鑄型輸送機液壓系統(tǒng)設計

PAGE18PAGE31PAGE18鑄型輸送機液壓系統(tǒng)設計摘要：步移式鑄型輸送機是鑄造車間的一種專用設備，其功用是有節(jié)奏地把輸送小車向前移動一個小車距離，并能實現(xiàn)精確定位。輸送小車的步移和定位（先步移和定位）擬采用液壓傳動完成。液壓傳動屬于自動控制領域的一門重要學科。它的發(fā)展已有二三百年的歷史。然而它在工業(yè)上真正得到推廣和使用，是20世紀中葉以后的事。液壓傳動技術(shù)廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域，已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。液壓傳動是以有壓液體作為工作介質(zhì)來實現(xiàn)能量傳遞、轉(zhuǎn)換和控制的一種傳動形式。將各種液壓元件組成不同功能的基本控制回路，若干基本控制回路再經(jīng)過有機組合，就構(gòu)成了一個完整的液壓傳動系統(tǒng)。一個液壓系統(tǒng)通常都是液壓元件(包括能源元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件）和工作介質(zhì)兩大部分組成。關鍵詞：液壓系統(tǒng)；液壓傳動；執(zhí)行元件；控制回路TheDesignofHydraulicSystemforCastingConveyorAbstract:Movementofsteptypecastingconveyorisakindofspecialequipmentincastingworkshop,itsfunctionismovingthedelivercarforwardacardistanceinrhyme,andcanrealizetheprecisepositioning.Thedelivercar'smoveandpositioning(thefirstmoveandpositioning)willbecompletedbythehydraulictransmission.Thehydraulicdriveisanimportantdisciplineinthefieldofautomaticcontrol.Itsdevelopmenthasbeenthreehundredyearsofhistory.However,itisafterthemid-20thcenturythatitreallygetthepromotionanduseinindustry.Hydraulicdrivetechnologyiswidelyusedinvariousfieldsofnationaleconomyandhasbecomeoneoftheimportantindicatorformeasuringacountry'sindustriallevel.Hydraulictransmissionisatransmissionformofusingpressureliquidastheworkingmediumtoachievetheenergytransfer,conversionandcontrol.Varioushydrauliccomponentsmakeupthebasiccontrolloopthathasdifferentfunctions,anumberofbasiccontrolloopthroughorganiccombinationandconstitutesacompletehydraulicdrivesystemintheend.Ahydraulicsystemisusuallycomposedoftwosections.theyarehydrauliccomponents(includingenergycomponents,actuators,thecontrolelements,auxiliarycomponents)andworkingmedium.Keywords:Hydraulicsystem;Hydraulictransmission;Auxiliarycomponents;controlloop1前言輸送機的歷史悠久，中國古代的高轉(zhuǎn)筒車和提水的翻車，是現(xiàn)代斗式提升機和刮板輸送機的雛形。輸送機是在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運機械，又稱連續(xù)輸送機。輸送機可進行水平、傾斜輸送機，也可組成空間輸送線路，輸送線路一般是固定的。輸送機輸送能力大，運距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，所以應用十分廣泛。本次設計的是步移式鑄型輸送機液壓系統(tǒng)，因為液壓系統(tǒng)有以下特點[1]：在同等的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動力，在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓馬達的體積和重量只有同等功率電機的12%。液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動，制動和頻繁的換向。液壓裝置可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，（調(diào)速范圍可達到2000），還可以在運行的過程中實現(xiàn)調(diào)速。液壓傳動易于實現(xiàn)自動化，他對液體壓力，流量和流動方向易于進行調(diào)解或控制。