自卸車舉升油缸設(shè)計(jì)

保定理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)ii自卸車舉升油缸設(shè)計(jì)摘要本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要針對三級單作用式液壓油缸的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的研究。通過國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及研究目的，確定設(shè)計(jì)的目標(biāo)，提出在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的相應(yīng)問題，同時(shí)制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)的自卸車舉升油缸為三級油缸，通過舉升角，油缸工作壓力等參數(shù)計(jì)算出各節(jié)油缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑，并同時(shí)計(jì)算缸筒壁厚以及缸底厚度，確定各級活塞的行程。得到各節(jié)油缸的對應(yīng)尺寸后，校驗(yàn)油缸額定壓力，爆裂壓力等數(shù)據(jù)。之后對缸筒，活塞，活塞桿的材料進(jìn)行選擇，并明確技術(shù)要求和加工要求。最后對油缸的安全使用和故障排除進(jìn)行簡單介紹。關(guān)鍵詞：自卸車；液壓油缸；液壓系統(tǒng)目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 11.1研究目的及意義 11.2研究現(xiàn)狀 2第2章總體方案分析及確定 32.1總設(shè)計(jì)內(nèi)容分析 3105062.2液壓系統(tǒng)分析 32.3液壓油缸分析 42.3.1液壓油缸的參數(shù)選擇 4第3章液壓舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 73.1液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題 73.2液壓缸的尺寸計(jì)算 73.2.1基本參數(shù)和計(jì)算方法的選擇 73.2.2舉升油缸內(nèi)徑的計(jì)算 83.3油缸壁厚及缸底厚度的計(jì)算 103.3.1第一節(jié)油缸壁厚計(jì)算 113.3.2第一節(jié)缸底厚度的計(jì)算 123.3.3第二節(jié)油缸壁厚的計(jì)算 123.3.4第二節(jié)缸底厚度的計(jì)算 123.3.5第三節(jié)油缸壁厚的計(jì)算 123.3.6第三節(jié)缸底厚度的計(jì)算 133.4活塞桿及活塞的計(jì)算 12272563.4.1活塞桿的計(jì)算 14272563.4.2活塞的直徑以及活塞的厚度計(jì)算 143.5活塞行程的選擇 143.6缸筒與缸蓋焊接連接的應(yīng)力計(jì)算 15第4章 液壓缸主要元件的強(qiáng)度校驗(yàn) 164.1缸筒的校驗(yàn) 164.1.1缸筒的額定壓力校驗(yàn) 164.1.2缸筒的塑性變形壓力校驗(yàn) 164.1.3缸筒的爆裂壓力校驗(yàn) 174.1.4缸筒的徑向變形校驗(yàn) 184.2活塞桿的校驗(yàn) 194.2.1活塞桿的強(qiáng)度檢驗(yàn) 194.2.2活塞桿的彎曲穩(wěn)定性校驗(yàn) 19第5章主要元件的材料選擇與加工要求 205.1缸筒的材料選擇與加工要求 205.1.1缸筒的材料選擇和連接方式 205.1.2缸筒的主要技術(shù)要求 205.1.3缸筒的加工要求 215.2活塞桿的材料選擇與加工要求 215.2.1活塞桿的材料選擇 215.2.2活塞桿的加工要求 215.2.3活塞桿的密封及防塵 