【正文】 先根據(jù)第二個(gè)公式得到：=再將得到結(jié)果帶入前一個(gè)公式，得到：顯然，額定油壓P=25MP，滿足這一條件；c) 為了確保液壓缸安全的使用，缸筒的爆裂壓力應(yīng)大于耐壓試驗(yàn)壓力：因?yàn)?1000MP已經(jīng)在選擇缸筒材料的時(shí)候給出，根據(jù)上述公式可求得：=至于耐壓試驗(yàn)壓力應(yīng)為：==依據(jù)為：耐壓試驗(yàn)壓力是液壓缸在檢查質(zhì)量時(shí)所需承受的試驗(yàn)壓力。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，液壓缸在此壓力下，全部零件不得有破壞或永久性變形等異?，F(xiàn)象。各國規(guī)范多數(shù)規(guī)定為：=因?yàn)楸褖毫h(yuǎn)大于耐壓試驗(yàn)壓力。以上所用公式中各量的意義解釋如下：——缸筒內(nèi)徑（）；——缸筒外徑（）；——液壓缸的額定壓力（MP）；——缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力（MP）；——液壓缸耐壓試驗(yàn)壓力（MP）；——缸筒發(fā)生爆裂時(shí)的壓力（MP）；——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度（MP）；——缸筒材料的屈服強(qiáng)度（MP）；——缸筒材料的彈性模數(shù)；——缸筒材料的泊桑系數(shù) 鋼材：=C. 缸筒的材料缸筒材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯的來源等，來確定選用：缸筒毛坯普遍采用冷拔或熱軋無縫鋼管，國際市場上已有內(nèi)圓珩磨，外圓精加工，只需要按所要求的長度切割的無縫鋼管供應(yīng)，此外，較厚壁毛坯仍用鑄件或鍛件，或用厚鋼板卷成筒形，焊接后退火，焊縫須用X光或磁力探傷。D. 缸筒的加工要求缸筒內(nèi)徑D采用H7級(jí)配合，需要進(jìn)行研磨；熱處理：調(diào)制，HB240；缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；；油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺；在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。（1）缸筒焊接連接，在計(jì)算缸筒與端部用焊接連接時(shí)，其焊縫應(yīng)力計(jì)算如下：式中——缸內(nèi)最大推力（）；——缸筒外徑（）；——焊縫底徑（）；——焊接效率，取 =；——焊條材料的抗拉強(qiáng)度（）；——安全系數(shù)（參照缸筒壁的安全系數(shù)選?。?。=5F=212812 =105mm =420由下表查出。帶入公式求得=，=表33常用碳鋼焊條型號(hào)焊條型號(hào)焊條牌號(hào)抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)E4303J422420330E5003J502490400E5015J507490400E5016J506490400選用J422焊條（2）缸筒螺紋連接部分強(qiáng)度計(jì)算螺紋處的拉應(yīng)力 ：螺紋處的剪應(yīng)力：合成應(yīng)力：許用應(yīng)力：式中F——缸筒端部承受的最大推力（N）；D——缸筒內(nèi)徑（m）；d0——螺紋外徑（m）；d1——螺紋底徑（m）；K——擰緊螺紋的系數(shù)。不變載荷取K=，變載荷取K1=；K1——螺紋連接的摩擦系數(shù)，K1=，平均取K1=；σs——缸筒材料的屈服極限（MPa）；ns——安全系數(shù)，取ns=。將F=212812N；d0=93。d1=90代入公式求得σ=；τ=；σn=[σ]=。（1） 活塞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)活塞分為整體式和組合式，組合式制作和使用比較復(fù)雜，所以在此選用整體式活塞，形式如下圖：1是擋圈，2是密封件，3是導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)） 圖32活塞結(jié)構(gòu)此整體式活塞中，密封環(huán)和導(dǎo)向套是分槽安裝的。（2） 活塞的密封選用Yx型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料組合使用，可以顯著提高密封性能：A. 降低摩擦阻力，無爬行現(xiàn)象；B. 具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)密封性，耐磨損，使用壽命長；C. 安裝溝槽簡單，拆裝簡便。這種組合的特別之處就是允許活塞外園和缸筒內(nèi)壁有較大間隙，因?yàn)榻M合式密封的密封圈能防止擠入間隙內(nèi)，降低了活塞與缸筒的加工要求，密封方式圖如下：圖33活塞的密封（3） 活塞的材料選用高強(qiáng)度球墨鑄鐵QT6003。