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目 錄
摘要……………………………………………………………………1
外文摘要………………………………………………………………2
引言……………………………………………………………………3
1概論…………………………………………………………………5
1.1設(shè)計(jì)目的……………………………………………………5
1.2國內(nèi)外漿體運(yùn)輸發(fā)展概……………………………………5
1.3漿體管道的輸送特點(diǎn)………………………………………6
2設(shè)計(jì)意義及原理……………………………………………………8
3計(jì)算及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………10
3.1初選液壓缸的工作壓力……………………………………10
3.2液力缸和液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………16
3.3其他零件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………18
結(jié)論…………………………………………………………………28
致謝…………………………………………………………………30
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………31
摘 要
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的需要，近幾十年來興起的一種利用管道運(yùn)輸漿體的新型運(yùn)輸方式。隨著漿體管道輸送技術(shù)的發(fā)展，作為執(zhí)行元件的液力缸不斷順應(yīng)時(shí)代潮流的發(fā)展，不論在性能還是在結(jié)構(gòu)上都有了進(jìn)一步的提高。而在漿體管道輸送中的核心元件是漿體泵。液封式漿體泵以揚(yáng)程高，輸送量大，輸出力大，功率和效率都較高等特點(diǎn)成為應(yīng)用最廣泛的泵種之一。i
我設(shè)計(jì)的是漿體泵的核心部位-雙活塞液力缸，它的優(yōu)勢(shì)在于用高壓水來液封，可大大降低漿體的泄露，而且雙活塞的使用可以確保高壓水的容積不變，這樣就能減少水對(duì)缸的摩擦，從而提高使用壽命。在本次設(shè)計(jì)中把三個(gè)液力缸結(jié)合起來使用，完成連續(xù)的往復(fù)特殊運(yùn)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性即無死點(diǎn)的產(chǎn)生，提高了生產(chǎn)效率。雙活塞式液力缸的典型結(jié)構(gòu)是由缸體組件、活塞組件及密封裝置所組成，它們的結(jié)構(gòu)和性能直接影響液力缸的工作質(zhì)量和制造成本。它的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造精度低,具有特殊的密封裝置，密封裝置設(shè)計(jì)合理，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便制造而且制造成本低。同時(shí)、自動(dòng)化控制性能特別高。
關(guān)鍵詞：高壓水 液力缸 雙活塞 漿體泵 液封
Abstract
With the development of economic, slurry by pipe is a new type in recent years. With the development of the technical of traffic slurry by pipe, the part of executive component and the part of function unit change variety .It has improved much in design feature. The care part of the slurry pipe-line transmission is slurry pump cylinder. The liquid seal pump becomes one kind of the most popular pump for its higher lifts, larger transmission, bigger fore, power and efficiency.
I design the double piston hydraulic cylinder-the core part of the slurry pump. It has the advantage that it uses high pressure water to liquid seal, which can slash the leak a lot. And the use of double piston can ensure that the water’s volume does not change, which can decrease the water to cylinder friction. Consequently, the life span of the cylinder becomes longer. In this design, I unit three cylinder fighter to complete the special movement consistently and reciprocating. This can avoid the dead center in the industry, than the efficiency increased, and this is the advantage double piston hydraulic cylinder consists of cylinder module 、position module and sealed device classically, It’s construction and function effect the quality of work and the cost directly. It’s advantages is easy construction、low manufacture accuracy and having special sealed .Provided that the sealed device reasonable designed、the construction will be easy manufacturing become convenience and it’s cost becomes low. Meanwhile the functions of automation control become higher.
