毕业论文终稿-大直径钢管扩径设备扩径头设计[下载就送全套CAD图纸 答辩通过]

需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑摘要机械扩径方式与液压扩径方式相比,不仅设备重量和外形尺寸大大减小、结构简单,而且在生产效率和产品质量方面优势更为突出生产大口径焊管效率高、扩径率可选范围大、钢管内径尺寸容易控制、钢管圆度好、管端形状和尺寸精度目前世界上最先进的几条大口径直缝焊管制管线扩径工序都是采用机械扩径方式。本次设计的内容是大直径钢管扩径设备扩径头，其整体结构由液压缸、机架、扩径装置组成。设计过程中首先，通过对扩径头结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对机械式扩径头进行了设计与校核；最后，通过AUTOCAD制图软件绘制了其装配图及主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AUTOCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词扩径头，液压系统，液压缸，楔块需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑ABSTRACTEXPANDINGISUSINGAHYDRAULICORMECHANICALWAYFROMTHEAFTERBURNERWALLMAKESTEELTUBEALONGTHEPROCESSINGOFRADIALLYOUTWARDEXPANSIONSHAPEDCOMPAREDWITHTHEMECHANICALEXPANDINGANDHYDRAULICEXPANDINGMETHODISNOTONLYSIMPLEEQUIPMENT,WEIGHTANDAPPEARANCEGREATLYREDUCEDSIZE,STRUCTURE,ANDTHEADVANTAGEINPRODUCTIONEFFICIENCYANDPRODUCTQUALITYMOREPROMINENTTHEPRODUCTIONOFLARGEDIAMETERWELDEDPIPEWITHHIGHEFFICIENCY,RATIOOFEXPANDINGDIAMETEROPTIONALRANGE,INNERDIAMETEROFPIPECHICUNRONGEASYCONTROL,GOODROUNDNESS,STEELPIPEENDSHAPEANDTHESIZEPRECISIONOFTHEWORLDSMOSTADVANCEDSEVERALLARGEDIAMETERLONGITUDINALWELDEDPIPEEXPANDINGPROCESSUSUALLYADOPTSMECHANICALEXPANDINGMODETHISPAPERDESIGNSAKINDOFTUBEEXPANDINGMACHINE,ITSWHOLESTRUCTUREISFORMED,THEHYDRAULICCYLINDERTHEFRAME,EXPANDINGDEVICEINTRODUCETHEWORKINGPRINCIPLEOFEXPANDINGMACHINETHEHYDRAULICCYLINDERDESIGNFINALLY,TOCOMPLETETHECYLINDER,PISTONRODDESIGNKEYWORDSHYDRAULICSYSTEM,EXPANDINGMACHINE,HYDRAULICCYLINDER需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111研究背景及意义112扩径机概述1121主要类型1122工作原理1123扩径机的工作过程213国内外扩径设备的发展现状214扩径设备的发展趋势3第二章总体方案设计421设计要求422扩径头总体结构方案设计4221结构及原理分析4222扩径过程分析4223结构特点523液压系统原理图拟定5231液压系统原理图5232液压系统动作分析6第三章机械结构设计与校核731设计计算7311负载分析7312油缸效率分析8313系统背压的选择8314液压缸缸径的确认8315液压缸导向长度的确认9316活塞宽度的确定9B317缸体长度的确定9318缸筒壁厚的计算9319缸体外径尺寸的计算1032校核计算10321活塞杆强度和液压缸稳定性计算10322缸筒壁厚的验算1133结构设计12需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑331活塞设计12332密封件的选用12333活塞杆的设计13334缓冲装置和排气阀1434强度校核16341油缸强度计算16342活塞部分的强度计算19（1）活塞头部导向套计算20（2）活塞头部锁母螺纹应力计算20（3）活塞与活动横梁端面挤压应力21（4）活塞与扩径装置链接螺母计算21第四章液压系统的设计2341油泵的选择23411油泵工作压力的确定23412油泵流量的确定23413管道尺寸的确定2342液压阀及辅助元件的选择2543确定液压油箱容积2644确定液压油液2645液压系统的验算26451压力损失的验算26452发热温升的验算27结论28参考文献29致谢30需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑第一章绪论11研究背景及意义随着管道向高强度、高韧性的方向发展，以及对钢管质量要求的不断提高，制管技术及装备也在不断推陈出新。