【正文】 45 mm/s ⑤ 壓頭上行速度 130 mm/s ⑵ 液壓系統(tǒng)要完成以下動作循環(huán)： 制定液壓系統(tǒng)基本方案 確定液壓執(zhí)行元件的形式 在本設(shè)計中 ,液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能以實現(xiàn)直線往復(fù)運動的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸兩類?；?塞缸和柱塞缸的輸入為壓力和流量，輸出為推力和速度。 液壓缸除了單個地使用外，還可以組合起來或和其它機構(gòu)相結(jié)合，以實現(xiàn)特殊的功能。 根據(jù)參考文獻(xiàn) [2]表 我們選擇活塞缸類中的單桿活塞液壓缸，其特點及適用場合見表 21。 表 21 名稱 特點 適用場合 單桿活塞液壓缸 有效工作面積大，雙向不對稱 往返不對稱的直線運動等 確定液壓執(zhí)行元件運動控制回路 1）為了實現(xiàn)液壓缸的進(jìn)和退，我們選擇電磁換向閥作為液壓系統(tǒng)的方向控制閥。 電磁換向閥的基本工作原理是通過電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位 置，以改變油液的流動方向。當(dāng)電磁鐵斷電時，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置（脈沖式閥除外）。. . 若推動故障檢查按鈕可使滑閥閥芯移動。電磁換向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是用來實現(xiàn)液壓油路的換向、順序動作及卸荷等。由于電磁鐵的推力有限，電磁換向閥應(yīng)用在流量不大的液壓系統(tǒng)中。 2）為了實現(xiàn)其工進(jìn)，可以選擇調(diào)速閥或節(jié)流閥作為速度控制閥。 節(jié)流閥的調(diào)節(jié)應(yīng)該輕便、準(zhǔn)確。在小流量調(diào)節(jié)時，如通流截面相對于閥心位移的變化率較小，則調(diào)節(jié)的精確性較高。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，便可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度的大小。 而調(diào)速閥的工作原理：液壓泵出口（即 調(diào)速閥進(jìn)口）壓力，由溢流閥調(diào)整，基本上保持恒定。調(diào)速閥出口處的壓力由活塞上的負(fù)載決定。所以當(dāng)負(fù)載增大時，調(diào)速閥進(jìn)出口壓差將將減小。 調(diào)速閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和節(jié)流閥相仿，它適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運動速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。 因此，在本設(shè)計中選擇調(diào)速閥作為速度控制閥。 液壓源系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其它輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱， 溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。 為節(jié)省能源提高效率，液壓 泵的供油量盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在此，我們在泵的小口裝上粗濾油器。（進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器或其他型式的濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定 液壓介質(zhì)的選擇 液壓介質(zhì)應(yīng)具有適宜的粘度和良好的粘溫特性；油膜強度要高，具有較好的潤滑性能；能抗氧化，穩(wěn)定性好；腐蝕作用小，對涂料、密封材料等有良好的適應(yīng)性 ；同時液壓介質(zhì)還應(yīng)具有一定的消泡能力。 選擇液壓介質(zhì)時，除專用液壓油外，首先是介質(zhì)種類的選擇。根據(jù)液壓系統(tǒng)對介質(zhì)是否有抗燃性的要求，決定選用礦油型液壓油或抗燃型液壓液。 其次，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中所用液壓泵的類型選用具有合適粘度的介質(zhì)。 . . 最后，還應(yīng)考慮使用條件等因素，如環(huán)境溫度、工作壓力、執(zhí)行機構(gòu)速度等。當(dāng)工作溫度在 60℃ 以下，載荷較輕時，可選用機械油；工作溫度超過 60℃時，應(yīng)選用汽輪機油或普通液壓油。