（4） 活塞的尺寸及加工公差，前面的計(jì)算中已得到缸筒內(nèi)徑為85mm， ，所以取活塞厚度為56活塞的配合因?yàn)槭褂昧私M合形式的密封器件，所以要求不高，這里不加敘述。，外表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差之半。 （1）活塞桿桿體的選擇此次設(shè)計(jì)選用的是實(shí)心桿件活塞桿與活塞的密封件此次設(shè)計(jì)采用的是O型密封圈加擋圈，連接形式采用螺紋連接并用緊定螺栓固型連接，如下圖：圖34活塞的密封件（2）活塞桿材料和技術(shù)要求因?yàn)闆]有特殊要求，所以選用45號(hào)鋼作為活塞桿的材料，本次設(shè)計(jì)中活塞桿只承受壓應(yīng)力，所以不用調(diào)制處理，但進(jìn)行淬火處理是必要的，—1mm左右。A. ，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導(dǎo)向的卡滯現(xiàn)象。，保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。B. 。C. 因?yàn)槭沁\(yùn)行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。（3）活塞桿的計(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參照下表可得出活塞桿的直徑d表34工作壓力與活塞桿直徑的關(guān)系工作壓力（）的關(guān)系70隨著工作壓力的增大，即工作強(qiáng)度的增加，為了增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，活塞桿的直徑會(huì)越來越接近油缸的內(nèi)徑。在此，我們選用=，由此得出，,查閱液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（GB/T23481993）,我們最終確定活塞桿的直徑為。通常以液壓缸前后鉸接作為基本情況考慮，并令LB=活塞桿全部伸出時(shí)、活塞桿頂端連接點(diǎn)與液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離。主要須驗(yàn)算活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度：表35活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度代入數(shù)據(jù)得 顯然活塞桿直徑滿足要求。1. 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算表36活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算主要是按下式驗(yàn)證：代入數(shù)據(jù)得： 滿足要求。（4）活塞前進(jìn)與后退的速度比計(jì)算 液壓缸左右兩個(gè)腔的有效面積和不相等，因此，當(dāng)進(jìn)油腔和回油腔的流量都是Q時(shí)（簡便起見，一個(gè)進(jìn)油時(shí)，另一個(gè)回油壓力可以忽略），左右兩個(gè)方向的推力、拉力和速度不同。則 帶入數(shù)據(jù)：，得出，此結(jié)果在可接受范圍內(nèi)。（5）活塞桿的表面處理活塞桿的表面須鍍硬鉻，厚為15～25，也有的要求鍍鉻厚度為30～50。防腐的要求特別高的則要求先鍍一層軟鉻或鎳，后鍍硬鉻，鍍后拋光。用于低負(fù)載（如低活塞速度，低工作壓力）和良好環(huán)境條件的液壓缸，活塞桿可不做表面處理。（6）活塞桿的加工要求活塞桿外徑的公差f7～f9。直線度≤表面粗糙度：一般為Ra ≤～，精度要求高時(shí)Ra ≤～。（7）活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵A. 導(dǎo)向環(huán)選擇非金屬導(dǎo)向環(huán)，用高強(qiáng)度塑料制成，這種導(dǎo)向環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小、耐磨、使用壽命長、裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽加工簡單，并且磨損后導(dǎo)向環(huán)易于更換。B. 密封Yx型軸用密封圈加軸用階梯圈組合使用，這樣比起單獨(dú)密封，可以減小摩擦，減少泄漏量，增加壽命。C. 防塵使用DH防塵圈，材料是聚氨酯，既有防塵作用，又有潤滑作用。由一般認(rèn)為普通液壓缸在工作壓力﹥10MPa、活塞速度﹥，應(yīng)當(dāng)采用緩沖裝置或其他緩沖辦法。這只是一個(gè)參考條件，主要還是要看具體情況和液壓缸的用途等來決定。例如：要求速度變化緩慢的液壓缸，當(dāng)活塞速度≥～，也得用緩沖裝置。缸外緩沖機(jī)構(gòu)：當(dāng)V≥1～，缸內(nèi)緩沖機(jī)構(gòu)不可能吸收全部動(dòng)能，須在缸外加裝制動(dòng)機(jī)構(gòu)，如：①外部加裝行程開關(guān)。