【雙活塞液壓漿體泵液壓缸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13000字（論文）】

第一章緒論1.1課題的研究背景和意義1.1.1研究背景自1957年美國(guó)建成世界上第一條輸煤管道一一俄亥俄州煤漿輸送管線以來(lái),世界上已建成100多條漿體長(zhǎng)距離輸送管線,輸送物料涉及鐵精礦?銅精礦?鉛鋅精礦?磷精礦?磷酸鹽?磷灰石?石灰石?煤等眾多產(chǎn)品,在冶金?化工礦山?煤礦以及水利和環(huán)境等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]?在我國(guó)的西部偏遠(yuǎn)山區(qū),存在著大量尚未開(kāi)發(fā)的礦山資源,這些礦山資源處在崇山峻嶺中,交通條件極其惡劣?出于對(duì)自然環(huán)境的保護(hù),這些礦山資源一般不允許就地加工冶煉,而是需要運(yùn)輸?shù)揭呀ǔ傻囊睙拸S來(lái)加工處理?冶煉廠一般距離礦山遙遠(yuǎn)?如何經(jīng)濟(jì)?高效地將礦山資源進(jìn)行運(yùn)輸至冶煉廠處理,最大程度上減少對(duì)自熱環(huán)境的污染,是開(kāi)發(fā)礦山資源都會(huì)遇到的世界性難題[2]?而相對(duì)于未來(lái)21世紀(jì),人類將進(jìn)一步開(kāi)發(fā)海洋資源從而滿足日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)及生活需求,為此新的海洋采礦也同樣需要運(yùn)用到管道運(yùn)輸技術(shù)?我國(guó)作為世界上礦產(chǎn)資源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó),當(dāng)前,漿體管道水力輸送仍處于起步階段,作為一種新興的節(jié)能環(huán)保運(yùn)輸方式,尚存在廣闊的應(yīng)用空間,與之配套的動(dòng)力泵?管材和閥門(mén)等漿體管道主要設(shè)備和材料也隨之不斷改進(jìn)和創(chuàng)新,并呈現(xiàn)出專業(yè)化和多元化的發(fā)展趨勢(shì)[3]?長(zhǎng)距離漿體管道輸送系統(tǒng)的心臟——?jiǎng)恿Ρ?國(guó)內(nèi)隔膜泵?柱塞泵?渣漿泵和螺桿泵等漿體管道核心動(dòng)力設(shè)備從無(wú)到有,從有到優(yōu),國(guó)內(nèi)泵類機(jī)械制造企業(yè)通過(guò)自主研發(fā)和消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù),填補(bǔ)了多項(xiàng)技術(shù)空白[3]?但以往的驅(qū)動(dòng)泵通常在運(yùn)行一段時(shí)間或者一定條件下就會(huì)產(chǎn)生混漿,運(yùn)行效率低等明顯問(wèn)題?根據(jù)過(guò)去泵漿體泄露的問(wèn)題而應(yīng)對(duì)相應(yīng)的設(shè)計(jì)?1.1.2研究意義 目前國(guó)外已大量采用管道輸送系統(tǒng)運(yùn)輸煤?石灰石?硫鐵礦?鐵精礦?磷精礦等固體物料,礦山普遍存在服務(wù)期有限的情況,而管道一般采用埋地鋪設(shè),專管專用,外部干擾小,不受氣候的影響,所以管道運(yùn)輸系統(tǒng)相對(duì)其他的運(yùn)輸方式來(lái)說(shuō)工藝簡(jiǎn)單,技術(shù)可行,投資省,建設(shè)快,經(jīng)濟(jì)效益更加顯著?我國(guó)相對(duì)于美國(guó)和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)在運(yùn)輸技術(shù)方面有著較大的差距,其中管道運(yùn)輸相對(duì)其他運(yùn)輸方式有獨(dú)特的地位,作為漿體管道的核心泵的創(chuàng)新改革的設(shè)計(jì)是對(duì)我國(guó)更好地實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義高級(jí)階段,實(shí)現(xiàn)富裕所出的更高更好地方式,能進(jìn)行更好地可持續(xù)的發(fā)展方式,也能幫助一些資源豐富但是較為貧困的地區(qū)達(dá)到富裕的目標(biāo)?對(duì)于未來(lái)21世紀(jì)而言,不可或缺的是進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新能源,而新能源作為國(guó)家新的“血液”必然會(huì)有血管來(lái)運(yùn)輸,管道運(yùn)輸或許能勝任成為承載與運(yùn)輸新能源物資的管道,做為一個(gè)國(guó)家的“血管”的存在,促進(jìn)新能源開(kāi)發(fā)的進(jìn)程?長(zhǎng)距離漿體管道輸送系統(tǒng)動(dòng)力泵的選型的合理性,能夠直接影響管道工程基本建設(shè)投資,更重要的是關(guān)系到投產(chǎn)后管輸系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性和運(yùn)營(yíng)成本?此次的設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)上對(duì)過(guò)去動(dòng)力泵形式的不足進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的改進(jìn)與優(yōu)化,從而能更好地往更好的方向進(jìn)行發(fā)展,這次的設(shè)計(jì)主要是充分的提高管道運(yùn)輸效率,降低生產(chǎn)成本,制造工藝簡(jiǎn)單易于分析與維修,所以本次課題還是有著不少的實(shí)際與發(fā)展意義的?1.2國(guó)內(nèi)外漿體運(yùn)輸及其泵的發(fā)展概況1.2.1國(guó)外管道輸送的發(fā)展概述早在1891年,美國(guó)就有人將煤搗碎在管道中用水沖走，并取得專利。