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轻型 卸车 设计

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摘 要 轻型自卸车是采用液压升举机构，让车厢歪斜到差不多角度并通过货物自重达到自动卸载的目的。卸载机构负责货物的倾倒, 驾驶员操作液压阀掌控手柄, 从发动机输出的动力通过变速器到动力传动，动力泵驱动液压泵提供动力，液压气缸推进货物箱完成倾销货物。液压升举结构是轻型自卸车的重要工作系统之一，其结构性能直接影响了轻型自卸车的使用性和安全性。本次毕业设计的中心围绕在轻型自卸车的液压系统和升举机构的液压缸的设计。对几种升举机构的方案进行分析比较，确定升举机构的方案和液压系统设计。总共分为第一章概述，第二章总体结构设计，第三章液压系统设计，第四章液压缸构造设计，第五章液压元件组织等布局。关键词：轻型自卸车，液压系统，升举机构AbstractDump truck is the use of engine power driven hydraulic lifting mechanism, a crate tilt Angle so as to achieve the goal of automatic discharge, and depending on the weight of crate the reset. Institutions in charge of the goods self-discharging dump, discharge when the pilot control hydraulic valve handle, the control of power output by the engine through the transmission to take power, take force powering hydraulic cylinder driven by hydraulic pump and hydraulic cylinder pushing carriers to realize the dumping of the goods. Hydraulic lifting mechanism is one of the important work system of dump truck, its structure, performance, good or bad directly affect the use of the dump truck performance and safety performance.This design graduate design focused on the center of the lifting mechanism of dump truck hydraulic system and hydraulic cylinder is designed, and compare of lifting mechanism of several kinds of schemes are analyzed, and determine the scheme of the lifting mechanism, and the scheme is analyzed with mechanics, and the design of the hydraulic system.This graduate design by the first chapter is the introduction, the second chapter tipper dump truck overall structure design, the third chapter the design of the hydraulic system, the fourth chapter the design of hydraulic cylinder structure, the fifth chapter hydraulic components selection, etc.Key words: Dump trucks, hydraulic system, the lifting mechanism目录摘 要1Abstract2目录3第一章 概述51.1轻型自卸车的作用51.2轻型自卸车的现状51.3轻型自卸车的分类6第二章 总体机构方案设计82.1轻型自卸车结构介绍82.2轻型自卸车的工作原理82.3隔间的结构92.4主要尺寸参数的确定11第三章 液压系统的设计133.1液压缸的概述133.2液压系统原理图133.3液压系统图143.4小结16第四章 液压缸的设计174.1液压缸基本结构参数及相关标准174.1.1液压缸的液压力分析和额定压力的选择174.1.2液压缸内径和外径194.1.3活塞杆外径（杆径）204.1.4液压缸基本参数的校核214.2液压缸综合结构参数及安全系数的选择234.2.1液压缸综合结构参数234.2.2安全系数的选择234.3液压缸底座结构设计244.4缸体设计与计算254.4.1缸筒设计264.4.2缸头和油口设计284.5活塞组件设计294.5.1活塞杆设计294.5.2活塞设计314.5.3活塞和活塞杆的连接结构324.6缸盖设计334.6.1缸盖的材料和技术要求334.6.2缸盖的结构设计34第五章 液压元件选择355.1液压泵的确定355.2阀类元件的确定365.2.1选择阀类元件应注意的问题365.2.2阀类元件的选择375.3燃油箱的选择375.4滤油器的选择375.5管道选择38总 结39致 谢40参考文献41第一章 概述1.1轻型自卸车的作用轻型自卸车的产生是随着年代的变化，解决工作不是人能处理的状况，应用高科技开发的处理装备。