液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。液壓元件已實現(xiàn)了標準化，系列化，通用化，從而為液壓系統(tǒng)的設計制造和使用維護以及縮短機器設備的研發(fā)生產(chǎn)周期、降低成本提供了有力條件。當然液壓技術(shù)還存在許多缺點。例如，液壓在傳動過程中有較多的能量損失，液壓傳動易泄露，不僅污染工作場地，限制其應用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。對油溫變化比較敏感，液壓元件制造精度要求較高，造價昂貴，出現(xiàn)故障不易找到原因，但在實際的應用中，可以通過有效的措施來減小不利因素帶來的影響。我國的液壓技術(shù)是在新中國成立以后才發(fā)展起來的。自從1952年試制出我國第一個液壓元件——齒輪泵起，迄今大致經(jīng)歷了仿制外國產(chǎn)品，自行設計開發(fā)和引進消化提高等幾個階段[2]。近年來，通過技術(shù)引進和科研攻關，產(chǎn)品水平也得到了提高，研制和生產(chǎn)出了一些具有先進水平的產(chǎn)品。目前，我國的液壓技術(shù)已經(jīng)能夠為冶金、工程機械、機床、化工機械、紡織機械等部門提供品種比較齊全的產(chǎn)品。但是，我國的液壓技術(shù)在產(chǎn)品品種、數(shù)量及技術(shù)上、與國際水平以及主要行業(yè)的要求還有不少差距，每年還需要進口大量的液壓元件。回望過去，展望未來，液壓技術(shù)的發(fā)展將朝著以下方向[3]：提高元件性能，創(chuàng)制新型元件，體積不斷縮小。高度的組合化，集成化，模塊化。融入微電子技術(shù)，逐步走向智能化。本次設計嚴格按照指導要求進行，其間得到老師和同學們不少的幫助，在此向你們表示誠摯的感謝。由于本人水平和知識所限，其中有錯誤在所難免，懇請老師予以指導修正。2主機功能結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求步移式鑄型輸送機是鑄造車間的一種專業(yè)設備，其功用是有節(jié)奏地把輸送小車向前移動一個小車距離，并能實現(xiàn)精確定位。該機由鑄型輸送小車及其傳動裝置組成（見圖1），每一個小車的車體中心都有一個定位孔，車體左右有兩個滾輪2分別支承在兩滾道1上，其后各一導軌9夾于兩滾道中間。每兩個小車的臺面3以回轉(zhuǎn)鉸軸5相連接，車臺面上放置著鑄型砂箱4。由于每個車體和車臺面連接之間的距離彼此對應相等，故每個小車之間的距離相等，均為1m。輸送小車的步移和定位（先步移后定位）擬采用液壓傳動完成，已知小車步移所需牽引力為49KN，要求循環(huán)周期為12S。3液壓執(zhí)行機構(gòu)的設計計算3.1執(zhí)行元件類型、數(shù)量、安裝位置根據(jù)輸送小車的動作和工況要求，所要求的液壓系統(tǒng)擬采取三種液壓缸的執(zhí)行元件配置方案。1—滾道；2—滾輪；3—小車臺面；4—鑄型；5—回轉(zhuǎn)鉸軸；6—步移缸；7—車體；8—插銷缸；9—導輪；10—定位缸圖1鑄型輸送機傳動示意圖Figure1Thetransmissionschemesofcastingconveyor三種液壓缸在鑄型輸送機的安放位置如圖1所示。工作時，當插銷油缸上升插入車體后，定位缸才拔銷，然后兩個剛性連接的步移缸同步地通過兩個插銷缸將輸送小車向前移動一個小車距離，隨之定位缸插銷插入小車定位孔里使小車定位。接著插銷缸拔銷，最后步移缸返回原位，等待下個周期的步移動作。表1鑄型輸送機的執(zhí)行元件配置方案Table1Theconfigurationschemeofexecutionelementforcastingconveyor名稱數(shù)量功能結(jié)構(gòu)型式和特點步移液壓缸2驅(qū)動小車移動為了增大步移缸的推力而不致缸的尺寸過大，步移缸采用兩個雙桿活塞桿并聯(lián)，兩個缸的活塞桿固定，兩個缸體剛性連為一體，并作往復運動。插銷液壓缸2連接步移缸和小車，設在兩步移缸剛性連接前后部位，用以連接步移缸帶動小車前移和小車，帶動小車前移；為了改善活塞桿的受力情況，插銷缸采用雙桿活塞桿。定位液壓缸1小車定位保證輸送帶與各主機、輔機間正確的相對位置關系，采用雙桿活塞桿。三種液壓缸的動作順序為：插銷缸活塞上升（插銷）→定位缸下降（拔銷）→步移缸前移→定位缸上升定位（插銷）→插銷缸下降（拔銷）→步移缸后退返回。這些動作嚴格按順序進行，動作間互不重疊。步移缸前進和返回行程均與小車車距相等，；定位缸單向行程及插銷缸的單向行程相等，即==56mm。為了滿足循環(huán)周期為12s的要求，循環(huán)周期按下列情況細分：步移缸前移后退各4s；插銷缸插銷和拔銷分別為1.3和0.9s(可調(diào)）；定位缸拔銷和插銷各0.9s。輔助時間合計4s。據(jù)此作出的執(zhí)行周期動作順序圖見圖2。圖2鑄型輸送機周期動作順序圖Figure2Thesequencediagramofcycleactionforcastingconveyor3.2速度計算分析和載荷計算分析對于步移缸的外負載，忽略摩擦負載和慣性負載，只考慮工作負載即牽引力。各液壓缸運動速度的計算及結(jié)果見表2。對于插銷缸的外負載，忽略摩擦負載和慣性負載，只考慮工作負載即小車步移所需要的牽引力40kN，該系統(tǒng)總共有兩個插銷液壓缸，故每個液壓缸需要克服的阻力為20kN。表2液壓缸運動速度計算Table2Thecalculationofmovementspeedforhydrauliccylinder執(zhí)行元件計算式速度/（m/s)說明步移液壓缸0.25插銷液壓缸插銷步移缸的往返速拔銷度相等，定位液定位液壓缸壓缸往返速度相等。