【正文】 FFn ???? () 所以該活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。 ④ 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在主液壓缸中，活塞桿一端與活塞連接，另外一端與壓頭連接，為保證活塞桿外端與壓頭安全緊固連接，根據(jù)圖 （主壓頭的結(jié)構(gòu)），選擇活塞桿外端頭部與壓頭的連接形式為法蘭連接。 (3)液壓缸工作行程的確定 根據(jù)主液壓缸的 最大工作行程和液壓缸主要參數(shù)表（《新編實(shí)用液壓技術(shù)手冊》234頁）確定液壓缸的行程為 mml 550? 。 (4)缸底結(jié)構(gòu)及厚度計(jì)算 如圖 ，單活塞桿液壓缸的缸底與缸筒多采用焊接結(jié)構(gòu)，為滿足強(qiáng)度要求，對(duì)于缸底厚度有 ]/[ ?pdh ? （ ） 式中 d —— 缸底止口內(nèi)徑， mm p —— 工作壓力， MPa ][? —— 材料許用應(yīng)力（安全系數(shù) 3?n ）， MPa 止口內(nèi)徑為 mmd 115? ，許用應(yīng)力為： MP an s ][ ??? ?? （ ） 則缸底厚度為： mmpdh 1 7/41 1 54 3 ]/[4 3 ????? ? （ ） 由于缸底需要鉆法蘭的孔和開油口孔，這會(huì)在很大程度上削弱缸底的強(qiáng)度，為 30 了給油口預(yù)留足夠的位置并且提高其強(qiáng)度以保證液壓缸能 夠安全地工作，缸底厚度應(yīng)取得大些，擬取缸底厚度為 mmh 50? 。 圖 缸底 (5)缸蓋的結(jié)構(gòu)形式及尺寸設(shè)計(jì) ① 缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓缸端蓋與缸筒連接的方式多種多樣，包括拉桿式連接、焊接和法蘭連接等。對(duì)于單活塞桿液壓缸，缸筒頭部焊接螺紋凸臺(tái)結(jié)合面的法蘭式連接結(jié)構(gòu)是比較常見的，此主液壓缸便選用這種結(jié)構(gòu)形式，如圖 。 圖 31 ② 缸蓋的厚度設(shè)計(jì) 缸蓋厚度的計(jì)算公式為： ][ )(3 ??D DdFh m ?? （ ） 式中 F —— 法蘭受力總和（按最大工作壓力計(jì)算）， N md —— 法蘭螺紋孔分布圓直徑， m D—— 法蘭根部直徑（即液壓缸外徑）， m ][? —— 材料許用應(yīng)力， MPa 根據(jù)已知條件， NF 40000? ， mD ? ， ][ ?? ， mdm ? ，代入上式得缸蓋厚度為： mmmD DdFh m )(1043][ )(3 64 ???? ??????? ?? （ ） 由于缸蓋上開有螺紋孔，在一定程度上會(huì)削弱其強(qiáng)度，因此其厚度宜取大些，取缸蓋厚度 mmh 30? 。 ③ 缸蓋連接強(qiáng)度校核 此液壓缸的缸蓋采用法蘭式結(jié)構(gòu)，其校核公式為： zdkF214??? （ ） zdkFdk 21201?? （ ） ][3 22 ???? ???n （ ） 式中 F —— 螺栓總作用力， N k —— 螺栓擰緊系數(shù)，靜載時(shí) ~?k ，動(dòng) 載時(shí) 4~?k 1d —— 螺栓內(nèi)徑， m Z—— 螺栓數(shù)，設(shè)計(jì)為 4?z 0d —— 螺栓外徑， m 1k —— 內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取 ?k ][? —— 螺栓材料許用應(yīng)力，ns?? ?][， n為安全系數(shù)，一般取 ~?n 32 s? —— 螺栓材料的屈服極限， MPa 由于 4個(gè)螺栓呈圓形均布在缸蓋上，因此每個(gè)螺栓受力相同，為液壓缸最大工作壓力的 1/4，即 NF 10000? ；選擇螺栓材料為 Q235，性能等級(jí)為 的螺栓，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 P86表 58得材料屈服極限 MPas 240?? ，取安全系數(shù) ?n ，故螺栓的許用應(yīng)力為： MP aMP an s ][ ??? ?? （ ） 則螺栓的危險(xiǎn)截面直徑為： mmmmFd ][ ??????? ?? （ ） 查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》，按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)選擇螺紋的公稱直徑為mmd 160 ? ，螺紋小徑 mmmmd ?? 