液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)

1、液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造-總體部分設(shè)計(jì) 緒論1.1 靜力壓樁機(jī)的發(fā)展樁工機(jī)械是各種樁基礎(chǔ)工程的主要施工機(jī)械，按其工作原理可分為沖擊式、振動(dòng)式、靜壓式和成孔灌注式幾類。常用的有柴油錘、蒸汽錘及液壓錘、振動(dòng)錘、靜力壓樁機(jī)、各種鉆孔機(jī)以及與樁錘配套的各種打樁架等。由于這里不能上傳完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)（完整的應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、相關(guān)圖紙cad/proe、中英文文獻(xiàn)及翻譯等），此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容（目錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容）如需要其他資料的朋友，請(qǐng)加叩扣:2215891151 錘擊打樁是人類最早采用的樁基礎(chǔ)施工方法之一。墜錘是沖擊錘的原始形式，此后是蒸汽錘，目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的是柴油錘，液壓錘也在國內(nèi)外有

2、所應(yīng)用。振動(dòng)沉樁是利用高頻振動(dòng)，以高加速度振動(dòng)樁身，使樁身周圍的土體產(chǎn)生液化，減小樁側(cè)與土體間的摩擦力，然后靠振動(dòng)錘與樁體的自重將樁沉入土層中。自20 世紀(jì)70 年代中期，美國 mkt 公司首次在世界上研制成功第一臺(tái)液壓式振動(dòng)樁錘以來，便受到建筑界的重視并得以迅速發(fā)展，發(fā)達(dá)國家已普遍推廣使用液壓式振動(dòng)樁錘。液壓靜力壓樁是20世紀(jì)80年代興起的一種樁基礎(chǔ)施工新工藝?？v觀液壓靜力壓樁機(jī)的發(fā)展過程，大致可將其分為兩個(gè)階段：第一階段，從20世紀(jì)70年代后期到90年代中期，國內(nèi)先后研制了幾種壓樁機(jī)，并逐步形成系列產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。其中具有代表性的兩個(gè)系列產(chǎn)品是武漢市建筑工程機(jī)械廠生產(chǎn)的yzy 系列液壓靜力壓

3、樁機(jī)和利用中南大學(xué)智能機(jī)械研究所的專利技術(shù)生產(chǎn)的zyj系列液壓靜力壓樁機(jī)。在這個(gè)階段主要解決了這種樁機(jī)的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)、動(dòng)力配置和系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，滿足了靜壓樁的基本功能。但就整體來說，其主要特征是樁機(jī)壓樁力不大，實(shí)際使用的最大壓樁力不足4000kn，絕大部分的壓樁力為1 6002400kn；功能單一，主要應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制的截面尺寸為(300 mm×300 mm)(400mm×400mm)的鋼筋混凝土方樁(實(shí)心件)的正常中位壓樁，單樁設(shè)計(jì)承載力標(biāo)準(zhǔn)值在1400kn以 下 。而預(yù)應(yīng)力管樁和高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁主要是通過錘擊設(shè)備如柴油錘等進(jìn)行打入。進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期以后，液壓靜力

4、機(jī)進(jìn)入第二發(fā)展壓樁階段。由于1994第 1 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)年底在珠海利用液壓靜力壓樁機(jī)將直徑500 mm的預(yù)應(yīng)力管樁壓入強(qiáng)風(fēng)化巖獲得成功，實(shí)現(xiàn)了靜壓樁施工技術(shù)的歷史性突破，從此拓寬了靜壓樁的應(yīng)用范圍，一方面，實(shí)現(xiàn)了靜壓樁的單樁承載力向大噸位方向的快速發(fā)展，與此同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)大噸位樁機(jī)的需求不斷增大，而且要求越來越強(qiáng)烈；另一方面，由于施工范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)樁機(jī)功能的要求也日益增多，出現(xiàn)了工程施工中許多必須解決的實(shí)際問題。這個(gè)階段的樁機(jī)品種顯著增加，系列化不斷完善，生產(chǎn)廠家也急劇增多，至今在全國約有30個(gè)制造廠。其中湖南山河智能機(jī)械股份有限公司的生產(chǎn)能力最大，

5、2003年共生產(chǎn)125臺(tái)，占全國年總產(chǎn)量的30%40%。目前的生產(chǎn)能力達(dá)到每月15臺(tái)，年生產(chǎn)能力在180臺(tái)左右，已形成壓樁力為80010000kn的完整的產(chǎn)品系列。1.主駕駛室4.吊機(jī)7.縱移機(jī)構(gòu)2.壓樁臺(tái)5.機(jī)身8.配重3.預(yù)制樁6.橫移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9.升降機(jī)構(gòu)圖 1-1 靜力壓樁機(jī)的結(jié)構(gòu)組成1.2靜力壓樁機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理1.2.1靜力壓樁機(jī)的結(jié)構(gòu)組成壓樁機(jī)主要由升降機(jī)構(gòu)、縱移機(jī)構(gòu)、橫移回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、壓樁臺(tái)、電控系統(tǒng)等部分組成,其外形及結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。1.2.2靜力壓樁機(jī)的工作原理由電控箱按鈕進(jìn)行起動(dòng)和關(guān)閉,起動(dòng)后高壓泵產(chǎn)生的高壓油,通過管路和控制閥件流入全機(jī)各個(gè)油缸內(nèi),使油缸按要求進(jìn)行工

