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1、第一部分 總體計(jì)算1、壓力油液作用在單位面積上的壓強(qiáng)P FA pa式中:F作用在活塞上的載荷,NA活塞的有效工作面積,m2從上式可知,壓力值的建立是載荷的存在而產(chǎn)生的。在同一個(gè)活塞的有效工作面積上, 載荷越大,克服載荷所需要的壓力就越大。換句話說(shuō),如果活塞的有效工作面積一定,油液壓力越大,活塞產(chǎn)生的作用力就越大。額定壓力(公稱壓力)PN,是指液壓缸能用以長(zhǎng)期工作的壓力。最高允許壓力 pmax,也是動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力,是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力。通 常規(guī)定為:Pmax 1.5P MPa。耐壓實(shí)驗(yàn)壓力 Pr,是檢驗(yàn)液壓缸質(zhì)量時(shí)需承受的實(shí)驗(yàn)壓力,即在此壓力下不出現(xiàn)變形、裂縫或破裂。通常規(guī)定為:Pr

2、1.5PN MPa。液壓缸壓力等級(jí)見(jiàn)表 1。表1 液壓缸壓力等級(jí)單位MPa壓力圍0 2.5> 2.5 8> 8 16> 16 32> 32級(jí)另U低壓中壓中高壓高壓超高壓2、流量單位時(shí)間油液通過(guò)缸筒有效截面的體積:Q VtL/min由于 V At 103 L則Q A D2103 L/min4對(duì)于單活塞桿液壓缸:當(dāng)活塞桿伸出時(shí)QD24103當(dāng)活塞桿縮回時(shí)Q4(d2d2)103式中:V液壓缸活塞一次行程中所消耗的油液體積,L ;t液壓缸活塞一次行程所需的時(shí)間,min;D液壓缸缸徑,md活塞桿直徑,m活塞運(yùn)動(dòng)速度, m/min。3、速比液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比:ViD2D

3、2 d2式中:Vi活塞桿的伸出速度,m/min ;V2活塞桿的縮回速度,D液壓缸缸徑,m;d 活塞桿直徑,m=m/min ;計(jì)算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和是否設(shè)置緩沖裝置。速比不宜過(guò)大或過(guò)小,以免產(chǎn)生過(guò)大的背壓或造成因活塞桿太細(xì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不好。4、液壓缸的理論推力和拉力活塞桿伸出時(shí)的理推力:F iAi p106汙2p106 N活塞桿縮回時(shí)的理論拉力:F 2 F2 p106嚴(yán)2d2)p 106 N式中:Ai 活塞無(wú)桿腔有效面積,2m ;A2活塞有桿腔有效面積,2m ;p工作壓力,MPad 液壓缸缸徑,md活塞桿直徑, m5、液壓缸的最大允許行程活塞行程S,在初步確定時(shí),主要是按實(shí)際工作需要

4、的長(zhǎng)度來(lái)考慮的,但這一工作行程并不一定是油缸的穩(wěn)定性所允許的行程。為了計(jì)算行程,應(yīng)首先計(jì)算出活塞的最大允許計(jì)算 長(zhǎng)度。因?yàn)榛钊麠U一般為細(xì)長(zhǎng)桿,由歐拉公式推導(dǎo)出:式中:F k活塞桿彎曲失臨界壓縮力,N;E材料的彈性模量。鋼材的E=2.1X105MPaI 活塞桿橫截面慣性矩,mnf ;圓截面40.049d 。d2將上式簡(jiǎn)化后Lk 320 mm一Fk由于旋挖鉆機(jī)液壓缸基本上是一端耳環(huán)、一端缸底安裝,所以油缸的最大計(jì)算長(zhǎng)度(安全 系數(shù)取3)d2Lk208.4 D P式中:P油缸的工作壓力;油缸安裝形式如圖1。圖1液壓缸安裝形式d2L= Lk 208.4D(P一 1行程 S (L h l,)2&

