634522441畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）推鋼機(jī)液壓傳動(dòng)統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)推鋼機(jī)液壓傳動(dòng)-統(tǒng)設(shè)計(jì)系別：機(jī)械工程系專業(yè)：機(jī)電一體化 班級(jí)：機(jī)電09-1班學(xué)生姓名：韓凱旋 指導(dǎo)教師：陳公凱2011年11月11日摘要推鋼機(jī)是冶金軋鋼行業(yè)，爐前進(jìn)料的主要設(shè)備。它是在軋鋼生產(chǎn)線上將鋼坯推進(jìn)加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱的專用設(shè)備，推鋼機(jī)的種類很多，常見(jiàn)的有齒輪齒條式、絲杠螺母式。液壓式等，還有的推鋼機(jī)把齒輪條傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)相結(jié)合。形成了液壓齒條式。液壓推鋼機(jī)充分利用了液壓油缸和液壓系統(tǒng)的出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)作靈活、操作方便、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論是使用效果還是經(jīng)濟(jì)方面液壓推鋼機(jī)都優(yōu)于機(jī)械推鋼機(jī)。而且在使用和維護(hù)方面液壓式推鋼機(jī)都會(huì)有其很多優(yōu)勢(shì)比如說(shuō)機(jī)械式（齒

2、輪齒條）推鋼機(jī)制作成本及復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液壓推機(jī)，并且體積龐大笨重，噪音大，隨機(jī)控制性能差；維修方便；液壓推鋼機(jī)在推力上遠(yuǎn)高于機(jī)械式推鋼機(jī)：同樣功率的情況下兩者的推鋼能力要差好多倍；從生產(chǎn)成本上遠(yuǎn)低于機(jī)械推鋼機(jī)，液壓推鋼機(jī)如果設(shè)計(jì)成雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)可以在不停機(jī)情況下對(duì)需要維修的系統(tǒng)在線維修，機(jī)械推鋼機(jī)這方面就無(wú)能為力了。關(guān)鍵詞： 推鋼機(jī) 軋鋼生產(chǎn) 液壓系統(tǒng) 機(jī)械 目錄摘要i1、設(shè)計(jì)方案確定11.1 設(shè)計(jì)依據(jù)：11.2推鋼機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算32.1分析工況及設(shè)計(jì)要求，繪制液壓系統(tǒng)草圖32.2計(jì)算液壓缸的推力42.2.1確定液壓缸的外負(fù)載42.2.2確定系統(tǒng)的工作壓力52.3確定

3、液壓缸的幾何參數(shù)52.4確定液壓泵規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)52.4.1確定液壓泵規(guī)格52.4.2確定電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)：62.5確定各類控制閥及油管62.5.1溢流閥62.5.2換向閥62.5.3濾油器62.5.4壓力表72.5.5管道通徑與材料：72.6確定油箱容量與結(jié)構(gòu)72.7選擇液壓油83.液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算83.1液壓缸結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)83.2柱塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算83.2.1柱塞桿的長(zhǎng)度83.2.2 柱塞桿截面計(jì)算93.2.3柱塞桿加工要求93.2.4柱塞桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.3推鋼機(jī)推程計(jì)算103.4導(dǎo)向套設(shè)計(jì)與計(jì)算103.4.1導(dǎo)向套長(zhǎng)度計(jì)算103.4.2導(dǎo)向套厚度計(jì)算103.4.3導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4、113.5進(jìn)程缸缸體設(shè)計(jì)與計(jì)算113.5.1缸體長(zhǎng)度計(jì)算113.5.2缸體壁厚計(jì)算113.5.3缸筒頭部法蘭盤(pán)設(shè)計(jì)123.5.4缸體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)133.6缸體后蓋設(shè)計(jì)與計(jì)算143.6.1缸體后蓋厚度計(jì)算143.6.2缸體后蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)143.7缸體前蓋設(shè)計(jì)153.7.1液壓缸前蓋厚度計(jì)算153.7.2液壓缸前蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)164、液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算174.1柱塞桿的驗(yàn)算174.1.1柱塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算174.1.2 柱塞壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算174.2液壓缸蓋連接螺栓的計(jì)算選擇194.3液壓缸筒的強(qiáng)度驗(yàn)算204.4管路系統(tǒng)壓力損失的估算204.5壓力閥調(diào)整壓力的確定214.6系統(tǒng)熱平衡計(jì)算與油箱容積的驗(yàn)算215、閥及液

5、壓輔助元件的功能226、液壓缸的安裝、調(diào)試及故障診斷排除236.1液壓缸安裝注意事項(xiàng)236.3液壓缸的故障診斷及排除246.3.1液壓缸工作時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的原因及排除方法246.3.2液壓缸工作時(shí)產(chǎn)生牽引力不足或速度下降現(xiàn)象的原因及排除方法246.3.3推鋼機(jī)操作注意事項(xiàng)24設(shè)計(jì)總結(jié)251、設(shè)計(jì)方案確定1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)：推鋼機(jī)是冶金軋鋼行業(yè)，爐前進(jìn)料的主要設(shè)備。它是在軋鋼生產(chǎn)線上將鋼坯推進(jìn)加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱的專用設(shè)備，推鋼機(jī)的種類很多，常見(jiàn)的有齒輪齒條式、絲杠螺母式。液壓式等，還有的推鋼機(jī)把齒輪條傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)相結(jié)合。形成了液壓齒條式。他們各自有自身的特點(diǎn)，在不同的加熱爐上發(fā)揮著各自的作用。其中

