液压挖掘机液压系统设计
D?4F ??P式中：F为液压缸实际使用推力，单位为N ?为液压缸的总效率，一般取?=0.8 P为液压缸的供油压力，一般为系统压力。
根据题目要求，取F为546KN，?为0.8，P为35Mpa并代入公式
34?546?10则 D??0.158(m)63.14?0.8?35?10
又依据手册对其进行圆整，取D=160mm。
依据活塞杆直径d的推荐值，取d=0.7D=112mm，根据任务书推荐值，取d=100mm。
1.2.缸壁壁厚的计算
先暂取?/D=0.08---0.3,即??(12.8,48)则可按下列公式计算
??pyD2.3[?]?3Py(m)
式中：D为缸筒内径（m）
py为缸筒的最高允许压力（MPa），py=1.25P=40MP
[?]为缸筒材料的许用应力（MPa）[?]=
?sn
?s为缸筒材料的屈服强度（MPa） N为安全系数，一般取n=1.5~3.5
在本题中，缸筒的材料选为45钢，其屈服强度为600MPa,,安全系数n取3.5，代入公式
40?106?160?10?3则 ???23.3(mm)2.3?600/3.5?3?40?106
由结果可知在所假设的范围内。圆整，取为30mm。
所以液压缸外径D1?220mm。
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1.3 最小导向长度的确定
对于一般液压缸，最小导向长度应满足：
LD1630160H?????161.5mm取160mm。
2022021.4缸筒底部厚度计算
缸筒底部为有孔，厚度?进行近似的计算
??0.433D
pyD[?](D?d)?48mm
1.5隔套长度C的确定
为保证最小导向长度H，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即
1C?H?(l1?B)
2当D?80mm时，取l1?(0.6~1.0)d?60~100mm，取80mm。 活塞宽度B一般取
B=(0.6~1.0)D=96~160mm 取B=130mm
1则：C?160?(80?130)?55mm。
21.6缸体长度的确定
液压缸缸体内部长度应等于活塞行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20~30倍。则 液压缸的内部长度l?1630?130?1760mm。
1.7缸筒与缸盖连接方式选择螺纹连接 螺纹处的拉应力
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??KF?4(d12?D2)k1kFd0
0.2(d13?D3)螺纹处的切应力??合应力?n??2?3?2??p许用应力?p??snk—拧紧螺纹系数，不变载荷取1.25~1.5，变载荷取2.5~4。
k1—螺纹连接的因数，均取0.12。 d1??螺纹底孔
d1?0.85D1?0.85?220?187mm
1.5?5.46?105???111.36MPa
3.14?(1872?1602)40.12?1.5?5.46?105?220???44.25MPa330.2?（187?160）
?n??2?3?2?111.362?3?44.252?135.19MPa?p??sn?n0安全系数，取n0?1.2~2.5?0600?p??240MPa2.5
?n??p 则螺纹连接符合要求。
缸筒厚度的验算
液压缸的额定压力
pn?0.35?s(D12?D2)D21
6?32?32600?10?[(220?10)?(160?10)] pn?0.35?98.93?106Pa?98.93MPa?32(220?10)
而题目所给pn?35MPa?98.93Mpa，符合要求。
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额定压力也应与完全塑性变形压力有一定的比例范围，以免塑性变形的发生，即
PN?(0.35~0.42)PrlPrl?2.3?slg?190.86MPa（0.35~0.42）Prl?66.80~80.16MPaPN?35MPa?(0.35~0.42)PrlD1220?2.3?600?lgD160
所以，满足要求。
验算缸筒的爆裂压力
D1220?2.3?610?lgD160?194.04MPa?Pr PE?2.3?blg所以，满足要求。
液压缸稳定性的校核和活塞杆强度验算
有公式
?2E?1??pE?210GPa?p为比例极限，45钢?p?280MPa3.142?210?109则?1??866280?10
由于两端铰支，??1，截面为圆形。
i?Id100???25A44?l1?3950????158i25???1，所以用欧拉公式3.14?(100?10?3)43.14?210?10??2EI64FK???2.54?106N22(?l)229
FK为液压缸的稳定临界点力，
nk为稳定性安全系数，一般取nk=2~4，取nk=4。
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FK2.54?106??6.35?105N?635KN?F2?546KN 则nk4所以，稳定性满足要求。
活塞杆在稳定工况下，如果只承受轴向推力或拉力，可以近似用直杆承受拉力载荷的简单强度计算公式进行计算
5.46?105????69.56MPa?3.1422?d?10044而无缝钢管许用应力[?]?100~110MPa
F?10?6??[?]所以，满足要求。
1.8活塞杆杆体的选择
活塞杆的杆体分为实心杆和空心杆。实心杆加工简单，采用较多。空心杆多用于d/D比值较大或杆体内有位置传感器等场合。本课题选用实心杆。
活塞杆的外端是液压缸用以与负载连接的部位，可根据液压缸的安装连接形式有多种结构形式。本课题因液压缸垂直安装且活塞杆下端要装压板，为方便连接，活塞杆外端采用外螺纹（带肩）形式。
此次设计选用的是实心杆件，形式如下图：
1.9 活塞结构的设计
活塞根据压力、速度、温度等工作条件来选用密封件的型式，而选定的密封件型式决定了活塞的结构型式。
常见的活塞结构型式分为整体活塞和分体活塞。本课题因密封件的安装要求不是很高，故采用分体活塞的结构型式，其密封件和导向环分体安装。
活塞的宽度一般由密封件、导向环的安装沟槽尺寸来决定，本课题，依据结构要求与密封件与导向件的结构，取B为130mm.
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