自卸车举升油缸设计

保定理工学院本科毕业设计ii自卸车举升油缸设计摘要本毕业设计主要针对三级单作用式液压油缸的设计进行详细的研究。通过国内外的研究现状以及研究目的，确定设计的目标，提出在设计时应注意的相应问题，同时制定相应的设计方案。本次设计的自卸车举升油缸为三级油缸，通过举升角，油缸工作压力等参数计算出各节油缸的内径和活塞杆直径，并同时计算缸筒壁厚以及缸底厚度，确定各级活塞的行程。得到各节油缸的对应尺寸后，校验油缸额定压力，爆裂压力等数据。之后对缸筒，活塞，活塞杆的材料进行选择，并明确技术要求和加工要求。最后对油缸的安全使用和故障排除进行简单介绍。关键词：自卸车；液压油缸；液压系统目录TOC\o"1-3"\h\u第1章绪论 11.1研究目的及意义 11.2研究现状 2第2章总体方案分析及确定 32.1总设计内容分析 3105062.2液压系统分析 32.3液压油缸分析 42.3.1液压油缸的参数选择 4第3章液压举升系统的设计 73.1液压缸设计时应注意的问题 73.2液压缸的尺寸计算 73.2.1基本参数和计算方法的选择 73.2.2举升油缸内径的计算 83.3油缸壁厚及缸底厚度的计算 103.3.1第一节油缸壁厚计算 113.3.2第一节缸底厚度的计算 123.3.3第二节油缸壁厚的计算 123.3.4第二节缸底厚度的计算 123.3.5第三节油缸壁厚的计算 123.3.6第三节缸底厚度的计算 133.4活塞杆及活塞的计算 12272563.4.1活塞杆的计算 14272563.4.2活塞的直径以及活塞的厚度计算 143.5活塞行程的选择 143.6缸筒与缸盖焊接连接的应力计算 15第4章 液压缸主要元件的强度校验 164.1缸筒的校验 164.1.1缸筒的额定压力校验 164.1.2缸筒的塑性变形压力校验 164.1.3缸筒的爆裂压力校验 174.1.4缸筒的径向变形校验 184.2活塞杆的校验 194.2.1活塞杆的强度检验 194.2.2活塞杆的弯曲稳定性校验 19第5章主要元件的材料选择与加工要求 205.1缸筒的材料选择与加工要求 205.1.1缸筒的材料选择和连接方式 205.1.2缸筒的主要技术要求 205.1.3缸筒的加工要求 215.2活塞杆的材料选择与加工要求 215.2.1活塞杆的材料选择 215.2.2活塞杆的加工要求 215.2.3活塞杆的密封及防尘 215.3活塞的材料选择与加工要求 225.3.1活塞的材料选择 225.3.2活塞的加工要求 2219760第6章液压缸的缓冲装置 23236146.1缓冲装置的设计 23第7章液压缸使用时的故障及排出方法 247.1液压缸的安全使用 247.2液压缸的常见故障及排除方法 24总结 25参考文献 26致谢 27第4章 液压缸主要元件的强度校验4.1缸筒的校验4.1.1缸筒的额定压力校验计算出每节缸筒的壁厚后，需要对缸筒的额定压力进行验算Pn=20MPa，保证液压缸能安全稳定的工作。液压缸的额定压力值需小于一定的极限值。计算公式为：Ρ其中Pn为液压缸的额定压力值Pn=20MPa，D为缸筒的外径，D1为缸筒的内径，σs为材料的屈服强度。第一节缸筒的外径为290，内径为250，代入公式：Ρ第一节缸筒的计算结果符合要求。第二节缸筒的外径为240，内径为200，代入公式：Ρ第二节缸筒的计算结果符合要求。第三节缸筒的外径为190，内径为160，代入公式：Ρ第三节缸筒的计算结果符合要求。