轻型自卸车也称为翻斗车（倾卸车），它是依托发动机动力来驱动液压抬高结构，集装箱歪斜差不多角度以抵达自动卸货的目的，并依托货物的自重，才能成为自卸的专属车。其最大的特点是展现卸货的机械化，从而提升卸货效能，减少劳动强度，节约劳动力。所以几十年来一直在国内外得到快速发展和推广，目前为止持有的专用车约占25，并且越来越圆满，一系列多品种产品。轻型自卸车关键运输散货（如沙，石，土，垃圾，建筑材料，煤，矿石，食品和农产品等），也可以将货物成批输送;轻型自卸车重点在建筑材料，矿山，建筑工地等，一般是装卸车，挖掘机，挖，移，卸三合一列车效劳。在大型项目中，需要使用轻型自卸车。自卸卡车还需要定期保养，以防止在操作过程中发生不测。轻型自卸车在每次操纵前，实行大概的检验，来保证正常运用各种部件，开始检查车的性能是否有毛病，检查车身是否正常，可以检查车辆正常操纵做一个礼拜进行全身检验，汽车的内部和外部检验，一个月进行修理，汽车的零件性能的专业测验，需要替换零件。这不但确保了汽车的正常任务，还能增长汽车的使用年龄。自卸卡车是一个大型设备，价格非常不菲，所以要定期保养，以确保汽车的品质，防止发生不测。1.2轻型自卸车的现状重型轻型自卸车是仰仗特别的提升机构来完成的，在现在大吨位轻型自卸车中，普遍运用液压提高机构，发动机动力驱动液压提高机构（传动 - 动力 - 分配器提升汽缸），将汽车提高到差不多的排放立场，并仰仗汽车进行自己的还原。在重型轻型自卸车的计划中，液压提升机构和货舱的策划一直处于关键位置，因为它与轻型自卸车的性能和整体布置直接相干，这对于改造重型轻型自卸车的策划品质和效能有重大意义。最近几年来，世界各国正在大力发展专用车生产，全力来探索特种车辆，以扩大汽车的使用界限。出现轻型自卸车完成卸货机械化，从而提升卸货速度，降低劳动制度，节约劳动力。轻型自卸车作为专用车的一个分支，已经出现各种案例，最常见的是倾倒式轻型自卸车，在如今的社会轻型自卸车占绝大多数，其中已经有一定的体积和系统。外国首要工业化国家私有汽车所占比例占汽车拥有量的50以上（50-70）。随着国民经济持续快速增加，中国私家车市场进入迅速增加期，截止2005年7月，专用汽车厂家有628家，国内专用车品种已达到4900多家，2005年专用汽车产量70万辆，占卡车总产量的40。我国轻型自卸车历经40多年的成长，形成了一批大型汽车厂作为机械传动轻型自卸车生产企业集团的核心。道路与轻型自卸车装载质量从220t，矿山轻型自卸车装载品质从20至154t以下基本形式的一套完整系列专用车为中国轻型自卸车奠定了扎实的根基。当然除一般轻型自卸车外，生产特种轻型自卸车也有了肯定的进步，特别是新世纪的到来，伴随着我国社会经济和交通氛围的改变，特殊车辆行业特别是工程系列车辆需要在不断增加。专用车将更加强调行业化，专业化，序列化。在国内经济和世界工业兴旺国家，特种车辆的进展趋势，中国特种车辆的进展远远不能满足国民经济进展的需求。因此新产品的不停研发，增添生产和种类，提升产品品质是摆在专门汽车制造商面前的一项紧急而艰难的使命。1.3轻型自卸车的分类倾卸车分类更通常按照以下方法分类：1）使用类别：公路乘载普通轻型自卸车;非公路运输重型轻型自卸车;专用轻型自卸车。公路乘载普通轻型自卸车轻，重（装载质量在2-20吨）普通轻型自卸车，主要乘载沙，土，煤等松散货物运输，经常与装载机配合使用。非公路运输重（装卸质量20t以上）的轻型自卸车，即矿山轻型自卸车。矿山轻型自卸车是用于矿山或大型场地的大吨位轻型自卸车。关键是担任大型矿山，水利等交通输送工作。它常常与挖掘机联合使用。其长度，宽度，高度和轴载不受公路限制，但只能用在矿山和现场。专用轻型自卸车是备有特别的轻型自卸车，以满足要运输的货物的特点或特殊条件;经过轻型自卸车转为普通轻型自卸车。有些自卸卡车是独立研发的，所以是独特的轻型自卸车，如摇臂式自动装卸车，轻型自卸车垃圾车。2）按乘载质量等级分类：轻型轻型自卸车;中型轻型自卸车和重型轻型自卸车。按照我们的指示，轻型轻型自卸车的最大总质量为1.8t以上，6t和6t以下;最大总质量大于6t，14t和14t以下的中型轻型自卸车;重型轻型自卸车的最大总质量大于14t3）依照传动类型：机械传动;液压机械传动;电驱动。 中型轻型自卸车为了将来的机械传动，重型车为了提升它的性能经常选用液压机械传动，而采矿超重型自卸卡车经常使用动力传动。4）通过卸货分类：反向型;辊型;三转储;底卸;箱倾斜等。 轻型自卸车向后倾斜并卸载。这种类型的轻型自卸车被普遍使用。 轻型自卸车倾倒在左侧或右侧。该轻型自卸车适用于道路狭窄，排出方向难以更换的道路。其结构比轻型自卸车更为复杂，成本高，负荷小，生产效率低，使用少。