液压多级式千斤顶设计说明书【修改】.doc

液压多级式千斤顶设计【手动液压式】【7张CAD图纸和毕业论文】原创资料

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YC439-液压多级式千斤顶设计【修改】
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活塞2-A2.dwg
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   摘要:液压传动的基本原理是机械能与液压能的相互转换,液压式多级千斤顶是典型的利用液压传动的设备,适用于起重高度较大的各种起重作业。液压式多级千斤顶具有结构紧凑、体积小、重量轻、携带方便、性能可靠等优点,被广泛应用于流动性起重作业。

   本文通过对分体式液压式多级千斤顶的分析按规定参数进行设计、校核,层层推进,步步为营,逐步阐述液压式多级千斤顶设计的全过程。尤其千斤顶的设计运用已掌握的液压结构原理知识、机械设计与制造理论及计算公式、机械加工工艺,确定了整个千斤顶各个零件的几何尺寸,确保了液压式多级千斤顶的质量和强度。

    关键词:手动液压式,多级千斤顶,设计

   

  

Abstract: The basic principle is the conversion of hydraulic transmission and hydraulic energy to mechanical energy, multi-stage hydraulic jack is a typical use of hydraulic transmission equipment for lifting height greater variety of lifting operations. Multi-stage hydraulic jack with a compact, small size, light weight, easy to carry, reliable performance, etc., are widely used in the lifting operation liquidity.

   Through the analysis of split multi-stage hydraulic jack required parameters for design, verification, layers forward, step, step by step explained the whole process of multi-stage hydraulic jack design include the design of the hydraulic system. In particular, the use of jack design of hydraulic structures have mastered the principles of knowledge, mechanical design and manufacturing theory and formulas, the machining process, identifies various parts of the entire hydraulic system geometry, ensuring multi-stage hydraulic jack of quality and strength.

Keywords: Hydraulic, Multi-level jacks, Design

 

  

目 录

第一章 绪 论 1

1.1液压技术的发展及应用 1

1.2液压千斤顶的分类 2

1.3液压千斤顶国内外发展概况 3

1.4液压式多级千斤顶原理分析 4

第二章 液压式多级千斤顶的总体设计方案 6

2.1液压式多级千斤顶总体结构方案 6

2.2液压式多级千斤顶的组成 6

2.2.1动力元件(手动输油装置) 6

2.2.2执行元件(主油缸) 6

2.2.3控制元件 6

2.2.4辅助元件 7

2.2.5工作介质 7

第三章 液压式多级千斤顶结构设计 8

3.1工作负载的计算 8

3.2工作压力的选定 8

3.3活塞及活赛杆直径的确定 9

3.3.1活塞及活赛杆直径计算 9

3.3.2活塞、活塞杆材料及加工要求 9

3.3.3活塞杆直径的验算 10

3.4推力和流量计算 10

3.4.1推力计算 10

3.4.2流量计算 10

3.5缸筒壁厚的确定 11

3.6其他各级活塞与活塞杆直径的确定 11

3.6.1第三级 11

3.6.2第二级 11

3.6.3第一级 12

3.7缸底和缸盖的设计 12

3.7.1缸底厚度的确定 12

3.8缸筒的设计 12

3.8.1缸筒的尺寸确定 12

3.8.2油缸的壁厚校验 13

3.8.3缸筒材料及加工要求 13

3.9千斤顶进出油口尺寸的确定 14

3.10结构设计 14

3.10.1最小导向长度的确定 14

3.10.2活塞与缸体的密封方式 14

第四章 手动输油机构的设计 16

4.1小液压缸的设计 16

4.1.1缸底厚度的计算 16

4.1.2小液压缸的推力计算 16

4.1.3小液压缸的流量计算 16

4.1.4活塞杆直径的验算 17

4.1.5小液压缸壁厚及长度的确定 17

4.1.6液压缸外径的计算 18

4.1.7油口尺寸 18

4.1.8小液压缸的结构设计 18

4.2其他部件的设计 18

4.2.1活塞杆的设计 18

4.2.2手柄的设计 19

4.2.3确定危险截面 20

第五章 液压元件的设计与选择 23

5.1油箱的设计 23

5.2油管的设计 23

5.3液压控制阀的设计 24

5.3.1方向控制阀 24

5.3.2普通单向阀 24

5.3.3背压阀 25

第六章 液压式多级千斤顶常见的故障与维修 26

结 论 28

参考文献 29

致 谢 30


  

