【JX16-38】液压式混凝土桩破桩器设计（二维+三维+论文）
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JX16-38
【JX16-38】液压式混凝土桩破桩器设计二维+三维+论文
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一、毕业设计(论文)内容要求设计(论文)题目液压式混凝土桩破桩器设计是否在社会实践中完成是题目来源生产实际题设计(论文)起止时间2016.3.12016.6.6主要内容要求在桩基础的施工过程中，桩的长度有可能不符合设计要求，必须对过长的桩进行切割，使用液压式破桩器完成桩的截断操作最简单高效，它应该可与多种工程机械如挖机、压桩机等进行快速连接，也可配备专用的动力源专用液压站，破桩器施工安全可靠，对桩无冲击与破坏，环保低噪音、低成本、运输方便、寿命长，是一种新颖的桩基础施工辅助工具。根据桩的规格，完成适合切割桩直径在600800mm之内的圆桩或桩边长500600mm之内的方桩，并且是模块化的、组合式的破桩器本体的设计，并完成该适配破桩器小型液压动力站设计。1) 现场实习，了解破桩器的基本结构、液压原理，写一篇实习报告；2) 查阅相关的文献资料，了解所研究内容的国内外研究现状，并写一篇文献综述报告；3) 相关英文资料的翻译；4) SWPB800型液压破桩器详细结构方案，液压站设计及计算；5) SWPB800型液压破桩器液压原理，结构设计，破桩油缸的图纸绘制；6) 书写毕业设计论文；7) 格式和内容要求：A 图纸数量折合标准图纸不少于4 张A1图纸，计算机绘图的图纸总数不少于3 张；论文格式和内容符合中南大学机电工程学院的统一格式和规范要求。1是否在社会实践中完成：指在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成的题目。2题目来源：教师科研题, 生产实际题, 其它。二、主要参考资料序号参考资料目录1有关静力压桩机的文献资料（中、英文）2成大先.机械设计手册（第五版）.北京：化学工业出版社，2008,33陈玉凡主编钻孔机械 机械工业出版社，19874高秀华，王云超,李国忠等金属结构化学工业出版社，20065章宏甲、黄 宜 液压传动 北京，机械工业出版社1993（10）6杨培元，朱福元主编，液压系统设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994.77王智明，马保松，索忠伟等钻孔与非开挖机械化学工业出版社2006.98刘古岷，王渝，胡国庆等桩工机械2001三、毕业设计(论文)进度安排阶段工作任务内容起止时间前期实习调研，完成调研报告、外文资料翻译、文献综述2.28-3.12中期完成原理分析、结构方案设计计算，三维与二维图纸3.13-4.23后期论文撰写、修订4.24-5.28答辩准备论文打印及装订5.29-6.6答辩答辩与成绩评定6.7-6.8指导教师（签名）： 时间：2016.3.1系(所)主任(签名)： 时间：2016.3.6主管院长（签名）： 时间：2016.3.10I摘摘 要要液压破桩机目前是世界上最先进的破除桩头的设备，它采用多个液压油缸挤压桩身，从同一端面不同点同时挤压，切断桩头的工作原理，工作简单、高效、环保。液压破桩机主要由动力源和工作装置两部分组成，工作装置由多个相同型号的液压油缸组合成不同直径的破碎机，满足各种直径的桩型破桩头的要求，这种油缸的活塞采用合金钢加工而成，能满足各种标号的混泥土的破碎要求。本文查阅大量国内外相关文献，设计了液压破桩机的具体结构，其中对其核心部件液压缸进行了详细的分析及计算，并对设计结果进行了必要的校核，最后用SolidWorks 和 AutoCAD 软件对破桩机进行三维建模和二维出图。关键词：关键词：破桩机；液压缸；动力；SolidWorks；IIAbstractBroken hydraulic piling machine is currently the worlds most advanced to get rid of the pile head of the equipment. It adopts hydraulic cylinder and the extrusion pile, from with different end points and extrusion, cut off the working principle of pile head, simple, efficiency and environmental protection.Hydraulic breaking pile machine mainly consists of power source and a working device is composed of two parts, the