带式输送机自动张紧装置设计

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1、编码2015-JXLW专业代码080202-140商A x亭俺qHRNGQrU INSTITUTH OF TBCHNOLORY本科毕业论文（设计）带式输送机自动张紧装置设计提交日期2015年04月10日摘要本设计主要是带式输送机的自动液压张紧装置的设计。它是在吸收国、内外输送机张紧技术的基础上，根据国内带式输送机的运行特点及要求研制的。它采用比例控制技术及可靠性较高的可编程控制技术，可以对张紧力进行多点控制，根据不同工作情况随时调节张紧力的大小。能最大程度的延长皮带寿命，大大节约了成本。在设计中，用一个动滑轮使液压缸的行程减少了一半，避免使用行程较长的液压缸，减少了制造液压缸的难度。同时，系统

2、中增加了若干个蓄能器，可以最大限度的吸收液压冲击，减小对皮带的冲击力提高胶带的使用寿命。关键词： 带式输送机; 全自动液压张紧装置; 比例控制 ; 可编程控制ABSTRACTThis design is mainly about full automatic hydraulic tension station for belt convey. It is designed on the foundation are of opening technology in and outside, according to the domestic operation characteristic o

3、f belt convey and requirement. The equipment is also made on domestic belt-type convey movement characteristic and request. It uses the proportional control technology and the reliable higher programmable control technology. It may carry on the mult-spots control to strict the strength, adjust press

4、ing the strength size as necessary according to the different working condition. It can be the greatest degree lengthen the leather belt the life, great save he cost. In the design, It causes the hydraulic cylinder with a move pulley the stroke to reduce one half, and avoid using a stroke longer hyd

5、raulic cylinder. In this way, it reduces difficulty of the hydraulic cylinder s produce. At the same time, it increases certain accumulator in the system, and limits absorption hydraulic press impact, which reduces the leather belt impulse and enhances adhesive tapse life.Key words: Belt-type convey

6、;Full automatic hydraulic tension station; Proportional control;Programmable control1 绪论 11.1 张紧装置综述 11.1.1 张紧装置作用 11.1.2 张紧装置类型 11.2 新型液压张紧装置 21.3 液压传动的特点 21.3.1 优点 21.3.2 缺点 22 主要设计参数及方案确定32.1 主要设计要求 32.2 方案确定 32.2.1 参考方案一 32.2.2 参考方案二 32.2.3 参考方案三 42.2.4 方案对比 42.3 确定系统主要参数 42.3.2液压缸的主要参数 53 确定液压泵

7、及配套电机 63.1 液压泵的选用 63.2 电动机的选用 84 确定液压系统元件、辅件 104.1 选择液压控制阀型号 104.1.1 蓄能器的选用 104.1.2 过滤器的选用 124.1.3 液压管路的设计 135 液压缸设计155.1 液压缸的类型和安装形式 155.2 液压缸主要零部件结构、材料和技术要求 155.2.1 缸筒与缸盖 155.2.2 活塞 175.2.3 活塞杆 185.3 活塞杆的导向套、密封和防尘 195.4 排气阀 205.5 油口 205.6 密封圈、防尘圈的选用205.7 销轴的安装215.8 液压缸的主要性能参数216 液压油路板的结构 256.1 液压油

8、路板的设计 257 油箱及其附件 287.1 油箱的用途和分类 287.2 油箱的构造和尺寸 287.3 液压油箱的结构设计 288 液压系统的安装、使用和维护 348.1 液压系统的安装 348.2 试压 348.3 液压系统的使用和维护 34致谢 36参考文献371 绪论1.1 张紧装置综述1.1.1 张紧装置作用张紧装置在皮带机中的重要作用可简述如下：可保证输送带在驱动滚筒的奔离点具有适当的张力，以防止输送带打滑，从而带动机器正常运转；保证输送带与托辊接触弧上具有必要的张力，防止输送带在两组托辊间因为发生松弛而引起撒料；补偿输送带的塑性变形以及在不同工况下起动、稳定运行时弹性伸长。我国带

9、式输送机目前使用的张紧装置有两个特点:1) 输送带在驱动滚筒奔离点的张紧力可随时间、运行工况作任意变化(例如螺栓拉紧装置和绞车拉紧装置)；2) 保持输送带具有恒定张力值(例如重锤拉紧装置)。由于输送带在启动过程中的非稳定状态，要求启动和稳定运行的条件下具有不同的张力，且在稳定运行时张力不变。1.1.2 张紧装置类型现有的张紧装置有三种形式，重锤式、固定式和液压式。(1) 重锤式张紧装置重锤式张紧装置是最初张紧装置中的一种，它主要由张紧装置框架、偏心制动轮、张紧改向滚筒、弹簧缓冲器等元件组成。此种张紧张紧装置主要靠框架的重量和配重的质量大小来拉紧皮带。此种张紧装置的优点是，结构简单，成本低廉；缺

10、点是不能随工作情况的变化，来调整张紧力之大小，皮带通常只能保持在一种拉紧的状态。(2) 固定式张紧装置固定式张紧装置是指张紧滚筒在输送机起动前和停机后可以通过左右移动来改变张紧力大小, 而在运行过程中始终保持位置不变, 张紧力随张力的变化而变化即不能保持恒定的张紧装置。其中螺旋张紧装置经常用于短距离的输送机中；手动和电动绞车式固定张紧装置则适用于小倾角和水平上运输送的大型输送机。(3) 液压式张紧装置该装置主要通过液压缸的伸缩来拉紧皮带。现在的液压张紧装置，一般是通过继电器来控制皮带的张紧。它可以根据工作情况来调整张紧力的大小，从而改善了皮带的工作状况，极大地提高了皮带的寿命。但是，它不易对张

