摘要
本毕业设计的课题来源于现场工程实际，主要任务是在现场实习调研的基础上拟定出整个疏煤系统的设计方案，设计出液压系统、电控系统及各组成部分，并选择液压元件及电控元件，最终完成整个系统的设计。
本文设计的液压疏煤系统主要包括两大部分：液压系统和电控系统。其中液压部分是由液压系统控制八个液压缸伸缩，液压缸带动埋在煤中的几字棍运动，进而实现煤仓的疏煤。电控部分采用当今比较先进的PLC可编程控制器控制：对电动机的启闭、加热器的开关、电磁换向阀的换向、液压系统的卸荷等实现了手动与自动控制。
本文设计的液压缸和电控系统是本次设计的专题部分。本文设计的液压缸采用活塞缸——连杆传动方案；活塞采用组合式活塞；前端盖为法兰联接；后端盖采用焊接结构；活塞与连杆用螺母固定。本文设计的电控系统，采用当今比较先进的PLC可编程控制器作为主要控制元件，压力继电器作为PLC的一个输入端。这样系统可以根据液压油压强的变换来控制液压缸的伸缩，不仅实现了每个液压缸均可独立自动连续运行，还可实现每两个液压缸自动连续运行和手动控制。
此外，还对系统中的各类液压元件和电控元件进行了相关计算，选出合适的型号，并对电控操作台作了初步设计。
关键词：疏煤系统；液压系统；电控系统.
Abstract
The design of the graduate engineering topics from the scene, the main task is to research internship at the scene on the basis of drawing up the dredging of coal system design, design a hydraulic system, electronic control systems and components and hydraulic choice Components and electronic control components, the final completion of the entire system design.
In this paper, the design of the hydraulic dredging coal system, including the two main parts: the hydraulic system and electronic control system. Which is part of the hydraulic control system of hydraulic telescopic eight hydraulic cylinders, hydraulic cylinders buried in the coal driven in a few words stick movement, leading to the reduced coal bunker coal. Electronic parts used in today's more advanced PLC control: on the hoist motor, heater switch, the change to the electromagnetic valve, the hydraulic system of unloading, and so achieve the manual and automatic control.
In this paper, the design of the hydraulic cylinders and electric control system of this design is part of the topic. In this paper, the design of a hydraulic cylinder piston-cylinder - link transmission programmer; Detroit Pistons used modular; front cover for the flange connection; cover after a welded structure; Pistons and the fixed link with nuts. The design of the cylinder, piston rod, cover, and other important parts of the structure and mechanical calculations.
In this paper, the design of the electric control system, using today's more advanced PLC programmable logic controller as the main control devices, pressure relay as a PLC input. This system can transform the hydraulic oil-hydraulic cylinders to control the expansion, not only to achieve the
independence of each cylinder can be automatically continuous operation, but also to achieve every two hydraulic cylinder automatic and manual control of continuous operation.
In addition, the system in all types of hydraulic components and electronic control components of the relevant terms, elect a suitable model, and electronic control console made a preliminary design.
Key words: reduced coal system; hydraulic cylinder; electronic control system.
目录
摘要.............................................. I ABSTRACT ....................................................................................... I 绪论 (4)
1 液压疏煤系统的设计 (5)
1.1 工作原理 (5)
1.2 系统设计要求及技术参数 (6)
1.3 系统的其他要求 (6)
1.4 总体规则 (6)
2 液压缸的设计 (10)
2.1 液压缸的设计依据和设计原则 (10)
2.2 设计步骤 (11)
2.3 液压缸基本参数的确定 (11)
2.4 其它结构的设计 (21)
3 动力元件的选择与速度效验 (24)
3.1 液压泵的选择 (24)
3.2 校核液压缸的伸缩速度 (26)
3.3 确定工作循环系统各参数 (27)
4 控制元件的选择 (32)
4.1 换向阀的选择 (34)
4.2 单向阀的选择 (34)
4.3 溢流阀的选择 (34)
4.4 滤油器的选择 (35)
4.5 压力表开关的选择 (35)
4.6 压力继电器的选择 (36)
4.7 电动机的选择 (37)
5 辅助元件的选择 (39)
5.1 油箱的选择 (39)
5.2 油管的选择 (40)
5.3 管接头的选择 (41)
5.4 加热器的选择 (41)
6 系统性能验算 (44)
7 电控系统的设计 (47)
7.1 电控系统图拟定........................ 错误！未定义书签。
7.2 PLC程序的编写 (47)