扩径机作为其中极为关键的技术装备，越来越多地得以运用。对焊接后的钢管扩径，可以消除变形，改善尺寸精度，提高钢管的平直度。并且消除残余应力，提高屈服强度。目前钢管生产中大都使用机械扩径。钢管扩径工艺和扩径机的设计制造在发达国家经过多年研究和应用，已经取得比较好的结果，一台扩径机的使用寿命可达扩径万根以上。然而由于多种原因，大直径焊管扩径技术，尤其是扩径头技术，在我国还未被大多数业内人士所了解和掌握。目前国内有关扩径机技术力学建模和加工工艺方面的相关文章非常少。文中将分析当前国内机械式扩径机扩径头的常见问题，并提出工艺方面的技术改进原理与方法。该方案目前已经在湖北沙市钢管厂得到实际验证，取得了较为理想的效果。图中间是一个多棱锥体，外面有多个扇形瓣，锥体同定在液压缸的活塞杆上。当锥体右移时，扇形瓣在锥面上相对滑动，轴向定位而径向变化，这样扇形模片组成的近似圆弧面直径可适当变大。准确控制锥体的伸缩量可得到精确的胀环外径扩径时扩径头伸进钢管一定长度后锥体右移，胀环变大使钢管在圆周模块作用下内径被撑大。当超过弹性极限后材质发生塑性变形，锥体停止移动并保持一段时间后再左移，涨环变小，扩径头退出钢管。此时钢管内径保持一恒定尺寸且椭圆度有明显改善。钢管分步送入，扩径头逐段进行扩径（扩径长度一般为0910），最后完成全长钢管的扩径。为了满足市场需要，大口径直缝焊管生产线，填补了国内大口径直缝焊管生产的空白，大口径直缝焊管的扩径在消除钢管成型残余应力的同时对直缝焊管做了整形，使其直度，圆度，直径等更加理想，同时增强了钢管径向承载能力，国内外要求UOE制管方法的的最后一道工序必须扩径，由于国内以前没有大口径直缝焊管，也没有扩径机，所以这方面的发展一直处于比较缓慢的状态。大口径直缝焊管在油气输送领域有着广泛的应用，通过研究大口径直缝焊管的机械扩径方法以及有限元仿真技术在大口径焊管机械扩径生产领域的应用,掌握制造大型直缝焊管的核心技术机械扩径技术对发展我国管线钢钢管制造业有着重要意义。12扩径机概述121主要类型目前世界上普遍采用的扩径机主要有机械式扩径机和液压式扩径机两种。由于液压式扩径机是以钢管的外径定径，给管道施工带来诸多不便，再加之生产时充水时间长、生产效率低，且投资大、模具多、更换规格时劳动强度较大，所以，自20世纪90年代以来，新建的大口径直缝埋弧焊管机组多采用机械式扩径机。122工作原理（1）机械式扩径机的工作原理图11所示为机械式扩径机的工作原理及扩径机头部结构示意。由于机械式扩径是一段一段地进行的，所以钢管是分步送入扩径头的。由图11可知，机械式扩径机的关键部件扩径头是由几个扇形块组成的芯棒安装在楔形体上，而楔形体固定在液压缸的活塞杆上。当液压缸活塞和楔形体向右移动时，由于构成芯棒表面的扇形块向外扩展，使芯棒圆周增大。楔形体的力借助斜块通过扇形板作用在钢管上，从而使与芯棒接触的一段钢管得到扩径。当活塞和楔形体向左移动时，钢管与芯棒脱离开，以便再次送进，进行下一段钢管的扩径。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图11机械式扩径机工作原理及头部结构示意1钢管；2楔形体；3斜块；4扇形块（2）液压式扩径机的工作原理液压式扩径机是通过内腔与钢管扩径尺寸一致的外模分上下、或左右模两部分将钢管包容其间，钢管两端密封，然后向其内部注入高压水使钢管膨胀变形，直至达到模具内腔尺寸，实现对钢管的扩径。一般情况下，采用机械式和液压式扩径机的钢管扩胀率为直径的0815扩径后钢管的壁厚减少约08，长度减少15。123扩径机的工作过程扩径机的工作过程如下（1）焊管通过辊道送往扩径机，焊缝对准扩径机模具上的槽，整个操作由操作人员通过闭环电视进行监控。监视器安装在主控制台上，电子控制杆将操作人员的指令传到定位驱动系统上。（2）启动自动循环系统。（3）焊缝对中系统下落，已定位的钢管进入轴向输送钢管支撑辊，带有夹具的轴向进给小车向前，并牢牢地抓住钢管准备进给。（4）扩径头逐步送入钢管，钢管依序通过校直器。（5）钢管分步进行扩径及校直。（6）重复（4）和（5）的动作，直到钢管全部被扩径和校直。（7）钢管通过回缩的扩径头，返回到焊缝对中辊和轴向输送支撑辊的初始位置。（8）在轴向进给小车上的钢管被放开，退回到初始位置。（9）旋转辊升起钢管，拨料系统将钢管推到输出台架上。13国内外扩径设备的发展现状在国外，50年代初，美国首先建成UOE生产线,经过70年代的发展高峰期,目前全世界已经拥有30条UOE生产线。其中日本占有6条,制品最大直径为1626MM,壁厚范围为64MM508MM。在国内，目前,我国油气管线工业已经得到了巨大发展。21世纪初期将是我国现代化油气长输管线和煤浆、矿浆输送管线建设的高峰期。我国X级管线用钢及宽厚钢板的生产条件基本形成,UOE成形设备制造的先进技术基础业已具备,但是我们必须承认,这项工程建设尚且缺乏赖以发展的工艺技术基础。