11、紧力实现点控。为此，可以设计出一种液压式张紧装置，这种张紧装置不仅可以改变张紧力之大小，也可以解决张紧力出现的点控问题。1.2 新型液压张紧装置新型自动控制液压张紧装置的主要技术特点：(1) 用动滑轮解决长行程的难题。通过若干个动滑轮组拉住张紧小车，虽可以降低液压缸的长度，但也增大了液压缸的拉力。(2) 设置提高系统张力稳定性的蓄能器。在张紧装置的液压系统中设置若干个蓄能器，以抵消入射波与反射波对奔离点张紧力的影响。(3) 通过压力传感器及时监控液压缸的张紧状态，根据情况改变张紧力的大 小。这样就可以大大改善皮带的工作条件，提高皮带的寿命。1.3 液压传动的特点1.3.1 优点1) 液压传动装

12、置的重量轻、体积小。2) 可实现无级变速，调速范围大。3) 惯性小，能够频繁快速换向，易缓冲吸震，并能过载保护。4) 电气配合容易实现运动和操作自动化。5) 部件已基本上系列化、标准化和通用化，提高效率，降低成本。1.3.2 缺点1) 易产生泄漏，污染环境。2) 因有泄定位传动。漏且弹性变形大，不易做到精确的。3) 系统内易混入空气，引起爬行、噪音和震动。2主要设计参数及方案确定2.1 主要设计要求最大张紧力200KN最大张紧行程10ml电机功率：7.5-11kW2.2 方案确定2.2.1 参考方案一(1)方案原理图见图2.1 :图2.1重锤张紧装置1.滑轨2.张紧装，置框架3.滚筒安，装平台

13、4.滚筒。滑槽5.限位挡块6.制动偏心轮7.销轴8.装运、连杆9.吊架10.传动，连杆11.缓冲，器12.胶带13.轴承，支座14.张紧改向滚筒15.配重(2)工作原理如上图所示，此种重锤式张紧装置主要由张紧装置框架、张紧改向滚筒、弹簧 缓冲器、偏心制动轮等部件组成。张紧力的大小取决于配重块的质量、张紧装置框 架质量以及滚筒的质量，根据胶带重载时的所需驱动力来选择。2.2.2 参考方案二(1)方案原理图见图2.2:图2.2张紧装置原理1慢速绞车2 张紧小车3 输送带4手动换向阀5张紧油缸6 单向阀7 电磁换向阀8 油泵9 油箱10、 11 溢流阀(2)工作原理当开关闭合后，电控箱首先启动油泵8

14、,压力油经过手动换向阀4及单向阀6 进入油缸，拉动张紧小车 2;当达到输送机启动所需张紧力时，压力继电器控制输 送机启动。溢流阀10控制胶带的最大张紧力。正常运行阶段张紧力由压力继电器 和溢流阀调整。溢流阀10的调定压力比溢流阀11的调定压力高。可以保证输送胶 带的自动张紧，张紧力减小时，溢流阀 11关闭，油泵向油缸补液，油缸拉动张紧 小车；张紧力超出整定范围时，溢流阀 11打开进行回油。2.2.3 参考方案三(1)原理图见图2.3:(2)工作原理工作前，先关闭节止阀，液压泵工作，拉紧装置起动，使系统达到规定的启动 拉力，进行拉紧，当装置拉紧后，打开节止阀，使系统压力达到运行张力，启动张 力约

15、是运行张力的1.21.5倍。2.2.4 方案对比方案一的优点是：结构和原理都较简单，即利用物体自身的重力，来拉紧皮带, 但缺点是不能调节张紧力，体积较庞大，占地面积大。图2.3原理图1过滤器2 液压泵39 溢流阀4手动换向阀5 液控单向阀6压力表7液压缸8 蓄能器方案二的优点是：靠油缸来张紧皮带的，可以根据张紧力大小来选用液压缸， 结构紧凑。易实现自动化，缺点是张紧力不能实时控制。方案三的优点有：张紧力可以根据带式输送机的需要调节，安装时占用空间小,比较以上几个方案后，在此选择第三个方案进行设计。2.3确定系统主要参数2.3.1 主要设计参数(2.1)(2.4)图2.4布置图液压缸负载作用力

16、F=600KN,液压缸行程S=3400mm2.3.2 液压缸的主要参数(1)液压缸工作压力的确定查机械设计手册确定液压缸工作压力大小为20Mpa(2)液压缸内径和活塞杆外径的确定算计液压缸内径D=2 Fn =2600 1603=200mm二 p 二 20 106 0.95Fn -液压缸载荷圆整D的标准值选200mm。-液压缸效率计算活塞杆外径选取速比 =1.43D2按照=V1=DV=1.43(2.2)计算得外径d=i00m最大回程张紧力(D2 -d2) p _ 二(0.22 -0/2) 20 103 0.95FH=573(2.3)小于最大的张紧力600KN油缸的内径需要增大，油缸内径取 D=2

17、20mmD2由于速比中=1.43,按中=2D 2=1.43,验算张紧力是否符合要求D2 -d2FH=34159 (Dd2) P422_3=3.14159M (0.222 0.12)父 20M 103 M 0.95 =6033确定液压泵及配套电机3.1液压泵的选用(1)液压泵的分类液压泵在液压传动中将原动机中输出的机械能转化为液体的压力能，为系统提 供压力源。泵内可分为吸油腔和压油腔两个部分，当泵轴旋转时，吸油腔容积增大 而形成局部真空，油箱中介质在大气压的作用下进入吸油腔，压油腔的容积减小， 容腔内的介质被排出。液压泵分为齿轮式液压泵、螺杆式液压泵、叶片式液压泵、 柱塞式液压泵。液压泵依靠进排

