QY12型液壓起重機(jī)變幅油缸設(shè)計(jì)含proe三維及7張CAD圖-獨(dú)家.zip,QY12,液壓,起重,機(jī)變,幅油缸,設(shè)計(jì),proe,三維,CAD,獨(dú)家 QY12型液壓起重機(jī)變幅油缸設(shè)計(jì) 摘要 在我國(guó)汽車起重機(jī)的發(fā)展已有五十年的歷史了。由于受到客觀條件的限制，一度發(fā)展較慢。進(jìn)入九十年代發(fā)展迅速，但與國(guó)際先進(jìn)水平還相差很遠(yuǎn)，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、自動(dòng)化、智能化等方面。隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的規(guī)模不斷加大，許多生產(chǎn)場(chǎng)合都需要對(duì)設(shè)備、產(chǎn)品、零件、貨物等進(jìn)行搬運(yùn)和位移，汽車起重機(jī)在起重運(yùn)輸行業(yè)和野外作業(yè)發(fā)揮的作用也將越來(lái)越大，市場(chǎng)也將越來(lái)越大。 本文以徐工集團(tuán)生產(chǎn)的QY12型液壓起重機(jī)為素材，對(duì)其變幅油缸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程部分，首先對(duì)該汽車起重機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，了解起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)。在滿足汽車起重機(jī)使用功能要求，安全可靠，結(jié)構(gòu)合理，重量輕，操作使用方便的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)就汽車起重機(jī)的變幅液壓缸缸筒內(nèi)徑、缸筒外徑、活塞桿的直徑及長(zhǎng)度、活塞等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和相應(yīng)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性的校核。對(duì)緩沖裝置、排氣裝置、密封裝置等也進(jìn)行了主要尺寸的設(shè)計(jì)。最后將本次設(shè)計(jì)的液壓缸分別通過(guò)電腦繪圖軟件ProEngineer和AUTOCAD，將其以三維和二維圖形的形式繪制出來(lái)。汽車起重機(jī)對(duì)許多生產(chǎn)場(chǎng)合與起重運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。因此、本文的設(shè)計(jì)也顯得尤為有價(jià)值。 關(guān)鍵詞：汽車起重機(jī)；QY12型液壓起重機(jī)；變幅油缸；設(shè)計(jì)；校核 ABSTRACT In China the development of automobile cranes been fifty years of history. Due to objective conditions, once the development is slow. Into the nineties developed rapidly, but with the international advanced level very far, mainly in the stability of product quality, automation, intelligent and so on. With the size of the national infrastructure continues to increase, many production occasions the need for equipment, products, parts, cargo handling, etc. and displacement, the role of truck crane in lifting and transport industry and field operations will also play more and more, market will also be growing. In this paper, the production QY12 XCMG hydraulic crane for the material, carried out a detailed design of its luffing cylinder. Part in the design process, the overall structure of the first truck crane for analysis, to understand the technical parameters of the crane. Truck cranes use to meet the functional requirements, safe, reliable, reasonable structure, light weight, easy operation on the basis of the focus on the inner diameter of the cylinder luffing cylinder truck crane, cylinder diameter, the diameter and length of the piston rod, piston like the design and the corresponding strength, stability check. Buffer means, exhaust, seals, etc. were also the main dimensions of the design. Finally, the design of the hydraulic cylinders respectively, through computer graphics software ProEngineer and AUTOCAD, be drawn in the form of three-dimensional and two-dimensional graphics. Truck crane for lifting and transportation of many production situations and other industries, has a strong practical significance. Therefore, this paper design is particularly valuable. Keywords: Truck cranes；QY12 hydraulic crane；luffing cylinder；design；verification I 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 4 1.1 QY12型汽車起重機(jī)的簡(jiǎn)介 4 1.1.1 QY12型汽車起重機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 4 1.1.2 QY12型汽車起重機(jī)主要參數(shù)簡(jiǎn)介 6 1.2 汽車起重機(jī)的工作特點(diǎn)及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 7 1.3 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì) 8 1.3.1 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展概況 8 1.3.2 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 9 1.4 國(guó)外汽車起重機(jī)的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì) 10 1.4.1 國(guó)外汽車起重機(jī)的發(fā)展概況 10 1.4.2 國(guó)外汽車起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 11 1.5 本課題設(shè)計(jì)的目的 12 第2章 變幅系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)的設(shè)計(jì) 13 2.1 變幅系統(tǒng)方案的確定 13 2.2 臂架油缸鉸點(diǎn)位置確定 13 2.3 變幅液壓缸行程的確定 14 第3章 主要零件及裝置的設(shè)計(jì) 16 3.1 液壓缸推力的確定 16 3.2 液壓缸工作壓力的確定 17 3.3 液壓缸工作速度和縮后速度的確定 18 3.4 缸筒的設(shè)計(jì) 18 3.4.1 缸筒材料的確定 18 3.4.2 缸筒內(nèi)徑D的確定 18 3.4.3 缸筒壁厚δ的確定 19 3.4.4 缸筒底部的確定 20 3.4.5 缸筒加工要求的確定 20 3.5 活塞桿的設(shè)計(jì) 20 3.5.1 活塞桿材料的確定 20 3.5.2 活塞桿結(jié)構(gòu)形式的確定 