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目 錄 第一章 前言 .2 第二章 總體方案 .4 2.1.設(shè)計(jì)方案 4 第三章 加壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .6 3.1 磨輥寬度的確定 6 3.2 磨盤轉(zhuǎn)速的確定 6 3.3 磨輥的壓力的確定 7 3.4 所需功率的確定 8 3.5 液壓缸的確定 8 第四章 液壓原理圖的確定 10 4.1．實(shí)現(xiàn)功能 10 4.2 擬定液壓原理圖 .11 第五章 液壓元件的選型與計(jì)算 12 5.1 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 .12 5.1.1 選系統(tǒng)工作壓力 .12 5.1.2 液壓缸主要參數(shù)的確定 .12 5.1.3 液壓缸強(qiáng)度校核 .13 5.1.4 液壓缸穩(wěn)定性校核 .15 5.1.5 計(jì)算液壓缸實(shí)際所需流量 .17 5.2 液壓閥的選擇 18 5.2.1 液壓閥的作用 .18 5.2.2 液壓閥的基本要求 .18 5.2.3 液壓閥的選擇 .18 5.3 液壓泵站 19 5.3.1 液壓泵站概述及液壓泵站油箱容量系列標(biāo)準(zhǔn) .19 5.3.2 各系列液壓泵站的簡述 .20 5.4 液壓泵 21 5.4.1 液壓泵的選擇 .21 5.4.2 液壓泵裝置 .22 5.5 電動(dòng)機(jī)功率的確定 .23 5.6 液壓管件的確定 24 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 5.6.1 油管內(nèi)徑確定 .24 5.6.2 管接頭 .24 5.7 濾油器的選擇 .25 5.7.1 濾油器的作用及過濾精度 .25 5.7.2 選用和安裝 .25 5.8 油箱及其輔件的確定 26 5.8.1 油箱 .26 5.8.2 空氣濾清器 .28 5.8.3 油標(biāo) .28 第六章 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .29 6.1 液壓缸的基本參數(shù)的確定 .29 6.2 液壓缸主要零件的結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求 .30 6.2.1 缸體 .30 6.3 缸蓋 32 6.3.1 缸蓋的材料 .32 6.4 活塞 33 6.4.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 .33 6.4.2 活塞與缸體的密封 .33 6.4.3 活塞的材料 .34 6.4.4 活塞的技術(shù)要求 .34 6.5 活塞桿 34 6.5.1 端部結(jié)構(gòu) .34 6.5.2 端部尺寸 .35 6.5.3 活塞桿結(jié)構(gòu) .36 6.5.4 活塞桿材料 .36 6.5.5 活塞桿的技術(shù)要求 .36 6.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 37 6.6.1 導(dǎo)向套 .37 6.6.2 桿的密封與防塵 .37 6.7 液壓缸的緩沖裝置 37 結(jié)論 .39 致 謝 40 參考文獻(xiàn) .41 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 第一章 前言 長期以來，球磨機(jī)作為一種傳統(tǒng)的粉磨設(shè)備，一直壟斷著水泥工業(yè)粉磨作 業(yè)的全過程，所消耗的電能約占水泥生產(chǎn)總電耗的 70%左右，因此，粉磨作業(yè) 的節(jié)能一直是水泥工作者高度重視的問題之一。 球磨機(jī)的粉磨機(jī)理論基于沖擊和研磨作用，其特點(diǎn)： （1） 必須把幾十噸，甚至上百噸的研磨體和物料同時(shí)帶到一定的高度、 ； （2） 研磨體作用在物料上的力變化較大，非人為所能控制； （3） 研磨體之間以及研磨體與襯板之間存在著無用撞擊，大量的能量被白白 消耗； （4） 存在過磨現(xiàn)象； （5） 噪音大，一般為 100～120dB； （6） 研磨體消耗大。 由于球磨機(jī)粉磨機(jī)理存在上述缺陷，導(dǎo)致能量有效利用率極低，據(jù)資料報(bào) 道，一般為 1～3%。 以往水泥工業(yè)粉磨系統(tǒng)的節(jié)能改造工作都局限在球磨機(jī)本身及其系統(tǒng)的改 造上，如改進(jìn)磨機(jī)襯板、隔倉板、調(diào)整研磨體級陪、磨內(nèi)通風(fēng)、改開流系統(tǒng)為 閉和系統(tǒng)、降低入磨物料粒度等等，都取得了一定的增產(chǎn)節(jié)能效果，但沒有從 根本上解決球磨機(jī)理上存在的問題。 從國外二十年代末發(fā)明了立式磨技術(shù)以來，在水泥工業(yè)作為原料的烘干兼 粉磨設(shè)備，節(jié)能效果十分明顯。立式磨采用料床原理粉磨物料，主要有以下特 點(diǎn)： （1）物料受擠壓，沖擊和剪切作用，能量利用率高、電耗低，比球磨機(jī)節(jié). 電 20～30%。 （2）烘干能力大。立式磨采用氣體輸送物料，在粉磨水份較大的物料時(shí)可 控制入磨風(fēng)溫，在對物料進(jìn)行粉磨、選粉、輸送的過程中進(jìn)行烘干；是產(chǎn)品達(dá) 到要求的水份。在立式磨內(nèi)可烘干粉磨水份高達(dá) 10～15%的物料。 （3）入磨物料粒度大，可達(dá)輥磨直徑底 5%，所以大中型立式磨可以省掉二 級破碎。 （4）產(chǎn)平的化學(xué)成份及細(xì)度穩(wěn)定。物料在立式磨內(nèi)停留時(shí)間僅 2～3 分鐘， 而球磨機(jī)則要 15～20 分鐘。所以立式磨系統(tǒng)產(chǎn)品的化學(xué)成份可一很快測定、校 正，成份波動(dòng)小，有利于均化。此外，立式磨內(nèi)的合格產(chǎn)品能及時(shí)分離出來， 避免了過粉磨現(xiàn)象。產(chǎn)品細(xì)度可通過調(diào)節(jié)分離器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速改變，細(xì)度穩(wěn)定， 粒度均齊，有利于煅燒。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 （5）工藝流程簡單、占地面積小、建筑面積小。立式磨集破碎、粉磨、烘 干、選粉、輸送無道工序于一體，工藝簡單、布局緊湊。 （6）噪音低、揚(yáng)塵少，操作環(huán)境整潔立式摸的噪音僅為 80～85Db，系統(tǒng)在 負(fù)壓下工作，無粉塵飛揚(yáng)，操作環(huán)境清潔。 。 （7）研磨體消耗少，壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)率高。由于立式磨輥套與襯板之間不直 接接觸，磨損小，研磨體壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)率高。 同時(shí)，磨機(jī)的控制系統(tǒng)也一直是人們所關(guān)心的問題，隨著計(jì)算機(jī)在工業(yè)控 制領(lǐng)域的應(yīng)用迅速發(fā)展，我國水泥工業(yè)自動(dòng)化程度正日益提高。計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)和各種新型儀表不斷的推廣使用，所以說設(shè)計(jì)出一個(gè)比較好的控制系統(tǒng)也是 提高水泥的生產(chǎn)質(zhì)量、效率的一個(gè)可靠的保證。本文以 89C51 為 CPU，TLC2543A/D 轉(zhuǎn)換器、X25045 復(fù)位電路、獨(dú)立式中斷鍵盤、LCD 夜晶顯示 器、并擴(kuò)展 8255A 芯片作為控制單元共同組成了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。 此系統(tǒng)不僅僅滿足于此立式磨的控制，還能對多路模擬量和開關(guān)量信號采集和 控制，此外本文還介紹了控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)。 由于立式磨在粉磨機(jī)理上比球磨機(jī)有重大突破，而且它的控制系統(tǒng)也是處 于領(lǐng)先地位，它可對多路模擬量和開關(guān)信號進(jìn)行采集和控制，正因?yàn)橛羞@么多 的優(yōu)點(diǎn)，所以此系統(tǒng)水泥工業(yè)節(jié)能降低、推動(dòng)粉磨技術(shù)的發(fā)展和重大的進(jìn)步有 著極為重要的作用。