机液联合张紧装置的设计【含CAD图纸+PDF图】
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中国矿业大学 2007 届毕业设计第 1 页第 1 章 概述1.1 张紧装置综述所有精心设计的带式输送机均需要使用某种型式的拉紧装置，因为：（1）保证在传动滚筒处具有适量的松边张力，以防止输送带打滑。(2)保证沿输送机的加料点和其他各点上具有适当的张力（必须防止输送带在托辊之间丧失槽形，从而避免物料从输送带上溢出） 。 （3）补偿输送带长度的变化。 （4）为更换接头贮备输送带。若无贮备，则在更换接头时必须加许多小段新的输送带，同时每更换一个接头都需要有两个接头处。1.1.11.1.1 输送带的伸长或延伸输送带的伸长或延伸任何输送机的输送带均可能有以下几种型式的伸长或延伸。弹性伸长: 这是在启动加速或制动减速时在输送带上出现的部分伸长。在施加的拉力或应力消除后，这种伸长几乎完全恢复原状。结构伸长 : 这种伸长大部分是由于织物编织型式而不是由于使用的织物原料而引起的。在普通的编织物中，弯曲的经线当施加负荷时就会被拉直，引起输送带的伸长，而其中部分伸长是不能恢复原状的。永久性长度变化 : 永久性长度变化包括由基本纤维结构的饿延伸率所引起的长度变化，还包括部分弹性伸长和不可恢复的部分结构伸长。1.1.21.1.2 拉紧行程拉紧行程所需的拉紧行程取决于下列因素：启动或制动方式。直接启动和制动所需的拉紧行程比有控制的加速启动或减速制动的要大得多。满载输送带启动和停止的频率。是否有一个使用机械接头的使用期。如果有，在制作最终的硫化接头之前几能方便地消除任何不可恢复原状的长度变化。所有输送带的伸长和延伸特性。拉紧装置应有足够的行程，以适应加速或减速的波动，而不使拉紧装置碰到挡板上。拉紧装置还应有若干“可供使用的”贮备输送带，因而在发生故障时可不需要用两个接头来接入一段短输送带。此外，拉紧行程还应该适应输送带由于伸长或收缩引起的长中国矿业大学 2007 届毕业设计第 2 页度变化。1.1.31.1.3 手动拉紧装置手动拉紧装置手动拉紧装置的优点是结构紧凑、费用低。但是，由于使用手动型式，输送带的拉紧最多也不过是定期的调节，故其所产生的输送带张力往往总是过高或过低的。因此，手动拉紧装置只推荐在空间限制而不能使用拉紧装置的地方，或者用于拉紧条件要求不高的较短的轻型带式输送机上。使用手动拉紧装置的主要问题是需要一个警惕性高的细心的操作人员来观察什么时候需要拉紧，然后将拉紧装置调整到恰好能提供一个合适的张力的位置上。这个问题很难解决，因为没有一种精确的指示器可用来判断需要多少张力或经过依次特定的调整呢功能提供多少张力。1.1.41.1.4 自动拉紧装置自动拉紧装置自动拉紧装置由于任何带式输送机上都是较为理想的。它们可以水平、垂直或倾斜。自动拉紧装置用于任何带式输送机上都是较为理想的。它们可以水平、垂直或倾斜布置。自动拉紧装置既能靠重力来操作，也可以用液压、电动和气动设备操作。最常用的型式是重力式拉紧装置。液压自动张紧装置提供的张紧力大，而且结构紧凑，张紧过程平稳，易于控制。但其效率底，价格高。张紧行程短，满足不了较长皮带输送机的使用要求。电动方式虽然简单，价格低廉，但张紧过程不平稳。张紧力较小。不适用于较大张紧力的场合。随着技术的不断提高，一些新型的大型长距离输送机逐渐得到应用，这时拉紧行程较大，而且拉紧力也很大时，显然以上均不能满足要求。基于这种情况，我们设计一种机液联合张紧装置，目的是在起初的张紧力较小的阶段，采用液压绞车来张紧，而在张紧力较大时由液压装置来张紧。可以通过各种阀和电液装置来实现自动或手动控制。1.2 新型机液张紧装置新型机液张紧装置的主要技术特点：（）用液压绞车解决长行程的要求。由于在胶合接头和安装过程中都要求输送带有一定的松弛量，如用油缸直接张紧小车，则油缸行程太长。为此可以通过液压绞车拉住张紧小车。而液压缸仅需很小行程实现启动时较大力的张紧。（）设置蓄能器提高系统张力的稳定性。在输送机启动过程中，构成输中国矿业大学 2007 届毕业设计第 3 页送带动张紧力的弹性波有入射波、反射波和透射波三种。由于入射波与反射波的作用，输送带在传动滚筒奔离点的力忽大忽小，成不稳定状态，输送带承受着冲击载荷。为此在张紧装置的液压系统中设置若干个蓄能器，来抵消入射波与反射波对奔离点张紧力的影响。而且可以补偿缸体的油液的泄露。实现恒张力控制。（3）通过压力传感器及时监控液压缸的张紧状态，根据情况改变张紧力的大小。这样就可以大大改善皮带的工作条件，提高皮带的寿命。1.3 液压传动的特点1.3.11.3.1 优点优点1）同其它传动方式比较，传动功率相同，液压传动装置的重量轻、体积紧凑。2）多级变速，调速范围大。3）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。1.3.21.3.2 缺点缺点1）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）系统内混入空气，会引起爬行、噪音和震动。 ，4）适用的环境温度比机械传动小。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 4 页第 2 章 主要设计参数及方案确定2.1 主要设计要求题目：机液联合张紧装置。设计参数：最大张紧力 200KN。 最大张紧行程 20m设计要求：了解长距离胶带输送机的启动和牵引的工作过程，张紧装置的作用。对比各种张紧装置的工作原理，设计一台机、液联合张紧装置。1）根据相关参数完成大行程机、液联合张紧装置与胶带输送机相互连接的总体设计；2）完成液压系统设计，泵、阀等液压元件的选择；3）完成主要传动组件、零件的工作图设计；4）完成油箱工作图设计；5）编写完成整机设计计算说明书。2.2 方案确定2.2.12.2.1 方案一方案一工作原理:重锤式张紧装置主要由张紧装置框架、张紧改向滚筒、弹簧缓冲器、偏心制动轮等部件组成。张紧装置框架本身包含一个能供滚筒上下滑动的滚筒滑槽，并在安装滚筒的钢结构上平面装有两个弹簧缓冲器，配重块重量不直接作用在滚筒轴上。偏心制动轮通过传动连杆与张紧滚筒的钢结构平台连接。胶带主要通过张紧改向滚筒来实现胶带张紧。张紧力的大小取决于配重块的重量、张紧装置框架重量以及滚筒的重量，根据胶带重载时的所需驱动力来选择。2.2.22.2.2 方案二方案二工作原理：当司机合上开关后，电控箱开始工作。首先启动油泵 8，压力油经过手动换向阀 4 及单向阀 6 进入油缸，拉动张紧小车 2；然后启动慢速绞车，直接拉动张紧小车 2。当达到输送机启动时所需的张紧力时，电动箱的压力继电器控制输送机启动。溢流阀 10 控制胶带的最大张紧力。正常运行阶段张紧力由压力继电器 J1,J2 和溢流阀调整。溢流阀 10 的调定压力中国矿业大学 2007 届毕业设计第 5 页比溢流阀 11 的调定压力高。通过这种控制就可以保证输送胶带的自动张紧，张紧力减小时，溢流阀 11 关闭，油泵向油缸补液，油缸拉动张紧小车提高张紧力；张紧力超出整定范围时，溢流阀 11 打开进行回油，油缸带动张紧小车减小张紧力。启动与正常运行这两个阶段由测速装置进行控制，将速度信号转换为开关信号，由电磁阀 7 进行切换。2.2.32.2.3 方案三方案三原理图：图 1 原理图工作原理： 工作时，首先，在输送机启动前打开截止阀，并给液压泵电机通电，将手动换向阀 2 打到左位。此时液压绞车正转，拉紧皮带。当拉力达到规定的大小时，将手动换向阀 2 打到中位。液压绞车自动锁紧。关闭截止阀。将手动换向阀 1 打到左位，油液进入液压缸左腔，活塞杆收缩，拉紧皮带。当拉力达到规定的大小时，将手动换向阀打到中位。由液控单向阀锁紧油缸。当启动终了时，皮带即将进入正常运行阶段。将手动换向阀 1 打到右中国矿业大学 2007 届毕业设计第 6 页位，油液进入液压缸右腔，活塞杆回缩松带。