4.1.2缸筒的塑性变形压力校验液压缸在工作中为了防止发生塑性变形，需对额定压力与塑性变形压力进行验算，二者需要有一定的比列范围。范围为：P塑性变形压力计算公式为：P第一节油缸的缸筒的外径为290，内径为250，代入公式：P第一节油缸的塑性变形压力为89.792MPa。第一节油缸的额定压力和塑性变形压力的计算为：P第一节油缸符合要求。第二油缸的缸筒的外径为240，内径为200，代入公式：P第二节油缸的塑性变形压力为110.837MPa。第二节油缸的额定压力和塑性变形压力的计算为：P第二节油缸符合要求。第三油缸的缸筒的外径为190，内径为160，代入公式：P第三节油缸的塑性变形压力为103.822MPa。第三节油缸的额定压力和塑性变形压力的计算为P第三节油缸符合要求。4.1.3缸筒的爆裂压力校验油缸的爆裂压力应大于耐压试验压力PT，才能保证油缸能安全稳定的工作。σB为材料的抗拉强度。爆裂压力的计算公式为：PPr为缸筒的耐压试验压力：P取耐压试验压力为40MPa。第一节油缸的的外径为290，内径为250，代入公式：P第一节油缸的爆裂压力为103.04MPa，大于耐压试验压力，符合要求。第二节油缸的的外径为240，内径为200，代入公式：P第二节油缸的爆裂压力为127.19MPa，大于耐压试验压力，符合要求。第三节油缸的的外径为190，内径为160，代入公式：P第三节油缸的爆裂压力为119.14MPa，大于耐压试验压力，符合要求。4.1.4缸筒的径向变形校验油筒的径向变形要控制在一定的限度之内，不能超出密封的容许限度。E为缸筒材料的弹性模量，E=2.1×105ΔD第一节油缸的的外径为290，内径为250，代入公式：ΔD=径向变形量在密封圈允许范围内，满足要求。第二节油缸的的外径为240，内径为200，代入公式：ΔD=径向变形量在密封圈允许范围内，满足要求。第二节油缸的的外径为190，内径为160，代入公式：ΔD=径向变形量在密封圈允许范围内，满足要求。4.2活塞杆的校验4.2.1活塞杆的强度校验活塞杆的强度计算公式为： σ代入数据：σ24.7MPa≤σp=122MPa,满足要求。4.2.2活塞杆的弯曲稳定性校验当液压缸的支撑长度大于（10~15）倍活塞杆直径时需要进行活塞杆弯曲稳定性校验。L代入数据：L显然，液压缸不在范围之内，无需验算。第5章主要元件的材料选择与加工要求5.1缸筒的材料选择与加工要求5.1.1缸筒的材料选择和连接方式油缸的缸筒和后缸盖采用焊接连接，具有结构简单，体积小的特点。但油缸在焊接时，有可能出现变形。油缸的材质要求有一定的强度及冲击韧性，一般使用的有缸材质为热轧或冷拔。油缸缸套采用45号不锈钢无缝管制造。5.1.2缸筒的主要技术要求缸筒的缸体必须具有足够的强度，在最大的操作压力和最大的动力试验压力下，不会产生永久性的变形。油缸套筒必须具有充分的刚性，同时油缸套筒必须能够经受住活塞的横向压力，以及在安装的反作用下而不发生弯曲。在工作过程中，由于油缸的内壁与活塞密封及导轨之间存在着摩擦，油缸很容易出现磨损现象。因此，对油缸缸体的使用寿命要求要能长时间工作，而且要减小磨损。为了确保活塞杆密封的密封，油缸缸体必须有很高的几何精度。油缸缸筒和缸盖的焊接件必须具有较好的可焊性，并确保油缸的焊接部位不会出现裂纹或过大的变形。5.1.3缸筒的加工要求缸筒的内径选用H8或者H9配合，表面粗糙度Ra为0.4~0.2μm。