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中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第88頁(yè)
1 緒論
1．1礦井提升在礦山生產(chǎn)中的地位
礦井提升設(shè)備是沿井筒提升礦石、廢石、升降人員和設(shè)備、下放材料的大型機(jī)械設(shè)備。它是礦山井下生產(chǎn)系統(tǒng)和地面工業(yè)廣場(chǎng)相連接的樞紐、是礦山運(yùn)輸?shù)难屎?。因此，礦井提升設(shè)備在礦井生產(chǎn)全過(guò)程中占有及其重要的地位。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)的機(jī)械化和集中化，目前，世界上經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的一些國(guó)家，提升機(jī)的運(yùn)輸速度已達(dá)，一次提升量達(dá)到，電動(dòng)機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)，其安全可靠性尤為突出。在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，如果提升設(shè)備出現(xiàn)了故障，必然會(huì)造成停產(chǎn)。輕者，影響礦石產(chǎn)量，重者，則會(huì)危及人身安全。
此外，礦山提升設(shè)備是一大型的綜合機(jī)械－電氣設(shè)備，其成本和耗電量比較高，所以，在新礦井的設(shè)計(jì)和老礦井的改建設(shè)計(jì)中，確定合理的提升系統(tǒng)時(shí)，必須經(jīng)過(guò)多方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合礦井的具體條件，保證提升設(shè)備在選型和運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)方面都是合理的，即要求礦井提升設(shè)備具有經(jīng)濟(jì)性。
1．2礦井提升設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
礦井提升裝置是采礦業(yè)的重要設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，人們對(duì)提升機(jī)工作特性的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，提升設(shè)備及拖動(dòng)控制系統(tǒng)也逐步趨于完善，各種新技術(shù)、新工藝逐步應(yīng)用于礦井提升設(shè)備中。特別是機(jī)電、機(jī)液、電液在提升機(jī)控制中的應(yīng)用己成為必然的發(fā)展方向。
研制與發(fā)展
(1)國(guó)產(chǎn)大型直流提升機(jī)及電控系統(tǒng)正在逐步完善和推廣使用。
(2)大功率變頻調(diào)速電控提升機(jī)其效率可達(dá)98%，國(guó)內(nèi)正在組織研究這種
系統(tǒng)，不少院校和研究單位都在著手研制。如天津電氣傳動(dòng)研究所已研制了一臺(tái)300kW的變頻調(diào)速裝置。
(3)可編程序控制器在提升機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用
1.3 液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)主要由動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件及傳動(dòng)介質(zhì)五大部分組成。具有以下特點(diǎn)：通過(guò)能量的相互轉(zhuǎn)換在運(yùn)行過(guò)程中具有平穩(wěn)無(wú)間隙傳動(dòng)功能，以實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)變速，簡(jiǎn)化傳動(dòng)；可自動(dòng)循環(huán)工作、自動(dòng)過(guò)載保護(hù)；在同等功率輸出情況下，液壓傳動(dòng)裝置具有體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)動(dòng)慣性小、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)；由于油作為傳動(dòng)介質(zhì)，液壓元件具有自我潤(rùn)滑作用，壽命延長(zhǎng)，且液壓元件都是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化產(chǎn)品，便于互換和推廣應(yīng)用。
2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為液壓主機(jī)設(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足主機(jī)工作循環(huán)所需的全部技術(shù)要求，且靜動(dòng)態(tài)性能好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好、使用維護(hù)方便。為此，要明確與液壓系統(tǒng)有關(guān)的主機(jī)參數(shù)的確定原則，要與主機(jī)的總體設(shè)計(jì)（包括機(jī)械、電氣設(shè)計(jì)）綜合考慮，做到機(jī)、電、液相互配合，保證整機(jī)的性能最好。
液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟一般是：
1) 明確液壓系統(tǒng)的使用要求，進(jìn)行負(fù)載特性分析。
2) 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)方案。
3) 計(jì)算液壓系統(tǒng)主要參數(shù)。
4) 繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖。
5) 選擇液壓元件。
6) 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能。
7) 液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
8) 繪制工作圖，編制文件，并提出電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。
2.1液壓系統(tǒng)的使用要求及速度負(fù)載分析
2.1.1使用要求
主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的使用要求是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。因此，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)前必須明確下列問(wèn)題：
1) 主機(jī)的用途、總體布局、對(duì)液壓裝置的位置及空間尺寸的限制。
2) 主機(jī)的工藝流程、動(dòng)作循環(huán)、技術(shù)參數(shù)及性能要求。
3) 主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的工作方式及控制方式的要求。
4) 液壓系統(tǒng)的工作條件和工作環(huán)境。
5) 經(jīng)濟(jì)性與成本等方面的要求。
2.1.2速度負(fù)載分析
對(duì)主機(jī)工作過(guò)程中各執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度及負(fù)載規(guī)律進(jìn)行分析的內(nèi)容包括：
1) 各執(zhí)行遠(yuǎn)近無(wú)負(fù)載運(yùn)動(dòng)的最大速度（快進(jìn)、快退速度）、有負(fù)載的工作速度（工進(jìn)速度）范圍以及它們的變化規(guī)律，并繪制速度圖（）。
2) 各執(zhí)行元件的負(fù)載是單向負(fù)載還是雙向負(fù)載、是與運(yùn)動(dòng)方向相反的正值負(fù)載還是與運(yùn)動(dòng)方向相同的負(fù)值負(fù)載、是恒定負(fù)載還是變負(fù)載，負(fù)載力的方向是否與液壓缸活塞軸線重合，對(duì)復(fù)雜的液壓系統(tǒng)需繪制復(fù)雜譜（）。
2.2液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2.2.1確定回路方式
一般選用開(kāi)式回路，即執(zhí)行元件的排油回油箱，油液經(jīng)過(guò)沉淀、冷卻后再進(jìn)入液壓泵的進(jìn)口。行走機(jī)械和航空航天液壓裝置為減少體積和重量可選擇閉式回路，即執(zhí)行元件的排油直接進(jìn)入液壓泵的進(jìn)口。本設(shè)計(jì)選用開(kāi)式回路。
1. 選用液壓油液