6、絲杠螺母式和曲柄連桿式工作效率低，行程和推力較小，一般用于小型加熱爐，新上加熱爐一般很少采用；齒輪齒條式推鋼機(jī)通過(guò)齒輪齒條的嚙合傳動(dòng)把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條的直線運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)推桿進(jìn)行推鋼工作。其工作可靠，傳動(dòng)效率高。推力和行程大，但設(shè)備自身重量大。而液壓推鋼機(jī)充分利用了液壓油缸和液壓系統(tǒng)的出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)作靈活、操作方便、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論是使用效果還是經(jīng)濟(jì)方面液壓推鋼機(jī)都優(yōu)于機(jī)械推鋼機(jī)：1、機(jī)械式（齒輪齒條）推鋼機(jī)制作成本及復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液壓推機(jī)，并且體積龐大笨重，噪音大，隨機(jī)控制性能差；2、機(jī)械推鋼機(jī)維護(hù)要比液壓推鋼機(jī)麻煩，一但出現(xiàn)故障必須停機(jī)待修；3、維護(hù)工作量及維護(hù)成本遠(yuǎn)

7、遠(yuǎn)高于液壓推鋼機(jī)。4、液壓推鋼機(jī)在推力上遠(yuǎn)高于機(jī)械式推鋼機(jī)：同樣功率的情況下兩者的推鋼能力要差好多倍，如果同樣推動(dòng)250噸鋼坯，液壓推鋼機(jī)只需要250千瓦的驅(qū)動(dòng)功率即可滿足要求，但機(jī)械推鋼機(jī)要達(dá)到300千瓦以上的驅(qū)動(dòng)功率才能正常工作。5、從生產(chǎn)成本上遠(yuǎn)低于機(jī)械推鋼機(jī)，液壓推鋼機(jī)如果設(shè)計(jì)成雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)可以在不停機(jī)情況下對(duì)需要維修的系統(tǒng)在線維修，機(jī)械推鋼機(jī)這方面就無(wú)能為力了。目前液壓式推鋼機(jī)被廣泛地應(yīng)用在軋鋼生產(chǎn)爐前進(jìn)料。本方案選用液壓式推鋼機(jī)。液壓型推鋼機(jī)由液壓油缸、液壓泵站、平衡推桿及底座等組成。原始設(shè)計(jì)要求：推鋼機(jī)推動(dòng)鋼坯20塊，其中爐內(nèi)19塊，爐外1塊；鋼坯長(zhǎng)9m,寬1.1m,厚100mm

8、；推鋼機(jī)工作環(huán)境為高溫、高塵；推鋼機(jī)最大行程1.2m，推速4.8m/min, 回速7.2m/min,備用系數(shù)1.5。1.2推鋼機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)推鋼機(jī)整體外形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1-1所示圖 1.1柱塞式液壓推鋼機(jī)推鋼機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-2所示圖 1.2柱塞式液壓推鋼機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖液壓式推鋼機(jī)由液壓油缸、液壓泵站、平衡推桿及底座等組成。其主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、推力大、造價(jià)低，也可推進(jìn)雙排坯料。2、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1分析工況及設(shè)計(jì)要求，繪制液壓系統(tǒng)草圖 推鋼機(jī)工況由設(shè)計(jì)依據(jù)可知，壓缸動(dòng)作如下： 工進(jìn) 快退 按設(shè)計(jì)要求，希望系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，因?yàn)橄到y(tǒng)的功率較大，但工作不連續(xù)，所以決定采用定量泵、卸

9、荷式供油系統(tǒng)，考慮到工作時(shí)負(fù)載力大，速度平穩(wěn)，動(dòng)作單一，故采用單作用式柱塞液壓缸（一個(gè)進(jìn)程缸兩個(gè)回程缸并排放置）不調(diào)速，系統(tǒng)為一泵一執(zhí)行裝置故不設(shè)順序回路，采用一個(gè)溢流閥為系統(tǒng)保壓溢流，提高系統(tǒng)的可靠性，平穩(wěn)性。綜上考慮，繪制出圖2.1所示的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)草圖。系統(tǒng)中采用m型三位四通電液換向閥是為了使推鋼機(jī)原位停留時(shí)，液壓泵低壓卸荷，提高系統(tǒng)效率，降低油液發(fā)熱并使換向平穩(wěn)。圖 2.1推鋼機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)2.2計(jì)算液壓缸的推力2.2.1確定液壓缸的外負(fù)載f = fw +fm+ ff f 液壓缸的工作負(fù)載（n） fw 液壓缸軸線方向的外負(fù)載（n） fm 運(yùn)動(dòng)部件的慣性力（n） ff 動(dòng)部件的摩擦力（n