7.3 电控元件的选择........................ 错误！未定义书签。
8 液压传动系统的安装和使用 (61)
8.1 液压元件的安装总要求 (61)
8.2 管路的安装与清洗 (61)
8.3 压力试验 (61)
8.4 调整和试运转 (62)
9 液压系统的维护 (63)
10 小结........................... 错误！未定义书签。参考文献........................... 错误！未定义书签。致谢.............................. 错误！未定义书签。
绪论
本次设计的题目是电厂煤仓疏煤装置系统的设计，该系统主要是用来完成积煤的疏通工作。目前在电厂、矿山煤仓中也发生过积煤大面积突然冒落而导致人员伤亡的事故。究其原因，一方面在于环境的不安因素、人的不安全行为、管理上的漏洞，另一方面是设施不健全。因此从设施上确保安全，应采用机械疏松煤仓中的积煤减少事故发生已成为急待解决的问题，而液压自动疏煤系统该系统的出现使这一问题的解决成为可能，对此加以分析、研究具有重大意义。
本设计主要包括两大部分：液压系统和电控系统。液压部分是由液压系统控制八个液压缸伸缩，液压缸带动埋在煤中的蒺藜棍运动，从而实现煤仓的疏煤。电控部分采用PLC可编程控制器控制：对电动机的启闭、加热器的开关、电磁换向阀的换向、液压系统的卸荷等实现了手动与自动控制。
随着工业化的发展的提高，以及对人员工作环境安全性的要求提高，疏煤装置系统在国内外日益广泛应用，对提高生产效率，降低生产成本，保障人员安全起着至关重要的作用。
1 液压疏煤系统的设计
1.1 工作原理
本系统可分为自动运行和手动控制运行。当自动运行时工作原理如下：
当1号液压缸单独工作时，人工启动一号缸启动按钮SB1向PLC发出启动控制指令X1。此时如果压力继电器提供给PLC的信号X9为高电平（即液压泵启动系统压力超过压力继电器调定压力），则PLC控制输出线圈Y1通电从而控制一号缸的三位四通电磁换向阀左侧电磁换向阀1通电，液压油液经换向阀进入液压缸有杆腔，千斤顶缩回。当缩至终点时压力升高，当压力超过压力继电器预调定压力时，继电器向PLC的输出信号X9变为高电平。PLC接收到信号X9的上升沿便控制一号缸换向阀的左侧电磁换向阀1断电，右侧电磁换向阀2通电，液压油进入无杆腔，千斤顶伸出。伸至终点后，压力继电器又发出高电平信号X9给PLC，PLC控制电磁换向阀2断电，电磁阀1通电液压缸又自动回缩。这样通过PLC控制，一号液压缸就能自动运行。同理，当2~8号液压缸单独作用时，控制过程与1号液压缸控制过程类似。
当1号、2号液压缸共同作用时，人工同时启动1号2号缸启动按钮SB1、SB2，同时向PLC发出启动指令X1、X2，则PLC同时控制电磁换向阀1、3同时通电，液压油同时进入1号、2号液压缸有杆腔。1号、2号液压缸同时缩回，缩至终点是压力升高，压力继电器向PLC发出信号X9，PLC控制电磁换向阀1、3同时断电，电磁阀2、4通电液压油进入无杆腔，1号、2号千斤顶同时伸出，伸至终点时，压力升高，压力继电器再向PLC发出信号X9，PLC控制电磁换向阀2、4断电，电磁阀1、3通电，1、2号液压缸又自动回缩。这样在PLC的控制下1、2号两缸就能同时伸缩自动运行。同理，当3号、4号、5号、6号、7号、8号液压缸分别两两同时作用时，其控制过程与1号、2号液压缸共同作
用时的控制过程类似。当人工启动泻荷按钮SB0时，PLC就接到卸荷指令 X0，于是控制卸荷电磁阀YA0接通，卸荷回路打开就实现系统卸荷。由于卸荷回路只受X0控制，所以系统可以随时实现卸荷，即急停。
1.2 设计原始参数
本设计要求液压系统完成煤的疏松工作，其系统设计原始参数见表 1.1
表1.1 系统设计参数
1.3 系统的其他要求
（1）液压缸的伸出、回缩速度不能太快。
（2）各元件的动作要安全、平稳、可靠、换向精度高。
1.4 总体规则
（1）确定液压执行元件
根据系统要求，液压执行可采用如下方案，其优缺点如下表（见表1.2）。
根据上表中的优缺点比较，最终选择第二种方案为液压执行元件，即为活塞缸——连杆传动。
（2）明确载荷
明确液压缸的工作载荷，如表1.2所列各项技术参数中当液压缸缩回时，
液压缸有最大拉力 ,当液压缸外伸时，液压缸有最大推力 。
表1.2 不同种类液压缸优缺点
（3）绘制系统工况图
2
图1.1 系统工况图 （4）确定系统工作压力
本系统属于小型工程机械，充分考虑系统所需流量、系统效率和性能、工作可靠性、工艺性和经济性等因素后，参照《液压技术手册》表 37-2选择液压系统的工作压力为16MPa 。
（5）草拟液压系统原理图
1）液压系统图拟定，如图1.2
图 1.2 液压系统原理图2）系统工作循环图表
当液压缸1单独作用时，工作循环如下表1.3：
表 1.3 单缸作用工作循环表
当液压缸1、2共同作用时，工作循环如表1.4：
表1.4 双缸作用工作循环表
注：1.当液压缸2~8号单独作用时，工作循环表与当液压缸1单独作用时类似。即几号液压缸工作则与其对应的电磁铁既通电，其余电磁铁则处于断电状态。
2、当液压缸3~8号共同作用时，其工作循环与表4，1号和2号液压缸共同作用时的情况类似。即那两个缸共同作用，则与其对应的电磁铁既共同通电，其余电磁铁则处于断电状态。
3、该系统虽然有两台电动机，但通常情况下只有一台电动机工作，另一台为备用电动机。
2 液压缸的设计
2.1 液压缸的设计依据和设计原则
液压缸是液压传动的执行元件，它与主机和主机上的机构有着直接的联系，对于不同的机种机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。因此，在设计前要作好调查研究，备齐必要的原始资料和设计依据，如表2.1所示：
表2.1 液压缸原始资料
液压缸设计的一般原则：
1) 保证液压缸往复运动的速度、行程和液压缸推力；
2) 保证液压缸每个零件有足够的强度、刚度和耐久性；
3) 在合理选择液压泵供油压力和流量的条件下，尽量减小液压缸的尺寸；
4) 活塞杆工作时最好承受拉力，以免产生纵向弯曲；
5) 液压缸尽量避免承受侧向载荷；
6) 液压缸的轴线应与被拖动机构的导向方向平行；
7) 长行程液压缸活塞杆伸出时应尽量避免下垂；
8) 液压缸各部密封可靠、泄漏小、摩擦力小、寿命长；
9) 液压缸因温度变化膨胀伸长时，不能因受限制而产生挠曲；
10) 根据液压缸的工作条件和具体情况考虑缓冲、排气和防尘措施；
11) 液压缸各结构要素应采用标准系列尺寸，尽量选择经常使用的标准件；
12) 液压缸应做到成本低、制造容易、维修简单。
2.2 设计步骤
液压缸的设计内容和步骤大致如下：
1)明确液压系统的设计要求，确定液压系统方案；
2)选定执行元件，进行工况分析，初步确定系统的主要参数；
3)确定液压系统方案，拟定液压系统原理图；
4)计算和选择液压元件；
5)对液压系统的主要性能进行验算；
6)绘制液压缸装配图和零件图；
7)审定全部设计计算资料、图纸及其他技术文件。
2.3 液压缸基本参数的确定
2.3.1缸筒的设计
缸筒通常根据缸筒与端盖的连接形式选用，而连接形式又取决于额定工作压力，用途和使用环境等因素。综合考虑本系统各种因素选用：缸体为钢管，一端焊接法兰与缸头连接，一端与缸底焊接。
优点：结构较简单，易加工、易装卸。
缺点：重量比螺纹连接的大，但比连杆连接的小，外径较大。
（1）缸筒的材料和毛坯
选择缸筒材料和毛坯时，不仅要考虑它的机械性能、工艺性能，还要考虑它的经济性。
根据缸体的材料的要求，综合考虑选ZG310—600碳素铸钢作为缸体的材料，它的S σ=310 M a P ，b σ=600 M a P 。
（2）缸筒的技术条件
①缸筒内径一般采用3D 或4D 级配合，表面光洁度一般1.6—3.2，它的椭圆
度、锥形度、鼓形度不大于内径公差的一半，弯曲度在500毫米长度上不大于0.03毫米。缸筒端面摆差在100毫米直径上不大于0.04毫米。为了装配时不损坏密封件，缸筒内径两端应倒15o 角。必要时缸筒内径可镀铬，以防腐蚀并提高寿命。
②有足够的强度和刚度