Keywords: High pressure water Hydraulic cylinder Double piston Slurry pump Liquid seal
引 言
我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是雙活塞漿體泵液力缸設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中我用到了機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)、液壓等課程的知識(shí)點(diǎn)，不僅加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，還學(xué)會(huì)了融會(huì)貫通?？梢哉f畢業(yè)設(shè)計(jì)就是對(duì)我的大學(xué)學(xué)習(xí)的成果的一個(gè)總結(jié)和檢驗(yàn)，更為我走上工作崗位做了提前的磨練。
我設(shè)計(jì)的是一種水封雙活塞泵，它取消了傳統(tǒng)的用來隔離驅(qū)動(dòng)液和漿體的隔離物（如隔膜、浮球等），這就解決了因隔離物異?；驌p壞而出現(xiàn)的混漿，跑油，運(yùn)行性差等難題，而且水的容積是不變的，這樣既節(jié)省了空間，也避免了摩擦、壓力帶來的不利因素，提高了漿體泵的工作可靠性和使用壽命，因此才廣泛應(yīng)用于漿體的輸送。本次設(shè)計(jì)的水封雙活塞泵正符合尾礦漿體輸送的特點(diǎn)，與實(shí)際工作應(yīng)用相結(jié)合，因此是一個(gè)非常好的課題，也很具有開發(fā)價(jià)值。
剛開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，在郭老師的指導(dǎo)下，我到遼寧省圖書館查閱了一些資料。初步了解了我將要從事的是什么樣的設(shè)計(jì)，以及每一步是通過什么設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。后來又參觀了制博會(huì)，在現(xiàn)場(chǎng)郭老師耐心地給我們講解目前市場(chǎng)上液壓設(shè)備的現(xiàn)狀、新型設(shè)備的研發(fā)以及新技術(shù)的使用，讓我體會(huì)到了我這個(gè)課題是很有發(fā)展前景的，并漸漸地對(duì)這個(gè)課題產(chǎn)生了興趣。
經(jīng)過一個(gè)月的準(zhǔn)備，我開始了真正的設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行計(jì)算，邊計(jì)算邊繪圖，并且不斷的發(fā)現(xiàn)問題并在郭老師和孫老師的指導(dǎo)下解決問題，不斷的反復(fù)試驗(yàn)。雖然這個(gè)過程很艱苦，但我學(xué)到了很多書本上沒有的東西，使我受益非淺。在設(shè)計(jì)中進(jìn)一步鍛煉了自己的綜合分析和解決問題的能力，使我加深了對(duì)本專業(yè)的了解，懂得了將理論知識(shí)融于實(shí)踐的方法，增強(qiáng)了實(shí)際設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和能力，并且親自運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)掌握了一些書上無法學(xué)到的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為將來步入社會(huì)打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
1.概 述
1.1設(shè)計(jì)目的
隨著生產(chǎn)力的發(fā)展,要求交通運(yùn)輸也要獲得相應(yīng)的發(fā)展,工業(yè)、農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化，帶動(dòng)和促進(jìn)了交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化，運(yùn)輸方式也越來越多樣化。