10、）鋼坯總質(zhì)量m =90.11.17.8510320=155.43103 kg鋼坯的密度7.85g/cm3=7.85103kg/m3有效負(fù)載力 fw = 鋼坯總質(zhì)量g摩擦系數(shù)儲(chǔ)備系數(shù)= 155.43103 9.80.51.5 = 1142.4110（n）總質(zhì)量m = 鋼坯總質(zhì)量+推鋼機(jī)推頭及柱塞質(zhì)量(估算)推鋼機(jī)推頭及柱塞質(zhì)量(估算) 0.5103 kg 慣性力fm = ma （按等加速處理）。 加速度a =（6/60-0）/0.5 = 0.2總質(zhì)量m = 155.43103 +(0.5103) = 155.93103 kg 慣性力fm = ma = 155.93100.2 = 31.18610

11、（n） 摩擦力由液壓缸的密封阻力與推鋼機(jī)推頭運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力組成。當(dāng)密封阻力按5有效作用力估算時(shí)，總的摩擦阻力：ff =0.05fw +fg =(0.051142.41103)+(0.80.51039.8)=57.1210+3.92103 = 61.04103 n ,其中摩擦系數(shù)f = 0.8, g = mg故總負(fù)載力 f = fw +fm+ ff =（1142.41+31.186+61.04）10= 1234.6410(n)2.2.2確定系統(tǒng)的工作壓力 按其工作負(fù)載來(lái)選定系統(tǒng)的壓力。 查設(shè)計(jì)手冊(cè)可以初定系統(tǒng)的壓力為 1016 mpa，為使液壓缸體積緊湊，可以取系統(tǒng)壓力為p16mpa2.3確定液

12、壓缸的幾何參數(shù) 液壓缸內(nèi)徑：由公式：a=f/p 得柱塞桿外徑， 3.14d2/4= 1234.64103/16 d = 313.53mm查設(shè)計(jì)手冊(cè)確定柱塞桿直徑d，再由d粗選液壓缸內(nèi)徑d?？紤]到液壓缸的結(jié)構(gòu)與制造的方便性，以及結(jié)構(gòu)與尺寸等因素，可取：d =320mm，d=330mm。2.4確定液壓泵規(guī)格和電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)2.4.1確定液壓泵規(guī)格（1）計(jì)算理論流量q=av q 液壓缸流量 a 液壓缸有效工作面積 v 液壓缸工作速度液壓缸最大流量： = 339.12l/min（2）確定液壓泵流量： 考慮到泄漏流量和溢流閥的溢流流量，可以取液壓泵流量為系統(tǒng)最大理論流量的1.11.3倍。現(xiàn)取1.2倍值

13、計(jì)算，則有 q泵 = 1.2q1 = 1.2339.12 = 407 l/min 根據(jù)液壓系統(tǒng)的流量選取液壓泵。本系統(tǒng)選用【3zdb-740】型中壓柱塞泵為系統(tǒng)的供油泵。其額定流量為457 lmin，額定壓力為16 mpa，額定轉(zhuǎn)速970 r/min, 泵的總效率= 0.9 。2.4.2確定電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)：（1）電動(dòng)機(jī)功率 p 泵的實(shí)際最大工作壓力q 泵的額定流量 泵的總效率電動(dòng)機(jī)功率kw 按3zdb-740型柱塞泵技術(shù)規(guī)格，查得的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為 135 kw，應(yīng)取功率略大一點(diǎn)的交流電機(jī)。（2）現(xiàn)選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為【y355m1-6】 ，額定功率160 kw ，轉(zhuǎn)990 r/min。2.5確定

14、各類控制閥及油管 系統(tǒng)工作壓力為16mpa，油泵額定最高壓力為35 mpa，所以可以選取額定壓力大于或等于20mpa的各種元件，其流量按實(shí)際情況分別選?。海壳爸懈邏合到y(tǒng)的液壓元件，多按20 mpa系列的元件選?。┧钥梢赃x取如下。2.5.1溢流閥型號(hào)為：【yf-f50h】 , 公稱通徑50mm, 額定流量 500 l/min， 壓力調(diào)整范圍721mpa ,法蘭式連接；2.5.2換向閥型號(hào)為：【34dym-f50h-t】, 公稱通徑50mm, 額定流量 450 l/min，工作壓力21 mpa，雙電磁鐵彈簧對(duì)中式三位四通m型電液換向閥； 2.5.3濾油器可選用型號(hào)為【wu25180】的網(wǎng)式濾油