有单边倾斜的轻型自卸车，汽车只能倾斜到一边。进入堆场的轻型自卸车的方向和卸载的位置是有限的，因此很少使用。轻型自卸车三面可倾卸到左右两侧和后退三个方向倾卸。尽管轻型自卸车有三个特点卸货，但是构造比轻型自卸车更为繁琐，品质提升，装卸质量减少，成本高，在发达国家使用汽车运输慢慢减少。底卸卸几个特殊场合。箱子向上倾斜，用于货物堆放，改变货物位置和卸载到高处。5）倾倒机械分类：直推轻型自卸车;杠杆式轻型自卸车。直推式可包括单缸，双缸，多级等。杠杆式包括杠杆前，杠杆后，杠杆等。6）按车结构分类：根据柱侧开口结构，三开，无后板（簸箕式）;通过底部的横截面形状的力矩，底部，第二章 总体机构方案设计2.1轻型自卸车结构介绍图2.11液压倾卸操纵装置；2倾卸机构；3液压油缸；4拉杆；5车厢；6后铰链支座；7安全撑杆；8油箱；9油泵;10传动轴；11取力器。2.2轻型自卸车的工作原理轻型自卸车的发动机，底盘和驾驶室的结构与普通卡车的一样。倾卸车厢后倾翻和横向歪斜两次，经过把持系统活塞杆的疏通，向后倾翻更常见，促使活塞杆倾斜车，几次双向倾翻。高压油通过分配阀，油管进入升降液压缸，前端带有安全柜。发动机由变速器和动力单元驱动以驱动液压泵。液压倾翻构造由燃油箱，液压泵，分配阀，提升液压缸，管制阀和管道组成。发动机通过变速箱，带动装置驱动液压泵，高压油通过分配阀，油管加入升降液压缸，促使活塞杆使汽车歪斜。向后倾斜更常见，而且活塞杆的运动由操作系统掌握，使托架可以终止在所有期望的歪斜地址。汽车经过自己的重力和液压限制重置。2.3隔间的结构车厢用于乘载和倾倒货物。图2-2显示了具有特殊底板呈矩形式后倾车厢。为了避免货物对驾驶室的损坏，通常前栏板做加高加强的防护栏。车辆的底板固定在底盘上。车厢的侧板、前挡板和后挡板的外侧上都设置了加强筋。后倾式普遍用于轻型，中型和重型轻型自卸车。其栅栏的左右两侧固定，后栏板的左右两端和铰接铰链的一侧，后栏板可以打开或关闭。车厢结构图2.21车厢总成；2后拦板；3、4铰链座；5车厢铰支座；6侧拦板；7防护栏板；8底板。倾斜和三面翻斗车与地面成直角，如图2.3所示。围栏是开放的，铰链是关闭的集合，打开，围栏是自由下垂，更多的中型轻型自卸车的卷要求。矿山轻型自卸车和重型轻型自卸车更多使用簸箕型，方便装卸，倾倒矿石，砾石等。一些簸箕式汽车采取双层机构，增添了地板的强度和刚度，并且可以减少重量。 簸箕车架如图所示图2.3侧倾式及三面倾斜式车举升机构的模式分为两大类：直推式和连杆组合式，它们都采取液体压力当作举升动力。图2.4 簸箕式车厢图2.5 直推式举升机构布置，a前置式，b后置式 推式升举机构使用液压缸直接提升车辆。组织结构简单，紧凑，高效。然而由于液压缸的工作行程长，常常需要使用单作用2或3收缩套筒缸。根据其不同位置的气缸，直推式提升机构有前后两种形式布置，如图2.5所示。前端一般使用单缸，后端可以使用单缸，也可以使用平行缸。在相同的提升载荷下，前提升需要较小的提升力，提升时汽车的侧向刚度，但气缸活塞的工作行程长;后部类型与前部类型相反。连杆组合提升机构具有提升平滑，气缸活塞工作行程短，提升机构灵活布置等优点。常用的连杆组合有两种提升机构：气缸向前推（也称为T）和气缸推（也称为D）。如图2.6所示。根据实际情况，选取油缸后推动式。图2.6 连杆组合式举升机构a 油缸前推式 ；b 油缸后推式1铰支座；2车厢；3油箱；4三角臂图2.6前推式和后推式的综合比较 类 别项 目直推式杆系倾卸式结构布置简便，易于布置比较复杂系统质量较小较大建造高度较低较高油缸生产艺术多级缸，生产精度高，艺术性差单级缸，制造简便，艺术性好油压特性较差较好系统封闭性封闭环节多，易渗漏，封闭性差封闭环节少，不易渗漏，封闭性好工作寿命磨损大，易损坏，工作寿命短不易磨损，工作寿命长制造成本较高较低系统倾卸稳定性较差较好系统耐冲性较好较差直推式举升结构简单而且容易掌握，但是这很轻易引起汽缸泄漏或双缸不一致，从而引起汽车提升不平均。至今这种起重机关键用于重型轻型自卸车。总而言之，本文推荐气缸直推式举升结构。并且能担当更大的偏置负载; 提升托架在车厢后部力气更棒。2.4主要尺寸参数的确定 轻型自卸车尺寸参数有：轴距，轨距，轮廓尺寸（车辆长度，宽度，高度），如图2.7所示。出于轻型自卸车多于二档卡车底盘改进，因此轴距L，轮廓B，前悬挂Lf，接近角度1等参数，前后两次转换保持不变。车厢和驾驶室之间的距离为100250mm。 托架长度Lh应根据主运输装置的额定装载质量和货物密度以及相同类型车辆的尺寸来确定。图2.7主要尺寸参数第三章 液压系统的设计3.1液压缸的概述 轻型自卸车是一种主要的专用车，其仰仗发动机动力来驱动液压提高结构，将车厢歪斜到设定角度，来实现自动卸载的目标并且经过货物的自重来达成。按照轻型自卸车的特点，轻型自卸车液压缸可策划为单活塞杆单目的。图3.1所示的液压缸焊接法兰的前端，常用于工程机械液压缸，可作为轻型自卸车液压缸结构设计参考图。 图3.2液压缸额定功率高，高达25MPa。1缸底；2缸筒；3活塞；4、5、6、10密封圈；7活塞杆；8导向套；9前端盖（法兰）；11活塞铰连组件。图3.1 焊接型液压缸3.2液压系统原理图 1）液压缸控制回路液压回路能量转换图2）液压回路选择（图3.2）调速回路：系统分析采用节流调速，循环形式为开式。