  

第一章 绪 论

1.1液压技术的发展及应用

   自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,液压传动技术已有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间,由于战争需要,出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后,液压技术迅速转向民用工业,液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。

   本世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此,液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时,新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上,后来又用于拖拉机和工程机械。现在,我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计,现已形成了系列,并在各种机械设备上得到了广泛的使用。

   随着我国汽车工业的快速发展,汽车随车千斤顶的要求也越来越高;同时随着市场竞争的加剧,用户要求的不断变化,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高,以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,还会对千斤顶的进一步自动化,甚至智能化都有所要求。如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识,使千斤顶的设计工作真正优化?如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性劳动和集体智慧,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益? 如何在知识经济的时代充分利用各种有利因素,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。千斤顶与我们的生活密切相关,在建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用,因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作。

1.2液压千斤顶的分类

   千斤顶是一种起重高度小(小于1m)的最简单的起重设备,它主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠,一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置,通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的,轻小起重设备它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种,由于起重量小,操作费力,一般只用于机械维修工作,在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑,工作平稳,有自锁作用,故使用广泛。其缺点是起重高度有限,起升速度慢。

内容简介:
摘要:液压传动的基本原理是机械能与液压能的相互转换,液压式多级千斤顶是典型的利用液压传动的设备,适用于起重高度较大的各种起重作业。液压式多级千斤顶具有结构紧凑、体积小、重量轻、携带方便、性能可靠等优点,被广泛应用于流动性起重作业。本文通过对分体式液压式多级千斤顶的分析按规定参数进行设计、校核,层层推进,步步为营,逐步阐述液压式多级千斤顶设计的全过程。尤其千斤顶的设计运用已掌握的液压结构原理知识、机械设计与制造理论及计算公式、机械加工工艺,确定了整个千斤顶各个零件的几何尺寸,确保了液压式多级千斤顶的质量和强度。 