壓力機(jī),壓力機(jī) 1 摘 要 四柱液壓機(jī)由主機(jī)及控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成。液壓機(jī)主機(jī)部分 包括液壓缸、橫梁、立柱及充液裝置等。動(dòng)力機(jī)構(gòu)由油箱、高壓泵、 控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、壓力閥、方向閥等組成。液壓機(jī)采用 PLC 控制 系統(tǒng)，通過泵和油缸及各種液壓閥實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送， 完成各種工藝動(dòng)作的循環(huán)。該系列液壓機(jī)具有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電 氣系統(tǒng)，并采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式。 該液壓機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作靈敏可靠，速度快，能耗小，噪音低， 壓力和行程可在規(guī)定的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，操作簡單。在本設(shè)計(jì)中， 通過查閱大量文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)了液壓缸的尺寸，擬訂了液壓原理圖。 按壓力和流量的大小選擇了液壓泵，電動(dòng)機(jī)，控制閥，過濾器等液 壓元件和輔助元件。 關(guān)鍵詞：四柱；液壓機(jī)；PLC 2 Abstract The four-pillars hydraulic press is divided into two parts,host machine and control mechanism. Hydraulic press host machine is make up of hydraulic cylinder, beam,upright, prefill valve and so on. Dynamic mechanism is make up of tank, high pressure pump,control systems, electric moto, pressure value,direction value and so on. Hydraulic press control system adopt . It will be come true energy conversion, regulate and transport, all kinds of technical motions cycle,through control pump, hydraulic cylinder and all kinds of technical value . The series hydraulic machine is an independent body and the electrical power system , and centralized control buttons used, achieve both manual and automatic operation mode. This hydraulic system framework is compact,movement keen reliable,the speed is quick, the energy consumption is small, the noise is low, the pressure and the traveling schedule may adjust will fully in the stipulation scope, the operation is simple.In this design, through the consult massive literature material, has designed the hydraulic cylinder size, has drafted the hydraulic pressure schematic diagram. According to the pressure and the current capacity 3 size choose the hydraulic pump,the electric motor,the control valve, hydraulic pressure parts,the auxiliary part and filter. Key words: four-pillars hydraulic press the liquid presses 4 目錄 ABSTRACT .........................................................................................................2 前言 ..................................................................................................................7 第 1 章 緒論 .....................................................................................................8 1.1 概述 .............................................................................................................8 1.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 ...............................................................................11 1.3 液壓機(jī)基本技術(shù)參數(shù) ...............................................................................12 第 2 章 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .........................................................................14 2.1 YA32─8000KN 四柱萬能液壓機(jī)系統(tǒng)工況圖 ..........................................14 2.2 