液压缸拆装机机架设计毕业论文

山东交通学院毕业设计 I 摘 要 本文主要介绍了液压缸拆装机机械系统的设计。液压缸拆装机机械系统主要包括底座、外柱、内柱、顶板、耳座、油缸耳座、轴销、销钉等部件材料的选取、结构设计、尺寸的确定。根据设计的要求确定了内、外柱直径、高度以及壁厚，设计了销钉的结构尺寸和直径。结合设计的加载压力和材料的力学性能，根据强度校核公式校核了内、外柱壁的强度；依据剪切力校核公式校核了销钉的剪切应力。分析了液压缸拆装机研究的意义，并对液压缸的分类和常见故障以及发展趋势做了简要的介绍，在此基础上确定了液压缸拆装机的总体方案。然后对液压缸拆装机的使用 方法进行了简要说明。最后运用CAXA设计软件完成了液压缸拆装机整体结构、机架以及机架各部分的建模。 关键字： 液压缸拆装机，结构设计，强度校核 吴涛：液压缸拆装机机架设计 II Abstract This design is mainly introduced the hydraulic cylinder disassembly mechanical system design. Hydraulic cylinder disassembly mechanical system includes the base, outside the columns, interior columns, roof, ear block, cylinder blocks ears, axle pin, pin and other parts of the selection of materials, structural design, size determination. Determined according to the requirements of the design inside and outside the column diameter, height and thickness, the design of the structure size and pin diameter. Loaded with the design pressure and the mechanical properties, strength check according to the formula check the inside and outside the column wall strength； check the formula based on checking the shear pins shear stress. Analysis of the hydraulic cylinder changer research significance, and classification of the hydraulic cylinder and common faults and the development trend of a brief introduction, on the basis of the hydraulic cylinder disassembly to determine the general scheme. Then the hydraulic cylinder disassembly machines use a brief description. Finally, the use of design software CAXA changer complete the overall structure of the hydraulic cylinder, rack and frame parts modeling. Key words: Hydraulic cylinder changer， Structural Design， Strength check 山东交通学院毕业设计 III 目 录 前 言 . 1 1概述 . 2 1.1研究的目的意义 . 2 1.2液压缸的发展趋势 . 2 1.3本设计的主要内容 . 3 2总体方案确定 . 4 2.1液压缸的分类与故障 . 4 2.1.1液压缸的分类 . 4 2.1.2液压 缸的常见故障 . 6 2.2总体结构设计 . 7 2.2.1机架设计 . 8 2.2.2液压系统设计 . 10 3机架总成设计 . 12 3.1底座的设计 . 12 3.2耳座的设计 . 13 3.3轴销设计 . 14 3.4外柱设计 . 15 3.4.1外柱结构设计特点 . 15 3.4.2外柱强度校核 . 16 3.5内柱设计 . 18 3.5.1内柱结构设计特点 . 18 3.5.2内柱强度校核 . 19 3.6顶板的设计 . 21 3.7侧壁插销设计 . 22 3.7.1结构设计特点 . 22 3.7.2侧 壁插销强度校核 . 22 3.8油缸耳座设计 . 24 4使用说明 . 25 结 论 . 27 致 谢 . 28 参考文献 . 29 山东交通学院毕业设计 1 前 言 随着科技的发展，在现代化的社会生产中，为了提高生产效率减轻人类的劳动强度，机械自动化在社会生产中的运用越来越广泛。液压技术凭借其无级调速，工作平稳，抗冲击和振动，易实现间断和连续运动频繁换向的优点在机械自动化生产中得 到了广泛的应用。