迄今为止我国在这方面的研究成果几乎为零,对大口径直缝焊管管坯成形工艺、焊管胀形工艺等诸多工艺技术问题都缺乏直接研究。面对这种现状,虽然我们可以借鉴国外经验,根据公开发表的技术资料确定成套机组的最大力能参数,制造出精良的生产设备,面对我国未来管线工业的建设需要、面对国际管线长输管线用管的发展趋势的现状,大直径直缝埋弧焊管不能自给的矛盾显得更加突出。如果这种现状不能得到改变,那么在新的管线建设高峰期间,即使主要采用螺旋焊管,也需要进口数以10万吨计的直缝焊管。毋庸置疑,这将使我国制管工业蒙受巨大损失。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑14扩径设备的发展趋势随着我国装备制造业的发展，特别是结合国家重大装备研制与技术引进、技术改造，制造业总体工艺水平和综合制造能力得到了新的提高，从而为我国的工程机械制造注入了新的动力。我国已掌握了一批重大装备的成套制造工艺技术，如已形成了具有自主知识产权的大型发电设备成套焊接技术规范，突破了大型产品装配的高精度、高效率难关等。近些年来，卧式管端机械扩径机伴随中国经济的高速发展一直持续着增长的良好发展态势，特别是一大批国内企业的崛起，加快了工程机械及其零部件自主创新的步伐，虽然期间也借助了外资的力量，但目前我国工程机械行业的自主创新能力是不容忽视的。通过对工艺技术基础的系统研究,获得一系列对制定UOE生产工艺、设计UOE成形设备和控制成形质量有参考和实用价值的技术资料,无疑把我国大直径直缝焊管制造业推向向一个新的台阶。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑第二章总体方案设计21设计要求试设计一台钢管扩径设备的扩径头，其主要目的是完成扩径机的径向扩径动作，根据方案对比，确定设计的结构方案，通过计算分析，完成扩径头部分的机械结构及其驱动系统设计。设计参数要求如下（1）钢管管材；450S（2）最大负载F1100吨；（3）最初管径的最大椭圆度为20MM；（4）管径误差在周长方向为5MM；（5）管径表面划伤不能超过05MM；（6）一次扩径行程为600MM；（7）最大速度110MM/S；（8）钢管直径559MM864MM；壁厚103MM143MM；钢管长度6M22扩径头总体结构方案设计221结构及原理分析由于液压式扩径机是以钢管的外径定径，给管道施工带来诸多不便，再加之生产时充水时间长、生产效率低，且投资大、模具多、更换规格时劳动强度较大，所以，自20世纪90年代以来，新建的大口径直缝埋弧焊管机组多采用机械式扩径机，本次也选用机械式扩径头。机械式扩径头的工作原理为扩径头是由几个扇形块组成的芯棒安装在楔形体上，而楔形体固定在液压缸的活塞杆上。当液压缸活塞和楔形体向右移动时，由于构成芯棒表面的扇形块向外扩展，使芯棒圆周增大。楔形体的力借助斜块通过扇形板作用在钢管上，从而使与芯棒接触的一段钢管得到扩径。当活塞和楔形体向左移动时，钢管与芯棒脱离开，以便再次送进，进行下一段钢管的扩径。扩径头的结构简图如图21所示1扩径机2管坯3锥体4扇形分瓣凸模图21扩径机结构示意图222扩径过程分析如图21所示为其结构简图，其工艺为机械扩径利用扩径机端部的分瓣的扇形块沿径向扩张，使管坯沿长度方向以步进方式，分段实现全管长塑性变形的过程。分为5个阶段（1）初步整圆阶段。扇形块打开直到所有扇形块都接触到钢管内壁，此时步长范围内钢管内需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑圆管中各点半径大小都几乎一致，钢管得到初步整圆。（2）名义内径阶段。扇形块从前段位置开始降低运动速度，直到抵达要求位置，这个位置是质量要求的成品管内圆周位置。（3）弹复补偿阶段。扇形块在2阶段的位置开始进一步将低速度，直到抵达要求位置，这个位置是工艺设计要求的弹复前钢管内圆周位置。（4）保压稳定阶段。扇形块在弹复前钢管内圆周位置一段时间保持不动，这是设备和扩径工艺要求的保压稳定阶段。（5）卸荷回归阶段。扇形块从弹复前钢管内圆周位置开始迅速回缩，直到抵达初始扩径的位置，这是扩径工艺要求的扇形块最小收缩直径。223结构特点（1）液压缸提供动力扩径机的设计过程中要考虑扩径的力合扩径的速度是否合理，所以采用液压缸作为驱动单元的设计具有以下特点液压缸的进给速度可调液压缸的工作压力可调（20液压系统为避免因高温辐射产生爆管现象，液压系统中没有相对运动的部件之间的管路连接采用硬管，有相对运动的部件之间的管路连接则采用耐高温胶管。该液压系统选用齿轮泵，采用气控液形式，成本低，安全可靠，便于使用维护。23液压系统原理图拟定231液压系统原理图根据扩径机的结构特点，我们拟定如图22所示的液压原理图需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图22扩径机液压系统原理图1斜盘式变量柱塞泵，2齿轮泵，3电机,4滤油器，5电磁溢流阀，6溢流阀,7电控比例溢流阀,8单向阀，9压力表，10减压阀，11液控单向阀，12二位四通电磁换向阀，13液控单向阀，14外控顺序阀，15油缸232液压系统动作分析A启动电磁铁全断电，主泵卸荷。