畢業(yè)設(shè)計(jì)--大型啟閉機(jī)液壓缸的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目 大型啟閉機(jī)液壓缸的設(shè)計(jì) </p><p>　　完成日期2014年06月 01日</p><p><b>　　U摘要U4</b></p><p><b>　　U關(guān)鍵詞U4</b><

2、;/p><p>　　UAbstractU4</p><p>　　UKeywordsU5</p><p><b>　　U前言U6</b></p><p>　　U1 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)簡(jiǎn)介U7</p><p>　　U1.1 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作特點(diǎn)U7</p><p>　　U1.2 液

3、壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作原理U8</p><p>　　U1.3液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作系統(tǒng)的布置形式U8</p><p>　　U2 啟閉機(jī)液壓缸類型的選擇U10</p><p>　　U2.1 液壓缸的分類U10</p><p>　　U2.2 根據(jù)工況和設(shè)計(jì)要求選擇啟閉機(jī)液壓缸類型U11</p><p>　　U3 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)U

4、14</p><p>　　U3.1 缸筒與端蓋連接形式設(shè)計(jì)U14</p><p>　　U3.2 活塞和活塞桿U15</p><p>　　U3.3 密封裝置U16</p><p>　　U3.4 緩沖裝置U20</p><p>　　U3.5排氣裝置U23</p><p>　　U3.6

5、啟閉機(jī)液壓缸總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)U24</p><p>　　U4 啟閉機(jī)液壓缸的材料及技術(shù)條件U25</p><p>　　U4.1 缸筒材料及技術(shù)要求U25</p><p>　　U4.2 活塞材料及技術(shù)要求U25</p><p>　　U4.3 缸蓋材料及技術(shù)要求U25</p><p>　　U4.4 活塞桿材料及技術(shù)要

6、求U26</p><p>　　U5 液壓缸詳細(xì)設(shè)計(jì)U27</p><p>　　U5.1活塞桿直徑dU27</p><p>　　U5.2 缸筒內(nèi)徑DU28</p><p>　　U5.3 液壓缸缸筒壁厚U28</p><p>　　U5.4 缸底厚度U29</p><p>　　U5.5 導(dǎo)

7、向套長(zhǎng)度U29</p><p>　　U6 液壓缸校核U30</p><p>　　U6.1．強(qiáng)度校核U30</p><p>　　U6.2 穩(wěn)定性校核U31</p><p>　　7 U小結(jié)與展望U33</p><p><b>　　U致謝U34</b></p><p>

8、;<b>　　U參考文獻(xiàn)U35</b></p><p>　　摘要：液壓?jiǎn)㈤]機(jī)主要用于水利工程閘門,液壓?jiǎn)㈤]機(jī)有著顯著的優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性、經(jīng)濟(jì)性好；運(yùn)行平穩(wěn)、安全、可靠，效率高；可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；易于集中控制，自動(dòng)化操作簡(jiǎn)便，維修方便；液壓?jiǎn)㈤]機(jī)有利于優(yōu)化水工建筑物的總體布置，它在水利樞紐、航運(yùn)船閘、電站、防洪防澇工程上使用量與日劇增。但在實(shí)際應(yīng)用中,液壓?jiǎn)㈤]機(jī)仍然存在許多困擾

9、著其發(fā)展、亟待解決的問題。特別是對(duì)于水利水電工程，對(duì)大型啟閉機(jī)液壓缸的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提出了迫切要求。</p><p>　　本論文是在查閱了大量的國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料,分析了液壓?jiǎn)㈤]機(jī)總體發(fā)展趨勢(shì)以及目前工程應(yīng)用對(duì)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的要求的基礎(chǔ)上完成的。液壓缸是液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的核心部件，故液壓缸的設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到液壓?jiǎn)㈤]機(jī)制造質(zhì)量的優(yōu)劣。本文在先前啟閉機(jī)液壓缸的研發(fā)和應(yīng)用基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)參數(shù)出發(fā)，根據(jù)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的使用工況，結(jié)合所學(xué)的液壓

10、傳動(dòng)與機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，從由缸體、端蓋、活塞、活塞桿等零件入手，重點(diǎn)分析密封與緩沖裝置，設(shè)計(jì)出結(jié)合合理，安全適用的大型啟閉機(jī)的液壓缸，以滿足大規(guī)模工程應(yīng)用的需要。該論文對(duì)滿足工程需求，減小工程預(yù)算，大型啟閉機(jī)液壓缸設(shè)計(jì)對(duì)促進(jìn)水利水電工程的發(fā)展具有十分重要的意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，液壓缸，緩沖，密封，計(jì)算，校核</p><p>　　Abstract：Hydraulic

11、 hoist is mainly used to open and close the gate of water conservancy project. Hydraulic hoist has its incomparable advantages: Advanced technology, reasonable processes, compact structure, the economy is good; high hydr

12、aulic transmission efficiency; can achieve steeples speed regulation; running smoothly, safe, reliable, easy maintenance; convenient for centralized control and automation; conducive to optimizing hydraulic structures’ o

13、verall layout. .Its usage quantity increas</p><p>　　The paper has consulted a large number of domestic and foreign relevant materials and has analyzed the hydraulic hoister development trend and current engi

14、neering requirements for hydraulic hoist. In hydraulic hoist components, the hydraulic cylinder is the core component, so the design of the hydraulic cylinder is directly related to manufacturing quality merits of hydrau

15、lic hoist. Large hoist cylinders design has great significance to promote the development of water conservancy and hydropower</p><p>　　Keywords: hydraulic hoist, hydraulic cylinders, cushioning, sealing, cal

16、culating, checking</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　本課題是在啟閉機(jī)液壓缸近幾十年的發(fā)展成就和現(xiàn)階段工程應(yīng)用要求的基礎(chǔ)上提出的。近年來，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)在水利水電工程中的較多使用，為全國(guó)水利建設(shè)提高新技術(shù)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了非常重要的作用。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)與其他種類的啟閉機(jī)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)先進(jìn)，工藝合理，結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟(jì)性好；液壓

17、傳動(dòng)效率高；可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；運(yùn)行平穩(wěn)、安全、可靠，維修方便；便于集中控制和自動(dòng)化操作；有利于優(yōu)化水工建筑物的總體布置。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)在我國(guó)水利水電工程中應(yīng)用最早的當(dāng)屬官廳水庫高壓閘門啟閉機(jī)，隨著工程應(yīng)用的規(guī)模的擴(kuò)大，就要求有大型啟閉機(jī)液壓缸設(shè)計(jì)，在液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的構(gòu)件中，液壓缸是其核心部件，故液壓缸的設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到液壓?jiǎn)㈤]機(jī)制造質(zhì)量的優(yōu)劣。</p><p>　　綜合國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料分析,對(duì)于液壓?jiǎn)㈤]機(jī)技術(shù)發(fā)展，80

18、年代初期,德國(guó)力士樂公司研發(fā)出CERAMAX液壓缸，此產(chǎn)品將行程測(cè)量系統(tǒng)與陶瓷保護(hù)層結(jié)合在一起,同步精度為可達(dá)1mm。它的耐腐蝕和耐磨損性能好,壽命長(zhǎng)。使得液壓缸在防護(hù)技術(shù)、安全可靠,延長(zhǎng)壽命、液壓系統(tǒng)、測(cè)控技術(shù)幾個(gè)方面有了突破性進(jìn)展。</p><p>　　本論文是在查閱了大量的國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料,分析了液壓?jiǎn)㈤]機(jī)總體發(fā)展趨勢(shì)以及目前工程應(yīng)用對(duì)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的要求的基礎(chǔ)上完成的。液壓缸是液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的核心部件，故液壓缸的設(shè)