液壓缸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...........................................................................15 2.2.1 液壓缸的類型 ...................................................................................15 2.2.2 液壓缸的組成 ...................................................................................15 2.2.3 缸體結(jié)構(gòu) ...........................................................................................17 2.3 缸體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)確定 .......................................................................18 2.3.1 確定主缸參數(shù) ...................................................................................18 2.3.2 主缸運(yùn)動(dòng)受力分析 ...........................................................................18 2.3.3 確定頂出缸參數(shù) ...............................................................................19 2.3.4 頂出缸運(yùn)動(dòng)受力分析 .......................................................................19 2.3.5 最小導(dǎo)向長度 H................................................................................20 2.3.6 缸筒長度 L ........................................................................................20 2.3.7 各缸動(dòng)作時(shí)的流量 ...........................................................................20 2.3.8 上缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................................................22 2.3.9 下缸的設(shè)計(jì)計(jì)算： ...........................................................................30 2.4 確定快速空程的供液方式、油泵規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率 ............................36 2.4.1 快速空程時(shí)的供油方式 ...................................................................36 2.4.2 確定液壓泵流量和規(guī)格型號 ...........................................................37 2.5 泵的構(gòu)造與工作原理 ...............................................................................39 5 2.6 立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...........................................................................................40 2.6.1 立柱設(shè)計(jì)計(jì)算 ...................................................................................40 2.6.2 連結(jié)形式 ...........................................................................................42 2.6.3 立柱的螺母及預(yù)緊 ...........................................................................44 2.6.4 立柱的導(dǎo)向裝置 ...............................................................................45 2.6.5 限程套 ...............................................................................................47 2.6.6 底座 ...................................................................................................47 2.7 橫梁參數(shù)的確定 .......................................................................................48 2.7.1 上橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...............................................................................48 2.7.2 活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...........................................................................49 2.7.3 下橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...............................................................................49 