主泵（恒功率输出）电液压换向阀8的M型中位TB快进液压缸15活塞快速下行1YA，5YA通电，电磁铁换向阀7接通液控单向阀18的控制油路，打开液控单向阀11，进油路主泵1电液换向阀7单向阀11液压缸15回油路液压缸15下腔液控单向阀11电液换向阀7C工进液压缸15接触工件慢速下行（增压下行）液压缸活塞碰行程开关2XK，5YA断电，切断经液控单向阀11快速回油通路液压缸15下腔顺序阀14电液换向阀7K型中位TD保压液压缸15上腔压力升高达到预调压力，压力继电器发出信息，1YA断电，液压缸15进口油路切断，单向阀8的高密封性能确保液压缸15活塞对工件保压。主泵（恒功率输出）主泵电液压换向阀7的K型位T实现主泵卸荷。E保压结束，泄压，液压缸15回程时间继电器发出信息，1YA断电，液压缸15上腔压力很高，外控顺序阀14，使主泵1电液压换向阀9吸入阀的控制油路由于大部分油液经外控顺序阀14流回油箱，打开吸入阀的卸荷阀10，实现液压缸15上腔（只有极少部分油液经卸荷阀口回油箱）先卸荷，后通油箱的顺序动作，此时主泵1大部分油液电液压换向阀7外控顺序阀T。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑第三章机械结构设计与校核31设计计算扩径机油缸额定工作压力20MPA油缸推力1000KN液压缸行程拟定400MM311负载分析图31液压缸工作原理简图油缸实际推力公式FFWFA31FF式中FW工作负载，即为顶出力；FA运动部件速度变化时的惯性负载导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力。启动后为动摩擦阻FF力摩擦负载计算公式FGFRN32）F式中G重力垂直于导轨的工作负载，本系统中为零；RNFF导轨摩擦系数，静摩擦系数取02,动摩擦系数为01。由于本系统液压缸为垂直安装，摩擦负载为0惯性负载计算公式33AGFGT式中重力加速度加速或减速时间，一般T取01S05ST时间内的速度变化量。本系统中，在支腿下降过程并没有载重过程，系统此时压力机会为0，即惯性负载为0。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载求的FFW45T450000N312油缸效率分析油缸的效率由以下三种效率组成A机械效率，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常可取09MMB容器效率，由各密封件泄露所造成，通常容积效率为VV装弹性体密封圈时1V装活塞环时098C作用力效率，由出油口背压所产生的反作用力而造成。D一般取09D所以09109MVD总效率为。08D313系统背压的选择系统被压如表31所示表31执行元件背压力系统类型背压力P/MPA简单系统或轻载节流调速系统0205回油路带调速阀的系统0406回油路设置有背压阀的系统0515用补油泵的闭式回路0815回油路较复杂的工程机械123回油路较短，且直接回油箱可忽略不计按表31可取P2为05MPA314液压缸缸径的确认271MM221CM14FDPDD由于上述计算是在20MPA压力下计算，为了保证油缸的推力能够达到要求，一般选大一号油缸，本系统选用油缸缸径为320MM。表32液压缸内径尺寸系列（GB234880）81012162025324050638090100110125140160180200220250280320表33活塞杆直径系列（GB234880）需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180根据表32和表33将这些直径圆整成进标准值时得油缸有D140MM和活塞D180MM由此求得液压缸面积的实际有效面积为A1008MA2002M42D24）D（X2D2315液压缸导向长度的确认当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点距离为H，称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证有一定的最小导向长度。图32液压缸最小导向长度对一般的液压缸，最小导向长度应满足H40321802LDHM式中液压缸的最大行程MM设计要求400MML液压缸内径MM取H180MM316活塞宽度的确定B活塞的宽度一般取（0610）D即（0510）320（180140）MM取173MM317缸体长度的确定液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程L与活塞宽度B的和。缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径的2030倍。318缸筒壁厚的计算在中、低压系统中，液压缸的壁厚基本上由结构和工艺上的要求确定，壁厚通常都能满足强度要求，一般不需要计算。但是，当液压缸的工作压力较高和缸筒内径较大时，必须进行强度校核。