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目錄
第1章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究的歷史和現(xiàn)狀 1
1.3 設(shè)計(jì)本壓裝機(jī)的目的 3
1.4 本課題研究?jī)?nèi)容及思路 4
第2章 壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 6
2.1 液壓系統(tǒng)的工作要求 6
2.2 液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 8
第3章 確定液壓系統(tǒng)方案、繪制液壓系統(tǒng)圖 12
3.1 確定液壓系統(tǒng)方案 12
3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 15
3.3 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算 16
第4章 液壓缸的設(shè)計(jì) 19
4.1 液壓缸參數(shù) 19
4.2 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
第5章 集成塊設(shè)計(jì) 26
5.1 集成塊組的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 26
5.2 液壓集成塊設(shè)計(jì) 28
第6章 液壓站的設(shè)計(jì) 35
6.1 液壓站簡(jiǎn)介 35
6.2 油箱設(shè)計(jì) 35
6.3 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 40
6.4 輔助元件 43
6.5 液壓系統(tǒng)清洗、使用與維護(hù) 44
結(jié)論 46
致謝 47
參考文獻(xiàn) 48
I
廣西工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
第一節(jié) 課題背景
課題來(lái)源：課題來(lái)自柳州歐維姆機(jī)械有限公司，是該公司正在著手進(jìn)行的總裝車間改造項(xiàng)目之一，進(jìn)行裝機(jī)的設(shè)計(jì)，提高裝配過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化水平。
柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司是柳州的重量級(jí)企業(yè)之一，是2002年10月由柳州市建筑機(jī)械總廠（成立于1966年）、深圳華強(qiáng)集團(tuán)景豐投資有限公司、同濟(jì)大學(xué)和東南大學(xué)共同出資成立，注冊(cè)資本9000萬(wàn)元，是國(guó)家建設(shè)部定點(diǎn)生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力機(jī)具的最大生產(chǎn)企業(yè)，是集科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及預(yù)應(yīng)力施工于一體的中型企業(yè)。在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理上已采用基于國(guó)際工業(yè)流行的MRP-II原理的軟件CAPMS，建立并實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理。公司工藝先進(jìn)，設(shè)備齊全，擁有各類數(shù)控機(jī)床、加工中心、計(jì)算機(jī)控制的熱處理設(shè)備、大型精密加工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的半自動(dòng)化生產(chǎn)。產(chǎn)品已形成4大類、30多個(gè)系列、400多個(gè)品種，OVM錨固體系、張拉機(jī)具、纜索制品、橡膠支座和伸縮縫等產(chǎn)品暢銷海內(nèi)外，體外預(yù)應(yīng)力材料、鋼絞線拉索體系、液壓提升、頂推及轉(zhuǎn)體系統(tǒng)、新型吊桿、系桿、懸索橋產(chǎn)品（錨碇等）、真空輔助灌漿（含塑料波紋管）系統(tǒng)等新產(chǎn)品為企業(yè)注入了新的活力。企業(yè)總資產(chǎn)達(dá)3億多元，擁有專業(yè)技術(shù)人員300名，占員工總數(shù)的35%，2005年銷售收入達(dá)5億元人民幣。
企業(yè)于1995年和1996年分別通過(guò)了中國(guó)CQC和英國(guó)BSI學(xué)會(huì)的ISO9001：1994雙重認(rèn)證，并于2001年3月6日正式采用ISO9001：2000標(biāo)準(zhǔn)，成為同行最早轉(zhuǎn)換質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)。產(chǎn)品質(zhì)量和各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了GB/T14370-2000、JT/4-93、JT3141-90、JT329.1-1997、JT329.1-1997等標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)（FIP）、英聯(lián)邦政府認(rèn)可的檢測(cè)機(jī)構(gòu)、日本、新加坡、香港等國(guó)家及地區(qū)的質(zhì)量權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格檢定，證實(shí)公司產(chǎn)品性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際推薦的FIP標(biāo)準(zhǔn)、英國(guó)BSI標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)，總體技術(shù)水平居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，部分產(chǎn)品達(dá)世界同行先進(jìn)水平。
截止目前，企業(yè)已獲專利授權(quán)180多項(xiàng)，其中2002年新增專利為26項(xiàng)。2001年“夾片式拉索群錨及安裝方法”專利榮獲第七屆中國(guó)專利金獎(jiǎng)。
1996年12月企業(yè)建立了國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心，下設(shè)有開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)、信息四大中心，建立了有效的激勵(lì)約束機(jī)制，具有了較強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)品和技術(shù)的科研設(shè)計(jì)、試制能力，能夠承擔(dān)近、中和遠(yuǎn)期項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制靈活、技術(shù)全面、實(shí)力雄厚。2001年8月成立了同濟(jì)OVM預(yù)應(yīng)力研究中心，與同濟(jì)大學(xué)合作進(jìn)行預(yù)應(yīng)力新結(jié)構(gòu)的研究。2002年12月，國(guó)家人事部正式批準(zhǔn)OVM公司設(shè)立博士后科研工作站，以此為平臺(tái)，采用流動(dòng)管理的方式，將所有參與OVM公司開(kāi)發(fā)及研制的高級(jí)人才整合在站內(nèi)，使我們既可利用現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)成果，又為國(guó)際化的競(jìng)爭(zhēng)儲(chǔ)備了高精尖人才。
該公司在北京、上海、廣州、武漢、西安、重慶等設(shè)立了辦事處，在其它省區(qū)和重要城市均設(shè)立了聯(lián)絡(luò)處，并在越南、新加坡、香港特區(qū)設(shè)立了辦事機(jī)構(gòu)，銷售網(wǎng)絡(luò)遍布全國(guó)及東南亞地區(qū)。