6、作。管路內(nèi)總壓力可由溢流閥進(jìn)行調(diào)整和控制,油缸的動(dòng)作可由操縱室內(nèi)手操多路閥控制。第 2 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)1. 升降機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)主要由四個(gè)升降液壓缸與四條懸臂組成。四個(gè)升降液壓缸缸筒分別通過四條懸臂與車身連接，其活塞桿分別與長(zhǎng)船上的四組行走小車鉸接。液壓缸活塞桿伸長(zhǎng)則機(jī)身和短船升高，反之降低。短船落地后，升降液壓缸活塞桿繼續(xù)縮回，則長(zhǎng)船升起離開地面。2. 縱移機(jī)構(gòu)縱移機(jī)構(gòu)主要由兩個(gè)長(zhǎng)船及長(zhǎng)船上的兩條縱移液壓缸和四個(gè)行走小車組成。當(dāng)兩個(gè)縱移液壓缸同時(shí)伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，機(jī)身與長(zhǎng)船之間便產(chǎn)生縱向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3. 橫移及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)橫移及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由兩個(gè)短船、兩條橫移液壓

7、缸、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、回轉(zhuǎn)中心軸及彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)兩條橫移液壓缸同時(shí)伸出或回縮時(shí)，就使機(jī)身與短船產(chǎn)生相對(duì)橫向移動(dòng)。若兩條液壓缸一條伸，另一條縮，就會(huì)使二者產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)后，當(dāng)短船離地時(shí)，安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上的復(fù)位彈簧即可使回轉(zhuǎn)臺(tái)連同短船復(fù)位。4. 壓樁臺(tái)壓樁臺(tái)是樁機(jī)的主體結(jié)構(gòu),由它實(shí)現(xiàn)夾樁、壓樁作業(yè)。它主要由主副壓樁缸、夾樁箱等組成。夾樁箱由夾樁箱體、夾樁液壓缸、鉗口等組成。壓樁時(shí)，主壓樁缸活塞桿縮回將夾樁箱提到最高位置。預(yù)制樁吊入夾樁箱中間孔后，夾樁缸伸長(zhǎng)，將樁夾緊。再操縱壓樁閥手柄，主壓樁活塞伸長(zhǎng)，產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力將樁壓入地基，直到缸的行程走完，夾樁缸縮回松樁。接著主壓樁缸活塞桿縮回提起壓

8、樁箱，就這樣依次循環(huán)完成“夾樁壓樁松樁返回夾樁”的動(dòng)作，將預(yù)制樁逐次壓入基礎(chǔ)之中。如果需要的壓樁力不是很大，則只需要主壓樁缸工作即可。如果需要的壓樁力過大，則需要副壓樁缸同時(shí)工作。5. 液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)分主機(jī)液壓系統(tǒng)和吊機(jī)液壓系統(tǒng)。主機(jī)液壓系統(tǒng)由齒輪泵，單向閥，第 3 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)溢流閥，多路換向閥，手動(dòng)換向閥，液控單向閥等控制元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。壓樁系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件壓樁油缸可是是單缸也可以是由一個(gè)主液壓缸和一個(gè)柱塞缸輔助缸組成的雙缸。6. 靜力壓樁機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)在國內(nèi), 湖南山河智能機(jī)械股份有限公司的zyj系列靜力壓樁機(jī)有多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，很有特點(diǎn)。其產(chǎn)

9、品采用高效節(jié)能的液壓控制系統(tǒng),均壓管樁夾樁機(jī)構(gòu)、邊角樁裝置, 既可壓“中樁”，又可壓“邊樁”、“角樁”的“邊樁、角樁”裝置和新型液壓步履式行走，既實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能，又解決了實(shí)際問題、提高了施工質(zhì)量。1.3 選題的意義和作業(yè)內(nèi)容全液壓靜力壓樁機(jī)是以液壓為動(dòng)力進(jìn)行靜壓樁施工的一種樁基礎(chǔ)施工設(shè)備 ,具有效率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、低噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn)，在持力層較深的沿海地區(qū)和內(nèi)陸沖擊平原地區(qū)具有明顯的施工優(yōu)勢(shì)，其液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理將直接影響著設(shè)備的性能。設(shè)計(jì)出更符合壓樁實(shí)際工況的液壓系統(tǒng)對(duì)提高液壓靜力壓樁機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，可靠性和實(shí)用性具有重大意義。本論文的工作內(nèi)容如下：1擬訂出液壓系統(tǒng)的方案，繪制出液壓原理

10、圖。2液壓缸、液壓馬達(dá)主xxxxxxxxxx.此處刪除無數(shù)+n個(gè)字，完整設(shè)計(jì)請(qǐng)加扣扣:2215891151大于 10，需驗(yàn)第 29 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)算活塞桿的彎曲穩(wěn)定性。據(jù)關(guān)系式：fcr 2 e1i /2l2b(3-16)式中：fcr活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力；lb 縱移液壓缸支承長(zhǎng)度， lb =6m；e1 材料的彈性模量， e1 =1.8×105 mpa；i 截面慣性矩；液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，= 0.7。由(3-23)式可得：fcr =7470 kn顯然，fcr/ n=7470/4=1867 kn>f=337.7 kn，符合穩(wěn)定性要求 。經(jīng)