。 液壓缸處于壓制工況時(shí)，其下行速度很慢，可近似看成靜載荷，則擰緊系數(shù)取為 ?k 。 由以上數(shù)據(jù)可得 MP aMP azdkF 221 ??? ???? ?? （ ） ][ 222 ???? ?????? M P aM P an （ ） 由于螺栓只承受軸向的拉應(yīng)力，在安裝良好的情況下徑向切應(yīng)力 ? 可忽略不計(jì)。 故缸蓋的連接強(qiáng)度滿足要求。 活塞的設(shè)計(jì) 活塞在油液壓力作用下沿缸筒內(nèi)壁往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此兩者應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)呐浜?。配合過緊會(huì)造成效率的降低并增大活塞材料的磨損；配合過松則會(huì)引起缸筒內(nèi)部的油液泄露，降低容 積效率，活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是活塞與活塞桿的連接與密封。這兩種情況都無法使液壓缸發(fā)揮其應(yīng)有的性能。 (1)活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 活塞的內(nèi)徑與活塞桿配合，外徑與缸筒內(nèi)壁配合，因此活塞分別與活塞桿及缸筒內(nèi)壁的連接和密封是活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。本設(shè)計(jì)中，活塞采用分體式結(jié)構(gòu)?；钊拿芊庥谢钊h(huán)密封、間隙密封、 O型密封圈密封和唇形等密封圈密封。采用密 33 封圈可有效降低磨損、改善密封效果、防止爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生。 該設(shè)計(jì)中，活塞與活塞桿、活塞與缸筒內(nèi)壁之間的密封形式均采用 O型圈密封。因?yàn)?O型圈的密封性能好，摩擦系數(shù)小，安 裝空間小。根據(jù)活塞桿直徑和缸筒內(nèi)徑，查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》 O型密封圈的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，分別選用型號(hào)為 O型圈NG ??? 和 NG???7125 。 活塞與活塞桿采用螺紋連接?；钊闹С泻蛯?dǎo)向可使用支承（導(dǎo)向）環(huán)，其可有效改善活塞在運(yùn)動(dòng)過程中與缸筒的同軸度誤差，減少泄露。 (2)活塞基本尺寸及精度的確定 ① 活塞的寬度 活塞的寬度可用下式計(jì)算 mmmmmmDB 1 2 5~751 2 5)~()~( ???? （ ） 取活塞寬度為 mmB 100? 。 ② 活塞的材料和尺寸精度 選用活塞材料為 HT300?；钊鈴焦顬?f9，端面對(duì)軸線的垂直 ，外徑對(duì)內(nèi)孔的同軸度 。 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 (1)最小導(dǎo)向長度確定 由于主液壓缸的行程較長（ 550mm），為防止工作過程中活塞桿產(chǎn)生過大的彎曲，必須在缸蓋內(nèi)側(cè)安裝導(dǎo)向套，以保證液壓缸的穩(wěn) 定性。最小導(dǎo)向長度是指當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的軸向距離。一般情況下，最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式要求： 220 DLH ?? （ ） 式中 L—— 最大工作行程， m D—— 缸筒內(nèi)徑， m 根據(jù)已知條件， mmL 550? ， mmD 125? ，則最小導(dǎo)向長度為： mmDLH 90212520550220 ????? （ ） (2)導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 34 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)形式包括普通導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套等。