但正式用于工業(yè)生產(chǎn)是在1914年英國(guó)泰晤士河畔的一家電廠,，該廠利用管徑為200mm、長(zhǎng)604m的管道水力運(yùn)煤,直至1957年美國(guó)固本(Consolidation)煤炭公司.在俄亥俄州建成了長(zhǎng)174km、直徑254mm的管路使?jié){體管道輸送技術(shù)正式應(yīng)用于長(zhǎng)距離的固體輸送。隨后亞利桑那州長(zhǎng)440km、管徑457mm的黑邁薩(BlackMesa)管路的出現(xiàn),更加推進(jìn)了漿體管路輸送的現(xiàn)代化發(fā)展。1967年澳大利亞建成世界上第一條鐵精礦輸送管道一薩凡奇河鐵精礦輸送管道。輸送管道全長(zhǎng)85km,管徑244mm,年輸送量達(dá)230萬(wàn)噸。目前在世界上的漿體長(zhǎng)距離輸送管線中,以薩馬柯(Samar-co)鐵精礦管線和黑邁薩輸煤管線最具代表性"。1977年巴西建成了世界上規(guī)模最大的鐵精礦輸送管道一薩馬柯鐵精礦管線,管道全長(zhǎng)399km,設(shè)有兩座泵站和兩座閥站。管道沿程地形較復(fù)雜起點(diǎn)標(biāo)高約1000m終點(diǎn)標(biāo)高24m,中間翻過(guò)一座高山,最高點(diǎn)標(biāo)高1180m。為了克服加速流在二號(hào)閥站安裝了5條調(diào)壓旁路,在批量輸送時(shí)可根據(jù)壓力的變化分別串接1至5條調(diào)壓旁路進(jìn)行消能。該管線設(shè)計(jì)壽命為20年,從生產(chǎn)實(shí)際情況看壽命可達(dá)35年。黑邁薩管道設(shè)有四座泵站。管道沿程地形復(fù)雜,中間經(jīng)過(guò)六座大小山峰和兩條河流其標(biāo)高從2000m下降到150m,最后21km高差降落914m。輸送管道管徑由457mm減至305mm,借此提高管內(nèi)煤漿流速增大阻力來(lái)消除加速流。該管線已于2005年底關(guān)閉[4]。國(guó)外企業(yè)對(duì)管道運(yùn)輸?shù)难芯亢屯顿Y也是非常龐大的。國(guó)外一家頂級(jí)公司表示，國(guó)有礦業(yè)公司NMDC計(jì)劃建立條長(zhǎng)達(dá)139公里的礦漿管道，將鐵礦從拜拉迪拉鐵礦運(yùn)至納加納爾擬建的年產(chǎn)300萬(wàn)噸的鋼鐵廠，估計(jì)成本為80億盧比。Bailadila礦山和Nagarnar鋼鐵廠均位于恰蒂斯加爾邦。還有KIOCL,NMDC和RINL已決定在Nagarnar和Vizag之間建立年產(chǎn)1,300萬(wàn)噸的鐵礦石管道，用于運(yùn)輸鐵礦石，投資額為350億盧比。鋼鐵部消息人士稱，他們已經(jīng)簽署了一項(xiàng)諒解備忘錄，以建立一家合資企業(yè)，庫(kù)德勒穆克鐵礦石公司(KIOCL)將持有該合資企業(yè)48%的股份[7]。國(guó)外企業(yè)曾經(jīng)發(fā)明公開(kāi)了一種改進(jìn)的裝置，它使用靜水軸承測(cè)量在輸送管道中流動(dòng)的流體的變化密度，通常是煤或礦物漿的密度。優(yōu)選地，通過(guò)精確測(cè)量中心管段的垂直位移來(lái)獲得重量，所述中心管段相對(duì)于將所述中心管段安裝到所述包絡(luò)第一管段的預(yù)加載張力棒的力[5]。國(guó)外在固體物料漿體管道輸送參數(shù)、輸送工藝、輸送設(shè)備等方面開(kāi)展了大量試驗(yàn)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作,并取得了諸多研究成果,極大地推動(dòng)了漿體管道輸送技術(shù)的工程應(yīng)用。1.2.2國(guó)內(nèi)管道運(yùn)輸發(fā)展概述直到上世紀(jì)80年代初我國(guó)才開(kāi)始開(kāi)發(fā)長(zhǎng)距離高濃度漿體管道輸送技術(shù)，真正使?jié){體管道輸送成為我國(guó)大規(guī)模運(yùn)送物料的運(yùn)輸方式之一。從上世紀(jì)80年代初到90年代初，我國(guó)管道輸送工程技術(shù)人員進(jìn)行了眾多礦山物料漿體管道輸送的研究、可行性分析，以及工程項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備工作，在鐵精礦方面我國(guó)完成了尖山、攀枝花、白馬、調(diào)軍臺(tái)、梅山等礦山鐵精礦漿體管道輸送試驗(yàn)研究|2.31，為在90年代中期長(zhǎng)距離漿體輸送管線的建設(shè)和我國(guó)漿體管道輸送技術(shù)的實(shí)用化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從90年代初至今，我國(guó)漿體管道輸送有了長(zhǎng)足的、突破性的發(fā)展。已從技術(shù)研發(fā)階段邁入到了實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展階段。目前我國(guó)已建成了尖山鐵精礦、甕福磷精礦、大峪口磷精礦漿體輸送管線[1]。山西省太鋼尖山鐵精粉礦漿管道，于1995年動(dòng)工，97年試車(chē)成功。管道全長(zhǎng)102公里，管徑229.7毫米，精礦運(yùn)量200萬(wàn)噸/年，礦漿重量濃度63%~65%。