device consists of a plurality of the same types of hydraulic cylinder combination into different diameter of the crusher, meet all kinds of diameter of the pile broken pile head, the oil cylinder piston using alloy steel processing and can satisfy various grade of mixed soil crushing requirements.This article refers to a large number of domestic and foreign literature, design of hydraulic breaking the specific structure of the pile machine, which to the core component of hydraulic cylinder were detailed analysis and calculation, and the design results of the necessary checking, finally using SolidWorks and AutoCAD software on the broken pile machine for 3D modeling and 2D drawing.Key words: Pile breaking machine; hydraulic cylinder; power；SolidWorks III目 录摘摘 要要.IABSTRACT.II目目 录录.III第第 1 章章 绪论绪论.11.1 选题的背景、目的和意义 .11.2 液压破桩机现状及发展 .21.3 破桩机特点及优势 .21.4 设计内容 .3第第 2 章章 液压破桩器总体设计液压破桩器总体设计.42.1 总体结构概述 .42.2 截齿设计概述 .62.3 液压缸设计概述 .82.3.1 液压缸类型及特点.82.3.2 液压缸组成.9第第 3 章章 破桩机液压缸设计破桩机液压缸设计.123.1 概述 .123.2 液压缸设计 .123.2.1 缸筒壁厚校核.123.2.2 活塞杆设计.133.2.3 缸盖固定螺栓设计.143.2.4 导向套设计计算.163.2.4 活塞设计.163.2.6 缸底缸盖设计.173.2.7 缸筒设计.18第第 4 章章 破桩机三维建模破桩机三维建模.234.1 软件概述 .234.2 活塞杆 .23图 4-1 活塞杆模型.234.3 缸筒建模 .23图 4-2 缸筒模型.24IV4.4 液压缸座建模 .24图 4-3 液压缸座模型.244.5 活塞建模 .254.6 基于 SOLIDWORKS的破桩机装配 .25图 4-5 破桩机的装配模型.264.7 破桩机二维装配图 .26第第 5 章章 液压系统方案设计液压系统方案设计.285.1 油路循环方式 .285.2 油路组合方式的选择 .295.3 调速方案选择 .295.4 液压系统原理图确定 .29第第 6 章章 结论结论.31参考文献参考文献.32致致 谢谢.331第 1 章 绪论1.1 选题的背景、目的和意义现代建筑的建设需要基础打桩，为了更好的让基础桩与地面混凝土结构部分衔接，基础桩一般会伸出地面 1 到 2 米，使钢筋完整地保留在地面，我们都知道施工工人在施工中最困难的问题就是拔桩，有的桩伸出地面好多米，要想在那样的地方进行施工作业的话必须，首先要把桩拔掉才可以正常施工。眼下国内高铁全面铺开建设，桩基础自然是这个高科技含量的铁道技术中必不可少的一个重要环节，在经历了武广、郑西、哈大、京沪、石武等高铁的建设之后，国家对高铁建设技术提出了越来越高的要求，同时国内人工成本在近年来急剧增加，故，施工单位对施工所用的机械设备的要求也逐步提高，各种先进的施工设备陆续进入这个高铁施工领域。截桩机是破除基础桩地面桩头混凝土的专用设备。液压破桩机目前是世界上最先进的破除桩头的设备，它采用多个液压油缸挤压桩身，从同一端面不同点同时挤压，切断桩头的工作原理，工作简单、高效、环保。液压破桩机主要由动力源和工作装置两部分组成，工作装置由多个相同型号的液压油缸组合成不同直径的破碎机，满足各种直径的桩型破桩头的要求，这种油缸的活塞采用合金钢加工而成，能满足各种标号的混泥土的破碎要求。动力源可采用固定的泵站或是其它可移动的工程机械设备，一般情况下，在高层建筑桩基础施工中采用泵站的比较多，这种组合方式的设备总体投资比较小，但是移动不是很方便，适合用于群桩的桩头破除中；在桥梁施工中采用移动方便的挖掘机作为动力源的比较多，将挖掘机的挖斗取下，在挖斗与大臂连接轴处悬挂破桩机的吊装链，将这两种设备机械组合在一起，然后再将挖掘机的任何一根油缸的液压油路通过平衡阀连接到破桩机的油缸油路上，用以驱动破桩机的油缸组工作。