11、計(jì)算上述取值滿足穩(wěn)定性要求，所以縱移液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑這樣選取。需要說明的是，縱移和橫移機(jī)構(gòu)的受力還要考慮運(yùn)動(dòng)中的慣性力，這個(gè)屬于動(dòng)力學(xué)范疇，由于縱移和橫移機(jī)構(gòu)的工作速度不快，本文不予考慮，可以在靜力值的基礎(chǔ)上適當(dāng)放大，再進(jìn)行實(shí)際的液壓缸選型?？v移液壓缸由靜到動(dòng)的過程會(huì)受到一個(gè)很大的沖擊載荷，如果讓縱移液壓缸直接這樣與行走小車連接，則縱移液壓缸的壽命會(huì)降低，所以有必要在其與行走小車之間添加一個(gè)聯(lián)動(dòng)液壓缸起緩沖的作用，聯(lián)動(dòng)液壓缸的內(nèi)徑取為縱移液壓缸內(nèi)徑的一半。3接地面積的計(jì)算及縱、橫移液壓缸行程的確定整個(gè)液壓靜力壓樁機(jī)的接地面積是由自身的重量和泥土層承壓力的大小決定的。它們?nèi)咧g有如下關(guān)

12、系式：s=q .g /r(3-17)式中：s壓樁機(jī)的接地面積，壓樁機(jī)行走時(shí)要么是長(zhǎng)船接地，要么是短船接地，第 30 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)為了方便和穩(wěn)定，長(zhǎng)船和短船的接地面積設(shè)計(jì)的一樣大，所以 s 既是指長(zhǎng)船的接地面積也是指短船的接地面積；q整個(gè)壓樁機(jī)的總質(zhì)量；g重力加速度；r接地壓力，考慮到整個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和造型美觀，取 r=0.2mpa；由(3-17)式可得：s= 43.6m2液壓靜力壓樁機(jī)的短船寬度是由機(jī)身自身的結(jié)構(gòu)所決定的，通過山河智能公司實(shí)地考查可知，短船長(zhǎng)度在 6 米左右，取為 l 2 =6 米；兩個(gè)橫移行走小車之間的距離大概在 2 米左右，那么橫移液壓

13、缸缸筒的長(zhǎng)度在 0.61 米之間，所以橫移液壓缸的位移行程定為 0.6 米。又有：s=2l1.l2(3-18)式中:s長(zhǎng)船的接地面積或短船的接地面積；l1 短船的寬度；l 2 短船的長(zhǎng)度；短船有兩個(gè)；由上式可得：l1 =3.6(m)一個(gè)短船的寬度為 3.6 米，兩個(gè)短船的寬度就為 7.2 米，夾樁臺(tái)所夾的最大圓樁的直徑為 0.5 米，則兩短船之間的距離一般為最大圓樁的直徑的 7 倍，即為 3.5米，一般長(zhǎng)船的前、后兩端比短船的前、后兩端長(zhǎng)短船寬度的大一半，則整個(gè)長(zhǎng)船比短船前后兩端要長(zhǎng)一個(gè)短船的寬度，即 3.5 米，所以長(zhǎng)船的長(zhǎng)度在 14.2 米左右，取長(zhǎng)船的長(zhǎng)度為 14 米。又有：s=2l3.

14、l 4第 31 頁 共 56 頁(3-19)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)式中:s長(zhǎng)船的接地面積或短船的接地面積；l 3 長(zhǎng)船的寬度；l 4 長(zhǎng)船的長(zhǎng)度，長(zhǎng)船有兩個(gè)；由(3-19)式可得：l 3 =1.56(m)長(zhǎng)船兩行走小車之間的距離與長(zhǎng)船的長(zhǎng)度相差兩個(gè)短船的寬度，所以長(zhǎng)船兩行走小車之間的距離為 7.2 米，則縱移液壓缸缸筒的長(zhǎng)度為長(zhǎng)船兩行走小車之間的距離的一半左右，即為 3.6 米左右，所以縱移液壓缸的行程也為 3.6 米左右，取縱移液壓缸的行程為 4 米。3.4.3升降液壓缸主要參數(shù)的計(jì)算升降液壓缸在機(jī)身上升時(shí)要承受除長(zhǎng)船之外的整個(gè)壓樁機(jī)的重量，此時(shí)液壓力達(dá)到系統(tǒng)額定工作壓力，且

15、有如下關(guān)系式：q.g 4p d62 / 4(3-20)式中：液壓缸效率，=0.95；g重力加速度；q整機(jī)除長(zhǎng)船以外的總質(zhì)量，參考zyj680b 壓樁機(jī)說明書，可知 zyj680b壓樁機(jī)的縱移機(jī)構(gòu)的重量為 40.6 噸，則由相似原理可知 zyj800 壓樁機(jī)的縱zyj800 為 14.3 噸；查表 1 又知整機(jī)的總質(zhì)量為 850 噸左右,則可確定 q=802 噸 ；p升降液壓缸最大工作壓力，取 p=27mpa；d6 升降液壓缸的內(nèi)徑，升降液壓缸有四個(gè)；由(3-20)式可得：d 6 =405mm第 32 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外