生產(chǎn)率是制約企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到企業(yè)的生存，柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司正在進(jìn)行總裝車間的改造，以提高生產(chǎn)率、降低成本。
進(jìn)行進(jìn)行千斤頂壓裝的時(shí)間稱為工序時(shí)間，它主要由裝配工件所需的機(jī)動(dòng)時(shí)間和裝卸工件等所需的輔助時(shí)間組成。要提高生產(chǎn)率，就必須降低工序時(shí)間。使千斤頂方便的裝配起來(lái)，因此可以大大縮短輔助時(shí)間，另外，采用壓裝機(jī)可降低對(duì)操作工人的技術(shù)水平等，工序時(shí)間的縮短，生產(chǎn)率的提高及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，必有利于企業(yè)的發(fā)展。擴(kuò)大壓裝機(jī)的裝配千斤頂范圍，做到一機(jī)多能，對(duì)于該企業(yè)，由于千斤頂?shù)钠贩N、規(guī)格和數(shù)量不一，為了適應(yīng)發(fā)展的需要，設(shè)計(jì)新的產(chǎn)品達(dá)到到一機(jī)多用的目的。
第二節(jié) 國(guó)內(nèi)外研究的歷史和現(xiàn)狀
壓裝機(jī)是對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行安裝以及拆卸為目的的設(shè)備，在機(jī)械加工以及維修行業(yè)中具有廣泛的用途。目前國(guó)內(nèi)的壓裝機(jī)，在技術(shù)上還是50年代沿用至今的樣式和功能，屬通用型油壓機(jī)。這種壓裝機(jī)主要由鄂城重型機(jī)械廠和天津重型機(jī)械廠等廠家生產(chǎn)制造。這些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)落后，功能單一，全部人工手動(dòng)操作，沒(méi)有自動(dòng)測(cè)量和控制系統(tǒng)。在壓裝輪對(duì)時(shí)靠人工用尺測(cè)量，用眼觀測(cè)壓裝油缸的行進(jìn)位置;接近停止位置時(shí)，操作工人手動(dòng)或腳踏開(kāi)關(guān)，使油缸停止前進(jìn)。這種全部人工操作的壓裝方式己延續(xù)了幾十年，毫無(wú)大的改進(jìn)。這種輪對(duì)壓裝機(jī)最主要的缺點(diǎn)是人工操作，同時(shí)生產(chǎn)效率低，一次壓裝合格率低，壓裝質(zhì)量受人為因素影響大。
壓裝機(jī)的類型非常之多，用途不一，就他們的系統(tǒng)而言，有液壓控制系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)，是閉環(huán)系統(tǒng)，可對(duì)被控制量進(jìn)行檢測(cè)并加以反饋，系統(tǒng)按偏差調(diào)節(jié)原理工作，并控偏差信號(hào)的方向和大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整控制系統(tǒng)有反饋，具有抗干擾能力，因而控制精度高。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，被控制量與控制量之間無(wú)聯(lián)系，控制量是流量控制閥的開(kāi)度或變量泵的調(diào)節(jié)參數(shù)，被控制量是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度對(duì)被控制量不進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)沒(méi)有修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)偏差的能力。控制精度取決于元件的性能和系統(tǒng)整體的精度，控制精度較差，但調(diào)整簡(jiǎn)單性能指標(biāo)側(cè)重于靜態(tài)特性，主要性能指標(biāo)有調(diào)速范圍，低速平穩(wěn)性，速度剛度和效率。
壓裝機(jī)工作裝置的液壓系統(tǒng)目前有以幾種類型:
（1）按液壓泵的類型分為定量系統(tǒng)和變量系統(tǒng)。
（2）按液壓泵的數(shù)目可分為單泵操縱回路和雙泵操縱回路，后者一般用雙液壓回路。
（3）按液壓回路的數(shù)目可分為單液壓回路和雙液壓回路。
（4）按工作裝置液壓回路與轉(zhuǎn)向液壓回路之間關(guān)系可分為獨(dú)立式液壓回路和復(fù)合式液壓回路。
近二十年來(lái)，許多工業(yè)部門和技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω唔憫?yīng)、高精度、高功率—重量比和大功率的液壓控制系統(tǒng)的需要不斷擴(kuò)大，促使液壓控制技術(shù)迅速發(fā)展。特別是反饋控制技術(shù)在液壓系統(tǒng)只中的應(yīng)用，電子技術(shù)與液壓技術(shù)的結(jié)合，使這門技術(shù)不論在元件和系統(tǒng)方面、理論與應(yīng)用方而都口趨完善和成熟，并形成為一門學(xué)科，成為液壓技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。目前液壓控制技術(shù)已經(jīng)企許多部門得到廣泛應(yīng)用，諸如冶金、機(jī)械等工業(yè)部門，飛機(jī)、船舶交通部門，航空航天技術(shù)，海洋技術(shù)近代科學(xué)試驗(yàn)裝愛(ài)好武器控制等。
我國(guó)于五十年代開(kāi)始液壓伺服元件和系統(tǒng)的研究工作，現(xiàn)在已生產(chǎn)幾種系列電掖伺服閥產(chǎn)品，液壓控制系統(tǒng)也在越來(lái)越多的部門得到了成功的應(yīng)用。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，液壓控制技術(shù)會(huì)在史多的部門為實(shí)現(xiàn)我國(guó)四個(gè)現(xiàn)代化的宏偉日標(biāo)而發(fā)揮更大的作用。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前國(guó)外液壓系統(tǒng)己采用了節(jié)能效果極佳的壓力一流量補(bǔ)償負(fù)載傳感閉式系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)有些公司也采用這套技術(shù)。其特點(diǎn)是:可以實(shí)現(xiàn)壓力一流量控制。泵輸出的流量即執(zhí)行元件的速度只與操縱閥桿行程大小有關(guān)，而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，因此該系統(tǒng)具有良好的速度控制特性。該液壓系統(tǒng)所提供功率與執(zhí)行元件所要求的功率相差甚小，因而具有良好的功率控制特性，功率浪費(fèi)損失小。由于系統(tǒng)的無(wú)用功率小，而且在系統(tǒng)不工作時(shí)，系統(tǒng)可以近似地實(shí)現(xiàn)“0”流量輸出，因而發(fā)熱小，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，提高了整個(gè)液壓系統(tǒng)的工作壽命。
第三節(jié) 設(shè)計(jì)本壓裝機(jī)的目的
通過(guò)在工廠里的實(shí)習(xí)、調(diào)研，我們了解到在與本壓裝機(jī)最接近的常規(guī)加工方法及其存在的不足：千斤頂通常由油缸、活塞、穿心套、堵頭、前后壓板等零部件組成，在常規(guī)裝配工藝過(guò)程中，需用鐵錘裝配千斤頂活塞、堵頭等，且在裝配前后壓板等零部件時(shí)，裝好一邊以后，需用桁吊設(shè)備將待裝配的千斤頂油缸偏心擺置進(jìn)行翻轉(zhuǎn)調(diào)頭，翻轉(zhuǎn)后，使用絎車吊下來(lái)，在進(jìn)行另一邊的裝配。因此，在千斤頂?shù)难b配過(guò)程中易損傷千斤頂零部件，而且工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大。在裝配千斤頂?shù)倪^(guò)程中使用本壓裝機(jī)，可以提高裝配過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化水平，避免對(duì)零部件的損傷，提高裝配質(zhì)量，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
