【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 織，在采用補(bǔ)焊時(shí)也要進(jìn)行同樣處理。 液壓缸法藍(lán)與橫梁接觸面應(yīng)要求80％以上的面積緊密接觸，即在累計(jì)4/。有些液壓機(jī)由于長(zhǎng)期使用，此接觸面的精度遭到破壞，形成局部接觸，局部接觸處橫梁支反力急劇增大，以至早期破裂。橫梁剛度不夠或安裝水缸處筋板布置不合理，也會(huì)導(dǎo)致法藍(lán)接觸面上支反力分布不均勻，引起過(guò)大的工作應(yīng)力。由于缸體法藍(lán)與橫梁連接螺釘經(jīng)常松動(dòng)，如不及時(shí)擰緊，會(huì)引起缸體竄動(dòng)和撞擊，使橫梁接觸面不斷壓陷，形成局部接觸。連接螺釘最好在液壓缸加壓狀態(tài)下擰緊，有些小液壓機(jī)在缸底用卡環(huán)或鍵將缸與橫梁緊固，對(duì)防止缸的松動(dòng)有一定效果。工作液體往往對(duì)缸壁有腐蝕作用，會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，因此必須對(duì)乳化液的成分和配制予以足夠重視，直接用工業(yè)用水而不加以處理是不允許的。工作缸一般由鍛鋼或鑄鋼制成，由中碳鋼鑄成的工作剛缸，一般多用在20MPa以下的工作壓力，對(duì)于在更高壓力下工作的工作缸，則由碳鋼或合金鋼鍛成。所以本液壓機(jī)工作缸要承受20MPa的高壓，其結(jié)構(gòu)采用碳鋼鍛成，缸體材料為35鋼。柱塞的表面質(zhì)量，對(duì)工作缸密封裝置和導(dǎo)向銅套的磨損及壽命有極大的影響，因此柱塞表面必須具有足夠的硬度和良好的粗糙度。為了達(dá)到這一要求，制造柱塞的材料一般選用含碳量較高的碳素鍛鋼，鍛造毛坯，機(jī)加工后表面進(jìn)行特殊處理。本臺(tái)液壓機(jī)的柱塞材料選用35鋼，許用應(yīng)力。工作缸結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)如下柱塞直徑按下式確定 (21)式中P—缸的名義總公稱(chēng)壓力(MN)p—液體的工作壓力()根據(jù)式(21)計(jì)算得，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)值D=820mm，此時(shí)兩缸同時(shí)工作實(shí)際能產(chǎn)生的最大總壓力 (22)由式(22)得。工作缸內(nèi)徑按下式確定 (23)取，由式(23)得。根據(jù)強(qiáng)度要求，工作缸外徑由下式確定 (24)許用應(yīng)力，取，由式(24)得，又根據(jù)，取。液壓缸的一般形式是一端開(kāi)口一端封閉的厚壁高壓容器，當(dāng)高壓液體作用在柱塞上時(shí)，反作用力作用于缸底，通過(guò)缸壁傳到法蘭部分，靠法蘭與橫梁支承面上的支承反力來(lái)平衡。液壓缸按受力情況可以分成三部分，即缸底、法蘭和中間厚壁圓筒。按圖21及相關(guān)公式初步選擇液壓缸的有關(guān)尺寸，再進(jìn)行強(qiáng)度校核。圖21 工作缸的尺寸關(guān)系圖 Working cylinder size diagram缸壁厚度，法蘭厚度，，，，法蘭外半徑 ，取。，， (1)筒壁部分最大應(yīng)力點(diǎn)在缸筒內(nèi)壁，按下面公式計(jì)算的當(dāng)量應(yīng)力為安全系數(shù)為 ， 安全。(2)缸底部分缸底進(jìn)水孔直徑 ，圓整取。其中 —空行速度(m/s) —充水管道允許流速(m/s) 安全。(3)法蘭部分，其中 為材料的波桑系數(shù)。 (25)其中 代入式(25)得 ，安全工作缸材料為35鋼，其密度：所以其體積：+=其重量為： (26)其中 代入式(26)得 滿足要求。 回程缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)本課題中初設(shè)計(jì)有四個(gè)回程缸，回程壓力均等分配?，F(xiàn)具體計(jì)算如下：柱塞直徑由式(21)得，圓整取 D=320mm。此時(shí)四缸同時(shí)工作實(shí)際產(chǎn)生的最大總壓力由式(22)得 。