液压缸作为液压系统的执行元件，其身影在各种设备上随处可见，同时在工作生产中由于液压缸故障导致设备停机的现象也屡见不鲜，通过分析液压缸的常见故障及其原因后，我们了解到要解决液压缸的常见故障以及对液压缸进行维修保养时都会对液压缸进行拆卸和装复。目前在维修液压缸时绝大多数都是采用手工的方式对液压缸进行拆装。手工拆装液压缸不仅工作效率低，而且要求维修人员要有一定的经验积累。因此，液压缸的拆装实现机械化将是一种必然的趋势。 本论文应用本专业所学课程的理论和生产实际知识，在老师的指导下，通过查阅资料和社 会调研之后，设计了一款主要用于工程机械上液压缸拆装的机械 液压缸拆装机，完成了液压缸拆装机机械部分的研究设计。分析了目前市场上卧式和立式液压缸拆装机的优缺点后，结合工程机械上液压缸具有结构尺寸大，压力高的特点，本设计的液压缸拆装采用立式结构。本文主要完成了总体方案确定和机械系统各部分的结构设计并对主要部件进行了力学性能校核。 本文是液压缸拆装机机械系统的设计说明书。在结合液压缸的结构形式，广泛听取老师的意见之后，经过多次修改和验证编制而成。为了达到设计的规范化 ,标准化和合理性，笔者通过查阅多方面的资料文献 ，力求内容简单扼要，文字顺通，层次分明，论述充分。文中配有大量的插图，在附件中还配又各部分完整的结构图纸。 吴涛：液压缸拆装机机架设计 2 1 概述 1.1 研究的目的意义 液压技术作为一门新兴应用学科，虽然时间不长，但应用，发展的速度却非常惊人。特别是近 60年来，液压传动设备的年增长率一直远远高于其他设备的年增长率。 现代机械工程自动化控制中，对直线运动的实施要求愈益增多，这样造成机械构件传动及电力传动的困难。反之，液压传动中通过液压缸则可以便利，圆满地得到实现，这也是液压传动的重大特点之一。 液压传动设备能在较大范围内方便地实现无级调 速，且低速性能好，工作平稳，还易实现间断和连续运动频繁换向，冲击及振动现象可以很好地得到消减。 液压缸是液压系统中将液体的压力能转换为直线往复运动的机械能的重要执行元件，应用于工程机械的单杆双作用活塞式液压缸，按其缸头与缸筒的联接方式可分为卡键式和法兰式两种型式：卡键式液压缸的端部采用卡键槽、卡键、导向套联接，缸头强度低，难以承受很大拉力，通常用在中高压液压系统。在实际修理中，由于缸头端部有卡键槽，活塞油封在装入时难以越过槽口，即使采用卡键槽“填料”或专用工装导套也容易造成油封的局部损坏，返工率较高，维修质 量不易保证；法兰式液压缸的端部采用法兰螺栓联接，强度高，能承受很大的拉力，多用于中高压以上的液压系统。 无论哪种液压缸，在出现“内漏”故障维修时，都要将其分解，更换活塞油封。由于液压缸个大体沉，结构配合紧密，分解时有许多困难，如：不容易搬迁移动、活塞杆不容易从缸筒内抽出和装复以及液压油喷洒过多等，造成劳动强度大，工作效率低。 为了确保液压缸维修质量，防止液压油被“二次污染”和浪费，减少装配时密封件的损坏率与劳动强度，精心设计制作了液压缸拆装专用机具 液压缸拆装机。 用于液压缸的拆装，提高液压缸的维修效率和改 善液压缸的拆装质量。 1.2 液压缸的发展趋势 随着液压技术的深入普及和应用领域的日益扩大，对液压缸的工作性能、结构、使用范围、制造精度、外观、材料、试验方法都不断提出新的要求。在新的形势下，液压缸的发展趋势为： （ 1） 高压化、小型化 高压化是减小液压缸径向尺寸和减轻重量，并缩小整套液压装置体积尺寸的有效途径，目前超高压泵的输出压力已经高达 250MPa 以上，一台工作压力为 100MPa的 15t轻型压力机，可以制造成手电筒一般大小。 （ 2） 新材质、轻型化 不久前，日本采用新组份的铝合金，从液态开始进行新的热处理工艺，结果最终 成型铝合金材料的抗拉强度等机械性能可达到 45 号优质碳素钢的水平。这将使现用的液山东交通学院毕业设计 3 压缸的重量减轻三分之二以上。此外，国外在航空航天工业中已采用高弹性纤维复合树脂塑料制作液压缸筒和活塞杆。据资料记载：该材料的比重仅为铝的 1/2 左右，强度为碳素钢的 2倍。随着新型材料的社会需求总量的扩大以及成形、加工方法的不断更新，价格下降后，将会在其他机械结构中推广应用。 （ 3） 新型机构复杂化 随着社会分工的进一步细化以及液压缸在社会生产活动的普及应用。为了适应液压缸应用范围的扩大，各种新颖结构的液压缸不断出现。 （ 4） 高性能、多品种化 高速 、低速性能以及密封件的寿命是评价液压缸的重要指标。国外，超高速性能的液压杆在高速达 2000mm/s 的工况下能均匀运动，且换向平稳。低速液压缸能在 8mm/s至零的最易发生液压振荡的速度区间，要不存在爬行，别劲等现象，液压缸的工作温度扩大到 -60 至 +200。因此，对新型密封件，密封件的材料与摩擦体间的匹配性，以及液压缸的加工工艺均提出了相应的要求 （ 5） 节能化与耐腐蚀 高水基工质和水质液压缸，以及用于深海开发的耐蚀海水用传动液压缸也在不断的完善、发展，在我国也已进入适用和试制阶段 1.3 本设计的主要内容 本设计的主 要内容是针对工程机械上常用的单杠活塞式液压缸的拆装设计的机械装置 液压缸拆装机。液压缸拆装机主要包括机械和液压两部分。本文主要针对机械部分进行设计，主要包括了总体方案确定，底座、内外柱、顶板、耳座以及油缸耳座等的结构设计，内、外柱壁以及销钉的强度和剪切力的校核。 