水刀增压系统

1、 2016届毕业设计（论文）资料教 学 部： 机电信息工程 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 唐龙辉 班 级： 机械1202 学号1212110231 指导教师姓名： 唐川林 职称 教授 最终评定成绩： 湖南工业大学科技学院教务部 制目 录第一部分 过程管理资料一、毕业设计（论文）课题任务书2二、毕业设计（论文）开题报告4三、毕业设计（论文）中期报告9四、毕业设计（论文）指导教师评阅表10五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表11六、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表12第二部分 设计说明书七、设计说明书132016届毕业设计（论文）资料第一部分 过程管理资料 2016届毕业设

2、计（论文）课题任务书专业：机械设计制造及其自动化 指导教师唐川林学生姓名唐龙辉课题名称超高压水射流切割机增压系统设计内容及任务1、了解目前常用后混合磨料切割机的特点和国内外的发展趋势；2、后混合磨切割机增压原理；3、增压器的设计与计算；4、储能器的设计与计算；5、主要设备选型；6、编写说明书。拟达到的要求或技术指标主要技术指标：水压力350400Mpa，流量4L/min（可调）；电机37.5KW。主要要求1、分析课题，明确课题的设计目的和要求；2、了解与课题相关的知识，广泛收集相关资料；3、了解国内外与本课题相关的技术的研究水平和状况，找出主要存在的问题，力求改进和创新；4、增压器的设计与计算

3、，包括增压油缸，高压缸，单向阀，储能器的设计与计算5、主要零部件校核6、绘制主要部件相关图纸；7、图纸绘制要符合国家标准，布图合理，图面整洁、美观；8、设计说明书符合相关规定，叙述清楚、表达正确、内容完整、技术术语符合标准；进度安排起止日期工作内容第7学期1618周收集资料，文献综述、开题报告第8学期13周总体结构方案设计及实验方案设计第8学期48周主要零部件设计第8学期911周校核第8学期1213周设计修改完善第8学期1415周撰写毕业设计说明书主要参考资料1、崔谟慎高压水射流技术煤炭工业出版社 19932、范宗荣、王淑珍高压水射流喷浆除锈技术“高压水射流”1986年9月4期3、马蔡译“金属

4、磨损与断裂”上海交通大学出版社4、孙家骏“水射流切割技术”中国矿业大学出版社5、尤民庆、李家卉“高压水射流中几主要参数间关系”“高压水射流”1994年12月合刊系（教研室）意见 签名：年 月 日学院（部）主管领导意见签名：年 月 日湖 南 工 业 大 学 科 技 学 院毕业设计（论文）开题报告 （2016届）教 学 部： 机电信息工程 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 唐龙辉 班 级：机械1202 学号 121211023 指导教师姓名： 唐川林 职称 教授 2015年 12月22日题目：超高压水射流切割机增压系统设计1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000

5、字左右的文献综述研究背景 利用高压水为人们的生产服务始于十九世纪七十年代,美国加州矿工用它来开采金矿,伐木工人用它来剥落树皮。直到二战期间,飞机航行中“雨蚀”使轰炸机的雷达舱破坏这一现象启发了人们的思维。到上世纪五十年代,高压水射流切割的可能性才源于前苏联,但第一项高压水射流切割技术专利却在美国产生,即年由美国密苏里大学林学院教授诺曼。弗兰兹博士获得,并将之用于麦卡特尼制造公司。第一台商用水射流切割装置于年卖给田纳西州阿尔顿纸箱公司纸管车间,用于切割厚的家具用层压纸管。年美国流体工业公司出售了第一套工业用水射流切割系统。上世纪七十年代末,高压水射流技术领域出现了新的动向,即从单一提高水射流压力