尖山管線地形昆鋼大紅山鐵精粉礦漿管道，管道全長(zhǎng)171公里，途經(jīng)新平、峨山、晉寧、安寧四個(gè)縣市共11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。于2007年4月25日調(diào)試完成投入生產(chǎn)，管道直徑為244.5毫米。管道建設(shè)共打穿總長(zhǎng)度為15公里的10條隧道，其中最長(zhǎng)的一條達(dá)2460米，通過(guò)管道運(yùn)輸每年可降低運(yùn)輸成本約2~3億元。昆鋼大紅山鐵精粉礦漿管道示意圖包鋼鐵精礦漿管道從包鋼到白云鄂博擬建145公里長(zhǎng)、年輸水2000萬(wàn)噸、輸送鐵精粉350萬(wàn)噸的管線及配套200萬(wàn)噸鐵精粉選礦廠。貴州甕福磷精礦漿體管道濃度為55-60%的磷精礦漿經(jīng)全長(zhǎng)46公里的管道輸送到礦區(qū)磷肥加工廠。近年來(lái)，漿體長(zhǎng)距離輸送管道的管理和維護(hù)得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。國(guó)內(nèi)對(duì)管道最近研究的一種水隔離漿體輸送管道和水隔離漿體輸送方法，能計(jì)算出用于隔離不同漿體的水的寬度，有效地控制通入的水量，實(shí)現(xiàn)了管道輸送漿體的過(guò)程中清水的最小量，最大程度的輸送所需漿體[4]。還有種長(zhǎng)距離漿體管道多級(jí)泵站輸送中加速流的控制系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)檢測(cè)設(shè)備，快速發(fā)現(xiàn)加速流，同時(shí)及時(shí)進(jìn)行前后級(jí)泵站之間的配合泵速調(diào)節(jié)，控制管道內(nèi)漿體的流速，主動(dòng)防止加速流的擴(kuò)大；提高管道的使用壽命及使用效率，降低管道內(nèi)壁的磨蝕速率[6]。1.2.3國(guó)內(nèi)外泵及系統(tǒng)的發(fā)展概述目前,適用于漿體輸送的動(dòng)力泵主要有離心式渣漿泵、活塞隔膜泵、柱塞泵和螺桿泵4大類，不斷的進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)。比如國(guó)內(nèi)的渣漿泵不斷更新?lián)Q代，性能明顯不斷提升，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)渣漿泵串聯(lián)使用，最大工作壓力可達(dá)5MPa,泵過(guò)流件通過(guò)采用高鉻耐磨合金或耐磨陶瓷涂層等新材料,能成倍延長(zhǎng)泵體使用壽命。同時(shí),渣漿泵密封關(guān)鍵技術(shù)也有所突破,新型的集裝式機(jī)械密封比傳統(tǒng)的盤(pán)根填料密封、副葉輪密封和彈簧分離式機(jī)械密封泄漏量更小、使用壽命更長(zhǎng),機(jī)械效率更高。離心式渣漿泵與漿體管道的發(fā)展息息相關(guān),渣漿泵通常在低壓力、大顆粒、大流量的短距離漿體管道中普遍使用[3]。在美國(guó)的一項(xiàng)專利技術(shù)中，他們的渣漿泵在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，泵在外轉(zhuǎn)子上有向內(nèi)凸起，在內(nèi)轉(zhuǎn)子上有向外凸出。外轉(zhuǎn)子是驅(qū)動(dòng)和投影網(wǎng)格，以創(chuàng)建可變體積室。外轉(zhuǎn)子可以雙向驅(qū)動(dòng)。在每個(gè)方向上，外轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)部分與內(nèi)轉(zhuǎn)子向外凸出的一側(cè)的密封面接觸，而在向外投影的另一側(cè)的密封面與第二內(nèi)向投影之間留下間隙。間隙沿其長(zhǎng)度沿徑向方向可能具有均勻的寬度，而在與轉(zhuǎn)子軸平行的方向上，可能是不連續(xù)的，也可能是可變尺寸的，以產(chǎn)生氣體的流動(dòng)路徑[7]。這技術(shù)提高了漿體泵的密閉性及使用年限?，F(xiàn)如今各類漿體泵也相繼現(xiàn)世，比如說(shuō)出自日本的一種特色的泵系統(tǒng)，該泵包括至少兩個(gè)正排量往復(fù)泵，其配置為兩個(gè)泵通過(guò)入口交替吸入漿液介質(zhì)和通過(guò)出口排放泥漿介質(zhì)，以及活塞/汽缸排放閥交替打開(kāi)和關(guān)閉排氣口，特別是用于處理泥漿介質(zhì)的液壓泵系統(tǒng)。在運(yùn)行期間漿體介質(zhì)的排放不存在體積差異[8]。而國(guó)內(nèi)最近研發(fā)的隨動(dòng)閥液壓漿體泵和凡爾液壓漿體輸送泵，其中隨動(dòng)閥液壓漿體泵，采用雙螺旋輸料裝置進(jìn)料，可以防止進(jìn)料過(guò)程中造成粘稠的漿體物料粘結(jié)成柱形，具有較高的輸送壓力，輸送效率高，可用于粘稠漿體物料的輸送[9]。凡爾液壓漿體輸送泵采用液壓缸驅(qū)動(dòng)組合活塞產(chǎn)生的真空吸料和正壓排料驅(qū)動(dòng)凡爾閥自動(dòng)啟閉吸排料技術(shù)，具有啟閉迅速、密封可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)[10]。1.3漿體管道的輸送的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)1.3.1漿體運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)投資相比傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式要更少，社會(huì)綜合效益更少。