吴涛：液压缸拆装机机架设计 4 2 总体方案确定 在设计制造任何一种机械时，都应该对该机械的作用对象有一定的研究，只有对其作用对象有充分的认识和了解，设计制造的机械才能更好地满足使用要求。在设计液压缸拆装机之前，我们必须先对液压缸进行研究。 2.1 液压 缸的分类与故障 2.1.1 液压缸的分类 液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。压缸的种类繁多，根据不同的分类方式有可以分为不同的类别。在此，只根据常用液压缸的结构形式，将其分为四种类型。 （ 1）活塞式液压缸 活塞缸分单杆活塞缸和双杆活塞缸两种结构，其固定方式由缸体固定和活塞杆固定两种，按液压力的作用情况有单作用式和双作用式。 单活塞杆液压缸只有 一端有活塞杆。如图 2.1 所示，它只在活塞的一侧设有活塞杆，因而两腔的有效作用面积不同，无活塞杆的一腔习惯上称无杆腔（或大腔），带活塞杆的一腔则称有杆腔（或小腔）。 通常油液进入活塞一侧的无杆腔作为工作状态，油液进入有杆腔作为返回状态，在供油量相同时，不同腔进油活塞的运动速度不同；在需克服的负载力相同时，不同腔进油所需要的供油压力不同，或者说在系统压力调定后，液压缸两个方向运动所能克服的负载力不同。 图 2.1 单杆双作用活塞式液压缸 Fig. 2.1 Single-pole double-acting hydraulic cylinder piston （ 2）柱塞式液压缸 山东交通学院毕业设计 5 柱塞杆分径向柱塞泵和轴向柱塞泵。由于柱塞与导向套配合，以保证良好的导向，故可以不与缸筒接触的场合。柱塞端面是受压面，其面积的大小决定柱塞缸的输出速度和推力，因而对缸筒内壁的精度要求很低，甚至可以不加工，工艺性好，成本较低，特别适用于行程较长定了柱塞缸的输出速度和推力。柱塞工作时恒受压，为保证压杆的稳定，柱塞必须有足够的刚度，故柱塞直径一般较大，重量也较大，水平安装时易产生单边磨损，故柱塞缸适宜于垂直安装使用。水平安装使用时，为了减轻重量 ，有时柱塞采用空心结构。柱塞缸返回需借助外力作用，如垂直缸借助柱塞与运动部件的自重，弹簧力等，以获得往复运动，柱塞式液压缸常成对使用。柱塞式液压缸的结构如图 2.2所示。 图 2.2 柱塞式液压缸 Fig. 2.2 Piston hydraulic cylinder （ 3）伸缩式 伸缩式液压缸如图 2.3所示，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。 图 2.3 伸缩式液压缸 Fig.2.3 Telescopic hydraulic cylinder 吴涛：液压缸拆装机机架设计 6 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。此种液压缸常用于农业机械上。其结构如图 2.3所示。 （ 4）摆动式液压缸 摆动缸又称摆动液压马达，它能实现往复摆动。摆动缸的结构比连续旋转运动的液压马达结构简单，以叶片式摆动缸应用较多。摆动液压缸有单叶片式和双叶片式两种。其结构如图 2.4所示。 图 2.4 摆动式液压缸 Fig.2.4 Swinging hydraulic cylinder 2.1.2 液压缸的常见故障 液压缸是液压系统中将液压能转换为机械能的执行元件 ，其作为一种元件，一种工作装置 ，与所有机械设备一样，在长期的运行过程中不可避免地在其结构零部件中会产生不同程度的磨损、疲劳、蠕变、腐蚀、松动、剥落老化变质甚至损坏等现象，使得液压缸工作性能、技术状况恶化，进而直接造成整台液压设备的故障甚至失效，液压缸保养维修的重要性和必要性由此可见。 其故障 及其原因 可基本归纳 为以下几点： （ 1） 液压缸误动作或动作失灵 。 常见原因如下： 阀芯卡住或阀孔堵塞 ； 活塞杆与缸筒卡住或液压缸堵塞 ； 液压系统控制压力太低 ； 液压系统中进入空气 ； 液压缸初始动作缓慢。 （ 2） 液压缸工作时不能驱动负载 。 常见原因如下： 液压缸内部泄漏 ； 山东交通学院毕业设计 7 液压回路泄漏 ； 液压油经溢流阀旁通回油箱 。 （ 3） 液压缸活塞滑移或爬行 。 常见原因如下： 液压缸内部涩滞。 润滑不良或液压缸孔径加工超差 液压泵或液压缸进入空气 密封件质量与滑移或爬行有直接关 工作生产中由于液压缸故障导致设备停机的现象屡见不鲜，通过分析液压缸的常见故障及其原因后，我们了解到要解决液压缸的常见故障以及对对液压缸进行维修保养时都会对液压缸进行拆卸和装复。现在社会生活随着液压技术的发展和普及，液压技术在机械设备上得到了大量的使用，尤其是工程机 械行业中，在机电液一体化的发展趋势下，液压缸在工程机械上得到广泛的使用，一台工程机械上都安装不下一个液压缸，像常用的 ZL50 装载机上就使用了 3 个液压缸。由此可见液压缸拆装机在实际生活中具有广泛的应用价值。 2.2 总体结构设计 目前，人们对液压缸拆装机的研究开发及生产还处于初步阶段。液压缸拆装的结构形式和设置功能，在行业内还没有确定使用的统一标准，每一个研究人员针对不同的应用场合对液压缸拆装机结构设计形式都有自己的解决方案。目前市场上存在的液压缸拆装机主要由卧式和立时两种类型。 卧式液压缸拆装机，具有机构尺寸 大，占用空间，搬迁困难，在拆装大型液压缸时时被拆液压缸容易产生弯曲等缺点，因此卧式液压缸拆装机用于小型液压缸的拆装的。