19、計(jì)好壞直接關(guān)系到液壓?jiǎn)㈤]機(jī)制造質(zhì)量的優(yōu)劣。本文在先前啟閉機(jī)液壓缸的研發(fā)和應(yīng)用基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)參數(shù)出發(fā)，根據(jù)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的使用工況，結(jié)合所學(xué)的液壓傳動(dòng)與機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，從由缸體、端蓋、活塞、活塞桿等零件入手，重點(diǎn)分析密封與緩沖裝置，設(shè)計(jì)出結(jié)合合理，安全適用的大型啟閉機(jī)的液壓缸，以滿足大規(guī)模工程應(yīng)用的需要。</p><p>　　研究目的：為滿足現(xiàn)在工程應(yīng)用，特別是對(duì)于水利水電工程對(duì)大型啟閉機(jī)液壓缸的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要。

20、 </p><p>　　研究意義：滿足工程需求，減小工程預(yù)算，大型啟閉機(jī)液壓缸設(shè)計(jì)對(duì)促進(jìn)水利水電工程的發(fā)展具有十分重要的意義。</p><p><b>　　1 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1.1 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作特點(diǎn)</p><p>　　液壓?jiǎn)㈤]機(jī)是利用液體壓力作為動(dòng)力來啟閉閘門，它分為液壓系統(tǒng)和液壓缸兩大

21、部分。液壓系統(tǒng)一般由動(dòng)力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置、輔助裝置組成。（動(dòng)力裝置一般為液壓泵,它把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能；控制調(diào)節(jié)裝置是液壓控制閥組；輔助裝置包括油箱、油管、管接頭、壓力表、濾油器等。）動(dòng)力裝置提供的液壓能經(jīng)由管道、控制調(diào)節(jié)裝置進(jìn)入液壓缸,液壓缸繼而把液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,從而實(shí)現(xiàn)閘門的開啟和關(guān)閉等動(dòng)作。</p><p>　　液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的基本機(jī)型有：?jiǎn)巫饔脝胃滓簤簡(jiǎn)㈤]機(jī)、單作用多缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、雙作用單缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、

22、雙作用多缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、雙吊點(diǎn)單作用同步液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、帶有臥式油缸的雙作用同步液壓?jiǎn)㈤]機(jī)；</p><p>　　根據(jù)控制對(duì)象可分為：普通平面閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、弧形閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、人字閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)等。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)常見的系列有以下幾種:</p><p>　　1.QPPY系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用在普通平面閘門。</p><p>　　2.Q

23、HLY系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用在露頂式和低水頭淺孔式靠閘門自重關(guān)閉的弧形閘門。</p><p>　　3.QHSY系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用在深孔式弧形閘門。</p><p>　　4.QPKY系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用在水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)口和調(diào)壓井下游快速事故處理閘門中,亦可用于一般平面閘門的啟閉。</p><p>　　4.QRWY系列液壓?jiǎn)㈤]機(jī)：常用于人字閘門和一字閘門。</p

24、><p>　　液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的特點(diǎn)很大程度上是由其工作原理所決定的,相對(duì)于卷揚(yáng)式啟閉機(jī)、螺桿啟閉機(jī)，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)有其突出的優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　(1).靜壓傳動(dòng),啟閉力范圍廣;</p><p>　　(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,布置緊湊,承載力大,且可過載保護(hù),安全可靠;</p><p>　　(3)可以無級(jí)調(diào)速,調(diào)速方便，運(yùn)行平穩(wěn),換向方便,緩沖性能好;<

25、;/p><p>　　(4)與電氣控制相結(jié)合,可以集中控制和自動(dòng)控制;</p><p>　　(5)壓元件自潤(rùn)滑性好,經(jīng)久耐用。</p><p>　　因此，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)適用于啟閉力較大和孔數(shù)較多的閘門，在一定程度上能代替卷揚(yáng)啟閉機(jī)的作用。</p><p>　　1.2 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作原理</p><p>　　液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的工作原理可

26、以用下圖1.1所示盛滿液體的連通器來解釋。將斷面積大小不一的兩個(gè)容器用管道相聯(lián)通，其中容器1的斷面積較小，容器2的斷面積較大。如果在容器1上活塞施加壓力，則活塞下的液體壓強(qiáng)為，通過液體以同樣的壓強(qiáng)傳遞到容器2的活塞上，得到較大的力。由此可見，容器2的斷面積越大，就越大，這就是液壓傳動(dòng)的基本原理。在液壓?jiǎn)㈤]機(jī)中，利用泵（相當(dāng)于容器1）獲得油壓。通過管道（以及相應(yīng)的閘閥）將傳遞到油缸（相當(dāng)于容器2）的活塞管上，從而獲得較大的啟閉力?？芍?，液

27、壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉力的大小主要取決于泵的工作壓力和油缸的受載面積。</p><p>　　圖1.1 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作原理</p><p>　　1.3液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作系統(tǒng)的布置形式</p><p>　　啟閉機(jī)液壓缸通常有柱塞式和活塞式。柱塞式為單作用柱塞缸，即油缸僅從一個(gè)方向提供壓力油，使柱塞缸頂推伸出油缸，從而開啟閘門，閉門則靠自重，不能施加閉門力；活塞式油缸內(nèi)為雙作用活塞桿

28、，啟門和閉門都靠液壓缸施加啟門力和閉門力，油缸可以從兩個(gè)方向提供壓力油，使活塞在兩個(gè)方向都可以運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作系統(tǒng)的簡(jiǎn)單布置如下圖1.2所示。電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)油泵2，通過吸油管從油箱吸油，進(jìn)油泵加壓后送出，經(jīng)單向閥3和節(jié)流閥4進(jìn)入單作用油缸5。油壓于柱塞缸6的頂部，將柱塞缸頂出，從而開啟閘門。當(dāng)閘門借自重關(guān)閉時(shí)，只需打開截止閥7，將壓力油通過回油管放回油箱。在泵的出口，另設(shè)溢流閥8，起穩(wěn)壓

29、保壓和安全保護(hù)的作用。</p><p>　　圖1.2 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作系統(tǒng)的布置形式</p><p>　　2 啟閉機(jī)液壓缸類型的選擇</p><p>　　2.1 液壓缸的分類</p><p>　　為了滿足各種工況的需要，液壓缸有多種類型。</p><p>　　按供油方向，液壓缸可分為單作用缸和雙作用缸；</p&g

30、t;<p>　　按結(jié)構(gòu)形式，液壓缸可分為活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸和伸縮式套筒缸；</p><p>　　按活塞的形式，液壓缸可分為單活塞桿缸和雙活塞桿缸；</p><p>　　按特殊用途，液壓缸可分為串聯(lián)缸、增速缸、步進(jìn)缸和增壓缸，此類型的缸又不是單純的缸筒，而是和其他缸筒、構(gòu)件組合而成，所以從結(jié)構(gòu)上看，這類缸又稱為組合缸。</p><p>　　2.1.1

31、 單作用液壓缸</p><p>　　單作用液壓缸又分為活塞液壓缸和柱塞液壓缸兩種。</p><p>　　(l)單桿單作用活塞液壓缸它的特點(diǎn)是：只有一個(gè)進(jìn)、出油油口。油壓力使活塞桿伸出,而活塞桿回縮靠彈簧力或自重。如圖2.1和圖2.2分別是彈簧回程液壓缸和自重回程液壓缸。</p><p>　　(2)單作用柱塞液壓缸,如圖2.3,這種液壓缸也只有一個(gè)油口作進(jìn)、出油液之用

