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

1、設(shè)計(jì)說(shuō)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(guó)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(guò)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(lái)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(xiàn)的直線(xiàn)度公差不大于1000:0.1，全長(zhǎng)上不大于0.15mm。

2、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(xiàn)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(guó)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(rùn)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(xiàn)直線(xiàn)度公差不大于10000.1；端面對(duì)軸心心線(xiàn)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

3、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(wú)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)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(wú)粘著、抗老化等良好性能。這些密封件的耐

4、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(xiàn)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(guó)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GB1800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

5、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=4481KN 2) 驅(qū)動(dòng)段本體產(chǎn)生推力計(jì)算計(jì)算輸入試驗(yàn)壓力Py=30MPa缸徑D=340mm計(jì)算公式Fmax = Py·(·D2)/4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S55

6、0MPa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=PmaxD/【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=PmaxD/【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×

7、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）0.5z1= P（D2-d2）/4D1h1=PD1/2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(mǎn)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zh1=（

8、z12+h12-z1h1）0.5z1= P（D2-d2）/4D1h1=PD1/2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(mǎn)足要求7) 拉桿強(qiáng)度校核計(jì)算輸入拉桿材料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=F1/（n·A）計(jì)算結(jié)果活塞桿最危險(xiǎn)截面積A=4488.8mm2活塞桿計(jì)算應(yīng)力=249.6 MPa活塞桿許用應(yīng)力=S/ 2.1257.1MPa計(jì)算結(jié)論<，強(qiáng)

9、度滿(mǎn)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=2.16mm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/( Kzd1 bZ)w=3F1H1/( Kzd1 b2Z)p=F1 /( Kzd2H1Z)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=0.2s56MPa螺紋計(jì)算彎應(yīng)力w=52.2MPa螺紋許用彎應(yīng)力w=0.4s112MPa螺紋計(jì)

10、算擠壓應(yīng)力p=44.5MPa螺紋許用擠壓應(yīng)力p=0.62s173.6MPa計(jì)算結(jié)論強(qiáng)度滿(mǎn)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=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(mǎn)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)M

11、20×100 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=4 F1K1 /（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(mǎn)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)

12、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=n1P1 Q=K Q1 Qv=Q/nN=P·Q/（60）計(jì)算結(jié)果系統(tǒng)最高工作壓力P=15.3MPa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(guó)產(chǎn)品牌，型號(hào)為A4VSO，其公稱(chēng)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(wú)桿腔容積V2=1093L計(jì)算公式V=1.1×（V1+ 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(chēng)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