油缸和液压系统设计说明和计算

1、设计说明和设计计算1.概述 常州力安液压设备有限公司在全国同行中具有多年丰富的设计、制造、安装、调试、运行维护的经验和及时、准确的售后服务，已建立了一套完整的设计、制造、服务质量保证体系，于二零零二年通过ISO9002质量保证体系认证。1.1 液压油缸：a. 活塞油缸活塞油缸材料为：42CrMo锻件，缸体粗加工后进行调质处理，性能优异，质量稳定可靠。 缸体内孔的加工工艺：我公司采用的是推镗+珩磨工艺。推镗工艺是我公司在实践中发展起来的。缸体内径尺寸公差不低于GB1800中的H8。缸体内径圆度公差应不低于GB1184中8级。内表面母线的直线度公差不大于1000:0.1，全长上不大于0.15mm。

2、缸体法兰端面圆跳动公差不低于GB1184中8级。缸体法兰端面与缸体轴线垂直度公差不低于GB1184中7级。缸体内表面粗糙度为GB1031中Ra0.4。缸体内表面珩磨。珩磨采用美国善能公司进口珩磨机，可以提高表面质量，降低粗糙度，改善表面润滑条件，减少密封件的磨损。 b.驱动段本体驱动段本体材料为：42CrMo锻件，调质处理。驱动段本体达到的质量指标为：达到的加工精度要求：导向段外径公差不低于GB1801中的f7，圆柱度公差不低于GB1189中的8级，母线直线度公差不大于10000.1；端面对轴心心线垂直度公差不低于GB1184中的7级；导向段表面粗糙度不低于Ra0.4m。导向段表面镀双层铬，第

3、一层镀0.040.05mm乳白铬层（有效防腐层），第二层镀0.040.05mm硬铬层（有效抗磨）。c.密封件油缸各固定密封部位选用材料为耐油橡胶的O形密封圈，其胶料硬度、间隙大小及沟槽尺寸均从GB1236中选取。油缸的动密封在高压40MPa，低压0.5MPa时均有良好的密封性能和较低的启动压力，油缸内部的动密封件均采用MERKEL密封圈，耐久性好，无论高压、低压均密封可靠，且启动压力低（0.5MPa），在工程上广为采用。静密封件采用PARKER公司生产的O形密封圈。油缸的动密封件有足够的抗撕裂强度，耐压32MPa并应具有耐油、防水、永久变形小、摩阻力小、无粘着、抗老化等良好性能。这些密封件的耐

4、压性都在32MPa以上，保证使用寿命大于10年以上。d.驱动段底盖、活塞油缸底盖材料为：42CrMo锻件，调质处理。缸盖与相关件配合处的圆柱度公差应不低于GB1184中8级，同轴度公差应不低于7级，缸盖与缸体配合的端面与缸盖轴线垂直度公差不低于GB1184中7级，端面圆跳动公差不低于GB1184中7级。e. 导向带导向带材料采用德国知名品牌MERKEL公司的复合材料，导向面配合尺寸公差不低于GB1800中的H8与GB1801中f7，导向面、配合面的圆柱度公差不低于GB1184中8级，导向面与配合面的同轴度公差不低于GB1184中8级，导向面粗糙度不低于GB1031中Ra0.4。f. 驱动段后膨

5、胀管驱动段后膨胀管材料：304，螺纹T460X16和YS 420X16采用GB197中精度等级7A。2设计计算2.1液压缸计算1) 活塞油缸产生推力计算计算输入试验压力Py=31.5MPa缸径D=605mm杆径d=430mm计算公式Fmax = Py*【·（D2-d2）】/4计算结果推力（试验压力下）Fmax=4481KN 2) 驱动段本体产生推力计算计算输入试验压力Py=30MPa缸径D=340mm计算公式Fmax = Py·(·D2)/4计算结果推力（试验压力下）Fmax=2723.8KN3) 活塞油缸壁厚计算计算输入缸体材料42CrMo锻件缸体屈服强度S55

6、0MPa材料安全系数n=2.5缸体许用应力220MPa缸内最大压力：Pmax=31.5MPa缸径D=605mm计算公式=PmaxD/【2·】按薄壁公式计算计算结果缸体要求最小壁厚=43.3mm备注选择原材料为715×65mm。加工后，缸体净壁厚为50mm。4) 驱动段本体壁厚计算计算输入驱动段本体材料42CrMo锻件驱动段本体材料的屈服强度S550MPa材料安全系数n=2.5缸体许用应力220MPa缸内最大压力：Pmax=30MPa缸径D=340mm计算公式=PmaxD/【2·】按薄壁公式计算计算结果缸体要求最小壁厚=23.2mm备注选择原材料为445×

