變幅液壓缸設(shè)計(jì),液壓缸,設(shè)計(jì) 第四節(jié) 汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng) 一、概述 汽車(chē)起重機(jī)是一種使用廣泛的工程機(jī)械，這種機(jī)械能以較快速度行走，機(jī)動(dòng)性好、適應(yīng)性強(qiáng)、自備動(dòng)力不需要配備電源、能在野外作業(yè)、操作簡(jiǎn)便靈活，因此在交通運(yùn)輸、城建、消防、大型物料場(chǎng)、基建、急救等領(lǐng)域得到了廣泛的使用。在汽車(chē)起重機(jī)上采用液壓起重技術(shù)，具有承載能力大，可在有沖擊、振動(dòng)和環(huán)境較差的條件下工作。由于系統(tǒng)執(zhí)行元件需要完成的動(dòng)作較為簡(jiǎn)單，位置精度要求較低，所以，系統(tǒng)以手動(dòng)操縱為主，對(duì)于起重機(jī)械液壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中確保工作可靠與安全最為重要。 汽車(chē)起重機(jī)是用相配套的載重汽車(chē)為基本部分，在其上添加相應(yīng)的起重功能部件，組成完整汽車(chē)起重機(jī)，并且利用汽車(chē)自備的動(dòng)力作為起重機(jī)的液壓系統(tǒng)動(dòng)力；起重機(jī)工作時(shí)，汽車(chē)的輪胎不受力，依靠四條液壓支撐腿將整個(gè)汽車(chē)抬起來(lái)，并將起重機(jī)的各個(gè)部分展開(kāi)，進(jìn)行起重作業(yè)；當(dāng)需要轉(zhuǎn)移起重作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，需要將起重機(jī)的各個(gè)部分收回到汽車(chē)上，使汽車(chē)恢復(fù)到車(chē)輛運(yùn)輸功能狀態(tài)，進(jìn)行轉(zhuǎn)移。一般的汽車(chē)起重機(jī)在功能上有以下要求 1)整機(jī)能方便的隨汽車(chē)轉(zhuǎn)移，滿(mǎn)足其野外作業(yè)機(jī)動(dòng)、靈活、不需要配備電源的要求； 2)當(dāng)進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)支腿機(jī)構(gòu)能將整車(chē)抬起，使汽車(chē)所有輪胎離地，免受起重載荷的直接作用，且液壓支腿的支撐狀態(tài)能長(zhǎng)時(shí)間保持位置不變，防止起吊重物時(shí)出現(xiàn)軟腿現(xiàn)象； 3)在一定范圍內(nèi)能任意調(diào)整、平衡鎖定起重臂長(zhǎng)度和俯角，以滿(mǎn)足不同起重作業(yè)要求； 4)使起重臂在3600以?xún)?nèi)能任意轉(zhuǎn)動(dòng)與鎖定； 5)使起吊重物在一定速度范圍內(nèi)任意升降，并能在任意位置上能夠負(fù)重停止，負(fù)重啟動(dòng)時(shí)不出現(xiàn)溜車(chē)現(xiàn)象。 圖8-9所示為汽車(chē)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖，它主要由如下五個(gè)部分構(gòu)成 1)支腿裝置 起重作業(yè)時(shí)使汽車(chē)輪胎離開(kāi)地面，架起整車(chē)，不使載荷壓在輪胎上，并可調(diào)節(jié)整車(chē)的水平度，一般為四腿結(jié)構(gòu)。 2)吊臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 使吊臂實(shí)現(xiàn)3600任意回轉(zhuǎn)，在任何位置能夠鎖定停止。 3)吊臂伸縮機(jī)構(gòu) 使吊臂在一定尺寸范圍內(nèi)可調(diào)，并能夠定位，用以改變吊臂的工作長(zhǎng)度。一般為3節(jié)或4節(jié)套筒伸縮結(jié)構(gòu)。 4)吊臂變幅機(jī)構(gòu) 使吊臂在150－800之間角度任意可調(diào)，用以改變吊臂的傾角。 5)吊鉤起降機(jī)構(gòu) 使重物在起吊范圍內(nèi)任意升降，并在任意位置負(fù)重停止，起吊和下降速度在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)可調(diào)。 二、工作原理 Q2-8型汽車(chē)起重機(jī)是一種中小型起重機(jī)（最大起重能力8噸），該起重機(jī)液壓系統(tǒng)如圖8-10、產(chǎn)品照片組所示。這種起重機(jī)的作業(yè)操作，主要通過(guò)手動(dòng)操縱來(lái)實(shí)現(xiàn)多缸各自動(dòng)作。起重作業(yè)時(shí)一般為單個(gè)動(dòng)作，少數(shù)情況下有兩個(gè)缸的復(fù)合動(dòng)作，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用一個(gè)液壓泵給各執(zhí)行元件串聯(lián)供油方式。