本科生畢業(yè)論文題 目 縱置飼草收獲機(jī)料倉設(shè)計(jì) 系 別 班 級 姓 名 學(xué) 號 答辯時(shí)間 年 月 學(xué)院目 錄第 1 章 緒論 .31.1 課題研究的目的 .31.2 本課題研究的背景、目的和意義 31.3 任務(wù)要求 3第 2 章 料倉總體的設(shè)計(jì) .5第 3 章 縱置飼草收獲機(jī)料倉機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .73.1 料倉尾部參數(shù) 73.2 料倉尺寸設(shè)計(jì) 73.3 設(shè)計(jì)尺寸 93.4 受力分析 93.5 液壓原理圖 113.6 攪龍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 123.7 蛟龍螺旋的參數(shù)設(shè)計(jì) 14第 4 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 .154.1 液壓缸的設(shè)計(jì) 154.2 活塞的設(shè)計(jì) 194.3 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 194.4 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 214.5 缸體長度的確定 224.6 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 224.7 排氣裝置 224.8 密封件的選用 244.9 防塵圈 254.10 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 25第 5 章 液壓泵的參數(shù)計(jì)算 .27第 6 章 電動(dòng)機(jī)的選擇 .28第 7 章 液壓元件的選擇 .307.1 液壓閥及過濾器的選擇 307.2 油管的選擇 317.3 油箱容積的確定 31第 8 章 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 .328.1 壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 328.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱和溫升驗(yàn)算 34總結(jié) .35參考文獻(xiàn) .36致謝371縱置飼草收獲機(jī)料倉設(shè)計(jì)*** 指導(dǎo)教師：***摘 要:隨著我國農(nóng)業(yè)研和產(chǎn)業(yè)開發(fā)的發(fā)展，收獲機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越高。目前我國大中型收獲機(jī)技術(shù)比較成熟，本文設(shè)計(jì)了一種縱置飼草收獲機(jī)料倉，該縱置飼草收獲機(jī)料倉由拖拉機(jī)牽引，設(shè)計(jì)確定了工作部件的關(guān)鍵參數(shù),最后對關(guān)鍵部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，各部件均能滿足要求。本液壓系統(tǒng)以傳遞動(dòng)力為主，保證足夠的動(dòng)力是其基本要求。另外，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、可維護(hù)性、安全性及效率。其中穩(wěn)定是指系統(tǒng)工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性(如環(huán)境溫度對油液的影響等因素)。可靠性是指系統(tǒng)不因意外的原因而無法工作(如油管破裂、無電等情況)?？删S護(hù)性是指系統(tǒng)盡可能簡單，元件盡可能選標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)上盡可能使維護(hù)方便．安全性是指不因液壓系統(tǒng)的故障導(dǎo)致后車廂蓋的其它事故．效率是指液壓系統(tǒng)的各種能量損失盡可能的小。上述要求中，除滿足系統(tǒng)的動(dòng)力要求外，最重要的是保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)，升降機(jī)構(gòu),料倉2Longitudinal Forage Harvester Hopper Designxxx Tutor：***Abstract：With the development of China's agricultural research and industrial development, the harvester position in agricultural production is increasing. At present, China and medium-sized harvester technology is relatively mature, the paper designed a longitudinal forage harvester hopper, the longitudinal forage harvester hopper by a tractor, designed to determine the key parameters of working parts, the last key component strength check carried out, the components can meet the requirements.The hydraulic system to transmit power mainly to ensure sufficient power is the basic requirement. Also, consider the stability, reliability, maintainability, safety and efficiency of the system. Wherein the stabilizing means smooth motion stability of the system at work and performance of the system (such as environmental