15、器，過(guò)濾精度為180m ；2.5.4壓力表可選用【yzb】型量程35mpa0.4精度等級(jí)的量表。選用量程較高的壓力表可以避免在系統(tǒng)有壓力沖擊時(shí)經(jīng)常損壞，但量程選得過(guò)大會(huì)使觀察和調(diào)整的精度降低。2.5.5管道通徑與材料：閥類一經(jīng)選定，管道的通徑基本上已經(jīng)決定，這是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的一大方便。只有在有特殊需要時(shí)才按管內(nèi)平均流速的要求計(jì)算管道通徑。按標(biāo)準(zhǔn)：（1）通徑： 查設(shè)計(jì)手冊(cè)確定選用40通徑的20號(hào)無(wú)縫鋼管。（2）壁厚 按強(qiáng)度公式有 其中20號(hào)無(wú)縫鋼管=150mpa，為安全起見(jiàn)，取p = 35mpa來(lái)計(jì)算， 查設(shè)計(jì)手冊(cè)可以?。骸?0號(hào)無(wú)縫鋼管，公稱通徑40mm, 鋼管外徑50 mm 、壁厚5.5 mm

16、】。 2.6確定油箱容量與結(jié)構(gòu) 因?yàn)槭堑蛪合到y(tǒng)，油箱容積按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 油箱容積v = (57)q 現(xiàn)取v = 5q = 5457 = 2285 l, 結(jié)構(gòu)可以采用開(kāi)式、分立、電動(dòng)機(jī)垂直安置式標(biāo)準(zhǔn)油箱參閱設(shè)計(jì)手冊(cè)油箱及液壓泵裝置的設(shè)計(jì)部分。2.7選擇液壓油 該系統(tǒng)為加熱爐前推鋼機(jī)液壓傳動(dòng)，所以在環(huán)境溫度為3060之間時(shí)，一般可選用30號(hào)或40號(hào)機(jī)械油。選用：冷天用【hj-30】號(hào)機(jī)械油，熱天用【hj-40】號(hào)機(jī)械油。3.液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1液壓缸結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)液壓缸的結(jié)構(gòu)形式是指它的類型、安裝方法、密封形式、緩沖結(jié)構(gòu)，排氣等。液壓缸采用柱塞式單作用缸，缸體固定形式，由于動(dòng)作簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度較

17、慢，不必考慮緩沖結(jié)構(gòu)；排氣裝置采用螺栓式；由于沒(méi)有回程，需用反向回程缸，故采用一個(gè)進(jìn)程缸兩個(gè)回程缸并排放置；在前缸蓋部分因?yàn)閴毫^高，所以采用多個(gè)v形橡膠圈疊加密封。缸蓋與缸體連接采用法蘭盤(pán)連接，之間采用o形橡膠圈密封。液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算如下。3.2柱塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.2.1柱塞桿的長(zhǎng)度 柱塞桿的長(zhǎng)度l =柱塞行程+柱塞缸前蓋寬度+柱塞缸防塵蓋寬度+其他柱塞行程s：s =1.2m (見(jiàn)3.3推鋼機(jī)推程計(jì)算)柱塞缸前蓋寬度b密封裝置厚度 =60mm導(dǎo)向套長(zhǎng)度 =480mm 柱塞缸前蓋寬度b =60+480=540 (見(jiàn)3.4導(dǎo)向套設(shè)計(jì))柱塞缸防塵蓋寬度 d = 20mm其他 =50mm設(shè)計(jì)

18、柱塞桿長(zhǎng)度為： l = 1200+540+20+50=1810 mm3.2.2 柱塞桿截面計(jì)算 由2.3節(jié)可知柱塞桿外徑： d=320mm柱塞采用空心,設(shè)計(jì)壁厚為 10 mm, 通過(guò)查表取外徑為320 mm內(nèi)徑300mm的無(wú)縫鋼管;通過(guò)柱塞桿穩(wěn)定性計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算符合要求（見(jiàn)4.1節(jié)）。3.2.3柱塞桿加工要求液壓缸的柱塞桿材料要求表面淬火深度一般為0.51或柱塞桿直徑每1深0.03柱塞桿表面須鍍硬鉻，厚1525m,根據(jù)工作環(huán)境要求耐腐要求特別高的則要求先鍍一層軟鉻或鎳，后鍍硬鉻，鍍后拋光。缸筒材料，一般要求由足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒，要求有良好的焊接性能。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯的

19、來(lái)源等，選缸筒材料為35#鋼。毛坯，采用熱軋無(wú)縫鋼管，只需按所要求長(zhǎng)度切割的無(wú)縫鋼管供應(yīng)?；钊麠U外徑公差f7f9.直線度0.02/100.表面粗糙度：一般為ra0.30.4,精度要求高時(shí)ra0.10.2.3.2.4柱塞桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【柱塞桿：長(zhǎng)度為l =1810 mm外徑為320 mm內(nèi)徑300mm的無(wú)縫鋼管】柱塞桿結(jié)構(gòu)如圖：圖3.1 柱塞桿結(jié)構(gòu)3.3推鋼機(jī)推程計(jì)算 考慮：推鋼機(jī)每次加料，推一塊鋼坯進(jìn)加熱爐，且鋼坯橫放，而鋼坯寬度為1.1m，再加余量，故設(shè)計(jì)推鋼機(jī)的推程(柱塞行程)為1.2m；即推程： s =1.2m3.4導(dǎo)向套設(shè)計(jì)與計(jì)算柱塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸前側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)柱塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，端蓋