32、。一般柱塞伸出靠油壓力作用,回程靠自重。</p><p>　　圖2.1 彈簧力回縮式 圖2.2 自重回縮式 圖2.3 柱塞液壓缸 </p><p>　　2.1.2 雙作用液壓缸 </p><p>　　雙作用液壓缸分為單桿雙作用液壓缸和雙桿雙作用液壓缸兩種。</p><p>　　(1)單桿

33、雙作用液壓缸（如圖2.4）</p><p>　　單桿雙作用液壓缸的特點(diǎn)是：在液壓缸的前后腔都有一油口, 兩個(gè)方向均可獲得較大的壓力，活塞桿的伸出和縮回都靠油液壓力,。但由于液壓缸兩腔的有效作用面積不等,所以當(dāng)進(jìn)入兩腔的油液壓力相等、流量也相同時(shí),無桿腔所產(chǎn)生的推力大而速度慢,有桿腔則相反。</p><p>　　(2)雙桿雙作用液壓缸（如圖2.5）</p><p>　

34、　液壓缸兩端都有活塞桿伸出。如果兩活塞桿直徑和進(jìn)入兩腔的流量都相等時(shí),則活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度相等。</p><p>　　圖2.4 單桿雙作用液壓缸 圖2.5 雙桿雙作用液壓缸</p><p>　　2.1.3 組合液壓缸</p><p>　　(1)伸縮套式液壓缸</p><p>　　伸縮套液壓缸是由兩個(gè)或多

35、個(gè)液壓缸套疊而成。如圖2.6所示，它的最大特點(diǎn)是：活塞桿的工作行程很長(zhǎng)，在收縮后,其總體長(zhǎng)度較小。</p><p><b>　　(2)串聯(lián)液壓缸</b></p><p>　　串聯(lián)液壓缸是由兩個(gè)直徑相等的液壓缸串聯(lián)而成。如下圖2.7所示，它的特點(diǎn)是：能獲得較大的推力，等于兩個(gè)液壓缸推力之和。</p><p><b>　　(3)增壓液壓缸

36、</b></p><p>　　增壓液壓缸由兩個(gè)直徑不等的液壓缸串聯(lián)而成的液壓缸。如下圖2.8所示，它的特點(diǎn)是：利用兩液壓缸受壓面積之差,可使B腔產(chǎn)生很高的油壓,以供缸體中某些局部需要高壓的油路之用。</p><p>　　圖2.6 伸縮套式液壓缸 圖2.7 串聯(lián)液壓缸 圖2.8 增壓液壓缸</p><p>　　2.

37、2 根據(jù)工況和設(shè)計(jì)要求選擇啟閉機(jī)液壓缸類型</p><p>　　2.2.1 不同工況下的啟閉機(jī)液壓缸類型</p><p>　　閘門的形式一般有平面閘門、弧形閘門和人字及一字閘門幾種。根據(jù)它們各自的工作情況和工作要求，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)液壓缸通常選用柱塞式和活塞式結(jié)構(gòu)。柱塞式液壓缸設(shè)計(jì)成單作用缸，油缸只從一個(gè)方向供給壓力油，使柱塞缸頂推伸出油缸，從而開啟閘門。閉門則靠門自身重力，不需施加閉門力，如圖

38、2.9所示；活塞式液壓缸設(shè)計(jì)成雙作用缸，啟門和閉門均靠液壓施加啟門力和閉門力，如圖2.10所示，油缸可以從兩個(gè)方向供油，使活塞能在兩個(gè)方向得到推力。</p><p>　　（1）平面閘們采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)時(shí)，有頂推式和上拉式兩種布置形式。</p><p>　　頂推式平面閘門，柱塞向上頂出液壓缸開啟閘門，閘門關(guān)閉是靠自身重力，因此采用柱塞式液壓缸。將油缸設(shè)在門槽外側(cè)的空腔內(nèi)，這種布置可以使閘門關(guān)閉

39、時(shí)，柱塞缸可儲(chǔ)存在油缸內(nèi)，避免油污。</p><p>　　上拉式平面閘門，閘門的開啟和關(guān)閉都是靠液壓力來完成，因此采用的是活塞式液壓缸。</p><p>　?。?）弧形閘門采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)時(shí)，閘門的開啟和關(guān)閉都是靠液壓力來完成，通常選用活塞式。</p><p>　　（3）人字閘門和一字閘門采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)時(shí)，油缸本身或油缸的根部，需要支持于可擺動(dòng)的底座上，在閘門啟閉的過

40、程中隨之?dāng)[動(dòng)，一般選用活塞式的。</p><p><b>　　圖2.9 柱塞式</b></p><p>　　特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠；</p><p>　?。?）用它來實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒有傳動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在各種機(jī)械的H液壓系統(tǒng)H中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　?。?）柱塞只靠缸套支

41、承而不與缸套接觸，這樣缸套極易加工，故適于做長(zhǎng)行程液壓缸；</p><p>　　工作時(shí)柱塞總受壓，因而它必須有足夠的剛度；柱塞重量往往較大，水平放置時(shí)容易因自重而下垂，造成H密封件H和導(dǎo)向單邊磨損，故其垂直使用更有利。</p><p>　　圖2.10 活塞式</p><p>　　特點(diǎn)：（1）用卡環(huán)連接活塞和活塞桿，因而裝拆方便；</p><p

42、>　?。?）活塞上的支撐環(huán)用聚四氟乙烯等耐磨性材料制成，摩擦力?。?lt;/p><p>　?。?）活塞桿在導(dǎo)向套的作用下，可以保護(hù)密封件；</p><p>　?。?）液壓缸兩端均有緩沖裝置，可以減少活塞在運(yùn)動(dòng)到端部時(shí)的沖擊和噪聲。</p><p>　　2.2.2 大型啟閉機(jī)液壓缸的設(shè)計(jì)要求及液壓缸類型選擇</p><p>　　大型啟閉機(jī)液壓

43、缸的設(shè)計(jì)要求和參數(shù)（如下表2.1）： </p><p>　　表2.1 大型啟閉機(jī)液壓缸的設(shè)計(jì)要求和參數(shù)</p><p>　　閘門的開啟和關(guān)閉都依靠液壓力，啟門力和閉門力大小不同，因此液壓缸設(shè)計(jì)成雙作用單桿活塞式液壓缸。在后續(xù)設(shè)計(jì)計(jì)算中就雙作用單桿活塞液壓缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算。</p><p><b>　　3 液

44、壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　液壓缸的結(jié)構(gòu)主要由缸筒和缸蓋、活塞與活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等部分組成。</p><p>　　3.1 缸筒與端蓋連接形式設(shè)計(jì)</p><p>　　缸筒與端蓋的連接是液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，有前端蓋和后端蓋。前端蓋的作用是封閉液壓缸的活塞桿柱塞腔一端,并為活塞桿導(dǎo)向和密封；后端蓋的作用是將活

45、塞腔封閉,并將液壓缸與其它機(jī)件連接。液壓缸的工況和使用要求不同，需設(shè)計(jì)出不同的端蓋與缸筒的連接形式。</p><p>　　3.1.1 缸筒與端蓋的連接形式及特點(diǎn)</p><p><b>　?、俜ㄌm連接式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　特點(diǎn)：如下圖3.1所示，這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和裝拆方便，但外形尺寸和質(zhì)量較大。</p><