factors on the oil temperature, etc.). Reliability refers to a system not because of unexpected reasons are unable to work (such as pipeline rupture, no electricity, etc.). Maintainability refers to the system as simple as possible, the element selected as standard, as far as possible on the structure and easy maintenance. Security refers to other accidents due to failure of the hydraulic system does not lead to the rear compartment lid. Efficiency refers to the different losses of the hydraulic system as small as possible. The above requirements, in addition to meet the power requirements of the system, the most important thing is to ensure the safety and reliability of the system.Keywords: hydraulic system, lifting mechanism, silos3第 1 章 緒論1.1 課題研究的目的國的農(nóng)業(yè)機(jī)械相對于發(fā)達(dá)國家還比較落后。其他發(fā)達(dá)國家在早期的美國和20世紀(jì)，20世紀(jì)70年代，以實(shí)現(xiàn)在20世紀(jì)90年代的全面機(jī)械化，土地管理的積極的規(guī)模，和實(shí)施替代機(jī)械力的人力和畜力它開始推廣，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備水平得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)工人或超過產(chǎn)業(yè)工人更加接近。然而，在以家庭為單位實(shí)施的小規(guī)模農(nóng)戶，沒有在推廣和應(yīng)用了一定程度的農(nóng)業(yè)機(jī)械，但仍有，人類，動(dòng)物，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)仍占主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)國際年鑒，占中國的中值平均經(jīng)濟(jì)活動(dòng)人口的0.7％，是美國，占世界平均水平的44.1％，占0.2公頃的耕地，每千化肥比一般亞洲略高的64.6噸，但是，只有67.5的世界平均普通美國人的1.2％個(gè)百分點(diǎn)。但增加了每年，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的科學(xué)和技術(shù)的應(yīng)用，但應(yīng)用程序的寬度和深度就足夠了。在這種形式下，我們要提高我國農(nóng)業(yè)水平，就要實(shí)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化，但對于我國小規(guī)模經(jīng)營的現(xiàn)狀，實(shí)施大型播種機(jī)械難度很大。因此本課題設(shè)計(jì)出的小型玉米播種機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、功率消耗小、體積小等特點(diǎn)，對推廣農(nóng)業(yè)機(jī)械化相當(dāng)有利。1.2 本課題研究的背景、目的和意義食物是增加糧食生產(chǎn)的最基本的戰(zhàn)略物資，糧食安全維護(hù)國家的社會穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，預(yù)設(shè)公眾健康，通過確保安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展是自給自足的最基本的手段，以維持人類社會的生存和發(fā)展，另外，農(nóng)業(yè)科技的主要任務(wù)。機(jī)械化水平是衡量農(nóng)村、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，是確保提高農(nóng)村生產(chǎn)力，促進(jìn)更多的勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，徹底改變傳統(tǒng)的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)耕作方式的前提和依據(jù)。因此，社會主義新農(nóng)村建設(shè)繼續(xù)增加，在農(nóng)村地區(qū)，以加強(qiáng)支持機(jī)械化水平的努力，中央農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展也逐漸增多。中國也對農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了強(qiáng)勁的需求對于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度， “高產(chǎn)，高效，優(yōu)質(zhì)，安全，它已經(jīng)進(jìn)入”一個(gè)新的階段。1.3 任務(wù)要求1.需完成工作部件的全部零件的繪制，以及部件裝配體的繪制；以小組為單位完成整機(jī)裝配圖2.畫出料倉的三維裝配圖以及各個(gè)零件三維圖3.出一張裝配圖的工程圖、20張零件圖（cad）符合正常的工程圖要求44.