CMZ100旋轉(zhuǎn)沖擊型液壓錨桿鉆機液壓系統(tǒng)設(shè)計計算說明書

CMZ100旋轉(zhuǎn)沖擊型液壓錨桿鉆機液壓系統(tǒng)設(shè)計計算說明書摘要錨桿鉆機是錨桿支護的關(guān)鍵設(shè)備，它影響著錨桿支護的質(zhì)量——錨桿孔的方位、深度、孔徑的準確性以及錨桿安裝質(zhì)量，又涉及操作者的人身安全、勞動強度與作業(yè)條件等。采用旋轉(zhuǎn)切削方式破巖的單體錨桿鉆機是目前鉆孔機具的主導產(chǎn)品，但機體笨重、可靠性低，這些制約著它們進一步推廣使用，迫切需要研制高性能的錨桿鉆機機具。針對這一狀況，本次設(shè)計主要針對全液壓旋轉(zhuǎn)推進型錨桿鉆機進行設(shè)計。全液壓旋轉(zhuǎn)推進型錨桿鉆機是一部具有很大應用價值的工程機械，施工對象主要是硬度較大的巖石。全液壓旋轉(zhuǎn)推進型錨桿鉆機因其工作壓力高、扭矩大、動力系統(tǒng)不受外界影響，在一些場合下是合理的機型。它的出產(chǎn)必將推動我國的社會主義建設(shè)事業(yè)的全面發(fā)展。本次設(shè)計主要涉及到以下幾個部分：1.采用履帶式液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計思想，對全液壓旋轉(zhuǎn)沖擊型錨桿鉆機的液壓系統(tǒng)進行重新設(shè)計，以滿足各種工況的要求；2.對整機的制造、使用、驗收等技術(shù)制定了相關(guān)的技術(shù)指標。關(guān)鍵詞：液壓錨桿鉆機液壓挖掘機AbstractBoltrigisakeyequipment,whichaffectsthequalityofboltholelocation,depth,accuracyandtheboltinstallationholequality,italsoinvolvesthesafetyoftheoperator,laborstrengthandoperatingconditions.Themonomerbolterbyrotarycuttingbreakingrockhasbecomethemaintrendoftheproductionanddevelopmentofdrillingmachinesforboltsupport.HeavymachinebodyandlowreliabilityisoneofthemaincommonfactorsrestrictingthemfurtherReadinguse.Itisurgentlynecessarytodevelopakindofbolterwithhighperformance.Accordingtotheexistingproblem,themainaimofthedesignforthenon-valve-hydraulicboltrigdesignisasfollows.FullhydraulicrotarypropulsiontypeBolter,isagreatvalueofconstructionmachinery,mainlyforthelargehardnessoftherock.FullhydraulicrotarypropulsiontypeBolter,hasitshighworkingpressure,torque,powersystemsarenotsubjecttooutsideinfluence,insomesituationsitisareasonabletomode.It’sproducedinChinawillpromotethecomprehensivedevelopmentofsocialistconstruction.Thisdesignmainlyinvolvesthefollowingparts:1.Iusedcrawlerexcavatorboomdesign,theimpactofnon-valve-typehydraulicbolter’sboomre-designedtomeettherequirementsofvariousworkingconditions.2.Onthemachine’smanufacture,use,inspectionandothertechnicaldeveloptherelevanttechnicalindicators.Keywords:hydraulicbolterhydraulicshover目錄TOC\o"1-3"\h\u1271緒論 1232241.1國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1249191.1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀 170481.1.2發(fā)展趨勢 263911.2設(shè)計的意義和目的 366791.2.1本次設(shè)計的技術(shù)難點及分析 3292121.3方案的構(gòu)思與抉擇 3165891.3.1基本工作原理及主要工藝 3219301.3.3各方案的特點 4175831.3.4各部分方案的選擇 475492方案的構(gòu)思和選擇 5218722.1基本工作原理及其主要工藝 527412.1.2液壓系統(tǒng)主要設(shè)計部分的方案構(gòu)思 599802.2系統(tǒng)液壓原理圖 5254933主梁液壓缸的設(shè)計計算 6267323.1主梁液壓缸的尺寸的確定 774703.1.1主梁液壓缸的工作壓力的確定 770443.1.2缸筒結(jié)構(gòu) 7223673.1.3缸筒材料 864373.2缸筒內(nèi)徑的確定 8261113.2.1缸筒壁厚驗算 10128953.2.2對缸筒壁厚的驗算 10143753.2.3缸筒制造加工要求： 1169183.3活塞桿直徑的確定 12140683.3.1活塞桿工作行程的確定， 12291743.5活塞桿的強度校核和穩(wěn)定性計算 13161903.5.1強度計算 1372733.5.2穩(wěn)定性驗算 14138423.5.3活塞桿結(jié)構(gòu)的形式的選擇 155387活塞桿的材料和技術(shù)要求 15301943.6液壓缸效率和液壓缸流量的確定 1653033.7缸筒端蓋的計算 178113.7.1厚度t的計算 18271303.7.2厚度強度驗算 18101733.8活塞的設(shè)計計算 19158243.8.1活塞結(jié)構(gòu)形式的選取 19234713.8.2活塞密封裝置的選取 19141423.8.3活塞的材料選取 20175973.8.4活塞外徑Ф的計算 20155333.8.5活塞中心孔直徑 20124853.8.6活塞寬度的計算 21187423.8.9連接螺栓強度的校核 21185323.9活塞桿導向套 22156843.9.1導向套長度確定 22254983.9.2導向套的材料選取 2333693.9.3導向套的加工要求 23308333.10液壓油口直徑d的確定 2314513.11端蓋的計算 2471613.13缸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 25239453.14活塞桿長度的確定 2541274夾緊液壓缸參數(shù)計算與選擇 26175374.1夾緊液壓缸的尺寸的確定 26279334.1.1夾緊液壓缸的工作壓力的確定 26254604.1.2缸筒結(jié)構(gòu) 27111644.1.3缸筒材料 2778184.1.4缸筒內(nèi)徑的確定 28155554.1.5缸筒壁厚驗算 29126724.1.6缸筒制造加工要求 3019804.2活塞桿直徑的確定 31162814.2.1液壓缸推力計算 3283234.2.2活塞桿的強度校核和穩(wěn)定性計算 32316724.2.3活塞桿結(jié)構(gòu)的形式的選擇 34271194.2.4活塞桿中隔圈的設(shè)計計算 35293634.2.5活塞桿和活塞的連接形式： 3595674.2.6活塞桿防塵圈的選擇 3543224.2.7液壓缸效率和液壓缸流量的確定 36175214.3缸筒端蓋的計算 3713934.3.1厚度t的計算 38137254.3.2厚度強度驗算 39309804.4活塞的設(shè)計計算 39273284.4.1活塞結(jié)構(gòu)形式的選取 40313984.4.2活塞密封裝置的選取 4043064.4.3活塞的材料選取 40238464.4.4活塞外徑Ф的計算 41272194.4.5活塞寬度的計算 41205464.5連接螺栓強度的校核 4226244.5.1主要受力螺栓的校核 4272564.5.2其它非主要螺栓的設(shè)計 43234334.6活塞桿導向套 44236704.6.1導向套長度確定 443534.6.2導向套的材料選取 44127914.6.3導向套的加工要求 44160964.6.4液壓油口直徑d的確定 4415614.7端蓋的計算 45186284.8液壓缸筒長度 45207814.9液壓缸缸頭的設(shè)計 46149514.9.1缸頭的連接形式 46236274.9.2缸頭的設(shè)計計算 47284404.9.3缸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 47229674.9.4活塞桿長度的確定 49193185液壓馬達的選用 50208245.1動力頭液壓馬達的選擇 5078155.2行走裝置的液壓馬達的選擇 5025395.3鏈輪液壓馬達的選擇 51165405.3.1馬達的排量 5173916液壓泵的選擇 5216056.1液壓泵概述 5246016.2確定泵的流量 5240576.3選擇液壓泵。 