第四節(jié) 本課題研究?jī)?nèi)容及思路
本課題目的在于根據(jù)YZJ壓裝機(jī)整機(jī)要求，設(shè)計(jì)出與整機(jī)相匹配的液壓系統(tǒng)。本課題將以YZJ壓裝機(jī)為研究對(duì)象，以液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為手段，設(shè)計(jì)出符合YZJ壓裝機(jī)整機(jī)性能要求的液壓系統(tǒng)。
（一）本課題主要研究?jī)?nèi)容有以下幾方面
（1）國(guó)內(nèi)外壓裝機(jī)發(fā)展概況。
（2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
（3）液壓缸的設(shè)計(jì)。
（4）液壓集成塊設(shè)計(jì)。
（5）液壓站設(shè)計(jì)。
（6）液壓油箱的計(jì)算。
在本次的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，從工廠的角度出發(fā)，要求以低成本來(lái)實(shí)現(xiàn)壓裝機(jī)的各個(gè)功能，設(shè)計(jì)中，主要進(jìn)行液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是以液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)方式。按其工作原理的不同又可分為液力傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)是基于流體力學(xué)的帕斯卡原理，主要利用液體靜壓能來(lái)傳遞動(dòng)力，故也稱容積式液體傳動(dòng)或靜液傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)的基本特征是:以液體為工作介質(zhì)，靠處于密閉容器內(nèi)的液體靜壓力來(lái)傳遞動(dòng)力，其靜壓力的大小取決于外負(fù)載;負(fù)載速度的傳遞是按液體容積變化相等的原則進(jìn)行的，其速度大小取決于流量。 在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要包括液壓元件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇，液壓輔助裝置的計(jì)算、設(shè)計(jì)或選擇；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的驗(yàn)算與校核。
（二）設(shè)計(jì)步驟
一臺(tái)機(jī)器究竟采用什么樣的傳動(dòng)方式，必須根據(jù)機(jī)器的工作要求，對(duì)機(jī)械、電力、液壓和氣壓等各種傳動(dòng)方案進(jìn)行全面的方案論證，正確估計(jì)應(yīng)用液壓傳動(dòng)的必要性。當(dāng)確定采用液壓傳動(dòng)后，其設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟大體如圖1—1所示*這里所述的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟只是一般的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中不是一成不變的，對(duì)于較簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)化其設(shè)計(jì)程序；對(duì)于重大工程的復(fù)雜液壓系統(tǒng)，往往還需在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，或者局部地進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)，反復(fù)修改，才能確定設(shè)計(jì)方案。另外，這些步驟又是相互關(guān)聯(lián)，彼此影響的，因此常需穿插交叉進(jìn)行。
1．全面了解主機(jī)的結(jié)構(gòu)和總體布局，這是合理確定液壓執(zhí)行元件的類型、工作范圍、安裝位置及空間尺寸所必需的，現(xiàn)代液壓機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。對(duì)于工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式比較復(fù)雜的情況，如能采用經(jīng)濟(jì)適用的液壓執(zhí)行元件，并巧妙地使之與其它機(jī)構(gòu)相配合，不僅能簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)，降低設(shè)備造價(jià)，而且能改善液壓執(zhí)行元件的負(fù)載狀況和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能。
2. 壓力相流量是液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)來(lái)計(jì)算和選擇液壓元、輔件和原動(dòng)機(jī)的規(guī)格。系統(tǒng)壓力選定后，液壓缸主要尺寸即可確定，接著就可根據(jù)液壓缸的速度確定其流量。
3.擬定液壓系統(tǒng)圖是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要步驟。這一步要做的主要工作：一是選擇基本回路，二是把選出的回路組成液壓系統(tǒng)。
4. 液壓元件的選擇主要有：液壓執(zhí)行元件的選擇、液壓泵的選擇、控制閥的選擇、確定油箱的容積、過(guò)濾器的選擇、液壓油的選用。
5.液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算。
6.液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及編制技術(shù)文件
總體步驟如下：
第二章 壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
第一節(jié) 液壓系統(tǒng)的工作要求
一 液壓系統(tǒng)的組成
壓裝機(jī)的系統(tǒng)，采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)若能正常工作必須由以下五部分組成：
(1)動(dòng)力裝置 它是把原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝
置，一般由電動(dòng)機(jī)和液壓系組成，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油。
(2)執(zhí)行元件 它是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用
是在壓力油的推動(dòng)下輸出力和速度(直線運(yùn)動(dòng))，或力矩和轉(zhuǎn)速(回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))。這
類元件包括各類液壓缸和液壓馬達(dá)。
(3)控制調(diào)節(jié)元件 它是能控制或調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油的壓力、流量或方向，
以保證執(zhí)行裝置完成預(yù)期工作的元件。這類元件主要包括各種液壓閥，如溢流
閥、節(jié)流閥以及換向閥等。
(4)輔助元件 輔助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接頭、濾油器、壓力
在以及流量計(jì)等。這些元件分別起散熱貯油、蓄能、輸油、連接、過(guò)濾、測(cè)量壓
力和測(cè)量流量等作用，以保證系統(tǒng)正常工作，是液壓系統(tǒng)不可缺少的組成部分o
(5)工作介質(zhì) 它在液壓傳功及控制今起傳遞運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力從信號(hào)的作用。工
作介質(zhì)為液壓油或其它合成液體。
二 壓裝機(jī)的工作原理