这种组合的破桩机移动方便，作业面比较广，适用于桩不集中，作业战线长的施工项目，但是投资相对比较大。在破桩头的工作过程中，将破桩机的组合油缸体的内径调配到与桩型相对应的直径范围内后，直接将组合油缸通过挖掘机的辅助套在桩身上的需要截断的面上，微调油缸活塞位置和松紧度，直至组合油缸紧紧的夹住需要截断的桩面，然后根据桩所浇注的混凝土的强度来调节挖掘机的系统压力，向油缸加压，直至混凝土桩身在强压下断裂。桩身剪断后直接利用破桩机将断裂的废弃混凝土块移动到堆弃场，松开油缸让2弃渣整齐堆放。另外，利用破桩机破碎桩头需要具备以下几点条件： 1、要根据所选用的挖掘机的功率决定每次破桩的长度，防止因挖掘机的提升力不够而无法在破碎后转运弃渣；2、成桩后混凝土灌注钢筋笼顶部不宜采用预弯，同时要在桩顶钢筋上加装 PVC 管，防止灌注后混凝土与钢筋凝固后，桩身剪断也无法提出弃渣；3、桩头机械破除后，断面还需要进行简单处理，所以需要一台空压机辅助处理。1.2 液压破桩机现状及发展据统计目前世界截桩机生产销售比较领先的国家有德国、意大利等，而且近年来我国的截桩机市场也在处于上升趋势发展，虽说国内的截桩机销售量不及其他国家，但我国的制造生产量却是名列前茅。国内的技术在不断的巩固和提升，生产量也在不断加快，但稳定的效果还要多多向其他国家学习，在国家与社会的不断支持下，相信我国的重型机械生产销售行业一定会突飞猛进，当然在这过程中不能缺少我们的不懈努力。同时国家也为国内的截桩机制造公司提出了一些建议，主要包括在研制截桩机的过程中应该注意日后的应用区域，避免仅针对一个行业进行截桩机的研制，要符合大众化的使用要求以免出现资源浪费的情况。目前国内生产截桩机的厂商较少，如江苏平汉重工有限公司生产的 KP315A 型截桩机和北奕机械生产的 MK180S 型截桩机。目前采用的是全液压式的截桩设备，拥有5 项独立技术，填补了国内空白。KP315A 截桩机的适合截桩直径为 250400mm，合金头最大压力为 280KN，液压油缸大的最大行程为 135mm，最打压力为30Mpa，MK180S 型截桩机适合 200mm-2200mm，合金头最大压力为 300KN，液压油缸大的最大行程为 250mm，最打压力为 30Mpa。国内的截桩机设备正在起步当中，一台截桩机的整机重量为 1.6t。1.3 破桩机特点及优势破桩机瞬间可以破桩，破桩的速度是人工破桩的 10 倍，为什么这样说呢？破桩机采用的人性化的设计，便于施工者接受。破桩机在施工过程中操作非常的简单。不用经过特殊训练即可正常操作机器。破桩机性价比很高，花很少的钱却可以为您办到很3高的效率。破桩机另一个优点就是寿命很长。使用的年限长，而且维护起来也非常的方便！我们在施工过程中最主要的就是降低成本的同时还可以提高效率，破桩机就做到了这一点。液压破桩机在楼房破桩的运用，众所周知，建设楼房需要打桩，打桩是采用打桩机然后进行打桩，然后打桩完又要开挖地基，开挖地基后，要进行测量放线，进行测量施工。然后坑机挖到差不多的时候，就要开始破桩施工了，破桩学名叫做破桩头，为什么要破桩头呢，因为破桩头要把桩头上面的混凝土拆掉，然后拆掉混凝土后，然后桩基的钢筋还要预留，只有让桩基的钢筋露出来，和楼房的地槽进行钢筋的链接，然后浇筑混凝土才可以结结实实的让桩基使上力气。液压破桩机，可以使用挖机的液压系统，也可以使用单独的液压动力站，这样的话，就可以使用建设楼房的塔吊，或者吊车来进行施工了，但是呢一般我们的液压破桩机比较重，塔吊是吊不动的，所以说要使用这款液压破桩机设备，还是用挖机来操作的比较好一些。桩头破除是施工过程中一个重要组成部分，国内目前仍使用较为落后的人工风镐作业，效率低，且目前人工成本非常高，因此采用正确的方法进行桩头破除既可以节约成本，又可以提高施工质量，还可以确保施工人员的健康和安全。在这种环境下，迫使我们走机械代替人工的道路、寻找代替人工的机械设备、研发高效率的截桩机械。新型全液压式截桩机施工应运而生。1.4 设计内容根据桩的规格，完成适合切割桩直径在 600800mm 之内的圆桩或桩边长500600mm 之内的方桩，并且是模块化的、组合式的破桩器本体的设计，并完成该适配破桩器小型液压动力站设计。SWPB800 型液压破桩器详细结构方案，液压站设计及计算；SWPB800 型液压破桩器液压原理，结构设计，破桩油缸的图纸绘制；图纸数量折合标准图纸不少于 4 张 A1 图纸，计算机绘图的图纸总数不少于 3 张。4第 2 章 液压破桩器总体设计2.1 总体结构概述传统的桩头破除方法大多采用破碎锤打击、人工打钎或风镐拆除等方法；然而上述传统方法存在着多种弊端：破碎锤敲击虽然工作效率高，但因为打击力过大，因此常常将桩头保留部分内部结构震坏，日后使用过程中常常出现安全隐患；人工打钎方法不仅劳动强度大、破碎效率低下，而且对于钢筋混凝土基本上效果不明显；风镐敲击，虽然震动小，但每次打下混凝土块仅鹅卵石大小，破碎效率十分的低下。