215.3活塞的材料選擇與加工要求 225.3.1活塞的材料選擇 225.3.2活塞的加工要求 2219760第6章液壓缸的緩沖裝置 23236146.1緩沖裝置的設(shè)計(jì) 23第7章液壓缸使用時(shí)的故障及排出方法 247.1液壓缸的安全使用 247.2液壓缸的常見故障及排除方法 24總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 26致謝 27第4章 液壓缸主要元件的強(qiáng)度校驗(yàn)4.1缸筒的校驗(yàn)4.1.1缸筒的額定壓力校驗(yàn)計(jì)算出每節(jié)缸筒的壁厚后，需要對缸筒的額定壓力進(jìn)行驗(yàn)算Pn=20MPa，保證液壓缸能安全穩(wěn)定的工作。液壓缸的額定壓力值需小于一定的極限值。計(jì)算公式為：Ρ其中Pn為液壓缸的額定壓力值Pn=20MPa，D為缸筒的外徑，D1為缸筒的內(nèi)徑，σs為材料的屈服強(qiáng)度。第一節(jié)缸筒的外徑為290，內(nèi)徑為250，代入公式：Ρ第一節(jié)缸筒的計(jì)算結(jié)果符合要求。第二節(jié)缸筒的外徑為240，內(nèi)徑為200，代入公式：Ρ第二節(jié)缸筒的計(jì)算結(jié)果符合要求。第三節(jié)缸筒的外徑為190，內(nèi)徑為160，代入公式：Ρ第三節(jié)缸筒的計(jì)算結(jié)果符合要求。4.1.2缸筒的塑性變形壓力校驗(yàn)液壓缸在工作中為了防止發(fā)生塑性變形，需對額定壓力與塑性變形壓力進(jìn)行驗(yàn)算，二者需要有一定的比列范圍。范圍為：P塑性變形壓力計(jì)算公式為：P第一節(jié)油缸的缸筒的外徑為290，內(nèi)徑為250，代入公式：P第一節(jié)油缸的塑性變形壓力為89.792MPa。第一節(jié)油缸的額定壓力和塑性變形壓力的計(jì)算為：P第一節(jié)油缸符合要求。第二油缸的缸筒的外徑為240，內(nèi)徑為200，代入公式：P第二節(jié)油缸的塑性變形壓力為110.837MPa。第二節(jié)油缸的額定壓力和塑性變形壓力的計(jì)算為：P第二節(jié)油缸符合要求。第三油缸的缸筒的外徑為190，內(nèi)徑為160，代入公式：P第三節(jié)油缸的塑性變形壓力為103.822MPa。第三節(jié)油缸的額定壓力和塑性變形壓力的計(jì)算為P第三節(jié)油缸符合要求。4.1.3缸筒的爆裂壓力校驗(yàn)油缸的爆裂壓力應(yīng)大于耐壓試驗(yàn)壓力PT，才能保證油缸能安全穩(wěn)定的工作。σB為材料的抗拉強(qiáng)度。爆裂壓力的計(jì)算公式為：PPr為缸筒的耐壓試驗(yàn)壓力：P取耐壓試驗(yàn)壓力為40MPa。第一節(jié)油缸的的外徑為290，內(nèi)徑為250，代入公式：P第一節(jié)油缸的爆裂壓力為103.04MPa，大于耐壓試驗(yàn)壓力，符合要求。第二節(jié)油缸的的外徑為240，內(nèi)徑為200，代入公式：P第二節(jié)油缸的爆裂壓力為127.19MPa，大于耐壓試驗(yàn)壓力，符合要求。第三節(jié)油缸的的外徑為190，內(nèi)徑為160，代入公式：P第三節(jié)油缸的爆裂壓力為119.14MPa，大于耐壓試驗(yàn)壓力，符合要求。4.1.4缸筒的徑向變形校驗(yàn)油筒的徑向變形要控制在一定的限度之內(nèi)，不能超出密封的容許限度。E為缸筒材料的彈性模量，E=2.1×105ΔD第一節(jié)油缸的的外徑為290，內(nèi)徑為250，代入公式：ΔD=徑向變形量在密封圈允許范圍內(nèi)，滿足要求。第二節(jié)油缸的的外徑為240，內(nèi)徑為200，代入公式：ΔD=徑向變形量在密封圈允許范圍內(nèi)，滿足要求。第二節(jié)油缸的的外徑為190，內(nèi)徑為160，代入公式：ΔD=徑向變形量在密封圈允許范圍內(nèi)，滿足要求。