21 3.5.3 活塞桿直徑D的確定 21 3.5.4 活塞桿理論拉力和推力的確定 22 3.5.5 活塞桿加工要求的確定 22 3.5.6 活塞桿導(dǎo)向形式的確定 22 3.5.7 活塞桿防塵和密封形式的確定 22 3.6 活塞的設(shè)計(jì) 23 3.6.1 活塞材料的確定 23 3.6.2 活塞結(jié)構(gòu)形式及尺寸的確定 23 3.6.3 活塞密封形式的確定 23 3.6.4 活塞加工要求的確定 24 3.6.5 活塞與活塞桿連接形式的確定 24 3.7 活塞導(dǎo)向環(huán)的設(shè)計(jì) 24 3.7.1 導(dǎo)向環(huán)形式的確定 24 3.7.2 導(dǎo)向環(huán)尺寸確定 25 3.8 耳環(huán)尺寸的確定 25 3.9 進(jìn)、出油口尺寸的確定 26 3.10 密封裝置的確定 26 3.11 排氣裝置的確定 28 3.12 緩沖裝置的確定 28 第4章 主要零件的校核 30 4.1 活塞桿的校核 30 4.1.1 活塞桿拉伸強(qiáng)度的校核 30 4.1.2 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算 30 4.2 缸筒的校核 31 4.2.1 缸筒內(nèi)徑D的校核 31 4.2.2 缸筒壁厚δ的校核 32 4.2.3 缸筒底部的校核 33 4.3 連接零件的校核 33 4.3.1 缸筒和缸底焊縫的校核 33 4.3.2 缸蓋連接螺栓的校核 33 4.3.3 缸蓋連接螺紋的校核 34 第5章 結(jié)論 35 致謝 36 參考文獻(xiàn) 37 第1章 緒論 1.1 QY12型汽車起重機(jī)的簡(jiǎn)介 1.1.1 QY12型汽車起重機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 汽車起重機(jī)是我國(guó)近年來(lái)發(fā)展迅速的一種能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動(dòng)物品的新型工程機(jī)械，動(dòng)作間歇性和作業(yè)循環(huán)性是起重機(jī)的工作特點(diǎn)。他以汽車底盤為基礎(chǔ)的自行式起重設(shè)備，具有較高的行駛速度，可以與裝運(yùn)工具的汽車編隊(duì)行駛，機(jī)動(dòng)性好；廣泛運(yùn)用于建筑、貨站及野外吊裝作業(yè)等，可在有沖擊、振動(dòng)、溫度變化大和環(huán)境較差的條件下工作。其執(zhí)行元件完成的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，位置精度要求低，負(fù)載較大，因此一般采用中、高壓手動(dòng)控制系統(tǒng)，并非常重視系統(tǒng)的安全可靠性。汽車起重機(jī)是成批生產(chǎn)的系列產(chǎn)品，種類較多，現(xiàn)以QY12型全液壓汽車起重機(jī)為例介紹其主要組成部分的結(jié)構(gòu)及工作原理。圖1.1為QY12汽車起重機(jī)外圖形結(jié)構(gòu)。 圖1.1 QY12汽車起重機(jī)外圖形結(jié)構(gòu) QY12型汽車起重機(jī)為一種具有三節(jié)伸縮臂，全回轉(zhuǎn)液壓起重機(jī)。其取力裝置位于起重機(jī)底盤變速器右側(cè)，起重機(jī)從行駛狀態(tài)轉(zhuǎn)入起重機(jī)作業(yè)時(shí)，底盤駕駛室內(nèi)操縱取力操縱桿使取力裝置接合之后，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)過(guò)取力裝置傳至齒輪泵，則齒輪泵工作。齒輪泵產(chǎn)生的壓力油通過(guò)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)起重機(jī)的支腿操縱和上車回轉(zhuǎn)、變幅、伸縮機(jī)構(gòu)以及卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)工作。 支腿為“H”型結(jié)構(gòu)，前后固定腿分別焊接在底架下方，四個(gè)活動(dòng)支腿分別裝在前后固定腿箱形內(nèi)，支腿結(jié)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)。 活動(dòng)支腿通過(guò)支腿操縱閥控制，它可以同時(shí)動(dòng)作，也可以單獨(dú)動(dòng)作，操縱支腿一般情況是先水平腿伸出后，再伸垂直腿，縮回時(shí)應(yīng)先垂直支腿縮回后，再是水平腿縮回。 起重臂的主臂為三節(jié)四邊箱形吊臂，伸縮機(jī)構(gòu)為單級(jí)油缸加鋼絲繩其結(jié)構(gòu)(如圖1.2起重臂及伸縮機(jī)構(gòu)所示)。 圖1.2 起重臂及伸縮機(jī)構(gòu) 1、載重汽車 2、基本臂 3、起升機(jī)構(gòu) 4、吊臂伸縮缸 5、吊臂變幅缸 6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 7、支腿 為提高伸縮油缸的穩(wěn)定性，將伸縮油缸倒置安裝在伸縮臂中，活塞桿頭與基本臂尾部鉸接固定，缸簡(jiǎn)端部與二節(jié)臂根部鉸接固定。當(dāng)伸縮油缸伸出時(shí)，活塞桿固定與基本臂不運(yùn)動(dòng)，則缸簡(jiǎn)運(yùn)動(dòng)將二節(jié)臂推出，當(dāng)伸縮油缸縮回時(shí)，則缸筒運(yùn)動(dòng)將二節(jié)臂拉回。 起升機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、雙級(jí)圓柱齒輪、減速器、制動(dòng)器、卷筒、鋼絲繩、起重鉤系統(tǒng)組成。其制動(dòng)器為常閉摩擦片干式制動(dòng)器，它的控制由制動(dòng)油缸實(shí)現(xiàn)，并可在起重過(guò)程中任何位置實(shí)現(xiàn)重物停穩(wěn)而不下滑。在起升機(jī)構(gòu)液壓回路中裝有平衡閥，用以控制重物下降的速度。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、蝸桿蝸輪減速器、回轉(zhuǎn)支承等組成。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，由齒輪泵供給壓力油，采用定量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)回轉(zhuǎn)分配閥的控制可以實(shí)現(xiàn)正、反方向回轉(zhuǎn)。 變幅機(jī)構(gòu)由吊臂、轉(zhuǎn)臺(tái)與一個(gè)前傾安裝的雙作用油缸所構(gòu)成、其變幅動(dòng)作是通過(guò)雙作用油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)的，變幅機(jī)構(gòu)的作用是改變吊臂的仰角，從而使吊鉤與上車回轉(zhuǎn)中心的距離(即幅度)得到改變。 1.1.2 QY12型汽車起重機(jī)主要參數(shù)簡(jiǎn)介 起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)表征起重機(jī)的作業(yè)能力，汽車式起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)包括起重量、起升高度、幅度、起重力矩等。這些參數(shù)表名起重機(jī)工作性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是設(shè)計(jì)起重機(jī)的技術(shù)依據(jù)，也是生產(chǎn)使用中選擇起重機(jī)技術(shù)性能的依據(jù)。表1.1為QY12汽車起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)。 表1.1 QY12汽車起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 序號(hào) 項(xiàng)目 參數(shù) 單位 備注 1 最大額定起重量 12000 Kg 額定幅度下 2 額定工作幅度 3 m 3 基本臂長(zhǎng)度CD 8.2 m 4 吊臂重量 6.8 T 含伸縮油缸及伸縮機(jī)構(gòu)等 5 轉(zhuǎn)臺(tái)兩鉸點(diǎn)間距AC 1150 mm 6 吊臂兩鉸點(diǎn)間距BC 3250 mm 7 回轉(zhuǎn)中心線與后鉸點(diǎn)水平間距L0 550 mm 8 吊臂俯仰角度 -3~80 ° 水平為基準(zhǔn) 9 吊臂變幅起時(shí)間 50 s 10 吊臂變幅落時(shí)間 小于30 s 11 變幅油缸伸出時(shí)有桿腔背壓 1 MPa 12 變幅油缸縮回時(shí)無(wú)桿腔背壓 2 MPa 1、起重量 起重機(jī)起吊重物的質(zhì)量稱為起重量，通常以Q表示，單位為kg或t。起重機(jī)的起重參數(shù)通常是以額定起重量表示的。所謂額定起重量是指起重機(jī)在各種工況下安全作業(yè)所容許的起吊重物的最大質(zhì)量的值，它是隨著幅度的加大而減小的。帶有吊鉤的起重機(jī)的額定起重量不包括吊鉤和滑輪組的自重。 