6、的观点开始转向研究如何提高和充分发挥水射流潜力方面,这就有了脉冲射流、高温射流、磨料射流和摆振射流。这些水射流与同等压力下的普通连续射流相比,显然大大提高了作业效率。进入上世纪八十年代,磨料射流、空化射流和旋转射流等的进一步发展,将高压水射流技术推向了一个新的阶段。水射流技术的应用也从单纯的采矿工业扩大到航空、航天、建筑、煤炭、交通运输、船舶、市政建设、石油化工、机械、冶金、有色金属、电力、电子、铁道、林业、纺织、轻工业、环保及医学等领域,越来越受到人们的重视。在最近几十年里,水射流、切割技术和设备都有了长足的进步,新思维、新理论、新技术不断涌现,尤其在航空、军舰、军工、核能等高、尖、难技术领

7、域更显优势。国内外研究现状 水射流技术一出现就受到工业发达国家的高度重视,目前从事水射流加工技术研究和应用的国家己超过四十个,主要有美国、俄罗斯、日本、瑞士、法国、德国、英国、澳大利亚、加拿大、印度、韩国、新加坡等国。国际上先后成立了英国流体研究所（BHRG）、美国水射流协会(WJTA)、日本水射流协会等(JSWJT)。目前,国外学者对水射流技术的研究主要集中在提高系统的工作压力方面,对增压器压力波动的研究很少荷兰学者A.M.Hoogstrate和T.Susuzlu以及德国学者B.Karpuschewski对增压器的承载压力进行了研究,指出了目前增压器高压缸只能承载400MPa的原因,同时提出

8、电液换向阀的响应时间是系统压力波动产生的直接原因并实测出蓄能器后的压力波动值。英国学者M.Hashih,D.E.Steele和D.H.Bothell在1996年发表的论文中指出,在工业生产中已能产生1035MPa的超高压力,并对690MPa下的切割进行了理论研究。我国水射流技术起步于二十世纪五十年代,经过五十多年的研究和开发,己取得了长足的进步。国内南京理工大学、重庆大学、北京科技大学、大连理工大学、中国矿业大学等几所大学和原机械部济南铸造锻压机械研究所、通用机械研究所,航空工艺研究所等科研机构,先后开展了水射流加工技术的研究。国内的水射流学术交流活动也不断增多,全国喷射技术会议、全国高压水射

9、流技术讨论会已成功举办多次。同时,几乎每届相关的国际会议都有中国学者参加并提交论文。但目前我国水射流交流活动无论从规模、内容、收录的论文,以及学者参加的人数与日本、美国相比仍有较大的差距。研究意义超高压水射流切割具有高能、冷态、点割的特点,因此,它可以对各种软、硬质材料进行任意切割。这种方法与传统的机械、火焰切割法以及近年发展的等离子、激光切割法对比,有其独特的优点。加之此法能方便配合数控加工,以及在环保上的优势。增压型的水切割机主要的特点是其低压缸动力来源于低压泵站,它可选标准产品供应和配套。超高压水射流切割机增压系统设计的优越性能就体现出来了。因此本文就对这次进行设计2.选题依据、主要研究

10、内容、研究思路及方案选题依据： 超高压水射流切割机用的广泛，同时结合本人大学四年所学的课程。本题目可以充分运用所学课程故选此题。本毕业设计课题的设计内容及任务：1. 设计增压系统。2. 增压系统的压力和使用寿命计算。3. 对主要压力输出的选用进行了详细的设计与计算。研究思路： 分为四大部分进行设计，1.增压器（高压缸体具有足够的强度之外,还要求具有极高的使用寿命，采用新的材料低压密封）2.单向阀门3.换向器4.高压储能器（强度和疲劳寿命的提高）3.工作进度及具体安排进度安排起止日期工作内容第7学期1618周收集资料，文献综述、开题报告第8学期14周毕业实习，总体方案设计第8学期47周主要技术参

11、数的确定、压力系统及执行机构的设计计算；第8学期811周绘制总装图、部件图和零件图第8学期1213周设计修改完善第8学期1415周撰写毕业设计说明书，准备毕业答辩参考文献1.薛胜雄、黄汪平.我国高压水射流设备的评测.第四届全国喷射技术会议论文集,1998.8.2.宋拥政.水射流技术发展前瞻研究.第四届全国喷技术会议论文集,1998.8.3.国产“水刀”引起轰动.工人日报(第一版),1997.5.20.4.大地水刀:中国第一刀.工人日报(第五版),1997.5.9.5.张运祺.美国水射流切割技术【J】中国机械工程,1992.3(3):12-15.6.沈忠厚.水射流理论与技术【M】.山东：石油大学

