液壓支架用伸縮式兩級液壓缸設(shè)計_機械儀表_工程科技_專業(yè)資料

1、第1章緒論1.1課題背景山西介休倡源煤炭有限責(zé)任公司是山西凱嘉能源集團有限 責(zé)任公司屬下企業(yè)。公司前身為介休市連福鎮(zhèn)鎮(zhèn)辦煤礦，2005 年8月，市山西義棠煤業(yè)有限公司整體并購，2006年4月，省 煤整辦批準(zhǔn)11西介休倡源煤炭有限責(zé)任公司整合金111坡煤礦和 西興煤礦，2007年12月，山西義棠煤業(yè)有限公司、山西屮通投 資有限公司、介休義民投資有限公司三方簽署合作協(xié)議，共同投 資建設(shè)山西介休倡源煤炭有限責(zé)任公司。公司注冊資本為l6億 元，現(xiàn)有資產(chǎn)總額8億多元，員工1600多名，其中：中專以上 學(xué)歷員工450多名，初級以上職稱員工90多名。公司位于介休 市連福鎮(zhèn)，朝南相望是生態(tài)原始、風(fēng)景獨特的天峻

2、山，西距介休 市20km,北距大運高速、108國道及南同浦鐵路t線義安站20km, 東與介沁公路和鄰，地理位置優(yōu)越，交通便利。公司井田面積4. 62km2,可采煤層6層，可采儲量32702kt, 設(shè)計能力為90萬噸/年。公司實行董事會領(lǐng)導(dǎo)下的總經(jīng)理負責(zé) 制，股東會、董事會、監(jiān)事會、黨總支、工會組織齊全，有14 個職能部門以及綜采、普采等9個生產(chǎn)基層隊。倡導(dǎo)文明，源遠流長。公司秉承“以德為魂，誠信為本” 的企業(yè)精神，近年來，在生產(chǎn)經(jīng)營、企業(yè)管理、員工隊伍、企業(yè) 文化、環(huán)境建設(shè)、后勤保障等方面都發(fā)生了巨大的變化,使一個 名不見經(jīng)傳的小煤礦改造成為年產(chǎn)90萬噸原煤的新型煤炭企 業(yè)，使一個生態(tài)惡化的i

3、口礦井改造成為環(huán)境優(yōu)美的綠色生態(tài)礦 井。公司被介休市人民政府授予“優(yōu)秀管理先進單位”等榮譽稱vo在凱嘉集團的統(tǒng)領(lǐng)下，公司將以“高水平規(guī)劃、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、 高質(zhì)量管理”為指導(dǎo)思想，致力于基礎(chǔ)建設(shè)和未來發(fā)展，全體員 工將以百折不撓的精神和敢為人先的勇氣，高起點、高標(biāo)準(zhǔn)，努 力把公司打造成為管理科學(xué)、裝備先進、安全文明、集約高效的 標(biāo)準(zhǔn)化煤炭企業(yè)。12液壓支架簡述20世紀(jì)50年代前在國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)中基本上采用木支架,木頂梁或金屬摩擦支柱和較接頂梁來支護頂板。1954年英國首先研制出液壓支架，通過對液壓支架的逐步完善改進，進而普遍 推廣使用使采煤工作面采煤過程中的落煤，裝煤，運煤和支護等 工序全部實現(xiàn)了

4、機械化。到20世紀(jì)90年代初，尋找到適合礦區(qū) 資源條件的先進采煤方法，采用了放頂煤技術(shù)。隨著計算機技術(shù) 和自動化技術(shù)的普及應(yīng)用與提高為煤礦生產(chǎn)自動化和提高生產(chǎn) 提供了新的岀路。支架上使用的液壓缸也發(fā)展延伸了許多種類型，輕載，重載。 單缸單作用，單缸雙作用，多缸單作用，多缸雙作用。這里主要 設(shè)計雙作用伸縮液壓缸。優(yōu)點：調(diào)高范圍大，屬液壓無極調(diào)高，操作方便靈活，但結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，加工要求高，成本高。本型立柱主要用于薄煤層和大采高 支架上。缺點：由于本型某些缸徑立柱的中缸強度裕度偏小，遇 有采煤工作面基本頂壓力顯現(xiàn)強烈時中缸有時會出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象， 損壞立柱。支架技術(shù)特征參數(shù)：型號：zy5000/17/35

5、型掩護式液壓支架高度：（最低最高）1.73.5m寬度：（最小最大）1.431.6m中心距：1.5m初撐力：（p二31.5mp&） 3877 kn工作阻力：4000 kn對底板前端比壓：0.64-2.5 mpa支護強度：0.800.87 mpa移架步距：700mm泵站壓力：31.5mpa操作方式：鄰架控制13液壓支架立柱特點液壓支架上的立柱實際上是推力液壓缸的一種，其特點如 下： ：立柱是支架實現(xiàn)支撐和承載的主耍部件，他直接影響支 架的工作性能。因此，立柱除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工 作特性外，還必須由足夠的抗壓和抗彎強度，密封性好，結(jié)構(gòu)簡 單并能適合支架的工作需要。 立柱一般由活塞

