矿车车箱整形机设计[含CAD高清图纸文档源文件]
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文档包括:说明书一份,62页,22000字左右.文献综述一份.图纸共9张:A0-液压站装配图.dwgA0-整形机装配图.dwgA1-吊车立柱.dwgA1-活塞杆.dwgA1-液压缸装配图.dwgA2-活塞杆连接整形块.dwgA2-液压缸底盖.dwgA2-液压缸端盖.dwgA3-液压系统原理图.dwg攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘 要摘 要 本课题主要是设计矿车车箱整形机，主要由液压系统、专用小吊车、电动葫芦、工字钢、和支撑架等组成。由于国内外现有的整形机功能还不够完善,工人不能灵活运用。通过市场调查分析及对整形机的认识，查阅资料和老师指导，分别对整形机的机构进行设计验算，包括对液压系统、液压站、管道及专用小吊车等主要部分的设计计算，最终设计出多功能、能灵活、方便使用的矿车车箱整形机。利用先进的液压传动技术，采用新工艺、新材料研制出具有先进性、实用性的多功能矿车整形机。提高了矿车的维修质量与效率，减轻工人劳动强度，改善了作业环境，产生了良好经济效益和社会效益。关键词：矿车车箱整形机、液压系统、专用小吊车、设计。4攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTABSTRACT The thesis mainly designs the mine car carriage reshaping machine, which consists of the hydraulic system, specialized small cranes, electric hoist, I-steel, and the carriage and so on. In view of the insufficiency of the function of the existing domestic and foreign reshaping machine, and the skillfully utilization of the workers, a mine car carriage reshaping machine which has many functions and can be used conveniently and flexibly is finally designed through the analysis of the market and the common knowledge of the machine, and reading the relevant materials and consulting with the supervisor, and designing and calculating every part of the machine respectively, including the hydraulic system, hydraulic station, Pipeline and dedicated small cranes. The advanced hydraulic drive technology, and some new technology and materials are used to develop an advanced and multi-functional mine car carriage reshaping machine. It improves the maintenance quality and efficiency of the mine car, and reduces the labor intensity and improves the operating environment, and produces good economic and social benefits.Key word: mine car carriage reshaping machine, hydraulic system, specialized small crane, design.攀枝花学院本科毕业设计（论文） 致谢 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 引言11.1.1国内外煤矿矿车车体整形设备的发展概况11.1.2设计矿车整形机的意义及前景11.1.3 状况分析21.2 方案设计21.2.1 研制应遵循的原则21.2.2 方案比较31.2.3 方案选择42 整形机液压系统设计62.1概述62.1.1液压系统的组成62.1.2 液压系统的类型和特点62.1.3 液压系统的优缺点72.2 液压系统的设计要求及工况分析72.3液压缸的设计72.3.1液压缸主要参数确定82.3.2 液压缸的结构确定142.3.3 液压缸主要零部件设计152.4 液压系统原理图312.4.1基本回路选择312.4.2液压系统原理图组成322.5 选择液压元件332.5.1 液压泵及其驱动电动机的选择332.5.2 控制阀的选择332.6 液压辅助件及液压站设计352.6.1油管及管接头的选择352.6.2 蓄能器选择362.6.3 油箱设计372.7 验算液压系统性能382.7.1 系统压力损失验算382.7.2 计算系统效率392.7.3 系统发热与温升计算393 专用小吊车的设计413.1 悬挂运输设备的选用413.2 电动葫芦的选择413.2.1电动葫芦概述413.2.2 液压缸重量计算423.2.3 电动葫芦型号选择423.3 轨道选择423.4 小吊车立柱选择433.5 滚动轴承选择443.5.1 概述443.5.2 轴承型号选择443.6 套筒设计453.7 吊钩选择463.8 小吊车稳定性校核473.8.1简支直线轨道计算473.8.2 悬臂轨道长度验算493.8.3 轨道的弯曲应力强度校核503.8.4 立柱的稳定性校核534结 论55参考文献56致 谢57攀枝花学院Panzhihua University本科毕业设计（论文）文献综述院 （系）： 机 电 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2003 级 工 业 计 算 机 学生姓名： 张 熊 学 号:200320623099 2007 年 4 月 26 日本科生毕业设计（论文）文献综述评价表毕业设计（论文）题目矿车车箱整形机设计综述名称矿车车箱整形机设计的文献综述评阅教师姓名杨光春职称高级工程师评 价 项 目优良合格不合格综述结构01文献综述结构完整、符合格式规范综述内容02能准确如实地阐述参考文献作者的论点和实验结果03文字通顺、精练、可读性和实用性强04反映题目所在知识领域内的新动态、新趋势、新水平、新原理、新技术等参考文献05中、英文参考文献的类型和数量符合规定要求，格式符合规范06围绕所选毕业设计（论文）题目搜集文献成绩综合评语： 评阅教师（签字）： 年 月 日矿车车箱整形机的文献综述1、我国机械制造业的发展趋势 作为当今科技进步的四大支柱制造科学、信息抖学、材料科学和生物科学相互依存，但其三种科学必须依靠制造才能形成产业和创造社会财富，而制造科学的发展也必须依赖信息、材料的发展，制造业成为实现高新技术与实现企业价值的集合点。现代制造业集机械。电纤、控制、计算机、材料等众多技术于一体，远远超过了传统机械的范围。国外在机械产品设计方面所取得的技术进步将对未来的制造业产生深远的影响；一方面，这种技术进步将为人类创造更多的财富，使人们的愿望更快的变成现实，提高了入类的生活水平；易一方面，发达国家的快速枝术进步，叉进一步扩大了与发展中国家之问本来就很大的差距，降低了发展中日家户品的竟争力，使发展中国家对发达国家的依赖性增强，最终形成发达国家对世界经济的垄断。 中国作为人口最多的发展中国家，工业基础和枝术水平相对低下，主要表现在工业基础摊子大、底子薄、设备旧，人员素质低、知识老化、工业结构不够合理、市场机制不健全，因此使得我国机械行业设计与制造自动化的迸程远远低于发达国家的发展。 新世纪初，机械设什的方法体系和软件正处在飞速发展和逐步完善的过程中，希里通过毕业设计的实践和锻炼，系统地掌握从事机械产品设计的基本方法，循序渐进地学习和积累必要的知识、枝能和经验，将实现个人价值的追求和振兴我国科学技术的责任紧密联系在一起，为振兴中华做出自己应有的贡献。2、国内外煤矿矿车车体整形设备的发展概况煤矿矿车是直接运载煤炭以完成运输任务的基本工具。矿车车体也经历了从钢木结构到全钢焊接结构的发展过程。在煤矿中必须经常保持数量足够和质量良好的车辆，才能满足我国国民经济高速发展的需要。