壓裝機(jī)是對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行安裝以及拆卸為目的的設(shè)備，在機(jī)械加工以及機(jī)械維修行業(yè)中具有廣泛的用途。該壓裝機(jī)各動(dòng)作是由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：液壓動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、工作液體。通過(guò)壓裝機(jī)的技術(shù)方案，我們了解到壓裝機(jī)的工作原理，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn)的有：機(jī)械手對(duì)千斤頂?shù)膴A持、提升、千斤頂翻轉(zhuǎn)180°，壓裝機(jī)對(duì)活塞的壓裝，這些動(dòng)作，由液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn),通過(guò)電磁換向閥來(lái)控制油缸的換向,在壓裝機(jī)中,主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布局和空間尺寸上的限制,要解決液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序，完成壓裝機(jī)的轉(zhuǎn)、提升、壓活塞等動(dòng)作，要求在提升過(guò)程中，將機(jī)械手與千斤頂一起提升，機(jī)械手夾持牢固千斤頂，壓裝器能夠?qū)崿F(xiàn)活塞的壓入。工人在操作臺(tái)前，使用不同按鈕實(shí)現(xiàn)本壓裝機(jī)的各個(gè)動(dòng)作。(如圖1.1），機(jī)械手的液壓系統(tǒng)中的換向閥右邊通電時(shí)，機(jī)械手油缸的活塞頂出，機(jī)械手張開(kāi)，松開(kāi)夾持的千斤頂，當(dāng)換向閥左邊通電時(shí)，機(jī)械手夾緊，夾持住千斤頂。為了使壓裝機(jī)工作平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，壓裝機(jī)的機(jī)械手質(zhì)量約3.5噸，當(dāng)機(jī)械手被提升到一定高度后 ，手動(dòng)使液壓提升缸停止。
為了便于自動(dòng)化和產(chǎn)生足夠的夾緊力，千斤頂?shù)膴A緊也用液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。而工件的夾緊與提升，必須按照一定順序進(jìn)行，也就是說(shuō)，在整個(gè)千斤頂?shù)膲貉b過(guò)程中，夾緊——提升——翻轉(zhuǎn)——放下——壓裝。
圖1.1
三 系統(tǒng)達(dá)到的功能要求和技術(shù)指標(biāo)
本壓裝機(jī)的技術(shù)要求如下：
1. 本壓裝機(jī)主要用途是將油缸作180°翻轉(zhuǎn)和將活塞壓入油缸。其中油缸的180°翻轉(zhuǎn)主要有機(jī)械手的夾持以及整個(gè)機(jī)械手部件的升降－機(jī)械手180°翻轉(zhuǎn)組成；
2. 本壓裝機(jī)適用YCW100A~YCW500A型千斤頂，YDG400-400型千斤頂?shù)陌惭b；
3. 機(jī)械手夾持油缸的范圍為Φ200～Φ530，翻轉(zhuǎn)油缸的最大長(zhǎng)度為L(zhǎng)=950mm；
4. 夾持翻轉(zhuǎn)的最大重量為m=700kg；
5. 機(jī)械手油缸工作額定壓力為P=6.3MP，最大工作拉力F=110KN；
6. 夾持油缸翻轉(zhuǎn)180°工作時(shí)間為t=15s；
7. 機(jī)械手部件提升行程為h=1020mm，從下提升到上所需時(shí)間為1min；
8. 壓裝機(jī)行走的行程為S=6250mm，所需時(shí)間為2min。
第二節(jié) 液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算
一 確定液壓缸負(fù)載
（一） 提升階段液壓缸負(fù)載
提升液壓缸負(fù)載F，查文獻(xiàn)[2]表20-2-15中公式
F= （2.1）
式中 R——液壓缸外作用力，KN；
η——液壓缸總效率
查參考文獻(xiàn)[2]表20-6-3，在額定壓力下的液壓缸，總效率為η=0.9~0.95 ，取η=0.93，提升液壓缸所受外作用力R=35.4KN，代入公式（2.1）得：
F= ==3.81KN
（二）壓裝液壓缸負(fù)載
壓裝液壓缸外作用力R=160 KN ，η=0.93，由公式（2.1）得：
F== =172.04KN
對(duì)各個(gè)液壓缸的負(fù)載情況進(jìn)行計(jì)算，列表如下：
表1
液壓缸
液壓缸外作用力R（KN）
力F=（KN）
提升液壓缸
35.4
39.33
壓裝液壓缸
160
172.04
機(jī)械手液壓缸
70
75.27
夾軌液壓缸
20
22.22
二 壓裝液壓缸主要尺寸的確定
（一） 初選液壓系統(tǒng)壓力
系統(tǒng)壓力選定得是否合理，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下，若系統(tǒng)壓力選得過(guò)低，則液壓元、輔件的尺寸和重量就增加，系統(tǒng)造價(jià)也相應(yīng)增加；若系統(tǒng)壓力選得較高，則液壓設(shè)備的重量、尺寸會(huì)相應(yīng)降低，但制造精度等要求的提高。查參考文獻(xiàn)[2]，表20-2-11，初定系統(tǒng)壓力為6.5MPa。
（二） 液壓缸主要尺寸
查參考文獻(xiàn)[3]，P14，單活塞桿液壓缸無(wú)桿腔為工作腔時(shí)，計(jì)算公式為：
（2.2）
式中， p1——液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力，MPa；
P2——液壓缸回油腿背壓力，MPa；
d／D——活塞桿直徑與按壓缸內(nèi)徑之比；
F——液壓缸負(fù)載。
查文獻(xiàn)[2]表20-2-14，確定P2 =0.4MPa，d/D=0.65，P1 =6.5MPa代入公式（2.2）得
= =187.1mm
計(jì)算得D=187.1mm，查文獻(xiàn)[2]表20-6-2，選擇D=200mm。d=0.65×D=125mm。
各個(gè)液壓缸的內(nèi)徑，查表標(biāo)準(zhǔn)化列表如下：
表2
液壓缸直徑
D（mm）
d（mm）
提升液壓缸
160
110
壓裝液壓缸
200
125
機(jī)械手液壓缸
180
100
夾軌液壓缸
80
56
（三）計(jì)算在各工作階段所需的流量
1 確定液壓缸的流量
查參考文獻(xiàn)[1]，P18，液壓缸的流量計(jì)算，
（2.3）
式中， ——液壓缸的流量，L/min；
D——液壓缸內(nèi)徑，m；
V——活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，m/min。
計(jì)算得壓裝千斤頂所需流量：=π×D2 /4=3.14×0.22×0.95÷4=29.83L/min。
提升千斤頂所需流量： =π×D2 /4=3.14×0.162×1.1÷4=22.11 L/min。
三 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格
液壓泵在壓裝的工作過(guò)程中向液壓缸供油（每次只對(duì)一個(gè)液壓缸供油），選流量最大的液壓缸對(duì)泵進(jìn)行計(jì)算。
（一）泵的工作壓力的確定。
考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為：
P＝P1+∑△P （2.4）
式中 P——液壓泵最大工作壓力，MPa；
P1——執(zhí)行元件最大工作壓力，MPa；
△P——進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2~0.5MPaa。
將P1=6.5 MPa ，△P =0.4 MPa 代入公式（2.4）得：
P＝P1+∑△P=6.5+0.4=6.9MPa。
上述計(jì)算得的是系統(tǒng)的靜壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)按階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力，因此選泵的額定壓力Pn應(yīng)滿足Pn≥(1.25～1.6)P。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值，壓裝液壓缸按中低壓系統(tǒng)取小值，則：
Pn=1.25×6.9=8.6 MPa。
（二） 泵的流量確定
液壓泵的最大流量由文獻(xiàn)[1] P5得：
Q≥(∑) （2.5）
式中 Q——液壓泵的最大流量，L/min；