5323557液壓泵站設(shè)計及液壓附件的選取 536167.1液壓閥的選取 53277617.1.1換向閥 53238217.1.2溢流閥 54122897.1.3單向閥 54302027.1.4液壓管路及其連接 5481977.2液壓泵站的設(shè)計 56175857.2.1油箱的設(shè)計與計算 56271877.2.2過濾器 5828927.2.3放油塞 58201137.2.4原動機的選擇 59160697.2.5聯(lián)軸器 59304857.2.6液壓泵站總圖 59201108液壓系統(tǒng)的性能驗算 59136568.1液壓系統(tǒng)壓力損失 60117858.1.1沿程壓力損失 6078628.1.2局部壓力損失 61221738.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱計算 616568.2.1發(fā)熱計算 61285288.2.2散熱計算 62213949液壓系統(tǒng)的安裝和維護 63287009.1液壓元件的安裝 6392509.2液壓元件的維護 653221010總結(jié) 65599711參考文獻 673245412附錄 692961113致謝 701緒論1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀我國錨桿鉆機的研究起步較晚，從20世紀60年代開始研制第1代電動錨桿鉆機。由于我國錨桿支護技術(shù)推廣應用緩慢，錨桿鉆機技術(shù)也一直處于緩慢發(fā)展和低水平重復的狀態(tài)。20世紀9o年代以后，隨著錨桿支護技術(shù)的大力推廣，錨桿鉆機技術(shù)才取得長足的發(fā)展。但是我國錨桿鉆機的總體水平與國外先進水平相比仍然有較大的差距，這也是我國發(fā)展錨桿支護技術(shù)急需解決的迫切任務。從20世紀60年代起，在引進英國維克托錨桿鉆機的基礎(chǔ)上，開發(fā)研制了系列電動錨桿鉆機。到了20世紀70年代，又在7665和ZY24氣動鑿巖機的基礎(chǔ)上，研制了YSP45型伸縮式頂板鑿巖機。隨著巖巷大量使用沙漿錨桿，1976年成功研制了我國第1臺機械化錨桿鉆孑L安裝機，1981年又成功研制了CGM一40型全液鉆車。在20世紀80年代，用于半煤巖頂板錨桿支護的MZ系列、QYM單體錨桿機、YMJ一1型小斷面巖巷風動錨桿機相繼研制成功。1987年開始引進澳大利亞氣動錨桿鉆機，并定點3家廠進行小批量生產(chǎn)。近l0a來，我國單體錨桿鉆機在吸收國外錨桿鉆機技術(shù)的基礎(chǔ)上已有了一定的發(fā)展。目前錨桿鉆機生產(chǎn)廠家主要是生產(chǎn)氣動頂板錨桿鉆機、氣動邊幫錨桿鉆機，這2種錨桿鉆機已經(jīng)形成系列化產(chǎn)品。這些產(chǎn)品不但具備了鉆錨桿孑L的功能，同時還具備了攪拌樹脂、快速安裝錨桿的功能。同時研制成功懸臂式掘進機配套的機載錨桿鉆機。目前又正在加緊研究帶錨桿鉆機的連續(xù)采煤機和掘錨一體化機組。隨著煤礦專用錨桿鉆機的不斷發(fā)展，從現(xiàn)有的機型種類來看，只能是基本上滿足需要，還存在不少問題需進一步提高與完善。(1)錨桿鉆機的品種過多，可靠性差。目前我國已經(jīng)開發(fā)了多種型號的錨桿鉆機，但適于井下使用且可靠性好并不多，很多產(chǎn)品難以在井下連續(xù)使用。有的廠家為了追求高利潤，盲目改進錨桿鉆機性能，派生出多個錨桿鉆機的型號，其實性能沒有實質(zhì)上的改進，有的甚至導致錨桿鉆機性能下降。(2)錨桿鉆機的生產(chǎn)制造標準不夠規(guī)范，各廠家的錨桿鉆機零部件互換性差。隨著我國錨桿鉆機技術(shù)的發(fā)展，制定一系列錨桿鉆機的標準，而標準中對鉆機零部件的連接部分尺寸統(tǒng)一規(guī)定不夠，再加上錨桿鉆機的零部件缺乏專業(yè)化生產(chǎn)，一些廠家為了各自利益，一些零部件做得五花八門，致使市場上的錨桿鉆機零部件通用性極差。(3)錨桿鉆機技術(shù)近年來處于停滯狀態(tài)，產(chǎn)品性能提升緩慢。國內(nèi)錨桿鉆機技術(shù)是基于國外錨桿鉆機技術(shù)發(fā)展而來的。目前所有錨桿鉆機幾乎是從國外錨桿鉆機測繪而來，而且僅僅在該基礎(chǔ)上改變其形狀尺寸，一直沒有實質(zhì)性的突破。而僅僅改變尺寸又導致錨桿鉆機品種繁多、零配件通用性差，使煤礦使用錨桿鉆機的成本無形中在增加。(4)高新技術(shù)應用力度不夠，錨桿鉆機技術(shù)向大型掘錨技術(shù)裝備上發(fā)展不夠。隨著我國高新技術(shù)的發(fā)展，錨桿支護裝備應用高新技術(shù)的力度不夠，研究與生產(chǎn)自動化程度高、機械化程度高的掘錨裝備力度不夠。國內(nèi)尚無象國外一些采掘裝備公司那樣生產(chǎn)符合我國國情的大型掘錨裝備。目前我國煤礦使用的大型掘錨裝備都是從國外進口的。1.1.2發(fā)展趨勢早在20世紀40年代，國外已將錨桿支護技術(shù)應用于巷道支護工程。隨著錨桿支護技術(shù)發(fā)展，錨桿鉆機作為錨桿支護的主要施工機具，就成為該項技術(shù)發(fā)展的重點。經(jīng)過幾十年的研究與攻關(guān)，錨桿鉆機已從當初的功能單一、技術(shù)含量低、可靠性差、安全性差、笨重發(fā)展到今天的功能齊全、可靠性好、安全性好、自動化水平高的新型鉆機。在錨桿支護技術(shù)應用初期，國外在錨桿支護施工中采用普通鑿巖機械鉆鑿錨桿孔，人工安裝錨桿，用扳手擰緊螺母。到20世紀50年代初，美國、瑞典等西方國家已廣泛應用伸縮式氣動鑿巖機鉆鑿頂板錨桿孔，同時，美國已研制成功鉆車式錨桿鉆機并在支護工程中推廣使用。國外僅用了10a左右時間就實現(xiàn)了錨桿支護的機械化。20世紀50年代末，隨著錨桿支護理論及設(shè)計方法的不斷完善，英國等國家率先將錨桿支護技術(shù)應用于煤礦巷道支護。為適應煤礦巷道斷面積較小的特點，英國、波蘭等國研發(fā)了單體電動和液壓回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機。20世紀70年代，為適應大斷面巷道錨桿支護快速施工，美國英格索蘭、法國賽克馬、瑞典阿特拉斯等鑿巖設(shè)備公司陸續(xù)推出了功能多、機械化程度高的臺車式錨桿鉆裝機。該類鉆機既能鉆錨桿孔，又能安裝錨桿，基本實現(xiàn)了錨桿孔施工、錨桿安裝的機械化。20世紀80年代至20世紀90年代，澳大利亞成功研制了輕型支腿式氣動錨桿鉆機，并在澳大利亞、英國、中國、波蘭和印度等國的煤礦得到廣泛應用。該型鉆機切削動力采用風馬達，推進支腿用高強度玻璃纖維和炭素纖維纏繞而成，具有動力單一、重量輕、輸出轉(zhuǎn)矩大的特點，不僅用于錨桿、錨索孔的施工，還可用于攪拌樹脂錨桿和擰緊螺母，仍是當前世界單體錨桿鉆機的主要機型。20世紀90年代，當澳大利亞各大采礦設(shè)備公司推出輕型單體錨桿鉆機的同時，美國的杰弗里公司、喬伊公司、英國的安德森公司、奧地利的奧鋼鐵公司等又相繼研制了與連續(xù)式采煤機、掘進機相配套的機載式錨桿鉆裝機，實現(xiàn)了采掘錨一體化作業(yè)新一代的錨桿鉆裝機不僅采用了新材料、新工藝，而且應用了計算機控制技術(shù)，使錨桿施工實現(xiàn)了高度的機械化和智能化，使其性能更先進、使用更方便施工更安全。綜觀國外錨桿鉆裝設(shè)備的發(fā)展歷程，國外錨桿鉆機的發(fā)展始終與錨桿支護理論不斷完善與發(fā)展緊密相聯(lián)，相互依存，相互促進，同時，國外錨桿鉆機的研究不斷采用新材料、新工藝。緊密結(jié)合國情，開發(fā)的每一代產(chǎn)品都能代表當時的世界領(lǐng)先水平。