煤矿矿车车体的整形和调直主要针对敞车，是煤矿矿车检修制度所决定的，是保证矿车完好无损的一道必备的检修工序。在车体调直和整形方面，国内过去大部分采用人工调直(即用火焰炙烤伴用大锤敲砸)。部分矿车在维修时也有采用综合调梁机或矿车调直机进行调直。但在站修所基本延用人工调直。综合调梁机和矿车调直机虽然在车体调直方面效果较好。但由于它们的机体巨大，占地面积广，综合功能多，必须设专修位置，只能适用于较大规模的矿厂，一般要求在5000辆矿车以上，如果规模没有那么大，车厢变形怎么办。二十世纪九十年代，山东矿务局曾出现过一种简易的车体整形设备，由于结构和系统的局限性，整形效果不佳，没有得到推广。在国外，东欧国家主要采用柜架式矿车调直机进行车体整修。它主要适用在厂修和段修过程中。而西欧和美国则采用车体互换修，主要在厂修时进行。因此 ， 研究和设计一种功能专一、简单实用、效果良好的新型车体整形设备是十分必要的。3、设计矿车整形机的意义煤矿正常运行的矿车从几百辆到千余辆，一年中由于各种原因，因矿车车体变形而报废的车辆，就达200余辆之多，给矿带来巨大的经济损失。针对矿车变形问题设计制做了矿车整形机，减少报废车辆。解决了人工修复矿车劳动强度大、效率低，修复质量差的问题，有了矿车整形机不在存在矿车变形不在使用的难题，通过对矿车的理论设计，可设计一种满足实际需要，能对矿车任意部分整形的整形装置。矿车液压整形装置是进行矿车车厢整形的机械化设备。利用静压对矿车变形部位进行挤压，挤压力量大，整形效果好。可以完成矿车箱体的任意部位、任意变形的整形，把变形的矿车整形到规定的尺寸，且对矿车箱体无任何破坏，还可以对矿车车厢的对角进行矫正。大大减轻了工人劳动强度，提高了矿车整形的效率和安全性，减少了检修工时，降低了报废率，提高了矿车服务年限，节约了生产成本，净化了工作环境。4我设计矿车整形机的研制方案4.1 研制应遵循的原则(1)充分利用现有的设备，尽量减少费用投入；(2)制作后满足技术设计及计算要求；(3)技术可靠，经济合理。4.2 方案的确定经过反复比较，决定采用液压传动原理设计制作。因为液压传动系统具有运行平稳，操作简单，维修方便，安全等特点，较适合整形机的要求，通过控制各液压缸的伸缩，配备各种不同的模具，从而达到矿车整形的目的。通过小吊车来吊转液压缸，来实现对矿车任意部分的整形，吊车上装置电葫芦对液压缸起升降，左右移动作用。设计一种能够旋转的吊车。这样能满足设计需要。结构新颖、修复方便、快捷、性能安全可靠，尤其对大变形矿车的修复，更能显示其安全快速的特点。4.3 矿车整形机的主要结构整形机主要由吊车，工字钢、支撑架和液压系统等组成。(1)吊车：由工字钢、立柱、电葫芦组成，吊车用于支承主机机体和横梁的升降。(2)横梁：由工字钢滑道、电葫芦等部分组成，电葫芦主要起液压缸的升降。(3)支撑架：由钢板、转轴组成。钢板起支承油缸作用，转轴可使撑架旋转，工作油缸起整形作用。(4)液压系统：液压缸、液压泵、液压站操作台和高压软管等组成。4.4 方案设计要求1）利用液压传动技术，才用新工艺，新材料，研制出符合现场实际情况矿车整形设备。2）整形机可以对矿车变形不超过200mm范围内修复至标准规定的尺度。3）整形结构的最小长度为200mm,最大为2300mm。4）横梁在其使用寿命年限内（10年）不得有下垂现象。5）各部分应运转灵活平稳。6）研制的整形机能实现任意部位整形5、效益分析51 经济效益使用该机后，预计每年可以减少报废矿车40辆，可节约矿车购置资金12万元左右。每年可节约维修人工费用4.4万元左右，增加的企业的利润。52 社会效益此整车机效率高，运行平稳，操作简单，一人即可独立操作。减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，同时也增加了工作安全性。是当今社会发展的需要。6、煤矿矿车车体整形机的应用前景煤矿矿车是煤矿运输的重要装备，担负着保障安全，服务运输的双重责任。目前国内煤矿矿车车体一旦变形，主要靠人工配合简单的机械整修。煤矿正常运行的矿车从几百辆到千余辆，一年中由于各种原因，因矿车车体变形而报废的车辆，就达200余辆之多，给矿带来巨大的经济损失。因此，研究和设计一种功能专一、简单实用、效果良好的新型车体整形设备是十分必要的。煤矿矿车车体整形机的研制成功，将为煤矿矿车车体的日常维修工作解放大量的人力和物力，减少经济损失，其应用前景将十分广阔。参考文献1、中国机械设计大典第五卷，李壮云主编，江西科技大学出版社。主要参照液压系统知识，液压缸的结构参数及其系列设计，液压缸的主要参数，液压缸的安装连接方式，液压缸的选择，液压缸的主要零件结构和材料的设计，液压缸的安装及使用维修，液压控制阀的选用，蓄能器的设计，密封件的选用，管路、管接头、法兰设计。2、液压传动与控制张卫主编，重庆大学出版社。 液压缸分为：活塞式液压缸、柱塞式液压缸、摆动液压缸。液压缸的组成主要为：刚体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置、排气装置。缸筒臂厚公式验算： 缸体最薄处厚度；D缸体内径；实验压力，16时，=1.25 =5。液压系统控制原理图的设计。3、机械设计手册单行本，成大先主编，化学工业出版社。液压缸内径计算公式，液压刚壁厚公式，壁厚验算公式，液压刚底部厚度计算公式，活塞设计，活塞密封及其材料选用设计，活塞杆设计，缓冲装置设计，油口计算公式，法兰计算，液压站设计，液压辅助元件设计及其选用，油箱的计算设计。液压泵、电动机的选择。4、液压与气压传动第二版，左健明主编，机械工业出版社。液压设计步骤，液压辅助元件的基本功能。液压缸重量计算。5、悬吊运输设备与轨道设计手册许朝铨主编，中国建筑工业出版社。电动葫芦的选用，轨道的设计，选用工字钢，链条的选用。6、设备起重吊装工程何焯主编，机械工业出版社。 摩擦力，滑动摩擦力 Fmax=uQ,物体的受力形式：拉伸与压缩、剪切、弯曲、扭转等及其计算公式，梁在载荷作用下的桡度和转角，7、吊装工艺计算蔡俗明主编，化学工业出版社。 链条可分为环连、片式链和特殊拽引链，在起重业中常用焊接环链，焊接环链的饶性较好，做起重挠性件可使用承载几何尺寸减小，以减轻重量，便于携带。焊接环链选用公式计算。工字钢的重量计算。8、材料力学I、II册，单辉祖主编，高等教育出版社。拉压应力公式，剪力、弯矩方程和剪力、弯矩图，弯曲变形计算公式，强度校核公式。9、机械设计邱宣怀主编，高等教育出版社。 机械零件的疲劳强度计算公式，疲劳极限应力图，螺纹连接强度计算公式，拉杆强度计算公式，拉杆选用。10液压传动与气压传动，东北工大编，冶金工业出版社。11液压工程设计手册，雷天觉主编，机械工业出版社。液压设计步骤，液压辅助元件的基本功能。液压缸重量计算。12机械设计手册第5卷，北京有色冶金设计研究总院，化学工业出版社。 毕业设计说明书格式，液压系统设计。13货车车辆设备设计规范，中华人民共和国铁道部，中国铁道出版社 。14人民交通出版社铁路车辆段设计手册，勘察设计院。15液压元件优化，宋俊王淑莲等，机械工业出版社。16/infoAction.do?method=show&infoId=34532517、煤矿运输、提升及机电 （漫画版），国家煤矿安全监察局组织编写18、画法几何及机械制图唐之清主编，重庆大学出版社19、机械工程专业英语司徒中主编，武汉理工大学出版社20、互换性与技术测量李硕跟，中国计量出版社攀枝花学院本科毕业设计（论文）矿车车箱整形机设计学生姓名： 张 熊 学生学号： 200320623099 院 （系）： 机电工程学院 年级专业：03机械设计制造及其自动化指导教师： 杨光春 高级工程师 助理指导教师： 二七年六月攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘 要摘 要 本课题主要是设计矿车车箱整形机，主要由液压系统、专用小吊车、电动葫芦、工字钢、和支撑架等组成。由于国内外现有的整形机功能还不够完善,工人不能灵活运用。通过市场调查分析及对整形机的认识，查阅资料和老师指导，分别对整形机的机构进行设计验算，包括对液压系统、液压站、管道及专用小吊车等主要部分的设计计算，最终设计出多功能、能灵活、方便使用的矿车车箱整形机。利用先进的液压传动技术，采用新工艺、新材料研制出具有先进性、实用性的多功能矿车整形机。提高了矿车的维修质量与效率，减轻工人劳动强度，改善了作业环境，产生了良好经济效益和社会效益。关键词：矿车车箱整形机、液压系统、专用小吊车、设计。II攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTABSTRACT The thesis mainly designs the mine car carriage reshaping machine, which consists of the hydraulic system, specialized small cranes, electric hoist, I-steel, and the carriage and so on. In view of the insufficiency of the function of the existing domestic and foreign reshaping machine, and the skillfully utilization of the workers, a mine car carriage reshaping machine which has many functions and can be used conveniently and flexibly is finally designed through the analysis of the market and the common knowledge of the machine, and reading the relevant materials and consulting with the supervisor, and designing and calculating every part of the machine respectively, including the hydraulic system, hydraulic station, Pipeline and dedicated small cranes. The advanced hydraulic drive technology, and some new technology and materials are used to develop an advanced and multi-functional mine car carriage reshaping machine. It improves the maintenance quality and efficiency of the mine car, and reduces the labor intensity and improves the operating environment, and produces good economic and social benefits.Key word: mine car carriage reshaping machine, hydraulic system, specialized small crane, design.攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 引言11.1.1国内外煤矿矿车车体整形设备的发展概况11.1.2设计矿车整形机的意义及前景11.1.3 状况分析21.2 方案设计21.2.1 研制应遵循的原则21.2.2 方案比较31.2.3 方案选择42 整形机液压系统设计62.1概述62.1.1液压系统的组成62.1.2 液压系统的类型和特点62.1.3 液压系统的优缺点72.2 液压系统的设计要求及工况分析72.3液压缸的设计72.3.1液压缸主要参数确定82.3.2 液压缸的结构确定142.3.3 液压缸主要零部件设计152.4 液压系统原理图312.4.1基本回路选择312.4.2液压系统原理图组成322.5 选择液压元件332.5.1 液压泵及其驱动电动机的选择332.5.2 控制阀的选择332.6 液压辅助件及液压站设计352.6.1油管及管接头的选择352.6.2 蓄能器选择362.6.3 油箱设计372.7 验算液压系统性能382.7.1 系统压力损失验算382.7.2 计算系统效率392.7.3 系统发热与温升计算393 专用小吊车的设计413.1 悬挂运输设备的选用413.2 电动葫芦的选择413.2.1电动葫芦概述413.2.2 液压缸重量计算423.2.3 电动葫芦型号选择423.3 轨道选择423.4 小吊车立柱选择433.5 滚动轴承选择443.5.1 概述443.5.2 轴承型号选择443.6 套筒设计453.7 吊钩选择463.8 小吊车稳定性校核473.8.1简支直线轨道计算473.8.2 悬臂轨道长度验算493.8.3 轨道的弯曲应力强度校核503.8.4 立柱的稳定性校核534结 论55参考文献56致 谢575攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论1 绪论1.1 引言1.1.1国内外煤矿矿车车体整形设备的发展概况煤矿矿车是煤矿运输中必不可少的工具之一，是直接运载煤炭以完成运输任务的基本工具。矿车车体也经历了从钢木结构到全钢焊接结构的发展过程。在煤矿中必须经常保持数量足够和质量良好的车辆，才能满足我国煤矿生产的的需要。煤矿矿车车体的整形主要针对矿车，是煤矿矿车检修制度所决定的，是保证矿车完好无损的一道必备的检修工序。在车体调直和整形方面，国内目前大部分采用人工整形。部分矿车在维修时也有采用综合调梁机或矿车调直机进行调直。但在站修所基本沿用人工调直。综合调梁机和矿车调直机虽然在车体调直方面效果较好。但由于它们的机体巨大，占地面积广，综合功能多，必须设专修位置，只能适用于较大规模的矿厂，一般要求在5000辆矿车以上，如果规模没有那么大，车厢变形怎么办。据调查，二十世纪九十年代，山东矿务局曾出现过一种简易的车体整形设备，由于结构和系统的局限性，整形效果不佳，没有得到推广。在国外，东欧国家主要采用柜架式矿车调直机进行车体整修。它主要适用在厂修和段修过程中。而西欧和美国则采用车体互换修，主要在厂修时进行。因此 ， 研究和设计一种功能专一、简单实用、效果良好的新型车体整形设备是十分必要的。1.1.2设计矿车整形机的意义及前景在厂矿企业的生产过程中，矿车作为基本的运输工具，使用强度大、周转率高，相应地经常出现车箱变形等情况。单纯依靠锤打等人工方式维修很难达到理想效果，并且工人劳动强度大，劳动效率低，劳动成本较高。煤矿正常运行的矿车从几百辆到千余辆，一年中由于各种原因，因矿车车体变形而报废的车辆，就达百分之二十左右，给煤矿带来巨大的经济损失。针对矿车变形问题设计制作矿车整形机，以减少报废车辆。这具有重大而积极的意义。并且整形机在制造业中也起着重要的作用。煤矿矿车是煤矿运输的重要装备，担负着保障安全，服务运输的双重责任。目前国内煤矿矿车车体一旦变形，主要靠人工配合简单的机械整修。一辆1t矿车市场价格约为5000元，200辆就为100万元，有了整形机就能为公司减少100万元的损失，效益显著。因此，研究和设计一种功能专一、简单实用、效果良好的新型车体整形设备是十分必要的。煤矿矿车车体整形机若研制成功，将为煤矿矿车车体的日常维修工作解放大量的人力和物力，减少经济损失，其应用前景将十分广阔。1.1.3 状况分析 本课题主要针对装载量为1 t的矿车车箱，其主要结构参数见下图1-1-3，矿车车箱的变形部位主要在矿车的四角变形，以及各车箱表面的局部变形。1.2 方案设计1.2.1 研制应遵循的原则(1)利用液压传动技术，采用新工艺、新材料，研制出符合现场实际情况矿车整形设备。(2)整形机可以对矿车变形不超过200 mm范围内修复至标准规定的尺度。(3)整形结构最小长度为200 mm，最大为2300 mm。(4)横梁在其使用寿命年限内(十年)不得有下垂现象。(5)各部分应运转灵活平稳。(6)研制出样机需无整形盲区，适应用任何部位整形(7)充分利用现有的设备，尽量减少费用投入；(8)制作后满足技术设计及计算要求；(9)技术可靠，经济合理。1.2.2 方案比较经过反复比较，决定采用液压传动原理设计制作。因为液压传动系统具有运行平稳，操作简单，维修方便，安全等特点，较适合整形机的要求，通过控制各液压缸的伸缩，配备各种不同的模具，从而达到矿车整形的目的。现在我提出了三种方案并分别进行比较。方案一：所设计的整形机主要由龙门架，横梁、撑架和液压系统四个部分组成见图1-2-1。(1)龙门架：由工字钢、两个升降油缸组成，龙门架用于支承主机机体和横梁的升降。(2)横梁：由工字钢滑道、小跑车和推移油缸等部分组成，推移油缸主要用于使小跑车在横梁上水平移动。(3)撑架：由钢板、转轴和两个工作油缸组成。钢板起支承油缸作用，转轴可使撑架旋转，工作油缸起整形作用。(4)液压系统：泵站操作台和高压软管等组成。图1-2-1方案二：所设计的多功能矿车整形机主要由外挤油缸1，整形机构2，横梁3，升降油缸4，移动油缸5，立柱6，内挤油缸7，泵站及操作台组成，见图1-2-2。图1-2-2方案三：所设计的矿车车箱整形机主要由支撑架1，悬臂套筒2，立柱3，工字钢4，电动葫芦5，液压缸6，泵站及操作台组成。见下图1-2-3。