∑——同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，L/min；
——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.1~1.3，現(xiàn)取=1.2。
Q=1.2×29.83L/min =35.79 L/min。
（三）選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)以上算得的P和Q再查閱文獻(xiàn)[2]，現(xiàn)選用CB-32型齒輪泵。該泵的參數(shù)為：排量32mL/r額定壓力為10 MPa，容積效率≥90%。
四 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定
選擇電動(dòng)機(jī)的公式依據(jù)查參考文獻(xiàn)[2] P52（公式20-2-3）進(jìn)行驗(yàn)算，即： P= （ 2.6）
式中 P——所選電動(dòng)機(jī)額定功率，KW；
PS——泵的額定壓力，MPa；
Q——泵的額定流量，L/min；
ψ——轉(zhuǎn)換系數(shù)；
ηp——液壓泵的總效率。
查參考文獻(xiàn)[2]，P156，表20-5-9確定各個(gè)參數(shù)：
ηp=0.81，ψ=0.7，CB-32型齒輪泵的輸出流量為32mL/r，額定壓力PS =10 MPa，代入公式3.4，得：
P==6.01 KW
所需電動(dòng)機(jī)功率為P=6.01KW。
查閱參考文獻(xiàn)[2]，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選擇Y132-M4型電動(dòng)機(jī)，其功率為7.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。
第三章 確定液壓系統(tǒng)方案、繪制液壓系統(tǒng)圖
第一節(jié) 確定液壓系統(tǒng)方案
擬定液壓系統(tǒng)圖是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要步驟。這一步要做的主要工作：一是選擇基本回路，二是把選出的回路組成液壓系統(tǒng)。
一 液壓基本回路
（一）調(diào)壓回路
壓力調(diào)定回路是最基本的調(diào)壓回路。溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)該大于液壓缸的最大工作壓力，其中包含液壓管路上各種壓力損失。
圖3.1 圖3.2
（二）調(diào)速回路
進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路使用普遍，但由于執(zhí)行元件的回油不受限制，所以不宜用在超越負(fù)載(負(fù)載力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同)的場(chǎng)合。閥應(yīng)安裝在液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油路上，多用于輕載、低速場(chǎng)合。對(duì)速度穩(wěn)定性要求不高時(shí)，可采用節(jié)流閥；對(duì)速度穩(wěn)定性要求較高時(shí)，應(yīng)采用調(diào)速閥。該回路效率低，功率損失大。
（三）方向控制回路
換向回路一般都采用換向閥來(lái)?yè)Q向。換向閥的控制方式和中位機(jī)能依據(jù)主機(jī)需要及系統(tǒng)組成的合理性等因素來(lái)選擇，當(dāng)換向閥左邊工作時(shí)，液壓缸活塞向右方向的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)換向閥左邊不工作時(shí)，向左方向則可以運(yùn)動(dòng)。
二 選擇液壓回路
這臺(tái)壓裝機(jī)的液壓工作進(jìn)給速度底，傳動(dòng)功率也較小，很適宜選用節(jié)流調(diào)速方式。節(jié)流閥是通過(guò)改變節(jié)流口通流面積或通流通道的長(zhǎng)短來(lái)改變局部阻力的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。從液壓缸工作循環(huán)圖可知，各工作進(jìn)給時(shí)是中壓小流量，故可選用單泵供油回路。該系統(tǒng)的泵剛開(kāi)始工作時(shí)，系統(tǒng)是空轉(zhuǎn)運(yùn)行的，可以在主油路上接溢流閥，采用電磁換向閥進(jìn)行空載與負(fù)載工作之間的轉(zhuǎn)換。
（一）壓裝系統(tǒng)回路
壓裝機(jī)在壓裝千斤頂?shù)倪^(guò)程中，由于壓裝速度較慢，所以，回路中選用節(jié)流調(diào)速方式，當(dāng)將活塞壓入千斤頂后，壓裝液壓缸壓桿往返運(yùn)動(dòng)，所以，在千斤頂?shù)膲貉b回路中，采用電磁換向閥進(jìn)行換向，系統(tǒng)圖如圖（3.4）所示。
圖（3.3） 圖（3.4）
（二）提升系統(tǒng)回路
提升缸在提升的過(guò)程中，采用的是壓力控制回路中的調(diào)壓回路。調(diào)壓回路的作用是：使系統(tǒng)整體或某一部分的壓力保持恒定或不超過(guò)某個(gè)數(shù)值。提升回路，采用單級(jí)調(diào)壓回路就能滿足要求。在泵的出口處設(shè)置并聯(lián)的溢流閥來(lái)控制系統(tǒng)的最高壓力。在電磁換向閥的A、B口處，接上一個(gè)雙液控單向閥，液控單向閥允許油液從一個(gè)方面自由通過(guò)，
反方向控制壓力開(kāi)啟單向閥使油液通過(guò)，控制壓力過(guò)低或消失時(shí)，單向閥關(guān)閉，油液
則不能通過(guò)。作用在閥油口的壓力使主閥開(kāi)啟，油進(jìn)入油缸中。當(dāng)主閥芯關(guān)閉后，反向油液被阻止?？刂朴涂诘膲毫朔擞透子涂趬毫爸鏖y彈簧壓力后，再次將主閥芯打開(kāi)，反向油流從油缸進(jìn)入閥油口。對(duì)于雙液控單向閥，每個(gè)閥先導(dǎo)部分都與另一個(gè)閥的主油路相連，相互控制。如圖（3.4）所示。
（三）機(jī)械手系統(tǒng)回路
壓裝機(jī)在夾緊千斤頂?shù)倪^(guò)程中，由于夾持部份是機(jī)械手直接抓取和握緊工件，因此必須有足夠的夾緊力，為了行程較短，速度較慢，所以，回路中選用節(jié)流調(diào)速方式，當(dāng)壓裝完成后，夾緊液壓缸壓桿往返運(yùn)動(dòng)，在，夾緊回路中，采用電磁換向閥進(jìn)行換向，系統(tǒng)圖如圖（3.5）。
圖3.5 圖3.6
（四） 夾軌系統(tǒng)回路
夾軌部分的液壓系統(tǒng)，夾軌液壓缸行程最短，液壓系統(tǒng)如圖3.6所示。
（五） 選用單泵系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)按應(yīng)用的泵數(shù)分為單泵及多泵系統(tǒng)，單泵系統(tǒng)適用于功率較小，工作不太頻繁的一些開(kāi)式系統(tǒng)，外負(fù)載慣性較小的一些開(kāi)式系統(tǒng)。在本次的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，從工廠的角度出發(fā)，要求以低成本來(lái)實(shí)現(xiàn)壓裝機(jī)的各個(gè)功能，因此，選用單泵系統(tǒng)。
圖3.7
第二節(jié) 繪制液壓系統(tǒng)圖
一 注意事項(xiàng)
在擬定液壓系統(tǒng)時(shí)，注意了以下幾方面向題：
1．防止回路間可能存在的相互干擾。
2. 確保系統(tǒng)安全可靠 液壓系統(tǒng)運(yùn)行中的不安全因素是多種多樣的。例如異常的負(fù)載、停電，外部環(huán)境條件的急劇變化，操作人員的誤操作等，都必須有相應(yīng)的安全回路或措施，確保人身似設(shè)備安全。例如，為了防止工作部件的漂移、下滑、超速等，應(yīng)有鎖緊、平衡、限速等回路；為了防止南于操作者的誤操作，或由干液壓元件失靈而產(chǎn)生誤動(dòng)作，應(yīng)有誤動(dòng)作防止問(wèn)路等。
將各個(gè)回路圖合成，整個(gè)壓裝機(jī)的液壓系統(tǒng)圖就初步繪制了，再檢查并加以補(bǔ)充完善，便可以繪制出正式的液壓系統(tǒng)原理圖。如圖3.8
圖3.8
二 液壓元件選擇
液壓閥的選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高壓力和通過(guò)閥的實(shí)際流量以及閥的操縱、安裝方式等，需要注意的問(wèn)題是：
