載重汽車(chē)翻轉(zhuǎn)油缸的鎖緊裝置設(shè)計(jì)

1、重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）載重汽車(chē)翻轉(zhuǎn)油缸的鎖緊裝置設(shè)計(jì)學(xué) 生：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械電子工程重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二O一四年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityDesign of Truck Flipped Cylinders Locking DeviceUndergraduate: Supervisor: Major: Mechanical and Electronic EngineeringThe School of Mechanical Engineering of Chongqing UniversityJ

2、une 2014 目錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 背景11.2 研究的目的及意義113國(guó)內(nèi)液壓鎖緊裝置介紹21.3.1普通雙向液壓鎖緊裝置213 .2提高位置控制精度的液壓鎖緊裝置3133內(nèi)泄式集成液壓鎖緊裝置414國(guó)外液壓鎖介紹5141滾珠式液壓機(jī)械鎖制動(dòng)裝置5142可將活塞桿固定在某點(diǎn)位置的機(jī)械鎖裝置6143弓形液壓鎖裝置61.5 國(guó)內(nèi)液壓鎖緊裝置與國(guó)外液壓鎖緊裝置的差距71.6本論文主要研究工作82 自鎖式液壓缸的原理和結(jié)構(gòu)以及鎖緊力計(jì)算92.1碟簧式自鎖液壓缸原理92.2 液壓缸結(jié)構(gòu)圖102.3 自鎖液壓缸鎖緊部分鎖緊力的計(jì)算102.3.1 碟簧施加在壓套上的力113

3、 液壓缸鎖緊裝置的主要零件設(shè)計(jì)和計(jì)算133.1 碟形彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算133.1.1 碟形彈簧的特點(diǎn)與應(yīng)用133.1.2 彈簧的選型及計(jì)算133.2 導(dǎo)向套設(shè)計(jì)154 密封裝置的設(shè)計(jì)174.1 密封裝置的選擇與設(shè)計(jì)174.1.1活塞桿與缸體的密封設(shè)計(jì)174.1.2 鎖緊部分密封設(shè)計(jì)194.1.3防塵圈的選擇194.3 排氣裝置設(shè)計(jì)205 液壓控制回路及液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)225.1 液壓缸實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件及項(xiàng)目225.2 液壓控制回路及工作原理235.2.1 液壓泵的選用245.3.2 油箱245.4 試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)245.5 電氣控制設(shè)計(jì)255.5 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)265.5.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)265.5.2

4、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)276 結(jié)論30參考文獻(xiàn)31 摘 要在載重汽車(chē)中，翻轉(zhuǎn)油缸的鎖緊裝置尤為重要，因此常利用到自鎖液壓缸，通常要求它在運(yùn)動(dòng)停止時(shí)能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地承受外負(fù)載而無(wú)任何位移，即需要具有鎖緊定位功能、無(wú)“軟腿”現(xiàn)象。然而目前絕大多數(shù)載重汽車(chē)的翻轉(zhuǎn)油缸的鎖緊僅僅是依靠單向閥實(shí)現(xiàn)反向鎖緊，防止翻轉(zhuǎn)油缸在負(fù)重時(shí)回落，但在使用過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)單向閥失效的故障，造成嚴(yán)重的工程事故，所以十分有必要設(shè)計(jì)一種新的自鎖機(jī)構(gòu)，以避免工程中由于鎖緊問(wèn)題而造成的安全事故。本論文通過(guò)搜索自鎖液壓缸當(dāng)前最新的相關(guān)資料并查閱了各種與自鎖液壓缸有關(guān)的文獻(xiàn)，以自鎖液壓缸為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算、繪圖，設(shè)計(jì)了一種新型的鎖緊液壓

5、缸，即碟簧式鎖緊液壓缸，這種液壓缸即使單向閥發(fā)生損壞或液壓回路發(fā)生故障，仍然能在外部負(fù)載下在任意位置長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定的定位，避免了安全事故的發(fā)生。本論文首先介紹了國(guó)內(nèi)外液壓缸的生產(chǎn)和發(fā)展水平，分析了國(guó)內(nèi)外在液壓缸鎖緊研究上的差距，并提出了液壓缸自鎖的解決方案，然后分析了液壓缸自鎖的工作原理以及鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)，并對(duì)鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析和精確計(jì)算，接著闡述了自鎖機(jī)構(gòu)重要部件的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了必要的計(jì)算。除此之外，還對(duì)密封、排氣孔等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，為了驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的性能是否可靠，論文還設(shè)計(jì)了液壓試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)自鎖液壓缸各項(xiàng)性能經(jīng)行了測(cè)試。關(guān)鍵詞：載重汽車(chē)，翻轉(zhuǎn)油缸，自鎖式，碟簧ABSTRACT In the

6、truck, the flip cylinder locking device is particularly important, so often use to self-locking hydraulic cylinder, which usually requires a long time when the movement stops stable to withstand external loads without any displacement, which requires a locking positioning function , no soft legs phe

7、nomenon. However, the vast majority of truck flip lock cylinder realize just rely on one-way valve reverse lock, to prevent flipping down in the cylinder weight, but in the course, and sometimes there will be a one-way valve failure malfunction, causing serious engineering accidents, so very necessa

8、ry to design a new self-locking mechanism to prevent accidents due to engineering problems caused by locking. In this paper, self-locking hydraulic cylinder by searching the most current information and access to a variety of literature and self-locking hydraulic cylinder related to the self-locking

9、 hydraulic cylinder for the study, through the analysis, calculations, drawings, designs a new type of lock tight cylinder, i.e., the disc spring locking cylinder, the cylinder is damaged, or if the one-way valve the hydraulic circuit, a failure in a long time, a stable positioning in any position i

10、n the external load, to avoid accidents occur.This paper introduces the development of domestic production and the level of the hydraulic cylinder, the gap between domestic and analysis on the hydraulic cylinder lock studies and proposed self-locking hydraulic cylinder solution, and then analyzes th

11、e self-locking hydraulic cylinder works and a locking device structures, and the locking mechanism force analysis and accurate calculation, and then describes the design of an important component of self-locking mechanism and the necessary calculations. In addition, also on the seal, vent, etc. were

12、 designed. Finally, in order to verify the reliability of the performance of this design, the paper also designed a hydraulic test stand, self-locking hydraulic cylinder for the performance by the line tested. Key words：Truck，F(xiàn)lip cylinder，Self-locking，Disc spring1 緒論1.1 背景隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、高等級(jí)公路的大量修建，公