4液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定4.1系統(tǒng)壓力的初步確定對于步移缸，按下表3[4]，預選缸的設計壓力。表3按負載選擇設計壓力Table3Thedesignpressurebasedonload負載/kN<55~1010~2020~3030~5050設計壓力/MPa0.8~11.5~22.5~33~44~5>54.2活塞桿的直徑液壓缸活塞桿直徑d按工作時的受力情況來決定，如下表4[14]所示。計算出的活塞桿直徑d，按表5[4]圓整。表4液壓缸活塞桿直徑推薦值Table2Therecommendedvalueofpistonroddiameterforthehydrauliccylinder活塞桿受力情況受拉伸受壓縮，工作壓力/MPa55<7>7活塞桿直徑(0.3~0.5)D(0.5~0.55)D(0.6~0.7)D0.7D表5活塞桿直徑d系列（GB/T23481993)Table5Thediameterofdseriesforpistonrod(GB/T2348-1993)456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360對于步移缸，按表4，預選缸的設計壓力。根據(jù)受力情況取活塞桿的外徑d=100mm=0.1m(標準值）。4.3缸筒的內(nèi)徑忽略各種損失，則由力平衡方程(1)[5](1)可求出步移缸的內(nèi)徑D為按GB/T23481993[6]，取標準值D=125mm=0.125m。從而，可算得步移缸的有效作用面積A的實際工作壓力為對于插銷缸和定位缸，經(jīng)受力分析及考慮到液壓缸的剛性及美觀，將其活塞桿直徑取為缸內(nèi)徑取為（均為標準值[6]）。4.4液壓缸的流量液壓缸的流量與缸徑和活塞的運動有關系，當液壓缸的供油量Q不變時，除去在行程開始和結(jié)束時有一加速和減速階段外，活塞在行程的中間大多數(shù)時間保持恒定速度，液壓缸的流量可以計算如下：(2)式中：A活塞的有效工作面積對于雙桿液壓缸活塞的容積效率采用彈性密封圈時，采用活塞環(huán)時，為液壓缸的最大運動速度m/s為液壓缸的最大運動速度m/s代入數(shù)據(jù)：對于步移液壓缸：對于插銷液壓缸：插銷時所需流量：拔銷時所需流量：對于定位液壓缸：作出的流量循環(huán)圖如圖3所示。由圖可看出，步移缸所需流量最大。圖3流量循環(huán)圖Figure3Thechartofflowcirculation5擬定液壓系統(tǒng)圖5.1制定液壓回路方案油路連接方案鑄型輸送機液壓系統(tǒng)共兩類三種執(zhí)行元件，工作性質(zhì)不同，且有嚴格的動作順序，為此，總體上講作為工作執(zhí)行元件的步移液壓缸、作為輔助執(zhí)行元件的定位液壓液壓缸和插銷液壓缸各劃分為一個支路并且相互并聯(lián)，而定位液壓缸與兩插銷液壓缸又相互并聯(lián)，兩插銷液壓缸相互并聯(lián)。速度控制回路方案步移液壓缸，由于其往返速度相同，且不需要調(diào)速，但為了滿足往返運動到斷點避免沖擊達到準確定位的要求，采用雙向減速回路，即在進油路上裝設兩個單向行程減速閥，當步移缸運行至接近終點時壓下行程減速閥的閥芯而減速?？紤]到定位液壓缸的插銷和拔銷速度相同，且不需要調(diào)速；而兩插銷液壓缸插銷和拔銷時間要求可以調(diào)節(jié)，為此在各插銷缸支路上采用回油節(jié)流調(diào)速回路，在實現(xiàn)調(diào)速功能的同時由此保證兩缸同步。由于已選用減速和節(jié)流調(diào)速回路，故系統(tǒng)必然為開放式循環(huán)方式。油源型式由流量循環(huán)圖可知，系統(tǒng)中三個液壓缸所需要流量以步移缸最大，但考慮到各缸運行時間較短，故選用單定量泵供油油源，而泵的流量需按步移缸的要求確定。換向回路方案考慮系統(tǒng)流量較大，為保證換向平穩(wěn)，故對步移缸單獨使用一個三位四通電液動換向閥換向；而并聯(lián)的定位缸與兩插銷缸則共用另外一個三位四通電液動換向閥換向；并采用活動檔塊壓下電氣行程開關控制器換向閥電磁鐵的通斷電實現(xiàn)自動換向。電液動換向閥則采用輔助泵供油的控制方案。順序動作方式步移缸與輔助缸的動作順序控制，采用活動擋塊壓下電氣行程開關控制換向閥電磁鐵的通斷電的行程控制方式；而并聯(lián)的定位缸與兩插銷缸之間的順序控制則采用單向順序閥的壓力控制方式。壓力控制回路方案在主液壓泵出口并聯(lián)一溢流閥，實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)壓溢流；在主液壓泵出口并聯(lián)一個遠控卸荷閥（由輔助泵供油并采用一個二位四通電磁換向閥切換控制），用于使步移缸返回后，等待下一個周期開始的時間繼電器發(fā)令前，液壓泵卸荷，以實現(xiàn)節(jié)能。在輔助泵出口并聯(lián)一個溢流閥，以限定其最高供油壓力。5.2組成液壓系統(tǒng)原理圖在初步選定上述主回路的基礎上，再增加一些輔助回路，如在兩液壓泵出口分別設一壓力表及壓力表開關，以便觀測泵的壓力；在泵的進口分別設置過濾器，以保證油液清潔，即可組成圖所示的鑄型輸送機完整的液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)的動作順序表如表6所列。系統(tǒng)的工作原理簡述如下：當按下啟動按鈕后，輔助泵2啟動，同時電磁鐵5YA通電使二位四通電磁換向閥切換至下位，主液壓泵1空載（卸荷）啟動，周期時間繼電器到時后發(fā)信，使電磁鐵5YA斷電，卸荷閥6關閉，液壓系統(tǒng)按下列順序開始運行。