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内蒙古科技大学本科生毕业设计内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目：轧机除鳞箱液压系统设计 学生姓名：李 慧 学 号：0714103729 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机20077班 指导老师：谭心目 录摘 要1Abstract 2第一章 绪 论 31.1课题的来源及研究内容 3 1.2研究的目的及研究的意义3 1.2.1氧化铁皮在轧制过程中的危害3 1.2.2、除鳞原理41.2.3、改善除鳞效果采取的措施5 第二章 液压系统总体方案的选择和确定6 2.1、液压系统的设计要求6 2.1.1、主机的用途6 2.1.2、总体布局与结构6 2.1.3、主要技术参数 7 2.1.4、液压系统完成的动作 82.2、总体方案的选择和确定 82.2.1、选择液压基本回路82.2.2、制定方案92.2.3、比较方案112.3、绘制系统原理图12第三章 液压系统最大压力流量的计算15 3.1、运动分析 153.1.1、设定参数153.1.2、执行元件的动作顺序153.1.3、液压执行元件的选择153.2、负载分析153.2.1、液压缸的负载计算163.2.2、液压缸运动循环各阶段的负载173.3、执行元件主要参数的确定193.3.1、供油压力PS的选择193.3.2、活塞直径D1与活塞杆直径D2的计算193.3.3、计算液压缸在实际工作循环中各阶段的压力流量和功率的 实际使用值183.3.4、绘制液压缸工况图22第四章 液压缸的设计及校核234.1、液压缸的总体结构设计234.1.1、缸桶组件234.1.2、活塞组件234.1.3、液压缸的密封244.1.4、排气装置244.1.5、液压缸的制动和缓冲装置244.2、液压缸主要零部件的设计计算244.2.1、缸桶254.2.2、活塞274.2.3、活塞杆274.2.4、缸底厚度294.2.5、缸筒头部法兰厚度304.2.6、液压缸的安装形式304.2.7、液压缸进、出油口形式及大小的确定314.3、液压缸主要零部件强度校核31第五章 液压元件的选择365.1、确定液压泵的规格和电动机的功率365.1.1、液压泵的选择365.1.2、电动机的选择365.1.3、联轴器的选择375.2、液压阀的选择375.2.1、液压阀的选型要点375.2.2、选择液压阀405.3、液压缸与液压马达的选择445.3.1、高压水接手液压缸445.3.2、集水管集水板移动液压缸445.3.3、液压马达445.4、液压辅件的选择445.4.1、油箱445.4.2、滤油器455.4.3、传感器的选择455.4.4、压力表的选择455.4.5、管道的选择455.4.6、密封材料的选择495.4.7、液压油的选用49第六章 集成阀块的设计516.1、块式集成的结构516.2、块式集成的设计流程516.3、集成块总体设计51第七章 液压系统性能验算567.1、系统压力损失计算567.1.1、公共压油管压力损失567.1.2、通向液压缸进油管的压力损失577.1.3、通向液压缸回油管的压力损失587.1.4、公共回油管压力损失587.1.1、局部压力损失597.2、液压系统发热计算59第八章 使用及维护6081、系统液压油的使用与维护6081液压元件的使用与维护6082液压系统的使用、维护和 保养62参 考 文 献65致 谢67轧机除鳞箱液压系统设计摘 要随着经济的快速增长，我国的工业和基本建设的加速，促进了钢铁工业的发展。特别是轧机中的连铸连轧技术对钢铁工业生产流程的变革、产品质量的提升和结构优化等方面起了革命性的作用，而除鳞箱是连铸连轧技术中的一个重要的设备，弥补了连铸连轧技术生产钢坯时所产生的表面质量问题，因此，设计除鳞箱液压系统是非常必要的。薄板坯生产过程中，在进入初轧以前，由于薄板坯表面温度较高，易被空气中的氧气氧化，生成氧化铁皮，如不及时清除，不禁损坏轧辊，也常因轧制速度远高于浇注速度将氧化铁皮轧入。高压除磷是解决以上问题的关键。