18、的方式配流，齿轮式和螺杆式是进排油口直接与吸油腔和压油 腔相通，而叶片式和柱塞式具体的配流方式有阀式配流、配流轴式配流、配流盘式 配流。这里选择斜盘式轴向柱塞泵。(2)压泵的主要参数泵的型号10MCY14-1B 泵的排量10mL/r 额定压力32Mpa额定转速1500r/min 驱动功率10KW容积效率之92%重量16Kg 生产厂家 邵阳液压件厂(3)液压泵的压力1)额定压力ps这里的额定压力为32MPa2)最高压力Pmax按试验标准规定超过额定压力而允许短暂运行的最大压力。3)工作压力液压泵出口的实际压力，取决于负载。4)吸入压力液压泵进口处的压力，自吸泵的吸入压力低于大气压力，一般用吸入高

19、度来衡 量。吸入压力的大小与泵的结构类型有关。(4)液压泵的排量及流量1)排量V液压泵主轴转动一周排出液体的体积。排量的大小仅取决于泵的尺寸和几何压 力，有时也称理论排量。qt=-V 10(3.1)60式中n 液压泵转速(r/min );V 液压泵排量。理论流量(3.2)1500 1064 /qt =父10- =2.5x10- m/s602）实际流量q实际运行时，在不同压力下液压泵所排出的流量。3）额定流量qs在额定压力，额定转速下，泵所排出的实际流量。4）瞬时流量qtsh由于运动学原理，液压泵的流量通常具有脉动性质，液压泵在某一瞬所排的理 论流量。5）流量不均匀系数6q在液压泵转速不变时，由

20、于流量脉动所造成的流量不均匀。（5）液压泵的转速1）额定转速n在定压力下，根据试验结果推荐能长时间连续运行并保持较高效率运行的在额 转速。2）最高转速nnax在额定压力下，为保证使用寿命和性能所允许的短暂运行的最高转速。3）低转速nmin为保证液压泵运行效率不致过低所允许的最低转速。（6）液压泵的功率和效率1）输出功率P液压泵输出功率用其流量q和出口压力p或进出口压力差Ap来表示P=ApqM102（3.3）式中q表示液压泵实际的流量（m/s）;p一液压泵的进口出口压力差，通常液压泵的进口压力可近似为零，因此液压泵进出口压力差也可用其出口压力表示（Pa）。P=20M106 M 10父2.5父城

21、=5kW（3.4）2）输入功率Pp液压泵的输入功率也即原动机的输出功率。Pp=5.5kW（3.5）3）总效率”液压泵输出功率和输入功率之比。=P/ Ppp其值为=91%(3.6)55.54)效率。在转速固定的条件下，液压泵实际流量和理论流量之比。nV =二=1-效=1 dq(3.7)vqtnV式中 表示液压泵的泄漏总量，在液压泵结构型式和几何尺寸确定后，泄油 量Aq的大小就主要取决于泵的出口压力，液压泵在转速低或排量小的情况下工作, 其容积效率就会很低，甚至不能正常工作。V =0.925)机械效率”m对液压泵，除泄漏损失外的功率损失都属机械损失，因此 =/V =即 qt/PP =0.91/0.

22、92= 92.9%(3.8)3.2电动机的选用(1)计算液压泵的驱动功率P= PN QN KW(3.9)103 P式中PN-液压泵额定压力；QN-液压泵额定流量；“P-液压泵总效率；干-转换系数；恒功率变量的液压泵中=0.4;一般的液压泵中=压空；PN限压式变量的叶片泵 中=0.85父Pmax ；(3.10)PNPmax 一液压泵的实际使用的最大工作压力，PaFpmaxA -AF-活塞杆的拉力，Ai-活塞无杆侧面积，A2-活塞有杆侧面积600 4pmax3.1416 (2202 -1002)= 19.9MPa(3.11)19.9 ,1- =0.99520P=。995 20 10 1440=5.

23、2KW60 1000 0.92(3.12)(2)选择电机型号电机型号 额定功率 最大转矩Y132M-4 7.5kW 2.2Nm 满载转速 额定转矩 同步转速1440r/min 2.2Nm 1500r/min4 确定液压系统元件、辅件4.1 选择液压控制阀型号1) 截止阀截止阀型号CJZQ-f10 通径 10mm 压力 21MPa型号 4WE6XEW220-50NZ41彳全 10mm 工作压力 35MPa质量 1.95Kg 最高温度50生产厂家上海立新液压件厂2) 液控单向阀型号SVP10B12V0彳全10mm工作压力31.5MPa开启压力0.3MPa生产厂家上海立新液压件厂流量50L/min设

24、定压力16MPa重量1Kg上海东方液压件厂介质温度-2080c重量0.8Kg3) 溢流阀型号DBDH10P10/20工作压力31.5MPa介质温度-2070 c生产厂家4.2 确定液压辅件4.2.1 蓄能器的选用(1) 蓄能器的种类及特点 蓄能器是液压系统中一种能量存储装置，它利用力的平衡原理使液体的体积发生变化，进而达到储存或释放液压能的作用。蓄能器通常分为力加载式，弹簧加载式和气体加载式三类。1) 力加载式(简称重力式)重力式蓄能器是利用重锤的质量，通过柱塞作用在油液上产生的压力能，其压力的大小主要取决于重锤的质量和柱塞的作用面积。重力蓄能器的特点：无论输出量的大小和输出速度的快慢，都可得

