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西安科技大學(xué)高新學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
系 別：
機(jī)電信息學(xué)院
專 業(yè)：
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號：
設(shè)計(論文)題目：
車載雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計
起 迄 日 期:
設(shè)計(論文)地點(diǎn):
西安科技大學(xué)高新學(xué)院
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)教研室負(fù)責(zé)人:
摘 要
本液壓系統(tǒng)以傳遞動力為主，保證足夠的動力是其基本要求。另外，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、可維護(hù)性、安全性及效率。其中穩(wěn)定是指系統(tǒng)工作時的運(yùn)動平穩(wěn)性及系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性(如環(huán)境溫度對油液的影響等因素)。可靠性是指系統(tǒng)不因意外的原因而無法工作(如油管破裂、無電等情況)。可維護(hù)性是指系統(tǒng)盡可能簡單，元件盡可能選標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)上盡可能使維護(hù)方便．安全性是指不因液壓系統(tǒng)的故障導(dǎo)致天線架的倒塌或其它事故(如下降時失控，天線由于重力加速下落)．效率是指液壓系統(tǒng)的各種能量損失盡可能的小。上述要求中，除滿足系統(tǒng)的動力要求外，最重要的是保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。
關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)，車載，雷達(dá)天線，升降機(jī)構(gòu)
44
Abstract
The hydraulic system to transfer power, ensure adequate power is its basic requirement. In addition, consider the system stability, reliability, maintainability, safety and efficiency. The stabilizing means when the system works steady motion and system performance stability (such as environmental temperature on the influence of oil etc). Reliability refers to the system is not due to accident reason to work ( such as tubing rupture without electricity, etc. ). Maintainability is referred to the system as simple as possible, element is chosen as far as possible standard parts, structure as much as possible so that the maintenance is convenient. Security is not due to the fault of the hydraulic system causes the antenna frame collapse or other accidents (such as the drop out of control, antenna due to gravity acceleration whereabouts ) . Efficiency refers to the hydraulic system of the various energy loss as small as possible. The above requirements, in addition to meet the power requirements, the most important thing is to ensure the safety and reliability of the system.
Keywords: hydraulic system, vehicle, radar antenna, lifting mechanism
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 6
1.1課題研究背景 6
1.2 雷達(dá)車的特點(diǎn) 6
1.3 國內(nèi)外機(jī)動雷達(dá)現(xiàn)狀分析 7
1.4 設(shè)計的目的及任務(wù) 8
第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 9
2.1 天線升降裝置對液壓系統(tǒng)的要求 9
2.2 總體技術(shù)方案設(shè)計 9
2.3 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)的確定 12
2.4 舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)及工作原理的設(shè)計 13
2.5 設(shè)計特點(diǎn)分析 15
第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 16
3.1 主液壓缸的設(shè)計 16
3.2 副液壓缸的設(shè)計 19
3.3 活塞的設(shè)計 20
3.4 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算 21
3.5 端蓋和缸底的設(shè)計與計算 22
3.6 缸體長度的確定 23
3.7 緩沖裝置的設(shè)計 23
3.8 排氣裝置 24
3.9 密封件的選用 25
3.10 防塵圈 26
3.11 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 27
第4章 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求 28
4.1 缸體 28
4.2 活塞 29
4.3 活塞桿 30
4.4 缸蓋 31
4.5 導(dǎo)向套 32
第5章 液壓泵的參數(shù)計算 33
第6章 電動機(jī)的選擇 33
第7章 液壓元件的選擇 34
7.1 液壓閥及過濾器的選擇 34
7.2 油管的選擇 36
7.3 油箱容積的確定 36
第8章 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 36
8.1 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 36
8.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 38
總結(jié) 40
參考文獻(xiàn) 41
第1章 緒論
1.1課題研究背景