当拉力达到规定的大小时，将手动换向阀 1 打到中位。皮带进入正常运行阶段。当输送机工作完毕时，打开截止阀。将手动换向阀 2 打到右位。此时液压绞车反转松绳。当拉力达到规定的大小时，将手动换向阀 2 打到中位。液压绞车自动锁紧。关闭截止阀。给泵站电机断电。停止工作。 2.2.42.2.4 方案对比方案对比 上面提出的三个方案各有特点，现表述如下。方案一的优点是，结构和原理都比较简单，就是利用物体自身的重力，来拉紧皮带 ，需要多大的张紧力，只要给它坠上同等重量的物体即可，它的制造也比较方便。但是，它的缺点也是比较明显的，其中最重要的缺点就是张紧力不能调节，皮带的张紧力只能固定在皮带机起动需要的最大数值上，即使以后不需要如此大的力，也不容易调节；它的另一个缺点是，体积比较庞大，占用地方大。方案二的优点是，它是靠油缸来张紧皮带的，需要多大的张紧力，只要选用对应大小的液压缸，即可达到规定的要求，结构设计比较紧凑。由于它是采用压力继电器来控制系统，所以它容易实现自动化，这一点对产品的推广非常有利。它的缺点就是，对于张紧力不能达到实时控制，不容易实现张紧力的点动控制。方案三的优点是，实现对胶带张紧力的两点式控制，完全可以满足启动张紧力为正常运行张紧力 1.41.5 倍的要求；可根据输送机的实际运行状况，在一定范围内调整启动及正常运行张紧力大小；除具有上述普通型的特点外，还具有以下特点：实现对各张紧力控制点之间张紧力变化规律的控制，确保胶带在理想状态下运行，减小胶带的冲击，提高胶带使用寿命。它的缺点就是需手动操作。没有实现自动控制。比较以上几个方案后，在此选择第三个方案进行设计。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 7 页2.3 确定系统主要参数图 2 布置图根据上面液压张紧装置的张紧行程、最大张紧力，以及张紧装置是通过两根钢丝绳绕过滑轮与液压钢的耳环连接，且绞车和液压缸都是通过滑轮来拉紧皮带的已知条件（如上图） ，可以知道液压缸的主要设计参数：液压缸负载作用力 F=200KN液压缸行程 S=2000 mm 绞车拉力为 80KN 液压系统为中高压系统。初步确定系统压力为 16Mpa. 中国矿业大学 2007 届毕业设计第 8 页第 3 章 确定液压泵及配套电机3.1 液压泵的选用（1） 液压泵的分类液压泵在液压传动中将原动机输出的机械能转换为液体的压力能，为液压系统提供压力油源。液压泵是利用封闭容积的大小变化来工作的。泵内的封闭油腔分为吸油腔和压油腔，当泵轴旋转时，吸油腔的容积增大形成局部真空，油箱中的液体介质在大气压的作用下进入吸油腔，压油腔的容积减小，容腔内的液体介质背挤压排出。根据构件不同，液压泵分为齿轮式，螺杆式，叶片式和柱塞式。一般定义液压泵每转一转理论上可排出的液体体积为泵的理论排量。理论排量取决于液压泵的结构尺寸，与其工作压力无关。按理论排量是否可变，液压泵又分为定量型和变量型两种。液压泵实现进排的方式称为配流，除齿轮式和螺杆式是进排油口直接与吸油腔和压油腔相通外，叶片式和柱塞式需通过专门的配流机构配流，具体的方式有阀式配流，配流轴式配流和配流盘式配流。这里选择齿轮泵。（2）液压泵的主要参数泵的型号 CB-Fc16 泵的排量 16.01mL/r 额定压力 16Mpa额定转速 2000r/min 驱动功率 9.9KW 容积效率 。%90（3）液压泵的压力1）额定压力sp在正常工作条件，根据试验结果推荐的允许连续运行的最高寿命和容积效率有关。这里的额定压力为 16MPa。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 9 页2）最高压力maxp按试验标准规定超过额定压力而允许短暂运行的最高压力，其值主要取决于零件及相对摩擦副的极限强度。这里的最高压力为 20MPa。3）工作压力液压泵出口的实际压力，其值取决于负载。4）吸入压力液压泵进口处的压力，自吸泵的吸入压力低于大气压力，一般用吸入高度来衡量。当液压泵的吸入压力过高或者吸油阻力太大时，液压泵的进口压力将因低于极限吸入压力而导致吸油不充分，而在吸油区产生气穴或气蚀。吸入压力的大小与泵的结构类型有关。（4）液压泵的排量及流量1）排量 V液压泵主轴转一周所排出的液体体积。排量的大小仅取决于液压泵的尺寸和几何压力，有时又称为理论排量。理论流量不考虑泄漏，液压泵单位时间内所排出的液体体积tq（/s）3m =*tq60nV610式中 n液压泵转速（r/min）； V液压泵排量。 理论流量 *5.34*m/stq6001.16*2000610410中国矿业大学 2007 届毕业设计第 10 页2) 实际流量 q实际运行时，在不同压力下液压泵所排出的流量。实际流量低于理论流量，其差值就是泵的泄漏量。3）额定流量sq在额定压力，额定转速下，泵所排出的实际流量。4）瞬时流量tshq由于运动学原理，液压泵的流量往往具有脉动性，液压泵某一瞬间所排的理论流量。5）流量不均匀系数q在液压泵转速一定时，因流量脉动造成的流量不均匀程度。（5） 液压泵的转速1）额定转速 n在额定压力下，根据试验结果推荐能长时间连续运行并保持较高运行效率的转速。2）最高转速naxn在额定压力下，为保证使用寿命和性能所允许的短暂运行的最高转速。其值主要取决于液压泵的结构形式和自吸能力。 3）低转速minn为保证液压泵可靠工作或运行效率不致过低所允许的最低转速。（6）液压泵的功率与效率1）输出功率 P中国矿业大学 2007 届毕业设计第 11 页液压泵的输出功率用其流量 q 和出口压力 p 或进出口压力差来表示p P=q*p310式中 q液压泵的实际流量（m/s）;液压泵的进出口压力差，通常液压泵的进口压p力近似为零，因此液压泵的进出口压力差可用其出口压力表示（Pa）。2)输入功率pP液压泵的输入功率即原动机的输出功率。 7.1KWpP3)总效率液压泵的输出功率与输入功率之比。 P/pP其值为: 761 . 74 . 54)效率V在转速一定的条件下，液压泵的实际流量与理论流量之比。 =1-1VVtqqnVq式中 液压泵的泄漏量，在液压泵结构型式，几何尺q寸确定后，泄油量的大小主要取决于泵的出口压力，与液压泵的转速或q中国矿业大学 2007 届毕业设计第 12 页排量没有多大关系。因此，液压泵在低转速或小排量下工作时，其容积效率将会很低，以致无法正常工作。 0.92V5）机械效率m对液压泵，除容积泄漏损失以外的功率损失都归于机械损失，因此mV/PtPpq /其值为 0.76/0.9282.6m（7） 液压泵的噪声液压泵的噪声通常用分贝（dB）衡量，液压泵噪声产生的原因包括：流量脉动，流量冲击，零部件的震动和摩擦以及液压冲击等。 3.2 电动机的选用（1）计算液压泵的驱动功率在泵的规格表中，一般同时给出额定工况（额定压力，额定速，额定流量）下泵的驱动功率，可以按此直接选择电动机，也可按液压泵的实际使用情况，用下式计算液压泵的驱动功率：P=KWPNNQp310式中 -液压泵的额定压力；Np液压泵的额定流量；NQ液压泵的总效率；P中国矿业大学 2007 届毕业设计第 13 页转换系数一般液压泵 ；Nppmax恒功率变量液压泵 0.4；限压式变量叶片泵 ；Nppmax85. 