4.2活塞桿的校驗(yàn)4.2.1活塞桿的強(qiáng)度校驗(yàn)活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算公式為： σ代入數(shù)據(jù)：σ24.7MPa≤σp=122MPa,滿足要求。4.2.2活塞桿的彎曲穩(wěn)定性校驗(yàn)當(dāng)液壓缸的支撐長度大于（10~15）倍活塞桿直徑時(shí)需要進(jìn)行活塞桿彎曲穩(wěn)定性校驗(yàn)。L代入數(shù)據(jù)：L顯然，液壓缸不在范圍之內(nèi)，無需驗(yàn)算。第5章主要元件的材料選擇與加工要求5.1缸筒的材料選擇與加工要求5.1.1缸筒的材料選擇和連接方式油缸的缸筒和后缸蓋采用焊接連接，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小的特點(diǎn)。但油缸在焊接時(shí)，有可能出現(xiàn)變形。油缸的材質(zhì)要求有一定的強(qiáng)度及沖擊韌性，一般使用的有缸材質(zhì)為熱軋或冷拔。油缸缸套采用45號不銹鋼無縫管制造。5.1.2缸筒的主要技術(shù)要求缸筒的缸體必須具有足夠的強(qiáng)度，在最大的操作壓力和最大的動(dòng)力試驗(yàn)壓力下，不會產(chǎn)生永久性的變形。油缸套筒必須具有充分的剛性，同時(shí)油缸套筒必須能夠經(jīng)受住活塞的橫向壓力，以及在安裝的反作用下而不發(fā)生彎曲。在工作過程中，由于油缸的內(nèi)壁與活塞密封及導(dǎo)軌之間存在著摩擦，油缸很容易出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。因此，對油缸缸體的使用壽命要求要能長時(shí)間工作，而且要減小磨損。為了確保活塞桿密封的密封，油缸缸體必須有很高的幾何精度。油缸缸筒和缸蓋的焊接件必須具有較好的可焊性，并確保油缸的焊接部位不會出現(xiàn)裂紋或過大的變形。5.1.3缸筒的加工要求缸筒的內(nèi)徑選用H8或者H9配合，表面粗糙度Ra為0.4~0.2μm。缸筒的圓度選擇范圍為8級精度或者9級精度。缸筒的端面垂直度選擇7級精度。由于自卸車工作環(huán)境為露天潮濕環(huán)境，對液壓缸的防腐和密封需要更高的精度要求，通常情況都是在內(nèi)表面度上鉻，之后再進(jìn)行特種加工，鍍后珩磨或者鍍后拋光。特種加工選擇為珩磨。珩磨是利用帶有磨石的珩磨頭對孔進(jìn)行精整加工。珩磨可以改善孔口的尺寸、形狀、表面質(zhì)量，但不能提高孔的位置精度。珩磨能加工15~500mm或者更大的孔。5.2活塞桿的材料選擇和加工要求5.2.1活塞桿的材料選擇活塞的結(jié)構(gòu)為空心結(jié)構(gòu)，其要求制造精度高，材料選擇需要更高精度的材料，材料選擇為45號無縫鋼管。參考表5-1活塞桿常用的材料機(jī)械性能。表5-1活塞桿常用的材料機(jī)械性能。材料編號抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度熱處理表面處理35號碳素鋼≥520≥310調(diào)質(zhì)鍍鉻45號碳素鋼≥600≥340調(diào)質(zhì)鍍鉻5.2.2活塞桿的加工要求活塞桿需在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，通常采用H8/h7配合。太緊和太松都不易于油缸工作，若安裝過緊，在運(yùn)動(dòng)中摩擦力大易磨損。若安裝過松，在運(yùn)動(dòng)中易造成活塞桿單邊磨損，同時(shí)也會引起卡滯現(xiàn)象。活塞桿的外徑公差選擇范圍為f7~f9，直線度≤0.02mm/100mm,表面粗糙度Ra≤0.3~0.4μm精度要求高時(shí)，Ra≤0.1~0.2μm。活塞桿的外徑圓柱度公差值，應(yīng)該選擇8級精度?；钊麠U表面需要鍍上硬鉻，鍍層厚度為15μm~25μm，防腐要求高的情況下，需要鍍上一層軟鉻，再鍍上硬鉻，最后在進(jìn)行拋光處理?？紤]到自卸車的工作環(huán)境惡劣，塵土易進(jìn)入油缸，露天環(huán)境腐蝕性強(qiáng)。本次活塞桿的表面處理為：噴涂Ceramax-1000陶瓷涂層，這種涂層比表面鍍上硬鉻的活塞桿能有更高的強(qiáng)度，抗腐蝕性以及抗磨損。工藝制作比鍍硬鉻更加簡單。5.2.3活塞桿的密封及防塵在以往的設(shè)計(jì)中，密封件通常使用O型密封，窄截面Y型密封和