工程机械上的液压缸往往都具有工作行程长，结构形式简洁，外形尺寸较大，工作压力大等特点。对于不同用途的液压缸在设计上有不同的要求，相应地在结构上也有不同的特点。结合工程机械上使用的液压缸的结构特点，此设计的液压缸拆装机采用立式结构。 液压缸拆装机的结构如图 2.5所示，该液压缸拆装机主要有机械和液压两大操作系统。机械系统主要由 1、底板 2、外柱 3、耳座 4、夹紧架 5、轴销 6、油缸耳座 7、内柱9、顶板 等组成。液压系统主要由 8、液压缸 10、油箱总成 11、液压泵 12、电动机 13三位四通电磁换向阀等构成。 该液压缸拆装机具有操作简单、灵活方便、坚固耐用、安全可靠的特点。最大加载力为 10T，机械架外柱高 1640mm，内柱高 1565mm。适用于拆装工程机械上行程在 200mm 1000mm液压缸的拆卸与安装。 考虑到工作环境、使用特点、成本要求以及工程机械液压缸的特点结合机械优化设计的原则，在满足基本强度和刚度需要的前提下，整体结构应体现造型的美观，底板、顶板以及两侧柱的结构设计力求简单实用、制造方便，工作装置、 控制装置、液压系统、吴涛：液压缸拆装机机架设计 8 动力系统参数设计、选取应合理、尽量选用国内外知名品牌和常用标准，以确保整机的质量可靠性和制造的方便性。 1 底板； 2 外柱； 3 耳座； 4夹紧架； 5 轴销； 6 油缸耳座； 7 内柱； 8 液压缸； 9 顶板；10 油箱总成； 11 液压泵； 12 电动机； 13 三位四通电磁换向阀 图 2.5 液压缸拆装机总图 Fig.2.5 General Plan cylinder changer 2.2.1 机架设计 机架的基本结构如图 2.6 所示，主要由 1、耳座 2、底板 3、夹紧架 4、外柱 5、内柱 6、顶板 7、油 缸耳座 9、轴销等组成。机架主要用于固定被拆装液压缸，安装液压动力系统的执行元件（工作液压油缸），为工作液压缸和被拆装液压缸的移动和安放提供空间位置，对拆装机的工作范围进行粗调。并保证液压缸拆装机能拆装行程在 200mm至1000mm的液压缸，且在加载压力为 10T时，结构的稳定性和可靠性。 底座主要用于机架的固定和安放以及外柱和耳座的安装，由于机架的结构尺寸较山东交通学院毕业设计 9 大，尤其是在内柱伸展到极限位置时机架高达 3.5m，为了保证机架的稳定性，底座采用工字型结构。 底座主要由脚板、横板、加强筋以工字型的结构焊接而成。横板桥接 在两脚板之上，外柱座板和耳座均通过螺钉和底座的横板固定在一起。为了防止液压缸拆装机工作时横板发生弯曲失效，在横板下面焊接有加强筋。 侧柱由外柱和内柱组成，主要用于液压缸拆装机实际工作范围的调节和顶板的安装以及被拆装液压缸的固定。 外柱通过螺钉和底座连接在一起，内柱通过螺钉和顶板连接在一起，内柱套入外柱之中。在内柱顶部安装有顶板，顶板的中间位置安有液压系统的液压油缸。为了被拆装液压缸在机架上的安装固定，在外柱下部焊接有腰板用于夹紧架的安装。 外柱壁上距离外柱顶端 250mm 处开有一个 35mm 的圆形通孔。内柱壁 在距离内柱座板 250mm处开有第一个 32mm的圆形通孔，然后依次向下每间隔 175mm的距离进行打孔，内柱上总共打有八个 32mm的圆形通孔。内外壁之间采用间隙配合，内柱能在外柱内上下移动，两者之间采用销钉固定。 通过调节内柱在外柱里的相对位置，从而改变液压缸拆装机的实际工作范围。液压缸拆装机不同的工作位，可以通过外柱通孔与内柱不同通孔销接的方式来进行大范围的调节（调级方法是：在两耳座之间加入相应的支撑杆并固定好，然后启动液压系统向工作液压缸的无杆腔或有杆腔加压从而调节内柱的高度），然后通过液压系统驱动执行 液压缸进行细调，从而实现液压缸拆装机工作范围无间断调节。 当内柱全部进入外柱内时是液压缸拆装机的最低工作位，此时机架高度为 2300mm左右，适用于拆装行程为 200mm的液压缸。当内柱最下端的圆形通孔和外柱上的通孔对齐并通过销钉固定时，此时达到液压缸拆装机的最高工作位，机架高度为 3000mm左右，适用于拆装行程为 1000mm 的液压缸。拆装机的其它工位可以根据被拆装液压缸的具体尺寸用同样的方式进行调节。 底板上用螺钉固定有一耳座，用于安装固定被拆液压缸缸筒上的耳环，在耳座侧板上开有 40mm的通孔，同轴销和耳座 配合一起固定被拆液压缸。耳座两侧板之间的距离根据可拆装的最大液压缸的耳环厚度确定。 为了使液压缸拆装机保持良好的工作状态，应该保证固定好的被拆液压缸垂直于水平面且其活塞缸的轴线和工作液压缸活塞杆的轴线相重合。只靠耳座是很难将被拆液压缸固定到位的，因此为能更好的固定被拆液压缸，在外柱的适当位置装有一夹紧架同耳座一起固定被拆液压缸。夹紧架通过其上的抓手对被拆装液压缸进行固定。 顶板中间装有工作液压缸，用于调级机架的高度和液压缸拆装机工作时提供动力。并对液压缸拆装机的实际工作范围进行细调。 吴涛：液压缸拆装机机架设计 10 1 耳座； 2 底板 ； 3 加紧架； 4 外柱； 5 内柱； 6 顶板； 7 虎爪； 8 轴销 图 2.6 机架 Fig.2.6 Rack 2.2.2 液压系统设计 液压系统的基本结构如图 2.7所示，主要由 1、液压缸 2、油箱总成 3、液压泵 4、电动机 5、插装阀以及管路等组成。液压动力系统主要用于为工作液压缸提供动力，使工作液压缸的活塞杆能够在工作范围内实现连续的移动，在对拆装机的工作范围进行细调，使油缸耳座上的轴销能更好地与被拆装液压缸活塞上的耳环连接。 