內(nèi)徑由式(23)得 ，取 根據(jù)工作缸要求，工作外徑由式(24)確定許用應(yīng)力，取。缸體尺寸：缸壁厚度，法蘭厚度，，，，法蘭外半徑 ，取，，(1)筒壁部分最大應(yīng)力點(diǎn)在缸筒內(nèi)壁，按下面公式計(jì)算的當(dāng)量應(yīng)力為安全系數(shù)為 ， 安全。(2)缸底部分缸底進(jìn)水孔直徑 ，圓整取。其中 —空行速度(m/s) —充水管道允許流速(m/s) 安全。(3)法蘭部分其中 為材料的波桑系數(shù)。其中 代入式(25)得 ，安全。回程缸材料為35鋼，其密度：所以其體積：++=其重量為： (26)其中 代入式(26)得 滿足要求。 上橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及剛度強(qiáng)度校核該液壓機(jī)中的上、下橫梁及支座是液壓機(jī)本體中最重要的功能部件，是結(jié)構(gòu)和受力最為復(fù)雜的部件。在大型液壓機(jī)的設(shè)計(jì)中，梁的設(shè)計(jì)的合理性，剛度和強(qiáng)度分析的可靠性直接影響到梁的功能的發(fā)揮和使用壽命，進(jìn)而影響到整機(jī)功能的發(fā)揮和整體工作性能，因此梁的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方案的擬定是本壓機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。上橫梁直接與拉桿、工作缸相連，梁體結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)都很復(fù)雜。對(duì)于上橫梁，其設(shè)計(jì)原則是在滿足相連部件最小幾何尺寸要求和工藝要求的條件下，盡可能縮減其縱向、橫向尺寸，這是有效提高梁的剛度、強(qiáng)度和減輕梁的重量應(yīng)首先把握的主要原則。液壓機(jī)工作時(shí)，上橫梁承受了全部載荷。此外，在上橫梁上還要安裝工作缸和回程缸，上橫梁本身又需安裝在立柱上，所以它的結(jié)構(gòu)便被這些要求所限制。圖22是本臺(tái)液壓機(jī)的上橫梁的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。由于上橫梁外形尺寸很大，為了節(jié)約金屬和減輕重量，應(yīng)盡量使各個(gè)尺寸在允許的范圍內(nèi)降到最小。梁體做成箱體結(jié)構(gòu)，在安裝工作缸和拉桿的地方做成圓筒形，中間加設(shè)筋板，以提高剛度，降低局部應(yīng)力。上橫梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使梁體寬度盡量狹小。上橫梁梁體的寬度與工藝要去有關(guān)，也與壓機(jī)工作缸、拉桿占據(jù)的空間有關(guān)。對(duì)于本設(shè)計(jì)，液壓機(jī)工作時(shí)，上橫梁沿縱軸方向各個(gè)橫截面上的力矩呈不均勻分布，在大拉桿截面處最大，缸部為兩個(gè)集中力，所以按懸臂梁方式設(shè)計(jì)。圖22 上橫梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 Upper beam structure上橫梁的結(jié)構(gòu)中，除了工作缸孔和拉桿孔以外，兩側(cè)還得考慮安裝回程缸和平衡缸。工作缸孔為了便于安裝，下孔的直徑應(yīng)比上孔達(dá)10~20mm。由于上梁變形和吊缸螺釘?shù)乃蓜?dòng)產(chǎn)生缸的上下竄動(dòng)，而使上橫梁與工作缸法蘭的支撐接觸面出現(xiàn)壓陷現(xiàn)象，破壞了接觸精度，形成了沿圓周方向不均勻局部接觸，局部支撐反力過(guò)大，導(dǎo)致缸的早期破壞，因此使用時(shí)應(yīng)注意經(jīng)常擰緊松脫的螺母。將上橫梁簡(jiǎn)化成懸臂梁，計(jì)算長(zhǎng)度為工作缸與大拉桿中心孔的中心距離；由于為單臂液壓機(jī)，所以將約束條件確定為懸臂結(jié)構(gòu)。工作缸壓力簡(jiǎn)化為作用于法蘭半圓環(huán)重心上的兩個(gè)集中力。