0液压泵实际使用的最大工作压力，Pa maxp泵实际工作压力maxp21AAF 其中 F活塞杆的拉力 -活塞无杆侧面积1A活塞有杆侧面积2A实际中最高压力为 20MPa（2）选择电机型号 电机型号 Y160-M 额定功率 11KW 满载转速 1450r/min中国矿业大学 2007 届毕业设计第 14 页第 4 章 确定液压系统元件、辅件4.1 选择液压控制阀型号单向阀单向阀型号 S10A320 通径 10mm 工作压力 31.5MPa流量 30L/min 流速 5m/s 重量 0.3Kg 生产厂家 上海立新液压件厂换向阀型号 4WE6XEW220-50NZ4 通径 10mm 工作压力 35MPa 流量 30L/ 重量 1.95Kg 最高周围温度范围 50生产厂家 上海立新液压件厂液控单向阀型号 SVP10B12V 通径 10mm 工作压力 31.5MPa开启压力 0.3MPa 介质温度-2080 重量 0.8Kg生产厂家 上海立新液压件厂 溢流阀型号 DBDH10P10/20 流量 50L/min工作压力 31.5MPa 设定压力 16MPa 中国矿业大学 2007 届毕业设计第 15 页介质温度-2070 重量 1Kg 生产厂家 上海东方液压件厂单向节流阀型号 F-SRCGT-03-50 通径 10mm 额定流量 30L/min最小额定流量 3L/min 重量 1.5kg最高工作压力 31.5Mpa 介质 矿物液压油介质温度 -1570集成油路板的设计通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。管式元件通过油管来实现相互之间的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构就越复杂，系统压力损失越大，占用空间也越大，维修、保养和拆装越困难。因此，管式元件一般用于结构简单的系统。板式元件固定在板件上，分为液压油路板连接、集成油路板连接和叠加阀连接。把一个液压回路中各个元件合理地布置在一块液压油路板上，这与管式连接比较，除了进出液压油液通过管道外，各液压元件用螺钉规则的固定在一块液压阀板上，元件之间由液压油路板上的孔道沟通。板式元件的液压系统安装、调试和维修方便，压力损失小，外形美观。但是，其结构标准化程度差，互换性不好，结构不够紧凑，制造加工困难，使用受到限制。此外，还可以把液压元件分别固定在几块集成块上，再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路，这种方式与油路板比较，标准化、系列化程度高，互换性好，维修、拆装方便，元件更换容易；集成块可进行专业生产，其质量好、性能可靠而设计生产周期短。使用近年来在液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接条件，有叠加阀直接叠加而成。其结构更为紧凑，体积更小，重量更轻，无管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄振动和噪声。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 16 页4.2 液压油路板的结构液压油路板一般用灰铸铁来制造，要求材料致密，无缩孔疏松等缺陷。液压油路板的结构如图 3-1 所示，液压油路板正面用螺钉固定液压元件，表面粗糙度值为0.8，背面连接压力油管（P） 、回油管（T） 、泄漏油管aRm(L)和工作油管(A、B)等。油管与液压油路板通过管接头用米制细牙螺纹或英制管螺纹连接。液压元件之间通过液压油路板内部的孔道连接。除正面外，其它加工面和孔道的表面粗糙度值为6.312.5。aRm此外液压油路板的安装固定也是最重要的。油路板一般采用框架固定，要求安装、维修和检测方便。它可以安装固定在机床上或机床附属设备上，但比较方便的是安装在液压站上。安装方式见图 3-2。液压油路板的设计液压油路板的设计中国矿业大学 2007 届毕业设计第 17 页图 3 液压油路板总装图（1）分析液压系统，确定液压油路板数目简单液压系统的元件不多，要求液压油路板上的元件布局紧凑，尽量把元件都装在一块板上。但液压系统较复杂时，应避免液压油路板上的孔道过长，给加工制造带来困难，所以板的外形尺寸一般不大于 400mm；板上安装的阀一般不多于 1012 个，这也可以避免孔道过于复杂，难与设计和制造。若一个液压系统需多块液压油路板布局，则应当对该系统进行分解，但应注意： 1）同一个液压回路的液压元件应布局在同一块液压油路板上，尽量减少连接管道。 2）组合机床加工自动线或多工位机床液压系统，结构相同的部分应设计成可互换的通用板，不同结构应设计成专用板。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 18 页a） b）c）图 4 油路板安装方式1油路板 2连接件（2）制作液压元件的样板初学者设计液压油路板时，要制作液压元件样板。根据产品样本，对照实物绘制液压元件顶视图轮廓尺寸，虚线绘出液压元件底面各油口位置的尺寸，依照轮廓线剪下来，便是液压元件样板。若产品样本与实物有出入，则以实物为准。若产品样本中的液压元件配有底版，则样板可以按底版所提供的尺寸来制做。若没有底版，则要注意，有的样本中所提供的是元件的俯视图，做中国矿业大学 2007 届毕业设计第 19 页样板是应把产品样本中的图翻转 180 度。（3）液压元件的布局绘出液压油路板平面尺寸，把制做好的液压元件样板放在液压油路板上进行布局，此时要注意：1）液压阀阀心应处于水平方向，防止阀心自重影响液压阀的灵敏度，特别是换向阀一定要水平布置。2）与液压油路板上主液压油路相通的液压元件，其相应油口应尽量沿同一坐标轴线布置，以减少加工孔道。3）压力表开关布置在最上方，如果需要在液压元件之间布置，则应留足空间。4）液压元件之间的距离应大于 5mm，换向阀上的电磁铁、压力阀的先导阀以及压力表安装等可适当的伸到液压油路板的轮廓线之外，以减小油路板的尺寸。（4）确定油孔的位置尺寸液压油路板正面用来安装液压元件，表面粗糙度值为0.8。上面aRm布置有液压元件固定螺孔、油路板固定孔和液压元件的油孔。当液压元件布置完毕后，孔道位置尺寸就基本上确定了。液压油路板背面设计有执行元件连接的油孔（A、B） 、与液压泵连接的压力油孔（P）以及与液压油箱连接的回油孔（T） ，此类液压油孔可加工成米制细牙螺纹或者英制管螺纹孔。连接尺寸见表 3-1。液压油路板内部孔道一般分三层布置：第一层：距液压油路板正面距离约 10mm，一般布置泄漏油孔（L）和控制油孔（K） ，要注意的是防止第一层孔道与液压元件的固定螺孔相通。第二层：距液压油路板正面约 25mmm，距第一层约 15mm，布置压力油口。第三层：距液压油路板正面约 41mm，距第二层约 16mm，距液压油路板反面 19mm，布置回油孔（T） 。因此，液压油路板的总厚度一般为 60mm。（5）绘制液压油路板的零件图液压油路板结构较复杂，用多个视图表达，主视图表示液压元件安装固定的位置、液压元件进出油口的位置和大小，以液压油路板的两条棱为坐标轴绘出。液压元件规格一旦确定，安装螺孔和油口的尺寸亦定。后视图表示各油管接头的位置和尺寸。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 20 页表表 1 1 阀板内的孔加工尺寸阀板内的孔加工尺寸管接头安装螺纹钻螺纹底孔直径阀板钻孔直径(mm)公称直径（m0dm）紫铜管尺寸（mmxmm）xd内d外推荐流量(L/min)锥螺纹细牙螺纹锥螺纹细牙螺纹底孔深度(mm)攻螺纹深度(mm)直孔横孔横孔螺塞33x4M8x17.044x64M10x19.06Z1/8”8.71411（6）6x86M12x1.2510.778x1010Z1/4”M14x1.511.312.5181588.7Z1/8”1010x1214.51212x1525Z3/8”M15x1.5M20x1.514.818.520101211.3Z1/4”1515x1840Z1/2”M24x1.518.324.525241919x22633/4”M30x1.523.728.525211818.3Z1/2”2525x28100Z1”M36x1.529.634.530263030x35160Z114”M39x1.538.537.53227液压油路板的剖视图一般要三个，即每层孔道一个剖面。为了避免加工制造差错，液压油路板零件图要少用虚线。设计中采用液压油路板的结构来放置各液压元件，液压集成块结构与设中国矿业大学 2007 届毕业设计第 21 页计和叠加阀装置设计这里不在做详细说明。