V型密封。這種類型的密封因活塞桿和密封件為干摩擦而產(chǎn)生較大的摩擦力，易造成密封件的提前磨損。所以，近些年越來越多地選擇組合密封件，例如K型斯特封，該密封件是兩種完全不同的部件：一種是以PTFE為基體，以黃銅為填充材料制成的階梯狀密封件，一種是以O(shè)型為主體的O型密封件。組合密封件的優(yōu)點(diǎn)是：工作時(shí)摩擦小，啟動(dòng)時(shí)不打滑，泄漏率很小，耐磨耗。在對活塞桿進(jìn)行防塵時(shí)，一般采用無骨架的防塵圈?，F(xiàn)在常用的是，能起到防塵和密封作用的雙唇式防塵圈。外邊緣的功能是防止灰塵進(jìn)入，使活塞桿表面清潔，而內(nèi)邊緣的功能是封閉活塞口。當(dāng)活塞桿向外伸展時(shí)，經(jīng)由主密封環(huán)附著于活塞桿表面的油膜，也就是由雙唇式擋泥板的內(nèi)層刮除，從而使主密封環(huán)與擋泥板之間留有一層油膜；具有潤滑功能，延長密封件的壽命。5.3活塞的材料選擇和加工要求5.3.1活塞的材料選擇活塞無導(dǎo)向環(huán)的結(jié)構(gòu)，材料選擇為HT200~300高強(qiáng)鑄鐵、球墨鑄鐵、QA19-4等。帶導(dǎo)向的活塞，材料為選擇20、35、45型號的碳鋼。5.3.2活塞的加工要求活塞外徑對內(nèi)徑的徑向跳動(dòng)公差值按7級精度或者8級精度選取。端面對內(nèi)控軸線的垂直度公差值按7級精度選取?；钊膱A柱度公差值按9級、10級或者11級精度來選取。如活塞有導(dǎo)向環(huán)，外徑、表面粗糙度等加工要求較低。液壓缸緩沖裝置6.1緩沖裝置的設(shè)計(jì)當(dāng)油缸傳動(dòng)的工件重量很大、運(yùn)動(dòng)速率很高時(shí)，因其動(dòng)量很大，以致到了沖程結(jié)束時(shí)；活塞與有缸相互撞擊，產(chǎn)生震動(dòng)及噪聲。所以，對于速度快、精度高的大型油缸，就必須設(shè)置緩沖器。該油缸的緩沖器是的工作原理為：在活塞達(dá)到?jīng)_程終點(diǎn)前一段距離時(shí)，以某種方式將排油室中的油料一部分或完全封死，并由節(jié)流小孔放出，這樣，被封死的油料就會在活塞的放油一側(cè)形成一個(gè)合適的緩沖器；用來抵消柱塞的沖撞力，以確保起到減速的作用。緩沖裝置可以通過短距離的運(yùn)動(dòng)來吸收能量。在緩沖器的作用下，要盡可能地避開產(chǎn)生的壓力沖擊，當(dāng)緩沖器的強(qiáng)度達(dá)到峰值時(shí)，則會使緩沖器的壓力改變成為一個(gè)漸進(jìn)的過程。緩沖腔內(nèi)的峰值壓力要小于供油壓力的1.5倍。動(dòng)能轉(zhuǎn)化變?yōu)闊崮苁怯蜏厣仙龝r(shí)，油液的最高溫度不應(yīng)超過密封件的允許極限。設(shè)計(jì)一種在工程機(jī)械上使用的油缸，油缸上安裝了一套減震裝置，減震裝置的構(gòu)造有多種。在不了解活塞的實(shí)際移動(dòng)速率和移動(dòng)部件質(zhì)量的情況下，使用了一種固定型恒定節(jié)流面積的緩沖器。其工作原理為：當(dāng)活塞移動(dòng)到缸頭時(shí)，活塞上的凸起就會進(jìn)入缸頭的凹槽，將堵在回油腔內(nèi)油通過凸起和凹槽之間的環(huán)狀縫隙擠出，從而提高回油腔內(nèi)壓，從而產(chǎn)生緩沖壓力；這樣就會降低活塞的運(yùn)動(dòng)速度。第7章液壓缸使用時(shí)的故障及排除方法7.1液壓缸的安全使用三級單作用液壓缸在使用時(shí)應(yīng)避免超載和超壓，并在保養(yǎng)的過程中應(yīng)注意避免損傷液壓缸。