13、路貨運(yùn)的需求量也大幅增長(zhǎng)，重型車(chē)市場(chǎng)需求急速膨脹，其中尤其10t以上重型車(chē)運(yùn)用最為廣泛，中國(guó)物流成本占國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的比例接近20%，比日本和美國(guó)多一倍左右【1】。載貨車(chē)的需求與全社會(huì)固定資產(chǎn)投資規(guī)模增長(zhǎng)速度有較大的聯(lián)系。從長(zhǎng)期來(lái)看推動(dòng)載貨車(chē)行業(yè)增長(zhǎng)的因素仍然存在，主要是公路貨運(yùn)需求、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)投資。種種行業(yè)發(fā)展以及需求，重型車(chē)市場(chǎng)對(duì)高檔車(chē)的需求趨勢(shì)走強(qiáng)。承載能力強(qiáng)、大功率和駕駛舒適以及高安全性的重型汽車(chē)已逐漸成為業(yè)內(nèi)主力企業(yè)新產(chǎn)品的發(fā)展方向。 然而就安全性能而言，我國(guó)的重型汽車(chē)制造技術(shù)相對(duì)落后，目前絕大多數(shù)載重汽車(chē)的翻轉(zhuǎn)油缸的鎖緊僅僅是依靠單向閥實(shí)現(xiàn)反向鎖緊，防止翻轉(zhuǎn)缸在負(fù)重

14、下回落；但在使用過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)單向閥失效的故障，造成嚴(yán)重的工程事故，國(guó)產(chǎn)運(yùn)輸車(chē)已滿(mǎn)足不了日益發(fā)展的現(xiàn)代化物流運(yùn)輸?shù)男枰?。與其它車(chē)種相比，國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)、重點(diǎn)行業(yè)和部門(mén)對(duì)重型車(chē)需求量很大，要求很高，液壓缸的應(yīng)用就成了技術(shù)改進(jìn)的關(guān)鍵，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，液壓缸的產(chǎn)值約占液壓元件總產(chǎn)值的20，占有很大比重。其中在工程機(jī)械、礦山機(jī)械上的用量最大，其次是會(huì)屬切削機(jī)床、鍛壓機(jī)床、注塑機(jī)。此外，在船舶、飛機(jī)及其它自動(dòng)化設(shè)備裝置中也大量應(yīng)用。1.2 研究的目的及意義在載重汽車(chē)中，翻轉(zhuǎn)油缸的鎖緊裝置尤為重要，目前運(yùn)用最廣泛的就是自鎖液壓缸， 液壓缸是一種驅(qū)動(dòng)并承受大載荷的執(zhí)行元件，通常要求它在運(yùn)動(dòng)停止時(shí)能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)

15、定地承受外負(fù)載而無(wú)任何位移，即需要具有鎖緊定位功能、無(wú)“軟腿”現(xiàn)象2-4。例如，某機(jī)動(dòng)雷達(dá)天線(xiàn)座車(chē)的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，要求液壓缸在4 t載荷下每24 h的下沉量小于2 mm。實(shí)現(xiàn)液壓缸鎖緊定位功能的方法有兩個(gè)：一是采用液壓鎖定回路，即利用O型或M型三位換向閥、單向閥、液控單向閥、雙向液壓鎖等組成液壓鎖緊回路，實(shí)現(xiàn)單向或雙向鎖緊定位功能；二是采用機(jī)械鎖緊方法實(shí)現(xiàn)液壓缸的鎖緊定位功能。但是液壓鎖定回路因無(wú)法解決液壓缸不可避免存在的內(nèi)泄漏而產(chǎn)生的活塞滑移和穩(wěn)定性問(wèn)題，所以只能用于鎖緊定位要求不高的場(chǎng)合對(duì)于一些鎖緊定位要求較高的場(chǎng)合，特別是要求在載荷作用下長(zhǎng)期可靠鎖定的場(chǎng)合，就必須采用機(jī)械式鎖緊液壓缸。這

16、是一種特殊的液壓缸，采用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)活塞在外部載荷下在任意位置的長(zhǎng)時(shí)間、高精度的鎖緊定位，即可避免因液壓缸內(nèi)部泄漏而產(chǎn)生的活塞滑移，并且有的鎖定裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)單獨(dú)的鎖定、解鎖回路，簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了成本，得到了廣泛應(yīng)用目前液壓缸機(jī)械式鎖緊技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。因此，液壓鎖緊新技術(shù)的開(kāi)發(fā)更加重要。13國(guó)內(nèi)液壓鎖緊裝置介紹在冶金、煤礦等眾多機(jī)械領(lǐng)域，液壓設(shè)備為了使工作部件能在任意位置停留，以及在停止工作時(shí)，防止在外力或自重(液壓缸立放作用下發(fā)生移動(dòng)，需要將液壓缸鎖緊。目前國(guó)內(nèi)的鎖緊液壓缸結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，也很多，如采用O型或M型機(jī)能的三位換向閥實(shí)現(xiàn)鎖緊的回路。在這種回路中的換向閥處于中位時(shí)，液

17、壓缸的進(jìn)出油口均被封閉，故可將活塞桿鎖住。這里就不一一列舉，下面簡(jiǎn)單介紹兩種國(guó)內(nèi)常用液壓鎖。1.3.1普通雙向液壓鎖緊裝置 普通的雙向液壓鎖結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。A、B為液壓缸的兩個(gè)工作口，C、D為連接系統(tǒng)的兩個(gè)工作口。當(dāng)C口進(jìn)液壓油時(shí)，有壓力的油推開(kāi)錐閥進(jìn)入A口，同時(shí)推動(dòng)控制活塞向右，頂開(kāi)右邊的錐閥，使，使B口的油液從D口流出；當(dāng)壓力油從D端進(jìn)入時(shí)上述動(dòng)作相反。當(dāng)C、D倆口都不進(jìn)壓力油時(shí)，則兩側(cè)錐閥關(guān)閉，封死油缸兩腔油液，活塞被鎖緊，液壓執(zhí)行元件停留在固定位置。如：可使采煤機(jī)的搖臂保持在某一固定的高度，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)截煤、裝煤。1調(diào)節(jié)堵頭2彈簧3控制活塞4閥殼5錐閥6閥座圖1.1 普通雙向液壓鎖這

18、種液壓鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。但是在一般情況下，油缸的進(jìn)油腔會(huì)產(chǎn)生短時(shí)的“負(fù)壓效應(yīng)”，容易引起閥芯沖擊閥體，動(dòng)態(tài)性能差，控制位置的保持性能因泄露而變差。 如圖1.2就是國(guó)內(nèi)某液壓廠生產(chǎn)的YS6型雙向液壓鎖，常應(yīng)用于汽車(chē)液壓起重機(jī)和液壓高空作業(yè)車(chē)液壓系統(tǒng)中。在支腿下放時(shí)，這種液壓鎖能防止因油液泄露而造成的支腿自行收縮，但可靠性還不夠高。圖1.213 .2提高位置控制精度的液壓鎖緊裝置 如圖1.3結(jié)構(gòu)所示，該液壓鎖閥在反向逆止，液控流通的原理基本與液控單向閥相同。正向?qū)〞r(shí)，油液由正向油口b進(jìn)入，同時(shí)壓力油由閥體2通孔a流至壓緊活塞5底部，由于壓緊活塞的面積稍大于正向油口面積。再加上彈簧6的附加推力

