毕业设计（论文）-缓冲液压缸的结构及控制系统设计

1、缓冲液压缸的结构及控制系统设计摘 要:本文讲述的是缓冲液压缸的结构及控制系统的设计。液压传动在实际运用中是现代传动方式中最基本的的传动方式之一，液压传动被广泛的应用于各行各业之中，如机械，汽车，军用等领域。在液压传动之中最主要的执行元器件之一的是液压缸，然而当液压缸承受较大的外部载荷较大从而使活塞杆以较高的速度运动到行程末端的时候，往往会与端盖产生碰撞，从而有很大的冲击力和振动，带来零部件的损坏或者使液压缸失去原有的工作效能。因此为了避免或者减少这种冲击力和振动，常常会在液压缸之中加上许多的缓冲装置，来缓解冲击。本文首先介绍缓冲液压缸的结构以及发展的动向，然后介绍常见的液压缸的种类以及型号并且

2、阐述结构的选择，从而对液压缸进行设计计算以及校核。由于机电一体化技术在当今发展速度，液压传动技术与电控技术以及机械技术的联系越为的紧密。本文采用solidworks对缓冲液压缸进行三维结构的绘制。关键词：液压缸、活塞杆、缓冲装置全套图纸加扣 3346389411或3012250582IStructure and control system design of cushion hydraulic cylinderAbstract：This article is about the buffer hydraulic cylinder structure ,the control system i

3、s also introduced.hydraulic transmission is widely spread in all walks of life, such as machinery, automobile, military and other fields in the execution of the main components of hydraulic transmission is one of the hydraulic cylinder, however, when large hydraulic cylinder under external load so t

4、hat the piston rod with high speed movement by the end of the trip time, often a collision occurs with end cover, which has a great impact and vibration, bring damage to parts or make a loss of hydraulic cylinder work efficiency Therefore, in order to avoid or reduce the impact and vibration, many b

5、uffer devices are often added to the hydraulic cylinder to alleviate the impact.This article first introduces the buffer of hydraulic cylinder structure and the development trend, and then introduces the common types of hydraulic cylinder .Introduce the model and structures choice. So that the hydra

6、ulic cylinder design calculation and check the electromechanical integration technology in today's development speed, hydraulic drive technology and mechanical technology of electronic control technology and the link to close this article of the buffer hydraulic cylinder by solidworks three-dime

7、nsional structure drawing.Key words: hydraulic cylinder, piston rod, buffer device目录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 液压传动的起源及其意义11.2 缓冲液压缸的发展及动向11.3 液压缸缓冲装置的介绍21.4液压缸结构的介绍52 主要参数的设计计算62.1设计准则与步骤62.1.1设计原则62.1.2设计的步骤72.2主要参数的设计73 主要零部件的计算113.1缸筒的设计计算113.1.1缸筒的结构113.1.2缸筒内径的计算113.1.3计算缸筒的壁厚113.1.4 对缸筒壁厚进行验算123.

8、2 活塞杆的设计计算133.2.1活塞杆的结构尺寸133.2.2活塞杆强度的计算153.3活塞的设计计算153.3.1活塞163.4缸盖与缸底的设计163.4.1缸盖要求的简述163.4.2液压缸缸盖、缸底厚度的计算173.4.3缸盖材料的选择174. 运动仿真以及力学仿真184.1仿真软件的介绍184.2 运动仿真184.3应力仿真215. 液压系统的设计225.1液压系统原理图225.2液压元件的选用225.2.1选定液压泵的型号并且计算电动机功率225.2.2选则液压元件235.2.3液压系统的使用要求246. 电控系统的设计266.1电控系统软件介绍266.2油缸电器原理图276.3设

9、备控制系统的主要参数276.4梯形图287. 结论30参考文献31致 谢32IV1 绪论在如今发展快速的现代科学技术之中，液压传动与传统的机械传动来比较是一门相对于较新的传动技术。而作为液压传动中的执行元器件之一的液压缸又是液压传动必不可少的元件，本次设计为缓冲液压缸的结构及其控制系统的设计，在此我们首先了解一下与液压传动相关联的一些消息。1.1 液压传动的起源及其意义液压传动和传统的机械运动相比较，是一门较为新颖的传动技术。液压传动与控制是人们长期的生产实践中逐渐吸取总结并发展出来的一门实用的传动技术。由于液压传动所具有的独特的优越性，下到民用上到国防，从一般传动精度到很高的控制系统，都有着