2.7.4 各橫梁參數(shù)的確定 ...........................................................................50 第 3 章 液壓系統(tǒng)及元件的設(shè)計(jì) .....................................................................51 3.1 液壓系統(tǒng)原理 ...........................................................................................51 3.1.1 工作原理 ...........................................................................................51 3.1.2 工藝加工過程 ...................................................................................53 3.2 蓄能器的選擇 ...........................................................................................54 3.3 管道及管接頭 ...........................................................................................54 3.3.1 管道 ...................................................................................................55 3.4 油箱容量的確定 .......................................................................................57 3.4.1 油箱的設(shè)計(jì)要求 ...............................................................................57 3.4.2 油箱容量的初步確定 .......................................................................58 3.4.3 平均功率損失 H ............................................................................581 3.4.4 閥的功率損失 H ...........................................................................592 3.4.5 管路及其他功率損失 H ................................................................593 3.4.6 計(jì)算散熱面積 ； .............................................................................60 3.5 液壓控制閥的選擇 ...................................................................................61 3.5.1 先導(dǎo)式溢流閥 ...................................................................................61 3.5.2 節(jié)流閥 ...............................................................................................61 6 3.5.3 單向閥 ...............................................................................................61 3.5.4 電磁換向閥 .......................................................................................62 3.5.5 順序閥 ...............................................................................................62 3.5.6 背壓閥 ...............................................................................................62 第 4 章 控制部分 ...........................................................................................63 4.1 PLC 概述 .....................................................................................................63 4.2 控制部分設(shè)計(jì) ...........................................................................................63 4.2.1 繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計(jì) ..............................................63 4.2.2 繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹 ..................................64 4.2.3 動(dòng)作分析: ..........................................................................................64 4.2.4 電氣控制系統(tǒng)圖 ...............................................................................66 4.2.5 選擇電氣元件 ...................................................................................67 4.2.6 選擇電器元件 ...................................................................................68 4.3 壓力機(jī)的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................................69 4.3.1 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 ........................................69 4.3.2 可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ...............................................................70 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................73 致 謝 ............................................................................................................75 7 前言 壓力機(jī)是一種結(jié)構(gòu)精巧的通用性壓力機(jī)。具有用途廣泛，生產(chǎn) 效率高等特點(diǎn)，壓力機(jī)可廣泛應(yīng)用于切斷、沖孔、落料、彎曲、鉚 合和成形等工藝。四柱液壓機(jī)由主機(jī)及控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成。液 壓機(jī)主機(jī)部分包括液壓缸、橫梁、立柱及充液裝置等。動(dòng)力機(jī)構(gòu)由 油箱、高壓泵、控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、壓力閥、方向閥等組成。液壓 機(jī)采用 PLC 控制系統(tǒng)，通過泵和油缸及各種液壓閥實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換， 調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動(dòng)作的循環(huán)。該系列液壓機(jī)具有獨(dú)立的 動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)，并采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩 種操作方式。 本次設(shè)計(jì)是按照壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，共分四章。主要內(nèi) 容包括：緒論，液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)及元件的設(shè)計(jì)，液 壓控制部分的設(shè)計(jì)。 感謝韓曉明老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予的悉心教導(dǎo)，本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì) 過程中，參考并吸收了有關(guān)書籍的內(nèi)容，得到院方的大力支持，在 此一并表示衷心感謝。 8 第 1 章 緒論 1.1 概述 本次設(shè)計(jì)的題目由我實(shí)習(xí)的公司提供，主要是對灰鑄鐵、鋼等 的加工。公司所生產(chǎn)的產(chǎn)品是水泵。設(shè)計(jì)液壓機(jī)是為了更加深刻理 解液壓機(jī)在加工過程中的工作原理以及實(shí)際應(yīng)用意義。液壓機(jī)是利 用液體來傳遞壓力的液壓設(shè)備。液體在密閉的容器中傳遞壓力時(shí)是 遵循帕斯卡定律。四柱壓力機(jī)由主機(jī)及控制機(jī)械兩大部分組成。通 過管路及電氣系統(tǒng)裝置聯(lián)系起來構(gòu)成完整的一體，主機(jī)部分為機(jī)身、 主缸二部分組成。控制機(jī)構(gòu)包括動(dòng)力結(jié)構(gòu)、限程裝置、管路及電氣 箱等幾部分組成。機(jī)身由上橫梁、滑塊、工作臺(tái)、立柱、鎖緊螺母 及調(diào)節(jié)螺母等組成，依靠四根立柱為骨架，上橫梁、工作臺(tái)由鎖緊 螺母固定于兩端，將機(jī)器構(gòu)成一整體。機(jī)器的精度由調(diào)節(jié)螺母來調(diào) 節(jié)，在滑塊四角內(nèi)裝有耐磨材料的導(dǎo)向套，導(dǎo)向套由內(nèi)六角螺釘緊 固于滑塊上下端面上。并有防塵羊毛氈進(jìn)行防塵。滑塊的上端面與 油缸活塞桿的法蘭相聯(lián)接，依靠四根立柱作導(dǎo)向上下運(yùn)動(dòng)，在工作 臺(tái)上表面及滑塊下表面均設(shè)有 T 型槽，以便安裝模具。本機(jī)的油缸 結(jié)構(gòu)為活塞式油缸由缸體、導(dǎo)向套、活塞頭、活塞桿、鎖母、聯(lián)接 法蘭、缸口法蘭等組成。其缸體依靠缸口臺(tái)肩及大鎖母緊固于上橫 9 梁中孔內(nèi)，活塞下端面由聯(lián)接法蘭與滑塊相聯(lián)?；钊^安裝在活塞 桿上，由鎖緊螺母緊固，在活塞頭上裝有兩組方向相反的 YA 型密 封圈，將油缸分隔成兩個(gè)油腔，而實(shí)現(xiàn)壓制、回程動(dòng)作。缸口導(dǎo)套 安裝在缸體下端，在缸口導(dǎo)套的內(nèi)孔也裝有 YA 型密封圈，在外圓 上裝有 O 型密封圈，由缸口法蘭、內(nèi)六角螺釘緊固于油缸體的端面 上以保證密封缸口密封。整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工藝性較好，但立柱需要 大型圓鋼或鍛件。液壓機(jī)在一定的機(jī)械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介 質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大，實(shí)現(xiàn)機(jī)械功能的輕巧 化、科學(xué)化、最大化。液壓機(jī)械具有重量輕、功率大、結(jié)構(gòu)簡單、 布局靈活、控制方便等特點(diǎn)，速度、扭矩、功率均可做無級調(diào)節(jié)， 能迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，快速性能好，工作平穩(wěn)、噪音小. 適用于金屬材料壓制工藝,如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也 可從事于校正、壓裝、砂輪成型、冷熱擠壓金屬等同樣適應(yīng)于非金 屬材料，如塑料、玻璃鋼、粉末冶金、絕緣材料等壓制成型，以及 有關(guān)壓制方面的新工藝、新技術(shù)的試驗(yàn)研究等。