目标掌控电流通路 ：本设计采取手控三位三通换向阀对油路进行掌控。节流调速系统中，常常由定量泵供油，用溢流阀调整所需要的重压，并且保持恒定 。油泵输出的油液在换向阀内部卸荷，本策划采用三位三通换向阀的中位实行卸荷。 （a）换向阀换向回路图 （b）溢流阀限压回路 （c）换向阀中位置卸荷图3.2 液压回路3.3液压系统图利用液压缸来展示汽车的升，降，停止，三个液压系统的工艺流程如下图所示。每个部件的名称是：1 - 单活塞杆液压缸，2 - 节流阀，3 - 手动阀，4 -油箱5 - 安全阀，6-液压泵，7-止回阀，8-过滤器1）提升时（图3.3）方向控制阀3处于提升位置，油泵将高压油通过止回阀7进入下腔室，推进活塞向上经过三角臂结构，使轿厢转动直到活塞上的限位阀开启，泵输出压力回油箱，终止提升，安全阀可用于调整系统最大压力。2）在停止（图3.4）阀处于停止位置，油泵输出油在阀内卸载，无压力，油箱无法提升油缸压力，而油缸油已关闭，因此轻型自卸车停止，汽车仍然静止状态。3）下降时（图3.5）阀门处于下降位置，下汽缸油箱和燃油箱，汽车在重量下，活塞下降。下腔室油通过节流阀2供给到油箱，并且下降速度可以通过节流阀调节。这个过程同意泵终止转动。 图3.3 举升时自卸汽车举升机构液压系统图 图3.4 中停时自卸汽车举升机构液压系统图图3.5 下降时自卸汽车举升机构液压系统图3.4小结本章确定了轻型自卸车液压系统，液压缸结构设计也有关键作用，是本设计的关键组成部分。液压系统研发是明确各种回路的关头，来呈现液压系统的功能。在液压系统经过手动阀实现液压缸的三个工作位置，才能圆满完成轻型自卸车的使命。第四章 液压缸的设计4.1液压缸基本结构参数及相关标准 液压缸结构设计参数有：液压缸液压，液压缸额定压力，液压缸直径（活塞直径），活塞杆直径d等这些构造类型，尺寸数据的选择或确定液压缸负载和运动时速的根基，液压缸设计或使用的基本数据必须明白。在设计具备主输出力的液压缸的功能数据的计算中的第一步是实施负载分析，选举合适的额定（设计）压力并配对缸膛以满足负载条件，依照活塞杆伸出时速要求筛选液压泵为液流;确认活塞杆直径;然后按照所选圆柱直径D和活塞杆直径d的结构设计和认证。4.1.1液压缸的液压力分析和额定压力的选择1）液压力分析假设液压缸回到腔室压力，液压缸的液压以两种形式，一种用在活塞上的液压即推力; 第二，活塞杆侧的效果是环形地区的液压压力拉动。有些液压缸主要承当推力，如轻型自卸车液压缸，有些液压缸主要用来拉力，如皮带张紧液压张紧装置张紧气缸。单活塞杆单作用为液压缸的一般模型。如图4-1所示。 图4.1 单活塞杆单作用液压缸伸出运动模型液压力计算式如下： （4-1）式中 作用在活塞上的液压力（推力），；进液腔压力(产生推力时液压缸无杆腔进液），；活塞(无杆腔面积），,；有杆腔面积(活塞杆侧环形面积），；液压缸内径（活塞外径），；活塞杆直径，；从公式（4-1）知道，当较大时，在相同负载条件下，液压缸需要较低的额定压力;另一方面，所需的压力越高。一些在重负载下工作的液压机械倾向于使用高压或以减小液压单元的重量和体积，但是高的工作压力对于液压缸强度，刚度，密封可靠性和液压是必需的。泵提出了更高的需求，也添加了制造成本。国内外液压缸综合经济研究表明，优质碳钢制液压缸的最好工作压力为综合经济性包括液压缸的重量和工作压力之间的关联。因为液压缸设计是液压系统的一局限，液压缸的综合实惠性不能确保整个机器的实惠性。所以在一定的外载荷前提下，工作压力低，液压缸直径越大，工作油量越多，越容易明确掌握流量，获得稳定的低速运动。2） 额定压力也称公称压力，是液压缸能以长远工作的压力。国家标准（等效）端正了液压缸的公称压力系列，见表4-1所列。液压缸的本质工作压力决定于负载，一般以为宜。采取液压缸的工作压力可以用类比的办法，对比其他同类机械设备的工作压力，并且依照实质情形加以合理调节，可参看表4-2和表4-3。表4-1 液压缸的公称压力(GB7938-1987)1.0 1.62.54.06.310.016.025.031.540.0表4-2 各类液压设备常用的设计压力主机类型设计压力机床精加机床如磨床）0.82半精加机床如组合机床）35龙门刨床28拉床810农业机械、小型工程机械、工程机械机构1016液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械2032表4-3 根据负载选择压力负载/KN551010202030305050设计压力/MPa0.811.522.53344550由已知推举力为2t得，因为自卸汽车属于小型工程机械，所以由表4-2知液压缸的工作压力在1016MPa间选择。由表4-1查得液压缸的公称压力。4.1.2液压缸内径和外径 1) 缸筒内径（缸径）对于推力负载的液压缸，可以对照下式计算缸筒内径并且把它整齐到规定的系列尺寸： （4-2） （4-3） 式中 缸筒内径，； 推力负载（取最大负载值），；供液压力（回液压力为大气压），；液压缸总效率； 机械效率（初算时可取）； 密封效率（活塞密封为弹性材料可取）； 回油效率（排油直接回油箱可取）。将 ，代入式 （3-2）得 （4-4）将 ,， 代入式（4-4）得 由表4-4所列，缸筒内径即活塞直径（名义尺寸相同，公差不同），国家标准GB/T2348-1993（等效于ISO3320-1987）设定了液压缸内径（缸径）尺寸系列。 