1．確定通過(guò)閥的實(shí)際流量 ，此時(shí)注意通過(guò)管路的流量與油路串、并聯(lián)的關(guān)系：油路串聯(lián)時(shí)系統(tǒng)的流量即為油路中各處所通過(guò)的流量；油路并聯(lián)中各油路同時(shí)工作時(shí)系統(tǒng)的流量等于各條油路通過(guò)流量的和。
2．單活塞桿液壓缸兩腔回油的差異 活塞外伸扣內(nèi)縮時(shí)的回油流量是不同的，內(nèi)縮時(shí)無(wú)桿腔回油流量與外伸時(shí)有桿腔的回油流量之比，等于兩腔活塞面積之比。
3．控制閥的使用壓力、流量，不要超過(guò)其額定值 ，如控制閥的使用壓力、流量超過(guò)了其額定值，就易引起液壓卡緊和液動(dòng)力，對(duì)控制閥工作品質(zhì)產(chǎn)生的不良影響。
查閱參考文獻(xiàn)[2]，根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇液壓元件，列表如下。
表3：
序號(hào)
元件名稱
通過(guò)流量L/min
型號(hào)
1
溢流閥
40
YF-B10
2
三位四通電磁換向閥
40
34BO-H10B
3
二位四通電磁換向閥
40
24 BO-H10B
4
液控單向閥
40
2AY-F10D
5
單向閥
40
S10P1
6
調(diào)速閥
40
LF-B10
第三節(jié) 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算
在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中及設(shè)計(jì)終了，需要對(duì)它的技術(shù)性能進(jìn)行驗(yàn)算，以便從幾種設(shè)計(jì)方案中比較出最佳方案，或判斷其設(shè)計(jì)質(zhì)量。
一 系統(tǒng)壓力損失計(jì)算
當(dāng)系統(tǒng)元、輔件規(guī)格和管道尺寸確定后．并繪出管路裝配草圖，即可進(jìn)行系統(tǒng)壓力損失△P的計(jì)算。它包括管路的沿程壓力損失、局部壓力損失及閥類元件的局部損失△P3，查參考文獻(xiàn)[3]，P38，公式：
（3.1）
（3.2）
（3.3）
（3.4）
式中 ——管道長(zhǎng)度；
——管道內(nèi)徑；
——液流平均速度；
——液壓油密度；
，——局部阻力和沿程阻力系數(shù)；
——閥的額定流量；
——通過(guò)閥的實(shí)際流量；
——閥的額定壓力損失。
查參考文獻(xiàn)[2]，P20-65，系統(tǒng)中最長(zhǎng)的管路，內(nèi)徑d=0.01m，長(zhǎng)=2.5m，通過(guò)流量Q=4.97×10-2m3/s，工作介質(zhì)為20號(hào)機(jī)油，工作壓力下的粘度γ=20×10-6m2/s， 密度ρ=900Kg/m3。
管內(nèi)流速由公式： ν= （3.5）
ν===6.33m/s；
雷諾數(shù)由公式： Re= （3.6）
Re===3165；
因 3000＜Re＜100000
故沿程阻力系數(shù)===0.0422；
=0.0422代入公式3.2 ，計(jì)算得沿程阻力損失：
=0.0422=0.19 MPa。
查參考文獻(xiàn)[2]，閥類元件的局部損失△P3：?jiǎn)蜗蜷y的壓力損失為0.2 MPa，代入公式3.4，得：
= =0.24 MPa；
查參考文獻(xiàn)[2]P20-65，管接頭、彎頭、相貫孔的局部壓力損失很小，可不計(jì)，所以，液壓系統(tǒng)的壓力損失
=0.19+0.24=0.43 MPa。
計(jì)算出的液壓系統(tǒng)的壓力損失與選系統(tǒng)工作壓力時(shí)選定的壓力損失大接近，故無(wú)須更正系統(tǒng)參數(shù)。
二 系統(tǒng)效率計(jì)算
液壓系統(tǒng)效率η是系統(tǒng)的輸出功率(即執(zhí)行元件的輸出功率)N0與其輸入功率(即液壓泵的輸入功率)NP之比，查參考文獻(xiàn)[3] P39，得系統(tǒng)計(jì)算公式：
（3.7）
式中 —— 液壓泵的總效率；
——執(zhí)行元件的效率；
——回路效率，
又由 （3.8）
——系統(tǒng)輸給同時(shí)動(dòng)作的執(zhí)行元件的功率，KW；
——同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的各液壓泵的輸出功率，KW。
查參考文獻(xiàn)[2]，P285，得=0.9~0.95，取=0.91；
液壓泵的總效率=0.75，回路效率==0.954，則系統(tǒng)的總效率：
=0.8×0.91×0.954=0.695
第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)
第一節(jié) 液壓缸參數(shù)
一 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定
壓缸工作壓力主要報(bào)據(jù)液壓設(shè)備的類型來(lái)確定，對(duì)不同用途的按壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同，前面的計(jì)算中，計(jì)算出液壓缸的工作壓力，在這次的壓裝機(jī)的設(shè)計(jì)中，提升液壓缸、壓裝液壓缸，都是做單向運(yùn)動(dòng)，選用雙作用液壓缸中的單活塞桿液壓缸，其簡(jiǎn)化形式如圖4.1所示：
圖4.1
通過(guò)公式： （4.1）
式中，p1——液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力；
P2——液壓缸回油腿背壓力；
d／D——活塞桿直徑與按壓缸內(nèi)徑之比；
F——液壓缸負(fù)載。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表20-2-14，確定P2 =0.4MPa，將d/D=0.65，P1 =6.5MPa代入（公式3.1 ）
計(jì)算得D=187.1mm，查參考文獻(xiàn)[2]表20-6-2，選擇D=200m。
d=0.65×D=125mm。
二、液壓缸壁厚的計(jì)算
（一）液壓缸的壁厚
液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，查參考文獻(xiàn)[2]表20-6-8，其壁厚按薄壁圓筒公式有為：
（4.2）
式中 δ——液壓缸壁厚，m；
D ——液壓缸內(nèi)徑，m；
Pv——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的(1．25—1．5)倍；
[σ]——缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：[σ]＝110~120 MPa，無(wú)縫鋼管[σ]＝100~110 MPa。
采用無(wú)縫鋼管，取[σ]＝110 MPa，Pv=1.25×10=12.5 MPa。代入公式4.2得：
= =0.01136m。
（二） 缸筒壁厚的驗(yàn)算
查參考文獻(xiàn)[2]表20-6-8， 液壓缸的額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值,保證工作安全。
（4.3）
或
（4.4）
為避免缸筒在工作時(shí)發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例范圍。
（4.5）
（4.6）
式中： ————缸筒內(nèi)徑（m）；
———— 缸筒外徑 (m)；
———— 液壓缸的額定壓力 (MPa)；
———— 缸筒發(fā)生完全塑性變形時(shí)的壓力 (MPa)；
———— 液壓缸的耐壓實(shí)驗(yàn)壓力 (MPa)；
———— 液壓缸發(fā)生爆裂時(shí)的壓力 (MPa)；
————缸筒材料的屈服點(diǎn) (MPa)；
查參考文獻(xiàn)[4]表15-1，綱筒材料的=285MMPa，將代入公式4.3得：
≤=18.95 MPa
將代入公式4.6得：≤=29.99 MPa
取=0.42×29.99=12.60 MPa
液壓缸的額定壓力=10 MPa，所以缸筒厚度合格。
(三) 缸體兩端螺紋連接強(qiáng)度校核以及安全系數(shù)的計(jì)算
螺紋所受應(yīng)力由下列式計(jì)算：
(4.7)
其中：
彎曲應(yīng)力： (4.8)
剪切應(yīng)力： (4.9)
油缸的材料45 ,經(jīng)過(guò)調(diào)制,σs≥355MPa。最大受力工況。