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 第二章 總體方案 2.1.設(shè)計(jì)方案 (1) 磨盤及磨輥是立式磨最重要的部件之一,合理的磨盤形狀配以相適應(yīng)的 磨輥,對提高粉磨效率、減少研磨體消耗有著極為重要的作用.通過具體的分析, 選擇了一種具有兩個(gè)輥的輥式磨,磨盤為平面、磨輥為錐臺、磨輥軸與水平面呈 15 夾角. (2) 立式磨的傳動(dòng)裝置安置在磨機(jī)的下部,它既要帶動(dòng)磨盤轉(zhuǎn)動(dòng),還要承受磨 盤、物料、磨輥的重量以及加壓裝置施加的碾磨壓力，是立式磨中最重要的部 件之一。由于要承受很大的垂直壓力及沖擊載荷，所以傳動(dòng)裝置采用圓錐-圓柱 傳動(dòng)的減速機(jī)。 (3) 加壓方式的確定 除擺輥外，所有型號的立式磨均有兩種加壓方式，即彈簧加壓和液壓加壓。 彈簧加壓有三個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)：第一，由于磨輥和襯板逐漸磨損，對物料的加壓 逐漸減小，致使粉磨能力下降；第二，立式磨必須在滿負(fù)荷狀態(tài)下起動(dòng)，要求 電動(dòng)機(jī)動(dòng)力矩大，起動(dòng)困難；第三，彈簧的壓力不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)磨內(nèi)進(jìn)入較 大的物料或鐵塊等雜物時(shí)，磨機(jī)會(huì)嚴(yán)重過載，不利于呆板權(quán)運(yùn)行。 隨著液壓技術(shù)的發(fā)展以及對立式磨性能要求的提高，目前除大中型立式磨 采用液壓加壓以外，小型的立式磨也采用液壓加壓，這重加壓方式解決了彈簧 加壓的問題，碾磨壓力穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，并且可以在運(yùn)行中進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)立式 磨內(nèi)進(jìn)入鐵塊等雜物時(shí)，磨輥可以跳起越過雜物，此時(shí)由于蓄能器的緩沖吸振 作用使磨機(jī)不會(huì)過載，此外，用這種加壓方式還能很方便地抬起磨輥，使磨機(jī) 能輕載或空載起動(dòng)。因此，此重立式磨也采用液壓方式提供碾磨壓力。加壓裝 置結(jié)構(gòu)如圖 2.1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 1、蓄能器 2、液壓缸 3、管接頭 4、限位螺栓 5、螺母 6、墊圈 7、銷軸 8、支撐軸 9、檢修油缸 10、支撐軸 11、轉(zhuǎn)動(dòng)軸 12、磨輥 圖 2.1 加壓裝置 加壓時(shí)，油缸 2 活塞前伸，磨輥通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸 11 轉(zhuǎn)動(dòng)壓緊。油缸 10 作用是 在磨輥需要修理是調(diào)整磨輥的位置方便維修。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 第三章 加壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 立式磨設(shè)備的工藝參數(shù)與設(shè)備的性能有著密切的聯(lián)系，但各工藝參數(shù)之間 又存在一定系，由于各種立式磨的結(jié)構(gòu)形式不一樣，各工藝參數(shù)之間的關(guān)系各 不相同。迄今為止，國內(nèi)外均沒有任何公司或制造廠商公開有關(guān)的計(jì)算公式， 所以在設(shè)計(jì)時(shí)，主要通過類比和統(tǒng)計(jì)資料確定各個(gè)工藝參數(shù)。 3.1 磨輥寬度的確定 在磨輥對物料施加的碾壓力以及磨輥直徑一定的情況下，磨輥越寬，單位 面積上的壓力越小。不利于粉磨物料。磨輥越窄，對物料的壓強(qiáng)越大，碾壓過 的物料細(xì)粉比例越大，但碾壓的物料總量少，而且磨損較大。所以選擇合適的 磨輥寬度對提高粉磨效率、保證設(shè)備的使用壽命是非常重要的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料 MPS 立式磨的磨輥寬度與直徑之比為 0.35 左右?？紤]到所設(shè)計(jì)的立式磨磨輥的 形狀與 MPS 立式磨基本相同，同時(shí)考慮磨盤轉(zhuǎn)速等因素的影響，并考慮到磨損 的均勻性，取該比值為 0.32。即： 0.32×00.32 m1.0? 3.2 磨盤轉(zhuǎn)速的確定 磨盤轉(zhuǎn)速是立式磨的一個(gè)主要參數(shù)，與其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定有著密切的聯(lián)系。 如碾磨的壓力，磨機(jī)的產(chǎn)量，傳動(dòng)功率，減速機(jī)的傳動(dòng)比等。不同形式的立式 磨轉(zhuǎn)速均不相同，但物料要求有一定的離心力并且相等，即 F=m RV 2 =m（ ）×（2 ）D60n?2 式中：F—物料受到的離心力 m—物料的質(zhì)量 R—碾磨軌跡半徑 D—磨盤的直徑 N—磨盤的轉(zhuǎn)速 從上可看出，在相同的離心力下，磨盤的轉(zhuǎn)速 n 與磨盤直徑 D 的負(fù)-1/2 次 方成正比，但各種立式磨比例常數(shù)不一樣，根據(jù) 有關(guān)資料介紹,LM 磨:n= 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 ;MPS 磨:n=45.8 據(jù)收集到的資料,立式磨磨盤轉(zhuǎn)速與磨盤直徑之5.08?D5.0?D 間的關(guān)系大致為: 所以此立式磨磨盤的轉(zhuǎn)速大致為: n=58.5× min/8745.08.5.0rD????? 3.3 磨輥的壓力的確定 研磨壓力的大小,直接影響磨機(jī)的產(chǎn)量和設(shè)備的性能.壓力太小,則不能壓碎 物料、粉磨效率低、產(chǎn)量小、吐渣也大。壓力大、產(chǎn)量高主電機(jī)功率消耗也增 大，輥套和襯板的磨損也增大。因此，研磨壓力是立式磨非常重要的參數(shù)之一， 確定其大小時(shí)既要考慮 所要粉磨的物料性能，又要考慮單位產(chǎn)品電耗，磨耗等諸多因素。 由于輥磨的擠壓方式?jīng)Q定了其料床的被擠壓區(qū)內(nèi)無論沿磨輥的周向還是沿磨 輥的軸向的壓力分布都是不均勻的，存在壓力分布梯度、 （如下圖） ，且這種壓 力分布梯度是隨磨輥的結(jié)構(gòu)絕對尺寸及輥徑與輥寬的比值而變化。 假設(shè)每個(gè)磨輥的總的施加壓力 F，那么作用于料床的被擠壓區(qū)的單位面積內(nèi) 沿磨輥周向的平均壓力為： P =2F÷（ ）r ?sin?rBD 令： ）（ rn?? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 并把 定義為輥磨的名義壓力nPrrP2max?， 假設(shè)作用于料床的被擠壓區(qū)的單位面積內(nèi)沿磨輥軸向的最大壓力 max，P 為： 從以上的幾個(gè)公式可得：ax2m，， raP??sin8axP?， 將 值代入上式得：? na）（， 35~29m 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：雖然輥磨的工作壓力越大，其消耗的功率就越多，產(chǎn)量也就越 高，但是為了保證實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中磨輥與磨盤中受擠呀壓的料床不失穩(wěn)，保證輥磨 能穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，對于生料磨其研磨輥軸向的最大壓力 Pa，max 應(yīng)控制在： Pa，max 30MPa 以下，即名義壓力 Pn 應(yīng)控制在：? Pn 0.9MPa? 所以我們?nèi)?即可得出：F=和 磨 輥 的 直 徑， 然 后 在 根 據(jù) 磨 盤 直 徑anMP9.0? KNBDrn 301.2109.6???? 輥徑和輥寬和角度都是已知的，然后在根據(jù) Pn 的最小值從而求出壓力 F 30KN 3.4 所需功率的確定 設(shè)計(jì)一臺輥磨時(shí)，不僅需要考慮到生產(chǎn)工藝上如喂料粒度等方面的要求， 而且還需要考慮到具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)等因素，那么磨輥的名義直徑 Dr、磨輥的名 義寬度 Br、磨輥的個(gè)數(shù) z 等參數(shù)就可以確定了，再考慮到 和 Pn 的取值可得：? 輥磨消耗的凈功率 Ne 與其磨盤名義直徑 Dt 的 2.5 次方成正比，即：Ne= 那么輥磨的裝機(jī)功率為： 52。