如今，液压式混凝土破桩机已经面世，它就是综合上述各种拆除设备的优点，结合混凝土结构本身的特点而发明的一种新型、快速、高效的混凝土结构拆除工具。极大地减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。结合混凝土破桩机破拆方法，截断一根桩头时间甚至只需要几分钟。破桩机如图 2-1 所示。图 2-1 破桩器示意图破桩器是由若干个破拆液压缸及破拆头组成的单元体通过铰接方式组合而成，为开放式结构，工作时锁闭。破拆液压缸彼此间由高压胶管连接，由高压胶管及快换接头与液压泵站相连，由电磁阀换向控制破拆动作。破拆液压缸工作压力 31.5Mpa，液压蓄能器充气压力为 20Mpa。破桩器可截除的桩种类有很多，如灌注桩，预制桩等；从截桩头成型形状上分，5可分为圆形截桩机和方形截桩机。截桩机在高铁桥梁，工民建筑桩基工程中得到广泛应用，一般圆形截桩机适用于桩径在 350mm-1800mm；方形截桩机适用于桩边长 350-600mm，可以满足各类大型基础施工的要求。 工作原理：岩石和混凝土的抗压强度很高，相比之下它的抗拉强度却相当低。力特达岩石破桩机就用这个原理制成的，它是现代液压技术、机械工艺与传统拆除方法结合的产物，它有效地利用了楔块原理。截桩机通过动力源给截桩机多个油缸提供压力，油缸直接驱动钎杆，同时挤压桩身，使桩头截除。截桩机施工过程中，操作简单，高效率，低噪音，低成本，适用于桩群施工工程中。截桩机采用高度模块化组合，通过销轴联接模块，可以通过不同模块数量组合，截除一定范围内直径桩头。施工步骤：根据施工桩径，参照施工参考表组合对应数量模块，首先在被破碎物体上钻凿一个特定直径和深度的孔，通过快换接头直接将截桩机连接于工作平台；再将截桩机移动至工作桩头截桩处；调整截桩机高度至合适截桩位置，将混凝土破桩机的破桩头部分插入孔中，破桩头部分在液压力作用下向两边产生一个很大的张力，最大张力可达480 吨，瞬间就能将钢筋混凝土结构撑开，将混凝土结构从内部进行破坏，几秒种内就会产生裂缝。破桩机夹住需要截断的桩面；根据桩所浇注的混泥土的强度来调节挖掘机的系统压力，向油缸加压，直至混凝土桩身在强压下断裂；桩身截断后直接利用平台提升力将混凝土块提升；将碎桩块移至指定位置。 特点： 采用非爆破技术，清洁、静音作业、无环境扰动、振动、冲击、飞石、粉尘、炮声，是经济、安全、环保的作业方式。混凝土破桩机结构小巧而重量轻，破桩机重 1732kg，液压动力系统重37230kg（有电动、柴油机、汽油机型） ，操作简便、运输方便、可选用多种动力源。一，先进的液压截桩方式，实现高效率，低噪音截桩。二，模块化设计，通过不同数量模块组合，实现截不同直径的桩头。 三，性价比较高，运营成本低，性价比完全接近国外产品。 四，截桩操作简单，不需要专业技能，作业相当安全。 6五，截桩机可与多种工程机械连接，真正实现产品的通用性和经济性。可挂在挖掘机起重机，伸缩臂等工程机械上。 六，高寿命的设计，为客户带来最佳的收益。 液压式混凝土破桩机替代了爆破和传统的破碎方法。它在破碎混凝土时不会产生压力波，也没有振动、噪音和粉尘，该机在混凝土拆除领域具有安全、高效、节能等众多优点。目前为止，国内越来越多的人开始熟悉并使用国外已经运用普遍的破桩机器液压截桩机。建筑行业随时代在进步，国内桩基础施工效率也在不断提高，新的城镇化建设将产生更大的建筑设备的需求，工程机械产品应客户需求而实现定制化生产将逐渐成为新趋势。破桩机的核心部件为液压缸及头部的截齿，截齿与活塞杆固定在一体，通过液压驱动，可使截齿对混凝土桩施加压力。达到破碎的目的。2.2 截齿设计概述破桩机破桩施工是在我国近期迅速发展起来的先进的破桩施工工法，破桩机施工具有高效、低噪、环保、机械化程度高等诸多特点，但所施工的桩体千差万别，施工具体的技术要求又各有不同，所以只有通过选择不同截齿来满足上述的要求，科学地选择破桩机截齿及合理的使用截齿，在一定程度上能丰富破桩艺，拓宽破桩机的施工领域。破桩机截齿的主要失效形式为磨损和截齿头的脱落，引起破桩失效的主要原因为合金的抗弯强度不够、合金耐磨性较差以及抗疲劳性较差，分析认为可通过提高原料纯度、改变合金成分、优化成型烧结工艺、控制合金晶粒度以及对合金进行热处理等工艺手段提高增强截齿的性能，提高使用寿命。1、截齿失效形式截齿在切割硬质混凝土时承受高的周期性压应力、剪切弯曲应力、周期性或突发性冲击载荷以及热应力、磨损等作用，截齿在使用过程中发生失效，其主要失效形式有合金碎裂、磨损和断裂。2、选择硬质合金截齿材料破桩机工作的环境较为特殊，截齿的工作环境也就变得更加特殊，这样就会容易使截齿发生失效的现象，主要的表现就是截齿丢失、刀头碎裂、硬质合金刀头脱落和磨损等。