当时，称为薄壁缸筒，按材料力学薄壁圆筒公式计算，计算公式为08D（35）MAX2PD需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑式中，缸筒内最高压力；MAXP缸筒材料的许用压力。,为材料的抗拉强度，N为安全系数，当/BB时，一般取。08D5N当时,按式（36）计算03该设计采用无缝钢管（36）MAX2P根据缸径查手册预取30此时30081D最高允许压力一般是额定压力的15倍，根据给定参数，所以20PMA201530MPMAXP100110M（无缝钢管），取100A，其壁厚按公式（36）计算为AX4532047231PM满足要求，就取壁厚为50MM。319缸体外径尺寸的计算缸体外径1402794D查机械手册表外径取194MM132校核计算321活塞杆强度和液压缸稳定性计算活塞杆强度计算活塞杆的直径按下式进行校核D4F37式中，为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力，,N一般取140。/BN36410180143598/DMM满足要求液压缸稳定性计算活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载KF，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。K的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。若活塞杆的长径比且杆件承受压负载时，则必须进/10LD行液压缸稳定性校核。活塞杆稳定性的校核依下式进行需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑KNF38式中，为安全系数，一般取KN24。A当活塞杆的细长比时/LRMI392KIEJFLB当活塞杆的细长比时/KLRI31021KKFAALIR式中，L为安装长度，其值与安装方式有关；KR为活塞杆横截面最小回转半径，AJRK/；为柔性系数，其值见表34；为由液压缸支撑方式决定的末端系数；E为活塞MI杆材料的弹性模量，对钢取21/062MNE；为活塞杆横截面惯性矩；A为活塞杆横截面积；F为由材料强度决定的实验值，为系数，具体数值见表35。表34液压缸支承方式和末端系数的值I支承方式支承说明末端系数I一端自由一端固定1/4两端铰接1一端铰接一端固定2两端固定4表35F、的值M材料28/10NFM铸铁561/160080锻铁251/9000110钢491/500085需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑C当时,缸已经足够稳定，不需要进行校核。20LK此设计安装方式两端固定的方式，此缸已经足够稳定，不需要进行稳定性校核。322缸筒壁厚的验算液压缸的额定压力值应低于一定的极限值，保证工作安全NP（310）21035SNDPMPA根据式（310）得到2140803563NPPA显然，额定油压20MP，满足条件；NP33结构设计331活塞设计活塞结构的设计活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，所以在此选用整体式活塞，形式如下图图32整体式活塞此整体式活塞中，密封环和导向套是分槽安装的。活塞的材料选用高强度球墨铸铁QT6003加工公差活塞的配合因为使用了组合形式的密封器件，所以要求不高，这里不加叙述。活塞外径对内孔的同轴度公差不大于002MM，断面与轴线的垂直度公差不大于004MM/100MM，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半。332密封件的选用对密封件的要求在液压元件中，液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊液压缸，如摆动液压缸等。液需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑压缸不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度的适应范围大，要求弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装拆，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。密封件一般以断面形状分类，有O形、Y形、U形、V形和YX形等。除O形外，其他都属于唇形密封件。O形密封圈的选用液压缸的静密封部位主要有活塞内孔与活塞杆、支撑座外圆与缸筒内孔、端盖与缸体端面等处。静密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。动密封部位密封圈的选用由于O型密封圈用于往复运动存在起动阻力大的缺点，所以用于往复运动的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金属密封圈。