（3）缸筒内径
当活塞杆是以推力驱动工作负载时，压力油输入无杆腔，
D 1= m η = 式（2.1）
t F - 推力 P -油液压强 m η-液压缸系数
缸筒内径应按上式计算后再取整，查《液压缸内径系列参数》取标准值得液压缸的缸内径D=160 mm 。
（4）缸筒强度的计算
缸筒在液压力的作用下，有一种沿圆周方向破坏的趋势，为了防止这种破坏，缸筒壁厚必须有一定的厚度。
1） 薄壁缸筒
缸筒壁厚δ与内径D 之比小于110时，壁厚按薄壁筒公式[]
σδ2PD ≥,其中P —液压缸的最大工作压力；D —缸筒内径；
[]σ—缸筒材料的许用拉应力
[]σ= = =120MPa 式（2.2）
b σ—缸筒材料的抗拉强度极限；
n —安全系数，一般取n=5
δ≥212016016??=10.7mm ，10
1 110时，称为厚壁筒，按厚壁筒强度公式计算，由第二强度理论得， []σ []σ 式（2.3） 代入数值，得 =10.4mm 110 D δ <属薄壁筒，综合比较取δ=12 mm （5）缸筒外径的确定 1D = D+ 2 =160+2*12=184mm 式（2.4） D —缸筒内径 （6）缸筒壁厚的验算 计算求得的缸筒壁厚δ值后，应做以下三方面的验算，以保证液压缸安全 工作。 1）液压缸的额定压力n P 应低于一定的极限值来保证工作安全： P n 0.35* 0.35* n P =16<26.5 成立，式中n P —液压缸额定压力；D —缸筒内径； 1D —缸筒外径；s σ—材料的屈服强度极限。 2）为避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力n P 应与塑性变形压力有一定的比例范围， = ()1 0.35~0.420.443.316n n P P P ≤?>= 3）为确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力E P 应大于实验压力30T a P MP =， P E =2.3 log = 83.7MPa =30MPa 综合以上三个验算公式均成立，故缸筒壁厚符合要求可保证液压缸安全工作。 2.3.2活塞杆 活塞杆是液压缸传递动力的主要元件，它要承受拉力、压力、弯曲力、振动冲击等载荷的作用必须有足够的强度。 （1）活塞杆的结构和材料 活塞杆（如图 2.1）有实心杆和空心杆，空心活塞杆一般用于缸筒运动液压缸，空心活塞杆一般用于缸筒运动液压缸，空心部分可以用来导通油路，大型液压机的活塞杆或柱塞杆或柱塞也采用空心结构，用以减轻重量。综合考虑该液压缸活塞杆为实心杆。材料选用45号钢。一端与活塞螺栓连接，查《机械设计手册》表20-6-14根据GB/T2350-1980选取活塞杆螺纹尺寸M56275 ?? 图2.1 活塞杆的结构 （2）活塞杆直径的计算 对于双作用单边活塞杆液压缸，其活塞杆直径d可由往复运动的速比?确定,液压缸往复运动速比一般取2，1.46，1.33，1.25，1.15等数值， 取?=1.33 ,根据液压缸活塞往复运动的速度之比： = 得公式： d = 式（2.5） 式中d —活塞杆直径；D —缸筒内径；?—液压缸往复运动速比 将?=1.33带入得：33 .1133.1160-?=d =79.4mm 查第四版《机械设计手册》表20-6-16按照JB2183—77中所制定的标准规定的活塞杆外径尺寸圆整取d=80 mm 。 （3） 液压缸的稳定性和活塞杆强度验算 前面对活塞杆直径仅按速比要求做了初步确定，活塞杆直径还必须同时满足液压缸的稳定性及本身的强度要求。 1）液压缸稳定性验算 一般情况下当杆长与杆径的比值 时，不必验算其纵向弯曲强度和稳定性。L/D ，所以不必验算 2）活塞杆的强度计算 当活塞杆受到纯压缩或拉伸时 []s n σσ= 式（2.6） 式中 d —活塞杆直径； 1d —空心活塞杆孔径，实心杆1d =0； t F —活塞杆的最大推力； []σ—活塞材料的许用应力； s σ—材料的屈服极限；n=1.4~2； 420[]2 σ==210 MPa ； 2 5 80105.24???=πσ=49.8 MPa< []σ。 2.3.3活塞的结构和材料 活塞（如图2.2），将液压能转换为机械能的主要元件，基本结构可以分为顶部，头部和裙部。在缸筒内反复滑动，配合应适当，不能过紧或间隙过大。过紧会降低效率，损坏缸筒和活塞滑动配合表面。过大，会引起液压缸内部泄露，降低液压系统的容积效率。 根据《液压传动》表20-6-11，表20-6-12得，综合考虑活塞采用橡胶圈O 形密封活塞，活塞材料选用45号钢。由于本系统中，活塞受压为中低压受力不大。综合以上： 。 活塞宽度: H=（0.6—1.0）D 取H=0.8D=128 活塞内径: 选取 0d =60 mm 活塞外径与缸筒内径的配合采用f9,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm ，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04100mm m ，外表面的圆度和圆柱 度一般不大于外径公差之半。 摘要 液压缸是液压系统中最广泛应用的一种液压执行元件。液压缸是将液压泵输出的压力能转换为机械能的执行元件,它主要是用来输出直线运动。 液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。由于液压传动有许多突出的优点，因此，它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时，也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。 本文对液压缸参数化设计方法进行深入系统的研究,建立液压缸CAD原型软件系统,主要研究成果如下: 1.系统分析液压缸工作原理的基础上,归纳了液压缸的工作形式及主要安装形式。在分析液压缸主要部件结构特点的基础上,建立了基于装配的面向对象液压缸产品设计模型; 2.研究面向制造的产品特征建模技术,基于产品建模方法和面向对象技术,建立了基于特征的液压缸产品模型。研究了适用于液压缸参数化设计的标准件库建模方法及数据库建模技术,并据此建立了液压缸参数化数据库模型及基于装配的液压缸参数化模型; 3.建立液压缸参数化CAD系统模型,基于商用CAD软件,开发了液压缸参数化CAD软件原型系统。 关键词：液压缸；液压泵；液压传动；液力传动 Hydraulic cylinders are one of the hydraulic action components, which are widely used to transfer hydraulic power produced by pump to mechanical power with the manner of straight movement. Hydraulic transmission hydraulic transmission and are based on the liquid as energy transfer medium to the drive. Mainly the use of hydraulic fluid to transmit pressure to energy; and hydraulic transmission is mainly used to transfer the kinetic energy of liquid energy. As a result of hydraulic many prominent advantages, therefore, it is widely used in machine building, construction, petrochemical, transportation, military equipment, mine metallurgy, light industry, agricultural, fisheries, forestry