當(dāng)開始進(jìn)入緩沖階段時(shí)，開關(guān)即切斷供油，使液壓能等于零，但人有可能形成壓力脈沖。②在活塞桿與負(fù)載之間加裝減震器。此外，可按工作工程對(duì)活塞線速度變化的要求，確定緩沖機(jī)構(gòu)的型式，如①減速過渡過程要求十分柔和，如砂型操作，易碎物品托盤操作，精密磨床進(jìn)給等，宜選用近似恒減速型緩沖機(jī)構(gòu)如多孔缸筒或多孔柱塞型以及自調(diào)節(jié)流型。②減速過程允許微量脈沖，如普通機(jī)床粗軋機(jī)等，可采用銑槽型、階梯型緩沖機(jī)構(gòu)。③減速過程允許承受一定的脈沖，可采用圓錐型或雙圓錐型甚至圓柱型柱塞的緩沖機(jī)構(gòu)。概述1）密封件的作用及重要意義在液壓元件及其系統(tǒng)中，密封裝置用來防止工作介質(zhì)的泄漏及外界塵土和異物的侵入。其中氣密封作用的元件，即密封件。外露會(huì)造成工作介質(zhì)的浪費(fèi)，污染機(jī)器和環(huán)境，甚至引起機(jī)械操作失靈及設(shè)備人身事故。內(nèi)漏會(huì)引起液壓系統(tǒng)容積效率的急劇下降，達(dá)不到所需的工作壓力，甚至不能進(jìn)行工作。侵入系統(tǒng)中的微小灰塵顆粒，會(huì)引起或加劇液壓元件摩擦副的摩擦，進(jìn)一步導(dǎo)致泄漏。因此密封件及密封裝置是液壓設(shè)備的一個(gè)重要的組成部分。它的工作的可靠性和使用壽命，是衡量液壓系統(tǒng)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。近年來隨著尖端科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和工業(yè)，交通運(yùn)輸?shù)牟块T機(jī)械化、自動(dòng)化水平的不斷提高，對(duì)密封件的性能和質(zhì)量要求也越來越高。2）密封的分類被密封的部位是在兩個(gè)需要密封的偶合面之間。通常根據(jù)此偶合面在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可把密封分為動(dòng)密封和靜密封兩大類。再按照密封件的制造材料，安裝方式，結(jié)構(gòu)形式等進(jìn)一步分成不同的小類。3）密封件及密封裝置的設(shè)計(jì)或選用原則① 基本要求設(shè)計(jì)或選用密封件及其裝置的基本要求是：A． 在工作壓力下，應(yīng)具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加自動(dòng)提高其密封性能，并隨著壓力的增加自動(dòng)提高其密封性能，即泄漏在高壓下沒有明顯的增加。B． 密封件長期在流體介質(zhì)中工作，必須保證其材料物理性的穩(wěn)定。C． 密封裝置的動(dòng)、靜摩擦阻力要小，摩擦系數(shù)要穩(wěn)定，不能出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偶件卡主或運(yùn)動(dòng)不均勻等現(xiàn)象。D． 磨損小，使用壽命長。E． 制造簡單，拆裝方便，成本低廉。②影響密封性能的因素影響密封件性能的因素很多，在設(shè)計(jì)或選用密封件及其裝置時(shí)，必須予以考慮，例如：A． 工作介質(zhì)的種類。B． 使用油溫（以密封部的溫度為基準(zhǔn)）。C． 使用壓力的大小和波形。D． 密封耦合面的滑移速度。E． “擠出”間隙的大小。F． 密封件和耦合面的偏心程度。G． 密封耦合面的粗糙度、密封件和安裝槽的形式、結(jié)構(gòu)，尺寸，位置 等。4）設(shè)計(jì)選用原則密封件的選擇方法，首先根據(jù)密封設(shè)備的使用條件和要求，例如負(fù)載情況、工作壓力及速度大小和變化情況、使用環(huán)境以及密封性能的具體要求等，正確選擇與之相匹配的密封件結(jié)構(gòu)型式。然后再根據(jù)所有工作介質(zhì)的種類和使用溫度、合理選擇密封件材料。在具有塵埃和雜質(zhì)的環(huán)境中使用密封裝置時(shí)，還必須根據(jù)污染情況和對(duì)防塵的要求，選用合理的防塵圈。在選用或設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能按照國家標(biāo)準(zhǔn)。按照環(huán)境溫度可初步選定工作介質(zhì)品種：①在常溫（20～60C）下工作的液壓缸，一般采用石油型液壓油。②在高溫（≥60C）下工作的液壓缸，須采用難燃液及特殊結(jié)構(gòu)液壓缸。液壓缸按不同結(jié)構(gòu)對(duì)工作介質(zhì)的粘度和過濾精度有不同要求。工作介質(zhì)粘度要求：大部分生產(chǎn)廠要求其生產(chǎn)的液壓缸所選用的工作介質(zhì)粘度范圍為12～28cSt,～380cSt。工作介質(zhì)過濾精度要求：用一般彈性物密封件的液壓缸20～25；伺服液壓缸：10；用活塞環(huán)的液壓缸200。液壓缸工作介質(zhì)的選用：因?yàn)橐簤和诰驒C(jī)是工作在常溫下，所以選用HL液壓油即可。