6、，活塞桿，缸體三部分組成。由于支架工 作時，立柱承載大，而降柱力較小，故活塞桿直徑均較大，常采 用空心結(jié)構(gòu)，以保證足夠的剛度活塞一般用y型密封圈，銅環(huán)導(dǎo) 向，缸體底部焊接。缸體與缸蓋z間用鋼絲，螺紋或卡環(huán)連接。 為了防止外部煤層等臟物進入缸體，在導(dǎo)向套上耍裝防塵圈。對 于單伸縮立柱，為了擴大支架的支護高度范圍，可采用機械加長 桿，如圖1.1圖1.1帶有機械加長桿的雙作用伸縮式立柱1缸頭，2油口，3前端蓋，4缸體，5活塞，6活塞桿，7后端蓋2,3,4,5,6,716圖1.2雙伸縮式立柱1后端蓋，2, 3, 4, 5, 6, 7卡箍，內(nèi)卡鍵，鼓型密封圈，導(dǎo) 向環(huán)，8下活柱，9活塞，10缸筒，11,

7、 12, 13, 14導(dǎo)向環(huán)，導(dǎo)向 襯套，蕾型密封圈，防塵圈，15柱頭，16底閥 立柱的頭部結(jié)構(gòu)均為球形，與頂梁或底座z間的連接采用銷軸或壓塊固定，以使立柱在工作時由一定的適應(yīng)性。 立柱的供液方式由內(nèi)供液和外供液兩種方式o除雙伸縮立單加工維修方便。雙伸縮式立柱工作原理圖:12 3 45a圖1.3雙伸縮立柱原理圖：a, b, c：液口1 一級缸體，2級活塞，3底閥，4二級活塞，5活塞桿1.4雙伸縮式立柱結(jié)構(gòu)及工作原理如圖13所示，升柱吋高壓液體從液口 a進入立柱，液口 b 和c連通回液管路，升柱過程分為兩個階段，首先下活柱伸出只 有下活柱完全伸出后，柱內(nèi)單向閥才能開啟使上活柱伸出，降柱 時，高壓

8、液體從b和c同時進入，液口 a連通回液管路。降柱過 程也分為兩步完成。第一步是下活柱縮回缸體內(nèi)此時上活柱由于 柱內(nèi)單向閥處于閉鎖狀態(tài)，所以不會下縮，當(dāng)下活柱完全縮回后, 單向閥閥芯頂桿與缸體凸臺相碰而使單向閥開啟，上活柱下腔可 以回液，故上活柱縮回。承載時，頂板對上活柱的作用力將由上活柱下腔被閉鎖的液 體承受并傳遞給下活柱，這時上下活柱所承受的壓力是相等的。 所以這種立柱也稱等負載雙伸縮立柱。當(dāng)下活柱內(nèi)的液體達到安 全閥的調(diào)定壓力時，安全閥開啟，下活柱縮回，當(dāng)下活柱完全縮 入缸體中，只有上活柱承載時，頂板的作用力使上活柱縮回。1.5.雙伸縮式立柱運行及負載特點：這種立柱由于下活柱先伸先縮，上活

9、柱后伸后縮。在煤層變 化不大時，上活柱的伸出長度是不變的。因此上活柱相當(dāng)于立柱 的液壓加長桿。由于上活柱的長度可以自由調(diào)節(jié)，比單伸縮立柱 調(diào)節(jié)機械加長桿方便的多，所以目前應(yīng)用的越來越多，它的缺 點是價格較高。由于等負載雙伸縮立柱上，下活柱活塞面積不等，所以在相 同的泵站壓力下，上活柱伸出撐緊頂板的初撐力小于下活柱伸出 撐緊頂板的初撐力。因此，在煤層厚度變化較大時，上活柱的伸 出長度有吋也要變化，造成初撐力太小，不利于板頂維護。另外，在承載時，由于負載相同，上活柱下腔的壓力會大于 下活柱下腔的壓力，如果壓力太大，會造成下活柱形成的缸體在 高壓下膨脹變形，影響下活柱的正常升降，甚至導(dǎo)致導(dǎo)向套和立柱

10、咬死。所以，在煤層厚度變化較大時或沖擊地壓大的煤層，使 用這種等負載雙伸縮立柱要給以注意。第二章雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計計算2.1原始數(shù)據(jù):一級缸行程1000mm,二級缸 700mm,2.2設(shè)計要求:內(nèi)容：設(shè)計說明書，裝配圖，主要零件圖2張。建模，整體 裝配。要求：根據(jù)原始數(shù)據(jù)設(shè)計進行液壓支架雙伸縮式立柱的結(jié)構(gòu) 設(shè)計，進行各零件的三維建模與立柱的整體裝配及運動仿真。雙伸縮式立柱是一種推力液壓缸。液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí) 行元件，是液壓系統(tǒng)屮的核心部件，不同類型的液壓缸組成零部 件也不同，但其大致由缸體、活塞、活塞桿、缸底、緩沖裝置、 排氣裝置、支承座以及導(dǎo)向、密封、防塵裝置等組成。根據(jù)設(shè)計 的液壓缸的