10、非常广泛的运用1。液压传动有很多的优点，速度的调节相对容易，可以实现较大范围内的无级变速，整个液压系统的结构布局较为灵活，适应性相对较强；且工作平稳，使用寿命一般较长。目前液压与气压传动技术与新的技术成果密切联系、结合，比如说自动控制技术，计算机技术等等，使得传统的技术有了新的提升。但是目前与国外的技术设备来比较依然有非常大的差距。这些差距主要体现在以下方面：产品的技术含量低，且拥有的自主知识产权比较少。只要加快速度克服这样的状态，克服这一类型的重大挑战，我们国家的液压技术就能获得极大的提升。目前我国国内的液压系统为了达到高效率，高速这个要求，很多厂家能够生产出较高性能的控制元件，动力元件，储

11、能元件以及密封性能较好的密封用的格莱圈，高频响的电液转换器，低阻力的导向环等，这些都为提高液压系统的速度奠定了良好的基础2。缓冲液压缸的装置种类有非常多，但是效果确实各不相同的。目前的常见的液压缸缓冲装置实质上是利用“非完全冲击”来削弱机械冲击的3。这里所说的非完全冲击并不是指的完全阻隔断液压回路，而是使液压油的回流面积改变，从而使液压缸的瞬时冲击力可以控制在一定的范围之内。让活塞杆在运动过程中的动能转化成为热能，并且跟随液压油流出到液压系统的外部，以此来达到节流缓冲的目的。在液压回路系统中增加安装缓冲装置可以根据工况的不同在一定程度上做适当的调整，但是这样做的话会增加经济负担提高成本。理想当

12、中的液压缸缓冲装置是既没有速度突变也没有加速度突变4。由上可知，为了使液压系统的性能在较高速度的条件下能够得到有效的提升，合理设计一个缓冲液压缸的结构，使得液压系统具备较好的缓冲性能和低的经济成本是一件很重要的事情。1.2 缓冲液压缸的发展及动向液压系统的工作效率以及生产液压系统中的各部分元器件的成本是密切相关的，与其生产公司在市场上的地位也密不可分，可谓是重中之重，因此液压系统的高效性一直被当做液压工作研究的的重心。而想要提高液压系统的效率就必须配有相应的缓冲装置作为基础，近年来关于液压缸端部的缓冲装置的研究已经取得了非常大的进步了。张福臣针对液压缸缓冲，提出了一种抛物线回转面的设计方法，仿

13、真分析证明其缓冲效果较为理想，并且这种抛物线回转面缓冲柱塞在结构上具备很好的工艺性，加工较为方便，活塞缓冲过程中，速度匀速减小，并且达到端点时速度降为零，且仅产生柔性冲击5 。 陈升介绍了一种新型组合式节流缓冲装置，结合弹簧缓冲和节流缓冲两种形式，通过缓冲滑套节流小孔的变节流面积缓冲和弹簧缓冲的共同作用，一起完成节流缓冲的过程6。并且该装置稍加修改可达到自由调节缓冲行程的功能。薛小伟介绍了一种高速液压缸缓冲装置设计，该装置采用多孔挡块来近似实现理想瞬时缓冲节流面积，经过仿真，该装置能获得理想的缓冲效果。这种缓冲装置的关键部位为多孔挡块，且加工十分方便。采用多孔挡块为缓冲装置时，能使活塞速度平稳

14、的降到预定值，缓冲过程中压力较小，且缓冲压力作用在挡块与活塞之间的腔内7，能够有效减小缸壁所受的缓冲压力。根据应用场合的不同，可以调整更换挡块的结构尺寸或结构形式，以实现最佳缓冲效果。总结来说，目前国内学者对液压缸缓冲装置有了较为深入的研究，在对传统液压缸缓冲方式存在的不足之处继续深入优化的同时，也尝试了各种新型的液压缸缓冲方式，并取得了一定的成就。如今机电一体化发展迅速，大多数都用或者计算机等来控制，如（Pulse Width Modulation）控制、（Pulse Code Modulation）控制等，使得性能更加好8。1.3 液压缸缓冲装置的介绍液压与气压传动系统按照它的功能来分类，