建設(shè)費(fèi)用較少,鑄造周期較短,鋪設(shè)速率較快，鋪設(shè)的方式也較為方便。汽車(chē)運(yùn)輸路線受自然地形和其他自然環(huán)境條件的雙重影響使其限制少,易于有效克服天然的交通障礙,運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行路線較直,較短。綜合占地面積較小，常年埋于地下，大部分的管道都是埋放于地下，所以對(duì)土地的占有率較少，這帶來(lái)的也就是對(duì)自然環(huán)境的基本無(wú)污染。輸送效益高，運(yùn)輸效率快，基本上物料的損失沒(méi)有到一個(gè)高的水平之上。由于目前長(zhǎng)距離使用的泥漿體地下水管道大多數(shù)都是埋設(shè)在冰凍層以下管道運(yùn)輸?shù)男问娇梢宰龅桨踩煽浚覍?duì)受到非特定的情況下的影響較低且較小。應(yīng)用可極大的有效降低和大大減少了企業(yè)建設(shè)工程成本和生產(chǎn)工程量,不需要較多的氣力去進(jìn)行設(shè)備等的管理管道運(yùn)輸?shù)暮哪茌^低，發(fā)生問(wèn)題后較為容易能夠得到解決[11]。1.3.2漿體運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)輸送的物料較為其他的運(yùn)輸方式來(lái)對(duì)照較為的單一，而且管道只能與某一些特定的物料才能進(jìn)行運(yùn)輸和輸送，相比輪船火車(chē)還有汽車(chē)等傳統(tǒng)的軌道運(yùn)輸方式來(lái)講，管道運(yùn)輸?shù)木窒扌栽谶@里得到了較高的體現(xiàn)。連鎖效應(yīng)較為明顯，若一方出現(xiàn)設(shè)備或操作的問(wèn)題整體線路便不能進(jìn)行實(shí)施與工作。對(duì)于采用其他漿狀液體通過(guò)管道運(yùn)的輸送物料方式，類型漿體采用管道運(yùn)輸?shù)妮斔头绞絼t不一定可能完全存在這種濃度變化的物料敏感性。靈活性較差，一旦發(fā)動(dòng)起來(lái)，若發(fā)生運(yùn)輸錯(cuò)誤，那么整體線路的運(yùn)輸都會(huì)受到影響。對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)對(duì)于耗水量較大,缺水的偏遠(yuǎn)地區(qū)如在采用新型漿漿流體輸送管道用水輸送時(shí),須在當(dāng)?shù)氐貐^(qū)花費(fèi)較多的人力投資用來(lái)進(jìn)行人工開(kāi)采主要水源或同時(shí)還要采取其他相應(yīng)的水源循環(huán)水和供水環(huán)境保護(hù)措施,并大大程度增加了輸送電耗,這就在一定的很大程度上可以大大降低了這種新型漿漿流體輸送管道用水輸送利用方式的運(yùn)營(yíng)成本和技術(shù)優(yōu)越性。雖然其運(yùn)輸?shù)姆绞胶?jiǎn)便易上手，但是如果要進(jìn)行規(guī)模性的樣式，且所需要的原材料也多，這點(diǎn)往往需要雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力與經(jīng)濟(jì)本錢(qián),所以就不能給社會(huì)上產(chǎn)生較高的社會(huì)效益只能通過(guò)企業(yè)或國(guó)家來(lái)進(jìn)行管道的基本推動(dòng)與建設(shè),但是相比火車(chē)來(lái)說(shuō)有"火車(chē)一響,黃金萬(wàn)兩"的民間俗語(yǔ),這句玩笑話能夠很好地體現(xiàn)出傳統(tǒng)運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，也是新式方式暫時(shí)不能達(dá)到的，從而有效地推動(dòng)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展。房屋搬遷過(guò)程成本高,投資大,耗能高并且搬遷過(guò)程苦難。因?yàn)殇佋O(shè)的范圍比較廣，占地面積不大，通常埋在于地下，但是這個(gè)問(wèn)題就是不能很好地得到保護(hù)，很容易受到故意或者無(wú)意的損壞[12]。1.4工作原理此次的設(shè)計(jì)方案主要是三個(gè)管道同時(shí)輸送以及液壓缸的設(shè)計(jì)。其中三管道同時(shí)輸送相比過(guò)去的雙管道輸送可以有效的保障了漿體輸入輸出的連續(xù)和穩(wěn)定性，這可以消除漿體產(chǎn)生的死點(diǎn)，而且工作效率得到了提升，其中缸的設(shè)計(jì)中密封層可以有效的避免漿體、水、液壓油及混合物之間產(chǎn)生聯(lián)系，這不僅可以有效的防止?jié){體的泄露，而且可以降低液壓缸內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦損傷，避免的因?yàn)槟p而產(chǎn)生的各類不良因素，高了泥漿泵的工作可靠性和泥漿泵的使用壽命。因此,我以這個(gè)作為完成這個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)手段。液壓密封水通過(guò)活塞桿壓入液壓缸、雙泵電源、換向閥其中的作用是將動(dòng)力規(guī)律分配給設(shè)備中各個(gè)液壓缸，實(shí)現(xiàn)對(duì)漿體不間斷的輸入輸出,完成工作循環(huán)，以保證液壓缸的有序運(yùn)作。以下是原理圖，其流程是：狀態(tài)1：A液壓缸的活塞在頂部向下排出漿體，B液壓缸的活塞在中部向下排出漿體，C液壓缸的活塞在底部向上吸入漿體。