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末端要设置缓冲装置。一般缓冲装置有环状间隙式节流缓冲装置、可调节流缓冲装置、三角槽式节流缓冲装置。
大型液压缸需要有稳定的运动速度,这样需要设置排气装置,防止空气在传动时对系统传动精度有影响。排气阀安装在液压缸两端的最高处,双作用液压钢需要设两个排气阀。
3.4.2 液压机顶出缸设计
(1)顶出缸缸体材料选择及制造技术要求
顶出缸工作时的最大工作压力为12.5MPa,比主缸的要小,为了保证顶出缸安全工作,缸体材料也选用无缝钢管45。
缸体的制造要求应该满足液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.4~0.8μm;内径配合采用H8~H9;内径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半;缸体内表面母线的直线度500mm长度之内不大于0.03mm;缸体端面对轴线的垂直度在直径每100mm上不大于0.04mm。
(2)顶出缸壁厚的确定
将D=0.2m ;[σ]= 110MPa ;Py=1.3×12.5MPa=16.25MPa代入公式(3.9)中,即:
??16.25MPa?0.2m?0.015m
2?110MPa将D=0.2m ;取δ=0.02m代入公式(3.10),即:
D外≥0.2m+0.04m=0.24m
外径圆整为标准直径系列后,取主缸缸体外径D外=240mm。
(3)顶出缸缸盖材料、厚度的确定
缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢,做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。顶出缸缸盖材料选用35钢,缸盖厚度计算公式见(3.11):
即:
t?0.433?145?取缸盖厚度t=25mm。
(4)顶出缸最小导向长度的确定
16.25MPa?0.025m
100MPa由表2.1可知顶出活塞行程L=250mm,顶出缸内径D=200mm,代入公式(3.12), 即:
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H?250mm200mm??112.5mm 202(5)顶出缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定 顶出缸活塞选用灰铸铁HT200。
顶出缸活塞外圆柱表面的粗糙度为Ra0.8~1.6μm;外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半;外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半;端面对轴线垂直度在直径100mm上不大于0.04mm;外径用橡胶密封圈密封的公差配合取f7~f9,内孔与活塞杆的配合取H8/f7。
计算活塞宽度时区宽度系数为0.8,即活塞的宽度B=0.8D=0.8×200mm =160mm。取活塞宽度B=160mm。
查表2-10[1],液压机顶出缸工况时的工作压力比主缸要小很多,密封圈选用O形密封圈。
(6)顶出缸活塞杆材料、技术要求及长度确定
活塞杆有空心和实心两种结构形式。空心时一般选用35钢、45钢的无缝钢管;实心结构选用35钢、45钢。顶出缸活塞杆选用35钢。
活塞杆外圆柱面粗糙度为Ra0.4~0.8μm;热处理要求调质20~25HRC;外径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半;外径表面直线度在500mm上不大于0.03mm;活塞杆与导向套之间的配合公差采用H8/f7,与活塞连接的配合公差采用H7/g6。
由顶出活塞的行程,确定活塞杆的长度L杆=705mm。 (7)顶出缸长度的确定
液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体的外形尺寸应考虑两端端盖的厚度,总之,液压缸缸体的长度L不应该大于缸体内径D的20~30倍,即:L≤(20~30)D 。
由主缸行程为250mm,活塞宽度为160mm,缸盖厚度为25mm,通过计算可知,主缸的长度取L缸=650mm。
(8)活塞杆稳定性校核
当液压缸的支承长度Lb≥(10~15)d时,应该对活塞杆的弯曲稳定性进行校核,d为活塞杆直径。通过计算可知,Lb的最大值不可能大于L杆+L缸=1355mm,而(10~15)d=2000~3000mm。
将参数代入Lb≥(10~15)d中,比较后Lb<(10~15)d,活塞杆满足使用要求,工作时不会失稳。
3.4.3 液压油管设计
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液压传动中装置中,常用的液压油管有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。钢管承受的压力高,弯曲半径不能太小,弯制时比较困难。对于高压系统液压油管一般选用无缝钢管;紫铜管承受的工作压力一般在6.3~10MPa。紫铜管加热软化后可进行弯曲,比钢管容易弯制,价格昂贵,抗振性较弱;尼龙管主要用于低压系统;塑料管承受的工作压力比较小,一般用于液压系统的回油路中;胶管有高压管和低压管两种,而者的区别在于骨架组成不同。高压胶管是钢丝编制体或钢丝缠绕为骨架,可用于较高的油路中。低压胶管的组成骨架是麻线或棉线编制体,多用于压力较低的油路中。
通过液压机主缸、顶出缸工作压力的计算可知,主缸的最大工作压力约为25.5MPa,顶出缸的工作压力约为12.5MPa。查表6-1[1] 、6-5[1] ,主缸工作压力较高,油管选用无缝钢管,顶出缸油路油管选用高压胶管。
油管的内径可由公式(3.14)求得
d?4.6(3.14)
式中:
d—油管内径(mm);
q?
