【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 率質(zhì)量比和功率體積比提高 , 這對(duì)于在重量、體積方面有嚴(yán)格求的航空、航天、行走機(jī)械和船舶等工程領(lǐng)域的應(yīng)用顯得更為重要 , 這將使主機(jī)實(shí)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(shì) , 但也對(duì)液壓元件和統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、機(jī)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(wèn)題更嚴(yán)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(jié)構(gòu)。因此 , 確定液壓系統(tǒng)工作壓力要根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)、產(chǎn)品 , 對(duì)重量、體積、可靠性、成本、性能和系統(tǒng)發(fā)熱等因素進(jìn)行綜合考慮。 （ 5） 機(jī)電一體化： 液壓技術(shù)與電子 技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合 , 實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化集成 , 并向自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。液壓元件和電子技術(shù)進(jìn)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(hào)放大、處理、調(diào)節(jié)和功率驅(qū)動(dòng)電路 , 可節(jié)省插件和導(dǎo)線 , 提高可靠性、降低成本 , 而且便于安裝、調(diào)試和維護(hù)。 （ 6）故障診斷與主動(dòng)維護(hù) 液壓系統(tǒng)維護(hù)已從過(guò)去簡(jiǎn)單的故障拆修 , 發(fā)展到故障預(yù)測(cè) , 即發(fā)現(xiàn)故障苗頭時(shí) , 預(yù)先進(jìn)行維修 , 清除故障隱患 , 避免設(shè)備惡性事故的發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維護(hù)技術(shù) , 必須加強(qiáng)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(qiáng)對(duì)專家系統(tǒng)的研究 , 總結(jié)專家知識(shí) , 建立完整的、具有學(xué)習(xí)功能的專家知識(shí)庫(kù) , 利用計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的現(xiàn)象和知識(shí)庫(kù)中的知識(shí) , 經(jīng)推理機(jī)的推理方法 , 推算出引起故障的原因 , 提出維修方案和預(yù)防措施。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用軟件 , 對(duì)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(yīng)開(kāi)發(fā)液壓系統(tǒng)自補(bǔ)償系統(tǒng) , 包括自調(diào)整、自潤(rùn)滑、自校正 , 在故障產(chǎn)生之前進(jìn)行補(bǔ)償 , 這是液壓行業(yè)努力的方向 近十余年來(lái) , 由于液壓技術(shù)借助微電子技術(shù) , 大力發(fā)展電液傳動(dòng)與控制 , 使液壓技術(shù)產(chǎn)生新的活力。展望未來(lái) , 液壓傳動(dòng)的主要競(jìng)爭(zhēng)者是電氣傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的情況下 , 液壓技術(shù)必須充分發(fā)揮自身優(yōu)點(diǎn)和借鑒其他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)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(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力并不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。 6 2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 確定設(shè)計(jì)參數(shù)與設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)鋼） b? =600Mpa 355s Mpa? ? yW = 3cm cm? 簡(jiǎn)化材料力學(xué)模型如圖 21： 圖 21 由簡(jiǎn)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(xué)知識(shí)可知最大彎矩在中間支點(diǎn)處 max 1 2M FL? 由前面幾何關(guān)系可知 2 2 22 ()BR L R W? ? ? ? 2222 BBRW L W?? 由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知 BW =70mm 2Rm? ? 2 cm? 此時(shí)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(shí)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(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求 缸體 液壓缸的缸體常用的常用材料為 3 45號(hào)無(wú)縫鋼管。因?yàn)?20號(hào)鋼的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭等件需要焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能較好的 35 號(hào)鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下應(yīng)采用 45 號(hào)鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)倒241～ 285HB。則此次設(shè)計(jì)大缸缸體采用 45號(hào)鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)到 241～ 285HB。考慮到液壓缸的整體結(jié)構(gòu)，整個(gè)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(shè)計(jì)活塞桿與活塞連接為過(guò)盈連接，活塞需要較大的屈服強(qiáng)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(shí)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(shè)計(jì)時(shí)采用實(shí)心桿。實(shí)心活塞桿的常用材料為 3 45號(hào)鋼?？紤]到 45 號(hào)鋼的屈服極限較高，所以此次設(shè)計(jì)大缸的活塞桿采用 45號(hào)鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)到 229～ 285HB。小缸的活塞桿與活塞結(jié)構(gòu)上 為一體，則小缸的活塞桿的材料也采用 45 號(hào)鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)到 229～ 285HB。 活塞與活塞桿的密封、導(dǎo)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(dǎo)向，大活塞桿采用 O型密封圈防塵可支承環(huán)導(dǎo)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(dǎo)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(lái)防止泄露。 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 大液壓缸的缸徑設(shè)計(jì)計(jì)算 查 參考文獻(xiàn) [5]《液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)》知，小型工程機(jī)械的工作壓力在 10 16Mpa Φ = 現(xiàn)分別計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jì)算結(jié)果，考慮到整個(gè)液壓彎軌機(jī)的設(shè)計(jì)尺寸，選取 50D mm? 則工作時(shí)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(guò)盈連接需要的配合長(zhǎng)度，取活塞長(zhǎng)度為 35mm。 10 小液壓缸的缸徑設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)小缸壓桿工作 25次大活塞桿達(dá)到預(yù)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(shè)計(jì)小缸的行程為 H=20mm 4d = 1 7 .0 7 m mVH???小 缸 此時(shí)取 d =18mm小 缸 621= 2 0 1 0 d = 5 . 8 94F P S K N?? ? ? ?小 缸 壓桿的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)任務(wù)書要求：手柄操作力 F≤ 400N 簡(jiǎn)化力學(xué)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(shè)計(jì) 2L 的尺寸 時(shí)，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(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算 查參考文獻(xiàn) [5]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 可知，對(duì)于低壓系統(tǒng)液壓缸的壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算可按照薄壁圓筒計(jì)算 則 ? ?2yPD? ?? ? ? bn?? ? 其中δ為液壓缸缸筒壁厚， yP 為試驗(yàn)壓力 ( yP =) ， ??? =缸體材料的許用應(yīng)力 ， b? 為材料的抗拉強(qiáng)度 ， n 為安全系數(shù)，一般取 5。 由前面設(shè)計(jì)可知缸體材料為 45號(hào)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(shè)計(jì)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(qiáng)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(shè)計(jì)計(jì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(shí)際壁厚約為 大于設(shè)計(jì)壁厚 ，即取 M24 的螺栓合格 12 活塞桿的壓桿穩(wěn)定性和強(qiáng)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(shí)際小于 270） 活塞桿直徑d=30mm 材料為 45 號(hào)鋼（屬于中碳鋼） 查參考文獻(xiàn) [5]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 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(qiáng)度 cf =340Mpa 實(shí)驗(yàn)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 .