已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī) 療、科技、軍事、工業(yè)、自動(dòng)化生產(chǎn)、運(yùn)輸、礦山、建筑、航空等 領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)題目的要求是按照液壓系統(tǒng)規(guī)定的動(dòng)作圖表驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 選擇規(guī)定的工作方式，在發(fā)訊元件的指令下，使有關(guān)電磁鐵的動(dòng)作 以完成點(diǎn)動(dòng)和半自動(dòng)循環(huán)指定的工藝動(dòng)作。設(shè)電氣控制箱，除依據(jù) 機(jī)器部分的需要必須分散安裝于各處的電器元件（如：電動(dòng)機(jī)、電 磁鐵、接近開關(guān)、壓力繼電器）外，其它電器均集中安裝在電氣控 10 制箱內(nèi)，操作人員只需操縱相應(yīng)的開關(guān)按扭，即可對機(jī)器進(jìn)行操作。 由于繼電器接觸器控制是采用固定接線的硬件實(shí)現(xiàn)邏輯。如果 生產(chǎn)任務(wù)或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，改變硬件結(jié)構(gòu)， 這樣造成時(shí)間和資金的浪費(fèi)。另外，大型控制系統(tǒng)用繼電器接觸控 制，使用繼電器數(shù)量多，控制系統(tǒng)體積大，耗電多，且繼電器觸點(diǎn) 為機(jī)械觸點(diǎn)，工作頻率低，在頻繁動(dòng)作情況下壽命較短，造成系統(tǒng) 故障，系統(tǒng)的可靠性差。而 PLC 控制能改善繼電器控制器上述的 不足, PLC 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng),通用性強(qiáng)，控制程序可變，使 用方便,功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣,編程簡單，容易掌握;體積小、重量輕、 功耗低、維護(hù)方便,減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量等特點(diǎn), 所以設(shè)計(jì)時(shí)我們采用 PLC 能集中且較方便地制。 圖 1.1 四柱液壓機(jī) 發(fā)展趨勢 (1)高速化，高效化，低能耗。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生 11 產(chǎn)成本。 (2)機(jī)電液一體化。充分合理利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促 進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。 (3)自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化 和智能化提供了充分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)的在加工，應(yīng)能夠 實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理的功能。 (4)液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接， 有效地防止泄漏和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來方便。 液壓傳動(dòng)的基本原理：液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能 轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各 種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(液壓缸或馬達(dá))把液 體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和 機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類似。 在液壓傳動(dòng)中，液壓油缸就是一個(gè)最簡單而又比較完整的液壓 傳動(dòng)系統(tǒng)，分析它的工作過程，可以清楚的了解液壓傳動(dòng)的基本原 理。 1.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件（油泵） 、執(zhí)行元件（油缸或液壓 馬達(dá)） 、控制元件（各種閥） 、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 1、動(dòng)力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能 12 轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。 2、執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成 機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 3、控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是 根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、 流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 4、輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾 油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭(擴(kuò)口式、焊接式、卡 套式） 、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油 箱等，它們同樣十分重要。 5、工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液， 它經(jīng)過油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 1.3 液壓機(jī)基本技術(shù)參數(shù) 產(chǎn)品名 稱 四柱萬能液壓 機(jī) 頂出行程 (mm) 400 型號 YA32-8000KN 工作壓力（Mpa） 25 主缸公 稱壓力 F1(KN) 8000 電機(jī)功率（KW） 31.5 主缸回 程力 F2（KN） 1600 主缸空程速度(mm/s) 120 13 頂出缸 公稱壓力 （KN） 1000 主缸擠壓速度(mm/s) 20 頂出缸 回程力 （KN） 500 主缸回程速度(mm/s) 110 工作臺(tái) 尺寸(前后 左右 )(mm)?3150 2200?