20、內(nèi)還裝有密封裝置以保證缸筒內(nèi)腔的密封性，外側(cè)裝有防塵圈，以防止柱塞桿在內(nèi)縮時(shí)把雜質(zhì)灰塵帶到密封裝置區(qū)，以致?lián)p壞密封裝置。3.4.1導(dǎo)向套長(zhǎng)度計(jì)算 導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度：在缸內(nèi)徑d180mm，取(1.2.5) d1a = (1.2.5) d1 = 1.2d1 = 1.2330 = 396mm 而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式最小導(dǎo)向長(zhǎng)度hl/20+d/2 式中l(wèi) 液壓缸最大工作行程： 而再按一般經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：導(dǎo)向套的長(zhǎng)度l=1.5d =3201.5=480mm為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，取導(dǎo)向套總長(zhǎng)度：l=480mm，導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度：a = 400mm 3.4.2導(dǎo)向套厚度計(jì)算 導(dǎo)向套的厚度 式中：d柱塞桿的直徑。 缸筒的

21、內(nèi)徑。3.4.3導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 【導(dǎo)向套：總長(zhǎng)度l=480mm，導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度a = 400mm，內(nèi)徑d=320 mm,外徑d=320 mm】導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)如下圖：圖3.2 導(dǎo)向套3.5進(jìn)程缸缸體設(shè)計(jì)與計(jì)算3.5.1缸體長(zhǎng)度計(jì)算液壓缸缸體的長(zhǎng)度l = 液壓缸最大工作行程+間隙即l= 1200+200 = 1400mm 考慮缸底結(jié)構(gòu)間隙量為200mm3.5.2缸體壁厚計(jì)算 缸筒壁厚與內(nèi)徑d之比小于1/10者，稱為薄壁缸筒，壁厚按薄壁筒公式計(jì)算：（1）缸體壁厚中低壓系統(tǒng)的液壓缸多采用薄壁缸（缸筒壁厚與內(nèi)徑d之比小于1/10者，稱為薄壁缸筒）薄壁缸筒，壁厚計(jì)算公式：（m） pp 試驗(yàn)壓力 （額定壓力p

22、n16mpa時(shí)，pp=pn 150%） d缸筒內(nèi)徑取340； - 缸筒材料的許用拉應(yīng)力； =b/n =520/3.5 =149mpa b缸筒35鋼的抗拉強(qiáng)度極限，查表得，520mpa; n安全系數(shù)，一般取n=35；若計(jì)算后缸壁太薄可按結(jié)構(gòu)要求適當(dāng)加厚。再因?yàn)椋?d = 27.38 /340 = 0.0811/10 所以，按薄壁筒公式計(jì)算符合要求。考慮到液壓缸的結(jié)構(gòu)要求取 = 28 mm （2）液壓缸外徑d0 = d+2= 340+228 = 396 mm 缸筒材料選用無(wú)縫鋼管，外徑不需要加工，則計(jì)算出的缸筒外徑應(yīng)圓整為無(wú)縫管的外徑。 結(jié)論：選用內(nèi)徑340mm, 外徑400mm的20號(hào)無(wú)縫鋼管。

23、缸體:【長(zhǎng)度l = 1400mm,內(nèi)徑340mm, 外徑400mm】3.5.3缸筒頭部法蘭盤(pán)設(shè)計(jì) 法蘭盤(pán)厚度計(jì)算： 公式： h= f法蘭盤(pán)在缸筒最大內(nèi)壓下，所承受的軸向壓力； f=pa =p（d12-d2）/4 =163.14（3402-3202）/4 =165792n d1缸筒內(nèi)徑； d柱塞桿外徑 b法蘭盤(pán)螺孔中心線到缸筒邊緣距離70； 法蘭盤(pán)材料的許用應(yīng)力； =s/n =310/5 =62mpa s35鋼屈服極限強(qiáng)度取310mpa； n安全系數(shù)，通常取n=5; 法蘭盤(pán)外圓半徑按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要取 = 255 所以： 法蘭盤(pán)端側(cè)開(kāi)有一槽，槽內(nèi)要裝有o形密封圈，根據(jù)結(jié)構(gòu)取法蘭盤(pán)厚度為50.法蘭盤(pán)結(jié)

24、構(gòu)設(shè)計(jì)： 法蘭盤(pán)上開(kāi)有8個(gè)均勻分布的螺栓孔。法蘭盤(pán)：【外徑d =650 mm, 內(nèi)徑d =400 mm, 厚度h=50】.3.5.4缸體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 綜合考慮設(shè)計(jì)缸體結(jié)構(gòu)如圖3.3 所示：圖3.3 缸體3.6缸體后蓋設(shè)計(jì)與計(jì)算3.6.1缸體后蓋厚度計(jì)算根據(jù)指導(dǎo)書(shū)，低壓系統(tǒng)液壓缸的厚度不需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，只需根據(jù)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求即可。缸體后蓋即缸底為平底時(shí)，可由材料力學(xué)中圓盤(pán)計(jì)算公式導(dǎo)出： 10.433db(p/)1/2（ 式中： d3缸底內(nèi)徑取320； 缸底材料許用應(yīng)力； =b/n1 =520/4 =104mpa b35鋼的抗拉強(qiáng)度極限，查表取520mpa； n1安全系數(shù)，n13; p液