12、出版社,1998.7.薛胜雄等.高压水射流技术与应用【M】.北京：机械工业出版社,1998.8.（美）马祖凯兹.形成磨料水射流所消耗的能量【J】.高压水射流,1992，1.9.薛胜雄,陈正文,盛业涛等美国高压水射流技术现状.10.薛胜雄.高压水射流技术与应用M.北京:机械工业出版社,1998:177-18011.陶彬.高压水射流加工理论与技术基础研究，硕士学位论文D.大连理工大学,2003.12.孙家骏.水射流切割技术M.中国矿业大学出版社,1992.4.指导教师意见指导教师： 年 月 日- 14 -说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指

13、导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。科技学院毕业设计（论文）中期报告 填表日期：2015年4月12日专业机械设计制造及其自动化班级机械1202学生姓名唐龙辉课题名称：超高压水射流切割机增压系统设计课题主要任务：1、了解目前常用后混合磨料切割机的特点和国内外的发展趋势；2、后混合磨切割机增压原理；3、增压器的设计与计算；4、储能器的设计与计算；5、主要设备选型；6、编写说明书。1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果1. 学会通过学校网站检索课题相关的文章，查找并阅读超高压水射流切割机增压系统的相关文献，了解课题的研究背景与意义。2.学习

14、绘图软件cad，完成基础算例，然后根据已有的超高压水射流切割机增压系统绘出模型，从而最终确定合适的本构模型并计算出相应参数。2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排第8学期811周绘制总装图、部件图和零件图第8学期1213周设计修改完善第8学期1415周撰写毕业设计说明书，准备毕业答辩3、存在的具体问题熟练绘图软件，零件的制作工艺4、指导教师对该生前期研究工作的评价指导教师签名：日 期： 科技学院 2016届毕业设计（论文）指导教师评阅表教学部：机电信息工程 学生姓名唐龙辉学 号1212110231班 级机械1202专 业机械设计制造及其自动化指导教师姓 名唐川林课题名称超高压水射流切割机增压

15、系统设计评语：（包括以下方面，学习态度、工作量完成情况；检索和利用文献能力、计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；）是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日科技学院2016届毕业设计（论文）评阅教师评阅表教学部：机电信息工程 学生姓名唐龙辉学 号1212110231班 级机械1202专 业机械设计制造及其自动化课题名称超高压水射流切割机增压系统设计评语：（对论文学术评语，包括选题意义；文献利用能力；所用资料可靠性；创新成果及写作规范化和逻辑性）针对课题内容给设计者（作者）提出3个问题，作为答辩时参考。1.2.3.评 分：是否同意参加答辩

16、是 否评阅人签名： 年 月 日 科技学院2016届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评 定 表教学部：机电信息工程 学生姓名唐龙辉学号1212110231班级机械1202答辩日期2016.5.29课题名称超高压水射流切割机增压系统设计指导教师唐川林成 绩 评 定分值评 定教师1教师2教师3教师4教师5小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。70合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： ×30指导教师评

17、分分值：指导教师评定成绩b： ×40评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： ×30最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b+c。湖 南 工 业 大 学 科 技 学 院2016届毕业设计（论文）资料第二部分 设计说明书 2016届毕业设计（论文）超高压水射流切割机增压系统设计教 学 部： 机电信息工程 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 唐龙辉 班 级：机械1202 学号1212110231 指导教师姓名： 唐川林 职称 教授 最终评定成绩 2016年5月 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）超高压水射流切割机增压

18、系统设计教 学 部：机电信息工程专 业：机械设计制造及其自动化学 号：1212110231学生姓名：唐龙辉指导教师：唐川林 教授 胡 东 讲师2016年5月湖南工业大学科技学院毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目超高压水射流切割机增压系统设计是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。 作者签名： 日期：2016年 5月10日湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）摘 要 在高