在輕載情況下，各串聯(lián)的執(zhí)行元件可任意組合，使幾個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作，如伸縮和回轉(zhuǎn)，或伸縮和變幅同時(shí)進(jìn)行等。 汽車(chē)起重機(jī)液壓系統(tǒng)中液壓泵的動(dòng)力，都是由汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)裝在底盤(pán)變速箱上的取力箱提供。液壓泵為高壓定量齒輪泵，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)油門(mén)人為調(diào)節(jié)控制，因此盡管是定排量泵，但其輸出的流量可以在一定的范圍內(nèi)通過(guò)控制汽車(chē)油門(mén)開(kāi)度的大小來(lái)人為控制，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；該泵的額定壓力為21MPa，排量為40min／r，額定轉(zhuǎn)速為1500r／min；液壓泵通過(guò)中心回轉(zhuǎn)接頭9、開(kāi)關(guān)10和過(guò)濾器11從油箱吸油；輸出的壓力油經(jīng)回轉(zhuǎn)接頭9、多路換向閥手動(dòng)閥組l和2的操作，將壓力油串聯(lián)地輸送到各執(zhí)行元件，當(dāng)起重機(jī)不工作時(shí)，液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。液壓系統(tǒng)各部分工作的具體情況如下 1)支腿缸收放回路 該汽車(chē)起重機(jī)的底盤(pán)前后各有兩條支腿，通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)可以使每一條支腿收起和放下。在每一條支腿上都裝著一個(gè)液壓缸，支腿的動(dòng)作由液壓缸驅(qū)動(dòng)。兩條前支腿和兩條后支腿分別由多路換向閥1中的三位四通手動(dòng)換向閥A和B控制其伸出或縮回。換向閥均采用M型中位機(jī)能，且油路采用串聯(lián)方式。確保每條支腿伸出去的可靠性至關(guān)重要，因此每個(gè)液壓缸均設(shè)有雙向鎖緊回路，以保證支腿被可靠地鎖住，防止在起重作業(yè)時(shí)發(fā)生“軟腿”現(xiàn)象或行車(chē)過(guò)程中支腿自行滑落。此時(shí)系統(tǒng)中油液的流動(dòng)情況為 前支腿 進(jìn)油路 取力箱→液壓泵→多路換向閥1中的閥A→兩個(gè)前支腿缸進(jìn)油腔； 回油路 兩個(gè)前支腿缸回油腔→多路換向閥1中的閥A→閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→多路換向閥2中閥C、D、E、F的中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 后支腿 進(jìn)油路 取力箱→液壓泵→多路換向閥1中的閥A的中位→閥B→兩個(gè)后支腿缸進(jìn)油腔； 回油路 兩個(gè)后支腿缸回油腔→多路換向閥1中的閥A的中位→閥B→旋轉(zhuǎn)接頭9→多路換向閥2中閥C、D、E、F的中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 2)吊臂回轉(zhuǎn)回路 吊臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)作為執(zhí)行元件。液壓馬達(dá)通過(guò)蝸輪蝸桿減速箱和一對(duì)內(nèi)嚙合的齒輪傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速較低，每分鐘僅為1-3轉(zhuǎn)，故液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也不高，因此沒(méi)有必要設(shè)置液壓馬達(dá)制動(dòng)回路。系統(tǒng)中用多路換向閥2中的一個(gè)三位四通手動(dòng)換向閥C來(lái)控制轉(zhuǎn)盤(pán)正、反轉(zhuǎn)和鎖定不動(dòng)三種工況。此時(shí)系統(tǒng)中油液的流動(dòng)情況為 進(jìn)油路 取力箱→液壓泵→多路換向閥1中的閥A、閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→多路換向閥2中的閥C→回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)進(jìn)油腔； 回油路 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)回油腔→多路換向閥2中的閥C→多路換向閥2中的閥D、E、F的中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 3)伸縮回路 起重機(jī)的吊臂由基本臂和伸縮臂組成，伸縮臂套在基本臂之中，用一個(gè)由三位四通手動(dòng)換向閥D控制的伸縮液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)吊臂的伸出和縮回。