11、使用要求不同可選擇設(shè)計各零部件。2. 3工況分析并確定液壓缸參數(shù)2. 3.1支架的承載過程支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過程，包括初撐，承載增阻和恒阻三個階段。如圖2. 1（一）初撐階段圖2.1雙伸縮式立柱工作曲線圖在升架過程中，當(dāng)支架的頂板接觸頂梁，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，這一階段稱為支架的初撐階段，此時支架對頂板的支撐力為初撐力pc =d2 phnxo3 支撐式支架的初撐力為：式中 d支架立柱的缸徑，mpb泵站的工作壓力，mpan-支架立柱的數(shù)量。由上式可知，支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力, 立柱的缸徑和立柱的數(shù)量

12、，合理的初撐力是防止直接頂過早的因 下沉而離層，減緩頂板下沉速度，增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn) 的關(guān)鍵。一般采用提高泵站工作壓力的方法來提高初撐力，以免缸徑過大。（二）承載增阻階段支架初撐結(jié)后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過 程為支架的承載增阻階段。（三）恒阻階段隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高，當(dāng)升高到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下降, 液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程，又由于安全閥的作 用，支架的支撐力維護在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒

13、阻階段, 此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的 調(diào)定壓力決定的，支撐式支架的工作阻力為式中 pa支架安全閥的調(diào)定壓力，mpa其它意義同前。2. 3. 2.立柱負載分析及確定工作阻力為p 二4000kn.立柱(液壓缸)負載主要包括：初撐力、摩擦阻力、慣性阻 力、重力、密封阻力和背壓阻力等。(1) :初撐力的大小是相對于工作阻力而言，并與頂板的性 質(zhì)有關(guān)。較大的初撐力可以使支架較快達到丁作阻力，防止頂板 過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板， 為了維護機道上方的頂板，應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的 80%；對于穩(wěn)定頂板，初撐力不宜過大，一般不低于工作阻力的

14、60%,對丁周期來壓強烈的頂板，為了避免大面積垮落對工作面 的動載威脅，應(yīng)取較高的初撐力。本設(shè)計選支撐掩護式支架，綜合考慮取其初撐力為工作阻 力的60%。所以，初定初撐力pc=4000x60%=2400 kn(2) 摩擦阻力:由于液壓缸的摩擦阻力相對于初撐力很小故可忽略不計。(3) 慣性阻力、重力:液壓缸垂直布置，但其較重的一級缸及缸頭安裝在支架底座上面，il其工作時運動量很小，不屬于快速往復(fù)運動型，故慣性阻力、重力可不以考慮。(4) 密封阻力和背壓阻力：將密封阻力考慮在液壓缸的機械效率屮去，取液壓缸的機械 效率為0. 9背壓阻力是液壓缸回油路上的阻力，初算時可不考慮，其數(shù)值在 系統(tǒng)確定后才能

15、定下來。依據(jù)上面分析可得液壓缸工作曲線圖，圖2.1曲線上的t0, tl, t2,分別表示支架的初撐增阻和恒阻階段的 時間。2. 3. 3初步確定液壓缸參數(shù)表2. 1液壓缸內(nèi)徑系列:液壓缸內(nèi)徑系8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、(90)、列100、 (110)(gb/t2348-1125、(140)、160、(180)、200、(220)、250、(280)、993)320、 (360)、 400、 (450)、 500表2. 2活塞桿直徑系列:活塞桿直徑系列4、 5、 6、 8、 10、 12、 16、 18、 20、 22、 25、(gb/t2348-1993)

16、28、 32、 36、 40、 54、 50、 56、 63、 70、 80、90、 100、 110、 125、 140、 160、 180、 200、220、 250、 280、 320、 360表23液壓缸外徑系列(gb/t2348-1993)：額定壓內(nèi)徑力40506380100125140160180200220250280mpa外徑1650607695121146168194219245205060769512114616819421924525506083102121152168194219245325463.583102127152168194219245(1) 二級缸的內(nèi)徑和壁

17、厚根據(jù)受力知道，只要滿足二級缸受力，則一級缸定能滿足, 于是由：pc=d2phnxq3式中 d支架立柱的缸徑，mpb泵站的工作壓力，mpan支架立柱的數(shù)量。pc撐力得：d2 = 4 v “3 =4x2400 / (3. 14x31.5x4x1000)d=155. 7mm根據(jù)表2. 1缸筒內(nèi)徑系列(gb / t2348-93),選二級缸內(nèi) 徑d2 二160mm壁厚的計算：式中 3壁厚肚最高允許壓力?；[1.5此(化工作壓力) 樣和 51. 5巳二 1. 5x31. 5=47. 25mpa勺許用應(yīng)力。二勺/n (n安全系數(shù))n 通常取1. 5-2. 5,根據(jù)液壓缸的重要程度和 工作壓力等因素選取，