雷達(dá)總的來說有固定式和移動式兩種。早先為了適應(yīng)戰(zhàn)爭的需要，雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)陣地的轉(zhuǎn)移，人們對最初的機(jī)動性雷達(dá)只是理解為機(jī)械動力牽引移動型雷達(dá)，根據(jù)地面雷達(dá)的不同。在幾小時到幾十小時內(nèi)能完成拆收或進(jìn)入工作狀態(tài)的雷達(dá)稱為機(jī)動性雷達(dá)。這種機(jī)動型地面雷達(dá)在二戰(zhàn)期間起了一定的作用。隨著國際形勢的動蕩、局部地戰(zhàn)爭的不斷爆發(fā)，現(xiàn)代化武器裝備的不斷更新，現(xiàn)代戰(zhàn)爭已經(jīng)進(jìn)入了電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)時代，傳統(tǒng)的機(jī)動型雷達(dá)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要，各國為了提高自己的防衛(wèi)、跟蹤、識別和反擊能力，高機(jī)動的地面雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。
1.2 雷達(dá)車的特點(diǎn)
現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭對雷達(dá)車的越野作戰(zhàn)與戰(zhàn)場生存能力提出了越來越高的要求，以達(dá)到戰(zhàn)時的快速組網(wǎng)及補(bǔ)充戰(zhàn)損的目的，高度的機(jī)動能力已經(jīng)成為現(xiàn)代軍事雷達(dá)的必備素質(zhì)。因此，對于雷達(dá)車的設(shè)計師來說，在考慮整機(jī)的機(jī)電性能指標(biāo)、可靠性、可維護(hù)性、可保障性、安全性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性及加工工藝性等因素的同時，還需要從結(jié)構(gòu)上對其機(jī)動性做出精心的構(gòu)思。
總的來說，雷達(dá)車的高機(jī)動性須保證雷達(dá)車具有這樣一種能力，即組成雷達(dá)的諸多功能環(huán)節(jié)能夠共同形成一種良好的應(yīng)變能力，在保證性能可靠的前提下，使其在遭到敵方打擊之前，能夠方便、快速地撤收，并且轉(zhuǎn)移到新的陣地上重新進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，以達(dá)到保護(hù)自己、克敵制勝的目的。所以在結(jié)構(gòu)總體的設(shè)計上須重點(diǎn)考慮下列問題。
運(yùn)輸行駛能力主要包括以下幾點(diǎn)：
1） 越野能力，戰(zhàn)時雷達(dá)整機(jī)將面臨復(fù)雜多變的惡劣的地理環(huán)境，如泥土路、泥濘路等，此時仍然要求雷達(dá)能夠以一定的速度可靠地行駛，雷達(dá)載車的性能對整機(jī)的行駛能力有直接影響，因此，載車的越野能力是選型時首先要考慮的問題，其基本車型必須滿足《軍用越野汽車機(jī)動性要求》的各項(xiàng)規(guī)定。一般來說，機(jī)動型雷達(dá)車選型的原則是優(yōu)先選用國產(chǎn)列裝的越野載重基型車輛。
2）通過能力，即雷達(dá)整機(jī)各運(yùn)輸單元外形尺寸在公路、鐵路運(yùn)輸時須符合國家有關(guān)的運(yùn)輸界限要求。
（1） 公路運(yùn)輸：應(yīng)滿足公路運(yùn)輸限界。
（2） 鐵路運(yùn)輸：應(yīng)滿足鐵路裝載荃本限界。
（3） 雷達(dá)總重不超過小型橋梁的承重能力。
3） 雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)，其升降機(jī)構(gòu)按照傳動形式的不同，可分為機(jī)電式和液壓式。機(jī)電式升降機(jī)構(gòu)技術(shù)較為成熟，是一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。但是機(jī)電式升降機(jī)構(gòu)的控制及傳動結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜，同時單位驅(qū)動負(fù)載的重量交大，在要求架設(shè)高度較高、負(fù)載較大時尤其如此。而液壓式傳動系統(tǒng)與機(jī)電式傳動系統(tǒng)相比，在輸出同樣的功率條件下，體積和質(zhì)量可以減小很多，同時承載能力大，可以完成較大重量雷達(dá)天線的高架。并且采用液壓傳動還可以大大簡化機(jī)械的結(jié)構(gòu)，從而減少機(jī)械零部件的數(shù)目，也便于實(shí)現(xiàn)自動控制和無級變速。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓元器件的生產(chǎn)工藝逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，制造成本不斷下降，制造精度越來越高，因此液壓式傳動系統(tǒng)已逐漸在雷達(dá)天線的升降機(jī)構(gòu)中被采用。
中、大型雷達(dá)天線的舉升機(jī)構(gòu)不同于普通的升降機(jī)。普通的升降機(jī)負(fù)載通常都很小，中、大型雷達(dá)天線的舉升機(jī)構(gòu)的負(fù)載較大，特別是機(jī)構(gòu)常常需要在較大的風(fēng)載的條件下甚至需要在天線上覆蓋有冰層的時候正常工作。在舉升高度較高時，風(fēng)載所引起的傾覆力矩直接威脅著設(shè)備的安全和工作的可靠性，此外風(fēng)向的不同引起的動力特性在機(jī)構(gòu)的升降過程中又存在較大的差異。因此中、大型雷達(dá)天線的舉升機(jī)構(gòu)存在一定的特殊性。塔架式雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)的研究和設(shè)計正是本著上述的要求而擬定的。
1.3 國內(nèi)外機(jī)動雷達(dá)現(xiàn)狀分析
冷戰(zhàn)時期，由于兩大軍事集團(tuán)的長期的對峙，西方國家十分重視激動雷達(dá)尤其是高機(jī)動雷達(dá)的發(fā)展與研制?，F(xiàn)在隨著國際形勢的動蕩，局部戰(zhàn)爭的不斷爆發(fā)，現(xiàn)代武器裝備的不斷更新，現(xiàn)代戰(zhàn)爭已進(jìn)入了電子戰(zhàn)，信息站時代，傳統(tǒng)的機(jī)動型雷達(dá)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要。各國為了提高自己的防衛(wèi)，跟蹤，識別和反擊能力，高機(jī)動地面雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。大批各種型號的機(jī)動雷達(dá)裝備部隊，并且將高機(jī)動雷達(dá)部署在戰(zhàn)略要地，以提高雷達(dá)網(wǎng)的彈性和整個防空系統(tǒng)的穩(wěn)定性，下面是近三四十年來西方各國裝備的集中主要的高機(jī)動雷達(dá)。
表1.1 各國裝備的高機(jī)動雷達(dá)
型號
工作波段
測距
架設(shè)時間
用途
技術(shù)體制
美國
AN/TPS-61
2.9-3.1GHZ
140Km
3分鐘
對空搜索
兩坐標(biāo)雷達(dá)
美國
LAADS
L波段
60Km
7分鐘
低空警戒
兩坐標(biāo)雷達(dá)
英國
Gainfanen
S波段
140Km
1分鐘
低空警戒
兩坐標(biāo)雷達(dá)
德國
TRMS
S波段
200Km
3分鐘
防空預(yù)警
三坐標(biāo)雷達(dá)
日本
NPN-510
S波段
135Km
3分鐘
放空預(yù)警
三坐標(biāo)雷達(dá)