and so on. At the same time, also be applied to aerospace, marine development, nuclear engineering and earthquake prediction in various fields of engineering and technology. In this paper, the parameters of the hydraulic cylinder design of the system to conduct in-depth research, the establishment of hydraulic cylinder CAD prototype software system, the main research results are as follows: 1. The working principle of hydraulic cylinder systems analysis on the basis of summed up the work of the form of hydraulic cylinder and the major form of installation. Analysis of hydraulic cylinders in the structural characteristics of the main components on the basis of the assembly based on object-oriented model of product design of hydraulic cylinder; 2. Research-oriented products feature modeling, product modeling based on object-oriented methods and technology, based on the characteristics of the hydraulic cylinder product model. Studied for parametric design of hydraulic cylinder of standard parts library and database modeling modeling techniques, and accordingly established a database of hydraulic cylinder model parameters and the hydraulic cylinder assembly based on the model parameters; 3. To establish fluid pressure cylinder of CAD system model parameters, based on the commercial CAD software, has developed a hydraulic cylinder Parametric CAD software prototype system. Key words：Hydraulic cylinder; hydraulic pump; hydraulic transmission; hydraulic transmission 液压缸的计算 (2)伸缩缸。伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。 伸缩缸可以是如图4-10(a)所示的单作用式，也可以是如图4-10(b)所示的双作用式，前者靠外力回程，后者靠液压回程。 图4-10伸缩缸 伸缩缸的外伸动作是逐级进行的。首先是最大直径的缸筒以最低的油液压力开始外伸，当到达行程终点后，稍小直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。随着工作级数变大，外伸缸筒直径越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度变快。其值为： Fi=p14 (4-30) 2V1=4q/πDi (4-31) 式中的i指i级活塞缸。 Di2 图4-11齿轮缸 (3)齿轮缸。它由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成，如图4-11所示。柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的传动，用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。 二、液压缸的典型结构和组成 1.液压缸的典型结构举例图4-12所示的是一个较常用的双作用单活塞杆液压缸。它是由缸底20、缸筒10、缸盖兼导向套9、活塞11和活塞杆18组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端缸盖(导向套)与缸筒用卡键6、套5和弹簧挡圈4固定，以便拆装检修，两端设有油口A和B。活塞11与活塞杆18利用卡键15、卡键帽16和弹簧挡圈17连在一起。活塞与缸孔的密封采用的是一对Y形聚氨酯密封圈12，由于活塞与缸孔有一定间隙，采用由尼龙1010制成的耐磨环(又叫支承环)13定心导向。杆18和活塞11的内孔由密封圈14密封。较长的导向套9则可保证活塞杆不偏离中心，导向套外径由O形圈7密封，而其内孔则由Y形密封圈8和防尘圈3分别防止油外漏和灰尘带入缸内。缸与杆端销孔与外界连接，销孔内有尼龙衬套抗磨。 课程设计说明书 名称：液压缸设计 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机制10-？班 姓名： 学号：06 指导教师姓名：徐鹏 设计起止日期：2013年7月8日——2013年7月12日 《液压与气压传动课程设计》任务书 一、设计题目：液压缸设计 二、数据： 推力大小：； 速比：； 行程：； 缸体型式：； 活塞杆外端连接型式：； 是否有导向：。 三、任务量： 液压缸总图：2号（手工绘制）； 零件图：3号(手工绘制)； 说明书：液压缸的设计及计算说明书（手写）。 指导教师：徐鹏2013年7月8 日 课程设计成绩评定单 液压缸设计指导书 机械工程学院 机设教研室 一、设计目的 油缸是液压传动系统中实现往复运动和小于360°回摆运动的液压执行元件。具有结构简单，工作可靠，制造容易以及使用维护方便、低速稳定性好等优点。因此，广泛应用于工业生产各部门。其主要应用有：工程机械中挖掘机和装载机的铲装机构和提升机构，起重机械中汽车起重机的伸缩臂和支腿机构，矿山机械中的液压支架及采煤机的滚筒调高装置，建筑机械中的打桩机，冶金机械中的压力机，汽车工业中自卸式汽车和高空作业车，智能机械中的模拟驾驶舱、机器人、火箭的发射装置等。它们所用的都是直线往复运动油缸，即推力油缸。所以进一步研究和改进液压缸的设计制造，提高液压缸的工作寿命及其性能，对于更好的利用液压传动具有十分重要的意义。 通过学生自己独立地完成指定的课程设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一名出色的机械工程师打好基础。 为此，编写了这本“液压缸设计指导书”，供机械专业学生学习液压传动课程及课程设计时参考。 二、设计要求 1、每个参加课程设计的学生，都必须独立按期完成设计任务书所规定的设计任务。 2、设计说明书和设计计算书要层次清楚，文字通顺，书写工整，简明扼要，论据充分。计算公式不必进行推导，但应注明公式中多符号的意义，代入数据得出结果即可。 3、说明书要有插图，且插图要清晰、工整，并选取适当此例。说明书的最后要附上草图。 4、绘制工作图应遵守机械制图的有关规定，符合国家标准。 5、学生在完成说明书、图纸后，准备进行答辩，最后进行成绩评定。 