在傳統(tǒng)的鐵路、公路、水運(yùn)和空運(yùn)等運(yùn)輸方式之后，近幾十年又出現(xiàn)和發(fā)展了管道運(yùn)輸方式，這五種運(yùn)輸方式以其各自的不同特點(diǎn)共同承擔(dān)著國民經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸任務(wù)，構(gòu)成了當(dāng)代綜合運(yùn)輸體系，其中的漿體管道運(yùn)輸是以液體（通常是水）作為載體通過管道輸送顆粒狀物料。由于這種運(yùn)輸方式不受地形條件的限制，可大限度的縮短運(yùn)送距離，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，可以極大地減少工程量和輔助設(shè)施等優(yōu)點(diǎn)，因而投資少，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，建設(shè)速度快，占地少或不占地，不影響環(huán)境，運(yùn)行安全可靠，而且經(jīng)濟(jì)效益顯著，充分顯現(xiàn)了與其它運(yùn)輸方式的競(jìng)爭(zhēng)能力，從而引起了各國的重視，管道運(yùn)輸方式已經(jīng)由近距離、低濃度向著遠(yuǎn)距離、高濃度發(fā)展。
1.2國內(nèi)外漿體運(yùn)輸發(fā)展概況
將固體顆粒與水混合成的流體稱為兩相流體，工程和實(shí)踐中稱為漿體。例如金屬礦粉，煤，化工磷鹽，建材部門石灰石，水泥生料，城市垃圾和工業(yè)廢料等與水混合為漿體，利用管道輸送漿體就稱為漿體管道輸送。
目前輸送固體物料的品種達(dá)25種之多，年輸送量、輸送管徑和輸送距離都而很大的發(fā)展。例如，巴西的薩馬科鐵精礦輸送管道，管道長(zhǎng)397km，管徑508mm，年輸送量1200萬噸，還有美國的黑邁薩煤礦輸送管道，全長(zhǎng)439公里，年輸送量為450萬噸。長(zhǎng)度在200-300公里的輸送管路還有90多余條長(zhǎng)距離管道，年總輸送量約為1.32億噸，按一節(jié)車皮裝載60噸，大約需二百二十萬車皮，以每列火車站20節(jié)計(jì)算，共需十一萬列，以每2分鐘通過一列火車，需要4.42年運(yùn)完。此外，國外研究的海底錳結(jié)核的開采和提升以及密封容器的管道輸送技術(shù)，對(duì)漿體管道輸送技術(shù)又有了進(jìn)一步的發(fā)展。
我國從建國到70年代建成投產(chǎn)的漿體管道多為選礦廠的為尾礦輸送管道和火力發(fā)電廠的灰渣輸送管道，輸送距離較短，濃度較低，進(jìn)入80年代開始重視提高輸送濃度，并著手研究擴(kuò)大輸送物料的范圍，開發(fā)實(shí)施煤炭、鐵精礦和磷精礦的長(zhǎng)距離漿體管道輸送技術(shù)，這一時(shí)期，我國的管道運(yùn)輸才得到較大的發(fā)展。目前在規(guī)劃中的管路運(yùn)輸有山東維坊，長(zhǎng)度600公里，輸送的是煤；長(zhǎng)江輸煤管線，長(zhǎng)838公里；長(zhǎng)城輸煤管線995公里；潞安，晉城至佼征南通，全程式1152公里；還有其他高濃度、大管徑、遠(yuǎn)距離的管道輸送工程正在規(guī)劃籌建中。
１.３漿體管道的輸送特點(diǎn)
1.3.1漿體管道輸送的優(yōu)點(diǎn)：
（1） 能耗小，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，運(yùn)輸成本低。
（2） 基建投資少，建設(shè)周期短，建設(shè)速度快。
（3） 受地形條件的限制少，易于克服天然障礙，運(yùn)輸路線較直，較短。
（4） 可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，無鐵路公路運(yùn)輸方式的車廂空載回程和寒冷地區(qū)物料在車廂中的凍結(jié)問題。
（5） 安全可靠，作業(yè)率高，幾乎可不停頓的進(jìn)行全年輸送，幾乎沒有物料損耗。
（6） 由于長(zhǎng)距離漿體管道絕大部分都埋設(shè)在冰凍層以下，因此不占地或者占地少，而且受氣候的變化的影響小，不污染環(huán)境，不破壞生態(tài)平衡。
（7） 坑內(nèi)采掘提升煤，礦石兼地下水，最經(jīng)濟(jì)。
（8） 可極大的減少建設(shè)工程量，減少管理人員和輔助生產(chǎn)設(shè)施。（9） 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，便于維護(hù)管理。
1.3.２
當(dāng)然，沒有任何東西是完美的漿體管道輸送方式也不例外，它也有其應(yīng)用上的局限性或者缺點(diǎn)：