國外錨桿鉆機的發(fā)展趨勢，一方面不斷完善改進現(xiàn)已普遍使用的單體錨桿鉆機，使其更可靠，更適應現(xiàn)場需要；另一方面不斷加緊對掘錨一體化快速掘進裝備的研究，目前已經(jīng)推廣使用了多款快速掘錨裝備國外錨桿鉆機的研究與開發(fā)將會從這2個方面開展，而且后者為今后發(fā)展重點。1.2設(shè)計的意義和目的1.2.1本次設(shè)計的技術(shù)難點及分析本次設(shè)計的技術(shù)難點就是對工作裝置中動臂的設(shè)計，因為要將其原有的復雜裝置簡單化的同時滿足技術(shù)參數(shù)和技術(shù)條件，所以此部分的設(shè)計是本次設(shè)計的關(guān)鍵之一，更是難點。我將此難點分為以下兩個部分：一、動臂的運動分析設(shè)計；二、動臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)整機的運動分析，我把工作臂的設(shè)計明確為對動臂和主梁的幾個工作鉸點的布置設(shè)計。設(shè)計是我采用了履帶式挖掘機的動臂部分的設(shè)計方法，對動臂的運動進行合理的分析和計算，從而通過幾何方法得到了這幾個鉸點的正確布置位置，克服了這一難題，至于要實現(xiàn)整機360度全方位回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)全方位的鉆孔工作，我們借鑒了在液壓挖掘機中已經(jīng)相當成熟的回轉(zhuǎn)支承技術(shù)，做出了可回轉(zhuǎn)的行走履帶，解決了這一問題。1.3方案的構(gòu)思與抉擇1.3.1基本工作原理及主要工藝設(shè)計之初必須明確設(shè)計的基本工作原理，對于一般的工程機械來說，其機械系統(tǒng)無疑包括動力系統(tǒng)、底盤及行走系統(tǒng)、工作機構(gòu)以及機械控制系統(tǒng)。動力系統(tǒng)主要采用柴油機、汽油機和電動機；底盤及行走系統(tǒng)主要有輪式底盤、步履式底盤和履帶式底盤；工作裝置的類型比較多也比較復雜；控制系統(tǒng)對于工程機械一般都采用液壓控制系統(tǒng)。因此整個工程機械的設(shè)計最主要的是這四個部分的設(shè)計，只要確定了它們，就確定了基本的設(shè)計方案。1.3.2主要方案構(gòu)思方案一：根據(jù)芬蘭Nonmetro公式的隧道施工系列產(chǎn)品，將其輪式底盤改為履帶式底盤，將其工作裝置主梁及動力頭連接在動臂上；方案二：在廣西玉柴公司的WY3.5-2型液壓挖掘機的基礎(chǔ)上，將其橡膠履帶改為鋼履帶，將其工作裝置的斗桿部分改為無閥沖擊型全液壓錨桿鉆機的主梁及動力頭裝置；方案三：仿照瑞典Randwick公司的錨桿臺車將其主梁該為無閥沖擊型全液壓錨桿鉆機的主梁及動力頭裝置。1.3.3各方案的特點采用方案一：因為此方案最終產(chǎn)品體積大，難以實現(xiàn)整機的360度全方位回轉(zhuǎn)，不適用于一般的基礎(chǔ)錨固，其適用性較差，故不采用；采用方案二：在廣西玉柴公司的WY3.5-2型液壓挖掘機的基礎(chǔ)上進行改造具有以下優(yōu)點：鋼履帶對工作場地適應性好，整機穩(wěn)定性好；采用小型的履帶底盤，使用全液壓驅(qū)動，可實現(xiàn)無極變速和自動剎車；采用液壓挖掘機的回轉(zhuǎn)平臺中的回轉(zhuǎn)支承機構(gòu)，可以輕松實現(xiàn)錨桿鉆機工作時360度全方位回轉(zhuǎn)功能；采用液壓挖掘機式的工作裝置，可以大大增強鉆機鉆孔工作的范圍，工作能力得到了進一步提高；液壓挖掘機的生產(chǎn)和制造工藝已經(jīng)十分完善，是我們設(shè)計的產(chǎn)品更加容易投入生產(chǎn)實際，創(chuàng)造價值。因此這一方案比較切實可行，故采用此方案進行設(shè)計。采用方案三：其主梁可實現(xiàn)360度全方位回轉(zhuǎn)，但這一部分技術(shù)的實現(xiàn)難度比較大，而且履帶式底盤采用了回轉(zhuǎn)支承后就可實現(xiàn)360度全方位回轉(zhuǎn)，因此主梁部分的360度全方位回轉(zhuǎn)沒有太大的必要，而且其工作臂的工作范圍會因為其結(jié)構(gòu)而受到限制，所以不能采用此方案。1.3.4各部分方案的選擇根據(jù)設(shè)計的要求，考慮到實用性、經(jīng)濟性及生產(chǎn)工藝等各方面的因素，現(xiàn)采用第二套方案。各部分的方案確定如下：(一）動力系統(tǒng)采用柴油機；（二）傳動系統(tǒng)采用靜壓傳動系統(tǒng)；（三）執(zhí)行機構(gòu)主要有：機體、動臂、主梁、動力頭等；（四）控制系統(tǒng)主要是液壓控制系統(tǒng)；（五）底盤采用履帶式底盤；（六）回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用轉(zhuǎn)臺機構(gòu)2方案的構(gòu)思和選擇2.1基本工作原理及其主要工藝2.1.2液壓系統(tǒng)主要設(shè)計部分的方案構(gòu)思錨桿鉆機的液壓系統(tǒng)的主要功能如下：動力頭液壓驅(qū)動系統(tǒng)。由動力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和動力頭推拉系統(tǒng)兩部分組成。負責鉆機作業(yè)過程中動力頭的運動。錨固定位系統(tǒng)。用于施工中轉(zhuǎn)機的定位，保證鉆機在施工過程中的位置穩(wěn)定性。夾緊系統(tǒng)。用于鉆桿的添加和拆卸。行走系統(tǒng)。提高設(shè)備的機動性。輔助系統(tǒng)。包括前后支腿、前后機架以及鉆桿自動潤滑裝置。前后支腿、前后機架均由液壓缸控制，前者用來保證機器作業(yè)時機身位置的平穩(wěn)，后者用以調(diào)節(jié)合適的鉆進角。鉆桿自動潤滑裝置由潤滑脂自動控制泵控制，對鉆桿進行潤滑。2.2系統(tǒng)液壓原理圖圖2-1液壓原理圖液壓系統(tǒng)的的工作原理為：該液壓系統(tǒng)采用雙聯(lián)液壓泵變量液壓馬達開式系統(tǒng)。雙聯(lián)泵的的A組成一天單獨的回路，他通過換向閥控制著左行走馬達，支撐缸，動力頭馬達。雙聯(lián)泵的B組成一條單獨的回路，它控制著右行走馬達，鏈輪驅(qū)動馬達，主梁調(diào)整油缸，夾緊油缸。該液壓系統(tǒng)采用兩個泵-兩個馬達閉式回路驅(qū)動，通過變量馬達排量的改變，可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速小扭矩與低轉(zhuǎn)速大扭矩的作業(yè)方式，以滿足不同工況的需要。當鉆機鉆進時，方向控制閥向左邊接通，動力頭馬達順時針轉(zhuǎn)動，鏈輪驅(qū)動馬達通過鏈輪及鏈條使動力頭前進，鉆桿通過動力頭馬達的順時針轉(zhuǎn)動和鏈輪馬達的推力實現(xiàn)鉆進工作。鉆機鉆進裝置后退時，方向控制閥右邊接通，動力頭反轉(zhuǎn)，鏈輪驅(qū)動馬達也反轉(zhuǎn)，鉆桿通過動力頭馬達的反轉(zhuǎn)和鏈輪驅(qū)動的馬達反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的拉力使鉆桿退出。行走系統(tǒng)，鉆機前進時，兩個方向控制閥的的左邊接通，分別控制左右兩個行走馬達正轉(zhuǎn)是鉆機前進，鉆機后退時，兩個方向控制閥的右邊接通，分別控制兩個行走馬達反轉(zhuǎn)使鉆機后退。鉆機停穩(wěn)后兩個液壓鎖分別鎖定兩個行走馬達不在供油，使得在鉆進過程中，整機不移動。3主梁液壓缸的設(shè)計計算本章是針對參數(shù)計算與選擇，確定主要參數(shù)是指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量。執(zhí)行元件的工作壓力，可以根據(jù)負載圖中的最大負載來選取，也可以根據(jù)主機的類型來選??；而最大流量則由執(zhí)行元件速度圖中的最大速度計算出來。這兩者都與執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)(指液壓缸的有效工作面積A或液壓馬達的排量VM)有關(guān)。一般的做法是,先選定工作壓力p,再按最大負載和預估的執(zhí)行元件機械效率求出A或VM經(jīng)過各種必要的驗算\修正和圓整后定下這些結(jié)構(gòu)參數(shù),最后再算出最大流量ｑmax來。在機床的液壓系統(tǒng)中，通常工作壓力選得小些，有助于提高系統(tǒng)的可靠性、低速平穩(wěn)性和降低噪聲，但在結(jié)構(gòu)尺寸和造價方面則須付出一定的代價。3.1主梁液壓缸的尺寸的確定3.1.1主梁液壓缸的工作壓力的確定液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計師可用類比法來確定。