油箱总成包括空气过滤器，吸油过滤器，回油过滤器和液位计组成，电动机与液压泵连接，吸油过滤 器与液压泵之间通过钢管连接起来，液压泵的出油口与插装阀组通过软管连接，两个三位四通电磁换向阀中的一个接待拆装的液压缸，另一个接机架上的液山东交通学院毕业设计 11 压缸。三位四通电磁换向阀的出油口与油箱上的回油过滤器连接。 当电动机通电正常运转后，带动液压泵工作，液压泵吸油，液压油经过吸油过滤器到达液压泵，液压泵将液压油送到插装阀，当压力大于最大工作压力时，溢流阀开启，一部分液压油通过回油管路，经过回油过滤器回到油箱，达到卸荷的作用。另一部分液压油则驱动液压缸工作。当电动机空载时，三位四通电磁换向阀不工作，液压油直接回到油箱。并控制工 作液压缸活塞杆的伸缩用于拆装工作。 1 液压缸； 2 油箱总成； 3 液压泵； 4 电动机； 5 三位四通阀 图 2.7 液压系统 Fig.2.07 Hydraulic system 吴涛：液压缸拆装机机架设计 12 3 机架总成设计 压缸拆装机主要由机械和液压两大操作系统，本文主要对机械系统进行设计。如图3.01 所示，机械系统主要由 1、耳座 2、底板 3、夹紧架 4、外柱 5、内柱 6、顶板 7、油缸耳座 9、轴销等组成。结合机械系统的功能结合机械设计的方法和原则以及机械系统各部份的功用，下面对机械系统的各部分进行整体结构设计。 3.1 底座的设计 工程机械上使用的液压缸结构尺寸大、工作压力高，在液压缸拆装时对拆装机的强度要求高，同时液压缸拆装机的设计工作范围为 200mm至 1000mm，设计加载载荷为 10T。因此拆装机的结构基本全采用钢结构并且结构尺寸大，在液压缸拆装机伸展到极限尺寸时，高度可达 3.5m 以上。综合考虑机械结构的稳定性和地面的承载能力以及美观等各种因素后，采用了工字型结构的底座设计。底座的结构形式如图 3.1 所示，主要由 1、脚板 2、横板 3、加强筋组成。 底座由横板和加强筋以及脚板焊接而成。为了保证底座的稳定性，底座只采用脚板接地。脚板采用 900mm 80mm 40mm的长条结构形式。横板通过焊接的方式桥搭在两脚板的中间位置形成工字型结构，工字型的底座结构对高型机架具有很好的稳定性。考虑到 1000mm 行程液压缸的结构尺寸以及两侧柱的结构形式和尺寸，为了将操作的方便和更好的固定被拆装液压缸。横板采用 1100mm 220mm 15mm的结构形式。液压缸拆装机的最大加载力为 10T，为使液压缸拆装机工作时横板不会产生过度的弯曲从而影响液压缸拆装机的正常工作。因此，为了加强横板的强度和稳定性，横板的下面焊接有两块940mm 15mm 37mm 的加强筋。 加强筋的下底面比脚板的下底面低 3mm，从而保证底板暗访在地面上的平稳性。 为了液压缸拆装机便于拆装和装运，底座采用独立的结构形式。在长途搬运的时侯可将液压缸拆装机上的螺钉连接件拆下把液压缸拆装机拆卸成几块后再装车，等运送到目的地后在进行组装，如此可以减小液压缸拆装机在运输工程中的空间尺寸方便运输。 两外柱位于底座横板的两端，横板中间位置装有耳座。外柱和耳座均通过螺钉与底座横板进行连接固定。横板上车有 M12的螺栓，采用螺钉连接不仅考虑了整机的运输而且避免了螺栓连接的缺陷。 山东交通学院毕业设计 13 1 脚板； 2 横板； 3 加强筋 图 3.1 底座 Fig.3.1 Base 3.2 耳座的设计 液压缸拆装机的耳座采用独立结构设计，其结构形式如图 3.2 所示，主要由 1、底板 2、侧板组成。 耳座通过螺钉同底座连接在一起。工作时，耳座主要用于固定被拆液压缸缸筒上的耳环。耳座固定在底座横版上，为了方便两者的连接固定，耳座底板长度和横板等宽为220mm。 液压缸拆装机可拆装的最大油缸行程为 1000mm。因此，耳座在结构设计上要求能固定行程 1000mm液压缸缸筒耳环。结合 1000mm行程油缸缸筒的结构形式，为了方便其在耳座上的安装固，耳座侧板采用如 图 3.2的结构形式，详细的结构尺寸见图 YCJ-010600。耳座两侧板之间的设计距离为 80mm。耳座需要和轴销配合使用，因此在耳座侧板上开有通孔，通孔直径对应于轴销的直径设计为 40mm，在液压缸拆装机工作时耳座要承受工作压力和拉力，为了使耳座在液压缸拆装机最大加载压力下不会产生力学性能失效，底板和侧板均采用材料为 Q235厚度为 15mm的钢板焊接在耳座底板上。耳座底板通过四个M12 35 的螺钉和底座连接固定在一起。结合耳座各部分的结构尺寸同时为了方便耳座的固定，耳座底板设计宽度确定为 200mm。工作时通过轴 销同被拆装液压缸缸筒上的耳环销接在一起，从而实现耳座与被拆装液压缸的固定。 吴涛：液压缸拆装机机架设计 14 1 底板； 2 侧板 3.2 耳座 Fig.3.02 Ear Block 3.3 轴销设计 液压缸拆装机上有两个轴销，分别位于底板耳座和油缸耳座上，其主要作用是在液压缸拆装机工作时将被拆液压缸和机架固定在一起。底板耳座上的轴销用于底板耳座与被拆液压缸缸筒的固定，油缸耳座上的轴销用于将被拆液压缸活塞杆的耳环和油缸耳座的固定。 根据经验轴销选用 45 钢作为原材料，其结构如图 3.3 所示。为了使用的方便，操作的简单，两个轴销采用相同 的设计结构。轴销在使用的过程中需要和耳座配合使用且在结构设计上要求轴销与耳座之间采用间隙配合。