由此可见，截齿的材料选择要满足一定的强度和硬度要求，其中强度主要指7抗弯强度和抗拉强度，当然截齿同时需要满足较高的冲击韧性。在研究过程中通常要选择相对要求较高的材料作为截齿材料，这其中应用相对较广泛的材料就是中等碳量的稀土低合金贝氏体耐磨铸钢。3、截齿设计与制造3.1 对于截割头的设计，其几何形状要按照一定合理的设计方法来进行设计，不仅要对其几何形状合理的设计，更要对其尺寸、相应的集合参数、截齿的排列方式以及截割时对应的参数进行相应匹配的设计，要保证在使用的过程中，能够使硬质合金截齿在工作中均匀的受力，使其磨损的程度尽量相同，保证运动过程中的平稳程度，进一步提高破桩工作的效率，尽量减少截齿的磨损与损坏可能，以此保证截齿可靠性得到提高。3.2 在实际操作过程中，需要对实际情况进行仔细的研究与分析，根据实验所得到的数据与相关的硬度指数，选择不同牌号与型号的截齿和合金刀头来进行实际破拆工作，从而保证截齿的使用寿命达到最大程度，避免不必要的损失，提高抗冲击能力的同时还可以保证破桩工作的顺利进行。3.3 在实际的破桩过程中，截齿齿体材料的选择有着一定的要求，一般应该采用锻造性能相对优良的优质合金结构钢。在我国目前的经济与科技水平条件下，普遍应用的主要是 35CrMnSi，这种材料在实际的操作工程中，经过调质后具有相对较高的疲劳极限，抗冲击的能力也有所提高，但是也有一定的缺陷，主要是具有较为明显的回火脆性缺陷。因此，选择 42CrMo 材料作为齿体的材料，可以克服上述出现的缺陷问题，在调质过后综合性能有一定的提高，回火脆性也没有了，这种材料相比而言是比较适合作为截齿材料。3.4 在制造的过程中，要严格按照相关的设计要求进行生产，确保齿座与截齿之间的尺寸相互配合，保证硬质合金截齿在对应的齿座中可以自由灵活的转动，避免截齿在运转的过程中发生偏磨的现象，也就能保证刀齿的锋利程度，从而保证自磨刃功能的实现。3.5 使用硬质合金截齿合金头堆焊加工工艺，选用耐磨性能和塑性相对较好的北京固本耐磨焊丝，在截齿体与合金头焊缝处堆焊三层耐磨层。堆焊高硬度碳化铌，其弥散的分布在铁基马氏体上和残余奥氏体上，保护基体不受磨损。碳化铌尺寸小，在堆焊层中约 10 微米，与高铬碳化物（4060 微米）相比，其分布更致密，更均匀。在8堆焊层中，由于碳化物的尺寸大大减小，单位面积内的碳化物分布更密集，因此在受到冲击载荷时，单个碳化物上承受的冲击力会大幅降低，因此整个堆焊层的耐冲击性能也会显著提高。3.6 采用以上的设计方案与施工工艺，可以从很大程度上降低原始工艺生产的截齿带来的缺陷，运用新材料新工艺生产的截齿在具体的操作过程中可以起到很好的效果，对于破桩工作的顺利进行提供了有利的技术保障，也给国家与企业的经济发展提供了保障，在很大程度上其优越性是无法替代的。2.3 液压缸设计概述液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。液压传动是研究以有压流体（液体）为传动介质来实现各种机械的传动控制的学科。液压传动是根据流体力学的基本原理，利用流体的压力能进行能量的传递和控制各种机械零部件运动。液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。2.3.1 液压缸类型及特点根据常用液压缸的结构形式，可将其分为四种类型：活塞式单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口油口 A 和 B 都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。柱塞式(1)柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；9(2)柱塞只靠缸套支承而不与缸套 接触，这样缸套极易加工，故适于做 长行程液压缸；(3)工作时柱塞总受压，因而它必须 有足够的刚度；(4)柱塞重量往往较大，水平放置时 容易因自重而下垂，造成密封件和导向 单边磨损，故其垂直使用更有利。活塞仅能单向运动，其反方向运动需由外力来完成。但其行程一般较活塞式液压缸大。伸缩式伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。有对歌一次运动的活塞，各活塞逐次运动时，其输出速度和输出力均是变化的。摆动式摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向， 叶片将带动转子作往复摆动。2.3.2 液压缸组成从以上液压缸的结构形式上可知：液压缸可以分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置五大部分。图 2-2 缸筒和缸盖结构10(a)法兰连接式(b)半环连接式(c)螺纹连接式(d)拉杆连接式(e)焊接连接式(1)缸体组件缸筒组件有缸筒和缸盖组成。缸筒和缸盖的连接形式与其工作压力有关。