【文章內(nèi)容簡介】 率質(zhì)量比和功率體積比提高 , 這對于在重量、體積方面有嚴格求的航空、航天、行走機械和船舶等工程領域的應用顯得更為重要 , 這將使主機實現(xiàn)輕量化、小型化、節(jié)能化。 提高工作壓力是一種必然趨勢 , 但也對液壓元件和統(tǒng)設計、結構強度、機械加工等提出了更高要求 ,而且功率損失所產(chǎn)生的發(fā)熱問題更嚴重 。 此外 , 為保證高壓系統(tǒng)的安全性和可靠性 , 需要研制新的密封材料和密封結構。因此 , 確定液壓系統(tǒng)工作壓力要根據(jù)現(xiàn)有技術、產(chǎn)品 , 對重量、體積、可靠性、成本、性能和系統(tǒng)發(fā)熱等因素進行綜合考慮。 （ 5） 機電一體化： 液壓技術與電子 技術、控制技術、計算機技術和網(wǎng)絡技術相結合 , 實現(xiàn)機電一體化集成 , 并向自動化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。液壓元件和電子技術進一步“融合” , 發(fā)展帶內(nèi)藏電子線路的液壓元件。如帶內(nèi)藏電子控制器的比例閥和伺服閥 , 閥體上集成了電子信號放大、處理、調(diào)節(jié)和功率驅(qū)動電路 , 可節(jié)省插件和導線 , 提高可靠性、降低成本 , 而且便于安裝、調(diào)試和維護。 （ 6）故障診斷與主動維護 液壓系統(tǒng)維護已從過去簡單的故障拆修 , 發(fā)展到故障預測 , 即發(fā)現(xiàn)故障苗頭時 , 預先進行維修 , 清除故障隱患 , 避免設備惡性事故的發(fā)展。要實現(xiàn)主動維護技術 , 必須加強液壓系統(tǒng)故障診斷方法的研究 , 使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化 , 加強對專家系統(tǒng)的研究 , 總結專家知識 , 建立完整的、具有學習功能的專家知識庫 , 利用計算機根據(jù)輸入的現(xiàn)象和知識庫中的知識 , 經(jīng)推理機的推理方法 , 推算出引起故障的原因 , 提出維修方案和預防措施。進一步開發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用軟件 , 對不同的液壓系統(tǒng)只需修改和增減少量的規(guī)則。此外 , 還應開發(fā)液壓系統(tǒng)自補償系統(tǒng) , 包括自調(diào)整、自潤滑、自校正 , 在故障產(chǎn)生之前進行補償 , 這是液壓行業(yè)努力的方向 近十余年來 , 由于液壓技術借助微電子技術 , 大力發(fā)展電液傳動與控制 , 使液壓技術產(chǎn)生新的活力。展望未來 , 液壓傳動的主要競爭者是電氣傳動和機械傳動。在當今科學技術飛速發(fā)展的情況下 , 液壓技術必須充分發(fā)揮自身優(yōu)點和借鑒其他領域的先進技術成果 , 不斷創(chuàng)新 , 以提高液壓元件和系統(tǒng)性能 , 降低成本 , 并符合節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求 , 才能保持強大競爭力并不斷擴大應用領域。 6 2 液壓系統(tǒng)的設計與計算 確定設計參數(shù)與設計要求 （ 1）最大彎軌油壓 P≤ 30Mpa(最大彎軌力 F≤ 50KN) （ 2）彎曲半徑 R≧ 2m （ 3）手柄操作力 F≤ 400N （ 4）活塞行程 H≤ 70mm （ 5）適用鋼軌規(guī)格≤ 38kg／ m （ 6）整體長約 800mm 確定 38kg/m 的軌道工字鋼的最大彎軌力與尺寸分配 查 38kg/m鋼軌的性能參數(shù)： 材料為 45Mn（優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼） b? =600Mpa 355s Mpa? ? yW = 3cm cm? 