普通液壓系統(tǒng)選用礦油型液壓油作工作介質(zhì)，其中室內(nèi)設(shè)備多選用汽輪機(jī)油和普通液壓油，室外設(shè)備則選用抗磨液壓油或低凝液壓油，航空液壓系統(tǒng)多選用航空液壓油。對(duì)某些高溫設(shè)備或井下液壓系統(tǒng)，應(yīng)選用難燃介質(zhì)，如膦酸酯液、水一乙二醇、乳化液。液壓油液選定后，設(shè)計(jì)和選擇液壓元件時(shí)應(yīng)考慮其相容性。本系統(tǒng)屬于普通液壓系統(tǒng)，故選用礦油型液壓油作為工作介質(zhì)。
2. 初定系統(tǒng)壓力
液壓系統(tǒng)的壓力與液壓設(shè)備工作環(huán)境、精度要求等有關(guān)。
工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來(lái)初步確定，經(jīng)相關(guān)資料初步確定系統(tǒng)的工作壓力P=10Mpa。
3. 選擇執(zhí)行元件
1) 若要求實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，選用液壓馬達(dá)。如果轉(zhuǎn)速高于500，可直接選用告訴液壓馬達(dá)，如齒輪馬達(dá)、雙作用葉片馬達(dá)或軸向柱塞馬達(dá)；若轉(zhuǎn)速低于500，可選用低速液壓馬達(dá)或告訴液壓馬達(dá)加機(jī)械減速裝置，低速液壓馬達(dá)有單作用連桿型徑向柱塞馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)。
2) 要求往復(fù)擺動(dòng)，可選用活塞液壓缸。
3) 若要求實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選用活塞液壓缸或柱塞液壓缸。如果是雙向工作進(jìn)給，應(yīng)選用雙活塞桿液壓缸；如果只要求一個(gè)方向工作、反向退回，應(yīng)選用單活塞桿液壓缸；如果負(fù)載力不與活塞桿軸線重合或缸徑較大、行程較長(zhǎng)，應(yīng)選用柱塞缸，反向退回則采用其他方式。
4. 確定液壓泵類型
1) 系統(tǒng)壓力，選用齒輪泵或雙作用葉片泵；，選用柱塞泵。在本系統(tǒng)中為了保證整個(gè)系統(tǒng)的良好工作，選用葉片泵。
2) 若系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速，選用定量泵，若系統(tǒng)要求高效節(jié)能，應(yīng)選用變量泵。本系統(tǒng)屬于一泵多缸的系統(tǒng)，而且執(zhí)行元件不是同時(shí)工作，所以本系統(tǒng)中選用變量柱塞泵。
3) 若液壓系統(tǒng)有多個(gè)執(zhí)行元件，且各工作循環(huán)所需流量相差很大，應(yīng)選用多臺(tái)泵供油，實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)速。
5. 選擇調(diào)速方式
1) 中小型液壓設(shè)備特別是機(jī)床，一般選用定量泵節(jié)流調(diào)速。若設(shè)備對(duì)速度穩(wěn)定性要求較高，則選用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路。
2) 設(shè)備可采用定量泵變轉(zhuǎn)速調(diào)速，同時(shí)用多路換向閥閥口實(shí)現(xiàn)微調(diào)。
3) 采用變量泵調(diào)速，可以是手動(dòng)變量調(diào)速，也可以是壓力適應(yīng)變量調(diào)速。在本系統(tǒng)中選用手動(dòng)變量調(diào)速。
6. 確定調(diào)壓方式
1) 溢流閥旁接在液壓泵出口，在進(jìn)油和回油節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中為定壓閥，保持系統(tǒng)工作壓力恒定 ，其他場(chǎng)合為安全閥，限制系統(tǒng)最高工作壓力。當(dāng)液壓系統(tǒng)在工作循環(huán)不同階段的工作壓力相差很大時(shí)，為節(jié)省能量消耗，應(yīng)采用多級(jí)調(diào)壓。
2) 中低壓系統(tǒng)為獲得低于系統(tǒng)壓力的二次壓力可選用減壓閥，大型高壓系統(tǒng)宜選用單獨(dú)的控制油源。
3) 為了使執(zhí)行元件不工作時(shí)液壓泵在很小輸出功率下工作，應(yīng)采用卸載回路。
4) 對(duì)垂直性負(fù)載應(yīng)采用平衡回路，對(duì)垂直變負(fù)載則應(yīng)采用限速鎖，以保證重物平穩(wěn)下落。
7. 選擇換向回路
1) 若液壓設(shè)備自動(dòng)化程度較高，應(yīng)選用電動(dòng)換向。此時(shí)各執(zhí)行元件的順序、互鎖、聯(lián)動(dòng)等要求可由電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
2) 對(duì)行走機(jī)械，為工作可靠，一般選用手動(dòng)換向。若執(zhí)行元件較多，可選用多路換向閥。
8. 繪制液壓系統(tǒng)原理圖
液壓基本回路確定以后，用一些輔助元件將其組合起來(lái)構(gòu)成完整的液壓系統(tǒng)。在組合回路時(shí)，盡可能多地去掉相同的多余元件，力求系統(tǒng)簡(jiǎn)單，元件數(shù)量、品種規(guī)格少。綜合后的系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)主機(jī)要求的各項(xiàng)功能，并且操作方便，工作安全可靠，動(dòng)作平穩(wěn)，調(diào)整維修方便。對(duì)于系統(tǒng)中的壓力閥，應(yīng)設(shè)置測(cè)壓點(diǎn)，以便將壓力閥調(diào)節(jié)到要求的數(shù)值，并可由測(cè)壓點(diǎn)處壓力表觀察系統(tǒng)是否正常工作。
此方案要在水泵車上加制動(dòng)裝置，制動(dòng)器的安裝可以用的方式，泵車上的制動(dòng)器成對(duì)安裝于軌道兩側(cè)，制動(dòng)器所需壓力油用在泵車安裝的液壓站供給，采用液壓打開(kāi)，無(wú)壓時(shí)碟形彈簧制動(dòng)，采用抱軌制動(dòng)方式。這種制動(dòng)方式屬于事故安全型，即無(wú)論什么原因造成液壓系統(tǒng)失壓(斷電、電磁不動(dòng)作等)，則制動(dòng)器在碟形彈簧力作用下泵車可以安全制動(dòng)。因?yàn)椴捎帽к壷苿?dòng)方式，所以要求軌道壓板要有足夠的預(yù)緊力，否則出現(xiàn)斷繩時(shí)泵車下滑會(huì)把軌道拉起一起滑落。解決的方法是：可以在鋼軌上在每個(gè)壓板處焊接一個(gè)防滑的擋板，將制動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)榈啬_螺栓的剪切力。
液壓站如圖，它的控制包括電機(jī)的控制，電磁繼電器的控制和電磁換向閥的控制。液壓系統(tǒng)大致分為兩個(gè)工作狀態(tài)。油路工作狀態(tài)： 如需進(jìn)行移動(dòng)泵房時(shí)，令電機(jī)，電磁換向閥得電，油泵向液壓缸及蓄能器供油，如果壓力繼電器入口處的壓力達(dá)到了繼電器的調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信號(hào)，使電機(jī)斷電停止供油。油路卸荷狀態(tài) ：如需使泵房靜止不動(dòng)時(shí)，使換向閥失電，閥芯回到原始位置，液壓缸內(nèi)的油液卸載。
2.3液壓系統(tǒng)各元件概述
2.3.1液壓執(zhí)行元件的選擇
由于該液壓系統(tǒng)的液壓執(zhí)行元件是負(fù)責(zé)對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器的控制，因此選擇雙作用、單活塞桿液壓缸，由已知給定參數(shù)可知該系統(tǒng)中需要兩個(gè)液壓缸。
2.3.2液壓控制元件的選定
由于該系統(tǒng)為單泵多缸系統(tǒng)，因此選擇兩個(gè)三位四通電磁換向閥，考慮到缸的進(jìn)退，為保證其進(jìn)退速度相同，選擇可實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接的滑閥機(jī)能，即選用XOP型機(jī)能的電磁換向閥。
由于卸載油缸需要傾斜安裝，為保證其正常工作，需要考慮背壓，故選用背壓閥來(lái)實(shí)現(xiàn)該執(zhí)行元件工作時(shí)的平衡。
考慮到兩個(gè)油缸不同時(shí)工作，對(duì)于泵的卸荷采用帶有遠(yuǎn)程控制的電磁溢流閥。
為了實(shí)現(xiàn)在執(zhí)行元件正常工作時(shí)對(duì)泵及油箱的檢修，因此在泵的出口處裝有單向閥。
2.3.3泵的選型
液壓泵作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，將原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)）輸入的機(jī)械能（轉(zhuǎn)矩和角速度）轉(zhuǎn)換為壓力能（壓力和流量）輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。液壓泵的性能好壞直接影響到液壓系統(tǒng)的工作性能和可靠性，在液壓傳動(dòng)中占用及其重要的地位。