說明書要包含設(shè)計(jì)依據(jù)以及料倉的各個(gè)梁的強(qiáng)度校核 采用液壓缸反到計(jì)算需要的液壓力以及反倒糧倉的傾角保證飼草能完全倒出 必要時(shí)加裝絞龍輔助卸料說明書還要包括料倉的壁厚和強(qiáng)度容量都要符合要求.5第 2 章 料倉總體的設(shè)計(jì)料倉的結(jié)構(gòu)主義有側(cè)板，前板、底板、后板、改變、方鋼、加強(qiáng)板經(jīng)過焊接或者緊固件進(jìn)行連接，通過具體的實(shí)際測量，繪制草圖如下圖2-2：圖2-1 料倉實(shí)物圖圖2-2 料倉草圖6通過運(yùn)用 SOLIDWORKS 三維軟件進(jìn)行三維建模，可以畫出如描圖所表的設(shè)計(jì)三維圖。圖2-3 料倉三維圖7第 3 章 縱置飼草收獲機(jī)料倉機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 料倉尾部參數(shù)如下圖 3-1：圖 3-1 料倉參數(shù)3.2 料倉尺寸設(shè)計(jì)假設(shè)料倉高度為 420mm，取 L1＝315mm，L 2＝171mm，A 、E 兩點(diǎn)高度差為H3＝103mm，料倉外觀厚度 H0＝100mm。8圖 3-2 油缸尺寸及安裝位置由圖 3-2 可知，料倉在過程中，傳動(dòng)角 γ 先增大后減小，故其最小值于起始或終止位置處取得。根據(jù)設(shè)計(jì)要求需使 γ≥40°，當(dāng)料倉位于最高位置時(shí)，H2≤（L 1+L2）cotγ min=300(mm) ①當(dāng)料倉位于起始位置時(shí)，tanγ= 0212012 )()(HL??＝ ≥tan38°=0.62 ②94)()0(2222H由①、②得 475≤H 2≤715，故取 H2＝600mm.長度 lAC=600/cos45°=848(mm)。當(dāng)料倉位于起始位置時(shí)，傳動(dòng)角γ＝arctan 0212012 )()(L??＝arctan =65°≥40°694)1()(6022 ?9當(dāng)料倉位于終止位置時(shí)，由 L1+L2＝H2 知傳動(dòng)角 γ＝45°≥40°，滿足設(shè)計(jì)要求。3.3 設(shè)計(jì)尺寸取 lAG=2lAC/3=566mm，則缸 1 的本體長度（即活塞桿合攏時(shí)長度）最小值為L1= ＝????57.3cos232HlAGAG ????57.3cos105621062＝543.0(mm)缸 1 的行程為x1= ???????? 57.3cos2135cos232323 Hllll AGAGAGAG= ?? .106150660560=137(mm)2 的本體長度為L2＝ ＝ ＝848（mm）212)(LH?260?2 的行程為x2= 21202120 )()()( LH??= 67???=141(mm)根據(jù)液壓缸的本體長度、行程及市場常見規(guī)格取缸體直徑為 800mm，活塞桿直徑為 30mm。3.4 受力分析料倉受力圖如圖所示：圖 3-3 料倉受力圖10料倉受力分析受力方程式： （料倉重力 =1930N）??????0DywCyCxFWwW缸活塞桿 EG 受力圖如圖 3-4 所示：圖 3-4 缸活塞桿受力分析受力方程式： （活塞桿重力 =20N）?????0GyExFjW連桿由桿 AC、A′C′、FF′組成，桿 FF′只起連接、支撐作用，為次要構(gòu)件，無需做受力分析，而 AC、A′C′兩桿因具有對稱性，受力情況相同，故只取桿 AC 進(jìn)行受力分析，其等效受力圖如圖 6-4 所示：圖 3-5 連桿受力分析受力方程式： （連桿重力 =170N）???????021CylGyAyAxCxFWFlW由兩個(gè)的對稱分布可知，其活塞桿受力情況相同，現(xiàn)只取活塞桿 BD 進(jìn)行受力分析，其受力圖如圖 3-6 所示：11圖 3-6 活塞桿受力分析受力方程式： （活塞桿重力 =26N）?????0DyjByxFWjW從以上分析可以看出，缸活塞桿在貨物至最高點(diǎn)時(shí)受力最大，為 47476.2N；活塞桿也在貨物到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)受力最大，為 32350.3N；連桿也在貨物到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)受力最大，為 53350.8N。因以上三桿橫截面積相同，均為，)(86.7043222mdA????最大拉伸應(yīng)力，)(4.586.70maxa MPaF?盡管部分構(gòu)件所受應(yīng)力較大，但仍在較常用的鋼材許用應(yīng)力范圍之內(nèi)。因此，各桿受力合理，滿足設(shè)計(jì)要求。3.5 液壓原理圖12圖 3-7 液壓原理圖1.油箱 2.液面計(jì) 3.空氣濾清器 4.油濾 5.泵 6.電機(jī)7.組合閥 8.換向閥 10.油缸 3.6 攪龍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蛟龍螺旋推運(yùn)器由兩端的螺旋葉片和伸縮撥指兩部分組成。螺旋將割下的谷物沿軸向推向伸縮撥指，撥指將谷物流轉(zhuǎn)過 90o 縱向送入傾斜輸送器，由輸送齒耙將谷物喂入滾筒，其結(jié)構(gòu)如（圖 3-8）所示。13圖 3-8 螺旋推運(yùn)器1、傳動(dòng)軸 2、傳動(dòng)盤 3、滾筒 4、葉片 5、固定擋盤6、深溝球軸承 7、軸套 8、撥指 9、撥指座套 10、偏心銷軸11、檢視蓋 12、攪龍短軸 13、撥指調(diào)節(jié)板為了提高喂入均勻性，螺旋 4 有一小部分伸入到撥指區(qū)域內(nèi)。撥指部分是一個(gè)可以拆開的圓筒，撥指軸 10 剛性地安裝在螺旋推運(yùn)器軸的懸臂 6 上；撥指的另一端插入裝在螺旋推運(yùn)器外殼上的套筒中。工作時(shí)，軸 12 是固定不動(dòng)的，傳動(dòng)軸 1 帶動(dòng)螺旋推運(yùn)器旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾筒帶動(dòng)撥指 8 繞軸 10 旋轉(zhuǎn)，由于軸 10 配置在螺旋推運(yùn)器的前下方，所以撥指除了旋轉(zhuǎn)外還沿滾筒外沿滑動(dòng)；轉(zhuǎn)至前下方時(shí)從殼中伸出抓取谷物，而轉(zhuǎn)至后上方時(shí)縮回殼中。為了使谷物輸送工作在螺旋輸送器、伸縮撥指機(jī)構(gòu)和輸送槽等三者銜接的地方交接好，螺旋葉片應(yīng)延伸進(jìn)槽口約 30-50 毫米，否則會出現(xiàn)部分谷物掛在蛟龍與輸送槽連接的轉(zhuǎn)角處，以致影響谷物連續(xù)輸送。由于輸送槽位置所限，蛟龍攪龍以伸縮撥指為界，分成左右兩段。左右兩部分螺旋方向相反。因右端部分很短，所以用兩塊導(dǎo)向葉片完成輸送工作。