19、，球閥4能可靠地將正向液流封住。當(dāng)正向開(kāi)啟時(shí)，接通液壓油，由控制活塞3講鋼球頂開(kāi)。因壓緊活塞與正向油口面積差較小，正向液壓阻力很小，控制活塞推力主要克服彈簧力，即可將閥芯開(kāi)啟。該液壓鎖閥的正反向開(kāi)啟和封鎖都能可靠地實(shí)現(xiàn)。1襯套；2閥體；3控制活塞；4鋼球；5壓緊活塞：6彈簧圖1.3 提高位置控制精度的液壓鎖該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是較普通液控單向閥增加了一個(gè)橫向孔，其他增加的結(jié)構(gòu)及安裝本身都比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用壓差原理實(shí)現(xiàn)可靠密封，控鐿簡(jiǎn)單。該鎖闊的丌發(fā)與采用對(duì)位置精度要求很高的液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)提供了較可靠的保障元件，可形成位置控制精度較高的液壓鎖。133內(nèi)泄式集成液壓鎖緊裝置內(nèi)泄式集成液壓鎖如圖1.45所示，假設(shè)

20、左側(cè)閥口P為進(jìn)油口，在壓力油的作用下，上面液壓鎖的單向閥6打開(kāi)，壓力油進(jìn)入油缸的A腔，與此同時(shí)，油缸B腔回油還將作用于下面那個(gè)安全閥的內(nèi)閥套8，并打開(kāi)下面液壓鎖的安全閥，實(shí)現(xiàn)油缸的回油。當(dāng)液壓缸的活塞桿(通常和工作件連接)由于自重而加速下落時(shí)，油缸的進(jìn)油腔A腔的壓力也隨之下降，這樣一來(lái)，使下面安全閥開(kāi)啟的壓力也降低了，閥的丌啟量將縮小，起到節(jié)流作用，油缸回油速度減慢，當(dāng)活塞桿下落速度變慢后，油缸的進(jìn)油腔壓力又開(kāi)始上升，導(dǎo)致下面的安全閥開(kāi)啟量增大，油缸進(jìn)油。下面的安全閥的開(kāi)啟量是一個(gè)負(fù)反饋，它形成的短時(shí)變化的回油壓力和進(jìn)油壓力與安全閥的調(diào)定壓力始終在作比較運(yùn)算，從而達(dá)到了一個(gè)隨動(dòng)的過(guò)程。 1內(nèi)閩

21、套；2外閥套；3閥體；4大彈簧5小彈簧；6單向閥；7單向閥；8內(nèi)閥套圖1.4 內(nèi)泄式集成液壓鎖與普通液壓鎖比較，該液壓鎖既具有單向閥的作用，又具有安全閥的作用，是一個(gè)多功能集成液壓鎖。其性能相對(duì)更可靠、穩(wěn)定，脈動(dòng)和沖擊也更小。但依然是靠封堵油口的方式來(lái)鎖緊液壓缸，沒(méi)有從根本上改變鎖緊方式，在油路出現(xiàn)故障時(shí)，不能從根本上解決問(wèn)題，且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，維修不方便。14國(guó)外液壓鎖介紹近年來(lái)，國(guó)外設(shè)計(jì)人員對(duì)液壓缸進(jìn)行了廣泛的理論和試驗(yàn)研究，并在此基礎(chǔ)上推出了具有良好性能的新結(jié)構(gòu)液壓缸，如帶行程測(cè)量的液壓缸，可承受高壓的液壓缸，能在固定位置鎖緊活塞桿的液壓缸等等。下面介紹幾種國(guó)外最近推出的新結(jié)構(gòu)液壓缸液壓機(jī)

22、械鎖緊裝置6-9。141滾珠式液壓機(jī)械鎖制動(dòng)裝置如圖1.5所示滾珠式液壓機(jī)械鎖制動(dòng)裝置，Miller Fluid Power Corp公司(美國(guó))已獲得專(zhuān)利，其可靠性較高。在活塞桿12的尾部固定有活塞10和臺(tái)階形套筒9。套筒內(nèi)有止口8和徑向錐形槽6，以及置于其內(nèi)的滾珠7。當(dāng)活塞左移時(shí)，套筒開(kāi)始進(jìn)入蓋2的止口5內(nèi)，而彈簧壓緊的制動(dòng)器3的凸肩則進(jìn)入套筒的止口8內(nèi)，直至接觸突出的滾珠7。進(jìn)而制動(dòng)器和套筒一起位移，并壓縮彈簧1，直至滾珠進(jìn)入槽4內(nèi)，從而將活塞桿12固定。當(dāng)壓力油供入液壓缸的活塞腔內(nèi)時(shí)，制動(dòng)器3便脫開(kāi)活塞10，并壓縮彈簧1將滾珠7松開(kāi)。 1、11彈簧 2蓋 3制動(dòng)器 4 槽 5、8止口6

23、徑向錐形槽 7滾珠 9臺(tái)階形套筒 10活塞 12活塞桿圖1.5 滾珠式液壓機(jī)械鎖制動(dòng)裝置142可將活塞桿固定在某點(diǎn)位置的機(jī)械鎖裝置如圖1.6所示裝置(法國(guó))，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。它可用于將液壓缸活塞桿固定在行程長(zhǎng)度的某點(diǎn)位置，并保持在此位置上。在帶間隙的活塞1的活塞桿13上，裝有聚合物材料制的襯套8和帶切口的薄壁金屬套6。沿襯套8的蹲端設(shè)置墊圈3、4和l l、12，且其錐端面彼此相對(duì)，并設(shè)有彈性材料制的密封圈5和10。壓力油或空氣可通過(guò)活塞桿13內(nèi)的通道14和9供入腔7內(nèi)。此時(shí)，帶切口的薄壁襯套6將壓向缸體2的內(nèi)壁，并將活塞桿可靠固定。1活塞 2缸體 3、4、11、12墊圈 5、10密封圈 6

24、薄壁金屬套 7腔8襯套9、14內(nèi)通道13活塞桿1 圖1.6 可將活塞桿固定在某點(diǎn)位置的機(jī)械鎖裝置143弓形液壓鎖裝置如圖1.7所示弓形液壓機(jī)械制動(dòng)裝置，可用于可靠固定完全伸出液壓缸的活塞桿。在活塞桿5上做有環(huán)形槽，而在液壓缸的蓋l內(nèi)做有止口，其內(nèi)部順次安弓形件2、組合式定位套筒3和彈簧4.在活塞行程終了時(shí)，活塞桿5伸出時(shí)彈簧4將套筒3左移，并壓緊弓形件，從而保證活塞桿的可靠制動(dòng)。當(dāng)壓力油供入液壓缸的活塞桿腔內(nèi)時(shí)，套筒3將客服彈簧力而右移至頂部，從而將弓形件和活塞桿松開(kāi)。1液壓缸蓋 2弓形件3定位套筒4彈簧5活塞桿 圖1.7 弓形液壓鎖裝置1.5 國(guó)內(nèi)液壓鎖緊裝置與國(guó)外液壓鎖緊裝置的差距液壓鎖在