25、壓缸的最大工作壓力16mpa； 考慮結(jié)構(gòu)需要取缸底厚度為:603.6.2缸體后蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缸體后蓋中心設(shè)有進(jìn)油孔，側(cè)面設(shè)有排氣孔。排氣裝置設(shè)計(jì)： 由于油液中混有空氣或油缸停止使用時(shí)空氣侵入，在油缸的最高部位會(huì)聚積空氣，若不排除就會(huì)使油缸運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，引起爬行和振動(dòng)。當(dāng)壓力增大時(shí)還會(huì)產(chǎn)生絕熱壓縮而造成的局部高溫，使油液氧化，造成的氧化物對(duì)液壓零件起腐蝕作用。所以在缸后蓋側(cè)面頂部打一個(gè)排氣孔。缸體后蓋【外徑d =650 mm, 厚度h=60】其結(jié)構(gòu)如圖3.4 所示。 圖3.4 缸體后蓋3.7缸體前蓋設(shè)計(jì)3.7.1液壓缸前蓋厚度計(jì)算。根據(jù)指導(dǎo)書(shū)，中低壓系統(tǒng)液壓缸蓋的厚度不需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，只需根據(jù)液壓缸蓋

26、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求即可?？紤]到液壓缸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)要求，及導(dǎo)向套長(zhǎng)度要求，密封裝置長(zhǎng)度要求，取液壓缸前蓋的長(zhǎng)度為：b = 導(dǎo)向套長(zhǎng)度 + 密封裝置長(zhǎng)度 = 60+480=540 mm，內(nèi)徑320mm, 外徑400mm，法蘭盤(pán)：外徑d =650 mm, 內(nèi)徑d =400 mm, 厚度h=503.7.2液壓缸前蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到液壓缸的前蓋內(nèi)要裝有導(dǎo)向套及密封裝置。密封裝置設(shè)計(jì)及選用： 油液從油缸高壓腔泄露到缸體外面去，將會(huì)造成工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定和定位不準(zhǔn)確，容積效率低等弊病，直接影響液壓系統(tǒng)的性能。故對(duì)密封裝置的一般要求是：有良好的密封性，并隨著壓力的增加自動(dòng)提高密封性能；運(yùn)動(dòng)件封處摩擦小且穩(wěn)定；

27、密封件有良好的耐磨性，即保證足夠的使用壽命。此處選用v型密封圈，它是由多層夾織物橡膠壓制而成，其截面呈v型，如圖，由于硬度大而彈性小，所以靠壓蓋壓緊，磨損后可以調(diào)壓蓋給以補(bǔ)償。根據(jù)條件此處選用4個(gè)v 1201009.5的即可。安裝時(shí)要注意使v型密封圈的唇邊面對(duì)油壓作用方向。如圖3.所示。圖3.5 v型密封圈截面圖綜合考慮：設(shè)計(jì)缸體前蓋：【長(zhǎng)度l = 540mm,內(nèi)徑320mm, 外徑400mm，法蘭盤(pán)外徑d =650 mm, 內(nèi)徑d =400 mm, 厚度h=50】結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。圖 3.6液壓缸前蓋4、液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算4.1柱塞桿的驗(yàn)算4.1.1柱塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算 當(dāng)柱塞受純壓縮或拉伸時(shí)，由強(qiáng)

28、度公式：=4f1/(d2-d2),得 式中：d柱塞桿外徑320 ； d空心柱塞桿孔徑290 ； f1柱塞桿最大推力1234.64*103n； = 85.94mpa=s/n =310/3 =103.33mpa 柱塞材料的許用應(yīng)力； s 35 鋼的屈服極限310mpa n 取1.43.= 85.91時(shí),為細(xì)長(zhǎng)柔度桿, 需用歐拉公式驗(yàn)算壓桿穩(wěn)定性當(dāng)12時(shí),為中柔度桿,按雅辛斯基公式 當(dāng) 2 桿為短粗桿不會(huì)失穩(wěn)，不需壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 對(duì)于35鋼通過(guò)查表取1=100，2=60 1 材料的對(duì)應(yīng)比例極限柔度 ； 2 材料的最小柔度極限壓桿柔度得計(jì)算：i柱塞桿的斷面最小慣性矩（mm4）, =3.14x32041