狀態(tài)2：A液壓缸的活塞在中部向下輸出漿體，B液壓缸的活塞在底部向上吸入漿體，C液壓缸的活塞在頂部向下排出漿體。狀態(tài)3：A液壓缸的活塞在底部向上吸入漿體，B液壓缸的活塞在頂部向下排出漿體，C液壓缸的活塞在中部向下排出漿體。以此規(guī)律反復(fù)運(yùn)行。.原理圖第二章計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算可以得到的各種數(shù)據(jù)與條件:料漿壓力2.0mpa,料漿流量20m3/h,單缸料漿流量10m3/h初始位移4，水管直徑為14mm.[13]2.1.1初步擬訂系統(tǒng)原理圖：見(jiàn)配圖2.1.2初選液壓缸的負(fù)載工作時(shí)間壓力PY=c*Pj=4*20=8mpa[13]流量Ql=引用《液壓元件手冊(cè)》,根據(jù)各種工作系統(tǒng)荷載，根據(jù)工業(yè)載荷工作壓力a和F,F=100000N[14]2.1.3確定尺寸所以能夠可直接根據(jù)確定一液壓缸的主要液壓機(jī)械元件結(jié)構(gòu)和缸體尺寸由由直接確定一個(gè)液壓缸的內(nèi)徑r和R，那么可以根據(jù)公式的計(jì)算來(lái)得到負(fù)載力的大小和系統(tǒng)壓力[15]：T=4FΠPT—液壓缸內(nèi)徑mmF—液壓缸推力NP—指定的工作壓力MPa圓整取值T=140mm缸筒材料Q235[13]2.1.4活塞桿直徑的D的計(jì)算活塞桿的固定長(zhǎng)度和傳動(dòng)直徑系數(shù)d分別根據(jù)傳動(dòng)軸向軸對(duì)載荷運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的實(shí)際要求可以進(jìn)行精確計(jì)算。因?yàn)檫@種活塞桿通常大都是中空的,在穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下只有它能夠同時(shí)承受一定的壓力軸向傳動(dòng)載荷?；钊麠U的運(yùn)動(dòng)直徑和活塞長(zhǎng)度一般是根據(jù)簡(jiǎn)單的流體張力和運(yùn)動(dòng)壓力公式進(jìn)行精確計(jì)算的。制造這種活塞桿的主要材料一般可以選用1cr18ni9ti。[16]由σ=F?10?6ΠD-D1≧F-負(fù)載[σ]-活塞桿材料的需用應(yīng)力PaD≧14+4?100000Π?100?想到因?yàn)橐獫M足活塞桿的荷載,當(dāng)活塞桿的沖程太長(zhǎng)時(shí),活塞桿的沖程會(huì)很長(zhǎng)。然而,由于整個(gè)活塞桿本身是中空的,所以很難進(jìn)行加工。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),圓筒的壁厚和長(zhǎng)度是在標(biāo)準(zhǔn)值S=4d~6d[15]范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算的,即。按照教科書(shū)《中國(guó)設(shè)計(jì)大典》的檢查表：S160=17mm，S320=28.5mm[13]驗(yàn)算壁厚Pn式中DD——液壓缸的內(nèi)徑單位mσσn-安全系數(shù),一般時(shí)候可以任意采取安全性的系數(shù)[17]，例子如當(dāng)n=1.6~2.8時(shí),可以選擇這個(gè)范圍內(nèi)的一切條件，為了計(jì)算的方便在這個(gè)條件內(nèi)n我選為2。P因?yàn)閜n=8MPa≦22.38MPa故滿足強(qiáng)度要求。一些常用的缸體結(jié)構(gòu)材料的許用拉應(yīng)力的參考材料如下:鍛鋼σ鑄鋼σs=（100~110）MPa2.1.5液壓缸的輸出速度V=Qe--輸出速度m/sQy—向內(nèi)流入或向外流出一個(gè)液壓缸的最大平均輸出流量為1m3HH1=Π4Qy=41.7m/min=41.7?V=41.7?10?3（60?H1）=2.6m/min2.1.6液壓缸的作用時(shí)間T=V液壓缸作用時(shí)間sV—液壓缸體積mHS-液壓缸運(yùn)行行程mQy-向內(nèi)流入或向外流出一個(gè)液壓缸的最大平均輸出流量1mt=H水平桿活塞液壓缸推力FFPy-工作壓力MPaHF1=8?0.0162495=0.13KN2.1.7液壓缸的輸出功率N=P*QPYqy-向內(nèi)流入或向外流出一個(gè)液壓缸的最大平均輸出流量為1mN=8*41.7/60=5.56KW2.1.8液壓缸油口及水口直徑的計(jì)算管子內(nèi)徑需要按流速選取d≧1.13QyQy-液體流速3m/sV-流速m/s對(duì)于吸入管V≦1~2m/s（一般小于1m/s）壓力管V≦3~6m/s回流管V≦1.5~2.5m/s，流速為6m/s。d≧1.13*41.7?根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二冊(cè)P575[15],根據(jù)焊接端直通管接頭,管道直徑為14毫米。管接頭標(biāo)準(zhǔn)為M18*1.5[15],如圖3.1所示。圖3.1高度依次為22mm，18mm，16mm，14mm水管根據(jù)壓力選取直徑為14mm2.1.9缸底厚度計(jì)算一般的使用情況下,液壓缸大多數(shù)都可以用來(lái)作為平底式式液壓機(jī)的缸蓋,其有效使用厚度上的t值也可根據(jù)其使用強(qiáng)度的不同要求通過(guò)以下兩式進(jìn)行估計(jì)的計(jì)算:t≧0.433D2公式中t-缸蓋有效厚度mDmd-活塞缸蓋每個(gè)止口孔的最大直徑等于m[σ]-用于缸底潤(rùn)滑材料許用時(shí)的應(yīng)力系數(shù)mpat≧0.433*160*10t≧24.78mm2.1.10活塞活塞的球墨固體鑄鐵材料一般主要選用的為優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度低碳球墨硬質(zhì)鑄鐵固體材料[18]。