（1） 輸送物料比較單一，只能輸送一種與水混合不回產(chǎn)生物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)變化的顆粒狀物料，其他運(yùn)輸方式則沒有這種限制，可以輸送任何物料。
（2）只能定向定點(diǎn)定量輸送，不像其他運(yùn)輸方式那樣可以向任何多點(diǎn)不定量輸送。
（3） 漿體管道輸送方式物料的顆粒、比重或濃度等變化的敏感性強(qiáng)或應(yīng)變能力低，對(duì)他們的變化范圍要求有嚴(yán)格的控制，運(yùn)其他運(yùn)輸方式則不存在這種敏感性。
（4） 耗水量較大，缺水地區(qū)采用漿體管道輸送時(shí)，須花費(fèi)較多投資開采水源或采取循環(huán)供水措施，并增加電耗，這就在一定程度上降低了漿體管道輸送方式的優(yōu)越性。
（5） 漿體管道輸送方式僅僅對(duì)有關(guān)企業(yè)，會(huì)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，不會(huì)產(chǎn)生綜合的社會(huì)效益，而鐵路或公路運(yùn)輸方式可以帶動(dòng)和促進(jìn)地方工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
2.設(shè)計(jì)意義及原理
2.1設(shè)計(jì)的意義
由于我國地礦豐富且隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)有色金屬等的需求量越來越大，又因?yàn)槲覈F(xiàn)階段的交通運(yùn)力存在嚴(yán)重不足，而且冶金企業(yè)所處的地點(diǎn)往往交通不便，更增加了運(yùn)輸?shù)睦щy，因此大力發(fā)展礦漿的管道輸送有很重大的現(xiàn)實(shí)意義。本次設(shè)計(jì)的水封活塞泵正符合尾礦漿體輸送的特點(diǎn)，因?yàn)橐簤焊拙哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造精度低；具有可靠性和有助于環(huán)保；具有特殊的密封裝置，密封裝置設(shè)計(jì)的合理性，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便制造而且制造成本低。同時(shí)，自動(dòng)化控制性能特別高。在實(shí)際工程中切實(shí)可行。在設(shè)計(jì)過程中大多采用國家標(biāo)準(zhǔn)的零件，裝配和安裝方法容易符合實(shí)際，因此該設(shè)計(jì)是一種可行性好的方案。
2.2工作原理
我設(shè)計(jì)的主要是漿體管道輸送的液力缸設(shè)計(jì)部分。本方案采用三個(gè)液壓缸同時(shí)工作，較以前采用兩個(gè)液壓缸更能保證漿體輸出的連續(xù)性，即不容易產(chǎn)生死點(diǎn)，用水密封漿體避免了油和漿體的接觸，同時(shí)可以減少液壓缸的磨損，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且水的容積是不變的，這樣就節(jié)省了空間，也避免了摩擦、壓力帶來的不利因素，提高了漿體泵的工作可靠性和使用壽命。所以我選擇此作為本課題完成的技術(shù)手段。
液封的水從活塞桿內(nèi)的水管注入到缸內(nèi)，用雙連泵作為動(dòng)力源，經(jīng)過換向閥按一定的規(guī)律分配給三個(gè)液力缸實(shí)現(xiàn)吸漿和排漿的連續(xù)進(jìn)行，用泵給系統(tǒng)補(bǔ)充液壓油，完成工作循環(huán)，通過不斷的更換缸體的供油方式，保證缸體的吸漿和排漿連續(xù)不斷的進(jìn)行。
下面簡(jiǎn)單的介紹一下它的工作循環(huán)過程：
如圖4.1，假設(shè)初始狀態(tài)為1 ，循環(huán)過程為：狀態(tài)1，A缸在頂部向下排漿，同時(shí)單向閥1開啟，2關(guān)閉；B缸在中部向下排漿，同時(shí)單向閥3開啟，4關(guān)閉；C缸在底部向上吸漿，同時(shí)單向閥6開啟，5關(guān)閉；狀態(tài)2，A缸在中部向下排漿，同時(shí)單向閥1開啟，2關(guān)閉；B缸在底部向上吸漿，同時(shí)單向閥4開啟，5關(guān)閉；C缸在頂部向下排漿，同時(shí)單向閥5開啟，6關(guān)閉；狀態(tài)3，A缸在底部向上吸漿，同時(shí)單向閥2開啟，4關(guān)閉；B缸在頂部向下排漿，同時(shí)單向閥3開啟，4關(guān)閉;C缸在中部向上吸漿，同時(shí)單向閥5開啟，6關(guān)閉，以此方式往復(fù)循環(huán)。