25、國(guó)外已經(jīng)有了相當(dāng)豐富的產(chǎn)品，應(yīng)用的方法也各有不同，從國(guó)外產(chǎn)品的的產(chǎn)品介紹可以看到這些產(chǎn)品的部分結(jié)構(gòu)原理，但相關(guān)的研究資料卻非常少。國(guó)內(nèi)也有部分公司生產(chǎn)液壓鎖，但應(yīng)用的原理卻和國(guó)外差距非常大，精度、可靠性登性能也相差很遠(yuǎn)，這可能與國(guó)內(nèi)的需求和技術(shù)現(xiàn)狀有很大關(guān)系。如圖所示CLL自鎖液壓缸是國(guó)內(nèi)某公司引進(jìn)技術(shù)仿國(guó)外產(chǎn)品的一種自鎖液壓缸。這種液壓缸性能和特點(diǎn)如下：a單作用，負(fù)載回縮b.螺母自鎖c.特別符合材料涂層使耐腐蝕能力更強(qiáng)，而且使得操作摩擦力更小d可經(jīng)受的偏載荷達(dá)液壓缸額定承受能力的5%從上面介紹的國(guó)內(nèi)外液壓鎖的對(duì)比來(lái)看，我們能明顯的感覺(jué)到，技術(shù)含量和解決問(wèn)題的方式存在很大的差別。除了上面講到的

26、原因以外，這跟液壓鎖應(yīng)用的場(chǎng)合也有關(guān)，在某些地方，對(duì)精度要求不是很高，通過(guò)普通液壓鎖(靠壓力油鎖緊的方式)就能解決問(wèn)題，但在軍用和航空等高精度、可靠性的特殊領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的表現(xiàn)是如此的蒼白，需求都是從國(guó)外進(jìn)口，受限制于別人。具體差距體現(xiàn)在：1鎖緊方式國(guó)內(nèi)液壓鎖主要是依靠封堵壓力油的方式束鎖緊液壓缸，易泄漏，發(fā)生“負(fù)壓效應(yīng)”和“軟腿現(xiàn)象”，雖然有很多改進(jìn)的產(chǎn)品，但都沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題，國(guó)外液壓鎖采用自身的鎖緊裝置來(lái)鎖緊活塞桿。2精度和可靠性國(guó)內(nèi)液壓鎖在長(zhǎng)時(shí)間保持某個(gè)位置時(shí)，由于壓力油泄漏等問(wèn)題，精度往往達(dá)不到要求，在發(fā)生油路故障時(shí)，精度和可靠性就更沒(méi)有保證了。但國(guó)外液壓鎖通過(guò)自身的鎖緊裝置來(lái)鎖

27、緊活塞桿，壓力油在這方面對(duì)其影響不大，故能保證高精度和高的可靠性。3油路簡(jiǎn)化國(guó)內(nèi)液壓鎖往往都需要單向閥、換向閥等多個(gè)輔助元件配合來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖緊回路，這些元件的使用使整個(gè)裝置占用空間大，同時(shí)，油路多了，容易泄漏，且維修不便。自鎖式液壓缸則較好的解決這方面的問(wèn)題，易于簡(jiǎn)化系統(tǒng)。4。應(yīng)用場(chǎng)合這是本文設(shè)計(jì)自鎖式液壓缸的關(guān)鍵，上面已經(jīng)提到，在軍事、航空等特殊領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)液壓缸的精度和安全性達(dá)不到其性能要求，只能從國(guó)外進(jìn)口。自鎖式液壓缸正是參照這些領(lǐng)域的要求來(lái)設(shè)計(jì)。同時(shí)，在其他地方使用則可以簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。1.6本論文主要研究工作 基于上述的分析、研究，本論文設(shè)計(jì)一種新型的自鎖式液壓缸，即錐環(huán)碟簧

28、式自鎖液壓缸，這種液壓缸依靠自身的鎖緊裝置來(lái)鎖緊活塞桿，能達(dá)到高的工作位置精度，長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)而無(wú)任何位移變化，適用于重型運(yùn)輸工業(yè)，也可以用在軍用、航空等特殊領(lǐng)域。同時(shí)也可以應(yīng)用在其他的工程領(lǐng)域，如道路清掃車(chē)、采煤機(jī)等，在這些場(chǎng)合使用可以簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。本論文主要研究工作： 1.詳細(xì)了解國(guó)內(nèi)的液壓缸生產(chǎn)和發(fā)展水平，國(guó)外在這方面的先進(jìn)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)，提出了液壓缸自鎖的解決方案。 2.研究了液壓缸的各種鎖緊裝置及密封特性，對(duì)液壓缸的鎖緊裝置進(jìn)行了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，即錐環(huán)碟簧式自鎖液壓缸。該缸在漏油或單向閥損壞的情況下，都能通過(guò)自身鎖塊卡死活塞桿，防止了載重汽車(chē)中安全事故的發(fā)生。 3.根據(jù)載荷和

29、工作條件，通過(guò)受力分析，確定了該鎖緊裝置的鎖緊力，并通過(guò)計(jì)算選型選擇了碟簧的種類(lèi)，組合方式以及片數(shù)。 4.運(yùn)用CAD繪制了全套錐環(huán)碟簧式自鎖液壓缸的圖紙。 5.為了提高液壓缸的性能和精度，還仔細(xì)研究了各部位密封裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)還設(shè)置了排氣孔，以防止雜質(zhì)進(jìn)入缸內(nèi)。2 自鎖式液壓缸的原理和結(jié)構(gòu)以及鎖緊力計(jì)算錐環(huán)碟簧式鎖緊液壓缸是一種新型的鎖緊液壓缸，該缸利用了機(jī)械鎖緊與液壓鎖緊相結(jié)合，當(dāng)液壓元件單向閥損壞或液壓回路發(fā)生故障，碟簧式液壓缸依然能夠利用碟簧部分通過(guò)一系列的力傳遞，死死的卡緊活塞，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間精確的定位，而鎖緊力是其關(guān)鍵的參數(shù)之一，鎖緊力的大小直接影響到液壓缸的工作性能，因此需要綜

30、合考慮各種因素，對(duì)鎖緊力進(jìn)行計(jì)算。2.1碟簧式自鎖液壓缸原理原理簡(jiǎn)圖如圖所示。1鎖緊器活塞2壓套3開(kāi)口鎖緊套4碟型彈簧5調(diào)整墊片 6油口7活塞桿8高壓油孔 圖2.1自鎖液壓缸原理圖工作原理：錐面碟簧式鎖緊缸如圖所示。當(dāng)高壓油孔未通人高壓油時(shí)，在碟簧4彈簧壓力作用下，壓套2向左移動(dòng)，通過(guò)錐面緊緊將開(kāi)口鎖緊套3壓緊在活塞桿7上，從而鎖緊活塞桿；當(dāng)高壓油孔通人高壓油時(shí)，高壓油推動(dòng)鎖緊器活塞右移，推動(dòng)壓套2右移，碟簧4被壓縮，壓套2施加在開(kāi)口鎖緊套3的壓力被解除，鎖緊套3夾緊活塞桿的力也被解除，這時(shí)活塞桿處于解鎖狀態(tài)，在從油口6或活塞右側(cè)油口進(jìn)人壓力油的作用下，活塞桿可以向右或向左自由移動(dòng)。鎖緊力的大