液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支撑座（或导向套）的密封等。活塞环是具有弹性的金属密封圈，摩擦阻力小，耐高温，使用寿命长，但密封性能差，内泄漏量大，而且工艺复杂，造价高。对内泄漏量要求不严而要求耐高温的液压缸，使用这种密封圈较合适。V形圈的密封效果一般，密封压力通过压圈可以调节，但摩擦阻力大，温升严重。因其是成组使用，模具多，也不经济。对于运动速度不高、出力大的大直径液压缸，用这种密封圈较好。U形圈虽是唇形密封圈，但安装时需用支撑环压住，否则就容易卷唇，而且只能在工作压力低于10MPA时使用，对压力高的液压缸不适用。比较而言，能保证密封效果，摩擦阻力小，安装方便，制造简单经济的密封圈就属YX型密封圈了。它属于不等高双唇自封压紧式密封圈，分轴用和孔用两种。综上，所以本设计选用YX型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用，可以显著提高密封性能A降低摩擦阻力，无爬行现象；B具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长；C安装沟槽简单，拆装简便。这种组合的特别之处就是允许活塞外园和缸筒内壁有较大间隙，因为组合式密封的密封圈能防止挤入间隙内，降低了活塞与缸筒的加工要求，密封方式图如下图33密封方式图333活塞杆的设计活塞杆杆体的选择此次设计选用的是实心杆件，形式如下图需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图34活塞杆活塞杆与活塞的连接形式此次设计采用的是锁紧螺母型连接，如下图图35锁紧螺母型活塞杆材料和技术要求A因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在051MM左右。B安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于001MM，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于004MM/100MM，保证活塞安装不产生歪斜。C活塞杆外圆粗糙度选择为03ARMD因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。活塞杆的导向、密封和防尘A导向环选择非金属导向环，用高强度塑料制成，这种导向环的优点是摩擦阻力小、耐磨、使用寿命长、装导向环的沟槽加工简单，并且磨损后导向环易于更换。B密封YX型轴用密封圈加轴用阶梯圈组合使用，这样比起单独密封，可以减小摩擦，减少泄漏量，增加寿命。C防尘使用DH防尘圈，材料是聚氨酯，既有防尘作用，又有润滑作用。334缓冲装置和排气阀缓冲装置液压缸中缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。最常用的是节流口可调式和节流口变化式两种。其中，节流口可调式缓冲装置在节流口调定后，需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑工作原理上就相当于一个单孔口式的缓冲装置。表36示节流口可调式和节流口变化式两种缓冲装置的主要性能。表36液压缸中常用的缓冲装置名称和工作原理图特点说明1针形节流阀2单向阀被封在活塞和缸盖间的油液经针形节流阀流出节流阀开口可根据负载情况进行调节起始缓冲效果大，随着活塞的行进，缓冲效果逐渐减弱，故制动行程长缓冲腔中的冲击压力大缓冲性能受油温影响适用范围广1轴向节流阀被封在活塞和缸盖间的油液经活塞上的轴向节流槽流出缓冲过程中节流口通流截面不断减小，当轴向槽的横截面为矩形，纵截面为抛物线形时，缓冲腔可保持恒压缓冲作用均匀，缓冲腔压力较小，制动位置精度高综合所上本设计选择节流可调式缓冲装置。排气装置液压系统在安装过程中或长时间停止工作之后会渗入空气，油中也会混入空气，由于气体具有较大的可压缩性，将使油缸工作中产生振动、颤抖和爬行，并伴随有噪声和发热等系列不正常现象。因此在设计油缸结构时，要保证能及时排除积聚在缸内的气体。一般利用空气比重较油轻的特点，在油缸内腔的最高部位设置进出油口或专门的排气装置如排气螺钉、排气阀等，使积聚于缸内的气体排出缸外。图36排气装置的形式需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑排气装置的形式和结构见图36，一般有整体排气塞和组合排气塞两种。整体排气塞（图C、E）由螺纹与缸筒或端盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面空隙中挤出并经斜孔排出缸外。这种排气装置简单方便，但螺纹与锥面密封处同心度要求较高，否则拧紧排气塞后不能密封，会造成外泄漏。组合排气塞一般由螺塞和锥阀组成。螺塞拧松后，锥阀在压力的推动下脱离密封面而排出空气。锥阀可以采用图A所示的锥面密封，也可以采用图B所示的锥面密封，还可以采用图G所示的钢珠密封。后两种排气密封形式对高压缸比较适用。所以本设计排气装置选择图（G）。