25、到恒定的压力。结构简单，容量大，压力高，反应不够灵敏，不宜消除脉动，且密封处容易泄漏，只在固定设备中作蓄能器用。2) 弹簧加载式(简称弹簧式) 弹簧式蓄能器是利用弹力作用于活塞上，使之与液压油的压力相平衡，以利于储存压力能。弹簧式蓄能器的特点：结构简单，反应灵敏，容量小。使用寿命取决于弹簧的寿命，但对于循环频率较高的场合则不宜使用。3) 气体加载式气体加载式蓄能器的工作原理是建立在波耳定律的基础之上。使用时先对蓄能器充以预定压力的空气或氮气，然后由液压泵向内部充入压力油，当系统需要油液时，在气体压力作用下，使油液排出。(2) 蓄能器的应用1) 作辅助动力源对于间歇运动的液压系统，或在一个工作循

26、环内，执行元件运行速度差别很大，即对液压泵供油量要求差别极大的液压系统使用蓄能器，当需要供油量很大时，液压泵和蓄能器一块供油，当供油量小时，泵输出多余的压力油就输入蓄能器中储存。这样可以根据液压系统的平均流量来选择泵，泵的利用和功耗比较合理。2) 补偿泄漏保持压力对于长时间静止且要求保持一定压力的执行元件，可以用蓄能器来补偿泄漏。3) 作紧急动力源某些系统要求当液压泵发生故障或者对执行元件的供油突然中断时，执行元件仍须完成必要的工作。如为安全起见，液压缸的活塞杆必须向内缩到缸筒内，这时就需有适宜容量的蓄能器作动力源。4) 消除脉动如果液压系统中采用了液压泵，且其柱塞数较少，或齿轮泵齿数较少时，

27、系统的流量，压力和力矩等参数脉动很大。此外，溢流阀的脉动以及某些形式的容积式流量，也会使系统的压力和流量脉动增大。若在系统中装设蓄能器，则可将脉动降低到最低，使其对振动敏感的仪表和管路接头的损坏大大减少。5) 吸收液压冲击由于换向阀骤然换向，液压泵忽然停车，执行元件运动突然停止，甚至人为的要求执行元件紧急制动，都会使管路内液体流动发生剧烈变化，产生冲击。液压系统中虽设有安全阀，但其反应慢，压力增高，其值可能达到正常压力的数倍。这种冲击压力往往引起系统中仪表、元件和密封装置发生故障，甚至损坏。此外，还会使系统产生强烈振动。若装有蓄能器则可以吸收和缓和这种冲击。(3) 蓄能器总容积的计算蓄能器总容

28、积是指充气容积，这里选择的蓄能器主要消除脉动和吸收液压冲击。根据经验选择两个容积为25L 的蓄能器。(4)蓄能器的充气压力p0的确定由于蓄能器是用于吸收冲击和降低噪声，消除脉动，因此，蓄能器的充气压力应该等于蓄能器设置点的工作压力。(5) 蓄能器的主要参数型号 NXQ-A-25/20LA 公称压力20MPa耐压试验压力30MPa使用温度-1070 c安装方式垂直生产厂家南京锅炉厂(6) 蓄能器的安装1) 蓄能器的安装a) 蓄能器须安装于方便检查、维修的位置，且远离热源。b) 蓄能器一般垂直安装，油口朝下，充气阀向上。c) 装在管路上的蓄能器承受着液体的压力，因此必须有安全的固定装置，以防蓄能器

29、松脱，引起事故。注意不可以用焊接方法安装。d) 吸收液压冲击，脉动和降低噪声的蓄能器应安装在振源附近。e) 蓄能器和液压泵之间应安装截至阀以供充气和检查维修使用。2) 蓄能器的使用a) 蓄能器属于压力容器，应执行其使用规则。严禁在蓄能器上焊接，铆接和机械加工，禁止敲打。b) 蓄能器铭牌应放置在醒目的位置。c) 在有压状态下，不得拆卸。在安装拆卸之前，应把内部的气，液完全放掉。d) 蓄能器必须禁止充氧气，以防引起爆炸。e) 在正常工作下，每隔6 个月检查一次，使之保持规定的预压力。可以利用充气工具的方法，也可用系统中压力表和液压泵检查。4.2.2 过滤器的选用1) ) 过滤器性能参数2) 过滤原

30、理与过滤介质过滤是从流体中分离固体颗的过程。在压力差作用下，让流体通过可透性介质(过滤介质)，使流体中的颗粒被截留于过滤介质上，从而达到分离的目的。液压过滤器简称滤油器或过滤器。其采用上述原理，减少油液中颗粒，使之达到油液目标清洁度的装置。过滤器按原理主要有：磁性过滤器、表面型过滤器、深度型过滤器。结合使用范围及滤材，则分为表面型和深度型两类。表面型过滤器是靠滤材表面的孔阻截液流中的颗粒，当滤材表面的孔口被截留的固体堵塞后，滤芯前后压差变到最大值，其过滤作用亦停止，故表面型滤材的纳垢容量小，但反向冲洗后，滤材表面的污染物被清除干净，接着重复使用。深度型过滤器的滤材为可透性多孔材料，常用非织品纤

31、维，如滤纸、 复合滤纸、不锈钢丝毡；多孔刚性材料，如陶瓷、金属粉末烧结、合成纤维等。这类滤材中有细长且曲折的通道，每一通道中还有一些窄的横向空穴。所以深度型滤材既有直接阻截，又有吸附作用，过滤作用发生在整个深度范围内。与表面型相比，深度型的 纳垢量大，但被滤除的固体不易清洗，只能一次使用。（2）过滤器的重要性能参数：纳垢容量、过滤精度和压差特性1）纳垢容量过滤器在工作过程中，压差增大，当压差达到规定的极值时，滤芯寿命结束。 在过滤器使用寿命期间被滤芯截留的固体总量称过滤器的纳垢容量。其越大，寿命 越长。纳垢容量与过滤面积及滤材的孔隙度成正比，对于外形尺寸一定的折叠式圆筒 形滤芯，增大折叠数和折