1.2.3 方案选择 在三种方案中，方案一、方案二只能水平、垂直方向实现对矿车的整形，而且所涉及的液压缸多，液压系统较为复杂，方案三是方案一、方案二的综合，方案三利用电动葫芦起吊液压缸水平上下移动，悬臂吊车的转动，在液压缸端部装上整形块，这样利用液压使矿车车箱的任意部位都能够被整形，液压活塞杆端部在连接较长实心杆可整形尺寸更大的矿车车箱，并且使用方便、灵活。因此选择方案三。该机结构新颖，技术先进，操作方便，效率高，维修质量好，实现了一机多用，经应用证明，该机具有实用性，先进性，可靠性，尤其是对大变形矿车的修复效果更加明显，且对箱体无任何破坏，是较理想的矿车综合维修设备。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 整形机液压系统设计2 整形机液压系统设计2.1概述2.1.1液压系统的组成 为实现某中规定功能，有液压元件构成的组合，叫做液压回路。液压回路按给定的用途和要求组成整体，叫做液压系统。液压系统有三个功能部分和辅助装置组成，见下表1-1-1，液压系统按液流循环方式分，有开式和闭式两种。表1-1-1 液压系统的组成动力部分控制部分执行部分辅助装置液压泵用以将机械能转换成压力能有时也将蓄能器作为紧急和辅助装置各类压力、流量、方向等控制阀用以实现对执行元件的运动速度、方向、作用力等的控制，也用于实现过载保护、程序控制等液压缸、液压马达等用以将液体压力能转换成机械能管道、蓄能器、过滤器、油箱、冷却器、加热器、压力表、流量计等2.1.2 液压系统的类型和特点 液压系统是为满足设备运动和动力控制调节的要求，以液体作为传递动力和运动介质，通过设计，按一定规律由基础元、器、辅、附件联结组成一体。运动控制体现在对静压力能为主的能量调节和控制上。因此可按控制调节方式或液体循环方式来划分类型。 靠液压控制阀来控制系统压力、流量，实现执行元件的运动方向和速度或转速的系统称为阀控制系统。故为开式阀控制液压系统。开式是指介质循环过程中，都要经过油箱的冷却、沉淀获再过滤。如果突出流量调节方式，称为节流调速系统。这种系统无功能耗较大，为防止系统温升过高，故都采用开式系统。 靠用变量泵来控制系统执行元件的运动方向和速度或转速的系统，称为泵控制系统。这时介质多系直接连续循环，仅需作必要的少量补充，故称闭式系统。流量的变化主要是有变量泵或变量马达实现，又称为容积调速系统。2.1.3 液压系统的优缺点1优点：1）同其他传动方式比较，传动功率相同，液压传动装置的重量轻，体积紧凑。2）可实现无级变速，调速范围大。3）运动件的的惯性小，能够频繁迅速换向；传动工作平稳；系统容易实现缓冲吸震，并能自动防止过载。4）与电气配合，容易实现动作的操作自动化；与微电子技术和计算机配合，能实现各种自动控制5）元件已基本上系列化，通用化和标准化，利用CAD技术的应用，提高工效，降低成本。2 缺点：1）容易产生泄漏，污染环境。2）因有泄漏和弹性变形大，不易做到精确的定比传动。3）系统混入空气，会引起爬行、噪声和振动。4）故障诊断与排除要求较高技2.2 液压系统的设计要求及工况分析 矿车车箱整形机主要靠液压系统，通过在液压缸两端面安装整形块，利用液压力来实现对矿车车箱的整形。设计专用小吊车，选用电动葫芦来实现对液压的移动。设计步骤如下：1） 液压系统设计 在设计液压系统中，需要设计液压缸、液压元件、控制回路、液压站以及管道计算。在设计中，需要对选择的参数进行校核验算，最后才能确定所设计的液压系统。2） 专用小吊车的设计根据液压缸的重量选择电动葫芦，根据电动葫芦型号选择工字钢，选择立柱和套筒材料以及轴承的选择，最后从疲劳强度、刚度、挠度进行验算，条件符合标准后确定设计的小吊车满足实际需要。 根据实际生产效率需求分析取液压缸快进速度为0.1 m/s，工进和工退速度为0.001 m/s,液压缸的整形力为 N2.3液压缸的设计592.3.1液压缸主要参数确定1、压力P1）公称压力 公称压力也称额定压力，即在正常工作条件下，液压缸能用以长期工作的最高压力。国家标准GB/T 7938-1987，由资料3表42.4-5。 结合题目要求，选取=16 MPa。2）最高允许压力液压缸在超过额定压力后允许短暂运行的最高压力。由资料3第198页=1.516=24 MPa （式2-1）3）耐压实验压力耐压实验压力是液压缸在检查质量时刻承受的实验压力。在规定时间内，液压缸在此压力作用下，全部零件不得有破坏或永久变形等异常现象出现。由资料3第198页当额定压力16 MPa时 =1.25=20 MPa （式2-2）4）最低起动压力液压缸在空载工况下，通入液压油压力逐渐升高，活塞杆在刚起动时的压力值，称为液压缸的最低起动压力。2、缸筒内径 D1）液压缸的尺寸由资料5第167页 A= D= m （式2-3） F作用在活塞上的载荷 F=1.5 N A液压缸面积在液压系统中，为便于选择液压元件和管路设计，将压力分为下列等级，下表2-3-1表2-3-1液压缸压力分级 /MPa级别压力范围低压02.5中压2.58中高压816高压1632超高压322）活塞杆的尺寸根据资料1表20-6-2，取D=100 mm根据资料3 第199页 当活塞杆只受拉力时，可取小值 。 当活塞杆只受压力时，可取 。因为本课题所涉及的活塞杆拉力和压力同时存在，则取。 根据资料3表42.9-4，液压缸杆径比与速比关系，取=1.46表42.9-4工称压力/MPa1012.520201.331.46，22 则d=0.5D=50 mm初步确定液压缸尺寸：液压缸内径D=100 mm 活塞杆外径d=50 mm3、液压缸的有效作用面积 无杆腔作用面积：A1= （式2-4） 有杆腔作用面积： （式2-5）4、流量单位时间内油液通过缸筒有效截面积，称流量 由资料1第20-283页 （式2-6）由于V=vAt工作过程中，工进时取 v=0.001 m/s 快进时取 v快=0.1 m/s 快退时取 v退=0.1 m/s v快=v退工进时：=0.001m/s9.375 （式2-7） =0.157 对于单杆活塞杆液压缸当活塞伸出时： = （式2-8） = =13.08 L/min 当活塞杆缩回时： =9.81 L/min （式2-9） 当活塞杆差动伸出时： =1.97 L/min （式2-10）V液压缸活塞第一次行程中所消耗的油液体积，L t液压缸活塞第一次行程所需的时间，minD液压缸内径，md活塞杆直径，mv活塞杆运动速度，m/min液压缸容积效率，当活塞密封为弹性密封材料时，=15、活塞的速度由资料1第20-283页，当活塞伸出时： =0.0028 m/s （式2-11）当活塞杆缩回时： = =0.0021 m/s （式2-12）当 Q=常数时，V=常数。但实际上，活塞行程两端各有一个加、减速阶段，如下图2-3-2。6、速比液压缸活塞往复运动时的速度之比 （式2-13）= =1.34 计算速比主要是为了确定活塞杆的直径是否要缓冲装置。速比不要过大或过小，以免发生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。可参照下表2-3-2选定。表2-3-2公称压力/MPa1012.520201.331.46，22取=1.46。活塞的伸出速度，m/min活塞的缩回速度，m/minD液压缸的活塞直径，md活塞直径，m7、活塞的理论推力和拉力 油液作用在活塞上的液压力，对于双作用单活塞缸来说，活塞受力如下图2-3-3。 活塞伸出时的理论推力为： = =125600 N （式2-14） 活塞杆缩回时的理论拉力为 = =94200 N （式2-15） 当活塞差动前进时（即活塞的两侧同时进压力相同的油液）的理论推力为：=62800 N （式2-16）活塞无杆腔侧有效面积，活塞有杆腔册有效面积，P供油压力（工作油压），MPaD活塞直径（即液压缸内径），md活塞杆直径，m8、活塞的最大允许行程 活塞行程S，在初步确定时，主要是按实际工作需要的长度来考虑，但这一工作行程并不一定是液压缸的稳定性所允许行程。为了计算行程，应首先计算出活塞杆的最大允许长度。因此活塞杆一般为细长杆，当，由欧拉公式推导出 mm （式2-17）将数据代入并简化后 （式2-18）所以 根据实际矿车整形过程应中，液压缸所需的最大长度 ，既L=1800 mm （式2-19）取=600mm，满足最大允许行程。 液压缸计算长度L= 因此可初步确定活塞杆的长度L11800mm-600mm=1200 mm （式2-20） 取L1=1200 mm活塞杆弯曲失稳临界压缩力 （式2-21）F活塞杆纵向压缩力，N安全系数，取 =3.5E材料的弹性模数。