1 2 3 4 5 6
圖4.1
3.計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1液力缸設(shè)計(jì)計(jì)算
已知：漿體壓力2.0Mpa，漿體流量20m3/h，單缸漿體流量10m3/h
初選取置換4
3.1.1初步擬訂系統(tǒng)原理圖
3.1.2初選液壓缸的負(fù)載
工作壓力 Py=C× Pj=4×20=８Mpa
流量 Qy=Qj/C=(10×1000/60) /4=４１７/min
由《液壓元件手冊(cè)》P130表2-3-2，查得按工作壓力選取負(fù)載F=100000N
3.1.3確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
3.1.3.1缸筒內(nèi)徑的計(jì)算
根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D：
D==126.19 mm
D——液壓缸內(nèi)徑 mm
F——液壓缸推力 N
P——選定的工作壓力 MPa
圓整取值D=160mm
缸筒材料選取Q235
3.1.3.2活塞桿直徑的d的計(jì)算
根據(jù)強(qiáng)度要求來計(jì)算活塞桿直徑d ，活塞桿是空心的，在穩(wěn)定狀態(tài)下，僅承受軸向載荷，活塞桿直徑按照簡(jiǎn)單拉、壓強(qiáng)計(jì)算。
活塞桿材料選用1Cr18Ni9Ti
d-d1 ≥
d1-------水管直徑 mm
F ------負(fù)載 N
-----活塞桿材料的許用應(yīng)力 Pa
d≥14+1000=49.69mm
選取活塞桿直徑d=70
3.1.3.3液壓缸行程S的確定
考慮到在滿足負(fù)載的情況下，當(dāng)行程過長(zhǎng)時(shí)，活塞桿就會(huì)很長(zhǎng)。但是活塞桿是空心的，加工的時(shí)候就會(huì)很困難，所以在S=4D ~ 6D即640mm~960mm 的范圍內(nèi)按照標(biāo)準(zhǔn)取S=640mm
3.1.3.4缸筒壁厚的計(jì)算
按照書《中國設(shè)計(jì)大典》查表得
S160=17mm，S320=28.5mm
驗(yàn)算壁厚
Pn ≤0.35 σp =
式中
-------液壓缸的外徑 m
-------液壓缸的內(nèi)徑 m
σp------缸體材料的許用拉應(yīng)力 MPa
σs------缸筒材料屈服點(diǎn) MPa
n ------安全系數(shù),一般取n=1.5~2.5，設(shè)計(jì)選擇n
Pn ≤0.35
≤22.38MPa
因?yàn)镻n =8MPa≤22.38MPa故滿足強(qiáng)度要求
一些常用的缸體材料的許用拉應(yīng)力σp參考如下：
鍛鋼 σp=（100-----120）MPa
鑄鋼 σp=（100-----110）MPa
無縫鋼管 σp=（100-----110）MPa
灰鑄鐵 σp=25MPa
高強(qiáng)度鑄鐵 σp=60MPa
3.1.3.5液壓缸的輸出速度
V=Qy/A1
V——輸出速度 m/s
Qy——進(jìn)入或流出液壓缸的流量 m3/s
A1——活塞作用面積 m2
A1=π/4×[D2- d2]
=π/4×{（0.16）2-（0.07）2}=0.0162495mm
Qy=41.7L/min=41.7×10-3 /60m/s
V=41.7×10-3 /(60×0.0162495)=2.6 m/min
3.1.3.6液壓缸的作用時(shí)間
t =V/Qy=A×S/Qy
t——液壓缸的作用時(shí)間 s
V——液壓缸的容積 m3
A——液壓缸的作用面積 m2
S——液壓缸行程 m
Qy——進(jìn)入或流出液壓缸流量 m3/s
t =0.0162495×0.8×60/（41.7×10-3）=18.7 s
3.1.3.7液壓缸的輸出力
單杠活塞式液壓缸的推力F1=Py×A×103 KN
F1——液壓缸的推力 KN
P1——工作壓力 MPa
A1——活塞作用面積 m3
F1=8×0.0162495=0.13 KN
3.1.3.8液壓缸的輸出功率
N=P×Q
Py——工作壓力 MPa
Qy——進(jìn)入或流出液壓缸的流量 m3/S
N=8×41.7/60=5.56KW