由于該系統(tǒng)初定的工作壓力為10Mpa，為了使該系統(tǒng)能夠更好的達(dá)到這一壓力，并有較好的性能，選用柱塞式變量泵。
液壓泵的工作原理:
單柱塞泵由偏心輪、柱塞、彈簧、缸體和單向閥等組成，柱塞與缸體孔之間形成的密閉容積。當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心輪順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，柱塞在彈簧力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，柱塞與缸體孔組成的密閉容積增大，形成真空，油箱中的油液在大氣壓下的作用下經(jīng)單向閥進(jìn)入其內(nèi)（此時(shí)單向閥關(guān)閉）。這一過(guò)程成為吸油，在偏心輪的幾何中心轉(zhuǎn)到最下點(diǎn)時(shí)，容積增大到極限時(shí)終止。吸油過(guò)程終了，偏心輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，柱塞隨偏心輪向上運(yùn)動(dòng)，柱塞與缸體孔組成的密閉容積減小，油液受擠壓經(jīng)單向閥排出，這一過(guò)程成為排油，到偏心輪的幾何中心轉(zhuǎn)到最上點(diǎn)時(shí)，容積減小至極限終止。偏心輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，泵在半個(gè)周期內(nèi)吸油，半個(gè)周期內(nèi)壓油。
綜上所述，液壓泵的工作原理可歸納如下：
1）液壓泵必須具有一個(gè)由（柱塞）和非運(yùn)動(dòng)件（缸體）所構(gòu)成的密閉容積，該容積的大小隨運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)發(fā)生周期性變化。容積增大時(shí)形成真空，油箱的油液在大氣壓作用下進(jìn)入密封容積（吸油）；容積減小時(shí)油液受擠壓克服管路阻力排出（排油）。
2）液壓泵的密閉容積增大到無(wú)限大時(shí)，先要與吸油腔隔開(kāi)，然后才轉(zhuǎn)為排油；同理，密閉容積減小到極限時(shí)，先要與排油腔隔開(kāi)，然后才轉(zhuǎn)為吸油。
3）液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)吸入或排除的油液體積取決于密閉容積的變化量。
4）液壓泵的吸油的實(shí)質(zhì)是油箱的油液在大氣壓的作用下進(jìn)入具有一定真空度的吸油腔。為防止氣蝕，真空度應(yīng)小于，因此對(duì)吸油管路的液流速度及油液提升高度有一定的限制。
5）液壓泵的排油壓力取決于排油管路油液流動(dòng)所受到的總阻力，即液流的管路損失、元件的壓力損失及需要克服的外負(fù)載阻力?？傋枇υ酱?，排油壓力越高。若 排油管路直接接回油箱，則總阻力為零，泵排出的壓力為零，泵的這一工況稱之為卸載。
6）組成液壓泵密閉容積的零件，有的是固定件，有的是運(yùn)動(dòng)件。它們之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此必然存在間隙。當(dāng)密閉容積為排油時(shí)，壓力油將經(jīng)此間隙向外泄漏，使實(shí)際排出的油液體積減小，其減少的油液體積稱為泵的容積損失。
7）為了保證液壓泵的正常工作，泵內(nèi)完成吸、壓油的密閉容積在吸油與壓油之間相互轉(zhuǎn)換時(shí)，將瞬間存在一個(gè)既不與吸油腔相通、又不與壓油腔相通的閉死的容積。若此閉死的容積在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中大小發(fā)生變化，，則容積減小時(shí)，因液體受擠壓而使壓力提高；容積增大時(shí)又會(huì)因無(wú)液體補(bǔ)充而使壓力降低。
必須注意的是，如果閉死容積的減小是發(fā)生在該容積離開(kāi)壓油腔之后，則壓力將高于壓油腔的壓力，這樣會(huì)導(dǎo)致周期性的壓力沖擊，同時(shí)高壓液體會(huì)通過(guò)運(yùn)動(dòng)副之間的間隙擠出，導(dǎo)致油液發(fā)熱；如果閉死容積的增大是發(fā)生在該容積剛離開(kāi)吸油腔之后，則會(huì)使閉死容積的真空度增大，以致引起氣蝕和噪聲。這種因存在閉死容積大小發(fā)生變化而導(dǎo)致的壓力沖擊、氣蝕、噪聲等危害液壓泵性能和壽命的現(xiàn)象，稱之為液壓泵的困油現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)和制造液壓泵時(shí)應(yīng)竭力消除與避免。
2.3.4系統(tǒng)中管路的選定
液壓泵的吸油管一般選用硬管，管路盡可能短，過(guò)流面積盡可能大，以減少吸油阻力。安裝吸油管時(shí)注意液壓泵有吸油高度的限制。安裝非上置式泵組，需在油箱與泵的吸油口之間加閘閥，以便于檢修。
在管路安裝圖上應(yīng)表示出各液壓部件和元件在設(shè)備和工作地的位置和固定方式，油管的規(guī)格和分布位置，各種管接頭的形式和規(guī)格等。在繪制裝配圖時(shí)應(yīng)考慮安裝、使用、調(diào)試和維修方便，管道盡量短，彎頭和管接頭盡量少。
2.3.5電機(jī)的選用
可供選擇的電動(dòng)機(jī)的安裝形式主要有三種：機(jī)座帶底腳、端蓋上無(wú)凸緣結(jié)構(gòu)；機(jī)座不帶底腳，端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣結(jié)構(gòu)；機(jī)座帶底腳，端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣結(jié)構(gòu)。一般都選用水平放置。若泵組立式放置則應(yīng)選用機(jī)座不帶底腳，端蓋上帶大于機(jī)座的凸緣結(jié)構(gòu)。機(jī)座帶底腳且端蓋上帶凸緣的結(jié)構(gòu)用于水平放置的泵組，此時(shí)液壓泵通過(guò)法蘭式支架支承在電動(dòng)機(jī)上。
3 制動(dòng)系統(tǒng)整體方案確定
其整體方案的確定，需要對(duì)其所需要的制動(dòng)器進(jìn)行選擇，常用的標(biāo)準(zhǔn)系列制動(dòng)器有電力液壓塊式制動(dòng)器、電磁塊式制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器等等，其設(shè)計(jì)選用一般按類型選擇、規(guī)格計(jì)算、校核驗(yàn)算步驟進(jìn)行，并依據(jù)或考慮諸多相關(guān)的因素。
3.1 制動(dòng)器的類型選擇原則
(1) 根據(jù)主機(jī)或機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求和實(shí)際需要確定制動(dòng)器的類型，如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，起升機(jī)構(gòu)必須設(shè)置常閉式制動(dòng)器，行走或回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可選用常開(kāi)式制動(dòng)器。
(2) 考慮應(yīng)用場(chǎng)所，如制動(dòng)器安裝地點(diǎn)有足夠的空間，可選用塊式、帶式制動(dòng)器或臂式盤(pán)式制動(dòng)器，空間受限制時(shí)，可選用內(nèi)蹄式或鉗形盤(pán)式制動(dòng)器。
(3) 考慮配套主機(jī)的使用環(huán)境，對(duì)滲漏油有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合應(yīng)選用電磁或氣動(dòng)制動(dòng)器，對(duì)環(huán)境溫度較高的冶金場(chǎng)合可選用絕緣等級(jí)較高的電力液壓制動(dòng)器或冶金型電磁制動(dòng)器。在環(huán)境溫度較低或較高的室外場(chǎng)所使用電力液壓制動(dòng)器時(shí)，應(yīng)注意更換相應(yīng)牌號(hào)的液壓油；在含鐵粉嚴(yán)重的環(huán)境中，應(yīng)避免使用電磁鐵制動(dòng)器，防止粉塵進(jìn)入磁鐵間隙影響電磁鐵的吸合。
(4) 對(duì)于特殊或重要的場(chǎng)合，應(yīng)根據(jù)需要增設(shè)制動(dòng)器的附加功能。在溫度較低的環(huán)境中，可使用電力液壓推動(dòng)器的加熱器；對(duì)啟動(dòng)與制動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)換有嚴(yán)格要求時(shí)，加裝行程開(kāi)關(guān)以了解制動(dòng)器的開(kāi)閉狀態(tài)；對(duì)于維護(hù)、調(diào)整教難實(shí)施的環(huán)境，可加裝制動(dòng)間隙均等裝置或摩擦片磨損自動(dòng)補(bǔ)償裝置；增設(shè)手動(dòng)松閘裝置可在特殊情況下人工打開(kāi)制動(dòng)器。