汽車式起重機(jī)的額定起重量隨著吊臂的方位（側(cè)方、后方、前方三個(gè)基本作業(yè)方位）不同而有所變化。汽車式起重機(jī)的額定起重量還分支腿全伸、不用支腿吊臂行駛3種情況。起重機(jī)吊重行使時(shí)，起重臂必須前置。起重機(jī)不用支腿作業(yè)和吊重行使時(shí)的額定起重量決定于輪胎、車橋的承載能力。本文QY12型起重機(jī)的起重量為12000kg。 2、起升高度 起升高度是指從地面或軌道頂面至取物裝置最高起生位置的鉛垂距離（吊鉤取取鉤環(huán)中心），單位為米。如果取物裝置能下落到地面或軌面以下，從地面或軌面至取物裝置最低下放位置間的鉛垂距離稱為下放深度。此時(shí)總起升高度H為軌面以上的起升高度h2和軌面以下的下放深度h3之和，H=h2+h3。 由于汽車式起重機(jī)的起升高度隨著臂架仰角和臂架長(zhǎng)度變化，在各種臂長(zhǎng)和不同臂架仰角時(shí)可得相應(yīng)的起升高度曲線。汽車式起重機(jī)起升高度的選擇按作業(yè)要求而定。在確定起升高度時(shí)，應(yīng)考慮配屬的吊具、路基和汽車高度保證起重機(jī)能將最大高度的物品裝入車內(nèi)。 3、幅度 旋轉(zhuǎn)臂架式起重機(jī)處于水平位置時(shí)，回轉(zhuǎn)中心線與取物裝置中心線垂直之間的水平距離稱為幅度（R）。幅度的最小值Rmax和最大值Rmin根據(jù)作業(yè)要求而定。在臂架變幅平面內(nèi)起重機(jī)機(jī)體的最外邊至取物中心鉛垂線之間的距離稱為有效幅度，有效幅度可為正值或副值。 汽車式起重機(jī)有效幅度通常是指使用支腿工作，臂架位于側(cè)向最小幅度時(shí)，取物裝置中心鉛垂線至該側(cè)兩支腿中心連線的水平距離，它表示汽車式起重機(jī)在最小幅度時(shí)工作的可能性。汽車式起重機(jī)的幅度R，此次汽車式起重機(jī)的幅度R=3m。 1.2 汽車起重機(jī)的工作特點(diǎn)及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 汽車起重機(jī)用來(lái)對(duì)物料進(jìn)行起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝作業(yè)的機(jī)械。它可以完成靠人力無(wú)法完成的物料搬運(yùn)動(dòng)作，以減輕人們的體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，在工廠、車站、礦山、港口、建筑工地、倉(cāng)庫(kù)、水電站等多個(gè)領(lǐng)域的部門中得到了廣泛的應(yīng)用，隨著生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，特別式現(xiàn)代化、專業(yè)化的生產(chǎn)需求，各種專門用途的起重機(jī)相繼產(chǎn)生，在許多重要的部門中，不僅式生產(chǎn)過(guò)程中的輔助機(jī)械，而且已成為生產(chǎn)流水作業(yè)生產(chǎn)線上不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備它的發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)起著積極的促進(jìn)作用。 汽車起重機(jī)一種循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的，短程搬運(yùn)物料的機(jī)械，一個(gè)工作循環(huán)，一般包括上料，運(yùn)送，卸料及回到原位的過(guò)程，即取物裝置從取物地點(diǎn)，由起升機(jī)構(gòu)吧物料提起，由運(yùn)行回轉(zhuǎn)或變幅機(jī)構(gòu)把物料移位，然后物料在指定的地點(diǎn)下放，接著進(jìn)行相反的動(dòng)作，使取物裝置回到原位，以便進(jìn)行下一步的工作循環(huán)，在兩個(gè)工作循環(huán)之間一般由短暫的停歇。起重機(jī)工作時(shí)，各機(jī)構(gòu)經(jīng)常是處于啟動(dòng)，制動(dòng)，正向，反向，等相互交替的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中。 在高層建筑，冶金，化工，電站等大型項(xiàng)目的建設(shè)中，需要吊裝和搬運(yùn)的工程量日益增多，其中不少組合件的吊裝和搬運(yùn)重量達(dá)到幾百噸。因此必須選用一些大型的起重機(jī)進(jìn)行諸如鍋爐及廠房設(shè)備的吊裝工作。通常采用的大型起重機(jī)有龍門起重機(jī)，門座式起重機(jī)，塔式起重機(jī)，履帶起重機(jī)，輪式起重機(jī)以及廠房?jī)?nèi)裝置的橋式起重機(jī)等。 在公路，橋梁，水利電力等建設(shè)施工中，起重機(jī)的使用范圍更式極為廣泛，無(wú)論式裝載設(shè)備器材，吊裝廠房構(gòu)件，安裝電站設(shè)備，調(diào)運(yùn)澆筑混凝土，模板，開挖廢渣及其它建筑材料等均需使用起重機(jī)械，尤其式水電工程施工，不但工程規(guī)模浩大，而且地理?xiàng)l件特殊，施工季節(jié)性強(qiáng)，工程本身又很復(fù)雜，而且吊裝搬運(yùn)的設(shè)備，建筑材料量大品種多。除了上面介紹的起重機(jī)外，在水電工程中還采用一些其它的大型設(shè)備，如纜索起重機(jī)，浮式起重機(jī)等，在電站廠房及建筑物上安裝各種類型的起重機(jī)，供檢修機(jī)組，啟閉閘門，及起吊攔污欄之用，這些起重機(jī)由大型龍門起重機(jī)，固定卷?yè)P(yáng)起重機(jī)以及弧形閘門起重機(jī)等。這些專門用途的起重機(jī)一般噸位較大，如用起吊閘門的龍門起重機(jī)，和固定卷?yè)P(yáng)起重機(jī)，起到了工程起重機(jī)的作用，起重機(jī)在未來(lái)的國(guó)家建設(shè)當(dāng)中，還將起到更大的作用。 1.3 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展概況 中國(guó)的汽車式起重機(jī)誕生于上世紀(jì)的10年代，經(jīng)過(guò)了近30年的發(fā)展，期間有過(guò)3次主要的技術(shù)改進(jìn)，分別為70年代引進(jìn)蘇聯(lián)的技術(shù)，80年代引進(jìn)日本的技術(shù)，90年代引進(jìn)德國(guó)的技術(shù)。但是總體來(lái)說(shuō)，中國(guó)的汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)始終走著自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的發(fā)展脈絡(luò)，尤其是進(jìn)幾年，中國(guó)的汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，雖然與國(guó)外相比還有一定的差距，但是這個(gè)差距正在逐漸的縮小。而且我國(guó)目前在中小噸位的汽車式起重機(jī)的性能已經(jīng)完好，能夠滿足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的要求。在不久的將來(lái)，我國(guó)的汽車式起重機(jī)行業(yè)一定會(huì)發(fā)展成為一個(gè)發(fā)展穩(wěn)定，市場(chǎng)化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)。 許多專家認(rèn)為，高速發(fā)展的市場(chǎng)，是中國(guó)汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)各個(gè)廠商有利的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)和環(huán)境。近幾年，中國(guó)汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)除了一家較小的公司與日本起重機(jī)品牌廠家合資以外，其余廠家一直在追趕國(guó)外先進(jìn)水平的進(jìn)程中，一直堅(jiān)持自主的技術(shù)創(chuàng)新道路，基本上沒(méi)有整體引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的做法，也使的中國(guó)汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)在達(dá)到和接近國(guó)際先進(jìn)水平的同時(shí)，在產(chǎn)品技術(shù)上有明顯的中國(guó)特質(zhì)。 中國(guó)汽車式起重機(jī)已經(jīng)大量使用PLC可編程集成控制技術(shù)，帶有總線接口的液壓閥塊，液壓馬達(dá)，油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電器已實(shí)現(xiàn)了緊密的結(jié)合?？