tNDK? 52。tNWDK?? 3.5 液壓缸的確定 根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算： 1037.5][.3?????FM活 塞 桿 的 直 徑 2? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 然后再根據(jù)活塞桿直徑和缸徑的比例關(guān)系如下圖所示： 缸 徑 AL?? 32 40 50 63 80 90 100 110 125 1.06 10 12 16 20 22 25 28 32 1.12 10 12 16 20 25 28 32 36 40 1.25 14 18 22 28 36 40 45 50 56 1.32 16 20 25 32 40 45 50 56 63 1.4 18 22 28 36 45 50 56 63 70 1.6 20 25 32 40 50 56 63 70 80 2 22 28 36 45 56 63 70 80 90 2.5 25 32 40 50 63 70 80 90 100 5 45 56 70 80 90 100 110 即可選出一個(gè)缸徑，考慮到經(jīng)濟(jì)和其他方面的的問題，此次設(shè)計(jì)選了缸徑為 63。 缸的厚度為： h=0.443 mdALPy）（ 0][??? h=0.443 y1631??）（ 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 第四章 液壓原理圖的確定 4.1．實(shí)現(xiàn)功能 根據(jù)選定的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了具有液壓加壓、緩沖吸振以及安全保障功能 的液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)有電動(dòng)機(jī)、油泵、濾油器、溢流閥、電磁換向閥、液控單 向閥、電接點(diǎn)壓力表、壓力變送器、油缸、蓄能器、球心截止閥等組成。在磨 機(jī)啟動(dòng)時(shí)，可利用液壓系統(tǒng)對油缸左腔沖油，使磨輥抬起，以便磨機(jī)輕載起動(dòng)。 磨機(jī)起動(dòng)完畢后，開動(dòng)油泵電機(jī)給油缸腔充油，對物料施加粉磨壓力，一旦達(dá) 到所要求的壓力，則油泵電機(jī)停止工作，液控單向閥對系統(tǒng)保壓，蓄能器起緩 沖、吸振作用使油泵以及系統(tǒng)不會(huì)因過載而造成損壞。 需檢修、更換磨輥輥套 時(shí)，可對油缸左腔沖油，使磨輥翻出機(jī)外達(dá)到所需要的檢修位置，然后關(guān)閉球 芯截止閥，磨輥就會(huì)停留在該位置上，即可進(jìn)行檢修、更換。檢修、更換完畢 后。檢修、維護(hù)十分方便。 由于立式磨加壓系統(tǒng)對加壓速度、翻滾速度沒有要求，且工作時(shí)間短，所 以就選擇了高壓、低流量齒輪油泵。根據(jù)磨輥的質(zhì)量和其在翻滾過程中的幾何 位置關(guān)系、以及行程，確定了其安裝位置。液壓系統(tǒng)的一些元件均采用標(biāo)準(zhǔn)件， 以利于保證質(zhì)量、降低造價(jià)以及維護(hù)、保養(yǎng)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 4.2 擬定液壓原理圖 圖 4.1 液壓原理圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 第五章 液壓元件的選型與計(jì)算 5.1 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 5.1.1 選系統(tǒng)工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空 間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低， 勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料 消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密 封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定的尺寸 不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。 該加壓裝置一般情況下，載荷不會(huì)太高，參考資料[2]表 37.5-3，初步確 定系統(tǒng)工作壓力為 4MPa。 5.1.2 液壓缸主要參數(shù)的確定 1 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的的問題 液壓缸的設(shè)計(jì)和使用正確與否，直接影響到它的性能和易否發(fā)生故障。在 這方面，經(jīng)常碰到的是液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂 以及活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問題。所以，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，必須注意如下幾點(diǎn)： 1）盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或受壓狀態(tài)下具有良好的縱 向穩(wěn)定性。 2）考慮液壓缸行程終了處的制動(dòng)問題和液壓缸的排氣問題。缸內(nèi)如無緩沖 裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)的措施。但是并非所有的液壓缸都要考慮這 些問題。 3）正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活塞桿不能用螺紋連 接，要用止口連接。液壓缸不能在兩端用鍵或銷定們，只能在一端定位，為的 是不致阻礙它在受熱時(shí)的膨脹。如沖擊載荷使活塞桿壓縮，定位件須設(shè) 置在活塞桿端，如為拉伸則設(shè)置在缸蓋端。 4) 液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可 能做到 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工、裝配和維修方便。 2 液壓缸主要參數(shù)的確定 鑒于液壓系統(tǒng)的最大工作壓力 P1=8Mpa7Mpa 由參考文獻(xiàn)[1]表 5-2 推薦初 定 d=0.7D 取液壓缸 =0.9 則此時(shí)活塞所受推力m? N 278905?.F 由式 （5-1PA 1） 6104278??? =69.45 cm2 （5-2）?)A(D1 =9.38 cm 則 d= 0.7·D =6.07 cm 參考文獻(xiàn)[2]表 37.5-8 及表 37.5-9 對這些直徑圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值時(shí) 得： D =100 mm d =70 mm 由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為： cm25784 21.A?? cm20 22 .)dD(? 5.1.3 液壓缸強(qiáng)度校核 液壓缸的缸筒壁厚 δ 、活塞桿直徑 d 和缸蓋處固定螺栓直徑在高壓系統(tǒng)中 必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 ?。阂簤焊撞牧蠟?45#鋼，無縫鋼管 活塞桿材料 45#鋼 1 壁厚強(qiáng)度校核 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表 37.7-64 及表 37.7-65 選擇液壓缸外徑為 121mm 即液壓 缸壁厚 δ =10.5mm 對于本系統(tǒng)： ＜ 10 為厚壁?D 按壁筒計(jì)算： （5-3）???????????13402y.?? 式中， D 為缸筒內(nèi)徑； Py為缸筒試驗(yàn)壓力,當(dāng)缸的額定壓力 Pn ≤ 16Mpa 時(shí)， 取 Py=1.5 Pn ； 為缸筒材料的許用應(yīng)力， ， 為材料抗拉強(qiáng)度， n?????nb??b 為安全系數(shù)，一般取 n = 5 。 所以: Py=1.5×4=6 Mpa （5-??nb?? 4） 式中 N/mm260b? n = 5 則 N/m2??6 61025???b 得 mm??342Dy?????????? ∴ mm＞10.? 故缸體壁厚強(qiáng)度滿足。 2 液壓缸內(nèi)活塞桿直徑校核 活塞桿的直徑 d 按下式進(jìn)行校核 （5-5）????F4? 