因此，在满足强度要求和使用要求以及材料性能的前提下，两耳座的结构设计决定了轴销的结构设计形式。由底板耳座的结构设计可知，底板耳座两侧板的厚度为 15mm，两侧板之间的距离为 80mm，在耳座侧板上开有 40mm的通孔。在综合考虑各种因素的情况下结合经验确定轴销的中间轴采用 40mm长 120mm的结构设计。 轴销除了用于耳座上同被拆液压缸固定以外。在调节液压缸拆装机实际工作范围时，还起到固定支撑杆的作用。结合 支撑杆的结构形式，在轴销中间轴的两端各设计有直径为 30mm长为 55mm的台阶轴。 山东交通学院毕业设计 15 在台阶轴外端面 5mm 处开有 3.5mm 的通孔用于插开口销，从而保证轴销同支撑杆配合工作时的可靠性和安全性。 图 3.3 轴销 Fig.3.3 Shaft 3.4 外柱设计 一台液压缸拆装机有一对外柱，其主要作用是在工作时，支撑液压缸拆装机内柱、顶板、工作油缸以及承载工作压力与拉力的作用。 3.4.1 外柱结构设计特点 外柱是液压缸拆装机的基础构件，主要起支撑作用，在工作时受到压力和拉力两种作用力。其基本结构如图 3.4所示，主要由 1、圆筒 2、腰板 3、座板、 4、支撑板组成。 外柱通过螺钉和底座连接在一起，立于底座横板的两端。为了能使外柱能更好的同底座固定在一起以及液压缸拆装机拆装和装配的方便在外柱下端焊接有外柱座板 3，结合外柱和底座横版的尺寸，外柱座板使用 220mm 220mm 15mm 的方形结构并采用 Q235号钢为材料。参照用于连接固定外柱底座和底座横板的螺钉的结构在外柱座板的四个角的适当位置开有 14mm 的通孔。 由于外柱的的轴向尺寸较长，为了保证外柱在座板上焊接的稳定性，在座板和外柱之间设计焊接有四块支撑板 4，将 座板和外柱固定在一起。液压缸拆装机夹紧架间接固定在外柱上，考虑拆装机拆装范围内各种型号的液压缸结构尺寸为了方便被拆装液压缸的固定在外柱的下部距离外柱座板 385mm 处焊接有固定加紧架的第一块腰板 2，两腰板之间的距离根据加紧架的结构尺寸设计为 75mm。由于液压缸拆装机的工作范围为 200mm至 1000mm。因此，要求液压缸拆装的机架的高度具有伸缩性。根据功能要求，结构上采用内柱位于外柱上部并套接于外柱里边，从而实现内、外柱之间的相对运动。内、外柱之间采用销钉固定的方式来控制内外柱的相对位置，外柱上销钉孔大小为 35mm开在距离外柱顶端 250mm处的柱壁上。当内柱全部缩进外柱里边时液压缸拆装机能拆装行程为吴涛：液压缸拆装机机架设计 16 200mm的液压缸，为了保证液压拆装机的下限拆装范围，外柱的高度确定为 1640mm。 根据被拆液压缸的实际结构尺寸、液压缸拆装机设计的工作范围、材料的结构性能和尺寸、外形的简洁美观、操作使用的方便等多种因素。采用 Q235号钢外径为 121mm的空心圆筒外柱结构形式。工作时外柱承载的最大加载压力为液压缸拆装机的设计载荷10T，初步确定钢壁厚度为 6mm。以此为设计基础，并对外柱进行力学性能分析。 1 圆筒； 2 腰板； 3 座板； 4 支撑板 图 3.4 外柱 Fig.3.4 External columns 3.4.2 外柱强度校核 外柱属于直杆，主要受到内柱和底座的压力和拉力，对外柱进行力学性能分析时，只需校核外柱的强度，当强度符合设计要求时，外柱的其它力学性能均可满足使用要求，故其它力学性能可以不用校核。 液压缸拆装机工作时，当活塞杆上行时，活塞壁受到向下的压力，上顶板两端受到向上的支撑力NF，故机架内、外柱均受到向下的压力 F。根据外柱壁的实际受力情况画出外柱侧壁的受力模 型如 3.5所示，以此受力模型为依据对外柱进行强度分析。 山东交通学院毕业设计 17 图 3.5 外柱力学原理图 Fig.3.5 Mechanical schematic exterior columns 由强度校核公式 NFA （ 3.1） 根据以上公式对外柱进行强度校核。 由图可得 R=60.5mm， r=54.5mm， d=35mm故有 外柱壁的受力面积为： 22 2 ( )d R r A= R r 3 2 3 2 3 33 . 1 4 ( 6 0 . 5 1 0 ) 3 . 1 4 ( 5 4 . 5 1 0 ) 2 3 5 1 0 ( 6 0 . 5 5 4 . 5 ) 1 0 m m m 621 1 4 6 . 6 1 0 m 外柱壁的压力为 41 5 1 02 NF F F N 根据强度校核公式（ 3.1），外柱壁所受到的应力为 吴涛：液压缸拆装机机架设计 18 FA = 4625 1 01 1 4 6 .6 1 0Nm= 64 3 .6 1 1 0 Pa 43.61MPa 通过查询机械设计手册可知 Q235号钢的许用屈服力为 = 2 3 5 M P as 因为 4 3 . 6 1 = 2 3 5 M P asM P a 由以上结论可知外柱壁厚满足强度要求，外柱的结构形式设计合理。 3.5 内柱设计 内柱同外柱一样是液压缸拆装机的基础构件，其除起支撑作用外，还是调节内、外柱先对位置的重要构件。通过内柱在外柱内移动的方式改变与外柱孔销接的内柱孔，从而调节液压缸拆装机的实际工作范围。 3.5.1 内柱结构设计特点 一台液压缸拆装机有一对内柱，其结构如图 3.6 所示，主要由 1、圆筒 2、座板组成。