18、工作壓力大n可選取小一些。則取n二2, 勺缸筒材料的屈服強度，此取45號鋼，勺二700 mpa(7p-cyp / n二700/2二350 mpa九仏0/2.30-3仏二47 25x 160/ (2. 3x350-3 x47. 25)取 20mm則二級缸外徑為160+2 x20=200mm驗算：根據(jù)液壓缸基本計算公式d = j 吒 +/:_4xzso_ + 0122 =0. 15756mvpxlo6v3.14x31.5xlo6式中 f理論推力f二f°x77()(效率)=0. 5-0.7,取0.6。負載率取0.8 o耳活塞桿上實際受力，按最大受力記，取1000knf二 1000x0. 6

19、x0. 8二480knp工作壓力=31. 5mpad活塞桿直徑符合要求。(2) 一級缸內(nèi)徑和壁厚留20mm作為二級缸與一級缸內(nèi)壁距離，則一級缸內(nèi)徑d 尸200+20x2二240mmwj>axz)/2.3-3=47.25x220/ (2.3x350-3x47.25)圓整 取20mm依據(jù)表2.3, 級缸外徑為240+2x20=280nini（3）初步確定活塞桿尺寸一級活塞即二級缸外壁，不用再確定，二級缸內(nèi)壁為6t160mm,因此根據(jù)表2. 2得二級活塞桿外徑為120inm,空心桿, 內(nèi)徑為80mm2. 3. 4結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度驗算一、缸筒的設(shè)計與計算缸筒是液壓缸的丄要零件，它與端蓋、缸底、油口

20、等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油，同時它是活塞的運動“軌道”。圖3.1缸筒的技術(shù)參數(shù)1缸筒的技術(shù)參數(shù)選擇（如圖3.1 ）（1）缸體的材料：采用45鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241-285iib；（2）技術(shù)要求： 缸體采用h9配合。表面粗糙并ra為0.10.4um,當(dāng)活圓錐度、圓柱度公差不大于內(nèi)徑公差之半選取； 缸體端面t的垂直度公差值可按7級精度選取； 為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)應(yīng)鍍以厚度為30401101的銘層，鍍后進行玷磨或拋光(3) 安全系數(shù)：查表取安全系數(shù)：/7=3,查表得45號鋼的 材料的抗拉強度。b2 530mpa,貝4 材料的許用應(yīng)力： / =空二 -=176.67mpan 32.

21、一級缸筒的尺寸參數(shù)選擇(1) 缸筒內(nèi)徑的確定由前面計算得到：一級缸筒內(nèi)徑d)= 240 mm缸筒壁厚為20mml5.6加m。滿足。由于缸筒壁厚由強度公 式計算而來，所以缸體壁厚無需校核。二、一級缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與連接強度計算缸筒的兩端分別和缸蓋和缸底相連，構(gòu)成密閉的壓力腔，因 而它的機構(gòu)形式和缸蓋及缸底密切相關(guān)。缸筒是液壓缸的主體， 其余零件裝配其上，它的結(jié)構(gòu)形式對加工和裝配有很大影響，因 此其結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量便于裝配、拆卸和維修。(1)結(jié)構(gòu)形式此液壓缸用于液壓支架裝置屮，主要為礦上所用，且缸內(nèi) 徑上200 mm,額定壓力只三25mpa,所以采用缸筒和缸底及端 蓋的連接方式為：缸筒和缸底采用焊接連接，

22、缸筒和端蓋采用 內(nèi)卡環(huán)連接。這樣，液壓缸的零件較少的暴露在外面，外形尺 寸相對較小，能滿足環(huán)境惡劣時的使用要求。（2）連接強度計算焊接強度的計算（如圖3.2）a = = 13.48mpa彳（吋 _ d（rt （282 - 262 ）x0.7式中：p液壓缸的最大壓力（n）；d 缸筒的外徑（m）；d2焊縫底徑（m）；n 焊接效率，一般取n=o. 7o顯然，。w o b/n ,滿足條件；cth缸體材料的抗拉強度,n材料的安全系數(shù)?？ōh(huán)連接強度計算（如圖3. 3）卡環(huán)a-a截面上的剪應(yīng)力為：_pd_ 800x10x240xl()7r_7e_4x10x107=4.8mpci圖3. 2缸底悍接及尺寸圖1.