為了使蛟龍攪龍順利輸送谷物，攪龍與蛟龍框架應(yīng)有合理的配合關(guān)系。若底隙過大，則要等到谷物積得夠厚后螺旋葉片才能把它推撥到，過小則會增加輸送阻力，嚴(yán)重時(shí)還會堵塞死攪龍，葉片與底板的最小間隙，打、中型機(jī)取 15-20 毫米，小型機(jī)取8-10 毫米。攪龍葉片與后擋板的間隙過大會造成回草現(xiàn)象，過小也會塞死攪龍，通常后側(cè)間隙，打、中型機(jī)取 25-30 毫米，小型機(jī)取 15-20 毫米。一般說這兩個(gè)間隙應(yīng)根14據(jù)割幅大小不同而定，割幅大的，間隙要大，小的可以小些。收割的時(shí)候，情況是在不斷變化的，有時(shí)禾層的厚度會變化，禾層會突然增厚，為了適應(yīng)這一情況，蛟龍攪龍通常做成浮動(dòng)式，即靠近輸送槽一端做成浮動(dòng)式，另一端則采用圓柱孔調(diào)心球軸承固定。3.7 蛟龍螺旋的參數(shù)設(shè)計(jì)蛟龍螺旋的主要參數(shù)有螺旋角、內(nèi)徑、外徑、螺距和轉(zhuǎn)速等。3.7.1 螺旋角 α在同樣條件下，螺旋角大，生產(chǎn)率高，但工作費(fèi)力；螺旋角小，則生產(chǎn)率低，但工作省力。若螺旋角太大時(shí)甚至不能工作，一般取 α=20°。3.7.2 內(nèi)徑 d 外徑 D 轉(zhuǎn)速 n 螺距 S查詢《農(nóng)機(jī)手冊》 ，得到廣東農(nóng)林學(xué)院經(jīng)過多次對比試驗(yàn)得出的參考數(shù)據(jù)：內(nèi)徑 d = 230mm外徑 D = 340-350mm轉(zhuǎn)速 n = 170-220r/min螺距 s = 240-320mm又根據(jù)工作要求外徑盡量選大，因此選取外徑 D = 350mm；考慮到配套拖拉機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速 540r/min，為使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單設(shè)計(jì)攪龍轉(zhuǎn)速 180r/min；至于螺距的配置，以撥指為界，撥指左端螺距選擇 300mm， 右端距離較短，采用起點(diǎn)相隔 180 度的兩段導(dǎo)向葉片，螺距為 320mm。15第 4 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算基本參數(shù)是料倉升降料倉的基本技術(shù)數(shù)據(jù)，是根據(jù)料倉的用途及結(jié)構(gòu)類型來確定的，它反映了車載料倉工作能力及特點(diǎn)，也基本上上確定了料倉的輪廓尺寸及本體總質(zhì)量等。4.1 液壓缸的設(shè)計(jì)由于液壓缸的行程為 400mm,液壓缸采用缸徑較大，能提供很大載荷作用下的力，同時(shí)能夠滿足靠重力回落和撤收的要求。并且工作過程為快進(jìn)→工進(jìn)→快退三個(gè)過程的工作循環(huán)。液壓缸的機(jī)械效率 95.0m??由上節(jié)得到 缸活塞桿在貨物至最高點(diǎn)時(shí)受力最大，為 47476.2N；活塞桿也在貨物到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)受力最大，為 32350.3N；工進(jìn)時(shí)候的負(fù)載是最大的，1.工作壓力 P=5.1Mpa2.液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算D= ×10-3ηπ PF4=0.101.5m=101.5mm查《液壓傳動(dòng)與控制手冊》經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理 D=100mm。表 4-1 液壓缸內(nèi)徑系列 mm8 101216202532405063801001251602002503204005003.液壓缸缸體厚度計(jì)算缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為 20、25、35、45 號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中 45 號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用 45 號鋼作為缸體的材料。][2??DPy?16式中， ——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力 Pn 5.1MPa 時(shí)，Py=1.5Pn，當(dāng)Py ?Pn 16MPa 時(shí)，Py=1.25Pn。?[ ]——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm 。[ ]= ， 為材料的抗拉強(qiáng)度。?2?nb注：1.額定壓力 Pn額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=5.1MPa2.最高允許壓力 PmaxPmax 1.5Pn=1.25 5.1=6.375MPa??液壓缸缸筒材料采用 45 鋼，則抗拉強(qiáng)度： σb=600MPa安全系數(shù) n 按《液壓傳動(dòng)與控制手冊》P243 表 2—10，取 n=5。則許用應(yīng)力[ ]= =120MPa?bσ][2?DPy?= 10375.6?=2.66mm,滿足 。所以液壓缸厚度取 5mm。??D??則液壓缸缸體外徑為 110mm。4.液壓缸長度的確定液壓缸長度 L 根據(jù)工作部件的行程長度確定。5. 活塞桿直徑的設(shè)計(jì)查《液壓傳動(dòng)與控制手冊》根據(jù)桿徑比 d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取 d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，一般選取 d/D=0.5-0.7。本設(shè)計(jì)我選擇d/D=0.7，即 d=0.7D=0.7×100=70mm。表 4.2 活塞桿直徑系列4 5 6 8 1012141618202 2 2 3 3 4 4 5 5 6172 5 8 2 6 0 5 0 6 3708090100110125140160180200220250280320360400故取 d=70mm。