15、大致可以分为以下五个部分；动力元件、控制调节元件、执行元件、辅助元件以及工作介质。上面讲到的物种液压元器件中，动力元件在液压系统之中是提供能源的设备。液压缸是液压系统中最基本的执行件，目的是让机构运动做功，液压缸有很多的种类。当液压缸推动部件以较高速度进行运动时，会使得活塞产生很大的冲击，对端盖造成严重的影响，更为严重则可能会导致液压元件的损坏以及系统的失效。其中液压缸缓冲装置是根据油液体的流动特性以及液体的不可压缩性来实现其功能的，目前运用在液压缸上的缓冲装置主要分为以下两种类型的缓冲设备。1. 机械缓冲 一般情况下，机械缓冲大多数都是通过缓冲弹簧来实现缓冲的效果的。但是缓冲弹簧的缺点尤为显

16、著，虽然它能够承受范围较大的冲击力，可由于弹簧本身的固有性质，容易震荡，所以通常在机械缓冲中不会独自使用缓冲弹簧，都是与其他缓冲装置相配合。2. 液压缓冲在运行到缓冲阶段时，缓冲腔迅速升压，导致液压缸油腔内的脉冲压力较高，这样子很大概率上有造成密封件以及液压系统损坏的风险。随着现在对液压缸的运动速度和推动物体的质量的要求越来越大，尤其是在高速以及推动大质量的负载的情况之下，液压缸的缓冲装置的结构的合理运用就显得尤为重要了。在通常情况下，活塞杆的速度不小于时，就需要在液压缸的缸筒末端装配上缓冲装置从而进行缓冲了9。液压缸缓冲效果的好坏不能单独考虑其中一个方面的好坏，需要全面性、综合性的考虑。如从

17、内外缓冲装置的形式、结构尺寸，环境条件，外负载等方面。在实际运用中，要根据不同的工作环境、情况，去合理的设计液压缸缓冲器是一个很好的研究方向。通常所见的液压缓冲结构有以下两种：（1）环形间隙（2）节流孔式。其中不能使液压缸缓冲时候的速度得以改变的结构称为环形间隙这一类型的缓冲器。而另外一种能够使得缓冲时的速度在一定程度内得到调节的装置称之为节流孔式的缓冲器。这两种类型的装置的共同特点是结构简单，体积小，应用广泛。常见的环形间隙节流器有以下几种：图1.1环形间隙缓冲装置1缓冲套 2空腔 3缸盖图1.1中所示的是圆柱环隙节流缓冲器，这种缓冲器的结构简易，容易加工生产，成本低廉。当该装置刚刚进入缓冲

18、阶段时，活塞杆的运动速度明显下降，导致液压缸内的冲击，它会在缓冲腔造成巨大的压力脉冲。图1.1所示为圆锥环隙节流缓冲器。当该装置刚刚进入缓冲阶段时，与图1.1所示的缓冲器一样，一样会在产生液压脉动。与中缓冲器相比较而言，1-1b中的缓冲器产生的脉动幅值比较小，所以有着更加良好的缓冲能力。图1-1中所示的液压缸内部的活塞是复合型的活塞，活塞内装的缓冲套能够左右运动，活塞杆左移时，活塞内部的弹簧则向右运动，顺带使得缓冲套右移。由于是间隙配合，油液只能通过活塞与缸筒直接的缝隙，流进活塞内；当活塞杆右移靠近与缸底紧贴时，通过间隙回流，从而实现缓冲效果。图1-1与相同都是圆柱环隙缓冲器，与的不同之处在于

19、缓冲套与空腔互换了位置，腔在活塞上，圆柱在缸底。常见的节流缓冲装置有以下几种：图1.2节流缓冲装置1缓冲套 2缓冲腔 3油道4节流阀 5油口 6单向阀 7缓冲阀板上面这五种缓冲装置是在缸的外部进行调节，也就是在缓冲腔与排油口间通过设计安防节流阀或者其他的调节控制设备，从而进行节流，以便达到缓冲的目的10。上图中，图1.2所示的缓冲结构是节流阀型。这种装置是可调节缓冲过程，通过改变4的螺杆的位置可以使阀的开口大小得以调整，进而使活塞杆的速度在缓冲过程时能够得以有效的控制，当液压缸反向运行时可以通过6使液压缸的启动速度得以提升。图1.2所示的缓冲装置是笛孔型缓冲器。这种缓冲器在进入缓冲过程时，随着

