油缸和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明和計(jì)算(DOC)

1、設(shè)計(jì)說明和設(shè)計(jì)計(jì)算1. 概述常州力安液壓設(shè)備有限公司在全國同行中具有多年豐富的設(shè)計(jì)、 制 造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和及時(shí)、準(zhǔn)確的售后服務(wù)，已建立了 一套完整的設(shè)計(jì)、 制造、服務(wù)質(zhì)量保證體系， 于二零零二年通過 ISO9002 質(zhì)量保證體系認(rèn)證 。1.1 液壓油缸：a.活塞油缸活塞油缸材料為： 42CrMo 鍛件，缸體粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，性能 優(yōu)異，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。缸體內(nèi)孔的加工工藝 ：我公司采用的是推鏜 +珩磨工藝。 推鏜工藝是 我公司在實(shí)踐中發(fā)展起來的。 缸體內(nèi)徑尺寸公差不低于 GB1800 中的 H8。 缸體內(nèi)徑圓度公差應(yīng)不低于 GB1184中 8 級(jí)。內(nèi)表面母線的直線度公差不 大于

2、 1000:0.1，全長上不大于 0.15mm。缸體法蘭端面圓跳動(dòng)公差不低于 GB1184中 8 級(jí)。缸體法蘭端面與缸體軸線垂直度公差不低于 GB1184中 7 級(jí)。缸體內(nèi)表面粗糙度為 GB1031 中 Ra0.4。缸體內(nèi)表面珩磨。珩磨 采 用美國善能公司進(jìn)口珩磨機(jī)， 可以提高表面質(zhì)量， 降低粗糙度， 改善表面 潤滑條件，減少密封件的磨損。b.驅(qū)動(dòng)段本體驅(qū)動(dòng)段本體材料為： 42CrMo 鍛件，調(diào)質(zhì)處理。 驅(qū)動(dòng)段本體達(dá)到的質(zhì)量指標(biāo)為：達(dá)到的加工精度要求：導(dǎo)向段外徑 公差不低于 GB1801中的 f7，圓柱度公差不低于 GB1189中的 8 級(jí)，母線 直線度公差不大于 10000.1；端面對軸心心

3、線垂直度公差不低于 GB1184 中的 7 級(jí)；導(dǎo)向段表面粗糙度不低于 Ra0.4m。導(dǎo)向段表面鍍雙層鉻，第 一層鍍 0.040.05mm乳白鉻層（有效防腐層） ，第二層鍍 0.040.05mm硬 鉻層（有效抗磨）。c.密封件油缸各固定密封部位選用材料為耐油橡膠的 O 形密封圈，其膠料硬 度、間隙大小及溝槽尺寸均從 GB1236 中選取。油缸的動(dòng)密封在高壓 40MPa，低壓 0.5MPa 時(shí)均有良好的密封性能和較低的啟動(dòng)壓力，油缸內(nèi) 部的動(dòng)密封件均采用 MERKEL密封圈，耐久性好，無論高壓、低壓均密封 可靠，且啟動(dòng)壓力低（ 0.5MPa），在工程上廣為采用。靜密封件采用 PARKER公司生產(chǎn)

4、的 O 形密封圈。油缸的動(dòng)密封件有足夠的抗撕裂強(qiáng)度， 耐壓 32MPa 并應(yīng)具有耐油、防水、永久變形小、摩阻力小、無粘著、抗 老化等良好性能。這些密封件的耐壓性都在 32MPa 以上，保證使用壽命 大于 10 年以上。d.驅(qū)動(dòng)段底蓋、活塞油缸底蓋材料為： 42CrMo 鍛件，調(diào)質(zhì)處理。缸蓋與相關(guān)件配合處的圓柱度公 差應(yīng)不低于 GB1184中 8 級(jí)，同軸度公差應(yīng)不低于 7 級(jí)，缸蓋與缸體配合 的端面與缸蓋軸線垂直度公差不低于 GB1184中 7級(jí)，端面圓跳動(dòng)公差不 低于 GB1184中 7級(jí)。e. 導(dǎo)向帶導(dǎo)向帶材料采用德國知名品牌 MERKEL 公司的復(fù)合材料， 導(dǎo)向面配 合尺寸公差不低于 G