為防止因自重而使吊臂下落，油路中設(shè)有平衡回路。此時(shí)系統(tǒng)中油液的流動(dòng)情況為 進(jìn)油路 取力箱→液壓泵→多路換向閥1中的閥A、閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→多路換向閥2中的閥C中位→換向閥D→伸縮缸進(jìn)油腔； 回油路 伸縮缸回油腔→多路換向閥2中的閥D→多路換向閥2中的閥E、F的中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 4)變幅回路 吊臂變幅是用一個(gè)液壓缸來(lái)改變起重臂的俯角角度。變幅液壓缸由三位四通手動(dòng)換向閥E控制。同樣，為防止在變幅作業(yè)時(shí)因自重而使吊臂下落，在油路中設(shè)有平衡回路。此時(shí)系統(tǒng)中油液的流動(dòng)情況為 進(jìn)油路 取力箱→液壓泵→閥A中位→閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→閥C中位→閥D中位→閥E→變幅缸進(jìn)油腔； 回油路 變幅缸回油腔→閥E→閥F中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 5)起降回路 起降機(jī)構(gòu)是汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，它由一個(gè)低速大轉(zhuǎn)矩定量液壓馬達(dá)來(lái)帶動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)工作。液壓馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)由三位四通手動(dòng)換向閥F控制。起重機(jī)起升速度的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩淖円簤罕玫妮敵隽髁亢鸵簤厚R達(dá)的輸入流量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在液壓馬達(dá)的回油路上設(shè)有平衡回路，以防止重物自由落下；在液壓馬達(dá)上還設(shè)有單向節(jié)流閥的平衡回路，設(shè)有單作用閘缸組成的制動(dòng)回路，當(dāng)系統(tǒng)不工作時(shí)通過(guò)閘缸中的彈簧力實(shí)現(xiàn)對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)的制動(dòng)，防止起吊重物下滑；當(dāng)?shù)踯?chē)負(fù)重起吊時(shí)，利用制動(dòng)器延時(shí)張開(kāi)的特性，可以避免卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊時(shí)發(fā)生溜車(chē)下滑現(xiàn)象。此時(shí)系統(tǒng)中油液的流動(dòng)情況為 進(jìn)油路 取力箱→液壓泵→閥A中位→閥B中位→旋轉(zhuǎn)接頭9→閥C中位→閥D中位→閥E中位→閥F→卷?yè)P(yáng)機(jī)馬達(dá)進(jìn)油腔； 回油路 卷?yè)P(yáng)機(jī)馬達(dá)回油腔→閥F→旋轉(zhuǎn)接頭9→油箱。 三、性能分析 從圖8-10可以看出，該液壓系統(tǒng)由調(diào)壓、調(diào)速、換向、鎖緊、平衡、制動(dòng)、多缸卸荷等基本回路組成，其性能特點(diǎn)是： 1)在調(diào)壓回路中，采用安全閥來(lái)限制系統(tǒng)最高工作壓力，防止系統(tǒng)過(guò)載，對(duì)起重機(jī)實(shí)現(xiàn)超重起吊安全保護(hù)作用。 2)在調(diào)速回路中，采用手動(dòng)調(diào)節(jié)換向閥的開(kāi)度大小來(lái)調(diào)整工件機(jī)構(gòu)(起降機(jī)構(gòu)除外)的速度，方便靈活，充分體現(xiàn)以人為本，用人來(lái)直接操縱設(shè)備的思想。 3)在鎖緊回路中，采用由液控單向閥構(gòu)成的雙向液壓鎖將前后支腿鎖定在一定位置上，工作可靠，安全，確保整個(gè)起吊過(guò)程中，每條支腿都不會(huì)出現(xiàn)軟腿的現(xiàn)象，即使出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)死火或液壓管道破裂的情況，雙向液壓鎖仍能正常工作，且有效時(shí)間長(zhǎng)。 4)在平衡回路中，采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的單向液控順序閥作平衡閥，以防止在起升、吊臂伸縮和變幅作業(yè)過(guò)程中因重物自重而下降，且工作穩(wěn)定、可靠，但在一個(gè)方向有背壓，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成一定的功率損耗。 