【文章內(nèi)容簡介】 和強度校核。 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的時間因素由 PLC 控制來調(diào)節(jié)處理。 升降機構(gòu)的基本設(shè)計 升降機構(gòu)是型鋼堆垛機最后堆垛的一個平臺。 鋼材分為 6 根一層堆垛在垛臺上，然后垛臺下降一定的高度讓下一層的鋼材跟上一層的鋼材處于同一高度進行堆垛 。他的基本組成有垛臺、升降液壓缸。 設(shè)計的 基本要求 垛臺能承受 24 根鋼材的重量；液壓缸能承受 24 根鋼材和 垛臺的自重所需要的力。 設(shè)計的基本思路 根據(jù)簡直梁的原理對垛臺進行彎曲強度校核。根據(jù)液壓缸所要求的力來計算液壓缸的具體尺寸，從而選出液壓缸的型號，并對液壓 缸的桿進行穩(wěn)定性和強度校核。 8 第 3 章 翻轉(zhuǎn)機構(gòu) 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓缸的設(shè)計 液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中的一種液壓執(zhí)行元件，它是將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能做直線往復(fù)運動的能量轉(zhuǎn)化裝置。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是直線速度和力。 液壓缸的類型 為滿足各種主機的不同用途，液壓缸有多種類型。 按照結(jié)構(gòu)形式的不同可以分成有活塞缸，柱塞缸，擺動缸三大類型，活塞缸和柱塞缸實現(xiàn)往復(fù)直線運動，輸出速度和推力，擺動缸則實現(xiàn)的是往復(fù)擺動，輸出的是角速度（轉(zhuǎn)速）和轉(zhuǎn)矩。 按照作用方式不同 可以分為單 作用缸和雙作用 缸 。 另外，按照缸的特殊用途分，可以為串聯(lián)缸，增壓缸，增速缸，步進缸等等。 液壓缸的結(jié)構(gòu)包括：缸體組件，活塞組件，密封裝置，緩沖裝置，排氣裝置。 液壓缸因用途要求的不同，有各種結(jié)構(gòu)形式。而平移機構(gòu)的液壓缸采用的是雙作用單活塞桿液壓缸如圖 所示： 基本參數(shù)設(shè)計 圖 31 9 液壓缸的受力分析 在（ ? ）軸所受的扭矩為最大時，（ ? ）軸的扭矩同時為最大，此時液壓缸的負(fù)載為最大。 根據(jù)仿形設(shè) 計，取液壓缸桿距（ ? ）軸的距離為 225mm。 則，由 2T F d?? 由前面計算可得 ： NT ? 得： R=233992N 在工作過程中存在摩擦力，但是相對較小，可以忽略不計，為保證工作安全，最后我們?nèi)?250000?R N 已知液壓缸的設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù) 由翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作原理，我們選用雙作用單活塞桿的液壓缸，無桿腔由系統(tǒng)直接提供壓力，有桿腔的 進油由液壓泵直接提供，回油直接通油箱。 確定液壓缸的工作壓力 根據(jù)前面算出的力 R=250000N。由《液壓與氣壓傳動》中表 4 Mpa，同時根據(jù)表 ，執(zhí)行原件的背壓估計值，取回油背壓為 3 Mpa。即： 1P 為進口壓力， 1 4P MPa? ； 2P 為回油背壓， 2 3P MPa? 。 缸筒內(nèi)徑 D 的計算 在確定 D 時，必須保證液壓缸在系統(tǒng)所給定的工作壓力下，具有足夠的牽引力來驅(qū)動工作負(fù)荷。對于雙作用單活塞桿液壓缸，當(dāng)活塞桿是以推力驅(qū)動工作負(fù)載時，即壓力油輸入無桿腔時，工作負(fù)載 R 為： ??? )(402022 pdpDpDFR ????? （ 31） 推出： 0020 )(4 pp pdpp RD ???? ?? (32) 10 式中： R —— 液壓缸的工作負(fù)載； F —— 活塞桿的最大推力； ? —— 機械效率，考慮密封件的摩擦阻力損失，橡膠密封常取 ?? ； p —— 工作壓力，一般情況下取系統(tǒng)的調(diào)定壓力； 0p —— 回油背壓， 0 3p MPa? ； d —— 活塞桿直徑， 根據(jù)《液壓與氣壓傳動》表 42 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑查得 ? 。 其中 ?? 將已知相關(guān)的數(shù)據(jù)代入公式可得： mmD 12 50004 7 ???? ?? 