20、活塞杆的不断深入，缓冲腔里的油液进入回油路上的节流小孔数目逐渐变少，进而起到缓冲的效果10。图1.2所示的缓冲装置是缸盖筒内壁设有孔组的缓冲器。这种缓冲器的缓冲方式和阶梯环隙节流型的差不多，通过活塞逐个遮挡住缸盖筒内壁上的孔组来达到缓冲效果。图1.2所示的是孔板型缓冲器，其中，在缓冲阶段，弹簧起到了一定的效果，强化了它制动、缓冲的性能。图1.2所示的缓冲装置是阀板型缓冲器。当活塞杆向右移动并接近端盖时，如图7所示的阀板向右移动并紧贴最终覆盖端盖，缓冲腔中的油只能从7中的小孔流回油路，从而达到缓冲的效果。1.4液压缸结构的介绍常见的液压缸类型有以下几种，如图1.3所示：图1.3液压缸的分类根据设

21、计任务的要求，在这选用单活塞杆单作用的缓冲液压缸。这种结构的液压缸的活塞杆只有一端从缸中伸出。下图1.4所示为单作用液压缸的示意图。图1.4单作用单活塞杆缓冲液压缸这一种缓冲液压缸的活塞杆只装在活塞的一侧处，因此在活塞两边的密封空间内部的有效的工作的面积有所差别，所以活塞杆做往复运动时遭受的作用力以及速度也有差别，被推出时候的作用力相对而言比较大，因此伸出速度比较慢。受力拉入时，承受的作用力相对之前来说比较小，从而缩回的速度比较快。所以说单活塞杆液压缸是缓冲液压缸当中所选用的最多的一种液压缸。2 主要参数的设计计算2.1设计准则与步骤2.1.1设计原则在液压缸的结构选定完以后，还需要计算过程。

22、一般情况下，常需要根据下述的几个设计准则来进行设计。.确保设计的结构能满足要求中的行程，作用力等；.确保各个部分的零件都具备满足工作要求的强度和寿命等；.尽可能的减少液压缸的尺寸大小，在满足液压泵的供油压力以及流量的前提下；.为了避免活塞杆发生纵向弯曲变形，因此尽量使得活塞杆在工作的时候承受拉力的作用；.应该要尽可能的使得缓冲液压缸不要承受侧向载荷；.应尽量使得缓冲液压缸的轴向与运动的方向相同；.提高液压缸的刚性，尽可能的不让长液压缸活塞杆在伸出的时候下垂；.要确保液压缸每一个部分的密封件的性能可靠，降低其泄漏，减少其摩擦；下列中表2.1是缓冲液压缸结构主要参数的参考图： 表2.1液压缸主要参

23、数缓冲液压缸的公称压力系列0.63、1.0、1.6、2.5、4、6.3、10、16、25、31.5、40.0缓冲液压缸的内径系列8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、（90）、100、（110）、125、（140）、160、（180）、200、（220）、250、320、（360）、400、450、500活塞杆直径系列4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、活塞杆行程系列第一系列25、50、80、10

24、0、125、160、200、250、320、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、第二系列40、63、90、110、140、180、220、280、360、450、550、700、900、1100、1400、1800、2200、2800、第三系列240、260、300、340、380、420、480、530、600、650、750、850、750、850、950、1050、1200、1300、1500、1700、1900、2100、2400、2600、3000、3400、38002.1.2设计的步骤在设计缓冲液压缸结构的时候，应该要灵活的依照已经确定

25、或者给定的条件选择合理的设计步骤，多次进行计算确定。通常情况下可以根据以下步骤进行设计选择：考虑到缓冲液压缸结构的承载能力，在根据液压缸上负载的变化，提供所需的动力参数。分析工作状态。如根据动作要求，设计合理的结构。 2.2主要参数的设计主要的参数是活塞的直径和缸筒的内径。下述是本次设计给定的参数条件；缓冲液压缸的就是它的工作压力=16MPa，油缸最大推力120kN,活塞杆伸出速度为=50mm/s,行程mm公称压力指的是在单位面积上油液所作用产生的压强它是缓冲液压缸在长时间的工作情况下所需要承受的压力，应该接近或者符合下表中所规定的数值。为了方便液压元件的选择以及设计管路，于是我们在在液压系统

26、之中，将压力设定为以下几个等级： 表 2.2 缓冲液压缸的结构压力分级级别压力范围/MPa低压02.5中压>2.58中高压>816高压>1632超高压>32 式中：作用在活塞上的载荷，；活塞的有效工作面积，；从上面的式子可以看出，由于负载的存在，我们需要一个压力测量系统，因此建立了压力值体系，在同一活塞上的有效工作区域需要更多的力来克服负荷，也就侧面反映出其承受的载荷越大。 接来下我们根据给定的条件来计算内径D和活塞杆直径d。图2.1 缓冲液压缸参数计算简图单位时间内流过缸筒有效截面的油液的体积称为输入流量Q，且有： 所以系统流量Q可以按下式计算： 式中： 输入流量，；