3.1.3.9液壓缸油口及水口直徑的計(jì)算
管子內(nèi)徑d’按流速選取
d≥1.13
Qy——液體流速 m3/S
V——流速 m/S
對(duì)于吸油管V≤1~2m/s(一般取1m/s以下)，對(duì)于壓油管V≤3~6m/s,對(duì)于回油管V≤1.5~2.5m/s 選取流速6m/s
d≥1.13×=0.0123m=12.3mm
根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)P575，按照焊接式端直通管接頭選取管子直徑14mm,管接頭的標(biāo)準(zhǔn)是M18×1.5,如圖3.1：
圖3.1
高度依次為22mm,18mm,16mm,14mm
水管根據(jù)壓力選取直徑為14mm
3.1.3.10缸底厚度計(jì)算
一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算：
t≥
公式中
t——缸蓋有效厚度 m
D2——缸蓋止口內(nèi)徑 m
d0——缸蓋孔直徑 m
[σ]——缸底材料許用應(yīng)力MPa
t≥
t≥24.78mm
3.1.3.11活塞
活塞材料一般無導(dǎo)向環(huán)用高強(qiáng)度鑄鐵HT200-300或球墨鑄鐵,有導(dǎo)向環(huán)用碳素鋼20或35號(hào)及45號(hào),我設(shè)計(jì)的活塞沒有導(dǎo)向環(huán)，固所選材料是HT200。
活塞厚度一般為活塞外徑的0.6~1.0倍,即（0.6~1.0）D
設(shè)計(jì)取B=0.8D=0.8×160=128
3.1.3.12 法蘭設(shè)計(jì)，見圖3.2：
圖3.2
PA1=F F’= =
=≤
其中F----總承受力
F’---單個(gè)螺栓承受力
n-----螺栓個(gè)數(shù)
Ns----安全系數(shù)
---法蘭材料許用應(yīng)力
----屈服極限
取n=12，查得Ns=5MPa，=235MPa
求得d=18.17mm,根據(jù)《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》P368扳手空間取d=20mm，見圖5.3：
圖5.3
其中
-------法蘭外圓半徑 =197
-------孔徑
=197mm b=24 =20
算得h=41.36mm,取h=42mm
14.半環(huán)設(shè)計(jì)，見圖5.4：
圖5.4
D=80mm,d=40mm,h=20mm
3.2液力缸和液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2.1液力缸的基本參數(shù)：
液力缸的公稱壓力 P=2.0MPa；
Q=10m3/h；
3.2.2液力缸的類型及安裝方式
3.2.2.1本設(shè)計(jì)采用的是雙活塞液力缸，見圖3.5：
圖3.5
3.2.2.2液力缸的安裝方式為焊接，即將法蘭焊到缸體上。詳情見圖5.6
圖3.6
法蘭型液力缸前端蓋與后端蓋均采用法蘭連接,法蘭型液力缸缸筒內(nèi)徑D通常大于100mm,外形尺寸大,額定壓力高,能承受較大的沖擊負(fù)載和惡劣的外界環(huán)境條件屬于重型液力缸.
前端蓋與后端蓋各有各的作用，前端蓋將液壓缸的活塞桿內(nèi)腔封閉并起著為活塞桿導(dǎo)向、密封和防塵的作用；后端蓋將缸筒底腔封閉并常常起著將液力缸與其它機(jī)件連接的作用.
3.2.2.3液壓缸的基本參數(shù)
液壓缸的公稱壓力 P=8.0MPa；
Q=10/4=2.5m3/h；
3.2.2.4液壓缸的類型及安裝方式
本設(shè)計(jì)采用的是單活塞液壓缸，見圖3.7：
圖3.7
3.3其他的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.3.1活塞桿
3.3.1.1活塞桿的結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)所采用的是空心桿，空心管內(nèi)通高壓水，活塞桿的外端是液壓缸用來與負(fù)載連接的部位，根據(jù)液壓缸的安裝方式，有多種結(jié)構(gòu)形式，本設(shè)計(jì)采用光桿的結(jié)構(gòu)形式見圖5.8：
圖3.8
活塞桿的內(nèi)端是用來與活塞連接的部位，活塞和活塞桿采用的連接方式見下圖3.9，所有的連接形式都有瑣緊措施，以防松動(dòng)。
圖3.9
3.3.1.2活塞桿密封
活塞桿密封結(jié)構(gòu)部分在液壓缸的前端蓋見下圖5.10：
圖3.10