2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算：56mm （4-4）mF150.18374][d6??????式中 ————許用應(yīng)力； （Q235 鋼的抗拉強(qiáng)度為][ MPa8n][b375-500MPa，取 400MPa，為位安全系數(shù)取 5，即活塞桿的強(qiáng)度適中）3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。4.活塞桿的密封與防塵活塞桿的密封形式有 Y 形密封圈、U 形夾織物密封圈、O 形密封圈、V 形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時(shí)，防塵圈與活塞桿的配合可按 H9/f9 選取。薄鋼片厚度為 0.5mm。為方便設(shè)計(jì)和維護(hù)，本方案選擇 O 型密封圈。液壓缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定，并參照表 4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表 4-4 中的 a、b、c 選用。表 4-4（ a）液壓缸行程系列（GB 2349-80） [6]25 50 80 100 125 160 200 250 320 400500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000表 4-4（ b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80） [6]40 63 90 110 140 180220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 18002200 2800 360018表 4-4（ c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80） [6]240 260 300 340 380 420 480 530 600 650750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 21002400 2600 3000 3400 38004.液壓缸缸體厚度計(jì)算缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為 20、25、35、45 號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中 45 號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用 45 號鋼作為缸體的材料。][2??DPy?式中， ——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力 Pn 5.1MPa 時(shí)，Py=1.5Pn，當(dāng)?Pn 16MPa 時(shí)，Py=1.25Pn。?[ ]——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm 。[ ]= ， 為材料的抗拉強(qiáng)度。?2?nb注：1.額定壓力 Pn額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=15.1MPa2.最高允許壓力 PmaxPmax 1.5Pn=1.25 15.3=19.125MPa??液壓缸缸筒材料采用 45 鋼，則抗拉強(qiáng)度： σb=600MPa安全系數(shù) n 按《液壓傳動(dòng)與控制手冊》P243 表 2—10，取 n=5。則許用應(yīng)力[ ]= =120MPa?bσ][2?DPy?= 10375.6?=2.66mm,滿足 。所以液壓缸厚度取 5mm。??D??則液壓缸缸體外徑為 73mm。193.液壓缸長度的確定液壓缸長度 L 根據(jù)工作部件的行程長度確定。從制造上考慮，一般液壓缸的長度L 不會大于液壓缸直徑的 20 到 30 倍。4.2 活塞的設(shè)計(jì)由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能?；钊c缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封） 、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長的活塞密封） 、密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括 O 形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù)小，安裝空間?。?、Y 形密封圈（用在 20Mpa 壓力下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸密封） 、 形密xY封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代 Y 形密封圈） 、V 形密封圈（可用于50Mpa 壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大） 。綜合以上因素，考慮選用 O 型密封圈。4.3 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.最小導(dǎo)向長度 H 的確定當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度 [1]。如果導(dǎo)向長度過短，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)液壓缸最大行程為 L,缸筒直徑為 D 時(shí),最小導(dǎo)向長度為:（4-5）20LH??一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度 A，在缸徑小于 80mm 時(shí)取 A=(0.6~1.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm 時(shí)取 A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾?B 取 B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長度 H 不夠時(shí),可在活塞桿上增加一個(gè)導(dǎo)向套 K(見圖 4-1)來增加 H 值。