当工作压力 p10MPa 时，缸筒使用铸铁；工作压力 p20MPa 时，使用铸钢或锻钢。以下是几种常见的缸筒与缸盖的联接形式：图 2-2(a)所示为法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。图 2-2(b)所示为半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。图 2-2(c)所示为螺纹连接式，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。图 2-2(d)所示为拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。图 2-2(e)所示为焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。由此可见，缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒，还要求有良好的焊接性能。为了能够最大限度的满足用户对产品性能的需求和产品设计的经济合理以及保证工人人身和设备安全，改善操作者工作环境，洛阳强力液压股份有限公司所生产的液压缸缸筒毛坯件选择由专业厂方提供内圆已经过衍磨和外圆已加工的高精度冷拔无缝钢管，能满足以下要求：a、缸筒内径的圆度和圆柱度可选取 8 级。b、缸筒端面的垂直度选取 7 级精度。c、缸筒端部用螺纹连接时，螺纹应选取 6 级精度的细牙螺纹。(2)活塞组件活塞组件有活塞、活塞杆和连接件等组成，活塞与活塞杆连接形式决定于工作压力、安装形式、工作条件等。由于活塞在缸筒内作往复运动，必须选用优质材料。对于整体式活塞，一般采用号钢或号钢；装配式的活塞采用灰口铸铁、耐磨铸铁或铝合金等材料，有特殊要求时可在钢活塞坯外面装上青铜、黄铜和尼龙等耐磨套，以延长活塞的使用寿命。活塞杆无论是空心的还是实心的其材料常采用号钢或号钢等材料，当冲击振11动很大时，也可采用号钢或Cr 钢。图 2-3 所示为几种常见的活塞与活塞杆的连接形式：图 2-3 (a)所示为活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。螺纹连接虽然结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。图图 2-3 (b)和(c)所示为卡环式连接方式。图 2-3 (b)中活塞杆 5 上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环 3 以夹紧活塞 4，半环 3 由轴套 2 套住，而轴套 2 的轴向位置用弹簧卡圈 1 来固定。图 2-3 (c)中的活塞杆，使用了两个半圆环 4，它们分别由两个密封圈座 2 套住，半圆形的活塞 3 安放在密封圈座的中间。图 2-3 (d)所示是一种径向销式连接结构，用锥销 1 把活塞 2 固连在活塞杆 3 上。这种连接方式特别适用于双出杆式活塞。图 2-3 常见的活塞组件结构形式12第 3 章 破桩机液压缸设计3.1 概述破桩机的主要工作部件为液压缸，本文设计的破桩机用于破碎直径为 600mm 的水泥桩，查资料可知，水泥桩的破碎压力为 30Mpa，设计的破桩机共有 6 个液压破碎头组成。故可知，单个液压破桩头所需提供的压力为 5Mpa，按照 6 倍的安全系数计算，液压缸的工作压力为 30Mpa。3.2 液压缸设计液压缸的设计计算：由于液压执行元件与主机结构有着直接关系，因此所需要的液压缸和在结构上千变万化。尽管有一些标准件可供选用，但有时还必须根据实际需要自行设计。下面介绍液压缸的设计计算。液压缸的主要尺寸包括缸筒内径 D、活塞杆直径 d 和缸筒长度 L。根据负载大小和液压缸的工作压力确定活塞的有效工作面积，再根据液压缸的不同结构形式计算出缸筒的内径。活塞杆直径是按受力情况决定的，可按表 3-1 初步选取。缸筒长度的确定要考虑活塞最大行程、活塞厚度、导向和密封所需长度等因素。通常情况 L(2030)d。计算结果要圆整成国家标准中的推荐值。主要尺寸初步确定后，还要按速度要求进行验证。同时满足力和速度的要求后才可以确定下来。表 3-1 液压缸工作压力与活塞杆直径液压缸工作压力p/MPa7推荐活塞杆直径d(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D3.2.1 缸筒壁厚校核当 D/10 时为薄壁， 按下式校核: 3-1 2yP D式中，D-缸筒内径；缸筒材料的许用应力，=b/n，b是材料的抗拉强度，一般取安全系数13n=5；py试验压力，当缸的额定压力 pn16Mpa 时，py=1.5pn；pn16Mpa 时，py=1.25pn。当 D/20MPa；因此其材料必须要有一定的强度和硬度，所以缸筒材料可选用球墨铸铁；在选购缸筒原材料时，一般都是直接从钢材厂订购经过冷拔后的球墨铸铁的缸筒毛坯件。