若設(shè)備在很低溫度下啟動時須選用低凝液壓油。 據(jù)參考文獻(xiàn) [2]表 中各普通液壓油質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用以及本設(shè) 計中單柱液壓機液壓系統(tǒng)的要求選用 N32 號普通液壓油，其各項質(zhì)量指標(biāo)見表 22。 表 22 名稱 N32 號普通液壓油 代號 / 原牌號 YAN32 / 20 號 運動粘度 mm2/s (40℃ ) 28． 8~ 運動粘度 mm2/s (50℃ ) 17~23 粘度指數(shù)≥ 90 抗氧化安定性 (酸值達(dá)2mgKOH/g)≥ h 1000 凝點≤ ℃ 10 閃點 (開口 )≥ ℃ 170 防銹性 (蒸鎦水法 ) 無銹 臨界載荷≥ N 600 抗泡沫性 (93℃ )≤ ml 起泡 50 / 消 泡 0 抗磨性（四球， DB） N 800 應(yīng)用 適用于環(huán)境溫度 0~40℃的各類中高壓系統(tǒng)（適用工作壓力為 擬定液壓系統(tǒng)圖 在這種單柱液壓機上，實現(xiàn)了“工進(jìn) → 快退 → 停止”的動作循環(huán)（見圖21）。可以進(jìn)行沖剪、彎曲、翻邊、裝配、冷擠、成型等多種加工工藝。表2 3 示此單柱液壓機的動作循環(huán)表，圖 22 則是這種液壓機的液壓系統(tǒng)圖，其滑塊的工作情況如圖所示。 . . 換 向 延 時 快 退 停 止進(jìn) 給停 止 圖 21 單柱液壓機動作循環(huán)圖 1 Y A 2 Y A7 油 箱1 Y B1 4 0葉 片 泵2 5 K N 單 柱 液 壓 機 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖6 Y D F 3 E 1 0 B B電 磁 溢 流 閥5 A X F 3 E 1 0 B單 向 順 序 閥3 A Q F 3 E 1 0 B單 向 調(diào) 速 閥4 油 缸2 3 4 D F 3 O E 1 0 B D電 磁 換 向 閥 圖 22 單柱液壓機液壓系統(tǒng)圖 進(jìn)油路 液壓泵 1 → 電磁換向閥 2（左位）→ 單向調(diào)速閥 3 → 液壓油缸 4上腔 回油路 液壓油缸 4下腔 → 單向順序閥 5 → 電磁換向閥 2（右位）→ 油箱 7 表 23 單柱液壓機液壓系統(tǒng)的動作循環(huán)表 . . 動作名稱 信號來源 電磁換向閥 2 的工作狀態(tài) 滑塊 工進(jìn) 1YA通電 左位 快退 2YA通電 右位 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算 選系統(tǒng)工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng) 濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機械重載設(shè)備壓力要選得高一些。 公稱力為 25KN 的單柱液壓機屬小型液壓機類型，一般情況下，載荷不會太高，參考資料 [2]表 ，初步確定系統(tǒng)工作壓力為 4MPa。 液壓缸主要參數(shù)的確定 液壓缸設(shè)計中應(yīng)注意的的問題 液壓缸的設(shè)計和使用正確與否，直接影響到它的性能和易否發(fā)生故障。在這方面，經(jīng)常碰到的是液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂以及活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問題。所以，在設(shè)計液壓缸時，必須注意如下幾點： 1）盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。 2）考慮液壓缸行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題。缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)的措施。但是并非所有的液壓缸都要考慮這些問題。 3）正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活 塞桿不能用螺紋連接，要用止口連接。液壓缸不能在兩端用鍵或銷定們，只能在一端定位，為的是不致阻礙它在受熱時的膨脹。如沖擊載荷使活塞桿壓縮，定位件須設(shè) 置在活塞桿端，如為拉伸則設(shè)置在缸蓋端。 4) 液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，盡可能做到 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工、裝配和維修方便。 液壓缸主要參數(shù)的確定 鑒于液壓系統(tǒng)的最大工作壓力 P1=8Mpa7Mpa 由參考文獻(xiàn) [1]表 52 推薦初定. . d= 取液壓缸m?