31、小可以通過(guò)改變調(diào)整墊片5的厚度來(lái)調(diào)節(jié)。這種結(jié)構(gòu)形式，活塞所受鎖緊力比較均勻，夾緊可靠，但結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜。顯然，自鎖式液壓缸在工作的端位能依靠自身鎖緊裝置鎖緊缸的活塞桿，而且在斷油或漏油的情況下，依然能保持活塞桿位置不變，可靠性好。通過(guò)良好的設(shè)計(jì)，精度也能達(dá)到很高的要求。2.2 液壓缸結(jié)構(gòu)圖 該自鎖式液壓缸不同于普通液壓缸，缸筒內(nèi)部構(gòu)造比較復(fù)雜，缸筒內(nèi)壁有臺(tái)階，即內(nèi)徑是變化的，液壓缸的左腔大于右腔，這是由于缸筒的左腔裝有定位筒、內(nèi)套筒和彈簧等元件，缸筒內(nèi)的定位筒起定位鎖塊的作用，鎖桿活塞和帶桿活塞都可以左右運(yùn)動(dòng)。帶桿活塞的圓錐形和階梯形結(jié)構(gòu)，以及右缸蓋的倒錐角結(jié)構(gòu)，起緩沖作用。根據(jù)應(yīng)用要求設(shè)計(jì)，可

32、使得液壓缸通過(guò)自身鎖塊完成鎖緊活塞桿的功能，保持位置精度不變。液壓缸結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示：1調(diào)整墊片2壓緊密封3支承套4U型密封5缸體6活塞7缸底座8缸蓋9導(dǎo)向套10鎖緊器活塞11填料密封12開(kāi)口鎖緊套13壓套14碟簧圖2.2 裝配圖經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)，本裝置采用了碟簧式的鎖緊方式，缸蓋與鎖緊裝置采用螺紋連接的方式裝配，組成了碟簧式自鎖液壓缸，即使在單向閥損壞或液壓回路失效的情況下依然能夠精確的長(zhǎng)時(shí)間定位鎖緊，以避免安全事故的發(fā)生。2.3 自鎖液壓缸鎖緊部分鎖緊力的計(jì)算錐環(huán)碟簧式液壓缸是一種新型的鎖緊液壓缸。鎖緊力是其關(guān)鍵參數(shù)之一，該力的大小影響液壓缸的工作性能，因此必須綜合考慮彈簧、鎖緊套、活塞

33、桿的材料、尺寸、鎖緊套與活塞桿的間隙、碟簧的壓縮量等因素對(duì)液壓缸的自鎖鎖緊力進(jìn)行細(xì)致研究。本自鎖液壓缸的參數(shù)如下：翻轉(zhuǎn)油缸工作參數(shù)：由翻轉(zhuǎn)油缸（包括缸體、底座，支座）和手動(dòng)泵組成。油缸規(guī)格：5035480浮動(dòng)行程：80mm（總行程480）額定壓力：25MPa；舉升次數(shù)：3000次；手動(dòng)泵最大壓力31.5MPa流量：5mL/次；要求：制動(dòng)力F1.2T錐環(huán)碟簧式鎖緊缸鎖緊力學(xué)模型如圖所示，其鎖緊力計(jì)算分析10如下。圖2.3 錐環(huán)碟簧式鎖緊缸鎖緊力學(xué)模型2.3.1 碟簧施加在壓套上的力 當(dāng)?shù)商幱趬嚎s狀態(tài)時(shí)，碟簧施加在給壓套的力 F1 = kx式中，k為碟簧的彈性系數(shù)，x為碟簧壓縮形變量。由上述公式

34、可得設(shè)彈簧彈力：F1 壓套施加給開(kāi)口鎖緊套的力：F3=0.5F1sin(2)開(kāi)口鎖緊套錐形角，約25度壓套施加給開(kāi)口鎖緊套垂直活塞桿軸線(xiàn)方向的正壓力：P2=D開(kāi)口鎖緊套平均外徑，65mmL1鎖緊開(kāi)口鎖緊套長(zhǎng)度，30mm液壓缸鎖緊力：P1=F0設(shè)計(jì)鎖緊力，12kNd活塞桿公稱(chēng)外徑，35mmL2鎖緊活塞桿長(zhǎng)度，30mmf 開(kāi)口鎖緊套與活塞桿的摩擦系數(shù)，0.2考慮到加工誤差，環(huán)境變化和摩擦特性等不穩(wěn)定因素，需加入一個(gè)鎖緊安全系數(shù)：n=1.52.5所以 F=nF0=1.512kN=18kN（n=1.5）P1=P2=由以上兩式，得：F3=167.1kN所以F1=436.37kN然后根據(jù)此力就能對(duì)碟形彈簧

35、進(jìn)行選型計(jì)算，下一章將會(huì)提到。3 液壓缸鎖緊裝置的主要零件設(shè)計(jì)和計(jì)算3.1 碟形彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1 碟形彈簧的特點(diǎn)與應(yīng)用碟形彈簧是用鋼板、鋼帶或者剛才鍛造胚料加工成碟狀的彈簧，簡(jiǎn)稱(chēng)碟簧。碟形彈簧的特點(diǎn)是11：1）剛度大，緩沖吸振能力強(qiáng)，能以小變形承受大載荷，適合于軸向空間要求小的場(chǎng)合。2）具有變剛度特性，可通過(guò)適當(dāng)選擇碟形彈簧的壓平時(shí)變形量h和厚度t之比，得到不同的特性曲線(xiàn)。其特性曲線(xiàn)可以呈直線(xiàn)形、漸增形、漸減形或是它們的組合，這種彈簧具有很廣范圍的非線(xiàn)性特性。3）用同樣的碟形彈簧采用不同的組合方式，能使彈簧特性在很大范圍內(nèi)變化?？刹捎脤?duì)合、疊合的組合方式，也可采用復(fù)合不同厚度、不同片數(shù)等

36、的組合方式。當(dāng)疊合時(shí)，相對(duì)于同一變形，彈簧數(shù)越多則載荷越大。當(dāng)對(duì)合時(shí)，對(duì)于同一載荷，彈簧數(shù)越多則變形越大。碟形彈簧在機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣，在很大范圍內(nèi)，碟形彈簧正在取代圓柱螺旋彈簧。常用于重型機(jī)械(如壓力機(jī))和大炮、飛機(jī)等武器中，作為強(qiáng)力緩沖和減振彈簧，用作于汽車(chē)和拖拉機(jī)離合器及安全閥或減壓閥中的壓緊彈簧，以及用作機(jī)動(dòng)器的儲(chǔ)能元件，講機(jī)械能轉(zhuǎn)換成變形能儲(chǔ)存起來(lái)。但是，碟形彈簧的高度和板厚在制造中如出現(xiàn)即使不大的誤差，其特性也會(huì)有較大的偏差。因此這種彈簧需要由高的制造精度來(lái)保證載荷偏差在允許范圍內(nèi)。和其他彈簧相比，這是它的缺點(diǎn)。3.1.2 彈簧的選型及計(jì)算碟形彈簧的材料應(yīng)具有高的彈性極限、屈