ht200-300或5號(hào)無(wú)碳鋼導(dǎo)向孔和環(huán)的一般也都是采用球墨固體鑄鐵,20號(hào)或35號(hào)合金鋼分別一般是采用碳鋼和45號(hào)合金鋼的而碳鋼的具有導(dǎo)向孔和環(huán)。我這次設(shè)計(jì)的高運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度球墨活塞一般必須沒(méi)有優(yōu)質(zhì)球墨固體鑄鐵材料導(dǎo)向保護(hù)環(huán),選用的強(qiáng)度活塞球墨固體鑄鐵材料一般必須是高強(qiáng)度灰鑄鐵[16]。活塞厚度=（0.6~1.0）活塞外徑,因此我選0.8為其倍數(shù)B=0.8D=0.8*160=128mm[18]2.1.11法蘭設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3.2:圖3.2PA1=FF’=Fn[σ≦1.3其中F-總承受力F’=單個(gè)螺栓承受力n-螺栓個(gè)數(shù)Ns-安全系數(shù)[σ]-法蘭材料許用應(yīng)力σ取n=12,查得Ns=5MPa[σ]=235MPa[14]獲得數(shù)值d=18.17mm,根據(jù)整個(gè)《閥門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及使用手冊(cè)》P368可以獲得d=p368扳手的工作間距獲得d=20mm,如下表圖3.3所示：圖3.3其中rardra=197mmb=24算得h=41.36mm，取h=42mm，半環(huán)設(shè)計(jì),見(jiàn)圖3.4:圖3.4D=80mm，d=40mm，h=20mm2.2液力缸和液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1液力缸的基本參數(shù)液力缸的公稱壓力p=2.0MPa；Q=10m3/?[19]2.2.2液力缸的類型及安裝方式雙活塞液壓缸設(shè)計(jì)中的液壓缸設(shè)計(jì)液壓缸采用雙活塞液壓缸[19],如圖3.5所示:圖3.5液壓缸的主要安裝方法液壓缸就是焊接即將法蘭焊接安裝到固定的液壓缸上。詳見(jiàn)和圖3.6圖3.6法蘭式傳動(dòng)液壓缸的缸體前端罩覆蓋和后端罩覆蓋均勻且可以通過(guò)法蘭連接。重型高級(jí)法蘭式前端液壓缸的特點(diǎn)前端液壓缸筒內(nèi)徑最大的范圍也通常得大于100毫米,外形尺寸大,額定傳動(dòng)壓力高,能夠承受住環(huán)境的沖擊壓力等惡劣的外部環(huán)境因素，滿足這些條件的液壓缸屬于重型的高級(jí)法蘭式重型液壓缸[18][19]。前端蓋和后端蓋各自分別具有各自的特點(diǎn)和功能。通常前端蓋用于密封整個(gè)液壓缸的活塞桿內(nèi)腔,對(duì)于活塞桿內(nèi)腔起到了導(dǎo)向、密封和防塵的重要作用。后端蓋用于封閉液壓缸筒的底部和空腔,通常后端蓋用于連接整個(gè)液壓缸和其他機(jī)械部件[19]。液壓缸的各種基本參數(shù)公稱液壓缸的基本參數(shù)公稱工作壓力p=8.0MPa；Q=5/2=2.5m3/h[1液壓缸的類型及安裝方式本設(shè)計(jì)采用的是單活塞液壓缸,見(jiàn)圖3.7圖3.73.3其他的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1活塞桿活塞桿的結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)的液壓缸采用活塞式空心桿,把空心管子中用高壓水來(lái)充滿,活塞桿的外端連接液壓缸與發(fā)動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)中可以采用幾種結(jié)構(gòu)方式或具體的要求和裝設(shè)要求。本計(jì)中使用的光學(xué)棒的結(jié)構(gòu)如圖3.8所示[18]。圖3.8活塞桿的內(nèi)端連接是與活塞桿相連接的部分。所有與活塞相連接的模式都需要有內(nèi)端鎖定的措施,因?yàn)榛钊晌挥谔厥獾奈恢?，所以活塞桿不能夠被移動(dòng)或發(fā)生斷裂等情況。圖3.9活塞桿密封活塞桿的密封結(jié)構(gòu)覆蓋在整個(gè)液壓缸的前端,如下圖3.10所示:圖3.10活塞桿的密封大多采用O型圈和yx型圈。由于在缸內(nèi)桿子的摩擦不是濕摩擦,所以這樣的摩擦因子較大,所以產(chǎn)生的摩擦力較大，會(huì)影響使用效率與壽命，以及大的耐磨性和快速磨損。因此,它被采用。技術(shù)要求a:500m米長(zhǎng)的移動(dòng)活塞桿子在工作面上垂直線度的移動(dòng)誤差不可能大于0.03毫米。b:兩端的跳動(dòng)幅度不克不及于0.01mm。c:直徑誤差為100毫米時(shí),端面的垂直度的誤差不超過(guò)0.04毫米。總長(zhǎng)及加工方式活塞總長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng),因此加工起來(lái)難度相當(dāng)之大,深孔鉆不適合用于本次設(shè)計(jì)中。由于井眼比小,長(zhǎng)桿焊接在鉆頭上,當(dāng)鉆滿時(shí)將鉆頭收回,鉆屑在鉆進(jìn)前排出。鉆頭以這種方式來(lái)回鉆孔,并采用兩端鉆孔的方法,從而結(jié)束加工工藝?