式中， F 為活塞桿上的作用力； 為活塞桿材料的許用應(yīng)力, ????41.b?? 則 ： mm ＜ d??19061432786F????? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 故活塞桿強(qiáng)度滿足。 3 液壓缸蓋固定螺栓直徑計(jì)算 液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計(jì)算： （5-6）??????F.ds25? 式中， F 為液壓缸負(fù)載；Z 為固定螺栓個(gè)數(shù)； K 為螺紋擰緊系數(shù)； K=1.12~1.5，取 K=1.3； MPa??180236?s? 則： mm??9108437526ZKF.ds ????? 取 ds=10 mm 5.1.4 液壓缸穩(wěn)定性校核 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的力 F 不能超過使它保持穩(wěn)定工作所 允許的臨界負(fù)載 Fk，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。 Fk的值與活 塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；?塞桿穩(wěn)定性的校核依下式進(jìn)行： （5-7）kn? 式中， nk為安全系數(shù)，一般取 nk = 2 ~ 4，這里取 nk = 4。 當(dāng)活塞桿的細(xì)長比 ＞ 時(shí)rl1? （5-8）2lEJFK?? 當(dāng)活塞桿的細(xì)長比 ＞ 時(shí)，且kr21 = 20 ~ 120 時(shí)，則21? （5-9）21????????krlafAF? 式中， l 為安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)， 為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，kr ； 為柔性系數(shù)； 為由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值A(chǔ)Jrk?1?2 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 見表 5-1； E 為活塞桿材料的彈性模量，對鋼取 E=2.06×1011N/M2； J 為活塞桿 橫截面慣性矩； A 為活塞桿橫截面積， f 為由材料強(qiáng)度決定的實(shí)驗(yàn)值， 為系數(shù)，? 具體數(shù)值均見表 5-2。 表 5-1 液壓缸支承方式和末端系數(shù) ψ 2的值 支承方式 支承說明 末端系數(shù) ψ 2 l l F 一端自由一端固定 1/4 l l F 兩端鉸接 1 l l F 一端鉸接一端固定 2 l l F 兩端固定 4 表 5-2 f、 a、 ψ 1的值 材料 f ×108 N/M2 ?ψ 1 鑄鐵 5.6 16080 鍛鐵 2.5 9110 軟鋼 3.4 750190 硬鋼 4.9 85 由此，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的可得： ;901??;412?? N/M2 ； 843?.f 250? （5-10）1746422.dldAJrk ??? 而 l＞125mm， 取 l=175mm 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 ＜ 10?krl 45219021??? 則活塞桿穩(wěn)定性按式： 21???????krlfAF??? 進(jìn)行校核。 代入數(shù)據(jù)： N610974??.F?623.nk 而 （5-11）1APmaxW?? 式中， FW為活塞所受最大推力 Pmax為系統(tǒng)最大壓力為 8Mpa 。 A1為液壓缸無活塞桿腔的截面積， A1 = 78.5 cm2 FW = 8×106×7.85×10-3 = 6.28×104 N 顯然， FW ＜ kn? 所以，活塞桿穩(wěn)定性滿足。 5.1.5 計(jì)算液壓缸實(shí)際所需流量 根據(jù)最終確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸及其運(yùn)動(dòng)速度或轉(zhuǎn)速，計(jì)算出液壓缸實(shí) 際所需流量，見表 5-3。 表 5-3 液壓缸實(shí)際所需流量 工況 活塞下行(工進(jìn)) 活塞上行(快退) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 運(yùn)動(dòng)速度 10-2 m/s = 4.5? = 13? 結(jié)構(gòu)參數(shù) 10 -3 m2 A1 = 7.85 A2 = 4.0 流量 10 -4 m3/s Q1 = 3.53 Q2 = 5.21 計(jì)算公式 Q = A 5.2 液壓閥的選擇 5.2.1 液壓閥的作用 液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動(dòng)方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因 此它可以分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。一個(gè)形狀相同的閥，可以因?yàn)?作用機(jī)制的不同，而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作 用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流通道的更換控制著油液的流 動(dòng)方向。這就是說，盡管液壓閥存在著各種各樣不同的類型，它們之間還是保 持著一些基本共同之點(diǎn)。例如： 1）在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都由閥體、閥心（座閥或滑閥）和驅(qū)使閥心動(dòng)作的 元、部件（如彈簧、電磁鐵）組成。 2）在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進(jìn)、出口間的壓差以及流過閥的 流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。 5.2.2 液壓閥的基本要求 液壓系統(tǒng)中所用的液壓閥，應(yīng)滿足如下要求： 1）動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小。 2）油液流過時(shí)壓力損失小。 3）密封性能好。 4）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便，通用性大。 5.2.3 液壓閥的選擇 1）閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大流量，選擇有定 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選??；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要 考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。 控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些，必要時(shí)也允許有 20% 以內(nèi)的短時(shí)間過流量。 2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇。 本系統(tǒng)工作壓力在 4MPa 左右，所以液壓閥均選用中壓閥。所選閥的規(guī)格型 號見表 5-4。 表 5-4 25KN 單柱液壓機(jī)液壓閥名細(xì)表 名稱 選用規(guī)格 單向調(diào)速閥 AQF3-E10B 電磁溢流閥 YDF3-E10B-B 電磁換向閥 34DF30-E10B-D 單向順序閥 AXF3-E10B 5.3 液壓泵站 5.3.1 液壓泵站概述及液壓泵站油箱容量系列標(biāo)準(zhǔn) 1 液壓泵站的概述 目前我國生產(chǎn)液壓泵站的廠家很多，液壓泵站的種類也繁多，但多數(shù)廠家 根據(jù)用戶的具體要求設(shè)計(jì)和制造，尚未完全系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。現(xiàn)在只有液壓泵 站的油箱公稱容量系列有國家標(biāo)準(zhǔn)。 