不難看出目前世界各國都把防空雷達(dá)網(wǎng)建設(shè)中如何發(fā)展機(jī)動作戰(zhàn)力量研和研制高機(jī)動雷達(dá)當(dāng)作一件大事來抓，這就是高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的必然趨勢。獨(dú)聯(lián)體國家的70000部防空雷達(dá)中大部分是車載式機(jī)動雷達(dá)，且有相當(dāng)數(shù)量為高機(jī)動雷達(dá)，英國和法國的雷達(dá)站幾乎不采用固定式，而采用可運(yùn)輸單元，一旦需要，機(jī)動雷達(dá)可在較短時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到新的陣地展開工作；日本的機(jī)動雷達(dá)站與固定雷達(dá)站之比，近年來由原來的1：14升到1：2.5，而且其雷達(dá)天線可以折疊運(yùn)輸，雷達(dá)具有較好的探測性能、抗干擾能力和自動化入網(wǎng)的能力。我國的周邊一些國家和地區(qū)也十分重視雷達(dá)的機(jī)動和隱蔽。臺灣則大力發(fā)展機(jī)動雷達(dá)，其固定雷達(dá)天線除外，其余部分均可以進(jìn)入坑道。軍事力量最強(qiáng)的美國也是非常重視雷達(dá)機(jī)動性的國家，他們的艦載、機(jī)載和衛(wèi)星偵察雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的機(jī)動。并且其雷達(dá)情報網(wǎng)抗摧毀能力已達(dá)到完善的程度。
1.4 設(shè)計的目的及任務(wù)
在車載雷達(dá)中，天線的快速、可靠地機(jī)動架設(shè)和撤收是其基本要求之一，雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)按傳動系統(tǒng)的不同，可以分為機(jī)電式和電液式。機(jī)電式升降機(jī)構(gòu)技術(shù)在國內(nèi)外都很成熟。但是機(jī)電式的升降機(jī)構(gòu)的控制及傳動結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時單位驅(qū)動載荷的重量較大，而電液系統(tǒng)與之相比就有一定的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)代高技術(shù)對雷達(dá)的越野作戰(zhàn)與戰(zhàn)場生存能力提出了越來越高的要求,以達(dá)到戰(zhàn)時快速組網(wǎng)及補(bǔ)充戰(zhàn)損的目的，高度的機(jī)動能力已經(jīng)成為現(xiàn)代軍事雷達(dá)的必備素質(zhì)。因此，對于雷達(dá)設(shè)計師來說，在考慮整機(jī)電性能指標(biāo)、可靠性、可維護(hù)性、可保障性、安全性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性及加工工藝性等因素的同時，還須從結(jié)構(gòu)上對其機(jī)動性作出精心構(gòu)思。該選題以車載雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)系統(tǒng)為設(shè)計對象。以車載雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)系統(tǒng)為設(shè)計對象，緊密結(jié)合機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)和專業(yè)技術(shù)，對于鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用液壓傳動、機(jī)械制造工程、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械CAD等基本專業(yè)知識解決工程實(shí)際問題的能力以及獨(dú)立工作的能力具有積極的促進(jìn)作用。
第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
2.1 天線升降裝置對液壓系統(tǒng)的要求
在天線升降裝置中液壓系統(tǒng)主要完成的功能是天線高架舉升和舉升到位后的位置鎖定。作為一種野外作業(yè)的軍品，舉升的又是口徑大、透空率較小的天線，因此雷達(dá)天線液壓升降裝置與一般液壓升降機(jī)相比有相似之處也有它的側(cè)重點(diǎn)。
相似之處：為防止升降過程中機(jī)構(gòu)的卡死及控制天線陣面扭曲值在允許范匍內(nèi)須保證：兩個驅(qū)動液壓缸的同步；天線陣面降落過程的負(fù)值負(fù)載平衡；環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、安全性、維修性等。
側(cè)重點(diǎn)：(1)為滿足雷達(dá)的機(jī)動性要求，天線舉升必須在3min內(nèi)完成，既要提高升降的平均速度又要避免到位時形成較大沖擊，對天饋系統(tǒng)造成不良影響。(2)風(fēng)向的不同引起的動力特性在機(jī)構(gòu)的升降過程中存在較大的差異。如從運(yùn)輸狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，液壓缸活塞桿伸出產(chǎn)生推力。當(dāng)車頭來風(fēng)時，液壓缸所受正負(fù)載增加，系統(tǒng)壓力將增大，反之車尾來風(fēng)則壓力減小且有可能形成負(fù)值負(fù)載。從工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為運(yùn)輸狀態(tài)，液壓缸活塞桿收縮產(chǎn)生拉力，當(dāng)車尾來風(fēng)時，液壓缸所受正負(fù)載最大，反之則減小。變負(fù)載將導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，在臨界位時特別不安全。(3)當(dāng)雷達(dá)天線舉升高度較高且風(fēng)速較大時，風(fēng)載荷引起的顛覆力矩直接威脅著設(shè)備的安全和工作的可靠性，此外天線處于工作位置時對天線轉(zhuǎn)臺的水平度要求在±5’以內(nèi)，因此對舉升機(jī)構(gòu)的剛度及鎖緊裝置的定位精度和定位可靠性都提出了嚴(yán)格的要求。(4)要有冗余系統(tǒng)作為備份。
2.2 總體技術(shù)方案設(shè)計
車載車載天線升降裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有曲臂式、垂直升降式和平行四連桿式(或其變形結(jié)構(gòu))。對于舉升高度較高的中大型雷達(dá)天線多采用平行四連桿式，本方案擬將6 m×4 m口徑的大型雷達(dá)天線舉升到離地7 m，經(jīng)綜合考慮，選用平行四連桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)主要由底座，主、輔舉升連桿，天線轉(zhuǎn)臺，液壓驅(qū)動系統(tǒng)自動鎖定機(jī)構(gòu)(圖中未畫出)等組成，結(jié)構(gòu)示意見下圖。
圖2.1 平行四連桿舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
（a） 運(yùn)輸狀態(tài) （b）工作狀態(tài)
1． 雷達(dá)車 2．電子方艙 3．底座 4．舉升液壓缸 5．主舉升連桿
6．輔舉升連桿 7．天線轉(zhuǎn)臺 8．天線
底座是整個舉升機(jī)構(gòu)的支承基礎(chǔ)，固定在雷達(dá)車底盤上，2根同等規(guī)格的主連桿與底座和天線回轉(zhuǎn)臺鉸接，另外2根等長的連桿作為輔助支撐與主連桿一起構(gòu)成平行四連桿機(jī)構(gòu)，整個平行四連桿機(jī)構(gòu)由2個同步液壓缸驅(qū)動，每個液壓缸分別通過鉸點(diǎn)與l主連桿鉸接，平行四連桿機(jī)構(gòu)在液壓缸的驅(qū)動下，帶動天線回轉(zhuǎn)臺始終以水平狀態(tài)運(yùn)動。舉升到位后，由液壓系統(tǒng)的鎖緊裝置鎖定舉升機(jī)構(gòu)以保障雷達(dá)的穩(wěn)定工作。對于平行四連桿結(jié)構(gòu)，舉升高度與落位運(yùn)輸時的長度是一致的，由于車身裝載空間有限，舉升系統(tǒng)必須與雷達(dá)其他部分一體化設(shè)計，才能在滿足舉升高度的前提下，既優(yōu)化空間尺寸、確保運(yùn)輸狀態(tài)的通過能力，又保證各部件比例協(xié)調(diào)，外形美觀。