为了使喷嘴和集水板高度在一定的进度范围内得到调节从而喷射冲击压力和回收水量得到调节，除鳞机中除了采取除鳞箱液压系统。本次设计研究的内容是轧机除鳞箱液压系统的设计，主要叙述了轧机除鳞技术的发展，结合实际情况并参考同类设备对除鳞箱液压系统方案进行确定、对液压系统中最大压力和流量进行了计算、液压缸的设计计算及校核、液压元件的选用、集成阀块的设计以及液压系统性能的验算，最终使除鳞箱液压系统能配合除鳞机有效地去除薄板坯表面的氧化铁皮，从而获得一个清洁的薄板坯表面，为下一步的轧制做好准备。关键词： 高压水除磷； 连铸连轧； 液压系统； 液压缸； 集成阀块The hydraulic system design of mill Descaling boxAbstractWith the fast growing economy, Chinas industrial and basic construction acceleration, promoted the development of steel industry. Especially the continuous casting-continuous rolling mill in steel industry production process technical change, product quality ascension and structure optimization and played a revolutionary role, but the descaling box is continuous casting-continuous rolling technology of an important equipment, to make up for the continuous casting-continuous rolling technology production billet generated when the surface quality problem, therefore, design descaling box hydraulic system is very necessary.In the process of the thin slab production ,as thin salb surface temper ature higher,it to be oxidationed easily by theoxygen in the air,generated iron oxide paper before entering the erly rolling,if not promptly removed,not only damage roll,oftendue to rolling speed much higher than the rate of pouring,iron oxide pape will be rollde into the billet.To solve this problem high-pressure water descaling is a key.In order to make the nozzle and the water catchment boards have a high degree of regulation within certain degree of accuracy,so jet impact pressure and recovery of water get improve.descaling machine met descaling box Hydraulic system in use.The researched content is the design of the box hydraulic system in mill,It is mainly on the development of the descaling technology,determine the programme of decaling box