37、服極限、耐沖擊性能和足夠大的塑性變形性能。目前我國(guó)常用60Si2Mn和50Cr或則力學(xué)性能符合要求的彈簧鋼熱軋鋼板盒鍛造胚料制造，本論文采用的材料為60Si2Mn。使用單片碟形彈簧時(shí)，由于變形和載荷值往往不能滿(mǎn)足要求，故常用若干碟形彈簧以不同形式組合，以滿(mǎn)足不同的使用要求。碟形彈簧典型的組合形式如下表。表3.1 組合碟形彈簧型式與計(jì)算公式根據(jù)以上分析，進(jìn)行彈簧的選型計(jì)算：表3.2 選擇碟簧系列及組合形式尺寸D(mm)d(mm)t(mm)h0(mm)H0(mm)P/Nf/mmII/MPaf=0.75h0A系列1125762.58.5438001.88-1130B系列1125743.27.2178

38、002.41090C系列1125733.96.9105002.931220壓平碟簧時(shí)的載荷：A系列D=112mm，Pc=式中 E=2.06105MPa=0.3K4=1，無(wú)支撐面C=1.96，則K1=0.686t=5mm，h0=2mm代入公式得Pc=56.82kN同理：算得B系列的Pc=21.55kN，C系列的Pc=11.08kN，因此才用BC系列將使用的碟簧數(shù)量比A系列多很多，所以采用A系列。采用疊合組合，P=55kN=55/56.82=0.97查單片碟簧特性線(xiàn)圖知，=0.4，=0.97時(shí)，=0.97f=0.95h0=0.972.5mm=2.425mm由8個(gè)碟簧疊合組合，未受載荷時(shí)的自由高度：

39、Hz= H0+(n-1)t=8.5+(8-1)6=50.5mm受440kN載荷作用時(shí)高度：H1= Hz-f=50.5-2.425mm=48.075mm碟簧壓平時(shí)，OM點(diǎn)的應(yīng)力：OM=-f=h0=2.5mmOM=-1508.02MPa，符合60Si2MnA的屈服點(diǎn)要求。3.2 導(dǎo)向套設(shè)計(jì)導(dǎo)向套卡在液壓缸的左缸筒內(nèi)，與做缸筒一起配合使用，用以對(duì)鎖桿活塞起導(dǎo)向、支承作用。同時(shí)，導(dǎo)向套的凹槽對(duì)鎖桿活塞起定位的作用，解鎖時(shí)，鎖桿活塞在液壓油的作用下，往左收縮，當(dāng)?shù)竭_(dá)導(dǎo)向套的時(shí)候，鎖桿活塞上的凸環(huán)部分卡在凹槽內(nèi)，阻止其進(jìn)一步往左收縮，避免鎖塊從內(nèi)套筒中被扯出來(lái)。導(dǎo)向套常用鑄造青銅及類(lèi)似的銅合金材料制造，當(dāng)

40、導(dǎo)向套用非耐磨材料制成時(shí)，其內(nèi)圓可裝聚四氟乙烯、尼龍?jiān)鰪?qiáng)玻纖等制成的導(dǎo)向環(huán)（或叫耐磨環(huán)）用以改善對(duì)活塞桿的導(dǎo)向工作性能。導(dǎo)向組件包括導(dǎo)向套座、導(dǎo)向環(huán)和密封等，它要求配合精度高，摩擦阻力小，能承受柱塞桿的壓力和沖擊。本導(dǎo)向套筒采用鑄鐵，與活塞桿間的密封用0型密封圈實(shí)現(xiàn)。在左缸蓋內(nèi)應(yīng)設(shè)置了防塵圈，以避免異物隨鎖桿活塞的運(yùn)動(dòng)帶入柱塞與導(dǎo)向套間，引起不良后果?，F(xiàn)存，人們常將導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)型式分為缸蓋式和插件式。缸蓋式特點(diǎn)：(1)摩擦極小。摩擦系數(shù)幾乎為10-6級(jí)：(2)利用液壓平衡支承剛性好、還能起到吸收振動(dòng)的效果；(3)導(dǎo)向套幾乎沒(méi)有磨損；(4)適當(dāng)調(diào)整進(jìn)油口節(jié)流量，可使活塞桿偏心率在理論上為零：(4

41、)制造復(fù)雜，需用專(zhuān)用的靜壓油路系統(tǒng)、用油清潔度高。插件式特點(diǎn)：(1)采用較為廣泛；(2)它多采用耐牌材料和鋼材制成：(3)裝導(dǎo)向耐磨環(huán)的，裝拆方便： (4)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、軸向尺寸、徑向尺寸比較大。比較兩種片案，考慮自鎖式液壓缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)成插件式導(dǎo)向套，但此導(dǎo)為非標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：圖3.1 導(dǎo)向環(huán)導(dǎo)向環(huán)是在導(dǎo)向套的溝槽內(nèi)套上一個(gè)活數(shù)個(gè)尼龍或聚四氟乙烯等合成樹(shù)脂材料的開(kāi)口環(huán)、以保持柱塞與缸筒的同軸度，并以承受柱塞的側(cè)向力。導(dǎo)向環(huán)主要起導(dǎo)向、支承作用、鎖桿活塞的密封主要由左缸蓋中的密封圈起作用。使用導(dǎo)向環(huán)的優(yōu)點(diǎn)：（1）不拉缸、低泄漏，導(dǎo)向環(huán)將活塞外緣與缸筒內(nèi)壁完全隔開(kāi)，無(wú)論“別勁”

42、現(xiàn)象多么嚴(yán)重，也不會(huì)發(fā)生“拉缸”，而且由于摩擦副同軸度較高，圓周四邊間隙比較均勻，故泄漏少；（2）低摩擦系數(shù)導(dǎo)向環(huán)的材料不同，對(duì)鋼制缸筒的摩擦系數(shù)也不同，但導(dǎo)向環(huán)均由低摩擦系數(shù)的材料制成，例如增強(qiáng)纖維摻石墨合成樹(shù)脂f=0.020.04；（3）拋光細(xì)化缸壁，保護(hù)密封件缸筒與活塞，因此，表面粗糙度越用越細(xì)，越用越好，被拋光下來(lái)的微小鐵屑嵌在導(dǎo)向環(huán)的軟表面內(nèi)，能保護(hù)密封件且可方便地清除；（4）更換方便，導(dǎo)向環(huán)均用耐磨材料制成，且為開(kāi)口狀，磨損后更換十分方便。在帶桿活塞和缸筒的密封中也用到了導(dǎo)向環(huán)。4 密封裝置的設(shè)計(jì)密封裝置的作用是用來(lái)阻止工作介質(zhì)的泄漏和阻止外界塵埃、污垢和異物的侵入。液壓系統(tǒng)或元件