為滿足通過性要求，對雷達(dá)車總體尺寸要求：
整車長度≤11 500 mm；
整車寬度≤2 500 mm；
整車高度≤3 300 mm。
已知條件：
舉升高度7 000 mm；
天線長度6 000 mm；
天線寬度4 000 mm。
天線轉(zhuǎn)臺尺寸1 000 mm x 1 000 mm×1 000mm；載車底盤距地面高度1 100 mm；
駕駛室及電子方艙所占長度4 160 mm。經(jīng)計算取底座長度方向尺寸為950 mm，主輔連桿的長度為3 920 mm。由于天線口徑大，在運(yùn)輸時需用機(jī)電控制方式進(jìn)行折疊以保證高度及寬度方向的通過性要求，在此不做詳述。液壓系統(tǒng)中負(fù)載一定的情況下，液壓缸鉸點(diǎn)位置的確定，對缸結(jié)構(gòu)設(shè)計及系統(tǒng)中的相關(guān)器件均存在較大的影響。液壓缸能產(chǎn)生有效推力的大小與液壓缸的支點(diǎn)位置、初始狀態(tài)、液壓缸與舉升機(jī)構(gòu)的相對位置有關(guān)舊J。經(jīng)優(yōu)化，取主舉升連桿與底座鉸點(diǎn)、液壓缸與載車底盤鉸點(diǎn)之間的水平距離為400 mm；豎直距離為630 mm；主舉升連桿與底座鉸點(diǎn)、主舉升連桿與液壓缸鉸點(diǎn)之問的長度為2 250 mm。
天線快速，可靠地機(jī)動架設(shè)和撤收是車載雷達(dá)的基本要求之一。按傳動系統(tǒng)的不同，雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)可分為機(jī)電式和液壓式。與機(jī)電式相比，在輸出同樣功率的條件下，液壓式的體積和質(zhì)量小，承載能力大，可以完成較大重量雷達(dá)天線的架設(shè)，還可大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少機(jī)械零部件的數(shù)目，也便于實(shí)現(xiàn)自動控制。隨著科技的發(fā)展，液壓式傳動系統(tǒng)已逐漸在雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)中被采用。本設(shè)計采用一種翻轉(zhuǎn)式液壓舉升機(jī)構(gòu)及其液壓系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對較大型天線的高架，并且在天線的舉升過程中，天線的姿態(tài)不變，架撤收過程平穩(wěn)、可靠、快速。
圖2.1 雷達(dá)實(shí)現(xiàn)架設(shè)的方案
該舉升機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分由天線座，主液壓缸和副缸等組成，如圖2.1-（a）所示，天線首先由副缸從圖（a）位置扶正至圖（b）所示位置，同時主缸通過同步結(jié)構(gòu)與支承桿保持平行運(yùn)動至垂直位置，再由主缸將天線舉升到一定的高度?；厥諘r靠重力回落，然后再由副缸回收到車座上。舉升過程中的特點(diǎn)是負(fù)載在不斷變化，且在舉升過程中的某一時刻出現(xiàn)超越負(fù)載，風(fēng)載荷的影響是影響系統(tǒng)穩(wěn)定工作的不可忽視的因素，在風(fēng)力較大時尤其如此。
2.3 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)的確定
設(shè)計指標(biāo)為：總舉升高度8～10 m，舉升時間小于3 min，8級風(fēng)下正常工作，無電時能完成應(yīng)急撤收。根據(jù)結(jié)構(gòu)，主油缸設(shè)計為套缸，行程為3000mm，運(yùn)行速度為26m／s；副油缸的總運(yùn)行距離為600 mm，副油缸運(yùn)行速度為10 mm／s；液壓系統(tǒng)工作在低速條件下．系統(tǒng)工作總重力負(fù)載4000kg，最大風(fēng)載荷2000kg,主油缸工作壓力為5．1 MPa，副油缸的推力為15．3 MPa．系統(tǒng)工作在中、高壓方
式。且副油缸的工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主油缸的工作壓力。主油缸所需流量為33 L／min，副油缸所需流量為11 L／min．
本液壓系統(tǒng)以傳遞動力為主，保證足夠的動力是其基本要求。另外，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、可維護(hù)性、安全性及效率。其中穩(wěn)定是指系統(tǒng)工作時的運(yùn)動平穩(wěn)性及系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性(如環(huán)境溫度對油液的影響等因素)?？煽啃允侵赶到y(tǒng)不因意外的原因而無法工作(如油管破裂、無電等情況)?？删S護(hù)性是指系統(tǒng)盡可能簡單，元件盡可能選標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)上盡可能使維護(hù)方便．安全性是指不因液壓系統(tǒng)的故障導(dǎo)致天線架的倒塌或其它事故(如下降時失控，天線由于重力加速下落)．效率是指液壓系統(tǒng)的各種能量損失盡可能的小。上述要求中，除滿足系統(tǒng)的動力要求外，最重要的是保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。
表2.1 車載雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
單位
系統(tǒng)工作總重力負(fù)載
4000
kg
最大風(fēng)載荷
2000
主缸
總行程
3.0
m
工作壓力
5.1
Mpa
流量
33
L/min
副缸
總行程
0.6
m
工作壓力
15.3
Mpa
流量
11
L/min
2.4 舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)及工作原理的設(shè)計
根據(jù)設(shè)計要求和工作需要，設(shè)計舉升液壓回路圖如下：
1- 油箱 2- 齒輪泵 3- 過濾器 4、9、17- 電磁換向閥5、6、15- 單向閥 7、16- 調(diào)速閥 8- 溢流閥 10、18- 手動換向閥11- 安全閥 12- 單向調(diào)速閥 13、20、21- 防爆閥 14- 舉升天線套缸19- 平衡閥 22、23- 副缸 24- 手動泵 25、26- 壓力繼電器
圖2.2 車載雷達(dá)天線升降機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖
液壓泵組:由定量齒輪泵2、手動泵24、單向閥5組成。定量齒輪泵在有電時向液壓缸供油,手動泵在無電時向液壓缸供油,單向閥隔斷兩泵,防止手動泵供油時液壓油流向齒輪泵。
液壓缸組:由舉升天線的單作用套缸14、扶正天線的副缸22、副缸23、防爆閥13、20 和21 組成。主升缸采用單作用式柱塞套缸,缸徑較大,能提供很大的舉升力,靠自重回落和滿足舉升高度的要求,副缸采用雙作用缸,完成天線的扶正和回收,防爆閥用于防止天線在舉升或回落時油管意外破裂而發(fā)生事故。
舉升控制閥組:由單向閥6、調(diào)速閥7、溢流閥8、三位四通電磁換向閥9、二位四通手動換向閥10、安全閥11、單向調(diào)速閥12 組成。
扶正控制閥組:由單向閥15、調(diào)速閥16、三位四通電磁換向閥17、二位四通手動換閥18、平衡閥19、單向調(diào)速閥12 組成。
結(jié)合系統(tǒng)的電磁鐵動作順序表2.2對系統(tǒng)的工作過程說明如下：