插銷缸插銷—定位缸拔銷周期時間繼電器發(fā)信，使電磁鐵3YA通電，換向閥9切換至右位，此時的油液流動路線為進油路：主泵1的壓力油→單向閥3→換向閥9（右位）→插銷缸16和17的下腔，使兩插銷缸的活塞桿伸出（插銷），當活塞上升至上死點時，油壓升高，壓力油打開順序閥13進入定位缸18的上腔，使定位缸活塞桿下降（拔銷）?；赜吐罚簝刹邃N缸16、17上腔→單向節(jié)流閥14、15→單向順序閥12中的單向閥→與定位缸下腔回油一起→換向閥9（右位）→油箱。步移缸前進定位缸拔銷后，壓下行程開關3SQ，使電磁鐵1YA通電，換向閥8切換至左位，3YA斷電，換向閥9復至中位。此時的油液流動路線為進油路：主泵1的壓力油→單向閥3→換向閥8（左位）→單向行程減速閥10→步移缸19左腔，使步移缸缸筒向前移動，當步移缸快行至終點時，缸體壓下單向行程減速閥10，進行節(jié)流減速，缸緩慢停止?；赜吐罚翰揭聘?9右腔→單向行程減速閥11→換向閥8（左位）→油箱。定位缸插銷插銷缸拔銷步移缸前移到左端點時壓下行程開關4SQ，使電磁鐵1YA斷電（換向閥8復至中位），同時使4YA通電（換向閥9切換至左位），此時的油液流動路線為進油路：主泵1的壓力油→單向閥3→換向閥9（左位）→定位缸18的下腔，使定位缸活塞桿上升（插銷）。當活塞上升至上死點時，系統(tǒng)壓力升高，打開單向順序閥12，壓力油→單向節(jié)流閥14、15中的單向閥→插銷缸上腔，使插銷缸活塞返回（拔銷）；回油路：定位缸上腔→單向順序閥13的單向閥后和插銷缸下腔的回油一起→換向閥9（左位）→油箱。④步移缸返回兩插銷缸返回到終點時，檔鐵壓下行程開關1SQ和2SQ，使電磁鐵2YA通電（換向閥8切換至右位),4YA斷電（換向閥9復至中位）。此時的油液流動路線為進油路：主泵1的壓力油→單向閥3→換向閥8（右位）→單向行程減速閥11→步移缸19右腔，使步移缸缸筒向后退回，當步移缸快行至右端終點時，缸體壓下單向行程減速閥11，進行節(jié)流閥，缸緩慢停止?；赜吐罚翰揭聘?9左腔→單向行程減速閥10的單向閥→換向閥8（右位）→油箱。⑤卸荷當步移缸返回原位壓下行程開關5SQ時，使電磁鐵2YA斷電（換向閥8復至中位）、5YA通電（換向閥7切換至下位），輔助泵2的壓力油打開卸荷閥6，主泵1經(jīng)閥6卸荷。輸送下車停止不動，直至周期時間繼電器發(fā)信，才重復上述工作循環(huán)。表6鑄型輸送機液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表Table6Theorderformofelectromagnetworkforhydraulicsystemofcastingconveyor序號信號來源動作名稱電磁鐵狀態(tài)1YA2YA3YA4YA5YA1按下啟動按鈕液壓泵1、2啟動+2周期時間繼電器插銷缸插銷（定位缸拔銷）+3壓下行程開關3SQ步移缸前移+4壓下行程開關4SQ定位缸插銷（插銷缸B拔銷）+5壓下行程開關1SQ、2SQ步移缸返回+6壓下行程開關5SQ液壓泵卸荷+1—主液壓泵；2—輔助液壓泵；3—單向閥；4、5—溢流閥；6—卸荷閥；7—二位四通電磁換向閥；8、9—三位四通電液動換向閥；10、11—單向行程減速閥；12、13—單向順序閥；14、15—單向節(jié)流閥；16、17—插銷閥；18—定位缸；19—步移缸；20、21—壓力表及其開關；22、23—過濾器圖4鑄型輸送機液壓系統(tǒng)原理圖Figure4Thediagramofhydraulicsystemforcastingconveyor6液壓缸的結(jié)構(gòu)設計6.1缸筒設計6.1.1缸筒結(jié)構(gòu)的選擇連接方式如下圖5：1-缸筒；2-端蓋圖5焊接連接Figure5weldedconnection上圖所示為焊接連接式，它適用于端蓋與缸筒的焊接，其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，徑向尺寸小，但缸底內(nèi)徑加工不方便，焊接易引起變形，油缸的清洗不是很方便。缸筒的要求：有足夠強度，能夠承受動態(tài)工作壓力，長時間工作不會變形；有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時不會彎曲；內(nèi)表面和導向件與密封件之間摩擦少，可以保證長期使用。缸筒材料的選取及強度給定部分材料的機械性能如下表7[6]：表7缸筒常用無縫鋼管材料機械性能Table7Mechanicalpropertiesofcommonlyusedseamlesssteeltubematerialforcylinder材料204202502530500300183554032017456103601415MnVn7505002627SiMn10008501230CrMo9508001235CrMo100085012本次設計選取45號鋼從表中可以得到：缸筒材料的屈服強度=360MP；缸筒材料的抗拉強度=610MP；現(xiàn)在利用屈服強度來引申出：缸筒材料的許用應力[]=/n=360/5=72MP。其中n=5是選取的安全系數(shù)，來源于下表8[4]：表8液壓缸的安全系數(shù)Table8Safetycoefficientofhydrauliccylinder材料名稱靜載荷交變載荷沖擊載荷不對成對稱剛，鍛鐵358126.2缸筒的計算6.2.1液壓缸的效率油缸的效率由以下三種效率組成[8]：（A)機械效率，由各運動件摩擦損失所造成，在額定壓力下，通?？扇?。（B）容積效率，由各封密件泄露所造成，通常容積效率，為：裝彈性體密封圈時裝活塞環(huán)時（C)作用力效率，由出油口背壓所產(chǎn)生的反作用力而造成。