表4-4 液压缸内径系列GB/T2348-1993/mm810121620253240506380（90）100110120130140（180）200（220）250280320360400450500注释括号尺寸为非优选系列综上可知缸筒内径。2） 缸筒外径 根据额定工作压力及液压缸内径选择 所以，4.1.3活塞杆外径（杆径）国家标准GB/T2348-1993（等效于ISO3320-1987）设定了液压缸活塞杆外径（杆径）尺寸系列，见表4-5所列。表4-5 液压缸活塞杆（杆径）系列456810121416182022252832364045505660708090100110125140160180200220250280320360在前面概述可以知道，除了额定压力与活塞外径外，液压缸基本数据还有一个即活塞杆直径。的取值总是与活塞外径的取值相关联。这种关系可用液压缸快速比来体现。液压缸速比可用活塞（杆）退回速度（有杆）腔供液与活塞（杆）伸出速度（无杆）腔供液表示为得，（4-5） 速比是在设计时要确认的数据之一。而的取值与工作压力相关，普遍来说，工作压力小时可取较小的值，工作压力大时可取较大的值，可参照表3-6确定之。表4-6 液压缸速比与工作压力的关系工作压力/20速比1.331.46,22由于，故取。 确认速比的关键对象是计算活塞杆的直径和思考液压缸是否设计缓冲装置。如果活塞杆直径也大，则有利于稳定性，但是当活塞杆侧的环形面积变小而且压力增多时，它也是引起（后）速度上升，轻易出现大的背压力或引起压力冲击（无缓冲装置）。相反，变速比太小，引起活塞杆较薄，稳定性负。根据公式（3-5）和国家标准的规定计算的活塞杆直径和气缸孔直径之间的关系列于表4-7中。活塞杆直径与液压缸气缸直径之间的关系应符合国家标准（等效）。在设计时，表4-7中的计算值应四舍五入到国家标准（相当于规定）活塞杆直径尺寸系列。 表4-7 根据速度比计算的与的关系速度比值1.061.121.251.331.461.6122.5活塞杆直径d0.24D0.36D0.45D0.5D0.56D0.62D0.7D0.77D由 查上表得，最后查国家标准定出。活塞杆有实心式（整体式）和空心式（分体焊接式）两种状况，通常情况下应采取实心式。空心式普遍用于特殊的状况下（如伺服液压缸中的活塞杆内必须装有传感器）。为节省资源，有些文献是推荐或时采用空心构造，但会影响生产成本的增加。所以该活塞杆必须是实心式的。4.1.4液压缸基本参数的校核 1) 缸筒厚度强度校核 由于，得 当 时， 校核公式： （4-6） 式中 缸筒厚度，； 最大工作压力，； 液压缸内径，； 缸体材料许用应力， 安全系数，一般； 缸体材料抗拉强度，。综合考虑选择缸筒材料为，故将，代入式（4-6）得 所以，满足条件 2）活塞杆直径强度校核 校核公式如下： (4-7)式中 活塞杆直径，； 外负载力，； 活塞杆材料许用应力，； 安全系数，一般； 活塞杆材料抗拉强度，。综合考虑选择活塞杆材料为35号钢，故将，代入式（4-7）得 所以，满足条件4.2液压缸综合结构参数及安全系数的选择4.2.1液压缸综合结构参数活塞直径和活塞杆直径是液压缸数据的根本构造，除了液压缸构造数据外，还有活塞冲程，缸长，活塞宽度B，活塞杆长度和活塞杆头部和尾部构造类别和尺寸，端口直径和接口螺纹尺寸。液压缸的行程应按照工作需求设定。为了简便制作过程并节约制造成本，应使用标准冲程尺寸系列参数。为了减小活塞杆与气缸轴线的偏差，液压缸应具有合理的导向长度。4.2.2安全系数的选择 在已经确定液压缸的结构参数之后，可以执行结构的具体设计：部件的形状，尺寸和加工要求，材料，连接方法和强度检查。当触及到安全系数的挑选。 安全系数的选择不是强制性的，但是必须在安全条件下尽可能选择较小的值。安全系数太大不仅造成浪费，还提高了成本，还引起了液压缸尺寸的策划，重量也很大，常常不能满足工作条件。但安全系数不能太低，免的发生事件。 影响液压缸的安全系数，可大致分为五个区域：（1）液压冲击。高压或高速液压缸为急剧变化，液压缸进入缓冲冲程，液压缸启动突然制动（或油突然断开），会有液压冲撞。如果静载荷时液压冲击因素定夺安全系数1，当出现细小的液压冲击时安全系数1.251.5，强液压冲击取安全系数23，超级强的液压冲击安全系数是可取的35。（2）机械冲击。液压缸在行程完结时（无缓冲装置）受到强冲击载荷（例如锻压机或活塞 - 活塞杆承受大的惯性载荷），轻易发生机械冲击。轻度的机械冲击安全系数1.11.5，较大的冲击安全系数选取1.54。（3）材料。液压缸部位的原料是确认液压缸的安全系数是重要原因之一。脆性材料（如铸铁）承受能力差的冲击，采取较大的安全系数，一般是可取的。塑料材料承受冲击比脆性材料好，在断裂前经过塑性变形，安全系数可能会较低，一般。如果使用锻造或冷挤压材料，安全系数可能会更小。液压缸常用材料的安全系数和允许应力见表4-8。表4-8 液压缸常用材料的安全系数和许用应力机械类型材料缸筒缸底平底）活塞杆n许用应力n许用应力n许用应力工程机械碳钢20碳钢45铸钢352541051681201409011023195203注释1. 此表根据统计资料整理，仅供参考；2. 缸盖的安全系数可参考缸底；3. 