(5) 為了減緩制動(dòng)器的磨損，減輕因制動(dòng)過(guò)猛產(chǎn)生的沖擊和震動(dòng)，推薦支持制動(dòng)和控制制動(dòng)并用?？刂浦苿?dòng)一般為電力制動(dòng)，如再生制動(dòng)、反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)和渦流制動(dòng)等。電力制動(dòng)僅用于消耗動(dòng)能，使機(jī)構(gòu)安全減速。在與電力制動(dòng)并用時(shí)，支持制動(dòng)器的最低安全系數(shù)應(yīng)單獨(dú)滿足原有的規(guī)定。也可采用二次制動(dòng)減少磨損和沖擊，第1 次制動(dòng)用于消耗動(dòng)能使機(jī)構(gòu)安全減速并停止，第2 次制動(dòng)確保支持制動(dòng)的安全，如用于防風(fēng)制動(dòng)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)吊鉤式提升機(jī)，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)工作級(jí)別等于或高于M4 且額定起升速度等于或高于5m/min 時(shí)，應(yīng)采用電氣制動(dòng)方法，保證在（0.2～1.0）倍額定起重范圍內(nèi)的載荷下降時(shí)，制動(dòng)前的電機(jī)轉(zhuǎn)速降至1/3 以下。
(6) 常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)器的工作環(huán)境中不得有易燃易爆及腐蝕性氣體，如環(huán)境狀況超出有關(guān)規(guī)定，應(yīng)選用防爆型制動(dòng)器，如井下輸送機(jī)用制動(dòng)器。
有以上綜合分析，選用液壓盤(pán)式制動(dòng)器比較合適。
3.2 制動(dòng)器規(guī)格的計(jì)算原則
(1) 制動(dòng)器的規(guī)格選用計(jì)算應(yīng)保證具有機(jī)構(gòu)要求的制動(dòng)力矩，且符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的制動(dòng)安全系數(shù)。如一般機(jī)構(gòu)不低于1.5，重要機(jī)構(gòu)不低于1.75 對(duì)于安全性高度要求的機(jī)構(gòu)如輸送熔化金屬的提升機(jī)構(gòu)，規(guī)定必須裝設(shè)2 個(gè)制動(dòng)器，其中每個(gè)都能安全地支持吊物，每個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)安全系數(shù)不低于1.25。
(2) 制動(dòng)器的選用應(yīng)注意經(jīng)濟(jì)性，維修性和使用可靠性。機(jī)構(gòu)所需制動(dòng)力矩的計(jì)算往往疊加了各種不利因素，如運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)考慮了滿載、爬坡、頂風(fēng)、啃軌等，得出的所需制動(dòng)力矩偏大，而實(shí)際使用中這種狀態(tài)很少出現(xiàn)。制動(dòng)器的額定制動(dòng)力矩是在任何情況下均能保證的最小值。因此，在選用計(jì)算時(shí)，機(jī)構(gòu)所需的制動(dòng)力矩應(yīng)盡可能接近制動(dòng)器的額定制動(dòng)力矩。有以上分析，安全系數(shù)設(shè)為1.5。
3.3 制動(dòng)器校核驗(yàn)算原則
在制動(dòng)器規(guī)格確定以后，為保證制動(dòng)器既能有效地制動(dòng)或支持載荷，又避免制動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)或制動(dòng)過(guò)猛造成沖擊應(yīng)校核被制動(dòng)機(jī)構(gòu)的平均減速度、制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)距離。不同設(shè)備應(yīng)用于不同工況，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相應(yīng)機(jī)構(gòu)的平均減速、制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)距離作了明確的規(guī)定。
根據(jù)要求，盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)距離為10mm。
3.4 制動(dòng)器方案確定
盤(pán)式制動(dòng)器是一種新型高性能制動(dòng)器如圖2-3，它靠通過(guò)的壓力油松閘、靠碟簧組的彈簧力制動(dòng)。當(dāng)油通過(guò)油口進(jìn)入油腔時(shí)，碟型彈簧組被壓縮，隨著油壓P 的升高，碟簧組壓縮并且儲(chǔ)存彈簧力，彈簧力越大閘瓦離開(kāi)鋼軌的間隙越大，此時(shí)盤(pán)式制動(dòng)器處于松閘狀態(tài)。當(dāng)油壓P 降低時(shí)，彈簧力釋放，推動(dòng)活塞、活塞桿及閘瓦向鋼軌方向移動(dòng)，當(dāng)閘瓦間隙為為零后，彈簧力作用在鋼軌上，并產(chǎn)生正壓力，隨著油壓P 的降低正壓力加大，當(dāng)油壓P 為零時(shí)，正壓力最大，在正壓力的作用下，閘瓦與鋼軌間產(chǎn)生摩擦力，即制動(dòng)力最大（全制動(dòng)狀態(tài)）。
該盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工，易修理，給工人降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)它的可靠性非常高。
圖：盤(pán)式制動(dòng)器
1-制動(dòng)閘 2-制動(dòng)閘 3-制動(dòng)器底座
3.5 確定系統(tǒng)主要參數(shù)
扭矩測(cè)試范圍：
483.95Nm~3226.30Nm
制動(dòng)器提供的制動(dòng)力矩應(yīng)不低于：
600Nm
制動(dòng)盤(pán)直徑：
500mm
制動(dòng)盤(pán)厚度：
30mm
裝置最大轉(zhuǎn)速：
1500r/min
制動(dòng)片摩擦系數(shù)：
0.3
4 碟形彈簧設(shè)計(jì)
4．1 參數(shù)計(jì)算
制動(dòng)盤(pán)外徑的線速度最大為：
所需制動(dòng)力：
取10kN
由于采用兩個(gè)制動(dòng)器，則：
液壓缸負(fù)載作用力：
總推力:
單缸正壓力:
4．2 碟形彈簧設(shè)計(jì)：
4．2．1 碟形彈簧的特點(diǎn)及應(yīng)用
蝶形彈簧是用金屬板料或鍛壓而成的截錐形截面的墊圈式彈簧。
碟形彈簧的特點(diǎn)是：
（1）剛度大，緩沖吸振能力強(qiáng)，能以小變形承受大載荷，適合于軸向空間要求小的場(chǎng)合。
（2）具有變剛度特性，可通過(guò)適當(dāng)選擇碟形彈簧的壓平時(shí)變形量和厚度t之比，得到不同的特性曲線。其特性曲線可以呈直線型、漸減形或是它們的組合，這種彈簧具有很廣范圍的非線性特性。
（3）用同樣的碟形彈簧采用不同的組合方式，能使彈簧特性在很大范圍的變化。可采用對(duì)合、疊合的組合方式，也可采用復(fù)合不同厚度，不同片數(shù)等的組合方式
4．2．2 碟形彈簧的材料及成型后的處理
碟形彈簧的材料應(yīng)具有高的彈性極限、屈服極限、耐沖擊性能和足夠大的塑性變形性能。目前我國(guó)常用60Si2MnA和50CrVA或機(jī)械性能與此接近的彈簧鋼制造。
（1）彈簧盛成型后，必須進(jìn)行了熱處理，即淬火、回火處理淬火次數(shù)不得超過(guò)兩次。碟簧淬火、回火后的硬度必須在43~52HRC范圍內(nèi)。
（2）經(jīng)熱處理后的碟簧，其單面脫層的深度，對(duì)于厚度小于1.2mm的碟簧，不得超過(guò)其厚度的5%；對(duì)于不少于1.25mm的碟簧，不得超過(guò)其厚度的3%，其最小值允許為0.06mm
（3）碟簧應(yīng)全部進(jìn)行強(qiáng)壓處理。處理方法為：一次壓平，持續(xù)時(shí)間不少于12%，或短時(shí)壓平，壓平次數(shù)不少于5次，壓平力不小于2倍的F。碟簧經(jīng)強(qiáng)壓處理后，自由高度尺寸應(yīng)確定。在試驗(yàn)的條件下，其自由高度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍內(nèi)。
（4）對(duì)于承受變載荷的碟簧，內(nèi)錐面推薦進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，例如噴丸處理等
（5）根據(jù)需要碟簧表面應(yīng)進(jìn)行防腐處理。經(jīng)電鍍處理后的碟簧必須進(jìn)行去氫處理。對(duì)于承受變載荷作用的碟簧應(yīng)避免采用電鍍的方法
（6）碟簧表面不允許有毛剌，裂紋，斑疤等缺陷。
4．3碟形彈簧的計(jì)算
本設(shè)計(jì)所要求的碟形彈簧是一組合彈簧，其承受載荷為4kN時(shí)變形量應(yīng)為10mm。
（1）選擇碟形彈簧系列及組合型式
根據(jù)載荷初選碟形彈簧規(guī)格：
碟形彈簧系列： DS = B
碟形彈簧類別： DTPE = 2
碟形彈簧外徑：D = 80mm
碟形彈簧內(nèi)徑： d = 41mm