赏ㄟ^(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制性能的調(diào)整，大幅度簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，減少液壓元件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具備了實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)診斷，遠(yuǎn)程控制的能力。 當(dāng)前我國(guó)新一代汽車起重機(jī)產(chǎn)品，起重作業(yè)的操作方式，大面積應(yīng)用先導(dǎo)比例控制，具有良好的微調(diào)性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過(guò)先導(dǎo)比例手柄實(shí)現(xiàn)比例輸送多種負(fù)荷的無(wú)級(jí)調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時(shí)的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率。 部分大型汽車式起重機(jī)還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術(shù)，通過(guò)液壓銷作用，以單個(gè)液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運(yùn)動(dòng)，并達(dá)到各種工況的程度控制和自動(dòng)伸縮，改變了以往能不油缸加內(nèi)部繩排的作業(yè)方式，使起重機(jī)相對(duì)更輕，拓展了起重機(jī)向更高工作高度發(fā)展的空間。 在走向國(guó)際市場(chǎng)的過(guò)程中，我國(guó)汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)近幾年品質(zhì)水平的快速提高，也得到了國(guó)際擁護(hù)的高度肯定，由于產(chǎn)品使用規(guī)范，用戶的專業(yè)素質(zhì)較高，出口產(chǎn)品的質(zhì)量反饋比在過(guò)內(nèi)有了明顯的減少，產(chǎn)品反映較好。這都為中國(guó)汽車式起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 1.3.2 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)的汽車式起重機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)要想在本領(lǐng)域生存與發(fā)展，需要做的事情還很多，由于市場(chǎng)需求的增大，也要求生產(chǎn)企業(yè)不斷創(chuàng)新，在保證起重機(jī)性能的基礎(chǔ)上還要不斷開發(fā)出更大噸位的新產(chǎn)品，滿足市場(chǎng)的需求。只有這樣才能從市場(chǎng)中獲得活力使自己生存，在生存中發(fā)展，在發(fā)展中壯大。主要的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)： 1、擴(kuò)大產(chǎn)品的品種 在企業(yè)內(nèi)部應(yīng)建立完善的產(chǎn)品研究和開發(fā)體系，使產(chǎn)品系列化，品種齊全，要形成大中小完整系列，增多產(chǎn)品數(shù)量，使生產(chǎn)規(guī)模不斷的擴(kuò)展。 2、增大起重力矩 目前我國(guó)生產(chǎn)的汽車式起重機(jī)大多是50噸以下的中小噸位的起重機(jī)，大噸位生產(chǎn)的很少，而，隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)機(jī)動(dòng)靈活的大型起重機(jī)械的需求越來(lái)越大，這都是汽車式起重機(jī)發(fā)展的養(yǎng)分，所以增大其中力矩迫在眉睫。 3、增加起重機(jī)功能 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用戶對(duì)汽車式起重機(jī)的使用上的要求越來(lái)越多，希望能夠一機(jī)多用，已經(jīng)不僅僅是在搬運(yùn)重物時(shí)使用，而是滿足在不同環(huán)境和工種的使用，這些都為未來(lái)起重機(jī)的發(fā)展找清了方向。 4、全力打造自己的品牌 目前中國(guó)的汽車起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，缺少自己的專業(yè)研究人員和開發(fā)隊(duì)伍，而是去模仿別人生產(chǎn)的成品，沒(méi)有發(fā)展方向和競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)經(jīng)濟(jì)的全球化以及由此引發(fā)的一系列問(wèn)題，使得競(jìng)爭(zhēng)手段從傳統(tǒng)的產(chǎn)品，價(jià)格等層次轉(zhuǎn)嫁到品牌的競(jìng)爭(zhēng)上來(lái)。所以各大汽車式生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該 努力打造自己的品牌，從而使自己發(fā)展壯大。 5、開創(chuàng)自我空間占領(lǐng)市場(chǎng) 我國(guó)的各大汽車式起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)要不斷創(chuàng)新，大膽進(jìn)行運(yùn)行急智的改革，面向市場(chǎng)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，人員重組，引進(jìn)設(shè)備，進(jìn)行刻苦的技術(shù)研發(fā)，在不斷完善自我的前提下，占領(lǐng)市場(chǎng)。 1.4 國(guó)外汽車起重機(jī)的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì) 1.4.1 國(guó)外汽車起重機(jī)的發(fā)展概況 目前世界上約有百余家企業(yè)生產(chǎn)汽車起重機(jī)，但著名的也就右十余家，如美國(guó)的格魯夫、德國(guó)的利勃海爾、徳馬克、日本加藤、多田野等。生產(chǎn)的汽車起重機(jī)品種有數(shù)百種，90年代以來(lái)，生產(chǎn)，銷售各種噸位的起重機(jī)萬(wàn)余臺(tái)。汽車起重機(jī)的市場(chǎng)主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷售量的40%，北美和歐洲各約占20%。國(guó)外汽車起重機(jī)發(fā)展的主要特點(diǎn)可以歸納為：多品種生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高和一機(jī)多用。就分布于三大市場(chǎng)的產(chǎn)品而言，以德國(guó)為主的歐洲市場(chǎng)，其產(chǎn)品主要特點(diǎn)為： 1、全地面起重機(jī)占主導(dǎo)地位，約占市場(chǎng)份額的80%。 2、大噸位產(chǎn)品為主，利勃海爾公司占銷售額的70%～80%式100噸以上的產(chǎn)品。 3、技術(shù)先進(jìn)，及時(shí)采用世界最新的技術(shù)成果。 4、專用配套件多，這以為歐洲發(fā)展汽車起重機(jī)的得天獨(dú)厚的條件。 以日本為主的東亞市場(chǎng)和以美國(guó)為主的北美市場(chǎng)，其產(chǎn)品主要特點(diǎn)有： 1、越野汽車起重機(jī)占主導(dǎo)地位，約占70%～80%，其次為輪式起重機(jī)，全地面起重機(jī)所占比例較小。 2、多系列生產(chǎn)，中大噸位居多。 3、注重適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性。在保證產(chǎn)品性能和功能的前提下，大量采用通用配套件，而不強(qiáng)調(diào)追趕新技術(shù)，故產(chǎn)品可靠性較好。 目前，世界汽車起重機(jī)的生產(chǎn)，從技術(shù)上講，德國(guó)利勃海爾公司略占優(yōu)勢(shì)，但從企業(yè)規(guī)模上講，美國(guó)格魯公司居世界首位。而生產(chǎn)量則是日本的多田野和藤加最多。市場(chǎng)總的趨勢(shì)式供大于求，面對(duì)激烈競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)外各大公司除了紛紛增加投資、擴(kuò)大生產(chǎn)、提高自身的競(jìng)爭(zhēng)能力外，還通過(guò)聯(lián)合或兼并來(lái)提高在國(guó)際市場(chǎng)的份額。如1984年，美國(guó)格魯夫公司收購(gòu)了英國(guó)老牌企業(yè)科爾斯公司。1987年，德國(guó)克虜伯公司收購(gòu)了格的瓦爾德公司，稱為當(dāng)時(shí)德國(guó)最大的起重機(jī)公司，但該公司1995年又被美國(guó)格魯夫公司收購(gòu)。1990年，日本多田野兼并了德國(guó)法恩公司等。 