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矿车轮对拆卸机设计,矿车,轮对,拆卸,设计
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江阴职业技术学院毕业设计说明书-31-第六章液压缸的设计6.1液压缸主要尺寸的确定6.1.1液压缸工作压力的确定见液压系统的设计。6.1.2液压缸内径和活塞杆直径d的确定见液压系统的设计。6.1.3液压缸壁厚和外径的计算由于该系统为中低压系统,按公式计算所得的液压缸厚度往往很小,使缸体的刚度往往很不够,如在切削过程中变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作公式计算,按经验选取,然后按进行校核。2ypD式中液压缸缸筒的厚度试验压力(Mpa),当工作压力时,;工作压力yp16pMa1.5yp时,16Mpa1.25yD液压缸内径(m)缸体的许用应力(Mpa):式中:缸体材料的抗拉强度(Mpa)bnb安全系数,一般取n=53.5n查参考文献1表23.6-59工程机械液压缸外径系列,根据内径为100mm,取外径为110mm,则厚度=10mm,同时按表备注选取液压缸体为无缝钢管材料20钢。16pMa查参考文献8上册表1-4得20钢的抗拉强度为=420Mpab所以42085bMpan式(6-1)36.31.510ypDm由于上不等式成立,故所选壁厚满足要求。6.1.4液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度,可根据执行机构实际工作的最大行程来确定,由矿车轮对的实际尺寸和经验取其工作行程L=300mm。6.1.5缸底、缸盖厚度的确定一般液压缸为平底缸,当缸底要设计油孔时,查参考文献1按23.6-28公式式(6-2)00.43ypDhd第六章液压缸的设计-32-式中h缸底厚度(m)D液压缸内径(m)试验压力,当工作压力时,yp16pMa1.5.639.45ypMpa缸底材料的许用应力(Mpa)缸底孔直径(m)0d根据参考文献1第二十三篇第六章2.3.2叙述,选取缸底材料为铸钢ZG25,查参考文献8上册表1-4得铸钢ZG25的抗拉强度为=450Mpa,再根据手册取安b全系数n为5,故其4509bMpan0.45010.43.3.19ypDhd2.m考虑到缸底还设有缓冲装置、进油口、排气阀,所以设计缸头法兰厚度为30mm。由于在液压缸缸盖上有活塞杆导向孔,因此其厚度的计算方法与缸底略有所不同。但考虑到缸盖在缸头之后,只起到固定导向套、密封圈、防尘圈的作用,其所受的压力比缸底的小得多,在此为了简化计算,与缸底有计算方法一致,同时考虑到密封圈、防尘圈的尺寸,取缸头法兰的厚度H=20mm。6.1.6最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时,从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点到的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小,将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大,影响液压缸的的稳定性。因此,设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求式(6-3)20LDH式中L液压缸的最大行程D液压缸的内径所以3165202m活塞的宽度B一般取,根据实际需要,现取(0.)D.8.8导向套支承面长度,根据液压缸的内径D和液压缸盖孔来共同确定。1l0d当时,取;0Dm(.6)当时,取10ld根据实际需要,现取.854m江阴职业技术学院毕业设计说明书-33-为保证最小导向长度H,若过分增大和B都是不适宜的,必要时可在缸盖与活塞之1l间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定,即2Cl6548036.1.7缸体长度的确定液压缸缸体的内部长度应等于活塞的行程和活塞宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端盖的厚度,同时液压缸缸体的长度不应大于内径的2030倍。所以缸体内部长度为:1803LBm缸体外形长度为:L总缸底缸头缸盖364液压缸长度远远小于缸体内径的2030倍,因此满足设计要求。6.1.8活塞杆稳定性的验算当液压缸支承长度时,须活塞杆弯曲稳定性并进行验算。液压缸的支105BLd:承长度是指活塞杆全部外伸时,液压缸支承点与活塞杆前端连接处之间的距离;d为BL活塞杆直径。根据前面数据估算液压缸的支承长度500mmBL则509.1dd所以活塞杆稳定性不需要验算。6.2液压缸的结构设计6.2.1缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖的连接形式常见的有法兰连接、螺纹连接、外半环连接、内半环连接几种形式。其中法兰连接结构比较简单,易于加工和装配,应用广泛,但外径尺寸大。应注意拧端盖时有可能把密封圈拧扭。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。当外径尺寸受到限制时,可采用内半环连接,其结构紧凑,重量轻,但安装密封圈时有可能被环槽边缘擦伤。法兰连接图a图b图c第六章液压缸的设计-34-图6-1法兰连接优点:结构简单;易加工,易装卸图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,端部镦粗螺纹连接图a图b图c图6-2螺纹连接优点:重量较轻;外径较小外半环连接图6-3外半环连接优点: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。