34强度校核341油缸强度计算根据第三章的设计计算，可知主油缸的外径D1420MM，油缸内径D320MM，活塞杆直径D280MM。其实际工作压力为主压力P0785PN，回程压力P回0785（）PN,P为液22D体工作压力（MPA），本设计中选用的P为250MPA。根据结构尺寸，得主压力KNP1970253780回程压力4628）（回（1）缸体的强度计算1、中段强度缸体材料选用35锻钢，应用第四强度理论进行计算。100120MPA321PD式中符号尺寸见图31KN1032534022、支承台肩处强度计算1支承台肩结构见图52，其接触面挤压应力2785032SDP式中245193倒角尺寸MSDKNP需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑许用挤压应力（MPA）120MPA57424807519MPA图51油缸结构图图52油缸支承台肩处尺寸2从图52可见，台肩处断面上的合成应力为弯曲应力与拉伸应力之和。即MPAHADP120678502123式中LN2123451912113DHTMAMKNTNDP/5043971H20MMH1525MM214213H材料波松比系数。钢03；铸铁025需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑得12305240132代入数据，可求出MA32048LN54201320132304815MA16KNMPA685320457801923、缸底强度计算缸底结构如图53，按圆形平板弯曲计算图53缸底结构尺寸图54缸口结构MPABPD10187502式中P25MPAD320MMB110MMDID1120MMD220MM078代入上式，可得MPA5107832150（2）缸口部分的强度计算1、作用在缸口导套及法兰盘上的力需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑KNPDDP7850211式中符号见图34，尺寸为D1320MMD280MMKN46252803785012、螺栓计算螺栓选用12个M30的沉头螺栓，材料为45钢，M30的螺纹内径为D内262。螺栓拉伸应力为1NFP式中N螺栓数目N12F1螺栓截面积（MM）F10785224526M许用拉伸应力对大于M12螺栓120MPA对小于M12螺栓100MPAPA73451263、缸口导套挤压计算缸口导套材料选用HT2040，导套挤压应力为AD10785021式中符号见图34，尺寸为D1320MMD2305MM带入数据，可得MPA643052780424、法兰盘计算法兰材料选用35钢，故弯曲应力PAHDDPCP15023041弯弯式中符号见图34，尺寸为D3340MMDCP315MM21D4480MMD032MMH65MM需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑代入数据，可得弯MPA2465320481316）（弯342活塞部分的强度计算活塞杆材料为35钢，活塞杆直径为280MM，长度2000MM，长径比值7。在加压过程中活塞仅受压，面积较大。故对其挤压及稳定性可略去不计。（1）活塞头部导向套计算图55活塞头部结构导套材料为HT2040，活塞头部结构见图55。导套挤压应力为2785012SDPD式中符号见图45，尺寸为D280MMD1200MMS2MMS23MM许用挤压应力MPA1000MPA代入数据，可得MPA462048750532（2）活塞头部锁母螺纹应力计算锁母螺纹所受的力（KN）PDDP785021式中符号见图35，尺寸为D320MMD1200MM带入数据，可得KNP12052037850螺纹剪切应力需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑MPAKDP60B内螺纹弯曲应力ATD120BH32弯内弯式中螺纹选取为M2804D中螺纹中径（MM）,D中2774MM；D内螺纹内径（MM）,D内2748MM；B螺纹长度（MM）,B56MM；T螺距（MM）,T4MM；H螺纹高度（MM）,H259MM；K螺纹完满系数，对三角形螺纹取K081。代入数据，可得MPA3180562741375492弯弯（3）活塞与活动横梁端面挤压应力活动横梁材料选用HT2040，取许用挤压应力100MPA。得图546活塞与活动横梁联接图2785042SDP式中各符号见图56，尺寸为D280MMS5MMD4125MMS43MM代入数据，可得需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑MPA4612502875097（4）活塞与扩径装置链接螺母计算螺纹剪切应力PABKP60D内回螺纹弯曲应力MATDH120B32弯内回弯式中各符号尺寸为螺纹选取M1504故螺纹内径螺纹高度H26MMM814内D2内外D式中B螺纹长度（MM）,B85MM；T螺距（MM）,T4MM；K螺纹完满系数，三角形螺纹取K081；P回回程吨位（KN）,P回462KN。