32、叠深度可增大过滤面积。2）过滤精度过滤精度是指过滤器对不同尺寸颗粒精度的滤除能力，是选用过滤器的首要参 数。系统的污染控制水平、过滤精度越高，则油液的清洁度越高。评定过滤器精度 常用的方法有以下几种：名义过滤精度：名义过滤精度最早由美国军工部门提出。绝对过滤精度：指能够通过过滤器的最大球形颗粒的直径。3）压差特性油液流经滤油器时由于油液运动和粘性阻力的作用，在滤油器的入口和出口之 间产生一定的压差。影响滤油器压差的因素有：油液的粘度，比重，通流量，及滤 芯的结构参数。4.2.3 液压管路的设计（1）管路的材料无缝钢管耐压高，耐油，变形小，抗腐蚀，虽然装配时不易弯曲，但是装配后 能长期保持原状，

33、常用于中高压系统。无缝钢管分为冷拔和热轧两种。工作压力较 高的管路多采用10号，15号冷拔无缝钢管。（2）管路的内径管路内径的大小主要取决于管路的种类和管内流速的大小。在流量一定的情况 下，内径小则流速高，压力损失大，而且容易产生噪声；内径大则难于安装，占用 空间大，质量大。管路内径大小由下式确定d -4.61 . q/vd管路内径（mmq一流量（L/min ）v流速（m/s）吸油管道内径d -4.61 ,Q/V =17.9mm(4.1)内径d取20mm 外径D取28mm压油管道内径d _4.61 .Q/V =8.9mm(4.2)内径d可取10mm 外径D可取18mm泄油管道内径d _4.61

34、、Q/V =17.9mm(4.3)内径d可取20mm 外径D可取28mm(3)管子壁厚的计算管子的壁厚一般可以用下式计算t- -p-d(4.4)2二 p式中t 一管子壁厚；p一工作压力；d一管子内径；仃p许用应力，对于钢管0rp = ?；(4.5)n安全系数(当p17.5MPa时,n=4);15 号钢的 0b =375MPa二 p=375 =93.75MPa(4.6)p 420 28t 一=2.98mm(4.7)2 93.75圆整后可取管子的壁厚为3mm(4)硬管的安装1)两周定点之间需要直管连接，且有一个松弯部位。这不仅便于拆装，同时 也不会因热胀冷缩导致严重的拉应力。2)管子的弯曲半径应尽

35、可能大。1.1.1 液压缸设计5.1 液压缸的类型和安装形式 液压缸分为单作用液压缸、双作用液压缸和组合式液压缸三种形式。单作用液压缸又分为单作用活塞液压缸、单作用伸缩液压缸和单作用柱塞液压缸；双作用液压缸分为双作用无缓冲式液压缸、可调单向缓冲式、可调双向缓冲式、不可调单向缓冲式、不可调双向缓冲式液压缸、双作用伸缩液压缸和双活塞杆液压缸；组合液压缸分为单联式、双向式和多工位式。这里选择单作用活塞式液压缸。液压缸的常用安装形式有脚架型、耳环型、法兰型和耳轴型安装，这里选择耳轴型安装。通用型液压缸结构比较简单，零部件已达到标准化，因此，用途较为广泛，使用于各种液压系统。它一般有拉杆型、法兰型和焊接

36、型液压缸。其中焊接型液压缸的尺寸外形较小，暴露在外面的零件也少，能承受一定的冲击负载和恶劣的外部环境。但由于受到前端盖与缸筒连接强度的限制，缸的内径不能太大，额定压力不能太高。额定压力小于25Mpa,缸筒内径小于320mm活塞杆和缸筒加工条件许可时 允许最大行程15m多用于车辆、船舶和矿山等机械。拉杆型液压缸的端盖有方形 和圆形两种。一般来说, 方形用四根拉杆, 圆形用 6 根拉杆 , 前后端盖和活塞等零件均为通用件。制造成本较低, 适用于批量生产。法兰型液压缸的缸筒和前端盖、后端盖均用法兰连接。法兰与缸筒有整体结构式, 也有采用焊接和螺纹等方式。法兰型液压缸的缸筒内径大于100mm外形尺寸大

37、，额定压力高，能承受较大的冲击负载，属重型液压缸, 多用于重型机械, 冶金机械。法兰型液压缸的通常额定压力小于35Mpa,缸筒内彳小于320mm允许最大行程10m这次设计的液压缸，是用于牵引皮带前后运动，活塞杆的行程为3.3m,牵引力大约 600KN 左右 , 选取单作用活塞式液压缸, 液压缸的安装选用销轴型, 液压缸连接方式前端盖采用卡环式连接, 后端盖采用焊接方式。5.2 液压缸主要零部件结构、材料和技术要求5.2.1 缸筒与缸盖(1) 结构缸筒的结构与端盖的连接形式, 液压缸的用途, 工作压力, 环境以及安装要求等因素有关。端盖分为前端盖和后端盖两种，前者将液压缸的活塞杆腔封闭, 起着为