23、缸壁；2.缸底圖3. 3端蓋內(nèi)卡環(huán)連接示意圖卡環(huán)ab側(cè)面的擠壓應(yīng)力為:= 9.0q4mpapd2 800x103x(240x10-3)/?(2d-/?)_ 10x10_6(2x240-10)可知，滿足強度要求。缸筒危險截面（aa）的拉應(yīng)力為:pd2800x103x240x10-3(7 ° 二di2-(£> + /?)二.=.91mpa(280x10_3)-(2404-10)2x10-6式中：p液壓缸的最大出力n；d、缸筒外徑m；d缸筒內(nèi)徑m；h 卡環(huán)厚度m,取h=§ （缸壁厚度）；l 卡環(huán)寬度叫取hlo三、二級缸體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與連接強度計算與上面一級缸體的結(jié)構(gòu)

24、設(shè)計與連接強度計算一樣，只不過缸 體上的活塞也用卡環(huán)固定，需再加一步計算。前端蓋卡環(huán)連接強度計算（如圖3. 3）卡環(huán)a-a截面上的剪應(yīng)力為：=32mpcipd 800x103x160x10-3£ 14厶 一 4x10x10卡環(huán)ab側(cè)面的擠壓應(yīng)力為：pd2 800x103x(160x10-3)2a - = = 6.61 mpah(2d-h)10x10" (2x160 10)由上可知，滿足強度要求。缸筒危險截面（aa）的拉應(yīng)力為:"2di2-(z) + /z)2=1.52mpa800x103x160x107(200x10_3)2-(160 + 10)2x10-6式中：

25、p液壓缸的最大出力n；d缸筒外徑m；d缸筒內(nèi)徑m；h 卡環(huán)厚度m,取h= § （缸壁厚度）；l卡環(huán)寬度m,取力=厶由上可知，滿足強度要a求?；钊潭ōh(huán)連接強度計算如圖3.4所示圖3. 4活塞固定卡環(huán)連接計算圖1活塞，2卡壞，3軸套，4二級缸體,5擋圈卡環(huán)a-a截面上的剪應(yīng)力為：= 32mpci800x10'xl60xl()74?_4x10x107卡環(huán)ab側(cè)面的擠壓應(yīng)力為：pd2 800x103x(160x10-3)2o - = = 6.6 mpah(2d_h)10x10_6(2x160-10)由上可知，滿足強度要求。缸筒危險截面(aa)的拉應(yīng)力為：pd28 00x103x1

26、60x103(7 =7- =7= 1.52mpadi2-(d + /z)(200x10_3-(160 + 10)2x10'6式中：p液壓缸的最大出力n;d缸筒外徑m；d缸筒內(nèi)徑m；h 卡環(huán)厚度m,取h=§ (缸壁厚度)；l 卡環(huán)寬度m,取h=l。2. 3. 5活塞桿的設(shè)計與計算1、一級活塞桿即二級缸體，已設(shè)計完畢，2、二級活塞桿尺寸的確定(1) 由前文計算可知，可以確定活塞桿直徑為d刃伽。(2) 活塞桿具體長度的確定(結(jié)合裝配圖)3、活塞桿形式和材料及技術(shù)要求取活塞桿的形式為：空心活塞桿，材料為45鋼。活塞桿得技術(shù)要求：(1)活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度229285hb

27、；淬火處理，淬火深度0.5-1 mm(2) 活塞桿d和山的圓度公差值，按9或10級精度選取;(3) 活塞桿d的圓柱度公差值，按8級精度選??；(4) 活塞桿d對山的徑向跳動公差值,為0. 01mm；(5) 端面t的垂直度公差值，按7級精度選取；(6) 活塞桿上下工作表面的粗糙度為rq 63 u m,表面鍍鉆, 鍍層厚度約為0. 05mm,鍍后拋光以提高耐磨性和防銹性。4、活塞桿強度校荷見整體強度校荷一節(jié)中的活塞桿強度校荷5、活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)活塞桿和活塞的連接液壓系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，本著滿足方便安裝、連接強度高等要求，選擇卡環(huán)式連接，前面已做計算。(2)二級活塞桿端部和負載的移動機構(gòu)相連接，考慮

28、到液壓缸工作時軸線固立不動，可采用焊接連接一耳 環(huán)，作圓周運動，如圖4.1圖4. 1光桿耳環(huán)示意圖活塞桿外徑120mm,取內(nèi)徑80mm,螺孔頭具體尺寸如表4. 1表4. 1螺孔頭尺寸公稱直徑d、d螺距p中徑p2 或 d 2小徑°或第一系列第二系列第三系列100696. 10393. 505497. 40295. 670398. 05196. 752298. 70197.8351.599. 02698. 37623. 6活塞的設(shè)計與計算1、活塞的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)液壓缸使用的情況（密封、有無導(dǎo) 向環(huán)等），選用有導(dǎo)向環(huán)形活塞，具體結(jié)構(gòu)形式如圖4-9所示。2、活塞的材料及技術(shù)耍求查表可選&quo