三、设计任务 设计任务由指导教师根据学生实际情况及所收集资料情况确定。最后人均一题，避免重复。 四、设计依据和设计步骤 油缸是液压传动的执行元件，它与主机及主机的工作结构有着直接的联系。不同的机型和工作机构对油缸则有不同的工作要求。因此在设计油缸之前，首先应了解下列这些作为设计原始依据的主要内容。主机的用途和工作条件，工作机构的结构特点，负载值，速度，行程大小和动作要求，液压系统所选定的工作压力和流量等。 油缸的设计内容和步骤大致如下： 1、液压缸类型和多部分结构的选择。 2、确定基本参数。主要包括工作负载、工作速度（当有速度要求时）、工作行程、导向长度、缸筒内径及活塞杆直径等。 3、强度和稳定性计算。其中包括缸筒壁厚、外径和缸底厚度的强度计算，活塞杆强度和稳定性验算，以及各连接部分的强度计算。 4、导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。 5、整理设计说明书。绘制工作图。 应该指出，不同类型和结构的油缸，其设计内容量是不同的，而且各参数之间需要综合考虑反复验算才能得出比较满意的结果。因此设计步骤不可能是固定不变的。 五、结构型式的确定 液压缸设计 指导书 河南理工大学机械与动力工程学院 热能与动力工程系 一、设计目的 油缸是液压传动系统中实现往复运动和小于360°回摆运动的液压执行元件。具有结构简单，工作可靠，制造容易以及使用维护方便、低速稳定性好等优点。因此，广泛应用于工业生产各部门，如：工程机械中挖掘机和装载机的铲装机构和提升机构，起重机械中汽车起重机的伸缩臂和支腿机构，矿山机械中的液压支架及采煤机的滚筒调高装置，建筑机械中的打桩机，冶金机械中的压力机，汽车工业中自卸式汽车和高空作业车，智能机械中的模拟驾驶舱、机器人，火箭的发射装置等。它们所用的都是直线往复运动油缸，即推力油缸。所以，研究和改进液压缸的设计制造，提高液压缸的工作寿命及其性能，对于更好的利用液压传动具有十分重要的意义。 通过学生自己独立地完成指定的液压缸设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一名合格的机械工程师打好基础。 为此，编写了这本“液压缸设计指导书”，供热能专业学生学习液压传动课程及课程设计时参考。 二、设计要求 1、每个参加课程设计的学生，都必须独立按期完成设计任务书所规定的设计任务。 2、设计说明书和设计计算书要层次清楚，文字通顺，书写工整，简明扼要，论据充分。计算公式 不必进行推导，但应注明公式中各符号的意义，代入数据得出结果即可。 3、说明书要有插图，且插图要清晰、工整，并选取适当此例。说明书的最后要附上草图。 4、绘制工作图应遵守机械制图的有关规定，符合国家标准。 5、学生在完成说明书、图纸后，准备进行答辩，最后进行成绩评定。 三、设计任务 设计任务由指导教师根据学生实际情况及所收集资料情况确定。 四、设计依据和设计步骤 油缸是液压传动的执行元件，它与主机及主机的工作结构有着直接的联系。不同的机型和工作机构对油缸则有不同的工作要求。因此在设计油缸之前，首先应了解下列这些作为设计原始依据的主要内容：主机的用途和工作条件，工作机构的结构特点，负载值，速度，行程大小和动作要求，液压系统所选定的工作压力和流量等。 油缸的设计内容和步骤大致如下： 1、液压缸类型和多部分结构的选择。 2、确定基本参数。主要包括工作负载、工作速度（当有速度要求时）、工作行程、导向长度、缸筒 内径及活塞杆直径等。 3、强度和稳定性计算。其中包括缸筒壁厚、外径和缸底厚度的强度计算，活塞杆强度和稳定性验 3.4.2活塞杆的设计与计算 活塞杆是液压缸专递动力的主要零部件，它要承受拉力、压力、弯力和震动冲击等多种作用，必须有足够的强度和刚度。 1、活塞杆直径的计算 根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.3～0.5D 。 受压力作用时： P ＜5MPa 时，d=0.5～0.55D 5MPa ＜P ＜7MPa 时，d=0.6～0.7D P>7MPa 时，d=0.7D 因为P=1.5MPa ，D=0.066858mm ，故d=0.036771mm 根据下表可知活塞杆直径d=40mm 表3-3活塞杆直径系列mm （GB/T 2348-93） 2、活塞杆强度校核 （1）按强度条件校核 由公式 ] [4σπF d ≥ 式中 d---活塞杆的直径； F---活塞杆上的作用力； σ---活塞杆材料许用应力，n b σσ = ，σb 为材料的抗拉强度，n 为安 全系数，一般取4.1≥n 。 由45号钢的许用应力MPa n b 3735 .1560== = σ σ，N F 5000= 得 m d 00413.0≥，而mm d 40=，故活塞杆强度符合要求。 （2）按弯曲稳定性校核 当活塞杆全部伸出后，活塞杆外端到液压缸支撑点之间的距离d l 10>时，应进 行稳定性校核。 按材料力学理论，当一根受压直杆的轴向载荷F 超过临界受压载荷F K 时，即可能失去原有直线状态的平衡，称为失稳，其稳定条件为 n F k k F ≤ 式中 F ---液压缸的最大推力； F K ---液压缸的临界受压载荷； n k ---稳定安全系数，一般取4 2-=n k 。 液压缸临界受压载荷F K 与活塞杆和缸体的材料、长度、刚度以及两端支撑状况有关。F K 的相关计算如下： 由公式 l F EJ n k 2 2 π = 式中 l ---活塞杆的计算长度； n ---端点安装形式系数，两端固定，故4 =n ； E---材料的弹性模量，钢材的Pa E 10 1.211 ?= ； J---活塞杆的横截面转动惯量，实心杆的64 4 d J π = 。 液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。因此，在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制负载图，选定系统的工作压力(详见第九章)，然后根据使用要求选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。 1.液压缸的设计内容和步骤 (1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。 (2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。 (3)结构强度、刚度的计算和校核。 (4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。 (5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。 下面只着重介绍几项设计工作。 2.计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。 (1)缸筒内径D。液压缸的缸筒内径D是根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB2348—80标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。 根据负载和工作压力的大小确定D： ①以无杆腔作工作腔时 (4-32) ②以有杆腔作工作腔时 (4-33) 式中：pI为缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定；Fmax 为最大作用负载。 (2)活塞杆外径d。活塞杆外径d通常先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。若速度比为λv，则该处应有一个带根号的式子： (4-34) 也可根据活塞杆受力状况来确定，一般为受拉力作用时，d=0.3～0.5D。 受压力作用时： pI＜5MPa时，d=0.5～0.55D 5MPa＜pI＜7MPa时，d=0.6～0.7D pI＞7MPa时,d=0.7D (3)缸筒长度L。缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即：L=l+B+A+M+C 式中：l为活塞的最大工作行程；B为活塞宽度，一般为(0.6-1)D;A为活塞杆导 (此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 毕 业 设 计 液压缸的设计 姓名：_______________ 学号：_______________ 专业：_______________ 班级：_______________ 指导老师：_______________ 2013 年11 月28 日 摘要 将液压缸提供的液压能重新转换成机械能的装置称为执行元件。执行元件是直接做功者，从能量转换的观点看，它与液压泵的作用是相反的。根据能量转换的形式，执行元件可分为两类三种：液压马达、液压缸、和摆动液压马达，后者也可称摆动液压缸。液压马达是作连续旋转运动并输出转矩的液压执行元件；而液压缸是作往复直线运动并输出力的液压执行元件。此说明书是针对液压缸的工作环境和工作要求来确定液压缸的工作压力和承载能力，来确定其缸筒内径、壁厚和活塞杆的直径。再根据液压缸的零部件的工作要求确定零件的工艺，根据零件的精度要求确定零件的加工方法，并生成工艺卡片，完成零件的加工。 关键字：液压缸、机械能、转矩、执行元件 Abstract Hydraulic cylinder will be able to provide the device called actuators. Work is a direct implementation of components, from the point of view of energy conversion; it is the role of the in the form of implementation of the three components can be divided into two categories: and the output of the of components 液压缸计算公式 1、液压缸内径和活塞杆直径的确定 液压缸的材料选为Q235无缝钢管，活塞杆的材料选为Q235 液压缸内径: 4，F4== D,3.14，,p F:负载力 (N) 2A:无杆腔面积 () mm P:供油压力 (MPa) D:缸筒内径 (mm) :缸筒外径 (mm) D1 2、缸筒壁厚计算 π×,??ηδσψμ 1)当δ/D?0.08时 pDmax,,(mm) 02,p 2)当δ/D=0.08~0.3时 pDmax,,(mm) 02.3,-3ppmax 3)当δ/D?0.3时 ,,,，0.4pDpmax,,,,(mm) 0,,2,1.3p,pmax,, ,b,, pn δ:缸筒壁厚(mm) ,:缸筒材料强度要求的最小值(mm) 0 :缸筒内最高工作压力(MPa) pmax :缸筒材料的许用应力(MPa) ,p :缸筒材料的抗拉强度(MPa) ,b :缸筒材料屈服点(MPa) ,s n:安全系数 3 缸筒壁厚验算 22,(D,D)s1(MPa) PN,0.352D1 D1P,2.3,lg rLsD PN:额定压力 :缸筒发生完全塑性变形的压力(MPa) PrL :缸筒耐压试验压力(MPa) Pr E:缸筒材料弹性模量(MPa) :缸筒材料泊松比 =0.3 , 同时额定压力也应该与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免 塑性变形的发生，即: ，，(MPa) PN,0.35~0.42PrL 4 缸筒径向变形量 22,,DPDD，1r,,D,,，,(mm) 22,,EDD,1,,变形量?D不应超过密封圈允许范围5 缸筒爆破压力 D1PE,2.3,lg(MPa) bD 6 缸筒底部厚度 Pmax,(mm) ,0.433D12,P :计算厚度处直径(mm) D2 7 缸筒头部法兰厚度 4Fbh,(mm) ,(r,d),aLP F:法兰在缸筒最大内压下所承受轴向力(N) b:连接螺钉孔的中心到法兰内圆的距离(mm) :法兰外圆的半径(mm) ra A、大腿液压缸结构尺寸设计计算 ①、大腿缸的负载组成 1、工作载荷（活塞杆在抬腿过程中始终受压） 2、惯性载荷（由于所选用液压缸尺寸较小，即不计 重量，且执行元件运动速度变化较小，故不考虑惯性载 荷） 3、密封阻力，其中是作用于活塞上的载 荷，且，是外载荷，，其中是 液压缸的机械效率，取 综上可得：外载荷，密封阻力， 总载荷。 ②、初选系统工作压力 1、按载荷选定工作压力，取工作腔压力为 （由于总载荷为61988N大于50000N，故根据手册 选取工作压力为12MPa） 2、选择执行元件液压缸的背压力为（由于回 油路带有调速阀，且回油路的不太复杂，故根据手册 选取被压压力为1MPa） ③、液压缸主要结构尺寸的计算 1、在整个抬腿过程中活塞杆始终受压，故可得下式： 活塞杆受压时： ----------液压缸工作腔压力（Pa） ----------液压缸回油腔压力（Pa） ----------无杆腔活塞有效作用面积，，D为活塞直径（m）----------有杆腔活塞有效作用面积，，d为活塞杆直径（m） 选取d/D=0.7（由于工作压力为12MPa大于5MPa，故根据手册选取d/D=0.7） 综上可得：D=82.8mm，根据手册可查得常用活塞杆直径，可取D=90mm，d=60mm。 校核活塞杆的强度，其中活塞杆的材料为45钢，故。 由于活塞杆在受负载的工作过程中仅收到压力作用，故仅校核其 压缩强度即可。，故满足强度要求。 即d=60mm，则D=90mm。 由此计算得工作压力为： 根据所选取的活塞直径D=90mm，可根据手册选的液压缸的外径为108mm，即可得液压缸壁厚为。 校核液压缸缸壁的强度，其中液压缸的材料为45钢，故 摘要 本课题是内燃叉车提升液压缸的设计，液压缸的设计包括了系统工作压力的选定、液压缸内径和外径的确定、活塞杆直径和活塞直径的确定、液压缸壁厚的计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定、缓冲装置的计算以及活塞杆稳定性的验算。本设计应用经验设计法和计算机辅助工程技术完成，先依据经验公式计算，确定了液压缸安装方案，设计了液压缸活塞及活塞杆尺寸参数，校核匹配的连接螺栓、销轴等。最后用绘图软件CAD完成液压缸装配图。 关键词：叉车、提升液压缸、液压缸设计摘要 本课题是内燃叉车提升液压缸的设计，液压缸的设计包括了系统工作压力的选定、液压缸内径和外径的确定、活塞杆直径和活塞直径的确定、液压缸壁厚的计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定、缓冲装置的计算以及活塞杆稳定性的验算。本设计应用经验设计法和计算机辅助工程技术完成，先依据经验公式计算，确定了液压缸安装方案，设计了液压缸活塞及活塞杆尺寸参数，校核匹配的连接螺栓、销轴等。最后用绘图软件CAD完成液压缸装配图。 