4.3 确定液压辅件4.3.14.3.1 蓄能器的选用蓄能器的选用（1）蓄能器的种类及特点蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置，它利用力的平衡原理使工作液体的体积发生变化，从而达到储存或释放液压能的作用。蓄能器一般分为重力加载式，弹簧加载式和气体加载式三类。1）力加载式（简称重力式）重力式蓄能器是利用重锤的重量，通过柱塞作用在油液上而产生压力能，其压力的大小取决于重锤的重量和柱塞作用面积的大小。重力蓄能器的特点：在输出液体的整个过程中，无论输出量的大小和输出速度的快慢，均可得到恒定的液体压力；结构简单，容量大，压力高，但体积大不适用于行走机械；惯性大，反应不灵敏，不宜消除脉动和吸收液压冲击；密封处易泄漏，有摩擦损失。只在固定设备中作蓄能器用。2）簧加载式（简称弹簧式）弹簧式蓄能器是利用弹簧力作用于活塞上，使之与压力油的压力相平衡，以储存压力能。蓄能器产生的压力取决于弹簧的刚度和压缩量。弹簧式蓄能器的特点：结构简单，反应灵敏，容量小。使用寿命取决于弹簧的寿命，对于循环频率较高的场合不宜使用。一般用于小容量，低压，循环频率低的系统，作蓄能和缓冲用。3）气体加载式中国矿业大学 2007 届毕业设计第 22 页气体加载式蓄能器的工作原理是建立在波义耳定律的基础上。使用时先向蓄能器充以预定压力的空气或氮气，然后由液压泵向其内充入压力油，气腔和油腔压力始终相等。当系统需要油液时，在气体压力作用下，使用油液排出。气体加载式蓄能器可分为隔离式和直接接触式两种类型。直接接触式蓄能器 它由一个封闭的壳体组成，壳体顶部有充气阀，底部有进出压力油口。气体被封在壳体的上部，液体处在壳体下部，气体直接与液体接触。这种蓄能器的特点：容量大，惯性小，反应灵敏；占地面积小；没有机械磨损。但由于气体直接接触，气体易被液体吸收，使系统工作不稳定，易产生气蚀并危及系统；只能竖直安放，以确保气体被封在壳体的上部。适用于大流量的低压回路中。 隔离式蓄能器 典型结构有气囊式，隔膜式，活塞式和差动活塞式。气囊式蓄能器 壳体的上端有容纳充气阀的开口，由合成橡胶制成的完全封闭的梨形气囊模压在气门嘴上，形成一个封闭的空间。气囊经下端开口塞进去，并借助于压紧螺母固定于壳体的上部。阀体总成用一对装在壳体开口内侧的半圆卡箍卡主阀体本身的台肩，装在壳体的下部。O 形密封圈与垫片接触，用螺母锁紧。用这样的结构能确保安全，要想拆开蓄能器，必须拧下螺母，把阀体推到壳体内。当壳体内压力上述到爆破压力时，壳体开口先涨大，使 O 形密封圈被挤掉油压能够安全的解除。这种蓄能器的特点使：气腔与油腔之间是气囊，密封可靠，不可能有泄漏；胶囊惯性小，反应灵敏；结构紧凑，尺寸小，重量轻；并有系列批量生产。但装拆不方便。气囊有折合型，波纹型，三角型和十字型等结构形式。 隔膜式蓄能器 它以橡胶隔膜代替气囊，把油和气分开。壳体为球形，重量与体积之比值最小。容量小，一般在 0.9511.4L 范围内使用。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 23 页活塞式蓄能器 它利用活塞把油和气分开。结构简单，寿命长。但活塞惯性大有密封摩擦阻力，因而反应灵敏性差，不宜消除脉动和吸收液压冲击。差动活塞式蓄能器 它由一个直径很大的气缸装在一个直径较小的液压缸之上组成。活塞下端的液压力总是大于上端的空气压力。能有效的防止空气渗入油中。可用于压力很高的液压系统。(2)蓄能器的应用 1)作辅助动力源对于间歇运行的液压系统，或在一个工作循环内，执行元件运行速度差别很大，即对液压泵供油量要求差别很大的液压系统使用蓄能器，当需要供油量很大时，蓄能器与液压泵一起供油，当要求供油量小时，泵输出的多余压力油就输入蓄能器储存起来。这样可以根据液压系统所需的平均流量来选择泵，泵的利用和功率消耗比较合理。2)补偿泄漏保持压力对于执行元件长时间不动，又要求保持一定的压力，可以用蓄能器来补偿泄漏。3)作紧急动力源某些系统要求当液压泵发生故障或对执行元件的供油突然中断时，执行元件仍须完成必要的动作。例如为了安全起见，液压缸的活塞杆必须内缩到缸筒内，这时就需要有适当容量的蓄能器作动力源。4)消除脉动如果液压系统中采用液压泵，且其柱塞数较少时，或齿轮泵的齿数较少时，系统的压力，流量和力矩等参数脉动很大。此外，溢流阀的脉动以及某些形式的容积式流量计，也会使系统的压力和流量脉动。若在系统中装设蓄能器，则可将脉动降低到最低限度，使对振动敏感的仪表及管路接头，阀的损坏事故大为减少。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 24 页5)吸收液压冲击由于换向阀突然换向，液压泵突然停车，执行元件的运动突然停止，甚至人为的要执行元件紧急制动等原因，都会使管路内液体流动发生急剧变化，产生液压冲击。液压系统中虽设有安全阀，但其反应慢，压力增高，其值可能达到正常压力的几倍以上。这种冲击压力往往引起系统中的仪表，元件和密封装置发生故障，甚至损坏，或者管道破裂，此外，还会使系统产生强烈的振动。若装设蓄能器则可以吸收和缓和这种冲击。(3)蓄能器总容积的计算蓄能器的总容积是指充气容积，这里选择蓄能器主要用于补偿泄露及压力损失。消除脉动和吸收液压冲击。根据经验选择两个容积为 16L 的蓄能器即可。 (4)蓄能器充气压力的确定 0p由于蓄能器主要用于补偿泄露，吸收液压冲击和消除脉动，降低噪声，因此，蓄能器的充气压力应等于蓄能器设置点的正常工作压力。(5)蓄能器的主要参数 型号 NXQ-A-16/20LA 公称压力 20MPa 耐压试验压力 30MPa 使用温度 1070安装方式 垂直安装 生产厂家 南京锅炉厂（6） 蓄能器的安装1）蓄能器的安装a)蓄能器须安装在便于检查，维修的位置，并要远离热源。b)蓄能器一般应垂直安装，油口向下，充气阀朝上。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 25 页c) 装在管路上的蓄能器承受着液压力的作用，因此必须牢靠的固定装置，以防蓄能器从固定部位脱开，引起事故。注意不能用焊接方法进行安装。d)吸收液压冲击，压力脉动和降低噪声的蓄能器应尽量安装在振源附近。e)蓄能器与液压泵之间应安装截至阀，以供充气和检查维修使用。2)蓄能器的使用a)蓄能器属于压力容器，应执行压力容器的使用规定。不能在蓄能器上进行焊接，铆接和机械加工，不许敲打。b)蓄能器铭牌应置于醒目位置。c)在有压状态下，不得拆卸。在安装拆卸之前，应把内部的气，液完全放掉。d)蓄能器绝对禁止充氧气，以免引起爆炸。e)在正常工作下，每隔 6 个月检查一次压力，使之保持规定的预压力。检查方法可以利用充气工具，也可利用系统中的压力表和液压泵检查。f)气囊式蓄能器充气可利用充气工具和充氮小车，由于氮气瓶压力一般在 16MPa。如果充气压力高于上述值时，则需要使用带有增压设备的充氮小车。4.3.24.3.2 过滤器的选用过滤器的选用（1）过滤器性能参数1）过滤原理与过滤介质过滤是从流体中分离非溶性固体颗粒污染物的过程。它在压力差的作用下，让流体通过多孔隙可透性介质（过滤介质），迫使流体中的固体颗粒被截留在过滤介质上，从而达到分离污染物的目的。液压过滤器简称过中国矿业大学 2007 届毕业设计第 26 页滤器或滤油器。它就是采用上述原理，利用过滤介质分离，减少油液中颗粒污染物，使之达到和保持油液目标清洁度的工业装置。过滤器按过滤原理区分主要有：表面型过滤器，深度型过滤器和磁性过滤器。结合滤材及使用范围考虑，则唱分为表面型和深度型两大类。表面型过滤器是靠滤材表面的孔口阻截液流中的颗粒，属于这一类的有金属网，金属微孔板，线隙式，片式等过滤元件。表面型滤材的通径大小一般是均匀的，过滤机制比较单一，主要是直接阻截，凡尺寸大于通孔的颗粒被截留在液流上游一侧的滤材表面，则小于通孔的颗粒则进入下游。