計(jì)算模型和剪力、彎矩圖如圖23所示。圖23 上梁的計(jì)算模型及彎矩剪力圖 Calculating model and shear and moment diagram of upper beam(1)受力簡(jiǎn)圖由已知得 (2)由圖23可知：，(3)慣性矩計(jì)算由于梁簡(jiǎn)化為懸臂梁，所以在拉桿中心截面處為危險(xiǎn)截面，這在圖23中也可以表現(xiàn)出來(lái)。該梁的危險(xiǎn)截面形狀的等效截面與尺寸如圖24所示。在簡(jiǎn)化成等效截面后，先分成若干個(gè)小塊矩形面積，在本液壓機(jī)設(shè)計(jì)中劃分成三塊，先算出截面對(duì)底邊WW軸的慣性矩 (27)式中 —每塊矩形面積對(duì)本身形心軸的慣性矩() (28) —每塊矩形面積高度(m) —每塊矩形面積高度(m) —每塊矩形面積對(duì)WW軸的靜面矩 () (29) —每塊矩形的面積() —每塊矩形面積形心到WW軸的距離(m)圖24 上橫梁危險(xiǎn)截面的等效截面圖 Equivalent crosssection diagram of dangerous crosssection of upper beam再求出整個(gè)截面的形心軸到WW軸的距離 (210) (211)整個(gè)截面對(duì)形心軸的慣性矩為 (212)為了方便，計(jì)算結(jié)果如下表22所示。由式(27)得 由式(210)得 ，由式(211)得，由式(212)得。(4)最大應(yīng)力值，安全。表22 上橫梁的慣性矩計(jì)算Table 22 Inertia moment puting of upper beam分塊序號(hào)寬高mmm123—— (5)撓度 (213)式中 E—上梁的彈性模量，，J—上梁的慣性矩，如圖25所示，該梁的撓度是兩個(gè)類(lèi)型撓度的疊加，計(jì)算如下：圖25 上梁的撓度圖 Flexibility diagram of upper beam (6)相對(duì)撓度 ， 比允許值小，剛度好，安全。綜上所述計(jì)算說(shuō)明上橫梁的設(shè)計(jì)滿足剛度和強(qiáng)度要求。 下橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及剛度強(qiáng)度校核下橫梁與拉桿、工作臺(tái)、支座和工作臺(tái)相連，梁體結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)都很復(fù)雜。對(duì)于下橫梁，其設(shè)計(jì)原則與上橫梁相同，是在滿足相連部位最小幾何尺寸要求和工藝要求的條件下，盡可能縮短其縱向、橫向尺寸，這是有效提高下梁的剛度、強(qiáng)度和減輕梁的重量應(yīng)首先把握的主要原則。下橫梁設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足與拉桿連接，并保證工作臺(tái)的尺寸的空間，還要盡量使梁的橫向、縱向尺寸最小以滿足重量最小這一條件。本壓機(jī)下橫梁也采取焊接式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖26所示。將下橫梁簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁，計(jì)算長(zhǎng)度為工作臺(tái)面尺寸，其約束條件為鉸接，其承受壓力為均布載荷，計(jì)算模型如圖27所示。(1)受力簡(jiǎn)圖受均布載荷作用 圖26 下橫梁結(jié)構(gòu)圖 Lower beam structure(2)由圖可知： (3)慣性矩計(jì)算由于下橫梁簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁，所以危險(xiǎn)截面在中間截面，故主要校核中間截面的強(qiáng)度。該梁中間截面形狀的等效截面圖如圖28所示。在計(jì)算中間截面慣性矩時(shí)，將其分成3塊小矩形面積，算出截面對(duì)底邊W—W的慣性矩。