43、中，工作介質(zhì)的內(nèi)泄漏，會(huì)迅速降低容積效率，惡化設(shè)備的技術(shù)性能，甚至使設(shè)備被迫停止工作；工作介質(zhì)的外泄漏，導(dǎo)致工作介質(zhì)的浪費(fèi)，污染環(huán)境，造成不安全因素，嚴(yán)重時(shí)可引起機(jī)械操作失靈及車(chē)間、設(shè)備、人身事故等。污染異物入侵系統(tǒng)中，會(huì)加劇運(yùn)動(dòng)副的磨損，會(huì)增加系統(tǒng)中的內(nèi)、外泄漏。有資料顯示，40左右的機(jī)械設(shè)備故障是由于密封失效引起的。因此合理設(shè)計(jì)液壓缸的密封結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的。4.1 密封裝置的選擇與設(shè)計(jì)一般情況下對(duì)液壓缸的密封要求主要有12-16：1)在一定的壓力作用下有良好的密封性能，并能適應(yīng)一定程度的壓力變化，其性能和泄漏量不受很大影響。2)密封元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其造成的摩擦阻力小并且阻力系數(shù)穩(wěn)定，以避免相

44、對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不均勻或產(chǎn)生卡死、爬行現(xiàn)象。3)密封件抗腐蝕、不易老化、工作壽命長(zhǎng)、耐磨性好并能夠在一定程度上自動(dòng)補(bǔ)償。本課題設(shè)計(jì)的自鎖式液壓缸密封部位主要有帶桿活塞與缸筒的密封、缸筒與緩沖缸蓋的密封等組成。4.1.1活塞桿與缸體的密封設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)資料，本人細(xì)致分析了解了有關(guān)活塞桿失效的問(wèn)題，其中一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題就是“背壓”的產(chǎn)生。在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的情況下16-20，密封依靠活塞桿和密封的接觸表面之間的流體膜中的彈性流體動(dòng)壓作用。此時(shí)，由于彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的存在，密封件或多或少會(huì)帶一些油膜出去，粘附在活塞桿表面。從密封效果角度來(lái)看，油膜越薄，密封效果會(huì)越好。但從密封件的摩擦磨損及使用壽命角度

45、來(lái)看，一定厚度的油膜潤(rùn)滑，能降低摩擦力和減少磨損，提高密封件的使用壽命。所以，活塞桿密封問(wèn)題，實(shí)際上是密封和摩擦磨損及潤(rùn)滑的矛盾，僅使用一個(gè)密封元件，很難同時(shí)達(dá)到零泄漏和低摩擦的要求。將兩個(gè)密封件串聯(lián)起來(lái)使用是解決這一矛盾的最常用方法。如圖所示： 圖4.1密封件受到的背壓 當(dāng)兩個(gè)密封件前后串聯(lián)安裝時(shí)，被活塞桿從油腔中拉出的微油膜會(huì)在兩道密封之間的封閉區(qū)內(nèi)匯集形成油環(huán)，隨著活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，中間的空間逐漸的充滿(mǎn)液體，并且一旦被充滿(mǎn)，根據(jù)滑動(dòng)速度，中間空間壓力可變得很高，迫使密封分開(kāi)。同時(shí)，密封件摩擦力顯著增加。最后，活塞可能被卡住，密封件被從密封安裝槽罩?jǐn)D出，或是密封件破損、永久變形。因此把這

46、種壓力稱(chēng)之為“背壓。解決問(wèn)題的較好方法之一是采用非對(duì)稱(chēng)型附溝槽Y形密封圈。這是一種新型的密封圈，該非對(duì)稱(chēng)型附溝槽Y形密封圈以其自身的特點(diǎn)防止“背壓”。該密封圈機(jī)構(gòu)特點(diǎn)如下圖所示。 圖4.2 非對(duì)稱(chēng)型附溝槽U形密封圈其性能特點(diǎn)21：1）該密封圈正是為了防止背壓，而加工了“溝槽， 特別適用于活塞，當(dāng)活塞密封圈在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的情況下，集聚在兩密封圈之間的油液就會(huì)通過(guò)溝槽流出。2)選用這種非對(duì)稱(chēng)型，不僅能夠提高密封性能，而且還能夠降低最低工作壓力及改良滯塞性能。3)不易發(fā)生因溫度而導(dǎo)致密封圈尺寸變化等問(wèn)題。4) 由于非滑動(dòng)側(cè)的密封圈高度比滑動(dòng)側(cè)高，所以固定性較好。此外，性能好的密封還涉及到摩擦力的問(wèn)題，必

47、須降低摩擦力，以及動(dòng)靜摩擦系數(shù)的差值。液壓缸的起動(dòng)壓力既表示無(wú)負(fù)荷狀態(tài)下起動(dòng)時(shí)的摩擦阻力又表示動(dòng)作中的滑動(dòng)阻力，而影響油缸無(wú)負(fù)載時(shí)的最低動(dòng)作壓力主要有密封件形狀與密封件部位的構(gòu)造，加工精度以及裝配質(zhì)量等因素。目前，液壓缸常用的降低摩擦方法有采用雙列唇形填充聚四氟乙烯組合密封。 如圖4.3所示，它由填充聚四氟乙烯S滑環(huán)(斯特封)和提供動(dòng)力的0型圈組成。從所查閱的文獻(xiàn)看，采用雙列唇形填充聚四氟乙烯組合密封圈作活塞桿的動(dòng)密封效果較理想。S滑環(huán)具有刀鏟狀的密封邊，密封面很短，可以降低摩擦引起的溫升，而且能很好地防止活塞桿帶出油膜。它不但密封效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、起動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)粘附傾向，而且抗污染能力強(qiáng)，壽命

48、也長(zhǎng)。圖4.3 組合密封結(jié)構(gòu)考慮到自鎖式液壓缸使用情況及負(fù)載大小。本課題借鑒伺服油缸的降低摩擦力的方法，降低液壓缸的摩擦力以及動(dòng)靜摩擦力的差值，從而提自鎖式液壓缸的控制性能與運(yùn)行效率。液壓缸缸體與活塞桿結(jié)構(gòu)最終采用O型與U型密封相結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和安裝如圖4.4所示。1調(diào)整墊圈2O型密封3支承套4U型密封圖4.4活塞部分密封設(shè)計(jì)圖4.1.2 鎖緊部分密封設(shè)計(jì)鎖緊部分僅僅涉及到閥的運(yùn)動(dòng)，因此選用O型密封圈即可滿(mǎn)足要求4.1.3防塵圈的選擇自鎖式液壓缸使用在軍用等領(lǐng)域外，在我國(guó)自己設(shè)計(jì)的道路清掃機(jī)上也應(yīng)用了功能相近的液壓缸，當(dāng)清掃機(jī)停止作業(yè)時(shí)，依靠自鎖液壓缸把清潔工具收起來(lái)。顯然，它們應(yīng)用的