29、t;有導(dǎo)向環(huán)活塞”的材料為45號鋼，外加導(dǎo)向環(huán)。技術(shù)要求（如圖4-10）：（1）活塞外徑d對內(nèi)徑d】的徑向跳動公差值，按7、8級精 度選取。（2）端面t對內(nèi)孔d】軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7、8級精 度選取。（3）外徑d的圓柱度公差值，按8、9、或10級精度選取。3、一級活塞的尺寸的確定根據(jù)以往經(jīng)驗，可取活塞的寬度一般為活塞外徑的0. 61. 0倍，這里取活塞寬度為活塞外徑的0. 8倍，即。/1 = 0.80 = 0.7x240 = 168c/7?圖 5-1 活塞的密封和導(dǎo)向圖5-2活塞技術(shù)參數(shù)l.yx型密封圈；2導(dǎo)向環(huán)；3活塞；4缸壁4、二級活塞的尺寸的確定密封和導(dǎo)向和活塞技術(shù)參數(shù)與一級相同，

30、寬度/?2 = 0.8£> = 0.7 x 160 = 112cm2. 3. 7導(dǎo)向套的設(shè)計與計（一），一級缸導(dǎo)向套在活塞往復(fù)運動中啟導(dǎo)向支承作用，導(dǎo)向套的性能的 好壞對液壓缸的性能有很大的影響。1. 最小導(dǎo)向長度及中隔圈長度的確定當(dāng)活塞桿全部仲出時，從活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度h ,如圖6-1所示b c a圖6-1導(dǎo)向長度示意圖一般情況，最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下面要求：h> + (m),即 /> + = 06m20 2 20 2式屮：厶最大工作行程(m)；d缸筒內(nèi)徑(m)；因為缸徑大于80 mm,所以算導(dǎo)向套滑動面的長度力為：a = (0.

31、61.0) = 0.8 = 0.8x1.6=1.28 m導(dǎo)向套的長度為：/? = (2/3)j = (2/3)x 160= 106.7mm ,這里取b 二110mm,以滿足要求。由于液壓缸的行程長度較大，一個導(dǎo)向套不能滿足要求，增 加導(dǎo)向套會增加系統(tǒng)摩擦，降低效率，故可在導(dǎo)向套和活塞之間 裝一中隔圈，使活塞桿在全部外伸時仍有足夠的支承長度，通常 支承長度應(yīng)滿足：卄0 2l6, >d + - m 即：>0.22+= 0.33 m2 2一般情況，當(dāng)行程長度超過缸筒內(nèi)徑的8倍時，可裝一個長 度為100mm的中隔圈；超過部分每增加700mm,中隔圈的長度即 增加100mm。市于此液壓缸的行

32、程耍求1000mm,缸筒內(nèi)徑為220mm,由于 1000-240«4.17倍。所以不用加裝中隔圈。根據(jù)以上計算，同時考慮盡量減少設(shè)計零件，又因為液壓缸 工作時相對滑動少，磨損也少，所以取端蓋結(jié)合導(dǎo)向支撐環(huán)的方 式導(dǎo)向，這里取端蓋的h= 140mm,導(dǎo)向支撐長度為i = 40mm具體 布置見工程圖。(二)二級缸一般情況，最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下面要求：h> + (m),即 w> + = 0.115m20 2 20 2式中：l最大工作行程(m);d缸筒內(nèi)徑(m)；因為缸徑大于80 mm,所以算導(dǎo)向套滑動面的長度力為:a = (0.6 1.0)6/= 0.86? = 0.8xl,4

33、 =l2m導(dǎo)向套的長度為：b = (2/3)d = (2/3)xl40=938mm,這里取b = 100mm,以滿足要求。由于液壓缸的行程長度較大，一個導(dǎo)向套不能滿足要求，增 加導(dǎo)向套會增加系統(tǒng)摩擦，降低效率，故可在導(dǎo)向套和活塞之間 裝一中隔圈，使活塞桿在全部外伸時仍有足夠的支承長度，通常 支承長度應(yīng)滿足：lg>d + - m 即：>0.164- = 0.23 m一般情況，當(dāng)行程長度超過缸筒內(nèi)徑的8倍時，可裝一個長 度為loomm的中隔圈；超過部分每增加700mm,中隔圈的長度即 增加100mm。由于此液壓缸的行程要求looonim,缸筒內(nèi)徑為220mm, 1000/160=6.

34、25接近8倍，但是二級缸不完全伸出,不用加裝中 隔圈即可滿足強度要求。根據(jù)以上計算，同時考慮盡量減少設(shè)計零件，又因為液壓缸 工作時相對滑動少，磨損也少，所以取端蓋結(jié)合導(dǎo)向支撐環(huán)的方 式導(dǎo)向，這里取端蓋的長度h=123mm,導(dǎo)向支撐長度為心30加加， 具體布置見工程圖。2. 3.8端蓋和缸底的設(shè)計與計算1、端蓋的設(shè)計有活塞桿通過的缸蓋叫端蓋，無活塞桿通過缸蓋的叫缸頭或缸底。缸蓋的設(shè)計主要考慮活塞桿的導(dǎo)向、密封、防塵等問題。圖7-1端蓋示意圖圖7-2油口示意圖2、端蓋的材料和技術(shù)要求(如圖7-1)缸蓋材料采用45號鍛鋼。技術(shù)要求:(1) 直徑d、d2、d3的圓柱度公羌應(yīng)按9、10、11級精度選取;