碟形彈簧壓力：P = 10.50kN
碟形彈簧厚度：t = 3mm
壓平時(shí)厚度： h0=2.3 mm
自由高度： H0 = 5.3mm
碟形彈簧表面上OM點(diǎn)的計(jì)算壓應(yīng)力：σOM=-1030MPa
在Ⅱ點(diǎn)的計(jì)算拉應(yīng)力：σⅡ=1140MPa
重量：Q = 8.3g
（2）碟形彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算
單片預(yù)加載荷： F1 = 4kN
單片工作載荷 ：F2 = 5.19kN
①計(jì)算壓平時(shí)蝶形彈簧計(jì)算載荷值：
式中：pc——壓平時(shí)的蝶形彈簧載荷計(jì)算值
t——碟形彈簧厚度
D——碟形彈簧外徑
h0——壓平時(shí)的蝶形彈簧變形量計(jì)算值
E——材料彈性模量；取E=206000Mpa
μ——泊松比；取μ=0.3
k1 k4——計(jì)算系數(shù)
其中：
式中：c——蝶形彈簧外徑與內(nèi)徑的比值
對(duì)于無(wú)支承面碟形彈簧：k4=1
則:
②計(jì)算及
由于設(shè)計(jì)采用復(fù)合組合，則單個(gè)彈簧載荷：P=4250N
則：
③計(jì)算
由圖7-6-2查得A系列，及時(shí)，
；
④計(jì)算f
⑤計(jì)算組合的片數(shù)
取24片
⑥計(jì)算未受載荷時(shí)的自由高度
⑦計(jì)算受載荷作用時(shí)的自由高度
5 液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)的計(jì)算
液壓缸與液壓馬達(dá)一樣，也是將液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，同為執(zhí)行元件。與液壓馬達(dá)不同，液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)的機(jī)械能。
液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，應(yīng)用廣泛，種類繁多。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為活塞式、柱塞式、回轉(zhuǎn)式三大類；根據(jù)作用方式分為單作用式和雙作用式，前者只有一個(gè)方向由液壓驅(qū)動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)則由彈簧力或重力完成，后者兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)均由液壓實(shí)現(xiàn)。
5.1常用液壓缸
5.1.1活塞式液壓缸
1. 雙活塞桿液壓缸
雙活塞桿缸的活塞兩端都有活塞桿伸出。它主要由缸筒、活塞、活塞桿、左右缸蓋、左右壓蓋等零件組成。缸筒與缸蓋用法蘭連接，活塞與活塞桿用柱塞銷連接，活塞與缸筒內(nèi)壁之間采用間隙密封（低壓），活塞桿與缸蓋之間采用了V型密封圈。
因雙活塞桿缸兩端活塞桿直徑相等，所以左右兩腔有效面積相等。當(dāng)分別向左、右腔輸入相同的壓力和流量時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向上輸出的推力和速度相等。
2. 單活塞桿液壓缸
單活塞桿缸只有一端有活塞桿。它主要由缸底、缸筒、缸頭、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套、緩沖套、節(jié)流閥、帶放氣孔的單向閥及密封裝置等組成。缸筒與法蘭焊接成一體，通過(guò)螺釘與缸底、缸頭連接?；钊c缸筒、活塞桿與缸蓋之間在半剖視圖上部為橡塑組合密封，下部為唇形密封。單活塞桿缸也有缸筒固定和活塞桿固定兩種安裝形式。兩種安裝方式的工作臺(tái)移動(dòng)范圍均為活塞有效行程的兩倍。
單活塞桿缸因左、右兩腔有效面積和不等，因此當(dāng)進(jìn)油腔和回油腔壓力分別為和，輸入左、右兩腔的流量均為時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向的推力和速度不相同。
5.1.2柱塞式液壓缸
活塞式液壓缸的活塞與缸筒內(nèi)孔有配合要求，要有較高的精度，特別是缸筒較長(zhǎng)時(shí)，加工就很困難，但柱塞液壓缸就可以解決此困難。因柱塞液壓缸的缸筒與柱塞沒(méi)有配合要求，缸筒內(nèi)孔不需要精加工，只是柱塞與缸蓋上的導(dǎo)向套有配合要求，所以特別適合行程較長(zhǎng)的的場(chǎng)合，例如導(dǎo)軌磨床，龍門(mén)刨床等。為了減輕柱塞重量、減少柱塞的彎曲變形，柱塞常做成空心的，還可以在缸筒內(nèi)設(shè)置輔助支承，以增強(qiáng)剛性。
5.2其它形式液壓缸
5.2.1伸縮液壓缸
伸縮液壓缸又稱多套缸，它是由兩個(gè)或多個(gè)活塞式液壓缸套裝而成的，前一級(jí)活塞缸的活塞是后一級(jí)活塞的缸筒。各級(jí)活塞依次伸出時(shí)可獲得很長(zhǎng)的行程，而當(dāng)依次縮回時(shí)又能使液壓缸保持很小的軸向尺寸。
當(dāng)液壓缸當(dāng)通入壓力油時(shí)，活塞有效面積最大的缸筒以最低油壓力開(kāi)始伸出，當(dāng)行至終點(diǎn)時(shí)，活塞有效面積次之的缸筒開(kāi)始伸出。外伸缸筒有效面積越小，工作油液壓力越高，伸出速度加快。各級(jí)壓力和速度可按活塞式液壓缸有關(guān)公式來(lái)計(jì)算。
除雙作用伸縮液壓缸外，還有一種單作用伸縮液壓缸。它與雙作用不同點(diǎn)主要是，單作用回程靠外力，而雙作用回程靠液壓油作用。
伸縮液壓缸，特別適用于工程機(jī)械及自動(dòng)線步進(jìn)式輸送裝置。
5.2.2齒條活塞液壓缸
齒條活塞液壓缸也稱無(wú)桿液壓缸，其工作原理是：壓力油進(jìn)入液壓缸后，推動(dòng)具有齒條的活塞直線運(yùn)動(dòng)，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位、液壓機(jī)械手、裝載機(jī)的鏟斗的回轉(zhuǎn)等。
5.2.3增壓缸(增壓器)
增壓缸與活塞式液壓缸相類似，但不是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，而是液壓能的傳遞，使之增壓。
增壓缸為活塞缸與柱塞缸組成的復(fù)合缸。當(dāng)?shù)蛪河屯苿?dòng)直徑為的大活塞向右移動(dòng)時(shí)，也推動(dòng)與其連成一體的直徑為的小柱塞，由于大活塞與小柱塞面積不筒，因此小柱塞缸輸出的壓力要比高。
5.2.4增速缸
增速缸由活塞缸和柱塞缸復(fù)合而成。當(dāng)壓力油只經(jīng)過(guò)柱塞孔進(jìn)入增速缸小腔時(shí)，推動(dòng)活塞快速向右移動(dòng)，此時(shí)大腔需要充液，活塞輸出推力較小。當(dāng)壓力油同時(shí)進(jìn)入增速缸小腔和大腔時(shí)，活塞轉(zhuǎn)為慢進(jìn)，輸出推力增大。采用增速缸使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得盡可能大的運(yùn)動(dòng)速度，且功率利用合理。
在本系統(tǒng)中，由于液壓缸只是實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的打開(kāi)與關(guān)閉，所以其中所用的三個(gè)液壓缸（一個(gè)卸載液壓缸，兩個(gè)分配小車液壓缸）選擇用活塞式液壓缸即可滿足要求。
5.3液壓缸主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.3.1液壓缸的特征尺寸
1) 缸筒內(nèi)徑 根據(jù)液壓缸推力和選定工作壓力，或者運(yùn)動(dòng)速度和輸入流量，按相關(guān)公式確定缸筒內(nèi)徑后，然后再?gòu)腉B/T3248-1993標(biāo)準(zhǔn)中選取相近的尺寸加以圓整。
2) 活塞桿直徑 通常先滿足液壓缸速度或往返速比來(lái)確定活塞桿的直徑，按GB/T3248-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，然后再按其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核。
3) 液壓缸缸筒長(zhǎng)度 液壓缸的缸筒長(zhǎng)度由最大工作行程長(zhǎng)度決定，缸筒的長(zhǎng)度一般不超過(guò)其內(nèi)徑的20倍。
4) 液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。
已知活塞直徑桿缸得左、右兩腔同時(shí)通壓力油，稱為差動(dòng)連接，差動(dòng)連接的單活塞桿缸稱之為差動(dòng)液壓缸。差動(dòng)液壓缸雖然左、右兩腔壓力相等，但因?yàn)樽笄唬o(wú)桿腔）的有效面積大于右腔（有桿腔）的有效面積。
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d
D
Ffc
F
p1
p2
圖：?jiǎn)位钊麠U液壓缸計(jì)算示意圖
因此使活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞向右運(yùn)動(dòng)，液壓缸有桿腔排出的流量與泵的流量匯合進(jìn)入液壓缸的左腔，使活塞運(yùn)動(dòng)速度加快。