表2.2 電磁鐵動作順序表
動作
信號來源
電磁鐵YA
點(diǎn)動
自動
4
9（左）
9（右）
17（左）
17（右）
1
起動
SB1
+
2
扶正
SB2
KP1
+
3
舉升
SB3
+
KP2
4
回落
SB4
+
5
回收
SB5
+
(1) 起動:齒輪泵起動,二位二通電磁換向閥4 接通,系統(tǒng)卸載起動。
(2) 扶正:二位二通電磁換向閥4 斷電,三位四通電磁換向閥17 左位接通,壓力油通過平衡閥的單向閥進(jìn)入副缸的下腔,到達(dá)預(yù)定的位置后,油壓上升,壓力繼電器KP1 發(fā)出信號,三位四通電磁換向閥17 回中位,二位二通電磁換向閥4 再次接通,系統(tǒng)卸載運(yùn)行。
(3) 舉升:二位二通電磁換向閥4 斷電,三位四通電磁換向閥9 左位接通,壓力油通過單向調(diào)速閥進(jìn)入主缸的下腔,到達(dá)位置后,油壓上升,壓力繼電器KP2發(fā)出信號,換向閥回中位;單向調(diào)速閥用于控制上升速度。
(4) 回落:三位四通電磁換向閥9 右位接通,主缸下腔油經(jīng)閥12、換向閥9 右位,由單向閥6、調(diào)速閥7及過濾器3 回油箱;閥11 用于換向閥9、單向閥6、調(diào)速閥7 及過濾器3 等故障時應(yīng)急回收時使用。
(5) 回收:齒輪泵起動,二位二通電磁換向閥4 接通,系統(tǒng)卸載起動。當(dāng)三位四通電磁換向閥17 右位接通時,二位二通電磁換向閥4 斷電,副缸上腔進(jìn)油,下腔油經(jīng)過平衡閥19 ,三位四通電磁換向閥17 右位,單向閥15、調(diào)速閥16 及過濾器3 回油箱。到達(dá)預(yù)定的位置后,油壓升高,壓力繼電器KP1 發(fā)出信號,液壓泵停機(jī),三位四通電磁換向閥17 回中位。
2.5 設(shè)計特點(diǎn)分析
由上可知，該系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：
(1)手動系統(tǒng)與電動系統(tǒng)可使液壓系統(tǒng)工作在有電和無電兩種條件下，提高了設(shè)備的應(yīng)急能力和可靠性；主油缸回路與副油缸回路采用串聯(lián)方式，可避免誤動作；
(2)背壓閥6、調(diào)速閥7、單向調(diào)速閥12組成的調(diào)速回路，控制主升油缸回落時的速度，防止天線因重力回落時的超速，并使速度平穩(wěn)．平衡閥19、調(diào)速閥16、背壓閥15使副油缸在扶正和回收時，平衡變化的負(fù)載和克服負(fù)值負(fù)載，并使速度平穩(wěn)．由于主升油缸油路的工作狀態(tài)與副主升油缸油路的工作狀態(tài)相差較大，采用了分別控制的調(diào)速背壓閥；
(3)系統(tǒng)采用疊加閥使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，動作平穩(wěn)、泄露少，使用安全可靠、維修容易，也便于改進(jìn)．換向閥采用截止式換向閥，密封性好，幾乎無泄露，天線可停留在任意位置穩(wěn)定工作．采用安全閥，可防止舉升時由于過載引起的事故。
第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算
基本參數(shù)是車載雷達(dá)天線的基本技術(shù)數(shù)據(jù)，是根據(jù)雷達(dá)的用途及結(jié)構(gòu)類型來確定的，它反映了車載雷達(dá)工作能力及特點(diǎn)，也基本上上確定了雷達(dá)的輪廓尺寸及本體總質(zhì)量等。
3.1 主液壓缸的設(shè)計
由于按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)總舉升高度8～10 m，舉升時間小于3 min，8級風(fēng)下正常工作，無電時能完成應(yīng)急撤收，故在此按照最大舉升高度來設(shè)計。由于主液壓缸的行程為3m.主液壓缸采用單作用柱塞式套缸，缸徑較大，能提供很大載荷作用下的舉升力，同時能夠滿足靠重力回落和撤收的要求。并且工作過程為快進(jìn)→工進(jìn)→快退三個過程的工作循環(huán)。液壓缸的機(jī)械效率
工進(jìn)時候的負(fù)載是最大的，
1. 工作壓力P=5.1Mpa
2. 液壓缸內(nèi)徑的計算
D=×10-3
=×10-3
=0.101.5m
=101.5mm
查《液壓傳動與控制手冊》經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理D=100mm。
表4.1 液壓缸內(nèi)徑系列 mm
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
160
200
250
320
400
500
3. 液壓缸缸體厚度計算
缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。
式中，——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時，Py=1.5Pn，當(dāng)Pn16MPa時，Py=1.25Pn。
[]——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強(qiáng)度。
注：1.額定壓力Pn
額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=5.1MPa
2.最高允許壓力Pmax
Pmax1.5Pn=1.255.1=6.375MPa
液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強(qiáng)度：σb=600MPa
安全系數(shù)n按《液壓傳動與控制手冊》P243表2—10，取n=5。
則許用應(yīng)力[]==120MPa
=
=2.66mm
,滿足。所以液壓缸厚度取5mm。
則液壓缸缸體外徑為110mm。
4.液壓缸長度的確定
液壓缸長度L根據(jù)工作部件的行程長度確定。從制造上考慮，一般液壓缸的長度L不會大于液壓缸直徑的20到30倍。此次設(shè)計取30倍。
L=30D
=30×100
=3000mm
5. 活塞桿直徑的設(shè)計
查《液壓傳動與控制手冊》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時，一般選取d/D=0.5-0.7。本設(shè)計我選擇d/D=0.7，即d=0.7D=0.7×100=70mm。
表4.2 活塞桿直徑系列
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
故取d=70mm。
2.活塞桿強(qiáng)度計算：
<56mm （4-4）
式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中）
3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計
活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動電機(jī)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。
4.活塞桿的密封與防塵
活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。
液壓缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。
表4-4（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6]
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
表4-4（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6]