关键词:液压式,多级千斤顶,设计Abstract: The basic principle is the conversion of hydraulic transmission and hydraulic energy to mechanical energy, multi-stage hydraulic jack is a typical use of hydraulic transmission equipment for lifting height greater variety of lifting operations. Multi-stage hydraulic jack with a compact, small size, light weight, easy to carry, reliable performance, etc., are widely used in the lifting operation liquidity.Through the analysis of split multi-stage hydraulic jack required parameters for design, verification, layers forward, step, step by step explained the whole process of multi-stage hydraulic jack design include the design of the hydraulic system. In particular, the use of jack design of hydraulic structures have mastered the principles of knowledge, mechanical design and manufacturing theory and formulas, the machining process, identifies various parts of the entire hydraulic system geometry, ensuring multi-stage hydraulic jack of quality and strength.Keywords: Hydraulic, Multi-level jacks, Design目 录第一章 绪 论11.1液压技术的发展及应用11.2液压千斤顶的分类21.3液压千斤顶国内外发展概况31.4液压式多级千斤顶原理分析4第二章 液压式多级千斤顶的总体设计方案62.1液压式多级千斤顶总体结构方案62.2液压式多级千斤顶的组成62.2.1动力元件(手动输油装置)62.2.2执行元件(主油缸)62.2.3控制元件62.2.4辅助元件72.2.5工作介质7第三章 液压式多级千斤顶结构设计83.1工作负载的计算83.2工作压力的选定83.3活塞及活赛杆直径的确定93.3.1活塞及活赛杆直径计算93.3.2活塞、活塞杆材料及加工要求93.3.3活塞杆直径的验算103.4推力和流量计算103.4.1推力计算103.4.2流量计算103.5缸筒壁厚的确定113.6其他各级活塞与活塞杆直径的确定113.6.1第三级113.6.2第二级113.6.3第一级123.7缸底和缸盖的设计123.7.1缸底厚度的确定123.8缸筒的设计123.8.1缸筒的尺寸确定123.8.2油缸的壁厚校验133.8.3缸筒材料及加工要求133.9千斤顶进出油口尺寸的确定143.10结构设计143.10.1最小导向长度的确定143.10.2活塞与缸体的密封方式14第四章 手动输油机构的设计164.1小液压缸的设计164.1.1缸底厚度的计算164.1.2小液压缸的推力计算164.1.3小液压缸的流量计算164.1.4活塞杆直径的验算174.1.5小液压缸壁厚及长度的确定174.1.6液压缸外径的计算184.1.7油口尺寸184.1.8小液压缸的结构设计184.2其他部件的设计184.2.1活塞杆的设计184.2.2手柄的设计194.2.3确定危险截面20第五章 液压元件的设计与选择235.1油箱的设计235.2油管的设计235.3液压控制阀的设计245.3.1方向控制阀245.3.2普通单向阀245.3.3背压阀25第六章 液压式多级千斤顶常见的故障与维修26结 论28参考文献29致 谢30IV第一章 绪 论1.1液压技术的发展及应用自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,液压传动技术已有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间,由于战争需要,出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后,液压技术迅速转向民用工业,液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。本世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。