5.3.2 液壓缸工作壓力的確定
根據(jù)1 的參數(shù)及相關(guān)資料，由于采用兩個(gè)制動(dòng)器，則：
液壓缸負(fù)載作用力：
總推力:
單缸正壓力:
液壓缸活塞行程：s=10mm
選用碟型彈簧時(shí)取最大單缸正壓力為
則單缸最大正壓力為8.50kN
所以，可知道液壓缸工作壓力屬中壓設(shè)備
因此液壓缸的工作壓力范圍為：10~16Mpa
初取液壓缸的工作壓力為10Mpa
5.3.3 活塞桿
單活塞桿缸只有一端有活塞桿。它主要由缸底、缸筒、缸頭、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套、緩沖套、節(jié)流閥、帶放氣孔的單向閥及密封裝置等組成。缸筒與法蘭焊接成一體，通過(guò)螺釘與缸底、缸頭連接?；钊c缸筒、活塞桿與缸蓋之間在半剖視圖上部為橡塑組合密封，下部為唇形密封。單活塞桿缸也有缸筒固定和活塞桿固定兩種安裝形式。兩種安裝方式的工作臺(tái)移動(dòng)范圍均為活塞有效行程的兩倍。
單活塞桿缸因左、右兩腔有效面積和不等，因此當(dāng)進(jìn)油腔和回油腔壓力分別為和，輸入左、右兩腔的流量均為時(shí)，液壓缸左、右兩個(gè)方向的推力和速度不相同。
（1）活塞桿的結(jié)構(gòu)
桿體采用實(shí)心桿式
桿內(nèi)端活塞與活塞桿的連接采用軸套型連接
桿外端桿頭與摩擦機(jī)構(gòu)的連接采用大螺栓頭的鏈接型式；由于需要用鎖緊螺母故采用長(zhǎng)型的螺紋長(zhǎng)度。
（2）活塞桿的材料和技術(shù)要求
材料選擇：采用45號(hào)中碳鋼。由于活塞桿主要承受推力的作用，則不必進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理?；钊麠U要求淬火，淬火深度為0.5mm。表面鍍鉻25μm。
活塞桿要在導(dǎo)向套中滑動(dòng)，一般采用H8/f7配合。太緊了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損，其圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半。安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大于0.01 mm，是為了保證活塞桿外圓與活塞外圓的同軸度，以避免活塞與缸筒、活塞桿與導(dǎo)向套的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于0.04 mm /100 mm，以保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。
活塞桿的外圓粗糙度Ｒa值一般為0.1~0.3 m.太滑了，表面形成不了油膜，反而不利于潤(rùn)滑。為了提高耐磨性和防銹性，活塞桿表面需進(jìn)行鍍鉻處理，鍍層厚0.03~0.05 mm，并進(jìn)行拋光或磨削加工。對(duì)于工作條件惡劣、碰撞機(jī)會(huì)較多的情況，工作面耐先經(jīng)高頻淬火后再鍍鉻。用于低載荷和良好環(huán)境條件時(shí)，可不做表面處理。
活塞桿內(nèi)端的卡環(huán)槽、螺紋和緩沖柱塞也要保證與軸線的同心，特別是緩沖柱塞，最好與活塞桿做成一體?？ōh(huán)槽取動(dòng)配合公差，螺紋則取較緊的配合。
（3）活塞桿的計(jì)算
活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件，它承受拉力、壓力、彎曲力和震動(dòng)沖擊力等多種作用力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。
對(duì)與無(wú)速比要求，活塞桿長(zhǎng)度小于10倍缸徑D時(shí)，實(shí)心桿可按下式計(jì)算：
式中：d——活塞桿直徑
Fd——液壓缸推力
σp——活塞桿的許用應(yīng)力，對(duì)于中碳鋼，σp =40Mp
則：
GB/T2348—1993將活塞桿直徑圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得
5.3.4 缸筒
（1）缸筒結(jié)構(gòu)
通常根據(jù)缸筒與端蓋的連接型式選用，而連接型式又取決于額定工作壓力、用途和使用環(huán)境。
由于法蘭連接的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、易裝卸等優(yōu)點(diǎn)。故選擇法蘭連接。
（2）缸筒材料
材料的選擇：由于缸筒需要足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接后的缸筒要求有良好的焊接性能。故選用35號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。
（3）對(duì)缸筒的要求
①有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形。
②有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。
③內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的磨擦作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少，尺寸公有效期等級(jí)和形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。
④需要焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊上法蘭或管頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過(guò)大的變形。
總之，缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油液、同時(shí)它還是活塞的運(yùn)動(dòng)“軌道”。設(shè)計(jì)液壓缸缸筒時(shí)，應(yīng)該正確確定和部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運(yùn)動(dòng)速度和有效行程，同時(shí)還必須具有一定的強(qiáng)度，能足以承受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊力；缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合公差等級(jí)、表面粗糙度和形位公差等級(jí)，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用性。
（4）缸筒計(jì)算
①缸筒直徑：當(dāng)液壓缸的理論作用力Fl及供油壓力p為已知時(shí)，則有活塞桿腔的缸筒內(nèi)徑D為：
式中：D——缸筒內(nèi)徑
Fl——液壓缸的理論作用力
p——供油壓力
液壓缸的理論作用力F l，按下式確定：
式中：F l——液壓缸的理論作用力
F——液壓缸在工作階段的總機(jī)械負(fù)載
Ψ——負(fù)載率，一般取Ψ=0.5~0.7
則：
GB/T2348—1993將缸筒內(nèi)徑圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得
② 缸筒壁厚：缸筒壁厚為
式中:δ——缸筒厚度
δ0——為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值
c1——為缸筒外徑公差余量,取c1=0.5mm
c2——腐蝕余量,取c2=1mm
缸筒材料強(qiáng)度要求的缸筒壁厚最小值
式中: δ0——為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值
pmax——缸筒內(nèi)最高工作壓力
σp——缸筒的許用應(yīng)力，對(duì)于中碳鋼，σp =40Mp
則：
③缸筒底部厚度
缸筒度部為平面時(shí)，其厚度可以按照四周嵌住的圓盤(pán)強(qiáng)度公式進(jìn)行近 似的計(jì)算：
式中: δ1——缸筒底部厚度
D——缸筒內(nèi)徑
p——筒內(nèi)最大工作壓力
σp——缸筒的許用應(yīng)力，對(duì)于中碳鋼，σp =40Mp
則：
?。? δ1=11mm
（5）缸筒制造加工要求
①缸筒內(nèi)徑D采用H7或H8級(jí)配合，表面粗糙度值Ra一般為0.16~0.32μm都需要進(jìn)行研磨。
②熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度HB≥241-285。
③缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半。
④缸筒直線度公差在500mm長(zhǎng)度上不大于0.03mm。
⑤缸筒端面T對(duì)內(nèi)徑的垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm。