2 液壓泵站油箱公稱容量系列（GB 2876—81） 表 5-5 油箱容量 GB 2876-81 L 4 6.3 10 25 40 63 100 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 3150 4000 5000 6300 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 5.3.2 各系列液壓泵站的簡述 1 YZ 系列液壓泵站 YZ 系列液壓泵站，油箱容量有 25~6300L 等 18 種規(guī)格。選用各種不同的泵， 得到各種不同流量、壓力的規(guī)格。外形結(jié)構(gòu)上有上置式（有立式及臥式）和非 上置式。 YZ 系列液壓泵站生產(chǎn)廠有：上海高行液壓件廠、長沙液壓件廠、南京液壓 件三廠等。 2 YG 型液壓柜 YG 型液壓柜規(guī)格性能為油箱容量 250~350L，壓力 6.3MPa，流量有 40、63 和 100L/ min。上海液壓件一廠生產(chǎn)。 3 YZS 型液壓站 YZS 型液壓泵站，油箱容量 100L，壓力 6.3MPa，流量 16L/min。常州液壓 件廠生產(chǎn)。 4 YGC 型液壓柜 YGC 型液壓柜油箱容量 160L，壓力 6.3MPa，流量有 12、25L/min，由北京 椿樹機(jī)械廠生產(chǎn)。 5 CJZ 型液壓站 CJZ 型液壓泵站油箱容量有 100L 與 160L 兩種，壓力為 5MPa，流量為 20~63L/min 范圍。有定量泵與變量泵兩種型式，成都液壓元件一廠生產(chǎn)。 6 YH 型液壓站 YH 型液壓站油箱容量 120~2000L，壓力為 14 MPa，流量在 10~250L/min 范 圍，由沈陽重型機(jī)器廠生產(chǎn)。 7 SE 型液壓泵站 SE 型液壓泵站油箱容量 1400L，壓力 7 MPa，流量 6.75m3/s，上海冶金設(shè) 計(jì)院設(shè)計(jì)。 8 上重型液壓站 上海重型機(jī)器廠液壓站油箱容量 1200L 與 2200L 兩種，1200L 的工作壓力 為 1.5 MPa，2200L 的為 5 MPa，流量均為 320L/min。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 5.4 液壓泵 5.4.1 液壓泵的選擇 液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成輸?shù)较到y(tǒng)中去 的油液的壓力能，供液壓系統(tǒng)使用。 液壓泵的工作壓力是指泵實(shí)際工作時(shí)的壓力。液壓泵的額定壓力是指泵在 正常工作條件下按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力，超過此值就是過載。 液壓泵的額定流量是指在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須保證的流量， 亦即在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下由泵輸出的流量。 （1）液壓泵工作壓力的確定 （5-12）??????1 P1是液壓缸的工作壓力，對于本系統(tǒng)： MPa41.F?A? 是泵到液壓缸間總的管路損失。由系統(tǒng)圖可見，從泵到液壓缸之間串接??? 有一個(gè)單向調(diào)節(jié)器速閥和一個(gè)電磁換向閥，取 = 0.6MPa??? 液壓泵工作壓力為： PP = 4.4 + 0.6 = 5 MPa (2) 液壓泵流量的確定 （5-13）??maxQ???? 由工況圖看出，系統(tǒng)最大流量發(fā)生在快退工況， m3/s，41025???.Qmax? 泄漏系數(shù) K = 1.2, 求得液壓泵流量: m2/s (37.8 L/mm)41036???.Q? 選用 YB1-40 型雙聯(lián)葉片泵。 雙聯(lián)葉片泵是在一個(gè)泵體內(nèi)安裝兩個(gè)雙作用葉片泵，用同一個(gè)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)。 安裝大小不同的單泵，可以得到兩種大小不同的流量，以適應(yīng)液壓系統(tǒng)各種不 同速度的要求。雙作用葉片泵的工作原理是泵由轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤和 端蓋等件所組成。定子的內(nèi)表雙作用葉片泵的工作原理：面是由兩段長半徑圓 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線八個(gè)組成，且定子和轉(zhuǎn)子是同心的。葉片 在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可靈活滑動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力以及通入葉片根部壓力油的 作用下，葉片頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，于是兩相鄰葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn) 子間便形成了一個(gè)個(gè)密封的工作腔。在轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的情況下，密封工 作腔的容積在左上角和右下角處逐漸增大，為吸油區(qū)；在左下角和右上角處逐 漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)把它們隔開。這種泵的 轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)密封工作腔完成吸油和壓油動(dòng)作各兩次，所以稱為雙作用 葉片泵。泵的兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)壓油區(qū)是徑向?qū)ΨQ的，作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力 徑向平衡，所以又稱為平衡式葉片泵。 5.4.2 液壓泵裝置 液壓泵裝置是指將電能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗芩枰脑O(shè)備、元件及其輔助元件。 具體而言，主要指電機(jī)、聯(lián)軸器、液壓泵、吸油管、排油管以及吸油管口的濾 油器。正確地設(shè)計(jì)尤其是正確地安裝液壓泵裝置，是液壓系統(tǒng)正常工作的重要 保證，必須予以足夠的重視。 1 液壓泵的安裝方式 金屬切削機(jī)床的液壓站，多用定量或限壓式變量葉片泵。變量葉片泵僅能 臥式安裝， 而定量葉片泵，無論是單泵還是雙聯(lián)泵，都可以有立式和臥式兩種安裝方式。 齒輪泵與柱塞泵一般為臥式安裝。臥式安裝的液壓泵，其位置又可分為上置式 與非上置式兩種。上置式指液壓泵裝置安裝在油箱上，立式安裝的液壓泵皆為 上置式。 安裝液壓泵應(yīng)注意的問題： ⑴ 為了防止振動(dòng)與保證液壓泵的使用壽命，液壓泵必須牢固地緊固在箱蓋 或基礎(chǔ)上，注意經(jīng)常檢查連接螺釘是否松動(dòng)。 ⑵ 調(diào)整好液壓泵與電機(jī)的聯(lián)軸器，使二者同心，用手撥動(dòng)聯(lián)軸器時(shí)不能有 松緊不一致的現(xiàn)象。 ⑶ 在有條件的情況下，盡量將液壓泵（齒輪泵、定量葉片泵、螺桿泵）安 裝在油 液內(nèi)。 ⑷ 液壓泵吸油管路的安裝必須注意密封可靠及油管插入油液有足夠的深度， 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 以防止空氣被吸入液壓泵。 ⑸ 安裝液壓泵時(shí)，應(yīng)注意各類液壓泵的吸油高度，正確確定液壓泵與油液 液面的距離。各類液壓泵的吸油高度見表 5-6： 表 5-6 各類油泵吸油高度 油泵類型 齒輪泵 葉片泵 柱塞泵 螺桿泵 吸油高度（mm） 300~400 不大于 500 不大于 500 500~1000 2 液壓泵與電機(jī)的聯(lián)接 液壓泵與電機(jī)之間的聯(lián)軸器，一般用簡單型彈性圈柱銷聯(lián)軸器或彈性圈柱 銷聯(lián)軸器，其二者的共同特點(diǎn)是傳遞扭矩范圍較大，轉(zhuǎn)速較高，彈性好，能緩 沖扭矩急劇變化引起的振動(dòng)，能補(bǔ)償軸位移。但在使用中應(yīng)定期檢查彈性圈， 發(fā)現(xiàn)其損壞后及時(shí)更換。上述兩種聯(lián)軸器中，簡單型彈性圈柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu) 簡單，裝卸方便，使用壽命較長，幫比彈性圈柱銷聯(lián)軸器用得多些。應(yīng)用上述 二種聯(lián)軸器時(shí)，一定要注意彈性圈材料必須用耐油橡膠。 