【文章內(nèi)容簡介】 式中 d—— 表示柱塞直徑； ?—— 表示速比，根據(jù)表 22 確定 ? =2； 5 故 21 3 4 0 2 4 0 .3 82d ?? ? ?mm 式（ ） 取整 d=240mm 表 22 公稱壓力與速比 公稱壓力 /MPa ? 10 ? 20 ? 2 液壓缸壁厚的計算 從文獻(xiàn) [1]中查得 ? ?2 224sD D F? ????? ? ??? 式（ ） 式中 D—— 表示液壓缸內(nèi)徑； ? —— 表示液壓缸壁厚； s? —— 表示缸筒材料許用應(yīng)力， bs n???， b? —— 表示材料的抗拉強(qiáng)度，材料選 45鋼， b? =600MPa， n—— 表示安全系數(shù)， 取 n=3； 故 242bFn DD?? ??? 6 26 34 2 10 3 600 10 102? ? ? ?????? ? mm 式（ ） 由于 1 8 .2 0 .0 5 0 .0 8340D? ? ? ? 式（ ） 所以按薄壁筒計算 max2 SpD? ?? 式（ ） 式中 maxp —— 表示最大壓力，此處 maxp =25MPa。 故 662 5 1 0 3 4 0 2 1 .2 52 2 0 0 1 0 mm? ???? 式（ ） 取整 ? =22mm 缸筒外徑 的計算 6 1 2DD??? 式（ ） 式中 1D —— 表示缸筒外徑。 故 1 3 4 0 2 2 2 3 8 4D ? ? ? ?mm 式（ ） 缸底厚度的計算 從文獻(xiàn) [1]中查得 m ax1 spD? ?? 式（ ） 式中 1? —— 表示缸底厚度； D—— 表示液壓缸內(nèi)徑； maxp —— 表示最大壓力； s? —— 表示缸筒材料許用應(yīng)力。 故 1 250 .4 3 3 3 4 0 5 2 .0 5200 mm? ? ? ? ? 式（ ） 取整 1? =55mm 柱塞的設(shè)計 柱塞的結(jié)構(gòu) 柱塞一般用鍛鋼或鑄鋼制成， 有時也可先分段鍛造或鑄造，然后再使用電渣焊將幾個分段焊成一個柱塞 。 柱塞可以加工成實心的，也可以加工成空心的 。但加工空心柱塞時要注意柱塞的開口不能向上，即必須向著缸底。否則 ，在泄壓時，機(jī)身會產(chǎn)生劇烈的振動 。 有的柱塞頂部還安裝有節(jié)流塞，當(dāng)柱塞運動到接近極限位置時，節(jié)流塞塞入進(jìn)油孔，起到節(jié)流的作用，從而降低柱塞的速度，防止回程時柱塞以較大的速度撞擊缸底，對缸體造成破壞。 柱塞的表面質(zhì)量 柱塞在導(dǎo)向套中做往復(fù)運動，受到偏心載荷時還會發(fā)生小角度的傾斜，因此柱塞受到的磨損會比較嚴(yán)重。注意到這個問題，在對柱塞進(jìn)行加工時必須保證其表面具有足夠的光潔度和硬度 ，否則會影響柱塞的密封壽命，最終影響生產(chǎn)效率。柱塞 的材料一般 采用 45號鋼或 50號鋼，有的也采用冷硬鑄鋼。表面光潔度必須保證在 ? 7以上，表面硬度應(yīng)當(dāng)高于 HRC40～ 45。 通常柱塞的表面需要進(jìn)行熱處理， 7 常采用的表面熱處理工藝有：火焰表面淬火、調(diào)質(zhì)處理、表面鍍 鉻、氮化處理等。火焰表面淬火工藝比較簡單，但有些時候會出現(xiàn)軟帶；進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后，表面硬度往往達(dá)不到要求；采用鍍鉻處理會有比較好的效果，但要注意鍍層不可太厚；進(jìn)行氮化處理 后，硬度、耐磨性、抗腐蝕性都會符合要求。 [13]。 立柱設(shè)計 經(jīng)驗分析 液壓 機(jī)的立柱與上橫梁、下橫梁三者共同組成一個封閉的受力結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到偏心載荷時，立柱不但會受到軸向力，還會受到徑向力和彎矩， 這會使立柱的受力情況變得復(fù)雜，從而在一定程度上就降低了計算的可靠性。液壓機(jī)在工作過程中做頻率較高的往復(fù)運動，快進(jìn)時的加載和在卸載時能量的釋放 還 會引起機(jī)架的振動 。在進(jìn)行立柱的強(qiáng)度計算式，應(yīng)該考慮到這些不利因素。通過查閱相關(guān)參考資料，整理了以下幾點在進(jìn)行立柱設(shè)計時必須考慮到的問題： 1) 小 型 壓機(jī) 速度快、 機(jī)架剛度較差， 并且操作頻繁，故其工作強(qiáng)度會比較大，更容易遭受破壞 。而大 型 液壓機(jī)速度慢 、 使用次 數(shù)較少 、 機(jī)架剛性較好， 相對于小型液壓機(jī)來說，其工作強(qiáng)度是比較小的，因而很少受到損壞 。