圖27 下橫梁計(jì)算模型及彎剪圖 Calculating model and shear and moment diagram of lower beam圖28 下橫梁的中間截面的等效截面圖 Equivalent crosssection diagram of middle crosssection of lower beam為了方便，計(jì)算結(jié)果如下表23所示： 由式(27)得截面對(duì)底邊WW軸的慣性矩由式(210)得，由式(211)得由式(212)表23 下橫梁的慣性矩計(jì)算Table 23 Inertia moment puting of lower beam分塊序號(hào)寬高mmm123(4)最大應(yīng)力值 ， 安全。(5)中心點(diǎn)撓度 (214)式中 E—下橫梁的彈性模量，J—下橫梁的慣性矩，代入式(214)得 撓度如圖29所示(6)相對(duì)撓度 ， 比允許值小，剛度好，安全。圖29 下梁的撓度圖 Flexibility diagram of lower beam綜上所述計(jì)算說(shuō)明下橫梁的設(shè)計(jì)滿足剛度和強(qiáng)度要求。 拉桿的結(jié)構(gòu)方案的確定在常規(guī)的三梁四柱液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，立柱設(shè)計(jì)是十分重要的環(huán)節(jié)，而在本臺(tái)液壓機(jī)的設(shè)計(jì)中，利用兩個(gè)大拉桿和兩個(gè)小拉桿來(lái)代替三梁四柱中的立柱，拉桿將上橫梁與下橫梁緊固的聯(lián)結(jié)在一起，形成一個(gè)封閉的剛性受力框架，液壓機(jī)加壓時(shí)，它不僅要承受軸向壓力，而且還要承受偏心載荷引起的彎矩，特別是在拉桿與橫梁的連接部位，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)液壓機(jī)的立柱均在有較大拉應(yīng)力振幅的脈動(dòng)循環(huán)載荷下工作，很容易導(dǎo)致疲勞破壞。本臺(tái)液壓機(jī)采用的是預(yù)應(yīng)力組合框架，即通過(guò)預(yù)應(yīng)力拉桿使上下橫梁和支座緊固連接，構(gòu)成封閉框架。這種結(jié)構(gòu)對(duì)拉桿而言，雖然在未承載時(shí)和承載時(shí)均有較高的應(yīng)力，但應(yīng)力波動(dòng)幅度小，另外拉桿的截面形狀沒(méi)有急劇變化。在預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)中，拉桿的受力和變形為:液壓機(jī)預(yù)緊時(shí)，梁與大拉桿均受壓，有一定的預(yù)壓縮量；小拉桿相應(yīng)受拉，有一定的伸長(zhǎng)量。當(dāng)液壓機(jī)工作時(shí)，大拉桿的預(yù)壓縮量減少，小拉桿進(jìn)一步伸長(zhǎng)。因上、下橫梁相對(duì)于拉桿而言，高度較小，其壓縮量可以忽略不計(jì)，故對(duì)機(jī)身的變形只是考慮拉桿的變形。圖210是拉桿變形情況簡(jiǎn)圖。圖中(a)是預(yù)緊前的情況，(b)是預(yù)緊后的情況，(c)是壓機(jī)工作時(shí)的情況。在圖29中，為預(yù)緊后小拉桿的伸長(zhǎng)量，為預(yù)緊后大拉桿的壓縮量，為工作時(shí)小拉桿的伸長(zhǎng)量，為工作時(shí)大拉桿殘余壓縮量。小拉桿在液壓機(jī)工作時(shí)比預(yù)緊時(shí)所增加的伸長(zhǎng)量為 (215)大拉桿在液壓機(jī)工作時(shí)比預(yù)緊時(shí)所減少的壓縮量為 (216)圖210 拉桿的變形示意圖 Deformation of pull rod彈性范圍內(nèi)，大拉桿和小拉桿的受力和變形都是線性關(guān)系，如圖211所示。圖211中(a)、(b)是預(yù)緊后拉桿的力—變形圖，圖中(c)是把(a)、(b)兩圖綜合在一起，圖中(d)表示預(yù)緊后和工作時(shí)的情況。機(jī)身受到公稱(chēng)壓力作用時(shí)，拉桿除受大拉桿給它的反作用力(即拉桿的殘余預(yù)緊力)以外，又多加了一公稱(chēng)壓力。所以此時(shí)拉桿受力從增為(指全部拉桿受力，圖中的及為單個(gè)拉桿受力)，而大拉