隔套 K 的寬度 。)21BAC???（20圖 4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長度 [1]因此:最小導(dǎo)向長度 ，取 H=9cm；7cm2104(20????DLH）導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度 A= cm8.6.58?活塞寬度 B= 7c9.0隔套 K 的寬度 3c.1)]2.74(19[)21???????BAC（2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。1）普通導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤滑作用和張開密封圈唇邊而起密封作用 [6]。2）易拆導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當(dāng)導(dǎo)向套和密封圈磨損而需要更換時(shí)，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進(jìn)行，維修十分方便。它適用于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導(dǎo)向套和密封圈而又不允許拆卸液壓缸的情況下。3）球面導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套的外球面與端蓋接觸，當(dāng)活塞桿受一偏心負(fù)載而引起方向傾斜時(shí)，導(dǎo)向套可以自動(dòng)調(diào)位，使導(dǎo)向套軸線始終與運(yùn)動(dòng)方向一致，不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導(dǎo)向套的內(nèi)孔磨損也比較均勻。4）靜壓導(dǎo)向套 活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率高、速度快、振動(dòng)大的液壓缸，可以采用靜壓導(dǎo)向套。由于活塞桿與導(dǎo)向套之間有壓力油膜，它們之間不存在直接接觸，而是在壓力油中浮動(dòng)，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動(dòng)、同軸度高，但制21造復(fù)雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。4.4 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)的不好容易損壞。1.端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算端蓋厚 h 為： ][)-3p(1??cpdD?式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm；P——液壓力， ；2kgf/m——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；cpd——材料的許用應(yīng)力， 。][?2f/c2.缸底的設(shè)計(jì)缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。3.端蓋的結(jié)構(gòu)端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向，密封和防塵等問題 [6]。缸體端部的連接形式有以下幾種：A．焊接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式液壓缸。B．螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點(diǎn)是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭曲。C．法蘭連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗。D．拉桿連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。E．半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點(diǎn)是質(zhì)量比拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚。內(nèi)半環(huán)連22接的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時(shí)端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被進(jìn)油口邊緣擦傷。F．鋼絲連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小。4.5 缸體長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度 [1]。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的 20~30 倍。取系數(shù)為 5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。4.6 緩沖裝置的設(shè)計(jì)液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)具有很大的動(dòng)量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時(shí)，會引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴(yán)重影響液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動(dòng)速度在 6m/min 以下時(shí)，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動(dòng)速度在 12m/min 以上時(shí)，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中，動(dòng)力滑臺的最大速度為 4m/min,因此沒有必要設(shè)計(jì)緩沖裝置。