当滤材表面有限的孔口全部被截留的污染物堵塞后，滤芯前后的压差增加到最大值，其过滤作用也就停止了，所以表面型滤材的纳垢容量较少，但经过反向冲洗后，滤材表面的污染物可被清除干净，然后可重复使用。深度型过滤器的滤材为多孔可透性材料，常用的有非织品纤维，如滤纸，复合滤纸，合成纤维，不锈钢丝毡；多孔刚性材料，如陶瓷，金属粉末烧结，天然和合成纤维织品等。这类滤材中有无数细长且迂回曲折的通道，每一通道中还可能有一些狭窄的横向空穴。当油液流过时，大颗粒污染物被阻截在滤材表面或内部通道的缩口处，而小颗粒污染物在重力，布朗扩散，静电力或惯性力作用下，有些可能被吸附在通道内壁表面，有些可能沉积在通道横向空穴内。所以深度型滤材的过滤机制既有直接阻截，又有吸附作用，过滤作用发生在滤材整个深度范围内。与表面型相比，深度型滤材的纳垢容量大，但被滤除的污染物不容易被清洗掉，所以只能一次性使用。(2)过滤器的主要性能参数过滤器的主要性能参数有：过滤精度，压差特性和纳垢量。过滤精度过滤精度是指过滤器对不同尺寸颗粒精度污染物的滤除能力，时选用过滤器的首要参数。系统的污染控制水平，过滤精度越高，系统油液的清洁度越高。评定过滤器精度的常用方法有下面几种：中国矿业大学 2007 届毕业设计第 27 页名义过滤精度：名义过滤精度的评定方法最早有美国军工部门提出，用值表示。m绝对过滤精度：绝对过滤精度是指能够通过过滤器的最大球形颗粒的直径。绝对过滤精度比较确定地反映出过滤介质的最大孔口尺寸和过滤器能够滤除和控制的最小颗粒尺寸，这对实施污染控制有实用意义。但污染物并不都是球形，其形状一般是不规则的，长度尺寸大于绝对精度的扁长形颗粒仍有可能通过滤芯而到达下游。过滤效率：过滤效率是指被过滤器滤除的污染物数量与加入到过滤器上游的污染物数量之比。污染物的量可以用质量表示，也可用各种尺寸的颗粒数表示。过滤比：过滤器上游油液单位体积中大于某一给定尺寸的污染颗粒数与下游油液单位体积中大于同一尺寸过滤数之比。压差特性油液流经滤油器时由于油液运动和粘性阻力的作用，在滤油器的入口和出口之间产生一定的压差。影响清洁的滤油器压差的因素有：油液的粘度和比重，通过流量，以及滤芯的结构参数。纳垢流量过滤器在工作过程中，随着被截留的污染物数量的增加，压差增大，当压差达到规定的最大极限值时，滤芯使用寿命结束。在过滤器整个使用寿命期间被滤芯截留的污染物总量称为过滤器的纳垢容量。纳垢容量越大，则使用寿命越长。 纳垢容量与过滤面积以及滤材的孔隙度有关。过滤面积越大，孔隙度越大，则纳垢容量越大。对于外形尺寸一定的折叠式圆筒形滤芯，适当增大折叠数及折叠深度可以增大过滤面积，从而延长过滤器的使用生命。（3） 过滤器的选择滤油器型号 ZU-H25*20s 公称流量 25L/min 中国矿业大学 2007 届毕业设计第 28 页过滤精度 20m 公称压力 32MPa 初始压力损失 0.08MPa最大压力损失 0.35MPa 重量 5Kg 滤芯型号 HDX-25*5 连接方式 管式。4.3.34.3.3 压力表及测压管路选用压力表及测压管路选用（1）普通压力表用于液压装置和其他动力设备时，因设备振动和介质压力的剧烈脉动，压力表的弹性元件将会迅速疲劳，其传动机构也将严重磨损，从而使仪表精度大大下降，使用寿命缩短。为此，必须采用耐振压力表或在普通压力表后接压力开关。这里选择耐振压力表 YTN-60-2，主要技术参数如下：结构形式：轴向前边公称直径：60mm测量范围：025MPa精度等级：1.5接头螺纹：M141.5mm （2）测压接头型号：PT-11M1：M141.5 mmM2：M161.5 mm（3）测压软管型号：HFH4-P1-3-P-1公称通经：3 mm压力等级：P40MPa中国矿业大学 2007 届毕业设计第 29 页4.3.4 液压管路的设计(1)管路的材料无缝钢管耐压高，变形小，耐油，抗腐蚀，虽装配时不易弯曲，但装配后能长期保持原状，用于中高压系统。无缝钢管有冷拔和热轧两种。工作压力比较高的管路多采用 10 号，15 号冷拔无缝钢管，因其外径尺寸准确，质地均匀，强度高，而且可焊性好。(2) 管路的内径管路内径的大小取决于管路的种类及管路的种类及管内流速的大小。在流量一定的情况下，内径小则流速高，压力损失大，容易产生噪声；内径大则难于安装，所占空间大，重量大。管路内径一般由下式确定 vqd/61. 4式中 d管路内径（mm）q流量（L/min）v流速（m/s）吸油管路的内径d4.6119mm 取为 20mm1/4 .14其中 管内的流速 v 选择 v=1m/s压力管道的内径 d4.6110mm 取为 10mm5/4 .14其中 管内的流速 v 选择中国矿业大学 2007 届毕业设计第 30 页 v=5m/s第 5 章 液压缸设计及其液压绞车选型根据工作需要，液压缸设计为单出杆式单作用液压缸。5.1 液压缸的类型和安装形式液压缸分为单作用液压缸、双作用液压缸和组合式液压缸三种形式。单作用液压缸又分为单作用活塞液压缸、单作用伸缩液压缸和单作用柱塞液压缸；双作用液压缸分为双作用无缓冲式液压缸、不可调单向缓冲式、不可调双向缓冲式液压缸、可调单向缓冲式、可调双向缓冲式、双活塞杆液压缸和双作用伸缩液压缸；组合液压缸分为单联式、多工位式和双向式。这里选择单作用活塞式液压缸。液压缸的常用安装形式有耳环型、脚架型、法兰型和耳轴型安装，这里选择尾部耳环型安装。通用型液压缸结构比较简单，零部件标准化、通用化程度较高，制造和安装都比较方便。因此，用途比较广泛，使用于各种液压系统。它一般有拉杆型、焊接型和法兰型液压缸。其中焊接型液压缸的外形尺寸较小，暴露在外面的零件少，能承受一定的冲击负载和恶劣的外界环境。但受到前端盖与缸筒连接强度的限制，缸的内径不能太大，额定压力不能太高。通常额定压力小于a，缸筒内径小于mm，活塞杆和缸筒的加工条件许可时允许最大行程达到m，多用于车辆、船舶和矿山等机械。拉杆型液压缸的端盖有圆形和方形两种.一般来说,方形端盖用四根拉杆,圆形端盖用 6 根拉杆,缸筒是用内径经过精加工的高精度冷拔无缝钢管,按需要的长度切割而成的.前后端盖和活塞等零件均为通用件.因此,拉杆型液压缸制造成本较低,适用于批量生产.焊接型液压缸的缸筒与后端盖采用焊接中国矿业大学 2007 届毕业设计第 31 页连接,与前端盖的连接方式有螺纹连接,卡环连接和钢丝挡圈连接等多种连接方式.法兰型液压缸的缸筒与前端盖和后端盖均采用法兰连接.法兰与缸筒有整体结构式,也有采用焊接和螺纹等方式的法兰型液压缸的缸筒内径通常大于 100mm,外形尺寸大,额定压力高,能承受较大的冲击负载和恶劣的外界环境条件,属重型液压缸,多用于重型机械,冶金机械等.法兰型液压缸的通常额定压力小于 35Mpa,缸筒内径小于 320mm,允许最大行程 8m.这次设计的液压缸,是用于牵引皮带前后运动,活塞杆的行程为 2m,牵引力最大为 200KN,结合以上的介绍可以选择单作用活塞式液压缸,液压缸的安装选择销轴型,液压缸的连接方式前后端盖采用法兰连接。 5.2 液压缸主要零部件结构、材料和技术要求5.2.15.2.1 缸筒与缸盖缸筒与缸盖(1)结构缸筒的结构与端盖的连接形式,液压缸的用途,工作压力,环境以及安装要求等因素有关.端盖分为前端盖和后端盖.前端盖将液压缸的活塞杆腔封闭,并起着为活塞杆导向,防尘和密封的作用.后端盖将缸筒底腔封闭,并常常起着将液压缸与其它机件连接的作用.常用的缸筒与缸盖的连接有拉杆,法兰,焊接,内外螺纹,内外卡环及挡圈等连接方式,其中焊接连接型式只能用于缸筒与后端盖的连接. 这里前后端盖与缸筒采用法兰连接。(2)缸筒设计缸筒结构： 采用焊接，优点是结构简单，尺寸小。缺点是缸体有可能变形。缸筒材料：选用 45。毛坯采用退火的冷拔或热轧无缝钢管。