所以對大小型 液壓機(jī)的立柱 強(qiáng)度進(jìn)行 計算 時 應(yīng)有所區(qū)別 。 據(jù)不完全統(tǒng)計 ， 立柱的斷裂大多數(shù)發(fā)生在 25000KN以下的小 型 液壓機(jī) ，在我國， 16000KN以下的鍛造液壓機(jī)已經(jīng)斷過十幾根立柱，而大型液壓機(jī) 幾乎沒有發(fā)生過 斷裂。 2)立柱 的 疲勞破壞 大部分發(fā)生 在應(yīng)力集中過大 或零件本身具有缺陷的地方。在載荷的反復(fù)作用下 ， 使得原來的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，最終導(dǎo)致整個立柱的斷裂破壞。故在立柱加工時，應(yīng)盡量提高立柱的加工質(zhì)量。 3)小 型 液壓機(jī)立柱 很 多斷在下橫梁 上從螺紋到光滑部分的過渡區(qū)的截面上，這是因為這里存在著壓力集中，而且還要承受較大的彎矩。故應(yīng)采取一些方法來降低應(yīng)力集中 [15]。 立柱直徑的計算 從文獻(xiàn) [6]中查得 22blnFDz ?? ??????? 式（ ） 式中 F—— 表示公稱壓力； n—— 表示安全系數(shù)，此處 n=5； lD —— 表示立柱直徑； 8 b? —— 表示材料抗拉應(yīng)力，此處立柱選材 45鋼， b? =600MPa； z—— 表示立柱的數(shù)量。 故 4l bnFD z??? 6 364 5 3 1 0 106 0 0 1 0 3 .1 4 mm? ? ???? ? ? ? 式（ ） 考慮到立柱的局部有螺紋加工， 取 lD =80mm 橫梁的設(shè)計 經(jīng)驗分析 由于三個橫梁的尺寸較大，直接鑄造成實心的質(zhì)量會相當(dāng)大，不符合實用性，同時也不符合經(jīng)濟(jì)性要求，故橫梁一般設(shè)計成箱體結(jié)構(gòu)。又考慮到工作中的強(qiáng)度和剛度要求，需在箱體內(nèi)部添加筋板結(jié)構(gòu)，載荷較大的部位， 則要加大筋板的分布密度，以保證足夠的強(qiáng)度和剛度。筋板 一般成方格形布置也可成輻射狀布置，在安裝缸體和立柱的部位一般設(shè)計成圓筒形。橫梁的材料一般采用 Q235碳素鋼，小型的液壓機(jī)也可采用鑄鐵。橫梁大多通過鑄造制成，有時也可采用焊接工藝。橫梁在設(shè)計的過程中，應(yīng)避免厚度有突然變化的部分，在過渡區(qū)應(yīng)該設(shè)計出較大的圓角，因為尺寸的突然變化會產(chǎn)生較大的集中應(yīng)力，大大降低零件的可靠性 。 在軋制鋼板和焊接技術(shù)得到一定發(fā)展的今天，鋼板焊接橫梁由于其具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量小、強(qiáng)度高、加工時長段等優(yōu)點，正在得到日益廣泛的應(yīng)用。但對于大型的焊接件，在其焊后進(jìn)行退火加工時 需要大型的熱處理設(shè)備，而且 變形很難得到控制，更容易產(chǎn)生裂紋，因此在很大程度上受到了限制，加工要求過高的零件不能采用此方法。 橫梁的窄邊尺寸應(yīng)該盡量小點，這是為了便于鍛造吊車的吊鉤接近液壓機(jī)的幾何中心。橫梁的寬邊大小有立柱間的中心距確定。橫梁的立柱孔的高度普遍設(shè)計為立柱的直徑的 。 大型液壓機(jī)由于受到諸多方面的限制，一般設(shè)計為塊結(jié)構(gòu)，然后各組成塊之間用鍵和螺栓、螺釘聯(lián)接起來。至于小型液壓機(jī)，大多設(shè)計成整體結(jié)構(gòu) [6]。 上橫梁的設(shè)計 上橫梁 上 除 了要設(shè)計 工作缸孔和立柱孔以外，有 的 還需 設(shè)計 安裝回程缸 的孔 。在鑄造能力許 可 的情況下 ， 鑄造 中、小型單缸液壓機(jī) 時可以 將工作缸與上橫 9 梁鑄成一 個整 體。 上橫梁變形和吊缸釘松動 會使液壓 缸 產(chǎn)生上下竄動，而使上橫梁與工作缸法蘭的支承接觸面出現(xiàn)壓陷現(xiàn)象，破壞兩者之間的 接觸精度，形成沿圓周方向不均勻 的 局部接觸，局部支承反力過大 的問題 ， 最終降低工作缸的使用壽命 。因此使用 的過程中 應(yīng)經(jīng)常注意擰緊松脫的螺母?？紤] 到 維修時常需重新車削 這個 接觸面， 故在這里應(yīng)設(shè)計一凸臺 ，凸臺高度 ? 應(yīng)滿足幾次的重車量， 初步估計 每次約為 3～ 5mm， 因而 ? 