35、(2) d2、d3與d同軸度公差值為0. 03mm；(3) 端面a、b與直徑d軸心線的垂直度公差值按7級精度 選??；(4) 導(dǎo)向孔的表面粗糙度ra=1.25nm3、液壓缸缸底的材料：采用35號鋼。4、液壓缸缸底尺寸的確定(如圖7-3)選擇缸底形狀為球面有油口型，材料為35鋼，計算如下:pyd而1心。.243l5xl25x0.24 =q0629m(0.24 _ 0.033)罟取h=70mm,以滿足形狀及強度要求。式中：py試驗壓力，mpa工作壓力p w16mpa時，py -1. 5p； 16mpa 時,py 二 1.25p；d液壓缸的內(nèi)徑，m；油口直徑(見圖7-2), m；債材料的許用應(yīng)力，q二

36、空二型二 104mp&n 5c b缸體材料的抗拉強度,35 號鋼為 6 520mpa；7-3液壓缸缸底不意圖n 材料的安全系數(shù)，取n = 5。2. 3. 9其他零件的設(shè)計與計算1油口的設(shè)計與計算(1)液壓缸油口的連接形式采用焊接連接，直接焊接在缸筒上。（2）液壓缸油口直徑的計算（圖7-2）根據(jù)需要缸底，二級缸前端和二級活塞桿各有一油口油口的計算根據(jù)活塞的最高運動速度和油口的最高液流速度計算如下: 缸底油口 （a ）d.= 0a3(/>al i =0.13x0.221 = 0.033m扌=0.024/7? 二級缸前端（b 口）o=o130a l =0.13x0.16vo1=0.01

37、5m 二級活塞桿前端（cd）d°=o.130a 厶 =0.13x0.1 vo式中：d油口直徑，mm；d缸筒的內(nèi)徑，m；v液壓缸的最大輸出速度，v mm/min；ko油口液流速度，m/s；通常取油口液流速度為 2. 55m/so缸內(nèi)徑deceemin+0 -1.5ea±0.25ed100、 125m33x22035.3m8xl.25160、 200m42x22543.8mioxl. 5250、 320m50x23251.6m12xl. 75400、 500m60x23860m14x2根據(jù)計算，據(jù)表8-1 （機械設(shè)計手冊表20-6-25）得油口eceeam42x2?5°

38、;厶丿-】5bm42x225° 乙丿_.5cm50x232°1.52 擋圈的設(shè)計選擇根據(jù)設(shè)計要求,查表選彈性擋圈a型（gb/t 894. 1-1986）,（切口式）（整體式）材料：62mn,熱處理4451iirc,表面氧化處理。如圖8-1所示。一級缸端蓋用扌當(dāng)圈：孔用切口式密封扌當(dāng)圈?？讖?50。88t擋圈示意圖"260據(jù)d二 234；09t二 2.5±0.2 二級缸端蓋用擋圈：孔用切口式密封擋圈?？讖蕉?70d二 175；黑d二 156嘗t二 2.5±0.15 一級活塞用扌半圈：軸用切口式密封扌當(dāng)圈。軸徑200d 二 210：霊d二 190；

39、：09t 二 2.5 ± 0.15 一級活塞用擋圈：軸用切口式密封擋圈。軸徑200d= 210；標(biāo)d= 190畀t= 2.5 ± 0.15 二級活塞用擋圈：軸用切口式密封擋圈。軸徑=120d二 130：雲(yún)d= 110誥； t= 2±0.153. 軸套的設(shè)計與計算軸套的尺寸由擋圈和卡環(huán)決定，一般取其截面的長、寬分別 為卡環(huán)、擋圈的長、寬的二倍（活塞固定用）；端蓋用軸套的尺 寸由卡環(huán)決定。定位軸套由行程決定。具體見零件圖2. 3. 10液壓缸的密封、防塵、導(dǎo)向的選擇1、端蓋和活塞桿的密封、 防塵活塞桿在端蓋屮作往復(fù)運 動，其密封屬于動密封，且液 壓缸工作壓力大于16m

40、pa,擋圈用j形防塵圈的密封s9-1瑞叢和荷薯桿的密封和防塵1 blfit 2,yx密封圏：3. j形防塵圈采用yx形密封圈、特點:密封性能可靠，摩擦阻力小，運方式，如圖91, 9-2動平穩(wěn)，耐壓性好，適用壓力范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝方便。如圖9-3。圖9-2 j型防塵圈圖9-3 yx密封圈 軸用（一級活塞）yx密封圈：查手冊（根據(jù)jb/zq4265 86）選擇，密封圈代號：yx形密封圈 dl90 （d二190 mm、二 18 mm、二 16 mm）材料：聚 氨酯一3 軸用（二級活塞）：yx密封圈：查手冊（根據(jù)jb/zq4265 86）選擇，密封圈代號：yx形密封圈dl25 （二125川