46、;p>　　適用場(chǎng)合：對(duì)于鑄鐵制的缸筒，且有足夠工作空間的場(chǎng)合。</p><p><b>　　②半環(huán)連接式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　特點(diǎn)：如圖3.2所示，這種結(jié)構(gòu)加工和裝拆方便，質(zhì)量較小，有半環(huán)連接和外半環(huán)連兩種連接形式。但由于在缸筒壁部開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此加厚缸壁。</p><p>　　適用場(chǎng)合：無縫鋼管或鍛鋼制、壁厚較厚

47、的缸筒。</p><p>　　圖3.1 法蘭連接式結(jié)構(gòu) 圖3.2 半環(huán)連接式結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?、勐菁y連接式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　特點(diǎn)：如圖3.3所示，有外螺紋和內(nèi)螺紋兩種。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸和質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊。但缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工同心度要求高。</p><p>

48、;　　適用場(chǎng)合：無縫鋼管和鍛鋼制缸筒，且工作空間有限，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求較高的場(chǎng)合。</p><p><b>　?、芾瓧U式連接結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　特點(diǎn)：如圖3.4所示，這種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝好、裝拆方便，但端蓋的體積和質(zhì)量大，拉伸后會(huì)變長(zhǎng)，影響密封效果。</p><p>　　適用場(chǎng)合：長(zhǎng)度不大的中低壓缸，工作空間不受限制的場(chǎng)合。<

49、;/p><p>　　圖3.3 螺紋連接式結(jié)構(gòu) 圖3.4 拉桿式連接結(jié)構(gòu)</p><p>　?、莺附舆B接結(jié)構(gòu) </p><p>　　特點(diǎn)：如圖3.5所示，這種連接強(qiáng)度高，制造簡(jiǎn)單。但焊接會(huì)引起缸筒變形。</p><p>　　適用場(chǎng)合：缸筒的變形對(duì)液壓缸工作性能影響不大的場(chǎng)合。</p><p>

50、　　圖3.5 焊接連接結(jié)構(gòu) </p><p>　　3.1.2 根據(jù)工況和要求設(shè)計(jì)缸筒與端蓋的連接形式</p><p>　　啟閉機(jī)液壓缸工況及要求：</p><p>　　①缸筒材料選擇的是35號(hào)鋼；</p><p>　?、趩㈤]機(jī)液壓缸為大負(fù)載、大行程的； ③液壓缸要在一定時(shí)間內(nèi)開啟和關(guān)閉閘門。</p><p>　　

51、根據(jù)工況和要求以及缸筒與端蓋連接形式的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，雙作用單桿液壓缸的缸筒與端蓋連接形式設(shè)計(jì)成如圖3.5 所示的‘焊接連接結(jié)構(gòu)’。</p><p>　　3.2 活塞和活塞桿</p><p>　　根據(jù)不同的工作要求，活塞與活塞桿的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)成螺紋式和半環(huán)式等。</p><p>　　如下圖3.6所示，螺紋式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便。但是在高壓下螺母容易松，故需防松裝置。&

52、lt;/p><p>　　如下圖3.7所示，半環(huán)式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆不便，但工作較可</p><p>　　圖3.6 螺紋式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 圖3.7 半環(huán)式結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3.3 密封裝置</b></p><p>　　密封是解決液壓系統(tǒng)油泄問題和保證液壓泵的工作性能及液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)

53、平穩(wěn)性的有效手段之一。密封不好會(huì)導(dǎo)致外泄露而污染環(huán)境，同時(shí)還會(huì)引起空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)而影響。</p><p>　　液壓缸是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，主要是由缸筒、缸底、端蓋、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套等部分組成。為防止油液向液壓缸外泄和油從高壓腔向低壓腔泄漏，在缸筒與端蓋、活塞與活塞桿、活塞與缸筒、活塞桿與前端蓋之間均設(shè)置有密封裝置。</p><p>　　3.3.1密封裝置的要求</p>

54、<p>　　①在壓力和溫度一定的情況下，系統(tǒng)應(yīng)具有良好的密封性能，而且隨著壓力的增加，密封性能自動(dòng)的提高。</p><p>　?、谶\(yùn)動(dòng)件和密封裝置的摩擦力要小。</p><p>　?、勰湍バ院?，抗腐蝕，不易老化，工作壽命長(zhǎng)。</p><p>　?、芙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，操作、維護(hù)方便。</p><p>　　3.3.2 密封裝置形式

55、及特點(diǎn)</p><p>　　液壓缸的壓力差、動(dòng)力傳遞、正常工作都是靠缸筒與活塞之間良好的密封來保證的。液壓缸缸筒與活塞之間密封裝置選擇的基本要求是具有良好的密封性能，并能隨著壓力的增加自動(dòng)提高密封性。 </p><p><b>　　①間隙密封 </b></p><p>　　間隙密封是依靠相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件配合面間的微小間隙來進(jìn)行密封的。由環(huán)形縫隙

56、軸向流動(dòng)理論可知，泄漏量與間隙的三次方成正比，間隙密封可通過減小間隙的來減小泄露。為了使徑向壓力分布均勻和使閥芯在孔中對(duì)中性好、減小液壓卡緊里、摩擦力及泄漏量、提高密封性能，在其閥芯的外表面開有幾條等距離的均壓槽。另外，均壓槽所形成的阻力對(duì)減小泄露也起了一定的作用。</p><p>　　間隙密封的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，磨損小，壽命長(zhǎng)，但對(duì)零件的加工精度要求較高，且難以完全消除泄漏。</p><p&g

57、t;　　適用場(chǎng)合：對(duì)于柱塞、活塞或閥的圓柱配合副，各配合部件的尺寸不大時(shí)。 </p><p>　　間隙密封的結(jié)構(gòu)圖如下圖3.8所示，缸筒一端與缸底焊接，另一端與缸蓋采用螺紋連接。為了保證液壓缸的可靠密封，在相應(yīng)位置還可以設(shè)置密封圈和防塵圈。</p><p>　　圖3.8 間隙密封</p><p><b>　　②活塞環(huán)密封 </b></p

58、><p>　　特點(diǎn)：如圖3.9壓力和溫度適用范圍寬，高速條件下工作可靠；活塞環(huán)形槽內(nèi)裝有彈性金屬環(huán)，依靠其緊貼缸筒內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)密封，密封效果好，能自動(dòng)補(bǔ)償磨損和溫度變化的影響，壽命長(zhǎng)。</p><p>　　適用場(chǎng)合：高溫高壓場(chǎng)合。</p><p>　　圖3.9 活塞環(huán)密封 </p><p>　　1—缸筒 2—螺母 3—活塞 4—活塞桿

59、5—活塞環(huán)</p><p><b>　?、?O形密封圈密封</b></p><p>　　特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，制造容易，摩擦阻力小，裝拆方便，成本低，高低壓均可使用；O形密封圈一般由耐油橡膠制成，其橫截面呈圓形，內(nèi)外側(cè)都可以起到密封作用，具有良好的密封性能。</p><p>　　適用場(chǎng)合：在機(jī)械部件在靜態(tài)條件下或做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)和低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。&

60、lt;/p><p>　　O形密封圈密封的結(jié)構(gòu)和工作情況如圖3.10</p><p>　　圖3.10 O形密封圈密封</p><p><b>　　④唇形密封圈</b></p><p>　　唇形密封圈根據(jù)截面的形狀可分為Y、U、V、L形等。通過液壓力將密封圈兩唇邊壓向形成間隙的兩個(gè)零件表面來進(jìn)行密封。目前，Y形密封已普遍應(yīng)用，

61、主要用于活塞和活塞桿的密封。</p><p><b>　　Y形密封</b></p><p>　　特點(diǎn)：隨工作壓力的變化自動(dòng)調(diào)整密封性能，壓力越高則唇邊被壓得越緊，密封性越好；反之，唇邊壓緊程度隨之降低，從而減少摩擦力和功率損耗；斷面寬度和高度比值大，增加了底部支撐寬度，可以避免摩擦力造成密封圈翻轉(zhuǎn)和扭曲。</p><p>　　工作圖如下圖所示：