19、科技日益发展的社会中，只有创新才会发展。高压水射流切割技术开拓了一个新的特种加工领域，可以轻松应对那些新奇的因为热影响和机械性能约束而不能切割的材料。磨料水射流可以广泛地，如：钛金属、镍、钢、铜、铝、石材、玻璃和其他复合材料。 应用于材料的加工。高压水射流是全方位点切割器，无硕万孔，可以在任意点切割，切出任何复杂的形状。本文主要介绍后混合磨料水射流切割机的射流结构和形成原理；后混合磨料水射流切割机增压器的增压原理；增压器的设计与计算，包括增压油缸，高压缸，单向阀，储能器的设计与计算；储能器的设计与计算及主要零部件的设计与校核；主要设备选型。关键词：后混合磨料，增压器，储能器IABST

20、RACTwater jet cutting technology has opened up a new field of special processing, can easily cope with the novelty of the material because of the thermal impact and mechanical properties of the material can not be cut. Abrasive water jet can be widely, such as: titanium, nickel, steel, copper, alumi

21、num, stone, glass and other composite materials. Applied to the processing of materials. High pressure water jet is full point cutter, no master million hole, can be cut at any point, cut out any complex shape.This paper mainly introduces the mixed abrasive water jet cutting machine of the jet struc

22、ture and the forming principle; after mixed abrasive water jet cutting machine turbocharger pressurizing principle; turbocharger design and calculation, including the supercharging oil cylinder, high pressure cylinder, one-way valve, energy storage device design and calculation; energy storage devic

23、e design and calculation, and the main parts design and verification, main equipment selection.Keywords: Rear mixed abrasive, Booster, Energy storage deviceII目录第1章 绪论11.1 研究背景和意义11.2 国内外研究现状和趋势1第2章 增压系统设计方案及其工作原理分析32.1 气体和液体增压器的原理32.2 后混合磨料切割机增压装置的介绍和选用32.3 液压增压器的工作原理4第3章 增压器的设计计算及其力学分析73.1液压缸的结构设计7

24、3.1.1缸体与缸的连接73.1.2活塞与活塞杆的连接83.1.3液压缸缸体的安全系数83.2液压缸的主要技术性能参数的计算83.2.1压力83.2.2流量93.2.3运动速度93.2.4速比103.2.5推力和拉力103.2.6行程103.2.7液压缸的基本参数113.2.7.1液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列113.2.7.2液压缸的行程系列（GB23491980）113.3液压缸主油缸的设计计算123.3.1缸体内径D的计算123.3.2缸体壁厚的计算123.3.3缸体外径D1的计算133.3.4缸体壁厚的验算133.3.5支承台肩处强度计算133.4缸体的材料和技术要求153.5活塞杆径

25、的计算与效核163.5.1活塞杆径的计算163.5.2活塞杆直径的校核163.5.3活塞杆的材料和技术要求173.6快速液压缸柱塞直径的计算183.6.1实际工作压力的计算183.7缸盖的设计计算193.7.1缸盖的结构193.7.2缸底厚度的计算193.7.2.1缸筒底部厚度计算193.7.2.2法兰盘厚度的计算203.7.3缸盖的材料和技术要求213.8液压缸的油口计算213.9螺栓的计算223.9.1缸体连接所用螺栓个数K1223.9.2缸口连接所用螺栓个数K2223.10导向套的设计计算233.10.1导向套的结构233.10.2最小导向长度的确定233.10.3导向套的材料及技术要求

26、24第4章 储能器的设计与计算254.1 储能器钢筒的设计与计算254.1.1储能器容器应满足下列各项结构的性能要求254.1.1.1强度254.1.1.2 刚度264.1.1.3 耐久性264.1.1.4 密封性264.2 储能器筒体厚度的计算及校核294.3 连接高压缸拉杆的设计与校核304.4 堵头的工艺分析及技术要求324.4.1堵头的工艺分析324.4.1.1加工螺纹内孔324.4.1.2外表面的加工路线324.4.2堵头的技术要求33第5章 主要设备选型345.1 电动机的选择345.1.1 选择电动机的类型和结构形式345.1.2 确定电动机的转速345.1.3 确定电动机的功率