5)在多缸卸荷回路中，采用多路換向閥結(jié)構(gòu)，其中的每一個(gè)三位四通手動(dòng)換向閥的中位機(jī)能都為M型中位機(jī)能，并且將閥在油路中串聯(lián)起來(lái)使用，這樣可以使任何一個(gè)工作機(jī)構(gòu)單獨(dú)動(dòng)作；這種串連結(jié)構(gòu)也可在輕載下使機(jī)構(gòu)任意組合地同時(shí)動(dòng)作；但采用6個(gè)換向閥串連連接，會(huì)使液壓泵的卸荷壓力加大，系統(tǒng)效率降低，但由于起重機(jī)不是頻繁作業(yè)機(jī)械，這些損失對(duì)系統(tǒng)的影響不大。 6)在制動(dòng)回路中，采用由單向節(jié)流閥和單作用閘缸構(gòu)成的制動(dòng)器，利用調(diào)整好的彈簧力進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)可靠、動(dòng)作快，由于要用液壓缸壓縮彈簧來(lái)松開(kāi)剎車(chē)，因此剎車(chē)松開(kāi)的動(dòng)作慢，可防止負(fù)重起重時(shí)的溜車(chē)現(xiàn)象發(fā)生，能夠確保起吊安全，并且在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)死火或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠迅速實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，防止被起吊的重物下落。 目 錄 一、概述……………………………………………………………………1　　　 二、 液壓缸的形式…………………………………………………………1 三、 液壓缸的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………1 四、 液壓缸的細(xì)部構(gòu)造……………………………………………………2 1、缸筒…………………………………………………………………2 2、缸底…………………………………………………………………3 3、導(dǎo)向套………………………………………………………………3 4、活塞桿………………………………………………………………4 5、活塞…………………………………………………………………4 6、緩沖裝置……………………………………………………………5 五、 液壓缸的密封…………………………………………………………5 1、間隙密封……………………………………………………………6 2、接觸密封……………………………………………………………6 ⑴ O形密封圈……………………………………………………6 ⑵ 唇形密封………………………………………………………7 ⑶ 組合密封………………………………………………………7 六、 液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………7 1、液壓缸的作用力和布置方式………………………………………7 2、液壓缸缸徑計(jì)算……………………………………………………8 3、液壓缸壁厚計(jì)算……………………………………………………8 4、活塞桿計(jì)算…………………………………………………………9 5、最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定……………………………………………9 6、活塞桿穩(wěn)定性校核…………………………………………………10 7、活塞桿強(qiáng)度校核……………………………………………………11 CDZ50米登高平臺(tái)消防車(chē)液壓缸設(shè)計(jì) 一、概述 液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在工程機(jī)械，登高平臺(tái)消防車(chē)及高空作業(yè)車(chē)等多種類(lèi)型機(jī)械中獲得廣泛應(yīng)用。CDZ50米登高平臺(tái)消防車(chē)（以下稱(chēng)CDZ50）的伸縮、變幅、折臂、支腿機(jī)構(gòu)都是由液壓缸執(zhí)行。為了使登高平臺(tái)消防車(chē)既有盡可能小的縱向尺寸，又有可能大的作業(yè)范圍，它的臂架具有伸縮功能，猶如電視機(jī)的伸縮天線，只是臂架斷面是四邊形，它們是由一只伸縮液壓缸和鋼絲繩滑輪組成機(jī)構(gòu)完成五節(jié)臂同步伸縮。變幅液壓缸可使登高平臺(tái)消防車(chē)臂架作俯仰動(dòng)作，以改變作業(yè)平臺(tái)到回轉(zhuǎn)中心的距離（幅度），這就叫變幅。折臂液壓缸是調(diào)整作業(yè)平臺(tái)的工作位置。支腿通常由水平液壓缸的垂直液壓缸構(gòu)成，稱(chēng)“H”型支腿，它由八個(gè)液壓油缸分別驅(qū)動(dòng)。