on hydraulic system with actual situation and referencesimilar equipment ,calculated the maximum pressure and flow rate of the hydraulic system,design of the hydraulic cylinders and Verification,selection of hydraulic components,the design of valve block and the checking of the hydraulic systems performance.The end,the descaling box hydraulic systen can meet descaling machine effectively remove iron oxide thin slab.To obtain a clean surface of the thinslab，To prepare for the next rolling.Key word: High-pressure water phosphorus; Continuous casting-continuous rolling; Hydraulic system; The hydraulic cylinder; Integrated manifold第一章 绪 论在热轧钢板生产过程中，为了保证钢材的表面质量，必须有效地除去板坯表面产生的一次和二次氧化铁皮，因此，高压水除鳞系统在整个热轧生产过程中一直受到人们的广泛关注。薄板坯生产过程中，在进入初轧以前，由于薄板坯表面温度较高，易被空气中的氧气氧化，生成氧化铁皮，如不及时清除，会与轧辊在高温下接触，不仅损坏轧辊，也常因轧制速度远高于浇铸速度而将氧化铁皮轧入。为此，各种薄板坯连铸机的设计方案都对除鳞给予了相当重视，新的结构都将除鳞机布置在轧机前。现在，大部分薄板坯连铸连轧机都采用高压水除鳞装置，即利用高压水一定的角度打到铸坯上有效地清除氧化铁皮。为了改善成品的质量，满足用户的要求，除鳞将越来越成为重要的一道工序。因此，设计合理的除鳞箱液压系统是非常有必要的。1.1 课题的来源及研究内容除鳞箱是连铸连轧生产线中的一道工序，它的功能是用高压水去除薄板表面的氧化铁皮和残余的浇注保护渣，获得一个清洁的薄板表面。本题设计的除鳞箱参照包钢薄板厂引进德国SMC公司的进口设备，该装置能够从实际情况出发有机地结合各种传动形式充分发挥液压传动优点，系统功率大，流量、压力范围大、自动化程度高，全部选用进口液压元件，结构简单、工作可靠、成本低、操作简单、维修方便。 研究内容主要是轧机除鳞箱液压系统的设计，在设计中具体完成内容包括，液压系统总体方案的设计、液压缸的设计、阀块的设计以及系统性能的验算，在设计过程中需要完成的是： A：总体方案的设计 B：阀站的设计 C：液压缸的设计 D：系统性能的验算 1.2研究的目的与研究的意义12.1氧化铁皮在轧制过程中的危害根据金属加热原理，无论是方坯、板坯、还是管坯，在轧制前在加热过程中都会产生氧化，而形成一次氧化铁皮，附着在金属材料表面。所以，氧化铁皮在轧制过程中的危害有：钢坯在咬入粗轧轧机孔型时头部存有氧化铁皮而发生打滑的现象，造成堆钢。过量的氧化铁皮堆积在粗轧机附近，容易造成自动检测元件的误检测，从而造成自动控制程序出错，也容易造成堆钢。由于钢坯表面氧化铁皮的存在，轧制过程中轧件容易出现麻面、异物压入等产品缺陷，导致轧制出大量的废品。粗轧机接轴在咬入轧件时，其所受的扭振在除鳞不好的情况下极大，严重缩短了粗轧机接轴的使用寿命。随着对钢材品质要求的日益提高，如何提高产品质量是当今钢铁世界的重要课题。而提高连铸连轧薄板坯质量的一个关键技术就是除鳞。1.2.2、除鳞原理 高压水除鳞技术是利用高压水以一定的角度打击钢坯表面，通过冲击力敲击、振动、热变化等机理的共同作用，除去材料表面的氧化铁皮。具体的来说主要有以下几个效应： 冷却效应 当热轧钢板受到高压水喷射时，由于钢坯母体材料和氧化铁皮的收缩程度不同而产生切向剪刀，促使氧化铁皮从钢坯母体上脱落。