表3-1液壓設(shè)備常用工作壓力設(shè)備類型精加工機床組合機床拉床農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機構(gòu)液壓機、重型機械，大中型挖掘機、起重運輸機械工作壓力P/MPa0.8-23-55-101-1616-32初選的液壓系統(tǒng)工作壓力為：16MPa，則其額定壓力為20MPa。3.1.2缸筒結(jié)構(gòu)缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉的容腔，形成內(nèi)壓，推動活塞運動。設(shè)計缸筒時，不僅要保證液壓缸的作用力、速度和有效行程，而且必須有足夠的強度和剛度，以便抵抗液壓力和其他外力的作用。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第4卷表17-6-6，常用的缸筒結(jié)構(gòu)有八類，通常缸筒與缸蓋、缸頭的連接型式取決于額定工作壓力、用途和使用環(huán)境等因素。綜合考慮上述因素缸筒與缸頭采用焊接形式，具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，工藝性好，使用廣的優(yōu)點；缺點是缸體有可能變形。缸筒與缸蓋采用外螺紋連接具有重量輕，外徑較小的優(yōu)點，而且便于拆卸和檢修。3.1.3缸筒材料缸筒要有足夠的強度，能長期承受較高工作壓力及短期動態(tài)工作壓力而不至產(chǎn)生永久變形；還要有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不至產(chǎn)生彎曲；在內(nèi)表面密封件及導向環(huán)的摩擦力的作用下，能長期工作而磨損減少，尺寸公差等級和形位公差等級是以保證活塞密封件的密封性；需要焊接的缸筒還要求有良好的可焊接性，以便在焊上管接頭或缸頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過大變形。液壓缸的常用材料有20鋼、35鋼、45鋼的無縫鋼管。缸筒與缸底采用焊接方式，故采用焊接性能較好的35鋼的冷拔無縫鋼管，粗加工后調(diào)制，由手冊中查得45鋼的抗拉強度，屈服極限3.2缸筒內(nèi)徑的確定為得到所需要的加緊力，油缸的有效工作面積和加緊力應該滿足下面的等式,此處夾緊力：（3-1）——液壓缸的機械效率，一般取QUOTE，這里取0.9(3-2)(3-3)(3-4)圓整為：D=100mm。見《機械設(shè)計手冊》第四版第17章第4頁。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第20篇液壓傳動表20-6-9表3-2液壓缸內(nèi)徑和外徑的選擇產(chǎn)品系列代號額定壓力P/Amp內(nèi)徑506380100125140160180外徑A型20607695121146168194219所以缸筒外徑=100，取外徑為121mm。3.2.1缸筒壁厚驗算額定工作壓力應低于一定的極限值，以保證工作安全：缸的額定工作壓力一般比系統(tǒng)高25%，則缸的額定工作壓力為20MPa。3.2.2對缸筒壁厚的驗算對于最終采用的缸筒壁厚采用四方面的驗算：額定工作壓力應小于一定的極限值，以保證工作安全：QUOTE(3-5)QUOTE=16MPa≤39.9MPa（符合要求）同時額定工作壓力也應與完全塑性變形壓力有一定比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生：QUOTE(3-6)式中：——缸筒發(fā)生塑性變形的壓力MPa；QUOTE——缸的額定工作壓力MPa；——缸筒材料的屈服強度360MPa；（符合要求）此外，QUOTE(3-7)式中：D——油缸內(nèi)經(jīng)，mm；——油缸外徑，mm；——額定壓力，MPa；見《機械設(shè)計手冊》第一卷第三章第61頁表3-1-86?？梢圆榈靡簤焊淄驳膮?shù)如表3-8所示.表3-3液壓缸筒參數(shù)內(nèi)徑公稱尺寸/mm公差帶/外徑/mm允許偏差/mm125H8H9H10146+460+740+12003.2.3缸筒制造加工要求：缸筒直徑D采用H7或H8級配合，表面粗糙度Ra值一般為0.16QUOTE都需進行研磨；熱處理，調(diào)制，硬度HBQUOTE缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差的一半；缸筒的直線度公差在500㎜長度上不大于0.03；缸筒端面對內(nèi)徑的垂直度在直徑100㎜上不大于0.04㎜。此外，還有通往油口、排氣閥孔的內(nèi)孔口必須有倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件。為便于裝配和不損壞密封件，缸筒內(nèi)孔應倒15度角。需要在缸筒上焊接油口、排氣閥座時都必須在半精加工以前進行。以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。如欲防止腐蝕和提高使用壽命，在缸筒內(nèi)表面可以鍍鉻，再進行研磨或拋光，在缸筒內(nèi)表面涂耐油油漆。3.3活塞桿直徑的確定對于雙作用單邊活塞桿液壓缸，其活塞桿直徑可根據(jù)往復速比來確定。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》卷4，P17-259，表17-6-3。表3-4活塞速比系數(shù)與壓力的關(guān)系公稱壓力（）=12.5～20速比系數(shù)（）1.331.46～22當系統(tǒng)壓力確定后，查出速比系數(shù)并按下式計算：(3-8)式中：行程速比取1.8根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第四卷表17-6-2可取表3-5活塞桿直徑系列表（GB2348-80）活塞桿直徑系列（GB/T2348-1993/mm）4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360通過上表可選活塞桿直徑d=70mm3.3.1活塞桿工作行程的確定，經(jīng)工況分析并結(jié)合轉(zhuǎn)體油缸的各種運動情況，再結(jié)合力學分析的結(jié)果可以求得油缸的最大工作行程為470mm.3.4液壓缸推力計算當液壓缸的無桿腔進油時，作用在活塞上的理論推力為：(3-9)當液壓缸的有桿腔進油時，作用在活塞上的有用推力為：式中：P——工作壓力（Pa）；D——活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑）（m）；d——活塞桿直徑（m）；——液壓缸的機械效率，取=0.95；所以得：3.5活塞桿的強度校核和穩(wěn)定性計算3.5.1強度計算（3-10）式中：——油缸的最大外載荷，；——活塞桿材料的許用應力，；——材料的抗拉強度，；現(xiàn)采用45鋼600；夾緊液壓缸活塞桿最大作用力=60.11KN；則活塞桿的強度合格。3.5.2穩(wěn)定性驗算當活塞行程較大時（和活塞桿伸出時，油缸的計算長度大于活塞桿直徑的十倍以上）活塞桿承受的壓力超過一定數(shù)值時，油缸的總體將沿著軸向方向呈現(xiàn)出彎曲的現(xiàn)象，只是華東表面產(chǎn)生偏磨，甚至活塞桿折斷。為消除這種弊端，除要滿足強度外，還根據(jù)油缸的支撐形式進行穩(wěn)定性驗算。通過查≤機械設(shè)計手冊≥可得當液壓缸支撐長度時，此處需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性，因本次設(shè)計支撐長度所以需要算穩(wěn)定性，因為受力完全在軸線上，所以按下式驗算：QUOTE（3-11）式中：QUOTE——活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力（N）QUOTE——實際彈性模數(shù)，QUOTEI——活塞桿橫截面慣性矩QUOTE；K——液壓缸安裝及向?qū)禂?shù)，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》可取K=1.5QUOTE——液壓缸支撐長度m；QUOTE——安全系數(shù)，這里取3：所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。3.5.3活塞桿結(jié)構(gòu)的形式的選擇活塞桿必須有足夠的強度和剛度，以便承受拉力、彎曲應力、振動和沖擊載荷的作用。