材料机械性能如下表所示： 表 2(3)、缸筒计算：材料b最小值s最小值s最小值4561036014中国矿业大学 2007 届毕业设计第 32 页缸筒内径：已知液压缸的理论作用力 F 及供油压力 p，则有活塞杆侧的缸筒内径 D 为：当活塞杆伸出时的理论推力1F =A p=p1F142D实际推力为=*16320000N=320KN1F41416. 32160当活塞缩回时的理论拉力2F = p=(-)p2F2A42D2d=*(-)*16240000N=240KN2F41416. 32160280有上述公式可分别算出有杆侧和无杆侧的缸筒直径，取较大的值即D = 160 mm缸筒壁厚及验算：参考机械设计手册液压传动表 20-6-9 选择合适的产品系列。确定缸筒外径及其壁厚。具体尺寸如下表：产品系列代号额定压力MPa外径mm内径mm壁厚mmE 型2519416017 表 3作为已成型的产品，没有必要再次进行验算。缸筒底部厚度计算：因为本次设计为单作用液压缸，在无杆侧没有压力油，而且缸筒联结形式选用前端法兰。所以设计主要考虑及工艺要求形状，而不考虑受力。缸筒头部法兰厚度：参照实用机械设计手册第二版下册选择合适的法兰， 法兰为凸面对焊刚质管 B 型法兰。具体尺寸见下表：公称通径法兰焊端外径法兰外径螺栓孔中心圆直径螺栓孔径螺栓中国矿业大学 2007 届毕业设计第 33 页数量螺纹8089270203338M30密封圈法兰厚度法兰高度法兰颈法兰内径dXYf21381271280654811813370 表 4公称压力为 25Mpa。表中长度尺寸均为 mm数量为单个。字母标记见实用机械设计手册第二版下册机械工业出版社出版。缸筒与端部焊接应力计算：因为本次设计为单作用液压缸，在无杆侧没有压力油，而且缸筒联结形式选用前端法兰。所以没有必要计算。采用一般焊接即可。缸筒制造加工要求： 缸筒内径 D 采用 H7 级配合，表面粗糙度值为 0.20 微米。需进行研磨。 热处理采用调质，硬度 HB 不小于 241。 缸筒内径 D 的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半。 缸筒直线度公差在 500mm 长度上不大于 0.03mm。 缸筒端面 T 对内径的垂直度在 100mm 上不大于 0.04mm。5.2.25.2.2 活塞活塞活塞结构型式：选用组合活塞。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。随着耐磨的导向环的大量使用，多数密封圈与导向环联合使用，大大降低了活塞的加工成本。活塞与活塞杆的连接： 选用卡环式，用锁紧机构防止工作时由于往复运动而松开。同时采用静密封。活塞的密封：中国矿业大学 2007 届毕业设计第 34 页采用车氏组合密封角形滑环式。活塞材料：因为有导向环，所以选用 45。活塞尺寸与加工公差：活塞宽度取值为活塞外径的 0.8 倍。活塞外径的配合采用 f9，外径对内孔的同轴度公差不大于 0.02mm，端面与轴线的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半，表面粗糙度5.2.35.2.3 活塞杆：活塞杆：结构：活塞杆有实心杆和空心杆两种，见下图。空心活塞杆的一端，要留出焊接和热处理时用的通气孔 d2。 a)实心活塞杆 b)空心活塞杆图 4我选择其中的实心活塞杆结构。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 35 页即：杆体： 设计为实心杆。杆内端： 由活塞与活塞杆的连接型式来确定。杆外端： 因为液压缸的轴线在工作时固定不动。考虑到受力较大，所以选择大螺纹头。活塞杆的材料与技术要求材料： 选用 45 号刚，调质处理。需淬火，活塞杆直径每毫米淬深0.03mm。机械性能： 见下表材料热处理材料机械性能4560034013调质 表 5活塞杆的技术要求活塞杆在导向套中滑动，采用 H8/h7 配合。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 0.01mm，这样就避免了活塞与缸筒、活塞与导向套的卡滞现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，从而保证活塞安装不产生歪斜。活塞杆的外圆粗糙度值为 0.2 微米。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆的表面需进行镀铬处理，镀层厚度 0.04 微米，并进行抛光或磨削加工。1)活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为 229285HB,必要时，再经高频淬火，硬度达 4555HRC。2)活塞杆 d 和 d1的圆度公差值，按 9、10 或 11 级精度选取。我选取10 级精度。3)活塞杆 d 的圆柱度公差值，应按 8 级精度选取。4)活塞杆 d 对 d1的径向跳动公差值，应为 0.01mm。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 36 页5)端面 T 的垂直度公差值，则应按 7 级精度选取。6)活塞杆上的螺纹，一般应按 6 级精度加工；如载荷较小，机械振动也较小时，允许按 7 级或 8 级精度制造。这里选择按 6 级精度加工。7)活塞杆上若有联接销孔时，该孔径按 H11 级加工。该孔轴线与活塞杆轴线的垂直公差值，按 6 级精度选取。8)活塞杆上下工作表面的粗糙度为 Ra0.63m，必要时，可以镀铬，镀层厚度约为 0.05mm,镀后抛光。 3、活塞杆的尺寸。活塞杆直径计算： MFdP3104 F 液压缸的推力， Np 材料的许用应力，MpanSP d 活塞杆直径，m活塞杆强度计算：活塞杆弯曲稳定性验算：采用实用验算法。已知作用力和活塞杆直径，从机械设计手册液压传动一书活塞杆弯曲计算图中可以校验出稳定性程度，经过校验，活塞杆弯曲稳定性良好。5.3 活塞杆的导向套、密封和防尘活塞杆导向套在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆侧的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘和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，其内圈还可装设导向环，用作活塞杆的导向。导向套中国矿业大学 2007 届毕业设计第 37 页的结构采用轴套式。导向套的材料采用摩擦系数小、耐磨性好的青铜材料制作。导向套长度的确定：通常采用两段导向段，每段宽度为 d/3，两段中线距离为 2d/3。受力分析：分析导向套的受力情况。本次设计的液压缸受力主要为拉力，与活塞杆轴线重合，所以外力作用在活塞上的力矩主要为由安装形式决定的重力产生的力矩。即导向套受到的支撑压应力非常小。远远小于材料的许用压应力，可以不进行验算。所以设计时满足结构及运动要求即可。导向长度的确定：导向长度过短，将使液压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。导向套滑动面的长度 A，在缸径小于 80mm 时，取 A=（0.61.0）D当缸径大于 80mm 时，取 A=（0.61.0）d本次设计液压缸缸径为 160mm。大于 80mm。所以代入第二个公式，即A=（0.61.0）d。选择 A=0.8 d=0.870=56mm。加工要求：导向套外圆与端盖内孔的配合多为 H8/f7，内孔与活塞杆外圆的配合多为 H9/f9。外圆与内孔的同轴度公差不大于 0.03mm，圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半，内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。