27、 液压缸伸出速度，； 缸无杆腔面积，;根据系统压力和油缸负载计算D： 式中：油缸内径，；油缸最大推力,； 系统工作压力。其中油缸最大推力kN，系统工作压力。带入上式得=0.098，取标准缸径100。 下面我们确定活塞杆的直径：活塞杆承受着多种作用力包括但不限制于拉力、压力等。对于单作用单活塞杆的缓冲液压缸，它一定要具备满足工作环境所需要的的刚度和强度，缓冲液压缸的活塞直径能够由往复运动速比来确定。公式如下所示: 式中:缸筒内径，m.速比；首先我们来下计算速比9，由上面的式子可以知道：缓冲液压缸的活塞的往复运动时间的速度之比： 之所以计算速比，主要的目的是为了确定活塞杆的直径，为了防止因为过大的

28、背压或者因为活塞杆太细而导致液压缸的稳定性能太差，因此速比的选取不宜太大，也不宜选择的太小。可以参考下表2.3选取合适的速比；表 2.3速比范围公称压力/MPa1012.520>20速比1.331.46,22因为我们知道公称压力为16,因此我们选定速比为=1.46。根据压力的数值，按表2.4来选取的值，下表中的值是根据缸径、速比确定的，可以用来作为参考。（表中的括号里面的是非标尺寸）。表 2.4缸筒内径值缸筒内径D/mm速比21.461.331.251.15d/mm402822201814503628252218634536322822805645403628(90)(60)504540

29、321007056504536(110)80(60)5650401259070(60)5645(140)1008070(60)50缸筒内径D/mm速比21.461.331.251.15d/mm(150)(105)(85)(75)(65)5616011090807056(180)1251009080632001401101009070(220)1601251101008025018014012511090(280)200160140125100320220180160140(115)400280220200180(145)如果对于缓冲液压缸没有速比的要求，也能够由缓冲液压缸的推力以及拉力来选择参

30、数值，参照上表确定、值；也可以按下式初步选取值： 通过计算得出的初部计算结果为56.13mm，计算出活塞杆直径后 按照表 1的尺寸系列进行圆整并较核其稳定性确定活塞杆直径=56mm。综上所述本次设计工作压力为16Mpa，油缸最大推力为120kN，活塞杆伸出速度为50mm/s，行程1m，缸筒内径为100mm，活塞杆直径56mm。3 主要零部件的计算3.1缸筒的设计计算3.1.1缸筒的结构缸筒与缸盖、活塞等部件连接成密闭的腔室。对缸筒进行设计时，必须使其有足够的强度刚度，还需要满足设计的条件要求。而且，缸筒与活塞之间的配合，需要足够的精度来保持其密封性，因为他们两者之间的相对运动需要能够自由滑动。

31、选用圆筒状作为缸筒，这样的结构不仅受力均匀且节省材料 而且便于加工装配，所以应用最普遍 一般的缸筒结构如图3.1所示。 图3.1缸筒结构示意图3.1.2缸筒内径的计算在实际设计中 一般情况之下需要根据已经给定的工作压力、要求的作用力或者工作速度来计算缸筒的内径，对于来说它的工作是以推力为主的11。因此可以按照下面的公式进行设计计算： 式中 ：缸筒内径,;推力，;压力，;根据上式同样我们可以求出的缸筒的内径为98，圆整后选择标准尺寸为100。3.1.3计算缸筒的壁厚 式中：缸筒材料强度要求的最小值缸筒外径公差余量，； 为腐蚀余量，。 ，根据估计实际经验/D在于0.09-0.15之间所以选择当/D

32、=0.08-0.3时，可以用下面公式= 油缸当中，无杆腔中油液的工作压力为21，溢流阀承受的工作压力为16，有杆腔的工作压力按16计算。当计算缸筒的壁厚时，需按1.5倍压力计算： 至此可求得： ，则外径 3.1.4 对缸筒壁厚进行验算应该对最后所选用的缸筒壁厚进行以下验算： 式中与此同时额定工作压力也应该要和完全塑性变形压力存在一定的比例范围，从而避免产生塑性变形 此外尚需缸筒径向变形应该在允许范围内 上式中45号钢的 到此为止缸筒壁厚满足工作的要求，能够满足正常的工作条件，验算完成。3.2 活塞杆的设计计算3.2.1活塞杆的结构尺寸活塞杆一般情况下可以分成实心杆和空心杆两种不同的结构，下图中