钢材的 E= I活塞杆横截面惯性矩，d活塞杆直径，mm9、液压缸的功率 液压缸所做的功为，由资料120-284页 W=FS = 功率则为 （式2-22）由于，代入上式则 =41.87 W （式2-23）F液压缸的载荷（推力或拉力），NS活塞行程， mt活塞运动时间，sV活塞运动速度，m/sP工作压力，PaQ输入流量，10、液压缸的总效率液压缸的总效率由以下效率组成：（1） 机械效率 ，由活塞及活塞密封处的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在额定压力下，由资料1第20-285页取 =0.90.95 （式2-24）取=0.92 （2） 容积效率 ，由个密封件泄漏所造成的，如前所述，通常取活塞密封为弹性密封=1（3） 作用力效率，由排出口背压所产生的反向作用力造成。当排油直接回油箱时 =1（4） 液压缸的总效率 =0.9211100%=92% （式2-25）11、活塞作用力液压缸工作时，由资料1第20-285页，活塞作用力F计算如下： N （式2-26） = = N 外载荷阻力 回油阻力，当油无阻碍回油箱时0。取=0 密封圈摩擦阻力 = N活塞在启动、制动是的惯性力，取=0f密封件的摩擦因数，取0.2密封件两侧的压力差，MPa活塞及活塞杆密封件厚度，m活塞和活塞杆密封件的摩擦修正系数，O型密封圈,带唇边密封圈，压紧型密封圈2.3.2 液压缸的结构确定焊接型液压缸，这类液压缸暴露在外面的零件较少，外表光洁，外形尺寸小，能承受一定的冲击负载和恶劣的外界环境条件。但由于前端盖螺纹强度和预紧时端盖对操作的限制，因此不能用于过大的内径和较高的工作压力。多用于车辆、船舶和矿业等机械上。 法兰型液压缸，这类缸外型尺寸较大，适用于大、中型液压缸，缸内径通常大于100mm额定工作压力，能承受较大的冲击负载和恶劣的外界环境条件，属于重型缸，多用于机械，冶金机械等。根据比较和设计的要求，选用拉杆型液压缸适用。拉杆型液压缸结构简单，制造和安装均方便，缸筒是用内径经过衍磨的无逢钢管半成品，按行程要求的长度切割。端盖与活塞均为通用件。缸内径250mm，额定工作压力。如下图根据最终比较确定选用拉杆型液压缸2.3.3 液压缸主要零部件设计1、缸筒1）缸筒结构常用的缸筒结构有八类，有法兰连接、外螺纹连接、内螺纹连接、外半环连接、内半环连接、拉杆连接、焊接、钢丝连接。（1）法兰连接 图 a 图 b 图 c 优点：结构简单；易加工，易装卸 缺点：重量比螺纹连接的大，但比拉杆的小；外径较大 图a缸体为钢管，断部焊法兰 图b缸体为锻件或铸件 图c缸体为钢管，端部镦粗（2）螺纹连接图a 图b 图c螺纹连接结构的外径尺寸小，但端部结构复杂，而且内、外径有同轴度要求，装配困难，要使用专门工具；应注意拧端盖时有可能把密封圈拧扭。优点：重量较轻；外径较小缺点：端部结构复杂；装卸时要用专用的工具（3）外半环连接外半环连接结构液压缸的重量比拉杆连接的轻，连接方式和装配都很方便，但缸体开槽后，削弱了强度，需要加大缸体壁厚。优点：重量比拉杆轻，缺点：缸体外径要加工；半环槽削弱了缸体相应地要加厚缸体厚度。（4）内半环连接优点：结构紧凑、重量轻缺点：安装时，端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油孔边缘擦伤（5）拉杆连接优点：缸体最易加工；易装卸；结构通用性大缺点：重量较重，外形尺寸大（6）焊接连接优点：结构简单，尺寸小缺点：缸体有可能变形根据比较分析，确定选用拉杆型连接最符合设计要求。2）缸筒材料材料的选择：一般要求有足够的强度和韧性，根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源等可选用以下各种材料：25，35，45等；25CrMo,35CrMo,38CrMoAl等；缸筒毛坯；普通采用退火的冷扎无缝钢管。选用45钢。根据资料1表20-6-7可查出 3）对缸筒的要求 （1）有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。 （2）有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不永久变形。 （3）内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级以保证活塞密封件的密封性。 总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和行位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。4）缸筒壁厚由资料1第20-290页，缸筒壁厚公式为： （式2-27）关于的值，可按下列情况分别进行计算取 因为 经过计算得=8 mm取 缸筒壁厚 则缸筒外径为 100+10+10=120 mm 5）缸筒壁厚验算额定工作压力应低于一定极限值，以保证工作安全，由资料1第20-290页： （式2-28）或 =34 MPa条件成立，确定液压缸外径 =120 mm为缸筒材料强度要求的最小值，m为缸筒外径公差余量，m腐蚀余量，mD缸筒内径，m缸筒内最高工作压力,MPa缸筒材料的许用应力，MPa =缸筒材料的抗拉强度，MPan安全系数，取n=5缸筒材料屈服强度，MPa6）缸筒底部厚度 缸筒底部厚度为平面时，其厚度可以按照四周嵌入的圆盘强度公式计算, 由资料1第20-291页：. m （式2-29） = 取=10 mm 筒底厚度p筒内最大工作压力，MPa筒底材料的许用应力，MPa计算厚度外直径7）缸筒头部法兰厚度 由资料1第20-291页 （式2-30） = 2 活塞 由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄漏，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。1）液压缸的结构形式根据密封装置型式来选用活塞的结构形式（密封装置则按工作条件选定）。通常分为整体活塞和组合活塞两类。整体活塞在活塞周围上下开沟槽，安装密封圈，结构简单，但给活塞的加工带来难度，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封型式决定。组合式活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长。随着耐磨的导向套环的大量使用，多数密封圈与导向套环联合使用，大大降低了活塞的加工成本。确定选用整体活塞。2）活塞与活塞杆的连接液压缸的活塞与活塞杆的连接方式有很多型式，所有型式均需要采用锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开。同时在活塞与活塞杆之间需要设置静密封。活塞压缸多采用此种结构，该结构不仅应用在机床上，工程机械也广泛采用。连接方式分为（1）卡环型 两半环卡入环槽后回松脱，需要套上卡环帽，再装上弹性挡圈。装拆方便，低速时使用广泛。（2）螺母型 使用螺母型连接，装卸方便，采用双螺母连接可预紧。（3）锁紧螺母型根据本课题的情况及使用特点，选用螺母型连接方式，比较合适本设计要求。3）活塞的密封液压缸是依靠密封的工作容积变化来传递动力和运动的。因此要求两个有相对运动的零件之间形成的空间应是密封的。不使油液从进油腔泄漏至回油腔，更不允许泄漏到缸体外面，若密封不良不仅使液压缸的性能和效率降低，甚致失去工作能力，因此，对液压缸的密封提出以下要求：（1） 在额定工作压力下，保证良好的密封，使其减少泄漏。 （2） 相对运动的零部件间，密封装置引起的摩擦力要小，不允许有卡死或爬行现象。 （3） 密封元件的加工工艺和装配简单。即制造容易，成本低，适于组织集中生产和标准化生产。 （4） 耐磨性好，工作寿命长，磨损后在一定程度上能自动补偿。这些要求往往是有矛盾的，选择哪一种密封装置，要根据液压缸的工作压力、运动特点、使用条件而定，液压缸中的密封装置类型很多（1）间隙密封 间隙密封是依靠相对运动的零件的配合表面间的微小缝隙来防止泄漏，活塞上一般做出环槽，如下图所示。其目的是为了使径向压力平衡，并改善密封性，环形槽的形状主要有矩形，V形和半圆形。 间隙密封应用较广，特别在各种阀类中得到广泛的应用，其密封性能与间隙大小、压力差、配合表面的长度和直径尺寸以及加工质量等有关，其中间隙大小及均匀与否影响最大。这种密封 间隙密封装置结构简单，摩擦力小，但它不能随压力的增大而提高其密封性能。对于圆柱形表面，制造精度较易保证，但摩损后无法补偿。对平面配合，制造较困难，但摩损后可以采取自动压紧等措施进行补偿。对尺寸较大的液压缸，由于配合尺寸较大，要达到间隙密封所要求的加工精度比较困难，而且也不经济。因此，间隙密封仅用于尺寸较小，压力较低，运动速度较高的液压缸。当采用间隙密封时，应考虑零件材料的耐磨性，通常采用耐磨铸铁制造活塞。 间隙密封（2）O形密封圈密封 O型密封圈 上图所示是一种断面形状为圆形的O形密封圈。O 形密封 圈通常安装在矩形的沟槽中，用于固定件或往复运动件间的密封为了使密封圈保持良好的密封性能而又不致产生过大的摩擦力，O形密封圈安装在槽中应当有适当的预压量。