16、徑系列（gb/t23481993）可確定：d 6 =450mm一般的,在中高壓強(qiáng)下，液壓缸有桿腔和無桿腔的面積比為 1:2，即有:d62 / 4 2( d62 - d 62 ) / 4(3-21)式中:d6 升降液壓缸的內(nèi)徑；d 6 縱移液壓缸活塞桿直徑；由(3-21)式可得：d 6 =0.707 d 6 =318mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸、氣缸內(nèi)徑及活塞桿外徑系列（gb/t23481993）可確定：d 6 =320mm升降液壓缸的行程在結(jié)構(gòu)上沒有過多的限制，高度不應(yīng)該超過壓樁臺(tái)的長(zhǎng)度，為了節(jié)省材料應(yīng)竟可能設(shè)計(jì)的短些，但是如果太短的話，機(jī)構(gòu)行走時(shí)短船不能抬的太高，如果地面凹凸不平的話，短船會(huì)和地

17、面發(fā)生摩擦和撞擊，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和其他型號(hào)的資料，確定升降液壓缸的行程為 0.9 米。表 3-9 各液壓缸參數(shù)3.4.4液壓缸工作速度的驗(yàn)算在前面已經(jīng)得出液壓泵的輸出流量為 237.5 l/min。第 33 頁 共 56 頁液壓缸類型液壓缸直徑液壓缸行程主壓樁液壓缸280mm1.5m副壓樁液壓缸320mm1.5m橫移液壓缸320mm0.6m縱移液壓缸320mm4m升降液壓缸450mm0.9m液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)當(dāng)橫移液壓缸工作時(shí)，壓樁機(jī)處于橫向行走或回轉(zhuǎn)狀態(tài)。其他機(jī)構(gòu)都不工作 ，處于鎖緊狀態(tài)，沒有液壓油流入。此時(shí)，有如下關(guān)系式：q 2v4maxd42 / 4(3-22)式中:q液壓

18、系統(tǒng)的最大流量，q=237.5l/min；v4max 最大橫移速度；d 4 橫移液壓缸內(nèi)徑， d4 =320mm；由(3-22)式可得：v4max =14.8(m/min）所以壓樁機(jī)橫移行走的最大速度為 14.8m/min。當(dāng)縱移液壓缸工作時(shí)，壓樁機(jī)處于縱向行走狀態(tài)。其他機(jī)構(gòu)都不工作，處于鎖緊狀態(tài)，沒有液壓油流入。此時(shí)，有如下關(guān)系式：q 2v5 maxd52 / 4(3-23)式中:q液壓系統(tǒng)的最大流量，q=237.5l/min；v5max 最大縱移速度；d5 縱移液壓缸內(nèi)徑； d 5 =320mm；由(3-23)式可得：v5max =14.8(m/min）所以壓樁機(jī)縱移行走的最大速度為 14

19、.8m/min。當(dāng)升降液壓缸工作時(shí)，機(jī)身處于上升狀態(tài)。其他機(jī)構(gòu)都不工作，處于鎖緊狀態(tài)，沒有液壓油流入。此時(shí)，有如下關(guān)系式：q 4v6 maxd62 / 4第 34 頁 共 56 頁(3-24)液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)式中:q液壓系統(tǒng)的最大流量，q=237.5l/min；v6max 最大升降速度；d6 升降液壓缸內(nèi)徑， d 6 =450mm；由(3-33)式可得：v6max =1.20(m/min）所以壓樁機(jī)機(jī)身上升的最大速度為 1.20m/min。通過以上速度計(jì)算可知，各速度基本符合實(shí)際情況，參數(shù)選擇正確。3.5 油箱容積的初定油箱容量是指油面高度為油箱高度 80%時(shí)油箱所貯油液

20、的容積。如果油箱有效容積過大，雖然散熱較好，但是外形尺寸較大，重量增加，特別不利于行走機(jī)械。如果油箱有效容積過小，則油溫升高會(huì)超過允許值，液壓系統(tǒng)油溫過高，使容積效率降低。一般有效容積約為液壓泵每分鐘流量的 23 倍 。對(duì)于工程機(jī)械所用油箱一般都較小，以便減小工程機(jī)械的重量和尺寸。初取油箱有效容積為液壓泵每分鐘流量的 6 倍，即:va.qv(3-25)qv-液壓泵每分鐘排出壓力油的容積a-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查表可以選定 a=6v=6×237.5=1425(l)表 3-10 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) a所以油箱大小為 v/0.8，即為 1781l。3.6 液壓油的選擇液壓油的選擇包括液壓工作介質(zhì)品種的選擇和液

21、壓工作介質(zhì)粘度的選擇兩個(gè)第 35 頁 共 56 頁系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓機(jī)械冶金機(jī)械a12245761210液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)方面。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，本文選擇相對(duì)價(jià)格比較好，應(yīng)用范圍較廣的礦物油，由2液壓油型號(hào)為 l-hm32。表 3-11 液壓油的性能參數(shù)第 36 頁 共 56 頁型號(hào)最佳運(yùn)動(dòng)粘度工作溫度l-hm32220mm .s3070 攝氏度于選用的是軸向柱塞泵，工作溫度下最佳運(yùn)動(dòng)粘度為；所以最終確定 20/mm.s液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)4 主壓樁液壓缸及油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓缸在液壓系統(tǒng)中的作用是將液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，使機(jī)械實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)