在起重機(jī)行業(yè)內(nèi)，國(guó)外的大型汽車起重機(jī)的發(fā)展比我國(guó)迅速，在技術(shù)和運(yùn)用上已相當(dāng)成熟，目前國(guó)際市場(chǎng)對(duì)汽車起重機(jī)的需求在不斷增加，從而使國(guó)外各大汽車式起重機(jī)制企業(yè)在生產(chǎn)中更多的應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)械自動(dòng)化和自動(dòng)化設(shè)備，這對(duì)起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展造成了很大的影響。目前國(guó)外的起重機(jī)企業(yè)主要是生產(chǎn)大噸位的起重機(jī)，而且有完善的設(shè)計(jì)體系，和一批先進(jìn)的研發(fā)人員，不斷的進(jìn)行創(chuàng)新和完善。國(guó)外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到規(guī)?；纳a(chǎn)，技術(shù)含量比較高，而且液壓技術(shù)和電子技術(shù)在汽車起重機(jī)的設(shè)計(jì)中也已廣泛的應(yīng)用，很多企業(yè)的品牌在用戶的心中已經(jīng)打上了堅(jiān)實(shí)的烙印，這也使的國(guó)外起重機(jī)的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢(shì)。 1.4.2 國(guó)外汽車起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1、設(shè)計(jì)、制造的計(jì)算機(jī)化、自動(dòng)化 近年來(lái)，隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用， 許多國(guó)外起重機(jī)制造商從應(yīng)用起重機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD），提高到應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行起重機(jī)的模塊設(shè)計(jì)。起重機(jī)采用模塊單元化設(shè)計(jì)，不僅是一種設(shè)計(jì)方法的改革，而且將影響整個(gè)起重機(jī)行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平，老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。對(duì)起重機(jī)的改進(jìn)，只需更改幾個(gè)模塊；設(shè)計(jì)新的起重機(jī)只需新的不同模塊進(jìn)行組合，提高了通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品，改成相對(duì)批量的模塊生產(chǎn)，能使較少的模塊形式，組合成不同規(guī)格的起重機(jī)，滿足市場(chǎng)的需求，增強(qiáng)了競(jìng)爭(zhēng)力。 2、起重機(jī)控制元件的革新與應(yīng)用 起重機(jī)的定位精度是對(duì)起重機(jī)的重要要求，多數(shù)采用轉(zhuǎn)角碼盤，齒輪鏈，激光頭與鋼板孔帶來(lái)保證，定位精度通常為±3㎜，高于1mm的精度需另加定位系統(tǒng)。在起重機(jī)起升速度和制動(dòng)器方面的改進(jìn)，則使用低速運(yùn)行的起重機(jī)吊鉤精確定位，起重機(jī)的剎車系統(tǒng)也應(yīng)用微處理進(jìn)行控制和監(jiān)視工作。 遙控系統(tǒng)用于汽車式起重機(jī)及其他移動(dòng)式起重機(jī)械，這種系統(tǒng)包括在控制者身上的控制器，和安裝在起重機(jī)上的接收器 ，控制器具有電磁輻射發(fā)生器，接收器與作用在起重機(jī)傳動(dòng)裝置的操縱機(jī)械的轉(zhuǎn)換部分相連。遙控器的使用不僅節(jié)省人力，提高工作效率，而且使操作者的工作條件有所改善。 起重機(jī)的距離檢測(cè)防撞裝置，采用無(wú)線電信號(hào)型的防撞裝置，防撞系統(tǒng)由三相系統(tǒng)組成，用來(lái)監(jiān)控起重機(jī)前端行使距離，一般首先發(fā)出信號(hào)警示，接著將大車車速減小到50%，最后切斷電機(jī)電源，將大車制動(dòng)。 3、新材料、新工藝的應(yīng)用。 由于鋼鐵工業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，剛才質(zhì)量得以提高，在設(shè)計(jì)起重機(jī)主梁強(qiáng)度時(shí)，可使用較高的許用應(yīng)力，而不需要較高的安全系數(shù)，以便減少起重機(jī)材料用量，從而降低設(shè)備的重量和價(jià)格，起重機(jī)配套的零部件的制造也得益于新材料的不斷產(chǎn)生，使得起重機(jī)向更輕，更好的方向發(fā)展。 在機(jī)加工方面，大量采用少切削的精密鑄件，尤其是鋁合金鑄件見(jiàn)多，加工設(shè)備大量采用高精度，高效的加工中心，數(shù)控自動(dòng)機(jī)床等，及保證了質(zhì)量，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了成本，同時(shí)在機(jī)械線使用機(jī)械代替人工操作如焊接機(jī)械手和配用機(jī)械手等。國(guó)外起重機(jī)的未來(lái)發(fā)展之路是走向?qū)I(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化，和系列化，只有這樣才能最快的制造和裝配出品種多樣化的產(chǎn)品 1.5 本課題設(shè)計(jì)的目的 1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行液壓系統(tǒng)、液壓缸的設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)研究課題進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大知識(shí)領(lǐng)域。 2、培養(yǎng)學(xué)生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書籍以及編寫技術(shù)文件的能力，提高計(jì)算、繪圖等基本技能。 3、培養(yǎng)學(xué)生掌握液壓產(chǎn)品的一般設(shè)計(jì)程序和方法，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)的訓(xùn)練。 4、樹立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。 5、為將來(lái)立足社會(huì)夯實(shí)基礎(chǔ)。 37 第2章 變幅系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)的設(shè)計(jì) 2.1 變幅系統(tǒng)方案的確定 全液壓起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)使用液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂變幅。液壓缸的布置形式有三種，分別是前傾式、后傾式和后拉式三種。前傾式缸對(duì)吊臂的作用力臂長(zhǎng)，因此變幅推力小，可采用小直徑液壓缸；而且吊臂懸臂部分長(zhǎng)度短，改善了吊臂的受力狀況。其缺點(diǎn)是：變幅液壓缸行程長(zhǎng)，吊臂下方有效空間小，小幅度起吊大體積重物不方便。后傾式變幅液壓缸的特點(diǎn)和前傾式完全相反，它除了具有變幅行程短，吊臂下方有效空間大等優(yōu)點(diǎn)外，由于重心后移，便于總體布置，并可減少平衡重量。后拉式變幅液壓缸布置在吊臂后方。由于吊臂擺動(dòng)鉸點(diǎn)位置在前，吊臂長(zhǎng)度可以設(shè)計(jì)得短一些，吊臂前方的有效工作空間也較大。但后拉式在提升吊臂時(shí)，液壓缸只能是小腔進(jìn)油，推力小，所以只能用在小型輪胎式起重機(jī)上。前傾式變幅機(jī)構(gòu)如圖 2.1所示。 圖2.1前傾式變幅機(jī)構(gòu) 前傾式變幅機(jī)構(gòu)因液壓缸前傾，其對(duì)動(dòng)臂作用力臂較長(zhǎng)，變幅缸的推力可以較小些，故缸徑較小。因臂的懸臂長(zhǎng)度較短，對(duì)臂受力有利。但也有液壓缸行程較長(zhǎng)，臂下方空間較小的缺點(diǎn)。大多數(shù)全液壓汽車起重機(jī)都采用此布置形式。前傾式變幅機(jī)構(gòu)可以采用一個(gè)油缸也可采用兩個(gè)油缸。本次變幅系統(tǒng)方案確定為前傾式變幅機(jī)構(gòu)，采用兩個(gè)變幅油缸。液壓缸采用雙作用液壓缸。 2.2 臂架油缸鉸點(diǎn)位置確定 如圖2.2變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)，把變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)的集合關(guān)系簡(jiǎn)化為三角形OAB，此三角形隨著變幅油缸的伸長(zhǎng)和縮短而變化。 