38、活塞杆导向、防尘和密封作用。后者将缸筒底腔封闭, 并起着将液压缸和其它机件连接的作用。常用的缸筒与缸盖的有拉杆、法兰、内外螺纹、内外卡环及挡圈等连接方式。前端盖与缸筒采用法兰连接, 如下图图5.1法兰连接图1.前缸盖2.法兰3.螺栓后端盖与缸筒采用法兰连接，如下图图5.2法兰连接图(2)材料和技术要求缸筒材料要求具有足够的强度和冲击韧性，能够长期承受较大的工作压力及短 期动态试验压力下不致产生变形，有足够的刚度，毛坯可采用退火的冷拔或热轧无 缝钢管。材料机械性能如下表所示：1)缸筒壁厚及验算：表5.1缸筒壁厚材料(T b最小值(T s最小值4561036014参查机械设计手册液压传动表 20-

39、6-9选择合适的产品系列。2)缸筒底部厚度计算：因本次设计为单作用液压缸，在无杆侧没有压力油，而且缸筒联结形式选用前 端法兰。底部足够承受液压冲击，故不需考虑厚度。3)缸筒头部法兰厚度：参照机械设计手册第二版下册选择合适的法兰，法兰为凸面对焊刚质管B型法兰。具体尺寸见下表：表5.2法兰尺寸公称通径法兰焊端外径法兰外径螺栓孔 中心圆 直径螺栓孔径螺栓数量螺纹8089270203338M30密、封圈法兰厚度法兰高度法兰外径法兰内径dXYf24811813370138127128065字母标记见机械设计手册第二版下册一一机械工业出版社出版。4)缸筒与端部焊接应力计算：因为本次设计为单作用液压缸，在无

40、杆侧没有压力油，而且缸筒联结形式选用 前端法兰。所以不必计算，采用一般焊接即可。缸筒制造加工要求：缸筒内径D采用H7级配合，表面粗糙度值为0.20微米，需进行研磨。采用调 质热处理，硬度HB不小于241。缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差 之半。缸筒直线度公差在500mrrfe度上不大于0.03mm缸筒端面T对内径的垂直度 在100mmt不大于0.04mm1.1.2 活塞(1)活塞结构型式：选用组合活塞。组合式活塞结构多样，该活塞可多次拆装，密封件使用寿命长。 密封圈可与导向环联合使用，降低活塞的加工成本。(2)活塞与活塞杆的连接：选用卡环式，用锁紧机构防止工作时因往复运动松开。(3

41、)活塞的密封：采用车氏组合密封角形滑环式。(4)活塞尺寸与加工公差：活塞宽度取值为活塞外径的0.8倍。活塞外径的配合采用f9 ,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm端面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半。(5)活塞的材料液压缸活塞常用材料为耐磨铸铁、灰铸铁 (HT300、HT350钢(有的在外径上 套有尼龙66、尼龙1010或夹布酚醛塑料的耐磨环)及铝合金等。选择45作为液压 缸活塞的材料。1.1.3 活塞杆活塞杆的端部结构形式选择外螺纹。(1)活塞杆结构活塞杆有空心杆与实心杆两种，见图 5.3。空心活塞杆的一端，要留出焊接和 热处理时用

42、的通气孔d2。-TI；1b)图5.3活塞杆a)实心活塞杆b) 空心活塞杆这里选择实心活塞杆。(2)活塞杆材料实心杆材料为35、45钢；空心杆材料为35、45无缝钢管。本设计选择 45钢 作为活塞杆材料。(3)活塞杆的技术要求1)活塞杆的热处理：粗加工后调质处理到 229285HB，必要时，再淬火，硬度 达 4555HRC2)活塞杆d和d1的圆度公差值，可按9、10或11级精度。选取10级精度。3) 活塞杆d的圆柱度公差值，应按8级精度选取。4)活塞杆d对d1的径向跳动公差值，应为0.01mm5)端面T的垂直度公差值，则应按7级精度选取。6)活塞杆上的螺纹，一般应按 6级精度加工。7)活塞杆上若

43、有联接销孔时，该孔径按 H11级加工。孔轴线与活塞杆轴线垂 直公差值，按6级精度选取。8)活塞杆上下工作表面的粗糙度为 R0.63 mi必要时，可以镀铭，镀层厚度约为0.05mm镀后抛光。(4)活塞杆的尺寸。活塞杆直径计算：偌P、103M(5.1)液压缸的推力，N材料的许用应力，MpaPp =一 , d活塞杆直径，mn活塞杆弯曲稳定性验算：采用实用验算法。已知作用力和活塞杆直径，可以校验出稳定性程度，经过校 验，活塞杆弯曲稳定性良好。5.3 活塞杆的导向套、密封和防尘活塞杆导向套在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封 装置以保证缸筒有杆侧的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在

44、后退时把杂质、 灰尘和水分带到密封装置处，损坏密封装置。导向套的结构采用轴套式。导向套材料选用摩擦系数小、耐磨性好的青铜材料。导向套长度的确定：通常采用两段导向段，每段宽度为 d/3,两段中线距离为 2d/3。受力分析：分析导向套的受力情况。本次设计的液压缸主要受拉力，与活塞杆 轴线重合，所以外力作用在活塞上的力矩主要由安装形式决定，导向套所受支撑压 应力很小。远远小于材料的许用压应力，可以不进行验算。导向长度的确定：导向长度过短，将使液压缸因的初始挠度增大，影响液压缸 的工作性能，因此，设计必须保证缸的最小导向长度，一般缸的最小导向长度须满 足：HA导向套滑动面的长度 A,在缸彳小于80mm