62、圖3.11為軸用密封圈，圖3.12為孔用密封圈。</p><p>　　圖3.11 Y軸用唇形密封圈 圖3.12 Y孔用唇形密封圈 </p><p><b>　　V形密封圈</b></p><p>　　它由多層涂膠織物壓制而成，其形狀如下圖3.13所示。<

63、;/p><p>　　V形密封圈特點(diǎn)：壓環(huán)、密封環(huán)和支撐環(huán)三個(gè)圈疊在一起使用，能保證良好的密封性。當(dāng)壓力過高時(shí)，可以增加中間密封環(huán)的數(shù)量，這種密封圈在安裝時(shí)應(yīng)預(yù)緊，故摩擦阻力大。</p><p>　　適用場(chǎng)合：在高壓和超高壓的場(chǎng)合。</p><p>　　圖3.13 V形密封圈</p><p><b>　?、萁M合密封</b>&

64、lt;/p><p>　　隨著科技進(jìn)步和設(shè)備性能的提高，給液壓系統(tǒng)的密封裝置提出了更高的要求，普通密封圈單獨(dú)使用已不能滿足需要。因此，設(shè)計(jì)出了包括密封圈在內(nèi)的兩個(gè)密封元件組成的組合式密封裝置。</p><p>　　下圖3.14所示為O 形密封圈與截面為矩形的聚四氟乙烯塑料滑環(huán)組成的組合密封裝置。</p><p>　　下圖3.15所示為由滑環(huán)2與O形密封圈1組成的周用密封裝

65、置。</p><p>　　圖3.14 組合密封 圖3.15 組合密封</p><p>　　特點(diǎn)：充分發(fā)揮了橡膠密封圈和滑環(huán)各自的長(zhǎng)處，工作可靠，摩擦力小，穩(wěn)定性好，而且使用壽命比普通橡膠密封提高了近百倍.</p><p>　　3.3.3 根據(jù)工況設(shè)計(jì)密封裝置</p><p>　　大

66、型啟閉機(jī)液壓缸工況及要求：</p><p>　　結(jié)構(gòu)尺寸大，各部件尺寸大；</p><p>　　啟閉機(jī)液壓缸為大負(fù)載、大行程的；</p><p>　?、圬?fù)載大，工作壓力高，對(duì)密封元件的密封性能要求較高；</p><p>　　根據(jù)工況和要求及各種密封裝置的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，該雙作用單桿液壓缸的密封裝置活塞與缸筒采用‘V形密封圈’或‘組合密封圈’，

67、導(dǎo)向套與缸筒采用‘活塞環(huán)密封’。</p><p><b>　　3.4 緩沖裝置</b></p><p>　　3.4.1 液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)緩沖裝置研究意義</p><p>　　隨著液壓系統(tǒng)向高壓、大功率、高效率、低能耗方向發(fā)展,對(duì)系統(tǒng)及元件提出的要求更高。尤其當(dāng)對(duì)執(zhí)行部件速度要求更高的場(chǎng)合,對(duì)液壓系統(tǒng)換向、啟動(dòng)和制動(dòng)的性能要求越來越高, 目前

68、可以通過使用各種精密儀器來達(dá)到提高速度的目的,當(dāng)液壓缸驅(qū)動(dòng)質(zhì)量較大或速度較快、工作部件運(yùn)行速度較快時(shí)，為避免因動(dòng)量過大在行程終點(diǎn),產(chǎn)生活塞與端蓋的撞擊，影響工作精度和液壓缸的壽命。因此在液壓回路上設(shè)置減速裝置或者在液壓缸內(nèi)部設(shè)緩沖裝置。</p><p>　　針對(duì)以上問題，對(duì)液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的常用的液壓內(nèi)置式緩沖結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研宄,使活塞桿運(yùn)動(dòng)到行程終端時(shí),通過降低活塞桿的速度來達(dá)到運(yùn)動(dòng)無速度突變、減少壓力突變的效

69、果。</p><p>　　對(duì)液壓緩沖裝置一般技術(shù)要求如下:</p><p>　　1)避免出現(xiàn)脈動(dòng)壓力及緩沖壓力峰值過高,使壓力平緩。</p><p>　　2)能在較短的緩沖行程內(nèi)耗盡最大的動(dòng)能,實(shí)現(xiàn)液壓缸快速制動(dòng)。</p><p>　　3)油液最高溫度不應(yīng)超過密封件的允許極限溫度。</p><p>　　4)緩沖壓力峰值

70、應(yīng)不大于系統(tǒng)工作壓力的1.5倍。</p><p>　　5)到達(dá)端部時(shí)的速度以及緩沖腔壓力應(yīng)嚴(yán)格控制在允許的范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.4.2．常見液壓缸緩沖裝置</p><p>　　(1) 外置式液壓缸緩沖裝置及特點(diǎn)</p><p>　　外置式液壓趕緩沖裝置工作原理是在緩沖回路中安裝上溢流閥、節(jié)流閥及其它的裝置來進(jìn)行緩沖。在緩沖回路中

71、使用的緩沖裝置有以下幾種:</p><p>　　①用溢流閥來緩沖的回路</p><p>　　工作圖下圖3.16所示。當(dāng)運(yùn)動(dòng)中的活塞需要突然制動(dòng)或換向時(shí),通過使換向閥處于中位,回路就會(huì)停止工作。當(dāng)沖擊壓力很大,超過溢流閥的設(shè)定力時(shí),溢流閥2起制動(dòng)和緩沖作用,保證了系統(tǒng)安全。同時(shí)，液壓缸左腔經(jīng)單向閥1從油箱補(bǔ)油，防止液壓缸產(chǎn)生氣穴。</p><p>　　應(yīng)用場(chǎng)合：經(jīng)常換

72、向而且會(huì)產(chǎn)生沖擊的場(chǎng)合。</p><p>　?、谟眯钅芷鞯木彌_回路</p><p>　　工作圖如圖3.17所示。蓄能器是液壓系統(tǒng)中一種儲(chǔ)存和釋放油液壓力能的裝置。當(dāng)活塞帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行至行程末端時(shí),油液壓力會(huì)突然升高,此時(shí)的通過蓄能器來吸收,減少?zèng)_擊,起到緩沖作用。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低時(shí)，蓄能器可以將儲(chǔ)存的液壓釋放出來。</p><p>　　應(yīng)用場(chǎng)合：液壓系統(tǒng)沖擊壓力較大的場(chǎng)

73、合。</p><p>　　圖3.16 用溢流閥來緩沖的回路 圖3.17 用蓄能器的緩沖回路</p><p>　?、塾霉?jié)流閥的緩沖回路</p><p>　　工作圖如下圖c所示。節(jié)流閥1安裝在出油節(jié)流緩沖回路上，活塞上有凸塊4或5,當(dāng)碰到行程開關(guān)2或3時(shí),電磁閥6斷電,單向節(jié)流閥開始節(jié)流,實(shí)現(xiàn)回路的緩沖作用。可根據(jù)要求緩沖的位置,調(diào)整行程開關(guān)的安放位置

74、。該回路緩沖效果較好，但緩沖行程固定不變。</p><p>　　適用場(chǎng)合：工況固定的場(chǎng)合。</p><p>　　圖3.18 用節(jié)流閥的緩沖回路 </p><p>　　(2)內(nèi)置式液壓緩沖裝置及特點(diǎn)</p><p>　　內(nèi)置式液壓緩沖裝置的原理：在活塞運(yùn)動(dòng)接近終點(diǎn)位置時(shí)，增多液壓缸的排油阻力，使活塞運(yùn)