根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計元器件選型手冊》表 251，液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，最后取160D mm? 。 活塞桿的直徑 d 為 0. 7 12 2d D mm?? 。 根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計元器件選型手冊》表 252，最后取桿的外徑為： 125d mm? 。 液壓缸最大工作行程 機構(gòu)運動簡圖如圖 32 所示： 翻轉(zhuǎn)電磁鐵在翻轉(zhuǎn)時，小齒輪旋轉(zhuǎn)180? ，即轉(zhuǎn)過 11 個齒，對應(yīng)的扇形齒輪也轉(zhuǎn)過 11 個齒，即扇形齒輪轉(zhuǎn)了20? ，由于曲柄和扇形齒輪通過鍵固連接在一 起，所以曲柄也轉(zhuǎn)了 20? ?；钊麠U從初始位置開始轉(zhuǎn)過一定的角度，同時有一定的身長量，通過下圖的運動分析及幾何分析，我們可以算出活塞的行程。 其中， 125a rc ta n 3 02 1 6 .5? ?? 液壓缸支座曲柄軸曲柄扇形齒輪， ，60176。小齒輪，圖 32 11 幾何運動分析圖如圖 33? 所示： 圖 33? 注：其中黑色粗實線組成的三角形表示系統(tǒng)的初始位置，即翻轉(zhuǎn)電磁鐵的 0? 位置，細(xì)實線組成的三角形表示系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)極限位置，即翻轉(zhuǎn)電磁鐵翻轉(zhuǎn) 180? 時的位置。 我們可以根據(jù)余旋定理計算出行程的大小： 222 1 6 .5 2 5 0 2 2 1 6 .5 2 5 0 c o s 5 0 1 2 5 7 7l m m? ? ? ? ? ? ? ?理 論 以 上 l 值為理論值，現(xiàn)實中我們選則的液壓缸的行程應(yīng)略大于理論值， 參考《液壓元件及選用》中表 ZQ 型重型冶金設(shè)備液壓缸的型號和技術(shù)參數(shù)得： 我們選擇其行程為mml 90＝ 。 注：此處在進行行程計算的時候，由于活 塞桿的轉(zhuǎn)動角度較小，我們對其進行了簡化處理，將圓心移至圖示的位置了，結(jié)果相差并不大，也不會影響我們最后的選擇。 缸筒長度 L 缸筒長度由活塞最大行程，活塞長度、活塞桿導(dǎo)向長度 H 和特殊要求的其他長度確定（見圖 34） 12 根據(jù)機械設(shè)計手冊中表 11170 中查出缸內(nèi)徑為 160mm 的液壓缸的缸體的外形尺寸為430+行程，由行程為 90mm，得缸體的外形尺寸為 520mm。 其 中 活 塞 長 度 ? ? ? ；導(dǎo)向 套 長 度 ? ? ? ；隔套長度? ?12C H A B? ? ?。為了降低加工難度，一般液壓缸的缸筒長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20～ 30 倍。 根據(jù)機械設(shè)計手冊（化學(xué)工業(yè)出版社出版）中表 11152 油缸固定部分長度的參考尺寸得： 活塞的長度 ? ?0. 6 ~ 1. 0 96 ~ 16 0B D m m??，取 100B mm? ； 導(dǎo)向套動面長度 ? ?0. 6 ~ 1. 6 96 ~ 25 6A D m m??，取 150A mm? ； 隔套寬度 ? ?11 5 0 1 0 0 1 5 0 2 52c m m? ? ? ?。 液壓缸的選定 綜合以上計算分析可得 : 由于該液壓缸為冶金設(shè)備用液壓缸，所以在冶金液壓缸設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓缸系列選取。 冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的特點：缸徑一般在 40～ 320mm 范圍內(nèi)，工作壓力小于等于16Mpa 可用液壓油機械系統(tǒng)耗損油和乳化液等工作介質(zhì)，使用溫度范圍在 40～ 80℃。其安裝方式有法蘭、耳環(huán)、銷軸等多種形式，符合 ISO6020/1— 1981 標(biāo)準(zhǔn)，另外還有腳架（底座）示。 冶金設(shè)備用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸系列 包括： ① ZQ 型重型冶金設(shè)備液壓缸 ② JB 系列冶金備用液壓缸 ③ YHG1 型冶金設(shè)備液壓缸 ④ JB 系列液壓缸 ⑤ UY 系列液壓缸。 ZQ 型液壓缸具有性能良好可靠性好等優(yōu)點；廣泛用于重型機械，冶金、礦山等行業(yè)。綜合型鋼堆垛機的工作要求我們選用 ZQ 型液壓缸。 根據(jù)機械設(shè)計手冊（化學(xué)工業(yè)出版社）中液壓缸型號的選用選出： 液壓缸 ZQ160 90 B? , 圖 34 13 其中： B 表是油缸的安裝形式是 擺動式的 。 