7、60mm。加工后，缸体净壁厚为4045mm。5) 活塞缸体强度校核计算输入缸内最大压力P=31.5MPa缸径D=605mm杆径d=430mm缸体中心直径D1=655mm缸体壁厚=50mm计算公式zh1=（z12+h12-z1h1）0.5z1= P（D2-d2）/4D1h1=PD1/2计算结果纵向应力z1=43.55MPa环向应力h1=206.3MPa合成应力zh1=188.36MPa缸体许用应力220MPa计算结论zh1<，强度满足要求6) 驱动段本体强度校核计算输入缸内最大压力P=30MPa缸径D=340mm杆径d=0mm缸体中心直径D1=380mm缸体壁厚=40mm计算公式zh1=（

8、z12+h12-z1h1）0.5z1= P（D2-d2）/4D1h1=PD1/2计算结果纵向应力z1=57MPa环向应力h1=142.5MPa合成应力zh1=124.23MPa缸体许用应力220MPa计算结论zh1<，强度满足要求7) 拉杆强度校核计算输入拉杆材料40Cr拉杆屈服强度S540MPa拉杆螺纹M80×3拉杆最危险断面：退刀槽do=75.6mm拉杆所承受的拉力F1=4481kN拉杆数量n4计算公式=F1/（n·A）计算结果活塞杆最危险截面积A=4488.8mm2活塞杆计算应力=249.6 MPa活塞杆许用应力=S/ 2.1257.1MPa计算结论<，强

9、度满足要求8) 法兰承重螺纹计算计算输入法兰材料42CrMo 法兰屈服强度S550MPa螺纹受力不均匀系数Kz=0.56螺纹旋合圈数Z= L/P=5法兰螺纹T460X16螺纹内径d1=460mm螺纹牙根宽b=0.75P=3mm螺纹实际高度H1=0.54P=2.16mm螺纹中径d2=d-0.65P=137.4mm活塞杆所承受的拉力F1=800kN计算公式=F1/( Kzd1 bZ)w=3F1H1/( Kzd1 b2Z)p=F1 /( Kzd2H1Z)计算结果螺纹计算剪应力=28.0MPa螺纹许用剪应力=0.2s56MPa螺纹计算弯应力w=52.2MPa螺纹许用弯应力w=0.4s112MPa螺纹计

10、算挤压应力p=44.5MPa螺纹许用挤压应力p=0.62s173.6MPa计算结论强度满足要求9) 油缸底盖连接螺钉计算计算输入螺钉型号M27×100 12.9级螺钉屈服强度S970MPa螺钉所承受的力F1=4481kN螺钉预紧力系数K1= 1.3螺钉最小内径d0=23.75mm螺钉数量z=32计算公式=4 F1K1 /（zd02） 计算结果螺钉计算应力=410.9MPa螺钉许用应力=s/2.25431.1MPa计算结论<，强度满足要求备注油缸底盖螺钉布置圆直径为655mm，共布置32个M27×100的螺钉，12.9级。10) 驱动段底盖连接螺钉计算计算输入螺钉型号M

11、20×100 12.9级螺钉屈服强度S970MPa螺钉所承受的力F1=2723.8kN螺钉预紧力系数K1= 1.3螺钉最小内径d0=17.3mm螺钉数量z=36计算公式=4 F1K1 /（zd02） 计算结果螺钉计算应力=418.4MPa螺钉许用应力=s/2.25431.1MPa计算结论<，强度满足要求备注油缸底盖螺钉布置圆直径为380mm，共布置36个M20×90的螺钉，12.9级。2. 2液压系统计算1) 系统最高工作压力、最大工作流量，电机功率的计算计算输入系统最高压力P131.5MPa系统压力损耗系数n1=1.05系统最大流量Q1=12L/min系统的泄漏系数

12、K=1.05电机转速n=1465r/min油泵电机组效率=0.88计算公式P=n1P1 Q=K Q1 Qv=Q/nN=P·Q/（60）计算结果系统最高工作压力P=15.3MPa系统最大工作流量Q=2X28.9L/min油泵最小排量Qv=39.4ml/rev电机最小功率N=15.4kW计算结论油泵选用国产品牌，型号为A4VSO，其公称排量为46ml/r，压力等级为35MPa因本工程海拔因素，电机功率考虑换算系数0.85，选用ABB公司产品，电机型号为QA180L4A-B35 22KW 1465rpm。本系统选用两套油泵-电机组，一台工作，一台备用。2) 油箱容积的计算 计算输入油泵流量的4倍V1=191L油缸无杆腔容积V2=1093L计算公式V=1.1×（V1+ V2）计算结果油箱需要的容积V=1413L计算结论考虑到油箱结构上本身所需的空油面与吸油高度，按照液压泵站油箱公称容量系列的规定，选定油箱液压泵站的油箱容积为1600L。3) 液压系统管路管径的设计计算计算输入油管内径dmm工作流量QL/min允许流速Vm/s油管最大工作压力