75、動(dòng)速度降低。內(nèi)置式液壓緩沖裝置有以下幾種：</p><p><b>　　可調(diào)節(jié)緩沖裝置</b></p><p>　　當(dāng)活塞上的凸臺(tái)進(jìn)入端蓋凹腔后，排油只能從針形節(jié)流閥流出，調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口可改變緩沖壓力大小，工作圖如下圖3.19所示。這種緩沖裝置開始效果明顯，隨后緩沖效果逐漸減弱。</p><p>　　適用場(chǎng)合：液壓沖擊小，對(duì)緩沖性能要求不高的場(chǎng)

76、合。</p><p>　　圖3.19可調(diào)節(jié)緩沖裝置</p><p>　　1—針型節(jié)流閥 2—單向閥</p><p><b>　　可變節(jié)流緩沖裝置</b></p><p>　　活塞上開有斷面為變截面三角形的軸向節(jié)流溝槽，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)接近缸蓋時(shí)，活塞與端蓋之間的油液只能從軸向節(jié)流溝槽流出，于是形成緩沖壓力使活塞制動(dòng)。因活塞

77、制動(dòng)時(shí)，軸向節(jié)流溝槽的通流截面逐漸減小、阻力作用增強(qiáng)，因此緩沖均勻、沖擊力小、制動(dòng)位置精度高。</p><p>　　適用場(chǎng)合：液壓沖擊大，經(jīng)常換向，對(duì)緩沖性能要求較高的場(chǎng)合。</p><p>　　其工作圖如下圖3.20所示。</p><p><b>　　3—軸向節(jié)流槽</b></p><p>　　圖3.20 可變節(jié)流緩

78、沖裝置</p><p><b>　　間隙緩沖裝置</b></p><p>　　當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)接近缸蓋時(shí)，活塞上的圓柱凸臺(tái)（或圓錐凸臺(tái)）進(jìn)入端面凹腔，封閉在活塞與端面間的油液只能從環(huán)狀間隙（或錐形間隙）擠壓出去，于是排油腔壓力升高形成緩沖壓力、使活塞運(yùn)動(dòng)速度減慢。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有可調(diào)節(jié)流緩沖裝置同樣的性能特點(diǎn)，</p><p>　　適用場(chǎng)合：運(yùn)動(dòng)部

79、件慣性不大、運(yùn)動(dòng)速度不高的場(chǎng)合。</p><p>　　其工作圖如下圖3.21所示。</p><p>　　圖3.21 間隙緩沖裝置</p><p>　　3.4.3 根據(jù)工況設(shè)計(jì)緩沖裝置</p><p>　　大型啟閉機(jī)液壓缸工況：</p><p>　　①結(jié)構(gòu)尺寸大，各部件尺寸大，慣性大；</p><

80、p>　?、谪?fù)載大，工作壓力高，對(duì)緩沖性能要求較高；</p><p>　　③液壓沖擊大，經(jīng)常換向。</p><p>　　根據(jù)工況和要求，外置式緩沖裝置采用‘溢流閥緩沖裝置’，外置式采用‘可變節(jié)流緩沖裝置’。</p><p><b>　　3.5排氣裝置</b></p><p>　　由于液壓油中混入了空氣，以及液壓缸在長(zhǎng)

81、時(shí)間停止工作時(shí)可能會(huì)混入空氣。此時(shí)，液壓缸在運(yùn)行過程中，會(huì)因氣體的壓縮性而使執(zhí)行部件出現(xiàn)爬行和噪聲等不正常的現(xiàn)象。因此，液壓缸中應(yīng)有排氣裝置。</p><p>　　對(duì)于速度穩(wěn)定性要求不高的液壓缸，一般不要求設(shè)置排氣裝置，而是將油口設(shè)置在缸筒兩端的最高處，這樣空氣隨液壓油回油箱，再從油箱中逸出。</p><p>　　對(duì)于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸，可在液壓缸的最高處設(shè)置排氣裝置，如排氣塞、排

82、氣閥等。下圖3.22所示為排氣塞，當(dāng)排氣塞打開時(shí)，活塞全行程運(yùn)行數(shù)次，使液壓缸內(nèi)空氣排出后，擰緊排氣塞，液壓缸即可正常工作。</p><p>　　圖3.22 排氣裝置</p><p>　　3.6 啟閉機(jī)液壓缸總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　閘門的開啟和關(guān)閉都依靠液壓力，因此液壓缸設(shè)計(jì)成雙作用單桿活塞式液壓缸。雙作用單桿活塞式液壓缸總體結(jié)構(gòu)圖如下圖3.23所

83、示，雙作用單桿活塞液壓缸主要由缸底、活塞、缸筒、活塞桿、導(dǎo)向套和端蓋等零件組成，為了防止油液向液壓缸外泄或由高壓腔向低壓腔泄露，在缸筒與端蓋、活塞與缸筒、活塞桿與端蓋、活塞與活塞桿之間均設(shè)置有密封裝置，在前端蓋外側(cè)，還裝有防塵裝置；為了防止活塞快速退回到行程終端時(shí)撞擊缸蓋，液壓缸端部還設(shè)置緩沖裝置；有時(shí)還需設(shè)置排氣裝置。此液壓缸結(jié)構(gòu)上特點(diǎn)有：</p><p>　?。?）用卡環(huán)連接活塞和活塞桿，因而裝拆方便；<

84、;/p><p>　?。?）活塞上的支撐環(huán)用聚四氟乙烯等耐磨性材料制成，摩擦力??；</p><p>　　（3）活塞桿在導(dǎo)向套的作用下，可以保護(hù)密封件；</p><p>　?。?）液壓缸兩端均有緩沖裝置，可以減少活塞在運(yùn)動(dòng)到端部時(shí)的沖擊和噪聲。</p><p>　?。?）液壓缸兩端均有緩沖裝置，可以減少活塞在運(yùn)動(dòng)到端部時(shí)的沖擊和噪聲。</p&g

85、t;<p>　　圖3.23雙作用單桿活塞液壓缸總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1—缸底；2—卡鍵；3—可變節(jié)流緩沖裝置；4—活塞；5、10—密封圈；6—V密封圈；7—活塞桿；8—排氣裝置；9—導(dǎo)向套；11—焊接金屬；12—缸蓋</p><p>　　4 啟閉機(jī)液壓缸的材料及技術(shù)條件</p><p>　　4.1 缸筒材料及技術(shù)要求</p>&

86、lt;p><b>　　4.1.1缸筒材料</b></p><p>　　對(duì)于工作壓力較高的場(chǎng)合，常用20、35、45鋼的無縫鋼管。20號(hào)鋼硬度和機(jī)械強(qiáng)度低，加工粗糙度不易保證，故用得少；在需與缸蓋、管接頭等零件焊接的場(chǎng)合，選用35號(hào)鋼；不與其它零件焊接時(shí)，選用45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼；特殊情況下，也可采用合金鋼無縫鋼管制造缸筒。</p><p>　　對(duì)于采用單桿活塞式液壓缸的

87、大型液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，其缸筒與端蓋等零件需焊接，故選用35號(hào)鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)。</p><p><b>　　4.1.2技術(shù)條件</b></p><p>　?、俑淄矁?nèi)徑口采用H9配合；內(nèi)孔表面圓柱度公差應(yīng)是內(nèi)徑D公差的一半；內(nèi)孔D中心線的直線度應(yīng)滿足在500mm上誤差為0.03mm；</p><p>　?、趦?nèi)孔表面粗糙度：當(dāng)采用橡膠密封圈密封時(shí)，取