5、液壓缸主要參數(shù)A. 液壓缸產(chǎn)品啟動(dòng)壓力起動(dòng)時(shí),記錄下的油缸起動(dòng)壓力為最低起動(dòng)壓力.判斷基準(zhǔn)起動(dòng):壓力 <0.6MPa。B. 泄漏輸入額定壓力1.31.5倍的壓力,保壓5分鐘,測(cè)定經(jīng)活塞泄至未加壓腔的泄漏量。C. 外泄漏全程往復(fù)運(yùn)行多次,觀察焊接各處及活塞桿密封處及各結(jié)合面處的漏油、掛油、帶油。D. 耐壓輸入額定壓力1.31.5倍的壓力,保壓5分鐘.所有零件均無(wú)松動(dòng)、異常磨損、破壞或 永久變形異?,F(xiàn)金蟬脫殼的外滲漏現(xiàn)象。E. 緩沖調(diào)整溢流閥使其試驗(yàn)壓力為公稱壓力的50%使液壓缸作全行程動(dòng)作,同時(shí),觀看緩沖效果和緩沖長(zhǎng)度。第二部分缸筒計(jì)算1、缸筒結(jié)構(gòu)缸筒結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。表2缸筒結(jié)構(gòu)缸頭法蘭連接缸

6、頭螺紋連接優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易加工,易拆裝。優(yōu)點(diǎn):重量輕,外徑較小缺點(diǎn):重量比螺紋連接的大缺點(diǎn):裝卸時(shí)要用專用的工具,擰端部時(shí),有可能把0形圈擰扭曲。缸筒跟缸底采用焊接連接2、缸筒材料缸筒材料要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性,對(duì)焊接缸筒還要求有良好的焊接性能,缸筒主要材料有,45、27SiMn。缸筒毛坯采用退火的冷拔或熱扎無(wú)縫鋼管。缸筒材料無(wú)縫鋼管的機(jī)械性能見(jiàn)表3。表3缸筒材料無(wú)縫鋼管的機(jī)械性能材料b /MPas /MPa/%456103601427SiM n1000850123、缸筒計(jì)算缸筒要有足夠的強(qiáng)度,能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形;有足夠的剛度,能承受側(cè)向力和安裝的

7、反作用力而不致產(chǎn)生彎曲;表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下,能長(zhǎng)期工作而磨損少。A、缸筒徑當(dāng)油缸的作用力F( Fi推力、F2拉力)及工作壓力p壓力為已知時(shí),則無(wú)桿腔的缸筒徑 D為有桿腔的缸筒徑D為10 3 mJd2 mp 106最后將以上各式所求得的D值,選擇其中最大者,圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。B、缸筒壁厚°在不考慮缸筒外徑公差余量和腐蝕余量的情況下,缸筒壁厚可按下式計(jì)算pmax Dm2.3 p 3 pmax式中:Pmax缸筒最高工作壓力,MPaMPap 缸筒材料的許用應(yīng)力,最后將以上式所求得的°值,圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)最終采用的缸筒壁厚應(yīng)作三方面的驗(yàn)算額定工作壓力Pn應(yīng)低于一定的極

8、限值,以保證工作安全:2 2Pn0.35s(D1 2 D ) MPaD1式中:Di 缸筒外徑;額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例圍,以避免塑性變形的發(fā)生:Pn (0.35 0.42)PrLPrL 2.3式中:PrL最后還需對(duì)缸筒徑向變形量缸筒完全發(fā)生塑性變形的壓力,MPaD進(jìn)行驗(yàn)算,如果徑向變形量D超過(guò)密封件允許圍,液壓缸就會(huì)發(fā)生泄。PrD22Di D二2v mDiD2C、缸筒螺紋缸筒與缸頭部分采用螺紋,壓樁機(jī)液壓缸一般采用螺紋連接,螺紋處的強(qiáng)度計(jì)算:螺紋處的拉應(yīng)力4 KF(D2 d12)10 6 MPa螺紋處的剪應(yīng)力KiKFd。di3)30.2(D10 6 MPa合成應(yīng)力no式中