关键词：叉车、提升液压缸、液压缸设计 I ABSTRACT This is the subject of internal combustion forklift lifting hydraulic cylinder design, the hydraulic cylinder design including the working pressure of the system is selected, the hydraulic cylinder inner diameter and outer diameter of the piston rod and the piston diameter, diameter determination, hydraulic cylinder wall thickness calculation to determine the thickness of the cylinder block, cylinder head, length, buffer device is calculated and the piston rod stability checking. Design and application of the experience design method and computer aided engineering technology, according to the empirical formula, determine the hydraulic cylinder installation project, design of hydraulic cylinder piston and piston rod size parameters, check matching bolt, pin. Finally with the drawing software CAD complete hydraulic cylinder assembly drawing. Key words: forklifts, lifting hydraulic cylinder, hydraulic cylinder design II 目录 第1章绪论 (4) 1.1课题背景及研究的目的和意义 (4) 1.2诸多可行性方案的比较以及局限性分析 (5) 1.2.1钢球式锁紧液压缸 (5) 1.2.2滚子式锁紧液压缸 (6) 1.2.3套筒式锁紧液压缸 (7) 1.3国内外技术研究现状 (8) 1.3.1国内研究现状 (8) 1.3.2国外有关科研成果 (8) 1.4本文的主要研究内容 (11) 1.4.1本设计的工作原理及技术参数 (11) 1.4.2本设计相对前文几种可行性方案的优势 (12) 1.5本设计的主要内容 (13) 1.5.1内锥套内外表面摩擦副的摩擦磨损试验 (13) 1.5.2锁紧装置理论设计计算 (13) 1.5.3锁紧装置简化模型的静力学有限元分析及参数优化 (13) 1.5.4锁紧装置的样机试验 (13) 第2章摩擦副材料的选用及其摩擦磨损试验的设计 (14) 2.1引言 (14) 2.2 内锥套内表面材料的选择 (14) 2.2.1 铜或铜合金材料作对偶件 (15) 2.2.2铸铁材料作对偶件 (16) 2.2.3钢材料作对偶件 (17) 2.2.4其他材料作对偶件 (17) 2.3内锥套外表面摩擦副材料选择 (17) 2.4试验方案 (19) 2.4.1试验器材及用品 (19) 2.4.2试验方案 (20) 2.4.3试验数据处理 (21) 2.5本章小结 (24) 第3章液压缸锁紧装置的理论计算和设计 (25) 3.1 引言 (25) 3.2 核心零件的关键尺寸及基本算法 (25) 3.2.1假设条件的提出 (26) 3.2.2简化模型力学求解方程的建立 (27) 3.3.1弹簧弹力—内锥套斜角函数关系 (29) 3.4内锥套厚度的设计计算 (31) 3.5 碟形弹簧的设计计算 (33) 3.6 MATLAB计算程序 (36) 3.7本章小结 (37) 第4章锁紧装置的ANSYS有限元仿真优化试验 (38) 4.1引言 (38) 4.2简化模型的建立 (39) 4.3接触组设置 (39) 4.4约束设置 (40) 4.5外部载荷设置 (41) 4.5.1加载碟簧弹力F K (41) 4.5.2加载活塞杆负载F (41) 4.5.1负载施加时序 (42) 4.6网格划分 (42) 4.7 计算结果处理 (43) 4.7.1内锥套应力分布 (44) 4.7.2外锥套应力分布 (44) 4.7.3 活塞杆应力分布 (45) 4.7.4 内锥套-活塞杆接触压应力 (45) 4.7.5 内锥套-活塞杆接触摩擦应力 (46) 4.8 数据分析处理 (47) 4.8.1 各因素对根部圆弧槽最大应力的影响关系 (48) 4.8.2 综合评估 (50) 4.9 活塞杆负载力作用方向对内锥套应力分布的影响 (52) 4.10本章小结 (54) 第5章液压缸锁紧装置试验台设计 (55) 5.1引言 (55) 5.2样机试验主要内容 (56) 第一部分 总体计算 1、 压力 油液作用在单位面积上的压强 A F P = Pa 式中： F ——作用在活塞上的载荷，N A ——活塞的有效工作面积，2 m 从上式可知，压力值的建立是载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作面积上，载荷越大，克服载荷所需要的压力就越大。换句话说，如果活塞的有效工作面积一定，油液压力越大，活塞产生的作用力就越大。 额定压力（公称压力） PN,是指液压缸能用以长期工作的压力。 最高允许压力 P max ，也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。通常规定为：P P 5.1max ≤ MPa 。 耐压实验压力P r ，是检验液压缸质量时需承受的实验压力，即在此压力下不出现变形、裂缝或破裂。通常规定为：PN P r 5.1≤ MPa 。 液压缸压力等级见表1。 2、 流量 单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积： t V Q = L/min 由于310?=At V ν L 则 32104 ?= =νπ νD A Q L/min 对于单活塞杆液压缸： 当活塞杆伸出时 32104 ?= νπ D Q 当活塞杆缩回时 32210)(4 ?-=νπ d D Q 式中： V ——液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，L ； t ——液压缸活塞一次行程所需的时间，min ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m ； ν——活塞运动速度，m/min 。 3、速比 液压缸活塞往复运动时的速度之比： 2 2 2 12d D D v v -==? 式中： 1v ——活塞杆的伸出速度，m/min ； 2v ——活塞杆的缩回速度，m/min ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。 计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。 4、液压缸的理论推力和拉力 活塞杆伸出时的理推力： 626 11104 10?= ?=p D p A F π N 活塞杆缩回时的理论拉力： 6226 2210)(4 10?-= ?=p d D p F F π N 式中： 1A ——活塞无杆腔有效面积，2 m ； 2A ——活塞有杆腔有效面积，2m ； P ——工作压力，MPa ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。 5、液压缸的最大允许行程 活塞行程S ，在初步确定时，主要是按实际工作需要的长度来考虑的，但这一工作行程并不一定是油缸的稳定性所允许的行程。为了计算行程，应首先计算出活塞的最大允许计算长度。因为活塞杆一般为细长杆，由欧拉公式推导出： k k F EI L 2π= mm 式中： 1 设计课题 1.1设计要求 设计一台铣削专用机床液压系统用液压缸，要求液压系统完成的工作循环是：工件夹紧→工作台快进→工作台工进→工作台快退→工件松开。 1.2原始数据 运动部件的重力为25000N，快进、快退速度为5m/min，工进速度为100～1200mm/min，最大行程为400mm，其中工进行程为180mm，最大切削力为20000N，采用平面导轨，夹紧缸的行程为20mm,夹紧力为30000N，夹紧时间为1s。 2 液压系统的发展概况 一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。 