支腿不僅能承受作業(yè)時(shí)的總重，還能大大提高整機(jī)作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性。如圖1 上述四種機(jī)構(gòu)所用的液壓缸原理基本相同，本文主要通過(guò)對(duì)CDZ50變幅液壓缸原理的分析和設(shè)計(jì)找到液壓缸設(shè)計(jì)的方法。 二、液壓缸的形式 直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸有兩類(lèi)即活塞式（圖2a）和柱塞式（圖2b）?；钊揭簤焊锥嗍请p作用的，即活塞的伸出和縮回均靠液壓力作用，雙作用液壓缸又分單活塞桿和雙活塞桿的。柱塞式液壓缸只能是單作用的，即柱塞伸出靠液壓力而縮回則靠負(fù)載自重、重物或彈簧等。登高平臺(tái)消防車(chē)大都采用雙作用活塞式單桿液壓缸。 三、液壓缸的結(jié)構(gòu) 圖2a所示為CDZ50變幅液壓缸結(jié)構(gòu)，它是由缸底2、缸筒 8、缸蓋16、導(dǎo)向套15以及活塞7和活塞桿9等主要部件組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端則與缸蓋采用螺紋連接，以便拆裝檢修，兩端設(shè)有油口A和B。活塞與活塞桿采用螺紋連接，結(jié)構(gòu)緊湊便于裝卸。缸筒內(nèi)壁表面粗糙度要求較高（0.4），為了避免與活塞直接發(fā)生摩擦而造成拉缸事故，活塞上套有支承環(huán)4，它通常是由聚四氟乙烯或尼龍等耐磨材料制成，但不起密封作用。缸內(nèi)兩腔之間的密封是靠活塞內(nèi)孔的O形密封6，以及外緣安置的兩個(gè)組合密封（格來(lái)圈）來(lái)保證，活塞桿表面同樣具有較高粗糙度（0.2），為了確保活塞桿的移動(dòng)不偏離中心線，以免損傷缸壁和密封件，并改善活塞桿與缸蓋孔的摩擦，特在缸蓋一端設(shè)置導(dǎo)向套15，導(dǎo)向套內(nèi)孔上套有支承環(huán)10，還有防止油液外漏的組合密封（斯特封）12和YX型密封圈13，這兩道密封可以防止由于加工誤差造成活塞桿滲油現(xiàn)象?？紤]到活塞桿外露部分會(huì)粘附塵土，故缸蓋孔口處設(shè)有防塵圈17。在缸底和活塞桿頂端上安裝有油嘴1，為工作機(jī)構(gòu)連接用的銷(xiāo)軸提供潤(rùn)滑油。此外為了減輕活塞在行程終了時(shí)對(duì)缸底的沖擊，缸底端設(shè)有縫隙節(jié)流緩沖裝置，當(dāng)活塞快速運(yùn)行臨近缸底時(shí)，缸底端部的緩沖柱塞將回流堵住，迫使剩余油液只能從柱塞周?chē)目p隙擠出，于是活塞速度迅速減慢實(shí)現(xiàn)緩沖。 四、液壓缸的細(xì)部構(gòu)造 液壓缸主要由缸筒、缸底、缸蓋、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套和緩沖裝置等構(gòu)成。如圖2a ，下面我們介紹液壓缸主要零部件的材料選擇、工藝要求、構(gòu)造特點(diǎn)。 1、缸筒 活塞式液壓缸缸筒內(nèi)壁要求精加工，所以它的工藝要求較高，具有 一定難度。目前國(guó)內(nèi)缸筒內(nèi)孔的加工，主要采用熱軋無(wú)縫鋼管的鏜削工 藝和冷撥無(wú)縫鋼管的珩磨工藝。熱軋管材的鏜削加工工藝過(guò)程為：粗鏜 →精鏜→浮鏜→滾壓（簡(jiǎn)稱(chēng)三鏜一滾），國(guó)內(nèi)同行業(yè)缸筒的加工普遍采用這種工藝過(guò)程。 工藝要求如圖3所示，缸筒內(nèi)徑一般用H8配合，表面粗糙度0.4。外表面一般不加工。裝配作業(yè)時(shí)為了不損傷活塞和導(dǎo)向套上的密封圈，在缸筒的入口處和有密封圈滑過(guò)的孔槽口均做成15°的坡口。坡口口徑D′要保證大于密封圈的自由尺寸。 缸筒的材料通常采用45號(hào)無(wú)縫鋼管。45號(hào)鋼的切削性能較好，但焊接性能較差，焊接時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝。此外，缸筒內(nèi)徑D的圓度，圓柱度不大于公差直徑的一半，缸筒內(nèi)表面直線度在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm。對(duì)形位公差和表面粗糙度和控制能有效避免液壓缸的泄漏。因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)密封都屬于擠壓形密封，缸筒超差后直接影響密封件的壓縮量，壓縮量的不均勻可導(dǎo)致密封滲漏。 2、缸底 缸底可用35號(hào)或45號(hào)鋼的鍛件、鑄件、圓鋼或焊接件制作，缸底與缸筒的主要連接形式有：焊接式、螺紋式。如圖4，CDZ50變幅壓缸的缸底連接形式采用焊接式。缸底材料主要以45號(hào)鋼鍛造成型。圖4a為焊接形式其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，易加工，尺寸小，工作可靠。為了控制焊接變形，缸底嵌入缸筒的部分應(yīng)采用較緊的過(guò)渡配合（H7/K6）活塞終點(diǎn)要離開(kāi)焊縫一定的距離約（20mm以上）。