9、:F缸筒端部承受的最大推力,d缸筒外徑,md 1螺紋大徑,m;K螺紋連接的擰緊系數(shù),不變載荷取1.251.5,變載荷取2.54;K1 螺紋連接的摩擦因數(shù),一般0.070.2,平均取0.12 ;b 材料的抗拉強(qiáng)度,MPan° 安全系數(shù),取 35。D缸筒技術(shù)要求缸筒技術(shù)要求如下:a) 缸筒孔一般采用 H8級(jí)公差,表面粗糙度一般在0.2 m左右;b) 缸筒徑的錐度、圓柱度不大于徑公差的三分之一;c) 缸筒直線度公差在 1000mm長(zhǎng)度上不大于 0.1mm;d) 缸筒端面對(duì)徑的垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm為便于裝配和不損壞密封件,缸筒孔口應(yīng)倒20°角,寬度根據(jù)徑大小來(lái)

10、選取。通往油口的孔口必須倒角或開(kāi)避讓槽,過(guò)度處需拋光,以免劃傷密封件。缸筒上有焊接件時(shí), 都必須在半精加工前進(jìn)行,以免精加工后焊接引起孔變形??傊?,缸筒是液壓缸的主要零件,它與缸頭、缸底、油口等零件構(gòu)成密封容腔,用以容納壓力油液,同時(shí)它還是活塞的運(yùn)動(dòng)“軌道”。設(shè)計(jì)液壓缸缸筒時(shí),應(yīng)該正確確定各部分 的尺寸,保證液壓缸有足夠的輸出力,運(yùn)動(dòng)速度和有效行程,同時(shí)還必須有一定的強(qiáng)度,能足夠以承受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊力;缸筒的表面應(yīng)具有合適的配合公差等級(jí)、表面粗糙度和形位公差,以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用性。第三部分活塞桿計(jì)算1、活塞桿結(jié)構(gòu)活塞桿一般采用實(shí)心桿,跟桿頭耳環(huán)采用焊接或螺紋連接

11、的形式。2、活塞桿材料一般用中碳鋼,調(diào)質(zhì)處理。在旋挖鉆機(jī)液壓缸多數(shù)采用 45鋼,在受力特別大的情況也可 采用高強(qiáng)度合金鋼。活塞桿材料的機(jī)械性能見(jiàn)表4。表4活塞桿材料的機(jī)械性能材料b / MPas / MPa/%熱處理4560034013調(diào)質(zhì)40Cr9007009調(diào)質(zhì)42CrMo100090012調(diào)質(zhì)3、活塞桿的計(jì)算A、慨述活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件,它承受拉力、壓力、彎曲力和震動(dòng)沖擊等多種力, 必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。B、活塞桿桿徑計(jì)算旋挖鉆機(jī)液壓缸一般都是差動(dòng)缸,其活塞桿直徑d可根據(jù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速比來(lái)確定:d D1 m式中:d 液壓缸缸徑,m液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比;計(jì)算出活塞桿直徑后

12、,應(yīng)將尺寸圓整到標(biāo)準(zhǔn)值并校核其穩(wěn)定性。C、活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算壓樁機(jī)液壓缸工作時(shí),活塞桿承受的彎曲力矩很大,則按下式計(jì)算活塞桿的應(yīng)力。10 6F活塞桿的作用力,N;A活塞桿橫斷面積,m2 ;M活塞桿承受的彎曲力矩,N m ;W活塞桿斷面模數(shù),m3?;钊麠U與活塞一般都靠螺紋連接,所以都設(shè)有螺紋、 退刀槽等結(jié)構(gòu)。這些部位往往是活塞上的危險(xiǎn)截面,也要進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)活塞各參數(shù)確定好后,可以對(duì)活塞桿進(jìn)行三維建模,利 用有限元分析軟件對(duì)活塞桿進(jìn)行應(yīng)力分析。D活塞桿技術(shù)要求活塞桿技術(shù)要求如下:a) 活塞桿在導(dǎo)向套中滑動(dòng),一般采用H8/f7配合。太緊了,摩擦力大,太松了,容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損;b) 其圓度和圓柱度不大于直徑公差的三分之一,.外圓直線度公差在1000mm長(zhǎng)度上不大于 0.02mm;c) 安裝活塞的軸勁與外圓的同軸度公差不大于0.02mm,軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm以保證活塞安裝后不產(chǎn)

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