27、和型号355.2 油泵的选型355.3 单向阀的选择36参考文献38致 谢39第1章 绪论1.1 研究背景和意义超高压水射流切割是20世纪70年代发展起来的一门高新技术，它是利用高压、高速的细径液流作为工作介质，对工件表面进行喷射，依靠液流产生的冲击作用去除材料，实现对工件的切割。稍微降低水压或增大靶距和流量，还可以进行高压清洗、破碎、表面毛化、去毛刺及强化处理。超高压水射流与激光、离子束、电子束一样，同同于高能束加工的技术范畴。 世界上第一台纯水高压水切割设备诞生于1974年，第一台磨料高压水切割设备诞生于1979年。自20世纪印年代东以来，我国依靠自己的力量，自主开发成功了各类超高压水射流

28、切割设备，并开展了大量助工艺试验研究。目前，该项技术在国内外得到了广泛的应用，在机械、建材、建筑、国防、轻工、纺织等领域正发挥着的益重要的作用。1.2 国内外研究现状和趋势水射流技术一出现就受到工业发达国家的高度重视,目前从事水射流加工技术研究和应用的国家己超过四十个,主要有美国、俄罗斯、日本、瑞士、法国、德国、英国、澳大利亚、加拿大、印度、韩国、新加坡等国。国际上先后成立了英国流体研究所（BHRG）、美国水射流协会(WJTA)、日本水射流协会等(JSWJT)。目前,国外学者对水射流技术的研究主要集中在提高系统的工作压力方面,对增压器压力波动的研究很少荷兰学者A.M.Hoogstrate和T.

29、Susuzlu以及德国学者B.Karpuschewski对增压器的承载压力进行了研究,指出了目前增压器高压缸只能承载400MPa的原因,同时提出电液换向阀的响应时间是系统压力波动产生的直接原因并实测出蓄能器后的压力波动值。英国学者M.Hashih,D.E.Steele和D.H.Bothell在1996年发表的论文中指出,在工业生产中已能产生1035MPa的超高压力,并对690MPa下的切割进行了理论研究。我国水射流技术起步于二十世纪五十年代,经过五十多年的研究和开发,己取得了长足的进步。国内南京理工大学、重庆大学、北京科技大学、大连理工大学、中国矿业大学等几所大学和原机械部济南铸造锻压机械研究

30、所、通用机械研究所,航空工艺研究所等科研机构,先后开展了水射流加工技术的研究。国内的水射流学术交流活动也不断增多,全国喷射技术会议、全国高压水射流技术讨论会已成功举办多次。同时,几乎每届相关的国际会议都有中国学者参加并提交论文。但目前我国水射流交流活动无论从规模、内容、收录的论文,以及学者参加的人数与日本、美国相比仍有较大的差距。1.3 本课题研究内容1、了解目前常用后混合磨料切割机的特点和国内外的发展趋势；2、后混合磨切割机增压原理；3、增压器的设计与计算；4、储能器的设计与计算；5、主要设备选型；第2章 增压系统设计方案及其工作原理分析一般地，增压系统主要包括增压器（增压部分）与储能器(储

31、能部分）。本说明书着重探讨和研究这两个重要部分的设计。图2.1 增压系统2.1 气体和液体增压器的原理气体增压器利用大面积活塞端的低压气体驱动而产生小面积活塞端的高压气体。自动重启工作时，气体增压器迅速往复工作,随着输出压力接近设定压力值时泵的往复运动速度减慢直至停止。并保持这个压力，此时能量消耗很小，无热量产生，无零件运动。当压力平衡打破后，增压器自动开始工作到下一个平衡。应用灵活从简单的手工操作到全自动化操作，气体增压器适用于各个应用领域。在同一系列里的大多数型号的泵的空气马达是可互换的2.2 后混合磨料切割机增压装置的介绍和选用后混合磨料射流 ( AWJ) 切割技术是近几十年发展起来的一