预压量的大小，对密封性能影响很大。过小，密封性能不好，易泄漏；过大，则压缩形密封圈力增加，摩擦力增大，使密封圈容易在沟槽中产生扭曲，加快磨损，缩短寿命。 O形密封圈的预压缩量大小及压力分布，如下图所示。O型密封圈预压缩量及压力分布O形密封圈具有结构简单，密封性能良好，动摩擦阻力小，制造容易，成本低，安装方便等优点，所以在液压系统中应用十分广泛。可用于直线往复运动和回转运动的动密封，也可用于无相对运动的静密封，可用于外径密封，也可用于内径密封等。一般使用工作压力小于30 MPa（3）Y形密封圈密封 图2-3-4Y型密封圈Y形密封圈是一种断面形状为形的密封元件，如图2-3-4所示，图中尺寸d和D是Y形密封圈的公称外径和内径。形密封圈分为等高唇和不等高唇两种。 Y形密封圈的应用如图2-3-5(a) 所示。是依靠密封圈的两唇边和轴或孔的表面相接触而起密封作用如图2-3-5(b)所示，随着工作油压升高，两唇的张开力也增大，使密封圈唇边和轴或孔的表面贴得更紧，密封效果好，并能补偿磨损的影响。 2-3-5Y型密封圈的应用（4）V 型密封圈V形密封圈主要用于压力较高（如油压机）和更换密封圈较困难的场合。在相对运动速度。不太高的活塞杆处常常使用这种密封圈。V型密封圈 V型密封圈的结构 使用V形密封圈的优点是：（1）适宜在工作压力小于50 MPa，温度在-4880条件下工作，安装时也应注意方向，即密封环的开口，应面向压力。（2）密封性能好，寿命长。若有泄漏，只要重新压紧就可继续使用。（3）可用于活塞密封，也可用于活塞杆密封。缺点是：（1）摩擦阻力大（2）调整困难。如调整不当，可能会引起爬行，因此，安装时应仔细调整，不可使摩擦力过大。（3）安装尺寸大，并有安装方向要求。（4）结构复杂，成本较高。通过比较，活塞与活塞杆的密封选用O型密封圈密封。 根据资料3表42.7-56选 ,资料3表42.7-58查得，沟槽宽度b=3.8 mm，R1=0.3 mm，h=1.97 mm。4）活塞材料 无导向套环活塞：用高强度铸铁HT200300或墨铸铁。有导向套环活塞：用优质碳素钢20号、35号及45号。选用45号钢。5）活塞尺寸及加工公差 活塞宽度一般为活塞外径的0.61.0倍，根据设计要求取=100 mm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0.02 mm，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04 mm/100 mm，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之差，表面粗糙度结构型式不同而异。 取=100f7 mm 3、活塞杆1）结构 活塞杆要连接整形块，需要整形力，选用实心活塞杆，活塞杆的外端头部与载荷的拖动机构相连接，为了避免活塞杆在工作中产生偏心承载力，适应液压缸的安装要求，提高作用效率，应该根据载荷的具体情况，选择适当的杆头连接型式。设计活塞杆结构草图如下图2-3-6活塞杆螺纹根据设计要求和资料1表20-6-4分别选（从图左到右）M352和M4222）活塞杆的材料和技术要求 根据资料1表20-6-15选用45号钢，需要淬火，淬火深度为0.51 mm。活塞杆要在导向套中滑动，一般采用H8/h7。太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损，其圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半。安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01 mm，取0.01 mm。 活塞杆的外圆粗糙度Ra取1.6活塞杆内端的卡环槽、螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线同心。3）活塞杆的强度计算 由资料5第75页验算活塞杆直径： （式2-31） = =23.5 mm 前面计算活塞杆直径d=50,5023.5 。满足设计要求。d活塞杆直径F液压缸负载空心活塞杆孔径，实心杆取=0活塞杆材料的许用应力，=/n，n=54）活塞杆弯曲稳定性验算 当液压缸支承长度时，取=1800mm。需要验算活塞杆弯曲稳定性。 若受力F1完全作用在轴线上，由资料1第20-298页主要按下式验算 ， N （式2-32）式中 =671 N强度足够，满足设计要求。活塞杆弯曲失稳临界压缩力，N安全系数，取=4K液压缸安装及导向系数。E1实际弹性模数。a材料组织缺陷系数b活塞杆截面不均匀系数E材料的弹性模数，MPa，E=2.10I活塞杆的横截面惯性矩，4、活塞杆的导向套、密封和防尘 活塞导向套装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。当导向套采用非耐磨材料时，其内圈还可以装设导向环，用作活塞的导向。导向套的典型结构型式有轴套式和端盖式。1） 结构选用轴套式导向套。2） 导向套的材料采用金属导向套，采用摩擦系数小，耐磨性好的青铜材料制作。3） 导向套的长度的确定（1）导向套的尺寸配置导向套的主要尺寸是支承长度，按活塞杆直径、导向套的型式、导向套材料的承压能力、可能遇到的最大侧向负载等因素来考虑。导向套的宽度b=d/3=50/3=16.7 mm。（2）受力分析导向套的受力情况，根据液压缸的安装凡是、结构、有无负载导向装置以及负载作用情况的不同作具体的分析。如下图2-3-7所示的最简单情况，垂直安装的液压缸、无导向负载装置、受偏心轴向载荷F1时，由资料1第20-300页： = （式2-33） （式2-34）导向套的支承压应力为： =4.5MPa （式2-35） 图2-3-8所示结构：b=2/3d m支承压应力在导向套材料允许范围内，导向套的总长度不应过大，特别是高速缸，以免摩擦力过大 b 图2-3-81） 最小导向套长度导向套长度过短，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，由资料1第20-300页，最小导向长度应满足： =80 mm （式2-36） 导向套滑动面的长度A，在缸径小于80 mm，取A=(0.61.0)D当缸径大于80 mm时，取A=(0.61.0)d因为D=100 mm80 mm取A=1.0d=50 mm 活塞宽度B=(0.61.0)D取B=1.0D=100 mm 导向套承受的载荷， N外力作用于活塞的力矩, L载荷作用的偏心矩，m活塞至导向套间距，m。当活塞向上推，取=D+d/2D、d分别为活塞及活塞杆外径，m安全系数，取=1.5b导向套宽度，m支承压应力，通常取：青铜=0.5的孔）。由资料1第20-304页： = =0.023 （式2-37）式中 C流量系数，接头处大孔与小孔之比大于7时，C=0.60.62，取C=0.6 A油孔的截面积， 油液密度，=800 油孔前腔压力，Pa油孔后腔压力，Pa油孔前后腔压力差，Pa从式中可见，C、是常量，对流量影响最大的因素是油孔的面积A。根据上式可求出孔的直径，以满足流量的需要，从而保证液压缸正常工作的运动速度。液压缸油口连接螺纹尺寸应符合资料1表20-6-24的规定。根据资料1表20-6-25可确定油口尺寸如下图2-3-13。EC=M332，EE=20mm2.4 液压系统原理图2.4.1基本回路选择首先选择调速回路。所设计的整形机液压系统功率较小，工作负载为阻力负载且变化小，故可采用调速阀的回油节流调速回路，由于系统选用了节流调速形式，系统必然为一开式循环系统。液压系统的工作循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，而且工进流量是快进流量的2.4%，工进时间是快进时间的75%。显然，如选用单定量泵作为液压源，功率损失较大，系统效率低，必须选用双泵或限压式变量泵。双泵液压源的特点是流量突变时，液压冲击较小、噪声小、结构较简单、寿命长、成本低。但是小泵有溢流损失，降低了系统效率。限压式变量泵的特点是输出流量与调速阀的通过流量是一致的，无溢流损失。但输出流量较小时，泵效率很低。当流量突变时，定子动作有滞后，液压冲击较大。结构复杂、寿命短、成本高。在整个工作循环中，该系统在快进、快退时所需要流量较小，因此从提高系统效率，节省能量的角度出发，宜选用限压形式变量泵作为油源，而不宜选用单个定量泵。现确定双联泵方案。其次是选择快速运动和换向回路。本系统已选定差动连接作为快速回路，考虑到快退运动时液压缸有杆腔进油，则无干腔回油量较大为=57L/min，故选用电液换向阀。为了方便于组成液压缸的差动连接，换向阀应选为四通式的。再次是选择速度换节回路。由于快进转为工进时，速度变化大，故选用行程阀来实现速度的平稳转换。现采用二位二通电磁阀将与调速阀并联的直通油路切断，使快进转换为工进。