；钊刹牧蠈?shí)心無(wú)縫鋼管對(duì)于活塞桿的對(duì)于無(wú)縫空心鋼管主體材料通常也都是需要選擇35、45號(hào)大型鋼,而對(duì)于無(wú)縫空心鋼管活塞桿的無(wú)縫鋼管主體材料一般也都是需要選擇35、45號(hào)大型鋼的無(wú)逢空心鋼管,1Cr18Ni9Ti所以也就是我們所需要選擇的這種無(wú)縫空心鋼管主體材料就是2.3.2活塞活塞結(jié)構(gòu)活塞的主體結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)是分別考慮與滑動(dòng)活塞桿和缸筒內(nèi)壁的內(nèi)側(cè)滑動(dòng)接合連接處的密封和與滑動(dòng)活塞桿的內(nèi)壁滑動(dòng)接合連接處的密封[20][21]?；钊恼w結(jié)構(gòu)和活塞形式主要還是取決于整體活塞以及密封件的整體結(jié)構(gòu)和活塞形式?；钊麣鈩?dòng)密封的整體結(jié)構(gòu)和工作形式主要還是取決于控制活塞密封工作的必要條件,如活塞工作時(shí)的壓力、速度和活塞工作時(shí)的溫度。參見(jiàn)下圖3.10:經(jīng)過(guò)反復(fù)的挑選與對(duì)照各個(gè)密封式的優(yōu)缺點(diǎn)，活-筒之間我選擇密封形式,同樣的是在活塞與其桿子之間我也進(jìn)行了精心盡力的挑選與選用，間隙密封采用與塞-桿之間,為了保證加工質(zhì)量，須在配合密封間使用固定密封。采用O形密封圈,活塞桿上開(kāi)有密封槽?；钊牧系倪x擇這種設(shè)計(jì)由于沒(méi)有固定的導(dǎo)向環(huán),所以采用了高強(qiáng)度的鑄鐵ht200[16]。技術(shù)需求a:外徑D對(duì)d的跳動(dòng)不大于D公差之半[22]。b:在整個(gè)活塞兩端直徑平均公差為100毫米的正常使用情況下,活塞兩端徑向橫直線截面上的t對(duì)徑向角度與整個(gè)活塞兩端徑向軸線的相對(duì)垂直度平均誤差不應(yīng)得大于0.04毫米,外徑度的c與圓度d的相對(duì)圓度平均誤差不大于整個(gè)活塞外徑度與圓度平均公差的一半[22]。2.3.3缸體與缸蓋缸體的材料缸筒的工藝和材料一般都要求缸筒具有強(qiáng)大的材料強(qiáng)度和韌性強(qiáng),能夠長(zhǎng)時(shí)間地承受最高的工作壓力和短期的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)工作壓力而不容易發(fā)生永久的彎曲和變形,并且缸筒具有一個(gè)足夠的剛度焊接起來(lái)能夠承受對(duì)活塞的測(cè)向作用力和對(duì)安裝的反作用力而不容易發(fā)生永久彎曲。因此需要焊接的缸筒也同樣需要良好的缸筒焊接工藝和性能。液壓缸焊接缸體常用的焊接材料主要是20，35，45缸的合金無(wú)縫鋼管。20號(hào)合金鋼很少被選座液壓缸的材料使用,35號(hào)合金鋼用于與液壓缸底的無(wú)縫鋼管接頭、耳軸等零部件焊接在一起的液壓缸體[22]。并在粗加工后進(jìn)行淬火和回火。不與其他缸體部件無(wú)縫鋼管焊接的液壓缸體部件也可以用合金鋼無(wú)縫鋼管焊接制成。但是在本次設(shè)計(jì)中我認(rèn)為Q235A更適合螺栓材料的選擇。通過(guò)比較,我認(rèn)為Q235A鋼更符合這個(gè)設(shè)計(jì)[18][22]。缸蓋材料選擇Q235為綜合考慮后的選用材料。缸蓋的技術(shù)要求活塞桿密封圈的缸徑d和外徑d’的圓度誤差和圓柱度誤差不大于0.03毫米。2.3.4活塞和活塞桿的連接形式在液壓缸工作正常的情況條件下,活塞和氣動(dòng)液壓缸的兩個(gè)活塞桿頭都需要直接通過(guò)固定的連接螺紋進(jìn)行連接。所以當(dāng)液壓活塞和氣動(dòng)液壓缸的連接工作條件壓力高、機(jī)械振動(dòng)大時(shí),采用環(huán)或半環(huán)形式連接?？紤]到實(shí)際情況,本次設(shè)計(jì)采用半環(huán)連接。2.3.5密封件的選用所有密封件的作用均為防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間泄漏以及防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等侵入機(jī)器設(shè)備內(nèi)部。在某一些液壓機(jī)械部件和設(shè)備系統(tǒng)中,由于內(nèi)部的壓力、間隙和粘度的變化等影響,會(huì)使密封液發(fā)生泄漏。這樣可能會(huì)讓整個(gè)液壓的部件工作效率比的降低,也不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的額定條件,使得設(shè)備系統(tǒng)無(wú)法正常的工作。外部的泄漏可能會(huì)直接造成對(duì)工作介質(zhì)的直接浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染。甚至可能引發(fā)了事故。為了確保了液壓部件和設(shè)備的正常工作和運(yùn)行。所以選用合適的密封液也是很重要的一部分工作。除了最小間隙密封之外,相位密封環(huán)的兩個(gè)耦合表面之間的最小間隙被嚴(yán)格地控制在兩個(gè)密封工作的介質(zhì)之間可以接觸和通過(guò)的最小間隙的極限值內(nèi)。對(duì)密封件的要求應(yīng)該需要良好的密封性；對(duì)工件的摩擦小；能夠有長(zhǎng)于其他普通工件的更長(zhǎng)的壽命；與漿體等介質(zhì)不能產(chǎn)生任何其他反應(yīng)。通過(guò)各個(gè)方面的比對(duì)O形橡膠密封圈與密封圈是常用的密封圈活塞與驅(qū)動(dòng)前端氣缸活塞桿之間密封開(kāi)閉圈一般采用0形的方式密封活塞開(kāi)閉環(huán)外圈,前端活塞氣缸蓋與活塞前端氣缸活塞桿之間的密封開(kāi)閉圈一般采用0形的方式密封開(kāi)閉圈。