22、或小于 360 度的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。主壓樁液壓缸作為液壓靜力壓樁機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，需要實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和較大的速度變化，所以選用雙作用差動(dòng)液壓缸。液壓缸主要由缸筒、缸底、缸蓋、油口、活塞、活塞桿等零件組成，下面對(duì)幾個(gè)主要的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.1 缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算法蘭連接的缸筒結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易加工，易裝卸，所以缸筒選擇法蘭連接形式，缸筒的材料選用 45 鋼，要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。缸筒要有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐摩性和密封性，同時(shí)要有良好的可焊性，以免產(chǎn)生應(yīng)焊接產(chǎn)生的過大變形。在前面的初步計(jì)算中已經(jīng)得出，主壓樁液壓缸的缸筒內(nèi)徑為 280mm,活塞桿直徑為 200mm。4.1.1缸筒壁厚的計(jì)算及驗(yàn)算該液壓系統(tǒng)缸筒按

23、照厚壁來算時(shí)（該系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)），當(dāng)缸體由脆性材料制造時(shí)，缸筒厚度由第二強(qiáng)度理論計(jì)算5： d2( 0.4 p r 1.3 pr1)(4-1)本液壓系統(tǒng)采用的是 45 號(hào)調(diào)制鋼，不能按照脆性材料來計(jì)算，故不予以考慮 ；當(dāng)缸體由塑性材料制造時(shí)，缸壁的厚度應(yīng)按照第四強(qiáng)度理論計(jì)算5： d2( 1.73 pr1 )(4-2)p r 實(shí)驗(yàn) 壓 力 （ mpa)- 工作 壓 力 p 16mpa 時(shí)， pr=1.5p ；工 作 壓 力p 16mpa 時(shí)，pr=1.25p，前面選定的工作壓力為 p=25mpa -缸體材料的許用應(yīng)力（mpa）: bn第 37 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)

24、b-缸體材料的抗拉強(qiáng)度（mpa）45 號(hào)鋼調(diào)制 b 650mpa 、n-安全系數(shù)，一般選用 n=5,則： =130mpa43mm缸體外徑可以由以下公式來計(jì)算：d1=d+2則 d1=280+2 280+2 43=366mm所以選取 d1=366mm。缸筒壁厚的驗(yàn)算有以下三個(gè)方面：1額定工作壓力 pn 應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全：進(jìn)而推導(dǎo)可以得出pn n(4-3)pn s ( d12nd12d2 )14(4-4)式中：pn 額定工作壓力；d1缸筒外徑； d1 = d2；d缸筒內(nèi)徑；s缸筒材料屈服強(qiáng)度，材料為 45 鋼，所以s=360mpa；n-安全系數(shù)，取 n=5由(4-4)式可得：pn 3

25、3mpa由于 pn 為 25mpa，所以滿足驗(yàn)算。2額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的第 38 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)發(fā)生：pn 0.35 0.42prl式中：pn 額定工作壓力；prl 完全塑性變形壓力；prl 2.3 s .lg ( d1 / d)式中：prl 完全塑性變形壓力；d1缸筒外徑，d1= d2；d缸筒內(nèi)徑；(4-5)(4-6)s缸筒材料屈服強(qiáng)度；由(4-5)、(4-6)式可得：prl 109.8mpapn 38.446.12mpa顯然 pn 為 25.2mpa 滿足驗(yàn)算。3缸筒的爆裂壓值 pe 應(yīng)遠(yuǎn)超過耐壓試驗(yàn)壓

26、力 pr。d1式中：pe 缸筒的爆裂壓力；pe 2.3 b lgd(4-7)b缸筒材料抗拉強(qiáng)度，材料為 45 鋼，所以b=650mpa；d1缸筒外徑，d1= d2；第 39 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)d缸筒內(nèi)徑；由 (4-7)式可得：pe =198.3mpa顯然， pe prl pr 。4.1.2缸筒底部厚度的計(jì)算壓樁液壓缸的缸筒底部設(shè)計(jì)為平面，其厚度 h 可以按照以下公式來計(jì)算：h 0.433dp y d( d d 0 )(4-8)式中：h筒底厚度；py 缸筒內(nèi)最大工作壓力； 筒底材料許用應(yīng)力，筒底的材料也為 45 鋼，d-液壓缸內(nèi)徑；d 0 -缸底油口直徑d 0

27、 0.13dvv0式中： v-液壓缸最大輸出速度（m/min）v0-油口液流速度（m/s）由以上兩式可得：h=65.7mm取 h=66(mm)4.1.3缸筒與底部焊接的計(jì)算如果缸筒與底部用焊接連接時(shí)，其焊縫應(yīng)力計(jì)算如下：4f22(4-9)第 40 頁 共 56 頁（d12液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)式中：f缸內(nèi)最大推力， f 24焊接效率，取=0.7；d1缸筒外徑， d1 = d2；d2焊縫底徑，由 (4-9)式可得：=8mm所以缸筒與底部用焊接連接時(shí)，取焊縫厚度為 10mm。4.1.4缸筒端部法蘭連接螺栓的設(shè)計(jì)根據(jù)螺紋的強(qiáng)度計(jì)算，螺紋處的拉應(yīng)力為：kf 2d1 z4(4-10)其中