29、-（290/320）4/64 = 16977104mm4 =d/dd柱塞桿內(nèi)徑d柱塞桿外徑a柱塞桿的斷面面積（mm2） =3.14(3202-2902)/4 =14.4*1032i活塞桿橫斷面回轉(zhuǎn)半徑，(mm) = (16977*104/14.4*103)1/2 = 108.6 式中長(zhǎng)度折算系數(shù)，以液壓缸的支承情況取=0.7；柱塞桿的長(zhǎng)度 l=1810因?yàn)?2 =60 【柱塞桿為短粗桿不會(huì)失穩(wěn)，故不需壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算】結(jié)論：【設(shè)計(jì)取柱塞桿外徑d =320mm，內(nèi)徑d1 =290mm，強(qiáng)度足夠】。4.2液壓缸蓋連接螺栓的計(jì)算選擇 缸筒法蘭與端蓋連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算如下：螺紋處的拉應(yīng)力: =4kf/d

30、12z 式中： k擰緊螺紋的系數(shù)。不變載荷取k=1.251.5； f缸筒端部承受的最大推力；f=182371.2n d1設(shè)計(jì)初選連接螺栓的公稱直徑取20； z設(shè)計(jì)初選連接螺栓的個(gè)數(shù)z = 8；其中f=p（d2-d2）/4=17.6(3402-3202)3.14/4=182371.2 p-系統(tǒng)最大壓力 17.6mpa d- 液壓缸內(nèi)徑 340 mm d- 柱塞桿外徑320 mm所以，=4kf/d12z =41.4182371.2/3.142028 =101.64mpa合成應(yīng)力n1.3=132mpa =s/ns =310/2 =155mpa 式中：螺栓的許用應(yīng)力； s 螺栓的屈服極限強(qiáng)度310mp

31、a; ns 安全系數(shù)，一般取2； 校核，合成應(yīng)力n 螺栓的強(qiáng)度符合要求。結(jié)論：【法蘭與端蓋處連接螺栓選用m2080螺栓8個(gè)】。 4.3液壓缸筒的強(qiáng)度驗(yàn)算前缸筒壁厚是按薄壁筒強(qiáng)度公式計(jì)算所得，現(xiàn)按厚壁筒強(qiáng)度公式進(jìn)行驗(yàn)算缸筒壁厚與內(nèi)徑d之比大于1/10時(shí)，稱為厚壁筒，一般厚壁筒強(qiáng)度公式均按缸受三向應(yīng)力，由第二強(qiáng)度理論得出以下驗(yàn)算公式： =d/2（-1） =340/2(-1) =26.30mm從以上計(jì)算可以看出，對(duì)于中低壓液壓缸，按強(qiáng)度條件計(jì)算出來(lái)的缸壁厚度尺寸一般較小。因此在設(shè)計(jì)這類液壓缸時(shí)，可以先不計(jì)算而直接按機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸的需要（主要是缸體與缸蓋連接處的尺寸及考慮到缸筒剛度所需的基本厚度尺寸）直

32、接設(shè)計(jì)制圖，然后進(jìn)行強(qiáng)度校核。這樣做在一般的情況下，均可滿足強(qiáng)度要求。結(jié)論：【液壓缸筒的強(qiáng)度驗(yàn)算合格】。 4.4管路系統(tǒng)壓力損失的估算 為可靠起見(jiàn)，按快進(jìn)時(shí)最大流量來(lái)估算壓力損失。即以q3 =457lmin來(lái)考慮。 總壓力損失 p=p沿+p局， 其中，p沿 管路中沿程阻力損失之和； p局管路中的局部阻力損失與各閥類元件的阻力損失之和（其中閥類元件在額定流量下的壓力損失可由產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中查得）。一般，在簡(jiǎn)單的（非高速運(yùn)動(dòng)機(jī)械）液壓系統(tǒng)中p值可按經(jīng)驗(yàn)取為（0.10.3）pn，（pn為系統(tǒng)調(diào)整壓力）。4.5壓力閥調(diào)整壓力的確定 py = 1.1 pn = 1.116 = 17.6mpa 由于系統(tǒng)壓力在

33、初步設(shè)計(jì)時(shí)一般取為泵的額定壓力的5070，目的是為了延長(zhǎng)泵的壽命，減小噪音，所以泵源總有一定的壓力能力儲(chǔ)備。系統(tǒng)的調(diào)整壓力可以在試車階段進(jìn)步調(diào)節(jié)。4.6系統(tǒng)熱平衡計(jì)算與油箱容積的驗(yàn)算系統(tǒng)的發(fā)熱量可以由功能守恒、平均有效功率的概念出發(fā)簡(jiǎn)捷求得。推鋼機(jī)液壓缸的每一工作階段輸出的功率及時(shí)間示于表中。表4.1進(jìn)程液壓缸每一工作時(shí)段的輸出功率和時(shí)間 階段 時(shí)間名稱 功率 工進(jìn)快退停留時(shí)間180（s）60（s）120（s）液壓缸輸出功率92（kw）6.7（kw）0（kw）液壓泵輸出功率135（kw）7.4（kw）0.85（kw）系統(tǒng)總效率0.70.90工作循環(huán)時(shí)間 = t工進(jìn)+t 快退+ t裝料=180+