圖4b是螺紋連接，尺寸略大，不適宜大口徑連接，但可拆，清洗方便。 3、導(dǎo)向套 導(dǎo)向套可選用球墨鑄鐵、鋁青銅或45號(hào)鋼加支承環(huán)制成，從降低成本角度考慮目前導(dǎo)向套大都采用鋼材經(jīng)加工后內(nèi)孔安裝支承環(huán)。導(dǎo)向套在結(jié)構(gòu)上不僅要解決與缸筒的密封問(wèn)題，而且必須考慮與活塞桿的密封和防塵問(wèn)題，它能保證活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不偏離軸心線，以免產(chǎn)生“拉缸”現(xiàn)象，并保證活塞和活塞桿密封件能正常工作。導(dǎo)向套滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度通常取活塞桿直徑的0.6～1.0倍。圖5是導(dǎo)向套的三種形式。圖5a是導(dǎo)向套與缸筒用卡鍵連接，圖5b通過(guò)缸蓋外螺紋與缸筒連接，圖5c是缸筒與導(dǎo)向套內(nèi)螺紋連接。 4、活塞桿 無(wú)論是柱塞式還是活塞式液壓缸，它們的活塞桿（或柱塞）都有較高的加工精度，其表面還有0.03mm～0.05mm厚的鍍鉻層以提高耐磨性和抗腐蝕性。對(duì)于工作條件惡劣的環(huán)境，活塞桿表面先進(jìn)行表面淬火后再鍍鉻，以提高表面硬度，抵御外來(lái)的撞擊?；钊麠U常用45號(hào)元鋼或無(wú)縫鋼管做成實(shí)心桿或空心桿，活塞桿強(qiáng)度一般是足夠的，主要是考慮細(xì)長(zhǎng)活塞桿在受壓時(shí)的穩(wěn)定性，大多活塞桿采用空心桿增大斷面模數(shù)，空心活塞桿一端留出焊接和熱處理用的通氣孔?；钊麠U外徑公差是f9。如圖6，CDZ50變幅液壓缸選用如圖6b的結(jié)構(gòu)形式。 5、活塞 活塞也有多種結(jié)構(gòu)，通常是通過(guò)螺紋或卡鍵與活塞桿相連。圖7a是整體式活塞，它的表面直接與缸筒壁配合，兼起導(dǎo)向作用，工藝上有一定要求且必須是銅或鑄鐵等耐磨材料，盡管它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于摩擦力較大，壽命較短等原因已逐漸少用。圖7b是組合式活塞；活塞本體與缸壁不接觸，通過(guò)與它組合在一起的耐磨材料尼龍或聚四氟已烯與缸筒接觸，并起導(dǎo)向支承作用。導(dǎo)向材料對(duì)稱(chēng)安裝在活塞兩端，同時(shí)在O形密封圈外面套一個(gè)與支承環(huán)同樣材料的摩擦環(huán)，使O形密封圈脫離與缸壁的滑動(dòng)摩擦，基本上成為固定密封，故提高了密封件的使用壽命。 活塞與活塞桿之間為間隙配合，配合面之間的密封為固定密封，采用O形圈密封，密封槽通常開(kāi)設(shè)在活塞桿上，這樣加工比較方便。 6、緩沖裝置 液壓缸在運(yùn)動(dòng)速度高或負(fù)載質(zhì)量大的情況下，當(dāng)活塞快速制動(dòng)或換向時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊。沖擊時(shí)的壓力可達(dá)工作壓力的二至四倍，液壓沖擊會(huì)引起整機(jī)的振動(dòng)和噪聲，甚至引起有關(guān)機(jī)械的破壞。因此在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)常用節(jié)流原理在缸體里設(shè)置緩沖裝置。如圖8，當(dāng)活塞移至其端部時(shí)緩沖柱塞開(kāi)始插入桿端的緩沖孔槽，活塞桿尾部與缸筒之間形成封閉空間A，A腔中受困擠的剩余油液只能從緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，因而在A 腔形成一個(gè)高壓區(qū)迫使液壓缸降低速度實(shí)現(xiàn)液壓緩沖。圖9是緩沖柱塞和緩沖腔壓力的曲線。 五、液壓缸的密封 漏油是液壓傳動(dòng)的多發(fā)病，漏油有內(nèi)泄和外漏之分。所謂內(nèi)泄是發(fā)生在液壓缸內(nèi)部的漏損，如高壓無(wú)桿腔的壓力油通過(guò)活塞與缸壁間的間隙流向低壓的有桿腔進(jìn)入油箱，外漏則是油液漏出液壓缸外部。如油液沿活塞桿漏到液壓缸的外部。內(nèi)泄和外漏都是不允許的。目前防外漏的辦法是采用各種形式的密封裝置，密封形式很多選擇主要介紹。 1、 間隙密封 間隙密封是利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間的微小間隙起密封作用的。液壓統(tǒng) 中的液壓泵和各種控制閥大多采用這類(lèi)密封，液壓缸基本不使用這種密封。在這里不再過(guò)多敘述。 2、 接觸密封 接觸密封又叫填料密封，填料被充填在兩個(gè)需要密封的零件之間， 靠密封件本身的彈性變形實(shí)現(xiàn)密封。在一定壓力范圍內(nèi)，其密封能力隨壓力升高而提高。在磨損后還有一定的自動(dòng)補(bǔ)償能力。接觸密封的形式頗多，僅介紹液壓缸中使用的幾種密封。 1 O形密封圈 O形密封圈斷面為圓形，它由耐油橡膠等材料制成。