33、所示的是目前采用最多是的实心活塞杆。这种活塞杆的特点是的强度高，而且制造简单，这次设计中所选用的的活塞杆就采用这种活塞杆。如图3.2所示：图3.2实心活塞杆活塞杆的基本尺寸计算。根据要求的不同，应该按照不同的方法进行活塞杆的计算。对于缓冲液压缸的活塞杆的计算我们可根据前面求的速比来求，公式12如下： 式中：活塞杆直径，；缸筒内径，；往返速比。有=100，=1.46我们可以求得=56.13。圆整后再根据下表选取合适的活塞杆标准直径值=56。表3.1活塞杆的直径系列（） ()41845110280 20501263206225614036082563160400102870180123280200

34、1436902201640100260一般活塞杆的直径应选用上表3.1的标准尺寸，并由此来确定活塞杆的长度，行程应尽肯的根据表2.1中所给出的标准尺寸，本次设计我们给定的行程为1000mm,根据行程我们可以由计算得出活塞杆的长度为1253mm。在查阅资料以后我采用螺纹连接的方式连接活塞与活塞杆，由图3.3所示：图3.3 连接方式3.2.2活塞杆强度的计算在稳定的工况下，只承受轴向拉力或者推力，则就可以用下列公式直接计算活塞杆的强度： 式中：活塞杆的作用力，；活塞杆的直径，；材料的许用应力，；由于是由活塞杆的材料决定的，因此我们首先来选用活塞杆的材料。活塞杆最常用的材料是35、45钢等中碳钢材料

35、，由于活塞杆承受较大的载荷，因此在此次设计中选取45钢。活塞杆通常以棒料作为毛坯来进行加工，如果选用冷拉棒材作为加工的毛坯材料的话，就可以留少量的加工余量甚至不留加工余量。冷拉棒材的常用规格标准可以参考。为了提高活塞杆的机械性能，也经常使用锻造毛坯来作为冲击振动条件下的活塞杆。此次我们采用45钢作为活塞杆的材料，然后对其进行调质处理。中碳钢调质处理之后的许用应力一般为400Mpa。带入上式得： 所以由此得出，缓冲液压缸的活塞杆满足强度要求。 3.3活塞的设计计算液压缸的作用力以及运动速度会受到活塞的有效工作面积的直接影响。应该采用精度较高的间隙配合作为活塞与缸筒之间的配合方式，这是因为活塞在缸

36、筒中做往复直线运动，这样会与缸筒的内壁发生摩擦。要是配合的间隙太大的话，不但会导致液压缸内部产生泄漏，使得容积效率变差，而且会导致密封件的破坏速度变快。在活塞的设计选用时，为了避免活塞磨损，导致液压力过大将密封件挤入间隙之中。从而使密封件遭到破坏，由于这个原因，所以要采取办法试着去的改善活塞的耐磨性。以使活塞磨损降低的目的出发，尽可能的让活塞的最大运动速度低于 ，活塞的最大接触压力小于，以至于有效的改善活塞的耐磨性能。3.3.1活塞可以由密封装置的形式来确定活塞的结构形式，并且根据活塞的工作条件反过来选用合适的密封装置。一般的活塞具有两种结构类型，整体式以及组合式。在大多数情况下采用整体式活塞

37、结构，它在活塞的圆周上开设沟槽，装上密封圈，结构相对而言比较简单。活塞可以拆下以及安装，通过螺纹与活塞杆进行连接，应用的范围也比较广泛。它的结构示意图如图3.4所示：图3.4螺纹连接3.4缸盖与缸底的设计3.4.1缸盖要求的简述缸盖与缸底是安装在液压缸的两侧处，与缸筒紧密连接构成密闭的油腔。在单活塞杆的缓冲液压缸里面，没有活塞杆的一侧的缸盖也称之为缸底。与缸盖、缸底相连接的部分，都应该具有足够的强度，使之能够满足工作的要求。在设计缸盖时，由于它的结构对缓冲液压缸有很大的影响，例如（工作性能、工艺过程等）因此在设计缸盖的结构形式时，要使得它的强度能够满足工作要求，同时工艺性能也要比较好。按照连接