圖2.2變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn) 如圖2.3變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡所示，吊臂位于水平位置時(shí)，α=0°，此時(shí)三角形OAB為初始三角形，OA，OB夾角α0為初始角。當(dāng)?shù)醣劾@鉸點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置時(shí)，吊臂與水平線夾角為α，變幅油缸也隨之伸長(zhǎng)。 圖2.3 變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡 2.3 變幅液壓缸行程的確定 根據(jù)任務(wù)書給定參數(shù)可知OA=1150mm，OB=3250mm。又因吊臂俯仰角一般-3°至80°，可取仰角為最小角即可計(jì)算出油缸最小安裝長(zhǎng)度（初始安裝長(zhǎng)度）。當(dāng)?shù)醣劢嵌茸畲鬄?0°時(shí)，可計(jì)算出油缸最大安裝長(zhǎng)度（極限位置長(zhǎng)度）。 1、初始位置安裝長(zhǎng)度ABmin α=αmin=-3° 將數(shù)據(jù)代入得ABmin=2204mm 2、極限位置時(shí)變幅油缸長(zhǎng)度ABmax α=αmax=80° 將數(shù)據(jù)代入得ABmax=3631mm 3、變幅油缸行程H 本章主要是確定變幅系統(tǒng)和變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)，然后對(duì)三鉸點(diǎn)的受力進(jìn)行分析，根據(jù)已知的數(shù)據(jù)，計(jì)算出液壓缸的安裝長(zhǎng)度和最大變幅長(zhǎng)度，從而算出變幅油缸的行程。為下一章變幅液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算打好基礎(chǔ)。 第3章 主要零件及裝置的設(shè)計(jì) 液壓缸主要由缸筒、缸底、活塞、活塞桿、密封件、連接件、緩沖和排氣裝置組成。在本次設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際工作的需求，在滿足具有足夠的驅(qū)動(dòng)力；較大的調(diào)速范圍和平穩(wěn)的動(dòng)作性能；可靠和全面的安全保護(hù)裝置；具有多機(jī)構(gòu)聯(lián)合動(dòng)作的能力以提高工作效率；機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單、緊湊、“三化”程度高、操縱簡(jiǎn)便、易于調(diào)試、安裝和維護(hù)的前提下，對(duì)變幅液壓缸進(jìn)行如下設(shè)計(jì)和計(jì)算： 3.1 液壓缸推力的確定 變幅液壓缸的推力比較重要。他既是液壓缸工作能力的體現(xiàn)，也是前提結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。下面我們對(duì)其進(jìn)行了受力分析，如圖3.1變幅油缸額定工作幅度各參數(shù)圖所示。 圖3.1 變幅油缸額定工作幅度各參數(shù)圖 有上圖可以知道對(duì)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)鉸點(diǎn)A取矩，變幅缸推力為： 其中：—變幅軸線與水平線的夾角； —吊臂重心到鉸點(diǎn)C 的距離； —變幅油缸與AC 的夾角； —起重機(jī)工作幅度； —工作臂長(zhǎng)； —吊臂的重量； 由給定的起重機(jī)起重特性數(shù)據(jù)表得最大額定起重量和極限變幅位置時(shí)各鉸點(diǎn)位置如圖3.1，由圖中數(shù)據(jù)得： 工作幅度時(shí)吊臂的位置，； 額定工作幅度下即； 吊臂重量即； 吊臂基本臂長(zhǎng)； 鉸點(diǎn)A到鉸點(diǎn)C的距離AC=1150mm； AC與AB的夾角； 變幅油缸最大； 變幅油缸最??； 將以上參數(shù)帶入公式得到變幅油缸的推力： 3.2 液壓缸工作壓力的確定 液壓缸公稱壓力也稱額定壓力，是液壓缸能以長(zhǎng)期工作壓力。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了公稱壓力系列標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下表3.1。 表3.1 液壓公稱壓力系列單位：MPa 0.63 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 31.5 40.0 綜合考慮后選取公稱壓力 最高允許壓力是液壓缸在瞬間能承受最大的極限壓力。 國(guó)家規(guī)范規(guī)定為： 耐壓測(cè)試壓力是液壓缸在檢查質(zhì)量時(shí)需要承受的測(cè)試壓力。在此壓力測(cè)試時(shí)間內(nèi)，全部零件不得有破壞或永久變形等異?，F(xiàn)象。 國(guó)家規(guī)范規(guī)定為： 3.3 液壓缸工作速度和縮后速度的確定 由任務(wù)書給定參數(shù)可知：吊臂變幅起時(shí)間為75s，吊臂變幅落時(shí)間為小于30s；又因?yàn)樽兎透仔谐虨?.427m 所以工作速度；返回速度 取工作速度，返回速度 3.4 缸筒的設(shè)計(jì) 3.4.1 缸筒材料的確定 部分材料的機(jī)械性能如下表3.2缸筒材料與機(jī)械性能對(duì)照表： 表3.2 缸筒材料與機(jī)械性能對(duì)照表 綜合考慮后，本文選取45號(hào)鋼作為缸筒的材料。 缸筒的加工要求如下： 1、缸筒內(nèi)徑D采用H7級(jí)配合，表面粗糙度 為0.16，需要進(jìn)行研磨； 2、熱處理：調(diào)制，HB 240； 3、缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半； 4、剛通直線度不大于0.03mm； 5、油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺； 6、在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆 3.4.2 缸筒內(nèi)徑D的確定 根據(jù)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以知道實(shí)際缸推力計(jì)算公式： ，其中F為4.8X105N，PN為25Mpa（上面已經(jīng)進(jìn)行了計(jì)算，在此不再累贅） 將數(shù)據(jù)代入上式可以得到，參見(jiàn)表3.3，取D=160mm。 表3.3 液壓缸徑尺寸系列單位（mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 3.4.3 缸筒壁厚δ的確定 缸筒壁厚可按下列情況進(jìn)行計(jì)算： 缸筒壁厚可按薄壁缸的缸筒的實(shí)用計(jì)算式：進(jìn)行計(jì)算。 式中：D—缸筒內(nèi)徑16(mm)； —最高允許壓力37.5(MPa)； —缸筒材料許用應(yīng)力（MPa）； —缸筒材料的屈服強(qiáng)度（MPa)； n—安全系數(shù)取2(一般取1.5～2.5)。 將公式轉(zhuǎn)換為 即 將公式轉(zhuǎn)換為 即 將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到，取 查詢表3.4，缸筒材料選取20號(hào)鋼，其屈服強(qiáng)度 表3.4 高精度冷拔無(wú)縫鋼管機(jī)械性能 材料 抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 伸長(zhǎng)率 硬度（HV） 20 500 400 8 140 35 600 500 6 170 45 700 600 4 210 27SiMn 900 800 3.4.4 缸筒底部的確定 圖3.3 缸筒底部平面 圖3.3 缸筒底部平面 缸筒底部為平面時(shí)，其厚度可按照四周嵌住的圓盤強(qiáng)度公式進(jìn)行近似計(jì)算： 式中：—缸筒底部厚度； —計(jì)算厚度處直徑暫取90mm； —液壓缸額定壓力25MPa； —缸筒底部材料為20號(hào)鋼，其許用應(yīng)力為115MPa。 。取 3.4.5 缸筒加工要求的確定 1、缸筒與前端蓋采用螺紋連接，選用6級(jí)精度細(xì)牙螺紋。參考GB/T197一2003， 選取缸筒內(nèi)螺紋代號(hào): M200×6?6H 旋合長(zhǎng)度L=100mm。 2、缸筒內(nèi)徑選用H8配合。內(nèi)徑表面粗糙度因活塞選用活塞環(huán)密封，內(nèi)徑表面粗糙度取0.2μm。且均需研磨。 3、缸筒內(nèi)徑的圓度和圓柱度選取8級(jí)精度。 4、缸筒端面垂直度選擇7級(jí)精度。 5、為了防止腐蝕和磨損，缸筒內(nèi)表面鍍鉻，鉻層厚度為30-40μm，鍍后研磨或拋光。 3.5 活塞桿的設(shè)計(jì) 3.5.1 活塞桿材料的確定 在查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》的基礎(chǔ)上，向初步選擇活塞桿的材料為20號(hào)鋼。 3.5.2 活塞桿結(jié)構(gòu)形式的確定 (1)活塞桿的桿體 活塞桿的桿體分為實(shí)心和空心兩種。