41、叭二14 mm、=12. 5 mm）材料：聚氨酯一3。 孔用（一級缸）yx密封圈：查手冊（根據(jù)jb/zq426586） 選擇，密封圈代號：yx形密封圈d200（6； =200 mm. 二18 mm、 二16 mm）材料：聚氨酯3；擋圈規(guī)格：、j = 19o70 mm , d = 200據(jù)mm、7=2±0. 15 mm,材料：聚四氟乙烯;防塵圈代 號：j 形防塵圈 200,么二2015±l2mni、厶=195. 5± 1. 2 mm、 -234. 5± 1. 2mm> h =15mm（允許公差-0,7 mm）. h=7. 5mm （允許公差-0.5

42、mm），材料：聚氨酯橡膠。 孔用（二級缸）：yx密封圈：查手冊（根據(jù)jb/zq4265 86）選擇，密封圈代號:yx形密封圈dl20 （d二120 mm、二14 mm、二 12.5 mm）材料：聚氨酯3；擋圈規(guī)格:、6/ = 110070 mm , d = 20 mm、7=2±0. 15 mm,材料：聚四氟乙烯；防塵圈代 號：j 形防塵圈 120, m 二 121.5±0.8伽、厶二 115.5±08nmi、d、 二 1545±08mm、h =15mm （允許公羌-0 7 伽）、h二7. 5mm （允許 公差-0.5 mm），材料：聚氨酯橡膠。2. 端蓋

43、和缸筒的密封端蓋和缸筒連接在一起，其密封屬于靜密封，如圖9-4所示, 這里采用0型密封圈加扌當(dāng)圈的密封方式，扌當(dāng)圈的作用是防止密封圈被擠壓損壞。查手冊（根據(jù)gb3452. 192）取0形密封圈尺寸為:d = 125”，（i。=7±0.15mm , b = 9.3mm ； d = 85mm , d2 =5.3±03mm , b = 6.9mm ; rtl 丁'增加 了擋圈，其密封槽分別為"12.3如、 b = 9mm 9密封圈材料為：耐油通用橡 膠 i-4o查手冊（根據(jù)zb/zq426588）：圖9-4端蓋和缸體的密封取擋圈的規(guī)格為1擋圈、2 0型密封圈、3

44、卡環(huán)d =85mm； t. 354. 35mm,材料為：聚四氟乙烯。3 活塞和活塞桿的密封活塞和活塞桿連接在一起左往復(fù)運動，屬于靜密封，可采用0形密封圈結(jié)合擋圈的密封方式（如圖9-7）圖9-50型圈尺寸圖4.活塞和缸筒的密封圖9-6擋圈的尺寸圖活塞在缸筒屮作往復(fù)運動，其密封屬動密封，可選擇yx形密封圈查手冊（根據(jù)jb/zq426486）得yx形密封圈的型號為：yx 形密封圈 m25 （ =125 mm、h =14 mm、“ =12. 5 mm,溝槽長 度為16mm,深度為10mm,材料為:聚氨酯-4。2. 3. 11液壓缸彎曲穩(wěn)定性驗算液壓缸運動過程屮會產(chǎn)生偏心,有繞度。當(dāng)液壓缸支撐長度lb(

45、10-15)d時需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性，如圖10-1圖10 1液壓缸彎曲示意圖厶廠二2510一80二31. 375所以本設(shè)計需驗算彎曲穩(wěn)定性。按工作方式推力與支撐的反作用力不完全處在軸線上，受偏心 力。fi此為二級液壓缸，近似簡化為一級缸驗算，受 力過程如圖10-2所示。兩端較接，可用公式fk =2ez/2=2x200x109x6.154x10'6/2.512 =1. 926xl06fk -h = 1.926-5 = 3.8x1053. 8xlo5 8xl05,穩(wěn)定性合格。 圖10-2液壓缸受力示意圖第三章工藝要求1、缸筒缸筒材料的運用應(yīng)滿足如下機械性能：&、抗拉強度6 looompab、屈服點 6 800mpac、伸長率5 12%d、沖擊值 a k4.9x105j/m2缸筒調(diào)質(zhì)熱處理硬度：hb240-280缸筒內(nèi)孔密封配合面的尺寸精度不得低于h9 缸筒內(nèi)孔密封配合面粗糙度為&雙伸縮立柱小缸筒外徑尺寸精度不得低于f9 雙伸縮立柱小缸筒的外徑表面粗糙度為&2、活塞桿活塞桿材料選用應(yīng)滿足如下機械性能：3、抗拉強度5 27oompab、屈服點 6 500mpac、伸長率"14%d、沖擊值 a k3.9x105j/m2活塞桿