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3600
表4-4（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80）[6]
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3400
3800
3.2 副液壓缸的設(shè)計
4. 工作壓力P=15.3Mpa
5. 液壓缸內(nèi)徑的計算
D=×10-3
=×10-3
=0.586m
=56.6mm
查《液壓傳動與控制手冊》經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理D=63mm。
表4.1 液壓缸內(nèi)徑系列 mm
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
160
200
250
320
400
500
6. 液壓缸缸體厚度計算
缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。
式中，——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力Pn5.1MPa時，Py=1.5Pn，當(dāng)Pn16MPa時，Py=1.25Pn。
[]——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強(qiáng)度。
注：1.額定壓力Pn
額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=15.1MPa
2.最高允許壓力Pmax
Pmax1.5Pn=1.2515.3=19.125MPa
液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強(qiáng)度：σb=600MPa
安全系數(shù)n按《液壓傳動與控制手冊》P243表2—10，取n=5。
則許用應(yīng)力[]==120MPa
=
=2.66mm
,滿足。所以液壓缸厚度取5mm。
則液壓缸缸體外徑為73mm。
4.液壓缸長度的確定
液壓缸長度L根據(jù)工作部件的行程長度確定。從制造上考慮，一般液壓缸的長度L不會大于液壓缸直徑的20到30倍。
3.3 活塞的設(shè)計
由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計性能。
活塞與缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封）、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長的活塞密封）、密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括O形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間?。形密封圈（用在20Mpa壓力下、往復(fù)運(yùn)動速度較高的液壓缸密封）、形密封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代Y形密封圈）、V形密封圈（可用于50Mpa壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大）。綜合以上因素，考慮選用O型密封圈。
3.4 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算
1.最小導(dǎo)向長度H的確定
當(dāng)活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度[1]。如果導(dǎo)向長度過短，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計時必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)液壓缸最大行程為L,缸筒直徑為D時,最小導(dǎo)向長度為:
（4-5）
一般導(dǎo)向套滑動面的長度A，在缸徑小于80mm時取A=(0.6~1.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm時取A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾菳取B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長度H不夠時,可在活塞桿上增加一個導(dǎo)向套K(見圖4-1)來增加H值。隔套K的寬度。
圖4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長度[1]
因此:最小導(dǎo)向長度，取H=9cm；
導(dǎo)向套滑動面長度A=
活塞寬度B=
隔套K的寬度
2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)
導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。
1）普通導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤滑作用和張開密封圈唇邊而起密封作用[6]。
2）易拆導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當(dāng)導(dǎo)向套和密封圈磨損而需要更換時，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進(jìn)行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導(dǎo)向套和密封圈而又不允許拆卸液壓缸的情況下。
3）球面導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套的外球面與端蓋接觸，當(dāng)活塞桿受一偏心負(fù)載而引起方向傾斜時，導(dǎo)向套可以自動調(diào)位，使導(dǎo)向套軸線始終與運(yùn)動方向一致，不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導(dǎo)向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻。
4）靜壓導(dǎo)向套 活塞桿往復(fù)運(yùn)動頻率高、速度快、振動大的液壓缸，可以采用靜壓導(dǎo)向套。由于活塞桿與導(dǎo)向套之間有壓力油膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力油中浮動，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同軸度高，但制造復(fù)雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。
3.5 端蓋和缸底的設(shè)計與計算
在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計的不好容易損壞。
1.端蓋的設(shè)計計算
端蓋厚h為：
式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm；
P——液壓力，；
——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；
——材料的許用應(yīng)力，。
2.缸底的設(shè)計
缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。
3.端蓋的結(jié)構(gòu)
端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向，密封和防塵等問題[6]。缸體端部的連接形式有以下幾種：