与行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，管道较简单。另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换节回路是采用行程与压力联合控制的方式。 最后选择平衡和锁紧回路，在矿车车箱整形时，需要保压一段时间再快退，需要设置一单向背压阀。2.4.2液压系统原理图组成根据上面选定的液压回路的液压回路，再考虑以下因素，便可合并组成完整的所设计的液压系统原理图，如图2-4-1所示。（1） 为了保持进入系统油液的清洁，在泵的吸油口设置滤油器1。（2） 为了便于调整系统压力，应设压力表及压力表开关12。2.5 选择液压元件2.5.1 液压泵及其驱动电动机的选择 首先确定液压泵的最大工作压力。小流量泵、在快进和工进时都向系统供油。由工况图可知，在整个工作循环中液压缸的最大工作压力为16，若选取进油路上的总压力损失为0.8 ，则小流量泵的最大工作压力约为=（16+0.8）=16.8 大流量泵只在快速运动时向系统供油，由工作原理可知，快退时缸的工作压力较大，选取总压力损失为0.3。1） 确定液压泵的工作压力 =16.8+2=18.8 MPa （式2-38） 式中执行元件的最大工作压力，MPa 经验数据，取=2 MPa2） 确定液压泵的流量，由资料5第169页得： （式2-39） = =15 L/min K系统泄漏系数，取1.3 液压缸无杆腔，有杆腔面积，最后根据以上数据查阅产品样本，确定选择规格相近的YB-D32/4型双联叶片泵。3）确定驱动液压泵的功率工作循环中，液压泵的压力与流量比较恒定，由资料5 第169页，则所需电机功率为= =1.8(32+4)/60 0.92=7.96KW （式2-40） 根据此数据值查阅电动机产品目录，选择Y160L-4型异步电动机，转速为1460 r/min，功率为10 Kw。2.5.2 控制阀的选择根据各控制阀所在油路的最大工作压力和通过该阀的最大流量来选择其型号，见表2-5-2。其中选用的调速阀的最小稳定流量为0.05 L/min，小于本系统工进时所需的流量0.157L/min。表2-5-2 液压元件的型号和规格序号元件名称最大流量/L型号几规格1滤油器11.47XU-631002双联叶片泵32/4YB-D32/43外控顺序阀4.875XF3-Ea10B4单向阀4.875AF3_10B5溢流阀3.375YF3-10B6三位四通电磁换向阀9.7534EF3Y-E10B7液控单向阀11.57YAF3-Ea10B8二位二通电磁换向阀8.2122EF3-E10B9单向调速阀9.75AQF3-E10B10二位二通电磁换向阀8.2122EF3-E10B11单向调速阀9.75AQF3-E10B12压力表Y-10T13压力表开关YF3-E3B14电动机Y160L-42.6 液压辅助件及液压站设计2.6.1油管及管接头的选择油管常称为管道，它在液压系统中将各个液压元件连接起来，以保证液压系统的能量传递。因此要求油液通过管道的压力损失要小，要能承受系统油压作用，油管强度要高，泄漏要小。1、 油管的分类及应用 根据油管的用途和系统压力的不同，液压系统中常用的油管有钢管、铜管、塑料管、尼龙管、橡胶软管等。各种管材及应用场合见表3-6-1表2-6-1种类用途优缺点钢管常在拆卸方便处用作压力管道能承受高压、油液不易氧化，价格低，装配弯曲难紫铜管在中、低压系统中采用，机床中应用较多，常配以扩口管接头装配弯曲方便，抗振弱，易使液压油氧化尼龙管在中、低压系统中使用，耐压可达2.58 MPa能代替部分紫铜管，价格低，弯曲方便，寿命短橡胶软管适用于中、高压的动连接装配方便，价格贵、寿命短根据设计产品的使用要求，确定选用橡胶软管比较合适。2、 油管内径的确定 通常选择油管的尺寸应考虑能承受系统压力作用，并尽量减小压力损失，合理地选择油管材料和流速。油管内径d根据通过的流量和允许的流速来确定，根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出管道按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达30 L/min，则液压缸进、出油管直径d按产品样本，选用内直径为15 mm，外直径为 19 mm的10号冷拔钢管。3、管接头 管接头是油管与油管，油管与液压元件间的连接件。它应满足连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、压力损失小、拆装方便及工艺性好等要求。管接头的种类很多，按管接头的通路数量和油流方向分为直通、直角、三通和四通等型式；按油管和管接头的连接方式不同可分为管端扩口式、焊接式、卡套式等形式。管接头与阀体的连接采用普通牙螺纹连接用普通细牙螺纹连接时采用组合密封垫（熟铝合金与耐油橡胶组合），其密封性能好，装配方便，但机体上应加工出一个小平面。如下图2-6-1。 图2-6-12.6.2 蓄能器选择 蓄能器是一种能够储存液体压力能并在需要时把它释放出来的能量储存装置，可作为辅助能源和应急能源使用。在液压系统中还可吸收压力脉动和减少液压冲击。1、 蓄能器的类型选择蓄能器按结构不同，分为弹簧式、重锤式和充气式等三类。目前，前两种已很少采用。充气式蓄能器按构造不同，又分为气液直接接触式、隔膜式、气囊式和活塞式等几种，机械工业主要应用气囊式和活塞式。选用气囊式蓄能器如图2-6-2图2-6-2 气囊式蓄能器气囊4用特殊耐油橡胶制成，固定在壳体3的上半部，气体（一般是氮气）从气门1充入，气囊外部是压缩油。保护帽2是用来保护气门，蓄能器下部有一受弹簧6作用的提升阀5，用于防止油液全部排除时，气囊胀出壳体。气囊式蓄能器的优点是胶囊惯性小，反应快，油气严格分开，结构紧凑，尺寸小，重量轻，安装和维护都很方便。2、 尺寸计算蓄能器的有效作用面积，由资料1第20-713页= =12.7 L（式2-41）3、 蓄能器型号选择根据有效作用面积计算，并考虑诸如结构尺寸、重量、响应快慢、成本因素，即可确定蓄能器的类型及规格。查资料1表20-8-99确定选用NXQ1-L16/31.5 H 公称容积 25 L，公称通径40 mm。重量63 kg。2.6.3 油箱设计1、油箱的用途与结构 油箱在液压系统中是辅助元件之一，它的主要用途有：1） 储存必要数量的油液以满足液压系统正常工作所需要的流量。2） 散发热量。油液经过一个工作循环后，由于摩擦生热，油温升高，油液可回到油箱中进行冷却，使油液温度控制在适当范围内。3） 可逸出油中空气，清洁油液。油液经过一个循环后，不但油温升高，还会产生污物，可在油箱中沉淀杂质。图2-6-3图2-6-3所示为油箱的结构图。主要有吸油管、回油管、隔板、放油阀和油位指示器等部份组成。在油箱结构设计中应注意以下问题：（1）吸油管1与回油管4距离应尽量远；吸油区与回油区用隔板 7和9隔开，以增大油箱内油液的循环距离这样有利于冷却和放出油中的气泡，并使杂质沉淀在回油区，隔板的高度约为油面高度的3/4。（2）为了避免污物进入油箱，油箱设有上盖5，在上盖5上设加油器，并安有滤网2、保护盖3，其上应有透气孔，使液面与大气相通。通气孔处安有空气滤清器，以防空气中的污物侵入。（3）为便于观察油位，应设油位指示器6 ，以便检查最高油面和最低油面。（4）油箱应便于维修清洗，油箱底面应作成倾斜的，最低位置处装有放油塞或放油阀，以便于放油。油箱的安装位置应便于装拆和清洗。（5）钢板焊接的油箱，钢板的厚度可视油箱容量的大小36 mm 内选用，容量小钢板薄，容量大钢板厚。当油箱上盖放置液压泵和电动机等传动装置时，为防止振动，箱盖应适当加厚。（6）吸油管必须插入液面以下，以防空气侵入和出现吸空现象。吸油管管口距箱底不应小于管径的两倍，若放置粗滤器时，距箱底不小于2050mm，以防沉淀的杂质吸入管径。（7 ）回油管必须插入最低油面以下，避免回油冲击油面形成泡沫或冲击已沉淀的杂质。（8）油箱内壁应涂耐油防锈涂料。（9）当油箱中的油液需要加热或冷却时，应装有加热器或冷却器。（10）油箱应便于安装、吊运和维修。2、油箱容量 由资料5第169页，按经验公式算得： = （式2-42） 油箱中油液温度一般取45。2.7 验算液压系统性能2.7.1 系统压力损失验算 阀类元件的局部压力损失可以按式估算、出来的，它的总压力损失中占了很大的份额。由图2-4-1可知，液压缸工作进给时，进油路上调速阀处的压力损失为0.5,回油路上背压阀处压力损失为0.6，顺序阀8通过30 L/min流量也造成压力损失。因此将回油路上的压力损失折算到进油路上后，由资料5第170页得到进油路上阀类元件造成的压力损失，即+ （式2-43）= 0.63 MPa满足性能要求。2.7.2 计算系统效率 一个工作循环中，工作进给所占的时间达95%以上，因此完全可以用工进时的系统效率来代表整个工作循环的系统效率。