缸筒的圆度选择范围为8级精度或者9级精度。缸筒的端面垂直度选择7级精度。由于自卸车工作环境为露天潮湿环境，对液压缸的防腐和密封需要更高的精度要求，通常情况都是在内表面度上铬，之后再进行特种加工，镀后珩磨或者镀后抛光。特种加工选择为珩磨。珩磨是利用带有磨石的珩磨头对孔进行精整加工。珩磨可以改善孔口的尺寸、形状、表面质量，但不能提高孔的位置精度。珩磨能加工15~500mm或者更大的孔。5.2活塞杆的材料选择和加工要求5.2.1活塞杆的材料选择活塞的结构为空心结构，其要求制造精度高，材料选择需要更高精度的材料，材料选择为45号无缝钢管。参考表5-1活塞杆常用的材料机械性能。表5-1活塞杆常用的材料机械性能。材料编号抗拉强度屈服强度热处理表面处理35号碳素钢≥520≥310调质镀铬45号碳素钢≥600≥340调质镀铬5.2.2活塞杆的加工要求活塞杆需在导向套中滑动，通常采用H8/h7配合。太紧和太松都不易于油缸工作，若安装过紧，在运动中摩擦力大易磨损。若安装过松，在运动中易造成活塞杆单边磨损，同时也会引起卡滞现象。活塞杆的外径公差选择范围为f7~f9，直线度≤0.02mm/100mm,表面粗糙度Ra≤0.3~0.4μm精度要求高时，Ra≤0.1~0.2μm。活塞杆的外径圆柱度公差值，应该选择8级精度。活塞杆表面需要镀上硬铬，镀层厚度为15μm~25μm，防腐要求高的情况下，需要镀上一层软铬，再镀上硬铬，最后在进行抛光处理。考虑到自卸车的工作环境恶劣，尘土易进入油缸，露天环境腐蚀性强。本次活塞杆的表面处理为：喷涂Ceramax-1000陶瓷涂层，这种涂层比表面镀上硬铬的活塞杆能有更高的强度，抗腐蚀性以及抗磨损。工艺制作比镀硬铬更加简单。5.2.3活塞杆的密封及防尘在以往的设计中，密封件通常使用O型密封，窄截面Y型密封和

V型密封。这种类型的密封因活塞杆和密封件为干摩擦而产生较大的摩擦力，易造成密封件的提前磨损。所以，近些年越来越多地选择组合密封件，例如K型斯特封，该密封件是两种完全不同的部件：一种是以PTFE为基体，以黄铜为填充材料制成的阶梯状密封件，一种是以O型为主体的O型密封件。组合密封件的优点是：工作时摩擦小，启动时不打滑，泄漏率很小，耐磨耗。在对活塞杆进行防尘时，一般采用无骨架的防尘圈。现在常用的是，能起到防尘和密封作用的双唇式防尘圈。外边缘的功能是防止灰尘进入，使活塞杆表面清洁，而内边缘的功能是封闭活塞口。当活塞杆向外伸展时，经由主密封环附着于活塞杆表面的油膜，也就是由双唇式挡泥板的内层刮除，从而使主密封环与挡泥板之间留有一层油膜；具有润滑功能，延长密封件的寿命。5.3活塞的材料选择和加工要求5.3.1活塞的材料选择活塞无导向环的结构，材料选择为HT200~300高强铸铁、球墨铸铁、QA19-4等。带导向的活塞，材料为选择20、35、45型号的碳钢。5.3.2活塞的加工要求活塞外径对内径的径向跳动公差值按7级精度或者8级精度选取。端面对内控轴线的垂直度公差值按7级精度选取。活塞的圆柱度公差值按9级、10级或者11级精度来选取。如活塞有导向环，外径、表面粗糙度等加工要求较低。液压缸缓冲装置6.1缓冲装置的设计当油缸传动的工件重量很大、运动速率很高时，因其动量很大，以致到了冲程结束时；活塞与有缸相互撞击，产生震动及噪声。所以，对于速度快、精度高的大型油缸，就必须设置缓冲器。