=0.9=1=0.9(3)所以總效率為0.8。6.2.2液壓缸缸徑的計算對于步移缸，按表2，預選缸的設計壓力。根據(jù)受力情況取活塞桿的外徑d=100mm=0.1m(標準值）。忽略各種損失，則由力平衡方程[10](4)可求出步移缸的內(nèi)徑D為按GB/T23481993[7]，取標準值D=125mm=0.125m。6.2.3流量的計算由上述各缸的幾何參數(shù)及速度（見表2）計算出的各液壓缸所需流量結(jié)果。步移液壓缸=132.47L/min(5)插銷液壓缸插銷=14.58L/min(6)拔銷=21.02L/min(7)定位液壓缸=10.51L/min(8)步移缸往返流量相等；定位缸往返流量相等。6.2.4缸筒壁厚的計算缸筒壁厚可以使用下式進行計算：當時（可用薄壁缸筒的實用計算式）[10](9)——最高允許壓力（MPa)——缸筒材料的許用應力（MPa)根據(jù)缸徑查手冊[11]預取=3此時/D=3/125=0.0240.08滿足使用薄壁缸筒計算式的要求，下面利用上式來計算：最高允許壓力一般是額定壓力的1.5倍，根據(jù)給定參數(shù)P=5MP，所以：=51.5=7.5MP許用應力在選取材料的時候給出：[]=/n=360/5=72MP根據(jù)式(10):(10)得到壁厚：=6.51mm。為保證安全，取壁厚為8mm。缸筒的加工要求:缸筒內(nèi)徑D采用H7級配合，表面粗糙度為0.8，需要進行研磨；熱處理：調(diào)制，HB240；缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；缸通直線度不大于0.04mm；油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺；在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。6.3活塞設計6.3.1活塞結(jié)構(gòu)的設計活塞結(jié)構(gòu)的類型常見的活塞結(jié)構(gòu)有以下幾種：單支承活塞結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)又有使用整圈式單開口支承環(huán)，安裝在活塞中央部位。當用于雙作用活塞時，在活塞的兩端頭裝活塞環(huán)；當用于單作用活塞時，僅在活塞承壓的端頭裝活塞環(huán)。主要使用整圈式無切口支承環(huán)。由于活塞體由兩個零件組成，便于套裝支承環(huán)?；钊w的兩零件裝配后必須同軸，以保證活塞正常運行。雙支承活塞結(jié)構(gòu)主要用于較長的活塞，或質(zhì)（重）量較大的活塞。有時用一根支承環(huán)認為其寬度太大時，也使用雙支承活塞結(jié)構(gòu)。組合式活塞環(huán)與支承環(huán)活塞結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)主要用于短活塞，如鼓形活塞和錐臺形活塞?；钊譃檎w式和組合式，組合式制作和使用比較復雜，所以在此選用整體式活塞，形式如下圖6：此整體式活塞中，密封環(huán)和導向套是分槽安裝的。1-活塞；2-缸體；3-銷軸；圖6活塞設計Figure6Thedesignofpiston6.3.2活塞的密封考慮到系統(tǒng)運行時的壓力比較?。?lt;6MPa)，且液壓缸的運行往返速度也比較小(<0.5m/s),故選用O型密封圈。O型密封圈是一種斷面形狀為圓形的耐油橡膠圈，是液壓設備中應用得最多、最廣泛的一種密封圈，可用于靜密封和動密封。0型密封圈是一種擠壓型密封，其基本原理是依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封基礎面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的壓力，則不發(fā)生泄露，反正則發(fā)生泄露。O型密封圈既可以用于外徑或內(nèi)徑密封，也可以用于斷面密封。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，單圈即可對兩個方向起密封作用，動摩擦阻力較小，對油液、壓力和溫度的適應性好。其缺點是在用作動密封時，啟動摩擦阻力較小，磨損后不能自動補償，使用壽命短[12]。6.3.3活塞的材料選用45號鋼6.3.4活塞的尺寸及加工公差選擇活塞厚度為活塞桿直徑的1倍，因為活塞桿直徑是94mm，所以活塞的厚度為94mm?；钊呐浜弦驗槭褂昧私M合形式的密封器件，所以要求不高，這里不加敘述。活塞外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，斷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之半。6.4活塞桿的設計6.4.1活塞桿與活塞的連接形式活塞桿與活塞采用銷軸連接方式如上圖7，它加工、裝配方便，但承載能力小，用于輕載場合[13]。1-活塞；2-活塞桿；3-銷軸；圖7活塞桿與活塞的連接形式Figure7Theconnectionformofthepistonrodandpiston6.4.2活塞桿材料和技術(shù)要求(1)、因為沒有特殊要求，所以選用45號鋼作為活塞桿的材料，本次設計中活塞桿只承受壓應力，所以不用調(diào)制處理，但進行淬火處理是必要的，淬火深度可以在0.5—1mm左右。