此液壓缸選用普通導(dǎo)向套，它可利用壓力油進(jìn)行潤滑，使其處于密封狀態(tài)。 其他設(shè)計(jì)計(jì)算 由于液壓缸的速度 smu /? ，所以該液壓缸不需要設(shè)置緩沖裝置。 (1)排氣裝置設(shè)計(jì) 液壓缸混入空氣后，會(huì)引起液壓系統(tǒng)的震顫和爬行現(xiàn)象，嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的性能發(fā)揮，因此需要在液壓缸的適當(dāng)位置 上設(shè)置排氣裝置。由于空氣比壓力油輕，所以液壓缸里的空氣總是向上浮動(dòng)，對(duì)于垂直安裝的液壓缸，其排氣裝置應(yīng)該設(shè)置端蓋的上方。 (2)防塵圈的選擇 防塵圈一般用于液壓缸活塞缸導(dǎo)向套上，可防止外界塵埃侵入液壓缸而污染油液，從而防止滑動(dòng)元件的過度磨損。此處選用 A型橡膠動(dòng)密封圈。具體尺寸可查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》。 (3)油口設(shè)計(jì) 油口孔是油液進(jìn)出液壓缸的通道，若液壓缸沒有專門設(shè)置排氣口，則油口必須設(shè)置在液壓缸的最高處。液壓缸油口的連接方式包括螺紋連接、方形法蘭和矩形法蘭等。此處選擇螺紋連接的油口，具體尺 寸可查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》。 35 第三章 液壓泵站的設(shè)計(jì) 液壓泵站是集液壓泵裝置、油箱、控制裝置為一體的設(shè)備。它是液壓系統(tǒng)中一個(gè)重要的部件，為整個(gè)系統(tǒng)提供清潔的壓力油，并控制整個(gè)系統(tǒng)正常有序地進(jìn)行工作。 液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式 液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式主要包括集中配置和分散配置，詳見表 ： 表 液壓裝置結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式 配置形式 構(gòu)成方式 特點(diǎn) 應(yīng)用場合 集中配置 將系統(tǒng)的三大裝置組成液壓泵站，并安裝于主機(jī)處 優(yōu)點(diǎn)是安裝維修方便，液壓裝置的振動(dòng)、發(fā)熱都與機(jī)床隔開；缺點(diǎn)是液壓站增加了占地面積 用于固定式液壓設(shè)備 分散配置 將系統(tǒng)的動(dòng)力源、控制裝置和油箱分散安裝 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，泄漏油回收，節(jié)省占地面積。缺點(diǎn)是供油裝置的振動(dòng)、液壓油的發(fā)熱都將影響主機(jī)的精度 用于移動(dòng)式液壓設(shè)備 本液壓式砌塊制備機(jī)工作于野外環(huán)境，工作環(huán)境較惡劣，并且安裝于工程車上，屬于移動(dòng)式設(shè)備，因此要求其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小；另一方面，由于該設(shè)備的產(chǎn)品用于黃河堤防，屬于普通的建筑材料，其主要矛盾集中在磚塊的密實(shí)度上，對(duì)其尺寸精度沒有太高的要求。綜上分析，該設(shè)備的液壓裝置宜選擇分散配置形式。 選擇液壓泵站的類型 按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可對(duì)液壓泵站進(jìn)行相應(yīng)的分類，如表 ； 根據(jù)該款設(shè)備的實(shí)際工作要求，采用臥式連接。 36 表 液壓泵站的類型 類型 按液壓泵是否置于油箱之上分 按液壓站規(guī)模大小分 上置式 非上置式 單機(jī)型 機(jī)組型 中央型 立式 臥式 整體式 分離式 旁置 下置 特點(diǎn)及應(yīng)用 結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，適用于中小功率的液壓系統(tǒng)。 