34、60+120=360（s）發(fā)熱率 = = 18924 kcal/h = 79106/h j散熱量h0 = kat，（按油箱設(shè)計(jì)資料）在通風(fēng)良好的條件下取k=15 = 6.3104油箱散熱面積 v-油箱容積原設(shè)計(jì)為2285升，散溫不足，現(xiàn)在改取4200 升 取溫升極限 t = 75，代入h0計(jì)算式可得 h0 =6.3104 16.93 75=79.95106 jhh =79106 j/ h 可見(jiàn)【油箱容量取4200 升符合要求】。5、閥及液壓輔助元件的功能液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中用來(lái)控制液流方向、壓力和流量的元件。借助這些閥，便能對(duì)執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止、運(yùn)動(dòng)方向、速度、動(dòng)作順序和克服負(fù)載的能力進(jìn)行

35、調(diào)節(jié)與控制，使各類液壓機(jī)械都能按要求來(lái)協(xié)調(diào)的進(jìn)行工作。1、換向閥：它的作用是利用閥體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使與閥體的相連的幾個(gè)油路之間接通、關(guān)斷、或變換油流方向，從而使液壓執(zhí)行原件啟動(dòng)、停止或變換運(yùn)動(dòng)方向。此系統(tǒng)的三位四通電液換向閥，能使執(zhí)行元件停歇時(shí)，泵低壓卸荷；它結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作可靠，換向位置精度高，通流量大，可使閥心獲得合適的換位速度，以減小換向沖擊。2、溢流閥：它主要是用于穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，防止液壓系統(tǒng)過(guò)載，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓，及背壓閥的作用，此處主要是為了穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，防止液壓系統(tǒng)過(guò)載。3、過(guò)濾器：液壓系統(tǒng)的故障中約有75%以上是由于油液污染造成的。油液中不可避免的存在著顆粒狀的固體雜質(zhì)，它會(huì)劃傷液壓元件

36、運(yùn)動(dòng)副的結(jié)合面，嚴(yán)重磨損或卡死運(yùn)動(dòng)件，堵塞閥口，增加內(nèi)部泄露，降低效率，增加發(fā)熱，加劇油液的化學(xué)作用，使油液變質(zhì)，使系統(tǒng)工作可靠性大為降低。在適當(dāng)?shù)牟课簧习惭b過(guò)濾器可以使油液保持清潔，延長(zhǎng)液壓元件使用壽命，保證液壓系統(tǒng)工作的可靠性。4、油箱：它的功用是儲(chǔ)油和散熱，也起著分離油液中的氣體及沉淀污染物的作用。5、管件：管件包括管道和管接頭。液壓系統(tǒng)用管道來(lái)傳送工作液體，用管接頭把油管與油管或元件連接起來(lái)。 6、液壓缸的安裝、調(diào)試及故障診斷排除6.1液壓缸安裝注意事項(xiàng)1）液壓缸的基座必須有有足夠的剛度，否則加壓時(shí)缸筒成弓形向上翹，使活塞桿彎曲2）缸的軸向兩端不能固定死。由于缸內(nèi)受液壓力和熱膨脹等因素

37、的作用，有軸向伸縮。若缸兩端固定死，將導(dǎo)致缸各部分變形。拆裝液壓缸時(shí)，嚴(yán)禁用錘敲打缸筒和活塞表面，如缸孔和活塞表面有損傷，不允許用砂紙打磨，要用細(xì)油石精心研磨。導(dǎo)向套與活塞桿間隙要符合要求3）拆裝液壓缸時(shí)嚴(yán)防損傷活塞桿頂端的螺紋、缸口螺紋和活塞桿表面。更應(yīng)注意，不能硬性將活塞從缸筒中打出。，4）拆裝液壓缸時(shí)，導(dǎo)向套與柱塞桿間隙要符合要求。6.2液壓缸的調(diào)整事項(xiàng)1）排氣裝置調(diào)整。在調(diào)整排氣裝置時(shí)，確定把排氣孔位于缸體的上部先將缸內(nèi)工作壓力降到（0.5-1）mpa左右，然后使活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)排氣塞進(jìn)行排氣。打開(kāi)的方法是：當(dāng)活塞到達(dá)行程末端，壓力升高的瞬間打開(kāi)排氣塞，而在開(kāi)始返回之前立即關(guān)閉。排氣塞排氣時(shí)，可聽(tīng)到噓噓的氣聲，隨后噴出白濁色的泡沫狀油液，空氣排盡時(shí)噴出的油呈澄清色?？梢杂萌庋叟袆e排氣是否徹底。2）液壓缸各部位的檢查。液壓缸除做上述調(diào)整工作外，還要檢查各個(gè)密封件的漏油情況，以及安裝聯(lián)結(jié)部件的螺栓有無(wú)松動(dòng)等現(xiàn)象，防止意外事故的發(fā)生3）定期檢查。根據(jù)液壓缸的使用情況，安排定期檢查的時(shí)間，并做好檢查記錄6.3液壓缸的故障診斷及排除6.3.1液壓缸工作時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的原因及排除方法1）缸內(nèi)有空氣侵入，應(yīng)增設(shè)排氣裝置或使液壓缸以最大行程快速運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)迫排除空氣2）液壓缸的端蓋處密封圈不能壓得