同時還要注意他對活塞有效面積的影響，保證液壓缸達到所要缺的作用力和運動速度，活塞桿應有一定的耐磨性，具有較高的尺寸精度和表面光潔度。采用實心結(jié)構(gòu)，端部選用單耳環(huán)通過螺紋與活塞桿連接?；钊麠U的材料和技術(shù)要求材料：選用45鋼技術(shù)要求：淬火.淬火深度，表面鍍鉻；活塞桿在導向套中滑動，采用配合，太緊了，摩擦大，太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象；圓度的圓柱公差不大于直徑公差一半；安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于，以保證安裝不產(chǎn)生偏斜；安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于；活塞桿的外圓粗糙度，太光了，表面形不成油膜，不利于潤滑；活塞桿表面進行鍍鉻處理，并進行拋光和磨削加工；活塞桿內(nèi)端的卡鍵和緩沖裝置也要保證與軸線同心，特別是緩沖柱，最好是與活塞做成一體?；钊麠U中隔圈的設(shè)計計算（1）在長行程液壓缸中，由于安裝方式及負載的導向條件，可能使活塞桿導向套收到過大的側(cè)向力而導致嚴重的磨損，因此在長行程液壓缸內(nèi)需在活塞與有桿側(cè)端蓋之間安裝一個中隔圈，使活塞桿在全部外伸時仍有足夠的支撐長度，其結(jié)構(gòu)見下圖所示。因為是行程短所以不需要中隔圈。活塞與活塞桿的連接形式有很多，各種形式內(nèi)部均有鎖緊措施，以防工作時由于反復運動而松開，并且活塞和活塞桿之間還設(shè)有靜密封。根據(jù)機械設(shè)計手冊的，一般工程用液壓缸的活塞和活塞桿之間多采用卡環(huán)連接，活塞桿防塵圈的選擇根據(jù)≤機械設(shè)計手冊≥表6-38本設(shè)計材料為丁青橡膠，在外表面上具有數(shù)字形截面的密封表面，保證它在溝槽中可靠的定位。表3-6防塵圈的選用名稱作用直徑范圍/mm工作范圍溫度/速度A型防塵圈防塵6～390-30～110≤13.6液壓缸效率和液壓缸流量的確定a液壓缸效率的計算已知（3-12）式中：——液壓缸機械效率，取=0.9；——液壓缸的容積效率；當活塞密封為彈性材料時，=1；當活塞密封為金屬環(huán)時，=0.98；本次設(shè)計密封裝置均為彈性密封圈，故=1。=×=0.9×1=0.9液壓缸的流量Q的確定(3-13)式中：A——液壓缸有效作用面積；無桿腔時的面積;有桿腔時的面積（3-14）V——活塞運動速度，取V=2；——活塞容積效率；所以3.7缸筒端蓋的計算本次設(shè)計的液壓缸，前端蓋與缸之間采用法蘭連接，而后端蓋與缸筒則采用焊接連接。3.7.1厚度t的計算設(shè)計為平底端蓋，根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》可知無孔時:QUOTE（3-15）有孔時QUOTE（3-16）式中：t——剛改有效厚度QUOTE——缸蓋止口內(nèi)徑QUOTE——缸蓋孔直徑QUOTE——系統(tǒng)最高工作壓力取QUOTE其中：QUOTE；同前QUOTE故：取QUOTE3.7.2厚度強度驗算缸筒與端蓋用焊接時，焊縫應力強度應作如下校核：（3-17）(符合要求)式中：F——缸內(nèi)最大推力，N;——缸筒外徑，mm；D——焊縫底徑，mm；——焊接效率，=0.7；——焊條材料的抗拉強度，MPa；n——安全系數(shù)，參照缸筒安全系數(shù)選取。一般n=5；——由，取值為122Mpa3.8活塞的設(shè)計計算活塞在崗內(nèi)徑作往復直線運動，因此配合不應過緊；但活塞應保證有桿腔和無桿腔兩端油液不相通，故配合又不應過松；活塞設(shè)計的好壞，將直接影響液壓系統(tǒng)效率的高低。3.8.1活塞結(jié)構(gòu)形式的選取活塞結(jié)構(gòu)形式多種多樣，通常分為整體活塞和組合活塞兩類。整體活塞在活塞圓周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封安裝時也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要有密封形式?jīng)Q定。組合式活塞大多可以多次拆裝，密封件使用壽命長。隨著耐磨導向環(huán)大量的使用，多數(shù)密封圈與導向套聯(lián)合使用，大大降低了活塞加工成本。因此，經(jīng)比較選擇組合式活塞。根據(jù)≤機械設(shè)計手冊≥得選用車氏C型滑環(huán)密封組合式活塞。3.8.2活塞密封裝置的選取活塞的結(jié)構(gòu)形式主要由密封形式?jīng)Q定。本系統(tǒng)采用車氏組合密封。該密封材料的特點：聚氯橡膠材料制作的滑環(huán)及O型圈組合，結(jié)構(gòu)簡單，摩摖阻力小，密封性能好，多次拆卸可重復使用等?；钊拿芊庑问脚c活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)液壓缸的不同作用力和不同工作壓力選擇。3.8.3活塞的材料選取本次設(shè)計采用導向環(huán)的活塞：優(yōu)質(zhì)碳素鋼45鋼，在外徑套氯乙烯PTFE+玻璃纖維和聚三氯乙烯材料制成的支撐環(huán)。3.8.4活塞外徑Ф的計算活塞外徑的大小與活塞的缸徑D和活塞表面的支撐形式有關(guān)，根據(jù)上面的活塞結(jié)構(gòu)形式的選取，知式中：D——缸筒的內(nèi)徑；δ——支撐環(huán)材料的厚度；一般δ=2～4mm，缸徑較小時取值較小，在此取δ=4mm。3.8.5活塞中心孔直徑（3-18）式中：——系統(tǒng)工作時最高壓力；——活塞材料許用應力，=0.75；——活塞材料的屈服極限，選用45號鋼；取3.8.6活塞寬度的計算活塞寬度一般是活塞外徑的0.6～1.0倍，具體設(shè)計時還需考慮密封件的形式，本次設(shè)計取活塞寬度為外徑的0.6倍。Ф=D-6=100-6=94β=0.6×94=56.4mm?。害?56mm活塞的配合要求及加工公差活塞外徑的配合一般采用f8，外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面圓度和圓柱度一般不大于外徑公差的一半，表面粗糙度根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同而定。本次設(shè)計表面粗糙度選用0.16μm。3.8.9連接螺栓強度的校核螺紋處的拉應力：QUOTE（3-19）螺紋處的剪應力：QUOTE（3-20）合成應力：QUOTE（3-21）QUOTE（3-22）式中F——液壓缸負載（N）K——螺紋擰緊系數(shù)，一般取QUOTE——螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取QUOTE——螺紋直徑，對于標準緊固螺紋，取，t為螺紋螺距；取5個M18螺栓Z——螺栓個數(shù)；QUOTE——材料屈服極限，對45鋼，取QUOTEQUOTE——安全系數(shù)，一般取1.21.5.則則此處的螺栓強度合格其它非主要螺栓的設(shè)計這些螺栓只起到外殼連接作用：a連接結(jié)合面的幾何形狀合理，考慮到盡可能成軸對稱，結(jié)合接觸面合理，便于加工制造。b螺栓組的形心與結(jié)合面形心基本重合。c螺栓靠近結(jié)合面邊緣，減少受力。d同一組螺栓的規(guī)格都一樣，便于選用裝配?？紤]其受力用途，本設(shè)計選用小六角頭鉸制孔用螺栓：GB/T27—1998-M20×215此螺栓的特點是：能夠精確的固定被連接件的相互位置，并且能夠承受有橫向力產(chǎn)生的剪切和擠壓。由于其為非主要受力件，故不需要對其進行強度校核。3.9活塞桿導向套3.9.1導向套長度確定故導向套的長度H=74mm一般導向套滑動面的長度A,在缸筒內(nèi)徑D<80mm時，取A=(0.6~1.0)D;在缸筒內(nèi)徑D80mm時，取A=(0.6~1.0)d；所以本次設(shè)計長度A=0.6×70=42mm3.9.2導向套的材料選取金屬導向套一般采用摩摖系數(shù)小，耐磨材料好的青銅制作，非金屬導向套可以用塑料、聚四氟乙烯或聚三氟氯乙烯材料制作端蓋式直接導向性型的導向材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等。本設(shè)計采用青銅材料制作導向套。3.9.3導向套的加工要求導向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合多為，內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合多位公差的一半，內(nèi)空中的環(huán)形油槽要淺而寬要保證良好的潤滑。