頂出缸頂出速度 (mm/s) 140 滑塊距 工作臺(tái)最大 距離（mm） 2150 頂出缸回程速度 (mm/s) 150 滑塊行 程(mm) 1250 工作臺(tái)中心 孔（mm） φ100 14 第 2 章 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 YA32─8000KN 四柱萬能液壓機(jī)系統(tǒng)工況圖 時(shí) 間 工 進(jìn)快 進(jìn) 回 程行 程 時(shí) 間主 缸 頂 出 缸工 進(jìn) 回 程 回 程工 進(jìn)頂 出 缸主 缸快 進(jìn) 回 程工 進(jìn) 15 2.2 液壓缸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.2.1 液壓缸的類型 圖 2.1 雙作用單活塞桿液壓缸 液壓缸選用雙作用單活塞桿液壓缸，活塞在行程終了時(shí)緩沖。 因?yàn)楣ぷ鬟^程中需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從圖可見，油缸被活塞頭分隔為兩 腔，側(cè)面有兩個(gè)進(jìn)油口，因此，可以獲得往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。實(shí)質(zhì)上起到 兩個(gè)柱塞缸的作用。此種結(jié)構(gòu)形式的油缸，在中小型液壓機(jī)上應(yīng)用 最廣。 2.2.2 液壓缸的組成 2.2.2.1 缸體組件 缸體組件通常由缸筒、缸蓋、缸底、導(dǎo)向環(huán)和支撐環(huán)等零部件 組成。液壓缸工作時(shí)，缸體組件與活塞組件構(gòu)成密閉的油腔，承受 很大的負(fù)載力。因此，缸體組件要有足夠的強(qiáng)度、較高的表面精度 和可靠地密封性能。 本設(shè)計(jì)中缸體組件中連接方式采用法蘭式。這種連接結(jié)構(gòu)簡單， 16 易于加工，連接可靠，拆裝方便，但是外形尺寸較大，要求缸筒端 部有直徑足夠大的凸緣，用于安裝螺栓或旋入螺釘。 缸筒是液壓缸的主件，材料為 45 號鋼。 端蓋在缸筒的兩端，采用法蘭連接，材料為 45 號鋼。 導(dǎo)向套對活塞桿起導(dǎo)向作用，材料為尼龍。 2.2.2.2 活塞組件 活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等零部件組成。 活塞與活塞桿采用螺紋連接。 活塞的材料采用耐磨的鑄鐵，活塞桿的材料為 45 號鋼，進(jìn)行 調(diào)質(zhì)處理。 活塞的密封圈的材料為橡膠，密封裝置采用 O 型圈、Y 型圈。 液壓缸的緩沖裝置的工作原理是活塞或缸筒在其行程終端時(shí)， 封住活塞和端蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以 產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢速度為零，從而 避免活塞和缸蓋相互撞擊。 常見的緩沖裝置有圓柱形環(huán)隙式緩沖裝置、圓錐形環(huán)隙式緩沖 裝置、可變節(jié)流槽式緩沖裝置和可變節(jié)流孔式緩沖裝置。此處采用 可變節(jié)流孔式緩沖裝置，這種緩沖裝置在緩沖過程中，緩沖腔的油 液經(jīng)小孔節(jié)流排出，調(diào)節(jié)節(jié)流孔的大小，就可以控制緩沖腔內(nèi)的緩 沖壓力大小，以適應(yīng)液壓缸不同的負(fù)載和工況對緩沖的要求。 液壓缸的排氣裝置：通常油缸在裝配后或系統(tǒng)內(nèi)有空氣進(jìn)入時(shí)， 使油缸內(nèi)部存留一部分空氣，而常常不易及時(shí)被油液帶出。這樣， 17 在油缸工作過程中由于空氣的可壓縮性，將使活塞行程中出現(xiàn)振動(dòng)。 因此，除在系統(tǒng)采取密封措施、嚴(yán)防空氣侵入外，常在油缸兩腔最 高處設(shè)置放氣閥，排出缸內(nèi)殘留的空氣，使油缸穩(wěn)定的工作。 排氣閥的結(jié)構(gòu)形式包括整體式和組合式。在設(shè)計(jì)中選用的是整 體式。 整體式排氣閥閥體與閥針合為一體，用螺紋與鋼筒或缸蓋連接， 靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面間隙 中擠出，并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣閥簡單、方便、但螺紋與錐 面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣閥后不能密封，會(huì)造成泄 露。 2.2.3 缸體結(jié)構(gòu) 缸底結(jié)構(gòu)常應(yīng)用有平底、圓底形式的整體和可拆結(jié)構(gòu)形式。 平底結(jié)構(gòu)具有易加工、軸向長度短、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。所以目 前整體結(jié)構(gòu)中大多采用平底結(jié)構(gòu)。圓底整體結(jié)構(gòu)相對于平底來說受 力情況較好，因此，在相同應(yīng)力，重量較輕。另外，在整體鑄造的 結(jié)構(gòu)中，圓形缸底有助于消除過渡處的鑄造缺陷。但是，在液壓機(jī) 上所使用的油缸一般壁厚均較大，而缸底的受力總是較缸壁小。因 此，上述優(yōu)點(diǎn)就顯得不太突出，這也是目前在整體結(jié)構(gòu)中大多采用 平底結(jié)構(gòu)的一個(gè)原因。然而整體結(jié)構(gòu)的共同缺點(diǎn)為缸孔加工工藝性 差，更換密封圈時(shí)，活塞不能從缸底方向拆出，但由于較可拆式缸 底結(jié)構(gòu)受力情況好、結(jié)構(gòu)簡單、可靠，因此在中小型液壓機(jī)中使用 18 也較廣。 在設(shè)計(jì)中選用的是平底結(jié)構(gòu)。 2.3 缸體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)確定 2.3.1 確定主缸參數(shù) 2.3.1.1 主缸的內(nèi)徑: （注：所用公式都來源于文獻(xiàn)【10】 【17】 ） = = =0.638M 1DpF?1425 8 ? 按標(biāo)準(zhǔn)取整 =0.640M1 2.3.1.2 主缸活塞桿直徑 = （2-2 ）1dP FD?224? = =0.573M（2-2）6 320546.0??? 按標(biāo)準(zhǔn)取整 =0.58M1d 2.3.2 主缸運(yùn)動(dòng)受力分析 由于各運(yùn)動(dòng)部件密封處的摩擦阻力，通常取 η＝0.95 = （2-3實(shí)1P22610.4510.9736.14DKN?????π π ） 19 2.3.2.1 主缸實(shí)際回程力: （2-4） 212 6=()40.65810.953PDdPKN?????