连接和紧固件安全系数为1.52.5。（4） 其他原因。假如液压缸的工作温度低，所以材料是脆性的，并且零件在高温下很容易损坏。当液压缸尺寸大时，安全系数可以更小，小零件的安全系数更大。偏心或侧向载荷时的安全系数要大一些。（5）不可预见的因素。除了影响上述液压缸的安全性的因素之外，液压缸的毁坏性因素依然具有很多不可预防的要素。由于不可预防的要素认定的安全系数一般是符合需要的。许多上述因素不一定对每个部件都有影响，这需要对每个部件的工作进行具体分析，但液压缸的主要零件和连接部件的安全系数需要，液压缸的综合安全系数可以计算如下。式中 材料因素决定的安全系数（最重要）；机械冲击因素决定的安全系数； 液压冲击因素决定的安全系数；不可预见的因素决定的安全系数；其它因素决定的安全系数4.3液压缸底座结构设计图4.2所表示的液压缸底座是为了底部铰支安装的液压缸而策划的，相对的尺寸见表4-9所列。它与缸筒为焊连接，原料为焊接性质较好的。技术要求：（1）正火处理；（2）铸件不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷；（3）铸造圆角R=35；（4）未注明倒角245。图4.2 液压缸底座4.4缸体设计与计算 （液压缸的设计比较简单，但不容易，而是一个细致的工作。如果你设计的液压缸从头开始，它也是相当耗时和费力的，主要是第一次在策划液压元件时新手，最大的艰难不是理论计算，而是零件策划的细节：构造形状的概念，具有精度水平，形状和位置的选择，以确定公差，工艺要求和技术要求。 液压缸设计是一个交叉设计过程，不是一个设计可以完成，只有经过重复的时间才能最终完成。 对于单活塞杆液压缸，气缸体通常由气缸底（底盖），气缸，气缸盖（与前盖的连接部分）组成。气缸的结构根据安装或工作要求来确定。对于液压缸轴线摆动液压缸，可用于铰链安装或中间耳轴支撑安装类型的两端。安装在两端的铰链或中间耳轴支撑（铰接）安装的液压缸，其通常是平的并且焊接到气缸。气缸结构有多种形式，不主张使用环形或螺杆型，建议采用法兰式，以方便液压缸密封。对于法兰式液压缸端部，气缸盖易于使用焊接法兰，特殊要求，头部墩可以加工螺纹孔安装法兰的前盖。对于耳轴安装，通常应设置耳轴 在液压缸头位置，以便于液压缸的稳定性。图4.3为常用于焊接法兰气缸的工程机械，如图4.2所示，基座焊接在一起，构成一个完整的气缸体组件。气缸和气缸盖法兰材料，端口为35钢。气缸，气缸盖法兰，端口结构及相应尺寸见图所示部件。可以参考类似的部分来选择匹配精度水平。序号名称件数材料1缸筒12油口1353法兰座1 图4.3 法兰式缸体4.4.1缸筒设计1）气缸和气缸盖之间的连接 气缸体的构造，即是气缸和端盖之间的连接，与液压缸的使用，工作压力，环境和安装要求有关联。 端盖分为前盖和后盖。前盖关闭活塞杆腔，并且当作活塞杆的指导，密封和防尘。作为气缸底部的后端盖在气缸的一端封闭，并且通常用于将液压气缸连接到其它部件。有八种类型的气缸和端盖：杆，法兰，焊接，内外螺纹，内圈和外圈以及钢丝环类型，其中焊接只适应气缸连接管与后盖。 对于不变的机械，假如尺寸和品质无特别要求，建议法兰连接，连接结构比较简单，加工容易，装卸方便，广泛应用，如图4.4所示。所以液压缸气缸和气缸盖用法兰连接焊接。图4.4 缸筒与缸盖法兰式连接2）汽缸的要求气缸是液压缸的主要部分，它和端盖，活塞构成一个密封腔，以适应油压，驱动负载和工作，因此其强度，刚度，密封等要求。（1）具有足够的强度，在长期承诺额定工作压力和短期动态实验压力下不会产生永久变形。（2）具有足够的刚性，可以承受活塞侧向力和安装反作用力无弯曲。（3）密封的可靠性。气缸表面和活塞密封元件，轴承的尺寸公差水平，形状和位置公差设计合理，有必要确保可靠的密封要求，而且还要减少磨损。（4）需要焊接筒体具备优良的可焊性，使焊接后法兰筒体或接头不产生裂纹或过度变形。当使用间隙密封时，气缸内孔公差通常选取用活塞组成的间隙与表面粗糙度。以上应该尽可能不使用匹配，因为它可能出现带有过紧的现象。（2）气缸的公差（图4.5）圆度，锥度，柱度不大于公差的一半;气缸轴线的直线度误差不大于圆柱轴线的圆柱端不大于轴线。(a) 缸筒加工要求； (b) 安装部位要求。图4.5 缸筒的加工和安装部位要求 (3) 安装部位的技术要求（图4.5）气缸盖端面与盖面对气缸轴线的垂直误差不大;安装气缸头螺纹应使用等级精密公制螺纹;使用耳环（轴）安装，耳环（轴）误差不大于垂直误差;使用销安装。（4）其他技术要求（图4.5）圆柱体端面的倒角，或大于圆角，表面粗糙度不小于，以免在组装时损坏密封。气缸端需要进行焊接，气缸内部工作面与焊接距离不应小于。热处理淬火和回火。为了控制腐烂和提高寿命，气缸内孔镀铬厚度，再次进行研磨抛光。需要在缸体法兰，油口，排气阀座上焊接，必须在半精加工之前进行，以免因焊后由于孔变形而完成。圆柱体的表面被涂漆。5）气缸结构设计（见零件图）技术要求：除及其面外，其余焊后加工图4.6 缸筒4.4.2缸头和油口设计1）端口设计 液压缸入口和出口端口如图4.7所示，所涉及的端口的设计包括：端口的尺寸，位置的大小，与外部的连接。端口的外部连接大部分为普通细螺纹，液压缸端口连接螺纹应符合GB / T2878-1993要求，如表4-9所示。液压端口通常在缸体中打开，其结构和尺寸见图中所示的部件。 （a）进油口 （b）出油口 图4.7 油口表4-9 液压缸油口连接螺纹GB/T2878-1993）/mmM50.8M81M101M121.5M141.5M161.5M181.5M201.5M221.5M272M332M422M502M602 油口一般采取螺纹连接，推选使用迅速管接头，安装拆卸方便。油口设置在缸筒上时，要加焊凸台，增加螺纹长度；管接头处要注意加密封圈。2） 缸筒头部设计 缸筒头部其实就是缸筒与前端盖的连接处构造，其构造如图4.8所示；其机构尺寸见零件图。 技术要求：（1）采用铸钢件时需正火处理；（2）铸件不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷；（3）2及面焊后加工。图4.8 法兰座4.5活塞组件设计除非另有说明或陈述，通常的活塞部件是液压缸的直接工作部件。活塞组件是活塞和活塞杆。此外还有活塞支撑环和密封，活塞和活塞杆密封时，活塞杆和活塞杆头连接器，活塞杆导向环和密封及防尘圈。4.5.1活塞杆设计1）活塞杆的材料和技术要求 活塞杆为中空固体二，实心杆强度，加工简单，应用更多。实心活塞杆采取良好碳钢冷拔材料35钢，45钢，55钢做成，来减少切割过程。对于腐烂性气体或水介质液压缸，活塞杆由不锈钢（35CrMo铬钼钢，Cr18Ni19不锈钢）制成。对于振动的活塞杆可用来提升机械性能，但不适合用于长活塞杆。少量的活塞杆也可以铸铁，例如用棉花液压打包机。2）活塞杆外端的结构 活塞杆的外端是液压缸和负载之间的结合，构造有很多种形式，按照液压缸的安装和负载连接选项。轻型自卸车液压缸安装在铰链的两端，因此活塞杆头的结构如图4.9所示。3）活塞杆方向 在液压缸的前盖中，设置有用于引导活塞杆的引导套和用于密封活塞杆的杆腔的密封件，并且防止灰尘，湿气，水分和杂质进入密封件时活塞杆为压缩环。（1）导套的结构，如图4.10所示 活塞杆定向结构有三种方式：无导套，金属导套和非金属导套。无取向套筒的特点是使用耐磨金属材料，成本高，当钻孔后不能修复，用于低速低压小行程液压缸;耐磨金属材料导环的特点是节省（磨损）金属材料，承载能力，但加工繁琐，损坏后很难恢复，多用途低速液压缸;高强度塑料或纤维材料非金属导套的特点是摩擦阻力小，低速起动无爬行损坏，使用寿命长，价格优惠，容易安装导套套管槽，并已标准化，当导套穿戴后更换方便。该导套用于工程机械和长行程气缸。 （a）外螺纹 (b) 内螺纹的铰接杆头 技术要求：（1）正火处理；（2）铸件不得有裂纹、气孔、夹渣等；（3）圆角R=35。图4.9 活塞杆外端头部技术要求： （1）定型处理后压入端盖加工 ； (2)各倒角145。图4.10 非金属导向套（2）导向套管的长度引导套筒的长度被设计为液压缸端盖的设计的一部分，其是端盖的长度减去斜槽的长度的剩余部分。非金属导套为标准件，其尺寸等公差及其公差符合国家标准GBT15242.2-1994要求。（3）导套材料和加工要求缸选用非金属导套，材料为聚四氟乙烯。导套外圈和端盖上有多个孔，孔和活塞杆有大于H9 / f9。 圆柱和内孔轴度不小于0.03mm，圆度和柱度不大于直径的一半。4.5.2活塞设计1）活塞的构造和封闭的形式 活塞封闭形式按照液压缸的设计（额定）压力，速度和温度等工作要求选择，并选择封闭形式来确认活塞的构造。活塞常见的构造类型可分为整体式和分体式两种。整体式活塞被设计成打开活塞的圆周上的凹槽以安装件和支撑环。构造简单但难以加工。此外封闭件在安装时容易破损和弯曲。密封性能和密封寿命受影响。大部分（组合）型活塞可以多次拆卸，密封圈使用寿命长。一般来说，支撑环是活塞元件必不可少的结构元件，它不仅能够精确地引导，而且能够在横向力的任何时候吸收活塞的运动，因此大多数密封件与支撑件一起使用环，大大降低活塞加工成本。带O型圈的活塞上的静态密封用Y形密封圈密封。2）活塞的常见材料 活塞材料的选择主要基于要考虑的活塞的结构。对于带支撑圈的活塞，通常使用20，35和45高质量的碳钢。对于活塞不用支撑使用高强度铸铁HT200-300，耐磨铸铁，球墨铸铁和锡青铜，铝合金，一直工作的高耐久性活塞在钢活塞外表面燃烧铜合金等零件。考虑到活塞35钢的选择。3）活塞结构设计和技术要求（1）活塞设计的结构 活塞的宽度B一般为活塞直径D的0.6至1倍，而且按照封闭件的形式，安装引导环的凹槽的数量以及上述元件的间隔是进一步精细的。活塞的共同结构形式如图4.11所示。图中活塞上的凹槽的尺寸设计成安装Y形环。槽尺寸设计用于安装支撑环。密封槽的结构设计技术要求应参照国家当前的技术标准。详细结构参数如图所示。技术要求：(1)各倒角均为145图4.11 活塞（2）活塞技术要求使用橡胶，塑料密封，活塞直径的公差水平一般取f9，用活塞杆与孔公差水平一般取H7。活塞的表面毛躁度优于Ra0.32，孔毛躁度优于Ra0.08。活塞外径上的孔和封闭槽的同轴尺寸不大于0.02mm;活塞直径，孔圆度，同轴度不大于公差尺寸的1/2，横截面的垂直轴公差不大于0.04mm / 100mm。活塞和活塞杆的肩关节外表毛躁度是Ra1.6左右，但是内孔轴线的垂直度必须在允许的公差范围内。如果垂直公差，活塞和活塞杆组件，活塞外部或活塞杆，分别在气缸壁和气缸导向套筒上将倾斜并进行Beijia和部分磨削。活塞杆和活塞孔与滑动经常玩光。如果间隙太大，还由于组装不良等强度和局部磨损。