3.10液壓油口直徑d的確定油口包括有口孔和油口連接螺紋，液壓缸的進、出油口可布置在缸蓋或缸筒上。QUOTE（3-23）式中：Q——液壓缸最大流量；V——液壓油流速，取V=2m/min；所以：QUOTE油口連接尺寸為：M27QUOTE3.11端蓋的計算裝配長度：QUOTE，其值與缸徑大小有關(guān)，缸徑較小時，取值較小，本次設(shè)計；缸頭內(nèi)孔尺寸：式中;——活塞桿緊固位置的最大外徑；δ——緊固裝置孔壁間的最大間隙：一般取δ=2~10mm，本次設(shè)計取δ=4mm。因此：；前端蓋的材料一般要有足夠的強度和足夠的韌性，所以本次設(shè)計采用45號鋼。3.12液壓缸筒長度QUOTE（3-24）式中：——裝配長度，=10mm——活塞行程系數(shù)，一般取=2~3mm；本次取=3mm；——活塞寬度，取=71mm；L——油缸行程，L=470mm；——端蓋配合臺階長度，本次設(shè)計取QUOTE=12mm所以L=10+3+71+470+12=566mm3.13缸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計缸頭材料一般要求足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求具有良好的焊接性能，根據(jù)上述要求，采用45號鋼。缸蓋內(nèi)孔尺寸公差一般取H7,H8；缸蓋內(nèi)孔d與之口外徑D的圓度，圓柱度誤差不大于直徑公差之半。缸蓋內(nèi)孔d與之口外徑的D同軸度誤差不大于0.03，端面A,B對軸線的圓跳動，在直徑100以上不大于0.04。裝配臺階外徑：=125裝配長度：=5～20式中：——裝配深度，其值與缸徑大小有關(guān)，缸徑小時取小值，取L4=10缸頭內(nèi)徑：（3-25）式中：——活塞固緊裝置的最大外徑，取63；——固緊裝置與孔壁間隙，一般取=2～10，此處取=10；=63+2×10=83缸頭內(nèi)徑深度：（3-26）式中：——活塞外側(cè)桿頭長度，取=23；——活塞行程余量，一般取2～3，取=3；故=23-3=203.14活塞桿長度的確定（3-27）式中：——活塞外側(cè)桿頭的長度，24；——活塞厚度,72；——活塞行程,470；——導向長度,86；——活塞桿全部縮入桿腔時的外露余量，此處取=23；——活塞桿螺紋連接長度，取85；L=23+71+470+86+23+85=760mm4夾緊液壓缸參數(shù)計算與選擇本章是針對參數(shù)計算與選擇，確定主要參數(shù)是指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量。執(zhí)行元件的工作壓力，可以根據(jù)負載圖中的最大負載來選取，也可以根據(jù)主機的類型來選取；而最大流量則由執(zhí)行元件速度圖中的最大速度計算出來。這兩者都與執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)(指液壓缸的有效工作面積A或液壓馬達的排量VM)有關(guān)。一般的做法是,先選定工作壓力p,再按最大負載和預估的執(zhí)行元件機械效率求出A或VM經(jīng)過各種必要的驗算\修正和圓整后定下這些結(jié)構(gòu)參數(shù),最后再算出最大流量ｑmax來。在機床的液壓系統(tǒng)中，通常工作壓力選得小些，有助于提高系統(tǒng)的可靠性、低速平穩(wěn)性和降低噪聲，但在結(jié)構(gòu)尺寸和造價方面則須付出一定的代價。4.1夾緊液壓缸的尺寸的確定4.1.1夾緊液壓缸的工作壓力的確定液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計師可用類比法來確定表4-1液壓設(shè)備常用工作壓力設(shè)備類型精加工機床組合機床拉床農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機構(gòu)液壓機、重型機械，大中型挖掘機、起重運輸機械工作壓力P/MPa0.8-23-55-101-1616-32初選的液壓系統(tǒng)工作壓力為：16MPa，則其額定壓力為20MPa4.1.2缸筒結(jié)構(gòu)缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉的容腔，形成內(nèi)壓，推動活塞運動。設(shè)計缸筒時，不僅要保證液壓缸的作用力、速度和有效行程，而且必須有足夠的強度和剛度，以便抵抗液壓力和其他外力的作用。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第4卷表17-6-6，常用的缸筒結(jié)構(gòu)有八類，通常缸筒與缸蓋、缸頭的連接型式取決于額定工作壓力、用途和使用環(huán)境等因素。綜合考慮上述因素缸筒與缸頭采用焊接形式，具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，工藝性好，使用廣的優(yōu)點；缺點是缸體有可能變形。缸筒與缸蓋采用外螺紋連接具有重量輕，外徑較小的優(yōu)點，而且便于拆卸和檢修。4.1.3缸筒材料缸筒要有足夠的強度，能長期承受較高工作壓力及短期動態(tài)工作壓力而不至產(chǎn)生永久變形；還要有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不至產(chǎn)生彎曲；在內(nèi)表面密封件及導向環(huán)的摩擦力的作用下，能長期工作而磨損減少，尺寸公差等級和形位公差等級是以保證活塞密封件的密封性；需要焊接的缸筒還要求有良好的可焊接性，以便在焊上管接頭或缸頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過大變形。液壓缸的常用材料有20鋼、35鋼、45鋼的無縫鋼管。缸筒與缸底采用焊接方式，故采用焊接性能較好的35鋼的冷拔無縫鋼管，粗加工后調(diào)制，由手冊中查得45鋼的抗拉強度，屈服極限4.1.4缸筒內(nèi)徑的確定為得到所需要的加緊力，油缸的有效工作面積和加緊力應該滿足下面的等式,由同組同學計算得此處夾緊力QUOTE.QUOTE(4-1)——液壓缸的機械效率，一般取,這里取0.95(4-2)(4-3)(4-4)圓整為：D=80mm。見《機械設(shè)計手冊》第四版第17章第4頁。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第20篇液壓傳動表20-6-9表4-2液壓缸內(nèi)徑和外徑的選擇產(chǎn)品系列代號額定壓力p/MPa內(nèi)徑506380100125140160180外徑A型20607695121146168194219通過表得缸的外徑為QUOTE95mm，內(nèi)徑D為80mm則缸的壁厚QUOTE4.1.5缸筒壁厚驗算對于最終采用的缸筒壁厚采用四方面的驗算：額定工作壓力應小于一定的極限值，以保證工作安全：QUOTE(4-5)QUOTE=16MPa≤36.65MPa（符合要求）同時額定工作壓力也應與完全塑性變形壓力有一定比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生：QUOTEQUOTE(4-6)式中：——缸筒發(fā)生塑性變形的壓力MPa；QUOTE——缸的額定工作壓力MPa；——缸筒材料的屈服強度360MPa；（符合要求）此外，QUOTE(4-7)式中：D——油缸內(nèi)經(jīng)，mm；——油缸外徑，mm；——額定壓力，MPa；見《機械設(shè)計手冊》第一卷第三章第61頁表3-1-86?？梢圆榈靡簤焊淄驳膮?shù)如表4-3所示.表4-3液壓缸筒參數(shù)內(nèi)徑公稱尺寸/mm公差帶/外徑/mm允許偏差/mm80H8H9H1095+460+740+12004.1.6缸筒制造加工要求缸筒直徑D采用H7或H8級配合，表面粗糙度Ra值一般為0.16QUOTE都需進行研磨；熱處理，調(diào)制，硬度HBQUOTE缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差的一半；缸筒的直線度公差在500㎜長度上不大于0.03；缸筒端面對內(nèi)徑的垂直度在直徑100㎜上不大于0.04㎜。此外，還有通往油口、排氣閥孔的內(nèi)孔口必須有倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件。為便于裝配和不損壞密封件，缸筒內(nèi)孔應倒15度角。需要在缸筒上焊接油口、排氣閥座時都必須在半精加工以前進行。以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。