4.7 排氣裝置如果排氣裝置設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置排氣裝置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)仍會存在空氣 [6]。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性,會造成液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響液壓缸的正常工作。比如液壓導(dǎo)軌磨床在加工過程中，這不僅會影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會損壞砂輪和磨頭等機(jī)構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓缸上設(shè)置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力油輕，總是向上浮動(dòng)，因此水平安裝的液壓缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方。一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖 4-2（a）所示。23表 4-2 排氣閥（塞）尺寸 [6]閥座 閥桿 孔dc 12D 1l23l1Ls4dl52L3d4M166 11619.29 3 2 3117108.53 484~623M20x28 14725.4114 3 392213114 594~828圖 4-2 (a) 整體排氣孔 圖 4-2（ b） 組合排氣孔圖 4-2（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡單、方便，但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。組合排氣塞24如圖 4-2（b）所示，一般由絡(luò)螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在壓力的推動(dòng)下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見 4-2（c）以及表 4-2（d） 。圖 4-2（d） 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸4.8 密封件的選用1.對密封件的要求液壓缸工作中要求達(dá)到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)，正確地選擇密封件、導(dǎo)向套（支承環(huán)）和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的。從現(xiàn)在密封技術(shù)來分析，液壓缸的活塞和活塞桿及密封、導(dǎo)向套和防塵等應(yīng)作為一個(gè)綜合的密封系統(tǒng)來考慮，具有可靠的密封系統(tǒng)，才能式液壓缸具有良好的工作狀態(tài)和理想的使用壽命。在液壓元件中，對液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊材料液壓缸，如擺動(dòng)液壓缸等。液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動(dòng)密封，而且工作壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度適應(yīng)范圍大，要求彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝卸，能隨壓力的升高而提高密封能力和利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。密封件一般以斷面形狀分類。有 O 形、U 形、V 形、J 形、L 形和 Y 形等。除 O 形外，其他都屬于唇形密封件。2.O 形密封圈的選用液壓缸的靜密封部位主要是活塞內(nèi)孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內(nèi)孔、缸蓋與缸體端面等處 [6]。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外，就會引起過量的內(nèi)漏和外漏。25靜密封部位使用的密封件基本上都是 O 形密封圈。O 形密封圈雖小，確實(shí)一種精密的橡膠制品，在復(fù)雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性能。在設(shè)計(jì)選用時(shí)，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護(hù)措施，才能達(dá)到較滿意的密封效果。安裝 O 形圈的溝槽有多種形式，如矩形、三角形、V 形、燕尾形、半圓形、斜底形等，可根據(jù)不同使用條件選擇，不能一概而論。使用最多的溝槽是矩形，其加工簡便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。3.動(dòng)密封部位密封圈的選用液壓缸動(dòng)密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支承座（導(dǎo)向套）的密封等。形密封圈是我國液壓缸行業(yè)使用極其廣泛的往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封圈。它是一種軸、孔xY互不通用的密封圈。一般，使用壓力低于 16MPa 時(shí)，可不用擋圈而單獨(dú)使用。當(dāng)超過16MPa 并用于活塞動(dòng)密封裝置時(shí)，應(yīng)使用擋圈，以防止間隙“擠出” 。4.9 防塵圈防塵圈設(shè)置與活塞桿或柱塞密封外側(cè)，用于防止外界塵埃、沙粒等異物侵入液壓缸，從而可以防止液壓油被污染導(dǎo)致元件磨損。1.