實(shí) ππ 2.3.3 確定頂出缸參數(shù) 2.3.3.1 頂出缸的直徑: = = =0.226M2DpF?3425 1 ? 按標(biāo)準(zhǔn)取整 =0.25M2 2.3.3.2 頂出缸的活塞桿直徑 = =2dP FD?421?63210545.0??? =0.177M 按標(biāo)準(zhǔn)取整 =0.18M2d 2.3.4 頂出缸運(yùn)動(dòng)受力分析 實(shí)際頂出力: = 實(shí)3P2260.510.95.74DKN?????π π 2.3.4.1 頂出缸實(shí)際回程力： 實(shí)4P2264()(0.518)0.951.4shiPdPKN???????π π 20 2.3.5 最小導(dǎo)向長度 H 對于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足公式 1.8064 .1202lD??? 式中，L----活塞最大工作行程。 2.3.6 缸筒長度 L 液壓缸的缸筒長度 L 是由各工作部件的行程長度及其結(jié)構(gòu)上的 要求共同確定的，包括活塞最大工作行程 L，活塞寬度 B，最小導(dǎo) 向長度 H 及特殊要求的其它長度 C 等，其中活塞寬度 0.8.640.512BDm??? 缸筒長度 L =20 0.64=12.8 m≤20??× 2.3.7 各缸動(dòng)作時(shí)的流量 2.3.7.1 主缸進(jìn)油流量與排油流量： (1)快速空行程時(shí)的活塞腔進(jìn)油流量 1Q = （2-?1Q124VDπ MinL/.235604.02??π 5） （2）快速空行程時(shí)的活塞腔的排油流量 ,1Q = =,121)(4VdD?π （2-6）MinL/8.3602)58.064.(2????π （3）工作行程時(shí)的活塞腔進(jìn)油流量 2Q 21 = =2Q214VDπ MinL/8.356024.0??π （4）工作行程時(shí)的活塞腔的排油流量 ,2Q = =,21)(4Vd?π MinL/0.69)58.06.(4????π （5）回程時(shí)的活塞桿腔進(jìn)油流量 3Q = =3Q321)(4VdD?π inL/5.379601)58.064.(22????π （6）回程時(shí)的活塞腔的排油流量 ,3 = =,33214π MinL/9.21604.02??π 2.3.7.2 頂出缸的進(jìn)油流量與排油流量： (1)頂出時(shí)的活塞腔進(jìn)油流量 4Q =?4Q42VDπ inL/1.26015.02??π （2）頂出時(shí)的活塞桿的排油流量 ,4 = =,442)(d?π MinL/5.19860)18.05.(22????π （3）回程時(shí)的活塞桿腔進(jìn)油流量 5Q = =5Q52)(4VdD?π inL/6.210)18.0.(422????π （4）回程時(shí)的活塞腔的排油流量 ,5 = =,5524π MinL/6.4101.02??π 22 表 2.1 上缸鋼筒所選材料 型號 ≥／ MPab?≥／MPas ≥／%s? 45 598 353 16 2.3.8 上缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.3.8.1 筒壁厚 計(jì)算? 公式: = + + （2-7）01C2 當(dāng) ～0.3 時(shí)，用使用公式:D8.0? =?0?max2.3pPD?31.25-2.640? =0.122 m （2-8） 取 =0.2m? --為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小，M 0? --為鋼筒外徑公差余量，M1C --為腐蝕余量，M 2 --試驗(yàn)壓力， 16M 時(shí)，取 =1.25P ,P—管內(nèi)最大maxP?PamaxP 工作壓力為 25 M 即 max1.25.31.25p??? 23 --鋼筒材料的許用應(yīng)力，M p?aP = /n=610/5=122 Mpab 式中 --鋼筒材料的抗拉強(qiáng)度，M n—安全系數(shù)，通常a 取 n=5 當(dāng) 時(shí),材料使用不夠經(jīng)濟(jì),應(yīng)改用高屈服強(qiáng)度的材料 .D?2.0? 2.3.8.2 筒壁厚校核 額定工作壓力 , 應(yīng)該低于一個(gè)極限值,以保證其安全 .P MPa??2135.0DP???? =0.35 2.04.6 =70 MPa (2-9） =外徑=D+2δ=0.64+2 D=內(nèi)1D×0.2=1.04 徑 同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)該完全塑性變形的發(fā)生: rlPDlg3.21s?? =95 Mpa --缸筒完全塑性的變形壓力, --材料屈服強(qiáng)度 MParlPs --鋼筒耐壓試驗(yàn)壓力，MPar 24 ??0.35~.42rrlPP? = 54.31—65.18 MPa （2-11） 2.3.8.3 缸筒的暴裂壓力 rP Dlg3.21b?? =2.3 598?l.625 =290MPa （2- 12） 2.3.8.4 缸筒底部厚度 缸筒底部為平面時(shí): 0.4331??PD?p2? 0.433 152 96.0?? mm （2-6.7? 13） 取 mm --筒底厚，MM 201??1? 2.3.8.5 核算缸底部分強(qiáng)度 按照平板公式即米海耶夫推薦的公式計(jì)算，缸底進(jìn)油孔直徑 為 φ20cm 則kr 25 斷面收縮率 Ψ= = =0.6875 （2-12rk?640 14） = 2175.0??pr?20..68753? =69.8MPa （2- 15） 按這種方法計(jì)算[ ]=100MPa <[ ] 所以安全?? 2.3.8.6 缸筒端部法蘭厚度: ??3104Fbh???par? = 20.-.485 33? =67.0mm （2- 16） 取 h=100mm --法蘭外圓半徑; --螺孔直徑; 螺釘 – M30ar1r b—螺釘中心到倒角端的長度 =32cm = 42cm =48.5cm 1r2r4r = =10cm h=10cmh12? = =37cm 5r??r? 26 = = =47.25cm3r21??Rr?241??425.8? 圖 2.2 部分工作缸 2.3.8.7 校核法蘭部分強(qiáng)度： ??123214ln)-6(rr????? = 4l4).0-(3 =0.067cm （2- 17） （2-143523ln)(1rhrPM????? 18） 27 其中 P= =52rPHπ ?5 21pππ 3725?ππ =110.2=11.02KN/cm （2-19） = =0.0335 （2-2h?1067.? 20） =0.367 （2-21）??5 21r??3705.2? =1 （2-31)(h3 22） = =0.42 （2-14lnr325.8 23） 所以 =95.1MPa42.01367.05.)(????M )(62121rPhHzπ? （2-24）)34(510.95622?????π π =57.1+34.6=91.7 MPa<[ ] 滿足要求? 