5、B1800中的 H8 與 GB1801中 f7，導(dǎo)向面、配合面的 圓柱度公差不低于 GB1184中 8 級(jí)，導(dǎo)向面與配合面的同軸度公差不低于 GB1184中 8級(jí)，導(dǎo)向面粗糙度不低于 GB1031中 Ra0.4。f. 驅(qū)動(dòng)段后膨脹管驅(qū)動(dòng)段后膨脹管材料： 304，螺紋 T460X16 和 YS 420X16 采用 GB197 中精度等級(jí) 7A 。2 設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 液壓缸計(jì)算1）活塞油缸產(chǎn)生推力計(jì)算計(jì)算輸入試驗(yàn)壓力Py=31.5MPa缸徑D=605mm桿徑d=430mm計(jì)算公式Fmax = Py*【·(D2-d2)】/4計(jì)算結(jié)果推力（試驗(yàn)壓力下）Fmax=4481KN2）驅(qū)動(dòng)段本體產(chǎn)生

6、推力計(jì)算計(jì)算輸入試驗(yàn)壓力Py=30MPa缸徑D=340mm計(jì)算公式2Fmax = P y · ( ·)/D4計(jì)算結(jié)果推力（試驗(yàn)壓力下）Fmax=2723.8KN3) 活塞油缸壁厚計(jì)算計(jì)算輸入缸體材料42CrMo 鍛件缸體屈服強(qiáng)度S550MPa材料安全系數(shù)n=2.5缸體許用應(yīng)力 220MPa缸內(nèi)最大壓力：Pmax=31.5MPa缸徑D=605mm計(jì)算公式 =Pmax D/ 【2· 】按薄壁公式計(jì)算計(jì)算結(jié)果缸體要求最小壁厚=43.3mm備注選擇原材料為 715 × 65mm 。加工后，缸體凈壁厚為 50mm 。4) 驅(qū)動(dòng)段本體壁厚計(jì)算計(jì)算輸入驅(qū)動(dòng)段本體 材料

7、42CrMo 鍛件驅(qū)動(dòng)段本體 材料的屈服強(qiáng)度S550MPa材料安全系數(shù)n=2.5缸體許用應(yīng)力 220MPa缸內(nèi)最大壓力：Pmax=30MPa缸徑D=340mm計(jì)算公式 =Pmax D/ 【2· 】按薄壁公式計(jì)算計(jì)算結(jié)果缸體要求最小壁厚=23.2mm備注選擇原材料為 445 × 60mm 。加工后，缸體凈壁厚為 4045mm 。5) 活塞缸體強(qiáng)度校核計(jì)算輸入缸內(nèi)最大壓力P=31.5MPa缸徑D=605mm桿徑d=430mm缸體中心直徑D1=655mm缸體壁厚=50mm計(jì)算公式zh1=( z12+h12-z1h1)0.5 z1= P (D2-d2)/4D1 h1=PD 1/2

8、計(jì)算結(jié)果縱向應(yīng)力z1=43.55MPa環(huán)向應(yīng)力h1=206.3MPa合成應(yīng)力zh1=188.36MPa缸體許用應(yīng)力 220MPa計(jì)算結(jié)論zh1 ，強(qiáng)度滿足要求6) 驅(qū)動(dòng)段本體強(qiáng)度校核計(jì)算輸入缸內(nèi)最大壓力P=30MPa缸徑D=340mm桿徑d=0mm缸體中心直徑D1=380mm缸體壁厚=40mm計(jì)算公式2 2 0.5 zh1=( z1 +h1 -z1h1)22z1= P (D2-d2)/4D1h1=PD 1/2 計(jì)算結(jié)果縱向應(yīng)力z1=57MPa環(huán)向應(yīng)力h1=142.5MPa合成應(yīng)力zh1=124.23MPa缸體許用應(yīng)力 220MPa計(jì)算結(jié)論zh1 ，強(qiáng)度滿足要求7) 拉桿強(qiáng)度校核計(jì)算輸入拉桿材料

9、40Cr拉桿屈服強(qiáng)度S540MPa拉桿螺紋M80×3拉桿最危險(xiǎn)斷面：退刀槽do=75.6mm拉桿所承受的拉力F1=4481kN拉桿數(shù)量n4計(jì)算公式=F 1 /（ n·A）計(jì)算結(jié)果活塞桿最危險(xiǎn)截面積A=4488.8mm 2活塞桿計(jì)算應(yīng)力=249.6 MPa活塞桿許用應(yīng)力 = S/ 2.1 257.1MPa計(jì)算結(jié)論，強(qiáng)度滿足要求8) 法蘭承重螺紋計(jì)算計(jì)算輸入法蘭材料42CrMo法蘭屈服強(qiáng)度S550MPa螺紋受力不均勻系數(shù)Kz=0.56螺紋旋合圈數(shù)Z= L/P=5法蘭螺紋T460X16螺紋內(nèi)徑d1=460mm螺紋牙根寬b=0.75P=3mm螺紋實(shí)際高度H1=0.54P=2.16m