内柱主要有三个作用，首先是调节液压缸拆 装机的实际工作范围。通过调节内柱和外柱销接的位置来改变液压缸拆装机的实际工作范围。其次是液压缸拆装机工作时承受压力和拉力。为了更好的保证两内柱在加载压力为 10T时能正常工作，两内柱采用了许用屈服压力为 235MPa的 Q235号钢为材料。最后是安装机架的顶板。 在结构上内柱套接在外柱里，因此内柱同外柱一样在结构上采用圆筒型的设计。工作的时候需要通过内、外柱的相互配合来调节液压缸拆装机的实际工作范围。依据外柱已知的结构形式，确定出内柱采用外径为 106mm 厚 6mm 的空心圆形钢管，结合液压缸拆装机设计的上限工作范围 1000mm 以及外柱的已知机构尺寸设计内柱的高度为1550mm。工作是通过内柱在外柱里的移动来调节液压缸拆装机的实际工作范围，因此，内柱在距离内柱座板 250mm 出开有第一个 32mm 的通孔，以此为基准，以 175mm为间隔依次向下联系开孔，一个内柱上开有 8同样的通孔。为了方便顶板和内柱的连接与固定以及液压缸拆装机的拆卸和运输，在内柱的结构上设计有一内柱座板。内柱座板的结构形式参照外柱座板的设计方原则，结合顶板的结构形式确定内柱座板的结构为 220mm220mm 15mm。内柱和内柱座板之间通过焊接的形式固定在 一起。为了将内柱和内柱底座焊接的方便和牢固，在内柱底座的中心开有 107mm深为 5mm的圆槽。 根据被拆液压缸的实际结构尺寸、液压缸拆装机设计的工作范围、材料的结构性能和尺寸、外形的简洁美观、操作使用的方便以及内柱同外柱的配合等因素，内柱采用 Q235号钢的空心圆筒的结构形式。结合液压缸拆装机的许用加载压力 10T，初步确定钢壁厚度为 6mm。以此为设计基础，并对内柱进行力学性能分析。 山东交通学院毕业设计 19 1 圆筒； 2 座板 图 3.6 内柱 Fig.3.6 Interior columns 3.5.2 内柱强度校核 内柱同属于直 杆，在工作时主要受到来自顶板和外柱的压力和拉力，在进行力学性能校核时，只需校核其强度即可。 该液压缸拆装机以 10T为理论设计载荷，当液压油缸的活塞杆像下运动时，液压油缸的缸筒和机架顶板受向上的拉力，根据力的传递性，两内柱同时受到向上的拉力，当液压油缸的活塞杆像上运动时，同理可推出两内柱受到向下的压力。以内柱受到压力时的实际受力情况画出内柱的受力模型如图 3.7 所示，以此受力模型为依据对内柱进行强度校核计算。 吴涛：液压缸拆装机机架设计 20 图 3.7内柱受力模型图 Fig.3.7 Mechanical schematic of cylindrical 根据强度校核公式 3.1对内柱进行强度校核 由图可得 R=53.5mm， r=47.5mm， d=32mm故有 内柱壁的受力面积为： 22 2 ( )d R r A= R r 3 2 3 2 3 33 . 1 4 ( 5 3 . 5 1 0 ) 3 . 1 4 ( 4 7 . 5 1 0 ) 2 3 2 1 0 ( 5 3 . 5 4 7 . 5 ) 1 0 m m m 621 5 1 8 . 8 4 1 0 m 内柱壁的压力为 41 5 1 02 NF F F N 根据强度校核公式（ 1.01），上侧壁所受到的应力为 NFA = 4625 1 01 5 1 8 .8 4 1 0Nm= 63 2 .9 2 1 0 Pa 32.92MPa 通过查询机械设计手册可知 Q235号钢的许用屈服力为 = 2 3 5 M P as 因为 3 2 . 9 2 = 2 3 5 M P asM P a 由以上结论可知外柱壁厚满足强度要求，外柱的结构形式设计合理。 山东交通学院毕业设计 21 3.6 顶板的设计 顶板是机架的主要部件之一，其结构如图 3.8 所示，主要有 1、 横板 2 侧板组成，侧板通过焊接的方式固定在横板的两侧。 顶板的主要功能是固定并支撑压缸拆装机的液压油缸，液压缸拆装机工作时承载加载压力。顶板的两端由螺钉与内柱的座板固定在一起，液压油缸通过螺钉连接固定在顶板横板的中间位置。 顶板的结构形式由其功能和与之配合的各部件决定。顶板的的中间位置需要安装液压油缸。因此，在顶板横板的中间位置开有通孔，通孔的结构形式安装在其上的液压油缸的结构尺寸确定为 122mm。 液压油缸固定在顶板横板上，液压缸拆装机工作时顶板将承担液压缸拆装机的工作加载力。因此对顶板的力学性能有一定要 求，为了保证顶板在液压缸拆装机加载最大加载压力 10T时，横板不会产生过度的弯曲变形，继而影响液压缸拆装机的正常工作。在结构设计上顶板横板两侧焊接有结构为 1110mm 15mm 50mm 的侧板用于加强顶板底板的力学性能，从而在结构上保证顶板的力学性能。 顶板横板的结构和功用同底座横板类似，横版的其他形状结构形式依照底板横板的设计原则进行设计，确定出顶板横板最终的结构形式采用 1110mm 220mm 15mm。顶板横板上在需要同内柱座板和液压缸进行螺钉连接的部位均车有 M12的螺纹孔。 1 底板； 2 侧 板 图 3.8 顶板 Fig.3.8 Roof 吴涛：液压缸拆装机机架设计 22 3.7 侧壁插销设计 3.7.1 结构设计特点 一台液压缸拆装机上有两个侧壁插销，其主要作用是将内柱和外柱销接在一起，使内柱不能在外柱里产生相对位移，从而确定液压缸拆装机的实际工作范围，分别位于两内、外柱的销接处。外柱和内柱的销接口在结构上均设计为圆形。