即：内圆已经过衍磨、外圆已加工的高精度冷拔无缝钢管，因此缸筒只须割槽加工。因为缸筒外圆无精度要求，因此缸筒外圆无须精加工。而缸筒内壁需要和活塞相配合以保证液压缸的工作性能，所以缸筒内壁精度要求很高。选取螺纹式连接， 其优点是结构简单，易选取、易装卸。、缸筒的要求有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形；有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲；内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用；、缸筒材料的选取及强度给定本次设计选取球墨铸铁从资料中可以得到：缸筒材料的屈服强度=310MP；s缸筒材料的抗拉强度=550MP；b现在利用屈服强度来引申出：缸筒材料的许用应力=/n=360/5=62MP。s其中 n=5 是选取的安全系数，来源于下表：19液压缸安全系数静载荷交变载荷材料名称不对称对称冲击载荷钢、锻铁35812、缸筒的计算、液压缸的效率油缸的效率由以下三种效率组成：1. 机械效率，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常可取m0.9m2. 容积效率，由各密封件泄露所造成，通常容积效率为：vv装弹性体密封圈时，1v装活塞环时，0.98v3. 作用力效率，由出油口背压所产生的反作用力而造成d=0.9m=1v=0.9dmvd 所以经计算总效率为 0.8。、液压缸缸径的计算内径可按下列公式初步计算液压缸的负载为推力：301410FDP液压缸的负载为拉力：6202410FDdP式中 液压缸实际使用推力、拉力0102,FF液压缸的负载率，一般取0.5 0.7液压缸的总效率，一般取0.7 0.920液压缸的供油压力，一般为系统压力P活塞杆直径d=125000N01F=0.7=0.8P=30本次设计中液压缸负载为推力，根据式 23.31 得到内径：D=121.763mm缸径可以取为 125mm。、流量的计算液压缸流量根据下式计算：当活塞杆外推时：11mvAvq当活塞杆内拉时：22mvA vq式中 分别为活塞无杆侧及有杆侧有效面积12,A A活塞平均线速度mv设计要求中给定了活塞的平均速度：=6m/min=0.1m/smv而活塞的面积：=90.58 容积效率=11A2 /4D4210 mv根据式 23.125 得到活塞杆外推时的流量：=0.5L/s1q因为只使用外推方向，所以回程方向的流量略。、缸筒壁厚的计算缸筒壁厚可以使用下式进行计算：当时， （可用薄壁缸筒的实用计算式）/0.08D21 max2PD式中 最高允许压力maxP缸筒材料的许用应力 /sn缸筒材料的屈服强度s安全系数，取n1.5 2.5n 根据缸径查手册预取=5此时/D=5/125=0.03750.048满足使用薄壁缸筒计算式的要求，下面利用上式来计算：最高允许压力一般是额定压力的 1.5 倍，根据给定参数 P=30MP，所以：=30 1.5=45MPmaxP许用应力在选取材料的时候给出：=/n=310/5=62MPs根据式 23.33 得到壁厚：=6.678mm为保证安全，取壁厚为 7mm。、缸筒壁厚的验算下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算：1. 液压缸的额定压力值应低于一定的极限值，保证工作安全：nP221210.35snDDPD根据式 23.37 得到：34MPnP显然，额定油压 P=30MP，满足条件；、缸筒的加工要求缸筒内径 D 采用 H7 级配合，表面粗糙度为 0.16，需要进行研磨；aR热处理：调制，HB240；缸筒内径 D 的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半；22刚通直线度不大于 0.03mm；油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺；（2）确定缸筒的总体尺寸a.缸筒内径的大小及厚度，液压缸缸筒的内径为 125mm，外径为 139mm。即：厚度为 7mm。b.缸筒的总长度的确立，缸筒总长度 L 由活塞杆两端活塞宽度、导向筒的宽度以及在满足本液压缸的行程后来确定。在整个液压缸的设计中，缸筒的长度属于不确定因素。在此，先不予考虑。23第 4 章 破桩机三维建模4.1 软件概述Solidworks 是参数化技术的先驱，参数化是其最突出特点。是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内汽车行业、工程机械行业和产品设计领域占据不可替代位置。本论文运用 solidworks 软件对破桩机各零件进行建模，然后进行装配。