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核 缸筒壁厚的計算 查《液壓與氣壓傳動》教材可查出：當(dāng)101?D?時，壁厚用公式 ?? ? ?2PD?來計算；當(dāng)101?D?時，壁厚用公式 ? ?? ? ???????? ???? PPD ??? 來計算。 （一）假設(shè)缸筒壁厚 ? 與內(nèi)徑之比小于 110，則壁厚按薄壁缸公式計算，即： ? ?2PD? ?? （ 33） 公式中： P—— 液壓缸的最大工作壓力 ? ?Pa ； D—— 缸筒內(nèi)徑 ??m ； ??? —— 缸筒材料的許用應(yīng)力 ? ?Pa ， ? ? sn? ?? ； ? ?b? —— 缸筒材料的抗拉強度極限； n —— 安全系數(shù)，一般取 5?n ； 缸筒選用材料為 HT350， Mpab 350??；即： ? ? MP a705 10350 6 ???? ， 將以上數(shù)值帶入得： 664 1 0 0 .1 6 142 7 0 1 0 mm? ??????。 又考慮缸筒壁厚 ? 與內(nèi) 徑之比： 1 4 10 .0 91 6 0 1 0D? ? ? ?。 符合我們的設(shè)計要求。 考慮安全因素，我們?nèi)“踩禂?shù) n=，得： 1 4 1 .3 1 8 .2 mm? ? ? ? ， 最后我們?nèi)? 20mm?? 。 （二）假設(shè) D? 大于 110 ，壁厚按厚壁強度及公式計算： 14 ? ? ? ? ?????? ???? PPD ??? （ 34） ? ?7 1 .60 .0 8 16 4 .8? ?? 4mm?? 因為 4 160D? ??小于 110與假設(shè)矛盾，所以此液壓缸為薄壁缸。 我們?nèi)?20mm?? 缸筒壁厚的校核 因為 max 10P MPa? ，由公式： max2 SPD? ?? (35) 式中： D—— 表示液壓缸的內(nèi)徑； S? —— 表示缸筒材料的許應(yīng)應(yīng)力，??? bs ? ，其中 b? 抗拉強度， ? 為安全系數(shù)（一般 5?? ）因為缸筒的材料為 Q235，查《機械設(shè)計手冊》可知道：該材料的 Mpab 375?? ； maxP —— 表示缸筒最高工作壓力（ max 10P MPa? ）。 綜合以上具體數(shù)據(jù)和式子可得： max 52 SPD mm? ??? 所以液壓缸的壁厚符合設(shè)計要求。 缸筒外徑的確定 1 2 160 40 200D D m m?? ? ? ? ? (36) 缸底厚度 1? 因為設(shè)計時取平底液壓缸，缸底與缸筒采用螺紋連接，所以缸底內(nèi)徑 15 mmDD 20202 ??? ? 。 spD ?? m a x21 ? (37) 式 中： 2D —— 表示缸底內(nèi)徑， b? —— 表示缸底材料的許用應(yīng)力， Mpa。 若選取 mmD 200? ， MP abs 705350 ??? ???， 則 61 64 1 00 . 5 0 . 2 2 47 0 1 0 mm? ?? ? ??， 考慮安全因素，我們?nèi)?1 30mm? ? 。 最小導(dǎo)向長 度的確定 對單活塞液壓缸，一般： 220 DlH ?? (38) 式中： L—— 活塞的最大工作行程； D：缸筒內(nèi)徑。 代入數(shù)據(jù)得： 9 0 1 6 0 8 4 .52 0 2H m m? ? ?，取 150H mm? 。 液壓缸的穩(wěn)定性和活塞桿的強度驗算 活塞桿受軸向壓力作用時，有可 能產(chǎn)生彎曲當(dāng)此軸向力達(dá)到臨界力 kP 時會出現(xiàn)壓桿不穩(wěn)定現(xiàn)象，臨界值 kP 的大小與活塞桿長度與直徑，以及缸的安裝方式等因素有關(guān)。只有當(dāng)活塞桿的計算長度 10Ld? 時，才進行活塞桿的縱向穩(wěn)定性計算。 計算估算活塞桿的長度：初步定液壓缸蓋的厚度為 50mm ，則活塞桿的長度為：15 0 10 0 25 50 32 5L mm? ? ? ? ?。 16 液壓缸的穩(wěn)定驗算 根據(jù)材料力學(xué)概念：一根受壓的直桿，在其軸向負(fù)載 P 超過穩(wěn)定臨界力（或稱極限力）kP 時 ,即失去原有直線狀態(tài)下的平衡而喪失穩(wěn)定 ,所以液壓缸的穩(wěn)定條件是 ： KKPP n? (39) 式中 ： P—— 活塞桿的軸向最大壓力 ??N ； kP —— 液壓缸的穩(wěn)定臨界力 ??N ； kn —— 穩(wěn)定性安全系數(shù) ,一般取 nk =2～ 6。 液壓缸的穩(wěn)定臨界力 kP 值與活塞桿和缸體的材料、長度、剛度及其兩端支承狀況等因素有關(guān)。一般在 Ld （ d