当水量增大时，冷却速度快，钢坯母体和氧化铁皮之间的温度就大。如果水量适当，氧化铁皮层收缩至刚好脱落，而又不致使钢坯母体过于冷却。这是高压水除鳞系统流量的理想状态。 破裂效应 在高压水的打击下使得氧化铁皮层破裂，进而使氧化铁皮从钢坯母体脱落，其效果是随喷嘴压力及喷嘴能力的增大而增大，随喷嘴距钢坯表面距离得增大而减弱。 爆破效应 由于氧化铁皮的厚度不均或有裂缝，带哟哟压力的水滴就可能钻入氧化铁皮和钢坯母体之间，在几乎封闭的空间内，突然收热气而爆炸使氧化铁皮脱落。冲刷效应 将破碎的氧化铁皮冲刷掉，不至于被轧机轧辊压入氧化钢坯母体表面。因此，根据以上效应，在设计除鳞设备时，应特别考虑轧制的速度、轧制的温度、喷嘴的水流量、喷嘴处的水流压力等因素的影响。 1.2.3、改善除鳞效果采取的措施为了提高除鳞效果，应尽可能选用流量小的喷嘴，减少泵站水量。选用合适的喷阻可以使高压水在喷阻内由紊流变为层流，有利于提高自由射流流速和紧密部分的长度，能有冷却、收缩、龟裂、吹扫的时间，可以提高炉身氧化铁皮清除率，从而提高除鳞效果。喷嘴的结构形式和几何尺寸对喷射水流的各个参数及除鳞效果都有显著的影响，所以喷嘴的选择在高压水除鳞设备中占有十分重要的地位。所以，根据以上除鳞原理，改善高压水除鳞效果最有效地方法是除鳞机中设置除鳞箱液压系统。除鳞箱液压系统。可以进一步优化除鳞机喷嘴到板坯表面的距离，还可以使钢坯的温度下降较小。 第二章 总体方案的选择和确定2.1、液压系统的设计要求设计要求是进行液压系统设计的主要依据。液压系统的设计与主机关系密切，设计前，必须把主机对液压系统的要求和与设计相关的情况了解清楚，设计时，一般必须从实际出发，重视调查研究，同时必须把主机对液压系统的设计要求和与设计相关的情况了解清楚，一般要明确下列主要问题：2.1.1、主机的用途除鳞主机的作用时利用高压水去除薄板坯表面氧化铁皮和残余的浇铸保护渣，获得一个清洁的薄板坯表面，而除鳞箱液压系统是配合高压水除鳞机更有效地去除薄板坯表面氧化铁皮和残余的浇铸保护渣。2.1.2总体布局与结构 总体布局薄板坯有辊道运输穿过除鳞机，除鳞机布置在CSP轧机前，在除磷机入口、剪切机侧的一对辊子装置，用于密封除鳞机以避免高压水喷溅。除除鳞机装置采用封闭式结构，上下喷水集水管安装在密封的除磷机罩内，上集管调节装置和挡水板等。每根集水管上各装有若干个喷嘴，每组喷嘴又分别有上下两排，下排嘴固定，上排嘴可调，随着板坯厚度的变化而调整，保证喷嘴到板坯距离不变，也就是保证打击力不改变。结构机架 焊接件，用横梁连接机架两部分，用以承放喷水集水管和辊子。入口辊 一套入口辊装置，两辊经齿轮电机、电机接手、完向接轴传动，布置在入口侧。 铁辊，配有向心滚柱轴承。下辊用作辊道辊子，上辊由液压调节其升降，调节压靠力足够大，从而使其可作用夹送辊使用。所以上辊不仅可以做为挡水辊，又可以在轧机发生堆钢时用作为夹送辊。四个除鳞箱内辊 钢件，配有耐磨轴承，轴承座在机架上。所有辊子经齿轮电机，电机接手单独传动，电机底座焊接在除鳞箱机架上。电机属于电气商供应范围 一个辊子 钢件，布置在入口侧，经电机、万向接轴单独传动，放在除鳞机机架上。除鳞罩 焊接钢板件，用于护盖除鳞喷头，可由液压马达移动，以维护和更换喷头。喷水集水管 钢管件，喷水集水管上固定有喷嘴，喷水集水管固定在机架上，可使用吊车从上面更换，上喷头高度调节由液压缸完成。集水板 焊接钢结构，四个设计在除鳞罩内，一个设在除鳞箱出口侧，可由液压缸调节其升降。高压水管接手 用于快速连接喷水集水管与内连接接管，液压传动。侧喷水装置 位于除鳞机前面、后面。管线和接头 钢件，用于供给强制润滑干油、液压油、高压水、也用于压缩空气、侧喷水等。软管 用以柔性连接。润滑 连接到集中干油润滑系统。2.1.3、主要技术参数喷水集水管数量 总计4个，上面2个，下面2个。入口侧、出口侧 固定式，带喷嘴上下均有喷水集水管喷嘴数量 每个集水管约40个入口侧出口侧集水管压力 约120400bar取决于开闭的泵的数量。