其中在对螺栓及其它标准件的建模时通过 solidworks 软件的数化设计来输入各零件的参数完成对零件的建模。通过 solidworks 的建模清楚、形象、直观地表达破桩机各部分的特点4.2 活塞杆活塞杆可通过 SolidWorks 的旋转命令生成。然后运用切除命令得到销孔。活塞杆的三维模型如图 4-1 所示。图 4-1 活塞杆模型4.3 缸筒建模缸筒是液压缸的主体部件，同样采用旋转切除命令生成，然后使用切除命令得到安装孔。如图 4-2 所示。24图 4-2 缸筒模型4.4 液压缸座建模液压缸座是破桩机最重要的结构件，结构较复杂，制造方式一般采用焊接。首先通过旋转命令得到液压缸的安装位置，然后通过拉伸生成边上的安装板，再生成各个加强筋，最后使用拉伸切除命令完成这个零件的建模。液压缸座三维模型如图4-3 所示。图 4-3 液压缸座模型254.5 活塞建模活塞是回转零件，可使用回转命令生成。活塞的三维建模如图 4-4 所示。图 4-4 活塞的三维模型4.6 基于 SolidWorks 的破桩机装配破桩机的三维装配将使设计好的各零件的装配关系直观地展现在人们面前，同时在装配过程中可以意识到设计中各个零部件的尺寸是否正确，外观是否美观等。在 solidworks 组件坏境下以液压缸座为载体调用已完成建模的所有零部件，完成破桩机装配。三维装配模型图如图 4-5 所示。26图 4-5 破桩机的装配模型4.7 破桩机二维装配图AutoCAD 是美国 Autodesk 公司首次于 1982 年生产的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，具有完善强大的图形绘制和编辑能力，其支持多种平台、通用性和易用性强的特点在全世界范围内吸引了不少客户，现已经成为国际上广为流行的绘图工具16。本文运用 AutoCAD 绘制破桩机装配图和主要零件图。虽然科技进步，技术发达的今天，但在产品设计中二维的装配图还是毕不可少的。总装配图如图 4-6 所示。27图 4-6 破桩机二维装配图28第 5 章 液压系统方案设计液压系统方案是根据主机的工作情况，主机对液压系统的技术要求，液压系统的工作条件和环境条件，以成本，经济性，供货情况等诸多因素进行全面综合的设计选择，从而拟订出一个各方面比较合理的，可实现的液压系统方案。其具体包括的内容有：油路循环方式的分析与选择，油源形式的分析和选择，液压回路的分析，选择，合成，液压系统原理图的拟定。5.1 油路循环方式油路循环方式可以分为开式和闭式两种，其各自特点及相互比较见下表： 油液循环方式散 热 条 件抗 污 染 性系 统 效 率其 它限速制动形式开 式较方便，但油箱较大较差，但可用压力油箱或其它改善管路压力损失较大，用节流调速效率低对泵的自吸性能要求较高用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，可引起油液发热闭 式管路压力损失较小，容积调速效率高对主泵的自吸性能要求低较好，但油液过滤要求高较好，需用辅泵换油冷却液压泵由电机拖动时，限速及制动过程中拖动电机能向电网输电，回收部分能量开式系统和闭式系统的比较油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。比较上述两种方式的差异，再根据升降机的性能要求，可以选择的油路循环方式为开式系统，因为该升降机主机和液压泵要分开安装，具有较大的空间存放油箱，而且要求该升降机的结构尽可能简单，开始系统刚好能满足上述要求。油源回路的原理图如下所示：2913425678图 5.1 油源回路原理图1.油缸 2.过滤器 3.温度计 4.液位计 5.电动机 6.液压泵 7.溢流阀 8.压力表5.2 油路组合方式的选择当系统中有多个液压执行元件时，开始系统按照油路的不同连接方式又可以分为串联，并联，独联，以及它们的组合复联等。串联方式是除了第一个液压元件的进油口和最后一个执行元件的回油口分别与液压泵和油箱相连接外，其余液压执行元件的进，出油口依次相连，这种连接方式的特点是多个液压元件同时动作时，其速度不随外载荷变化，故轻载时可多个液压执行元件同时动作。5.3 调速方案选择调速方案对主机的性能起决定作用，选择调速方案时，应根据液压执行元件的负载特性和调速范围及经济性等因素选择。常用的调速方案有三种：节流调速回路，容积调速回路，容积节流调速回路。本升降机采用节流调速回路，原因是该调速回路有以下特点：承载能力好，成本低，调速范围大，适用于小功率，轻载或中低压系统 ，但其速度刚度差，效率低，发热大。5.4 液压系统原理图确定初步拟定液压系统原理图如下所示；见下图：30图 5.2 液压系统原理图31第 6 章 结论根据建筑行业对液压破桩机的需求，本文设计了液压破桩器。通过这段时间的努力，对破桩机的结构进
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