活塞外缸，孔，密封槽应完成夹紧上述部分的切削任务。不能同时完成，在经过中安排差不多的基础办理。4.5.3活塞和活塞杆的连接结构活塞和活塞杆的相连构造有很多种模式，液压缸用于卡扣（钥匙）型，如图4.12所示。这种构造简单，拆卸方便，活塞有一点的径向缝隙上飘不轻易卡住，但是活塞和活塞杆之间的轴向公差会导致活塞和活塞杆不需要的运动。构造类型普遍应用于低速液压缸。1轴用卡环键2-卡键帽 3弹性挡圈 图4.12 活塞与活塞杆卡环键连接活塞内孔与活塞杆共同主要设置O形静封闭，封闭沟槽能开设中活塞内孔处，也能开设在活塞杆上，后者加工和安装比较简便。4.6缸盖设计4.6.1缸盖的材料和技术要求缸盖与缸筒连接的零件（含有封闭件），其中经常用的零件有号、号或号锻钢、号锻钢，也能用球墨铸铁。中低压液压缸的端盖可用、等灰口铸铁。缸盖与缸筒合作处的外径、缸盖上的缓解活塞杆孔内径、与活塞杆匹配的内径的圆柱度公差，按照级精度选择。直径、与的同轴度公差为。端面与的轴线垂直度公差按7级精度选取。导向孔的表面粗糙度为Ra1.25。4.6.2缸盖的结构设计 气缸盖是保持活塞杆并且配合并固定到气缸的重要部件。装有法兰的法兰气缸盖如图3-13所示。相应的尺寸显示在零件图中。 端盖结构设计必须考虑以下问题：与缸体的连接和封闭，活塞杆导向，封闭和灰尘。图4.13是采纳O型圈（GB3452.1-1992）完成缸体和封闭端之间的封闭，O型封闭槽（GB3452.3-1988）应参考国家现行技术标准; （GB2861.19-81），较宽中间槽的宽度设计为安装Y型圈，选择Y型圈类型（GB2861.19-81）GB10708.1-1989），封闭槽设计（GB2879-1986）参考国家现在的技术准则，封闭槽左侧（GB6578-1986）用来安装防尘环（GB / 10708.3-1989）选取防尘环类型的构造应参考目前国家技术标准设计沟槽。图4.13 法兰式缸盖第五章 液压元件选择5.1液压泵的确定起初根据最早选择的系统压力选取液压泵的构造类型，通常P21MPa，选取齿轮泵和叶片泵；P21MPa，而选择柱塞泵。然后确定液压泵的最大工作压力和流量。 1)确定液压泵的最大工作压力。 液压泵的最大工作分量务必等于或高出液压执行元件最大工作压力及进油路上总压力破损之和，液压实行元件的最大工作压迫可以从表中找到；进油路上总压力损失能通过计算求得，也可以按照阅历资料估计，见表4-1。系统结构情况总压力损失一般节流调速及管路间单的系统0.20.5进油路有调速阀及管路复杂的系统0.51.5表5-1 进油路压力损失经验值 通过第三章策划所得的液压缸的公称压力，应该用经验公式得液压实行元件的最大工作压力；依照表5-1可以取进油路上总压力损失；总而言之，选取液压泵的最大工作压力 。 2)确定液压泵的流量液压泵的流量务必超过几个同时工作的液压实行元件总流量的最大值以及回路中暴漏量这两者之和。液压实行元件总流量的最大值能从表中找到（当系统中备有蓄能器时，该资料应该为一个工作循环中液压执行元件的平均流量）；而回路中泄漏量则可按总流量最大值的10%-30%计算。泵的流量按照执行元件动作循环所需最大流量和系统的泄漏确认。 根据式（5-1）计算供液量值 (5-1) 式中 液压缸稳态速度，； 液压缸进液腔面积(大腔进液时活塞杆伸展)， ，； 液压缸容积效率，初步计算时可取。将，, 代入式（5-1） 得，查取液压元件设计手册选取 得 综上所述， 3） 确定额定压力及流量 在参照产品样本选择液压泵时，泵的额定压力应该选得比上面描述的最大工作压力高20%-60%，以方便留有压力保存；额定流量则只需要选得能满足上面描述的最大流量需要就可以。 综上所述，泵的额定压力： 额定流量： 4）确定驱动液压泵的功率 液压泵的压力和流量比较衡定时，所需功率为： （5-2） 式中 液压泵的最大工作压力，； 液压泵的总效率； 液压泵的最大流量，。 各式各样的液压泵的总效能可参照表5-2计算，液压泵规格大取大值，反之取小值，定量泵取大值，变量泵取小值。表5-2 液压泵的总效率液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵柱塞泵总效率0.60.70.650.85 0.4800.750.800.90将，代入式（5-2）得P=180.6 KW 依照上面描述的功效和泵的转动时速，就能从产品样本中选取规范电动机，再次进行估算，使电动机发出最大功效时，其超重量在批准范围内。5.2阀类元件的确定5.2.1选择阀类元件应注意的问题（1）应尽量使用标准刻板产品，除非有必要设计自己的特殊件。（2）阀元件的规格主要根据通过阀的油流的最大压力和最大流量来选择。采选安全阀时，应按照液压泵的最大流量进行采用。如果选择节流阀和调速阀时，就该考虑最小稳定流量来满足机器的低速性能。（3）一般选择控制阀的额定流量应大于通过系统管道的实际流量，如有必要，允许最大流量通过阀门超过其额定流量的20。5.2.2阀类元件的选择阀类的规格根据液压系统的最大压力和通过阀门的实际流量从产品样品中选择。所有类型的液压阀都必须采取让其本质流量最大不超出额定流量的120，不然会造成热量，噪音和过大的压力亏损，阀门性能。液压阀的选取还应该思考以下问题：阀结构，特性，压力水平，连接，集成和控制方法。流量阀应思考其最小稳定流