水流量 最大约380h除鳞机长度 约3460mm(入口辊与出口辊之间的距离）喷水宽度 1600mm辊字尺寸 360mm1700mm喷嘴到薄板 上部约90mm，并可根据薄板坯厚度调节，坯表面距离 下部约90mm夹入辊: 升起下降速度 V=40mms升起下降输入流量 QP=19dmin 除鳞罩：打开关闭移动速度 v=10mms打开关闭输入流量 QP=2.7dmin高压水接手：活塞杆伸出缩回速度 v=40mms缩回输入流量 QP=8dmin伸出输入流量 QP=1.5dmin集水管与集水板：升起下降速度 v=40mms升起输入流量 QP=7.5dmmin下降输入流量 QP=5dmin最大夹紧力 F=61KN2.1.4、液压系统完成的动作根据以上设定的技术参数和液压系统的具体设计要求，除鳞箱液压系统完成的动作主要有以下几部分：除鳞保护罩的移动夹入辊的升降喷水集水管的升降集水板的升降高压水接手的移动其他必要的控制2.2、总体方案的选择和确定根据液压系统的设计要求和完成的动作可知，除鳞箱液压系统这装置功率大，流量、压力范围大，自动化程度高，所以考虑使用了易于控制的比例阀。2.2.1选择液压基本回路液压基本回路是决定主机动作和性能的基础，是组成系统的骨架。要根据液压系统所完成的任务和工作机械对液压系统的设计要求来选择液压基本回路。因入口辊需要两液压缸实现其升降所以必须采取同步回路。因入口辊在升降过程中其速度需调节所以必须采取调速回路。在入口辊夹紧钢坯达到最大夹紧力时需要保压因此要采取保压回路。在夹紧完成后系统需要释压所以需要释压回路。集水管与集水板达到所要求的位置时液压缸需要被锁紧，因而要采用锁紧回路。2.2.2 制定方案依据以上所需要的液压基本回路，可以制定一下方案方案一：1.入口辊液压系统的同步回路采用并联调速阀的同步回路，调速回路用调速阀来调节入口辊的升起和下降速度。保证入口辊的速度满足液压系统要求。其基本回路如下图2.1：图2.1同步回路2、集水管与集水板的液压系统采用电磁换向阀与液压棱配合实现其锁紧如下图图2.2锁紧回路方案二：1、保压释压回路应用液控单向阀实现保压释压2、入口辊液压系统的同步回路采用比例阀与位移传感器配合实现两液压缸同步，并且利用比例阀调节其速度。如图2.3图2.3集水管同向锁紧方案图3、集水管与集水板的液压系统采用比例电磁换向阀与液压棱配合实现其锁紧如图2.4图2.4集水管同向锁紧方案图4、其他回路同方案一方案三： 把方案二中的比例阀换为电液伺服阀，其他不变。2.2.3、比较方案1、方案二与方案一比较：方案一：除鳞箱液压系统简单，抗污染性能好，经济性好同步缸同步精度比较低，由于工作环境比较恶劣，不能实现计算机控制，并且，液压缸达到预定的位置时不能实现很好的定位。方案二：除鳞箱液压系统较复杂，由于同步缸设有位移传感器，系统带有反馈，控制精度较高，同时可控制方向、流量、压力，抗污染能力比较好，经济性也较好，又由于系统中采用了液控单向阀，双向液压棱，所以液压缸能很好的定位。 总体来说，方案二与方案一比较方案二较好。2、方案三与方案二比较：方案三：定位精度高，同时可控制方向、流量、压力，但是液压系统较复杂，抗污染能力差，经济性差。其具体比较如下表表2.1项目电液伺服阀电液比例阀功能压力控制、流量控制、方向和流量同时控制、压力和流量同时控制多为四通阀，同时控制方向和流量、压力控制等过滤精度15m约25滞环%约13动态响应高中中位死区无不大于20%价格因子31 总体来说，方案三与方案二比较方案二较好。3、总结：总上可知方案二最优。2.3、绘制系统原理图 根据液压系统完成的动作和上面所用到的回路绘制液压系统原理图，其系统总图如下图2.5。动作名称信号来源换向阀工作状态电磁铁动作顺序阀11阀14.1阀16.1阀14.2阀16.2阀14.31DT2DT3DT4DT5DT6DT7DT8DT9DT启动、快进3、5、6、8、9DT通电左位右位右位右位右位右位+减速、加压位移传感器25.1、25.2发出信号，输入4DT、6DT电量减小左位右位右位右位右位右位+保压压力传感器25.1、25.2发出信号，4、6DT断电左位左位中位左位中位左位释压3DT通电左位右位中位左位中位左位+反向快退2、4、7DT通电右位左位左位右位右位右位+制动所有电磁铁失电左位左位中位左位右位左位第三章 液压系统最大压力流量的计算根据以上分析可知，除鳞箱的入口辊移动液压系统所受外负载压力最大，因此对系统的压力流量应进行重点的设计计算。