安裝聯(lián)軸器的技術(shù)要求是： ⑴ 半聯(lián)軸器 I 盡量做主動(dòng)件。 ⑵ 半聯(lián)驗(yàn)算其他工況時(shí)，液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率均小于此值。查產(chǎn)品樣本，選 用 5.5KW 的電動(dòng)機(jī)。 立式輥磨機(jī)在整個(gè)動(dòng)作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變化 較大，為滿足整個(gè)工作循環(huán)的需要，按較大功率段來確定電動(dòng)機(jī)功率。 由前面的計(jì)算已知泵的供油壓力應(yīng)為 P P = 5MPa，取泵的總效率 η P = 0.65，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為 轂強(qiáng)度。 ⑶ 最大同軸度偏差不大于 0.1mm(上海機(jī)床廠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù))，軸線傾斜角不大 于 40′。 軸器與電動(dòng)機(jī)軸配合時(shí)采用 配合，與其他軸端則采用低于 的配合，67RH67RH 否則應(yīng)驗(yàn)算輪轂強(qiáng)度。 ⑶ 最大同軸度偏差不大于 0.1mm(上海機(jī)床廠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù))，軸線傾斜角不大 于 40′。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 5.5 電動(dòng)機(jī)功率的確定 立式輥磨機(jī)在整個(gè)動(dòng)作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變 化較大，為滿足整個(gè)工作循環(huán)的需要，按較大功率段來確定電動(dòng)機(jī)功率。 由前面的計(jì)算已知泵的供油壓力應(yīng)為 P P = 5MPa，取泵的總效率 η P = 0.65，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為 （5-14）??Q? 346105??. KW84? 驗(yàn)算其他工況時(shí)，液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率均小于此值。查產(chǎn)品樣本，選用 5.5KW 的電動(dòng)機(jī)。 5.6 液壓管件的確定 5.6.1 油管內(nèi)徑確定 由于本系統(tǒng)并未對油管內(nèi)油液的流速作出規(guī)定，因此在整個(gè)系統(tǒng)中只需保證各 處的流量滿足要求即可。初定泵吸油管處流速為 1m/s，則由式 計(jì)VQd?4? 算得 d = 8mm，由于油管的管徑不宜選得過大，以免使液壓裝置的結(jié)構(gòu)龐大； 但也不能選得過小，以免使管內(nèi)液體流速加大，系統(tǒng)壓力損失增加或產(chǎn)生振動(dòng) 和噪聲，影響正常工作。在強(qiáng)度保證的情況下，管壁可盡量選得薄些。薄壁易 于彎曲，規(guī)格較多，裝接較易，采用它可減少管系接頭數(shù)目，有助于解決系統(tǒng) 泄漏問題?？紤]到與各液壓閥的連接，也為了盡量減少管路中油壓的損失，故 統(tǒng)一取油管內(nèi)徑為 10mm。 5.6.2 管接頭 管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆式連接件，它必須具有裝 拆方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小、工藝性好 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 等各項(xiàng)條件。 液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上，為此對管材的 選用，接頭形式的確定（包括接頭設(shè)計(jì)、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用 等） ，管系的設(shè)計(jì)（包括彎管設(shè)計(jì)、管道支承點(diǎn)和支承形式的選取等）以及管道 的安裝（包括正確的運(yùn)輸、儲存、清洗、組裝等）都要慎審從事，以免影響整 個(gè)液壓系統(tǒng)的使用質(zhì)量。 5.7 濾油器的選擇 5.7.1 濾油器的作用及過濾精度 濾油器在液壓系統(tǒng)中，濾除外部混入或者系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中內(nèi)部產(chǎn)生的液壓油中 的固體雜質(zhì)，使液壓油保持清潔，延長液壓元件使用壽命，保證液壓系統(tǒng)的工 作可靠性。一般認(rèn)為 75%以上液壓系統(tǒng)故障是由于液壓油的污染所造成的。因 此濾油器對液壓系統(tǒng)來說，是不可少的重要組成部分。 濾油器的過濾精度用從液壓油中過濾掉的雜質(zhì)的顆粒大小表示，一般可分 為粗濾油器、普通濾油器、精密濾油器和特精濾油器四種，它們分別能濾去大 于 100μm、10~100μm、5~10μm 和 1~5μm 大小的雜質(zhì)。液壓系統(tǒng)壓力越高，要求 液壓元件的滑動(dòng)間隙越小，因些系統(tǒng)壓力越高，要求的過濾精度也越高，其關(guān) 系見表 5-7： 表 5-7 過濾精度與液壓系統(tǒng)壓力的關(guān)系 系統(tǒng)類別 一般液壓系統(tǒng) 伺服系統(tǒng) 壓力 MPa ＜ 7 ＞7 35 21 顆粒大小 μm ≤25~50 ＜25 ＜10 ＜5 濾油器按其濾心材料的過濾機(jī)制來分，有表面型濾油器、深度型濾油器和 吸附型濾油器三種。 5.7.2 選用和安裝 選用濾油器時(shí)，要考慮下列幾點(diǎn)： 1）過濾精度應(yīng)滿足預(yù)定要求。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 2）能在較長時(shí)間內(nèi)保持足夠的通流能力。 3）濾心具有足夠的強(qiáng)度，不因液壓的作用而損壞。 4）濾心抗腐蝕性能好，能在規(guī)定的溫度下持久地工作。 5）濾心清洗或更換簡便。 因此，濾油器應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求，按過濾精度、通流能力、工作 壓力、油液粘度、工作溫度等條件來選定其型號。 在本設(shè)計(jì)中，選用網(wǎng)式濾油器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、通油能力大、阻力小、 易清洗等特點(diǎn)。網(wǎng)式濾油器屬于粗濾油器，一般安裝在液壓泵的吸油路上， 這種安裝方式主要作用是保護(hù)液壓泵。 5.8 油箱及其輔件的確定 5.8.1 油箱 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲存油液外，還起著散發(fā)油液中的熱量（在周圍環(huán) 境溫度較低的情況下則是保持油液中熱量） 、分離油液中的氣泡、沉淀固體雜質(zhì) 等作用。油箱中安裝有很多輔件，如空氣濾清器及液位計(jì)等。 1 油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)： a .油箱必須有足夠大的容積。以滿足散熱要求，停車時(shí)能容納液壓系統(tǒng)中 所有的油；而工作時(shí)又保持適當(dāng)?shù)挠臀灰蟮取?b. 吸油管及回油管應(yīng)插入最低油位以下。以防止吸油管吸入空氣；回油管 飛濺產(chǎn)生氣泡。管口一般與油箱底、箱壁的距離不小于管徑的 3 倍。吸油管應(yīng) 安裝 80 或 100μm 的網(wǎng)式或線隙式濾油器，安裝位置要便于裝卸或清洗濾油器。 回油管口斜切 45°角并面向箱壁，以防回油沖擊油箱底部的沉積物。 c. 吸油管和回油管的距離盡可能遠(yuǎn)一點(diǎn)，中間要設(shè)置隔板，使油液在油箱 中流動(dòng)速度緩慢一點(diǎn)，時(shí)間長一些，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的 效果。 d. 為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有密封的頂蓋，頂蓋上應(yīng)沒有帶濾油網(wǎng)的注 油口及帶空氣濾清器的通氣孔，注油及通氣一般都由一個(gè)空氣濾清器來完成。 為了便于放掉油，油箱底應(yīng)有一定傾斜度，最低處設(shè)放油閥。 e. 