它可以用在兩 個(gè)固定面之間也可用在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面之間起密封作用。圖10是它的密封機(jī)理，O形圈裝入密封槽后，由于槽深H小于O形圈斷面直徑d0使O形圈受壓縮狀態(tài)，見(jiàn)圖10a，此時(shí)靠O形圈自身的彈性接觸壓力自行密封；當(dāng)彈性接觸壓力Pm比流體壓力P1大時(shí)，就不會(huì)造成泄漏。避免液壓過(guò)高時(shí)O形圈被擠入密封槽的間隙中損壞。當(dāng)O形圈用作運(yùn)動(dòng)密封時(shí)液體壓力超過(guò)10MPa。若O形圈是單向受壓的，在它的非受壓側(cè)加一個(gè)擋圈，若是雙向受壓，則在它的兩側(cè)各加一個(gè)擋圈，見(jiàn)圖10b、c，用在端面固定密封時(shí)，由于間隙C較小液體壓力沒(méi)超過(guò)30Mpa時(shí)，一般不加擋圈。 O形圈及其擋圈的規(guī)格以及溝槽尺寸均有標(biāo)準(zhǔn)，可從有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查閱。由于O形圈密封阻力較大，自動(dòng)補(bǔ)償能力差，在液壓缸中常常用于固定密封，運(yùn)動(dòng)面間密封大多采用唇形密封。 2 唇形密封圈 唇形密封圈也有多種形式，現(xiàn)以常用的YX形密封圈來(lái)說(shuō)明它們的機(jī) 理。YX形密封分軸用和孔用兩種，孔用密封圈用于活塞與缸筒之間的密封，軸用密封圈用于活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封，YX形密封中間有一個(gè)凹座，凹座朝向被密封的液體，因此液壓就通過(guò)唇部直接作用于部分密封面上。通常其底部不與周?chē)牟考佑|，且密封圈側(cè)面自底部至唇部開(kāi)始是相平行。壓力升高時(shí)，唇口在壓力作用下向外擴(kuò)展，使唇邊更緊地貼合密封面，隨著壓力的進(jìn)一步升高，更大部分的密封面與周?chē)考嘟佑|。圖11畫(huà)出各種壓力作用下唇形密封圈的典型變形率。 3 組合密封 組合密封是一種較理想的密封，通常將改性的聚四氟乙烯制成滑環(huán)和O型圈一起安裝在密封槽里組成?；h(huán)在O形密封圈預(yù)應(yīng)力作用下，始終保持與密封面產(chǎn)生接觸壓力保證密封。組合密封分孔用組合滑環(huán)（格萊圈）如圖12a和軸用組合滑環(huán)（斯特封）如圖12b，組合密封的結(jié)構(gòu)形式，密封機(jī)理，材料選擇都與其它密封不同，是一種較新的密封形式。目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)廠家普遍采用這種密封。有關(guān)溝槽尺寸可以從產(chǎn)品樣本中查到。 六、液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算 1、 液壓缸的作用力和布置方式 根據(jù)總體設(shè)計(jì)，CDZ50登高平臺(tái)消防車(chē)用于改變臂架幅度的變幅液壓缸的最大推力F1=61191.98kg，液壓缸系兩端鉸支，液壓缸全縮時(shí)兩端鉸點(diǎn)距離L1=2242mm，工作行程L2=2087mm，臂架停止動(dòng)作時(shí)變幅液壓缸進(jìn)出口閉死，此時(shí)液壓缸內(nèi)的封閉壓力叫閉鎖壓力。 2、 液壓缸缸徑的計(jì)算 液壓缸的缸徑指缸筒的內(nèi)徑，它決定了液壓缸的推力和推出速度。工作時(shí)因回油管直接與液壓油箱相通，回油壓力PO=0，液壓系統(tǒng)最高工作壓力P=21Mpa，則缸筒內(nèi)徑： D==19.762cm = 197.62mm 取D=200mm 其中：D——缸筒的內(nèi)徑 F1——液壓缸最大推力 P——液壓缸最高工作壓力 η——液壓缸總效率，通常取η=95% 3、 液壓缸壁厚計(jì)算： 當(dāng)壁厚δ大于缸徑的即δ＞時(shí)，按厚壁筒公式計(jì)算： δ= 當(dāng)臂厚δ小于或等于缸徑D的時(shí),按薄壁筒公式計(jì)算, δ= 式中：P——液壓缸最大工作壓力（MPa） [σ]——許用應(yīng)力（Mpa），[σ]=，其中，σb為材料強(qiáng)度極限，n 為安全系數(shù)；通常取n=3.5～5， δ——缸筒的壁厚（mm） 45 號(hào)鋼的強(qiáng)度極限σb=650Mpa，對(duì)于臂架式登高平臺(tái)消防車(chē)，屬中型工況，故安全系數(shù)為4，對(duì)應(yīng)的[σ]=。 變幅缸閉鎖壓力： P′= 閉鎖壓力P′小于最高工作壓力P=21Mpa，所以計(jì)算壁后應(yīng)以P作為最大工作壓力，閉鎖壓力小于工作壓力常采用薄壁公式計(jì)算： δ= 用薄壁筒公式正確。參照無(wú)縫鋼管系列（YB231-77） ，并考慮留有加工余量，選用φ245×25無(wú)縫鋼管。 4、 活塞桿計(jì)算 通常由速比μ算出，速比是液壓缸縮回速度與伸出速度之比即 μ=。 速比總大于1，速度比越大，活塞桿徑越大，越有利于活塞桿穩(wěn) 定性通常μ在1.25～2范圍內(nèi)變化。