32、种新型的加工方法。它具有无热变形及热变质、作用力小、加工柔性高、无尘、适应性广等优势，特别适合切割热敏、压敏、脆性、超硬等难加工材料1 2。目前，国内金属、石材、玻璃、陶瓷等材料的切割应用日益普及，AWJ 将优先发展成为 21世纪的主流切割技术。其原理及砂水混合机制如图 2. 2 所示。工作压力极高，一般在 100 400 MPa 之间。高压水通过水喷嘴 ( 一级宝石喷嘴) 形成高速流束，由于射流束扩散作用和对周围空气的卷吸作用，在混合腔内形成一定的真空度，使磨料箱与混合腔之间形成一定的压力差，磨料在压力差的作用下，通过气力 ( 干式供料方式) 或水力 ( 湿式供料方式)被输送到混合腔，磨料以

33、很低的初始速度与高速水射流相互接触，由于高速水射流的边界层的紊动扩散作用与被吸磨料发生动量交换，使磨粒加速，之后通过磨料喷嘴 ( 即二级喷嘴) 喷出而形成磨料水射流3。据不完全统计目前水射流可切割加工 500 多种软硬不同的材料，这一数字几乎包括了所有目前应用中的材料。由此可见，水射流切割加工有着广泛的应用前景。图2.2 砂水混合机制2.3 液压增压器的工作原理1-单向阀 2-水缸端盖 3-高压水缸 4-高压柱塞 5-导线 6-位移传感器 7-弹簧 8-柱销 9-先导阀 10-先导阀杆 11-主阀 12-主阀杆 13-阀板 14-密封垫 15-高压密封 16-油压端盖 17-油缸 18-油活塞

34、 图2.3 增压器结构图增压器结构见图2.3，主要分为低压和高压两部分。低压部分由油缸、油活塞、换向传感器(即位移传感器)、换向阀组成；高压部分由高压水缸、高压密封(包括静密封、动密封)、高压柱塞、单向阀等组成。其工作原理如下：当油缸活塞向右运动到右油缸端盖时，与右换向传感器相接触，使右传感器柱销受到压缩，将电信号传给电液换向阀的先导阀；先导阀电磁铁动作使先导阀的阀杆向左移动，这是先导阀的阀杆关闭左腔控制油路，接通右控制油路，推动电液换向阀的主阀杆运动，随之接通了推动油缸油活塞向左运动的油路，从而使活塞向左运动；由于油活塞与高压柱塞固定到一起，因此将左边高压水缸的水压出，当油活塞向左运动到左油

35、缸端盖时，又与左换向传感器柱销相接触，使左传感器柱销压缩，将电信号传给电液换向阀的先导阀；先导阀的电磁铁动作使先导阀的阀杆向右移动，这时先导阀的阀杆关闭右腔控制油路，接通左腔控制油路，推动电液换向阀的主阀杆向左运动，进而接通了推动油缸油活塞向右运动的油路，从而使活塞向右移动，将右高压水缸内的水压出。这样完成了一个工作循环。由于油活塞面积是高压柱塞面积的23倍，所以水压是油压的23倍，达到输入是低压，输出是高压的目的。自来水经过滤器过滤之后，由水泵进行加压，进入增压器两端的高压缸内。当油活塞往复运动时，一端高压缸通过进水单向阀进水，另一端高压缸的水被推出、经过出水单向阀进入高压管路。如此动作，两

36、端的高压缸中交替进行，形成源源不时的高压水流。由于存在增压器换向周期，输出的水流的压力形成周期性动摇。因此高压水流需经高压储能器进行稳压，通过高压管输送到喷射头。喷射头上安装有孔径为0.250.33mm宝石喷嘴。高压水流在宝石喷嘴的约束下形成具有极大动能的高速水箭可以击穿纤维、皮革、橡胶等软质材料。水箭中混合一定比例的磨料，则形成磨料水刀，可以穿透任何坚硬资料。 当液压油作用在活塞上时，连接在活塞的高压柱塞杆将高压缸内的水推出。根据能量守恒定律，假设无摩擦损耗，两者的做功相等。此时，油压乘以活塞横截面积等于水压乘以柱塞杆横截面积，即水压与油压的比值等于油活塞横截面积与高压柱塞杆横截面积的比值。