资料5第170页 （式2-44）取双联叶片泵的总效率=0.8，液压缸的总效率=0.95。回路效率为： = （式2-45）其中为大流量的卸荷压力，它等于顺序阀的压力损失，其值为=0.077 MPa （式2-46） 以上计算可以看出系统效率低，但在小功率（10KW）系统是也许的。2.7.3 系统发热与温升计算 因为本系统为中小功率系统固定的设备，油箱容量足够大，可不必进行此项验算。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 专用小吊车的设计3 专用小吊车的设计3.1 悬挂运输设备的选用 悬挂运输设备系特指其车轮悬挂在单根轨道工字钢下翼缘上与手拉葫芦等配套使用的手动单轨小车、电动葫芦（包括防爆电动葫芦），也特指悬挂在两根或多根轨道工字钢下翼缘上的手动梁式悬挂起重机、电动单梁悬挂起重机和多支点悬挂起重机等。手动单轨小车和电动葫芦因构造紧凑，动作简单，作业范围投影以点、线为主，所以它们被划分为轻小型其中设备；手动单梁悬挂起重机、电动单梁起重机和多支点悬挂起重机若按支承方式分，它们属于悬挂起重机。 悬挂运输设备是一种循环、间歇作业方式，对物料进行垂直起升、降和水平移动的搬运起重机械。 本课题所牵涉的悬挂运输设备属于轻小型，工作原理是对液压缸起升降、水平移动作用和对液压缸的圆周运动。选用电动葫芦拖动液压刚的水平运动和升降运动，以方便工人操作。 专用小吊车的结构主要由：电动葫芦、悬臂梁、支撑梁、工字钢等组成。3.2 电动葫芦的选择3.2.1电动葫芦概述电动葫芦是起重葫芦的一种，它是一种以电力驱动的体积小、重量轻、使用方便的轻小型起重设备。电动葫芦即可单独悬挂在单根轨道工字钢的下翼缘上，沿直线或弧线轨道往返移动，作为吊运重物的起重设备，或稍经改装直接安在固定架上，作为重物的起吊设备；也可与电动单梁、电动单梁悬挂、电动葫芦门式、堆垛、壁行、回臂及电动葫芦双梁等起重配套使用，作为起重机的起升机构。电动葫芦广泛地用于工矿企业的车间、仓库、货场、码头等室内场所。 常用的电动葫芦有钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种，其中钢丝绳电动葫芦用得最普遍。钢丝绳电动葫芦的取物装置以吊钩用得最多，也可在吊钩上装起重机电磁铁或用两台电动葫芦组装成梁式抓斗起重机。电动葫芦除一般用途外，还有防爆、防腐及冶金、船用等专用葫芦。电动葫芦多数采用地面操纵，也可以由司机室操纵，或用有线、无线遥控。3.2.2 液压缸重量计算 液压缸的重量主要由缸筒、活塞杆、活塞、整形块、前后端盖的重量之和组成。即 （式3-1） = 56.74 kg 取液压缸的重量为60 kgD液压缸直径d活塞杆直径材料密度，取78.5 3.2.3 电动葫芦型号选择 根据液压缸的重量可知道，电动葫芦所作的功相对低，确定选用环链式电动葫芦，根据资料6表1-65选用PHH2型电动葫芦。该葫芦的参数见下表3-2-1。表3-2-1机型起重重量t起升速度m/min运行速度m/min推荐轨道工字钢型号重量kg起重链条规格mm链行数PHH20.25414I10I20a28515172该产品安装在工字钢上。具有体积小，重量轻特点。是课题选用电动葫芦的最佳选择。3.3 轨道选择轨道采用热轧工字钢制成，轨道一般分为直线轨道、带悬臂的直线轨道或弧线轨道，该设计涉及的是直线轨道。为保证电动葫芦平稳运行，轨道沿全部采用一种型号的工字钢制作。轨道与连接件的连接，及通过连接件与支承结构的连接，才用普通螺栓连接，并用双螺母固定，在工字钢翼缘斜面上连接时，应增设斜垫圈。根据电动葫芦选择的推荐工字钢规格及资料6表2-1最终确定选择I20a（GB/T7061988）工字钢，材料Q235。见下图3-2-1为工字钢结构图图3-2-1根据需要取轨道长度为L=700+1200=1900 mm （式3-2）根据资料6表2-1可查出 H=200 m,b=100 mm ,tw=7.0 mm ,t=11.4 mm ,r=9.0 mm ,r1=4.5 mm截面积35.578 cm2,理论重量27.929 kg/m 因此计算出所选工字钢的重量为27.9291.9m=53 kg。3.4 小吊车立柱选择根据矿车车箱的高度，可知道立柱的高度在2000mm左右，确定选择立柱高度h=2000mm，为提高稳定性，选择缸筒立柱，材料为ZG270_500，缸筒外径D=200mm，内径d=180mm，为设计需要，立柱上需要安装套筒，在立柱上采用焊接方式焊接两圆形挡块，材料ZG270_500，其基本尺寸如下图3-4-1。3.5 滚动轴承选择3.5.1 概述 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动轴承来支承转动的部件，滚动轴承具有摩擦力下，功率消耗少，起动容易等优点。常用滚动轴承分为：球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥轴承、球面轴承等。3.5.2 轴承型号选择 根据设计需要如图3-4-1所示在立柱1上安装一个深沟球轴承，立柱2上安装一个深沟球轴承和一个推力轴承，才能满足小车旋转。根据尺寸大小，查资料7表20.6-1和表20.6-22可知道轴承尺寸，如下图3-5-1为深沟球轴承轴承结构图，图4-5-2为推力轴承结构图。表3-5-1、表4-5-2分别为深沟球轴承、推力轴承尺寸表。 表3-5-1深沟球轴承尺寸（GB/T2761994）基本尺寸/mm安装尺寸/mm其他尺寸/mmdDBminmaxmaxd2D2r200250242092411.5215.2234.91.5220270242292611.5235.2254.91.5表3-5-2推力轴承尺寸（GB/T3011995）基本尺寸/mm安装尺寸/mm其他尺寸/mmdDTminmaxmaxd1D1r min240300452762641.52432971.53.6 套筒设计 连接套简是挤压接头的主要传力部件，其材质及尺寸参数直接影响到接头性能、挤压力的大小及经济效果。套筒材料不仅要载荷较高的强度，同时要有良好的延性。套筒材质过硬，即使增大其挤比力也难保证套筒与钢筋挤压密实。由于所设计的小吊车需要旋转，需要在立柱上安装轴承并用套筒罩住，根据所选择的轴承尺寸大小，设计套筒基本尺寸见下图3-6-1，选择套筒材料ZG270-500加工方式：车床车外圆，镗床镗内圆3.7 吊钩选择 吊钩、吊环、平衡梁、吊耳及特殊吊具等，都是起重作业中比较常用的吊物工具，他们的特点是取物方便，工作安全可靠。 由于设计起吊物是液压缸，所以选用吊钩比较适用，吊钩分单钩和双钩两种，单钩是一种比较常用的吊钩。结构简单，使用方便，因为起吊物轻，选用单钩起吊，材料用20钢锻制而成。技术规格见资料8表4-17，所选吊钩基本尺寸见下表3-7-1，图3-7-1。表3-7-1设备种类起重量/t型式主要尺寸/mm质量/kgDsT电动葫芦0.25锻造单钩20140.32注：表中D为弯钩直径，s为弯钩开口尺寸，t为弯钩厚度吊钩的使用要点：1） 在起重吊装作业中使用的吊钩、吊环其表面要光滑，不能有剥裂、刻痕、锐角、接缝和裂纹等缺陷。2） 吊钩、吊环不准超负荷进行作业。3） 使用过程中要定期进行检查，如发现危险截面的磨损高度超过10%时，应立即降低负荷。4） 使用吊钩与重物吊环连接时，必须保证吊钩的位置和受力符合要求。3.8 小吊车稳定性校核3.8.1简支直线轨道计算简支直线轨道上有一台电动葫芦，计算时可简化为一个移动的集中载荷的作用，轨道自重按均布载荷考虑，如图3-8-1，当电动葫芦行使至直线轨道的跨中时，轨道截面中产生最大应力和最大挠度。根据图3-8-1分别按强度，挠度和稳定性计算出轨道的集中载荷标准值，取三者中最小值作为轨道容许集中载荷标准值。图3-8-1前面已经选择电动葫芦直线轨道采用Q235工字钢I20a，计算跨度=700mm，根据钢材标准，查资料6表2-1、表4-2、表4-3可得： 1) 化简后得到的简支直线轨道按强度计算时一台电动葫芦集中载荷标准值的简化式由资料6第257页得：= （式3-3） 2) 化简式3-3后得到简支直线轨道按挠度计算时一台电动葫芦集中载荷标准值的化简式由资料6第257页得： =22、77 KN 3) 工字钢截面简支直线轨道，当其受压翼缘的自由长度与宽度b1之比不超过表3-8-1所规定的数值时，该轨道可不计算整体稳定性。表3-8-1牌号跨中无侧向支承点的轨道跨中受压翼缘有侧向支承点的轨道不论载荷作用于何处Q235132016Q34510.516.513.0注：1.受压翼缘的自由度，当跨中无侧向支承点时，为轨道跨度；当跨度有侧向支承点时，为受压翼缘侧向支承点间的距离。2.b1为受压翼缘的宽度。3.轨道的支座处，应采取构造措施防止轨道端截面的扭
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