此液压系统传动部分与比例控制两部分的设计。根据以上了解进行设计计算。3.1、运动分析 运动分析，就是研究工作机构根据工艺要求应以何种运动规律完成工作循环，即研究主机的运动速度的大小，加速度是恒定的还是变化的，行程大小及循环时间长短等。为此必须设定一些技术参数，并绘制位移时间循环图或速度时间循环图。3.1.1、设定参数夹入辊液压缸：下行总行程s=200mm；运动时间t=5s 上行总行程s=200mm；运动时间t=5s加压时速度v=10mms3.1.2、执行元件的动作顺序液压缸下行过程的动作顺序：启动加速快速减速加压保压制动液压缸上行过程的动作顺序：启动加速快退减速制动3.1.3、液压执行元件的选择根据除鳞箱液压系统的行程及所完成的动作和设计要求，这里选单杆活塞缸。3.2、负载分析负载分析，就是通过计算确定各液压执行元件的负载大小和方向。负载分析包括动力参数分析和传动参数分析俩部分，液压系统承受的负载可由主机确定。3.2.1、液压缸的负载计算一般说来，液压缸承受的动力性负载有工作负载、惯性负载Fm、重力负载Fg、约束性负载有摩擦阻力、背压负载。即作用在液压缸上的外负载为F=1、 工作负载工作负载与主机的工作性质有关，它可能是定值，也可能是变值，一般工作负载是时间的函数。这里是变负载，由前面给定的技术参数可知最大工作负载：Fw=61KN2、 重力负载因工作部件垂直放置所以重力也是一种负载。重力负载包括液压缸活塞质量与夹入辊质量，以及轴承座质量。而液压缸活塞质量与轴承座质量比夹入辊质量小的多，所以可以忽略。 = V=7.85103D2hg=7.851030.3621.710=13.58KN入口辊密度； 钢件 p=7.85gcmV入口辊体积；g重力加速度。则每个液压缸所承受的重力负载为6.79KN。3、 惯性负载Fm:工作部件在启动和制动的过程中产生惯性力，可按牛顿第二定律求出： Fm=ma=m式中 m运动部件质量； a加减速度； 时间内速度的变化量；加减速时间。一般取0.1s0.5s加速时：惯性力=6.8102=136N减速时：惯性力=6.8102=102N4、 摩擦阻力:立式液压缸的静摩擦阻力一般按负载的2%进行计算。所以静摩擦阻力=611032%=1220N动摩擦阻力一般取的一半，即=610N5、 背压负载Fb:由系统图可知液压缸上行下行时回油路不同取背压也不同下行时取0.5MP,上行时取3.0MP，但在液压缸结构尚未确定之前无法计算，因此在负载计算时可暂不考虑。3.2.2、液压缸运动循环各阶段的负载 下行过程： 启动时 F=Ffs-Fg=1220-6790=-5570N 加速时 F= Ffd -Fg+Fm1=610-6790+136=-6044N 快速时 F=Ffd-Fg=610-6790=-6180N 减速时 F=Ffd-Fg-Fm2=610-6790-102=-6282N 加压时 F=-=61000-6790=-54210N上升过程：启动时：F=Ffa+Fg=1220+6790=8010N加速时：F=Ffd+Fg+Fm1=610+6790+136=7536N快退时：F=Ffd+Fg=610+6790=7400N减速时：F=Ffd+Fg-Fm1=610+6790-136=7246N根据以上分析，计算液压缸各工作阶段负载列于下表3.1工况计算公式液压缸负载（N）液压缸推力F（N）cm启动F=Ffs-Fg-5570-6188.89加速F=Ffd-Fg+Fm1-6044-6715.56快速F=Ffd-Fg-6180-6866.67减速F=Ffd-Fg-Fm2-6282-6980加压F=Fw-Fg5421060233.33反向启动F=Ffa+Fg80108900加速F=Ffd+Fg+Fm175368373.33快退F=Ffd+Fg74008222.22减速制动F=Ffd+Fg-Fm172468051.11(液压缸的机械效率cm=0.9)3.3、执行元件主要参数的确定3.3.1、供油压力Ps的选择初选供油压力时，可用类比法。参考同类现有设备的供油压力进行选择。控制系统常用供油压力PS有3MPa、7MPa、14MPa、21MPa、32MPa。因此参考同类设备选用供油压力PS=21MPa。