5.4 排气阀如果排气阀设置不当或者没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍会有空气，由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和爬行，影响液压缸的正常工作。对本次设计的张紧装置而言，如果排气阀设置不当或者没有设置，那么在张紧过程中就会造成液压缸的颤振和爬行，这种情况下，与其连接的皮带也会随之发生以上情况。影响皮带的使用寿命，以及整个液压系统的稳定性。为了避免这种情况的发生，除了防止空气进入液压系统外，必须在液压缸上安装排气阀。排气阀的位置要合理。由于空气比油液轻，总是向上浮动，所以排气阀应与压力腔相同通，设置在端盖或端部的上方。这样在中国矿业大学 2007 届毕业设计第 38 页安装后调试前排除液压缸内之空气。不会让空气有积存的残留死角。排气阀的结构形式：采用整体排气阀结构。该结构阀体与阀针合为一体。用螺纹与缸筒或端盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺母，缸内空气从锥面间隙中挤出，并经过斜孔排出缸外。这种排气阀简单、方便，但螺纹与锥面密封处同心度要求较高，否则拧紧排气阀后不能密封，会造成外泄露。阀的材料用 45 号碳素钢，锥部热处理硬度 3844HRC。整体排气阀的实际结构尺寸如下图。阀体 阀针整体式排气阀 图 5 5.5 油口油口包括油口孔和油口连接螺纹。由于设计液压缸为单作用液压缸，所以只有一个油口，油口可以布置在端盖和缸筒上。D(螺纹精度6H)JminK+0.4EPminSmaxU+0.1YminZ1M1814.52.422.016.52.019.829.0150中国矿业大学 2007 届毕业设计第 39 页1.5表 65.6 密封圈、防尘圈的选用。5.6.1O5.6.1O 形密封圈形密封圈O 形密封圈是一种横断面形状为圆形的耐油橡胶形（简称 O 形圈） ，是液压设备中使用得最多，最广泛的一种密封件，可用于静密封和动密封。为减少或避免运动时 O 形圈发生扭曲和变形，用于动密封的 O 形圈的断面直径较用于静密封的断面直径大。一般用于动密封的 O 形圈也可以用于静密封。与其它的密封圈相比，O 形圈具有以下优点：密封性能好，用量少，单圈即可对两个方向起密封作用密封部位结构简单、占用空间小、拆装方便。对油液、压力和温度的适应性好。动摩擦阻力较小，既可做动密封，又可做静密封使用。其缺点是在作动密封时，启动摩擦阻力较大，使用寿命短。本次计选用静密封为 O 形圈。型号为:67x4.6GGB/T3452.3 1998 另外为:155x5.36GGB/T3452.3 1998动密封采用车氏组合密封。型号为：TB1-IA80X4.65.6.25.6.2 防尘圈的选用防尘圈的选用型号为：TB1-IA155X5.3FA 型。5.7 液压缸的安装方法本次设计的液压缸采用尾部耳环式安装方法。尾部耳环采用球铰耳环。型号为 ISO/DIS8134，头部联结耳环的型号为：ISO/DIS8133。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 40 页5.8 液压缸的主要性能参数压力 p公称压力np公称压力也称额定压力,即在正常工作条件下,液压缸用以长期工作np的最高压力,查找国家标准 GB/T7938-1987,并结合实际情况这里的公称压力为=16MPa.np最高允许压力maxp液压缸在超过额定压力后允许短暂运行的最高压力称为最高允许压力.通常规定为1.5maxpnp这里的最高额定压力定为=20MPamaxp耐压试验压力Tp耐压试验压力是液压缸在检查质量时须承受的试验压力.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情况出现.通常规定为当额定压力16 MPa 时np =1.5Tpnp当额定压力16 MPa 时np =1.25Tpnp对军用产品规定为 =(22.5)Tpnp显然此处的耐压试验压力=1.5*16=24MPa.Tp液压缸活塞的理论推力和拉力1F2F 活塞杆受力示意图 6中国矿业大学 2007 届毕业设计第 41 页当活塞杆伸出时的理论推力1F =A p=p1F142D实际推力为=*16320000N=320KN1F41416. 32160当活塞缩回时的理论拉力2F = p=(-)p2F2A42D2d实际拉力为=*(-)*16240000N=240KN2F41416. 32160280以上计算式中 D-缸筒内径; d-活塞杆直径;A -活塞无杆侧有效作用面积;1-活塞有杆侧有效作用面积;2A p-液压缸工作压力.液压缸负载率液压缸负载率为实际使用推力(或拉力)与理论额定推力(或拉力)的比值. =)()(或拉力理论额定推力或拉力实际使用推力值用以衡量液压缸在工作时的负载.通常取=0.50.7,但对某些用途也可取=0.450.75 .这里取=0.7单活塞杆液压缸两腔面积比(速度比) =21AA12vv222dDD式中 -活塞无杆侧有效作用面积;1A -活塞有杆侧有效作用面积;2A -活塞杆伸出速度;1v -活塞杆退回速度;2vD-活塞直径(或缸筒内径);d-活塞杆直径.单活塞杆液压缸两腔面积比应符合规定,除特殊场合外,速度比不宜中国矿业大学 2007 届毕业设计第 42 页过小或过大,以免产生过大的背压或活塞杆太细,造成稳定性不好.工作压力高的液压缸选用大值,工作低的液压缸选用小值.这里的速度比=1.46.液压缸的往返速度和1v2v当无杆腔进油时 =1v24Dqv实际速度=0.96m/s1v60*18. 0*1416. 31*1 . 0*7 .14*42当有杆腔进油时 =2v)(422dDqv实际速度 =1.39m/s2v60*)1 . 018. 0(*1416. 31*1 . 0*7 .14*422 以上计算式中 q-进入液压缸的流量; -液压缸的容积效率.v活塞作用力 F液压缸工作时,活塞所要克服的作用力如下式 F=dcbaFFFF式中 -外负载阻力aF-回油阻力,当油直接回油箱时, 0;如回油bFbF有背压,按活塞的理论推力和拉力计算. -密封圈摩擦阻力密封圈摩擦阻力-为活塞密封cFcF和活塞杆密封的摩擦阻力之和,即中国矿业大学 2007 届毕业设计第 43 页 -=f(D+d)cFpDDkbddkb式中 f-密封圈摩擦系数,取 f=0.050.2; p-密封圈两侧压力差;-活塞,活塞杆密封圈宽度;dDbb ,-活塞,活塞杆密封圈摩擦修正系数;dDkK ,O 型密封圈:k0.15压紧型密封圈:k0.2唇型密封圈 k0.25-活塞的惯性力.dF=0.05*20*3.1416*(0.18*0.036*0.25+0.1*0.006*0.2)=17173NcF610效率机械效率 由摩擦损失造成,在额定压力下,通常取=0.90.95;mm容积效率 由泄漏所致,用弹性密封时, 1,活塞环密封时, vvv;98. 0作用力效率 由回油背压所致.d活塞外伸时 =d112211ApApAp活塞退回时 =d221122ApApAp当回油口接油箱时 1d式中 -活塞无杆侧,有杆侧压力;21, pp -活塞无杆侧,有杆侧有效作用面积.21, AA总效率 =mvd实际总效率 =0.9*1*1=0.9液压缸功率 P中国矿业大学 2007 届毕业设计第 44 页 P=Fv=pq式中 F-活塞上的作用力; v-活塞的平均速度; p-工作压力; q-进入液压缸的流量.5.9 液压绞车的选用XHJ 系列液压绞车由带单向平衡阀及控制制动器的高压梭阀组成的各种配流器，XHM 型液压马达；制动器；型齿轮减速器；卷筒；机架等部件组成（液压原理见图） ，用户只需配备泵站和换向阀即可。由于绞车自带阀组，它不但简化了液压系统而且提高了传动装置的工作可靠性。XHJ系列液压绞车自带的液压阀组成功解决了一般绞车中存在的空载时的抖动和拉紧中的二次下滑问题，使 XHJ 液压绞车在提升和下放工作中运转平稳。