88、=0.1～0.4；當(dāng)采用活塞環(huán)密封時(shí)，取=0.2～0.4；</p><p>　?、鄱嗣鎸?duì)中心校的垂直度公差應(yīng)滿足在直徑100mm上為0.04mm。</p><p>　?、茉诟淄矁?nèi)表面鍍上一定厚度的硬鉻，外表面涂耐油油漆，以提高缸筒壽命。</p><p>　　4.2 活塞材料及技術(shù)要求</p><p><b>　　4.2.1活塞材料&

89、lt;/b></p><p>　　活塞材料常采用耐磨鑄鐵、鋁合金，并且在鋼外表面覆蓋一層青銅等耐磨套。</p><p><b>　　4.2.2技術(shù)條件</b></p><p>　?、偻鈴紻對(duì)的徑向圓跳動(dòng)公差為D公差一半；</p><p>　?、诙嗣鎸?duì)活塞中心軸線的垂直度應(yīng)滿足在直徑100mm上為0.04mm。<

90、;/p><p>　　4.3 缸蓋材料及技術(shù)要求</p><p><b>　　4.3.1缸蓋材料</b></p><p>　　缸蓋材料通常采用35號(hào)鋼或45號(hào)鋼，或ZG35、ZG45鑄鋼及HT25-47、HT30-54、HT35-61灰口鑄鐵。</p><p>　　4.3.2 技術(shù)條件</p><p>

91、　　①直徑D、導(dǎo)向孔、活塞桿密封圈外徑的圓柱度誤差為相應(yīng)直徑的一半；</p><p>　?、贒、、的同心度公差為0.03mm；</p><p>　　4.4 活塞桿材料及技術(shù)要求</p><p>　　4.4.1活塞桿材料</p><p>　　實(shí)心活塞桿采用35號(hào)或45號(hào)鋼，特殊的采用40Cr；空心活塞桿采用35號(hào)或45號(hào)無縫鋼管，在一端留出用于

92、焊接和熱處理的通氣孔。</p><p><b>　　4.4.2技術(shù)條件</b></p><p>　　①活塞桿工作表面母線的直線度公差滿足在500mm上誤差為0.03mm；</p><p>　　②活塞桿密封表面鍍一層適當(dāng)厚度的鉻；</p><p>　?、刍钊麠U的螺紋，一般按h6（或g6）和h8級(jí)精度制造。</p>

93、;<p><b>　　5 液壓缸詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　液壓缸的主要尺寸是缸筒內(nèi)徑、活塞桿直徑和缸筒長(zhǎng)度等。對(duì)于不同的閘門，采用相應(yīng)形式的啟閉機(jī)液壓缸，現(xiàn)就根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)單桿活塞式液壓缸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　大型啟閉機(jī)相關(guān)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求如下表5.1：</p><p>　　表5.1 大型啟閉機(jī)相關(guān)參數(shù)&l

94、t;/p><p><b>　　5.1活塞桿直徑d</b></p><p>　　活塞桿直徑d按工作時(shí)的受力情況來決定，見下表。計(jì)算出的活塞桿直徑按下表中的值進(jìn)行圓整。</p><p>　　液壓缸活塞桿直徑推薦值，見表5.2</p><p>　　表5.2 液壓缸活塞桿直徑推薦值</p><p>　　活塞

95、桿直徑d系列，見表5.3</p><p>　　表5.3 活塞桿直徑d系列</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)壓力30M pa,選取液壓缸活塞桿直徑d=0.7D。</p><p><b>　　5.2 缸筒內(nèi)徑D</b></p><p>　　液壓缸的缸筒內(nèi)徑D要根據(jù)負(fù)載大小和選定的工作壓力，對(duì)于單桿缸而言，無桿腔進(jìn)油且不考慮效率

96、時(shí)，依據(jù)式有關(guān)計(jì)算后，再從GB/T2348——1993（見表5.4）中選出最近的標(biāo)準(zhǔn)值而得出的。</p><p>　　缸筒內(nèi)徑D系列（單位：mm） </p><p>　　表5.4 缸筒內(nèi)徑D系列</p><p>　　一般情況下，選取回油壓力=0，上式可簡(jiǎn)化，即無桿腔進(jìn)油時(shí)，</p><p>　　，代入數(shù)據(jù)=2100KN, =30M

97、pa得D==298mm,圓整后取D=300mm,d=220mm。</p><p>　　5.3 液壓缸缸筒壁厚</p><p>　　液壓缸缸筒分為薄厚兩類，當(dāng)缸筒壁厚與缸內(nèi)徑比≤0.1時(shí)，為薄壁缸筒；當(dāng)缸筒壁厚與缸內(nèi)徑比 ＞0.1時(shí)，為厚壁缸筒。壁厚計(jì)算如下：</p><p><b>　?、俦”谛透淄?lt;/b></p><p&g

98、t;<b>　?、诤癖谛透淄?lt;/b></p><p>　　式中 ——缸筒壁厚； n——安全系數(shù)</p><p>　　——缸筒材料的許用應(yīng)力（單位：M pa）, =，一般取n=5；</p><p>　　——系統(tǒng)的工作壓力（M pa）； P——液壓缸試驗(yàn)壓力（M pa）；</p><p>　　K——系數(shù)

99、 ——缸筒材料抗拉強(qiáng)度；</p><p>　?。ó?dāng)≤16M pa時(shí)，K=1.5，p=1.5；當(dāng)＞16M pa時(shí)，K=1.25，p=1.25）</p><p>　　故=30M pa時(shí)，K=1.25，p=1.25=37.5M pa，查表得=530 M pa</p><p>　　代入以上兩公式可得：</p><p><b

100、>　　按薄壁型缸筒</b></p><p>　　= = 53mm ，驗(yàn)證=>0.1,不滿足計(jì)算公式。</p><p><b>　　按厚壁型缸筒</b></p><p>　　=0.5*0.3*=158mm，驗(yàn)證=>0.1，滿足，故=158mm 。</p><p><b>　　5.4

101、 缸底厚度</b></p><p>　　液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中壓力較高時(shí)，液壓缸承受系統(tǒng)油壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大氣壓。若缸底厚度達(dá)不到一定標(biāo)準(zhǔn)，可能會(huì)造成安全事故。</p><p>　　=0.5*0.3*=90mm 。</p><p>　　式中 D——缸底內(nèi)徑（mm）</p><p>　　5.5 導(dǎo)向套長(zhǎng)度</p><p&g

102、t;　　活塞桿在導(dǎo)向套內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向套過短可能失去導(dǎo)向效果，導(dǎo)向套過長(zhǎng)會(huì)增大液壓缸體積。 因此，必須選取適當(dāng)長(zhǎng)度的導(dǎo)向套，降低液壓缸集成度的同時(shí)保證足夠的導(dǎo)向效果。</p><p>　　式中 s——活塞最大行程</p><p>　　代入數(shù)據(jù)s=7276mm，D=300mm 得：==514mm 。</p><p><b>　　6 液壓缸校核</

103、b></p><p>　　液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，作為傳遞力的重要器件。當(dāng)工作于中、低壓傳動(dòng)系統(tǒng)中時(shí)，缸筒厚度主要由決定于結(jié)構(gòu)工藝；當(dāng)工作于高壓傳動(dòng)系統(tǒng)，如特高壓斷路器配用的液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，承載壓力將達(dá)到幾十兆帕。因此，其缸體結(jié)構(gòu)就會(huì)受到夠承受拉力、壓力以及沖擊力等多種作用力的作用，對(duì)液壓缸工作可靠性與安全性等要求較高，這就要求必須對(duì)其強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核。</p><p>　　液壓缸