因此,液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时,新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助测试(CAT)、计算机直接控制(CDC)、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上,后来又用于拖拉机和工程机械。现在,我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计,现已形成了系列,并在各种机械设备上得到了广泛的使用。随着我国汽车工业的快速发展,汽车随车千斤顶的要求也越来越高;同时随着市场竞争的加剧,用户要求的不断变化,将迫使千斤顶的设计质量要不断提高,以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻,携带方便,外形美观,使用可靠,还会对千斤顶的进一步自动化,甚至智能化都有所要求。如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识,使千斤顶的设计工作真正优化?如何在设计过程中充分发挥设计人员的创造性劳动和集体智慧,提高产品的使用价值及企业、社会的经济效益? 如何在知识经济的时代充分利用各种有利因素,对资源进行有效整合等等都将是我们面临着又必须解决的重要的问题。千斤顶与我们的生活密切相关,在建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用,因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作。1.2液压千斤顶的分类千斤顶是一种起重高度小(小于1)的最简单的起重设备,它主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠,一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置,通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的,轻小起重设备它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种,由于起重量小,操作费力,一般只用于机械维修工作,在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑,工作平稳,有自锁作用,故使用广泛。其缺点是起重高度有限,起升速度慢。图1.1 液压式多级千斤顶液压式多级千斤顶分为通用和专用两类。通用液压式多级千斤顶适用于起重高度不大的各种起重作业。它由油室、油泵、储油腔、活塞、摇把、油阀等主要部分组成。工作时,只要往复扳动摇把,使手动油泵不断向油缸内压油, 由于油缸内油压的不断增高,就迫使活塞及活塞上面的重物一起向上运动。打开回油阀,油缸内的高压油便流回储油腔,于是重物与活塞也就一起下落。专用液压式多级千斤顶使专用的张拉机具,在制作预应力混凝土构件时,对预应力钢筋施加张力。专用液压式多级千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束,它主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是:沿拉伸轴心有一穿心孔道,钢筋(或钢丝)穿入后由尾部的工具锚固。近年来随着科技的飞速发展,同时带动自动控制系统日新月异更新,液压技术的应用正在不断地走向深入。1.3液压千斤顶国内外发展概况早在20 世纪40 年代,卧式千斤顶就已经开始在国外的汽车维修部门使用,但由于当时设计和使用上的原因,其尺寸较大,承载量较低。后来随着社会需求量的增大以及千斤顶本身技术的发展,在90 年代初国外绝大部分用户已以卧式千斤顶替代了立式千斤顶。在90 年后期国外研制出了充气千斤顶和便携式液压千斤顶等新型千斤顶。充气千斤顶是由保加利亚一汽车运输研究所发明的,它用有弹性而又非常坚固的橡胶制成。使用时,用软管将千斤顶连在汽车的排气管上,经过1520 秒,汽车将千斤顶鼓起,成为圆柱体。这种千斤顶可以把115t 重的汽车顶起70cm。Power-Riser 型便携式液压千斤顶则可用于所有类型的铁道车辆,包括装运三层汽车的货车、联运车以及高车顶车辆。同时它具有一个将负载定位的机械锁定环,一个三维机械手,一个全封闭构架以及一个用于防止杂质进入液压系统的外置过滤器。另外一种名为Truck Jack 的便携式液压千斤顶则可用于对已断裂的货车转向架弹簧进行快速的现场维修。该千斤顶能在现场从侧面对装有70125t 级转向架的大多数卸载货车进行维修,并能完全由转向架侧架支撑住。它适用于车间或轨道上无需使用钢轨道碴或轨枕作承。我国千斤顶技术起步较晚,由于历史的原因,直到1979 年才接触到类似于国外卧式千斤顶这样的产品。