能夠有效地改善液壓泵的吸入能力，便于維修，適用于大功率系統(tǒng)。 控制閥組被安裝在郵箱面板上，規(guī)模小，應(yīng)用廣。 將一個(gè) 或鍍鉻控制閥組安裝在一個(gè)或多個(gè)專用閥臺(tái)上，在于液壓泵組合執(zhí)行原件連接，適用于中等規(guī)模的液壓系統(tǒng)。 常安裝在地下室內(nèi)，有利于安裝配管、降低噪聲。保持穩(wěn)定的環(huán)境溫度和油液清潔度，適用于大型液壓系統(tǒng)。 液壓油箱的設(shè)計(jì) 油箱的類型 按照油箱液面是否與大氣相通，液壓油箱分為開式油箱和閉式油箱。對(duì)于 開式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器 ，其 結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便， 被廣泛應(yīng)用于 液壓系統(tǒng) 中 。閉式油箱內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達(dá) ， 一般用于壓力油箱。 按油箱的形 狀來分，可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱 容易制造 ，箱上可安裝 液壓 元件 ， 能節(jié)約液壓泵站的占地空間， 所以被廣泛采用；圓罐形油箱強(qiáng)度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。 綜上所述，結(jié)合液壓式砌塊制備機(jī)的實(shí)際情況，考慮到制造的難易程度以及安裝場地的空間限制，本設(shè)計(jì)采用開式矩形油箱。 油箱的功用 油箱在液壓系統(tǒng)重大主要作用包括： （ 1） 存儲(chǔ)液壓油。這是油箱最基本的功用，它必須提供足夠的空間以存儲(chǔ)液壓油以備系統(tǒng)工作之需，它是液壓油在液壓系統(tǒng)中循環(huán)運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。 （ 2） 調(diào)節(jié) 系統(tǒng)油液溫度。油液在每一個(gè)工作循環(huán)中都會(huì)由于系統(tǒng)的容積損失和 37 機(jī)械損失而造成發(fā)熱溫升，其熱量有很大一部分靠油箱箱壁散發(fā)出去。 （ 3） 溢出空氣和消除泡沫。油液中含有空氣或產(chǎn)生泡沫會(huì)引起噪聲和損壞液壓裝置，通過油箱可溢出大部分氣體，因此油箱的液面應(yīng)盡可能大，并使有也在油箱中逗留較長時(shí)間。 （ 4） 安裝元件。在小型液壓系統(tǒng)中，為了減少占地面積，常常液壓泵組和控制裝置安裝在油箱箱蓋上。 油箱容量的確定 油箱的容量是油箱最基本設(shè)計(jì)內(nèi)容，油箱的大小與液壓系統(tǒng)工作過程的油液溫升、液位變動(dòng)油液壽命等因素有關(guān)。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法，液 壓油箱的有效容量 V 可概略地確定為： vVQ?? () 其中 ? 取值如表 ： 表 系統(tǒng)類型 ? 的取值 系統(tǒng)類型 低壓系統(tǒng)（ MPa? ） 中壓系統(tǒng)（ MPa? ） 中高壓或大功率系統(tǒng)（ MPa? ） ? 2～ 4 5～ 7 6～ 12 根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，液壓泵的最高輸出壓力為 MPap ? ，屬于中壓系統(tǒng)，因此取 7?? 。則 LQV V 8 7 9 61 2 ???? () 取 LV 2022? 。 由于設(shè)備停止運(yùn)行后，系統(tǒng)中的油液會(huì)在重力的作用下流回 油箱，為防止油液溢出油箱，油箱的野味不能太高，一般不應(yīng)超過油箱高度的 80%，所以油箱的實(shí)際容積為 : LLVV ??? () 油箱外形尺寸的確定 油箱外形尺寸一般設(shè)計(jì)尺寸比（長：寬：高）為 1:（ 12):(13)。選擇油箱外形尺寸比為 1:1:1,經(jīng)計(jì)算得油箱的長、寬、高均為為 630mm。 38 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一般的開式油箱是用鋼板焊接而成