活塞桿的密封多采用O型密封圈和Yx密封圈，這些密封圈形式由于與密封件之間是干摩擦摩擦阻力大，磨損阻力大磨損快。故采用之。
3.3.1.3技術(shù)要求
a:活塞桿工作表面的直線度誤差在500m長(zhǎng)度上不大于0.03mm。
b:活塞桿兩端跳動(dòng)不大于0.01mm。
c:端面的垂直度誤差在直徑100mm上不大于0.04mm。
3.3.1.4總長(zhǎng)及加工方式
活塞總長(zhǎng)為1962m,加工比較麻煩，無法采用深孔鉆，因?yàn)榭妆容^小，所以采用在鉆頭上焊長(zhǎng)桿，鉆滿就退出，排完下去屑再鉆，如此往復(fù)鉆下去，而且采用兩頭鉆的方法，這樣就能加工完成。
3.3.1.5活塞干材料
實(shí)心活塞桿的材料一般為35、45號(hào)鋼，而空心活塞桿一般為35、45號(hào)鋼的無逢鋼管，所以我選用的材料是1Cr18Ni9Ti
3.3.2活塞
3.3.2.1活塞的結(jié)構(gòu)
活塞的結(jié)構(gòu)主要考慮與缸筒內(nèi)壁的滑動(dòng)和密封，以及與活塞桿之間的連接和密封?；钊慕Y(jié)構(gòu)形式取決于密封件的形式。而密封件的形式則根據(jù)壓力、速度和溫度等工作條件而定。見下圖5.10所示：
活塞與缸筒的密封采用Yx密封，活塞與活塞桿之間為間隙密封、配合之間的密封為固定密封。采用O型密封圈，密封糟開在活塞桿上。
圖3.10
3.3.2.2活塞的材料
本設(shè)計(jì)無導(dǎo)向環(huán)，故采用高強(qiáng)度鑄鐵HT200。
3.3.2.3技術(shù)要求
a：外徑D對(duì)d的跳動(dòng)不大于D公差之半。
b：活塞兩端面T對(duì)活塞軸線的垂直度誤差在直徑100mm上不大于0.04mm，外徑D的圓度誤差圓柱度誤差不大于活塞外徑公差之半。
3.3.3缸體與缸蓋
3.3.3.1缸體的材料
缸筒的材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形，有足夠的剛度能承受活塞測(cè)向力和安裝的反作用力而不至于長(zhǎng)生彎曲，需要焊接的缸筒，還要求有良好的焊接性能。
液壓缸缸體常用的材料為20、35、45號(hào)缸的無縫鋼管。20號(hào)鋼用的較少，缸筒與缸底管接頭、耳軸等焊接在一起的缸體用35號(hào)鋼，并在粗加工后調(diào)質(zhì)。缸筒不與其他零件焊接的缸體，可用合金鋼無縫鋼管制造缸體。但是我選用的螺栓材料都是Q235A的，通過比較我覺得選用Q235A鋼比較符合本設(shè)計(jì)。
3.3.3.2缸蓋材料
液壓缸缸蓋的材料為35、45號(hào)鋼或ZG271-500以及HT 250，綜合考慮其后采用Q235。
3.3.3.3缸蓋的技術(shù)要求
缸徑D、活塞桿密封圈的外徑d3的圓度誤差和圓柱度誤差不大于0.03mm
3.3.4活塞與活塞桿的連接形式
在一般條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接，當(dāng)液壓缸工作的壓力較高，機(jī)械振動(dòng)較大采用半環(huán)連接，本設(shè)計(jì)考慮實(shí)際情況故采用半環(huán)連接。
5.3.5密封件的選用
在液壓元件及系統(tǒng)中，由于受到壓力、間隙和黏度的影響而產(chǎn)生泄露，內(nèi)泄露會(huì)引起液壓系統(tǒng)容積效率的下降，達(dá)不到所需的工作壓力，使設(shè)備無法正常工作。外泄露會(huì)造成工作介質(zhì)的浪費(fèi)和污染環(huán)境。甚至造成事故。因此，密封件的選用是防止工作介質(zhì)的泄露和外界塵埃和異物的侵入。保證液壓設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
除間隙密封外，利用密封件，使相領(lǐng)兩個(gè)偶合表面的間隙，控制在被密封的工作介質(zhì)所能通過的最小間隙值以內(nèi)。
3.3.5.1對(duì)密封件的要求
良好的密封性，運(yùn)動(dòng)密封處摩擦阻力小，良好的耐磨性有足夠的使用壽命；與工作介質(zhì)有良好的相容性。
本次設(shè)計(jì)采用主要有O形橡膠密封圈與Yx密封圈對(duì)設(shè)備進(jìn)行密封。
活塞與活塞桿之間采用O型密封圈，前端蓋與活塞桿之間采用O型密封圈。
O型密封圈具有以下特點(diǎn)：