但是经过全面改进和重新设计,在外形美观,使用方便,承载力大,寿命长等方面,都超过了国外的同类产品,并且迅速打入欧美市场。经过多年设计与制造的实践,除了卧室斤顶以外,我国还研规格齐全,形成系列产品1.4液压式多级千斤顶原理分析图1.2 液压千斤顶工作原理图1.杠杆手柄 2.小油缸 3.小活塞 4.单向阀 5.吸油管 6.管道7.单向阀 8.大活塞 9.大油缸 10.管道 11.截止阀 12.油箱图1.2是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动,小活塞下端油腔容积增大,形成局部真空,这时单向阀4打开,通过吸油管5从油箱12中吸油;用力压下手柄,小活塞下移,小活塞下腔压力升高,单向阀4关闭,单向阀7打开,下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔,迫使大活塞8向上移动,顶起重物。再次提起手柄吸油时,单向阀7自动关闭,使油液不能倒流,从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄,就能不断地把油液压入液压缸下腔,使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11,液压缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱,重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。通过对上面液压千斤顶工作过程的分析,可以初步了解到液压传动的基本工作原理。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时,小油缸2输出压力油,是将机械能转换成油液的压力能,压力油经过管道6及单向阀7,推动大活塞8举起重物,是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见,液压传动是一个不同能量的转换过程。液压式多级千斤顶与单级千斤顶原理类似,下面以液压式两级千斤顶为例进行说明。如图1.2(a)当红色箭头位置进油口进油时,起初由于第一级活塞直径大于第二级活塞直径,在进油腔相同大小油压作用下,第一级活塞受到的推力大于第二级活塞受到的推力,因此第一级活塞优先被推动伸出;当第一级活塞到达顶部后被缸筒限制住不再能继续生出,此时第二级活塞并未被限制住,因此随着油液的不断充入进油腔第二级活塞便在油液的作用下被推动伸出如图1.2(b),以此类推,多级千斤顶就这样被油液一级级推动伸出。千斤顶活塞在被推动伸出的过程中绿色箭头位置排除的是空气。千斤顶是靠重力自动回位的,不需要有杆腔油液作用。图1.2(a)图1.2(b)第二章 液压式多级千斤顶的总体设计方案2.1液压式多级千斤顶总体结构方案液压式多级千斤顶结构图2.1所示。图2.1 液压式多级千斤顶设计方案示意图2.2液压式多级千斤顶的组成液压系统主要由:动力元件(油泵)、执行元件(油缸或液压马达)、控制元件(各种阀)、辅助元件和工作介质等五部分组成。2.2.1动力元件(手动输油装置) 它的作用是把液体利用人力的机械能转换成液压力能,是液压传动中的动力部分。2.2.2执行元件(主油缸)它是将液体的液压能转换成机械能,油缸做直线运动。2.2.3控制元件包括单向阀、泄压阀等,它们的作用是根据需要对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。2.2.4辅助元件除上述三部分以外的其它元件,包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等,它们同样十分重要。2.2.5工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液,它经过油泵和液动机实现能量转换。第三章 液压式多级千斤顶结构设计3.1工作负载的计算 (3-1) (3-2) 式中,:千斤顶轴线方向上的外作用力 (N) :千斤顶轴线方向上的重力 (N) :运动部件的惯性力 (N) R:千斤顶的工作负载 (N)大千斤顶参数:外作用力:惯性力:因千斤顶载荷较大,位置精度要求较高,故顶升速度不宜过大,最大顶升速度应控制在60mm/min以内。故总负载力为:3.2工作压力的选定 由以上得到工作负载R,再根据表3.1得R在50000N区间间,所以选择千斤顶工作压力为57MPa,取千斤顶公称压力为6.3MPa。表3.1千斤顶工作压力参考表负载(N)50000工作压力(N)10d时,要进行稳定性验算:本次:,L=200mm,L10d因此只需校核压缩强度。则按压缩强度计算:所以取满足强度要求。