37、油活塞横截面积与高压柱塞杆横截面积之比称为增压比由于其比值固定，所以通过控制油压就可调节水压。第3章 增压器的设计计算及其力学分析1-单向阀 2-水缸端盖 3-高压水缸 4-高压柱塞 5-导线 6-位移传感器 7-弹簧 8-柱销 9-先导阀 10-先导阀杆 11-主阀 12-主阀杆 13-阀板 14-密封垫 15-高压密封 16-油压端盖 17-油缸 18-油活塞图3.1 增压器结构图增压器主要由高压缸、单向阀、活塞缸、油活塞、活塞、高压柱塞、拉杆、水缸端盖、油缸端盖、高压密封圈以及阀体组成。3.1液压缸的结构设计3.1.1缸体与缸的连接缸体与缸的连接形式较多，有拉杆连接、法兰连接、内半环连接

38、、焊接连接、内螺纹连接等。在此选用法兰连接，如下图所示：这种连接结构简单，装拆方便。 图3.2 螺纹连接3.1.2活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆的连接大多采用螺纹连接结构和卡键连接结构。螺纹连接结构形式简单实用，应用较为普遍；卡键连接机构适用于工作压力较大，工作机械振动较大的油缸。因此从多方面的因素考虑选择螺纹连接结构。 3.1.3液压缸缸体的安全系数对缸体来说，液压力、机械力和安全系数有关的因素都对缸体有影响。液压缸因压力过高丧失正常工作能力而破坏，往往是强度问题、刚度和定性问题三种形式给表现出来，其中最重要的还是强度问题。要保证缸体的强度，一定要考虑适当的安全系数3.2液压缸的主要技术性能

39、参数的计算图3.3 液压缸3.2.1压力 所谓压力，是指作用在单位面积上的负载。从液压原理可知，压力等于负载力与活塞的有效工作面积之比。P=F/A(N/m)式中：F作用在活塞上的负载力（N） A活塞的有效工作面积（m） 从上述可知，压力值的建立是因为负载力的存在而产生的，在同一个活塞的有效工作面积上，负载越大，所需的压力就越大，活塞产生的作用力就越大。如果活塞的有效工作面积一定，压力越大，活塞产生的作用力就越大。由此可知：1、根据负载力的大小，选择活塞面积合适的液压缸和压力适当的液压泵。2、根据液压泵的压力和负载力，设计和选用合适的液压缸。3、根据液压缸的压力和液压缸的活塞面积，确定负载的重量

40、。在液压系统中，为了便于液压元件和管路的设计选用，往往将压力分级。见下表3.1所示：表3.1 压力分级级别低压中压中高压高压超高压压力范围（Mpa）02.5>2.55>816>1632>32因本次液压缸的设计要求中已知的公称压力为大于32Mpa，由表1.1可知，本此液压缸属于超高压。3.2.2流量所谓流量是指单位时间内液体流过管道某一截面的体积。对液压缸来说，等于压缸容积与液体充满液压缸所需时间之比。即： q=V/t （3.1）式中：V液压缸实际需要的液体体积（L） t液体压力充满液压缸缸所需的时间（min）3.2.3运动速度 运动速度是指单位时间内液体流入液压缸推动活

41、塞（或柱塞）移动的距离，运动速度可表示为：v=q/A （3.2）式中：q流量（m3/s） A活塞活塞受力作用面积（m）设计规定快进速度为0.2m/s计算运动速度的意义在于：1、对于运动的速度为主要参数的液压缸，控制流量是十分重要；2、根据液压缸的速度，可以选用流量合适的液压泵；3、根据液压缸的速度，可以确定液压缸的进、出油口的尺寸，注塞杆，活塞和活塞杆的直径；4、利用活塞杆前进和后退的不同速度，可实现液压缸的慢速攻进和快速退回。3.2.4速比 速比是指液压缸活塞杆往复运动的速度之比，因为速度与活塞的有效工作面积有关，速比也是活塞两侧有效工作面积之比。 （3.3）式中：D液压缸直径（m） d活塞