HL液壓油加有改善防銹性和抗氧化安定性的添加劑，并輔以抗泡劑等，故又稱防銹抗氧化液壓油。具有良好的防銹性和抗氧化安定性，其空氣釋放能力、抗泡性、分水性和對(duì)橡膠密封材料的適應(yīng)性也較好。HL油是我國當(dāng)前液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)中使用面最廣，供需量最大的液壓油主品種。HL液壓油常用于低壓液壓系統(tǒng)，也適用于要求換油期較長的輕負(fù)荷機(jī)械的油浴式非循環(huán)潤滑系統(tǒng)。 工作裝置是液壓挖掘機(jī)的主要組成部分之一。因用途不同，工作裝置的種類繁多，其中最主要的有反鏟裝置、正鏟裝置、挖掘裝載裝置、起重裝置和抓斗裝置等，本設(shè)計(jì)方案中采用反鏟裝置。反鏟裝置是中小型液壓挖掘機(jī)的主要工作裝置，也是建筑型挖掘機(jī)的主要工作裝置。反鏟裝置的結(jié)構(gòu)方案有很多，此設(shè)計(jì)采用如下結(jié)構(gòu)形式和布置方案。下圖為液壓挖掘機(jī)工作裝置的構(gòu)成：1斗桿油缸；2 動(dòng)臂； 3油管； 4動(dòng)臂油缸； 5鏟斗； 6斗齒； 7側(cè)板；8連桿； 9曲柄： 10鏟斗油缸； 11斗桿。圖41 工作裝置組成圖圖41為液壓挖掘機(jī)工作裝置基本組成及傳動(dòng)示意圖，如圖所示反鏟工作裝置由鏟斗連桿斗桿1動(dòng)臂相應(yīng)的三組液壓缸1, 4,10等組成。動(dòng)臂下鉸點(diǎn)鉸接在轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過動(dòng)臂缸的伸縮，使動(dòng)臂連同整個(gè)工作裝置繞動(dòng)臂下鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠斗桿缸使斗桿繞動(dòng)臂的上鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而鏟斗鉸接于斗桿前端，通過鏟斗缸和連桿則使鏟斗繞斗桿前鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。挖掘作業(yè)時(shí)，接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使工作裝置轉(zhuǎn)到挖掘位置，同時(shí)操縱動(dòng)臂缸小腔進(jìn)油使液壓缸回縮，動(dòng)臂下降至鏟斗觸地后再操縱斗桿缸或鏟斗缸，液壓缸大腔進(jìn)油而伸長，使鏟斗進(jìn)行挖掘和裝載工作。鏟斗裝滿后，鏟斗缸和斗桿缸停動(dòng)并操縱動(dòng)臂缸大腔進(jìn)油，使動(dòng)臂抬起，隨即接通回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使工作裝置轉(zhuǎn)到卸載位置，再操縱鏟斗缸或斗桿缸回縮，使鏟斗翻轉(zhuǎn)進(jìn)行卸土。卸完后，工作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循環(huán)。在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動(dòng)作配合可以是多樣的、隨機(jī)的。上述過程僅為一般的理想過程。挖掘機(jī)工作裝置的大臂與斗桿是變截面的箱梁結(jié)構(gòu)，鏟斗是由厚度很薄的鋼板焊接而成。各油缸可看作是只承受拉壓載荷的桿。根據(jù)以上特征，可以對(duì)工作裝置進(jìn)行適當(dāng)簡化處理。則可知單斗液壓挖掘機(jī)的工作裝置可以看成是由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、動(dòng)臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸及連桿機(jī)構(gòu)組成的具有三自由度的六桿機(jī)構(gòu)，處理的具體簡圖如32所示。圖42 工作裝置結(jié)構(gòu)簡圖 鏟斗結(jié)構(gòu)與布置方式1）動(dòng)臂采用整體式彎動(dòng)臂，這種結(jié)構(gòu)形式在中型挖掘機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉，剛度相同時(shí)結(jié)構(gòu)重量較組合式動(dòng)臂輕，且有利于得到較大的挖掘深度。動(dòng)臂油缸裝在動(dòng)臂的前下方，動(dòng)臂的下支承點(diǎn)（即動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)的鉸點(diǎn)）設(shè)在轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之前并稍高于轉(zhuǎn)臺(tái)平面，這樣的布置有利于反鏟的挖掘深度。油缸活塞桿端部與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)設(shè)