箱壁上應(yīng)考慮安裝液面指示器、冷卻器。加熱器及溫度計(jì)等位置。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 f.油箱也可以設(shè)計(jì)成完全密封的充壓式油箱，用以改善液壓的吸油狀況。 一般充氣壓力為 0.07~0.1MPa。 根據(jù)以上六點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及對照本設(shè)計(jì)的需要，繪制油箱簡圖如下： 2 9 8 7 6 5431 1——、、 、、 2——、 、、 、、 、3——、 、、 、 、、4——、 、、 、 5——、 、、 、 6——、 、、 、 、、7、 9——、 、、 8——、 、、 圖 5-1 油箱簡圖 2 油箱容量的確定 初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求 進(jìn)行校核。 經(jīng)驗(yàn)公式為： m3 （5-VQ?? 15） 式中， —— 液壓泵每分鐘排出壓力油的容積 m 3VQ —— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表 5-8? 表 5-8 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) ? 系統(tǒng) 類型 行走 機(jī)械 低壓 系統(tǒng) 中壓 系統(tǒng) 鍛壓 機(jī)械 冶金 機(jī)械? 1 ~ 2 2 ~ 4 5 ~ 7 6 ~ 12 10 在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全 部排油時(shí)，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于 最低限度。 初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 要求進(jìn)行校核。 由此初定油箱容積取為 200L，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表 5-9： 表 5-9 油箱結(jié)構(gòu)參數(shù) 長 mm 80 箱蓋厚度 mm 15 寬 mm 50 箱底厚度 mm 4 高 mm 50 箱底傾角 mm 15° 3 確定油箱的有效容積 按經(jīng)驗(yàn)公式（5-15）來初步確定油箱的有效容積： VQ?? 已知所選泵的總流量 37.8 L/min，這樣，液壓泵每分鐘排出壓力油的體積 37.8L。參照表 3-3，取 = 5，算得有效容積為：? V = 5×37.8 =189 L 5.8.2 空氣濾清器 一般在油箱蓋上應(yīng)設(shè)置空氣濾清器，它包括空氣濾清裝置和注油過濾網(wǎng)。 在此，我們選擇 EF2-32 型空氣濾清器，其技術(shù)性能見表 5-10： 表 5-10 EF2-32 型空氣濾清器技術(shù)性能表 規(guī)格 EF2-32 加油流量 L/min 14 空氣流量 L/min 100 油過濾面積 cm 2 120 螺釘（四只均布）mm M4×10 空氣過濾精度 mm 0．279 油過濾精度 125μm（120 目/英寸） 5.8.3 油標(biāo) 在油箱側(cè)壁上一般應(yīng)設(shè)置油標(biāo)，以此作為油箱中油位的指示器。考慮到控 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 制油箱溫度的重要性，選擇 YWZ 型帶溫度計(jì)的液位指示器。 第六章 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 6.1 液壓缸的基本參數(shù)的確定 表 6-1 液壓缸的基本參數(shù) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 缸徑 D mm 63 活塞桿直徑 d mm 32 最大行程 L mm 48 缸體壁厚 δ mm 10 6.2 液壓缸主要零件的結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求 6.2.1 缸體 1 缸體端部聯(lián)接結(jié)構(gòu) 缸體端部的聯(lián)接結(jié)構(gòu)見表 6-2： 表 6-2 缸體端部聯(lián)接型式 連接方式 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，使廣泛 缸體焊后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。焊接 主要用于柱塞式液壓缸 徑向尺寸小，重量較輕，使用廣泛 缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸需專用工具；螺紋聯(lián)接 安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲 結(jié)構(gòu)較簡單，易加工，易裝卸，使用廣泛 徑向尺寸較大，重量比螺紋聯(lián)接的大。法蘭聯(lián)接 非焊接式法蘭的缸體端部鐓粗 拉桿聯(lián)接 結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，應(yīng)用較廣 表 6-2 缸體端部聯(lián)接型式 連接方式 特點(diǎn) 拉桿聯(lián)接 外形尺寸大，重量大。用于載荷較大的雙作用缸 半 重量比拉桿聯(lián)接輕，缸體外徑需加工 環(huán) 外半環(huán) 半環(huán)槽削弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 聯(lián) 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 接 內(nèi)半環(huán) 安裝時(shí)端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被進(jìn)油孔邊緣擦傷 鋼絲聯(lián)接 結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕 注：1.對于固定機(jī)械，若尺寸與重量沒有特殊要求時(shí)，建議采用法蘭聯(lián)接或拉桿聯(lián)接。 2.對于活動(dòng)機(jī)械，若尺寸和重量有特殊要求時(shí)，推薦采用外螺紋聯(lián)接或外半環(huán)聯(lián)接。 2 缸體的材料 液壓缸缸體的常用材料為 20、35、45 號無縫鋼管。因 20 號鋼的機(jī)械性能 略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需焊 接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能較好的 35 號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用 45 號鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到 241~285HB。 缸體毛坯也可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。鑄鋼可采用 ZG35B 等材料，鑄鐵 可采用 HT200~HT350 間的幾個(gè)牌號或球墨鑄鐵。 特殊情況下，可采用鋁合金等材料。 3 缸體的技術(shù)要求（圖 6-1） ⑴ 缸體內(nèi)徑采用 H8、H9 配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈密封 時(shí)， 為 0.1~0.4μm，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)， 為 0.2~0.4μm。且均需?R?R 珩磨。 ⑵ 缸體內(nèi)徑 φ AL（圖 6-1）的圓度公差值可按 9、10 或 11 級精度選取， 圓柱度公差值應(yīng)按 8 級精度選取。 ⑶ 缸體端面 T（圖 6-1）的垂直度公差值可按 7 級精度選取。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 圖 6-1 缸體 (4)當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時(shí)，螺紋應(yīng)取為 6 級精度的公制螺紋。 (5)為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為 30~40μm 的鉻層， 鍍后進(jìn)行珩磨或拋光。 6.3 缸蓋 6.3.1 缸蓋的材料 液壓缸的缸蓋可選用 35、45 號鍛鋼或 ZG35、ZG45 鑄鋼或 HT200、HT300、HT350 鑄鐵等材料。 