3.4推力和流量计算3.4.1推力计算当千斤顶的基本参数确定后,可以通过以下计算实际工作推力。 P=PA(N) 式中,A:活塞有效工处面积:P:千斤顶工作压力。所以, 在千斤顶的实际工作推力:3.4.2流量计算在千斤顶的基本参数确定后,可以通过以下计算实际工作流量。Q=AV式中,V:千斤顶工作速度:A:千斤顶有效工作面积。3.5缸筒壁厚的确定一般,低压系统用的千斤顶都是薄壁缸,缸壁可用下式计算:式中,缸壁厚度 试验压力当额定压力时,当额定压力时,D千斤顶内径-缸体材料的许用应力(Pa), -材料抗拉强度n安全系数,一般取n=5注:如果计算出的千斤顶壁厚较薄时,要按结构需要适当加厚。由,所以用,由上述已算出D=160mm, 为了增加安全系数,适当加厚千斤顶壁厚度为。3.6其他各级活塞与活塞杆直径的确定3.6.1第三级有上述计算过程可知:,3.6.2第二级,标准化后取:3.6.3第一级,标准化后取:3.7缸底和缸盖的设计3.7.1缸底厚度的确定 对于油缸底有油孔的: 式中 h缸底的厚度(mm) 缸底止口内径 (mm) P缸内最大工作压力 材料许用应力 缸底开口的直径(mm)所以 3.8缸筒的设计多级千斤顶的内部各级缸筒与活塞和活塞杆为一体,因此在缸筒的设计过程中只需设计第一级(最外边一级)的缸筒尺寸。 3.8.1缸筒的尺寸确定设计千斤顶的长度一般由工作行程长度确定,但还要注意制造工艺性和经济性。L是千斤顶长度, D。:是缸体外径。由,标准取已知知千斤顶各级长度均为L=200mm。3.8.2油缸的壁厚校验油缸的额定压力Pn应低于一定极限:式中:Pn额定工作压力;D1油缸外径,本次为280mm;D油缸内径,本次为250mm;S油缸材料屈服强度。油缸的材料为45号钢,查表可得S=360MPa;由此可知上式右边=25.55MPa千斤顶最大工作载荷为103KN经校验,油缸壁所受压力在许可范围之内。3.8.3缸筒材料及加工要求缸筒材料通常选用20、35、45号钢,当缸筒、缸盖、挂街头等焊接在一起时,采用焊接性能较好的35号钢,在粗加工之后调质。另外缸筒也可以采用铸铁、铸钢、不锈钢、青铜和铝合金等材料加工。缸筒与活塞采用橡胶密封圈时,其配合推荐采用,缸筒内径表面粗糙度取,若采用活塞环密封时,推荐采用配合,缸筒内径表面粗糙度取。缸筒内径应进行研磨。为防止腐蚀,提高寿命,缸筒内表面应进行渡鉻,渡鉻层厚度应在30-40,渡鉻后缸筒内表面进行抛光。缸筒内径的圆度及圆柱度误差不大于直径公差的一半,缸体内表面的公差度误差在500mm上不大于0.03mm。缸筒缸盖采用螺纹连接时,其螺纹采用中等精度。3.9千斤顶进出油口尺寸的确定千斤顶进出油口尺寸,是根据油管内平均压力管路内的最大平均流速控制在45m/s以内,过大会造成压力损失剧增,而使回路效率下降,并不会引起气蚀、噪音、振动等,因此油口不宜过小,但是也要注意结构上的可能,所以选定进出口油口尺寸,法兰接头为20mm。综合上述的计算,可得大千斤顶的参数如下表3.3。表3.3千斤顶的综合参数表项目油缸筒外径活塞杆直径进出油口连接压力(103KN)(mm)(mm)公称直径(mm)接头连接大缸筒内径250(mm)280220101.53.10结构设计3.10.1最小导向长度的确定HL/20+D/2式中,H:最小导向长度(m) L:千斤顶最大工作行程(m) D:千斤顶内径(m)由上可得本次设计的多级千斤顶各级缸的导向长度为:H0.3/20+0.22/2=0.125(m)取取取3.10.2活塞与缸体的密封方式 活塞和活塞杆密封均采用O形密封圈,其具体标准采用GB3452.3-88密封沟槽设计准则和GB3452.1-82和GB3452.3-88液压气动用O形密封圈。这类密封为挤压密封,结构简单,安装方便,空间小,使用范围广,适用所选系统的工作压力。活塞与缸体的密封图如下图3.2。图3.2活塞与缸体的密封第四章 手动输油机构的设计4.1小液压缸的设计4.1.1缸底厚度的计算式中 h缸底的厚度(mm) 缸底止口内径 (mm) P缸内最大工作压力 材料许用应力 缸底开口的直径(mm) 所以,缸盖厚度的设计与缸底的厚度一样h=14.8mm。焊接方式:把缸底与缸盖焊接在缸体上,这样的方法比较简单方便。由上面已得出的小液压缸的活塞杆直径为d=32mm,活塞直径即小缸的内径D为40mm。4.1.2小液压缸的推力计算有上述计算大液压缸的方法,可以用式(16)求出因为 总负载力: 所以4.1.3小液压缸的流量计算同理上面大液压缸流量的计算,可把其工作流量计算出来:4.1.4活塞杆直径的验算其验算方法和大液压缸的活塞杆直径验算同理: 同理 所以, (上面为10)。此只需要校核强度,则按压缩强度计算: 解得 : 所以,d取40mm。4.1.5小液压缸壁厚及长度的确定(1)液压缸的长度一般由工作行程长度确定,但还需要注意制造工艺性和经济性,一般l(1030)D。 (l是液压缸长度 、D。为缸体外径)(2)小液压缸壁厚的计算:同上面的大液压缸的设计也采用薄壁缸,缸壁可以用以下方式: (m) 其中,-缸壁厚度 -试验压力 当额定压力 时,用当额定压力 时,用由于,所以用得: 所以, 所以,其壁厚4.1.6液压缸外径的计算由由上面得知,小液压缸的长度L90mm。4.1.7油口尺寸小液压缸进出油口的方法,选定进出口油口尺寸;锥螺纹接头为Z318,法兰接头为8mm。综合上述得小液压缸参数表如表2-4所示。表2-4小液压缸参数表项目缸筒外径活塞杆直径进出油口连接压力(139N)(mm)(mm)公称直径接头连接小缸筒内径11(mm)2188M51.54.1.8小液压缸的结构设计由于小液压缸的材料与大液压缸的一样,因此其的结构设计跟大液压缸的相同。4.2其他部件的设计4.2.1活塞杆的设计工程实际中经常遇到承受轴向拉伸或压缩的构件。例如,内燃机中的连杆,钢木组合桁架中的钢拉杆等。承受轴向拉伸或压缩的杆件称为拉压杆。实际拉压杆的形状,加载和连接方式各不相同,但都可简化成图2.3所示的计算简图,它们的共同特点是作用于杆件上的外力的合力作用线与杆件轴线重合,杆件的主要变形是沿轴线方向的伸长或缩短。千斤顶的活塞杆即为简单的拉压杆:试选材HT100,其许用拉应力为= 80 MPa选择拉压杆的半径为r= 6则其许用应力为:max = F/A= 2000/(3.140.0060.006)=17.7 MPa教核强度: max =17.7 MPa = 80 MPa由此可见,满足其强度。确定许用载荷:Fmax A= (3.140.0060.006)80106= 9 (N图2.3拉压杆计算简图4.2.2手柄的设计工程中常存在大量受弯曲的杆件,这些杆件在外力作用下常发生弯曲变形,以弯曲为主要变形的杆件称为梁.工程力学中对梁作以下规定:梁任一横截面上的剪力,其值等于该截面任一侧梁上所有横向力的代数和。支座反力求得:试选择45号正火钢,设计为环形截面(如图2.5),画出受力图(如图2.4 a)进行受力分析,由梁的平衡方程求得支座反力(如图2.2 b): + - F = 0 - = 0 联立(1)(2)代入数据 F2=100 N L1=1 M L2=0.2 M ,得:=20N F =120 N 梁的剪应力及弯矩M以B点为分界点将AC杆分为两段:AB段: FS(A) =20N M(B点右侧)=20(1-0.2)=16N*MBC段: FS(C) = - =-120 N M(B点左侧)= 1000.2 =20 N*M根据以上结果可绘出剪力图(图2.4 c)和弯矩图(图2.4 d):图2.4a 受力图,b支座反力,c 剪力图,d 弯矩图4.2.3确定危险截面B点所在截面的弯矩最大, 即正应力最大, C点所在截面的剪力最大,即切应力最大。所以C,B两点所在截面为危险截面。B截面的截面系数为:其中: D为外径, d为内径(如图2.5)B截面的正应力为:max =M/WZ =120/1.598610-3 =7.5104 PaC截面的切应力为:Tmax =2FS/A =2120/(3.140.30.3)=849.3 Pa许用正应力为275 MPa,由于B截面的正应力远小于其许用应力,C截面的切应力远小于其许用应力,这样势必造成钢材的浪费,为节省钢材降低成本,提高效益,需要重新选择材料。 a. 环形截面 b. 实心截面图 2.5 a. 环形截面 b. 实心截面重新选择材料设计截面选用实心圆柱松木梁(如图2.5实心截面),其许用正应力为=7 MPa,其许用切应力为T=1 MPa。B截面的弯曲截面系数为:WZ = WY = 3.14D3/32 =3.140.027/32=2.649 M3B截面的正应力为: max = M/WZ =20/2.649=7.6 PaC截面的切应力为:Tmax = 4FS/3A =4120/3(3.140.152)=2265 Pa校核强度:max = 7.6 Pa= 7 MPaTmax = 2265 PaT= 1 MPa因此,梁的强度是足够的,其实际生活中,许多木材都是能够满足其强度的,如柳木,杨木。所以,将梁制成可活动的零件,则千斤顶的应用,尤其是在农业、工业生活中的应用,更为广泛和方便。第五章 液压元件的设计与选择液压元件主要包括有:油泵,电机,各种控制阀,管路,过滤器等。5.1油箱的设计油箱在系统中的主要功能为:储存系统所需要的足够的油液;散发系统工作时产生的一部分热量,分离油液中的气体及沉淀污物。油箱容积的确定是设计油箱的关键,油箱的容积应能保证当系统有大量供油而无回油时。最低液面应在进口过滤器之上,保证不会吸入空气,当系统有大量回油而无供油时或系统停止运转,油液返回油箱时,油液不致溢出。