45、寸，取A=(0.61.0)D当缸径大于80mm寸，取A=(0.61.0)d本次设计液压缸缸径为 220mm大于80mm所以代入第二个公式，即 A=(0.6 1.0)d。选择 A=0.8,d=0.8 X 70=56mm加工要求：导向套外圆与端盖内孔的配合多为 H8/f7 ,内孔与活塞杆外圆的配 合多为H9/f9。外圆与内孔的同轴度公差不大于 0.03mm圆度和圆柱度公差不大于 直径公差之半。5.4 排气阀如果排气阀设置不当或没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍会有空气，由 于空气具有压缩性和滞后扩张性，易造成液压缸和整个液压系统在工作中的颤振和 爬行，影响液压缸的正常工作。为了避免这种情况的发生

46、，除了防止空气进入液压系统外，必须在液压缸上安 装排气阀。排气阀的位置要合理。由于空气比油液轻，总是向上飘浮，所以排气阀 要与压力腔相通，设置在端盖的上方。这样在安装后调试前排除液压缸内之空气。排气阀的结构形式：采用整体式结构。该结构阀体与阀针合为一体。用螺纹与 缸筒或端盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺母，缸内空气从锥面问 隙中挤出，并经过斜孔排出缸外。整体式排气阀图5.5排气阀这种排气阀简单、方便，但螺纹与锥面密封处同心度要求高，否则拧紧排气阀 后密封不当，会造成外泄露。阀的材料用 45钢，锥部热处理硬度3844HRC整体 排气阀的实际结构尺寸如下图。图5.4排气阀a)阀体b)阀

47、针5.5 油口油口包括油口孔和油口连接螺纹。设计液压缸为单作用液压缸，故只有一个油 口，油口可布置于端盖和缸筒上。表5.3油口尺寸D(螺纹精度6H)JminK+0.4EPminS maxU+0.1YminZ1M18X 1.514.52.422.016.52.019.829.01505.6 密封圈、防尘圈的选用o形密封圈是一种横断面形状为圆形的耐油橡胶形(简称o形圈)，是液压设备中使用最多，最广泛的一种密封件，可用静密封和动密封。为减少或避免运动时o形圈发生扭曲和变形，用于动密封的 o形圈的断面直径较静密封的断面直径大。用于动密封的o形圈同样也可用于静密封。与其它的密封圈相比，o形圈具有如下优点

48、：1）密封性能好，单圈即可对两个方向起密封作用；2）密封部位的结构简单、所占空间小、方便拆装；3） 对油液、压力和温度的适应性好；4）动摩擦阻力小，既可做动密封，又可做静密封，但其缺点是作动密封时，启动摩擦阻力大，寿命短。5.7 销轴的安装液压缸为销轴的主要安装尺寸（mm）直径D销轴结构尺寸压力20MPaTD60220TL605.8 液压缸的主要性能参数（1）压力p1）公称压力Pn公称压力Pn也称额定压力，即在正常工作条件下，液压缸用来工作的最大压力， 按国家标准GB/T7938-1987，并结合实际情况选公称压力为 pn =20Mpa2）最高允许压力pmax液压缸在超过额定压力短暂运行的最大

49、压力称为最高允许压力。通常规定为pmax词.5 pn ,此最高额定压力为pmax =25Mpa3）耐压试验压力pt耐压试验压力指的是液压缸在检查时要承受的压力。在规定时内，液压缸在该压力作用下，所有零件不得破坏或变形等出现。额定压力 pn 6MpsB寸,pt =1.5 pn ,额定压力 pn16Mpa时,pt =1.25 pn ,对军用产品规定pT =（2-2.5） pn ,显然此处耐压的试验压力 pt =1.5M200=30Mpa（2）液压缸活塞之理论推力F1F2AlA2F2图5.6活塞杆Fi受力示意图当活塞杆向外伸出时的理论推力F1 =A1p= D2 p431416 o实际推力为 Fi =

50、父 2202 M 20 760000N=760KN(5.2)4当活塞缩回时的理论拉力F2 = A2 P=D2-d2 p431416 .2 o=x ( 2202- 1002 x)20 600000N=600KN(5.3)4D-缸筒内径；d-活塞杆直径；p-液压缸工作压力。A -活塞无杆侧有效作用面积；A2 -活塞有杆侧有效作用面积。(3)液压缸负载率中中为实际推力(或拉力)与额定推力(或拉力)的比值。山 实际使用推力(或拉力),匚.、=1L(5.4 )理论额定推力(或拉力)通常取中=0.50.7,也可取中=0.450.75。这里取中=0.7。(4)单活塞杆液压缸两腔面积之比(速度比)平2中=_2

51、-(5.5)A V1 D -d式中，A-活塞无杆侧的有效作用面积；A2-活塞有杆侧的有效作用面积；V1-塞杆伸出的速度；A V2-活塞杆退回的速度；D-活塞直径(或缸筒内径)；d-活塞杆直径。单活塞杆液压缸两腔面积之比中应符合规定，速度比不宜过大或过小，为免产生过大的背压，工作压力高的液压缸可以选用大值，工作压力低的液压缸可以选用 小值。止匕速度比率=1.46。(5)液压缸往返速度必和V2当无杆腔进油时4 q v二 D2实际速度当有杆腔在进油时4 0.18 0.1 1Vi=3.1416 0.222 60=0.008m/s(5.(6)(5.(7)实际速度V2 =4 q v二(D2 d2)(5.8

52、)4 0.18 0.1 1，v2 =22=0.01m/s3.1416 (0.22 -0.1 ) 60q-进入液压缸之流量；1-液压缸的容积效率.(6)活塞作用力F液压缸在工作时，活塞所要克服的作用力如下式F=Fa Fb Fc Fd(5.9)Fa-外负载阻力Fb-回油阻力，当油直接回油箱时,Fb -0；Fc-密封圈摩擦阻力bd kd)(5.10)Fc-活塞密封和活塞杆密封的摩擦阻力之和，即Fc=f dp五(D bD -kD +d式中f-密封圈摩擦系数，取f=0.05-0.2 ; p-密封圈两侧压力差； bD ,bd -活塞,活塞杆密封圈宽度； KD,kd-活塞，活塞杆密封圈摩擦修正系 o型密封圈