38、方法的不同，根据的工作条件，缓冲液压缸的缸盖可选择螺纹连接的形式。这是一种安装拆卸方便，连接性能可靠的固定连接方式，应用范围广泛。3.4.2液压缸缸盖、缸底厚度的计算通常选则平底的结构类型作为液压缸的缸底，依照它的强度要求计算其有效厚度。无孔缸盖： 有孔缸盖： 式中：缸盖有效厚度，；缸盖止口内径，；缸盖孔直径，；试验压力，；缸筒材料的许用应力，。通过上式计算取得缸盖的厚度为100，缸底的厚度为79。3.4.3缸盖材料的选择缸盖常用钢、钢的锻造件或者铸造毛坯，也可以使用灰铸铁2040，灰铸铁2547，灰铸铁3054等型号。端盖的技术要求有以下三点：（1）缸盖内孔尺寸公差一般取、。光洁度不低于6。

39、（2）缸盖内孔与缸盖止口内径的圆度误差、圆柱度误差不大于直径公差的一半。（3）缸盖内孔与缸盖止口内径的圆柱度误差不大于0.03。 4. 运动仿真以及力学仿真4.1仿真软件的介绍随着现代计算机技术的发展，如今仿真软件有很多种，不仅有，等专门的仿真软件，而且很多三维绘图软件也自带了仿真的插件，这次设计我们采用的是SolidWorks中的仿真插件部分。4.2 运动仿真此次仿真我给定的力为150KN，活塞速度为50mm/s。主要是模拟活塞杆的伸出与缩回，查看其运动的过程。下面两张是运动过程的截图。图4.1初始阶段图4.2完全伸出阶段此次仿真我设置的总的运动时间为80秒，一共有四个来回。图4.3 4个来

40、回的速度图示图4.4数据图图4.5位移分析图图4.6速度分析图图4.7加速度分析图图4.8猝动分析图从上面的图中可以分析得出此次设计的液压缸确实是具有一定的缓冲效果的。4.3应力仿真此次仿真分析总运动时间设置为80秒，总共经历4个来回，以下应力分析图是选取了其中3秒所做的受力分析。0图4.9活塞的应力分析图根据上述图所得结论，此次设计的液压缸满足要求。5. 液压系统的设计5.1液压系统原理图 球阀 空滤器 过滤器 液位计 油箱 电机 液压泵 电磁溢流阀 单向阀 比例换向阀 三位四通比例溢流阀 液压缸图5.1液压系统原理图 5.2液压元件的选用5.2.1选定液压泵的型号并且计算电动机功率排量的计

41、算公式如下所示： 式中：排量，；电机转速，；容积效率。其中，带入上式得： 选择液压泵为泵。排量为16，连续工作压力31.5.当试验压力为21时， 液压泵功率的计算公式如下所示： 式中：输入流量，；液压泵的进，出口压力之差；总效率。其中，,，带入上式得：因此选择电机，额定功率为11kw。5.2.2选则液压元件液压系统组成元件如表4.1所示。表4.1液压元件名称序号型号数量球阀1Q11F-16P-11空滤器2EF1-251过滤器3WU-63X100J1液位计4YWZ-200T1油箱51电机6Y160M-41液压泵716MCY1电磁溢流阀8DBW10B-30B1单向阀9S10A1比例换向阀10HD-

42、4WREE6E32-2X/G241比例溢流阀11HD-DBEE61-1X-315-G241液压缸1215.2.3液压系统的使用要求1.使用要求为了保证液压系统的正常运作，就必须对使用中的液压设备进行定期维护、保养，并且要对液压设备非常的熟练。下面几点要求是对液压设备的使用的要求以及维护方法：（1） 参考规定，选则正确的油液。对油液需要进行过滤，尤其是在重新加油的时候。并且必须每个一段时间对油液抽检，倘若抽检出的油液质量不过关，就必须要求其更换油液。（2） 在液压系统之中，油液的工作环境温度不能过高，一般需要小于80，且最好在30-70摄氏度之间。倘若超出了这个范围，就需要逐一检查，探求其原因，