3.3.2、活塞直径D1与活塞杆直径D2的计算忽略管道损失时液压缸作用力为F=(A1-A2)(ps-p1)-A1p2式中F液压缸所受的作用力；Ps-系统油源压力；p1经过比列阀后的压力损失； p1取3MPap2回油路压力损失；p2取0.5MPaA1活塞无杆腔作用面积；A2活塞有杆腔作用面积；考虑到管道损失及效率等因素，取最大负载时的负载力（工作压力）为系统压力的0.9倍现取PL=0.9ps(=19.3MPa)则有：Fmax=F=(A1- A2)(0.8Ps-p1)- A1p2 又因为液压缸活塞杆内装有位移传感器，所以为空心杆，因而d/D比值较大。因此这里取d=0.707D 故由上、式可得60233=（D-(0.707D)(19.3-3)）-D0.5106解得： D=96.26mmd=68.05mm圆整为： D=100mm d=70mm根据已知所给的流量与活塞推出缩回速度对缸筒内径与活塞杆径进行校核D=65mmd=59mm由上可知，因为d=59mm70mm,所以活塞杆直径符合要求。计算液压缸有效面积、。=D=0.0079m3.3.3、计算液压缸在实际工作循环中各阶段的压力流量和功率的实际使用值计算结果如下表3.2所示 表3.2工况负载F(N)回油腔压p力(MP)进油腔压力p（）输入流量（）输入功率（）计算公式启动6188.890-1.55加速-6715.560.5-0.56快速-6866.670.5-0.649.6-0.102减速-69800.5-0.76加压60233.330.516.052.40.642反向启动890001.13加速8373.333.52.83快退8222.223.52.8118.960.882减速制动8051.113.52.803.3.4、绘制液压缸工况图工况图包括压力循环图、流量循环图和功率循环图。压力图、流量图式执行元件在运动循环中各阶段的压力与时间或压力与位移，流量与时间或流量与位移的关系图；功率图则是根据压力与流量计算出各循环阶段所需功率，画出功率与时间或功率与位移的关系图。他们是调整系统参数，选择液压泵、阀等组件的依据。具体如图3.2：图3.2根据以上分析可知系统所需的最大压力p=16.09MP，所需的最大流量为Q=2q=37.68L/min。而整个系统所需要的最大流量为Q=37.68+2.7+8+87.5+57.5=145.88L/min。第四章 液压缸的设计及校核设计液压缸时，要在分析液压系统工作情况的基础上，根据液压缸在机构中所要完成的任务来确定液压缸总体结构，然后再按负载、运动要求、最大行程等来确定尺寸，进行强度、稳定性和缓冲计算，最后进行具体结构计算。4.1、液压缸的总体结构设计 液压缸的典型结构包括：缸筒组件、活塞组件、液压缸的密封装置、液压缸的排气装置和制动缓冲装置等几个部分。现分别对其组件结构选择如下。4.1.1、缸筒组件缸筒组件的连接方式有拉杆连接、法兰连接、半环连接与螺纹等连接。缸筒组件中的连接方式主要根据工作压力和缸体材料等因素来确定。工作压力不高时常用铸铁制造缸筒，它与端盖多采用法兰连接，这种结构易于加工和拆装，但外形尺寸稍大。当工作压力较高时，常用无缝钢管来制造缸筒，可采用法兰、半环、螺纹等多种连接方式。采用半环连接时在缸筒上开环形槽，这样消弱了缸筒强度，但拆装方便。采用螺纹连接时外形尺寸较小，但端部结构较复杂，装拆不便。根据以上分析和系统中工作的最高压力选用法兰连接。4.1.2、活塞组件活塞与活塞杆之间的连接方式有：螺纹连接、半环连接、销连接、整体连接和焊接连接。螺纹式连接的结构简单拆装方便，但需设置螺母防松装置，半环连接结的结构复杂拆装不方便，但连接强度高，工作可靠，适用于高压和振动较大的场合；整体式连接和焊接式连接的结构简单轴向尺寸紧凑，但损坏后需进行整体更换，多用于尺寸较小，行程较短的场合；销式连接加工容易，装配简单，但承载能力小，且需要有必要的防脱落装置，适用于轻载的场合。这里选用螺纹连接。4.1.3、液压缸的密封液压缸的密封是指活塞、活塞杆和端盖处的密封，是用来防止液压缸内部和外部泄漏。活塞密封有间隙密封、活塞环密封和橡胶密封等形式。间隙密封，仅用于直径较小，压力较低的液压缸中，活塞环密封，密封性能较好，耐高温，使用寿命较长，易于维修保养，但制造和装配工艺复杂，使用于高压、高速且不要求保压的液压缸密封。