内半环连接图6-4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根据比较分析,确定选用法兰连接最符合设计要求。6.2.2活塞杆与活塞的连接结构液压缸的活塞与活塞杆的连接方式有很多种型式,所有型式均需要锁紧措施,以防江阴职业技术学院毕业设计说明书-35-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。油缸在一般的工作条件下,活塞与活塞杆的连接采用螺纹连接,但当油缸工作压力较大、工作机械振动较大时,采用半环连接。根据具体情况,也有把活塞与活塞杆做成一个整体。所以根据系统工作条件选用螺纹连接。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。连接方式分为卡环型如图6-5所示。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。轴套型螺母型如图6-6所示。图6-5卡环型锁紧螺母型图6-6螺母型焊接型图6-7焊接型第六章液压缸的设计-36-根据设计要求,选用螺母型连接方式,最适用本设计要求。6.2.3活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构,包括活塞与端盖、导向套的结构,以及密封、防尘和锁紧装置。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向,也可以做成与端盖分开的导向套结构。它们之间的结构和比较如下:与端盖分开的导向套结构导向套磨损后便于更换,所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧,也可以安装在外侧。机和床和工程机械中一般装在内侧的结构,有利于导向套的润滑;而油压机常采用装在外侧的结构,在高压下工作时,使密封圈有足够的油压将唇边张开,以提高密封性能。经过综合比较,选用导向套导向,导向套安装在密封圈外侧更符合要求。6.2.4活塞及活塞杆外密封圈的选用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:在额定工作压力下,保证良好的密封,使其减少泄漏。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。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。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,如图6-8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。江阴职业技术学院毕业设计说明书-37-图6-8间隙密封2)O形密封圈密封图6-9O型密封圈图6-9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,如图6-10所示。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30MPa第六章液压缸的设计-38-图6-10O型密封圈预压缩量及压力分布3)Y形密封圈密封Y形密封圈是一种断面形状为形的密封元件,如图6-11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6-11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6-12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。图6-11Y型密封圈6-12Y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。使用V形密封圈的优点是:(1)适宜在工作压力小于50MPa,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:江阴职业技术学院毕业设计说明书-39-(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。V型密封圈V型密封圈的结构图6-13V型密封圈通过比较,活塞与活塞杆的密封选用O型密封圈密封。图6-14型密封圈根据资料3表42.7-56选,资料3表42.7-58查得,沟槽宽度21.80dmb=2.6mm,R1=0.3mm,h=1.28mm。6.2.5液压缸的缓冲装置缓冲装置的形式很多,常用的有间隙缓冲和阀式缓冲两种。间隙缓冲如图9-15所示。当活塞运动到靠近缸盖时,凸合逐渐进入凹槽,将存于凹槽中的油液经凸台与凹槽间的间隙逐渐挤出,凹槽由于内部油液受到挤压,产生反压力,活塞受到这个压力的作用,使运动速度减慢下来。第六章液压缸的设计-40-间隙缓冲装置的缓冲效果与间隙的大小有关,间隙过大起不到缓冲作用;间隙过小则缓冲时间太长,效果也不好。一般根据经验确定,通常取间隙阀式缓冲这种缓冲装置的特点是在液压缸的两端装上单向阀和节流阀。如图6-16所示。当活塞运行到行程末端接近缸盖时,将缸盖的回油道堵死,这时活塞凸台与缸盖间的油液只有经缸盖上的节流阀流回油箱,由于节流阀的阻尼作用,使活塞缓慢地接近缸盖,避免了撞击。并且改变节流阀开口大小就可改变缓冲作用的大小。图6-16阀式缓冲缓冲装置结构原理图通过比较选用间隙缓冲装置,从方便加工出发,尽量接近于凹槽抛物线,降低缓冲腔的峰值。6.2.6液压缸的排气装置液压缸中(或液压系统)混入了空气,会产生气穴现象,引起活塞运动时的爬行和振动,产生噪声,甚至使整个系统不能正常工作。图2-3-8为排气塞的结构,启动液压系统时拧开排气塞,使活塞空载全行程往复数次,液压缸内空气通过排气塞锥部缝隙和小孔排出。空气排完后,需把排气塞紧紧关死。排气阀分为组合式排气阀(图6-18)和整体式排
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