(2)、安裝活塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于0.04mm，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導向的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.025mm，保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。(3)、活塞桿外圓粗糙度選擇為0.8(4)、因為是運行在低載荷情況下，所以省去了表面處理。6.4.3活塞桿的計算表4液壓缸活塞桿直徑推薦值Table4Thehydrauliccylinderpistonroddiameterrecommendedvalue活塞桿受力情況受拉伸受壓縮，工作壓力/MPa55<7>7活塞桿直徑(0.3~0.5)D(0.5~0.55)D(0.6~0.7)D0.7D活塞桿直徑的計算液壓缸活塞桿直徑d按工作時的受力情況來決定，如下表4所示。計算出的活塞桿直徑d，按表5圓整。表5活塞桿直徑d系列（GB/T23481993)Table5Thediameterofpistonroddseries(GB/T2348-1993)456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360對于步移缸，按表4，預選缸的設計壓力。根據(jù)受力情況取活塞桿的外徑d=100mm=0.1m(標準值）。6.4.4活塞桿彎矩穩(wěn)定性驗算當活塞桿支承長度時，需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性。若受力完全在軸線上，主要是按下式驗算[15]：（11）（12）式中圓截面：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，N安全系數(shù)，通常取=3.5~6K液壓缸安裝及導向系數(shù)，通常取K=1.5實際彈性模數(shù)a材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取a=1/12b活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取b=1/13E材料的彈性模數(shù)，MPa,鋼材I活塞桿橫截面慣性矩，先計算活塞桿截面的慣性矩I=油缸支撐長度=2384mm將以上各量帶入公式中得到活塞桿失穩(wěn)力：選取安全系數(shù)=5得到最大承載力的判別式顯然這是符合要求的。6.5活塞桿的導向、密封和防塵(1)導向環(huán)選擇非金屬導向環(huán)，用高強度塑料PEI制成，這種導向環(huán)的優(yōu)點是摩擦阻力小、耐磨、使用壽命長、裝導向環(huán)的溝槽加工簡單，并且磨損后導向環(huán)易于更換。(2)密封在系統(tǒng)運行壓力和活塞運行速度較小的情況下，選用O型密封圈。7選擇液壓元件7.1油泵和電機的選擇首先確定液壓泵的最高工作壓力；前已算出步移缸的工作壓力，考慮到本系統(tǒng)油路較為簡單，故取泵至缸見的僅油路壓力損失為，則根據(jù)式：(13)算得主液壓泵的最高工作壓力為然后確定液壓泵的流量：液壓泵的最大供油量按液壓缸和最大輸入流量（）進行估算。按式(14)取泄露系數(shù)K=1.2，則根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選定量葉片泵的轉(zhuǎn)速為n=1000r/min,泵的容積效率，根據(jù)式(15)可算得泵的排量參考值為根據(jù)以上計算結(jié)果查手冊，選用規(guī)格相近的YB-C194B型定量葉片泵，其定額壓力為7MPa，排量為V=200.9mL/r,泵的額定轉(zhuǎn)速為n=1000r/min，由表2-12[12]取容積效率，倒推算得泵的額定流量為滿足系統(tǒng)所需流量。由表2-12取泵的總效率為，則所需電機功率為(16)選用電動機型號：查表2-13[13]，選用Y系列規(guī)格相近的Y200L2-6型封閉式三相異步電動機，其額定功率22KW，轉(zhuǎn)速為970r.min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓泵時，泵的實際輸出流量分別為165.64L/min，仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的要求。7.2控制閥的選擇液壓系統(tǒng)應盡可能多的由標準液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù)是閥所在的油路的最大工作壓力和通過該閥的最大實際流量，下面根據(jù)該原則依次進行壓力控制閥，流量控制閥和換向閥的選擇。7.2.1壓力控制閥控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中壓力大小的閥通稱壓力控制閥。壓力控制閥的作用，是控制液壓系統(tǒng)的壓力或以液體壓力的變化來控制油路的通斷[12]。壓力控制閥按其功能可分為溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器等。壓力控制閥的選用原則壓力：壓力控制閥的額定壓力應大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力控制閥正常工作。壓力調(diào)節(jié)范圍：系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力應在閥的壓力調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。流量：通過壓力控制閥的實際流量應小于壓力控制閥的額定流量。