橡胶密封应用广泛。这里选择橡胶密封。4.1.4、排气装置对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置，而是将液压缸的进出油口布置在缸筒两端的最高处，使空气随油液排往油箱，再从油液中溢出，我们所设计的液压缸运动速度不大，因此这里不设置排气装置。4.1.5、液压缸的制动和缓冲装置当液压缸运动速度较高且驱动具有较大质量的部件时，惯性很大，活塞运动到液压缸终端停止时，会产生很大的冲击和噪声，甚至会于端盖发生机械碰撞，为了消除或减少冲击，防止碰撞，必须采取适当的制动和缓冲措施。一般活塞的速度大于12m/min时设置缓冲装置。参考液压传动许贤良 主编 第110页。由于这里的液压缸活塞运动速度不大（V=40mm/s），并且其速度大小由电液比例阀控制，因此没有必要设置制动和缓冲装置。4.2、液压缸主要零部件的设计计算4.2.1、缸筒1、缸筒的技术要求和材料选择1） 一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒要求有良好的焊接性能；2）缸筒毛坯：普通采用退火的冷拨或热轧无缝钢管；3）对于低于-50的液压缸，必须用35、45钢，且要调质处理。；4）有足够的强度，能长期承受最高压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。；5）液压缸缸体常用材料是20、30、45号钢的无缝钢管。2、 缸筒壁厚计算一般按薄壁筒计算 （4-1）-缸筒内最高工作压力；-材料许用应力，=；-材料的抗拉强度 查得=690Mpa 则；n-安全系数。根据液压工程手册741页表7.3-2选取为n=5。代入式（4-1）得：=5.82mm缸筒外径D根据液压工程手册742页表7.3-3选取外径D=121mm。则。当0.1时，可用适用公式计算： 满足要求。3、 确定缸筒长度 液压缸的缸筒长度是根据所需的最大工作行程和结构上的需要而定的，从制造工艺考虑，一般不大于其内径的20倍。参考液压与气压传动，宋晓松，科学出版社。活塞的最大行程为300mm，这里取缸筒的长度为350mm。4、 缸筒制造加工要求1） 缸筒内径D采用H7或H8级配合，表面粗糙度Ra值一般为0.16-0.32，都需进行研磨。2） 热处理：调质HB241-285。3） 缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半4） 缸筒直线度公差在500mm长度上不大于0.03mm。5） 缸筒端面对内径的垂直度在直径100mm上不大于0.04mm。6） 当缸筒为尾部和中部耳轴型时：a、 尾部孔的轴线对缸径D的偏移不大于0.03mm。b、 尾部孔的轴线对缸径D的垂直度在100mm长度上不大于0.1mm。c、 耳轴的轴线对缸径D的垂直度不大于0.1mm。d、 耳轴的轴线对缸径D的垂直度在100mm长度上不大于0.1mm。以上参照机械设计手册第三版，第四卷19-215页。4.2.2、活塞1、 活塞的结构型式活塞根据密封装置型式来选用其结构型式，通常分为整体活塞和组合活塞两类，这里选用螺纹连接的整体活塞结构。2、 材料 这里用的是有导向环活塞：用碳素钢20号、35号及45号。这里用45号。3、 活塞尺寸及加工公差活塞厚度一般为活塞外径的0.6-1.0倍。参考液压与气压传动，宋晓松，科学出版社。但也要考虑密封件的型式、数量和安装导向环的尺寸。这里安装四个导向环一个O型密封圈，取活塞厚度为70mm。活塞外径的配合一般采用f9,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04/100mm，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，表面粗糙度视结构形式不同而异。以上参照机械设计手册第三版，第四卷19-218页。4.2.3、活塞杆1、材料液压缸用的活塞杆材料通常要求淬火深度一般为0.5-1mm，活塞直径每毫米淬深0.03mm。由液压工程手册750页表7.3-9选碳素钢45号。2、 结构1）杆体分实心杆和空