除此之外它还具有起动和工作时效率高；能耗少；噪音低；外形美观；尺寸紧凑经济性好等特点，它可应用于重力破碎牵引设备；履带和汽车起重机；吊管机；抓斗和具有破碎功能的钻机等设备中。中国矿业大学 2007 届毕业设计第 45 页本次设计选型号为:XHJ6-80-100-24Z5.10 液压站的设计液压站是由液压油箱、液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器、滤油器、液面指示器和清洗孔等。液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其它们之间的连轴器等。液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其联接体。机床液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。集中式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立在机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的振动、发热都与机床隔开；缺点是增加了占地面积。分散式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各处。例如，利用机床的床身或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操作的地方。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油容易回收，节省占地面积，但维修不方便。同时供油装置的振动、液压油的中国矿业大学 2007 届毕业设计第 46 页发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故少采用，一般非标准设备不推荐使用。5.10.15.10.1 液压油箱的设计液压油箱的设计油箱的用途和分类油箱在系统中的功能主要是储能和散热，也起着分离油液中的气体和沉淀污物的作用。要根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积，形式和附件，以使油箱充分发挥作用。油箱有开式和闭式两种。开式油箱开式油箱应用广泛。箱内液面与大气相通。为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。闭式油箱闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气相通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相通，充气压力可达 0.05MPa这里采用通常的开式油箱。油箱的形状一般选择矩形，只有容量大于 2时才选用圆筒形结构。3m因为采用圆筒形结构可降低设备重量。油箱的构造和尺寸油箱的容量很大，能够保证系统工作时保持一定的液位高度；为满足散热要求，对于管路比较长的系统，还应考虑停车维修时能容纳油液自由流回油箱时的容量；在油箱容积不能增大而又不能满足散热要求时，需要设冷却装置。设置油箱主要出口。油箱的排油口与回油口之间的距离应尽可能远些，管口都应插入最低液面以下，以免产生吸空和回油冲溅产生气泡。管口制中国矿业大学 2007 届毕业设计第 47 页成的斜角，以增大吸油及出油的截面，使油液流动时速度变化不致过大。045管口应面向箱壁。吸油管离箱底距离应大于两倍的管径，距箱壁不小于三倍的管径。回油管离箱底的距离也应大于三倍的管径。在开式油箱上部的通气孔上配置空气滤清器。兼作注油口用。油箱的注油口一般不从油桶中将油液直接注入油箱，而是经过滤车从注油口注入，这样可以保证注入油箱中的油液具有一定的污染等级。放油口设置在油箱底部最低的位置，使换油时油液与污物能从放油口顺利的流出。在设计油箱时，从结构上应考虑清洗换油的方便。设置清洗孔，以便于油箱内沉淀物的定期清理。液压泵与电机安装在油箱盖板上，因此设置一个安装板。安装板在油箱盖板上通过螺栓加以固定。为了能够观察向油箱中注油液位的上升情况和在系统中看见液位高度，设置一个液位计。油箱的内壁应进行抛丸或喷沙处理，以清除焊渣或铁锈。待灰沙清理干净之后，按不同工作介质进行处理或涂层。对于对矿物油，常采用磷化处理。对于高水基或水，乙二醇等介质，则应采用与介质相容的涂料进行涂刷。以防油漆脱落污染油液。油箱及其附件油箱在系统中的功能，主要是储油和散热，也起者分离油液中的气体及沉淀物的作用。根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积、形式和附件，以使油箱充分发挥作用。油箱有开式和闭式之分。油箱的形状一般采用矩形，而容量大于 2 立方米的结构采用圆筒形结构比较合理，设备重量轻，油箱内部压力可达 0.05 兆帕。液压油箱有效容积的确定液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，一般按泵每分钟流量的 37 倍来考虑。液压油箱的有效容量 V 可概略地确定为： V=（37） （4-pq1）式中 V液压油箱油箱容量；中国矿业大学 2007 届毕业设计第 48 页 液压泵的额定流量。pq因此：油箱的容积 V= 3= 3*46.08 = 138.24 L/minpq所以；选择 BEX 系列液压油箱，型号为 BEX-160 型，容量为约 166L，具体尺寸参见表 4-1。应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应超过液压油箱的 80。5.10.25.10.2 液压油箱的外形尺寸液压油箱的外形尺寸液压油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸比（长：宽：高）为 1：1：11：2：3。为提高冷却效率，安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量予以增大。如果所设计的油箱能满足下列尺寸的要求，则可以从中选择一种。由于我国的液压油箱还没有统一的标准，现只介绍一种 BEX 系列的油箱，供设计参考。本设计中，油箱长为 1010mm,油箱的宽为 670mm,油箱的高为 815mm.5.10.35.10.3 液压油箱的结构设计液压油箱的结构设计在一般设备中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱，很少采用机床床身底版做为液压油箱。隔板作用： 增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。 尺寸型号abcBEX-63A550450600BEX-100700500600BEX-160800600660BEX-2501000650670中国矿业大学 2007 届毕业设计第 49 页BEX-4001250860680BEX-6301450950770BEX-80016001100770BEX-100018001100800 表 7安装型式 隔板的安装型式有多种，可以设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过；还可以把隔板设计成低于液压油面，其高度为最低油面的 2/3，使液压油从隔板上方流过。过滤网的配置 过滤网可以设计成将液压油箱内部一分为二，使吸油管与回油管隔开，这样液压油可以经过一次过滤。过滤网通常使用 50100目左右的金属网。吸油管与回油管回油管出口 回油管出口型式，有斜口、直口、弯管直口、带扩散器的出口等几种型式，斜口
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