結(jié)構(gòu)類型：根據(jù)結(jié)構(gòu)類型及工作原理，壓力控制閥可以分為直動型和先導型兩種，直動型壓力控制閥結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調(diào)壓偏差大，不適合在高壓大流量下工作。但在緩沖制動裝置中要求壓力控制閥的靈敏度高，應采用直動型溢流閥，先導型壓力控制閥的靈敏度和響應速度比直動閥低一些，調(diào)壓精度比直動閥高，廣泛應用于高壓，大流量和調(diào)壓精度要求較高的場合。此外，還應考慮閥的安裝及連接形式，尺寸，重量，價格，使用壽命，維護方便性，貨源情況等。根據(jù)以上選用原則，可以選擇先導型壓力閥，再根據(jù)閥的調(diào)定壓力及流量和相關參數(shù)，可以選擇先導式溢流閥，相關參數(shù)如下：先導式溢流閥型號：CG—03—B調(diào)壓范圍：0.85~7MPa額定流量：170L/min通經(jīng)：10mm先導式溢流閥型號：YF3—10B調(diào)壓范圍：0.5~6.3MPa額定流量：63L/min通經(jīng)：10mm卸荷閥（遠控順序閥）型號：X3F—B32F調(diào)壓范圍：3~7MPa額定流量：150L/min通經(jīng)：32mm單向順序閥型號：RC—G—10—D調(diào)壓范圍：1.7~7MPa額定流量：284L/min通經(jīng)：1.025in單向節(jié)流閥型號：ALF3—E10B額定壓力：16MPa額定流量：100L/min通經(jīng)：10mm7.2.2方向控制閥方向控制閥是用以控制和改變液壓系統(tǒng)中各油路之間液流方向的閥，方向控制閥可分為單向閥和換向閥兩大類。單向閥是用以防止液流倒流的元件。換向閥是利用閥芯和閥體間的相對運動來切換油路中液流的方向的液壓元件[16]。方向控制閥的選用原則如下：壓力：液壓系統(tǒng)的最大壓力應低于閥的額定壓力。流量：流經(jīng)方向控制閥最大流量一般不大于閥的流量?；y機能：滑閥機能之換向閥處于中位時的通路形式。操作方式：選擇合適的操作方式，如手動，電動，液動等。方向控制閥在該系統(tǒng)中主要是指電磁換向閥，通過換向閥處于不同的位置，來實現(xiàn)油路的通斷。所選擇的換向閥型號及規(guī)格如下：單向閥型號：AF3—Ea20B額定壓力：16MPa（最低控制壓力0.6MPa）額定流量：160L/min通經(jīng)：10mm三位四通電液動換向閥型號：34DYF3—16B額定壓力：6.3MPa（最低控制壓力0.6MPa）額定流量：180L/min通經(jīng)：10mm二位四通電磁換向閥型號：24DF3—16B額定壓力：16MPa額定流量：25L/min通經(jīng)：6mm7.2.3流量控制閥流量控制閥是通過改變節(jié)流口面積的大小，改變通過閥流量的發(fā)。在液壓系統(tǒng)中，流量閥的作用是對執(zhí)行元件的運動速度進行控制。常見的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥等[16]。流量控制閥的選用原則如下：壓力：系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內(nèi)。流量：通過流量控制閥的流量應小于該閥的額定流量。測量范圍：流量控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍應大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意，在選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，所選閥的最小穩(wěn)定流量應滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要求。流量控制閥在該系統(tǒng)中主要是指減速閥。其規(guī)格和型號如下：單向行程減速閥型號：ZCG—10額定壓力：21MPa額定流量：200L/min通經(jīng)：10mm7.3液壓輔件元件的選擇在液壓系統(tǒng)中，蓄能器、過濾器、油箱、熱交換器、管件等元件屬于輔助元件。這些元件結(jié)構(gòu)比較簡單，功能也較單一，但對于液壓系統(tǒng)的工作性能、噪聲、溫升、可靠性等，都有直接的影響。因此，應當對液壓輔助元件引起足夠的重視。在液壓輔助元件中，大部分元件都已標準化，并有專門廠家生產(chǎn)，設計時選用即可。過濾器的選擇在液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內(nèi)的形成或系統(tǒng)外地侵入，液壓油中難免會存在這樣或那樣的污染物，這些污染物的顆粒不僅會加速液壓元件的磨損，而且會堵塞閥件的小孔，卡住閥芯，劃傷密封件，使液壓閥失靈，系統(tǒng)產(chǎn)生故障。因此，必須對液壓油中的污染物和雜質(zhì)的顆粒進行清理。目前，控制液壓油潔凈程度的最有效方法就是采用過濾器。過濾器的主要功能就是對液壓油進行過濾，控制油的潔凈程度[17]。過濾器的選擇應考慮以下幾點：具有足夠大的通油能力，壓力損失小，一般過濾器的通油能力大于實際流量的二倍，或大于管路的最大流量。過濾精度應滿足設計要求，一般液壓系統(tǒng)的壓力不同，對過濾精度的要求也不同，系統(tǒng)壓力越高，要求液壓元件的間隙越小，所以過濾精度要求越高，過濾精度與液壓系統(tǒng)壓力的關系如下表9[14]所示：表9過濾精度與液壓系統(tǒng)的壓力關系Table9Filteringprecisionandhydraulicsystempressurerelationship系統(tǒng)類型一般液壓系統(tǒng)伺服系統(tǒng)壓力MPa<7>735過濾精度<25~50<25<10<5濾芯應有足夠的強度，過濾器的實際壓力應小于樣本給定的工作壓力。