如欲防止腐蝕和提高使用壽命，在缸筒內(nèi)表面可以鍍鉻，再進行研磨或拋光，在缸筒內(nèi)表面涂耐油油漆。4.2活塞桿直徑的確定對于雙作用單邊活塞桿液壓缸，其活塞桿直徑可根據(jù)往復速比來確定。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》卷4，P17-259，表17-6-3。表4-4活塞速比系數(shù)與壓力的關(guān)系公稱壓力（）=12.5～20速比系數(shù)（）1.331.46～22當系統(tǒng)壓力確定后，查出速比系數(shù)并按下式計算：（4-8）式中：行程速比取1.8根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第四卷表17-6-2可取表4-5活塞桿直徑系列表（GB2348-80）活塞桿直徑系列（GB/T2348-1993/mm）4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360通過上表可選活塞桿直徑d=45mm活塞桿工作行程的確定，經(jīng)工況分析并結(jié)合轉(zhuǎn)體油缸的各種運動情況，再結(jié)合力學分析的結(jié)果可以求得油缸的最大工作行程為50mm.4.2.1液壓缸推力計算當液壓缸的無桿腔進油時，作用在活塞上的理論推力為：(4-9)當液壓缸的有桿腔進油時，作用在活塞上的有用推力為：式中：P——工作壓力（Pa）；D——活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑）（m）；d——活塞桿直徑（m）；——液壓缸的機械效率，取=0.9；所以得：4.2.2活塞桿的強度校核和穩(wěn)定性計算強度計算(4-10)式中：——油缸的最大外載荷，；——活塞桿材料的許用應力，；——材料的抗拉強度，；現(xiàn)采用45鋼600；夾緊液壓缸活塞桿最大作用力=60.11KN；則活塞桿的強度合格。穩(wěn)定性驗算當活塞行程較大時（和活塞桿伸出時，油缸的計算長度大于活塞桿直徑的十倍以上）活塞桿承受的壓力超過一定數(shù)值時，油缸的總體將沿著軸向方向呈現(xiàn)出彎曲的現(xiàn)象，只是華東表面產(chǎn)生偏磨，甚至活塞桿折斷。為消除這種弊端，除要滿足強度外，還根據(jù)油缸的支撐形式進行穩(wěn)定性驗算。通過查≤機械設(shè)計手冊≥可得當液壓缸支撐長度QUOTE需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性，因本次設(shè)計支撐長度所以需要算穩(wěn)定性，因為受力完全在軸線上，所以按下式驗算：QUOTE（4-11）式中：QUOTE——活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力（N）QUOTE——實際彈性模數(shù)，QUOTEI——活塞桿橫截面慣性矩QUOTE；K——液壓缸安裝及向?qū)禂?shù)，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》可取K=1.5QUOTE——液壓缸支撐長度m；QUOTE——安全系數(shù)，這里取4：所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求4.2.3活塞桿結(jié)構(gòu)的形式的選擇活塞桿必須有足夠的強度和剛度，以便承受拉力、彎曲應力、振動和沖擊載荷的作用。同時還要注意他對活塞有效面積的影響，保證液壓缸達到所要缺的作用力和運動速度，活塞桿應有一定的耐磨性，具有較高的尺寸精度和表面光潔度。采用實心結(jié)構(gòu)，端部選用單耳環(huán)通過螺紋與活塞桿連接?；钊麠U的材料和技術(shù)要求材料：選用45鋼技術(shù)要求： 淬火.淬火深度，表面鍍鉻；活塞桿在導向套中滑動，采用配合，太緊了，摩擦大，太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象；圓度的圓柱公差不大于直徑公差一半；安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于，以保證安裝不產(chǎn)生偏斜；安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于；活塞桿的外圓粗糙度，太光了，表面形不成油膜，不利于潤滑；活塞桿表面進行鍍鉻處理，并進行拋光和磨削加工；活塞桿內(nèi)端的卡鍵和緩沖裝置也要保證與軸線同心，特別是緩沖柱，最好是與活塞做成一體。4.2.4活塞桿中隔圈的設(shè)計計算（1）在長行程液壓缸中，由于安裝方式及負載的導向條件，可能使活塞桿導向套收到過大的側(cè)向力而導致嚴重的磨損，因此在長行程液壓缸內(nèi)需在活塞與有桿側(cè)端蓋之間安裝一個中隔圈，使活塞桿在全部外伸時仍有足夠的支撐長度。因為是行程短所以不需要中隔圈。4.2.5活塞桿和活塞的連接形式：活塞與活塞桿的連接形式有很多，各種形式內(nèi)部均有鎖緊措施，以防工作時由于反復運動而松開，并且活塞和活塞桿之間還設(shè)有靜密封。根據(jù)機械設(shè)計手冊的，一般工程用液壓缸的活塞和活塞桿之間多采用卡環(huán)連接，結(jié)構(gòu)圖如下：圖4-1活塞與活塞桿的連接形式4.2.6活塞桿防塵圈的選擇根據(jù)≤機械設(shè)計手冊≥表6-38本設(shè)計材料為丁青橡膠，在外表面上具有數(shù)字形截面的密封表面，保證它在溝槽中可靠的定位。表4-6防塵圈的選用名稱作用直徑范圍/mm工作范圍溫度/速度A型防塵圈防塵6～390-30～110≤14.2.7液壓缸效率和液壓缸流量的確定a液壓缸效率的計算已知（4-12）式中：——液壓缸機械效率，取=0.9；——液壓缸的容積效率；當活塞密封為彈性材料時，=1；當活塞密封為金屬環(huán)時，=0.98；本次設(shè)計密封裝置均為彈性密封圈，故=1。=×=0.9×1=0.9液壓缸的流量Q的確定(4-13)式中：A——液壓缸有效作用面積；無桿腔時的面積;有桿腔時的面積（4-14）V——活塞運動速度，取V=1.5；——活塞容積效率；所以4.3缸筒端蓋的計算本次設(shè)計采用焊接型液壓缸，及前端蓋浴缸同之間采用內(nèi)外螺紋連接，而后端蓋與缸筒則采用焊接連接。后端蓋與缸筒的連接形式：圖4-2端蓋與缸筒的連接形式4.3.1厚度t的計算設(shè)計為平底端蓋，根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》可知無孔時:QUOTE（4-15）有孔時QUOTE（4-16）式中：t——剛改有效厚度QUOTE——缸蓋止口內(nèi)徑QUOTE——缸蓋孔直徑QUOTE——系統(tǒng)最高工作壓力取QUOTE其中：QUOTE；同前QUOTE故：取t=15mm4.3.2厚度強度驗算缸筒與端蓋用焊接時，焊縫應力強度應作如下校核：（4-17）(符合要求)式中：F——缸內(nèi)最大推力，N;——缸筒外徑，mm；D——焊縫底徑，mm；——焊接效率，=0.7；——焊條材料的抗拉強度，MPa；n——安全系數(shù)，參照缸筒安全系數(shù)選取。一般n=5；——由，取值為122Mpa4.4活塞的設(shè)計計算活塞在崗內(nèi)徑作往復直線運動，因此配合不應過緊；但活塞應保證有桿腔和無桿腔兩端油液不相通，故配合又不應過松；活塞設(shè)計的好壞，將直接影響液壓系統(tǒng)效率的高低。4.4.1活塞結(jié)構(gòu)形式的選取活塞結(jié)構(gòu)形式多種多樣，通常分為整體活塞和組合活塞兩類。整體活塞在活塞圓周上開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但給活塞的加工帶來困難，密封安裝時也容易拉傷和扭曲。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要有密封形式?jīng)Q定。組合式活塞大多可以多次拆裝，密封件使用壽命長。隨著耐磨導向環(huán)大量的使用，多數(shù)密封圈與導向套聯(lián)合使用，大大降低了活塞加工成本。因此，經(jīng)比較選擇組合式活塞。根據(jù)≤機械設(shè)計手冊≥得選用車氏C型滑環(huán)密封組合式活塞。具體結(jié)構(gòu)如下：圖4-3活塞的結(jié)構(gòu)形式4.4.2活塞密封裝置的選取活塞的結(jié)構(gòu)形式主要由密封形式?jīng)Q定。本系統(tǒng)采用車氏組合密封。該密封材料的特點：聚氯橡膠材料制作的滑環(huán)及O型圈組合，結(jié)構(gòu)簡單，摩摖阻力小，密封性能好，多次拆卸可重復使用等?