28、：k 為擰緊螺栓系數(shù)，靜載時(shí)，取 k=1.251.5，動(dòng)載時(shí)，取 k=2.54k1 內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取 k1=0.12；d0-螺紋外徑，采用普通螺紋時(shí)， d1 d0 1.0825tt-螺紋螺距（m）d-液壓缸內(nèi)徑(m)-螺紋處的切應(yīng)力螺紋處的切應(yīng)力為：k1 kfd00.2d13 z(4-11)螺紋處的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的合應(yīng)力為： n2 3 2 1.3 (4-12)以上各式中：f 缸筒端部承受的最大推力， f =1538kn；第 41 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)d1 螺紋底徑；z 螺栓的數(shù)量，取 z =6；由(4-10)、(4-11)、(4-12)式可得：d1 24.3

29、mm取 d1 =30 mm。4.1.5 缸筒底部法蘭厚度的設(shè)計(jì)根據(jù)法蘭的強(qiáng)度公式可得：h3f ( d0 d cp )dcp (4-13)式中：f 法蘭受力總和；d0螺孔分布圓直徑(m)；d cp 密封環(huán)平均直徑； 法蘭材料的許用應(yīng)力（mpa）；由 (4-13)式可得：h =30mm本設(shè)計(jì)中缸筒內(nèi)徑采用 h8 或 h9 級(jí)配合，表面粗糙度一般為 0.160.32m，需要進(jìn)行研磨。缸筒的材料為 45 鋼，要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，并保證足夠的硬度。缸筒內(nèi)徑的圓度、圓柱度不大于內(nèi)徑的公差的一半，即 0.05mm。缸筒的直線度公差不大于 0.03mm。缸筒端面對(duì)內(nèi)徑的垂直度不大于 0.04mm。缸筒上通往油口、

30、排氣閥孔的內(nèi)孔口必須倒角，不能有飛邊、毛刺。鋼筒內(nèi)孔口要設(shè)置倒角，便于裝配。要注意在半精加工以前進(jìn)行焊接。在缸筒表面鍍適量的鉻，再進(jìn)行研磨拋光，在缸筒外表面涂耐油油漆。第 42 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)4.2 活塞的設(shè)計(jì)活塞是在液壓力的作用下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，要求與缸筒有適當(dāng)?shù)呐浜??；钊挠行Чぷ髅娣e由工作要求的液壓力決定，活塞的直徑與缸筒內(nèi)徑一致。活塞的設(shè)計(jì)主要就設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)形式。本設(shè)計(jì)選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的的整體式活塞?；钊c活塞桿的連接選用螺母型，先用一個(gè)螺母鎖緊活塞，再在螺母后面加一個(gè)檔圈以防止螺母的松動(dòng)?；钊c與活塞桿之間也要設(shè)置靜密封，以防進(jìn)油腐蝕破壞兩者的接觸面，

31、所以用 o 型密封圈和配套的兩個(gè)檔圈進(jìn)行雙向密封?；钊c缸筒之間要設(shè)置導(dǎo)向支承環(huán)，活塞的材料選用 45 鋼，支承環(huán)的材料為尼龍 pa?；钊膶挾纫话銥榛钊鈴降?0.61 倍，也要考慮到密封件的型式數(shù)量和安裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽尺寸，本文取活塞的寬度為 190mm。圖 4-1 活塞本文活塞外徑的配合采用 d9，外徑對(duì)內(nèi)孔的同軸度公差不大于 0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，外表面的圓度和圓柱度不大于外徑公差的一半，即 0.05mm，活塞與密封配合的表面，表面粗糙度要求高些，活塞內(nèi)徑的表面粗糙度與活塞桿外徑的一樣。4.3 活塞桿的設(shè)計(jì)活塞桿的桿體有實(shí)心桿和空心桿之分，

32、本文選用空心桿?；钊麠U的內(nèi)端與活塞用螺母進(jìn)行鎖緊連接?；钊麠U的外端用內(nèi)螺紋與耳環(huán)連接，耳環(huán)再通過銷軸連第 43 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)接到壓樁臺(tái)上，從而使活塞桿連接到壓樁臺(tái)上?；钊麠U的內(nèi)端與外端焊接。內(nèi)螺紋定為 m100×2，螺紋長(zhǎng)度為 82mm?；钊麠U的材料定為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，并進(jìn)行 0.51mm 深度的淬火處理。活塞桿在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，采用 h9/d9 的配合。圓度和圓柱度公差不大于直徑公差的一半，即 0.05mm。安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于 0.01mm，以避免活塞與缸筒、活塞桿與導(dǎo)向套的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的

33、垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，以保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜?；钊麠U外圓的粗糙度為 0.10.3m?；钊麠U表面進(jìn)行鍍鉻處理，厚度為0.030.05mm，并進(jìn)行拋光。圖 4-2 活塞桿活塞桿內(nèi)端的螺紋也要保證與軸線的同心。4.3.1 活塞桿的驗(yàn)算活塞桿材料為 45 鋼，前面已經(jīng)計(jì)算過 d=220mm，活塞桿為空心桿，假設(shè)內(nèi)徑 d 2 =140mm，活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力或拉力，比較細(xì)長(zhǎng)比為斷面的回轉(zhuǎn)半徑）跟 m n （m 為柔性系數(shù)）的大小lk（klk=32.8<180= m n(4-14)由材料力學(xué)知,受壓細(xì)長(zhǎng)桿,當(dāng)載荷力接近某一臨界值時(shí)，桿將產(chǎn)生縱向彎曲。第 44 頁