本油缸在工作強(qiáng)度滿足的前提下，以減輕油缸重量，節(jié)約成本為目的，我們采用空心。 (2)活塞桿的頭部結(jié)構(gòu) 活塞桿頭部直接與工作機(jī)構(gòu)連接，根據(jù)與負(fù)載連接的要求不同，活塞桿頭部主要有以下幾種結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3.4。其中圖3.4a)、3.4c)為單耳環(huán)不帶襯套的結(jié)構(gòu)；圖3.4b)為單耳環(huán)帶襯套的結(jié)構(gòu)；圖3.4d)為雙耳環(huán)結(jié)構(gòu)；圖3.4e)為球頭結(jié)構(gòu)；圖3.4f)、3.4g)分別為外螺紋及內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。 圖3.4 活塞桿頭部結(jié)構(gòu)。 本文中選取單耳環(huán)帶襯套的結(jié)構(gòu)。 3.5.3 活塞桿直徑D的確定 活塞桿的直徑可以根據(jù)速比來(lái)確定，公式如下： 參見(jiàn)表3.5，選?。? 得出；參見(jiàn)表3.6，取d=125mm。 表3.5 速度比? 選擇 壓力MPa ≤10 12.5～20 ≥20 速度比? 1.33 1.46 2 表3.6 活塞桿直徑尺寸系列單位(mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 35 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 本文設(shè)計(jì)的活塞桿采用空心式，根據(jù)初步計(jì)算，現(xiàn)暫定活塞桿內(nèi)徑d1=70mm。 3.5.4 活塞桿理論拉力和推力的確定 圖3.5活塞受力分析圖 當(dāng)活塞桿伸出時(shí)理論推力： 當(dāng)活塞桿回縮時(shí)理論拉力： 式中和分別為無(wú)桿腔和有桿腔的受力面積；—系統(tǒng)額定壓力25MPa。 3.5.5 活塞桿加工要求的確定 1、活塞桿采用20號(hào)鋼，熱處理采用調(diào)質(zhì)，表面須鍍硬鉻，鉻層厚度15~ 25μm。 2、活塞桿外徑公差；直線度≤0.02mm/100mm；表面粗糙度Ra≤0.3-0.4μm。 3、活塞桿圓柱度公差按8級(jí)選取。 3.5.6 活塞桿導(dǎo)向形式的確定 前端蓋采用球墨鑄鐵（QT700—2）耐磨材料制成，用其內(nèi)孔對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向。 3.5.7 活塞桿防塵和密封形式的確定 1、活塞桿的防塵，采用O形密封圈進(jìn)行防塵。 2、活塞桿的密封 液壓缸的靜密封部位主要有活塞內(nèi)孔與活塞桿、支撐座外圓與缸筒內(nèi)孔、端蓋與缸體端面等處。靜密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。但本油缸將采用專用密封圈進(jìn)行密封。 3.6 活塞的設(shè)計(jì) 3.6.1 活塞材料的確定 采用分體式有導(dǎo)向環(huán)的活塞，查詢《液壓工程手冊(cè)》,活塞采用45號(hào)鋼。 3.6.2 活塞結(jié)構(gòu)形式及尺寸的確定 活塞根據(jù)工作壓力、速度、溫度等工作條件來(lái)選擇密封件的工作形式，而選定的密封件的形式?jīng)Q定了活塞的結(jié)構(gòu)形式。 1—擋圈；2—密封件；3—導(dǎo)向環(huán) 圖3.6 活塞結(jié)構(gòu) 常用的活塞結(jié)構(gòu)形式有整體式和分體式，本油缸采用分體式活塞。結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)，圖3.6，密封件導(dǎo)向環(huán)（支承環(huán))分槽安裝。 活塞寬度B一般按下公式?。? B=（0.6-1.0）D=（0.6-1.0）X160=96-160mm 式中：D—液壓缸缸徑160mm； 結(jié)合整體尺寸選取B=140mm。 3.6.3 活塞密封形式的確定 1、聚四氟乙烯 2、O形密封圈 圖3.7 活塞的組合式密封圈 活塞的密封件選用準(zhǔn)則取決于壓力、溫度、速度和工作介質(zhì)等因素。近年來(lái)主要選用O形密封圈和聚四氟乙烯（PTFE）主密封件組合在一起使用（如圖3.7)。這種組合式密封顯著提高了密封性能，降低了摩擦阻力，無(wú)爬行現(xiàn)象，具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)、安裝溝槽簡(jiǎn)單、拆裝方便。另一特點(diǎn)是允許活塞外圓與缸筒內(nèi)壁之間有較大的間隙。因?yàn)榻M合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，這就降低了活塞與缸筒的加工要求。 3.6.4 活塞加工要求的確定 圖3.8 活塞加工要求 1、活塞外徑D對(duì)內(nèi)徑D1的徑向跳動(dòng)公差值按7級(jí)和8級(jí)精度選取。 2、端面T對(duì)內(nèi)孔D1軸線的垂直度公差值按7級(jí)選取。 3、活塞D圓柱度公差按9級(jí)精度選取。 4、因?yàn)椴捎弥С协h(huán)，外徑D表面粗糙度和公差要求可降低。 3.6.5 活塞與活塞桿連接形式的確定 活塞與活塞桿的連接方式一般采用螺紋連接和卡環(huán)連接。螺紋連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，應(yīng)用較為普遍。當(dāng)工作機(jī)械振動(dòng)較大時(shí)螺紋易松動(dòng)，故必須采取防松措施。 卡環(huán)連接比較可靠，可以承受較大的工作壓力和機(jī)械振動(dòng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝卸方便，但不能拆換。 本文綜合權(quán)衡利弊后采用螺紋連接。 3.7 活塞導(dǎo)向環(huán)的設(shè)計(jì) 3.7.1 導(dǎo)向環(huán)形式的確定 安裝在活塞外圓的導(dǎo)向環(huán)（支承環(huán)),具有精確的導(dǎo)向作用，并可吸收活塞在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力。帶導(dǎo)向環(huán)的活塞在液壓缸中運(yùn)動(dòng)是非金屬接觸的，因此摩擦系數(shù)小，啟動(dòng)時(shí)無(wú)爬行。同時(shí)可以改善活塞桿與缸筒的同軸度，使間隙均勻，減少泄露。導(dǎo)向環(huán)采用耐磨材料，使用壽命長(zhǎng)，磨損后易于跟換。能刮掉雜質(zhì)防止雜質(zhì)嵌入密封圈。 圖3.9 采用浮動(dòng)型導(dǎo)向環(huán) 用高強(qiáng)度塑料（聚四氟乙烯)制的導(dǎo)向環(huán)帶狀坯料，裝在活塞外圓的矩形截面溝槽內(nèi)，側(cè)向保持有間隙，導(dǎo)向環(huán)可以在溝槽了移動(dòng)。 3.7.2 導(dǎo)向環(huán)尺寸確定 活塞用導(dǎo)向環(huán)的寬度b 可按進(jìn)行計(jì)算 式中：b—導(dǎo)向環(huán)寬度； —活塞最大徑向力； 根據(jù)分析知道，活塞在液壓缸中主要承受軸向力，徑向力較小。查閱《設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可知其大小可以近似的取軸向里的15%-20%。軸向力為480KN，所以徑向力為72KN-96KN。取90KN D—活塞外圓直徑160mm； —材料允許的表面承壓力，聚四氟乙烯為15MPa； K—安全系數(shù)取2； 經(jīng)計(jì)算并圓整取b=250mm 3.8 耳環(huán)尺寸的確定 桿用耳環(huán)安裝在活塞桿外端部，通常用螺紋連接。本文涉及的耳環(huán)為單耳環(huán)式帶軸套（軸套為圓柱體，材料為青銅）。耳環(huán)的銷孔一般用11H配合。缸筒用耳環(huán)與缸筒后端蓋做成一體，同樣采用帶球鉸軸套耳環(huán)。具體結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖3.10： 圖3.10 耳環(huán)的形式 a）不帶襯套單耳環(huán) b）帶襯套單耳環(huán) c）球鉸形單耳環(huán) d）、e）、f）鉸軸 根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)可確定帶襯套單耳環(huán)尺寸計(jì)算公式如下： ，，， ，取b=90mm 3.9 進(jìn)、出油口尺寸的確定 圖3.11 進(jìn)、出油口尺寸 液壓缸的進(jìn)、出油口布置在缸筒和后端蓋上面，并且采用螺紋的連接方式如圖3.10。由系統(tǒng)工作壓力25MPa查《新編液壓工程手冊(cè)》，油缸的工作速度為0.02m/s(前面已進(jìn)行了計(jì)算，在此不再累贅)。 所以流量 所以根據(jù)公式A=q/V,經(jīng)計(jì)算A=38.7mm。取EC=M40。 3.10 密封裝置的確定 密封裝置主要用來(lái)防止液壓油的泄漏。液壓缸因?yàn)槭且揽棵荛]油液容積的變化來(lái)傳遞動(dòng)力和速度，故密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工作性能。