式中：
螺紋，寬40mm,
外螺紋小徑：
牙根寬度：
牙高：
載荷不均勻系數(shù)：
工作圈數(shù)： ,取Z=14;
代入得：
螺紋安全系數(shù)由下式計(jì)算：
式中: ———— 為螺紋處拉應(yīng)力與剪力的合力；
（三） 缸底厚度計(jì)算
設(shè)計(jì)缸筒底部為平面，其厚度可以按照四周嵌住的圓盤強(qiáng)度公式近似計(jì)算。查參考文獻(xiàn)[2]表20-6-8，由公式：
（4.7）
式中：
———— 缸筒底部厚度（m）；
———— 缸筒底部?jī)?nèi)徑（m）；
———— 液壓缸的額定壓力 (MPa)；
———— 缸筒底部材料的許用應(yīng)力 (MPa)，，取n=2，σs=285 MPa，算得σp=142.5 MPa；代入公式4.7得：
所以，≥0.433×0.2×=0.01919m。
三 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算
活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力的作用，其受力如下圖所示：
圖4.2
查參考文獻(xiàn)[2]P297，只受軸向推力的作用時(shí)，則可以近似地用直桿承受的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：
（4.8）
式中，F(xiàn)——活塞桿的作用力，N；
d——活塞桿直徑，m；
σp——材料的許用應(yīng)力，無(wú)縫鋼管σp=100~110MPa；
壓裝液壓缸受軸向推力的作用，F(xiàn)=160KN，直徑d=125mm；帶入公式4.8，計(jì)算得：
σ= =13.04 MPa〈σp。
所以活塞桿強(qiáng)度滿足要求。
第二節(jié) 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時(shí)報(bào)據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。
一 缸體與缸蓋的連接形式
缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。常見(jiàn)的有法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)連接。通過(guò)參考文獻(xiàn)[1] P14表2-7選擇螺紋連接，其優(yōu)點(diǎn)是：（1） 外形尺寸小 （2）較輕。缺點(diǎn)是：端部工藝要求較高，裝卸時(shí)要用專用工具。
圖4.3 圖4.4
二 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)
活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)，分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。通過(guò)參考文獻(xiàn)[1] P15表2-8，確定液壓缸采用整體式結(jié)構(gòu)，這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于缸徑較小的液壓壓缸，如圖3.3和圖3.4。
圖4.5 圖4.6
后來(lái)考慮到這種結(jié)構(gòu)，活塞的直徑為200mm，活塞桿直徑為125mm，加工中，先車出活塞外徑，再車出活塞桿直徑125mm，會(huì)造成很大的材料浪費(fèi)，現(xiàn)在改為圖3.2所示結(jié)構(gòu)，采用螺紋連接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于活塞、活塞桿的加工。
三 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)
活塞扦導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞扦與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可做成與端蓋分開(kāi)的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用較普迫。導(dǎo)向變的位置可安裝在密封圈的內(nèi)姻，也叮以續(xù)在外伽。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑；而油壓機(jī)常采用裝在外伽助結(jié)椒在高壓下工作時(shí)，使密封固有足夠的油壓將唇邊張開(kāi)，以提高密封性能。
參照參考文獻(xiàn)[1]P15表2-9，活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)如圖3.3
圖4.7
其特點(diǎn)是：（1）端部與活塞杠直接觸導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后只能更換整個(gè)端蓋。
（2）蓋與桿的密封常用O型、Y型密封圈。
（3）防塵圈用無(wú)骨架的防塵圈。
四 密封圈選用
密封的分類：可分為靜密封和動(dòng)密封兩種。
（1）靜密封 在正常工作的時(shí)候，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件的配合表面之間的密封叫靜密封。
（2）動(dòng)密封 在正常工作的時(shí)候，具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件配合表面之間的密封叫動(dòng)密封。
靜密封和動(dòng)密封都可以達(dá)到完全密封，但某些動(dòng)密封部位有一定的泄漏量，可以起到潤(rùn)滑作用，減小摩擦和磨損。
活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈，通過(guò)參考文獻(xiàn)[1] P17，選用O型圈加擋圈的形式。
第五章 集成塊設(shè)計(jì)
第一節(jié) 集成塊組的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
一 集成塊結(jié)構(gòu)
集成塊這種結(jié)構(gòu)是液壓集成的最早形式，在我國(guó)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種系統(tǒng)中。更由于板式標(biāo)準(zhǔn)元件較為定型，給廣泛使用集成塊式連接裝置提供了有利的條件。雖然廣州機(jī)床研究所設(shè)計(jì)的JK系列、大連組合機(jī)床研究所設(shè)計(jì)的EJMH系列和上海機(jī)電設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的YJ系列都有較為完整的通用回路塊組圖紙，但在這次的設(shè)計(jì)中，集成塊是參照一些集成塊的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方面的有關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)的。
集成塊組，是按通用的液壓回路設(shè)計(jì)成的通用組件。它由集成塊、底塊和頂塊按一定的順序疊積（如圖5.1），用四只長(zhǎng)螺釘垂直固緊而成。
圖5.1
底座的作用：—是通過(guò)它將若干中間塊組件固定在油箱面板或其它機(jī)體上，二是通過(guò)它引進(jìn)壓力油和引出回油。
中間塊是一六面體通道塊，其體內(nèi)不僅有構(gòu)成該塊單元回路所需的各種起管路作用的泊孔通道和安裝控制元件的螺釘孔，而且設(shè)有公用壓油孔P、回油孔o(hù)、泄漏油孔L，用以聯(lián)系每塊上的各單元回路；其三個(gè)側(cè)面安裝板式控制元件，另一例面安裝執(zhí)行元件管接頭，其上、下面即頂面和底面為塊與塊的疊積結(jié)合面（如圖5.2）。中間塊的疊積塊數(shù)決定于液壓系統(tǒng)的復(fù)雜程度，一般為1—7塊。液壓系統(tǒng)所需單元回路塊多于7塊時(shí)，可采用分組疊積。中間塊的疊積次序除特殊情況外，一船可以互換，但由于o形密封圈的鉤孔均在塊體的上接合面，所以塊體本身具有方向性，不能倒置。
圖5.2
為了操縱方便，通常把需要經(jīng)常調(diào)節(jié)的元件，如調(diào)速閥、溢流閥、減壓閥等，布置在右側(cè)面或前面。
元件之間的聯(lián)系借助于塊體內(nèi)部的油孔道。根據(jù)單元回路塊在系統(tǒng)中的作用可分為調(diào)壓、調(diào)速、減壓等若干種回路塊。每塊的上下兩面為疊和面，步有公用的壓力油孔P、回油孔O和連接螺栓孔。