34、 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)圖 4-3 液壓缸受壓情況所以應(yīng)采用戈登-蘭金公式，計(jì)算臨界載荷 pk ，pk1fc a( )n k(4-15)式中：fc材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，取 fc=340mpa；a實(shí)驗(yàn)常數(shù),1/7500；其他符號(hào)同上式。由(4-15)式可得：表 4-1實(shí)驗(yàn)常數(shù)pka=66.02mpa第 45 頁 共 56 頁材料鑄鐵鍛鋼低碳鋼中碳鋼fe560250340490a1/16001/90001/75001/5000m801109085液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)pka=66.02mpa =130mpa所以符合強(qiáng)度要求。由于壓樁液壓缸的支承長(zhǎng)度為 3 米左

35、右，小于活塞桿的直徑的 10 倍，所以不需要進(jìn)行彎曲穩(wěn)定性的驗(yàn)算。由于壓樁液壓缸的支承長(zhǎng)度滿足穩(wěn)定性要求，則液壓缸的行程也是液壓缸穩(wěn)定性所允許的行程，所以不需要活塞最大允許行程的校核。4.3.2活塞桿的導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)計(jì)算活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)把雜質(zhì)灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。當(dāng)導(dǎo)向套采用非耐磨材料時(shí)，其內(nèi)圈可裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用作活塞桿的導(dǎo)向。本文選擇在工程機(jī)械上廣泛應(yīng)用的端蓋式加導(dǎo)向環(huán)的結(jié)構(gòu)形式，該形式價(jià)格便宜，更換方便，摩擦阻力小，低速啟動(dòng)不爬行。導(dǎo)向環(huán)選用非金屬導(dǎo)向環(huán)，非金

36、屬導(dǎo)向環(huán)材料選用 t47。端蓋式導(dǎo)向套的材料為耐磨性好的灰鑄鐵 ht200。導(dǎo)向套的主要尺寸是支承長(zhǎng)度，通常按活塞桿直徑、導(dǎo)向套的型式、導(dǎo)向套的材料的承壓能力、可能遇到的最大側(cè)向負(fù)載等因素來考慮。按通常的手段，采本文用兩段導(dǎo)向段，每段寬度為 d/3,兩段中活塞桿導(dǎo)向套尺寸配置線間距離為2d/3，d 為活塞桿的直徑。導(dǎo)向套的導(dǎo)向長(zhǎng)度不能過短，應(yīng)大于最大工作行程的 1/20 與缸筒內(nèi)徑的一半之和，即ll1 l22120s12d(4-16)l 導(dǎo)向長(zhǎng)度；l1 導(dǎo)向套的長(zhǎng)度,取 l1 =265mm；l2 活塞的寬度, 取 l2 =190mm；第 46 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分

37、設(shè)計(jì)s 最大工作行程， s =1800mm；d 缸筒內(nèi)徑， d =280 mm；由(4-13)式可得：l 232.5mm 230mm，滿足要求。導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合為 h8/f7，內(nèi)孔和活塞桿外圓的配合為 h9/d9。外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于 0.03mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差的圖 4-4 導(dǎo)向套一半，即 0.03mm，內(nèi)孔中環(huán)行油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤(rùn)滑。4.4 排氣閥的設(shè)計(jì)計(jì)算如果排氣閥設(shè)置不當(dāng)或是沒有設(shè)置，壓力進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)仍會(huì)存有空氣。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性，會(huì)造成液壓缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)在工作中的顫動(dòng)和爬行，影響液壓缸的正常工作。所以每個(gè)液壓缸

38、必須要有排氣閥，而且位置要合理，應(yīng)該設(shè)在缸體兩腔端部的上方。本文選用整體排氣閥。材料選為 45 鋼，錐部進(jìn)行熱處理，硬度為 3844hrc。4.5 油口的設(shè)計(jì)計(jì)算油口包括油口孔和油口連接螺紋。液壓缸的進(jìn)、出油口可布置在端蓋或是缸筒上。油口孔大多數(shù)屬于薄壁孔。通過薄壁孔的直徑按下式計(jì)算：第 47 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)d 0 0.13d式中：d0-液壓缸油口直徑（m）；d-液壓缸內(nèi)徑（m）；v-液壓缸最大輸出速度（m/min）；v0-油口液流速度（m/s）。由(4-14)式可得：所以油口直徑d0=46(mm)vv0(4-17)所以液壓缸油口連接螺紋為 m46

39、15;2。4.6 油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算及驗(yàn)算油箱在系統(tǒng)中的功能，主要是儲(chǔ)油和散熱，也起著分離油液中氣體和沉淀污物的作用。油箱油箱要根據(jù)系統(tǒng)的具體條件，合理的選擇油箱的容積、形式和附件，以使油箱充分發(fā)揮作用。油箱有開式和閉式兩種。本文選用應(yīng)用廣泛的開式油箱。4.6.1油箱的容積驗(yàn)算前面我們已經(jīng)估算過油箱的容積為 1781l 左右。油箱中油液溫度我們規(guī)定為o o o量大小可以從散熱角度進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算出系統(tǒng)發(fā)熱量或散熱量（加冷卻器時(shí)，再考慮冷卻器散熱），從熱平衡角度驗(yàn)算油箱的容積。1.發(fā)熱計(jì)算液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量主要包括液壓泵和液壓馬達(dá)的功率損失，溢流閥的溢流損失，油液通過閥體及管道等的壓力損失所產(chǎn)生的熱量