43、最后修复。（3） 要确保有稳定的电压，使得电压的波动值不大于额定的5%到15%，从而确保电磁阀能够正常的工作运行。（4） 要严格遵守操作规范，使用性能完好的各种仪器，坚决不能使用有问题的压力表调压。（5） 为了避免积累灰尘油渍等。应该为电器柜、电器盒等配有盖子或者门，使其封闭，不敞开使用。（6） 如果液压系统出现问题，不能强行去运行使其工作，应该立即停止系统，并且对其进行及时的分析，找出问题所在，避免发生更大的问题。（7） 每隔一段时间需要对冷却器以及加热器进行检查维护，以确保其具有良好的工作条件。（8） 每隔一段时间要更换高压软管，并且要常常对紧固件等进行检查维修，确保其连接的紧密性，防止松

44、动脱落。（9） 由于一般的密封件的使用寿命在一到两年之间，因此我们要注意间隔一段时间就更换一次密封件，以确保其密封性。（10） 对液压系统内的主要元器件的性能需要做定期的测试，性能不佳的要及时的更换。2. 操作保养规程对于液压设备的操作与保养，不仅要有对于一般的机械装置的保养要求，而且还有一些专业要求，其要求有以下几点：（1） 操作者应该具有一定的液压知识储备，最起码要了解设备上主要的元器件的作用，掌握液压系统的原理，并且知晓其运动的顺序。（2） 为了保证液压系统能够稳定且可靠的工作，因此要求操作人员时常注意液压系统的工作情况，监测它的工作压力以及运行速度。（3） 在开启设备前，一定要仔细审核

45、每一个控制元件以及运动机构是否处于正常状态中，并并且要关注油位是否满足要求。要是发现油液太少或者油箱泄漏、损坏之类的有异常的话，就不应该开启液压泵的电机，应该要找专业人员前来维修处理，维修完毕之后才能再次开启电机。（4） 冬天的时候，如果油箱内的温度太低，低于25摄氏度的时候，应该先启动电机使得液压泵开始空转，不能让各个执行机构开始运行。夏天的时候，如果油箱里面的温度太高，大于70摄氏度的时候，必须注意好液压系统的工作情况，如何找来维修人员，对此进行维修。（5） 对于那些关闭电机停止工作4小时以上设备，应该在使得其开始工作之前先让液压泵电机启动空转五到十分钟，这样子操作之后才能后带着压力进行工

46、作。（6） 操作人员应该要严格遵循操作规范，不能私自损坏电气系统的互锁装置，不能损坏各个开关以及其位置。（7） 未操作人员在没有征得主管人员允许的前提之下，不能私自调整和拆下换掉各个液压元器件。6. 电控系统的设计6.1电控系统软件介绍本次设计采用的是三菱的系列PLC，采取的编程软件是来编写。是三菱公司研发而来的第三代的微型，开发这款软件的目的是为了更好的适应市场的需求，满足客户的需要。系列PLC的性能得到了大幅度的提升，CPU的处理速度达到基本指令，内置64K步的RAM存储器。和类似，也属于整体式的PLC，分为晶体管输出型和继电器输出型两大类，每一类分别有16,32,48,64,80和128

47、点等6种型号，如下图5.1所示。5.1 的基本单元的最大点数为256点，本身有品种丰富的系列通信功能扩展板、通信和模拟量用的适配器。还可以直接用和的模块以及特殊功能模块、特殊单元和特殊适配器。本次设计中采用的是。其中：子系列名称；输入输出的总点数为48；基本单元；输出形式为晶体管输出；6.2油缸电器原理图电气接线图如下图5.2所示：图5.2电气接线图在有些控制中，某些输入量是一种模拟量，像调节阀这样的执行元件需要输出模拟信号，而的只能处理数字量。模首先通过传感器和变送器将模拟量转换成标准量程的直流电流或者直流电压，例如和，用模拟量输入模块中的转换器将它们转换成数字量。模拟量输出模块中的转换器将

48、调节器的数字输出量转换为标准量程的直流电流或直流电压，再去控制执行机构。其中部分为输出的模拟量块，用来控制比例阀。输出不同的电压，对应阀的开启程度不同从而实现液压流量的变化，进一步控制油缸的速度。通过电信号可以实现无级变化，一般由电压来控制。输出电压任意调节变化，对应的被控的阀开启量不同。6.3设备控制系统的主要参数接入电源为3AC+N+PE 380VAC 100A max；2QFO断路器 三相 额定电流50A;2KM1 380VAC 32A;2KM2 380VAC 40A;交流直流转换器2TS1 220VAC/24VDC 40A;液压站电机11kw。6.4梯形图梯形图如图5.3所示：图5.3梯形图注：梯形图中急停按钮显示常开但是在实