二 集成塊的特點(diǎn)
從集成塊的組成原理圖可以看出，集成塊由板式元件與通道體組成，元件可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求任意選擇，與其他連接方式相比，有以下特點(diǎn)：
（1） 可以采用現(xiàn)有的板式標(biāo)準(zhǔn)元件，很方便地組成各種功能的單元集成回路，且回路的更換很方便。
（2） 便于檢查和及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛病，如果加工中出了問(wèn)題，僅報(bào)廢其中一小塊通道體，而不至于整個(gè)系統(tǒng)報(bào)廢。
（3）系統(tǒng)的泄漏減少，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且結(jié)構(gòu)緊湊，站地面積小，裝配和維修方便。
（4）系統(tǒng)中管路壓力損失小，系統(tǒng)的發(fā)熱量小。
（5）有利于實(shí)現(xiàn)液壓裝置的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，由于組成裝置的靈活性大，故設(shè)計(jì)和制造周期大為縮短。
第二節(jié) 液壓集成塊設(shè)計(jì)
一 液壓集成塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1 設(shè)計(jì)原則
（1）塊體內(nèi)油路通道應(yīng)盡量簡(jiǎn)捷，盡量減少深孔、斜孔和工藝孔。
（2）對(duì)于有垂直或水平安裝要求的元件，必須按其安裝要求設(shè)計(jì)集成塊。
（3）集成塊體的外形尺寸，應(yīng)根據(jù)所安裝元件的外形尺寸，并保證塊體內(nèi)油道孔的最小允許壁厚，力求結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。
（4）要把工作中需要經(jīng)常調(diào)整的元件(如隘流閥、調(diào)速閥等)，安裝在便于操作和觀察的位置上。
（5）塊體上要設(shè)置足夠數(shù)量的測(cè)壓點(diǎn)，以便在作其功能、耐壓等調(diào)試試驗(yàn)時(shí)使用。
（6）集成塊與外界連接的油口，如連接液壓泵的油口、通油箱的回油口、通各種傳感器的油口等，要留有安裝法蘭盤和管接頭的足夠空間。
（7）對(duì)于重30kg以上的集成塊，應(yīng)設(shè)置起吊螺釘孔。
（8）考慮鉆頭剛性及加工偏移，深孔流道的孔深與孔徑之比，一般不大于10。
（9）兩邊對(duì)鉆的深孔，其交接處的過(guò)流斷面，必須不小于其中—個(gè)孔的橫斷面積。
二 集成塊初步設(shè)計(jì)
液壓集成塊的設(shè)計(jì)過(guò)程可以分為裝配關(guān)系設(shè)計(jì)和連通關(guān)系設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。設(shè)計(jì)的初始條件即連通要求是從原理圖得到的。裝配關(guān)系設(shè)計(jì)即液壓元件布局(Layout)設(shè)計(jì)，它是確定閥塊體的總體尺寸、液壓閥的安裝面/安裝位置/安裝角度、公共油口/管接口/控制油口以及其它特殊油口的設(shè)計(jì)過(guò)程。
（一） 繪制集成塊的單元回路圖
將液壓系統(tǒng)圖分解，并繪制成圖5.3所示的集成塊單元回路圖，圖中示出集成塊的數(shù)量，以及閥之間的油路連通情況，在其三個(gè)側(cè)面安裝板式控制元件數(shù)一般為三個(gè)，當(dāng)多于三個(gè)時(shí)，可以采用過(guò)渡板的形式。在該液壓系統(tǒng)中，系統(tǒng)的空載遠(yuǎn)行時(shí)，用了一個(gè)電磁換向閥和一個(gè)溢流閥，將它們放在一個(gè)集成塊上，壓裝液壓回路上的閥，放到一個(gè)塊上；將提升液壓缸的五個(gè)閥分別放到兩個(gè)塊上，夾軌液壓回路上的閥放在相同一個(gè)塊上（圖5.4）。
圖5.4
（二） 孔道的布置
1 孔道確定
查閱參考文獻(xiàn)[2]，找出所需要的各個(gè)液壓閥的油口位置尺寸和安裝尺寸，以便在集成塊上合理布置液壓元件和正確安排通右孔（如圖5.4）。
圖5.5
2 孔道關(guān)系
壓元件的布置應(yīng)以在集成塊上加工的孔最少為好，液壓元件在水平面上的孔道若與公共油孔相通，則應(yīng)盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d范圍內(nèi)（如圖5.5a.b）, 否則要鉆中間孔道（如圖5.5c）
圖5.5
三 集成塊設(shè)計(jì)
(一) 中間塊
按單元回路的通路要求在集成塊上鉆孔（如圖5.6）,在集成塊的三個(gè)側(cè)面安裝所需的板式控制元件,左側(cè)面安裝通往執(zhí)行元件的管接頭。鉆孔的布置要保證百分之百實(shí)現(xiàn)液壓原理圖的連通關(guān)系，盡量減少工藝孔數(shù)目，連通路徑長(zhǎng)度盡量短，否則孔道間很容易發(fā)生干涉，工藝孔數(shù)目多，甚至無(wú)法保證正確連通，此時(shí)需要調(diào)整布線順序或者重新進(jìn)行布局方案設(shè)計(jì)。布局方案為孔道連通創(chuàng)造初始條件，同時(shí)連通設(shè)計(jì)也對(duì)布局方案給出量化評(píng)價(jià)，為布局方案調(diào)改提供依據(jù)。液壓集成塊設(shè)計(jì)中，布局設(shè)計(jì)和布孔設(shè)計(jì)是相互影響、不可分割的兩個(gè)階段。設(shè)計(jì)的幾塊集成塊中，第一塊的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，因其上面只布置了兩個(gè)閥，其余的集成塊上孔道比第一塊的多。
圖5.6
（二） 底塊設(shè)計(jì)
通過(guò)它底塊將若干中間塊組件固定在油箱面板或其它機(jī)體上，并由它引進(jìn)壓力油和引出回油。因此底塊上的垂直壓油孔P為盲孔，通過(guò)橫孔將壓油孔P在底塊后側(cè)面引出，由管接頭與泵相關(guān)，回油孔直接通油箱。
（三） 頂蓋
頂蓋的作用是封閉主油路，連接集成塊，并在上面安裝壓力表以便測(cè)壓。
（四） 過(guò)渡板
在夾軌系統(tǒng)的回路中，四個(gè)閥安裝在一個(gè)集成塊上，為了避免閥的安裝螺孔或通油孔與集成塊的安裝螺紋孔相碰，采用過(guò)渡板，將相鄰的油路與過(guò)渡板的進(jìn)油孔P1、出油孔P2預(yù)先在過(guò)渡板上鉆通（如圖5.7）。然后把過(guò)渡板安裝在集成塊的前面（如圖5.8）。為避免相碰，過(guò)渡板的高度比集成塊的高度小2mm，過(guò)渡板的長(zhǎng)度超過(guò)集成塊的長(zhǎng)度。
圖5.7 圖 5.8
四 繪制集成塊的加工圖
1 繪制集成塊四個(gè)側(cè)面和頂面的視圖，如圖5.3所示。
圖5.6
2 根據(jù)各層孔道布局繪出各層剖視圖，如圖5.7所示。
圖5.7
3 為加工方便，將各孔編號(hào)列表，并注明孔徑、孔深和與之連通的空號(hào)，如圖5.8所示。
圖5.8 圖5.9
4 繪制集成塊裝配外型圖，集成塊上各閥安裝后的外形圖表示各閥的安裝位置和方向，如圖5.9所示。
5 尺寸標(biāo)注
尺寸標(biāo)注可以來(lái)用基面式、坐標(biāo)式兩種尺寸標(biāo)注方法中的一種。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的集成塊宜采用坐標(biāo)式，即在塊體上選一角（通常以主視圖左下角)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，以坐標(biāo)形式標(biāo)出各孔的中心坐標(biāo)，其安裝面上只用坐標(biāo)法標(biāo)出基準(zhǔn)螺釘孔的位置，其余相關(guān)的尺寸以基準(zhǔn)螺釘孔為基準(zhǔn)標(biāo)注。這樣，既便于實(shí)現(xiàn)CAD、CAM，也便手工繪圖，粘貼元件樣板圖樣(對(duì)所選元件，按其產(chǎn)品樣本，繪出它頂視圖輪廓尺寸和其底面上各蝕口位置尺寸的圖樣)和孔道位置。
6 材料選擇
材料選擇中，承受低壓的集成塊，一般選用球墨鑄鐵為好，因?yàn)樗目杉庸ば院?，尤其?duì)深孔加工有利。但鑄鐵塊的厚度不宜過(guò)大，因隨著厚度的增加，其內(nèi)部組織硫松的傾向較大，在壓力油的作用下易發(fā)生滲漏，故不適宜用于中、