依據(jù)上面公式當(dāng)墊片的厚度為大于 10cm 時(shí)就能滿足要求，為 了滿足橫梁的強(qiáng)度和工藝性，墊片厚度選用 25cm。因此可以推算 橫梁的厚度取大于 25cm 即滿足要求。 28 2.3.8.8 缸筒法蘭連接螺釘： 表 2.2 螺釘所選材料 型號 ≥／ MPab?≥／MPas ≥／%s? 35 540 320 17 (1)螺釘處的拉應(yīng)力 ? = MPa6210zd4kF??? = 62 30.8?? =8.5 MPa （2-31? 25） z-螺釘數(shù) 12 根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取 k=4; -螺1d 紋底徑, m (2)螺紋處的剪應(yīng)力: ? = 0.44 MPa （2-?6310z2d. kFK??? 26） = MPa （2-0nsp??7256? 27） -屈服極限 s? 29 為螺紋的內(nèi)摩擦系數(shù)， =0.12 1K1K -安全系數(shù) ; 50n 為螺紋外徑， = +1.0825t=20+1.0825 1.5=22 mmd0d1× (3)合成應(yīng)力: n? =n 23??3105.8.1???? = MPa （2-305.??P? 28） 2.3.8.9 墊片與橫梁間螺釘?shù)男：耍?(1)螺釘處的拉應(yīng)力 ? = MPa6210zd4kF??? = 62 310.8?? =3.8 MPa （2-29）3? z-螺釘數(shù) 12 根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取 k=4; -螺1d 紋底徑, m (2)螺紋處的剪應(yīng)力: = 0.475 MPa （2-30）?6310z2d.kFK??? = MPa （2-0nsp??725? 30 31） -屈服極限 -安全系數(shù); 5s?0n (3)合成應(yīng)力: n =n23??3108..1???? = MPa （2-394.??P? 32） 2.3.8.10 活塞桿直徑 d 的校核： 表 2-3 活塞桿所選材料 型號 ≥／ MPab?≥／MPas ≥／%s? 45MnB 1030 835 9 ][4??Fd? 4.1038? （2-33）M72.? d=0.58M 滿足要求 F—活塞桿上的作用力 —活塞桿材料的許用應(yīng)力， = /1.4 ][?][?b 31 2.3.9 下缸的設(shè)計(jì)計(jì)算： 表 2.4 鋼筒所選材料 型號 ≥／ MPab?≥／MPas ≥／%s? 45 598 353 16 2.3.9.1 下缸筒壁厚 ? 公式: = + +01C2 當(dāng) ～0.3 時(shí)，用使用公式:D?8.? =?0?max2.3pP?31.25-2.0? =0.048 m 取 =0.07m? --為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小，M 0? --為鋼筒外徑公差余量，M1C --為腐蝕余量，M 2 --試驗(yàn)壓力， 16M 時(shí)，取 =1.25P ,P—管內(nèi)最大maxP?PamaxP 工作壓力為 25 M 即 max1.25.31.25p??? --鋼筒材料的許用應(yīng)力，M p?aP = /n=610/5=122 Mpab 32 式中 --鋼筒材料的抗拉強(qiáng)度，M n—安全系數(shù)，通常b?aP 取 n=5 當(dāng) 時(shí),材料使用不夠經(jīng)濟(jì),應(yīng)改用高屈服強(qiáng)度的材料 .D?2.0? 2.3.9.2 下缸筒壁厚校核 額定工作壓力 , 應(yīng)該低于一個(gè)極限值,以保證其安全 .P MPa??2135.0DP???? =0.35 20.39.5 =65.98 MPa =外徑 D=內(nèi)徑1D 同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)該完全塑性變形的發(fā)生: rlPDlg3.21s?? =2.3 320 =142.14 MPa?l.56 --缸筒完全塑性的變形壓力, --材料屈服強(qiáng)度 MParlPs --鋼筒耐壓試驗(yàn)壓力，MPar ??rlPP42.0~35.? =49.74～56.85MPa 33 2.3.9.3 缸筒的暴裂壓力 rP Dlg3.21b?? =2.3 598?l.56 =265.6MPa 2.3.9.4 缸筒底部厚度 缸筒底部為平面: 0.4331??PD?p2? 0.433 152 96.0?? 0.47? 取 mm801?? --筒底厚，MM 2.3.9.5 核算缸底部分強(qiáng)度 按照平板公式即米海耶夫推薦的公式計(jì)算，缸底進(jìn)油孔直徑 為 φ8cm，則kr Ψ= = =0.6812rk?58 = 217.0??p?20.165.? =43.1MPa 34 按這種方法計(jì)算[ ]=100MPa <[ ] 所以安全 ?? 2.3.9.6 缸筒端部法蘭厚度:h ??3104Fbh???par? = 20.-.86 33? =36.3mm 取 h=40mm --法蘭外圓半徑; --螺孔直徑; 螺栓 – M12ar1r b—螺栓中心到倒角端的長度 =12.5cm = 16cm =20.2cm 1r2r4r = =3.5cm h=4cm h12? = =14.25cm 5r??r? = = =20.1cm32R24??4162.0? 2.3.9.7 校核法蘭部分強(qiáng)度： ??123214ln)-(rr????? = 5.26l.65.)0-(3 4 =0.182cm 35 143523ln)(1rhrPM????? 其中 P= = =137.1=13.71KN/cm52rPHπ 5 21pππ 2.?ππ = =0.364h?48.0 =0.175??5 21r?25.1.3? =1.49331)(h3).4 = =0.484lnr5.20 所以 =53.9 MPa48.093.17.36.1)25(????M )(2121rPhHzπ?)5.6(5.3109622?????ππ =264+39.2=303.2 MPa<[ ] 滿足要求 ? 2.3.9.8 缸筒法蘭連接螺釘： 表 2.5 螺釘所選材料 型號 ≥／ MPab?≥／MPas ≥／%s? 35 540 320 17 36 (1)螺栓處的拉應(yīng)力 ? = MPa6210zd4kF??? = 62 310.?? =2.9 MPa 3? z-螺栓數(shù) 12 根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取 k=4; -螺1d 紋底徑, m (2)螺紋處的剪應(yīng)力: ? = 0.475 MPa6310z2d.kFK??? = MPa0nsp??725 -屈服極限 -安全系數(shù); 5s?0 (3)合成應(yīng)力: n =n23???3109.2.1???? = MPa 07.???P? 2.3.9.9 墊片與橫梁間螺栓的校核： (1)螺栓處的拉應(yīng)力 ? = MPa6210zd4kF??? 37 = 62 310.04