簡化材料力學模型如圖 21： 圖 21 由簡化模型可把鋼軌的彎曲看成懸臂梁純彎曲 則 7 maxmaxyMW? ? 且 maxsb? ? ??? 由材料力學知識可知最大彎矩在中間支點處 max 1 2M FL? 由前面幾何關系可知 2 2 22 ()BR L R W? ? ? ? 2222 BBRW L W?? 由設計任務書可知 BW =70mm 2Rm? ? 2 cm? 此時取 2 600L mm? 則 1 200L mm? ? 6660 . 63 5 5 1 0 6 0 0 1 03 7 1 0F ?? ? ? ?? ? 12 1 .7 3 6 .7KN F KN?? 此時取 1 30F KN? 則由杠桿定律可知 2 1 1 2FL FL? 2211LFFL?? 213 90F F KN? ? ? 液壓缸主要零件的結構、材料及技術要求 缸體 液壓缸的缸體常用的常用材料為 3 45號無縫鋼管。因為 20號鋼的力學性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應用較少。當缸筒與缸底、缸頭、管接頭等件需要焊接時，則應采用焊接性能較好的 35 號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下應采用 45 號鋼，并應調(diào)質(zhì)倒241～ 285HB。則此次設計大缸缸體采用 45號鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)到 241～ 285HB。考慮到液壓缸的整體結構，整個缸體的材料采用 Q235，小缸的缸體的材料與螺栓的材料一致，也采用 Q235。 取大缸缸蓋與大缸缸體的連接可采用一體車削成型，如圖 22 8 圖 22 活塞 液壓缸活塞常用材料為耐磨鑄 鐵、灰鑄鐵（ HT300、 HT350）、鋼（有的在外徑上套有尼龍 6尼龍 1010或夾布酚醛的耐磨環(huán)）及鋁合金等。設計活塞桿與活塞連接為過盈連接，活塞需要較大的屈服強度，則活塞采用 65Mn。并在粗加工后調(diào)質(zhì)到 45～ 55HRC 活塞桿 活塞桿有實心桿與空心桿兩種，但考慮到受力較大，空心桿影響壓桿穩(wěn)定，所以此次設計時采用實心桿。實心活塞桿的常用材料為 3 45號鋼。考慮到 45 號鋼的屈服極限較高，所以此次設計大缸的活塞桿采用 45號鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)到 229～ 285HB。小缸的活塞桿與活塞結構上 為一體，則小缸的活塞桿的材料也采用 45 號鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)到 229～ 285HB。 活塞與活塞桿的密封、導向和防塵 大缸的活塞密封采用 Y型密封圈密封和支承環(huán)導向，大活塞桿采用 O型密封圈防塵可支承環(huán)導向 小缸的活塞桿采用 Y型密封圈密封和 O型密封圈防塵，考慮到小缸活塞桿的行程較短，不需要外加導向零件 調(diào)壓閥和截止閥的閥體密封也采用 Y型密封圈密圈來防止泄露。 液壓缸的設計計算 大液壓缸的缸徑設計計算 查 參考文獻 [5]《液壓設計手冊》知，小型工程機械的工作壓力在 10 16Mpa Φ = 現(xiàn)分別計算幾組數(shù)據(jù)，以取較優(yōu)尺寸。 D為缸徑， d為活塞桿直徑 9 ① 設計初始油壓為 1 10P Mpa? F PS? 3 3263 0 1 0 3 1 01 0 1 0FS c mP ??? ? ? ? ?? 4 6 1 .8SD m m?? ? ? 取 D=63mm ^1 34 9 .6 2FP M pad?? ? ? ② 設計初始油壓為 1 ? F PS? 3 3263 0 1 0 4 7 . 6 2 1 06 . 3 1 0FS c mP ??? ? ? ? ?? 4 7 7 .8 2SD m m?? ? ? 