代入数据，可得MA158014362P3642弯弯需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑第四章液压系统的设计41油泵的选择411油泵工作压力的确定油泵工作压力为PP（41）PB由于在扩径机液压系统中，压力所经过的阀的数量不多，故压力损失P不大，参照表110选取P05MP。2005205MPAB所选油泵的额定工作压力应为12512520525MPAP额PB412油泵流量的确定油泵流量为K（Q）123L/MIN（42）QBMAX选用的油泵为YYBBC160/48B双联叶片油泵413管道尺寸的确定油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，P3125MPA，钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不63PMA能任意弯曲，常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。1管接头的选用管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上，为此对管材的选用，接头形式的确定（包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等），管系的设计（包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等）以及管道的安装（包括正确的运输、储存、清洗、组装等）都要考虑清楚，以免影响整个液压系统的使用质量。国外对管子的材质、接头形式和连接方法上的研究工作从不间断，最近出现一种用特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它在常温下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已经在航空和其它一些加工行业中得到了应用，它能保证在4055MPA的工作压力下不出现泄漏。本设计根据需要，选择卡套式管接头。要求采用冷拔无缝钢管。2管道内径计算（43）4QDMV式中Q通过管道内的流量3MSV管内允许流速，见表S41允许流速推荐值油液流经的管道推荐流速M/S液压泵吸油管051液压系统压油管道36，压力高，管道短粘度小取大值液压系统回油管道15261液压泵压油管道的内径取V4M/S4QDMV3501664M根据机械设计手册成大先P20641查得取D20MM,钢管的外径D28MM管接头联接螺纹M272。2液压泵回油管道的内径取V24M/S需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑4DMV37065124M根据机械设计手册成大先P20641查得取D25MM,钢管的外径D34MM管接头联接螺纹M332。（3）管道壁厚的计算2PDM式中P管道内最高工作压力PAD管道内径M管道材料的许用应力PA，BN管道材料的抗拉强度PABN安全系数，对钢管来说，时，取N8；时，7PMPA175PMPA取N6；时，取N4。175PPA根据上述的参数可以得到我们选钢管的材料为45钢，由此可得材料的抗拉强度600MPAB60MPA1541液压泵压油管道的壁厚63320125PDMMPA2液压泵回油管道的壁厚所以所选管道适用。6331201265PDMA42液压阀及辅助元件的选择（1）阀的规格根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20以内的短时间过流量。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑（2）阀的型式，按安装和操作方式选择。表41液压元件型号及规格（GE系列）序号名称通过流量型号及规格1滤油器1147XLX06802齿轮泵975CB503单向阀4875AF3EA10B4外控顺序阀4875XF310B5溢流阀3375YF310B6三位四通电磁换向阀97534EF3YE10B7单向顺序阀1157AXF310B8液控单向阀1157YAF3EA10B9二位二通电磁换向阀82122EF3E10B10单向调速阀975AQF3E10B11压力表Y100T12压力表开关KF3E3B13柴油机Y90S643确定液压油箱容积初设计液压油箱容量时，可按参考文献经验公式23431来确定，待系统稳定后，再按散热的要求进行校核。油箱容量为40VQL式中液压油箱的容积（L）液压泵的总额定流量（L/MIN）V与液压系统压力有关的经验系数，查参考文献1表23411取，因设57计中需将在借助油箱顶盖安放液压阀集成装置，现取6所以选用容量为180L的油箱。44确定液压油液根据所选用的液压泵类型，参照参考文献4表117，选用牌号为LHL32的油液，考虑到油的最低温度为15，查得15时该液压油的运动粘度为150CST15，油的密度为C2/CMS920。3/KGM45液压系统的验算451压力损失的验算需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑运动部件工作进给时的最大速度为12M/MMI