104、的缸筒壁厚、活塞桿直徑d和端蓋處固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。其他零件如端蓋、導(dǎo)向套、活塞、放氣閥、管接頭、密封件等，不需進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p><b>　　6.1．強(qiáng)度校核</b></p><p>　　6.1.1缸筒厚壁校核</p><p>　　對(duì)于≥0.1為厚壁厚，校核公式為≥</p><p>

105、;　　式中 D——缸筒直徑</p><p><b>　　P——缸筒實(shí)驗(yàn)壓力</b></p><p>　　——缸筒材料的許用應(yīng)力</p><p>　　由=158≥=158mm, 故滿足。</p><p>　　6.4.2 活塞桿直徑校核</p><p>　　液壓缸不斷做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞桿將要承受拉

106、力、推力及扭轉(zhuǎn)力。因此，活塞桿必須具有足夠的強(qiáng)度與剛度。</p><p>　　式中F——活塞桿承受的作用力（N）</p><p>　　——活塞桿材料的許用應(yīng)力</p><p>　　液壓缸做閉合運(yùn)動(dòng)時(shí),活塞承受的液體壓應(yīng)力應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于活塞桿材料的屈服極限 ； 液壓缸做開斷運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞承受的液體拉應(yīng)力 應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的抗拉強(qiáng)度 。</p><p>

107、　　活塞桿材料采用35號(hào)鋼，查表得=106M pa，由上公式代入F=2100KN，得==55 M Pa<106 M Pa,故滿足。</p><p><b>　　6.2 穩(wěn)定性校核</b></p><p>　　活塞桿所承受的軸向壓縮或拉伸負(fù)載超過某一臨界值時(shí)，活塞就會(huì)失去穩(wěn)定，穩(wěn)定性可按下式校核：</p><p><b>　　當(dāng)活

108、塞桿細(xì)長(zhǎng)比時(shí)：</b></p><p><b>　　當(dāng)活塞桿細(xì)長(zhǎng)比時(shí)：</b></p><p>　　式中 ——安全系數(shù)，（2～ 4） ——臨界值</p><p>　　l——液壓缸安裝長(zhǎng)度 ——柔性系數(shù)</p><p>　　——液壓缸末端系數(shù) E——活塞桿彈性模量<

109、/p><p>　　J——活塞桿橫截面慣性矩 A——活塞桿橫截面積</p><p>　　——活塞桿橫截面積最小回轉(zhuǎn)半徑，=</p><p>　　f、——材料相關(guān)系數(shù)</p><p>　　經(jīng)查資料，取3即=3；=220mm；對(duì)于鋼，；查表得=1/4，</p><p>　　N/ , N/,=1/5000。</p

110、><p>　　經(jīng)計(jì)算A=,J==2.3*</p><p>　　液壓缸安裝長(zhǎng)度l=活塞最大行程+活塞長(zhǎng)度+活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度+活塞桿密封長(zhǎng)度+其他長(zhǎng)度。其中活塞長(zhǎng)度=0.8D=240mm， 活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度=d=220mm ,其它長(zhǎng)度取為300mm。則l=7270+240+220+300=8030。</p><p>　　==36.5 ＜=85*0.5=42.5,故按公式進(jìn)行校核

111、。=N</p><p>　　而，故穩(wěn)定性滿足要求。</p><p><b>　　7 小結(jié)與展望</b></p><p>　　大型啟閉機(jī)液壓缸設(shè)計(jì)任務(wù)到此基本完成了。設(shè)計(jì)的目的是為滿足現(xiàn)在工程應(yīng)用的需要，特別是對(duì)于水利水電工程，對(duì)大型啟閉機(jī)液壓缸的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提出了迫切要求。在本次設(shè)計(jì)過程中，首先是閱讀大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的

112、應(yīng)用現(xiàn)狀，再根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的使用工況確定設(shè)計(jì)方案。從由缸體、端蓋、活塞、活塞桿等零件入手，重點(diǎn)分析密封與緩沖裝置，確定啟閉機(jī)液壓缸的裝配圖，最后通過嚴(yán)格的計(jì)算過程確定液壓缸的關(guān)鍵尺寸，并且對(duì)重要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核并使其滿足設(shè)計(jì)要求。此設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容全面，從零件的選材和技術(shù)要求，到液壓缸各組成部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再到整個(gè)裝配圖，并且進(jìn)行了嚴(yán)格的技術(shù)和強(qiáng)度校核。</p>

113、<p>　　中液壓缸各組成部分裝置的設(shè)計(jì)中，對(duì)多種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特性分析和比較，然后在根據(jù)工況、設(shè)計(jì)要求和使用場(chǎng)合，最終確定其結(jié)構(gòu)。每一個(gè)結(jié)構(gòu)確定都進(jìn)行了嚴(yán)密地分析，都有確鑿的依據(jù)。</p><p>　　所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，并且承受的載荷盡量大。</p><p>　　同時(shí)，在本次設(shè)計(jì)中，該方案還存在的些不足。比如：此設(shè)計(jì)是在給定的一組參數(shù)下進(jìn)行的，因此僅對(duì)一種工況下的啟閉機(jī)液壓缸

114、進(jìn)行了設(shè)計(jì)，應(yīng)用范圍窄；同時(shí)，僅對(duì)液壓缸的重要尺寸進(jìn)行了計(jì)算，各個(gè)零件的精確的結(jié)構(gòu)有待確定。</p><p>　　雖然該設(shè)計(jì)方案存在不足，還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，目前由于本人的個(gè)人能力很難做到完美。但是相信在以后，大型啟閉機(jī)液壓缸設(shè)計(jì)一定會(huì)慢慢完善，發(fā)展得很好。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　衷心感謝課題組老

115、師和同學(xué)的幫助，為期 14 周的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在學(xué)校老師的指導(dǎo)下，終于順利完成。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我閱覽了大量的資料和文獻(xiàn)，對(duì)自己所學(xué)知識(shí)也有所促進(jìn)和鞏固，同時(shí)也是對(duì)自己學(xué)過的知識(shí)也有了更加全面的整合和歸納。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以說是書本中的理論知識(shí)到實(shí)際中去一次簡(jiǎn)單運(yùn)用，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的過程中，雖然遇到過許多困難，但通過老師的指導(dǎo)，同學(xué)的幫助和自己一步步的努力下，遇到的難題都解決了。此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我

116、意識(shí)到只有將書本知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的生存中，才有意義，只會(huì)理論是不行的，再次感謝老師的指導(dǎo)，使我更好的完成了畢業(yè)論文。在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)繼續(xù)努力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 郭應(yīng)龍, 陶亦壽. 三峽船閘人字門啟閉機(jī)液壓缸的撓度與縱壓穩(wěn)定性計(jì)算[J]. 水利電力機(jī)械, 1996,(5): 7-10。</p>&

117、lt;p>　　[2] 郭應(yīng)龍, 陶亦壽. 三峽船閘人字門啟閉機(jī)液壓缸撓曲與穩(wěn)定性試驗(yàn)研究 [J]. 水利電力機(jī)械, 1997,(2): 8-12。</p><p>　　[3] 行少阜. 小浪底工程啟閉機(jī)械設(shè)計(jì)[J]. 人民黃河, 1999, 21, (5): 15-17。</p><p>　　[4] 趙進(jìn)平. 二濰水電站液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的布置及設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J]. 金屬結(jié)構(gòu), 2000,(2)