油缸在工作時(shí)盡量避免高溫高壓區(qū)域，使用時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守安全操作規(guī)范。7.2液壓缸的常見故障及排除方法油缸在工作時(shí)可能會發(fā)生故障，常見故障為：液壓缸漏油以及活塞卡滯。需要在工作前排除故障，否則會造成油缸損壞。若液壓油缸漏油，排除方法為：檢查密封件的情況，如有損壞和磨損，應(yīng)及時(shí)更換密封件。若活塞卡滯，排除方法為：在工作前檢查活塞與缸體之間額定潤滑情況，如是潤滑油過少或已經(jīng)沒有潤滑油的情況，應(yīng)及時(shí)加注潤滑油?？偨Y(jié)本次設(shè)計(jì)了一種適用于傾卸車起重工作的新型起重液壓缸及液壓系統(tǒng)。按照設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)方法和步驟，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)查，搜集數(shù)據(jù)并進(jìn)行總結(jié)；完成了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析，并繪制裝配圖和零件圖。在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中舉升重量、舉升距離和舉升角度是液壓缸設(shè)計(jì)的依據(jù)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算液壓缸各節(jié)油缸的內(nèi)徑外徑等參數(shù)。設(shè)計(jì)油缸為三級單作用伸縮式油缸，第一節(jié)油缸的內(nèi)徑為250mm，外徑290mm。第二節(jié)油缸內(nèi)徑200mm，外徑240mm，第三節(jié)油缸內(nèi)徑160mm，外徑190mm。缸筒材料選擇45號無縫鋼管，能適應(yīng)高壓環(huán)境。單作用式油缸依靠自身重里完成活塞的伸出和縮回，將活塞桿設(shè)計(jì)成空心活塞桿能減輕整體活塞的重量，但是制造工藝比實(shí)心桿更為復(fù)雜。在活塞桿的表面噴涂Ceramax-1000陶瓷涂層能比鍍鉻有更好的性能，但是制造成本變高。缸筒額定壓力，爆裂壓力，活塞桿直徑皆進(jìn)行驗(yàn)算，符合要求。本次設(shè)計(jì)的油缸結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便，采用三級式伸縮油缸有很長的工作行程，舉升工作更加的安全可靠。本次設(shè)計(jì)的油缸材料選擇并不能適應(yīng)所以的工作環(huán)境，且活塞桿的制造工藝復(fù)雜，造價(jià)貴，不適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。參考文獻(xiàn)【1】成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].第六版.北京化學(xué)工業(yè)出版社,2016:21-58【2】劉茜,卞學(xué)良.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2019:142-158【3】石少軍，姚強(qiáng)強(qiáng)，陳毅.內(nèi)燃機(jī)與配件[J].25噸后傾式自卸車液壓舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).2019,04（32）:74-75【4】楊先平.機(jī)床與液壓[J].自卸車舉升油缸的設(shè)計(jì).2013,10(46):119-120【5】\t"/kns8/defaultresult/knet"錢俊,

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