40、。而液壓系統(tǒng)的主要散熱渠道是油箱表面，但是如果系統(tǒng)的外接管路過長(zhǎng)，應(yīng)該由下面公式來計(jì)算表面散熱：phc ( k1 a1 k2 a2 ) t第 48 頁 共 56 頁(4-18)一般推薦的3050c，最高溫度不超過65c，最低溫度不低于15c。油箱的容液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)式中：k1油箱散熱系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知，取 k1=150 m2 c o ；k2管路散熱系數(shù)，選取 k2=40 m2 c o ；a1、a2-分別為油箱、管道的散熱面積（m2）；t -油溫與環(huán)境溫度之差（ c o ）若系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則油溫不再升高，此時(shí)，最大溫差：tphrk1 a1 k 2 a2(4-19)環(huán)境

41、溫度為 t0 為，溫度t t0t 。如果計(jì)算出的油溫超過該液壓設(shè)備允許的最高油溫（各種機(jī)械允許的油溫可以在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上面查閱），就要設(shè)法增大散熱面積，如果油箱的面積不能加大，或者加大一些也無濟(jì)于事時(shí)，需要裝設(shè)冷卻器，冷卻器的散熱面積為：a0phr phcktm(4-20)式中：k-冷卻器的散熱系數(shù)，從液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 k=500m 2 c o ；tm -平均溫升（ c o ），tmt1 t22t1 t22t1、t2-液壓油入口和出口溫度；t1、t2-冷卻水或風(fēng)的入口和出口溫度。計(jì)算得:a0=7.12m2上面的各式是在初步確定油箱容積的情況下，驗(yàn)算其散熱面積是否滿足要求(初步可以驗(yàn)算知其散熱面

42、積符合本設(shè)計(jì)要求)。當(dāng)系統(tǒng)的發(fā)熱量求出之后，就可以根據(jù)散熱的要求確定油箱的容積。由式可以得出油箱的散熱面積為：a1 (phrtk2 a2 ) / k1(4-21)第 49 頁 共 56 頁液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)如果不考慮管路的散熱，可以由近似公式計(jì)算:a1 6.663 v 2(4-22)其中 v 為油箱散熱面積，當(dāng)取15w /( m 2 k ) 時(shí)，令 a=amin , 則可以確定油箱最小散熱面積為：vmin (ht t0) 3 103(4-23)通常在設(shè)計(jì)時(shí)，一般t =60 c o 65 c o ，即t 333k338k。則 a1 24.78m2由于選用了散熱器，則油箱的散熱

43、面積應(yīng)該為 a1-a0=24.78-7.12=17.66m2油箱的有效容積和散熱面積分別是：v 0.8abha1 1.8h( a b) 1.5ab(4-24)(4-25)油箱的寬度為 4.26m2，高度應(yīng)與機(jī)身的厚度一樣，為 1.14 米，則由油箱的容積、高度和寬度可計(jì)算出油箱的長(zhǎng)度為 4.05 米。顯然，油箱需要冷卻器幫助散熱，當(dāng) k=500m 2 c o 時(shí)，計(jì)算得到散熱功率為7.4kw，選擇多管式冷卻器 2lqf4w7.12。散熱面積為 7.12 m2，設(shè)計(jì)溫度為100 c o ，介質(zhì)壓力為 1.6mpa。表 4-2冷卻器的性能參數(shù)4.6.2油箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)油箱除了滿足熱平衡，必須設(shè)置油口

44、。油箱的吸油口設(shè)置在側(cè)面，回油口設(shè)置在頂部，管頭都應(yīng)該插入液面以下。管口制成 45o 的斜角，以增大吸油及出油的面積，穩(wěn)定油液流速。管口應(yīng)該面向箱壁口，以免落入灰塵。吸油管離箱底距離應(yīng)該大于兩倍管徑，取 100mm；距箱邊的距離不小于三倍管徑，取 240mm。開式油箱箱內(nèi)液面與大氣相通，為了防止油液被大氣污染，在油箱頂部設(shè)置第 50 頁 共 56 頁型號(hào)散熱面積設(shè)計(jì)溫度介質(zhì)壓力2lqf 4w7.1227.12 mo100 c1.6mpa液壓靜力壓樁機(jī)液壓系統(tǒng)改造總體部分設(shè)計(jì)空氣濾清器，并兼作注油口使用?；赜涂谏弦O(shè)有必要的過濾器，以保證回油箱的油液具有允許的污染等級(jí)。選取回油濾清器型號(hào)為：rfb-250×5-f。表 4-3回油過濾器的性能參數(shù)油箱內(nèi)應(yīng)該設(shè)置隔板將吸、回油管隔開，保證液流循環(huán)，油液中氣泡與雜質(zhì)的分離和沉降。主要油口、隔板、空氣濾清器、放油口、油盤等，油箱底部應(yīng)該離地面有一定的高度，油箱的內(nèi)壁應(yīng)進(jìn)行拋丸或是噴砂處理。放油口在油箱的底部最低位置，保證換油時(shí)油液與污物能從放油口順利流出。油箱上要開清洗孔。清洗孔一般做成