O型密封圈具有以下特點(diǎn)[18]:a:o型圈的截面一般呈圓形,密封材料主要為氟橡膠,因o型圈即可廣泛用做靜密封,又氟橡膠可廣泛用于o型圈的動(dòng)密封,動(dòng)摩擦的阻力又比較小,單件產(chǎn)品使用o型圈就可對(duì)兩個(gè)方向的摩擦起到動(dòng)密封的作用,而且產(chǎn)品價(jià)格低廉,裝拆方便,是液壓工程中是使用最廣泛的一種密封件。b:所選型號(hào)及密封機(jī)理O型橡膠密封圈液壓氣動(dòng)用O型橡膠密封圈所選型號(hào)見(jiàn)下表一表一RRΦ270Φ5.7Φ240Φ5.7Φ250Φ5.7Φ60Φ5.3因?yàn)樵谠O(shè)備在進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，活塞桿與釭壁進(jìn)行往復(fù)運(yùn)作，又因?yàn)闈?rùn)滑油潤(rùn)滑脂的作用下，形成了一層厚厚的油膜，所以在此種條件下，在o型橡膠圈的作用下，是其中一些特定的裝配件最大的延長(zhǎng)了其使用期限。六角薄螺母-A和B級(jí)-倒角:(GB6172-86)[15][18]圖3.13表二Dda(max)Pdw(min)E(min)M(max)S(max)M3636351.160.971855普通六角螺栓-C級(jí):(GB5782-86)[15][18]圖3.14表三dfdadsdwekrcsk30633.429.4342.750.8518.710.84612.820522.419.6742.70.84646標(biāo)準(zhǔn)彈簧圈:(GB93-87)材料為65Mn表面氧化國(guó)家現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)密封圈各方面都有很?chē)?yán)格的管理方式，在此設(shè)計(jì)中需要注意的點(diǎn)就是當(dāng)對(duì)密封圈進(jìn)行壓縮時(shí)，當(dāng)壓縮到一定的程度上會(huì)對(duì)密封圈產(chǎn)生一定的不好的影響。密封圈的壓縮量泄露是在完畢之后。如果在加工的過(guò)程中，若加工余量過(guò)大，那么可能會(huì)導(dǎo)致密封圈的松垮樣從而造成了泄露的問(wèn)題出現(xiàn)。再一種情況就是，密封圈裝配后若拉伸應(yīng)力過(guò)度,也可能會(huì)直接造成因密封件過(guò)早發(fā)生老化而引起的密封裝置的泄露。密封圈的安裝槽的壓縮量和深度設(shè)計(jì)主要取決于密封圈的寬度和壓縮量,槽的寬度密封的嚴(yán)密程度來(lái)取決,o型圈安裝槽適用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封裝置,對(duì)o型圈溝槽的壓縮量和寬度設(shè)計(jì)應(yīng)合理地取小值。裝配前各裝配件必須嚴(yán)格清洗,裝配過(guò)程中密封圈進(jìn)行操縱的時(shí)候，潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油必須涂抹于壁內(nèi)且涂抹均勻，以免對(duì)港幣或密封圈產(chǎn)生摩擦損耗。對(duì)徑向孔或螺釘?shù)牟课?應(yīng)用護(hù)套隔開(kāi)或采用其它防護(hù)措施,使O型圈在裝配時(shí)不被劃傷,不被扭曲。yx主體密封環(huán)外圈材料是目前在大型液壓缸缸體制造中廣泛使用極其廣泛的一種可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的主體密封環(huán)外圈,它由目前傳統(tǒng)的一種y型主體密封圈材料改制而來(lái)形成,通常用一種聚氨脂材料作為主體材料而制制成。穩(wěn)定性好,不易反轉(zhuǎn),軸孔不通用。yx滑動(dòng)整體密封面外圈的兩唇高度不大于相等,yx滑動(dòng)密封面外圈的兩側(cè)短邊可作為與兩側(cè)滑動(dòng)整體密封面互相接觸的滑動(dòng)三角形整體密封邊,滑動(dòng)摩擦阻力小,長(zhǎng)邊與非滑動(dòng)三角形的短邊滑動(dòng)整體密封面互相接觸,壓縮氣流量大大顯著增加,摩擦阻力也大大增加,yx滑動(dòng)密封面外圈的長(zhǎng)邊在單獨(dú)工作時(shí)不易單獨(dú)移動(dòng),由于兩個(gè)密封圈單獨(dú)使用時(shí)的摩擦壓力低,6mpa,yx長(zhǎng)邊滑動(dòng)時(shí)將密封圈單獨(dú)安裝時(shí)它就可以不用將密擋圈單獨(dú)直接安裝長(zhǎng)邊使用?？子脃x密封圈及其安裝溝槽的形式和尺寸見(jiàn)零件圖,因?yàn)槊芊馊Φ闹匾饔孟拢仨殞⒚芊馊ΡＷo(hù)完全，所以安裝時(shí)密封圈的間隙不能出現(xiàn)較大或較小的縫隙出現(xiàn)。安裝:安裝時(shí)所通過(guò)的部位,如液壓缸缸筒和活塞桿端部應(yīng)有15度到30度倒角,以避免劃傷密封圈。安裝時(shí)如果通過(guò)專用外螺紋或其他密封零件退護(hù)套刀槽等尖端直角的連接部位來(lái)進(jìn)行驅(qū)使,應(yīng)套上安裝專用的其他密封零件退火保護(hù)套,在進(jìn)行安裝時(shí)的設(shè)計(jì)時(shí)候還應(yīng)特別注意安裝使用的各種外螺紋和其他密封零件退護(hù)套刀槽的外圈直徑不應(yīng)小于專用外螺紋或其他密封零件退護(hù)套外圈的內(nèi)徑。應(yīng)將潤(rùn)滑脂或工作油涂抹在密封圈表面和裝配通過(guò)的零件上,應(yīng)將Yx密封圈的凹部正對(duì)壓力介質(zhì)。零件在使用前應(yīng)徹底的清洗，不能有任何的顆粒