此外，還有通往油口、排氣閥孔的內(nèi)孔口必須倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件。為便于裝配和不損壞密封件，缸筒內(nèi)孔口應(yīng)倒15O角。需要在缸筒上焊接法蘭、油口、排氣閥座時(shí)，都必須在半精加工以前進(jìn)行，以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。如欲防止腐蝕生銹和提高使用壽命，在缸筒內(nèi)表面可以鍍鉻，再進(jìn)行研磨或拋光，在缸筒外表面涂耐油油漆。
圖： 缸體
（6）計(jì)算液壓缸工作階段的工作壓力、流量和功率
根據(jù)液壓缸的負(fù)載和速度以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過(guò)程的壓力、流量和功率。
液壓缸工作壓力：
式中：pc——蝶形彈簧工作載荷
A——缸筒作用面積
液壓缸工作所需流量：
式中：A——缸筒作用面積
v——活塞運(yùn)動(dòng)速度
其中：
式中：L——制動(dòng)器行程
t——制動(dòng)器動(dòng)作時(shí)間
式中: D——缸筒內(nèi)徑
d——活塞桿直徑
液壓缸功率：
式中：pg——液壓缸工作壓力
qg——液壓缸工作流量
η——液壓缸容積效率；選取η=0.5
則：
5.4 液壓缸的校驗(yàn)
5.4.1缸筒壁厚驗(yàn)算
對(duì)最終采用的缸筒壁厚應(yīng)做四方面的驗(yàn)算
額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全：
式中: pn——額定工作壓力
σs——缸筒材料的屈服強(qiáng)度；對(duì)于35號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，一般取σs=320MPa
D1 ——液壓缸筒外徑
D——液壓缸筒內(nèi)徑
對(duì)于液壓缸筒外徑
式中: D1 ——液壓缸筒外徑
D——液壓缸筒內(nèi)徑
δ——缸筒厚度
則：
液壓缸筒工作壓力方面合格。
同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生：
式中: pn——液壓缸額定工作壓力
prL——液壓缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力
則：
液壓缸筒塑性變形方面合格。
此外，尚須驗(yàn)算缸筒徑向變形應(yīng)處在允許范圍內(nèi)
式中: ΔD——缸筒徑向變形
D——缸筒內(nèi)徑
D1——缸筒外徑
pr——液壓缸筒耐壓試驗(yàn)壓力
ν——缸筒材料泊松比，對(duì)鋼材 ν=0.3
E——材料的彈性模數(shù)；對(duì)于鋼材，E=2.1×105N/mm
變形量ΔD不應(yīng)超過(guò)密封圈允許范圍。
最后，還應(yīng)驗(yàn)算缸筒的爆裂壓力
式中: pr——液壓缸筒耐壓試驗(yàn)壓力
σb——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度；對(duì)于35號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，一般取 σb=540MPa
D——缸筒內(nèi)徑
D1——缸筒外徑
則：
變形量ΔD不超過(guò)密封圈允許范圍,合格
用費(fèi)帕爾（FAUPEL）公式校驗(yàn)
式中: σb——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度；對(duì)于35號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，一般取 σb =540MPa
σs——缸筒材料的屈服強(qiáng)度；對(duì)于35號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，一般取 σs=320MPa
D——缸筒內(nèi)徑
D1——缸筒外徑
計(jì)算的應(yīng)遠(yuǎn)超過(guò)耐壓試驗(yàn)壓力
則：
缸筒的爆裂壓力合格
5.4.2 活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算
由于活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力，故可以近似的用直桿承受壓載荷的強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：
式中：F——活塞桿的作用力
d——活塞桿直徑
σp——活塞桿材料的許用應(yīng)力；取σp=40MPa
即：
通過(guò)
5.4.3液壓缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算
如果液壓缸的活塞直徑為d，而活塞桿全部伸出后活塞桿加上液壓缸體的總長(zhǎng)為l，則當(dāng)l/d=10～15時(shí)，液壓缸易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，造成活塞桿縱向彎曲破壞的后果，故必須驗(yàn)算液壓缸的穩(wěn)定性。
由于液壓缸并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的細(xì)長(zhǎng)桿件，而是缸體、活塞、活塞桿等零件的組合體，并且在活塞與缸體之間和活塞桿與端蓋之間有間隙，缸體內(nèi)還有壓力軸的作用等等，使情況相當(dāng)復(fù)雜。實(shí)際計(jì)算時(shí)，很難精確的考慮到各種因素，而只能粗略地將缸體看作與活塞桿具有相同截面的桿件，即把整個(gè)油缸當(dāng)作一個(gè)等截面的受壓件，用一般的歐拉公式進(jìn)行計(jì)算，顯然，這種方法的計(jì)算結(jié)果是偏于安全的。
檢驗(yàn)液壓缸穩(wěn)定性時(shí)，采用下式
式中：F——活塞桿在工作中能承受的最大壓縮力；
n——安全系數(shù)，一般可取n=2～4
FK——活塞桿能保持工作穩(wěn)定的臨界壓力
其中，F(xiàn)K可按下式計(jì)算
式中：E——活塞桿材料的彈性模數(shù)，對(duì)鋼E=2.02×105Mpa；
J——活塞桿橫截面慣性矩，對(duì)圓截面實(shí)心桿J=πd2/64；
? ——長(zhǎng)度折算系數(shù)，其值根據(jù)液壓缸的安裝支點(diǎn)位置和支撐方式確定；
l——計(jì)算長(zhǎng)度，亦根據(jù)液壓缸指點(diǎn)位置確定。
所以該液壓缸滿足穩(wěn)定性要求。
5.5缸體組件及連接形式
5.5.1缸體組件
缸筒是液壓缸的主體，它與端蓋、活塞等零件構(gòu)成密閉的容腔，承受油壓，因此要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便抵抗液壓力和其它外力的作用。缸筒內(nèi)孔一般采用鏗削、鉸孔、液壓等精密加工工藝制造，要求表面粗糙度R。值為0.1～0.4，以便活塞及其密封件、支承件能順利滑動(dòng)和保證密封效果，減少磨損，為了防止腐蝕，缸筒內(nèi)表面有時(shí)需鍍鉻。
端蓋裝在缸筒兩端，與缸筒形成密閉容腔，同樣承受很大的液壓力，因此它們及其這些部件部應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮強(qiáng)度，又要選擇工藝性較好的結(jié)構(gòu)形狀。
導(dǎo)向套對(duì)活塞桿或柱塞起導(dǎo)向和支承作用。有些液壓缸不設(shè)號(hào)向套，直接用端蓋孔導(dǎo)向，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但磨損后必須更換端蓋
5.5.2缸體組件的連接形式
(1) 法蘭式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工和裝拆都很方便，連接可靠。缸筒端部—船用鑄造、鐓粗或焊接方式制成粗大的外徑，用以穿裝螺栓或旋入螺釘。其徑向尺寸和重量都較大。大、中型液壓缸大部分采用此種結(jié)構(gòu)。
(2) 螺紋式連接有外螺紋連接和內(nèi)螺紋連接兩種。其特點(diǎn)足重量輕，外徑小，結(jié)構(gòu)緊湊，但缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)外徑同軸，裝卸需專用工具，旋端蓋時(shí)易損壞密封圈，一般用于小型液壓缸。
(3) 半環(huán)式連接分外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接兩種。半環(huán)連接工藝性好，連接可靠．結(jié)構(gòu)緊湊。裝拆較方便，半環(huán)槽對(duì)缸筒強(qiáng)度有所削弱．需加厚筒壁，常用于無(wú)縫鋼管缸筒與端蓋的連接。
(4) 拉桿式連接結(jié)構(gòu)通用性好，缸筒加工方便，裝拆方便，但端蓋的體積較大，重量也較大。拉桿受力后會(huì)拉伸變形，影響端部密封效果，只適用于長(zhǎng)度不大的中低壓缸。
(5) 焊接式連接外形尺較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅焊接時(shí)易引起缸筒變形，主要用于柱塞式液壓缸。
綜合制動(dòng)器的工作方式、安裝型式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。選擇法蘭式結(jié)構(gòu)。
5.6活塞組件及連接形式
5.6.1活塞組件