根據(jù)兩個(gè)需要密封的偶合面間有無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可把密封圈分為動(dòng)密封和靜密封兩類。設(shè)計(jì)或選用密封裝置的基本要求是：具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動(dòng)提高其密封性能，摩擦阻力小，密封件耐油性，抗腐蝕性好，使用壽命長(zhǎng)，使用的溫度范圍廣，制造簡(jiǎn)單，裝拆方便等。通常液壓缸的密封有間隙密封、活塞環(huán)密封、Ｏ型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方式來(lái)防止漏油。此次密封的選擇在活塞桿設(shè)計(jì)中已經(jīng)介紹過(guò)，此處不再贅述。 圖3.12 密封裝置 (a)間隙密封(b)摩擦環(huán)密封(c)○形圈密封(d)V形圈密封 液壓缸中常見(jiàn)的密封裝置如上圖3.14所示。圖3.12(a)所示為間隙密封，它依靠運(yùn)動(dòng)間的微小間隙來(lái)防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細(xì)小的環(huán)形槽，以增大油液通過(guò)間隙時(shí)的阻力。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無(wú)法恢復(fù)原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的缸筒和活塞間使用。圖3.12(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在O形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖3.12(c)、圖3.12(d)所示為 密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動(dòng)配合面之間來(lái)防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。 對(duì)于活塞桿外伸部分來(lái)說(shuō)，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向活塞桿外伸的一端。 3.11 排氣裝置的確定 液壓缸中如果有殘留空氣，將引起活塞低速運(yùn)動(dòng)時(shí)爬行和振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲和發(fā)熱，甚至使整個(gè)系統(tǒng)不能正常工。因此在設(shè)計(jì)和安裝液壓缸時(shí)，要保證能及時(shí)排出殘留在缸內(nèi)的空氣。一般利空氣密度小的特點(diǎn)，在液壓缸內(nèi)腔的最高部位設(shè)置進(jìn)、出油口；對(duì)于要求較高的液壓缸還要安裝排氣閥。 圖3.13 排氣裝置的形式 排氣裝置的形式和結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.13，一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞（圖c、e）由螺紋與缸筒或端蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣裝置簡(jiǎn)單方便，但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，會(huì)造成外泄漏。組合排氣塞一般由螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動(dòng)下脫離密封面而排出空氣。錐閥可以采用圖a所示的錐面密封，也可以采用圖b所示的錐面密封，還可以采用圖g所示的鋼珠密封。后兩種排氣密封形式對(duì)高壓缸比較適用。 3.12 緩沖裝置的確定 一般的液壓缸可不考慮緩沖裝置。但當(dāng)液壓缸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量較大的工作機(jī)構(gòu)作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防比活塞在行程終點(diǎn)處與缸蓋或缸底碰撞產(chǎn)生沖擊和噪聲，甚至造成液壓缸、油管和閥類元件損壞，常在液壓缸內(nèi)設(shè)有緩沖裝置。 液壓缸緩沖都是利用油液的節(jié)流作用實(shí)現(xiàn)的，形式很多，常用的有間隙緩沖裝置和閥式緩沖裝置。圖3.14所示為利用間隙緩沖裝置的液壓缸。當(dāng)活塞將近行程終點(diǎn)時(shí)，活塞桿端部的排油只能通過(guò)柱塞與導(dǎo)向孔形成的環(huán)形間隙流出。由于環(huán)形間隙的節(jié)流作用使回油腔的壓力迅速升高，從而對(duì)活塞產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)力，減緩活塞的運(yùn)動(dòng)速度以免活塞撞擊缸底。 間隙緩沖裝置的緩沖作用與徑向間隙的大小有關(guān)，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。通常取(d＝0.5~0.8mm)。徑向間隙過(guò)大，不起緩沖作用，過(guò)小則緩沖效果不理想。 圖3.14 液壓缸間隙緩沖裝置 本油缸采用環(huán)形縫隙節(jié)流的緩沖裝置。當(dāng)柱塞進(jìn)入與其相配的缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，孔中的液壓油只能通過(guò)間隙排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故隨著活塞運(yùn)動(dòng)速度的降低，起緩沖作用。緩沖圈厚度為40mm。 第4章 主要零件的校核 4.1 活塞桿的校核 4.1.1 活塞桿拉伸強(qiáng)度的校核 驗(yàn)算活塞桿的壓縮拉伸強(qiáng)度公式為 式中：d—活塞桿直徑，前面已確定125mm； d1—活塞桿內(nèi)徑，前面已初步確定70mm； F—變幅缸最大推力； 為活塞材料的許用應(yīng)力， —活塞桿材料的屈服強(qiáng)度； n—安全系數(shù)，取2； 活塞桿為空心桿，材料選用20號(hào)鋼，=400Mpa； 所以 顯然活塞桿直徑和內(nèi)徑滿足要求。 4.1.2 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，它所承受的軸向力不能超過(guò)使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長(zhǎng)度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。表4-1液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值，表4-2 f、a、ψ1的值，對(duì)支承方式的不同其末端系數(shù)的取值也將不同。 表4-1液壓缸支承方式和末端系數(shù)ψ2的值 支承方式 末端系數(shù)ψ2 一端自由，一端固定 1/4 兩端鉸接 1 一端鉸接，一端固定 2 兩端固定 4 表4-2 、α、ψ1的值 材料 ×108N/m2 α ψ1 鑄鐵 5.6 80 鍛鋼 2.5 110 軟鋼 3.4 90 硬鋼 4.9 85 活塞通常是細(xì)長(zhǎng)桿體，因此活塞桿的彎曲計(jì)算可按“歐拉公式”進(jìn)行。 活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷KF ，可按下式計(jì)算: 式中：E—活塞桿彈性模量，碳素鋼一般取200GPa； J—活塞桿橫截面慣性矩 K—安裝及導(dǎo)向系數(shù)K=1； —安裝距； 在彎曲失穩(wěn)臨界負(fù)荷時(shí)，活塞桿將縱向彎曲。因此活塞桿最大工作負(fù)荷F應(yīng)按下式驗(yàn)證： 式中：F—活塞桿的最大推力； —安全系數(shù)取3.5； 顯然選取的活塞桿徑和材料滿足要求。 4.2 缸筒的校核 4.2.1 缸筒內(nèi)徑D的校核 液壓缸負(fù)載率為實(shí)際使用推力與理論額定推力的比值： 值是以衡量液壓缸在工作時(shí)負(fù)載，其取值范圍在中，故選取的缸徑和液壓缸額定壓力合格。 4.2.2 缸筒壁厚δ的校核 計(jì)算求得的壁厚δ值后，應(yīng)滿足以下四點(diǎn)要求，以保證液壓缸的安全的工作： （1）液壓缸額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全: 式中：—液壓缸額定壓力25MPa； —缸筒材料的屈服強(qiáng)度400MPa； —液壓缸筒直徑為200mm； —液壓缸直徑160mm。 （2）為了避免缸筒在移動(dòng)時(shí)發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應(yīng)與塑性變形有一定的比例范圍： 式中：—缸筒發(fā)生完全塑性變形時(shí)的壓力（MPa）； 將數(shù)值代入上式得： 缸筒壁厚δ顯然滿足。 （3）缸筒徑向變形值應(yīng)在允許范圍內(nèi)，而不應(yīng)超出密封件允許范圍：