防塵圈A 型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈，適于在 A 型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵作用。B 型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈，適于在 B 型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵作用。C 型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在 C 型結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵和輔助密封的作用。2.防塵罩防塵罩采用橡膠或尼龍、帆布等材料制作。在高溫工作時(shí)，可用氯丁橡膠，可在 130℃以下工作。如果溫度再高時(shí)，可用耐火石棉材料。當(dāng)選用防塵伸縮套時(shí)，要注意在高頻率動(dòng)作時(shí)的耐久性，同時(shí)注意在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)伸縮套透氣孔是否能及時(shí)導(dǎo)入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給液壓缸的裝配調(diào)整會帶來一些困難。264.10 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸近處有口的連接等。1.液壓缸的安裝形式液壓缸的安裝形式很多，但大致可以分為以下兩類。1）軸線固定類 這類安裝形式的液壓缸在工作時(shí)，軸線位置固定不變。機(jī)床上的液壓缸絕大多數(shù)是采用這種安裝形式。A 通用拉桿式。在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺釘將缸和安裝座連接拉緊。一般短行程、壓力低的液壓缸。B 法蘭式。用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。C 支座式。將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座固定在一起。支座可置于液壓缸左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。2）周線擺動(dòng)類 液壓缸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于機(jī)構(gòu)的相互作用使其軸線產(chǎn)生擺動(dòng)，達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求。安裝這類液壓缸，安裝形式也只能采用使其能擺動(dòng)的鉸接方式。工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、翻斗料倉和船舶甲板機(jī)械等所用的液壓缸多用這類安裝形式。A 耳軸式。將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機(jī)械的軸座內(nèi)，使液壓缸軸線能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。B 耳環(huán)式。將液壓缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，使液壓缸能在某個(gè)平面內(nèi)自由擺動(dòng)。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)，還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。C 球頭式。將液壓缸尾部的球頭與機(jī)械上的球座連接在一起，使液壓缸能在一定的空間錐角范圍內(nèi)任意擺動(dòng)。2.液壓缸油口設(shè)計(jì)油口孔是壓力油進(jìn)入液壓缸的直接通道，雖然只是一個(gè)孔，但不能輕視其作用 [6]。如果孔小了，不僅造成進(jìn)油時(shí)流量供不應(yīng)求，影響液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)速度，而且會造成回油時(shí)受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負(fù)載能力。對液壓缸往復(fù)速度要求較嚴(yán)的設(shè)計(jì)，一定要計(jì)算孔徑的大小。液壓缸的進(jìn)出油口，可以布置在缸筒和前后端蓋上。對于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)出油口可以設(shè)在活塞桿端部。如果液壓缸無專用排氣裝置，進(jìn)出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸27的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。液壓缸進(jìn)出油口的鏈接形式有螺紋、方形法蘭和矩形法蘭等。第 5 章 液壓泵的參數(shù)計(jì)算由表 4-6 可知工進(jìn)階段液壓缸壓力最大，若取進(jìn)油路總壓力損失 ，510pPa????壓力 繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差為 ，則液壓泵 最高工作壓力可按式算出：jp 510Pa?aap PP 4.6)4.36(551 ???????因此泵的額定壓力可取 1.25 46.3 Pa=58 Pa。rp??10?由表 4-6 可知，工進(jìn)時(shí)所需要流量最小是 0.24L/min，設(shè)溢流閥最小溢流量為2.5L/min，則小流量泵的流量應(yīng)為 ，快進(jìn)快min/76.2in/)5.24.(1 Lqp ??退時(shí)液壓缸所需的最大流量是 20.1L/min，則泵的總流量為；min/.2in/1.20Lqp???即大流量泵的流量 。in/35.19in/)76.21(Lqpp ????根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本，選用 YB-A26B 型的雙聯(lián)葉片泵，該泵額定壓力為 7MPa，額定轉(zhuǎn)速 1000r/min。