當(dāng)缸蓋本身又是活塞桿的導(dǎo)向套時(shí)，缸蓋最好選用鑄鐵。同時(shí)，應(yīng)在導(dǎo)向 表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。如果采用在缸蓋中壓入導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 時(shí)，導(dǎo)向套材料則應(yīng)為耐磨鑄鐵、青銅或黃銅等。 6.3.2 缸蓋的技術(shù)要求（圖 6-2） ⑴ 直徑 d（基本尺寸同缸徑） 、 D2（活塞桿的緩沖孔） 、 D3（基本尺寸同活 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 塞桿密封圈外徑）的圓柱度公差值，應(yīng)按 9、10 或者 11 級精度選取。 圖 6-2 缸蓋 ⑵ D2、 D3與 d 的同軸度公差值為 0.03mm。 ⑶ 端面 A、 B 與直徑 d 軸心線的垂直度公差值，應(yīng)按 7 級精度選取。 ⑷ 導(dǎo)向孔的表面粗造度為 1.25μm。?R 6.4 活塞 6.4.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式見表 6-3： 表 6-3 活塞桿聯(lián)接型式 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 聯(lián)接方式 備注 整體聯(lián)接 用于工作壓力較大，而活塞直徑又較小的情況 螺紋聯(lián)接 常用的聯(lián)接方式 半環(huán)聯(lián)接 用于工作壓力、機(jī)械振動(dòng)較大的情況 6.4.2 活塞與缸體的密封 活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不 同。常用的密封結(jié)構(gòu)見表 6-4： 表 6-4 活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu) 密封形式 備注 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、壽命長的活塞的密封 O 型 密封性能好，摩擦系數(shù)??；安裝空間小， 密 密封圈 廣泛用于固定密封和運(yùn)動(dòng)密封 封 Y 型密封圈 用在 20MPa 壓力下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸密封 圈 YX型密封圈 耐高壓、耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代 Y 型 密封圈 密 V 型密封圈 可用于 50MPa 壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大 封 U 型密封圈 用于 32MPa 以下的系統(tǒng)中，其密封性好，阻力較小 UP1 型密封 圈 6.4.3 活塞的材料 液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350） 、鋼（有的在 外徑上套有尼龍 66、尼龍 1010 或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán)）及鋁合金等。 6.4.4 活塞的技術(shù)要求 ⑴ 活塞外徑 φ AL 對內(nèi)孔 D1的徑向跳動(dòng)公差值，按 7、8 級精度選取。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 36 ⑵ 端面 T 對內(nèi)孔 D1軸線的垂直度公差值，應(yīng)按 7 級精度選取。 ⑶ 外徑 φ AL 的圓柱度公差值，按 9、10 或 11 級精度選取。 圖 6-3 活塞 6.5 活塞桿 6.5.1 端部結(jié)構(gòu) 活塞桿端部結(jié)構(gòu)見表 6-5： 表 6-5 活塞桿端部結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)形式 外螺紋 內(nèi)螺紋 單耳環(huán) 結(jié)構(gòu)簡圖 結(jié)構(gòu)形式 雙耳環(huán) 半球鉸單耳環(huán) 球頭 結(jié)構(gòu)簡圖 結(jié)構(gòu)形式 銷軸 柱銷 結(jié)構(gòu)簡圖 結(jié)構(gòu)形式 錐銷 法蘭 結(jié)構(gòu)簡圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 37 6.5.2 端部尺寸 ⑴ 端部為螺紋聯(lián)接時(shí)，其尺寸見表 6-6： 表 6-6 液壓缸活塞桿螺紋尺寸系列 直徑與螺距 螺紋長 A 直徑與螺距 螺紋長 A 直徑與螺距 螺紋長 A Φkk × t 短型 長型 Φkk × t 短型 長型 Φkk × t 短型 長型 M3×0.35 6 9 M22×1.5 30 44 M110×3 112 M4×0.5 8 12 M24×2 32 48 M125×4 125 M4×0.7* 8 12 M27×2 36 54 M140×4 140 M5×0.5 10 15 M30×2 40 60 M160×4 160 M6×0.75 12 16 M33×2 45 66 M180×4 180 M6×1* 12 16 M36×2 50 72 M200×4 200 M8×1 12 20 M42×2 56 84 M220×4 220 M8×1.25* 12 20 M48×2 63 96 M250×6 250 M10×1.25 14 22 M56×2 75 112 M280×6 280 M12×1.25 16 24 M64×3 85 128 M14×1.5 18 28 M72×3 85 128 M16×1.5 22 32 M80×3 95 140 M18×1.5 25 36 M90×3 106 140 M20×1.5 28 40 M100×3 112 6.5.3 活塞桿結(jié)構(gòu) 活塞桿有實(shí)心桿和空心桿兩種，見圖 （6-4 ） ?？招幕钊麠U的一端，要留 出焊接和熱處理時(shí)用的通氣孔 d2。 φMd1h9 1.6 0.4 0.2T a) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 38 D1φMM d1d2 b) 圖（6-4）活塞桿 a)實(shí)心活塞桿 b)空心活塞桿 6.5.4 活塞桿材料 實(shí)心活塞桿材料為 35、45 號鋼；空心活塞桿材料為 35、45 號無縫鋼管。 6.5.5 活塞桿的技術(shù)要求 ⑴ 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229~285HB，必要時(shí)，再經(jīng)高 頻淬火，硬度達(dá) HRC45~55。 ⑵ 活塞桿 φ MM 和 d1的圓度公差值，按 9、10 或 11 級精度選取。 ⑶ 活塞桿 φ MM 的圓柱度公差值，應(yīng)按 8 級精度選取。 ⑷ 活塞桿 φ MM 對 d1的徑向跳動(dòng)公差值，應(yīng)為 0.01mm。 ⑸ 端面 T 的垂直度公差值，則應(yīng)按 7 級精度選取。 ⑹ 活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按 6 級精度加工；如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較 小時(shí)，允許按 7 級或 8 級精度制造。 ⑺ 活塞桿上若有聯(lián)接銷孔時(shí)，該孔徑應(yīng)按 H11 級加工，該孔軸線與活塞桿 軸線的垂直度公差值，按 6 級精度選取。 ⑻ 活塞桿上工作表面的粗糙度為 0.63μm，必要時(shí)，可以鍍鉻，鍍層厚?R 度為 0.05mm，鍍后拋光。 6.6 活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 6.6.1 導(dǎo)向套 ⑴ 導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)見表 4-7。 ⑵ 導(dǎo)向套材料 導(dǎo)向套常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。 ⑶ 導(dǎo)向套的技術(shù)要求 導(dǎo)向套內(nèi)徑的配合，一般取為 H8/f9（或 H9/f9） ， 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 39 其表面粗糙度則為 0.63~1.25μm。?R 表 6-7 導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向方式 備注 缸蓋導(dǎo)向