其圆形销口分别为 35mm和 32mm。在结构设计上，侧壁插销和内柱的销孔采用的间隙配合。由此可以确定侧壁插销工作部件的结构尺寸为 32mm，长度根据外柱的外径尺寸确定为 135mm。考虑到销钉外形的简洁美观 和使用的方便性，设计侧壁插销盖的直径为 45mm。侧壁插销的总长度设计为 150mm。为了保证侧壁销钉工作时安全性，侧壁销钉的工作部位距离端面 7mm处开有 3.5mm 的开口销孔，用于插开口销。侧壁插销的结构如图 3.9示。 图 3.9 侧壁插销 Fig.3.9 Wall plug 3.7.2 侧壁插销强度校核 侧壁插销位于内、外柱的销接处，主要受到内、外柱的剪切力 F 。对侧壁插销进行力学性能分析时，只需要考虑其受到的剪切力。在液压缸拆装机加载压力为 10T时，要求校核侧壁插销在内、外柱剪切力下满足强度要求。根据经验侧壁插销应选用以 45 号钢为材料。 根据侧壁插销的实际受力情况画出侧壁插销的受力模型如图 3.10 所示，以此受力模型为依据进行切应力分析并进行强度校核。 山东交通学院毕业设计 23 图 3.10 侧壁插销受力图 Fig.3.10 Wall by trying to pin 由许用应力校核公式 sFA （ 3.2） 根据以上公式对侧壁插销进行切应力校核。 由平衡方程容易求出 41 2 . 5 1 04sF F F N 由图可 知 R=16mm 则侧壁插销横截面为 2 3 2 6 23 . 1 4 (1 6 1 0 ) 8 0 3 . 8 4 1 0mm A= R 根据剪切力校核公式（ 3.2），侧壁插销受的切应力为 4 6622 . 5 1 0 3 1 . 1 0 1 0 3 1 . 1 08 0 3 . 8 4 1 0sF N P a M P aAm 通过查询机械设计手册可知 Q235号钢的许用屈服为 =282M Pa 因为 3 1 . 1 0 = 2 8 2 M P aM P a 吴涛：液压缸拆装机机架设计 24 由以上结论可知侧壁插销满足材料的剪切力要求，侧壁插销的结构形式设计合理。 3.8 油缸耳座设计 油缸耳座在液压缸拆装机上同工作液压缸的活塞杆通过螺纹 连接在一起，其主要作用是配合轴销共同固定被拆液压缸活塞杆耳环。 油缸耳座的结构如图 3.11所示，主要由 1、圆柱 2、隔板 3、侧板等组成。油缸耳座圆柱主要用于同油缸螺栓联接。根据设计的最大加载压力通过查表确定采用缸径100mm的液压缸，由液压缸活塞杆端部的螺纹尺寸确定出使用 80mm高 80的圆柱结构，并在圆柱内部车有 M42 2.5的内螺纹，用于同活塞杆的联接。 侧板是油缸耳座的的重要构件，其结构形式主要由轴销和可拆装的最大液压缸活塞耳环决定。轴销和油缸耳座在设计上要求采用间隙配合，通过肩梯销的结构设计已 知道轴销中轴的外形尺寸为 40mm。由此确定出两侧板上的通孔尺寸为 40mm 且两侧板内壁相距 80mm。结合可拆装的最大液压缸活塞杆耳环的结构形式和尺寸以及实际经验和考虑到结构的简单美观以及使用的方便性等因素。有缸耳座侧板在结构尺寸上采用下方上圆的结构形式，具体的形状位置尺寸见图纸 YCJ-010503。 为了便于圆柱和侧板更好的联接固定。在两者之间焊接有 110mm 110mm 的隔板。圆柱立于隔板中心焊接在隔板的一面同时两侧板以齐边的方式焊接在隔板的另一面。 1 圆柱； 2 隔板； 3 侧板 图 3.11有缸耳座 Fig.3.11 Cylinder Block ear 山东交通学院毕业设计 25 4 使用说明 （ 1）调节液压缸拆装机的实际工作范围 根据被拆装的液压缸的实际尺寸，判断液压缸拆装机实际工作范围是否适合，若能满足使用要求，继续使用，若不能满足要求则需调节液压缸拆装机的实际工作范围。具体调节方法如下：启动液压动力系统驱动液压缸拆装机的液压缸活塞将油缸耳座移动到合适的位置。用调节杆将两耳座上的轴销连接在一起并固定好。再次启动液压动力系统并控制液压缸拆装机活塞杆动作将机架上部稍微顶起，然后将液压动力系统切换到保持位置。取下内、外柱上的侧壁插销 。根据被拆装液压缸的实际尺寸通过液压动力系统驱动液压缸活塞运动，带动内柱在外柱内移动，从而改变内柱与外柱对齐的通孔。以此来调节液压缸拆装机的实际工作范围至方便液压缸的拆装，实际工作范围调节完成后，将侧壁插销插入将内外、柱固定。取下调节杆，液压缸拆装机的实际工作范围调节完毕。 （ 2）安装固定液压被拆装液压缸 将被拆装液压缸以活塞杆向上的姿势，从上方装入液压缸拆装机的两外柱和加紧架之间，并且将被拆装液压缸缸筒上的耳环装入耳座的两侧板之间。通过轴销将被拆装液压缸缸筒上的耳环和液压缸拆装机的耳座固定在一起。旋转夹紧 架上的固定抓手将被拆装液压缸的上部缸壁夹紧固定。正确固定好的被拆装液压缸应该满足以下两点。一是，被拆装液压缸活塞杆的轴线垂直于水平面；二是，被拆装液压缸活塞杆的轴线和液压缸拆装机液压油缸活塞杆的轴线应该在同一直线上。 （ 3）检查被检修液压油缸的好坏 启动液压系统，平缓地加载相应的工作压力，保持工作压力一段时间，查看被检修液压缸的工作状况，并通过被检修液压缸的工作状态从而判断被检修油缸的好坏。 若被检修油缸工作压力正常，则被检修油缸正常可以不用检修，送回机械安装继续使用。如果被检修油缸已坏。根据液压缸的工作状 态和故障现象对故障原因和部位进行初步判断，为液压缸的下一步检修工作做好准备。如果事先知道被检修的液压