42、杆的直径（m） 计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和决定是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成活塞杆太细，稳定性不好。值可根据公称压力表值3.2选定表3.2公称压力与速比值公称压力（Mpa）1012.52020速比1.331.4623.2.5推力和拉力 水作用在活塞上的液压力，对于双作用单活塞杆液压缸来说，活塞杆伸出时的推力为F： (3.4)活塞杆缩回时的拉力为F：F=Ax10=（D-d）Px10 (3.5)式中： P工作压力（Mpa） D缸筒内径（m） d活塞杆直径（m）3.2.6行程液压缸的活塞行程S，在初步设计时，主要是按实际工作需要长度来考虑。但是，实际需要的工

43、作行程并不一定是液压缸的稳定性所允许的行程，为了计算行程，应首先计算出活塞杆的最大允许计算长度。L=1.01dx10(cm) (3.6)式中： d活塞杆直径（cm） P活塞杆纵向压缩负载（N） n末端条件系数，可查表求出，依题可知n=1/4 n安全系数，n6根据液压缸的各种安装形式和欧拉公式所确定的活塞杆计算长度及导出行程计算式。一般情况下，液压缸看纵向压缩负载是知道的，有上式即可大概求出液压缸的最大允许行程。设计要求液压缸的行程为300mm。3.2.7液压缸的基本参数3.2.7.1液压缸内径及活塞杆外径尺寸系列3.1.1液压缸内径系列（GB/T2348-1993）81012162025324

44、0506380（90）100（110）125（140）160（180）200220（250）（280）320（360）400450500注：括号内为优先选取尺寸3.1.2活塞杆外径尺寸 系列（GB/T2348-1993）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360活塞杆连接螺纹型式按细牙，规格和长度查有关资料。3.2.7.2液压缸的行程系列（GB23491980）3.2.1第一系列2550801001251602002503204005006308001000125016002000

45、2500320040003.2.1第二系列406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600 在设计计算后按3.1.1、3.1.2、3.2.1、3.2.2选用缸径、杆径和行程，并验算与要求控制在±5%内3.3液压缸主油缸的设计计算3.3.1缸体内径D的计算 设计过程中，根据已经给出的工作压力、公称压力计算缸体的内径，对于双作用单活塞杆液压缸的计算如下：F=PA= P （3.7） 式中： F-液压缸的公称压力 P-液压缸的工作压力所以： D = = =0.206mm （3.8）根据（GB/T23481993）圆整后取

46、D =220mm实际公称力F=30x10x=949850N1140KN验算： 所以合理，即D =220mm3.3.2缸体壁厚的计算按厚壁筒计算，因我们本次设计缸体的材料为QT500-7球墨铸铁，是脆性材料，则考虑用第一和第二强度理论计算，又因第二强度理论比第一强度理论更节省材料，故选用第二强度理论来计算： （3.9）P为试验压力： 当缸的额定压力P16Mpa时，P=1.5P 当缸的额定压力P>16Mpa时，P=1.25P所以： =1.2530=37.5Mpa=（-1）=(-1)=0.049m根据国标GB87131988，圆整后取=50mm3.3.3缸体外径D1的计算D1 = D+2 （3

47、.10）式中： D缸体内径（参见4.4.1重型机械表）所以： D1 = D+2=220+250=320mm根据重型机械表4.41，取D1=320mm合理。3.3.4缸体壁厚的验算因我们本次设计缸体的材料为QT500-7球墨铸铁,是脆性材料，采用第二强度理论验算（以能量为依据）即：=71.99MPa （3.11）D=D=0.22=0.317m （3.12）=71.99Mpa<90MPa所以液压缸的壁厚是符合要求的。3.3.5支承台肩处强度计算1）支承台肩接触面挤压应力 （3.13）式中： P=1000KN D3=360mm D1=320mm S=2mm（倒角尺寸） 许用挤压应力，=90Mpa则：=5