q—油路通过最大流量(L/min);
?—油管中允许流速m/s。
(1)主缸液压油管内径计算
进油油管内径D1确定:主缸快进所需流量q=385.8L/min,而泵的额定流量q=250L/min,取油管允许流速?=4m/s,代入公式(3.14),即:
D1?4.6250L/min?36.3mm 4m/s[1]
圆整后,查表6-1 ,取D1?40mm,壁厚t=5mm。
回油油管内径d1确定:主缸快退所需流量q=76.2L/min,取油管允许流速
?=4m/s,代入公式(3.14),即:
d1?4.676.2L/min?20.1mm 4m/s圆整后,查表6-1[1],取d1?25mm,壁厚t=4.5mm。 (2)顶出缸液压油管内径计算
进油油管内径D2确定:顶出缸顶出所需流量q=37.8L/min,取油管允许流速
?=4m/s,代入公式(3.14),即:
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D2?4.637.8L/min?14.2mm 4m/s圆整后,查表16.5-1[3] ,取D2?16mm。
回油油管内径d2确定:顶出缸回程所需流量q=48L/min,取油管允许流速
?=4m/s,代入公式(3.14),即:
d2?4.648L/min?16mm 4m/s圆整后,查表16.5-1[3],取d2?16mm。
3.4.4 液压油箱设计
液压油箱主要作用是贮存液压油、分离液压油中的空气和杂质,同时还起到散热的作用。
(1)油箱有效容积的确定
液压油箱根据系统压力的不同,有效容积的确定也不一样。为了防止液压油从油箱中溢出,油箱中的液压油位不能太高,一般不应该超过液压油箱高度的80%。低压、中压、高压系统油箱的有效容积V确定算法如下:
低压系统(P≤2.5MPa):V=(2~4)qP (3.15) 中压系统(P≤6.3MPa):V=(5~7)qP (3.16) 中高压或高压系统(P>6.3MPa):V=(6~12)qP (3.17) 式中:
V—液压油箱有效容积; qP—液压泵额定流量。
液压机属于高压系统,油箱的有效容积可由公式(3.17)求出,即:
V=9qP=7×250L =1750L (2)油箱外形尺寸确定
油箱的有效容积确定后,液压油箱外形尺寸长、宽、高的比值一般为:1:1:1~1:2:3。为了提高冷却效率,安装位置不受影响时,可适当增大油箱的容积。液压油箱的外形尺寸为:长×宽×高=1000×760×690(mm)。
(3)油箱的结构设计
液压油箱材料一般选用Q235A钢板,通过焊接的方式连接。油箱的结构组成一般包括隔板、吸油管、回油管、顶盖、清洗孔、油面指示、吊钩、加热与冷却装置等。
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隔板主要是为了增加液压油的流动时间,除去沉淀的杂质,分离清除水和空气,调节温度,吸收液压油压力波动及防止液面的波动。
吸油管前应设有过滤器,过滤器与箱底间的距离应不小于20mm。吸油管应插入液面以下,防止吸油时吸入空气,使空气混入系统;回油管出口有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等形式,一般采用45°斜口。为防止液面波动,可在出口设扩散器或将回油管插入液面以下,一般距离油箱底面的距离大于300mm。为了不让进油、回油相互影响,用隔板将其隔开,两管的斜口方向还应一致,而不是相对。
顶盖用于安装液压泵、阀组、动力装置、空气滤清器。泵和动力装置安装时底座应该与顶盖分开,另外制做。顶盖与油箱要有好的密封性,防止泄漏的油液直接进入油箱而污染油液;清洗孔用于清洗油箱内的角落和取出油箱内的元件;油面指示用于油箱内最高、最低油位;吊钩方便装配和搬运。
3.5 液压站布局设计
3.5.1 液压站设计需要考虑的问题
(1)液压装置中各部件、元件的布置要匀称,要便于安装和维修;
(2)液压站结构尽量采用集中式,液压泵装置的安装尽量采用卧式,这样方便维护和散热;
(3)行程阀安装位置必须靠近运动部件,手动换向阀的位置必须靠近操作部位。换向阀之间应留有一定的轴向距离,便于手动调整和装拆电磁铁。压力表及开关应布置在便于观察和调整的地方;
(4)随工作运动的管道采用软管或有弹性的管子,软管安装时应避免相互发生扭转。硬管布置时应贴地或沿主机外形布置,相互平行的管道应保持一定的间隔,并用管夹固定。
3.5.2 液压站的结构设计
液压站由液压油箱、液压泵装置、液压控制装置三部分组成。其中,液压油箱包括空气滤清器、过滤器、油面指示器和清洗孔;液压泵装置包括液压泵、驱动电机和联轴器等;液压控制装置包括各种液压阀和联接体。
(1)四柱液压机液压站结构形式的选择
液压站的结构形式通常有两种,即:分散式、集中式。分散式液压站结构紧凑,泄漏油容易回收,节省占地面积,但安装维修不方便,一般较少采用;集中式液压站安装维修方便,液压装置产生的振动、发热、都与主机隔开,不影响主机的工作精度。液压机选用集中式液压站。
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