10、m螺紋中徑d2=d-0.65P=137.4mm活塞桿所承受的拉力F1=800kN計(jì)算公式 =F1/( K zd1 bZ) w=3F1H1/( Kzd1 b2Z) p=F1 /( K zd2H1Z)計(jì)算結(jié)果螺紋計(jì)算剪應(yīng)力=28.0MPa螺紋許用剪應(yīng)力 =0.2 s56MPa螺紋計(jì)算彎應(yīng)力w=52.2MPa螺紋許用彎應(yīng)力w=0.4 s112MPa螺紋計(jì)算擠壓應(yīng)力p=44.5MPa螺紋許用擠壓應(yīng)力 p =0.62 s 173.6MPa計(jì)算結(jié)論強(qiáng)度滿足要求9) 油缸底蓋連接螺釘計(jì)算計(jì)算輸入螺釘 型號(hào)M27× 100 12.9 級(jí)螺釘 屈服強(qiáng)度S970MPa螺釘 所承受的力F1=4481kN螺

11、釘 預(yù)緊力系數(shù)K1=1.3螺釘 最小內(nèi)徑d0=23.75mm螺釘 數(shù)量z=32計(jì)算公式2=4 F1K1 /（ zd02）計(jì)算結(jié)果螺釘 計(jì)算應(yīng)力=410.9MPa螺釘 許用應(yīng)力=s/2.25431.1MPa計(jì)算結(jié)論，強(qiáng)度滿足要求備注油缸底蓋 螺釘 布置圓直徑為 655mm ，共布置 32 個(gè) M27× 100 的螺釘 ，12.9 級(jí)。10) 驅(qū)動(dòng)段底蓋連接螺釘計(jì)算計(jì)算輸入螺釘 型號(hào)M20× 100 12.9 級(jí)螺釘 屈服強(qiáng)度S970MPa螺釘 所承受的力F1=2723.8kN螺釘 預(yù)緊力系數(shù)K1=1.3螺釘 最小內(nèi)徑d0=17.3mm螺釘 數(shù)量z=36計(jì)算公式2=4 F1K1

12、 /（ zd02）計(jì)算結(jié)果螺釘 計(jì)算應(yīng)力=418.4MPa螺釘 許用應(yīng)力=s/2.25431.1MPa計(jì)算結(jié)論，強(qiáng)度滿足要求備注油缸底蓋 螺釘 布置圓直徑為 380mm ，共布置 36 個(gè) M20× 90 的螺釘 ，12.9 級(jí)。2. 2液壓系統(tǒng)計(jì)算1) 系統(tǒng)最高工作壓力、最大工作流量，電機(jī)功率的計(jì)算計(jì)算輸入系統(tǒng)最高壓力P131.5MPa系統(tǒng)壓力損耗系數(shù)n1=1.05系統(tǒng)最大流量Q1=12L/min系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K=1.05電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1465r/min油泵電機(jī)組效率=0.88計(jì)算公式P=n 1P1Q=K Q1Qv=Q/nN=P·Q/（60）計(jì)算結(jié)果系統(tǒng)最高工作壓力P=15

13、.3MPa系統(tǒng)最大工作流量Q=2X28.9L/min油泵最小排量Qv=39.4ml/rev電機(jī)最小功率N=15.4kW計(jì)算結(jié)論油泵選用國產(chǎn)品牌，型號(hào)為 A4VSO ，其公稱排量為 46ml/r ，壓力等級(jí)為 35MPa因本工程海拔因素，電機(jī)功率考慮換算系數(shù) 0.85 ，選用 ABB 公司產(chǎn)品， 電機(jī)型號(hào)為 QA180L4A-B35 22KW 1465rpm 。本系統(tǒng)選用兩套油泵 -電機(jī)組，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。2) 油箱容積的計(jì)算計(jì)算輸入油泵流量的 4 倍V1=191L油缸無桿腔容積V2=1093L計(jì)算公式V=1.1 ×（V 1+ V2）計(jì)算結(jié)果油箱需要的容積V=1413L計(jì)算結(jié)論考慮到油箱結(jié)構(gòu)上本身所需的空油面與吸油高度，按照液壓泵站油箱公稱 容量系列的規(guī)定，選定油箱液壓泵站的油箱容積為 1600L 。3) 液壓系統(tǒng)管路管徑的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算輸入油管內(nèi)徑dmm工作流量QL/min允許流速Vm/s油管最大工作壓力P