活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等組成。隨工作壓力、安裝方式和工作條件的不同，活塞組件有各種結(jié)構(gòu)形式。
(1) 活塞受油壓的作用杯在缸筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此，活寬必須具備一 定的強(qiáng)度和良好的耐磨性、活寒一般用鑄鐵制造?；钊慕Y(jié)構(gòu)通常分為整體式和組合式兩類。
(2) 活塞桿是連接活塞和工作部件的傳力零件，它必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。活塞桿無(wú)論是實(shí)心的還是空心的，通常都用鋼料制造 ，活塞桿在導(dǎo)向套內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其外圓表面應(yīng)當(dāng)耐磨并有防銹能力，故活塞桿外圓表面有時(shí)需鍍鉻。
5.6.2活塞組件的連接形式
活塞與活塞桿的連接形式如圖3.1 所示：
(a) (b) (c)
(d) (e)
(f) (g)
圖:活塞與活塞桿的連接形式
(1) (圖a)和焊接式連接(圖b)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換。
(2) 式連接(圖c)加工容易，裝配簡(jiǎn)單，但承載能力小，且需要必要的防止脫落措施。
(3) 螺紋式連接(圖d、e)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，但—般需備有螺母防松裝置。
(4) 半環(huán)式連接(圖f、R)強(qiáng)度高、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在輕載情況下可采用錐銷式
(5) 整體式連接(圖a)和焊接式連接(圖b)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換。
(6) 錐銷式連接(圖c)加工容易，裝配簡(jiǎn)單，但承載能力小，且需要必要的防止脫落措施。
(7) 整體式連接(圖a)和焊接式連接(圖b)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、袖向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換。
(8) 錐銷式連接(圖c)加工容易，裝配簡(jiǎn)單，但承載能力小，且需要必要的防止脫落措施。
(9) 螺紋式連接(圖d、e)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，但—般需備有螺母防松裝置。
(10) 半環(huán)式連接(圖f、R)強(qiáng)度高、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在輕載情況下可采用錐銷式連接；一般使用螺紋式連接；高壓和振動(dòng)較大時(shí)多用半環(huán)式連接；對(duì)活塞和活塞桿比值D/d較小、行程較短或尺寸不大的液壓缸，其活塞與活塞桿可采用整體式或焊接式連接。
5.7密封裝置
密封裝置主要用來(lái)防止液壓油的泄漏，液壓缸因?yàn)槭且揽棵荛]油液容積的變化來(lái)傳遞動(dòng)力和速度，故密封裝置的優(yōu)劣，將直接影響液壓缸的工作性能。根據(jù)兩個(gè)需要密封的偶合面間有無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可把密封分為動(dòng)密封和靜密封兩大類。設(shè)計(jì)或選用密封裝置的基本要求是：有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動(dòng)提高其其密封性能，摩擦阻力小。密封件耐油性、抗腐蝕性好，耐磨性L好，使用壽命長(zhǎng)，使用的溫度范圍廣，制造簡(jiǎn)單，裝拆方便，常見(jiàn)的密封方法有：間隙密封、活塞環(huán)密封、密封圈密封。其中， 密封圈密封是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種密封形式，密封圈有O形、Y形、v形組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍等。
5.7.1 O形密封圈
O 型密封圖的截面為圓形．主要用于靜密封和滑動(dòng)密封（轉(zhuǎn)動(dòng)密村用得較少)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，摩擦力較其它密封圈小，裝拆方便，密封可靠，成本低，可在-40~120 度的溫度范圍內(nèi)工作。但與唇形密封圈(如 Y 形)相比。共壽命較短，密封裝置機(jī)械部分的精度要求高．啟動(dòng)摩擦阻力較大。O 形圈的使用速度范圍為0.005～0.3m/s。
O 形圈密封原理如圖3.2，O 形圖密封屬于擠壓密封，當(dāng)O 形圈裝入密封槽后，其截面受到—定的壓縮變形。在無(wú)液壓力時(shí)，靠O 形圈的彈性對(duì)接觸面產(chǎn)生頂接觸壓力p，實(shí)初始密封(如圖)；當(dāng)密封腔充入壓力油后，在液壓力p 的作用下，O 型圈被擠列槽的一側(cè)，O 形圈變成如圖所示．O 形圈以更大的彈件變形力密封，密封面上的接觸壓力上升為Pn，跳高了密封效果。
O 形圈在安裝時(shí)必須保證適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，壓縮量的大小直接影響O 形圈的使用性能和壽命，過(guò)小不能密封．過(guò)大則摩擦力增大，且易損壞。因此安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關(guān)手冊(cè)給出的數(shù)據(jù)嚴(yán)格保證。在靜密封中，當(dāng)壓力大干32Mp 時(shí)，或在動(dòng)密封中，當(dāng)壓力大于40MP 時(shí)，O形圈就會(huì)被擠入間隙中而損壞，以致密封效果降低或失去密封作用，為此需在O形圈低壓側(cè)設(shè)置出聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈。雙向受高壓時(shí)，兩側(cè)都要加擋圈。
(a) (b)
(c) (d) (e)
圖: O形密封圈
5.7.2Y形密封圈
Y形密封圈的截面呈Y形。屬唇型密封圈。它是一種密封性、穩(wěn)定性和耐壓性都較好、摩擦阻力小，壽命較長(zhǎng)的密封圈，足目前比較廣泛使用的密封結(jié)構(gòu)之—，Y形圈主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。
Y形圈的密封作用是依賴于它的唇邊對(duì)偶合面的緊密接觸，在液壓力的作用下產(chǎn)生較大的接觸壓力，達(dá)到密封的目的。液壓力越高貼得越緊，接觸壓力越大，密封性能越好。因此，Y形圈從低壓到高壓的壓力范圍內(nèi)都表現(xiàn)了良好的密封性，還能自動(dòng)補(bǔ)償唇邊的磨損。
根據(jù)截面長(zhǎng)寬比例的不同，Y形圈可分為寬斷面和窄斷面兩種形式。 Y形圈安裝時(shí)，唇口端應(yīng)對(duì)著液壓力高的一側(cè)。當(dāng)壓力變化較大、滑動(dòng)速度較高時(shí)，為避免翻轉(zhuǎn)，要使用支承環(huán)，以固定密封圈。寬斷面Y形圈—般適用于工作壓力小于20MPa、工作溫度為-30～100度、使用速度小于0.5m／s的場(chǎng)合。
窄斷面Y形圈是寬斷由Y形圈的改型產(chǎn)品，其截面的長(zhǎng)寬比有2倍以上，因而不易翻轉(zhuǎn)。它有等高唇Y(jié)形圈和不等高唇Y(jié)形圈兩種，后者又有孔用和軸用之分。其低唇與密封面接觸，滑動(dòng)摩擦阻力小，耐磨性好，壽命長(zhǎng)；高唇與非運(yùn)動(dòng)表面有較大的預(yù)壓縮量，摩擦阻力大，工作時(shí)不易竄動(dòng)。窄斷面Y形圈一般適用于工作壓力小于32MPa、使用溫度為30~100度的場(chǎng)合。
此外，還有V型密封圈和組合式密封，在次就不做詳細(xì)介紹了。如有需要可參考有關(guān)手冊(cè)。
5.8緩沖裝置
當(dāng)液壓缸拖動(dòng)質(zhì)量較大的部件作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件具有很大的動(dòng)能，這樣，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到液壓缸的終端時(shí)，會(huì)與端蓋發(fā)生機(jī)械碰撞，產(chǎn)牛很大的沖擊和噪聲，會(huì)引起液壓缸的損壞。故一般應(yīng)在液壓缸內(nèi)設(shè)置緩沖裝置，或在液壓系統(tǒng)中設(shè)置緩沖回路。
緩沖的一般原理是：當(dāng)活塞快速運(yùn)動(dòng)到接近缸蓋時(shí)，通過(guò)節(jié)流的方法增大了回油阻力，使液壓缸的排油腔產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，活塞因運(yùn)動(dòng)受阻而減速，從而避免與缸蓋快速碰撞。常見(jiàn)的緩沖裝置如圖所示。
(a) (b)