考慮到活塞桿的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，常取μ=2。 d=Dmm 式中： d——活塞桿外徑 D ——缸筒內(nèi)徑 μ——速度比 取d=140mm；參照無(wú)縫鋼管系列，選用φ152×25鋼管 5、 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定： 活塞桿全伸時(shí)，活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離叫 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H（見(jiàn)圖13）。通常H≥+。圖中活塞支承面長(zhǎng)度 B=（0.6～1.0）D，導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A=（0.6～1.0）d，中間隔套C可在不過(guò)分增加A和B 的情況下保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 CDZ50變幅液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度： H≥mm 其中：L2——液壓缸工作行程 D——液壓缸缸筒內(nèi)徑 H——最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 6、活塞桿穩(wěn)定性校核： 當(dāng)受壓作用液壓缸的活塞桿直徑d小于液壓缸安裝長(zhǎng)度L的十分之一時(shí)，須進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性校核，要求達(dá)到： F1＜ 式中：F1——液壓缸承受的最大壓力 Fk——液壓缸不失穩(wěn)的臨界負(fù)載 ηk——安全系數(shù)，ηk=2 ～4 當(dāng)ψ=時(shí)，用歐拉公式計(jì)算臨界力Fk Fk=(N) 當(dāng)ψ<ψ2 時(shí)，按下式計(jì)算：Fk=(N) CDZ50變幅缸： L=L1+L2=2242+2087=4329(mm) d=140mm，系兩端鉸支，查表ψ2=1 J=(其中：d1=102mm活塞桿內(nèi)徑) ==13544033.46（mm）4 A===7222.52（mm）2 rk===43.304(mm) ψ=>ψ1=85 采用歐拉公式計(jì)算臨界力： Fk==14.49×105(N) n==2.37>2 穩(wěn)定性合格 式中：ψ——活塞桿計(jì)算柔性系數(shù) ψ1——柔性系數(shù)，對(duì)于鋼ψ1=85 ψ2——取決于液壓缸支承狀況的末端系數(shù)（又稱(chēng)長(zhǎng)度折算系度），由設(shè)計(jì)手冊(cè)查取。 rk——活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，rk=(mm) E——活塞桿材料的彈性模量，對(duì)于鋼E=2.06×105Mpa J——活塞桿橫截面慣性矩（mm4） A——活塞桿橫截面面積（mm2） F ——由材料強(qiáng)度決定的試驗(yàn)值，對(duì)于鋼取f=490Mpa α——系數(shù)，對(duì)于鋼取α= 以上計(jì)算都將變幅油缸看作一個(gè)等截面桿，實(shí)際上，缸體的截面總是大于活塞桿的，整個(gè)變幅缸是一個(gè)變截面構(gòu)件，因此上述計(jì)算結(jié)果偏于安全的，要作較為經(jīng)濟(jì)的計(jì)算則應(yīng)按變截面桿件計(jì)算臨界力，此處不再論述。 7、 活塞桿強(qiáng)度校核 壓桿不失穩(wěn)的液壓缸不一定就不會(huì)破壞，還有活塞桿的強(qiáng)度問(wèn)題， 因此必須按下式作強(qiáng)度校核： 變幅缸： σ= =85.91Mpa〈=180Mpa 算得CDZ50變幅液壓缸的強(qiáng)度校核合格。 式中：σ——計(jì)算應(yīng)力（MPa） σS——活塞桿材料屈服極限，對(duì)于45號(hào)鋼σS=360Mpa a———由配合間隙和自重引起的液壓缸初撓度，通常取0.5% F1、A、Fk、d、L意義同前。 參考資料 ⑴吉林工業(yè)大學(xué)等校編寫(xiě)的《工程機(jī)械液壓與液力傳動(dòng)》機(jī)械工業(yè)出版社，1979。 ⑵東北工學(xué)院《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組編，冶金工業(yè)出版社，1979。 ⑶雷天覺(jué)主編《液壓工程手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社，1990。 ⑷劉鴻文主編《材料》高等教育出版社，1982。 CDZ50米登高平臺(tái)高消防車(chē) 變 幅 液 壓 缸 的 設(shè) 計(jì) 錦州重型機(jī)械股份有限公司 技術(shù)中心：郭軍 二○○三年四月二十八 14 - 14 -