濾芯抗腐蝕性能好，能在規(guī)定的溫度下長期工作。根據(jù)上述原則，該液壓系統(tǒng)所選擇的過濾器規(guī)格和型號如下：型號：XU—160×80J壓力損失：<0.02MPa額定流量：160L/min通經(jīng)：40mm型號：XU—16×80J壓力損失：<0.02MPa額定流量：16L/min通經(jīng)：12mm表10列出了該液壓系統(tǒng)中所需選用的各類元件。8油箱及管道的選取油箱在系統(tǒng)中的主要功能為：儲存系統(tǒng)所需要的足夠的油液；散發(fā)系統(tǒng)工作時產(chǎn)生的一部分能量，分離油液中的氣體及其沉淀物。8.1油箱的容積油箱容積的確定是設計油箱的關鍵，油箱的容積應能保證當系統(tǒng)有大量供油而無回油時，最低液面應在進口過濾器之上，保證不會吸入空氣，當系統(tǒng)有大量回油而無供油時或系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，油液返回油箱時，油液不致溢出。按使用情況確定油箱容積初始設計時，可依據(jù)使用情況，按照經(jīng)驗公式[13]確定油箱容積：(17)表10鑄型輸送機液壓系統(tǒng)元件型號規(guī)格Table10Castingconveyorhydraulicsystemcomponentmodelspecification序號元件名稱額定壓力/MPa額定流量/(L/min)型號、規(guī)格說明1定量葉片泵7157.6YB-C171B額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，驅(qū)動電機功率18.5kW2定量葉片泵711.9YB-A9B額定轉(zhuǎn)速為1000r/min,驅(qū)動電機功率2.1kW3單向閥16160AF3-Ea20B通經(jīng)為20mm最低控制壓力0.6MPa4先導式溢流閥0.85~7（調(diào)壓范圍）170CG-03-B通經(jīng)為10mm5先導式溢流閥0.5~6.3(調(diào)壓范圍）63YF3-10B通經(jīng)為10mm6卸荷閥3~7（控制壓力范圍）150X3F-B32F通經(jīng)為32mm7二位四通電磁換向閥162524DF3-E6B通經(jīng)為6mm8、9三位四通電液動換向閥6.318034DYF3-16B通經(jīng)為16mm最低控制壓力0.6MPa10、11單向行程減速閥21200ZCG-10通經(jīng)為10mm12、13單向順序閥1.7~7284RC-G-10-D通經(jīng)為14、15單向節(jié)流閥16100ALF3-E10B通經(jīng)為10mm20、21壓力表開關0~6.3AF6P30/Y63通經(jīng)為6mm此壓力表開關帶壓力表22過濾器<0.02(壓力損失)160XU-16080J通經(jīng)為40mm23過濾器<0.02(壓力損失)16XU-1680J通經(jīng)為12mm式中：V油箱的容積Lq液壓泵的總額定流量L/min經(jīng)驗系數(shù)min，其數(shù)值確定如下：對低壓系統(tǒng)，=2~4min；對中壓系統(tǒng)，=5~7min；對中、高壓或高壓大功率系統(tǒng)，=6~12min。考慮到本系統(tǒng)缸選擇的設計壓力為5MPa，取=5，則油箱的容量可以確定為：(18)按系統(tǒng)發(fā)熱和散熱計算確定油箱容量油箱中油液的溫度一般推薦為30-50℃，最高不超過65℃，最低不低于15℃。油箱的發(fā)熱計算液壓泵的功率損失：(19)式中：P液壓泵的輸入功率液壓泵的實際輸出壓力PaQ液壓泵的實際輸出流量L/min液壓泵的效率,該系統(tǒng)中選擇=0.8代入數(shù)據(jù)：閥的功率損失其中以泵的流量流經(jīng)溢流閥的損失為最大：H=PqKW(20)式中：P溢流閥的調(diào)整壓力Paq經(jīng)過溢流閥流回油箱的流量代入數(shù)據(jù)：KW管路及其它功率損失此項損失包括很多復雜因素，由于其值較小，加上管路散熱等原因，在計算時常予以忽略，一般可取全部能量的0.03~0.05，即KW(21)取KW系統(tǒng)的總功率損失為：KW(22)油箱容積的計算環(huán)境溫度為時，最高允許溫度為的油箱，其最小散熱面積為：(23)設油箱的長寬搞之比為1:1:1~1:2:3時，油箱中油面高度達到油箱高度的0.8時，靠自然冷卻時系統(tǒng)溫度保持在最高溫度以下，散熱面積用該式計算：(24)令=A,得油箱最小體積為代入數(shù)據(jù)：根據(jù)手冊就可以進行油箱的選取.8.2管道的尺寸管道尺寸取決于通過的最大流量和管內(nèi)允許的液體流速。但在實際設計中，管道尺寸常常是由已選定的液壓元件連接口處的尺寸決定。根據(jù)系統(tǒng)中已選定的液壓元件型號規(guī)格得出相應的管道尺寸。本系統(tǒng)油管選18×1.5無縫鋼管。9液壓系統(tǒng)性能的估算液壓系統(tǒng)設計完成之后，需要對它的技術(shù)性能進行驗算，以便判斷其設計質(zhì)量或從幾個方案中選出最好的設計方案。然而液壓系統(tǒng)的性能驗算是一個復雜的問題，目前詳細驗算尚有困難，只能采取一些經(jīng)過簡化的公式，選用近似的粗略的數(shù)據(jù)進行計算，并以此來定性地說明系統(tǒng)性能上的一些問題[13]。9.1系統(tǒng)壓力損失驗算在系統(tǒng)管路布置確定后