A．焊接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式液壓缸。
B．螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點(diǎn)是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時應(yīng)防止密封圈扭曲。
C．法蘭連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗。
D．拉桿連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。
E．半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點(diǎn)是質(zhì)量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚。內(nèi)半環(huán)連接的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被進(jìn)油口邊緣擦傷。
F．鋼絲連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小。
3.6 缸體長度的確定
液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的20~30倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。
3.7 緩沖裝置的設(shè)計
液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下運(yùn)動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴(yán)重影響液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動部件在運(yùn)動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。
當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動速度在6m/min以下時，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動速度在12m/min以上時，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為4m/min,因此沒有必要設(shè)計緩沖裝置。
3.8 排氣裝置
如果排氣裝置設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置排氣裝置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)仍會存在空氣[6]。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性,會造成液壓缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響液壓缸的正常工作。比如液壓導(dǎo)軌磨床在加工過程中，這不僅會影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會損壞砂輪和磨頭等機(jī)構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓缸上設(shè)置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力油輕，總是向上浮動，因此水平安裝的液壓缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方。
一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖4-2（a）所示。
表4-5 排氣閥（塞）尺寸[6]
d
閥座
閥桿
孔
c
D
M16
6
11
6
19.2
9
3
2
31
17
10
8.5
3
48
4~6
23
M20x2
8
14
7
25.4
11
4
3
39
22
13
11
4
59
4~8
28
圖4-2 (a) 整體排氣孔 圖4-2（b） 組合排氣孔
圖4-2（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸
由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。組合排氣塞如圖4-2（b）所示，一般由絡(luò)螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見4-2（c）以及表4-2（d）。
圖4-2（d） 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸
3.9 密封件的選用
1.對密封件的要求
液壓缸工作中要求達(dá)到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設(shè)計時，正確地選擇密封件、導(dǎo)向套（支承環(huán)）和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的。從現(xiàn)在密封技術(shù)來分析，液壓缸的活塞和活塞桿及密封、導(dǎo)向套和防塵等應(yīng)作為一個綜合的密封系統(tǒng)來考慮，具有可靠的密封系統(tǒng)，才能式液壓缸具有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。
在液壓元件中，對液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊材料液壓缸，如擺動液壓缸等。液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝卸，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動補(bǔ)償磨損。
密封件一般以斷面形狀分類。有O形、U形、V形、J形、L形和Y形等。除O形外，其他都屬于唇形密封件。
2.O形密封圈的選用
液壓缸的靜密封部位主要是活塞內(nèi)孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內(nèi)孔、缸蓋與缸體端面等處[6]。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外，就會引起過量的內(nèi)漏和外漏。
靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。O形密封圈雖小，確實(shí)一種精密的橡膠制品，在復(fù)雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性能。在設(shè)計選用時，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護(hù)措施，才能達(dá)到較滿意的密封效果。
安裝O形圈的溝槽有多種形式，如矩形、三角形、V形、燕尾形、半圓形、斜底形等，可根據(jù)不同使用條件選擇，不能一概而論。使用最多的溝槽是矩形，其加工簡便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。
3.動密封部位密封圈的選用
液壓缸動密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支承座（導(dǎo)向套）的密封等。
形密封圈是我國液壓缸行業(yè)使用極其廣泛的往復(fù)運(yùn)動密封圈。它是一種軸、孔互不通用的密封圈。一般，使用壓力低于16MPa時，可不用擋圈而單獨(dú)使用。當(dāng)超過16MPa并用于活塞動密封裝置時，應(yīng)使用擋圈，以防止間隙“擠出”。