由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。 液压系统在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件部流道的 压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。 减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展通径电磁阀以及低功率电磁阀。改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。 液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。 另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。 电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下：[1] 液压油缸的主要设计技术参数 一、液压油缸的主要技术参数： 1.油缸直径；油缸缸径，内径尺寸。 2. 进出口直径及螺纹参数 3.活塞杆直径； 4.油缸压力；油缸工作压力，计算的时候经常是用试验压力，低于16MPa乘以1.5，高于16乘以1.25 5.油缸行程； 6.是否有缓冲；根据工况情况定，活塞杆伸出收缩如果冲击大一般都要缓冲的。 7.油缸的安装方式； 达到要求性能的油缸即为好，频繁出现故障的油缸即为坏。应该说是合格与不合格吧？好和合格还是有区别的。 二、液压油缸结构性能参数包括：1.液压缸的直径；2.活塞杆的直径；3.速度及速比；4.工作压力等。 液压缸产品种类很多，衡量一个油缸的性能好坏主要出厂前做的各项试验指标，油缸的工作性能主要表现在以下几个方面： 1.最低启动压力：是指液压缸在无负载状态下的 最低工作压力，它是反映液压缸零件制造和装配 精度以及密封摩擦力大小的综合指标； 2.最低稳定速度：是指液压缸在满负荷运动时没 有爬行现象的最低运动速度，它没有统一指标， 承担不同工作的液压缸，对最低稳定速度要求也 不相同。 3.内部泄漏：液压缸内部泄漏会降低容积效率， 加剧油液的温升，影响液压缸的定位精度，使液 压缸不能准确地、稳定地停在缸的某一位置，也 因此它是液压缸的主要指标之。 液压油缸常用计算公式 液压油缸常用计算公式 项目公式符号意义 液压油缸面积(cm 2 ) A =πD 2 /4 D ：液压缸有效活塞直径(cm) 液压油缸速度(m/min) V = Q / A Q ：流量(l / min) 液压油缸需要的流量(l/min) Q=V×A/10=A×S/10t V ：速度(m/min) S ：液压缸行程(m) t ：时间(min) 液压油缸出力(kgf) F = p × A F = (p × A) －(p×A) ( 有背压存在时) p ：压力(kgf /cm 2 ) 泵或马达流量(l/min) Q = q × n / 1000 q ：泵或马达的几何排量(cc/rev) n ：转速（rpm ） 泵或马达转速(rpm) n = Q / q ×1000 Q ：流量(l / min) 泵或马达扭矩(N.m) T = q × p / 20π 液压所需功率(kw) P = Q × p / 612 管内流速(m/s) v = Q ×21.22 / d 2 d ：管内径(mm) 管内压力降(kgf/cm 2 ) △ P=0.000698×USLQ/d 4 U ：油的黏度(cst) S ：油的比重 液压缸设计计算说明 系统压力为1p =25 MPa 本系统中有顶弯缸、拉伸缸以及压弯缸。以下为这三种液压缸的设计计算。 一、 顶弯缸 1 基本参数的确定 （1）按推力F 计算缸筒内径D 根据公式 3.5710D -=? ① 其中，推力F=120KN 系统压力1p =25 MPa 带入①式，计算得D= 78.2mm ，圆整为D = 80 mm （2）活塞杆直径d 的确定 确定活塞杆直径d 时，通常应先满足液压缸速度或速比的要求，然后再校核其结构强度和稳定性。若速比为?，则 d = ② 取?=1.6，带入②式，计算得d =48.9mm ，圆整为d =50mm 80 50 D d ?= = =1.6 （3）最小导向长度H 的确定 对一般的液压缸，最小导向长度H 应满足 202 L D H ≥ + ③ 其中，L 为液压缸行程，L=500mm 带入③式，计算得H=65mm （4）活塞宽度B 的确定 活塞宽度一般取(0.6~1.0)B D = ④ 得B=48mm~80mm ，取B=60mm （5）导向套滑动面长度A 的确定 在D ＜80mm 时，取(0.6~1.0)A D = ⑤ D ＞80mm 时，取(0.6~1.0)A d = ⑥ 根据⑤式，得A=48mm~80mm ，取A=50mm （6）隔套长度C 的确定 根据公式2 A B C H +=- ⑦ 代入数据，解得C=10mm 2 结构强度计算与稳定校核 （1）缸筒外径 缸筒内径确定后，有强度条件确定壁厚δ，然后求出缸筒外径D 1 假设此液压缸为厚壁缸筒，则壁厚1]2D δ= ⑧ 液压缸筒材料选用45号钢。其抗拉强度为σb =600MPa 其中许用应力[]b n σσ= ，n 为安全系数，取n=5 将数据带入⑧式，计算得δ=8.76mm 故液压缸筒外径为D 1=D+2δ=97.52mm ，圆整后有 D 1=100mm ，缸筒壁厚δ=10mm （2）液压缸的稳定性和活塞杆强度验算 按速比要求初步确定活塞杆直径后，还必须满足液压缸的稳定性及其 液压缸的设计计算-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 液压缸的设计计算 作为液压系统的执行元件，液压缸将液压能转化为机械能去驱动主机的工作机构做功。由于液压缸使用场合与条件的千差万别，除了从现有标准产品系列选型外，往往需要根据具体使用场合自行进行设计。 设计内容 液压缸的设计是整个液压系统设计中的一部分，它通常是在对整个系统进行工况分析所后进行的。其设计内容为确定各组成部分（缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、排气装置等）的 结构形式、尺寸、材料及相关技术要求等，并全部通过所绘制的液压缸装配图和非标准零件工作图反映这些内容。 液压缸的类型及安装方式选择 液压缸的输入是液体的流量和压力，输出的是力和直线速速，液压缸的结构简单，工作可靠性好，被广泛地应用于工业生产各个部门。为了满足各种不同类型机械的各种要求，液压缸具有多种不同的类型。液压缸可广泛的分为通用型结构和专用型结构。而通用型结构液压缸有三种典型结构形式： （1）拉杆型液压缸 前、后端盖与缸筒用四根（方形端盖）或六根（圆形端盖）拉杆来连接，前、后端盖为正方形、长方形或圆形。缸筒可选用钢管厂提供的高精度冷拔管，按行程长度所相应的尺寸切割形成，一般内表面不需加工（或只需作精加工）即能达到使用要求。前、后端盖和活塞等主要零件均为通用件。因此，拉杆型液压缸结构简单、拆装简便、零件通用化程度较高、制造成本较低、适于批量生产。但是，受到行程长度、缸筒内径和额定压力的限制。如果行程长度过长时，拉杆长度就相应偏长，组装时容易偏歪引起缸筒端部泄漏；如缸筒内径过大和额定压力偏高时，因拉杆材料强度的要求，选取大直径拉杆，但径向尺寸不允许拉杆直径过大。 （2）焊接型液压缸 缸筒与后端盖为焊接连接，缸筒与前端盖连接有内螺纹、内卡环、外螺纹、外卡环、法兰、钢丝挡圈等多种形式。 焊接型液压缸的特点是外形尺寸较小，能承受一定的冲击负载和严酷的外界条件。但由于受到前端盖与缸筒用螺纹、卡环或钢丝挡圈等连接强度的制约缸筒内径不能太大和额定压力不能太高。 焊接型液压缸通常额定压力Mpa P n 25≤、缸筒内径mm D 320≤，在活塞杆和缸筒的加工条件许可下，允许最大行程m S 1510-≤。液压缸结构设计
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