53、:k=0.15 ,压紧型密封圈:k之0.2 唇型密封圈k电0.25, Fd-活塞的惯性力。Fc=0.05 20 1 06 二 0.22 0.036 0.25 0.1 0.006 0.2 =5341N(5.11)效率。 1)机械效率，额定压力下，通常取”=0.90.95 ; 2)容积效率nv ,弹性密封时，I定1,活塞环密封时，*定0.98 ; 3)作用力效率% ,由回油背压导致，活塞外伸时?1 Ai ?2 A2(5.12)活塞退回时P2 A(5.13)当回油口接油箱时，d ：- 1式中Pl, P2 -活塞无杆侧,有杆侧压力；ai,A2-活塞无杆侧，有杆侧有效作用面积。 总效率=m - v -

54、dn =0.9”X1 =1(5.14)(8)液压缸功率PP = F V = p q(5.15)式中F-活塞上的作用力；v-活塞的平均速度；p-工作压力；q-进入液压缸的流量。6液压油路板的结构液压油路板一用灰铸铁，要求材料致密，无缩孔疏松等缺陷。液压油路板的结构如图6-1所示，液压油路板正面采用螺钉固定，表面粗糙度值为Ra=0.8umi背面连接压力油管（P）、回油管（T）、泄漏油管（L）和工作油管（A、B）等。油管与油路板 通过管接头采用米制细牙螺纹或英制管螺纹连接。液压元件之间通过液压油路板内 部的孔道连接。除正面外，其它加工面和孔道表面粗糙度值为Ra=6.312.5um。此外液压油路板的安

55、装固定也很重要。油路板一般采用框架固定，要求安装、 维修和检测方便。它可以安装固定在机床上或机床附属设备上，但安装在液压站上 更方便。安装方式见图6.2。6.1液压油路板的设计图6.1液压油路板总装图（1）分析液压系统，确定液压油路板数目简单液压系统的元件不多，要求元件布局紧凑。但液压系统较复杂时，应避免液压油路板上的孔道过长，给加工带来麻烦，所以板的外形一般不大于400mm板上安装的阀不多于1012个，这亦可避免孔道过于复杂，难与设计和制造。若一 个液压系统需多块液压油路板，则应当对系统分解，但应注意：1）同一液压回路的元件应布局在同一块液压油路板，以减少连接管道。2）组合机床加工自动线或多

56、工位机床液压系统，结构相同部分应设计成可互换的通用板，不同结构应设计成专用板c)图6.2油路板安装方式1油路板2 一连接件(2)制作液压元件的样板一般在设计液压油路板时，要制作液压元件样板。根据产品样本，对照实物绘 制液压元件顶视图轮廓尺寸，便是液压元件样板。若产品样本中的液压元件配有底版，则样板可以按底版提供的尺寸来制做。有 的样本是元件的俯视图，做样板时应把产品样本中的图翻转180度。(3)液压元件的布局绘出液压油路板平面尺寸，把制做好的液压元件板放在液压油路板上，此时要 注意：1)液压阀阀心应处于水平方向，防止阀心自重影响液压阀的灵敏度。2)与主液压油路相通的元件，其相应油口应尽量沿同一

57、坐标轴线布置。3)压力表开关布置在最上方。4)液压各元件之间的距离应大于 5mm换向阀上的电磁铁、及压力表安装等可适当的伸到液压油路板的轮廓线之外，以减小油路板的尺寸。(4)油孔位置尺寸的确定液压油路板用正面来安装液压元件，具表面粗糙度值为Ra=0.8Nm。上面有液压元件固定螺孔和液压元件的油孔。液压油路板背面设计有执行元件连接的油孔(A、B)、与液压泵连接的压力油孔 (P)以及与液压油箱连接的回油孔(T),此类液压油孔可加工成米制细牙螺纹或者英 制管螺纹孔。连接尺寸见表6.1。液压油路板内部孔道的布置一般分三层：第一层：距液压油路板的正面距离约 10mm 一般布置泄漏油孔(L)和控制油 孔(

58、K),要注意的是防止第一层孔道和液压元件的固定螺孔相通。第二层：距液压油路板的正面约 25mmm距第一层约为15mm布置压力油口。第三层：距液压油路板的正面约 41mm距第二层约为16mm距液压油路板反面19mm布置回油孔(T)。因此，液压油路板的总厚度一般为 60mm(5)绘制液压油路板的零件图液压油路板结构较复杂，用多个视图表达，主视图可表示液压元件安装固定的 位置、液压元件进出油口的位置和大小，液压元件规格一旦确定，安装螺孔和油口 的尺寸亦定。后视图表示各油管接头的位置和尺寸。表6.1阀板内的孔加工尺寸公称直径d0(mm)紫铜管 尺寸(mmxm m)d内xd外推荐 流里 (L/min )管接头安装螺 纹钻螺纹底孔 直径底孔深度(mm)攻螺纹 深度(mm)阀板钻孔直径(mm)横孔螺塞锥螺 纹细牙螺 纹锥螺 纹细牙螺 纹直孔横孔33x4Z1/8M8x18.77.0141144x64M10x19.066x86M12x1.2510.7(6)Z1/411.3181578x1010M14x1.512.588.7Z1/81010x1225Z3/8M15x1.5M20x1.514.814.520101211.3Z1/41212x1518.51515x1840Z1/2M24x1.518.324.525241919x22633/4M30x1.523.728.5252118