初始设计时,可依据使用情况,按照经验公式确定油箱容积: 式中: 油箱的容积 单位 液压泵的流量 单位 经验系数 见下表 表9.1行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金机械12245761210本千斤顶为中压系统,取=7,则油箱的容量可以确定为: 5.2油管的设计在无电动源作用的情况下,管路按其在液压系统中的作用可以分为:主管路:包括进油管路,压油管路和回油管路,用来实现压力能的传递。泄油管路:将液压元件泄露的油液导入回油管或邮箱.控制管路:用来实现液压元件的控制或调节以及与检测仪表相连接的管路。本设计中只计算主管路中油管的尺寸。(1)进油管尺寸油管的内径取决于管路的种类及管内液体的流速,油管直径d由下式确定: 式中: d 油管直径 单位mm Q 油管内液体的流量 单位 油管内的允许流速 单位 对进油管,取 ,本设计中取: 代入数据: 取圆整值为: (2)油管壁厚:千斤顶系统中的油管可用橡胶软管和尼龙管作为管道,橡胶软管装配方便,能吸收液压系统中的冲击和振动,尼龙管是一种很有发展前途的非金属油管,用于低压系统,压力油管采用的橡胶软管其参数如下:内径: 10mm外径: 型 17.5-19.7mm工作压力:型 10最小弯曲半径:130mm5.3液压控制阀的设计5.3.1方向控制阀方向控制阀是控制液压系统中油液流动方向的,它为单向阀和换向阀两类。单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。5.3.2普通单向阀普通单向阀简称单向阀,它的作用是使用油液只能沿一个方向流动,不许反向倒流。图4.1 所示为直通式单向阀的结构及图形符号。压力油从p1流入时,克服弹簧3作用在阀芯2上的力,使阀芯2向右移动,打开阀口,油液从p1口流向p2口。当压力油从p2口流人时,液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上,使阀口关闭,液流不能通过。 (a)结构原理图 (b)图形符号图4.1单向阀1-阀体;2-阀芯;3-弹簧单向阀的弹簧主要用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力,使阀芯可靠复位,为了减小压力损失,弹簧钢度较小,一般单向阀的开启为0.03 MPa0.05 MPa(如换上刚度较大的弹簧,使阀的开启压力达到0.2 MPa0.6 MPa,便可当背压阀使用)。5.3.3背压阀为了液压缸不超过最高允许压力=0.6 Mpa,需要在回油路上并联一个0.55 MPa的背压阀。只需将4.2中设计的单向阀换上刚度较大的弹簧,使阀的开启压力达到0.55 MPa,便可当背压阀使用。这样,当压力超过0.55 MPa时,背压阀自动打开泄荷,使液压缸免受损坏。第六章 液压式多级千斤顶常见的故障与维修 液压式多级千斤顶在生活中非常普遍,也经常性会出现故障,本文结合日常生活所遇到的问题给出了解决的方案如下表6.1所示。表6.1液压式多级千斤顶常见的故障与维修液压式多级千斤顶常见故障及处理方法问 题原 因解 决 方 式千斤顶无法顶升,顶升缓慢或急速泵浦油箱油量太少依照泵浦型号添加所需液压油泵浦泄压阀没有上紧上紧泄压阀油压接头没有上紧确定上紧油压接头负载过重依照千斤顶额定负载使用油压千斤顶组内有空气将空气排出千斤顶柱塞卡死不动分解千斤顶检修内壁及油封千斤顶顶升但无法持压油路间没有锁紧漏油上紧油路间所有接头从油封处漏油更换损坏油封泵浦内部漏油检修油压泵浦千斤顶无法回缩,回缩缓慢及不正常泵浦泄压阀没有打开打开泵浦泄压阀泵浦油箱油量过多依照泵浦型号存放所需液压油油压接头没有上紧确定上紧油压接头油压千斤顶组内有空气将空气排出油管内径太小使用较大内径油管千斤顶回缩弹簧损坏分解千斤顶检修电动油压泵浦无法起动电源没接或开检查电源、开关继电器、开关 或碳刷可能损坏检查更换损坏零件电源安培数不够增加另一个电源回路马达电流安培数过高马达损坏更换马达泄压阀设定不当重新设定泄压阀压力齿轮泵浦内部损坏检修齿轮泵浦液压油流入马达部位齿轮泵浦轴心油封损坏拆开马达及齿轮泵浦更换损坏油对泵浦无法轮油、使千斤顶柱塞完全伸出或柱塞伸出有抖动现象泵浦油箱油量太少在千斤顶完全缩回时,依照泵浦型号添加所需液压油泵浦油位内有异物阻塞或过滤器检查并清洁过滤器阻塞从泄压阀没有上紧油压接头没有上紧确定上紧油压接头液压油温度太低或黏度太高更换适当液压油油压千斤顶组内有空气将空气排出泄压阀松动检查并上紧结 论毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的学习机会,通过这次对液压式多级千斤顶理知识和实际设计的相结合,锻炼了我的综合运用所学专业知识,解决实际工程问题的能力,同时也提高了
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