一般為 10～ 20mm[6]。 原定 上橫梁立柱孔的配合間隙 為 44Dcd ，但在實際安裝 的過程中 ，往往因立柱的 垂直度公差 會進(jìn)行 疊加），而發(fā)生裝不進(jìn)的 問題 ，所以對中小型 液壓機(jī)的柱孔應(yīng)有 1～ 2mm的間隙，不配合部分 無須 加工，在直徑上可 稍微擴(kuò)大一些 ，而且下孔的間隙 則需更 大些。在大型液壓機(jī)上，則可 使用 調(diào)整套 ，以便進(jìn)行調(diào)整 。 為了 保證工作缸 的 支承面上 具 有均勻的剛度， 上橫梁工作孔應(yīng) 當(dāng)設(shè)計 成圓 柱形的支承筒形式 ，從而不會出現(xiàn)由于上梁不均勻變形而使支承反力局部 集中，降低缸 使用壽命 的情況 。工作缸孔的配合采用 44Dcd ，為了 方 便安裝，下孔的直徑 應(yīng)當(dāng) 比上孔 的直徑 大 10～ 20mm。 這里，設(shè)計上橫梁的長度 1l =850mm，寬度 1b =700mm，高度 1h =350mm。 活動橫梁的設(shè)計 活動橫梁與工作柱塞相聯(lián)接，其接觸部位應(yīng)有足夠的 高度和強(qiáng)度來承受較大的工作壓力 ， 因此這里 柱塞下面的筋板設(shè)計成方格形。為 防止工作缸漏出的液體積存在 活動橫梁 的內(nèi)部 ， 應(yīng)當(dāng)將上板蓋設(shè)計成封閉式的 ，并能 夠順利排出積存的液體 。 這里設(shè)計活動橫梁的長度 2l =850mm，寬度 2b =700mm，高度 2h =300mm。 下橫梁的設(shè)計 下橫梁也稱底座，它通過支座支承 在地基 上。 下橫梁窄邊的寬度應(yīng)保證能 夠放下馬架，不致 于 使馬架落到側(cè)梁上。 考慮到要 保證整個壓機(jī)的 剛性 ， 下橫梁的剛度要求應(yīng)當(dāng)稍微嚴(yán)格一些 。 下橫梁上一般安裝有移動工作臺，有的 還安 裝有頂出器，下橫梁的兩側(cè)一般還有測 梁 ，以便 于 安裝移動工作缸、導(dǎo)向塊及拉帶等 部件 。 這里設(shè)計下橫梁長度 3l =850mm，寬度 3b =700mm，高度 3h =400mm。 10 油箱的設(shè)計 根據(jù)容積的要求，及油面高度 80%的條件并考慮到油箱散熱 、 沉淀雜質(zhì)的功能 這兩個因素對油箱進(jìn)行設(shè)計 。 油 箱一般用 4mm左右的鋼板焊接而成， 有時 也可鑄造。本油箱由于要兼做液壓元件、安裝臺， 故需要選用厚一點的鋼板 。 這里， 選箱底和側(cè)壁厚為 10mm，蓋板厚為 12mm。 油箱內(nèi)裝有隔板，將泵的吸油管和回 油管隔開。 吸油管路和回油管路 被 隔開，吸油腔與黃油腔用濾網(wǎng)隔開 以便 過濾系統(tǒng)回油。 側(cè)板裝有油位計和注油口，其中油位計和注油口應(yīng)距離較近， 以便于注油者 進(jìn)行 觀察。油箱蓋 板上 安 裝有空氣濾消器 ， 以防止泵在吸油 的過程中，空氣中的雜質(zhì)微粒進(jìn)入油液中。液壓 泵和電 動機(jī)安裝在蓋板上并 用螺栓 固定。油箱側(cè)管應(yīng)設(shè)置 有 清掃窗孔，在油箱清洗時 可以打開， 以 便于檫拭油箱 的 內(nèi)部。油箱底部距離地面 需 有一定高度，且 具 有 1:30的斜度，卸油口設(shè)在最底處，以便于換油時將舊油全部排出。 油箱密封效果要好，防止油箱滲漏到箱外，同時避免外界粉塵侵入箱內(nèi)。油箱內(nèi)壁涂耐油的防油漆 [16]。 11 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 主要討論液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計和計算方法。在此討論的是靜態(tài)的、經(jīng)驗的設(shè)計方法， 通過這種方法 可以 設(shè)計出 一個能實現(xiàn)預(yù)期功能的傳動系統(tǒng)。而系統(tǒng)僅僅能實現(xiàn)所預(yù)期的功能是不夠的，系統(tǒng)的動作質(zhì)量及動作發(fā)生的時間歷程也是很重要的，而且 在 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備 中，這兩個 因素 往往是更加重要的，這些問題需要 運用現(xiàn)代設(shè)計方法和手段進(jìn)行系統(tǒng)的動態(tài)分析和設(shè)計。隨著液壓技術(shù) 以及 計算機(jī)技術(shù)