取 D=80mm ^1 34 6FP M p ad?? ? ? ③ 設計初始油壓為 1 16P Mpa? F PS? 3 3263 0 1 0 1 8 . 7 5 1 06 1 0FS c mP ??? ? ? ? ?? 4 4 8 .8SD m m?? ? ? 取 D=50mm ^1 34 1 5 .2 7FP M pad?? ? ? 比較上述計算結果，考慮到整個液壓彎軌機的設計尺寸，選取 50D mm? 則工作時大液壓缸的工作壓力約為 P=16Mpa 222dDD?? ? 22d = 2 8 . 8 6DD? ? ?? 圓整取 d=30mm 考慮到活塞上要支承環(huán)和 Y型密封圈安裝尺寸、活塞桿與活塞過盈連接需要的配合長度，取活塞長度為 35mm。 10 小液壓缸的缸徑設計計算 設計小缸壓桿工作 25次大活塞桿達到預定行程 (70mm) 23= 5 0 7 0 = 1 3 4 4 4 . 6 74V m m? ??大 缸 31= = 4 5 8 1 . 4 8 5 m m25VV?小 缸 大 缸 設計小缸的行程為 H=20mm 4d = 1 7 .0 7 m mVH???小 缸 此時取 d =18mm小 缸 621= 2 0 1 0 d = 5 . 8 94F P S K N?? ? ? ?小 缸 壓桿的長度設計計算 設計任務書要求：手柄操作力 F≤ 400N 簡化力學模型為圖 23 圖 23 由杠桿定律可知 12=F L F L壓小 缸 215 0 8 9 .4= 1 3400FLLF? ? ?小 缸壓 在設計 2L 的尺寸 時，考慮到缸體 的尺寸，取 1 30mmL ? 則 2113 13 30 390 m mLL? ? ? ? 液壓缸的壁厚設計計算 部分工程用液壓缸的外徑系列如表 21 11 表 21 缸徑 /mm 液壓缸外徑 /mm P≤ 16Mpa 20 25 40 50 50 50 54 50 60 60 60 63 76 76 83 83 80 95 95 102 102 90 108 108 108 114 100 121 121 121 127 110 133 133 133 140 125 146 146 152 152 140 168 168 168 168 160 194 194 194 194 ① 大液壓缸的壁厚設計計算 查參考文獻 [5]《機械設計手冊》 可知，對于低壓系統(tǒng)液壓缸的壁厚設計計算可按照薄壁圓筒計算 則 ? ?2yPD? ?? ? ? bn?? ? 其中δ為液壓缸缸筒壁厚， yP 為試驗壓力 ( yP =) ， ??? =缸體材料的許用應力 ， b? 為材料的抗拉強度 ， n 為安全系數(shù)，一般取 5。 由前面設計可知缸體材料為 45號鋼，則 b? =600Mpa P=16Mpa 帶入數(shù)據(jù)得 δ≥ 考慮到剛體與缸筒套為螺紋連接，需要在缸體外表面車削螺紋，查閱螺栓的公稱直徑有 M64 的螺紋，所以設計缸體厚度為 7mm，則 缸體外表面車削螺紋符合條件，缸體壁厚強度也在安全范圍內(nèi)，即選取缸體外徑為 64mm ② 小缸的壁厚設計計算 小缸的缸徑 D為 18mm，材料為 Q235 查閱資料 Q235 的 b? =460Mpa 帶入上面的公式得 δ≥ 同樣在考慮到小剛的結構特點，小缸缸體是在螺栓上鉆中心孔，即小缸缸體外表面也是要車削螺紋，在查閱螺栓的公稱直徑系列后去取 M24 的螺栓，螺紋高度 H 為 倍的螺距，即螺紋高度約為 ，則缸體的實際壁厚約為 大于設計壁厚 ，即取 M24 的螺栓合格 12 活塞桿的壓桿穩(wěn)定性和強度校核 ① 壓桿穩(wěn)定性校核 由裝配圖的安裝尺寸得 L=270（取極限狀態(tài)分析，實際小于 270） 活塞桿直徑d=30mm 材料為 45 號鋼（屬于中碳鋼） 查參考文獻 [5]《機械設計手冊》 柔性系數(shù) m=85 末端條件系數(shù) n=1/4 活塞桿斷面回轉(zhuǎn)半徑 k=d/4 材料強度 cf =340Mpa 實驗常數(shù) a=1/5000 活塞桿截面面積 A= 2d4? 則 334 2 7 0 1 0 4= = 3 0 .