；钊拿芊庑问脚c活塞的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可根據(jù)液壓缸的不同作用力和不同工作壓力選擇。4.4.3活塞的材料選取本次設(shè)計采用導向環(huán)的活塞：優(yōu)質(zhì)碳素鋼45鋼，在外徑套氯乙烯PTFE+玻璃纖維和聚三氯乙烯材料制成的支撐環(huán)。4.4.4活塞外徑Ф的計算活塞外徑的大小與活塞的缸徑D和活塞表面的支撐形式有關(guān)，根據(jù)上面的活塞結(jié)構(gòu)形式的選取，知式中：D——缸筒的內(nèi)徑；δ——支撐環(huán)材料的厚度；一般δ=2～4mm，缸徑較小時取值較小，在此取δ=4mm。Ф=D-2=80-2×3=76mm活塞中心孔直徑（4-18）式中：——系統(tǒng)工作時最高壓力；——活塞材料許用應力，=0.75；——活塞材料的屈服極限，選用45號鋼；取4.4.5活塞寬度的計算活塞寬度一般是活塞外徑的0.6～1.0倍，具體設(shè)計時還需考慮密封件的形式，本次設(shè)計取活塞寬度為外徑的0.6倍。QUOTE=D-6=80-6=74β=0.6×74=44.4mm?。害?45mm活塞的配合要求及加工公差活塞外徑的配合一般采用f8，外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面圓度和圓柱度一般不大于外徑公差的一半，表面粗糙度根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同而定。本次設(shè)計表面粗糙度選用0.16μm。圖4-3活塞的裝配方式圖4.5連接螺栓強度的校核4.5.1主要受力螺栓的校核螺紋處的拉應力：QUOTE（4-19）螺紋處的剪應力：QUOTE（4-20）合成應力：QUOTE（4-21）QUOTE（4-22）式中F——液壓缸負載（N）K——螺紋擰緊系數(shù)，一般取QUOTEQUOTE——螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取QUOTEQUOTE——螺紋直徑，對于標準緊固螺紋，取，t為螺紋螺距；Z——螺栓個數(shù)；QUOTE——材料屈服極限，對45鋼，取QUOTEQUOTE——安全系數(shù)，一般取1.21.5.則則此處的螺栓強度合格4.5.2其它非主要螺栓的設(shè)計這些螺栓只起到外殼連接作用：a連接結(jié)合面的幾何形狀合理，考慮到盡可能成軸對稱，結(jié)合接觸面合理，便于加工制造。b螺栓組的形心與結(jié)合面形心基本重合。c螺栓靠近結(jié)合面邊緣，減少受力。d同一組螺栓的規(guī)格都一樣，便于選用裝配?？紤]其受力用途，本設(shè)計選用小六角頭鉸制孔用螺栓：GB/T27—1998-M160×215此螺栓的特點是：能夠精確的固定被連接件的相互位置，并且能夠承受有橫向力產(chǎn)生的剪切和擠壓。由于其為非主要受力件，故不需要對其進行強度校核。4.6活塞桿導向套4.6.1導向套長度確定故導向套的長度H=43mm一般導向套滑動面的長度A,在缸筒內(nèi)徑D<80mm時，取A=(0.6~1.0)D;在缸筒內(nèi)徑D80mm時，取A=(0.6~1.0)d；所以本次設(shè)計長度A=0.6×80=48mm4.6.2導向套的材料選取金屬導向套一般采用摩摖系數(shù)小，耐磨材料好的青銅制作，非金屬導向套可以用塑料、聚四氟乙烯或聚三氟氯乙烯材料制作端蓋式直接導向性型的導向材料用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等。本設(shè)計采用青銅材料制作導向套。4.6.3導向套的加工要求導向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合多為，內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合多位公差的一半，內(nèi)空中的環(huán)形油槽要淺而寬要保證良好的潤滑。4.6.4液壓油口直徑d的確定油口包括有口孔和油口連接螺紋，液壓缸的進、出油口可布置在缸蓋或缸筒上。QUOTE(4-23)式中：Q——液壓缸最大流量；V——液壓油流速，取v=1.5m/min；所以：QUOTE油口連接尺寸為：M12QUOTE4.7端蓋的計算裝配長度：QUOTE，其值與缸徑大小有關(guān)，缸徑較小時，取值較小，本次設(shè)計；缸頭內(nèi)孔尺寸：式中;——活塞桿緊固位置的最大外徑；δ——緊固裝置孔壁間的最大間隙：一般取δ=2~10mm，本次設(shè)計取δ=7mm。因此：；前端蓋的材料一般要有足夠的強度和足夠的韌性，所以本次設(shè)計采用45號鋼。4.8液壓缸筒長度(4-24)式中：——裝配長度，=5mm——活塞行程系數(shù)，一般取=2~3mm；本次取=3mm；——活塞寬度，取=45mm；L——油缸行程，L=25mm；——端蓋配合臺階長度，本次設(shè)計取QUOTE=5mm所以L=5+3+45+25+5=80mm4.9液壓缸缸頭的設(shè)計4.9.1缸頭的連接形式連接形式如圖3-3所示：圖4-4缸頭與缸筒焊接缸筒與缸頭用焊接時（如圖4-4所示），焊縫應力強度校核：（4-25）式中：——缸內(nèi)最大推力，；——缸筒外徑，；——焊縫底徑，；——焊接效率，取=0.7；——焊條材料的抗拉強度，，取——安全系數(shù)，參照缸筒安全系數(shù)選取。一般=；，故滿足強度要求。4.9.2缸頭的設(shè)計計算由于該油缸采用耳環(huán)連接的形式，底部的最小厚度按近似的公式計算如下：（4-26）式中：——缸筒直徑，；——缸筒底部厚度，；——缸內(nèi)最大工作壓力，；由于缸筒底部材料用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，故4.9.3缸頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計缸頭的結(jié)構(gòu)如下圖所示缸頭材料一般要求足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求具有良好的焊接性能，根據(jù)上述要求，采用45號鋼。缸蓋內(nèi)孔尺寸公差一般取H7,H8；缸蓋內(nèi)孔d與之口外徑D的圓度，圓柱度誤差不大于直徑公差之半。缸蓋內(nèi)孔d與之口外徑的D同軸度誤差不大于0.03，端面A,B對軸線的圓跳動，在直徑100以上不大于0.04。圖4-5缸頭結(jié)構(gòu)裝配臺階外徑：=80裝配長度：=5～20式中：——裝配深度，其值與缸徑大小有關(guān)，缸徑小時取小值，取L4=10缸頭內(nèi)徑：（4-27）式中：——活塞固緊裝置的最大外徑，取50；——固緊裝置與孔壁間隙，一般取=2～10，此處取=10；=50+2×10=70缸頭內(nèi)徑深度：（4-28）式中：——活塞外側(cè)桿頭長度，取=23；——活塞行程余量，一般取2～3，取=3；故=23-3=204.9.4活塞桿長度的確定圖3-9活塞桿長度的確定（4-29）式中：——活塞外側(cè)桿頭的長度，23；——活塞厚度,45；——活塞行程,25；——導向長度,43；——活塞桿全部縮入桿腔時的外露余量，此處取=25；——活塞桿螺紋連接長度，取63；L=23+45+25+43+25+63=214mm5液壓馬達的選用液壓馬達工作時要考慮的因素有工作壓力，轉(zhuǎn)速范圍、旋轉(zhuǎn)扭矩、運行扭矩、總效率，容積效率，滑擦特性、壽命等機械性能在機械設(shè)備的安裝條件外觀等。5.1動力頭液壓馬達的選擇根據(jù)動力頭旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：0-200rpm，同時要求扭矩大于300N·m，馬達的有效工作壓力，根據(jù)溢流閥工作壓力，p=20MPa，根據(jù)同組動力頭同學的馬達選擇GY-A6V80斜軸式變量馬達。5.1.2馬達流量5.2行走裝置的液壓馬達的選擇根據(jù)錨桿鉆機行走時的最大速度為：QUOTE,轉(zhuǎn)速Q(mào)UOTE牽引工況所需要的最大扭矩為：QUOTE系統(tǒng)的工作壓力為20MPa。取馬達和鏈輪的傳動比為20，則馬達的輸出扭矩為：M=400N·m。(1)馬達的排量=174ml/r查機械設(shè)計手冊表20-5-77，本機的液壓動力頭選用馬達JM10-F0.18QUOTE，查出排量為182ml/r，額定壓力為20MPa，最大壓力為25MPa，轉(zhuǎn)速范圍18-630r/min，額定轉(zhuǎn)速為500r/min,額定轉(zhuǎn)矩為523N·m，效率大于80%。此轉(zhuǎn)矩