49、工作環(huán)境惡劣，灰塵、砂粒等常落在柱塞桿上，若將這些顆粒帶進(jìn)液壓缸，不僅會(huì)加劇零件的磨損、產(chǎn)生劃痕，而且會(huì)影響液壓系統(tǒng)的證常工作，使用DA22防塵罔(如圖)可以刮掉柱塞桿上的顆粒和其他污物。同時(shí)該液壓缸屬低壓工作系統(tǒng)，工作壓力在5MPa，由于Y形密封圈在可承受壓力范圍內(nèi)系統(tǒng)壓力越高，密封效果越好，所以在這樣的低壓力情況卜，為保證密封效果，防塵圈選用雙作用防塵密封圈：一個(gè)作用是刮掉污物；另一個(gè)作用是密封。適用于安裝在C型密封腔體內(nèi)起防塵和扶助密封作用。安裝溝槽和防塵圈尺寸如圖。圖4.5 防塵圈結(jié)構(gòu)和配合情況d=40mm，d密封腔體內(nèi)徑D=48mm，D密封腔體外徑L1=5mm，L1密封腔體軸向長(zhǎng)度表

50、4.1 安裝C型密封圈的防塵圈的尺寸和公差4.3 排氣裝置設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中混入空氣，或系統(tǒng)流動(dòng)油液中，因流速變化引起的壓力升降而發(fā)生“氣穴”產(chǎn)生大量的氣泡未能順利地排出，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工作質(zhì)量的下降。對(duì)液壓缸來(lái)說(shuō)，往往表現(xiàn)為運(yùn)行的爬行、顫動(dòng)及振動(dòng)。如果是飛機(jī)的方向舵、升降舵筒發(fā)生爬行，會(huì)造成飛機(jī)的顫動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)飛機(jī)運(yùn)行及旅客生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)中以外，還應(yīng)在本液壓缸中設(shè)置排氣裝置。排氣裝置的設(shè)置位置要合理。在自鎖液壓缸中，排氣裝置設(shè)在彈簧腔的上方，如圖所示。排氣裝置采用組合排氣塞結(jié)構(gòu)，有螺栓和鋼球組成，如圖4.6所示。排氣時(shí)，擰松螺栓該，鋼球

51、在壓力的推動(dòng)下，脫離密封，空氣從孔道排出，往復(fù)幾次后，擰緊螺栓塞就可以了。圖4.6排氣孔有了此排氣裝置，彈簧腔內(nèi)的壓強(qiáng)變化就不會(huì)影響到碟簧的工作，從而使得鎖緊裝置定位精度有所保障。5 液壓控制回路及液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)為了使自鎖式液壓缸的性能滿(mǎn)足工程中的需求，同時(shí)給該缸提供性能依據(jù)，設(shè)計(jì)了自鎖式液壓缸的液壓控制原理圖并設(shè)計(jì)了自鎖式液壓缸型式試驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)方案。該試驗(yàn)臺(tái)主要由液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)及試驗(yàn)臺(tái)架等部分組成。采用三菱FXIN系列的小型PLC，該系統(tǒng)具有精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便和擴(kuò)展靈活等特點(diǎn)。試驗(yàn)臺(tái)可通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制或由操作者手動(dòng)控制，各被測(cè)參數(shù)如壓力、流量、溫度等采用傳感器進(jìn)行檢測(cè)

52、。5.1 液壓缸實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件及項(xiàng)目根據(jù)液壓缸試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GBT15621995，液壓缸主要試驗(yàn)條件如下：油溫：4510。C：工作油壓：額定工作壓力16MPa，最高工作壓力32MPa，工作壓力：232MPa，連續(xù)可調(diào)，工作過(guò)程中壓力穩(wěn)定。表5.1 試驗(yàn)的主要試驗(yàn)項(xiàng)目與方法此外，測(cè)試內(nèi)容還包括：1) 試驗(yàn)臺(tái)油箱油溫的檢測(cè)；2）液壓缸進(jìn)油口流量、壓力、溫度的檢測(cè)；3）液壓缸出油口流量、壓力、溫度的檢測(cè)；4）測(cè)試泵進(jìn)油口壓力和流量，出油口壓力和流量，泵的轉(zhuǎn)速等。5.2 液壓控制回路及工作原理系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速后，無(wú)論采用何種油源形式都必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸兩腔。在本系統(tǒng)中，由于自鎖式液壓缸只

53、有上鎖和解鎖兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，沒(méi)有其他的較復(fù)雜要求，故選擇三位四通電磁換向閥就能滿(mǎn)足要求。自鎖式液壓缸液壓控制回路如下圖22-28所示。1自鎖液壓缸 2解鎖活塞 3、7換向閥 4、8、11單向閥5閥 6、7、13濾油器 9、14溢流閥 10手動(dòng)泵圖5.1 液壓原理圖在液壓泵供油以后，進(jìn)油路口設(shè)置一個(gè)溢流閥，設(shè)定一個(gè)系數(shù)，溢流閥12常開(kāi)，當(dāng)出現(xiàn)故障，壓力油從溢流12閥中流回油箱，保證系統(tǒng)的安全，同時(shí)，本回路還在油箱加了一個(gè)溢流閥，當(dāng)油箱油壓過(guò)高時(shí)，多余的油可從溢流閥流出，以保證油箱的安全，從而可以常時(shí)間穩(wěn)定的給系統(tǒng)提供液壓油，保證回路常時(shí)間正常運(yùn)行。換向閥則采用三位四通手動(dòng)換向閥，就可以實(shí)現(xiàn)活塞的伸

54、出和縮回，除此之外，本液壓回路還額外加了一個(gè)解鎖活塞2，以方便回路的解鎖。具體工作原理如下：1、 碟簧式自鎖液壓缸縮回過(guò)程：液壓泵12供油，經(jīng)過(guò)濾油器13，經(jīng)過(guò)單向閥11（防止變量泵液壓油回流），經(jīng)過(guò)手動(dòng)泵10，經(jīng)過(guò)單向閥8，經(jīng)過(guò)三位四通手動(dòng)換向閥7，右側(cè)接通，經(jīng)過(guò)濾油器，液壓油進(jìn)入帶桿活塞腔（活塞右側(cè)），帶動(dòng)活塞向左移動(dòng)（縮回），活塞左側(cè)液壓油流經(jīng)單向閥，這樣便鎖住。2、 碟簧式自鎖液壓缸活塞伸出過(guò)程：液壓泵12供油，經(jīng)過(guò)濾油器13，經(jīng)過(guò)單向閥11（防止變量泵液壓油回流），經(jīng)過(guò)變量手動(dòng)泵10，經(jīng)過(guò)單向閥8，經(jīng)過(guò)三位四通手動(dòng)換向閥7，左側(cè)接通，液壓油經(jīng)單向閥流入帶桿活塞腔左側(cè)，此時(shí)要想使活塞桿順利伸出，得利用液壓油打開(kāi)解鎖活塞，右側(cè)液壓油順利流回液壓缸。5.2.1 液壓泵的選用根據(jù)數(shù)據(jù)分析和查閱資料，比較不同液壓泵的性能，確定選手動(dòng)液壓泵。同時(shí)，泵的