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途及上述要求現(xiàn)采用 45 號(hào)退火的冷拔無(wú)縫鋼管。由手冊(cè)中差得鋼的抗拉強(qiáng)度 σb≥610MPa，屈服強(qiáng)度 σs≥360MPa。C．缸筒內(nèi)徑的計(jì)算D= mP??ax14Fη式中： Fmax —— 活塞桿上的最大負(fù)荷，N 此處為 50.68KN;—— 負(fù)載率，一般取 0.5～0.7；?P —— 工作壓力，本系統(tǒng)取 16MPa；ηt —— 液壓缸的總效率，本系統(tǒng)取 0.9；3649.510.763.16Dm??×通過(guò)上式所得結(jié)果,在參考≤機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)≥表 2-4 可知：表 5-1 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（