= 則此時活塞 所受推力 2777 89025 ?? .F N 由式 11 PFA? （ 21） 61 10427778??? A = cm2 ?)A(D 14? （ 22） = cm 則 d= D = cm 參 考文獻(xiàn) [2]表 及表 對這些 直徑圓整成就近標(biāo)準(zhǔn)值時 得： D =100 mm d =70 mm 由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為： 5784 21 .DA ?? ? cm2 04404 222 .)dD(A ??? ? cm2 液壓缸強度校核 液壓缸的缸筒壁厚 δ 、活塞桿直徑 d 和缸蓋處固定螺栓直徑在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強度校核。 ?。阂簤焊撞牧蠟?45鋼，無縫鋼管 活塞桿材料 45鋼 壁厚強度校核 根據(jù)參考文獻(xiàn) [2]表 及表 選擇液壓缸外徑為 121mm 即液壓缸壁厚δ = 對于本系統(tǒng)： . . ?D ＜ 10 為厚壁 按壁筒計算： ? ?? ? ???????? ???? 131 402yy..D ?? ??? （ 23） 式中 ， D 為缸筒內(nèi)徑 ； Py 為缸筒試驗壓力 ,當(dāng)缸的額定壓力 Pn ≤ 16Mpa 時 ， 取 Py= Pn ； ??? 為缸筒材料的許用應(yīng)力 ， ? ? nb?? ? ， b? 為材料抗拉強度 ， n 為安全系數(shù) ， 一般取 n = 5 。 所以 : Py= 4=6 Mpa ? ? nb?? ? （ 24） 式中 600?b? N/mm2 n = 5 則 ? ? 66 101205 10600 ????? n b?? N/m2 得 ? ? ? ?? ? 222131 402 ...D yy ????????? ???? ?? ??? mm ∴ 510.?? mm＞ ??? 故缸體壁厚強度滿足。 液壓缸內(nèi)活塞桿直徑校核 活塞桿的直徑 d 按下式進(jìn)行校核 ? ???Fd 4? （ 25） 式中， F 為活塞桿上的作用力； ??? 為活塞 桿材料的許用應(yīng)力 , ? ? ?? ? . . 則 ： ? ? 1910600143 412777844 6 .. .F ??? ????? mm ＜ d 故活塞桿強度滿足。 液壓缸蓋固定螺栓直徑計算 液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計算： ? ???? ? 25? （ 26） 式中 ， F 為液壓缸負(fù)載 ； Z 為固定螺栓個數(shù) ； K 為螺紋擰緊系數(shù) ； K=~， 取 K=； ? ? 18 0236 02 ??? s?? MPa 則： ? ? 119101804143 27 778312525 6 .. ..Z s ???? ???? ?? mm 取 ds=10 mm 液壓缸穩(wěn)定性校核 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時，它所承受的力 F 不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界負(fù)載 Fk，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。 Fk 的值與活塞桿材料性質(zhì)、截面形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；钊麠U穩(wěn)定性的校核依下式進(jìn)行： kknFF? （ 27） 式中 ， nk 為安全系數(shù) ， 一般取 nk = 2 ~ 4， 這里取 nk = 4。 當(dāng)活塞桿的細(xì)長比 krl ＞ 21 ?? 時 222 l EJFK ??? （ 28） 當(dāng)活塞桿的細(xì)長比 krl ＞ 21 ?? 時，且 . . 21 ?? = 20 ~ 120 時，則 2221 ??????????krlafAF?? （ 29） 式中， l 為安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)，見表 21， kr 為活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑， AJrk ? ； 1? 為柔性系數(shù)，其值見表 22； 2? 為由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其 值見表 24； E 為活塞桿材料的彈性模量，對鋼取 E= 1011N/M2； J 為活塞桿橫截面慣性矩； A 為活塞桿橫截面積， f 為由材料強度決定的實驗值， ? 為系數(shù)，具體數(shù)值均見表 25。 表 24 液壓缸支承方式和末端系數(shù) ψ2 的值 支承方式 支承說明 末端系數(shù) ψ2 llF 一端自由一端固定