3.10 防塵圈
防塵圈設(shè)置與活塞桿或柱塞密封外側(cè)，用于防止外界塵埃、沙粒等異物侵入液壓缸，從而可以防止液壓油被污染導(dǎo)致元件磨損。
1.防塵圈
A型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈，適于在A型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安
裝，起防塵作用。
B型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈，適于在B型密封結(jié)構(gòu)形式
內(nèi)安裝，起防塵作用。
C型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在C型結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵
和輔助密封的作用。
2.防塵罩
防塵罩采用橡膠或尼龍、帆布等材料制作。在高溫工作時，可用氯丁橡膠，可在130℃以下工作。如果溫度再高時，可用耐火石棉材料。當(dāng)選用防塵伸縮套時，要注意在高頻率動作時的耐久性，同時注意在高速運(yùn)動時伸縮套透氣孔是否能及時導(dǎo)入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給液壓缸的裝配調(diào)整會帶來一些困難。
3.11 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)
液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸近處有口的連接等。1.液壓缸的安裝形式
液壓缸的安裝形式很多，但大致可以分為以下兩類。
1）軸線固定類 這類安裝形式的液壓缸在工作時，軸線位置固定不變。機(jī)床上的液壓缸絕大多數(shù)是采用這種安裝形式。
A 通用拉桿式。在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺釘將缸和安裝座連接拉緊。一般短行程、壓力低的液壓缸。
B 法蘭式。用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。
C 支座式。將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座固定在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。
2）周線擺動類 液壓缸在往復(fù)運(yùn)動時，由于機(jī)構(gòu)的相互作用使其軸線產(chǎn)生擺動，達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求。安裝這類液壓缸，安裝形式也只能采用使其能擺動的鉸接方式。工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、翻斗汽車和船舶甲板機(jī)械等所用的液壓缸多用這類安裝形式。
A 耳軸式。將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機(jī)械的軸座內(nèi)，使液壓缸軸線能在某個平面內(nèi)自由擺動。
B 耳環(huán)式。將液壓缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，使液壓缸能在某個平面內(nèi)自由擺動。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。
C 球頭式。將液壓缸尾部的球頭與機(jī)械上的球座連接在一起，使液壓缸能在一定的空間錐角范圍內(nèi)任意擺動。
2.液壓缸油口設(shè)計
油口孔是壓力油進(jìn)入液壓缸的直接通道，雖然只是一個孔，但不能輕視其作用[6]。如果孔小了，不僅造成進(jìn)油時流量供不應(yīng)求，影響液壓缸的活塞運(yùn)動速度，而且會造成回油時受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負(fù)載能力。對液壓缸往復(fù)速度要求較嚴(yán)的設(shè)計，一定要計算孔徑的大小。
液壓缸的進(jìn)出油口，可以布置在缸筒和前后端蓋上。對于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)出油口可以設(shè)在活塞桿端部。如果液壓缸無專用排氣裝置，進(jìn)出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。液壓缸進(jìn)出油口的鏈接形式有螺紋、方形法蘭和矩形法蘭等。
第4章 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求
4.1 缸體
1.缸體的材料
液壓缸缸體的常用材料為20鋼、35鋼、45鋼的無縫鋼管[6]。因20鋼的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件焊接時，則應(yīng)采用焊接性能較好的35鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下均采用45鋼，并調(diào)質(zhì)到241~285HB。
缸體的毛坯也可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼一般采用ZG25、ZG35、ZG45等。鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個牌號或球墨鑄鐵QT500-05、QY600-02等。特殊情況下，可采用鋁合金等材料。
2.主要表面粗糙度
液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為
3.技術(shù)要求（參見圖4-3）
圖4-3 缸筒的技術(shù)要求[6]
1）內(nèi)徑用H8~H9的配合；
2）內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差之半；
3）內(nèi)表面母線直線度在500mm長度上不大于0.03mm；
4）缸體端面對軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm；
5）缸體與端蓋采用螺紋連接時，螺紋采用6H級精度。
7）為防止腐蝕和提高壽命，內(nèi)徑表面可以鍍0.03~0.04mm厚的硬鉻，在進(jìn)行拋光，剛體外涂耐蝕油漆。
4.2 活塞
1.活塞的材料
缸徑較小的整體式活塞一般采用35鋼、45鋼；其他常用耐磨鑄鐵、灰鑄鐵HT300、HT350（有外徑上套有尼龍66、尼龍1010或加布酚醛塑料的耐磨環(huán)）以及鋁合金等。
2.主要表面粗糙度
活塞外圓柱表面粗糙度為
3.技術(shù)要求（參見圖4-4）
圖4-4 活塞的技術(shù)要求[6]
1）外徑的圓度、圓柱度不大于外徑公差之半；
2）外徑D對內(nèi)徑d1的徑向圓跳動不大于外徑公差之半；
3）端面T對軸線垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm；
4）活塞外徑用橡膠密封時可取f7~f9配合，內(nèi)孔與活塞的配合可取H8。
4.3 活塞桿
1.材料
實(shí)心活塞桿材料為35鋼、45鋼；空心活塞桿材料為35鋼、45鋼的無縫鋼管。
2.主要表面粗糙度
桿外圓柱粗糙度為
3.技術(shù)要求（參見圖4-5）
圖4-5 活塞桿的技術(shù)要求[6]
1）活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229~285HB，必要時，再經(jīng)高頻淬火，硬度達(dá)45~55HRC；
2）外徑d和d2的圓度、圓柱度不大于直徑公差之半；
3）外徑表面直線度在500