该油缸的缓冲器是的工作原理为：在活塞达到冲程终点前一段距离时，以某种方式将排油室中的油料一部分或完全封死，并由节流小孔放出，这样，被封死的油料就会在活塞的放油一侧形成一个合适的缓冲器；用来抵消柱塞的冲撞力，以确保起到减速的作用。缓冲装置可以通过短距离的运动来吸收能量。在缓冲器的作用下，要尽可能地避开产生的压力冲击，当缓冲器的强度达到峰值时，则会使缓冲器的压力改变成为一个渐进的过程。缓冲腔内的峰值压力要小于供油压力的1.5倍。动能转化变为热能是油温上升时，油液的最高温度不应超过密封件的允许极限。设计一种在工程机械上使用的油缸，油缸上安装了一套减震装置，减震装置的构造有多种。在不了解活塞的实际移动速率和移动部件质量的情况下，使用了一种固定型恒定节流面积的缓冲器。其工作原理为：当活塞移动到缸头时，活塞上的凸起就会进入缸头的凹槽，将堵在回油腔内油通过凸起和凹槽之间的环状缝隙挤出，从而提高回油腔内压，从而产生缓冲压力；这样就会降低活塞的运动速度。第7章液压缸使用时的故障及排除方法7.1液压缸的安全使用三级单作用液压缸在使用时应避免超载和超压，并在保养的过程中应注意避免损伤液压缸。油缸在工作时尽量避免高温高压区域，使用时应当遵守安全操作规范。7.2液压缸的常见故障及排除方法油缸在工作时可能会发生故障，常见故障为：液压缸漏油以及活塞卡滞。需要在工作前排除故障，否则会造成油缸损坏。若液压油缸漏油，排除方法为：检查密封件的情况，如有损坏和磨损，应及时更换密封件。若活塞卡滞，排除方法为：在工作前检查活塞与缸体之间额定润滑情况，如是润滑油过少或已经没有润滑油的情况，应及时加注润滑油。总结本次设计了一种适用于倾卸车起重工作的新型起重液压缸及液压系统。按照设计目标，设计方法和步骤，对设计方案进行调查，搜集数据并进行总结；完成了结构的设计和分析，并绘制装配图和零件图。在液压系统的设计中举升重量、举升距离和举升角度是液压缸设计的依据，根据设计要求计算液压缸各节油缸的内径外径等参数。设计油缸为三级单作用伸缩式油缸，第一节油缸的内径为250mm，外径290mm。第二节油缸内径200mm，外径240mm，第三节油缸内径160mm，外径190mm。缸筒材料选择45号无缝钢管，能适应高压环境。单作用式油缸依靠自身重里完成活塞的伸出和缩回，将活塞杆设计成空心活塞杆能减轻整体活塞的重量，但是制造工艺比实心杆更为复杂。在活塞杆的表面喷涂Ceramax-1000陶瓷涂层能比镀铬有更好的性能，但是制造成本变高。缸筒额定压力，爆裂压力，活塞杆直径皆进行验算，符合要求。本次设计的油缸结构简单，装配方便，采用三级式伸缩油缸有很长的工作行程，举升工作更加的安全可靠。本次设计的油缸材料选择并不能适应所以的工作环境，且活塞杆的制造工艺复杂，造价贵，不适合大规模批量生产。参考文献【1】成大先.机械设计手册[M].第六版.北京化学工业出版社,2016:21-58【2】刘茜,卞学良.专用汽车结构与设计[M].北京:机械工业出版社,2019:142-158【3】石少军，姚强强，陈毅.内燃机与配件[J].25吨后倾式自卸车液压举升机构设计.2019,04（32）:74-75【4】杨先平.机床与液压[J].自卸车举升油缸的设计.2013,10(46):119-120【5】\t"/kns8/defaultresult/knet"钱俊,

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