a：O型圈的截面呈圓形，其材料主要為氟橡膠，因O型圈即可用做靜密封，又可用于動(dòng)密封，動(dòng)摩擦阻力又比較小，單件使用可對(duì)兩個(gè)方向起密封作用，而且價(jià)格低廉，裝拆方便，是液壓工程中是使用最廣泛的一種密封件。
b：所選型號(hào)及密封機(jī)理
圖3.11
O型橡膠密封圈
液壓氣動(dòng)用O型橡膠密封圈
所選型號(hào)見下表
d
d1
Ф270
Ф5.7
Ф240
Ф5.7
Ф250
Ф5.7
Ф60
Ф5.3
O型圈用于此往復(fù)運(yùn)動(dòng)件之間的密封，由于油液的黏度及運(yùn)動(dòng)速度等因素的影響，沿金屬滑移和密封件間構(gòu)成了一層粘附力及強(qiáng)的油膜，從而減小了摩擦阻力，延長(zhǎng)了使用壽命。
圖3.12
六角薄螺母-A和B級(jí)-倒角：(GB6172-86)
圖3.13
D
da(max)
p
dw(min)
e(min)
m(max)
S (max)
M36
36
3
51.1
60.97
18
55
普通六角螺栓-C級(jí)：(GB5782-86)
圖3.14
d
f
da
ds
dw
e
k
r
c
s
K’
30
6
33.4
29.43
42.7
50.85
18.7
1
0.8
46
12.8
20
5
22.4
19.67
42.7
28.2
12.8
0.8
0.8
46
8.5
標(biāo)準(zhǔn)彈簧墊圈：(GB93-87)
d=20mm b=5.2mm
d=30mm b=7.8mm
材料為65Mn 表面氧化
O型密封圈尺寸的匹配有較嚴(yán)格的規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)O型圈壓縮量選擇過小，或加工溝槽時(shí)公差波動(dòng)向壓縮量小的方向靠攏。裝配后會(huì)O型圈的泄露。如果壓縮量選擇過大或溝槽時(shí)公差波動(dòng)向壓縮量大的方向靠攏，就會(huì)導(dǎo)致因壓縮量過大而引起橡膠應(yīng)力松弛，形成密封裝置泄露，同樣，O型圈裝配后若拉伸過度，也會(huì)造成因密封件過早老化而引起的密封裝置泄露。
O型圈安裝溝槽深度的設(shè)計(jì)，取決于O型圈的壓縮量，溝槽的寬度由使用條件而定，O型圈用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封裝置，對(duì)溝槽的寬度應(yīng)取小值。
裝配前各裝配件必須嚴(yán)格清洗，裝配過程中O型圈通過的偶合面須涂敷潤(rùn)滑脂。對(duì)徑向孔或螺釘?shù)牟课?，?yīng)用護(hù)套隔開或采用其它防護(hù)措施，使O型圈在裝配時(shí)不被劃傷，不被扭曲。
Yx密封圈是液壓缸使用極其廣泛的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封圈，它由Y型密封圈改制而成，通常用聚氨脂材料而成。其斷面高度比大于2，穩(wěn)定性好，不易反轉(zhuǎn)，軸孔不通用，
Yx密封圈的兩個(gè)唇邊高度不等，其短邊為密封邊，與密封面接觸，滑動(dòng)摩擦阻力小，長(zhǎng)邊與非滑動(dòng)表面相接觸，增加了壓縮量，使摩擦阻力增大，工作時(shí)不易竄動(dòng)，因使用壓力低與6Mpa，故可不用擋圈而單獨(dú)使用，
孔用Yx密封圈及其安裝溝槽的形式和尺寸見零件圖，為保護(hù)孔Yx密封圈在不使用擋圈時(shí)不被擠出，密封圈的配合間隙應(yīng)嚴(yán)格控制。
安裝：
1. 安裝時(shí)所通過的部位，如液壓缸缸筒和活塞桿端部應(yīng)有15度到30度倒角，以避免劃傷密封圈唇緣。
2. 安裝時(shí)如果通過外螺紋或退刀槽等尖角部位使，應(yīng)套上專用的護(hù)套，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使外螺紋和退刀槽的直徑小于密封圈的內(nèi)徑。
3. 應(yīng)在密封圈表面和裝配通過的部位涂沫潤(rùn)滑脂或工作油。
4. 應(yīng)將Yx密封圈的凹部正對(duì)壓力介質(zhì)。
5. 力戒密封圈遭受長(zhǎng)時(shí)間的過度拉伸，防止密封圈產(chǎn)生槊形變行。
6. 零件應(yīng)徹底清洗，防止帶入沙塵和鐵屑等雜物。
7. 對(duì)于閉式整體溝槽，將墊柱墊入導(dǎo)向孔，作為墊底放入Y型圈，并用壓棒Y型圈推入溝槽。
8. 安裝時(shí)所通過的部位，如液壓缸缸筒和活塞桿端部應(yīng)有15度到30度倒角，以避免劃傷密封圈唇緣。
9. 安裝時(shí)如果通過外螺紋或退刀槽等尖角部位使，應(yīng)套上專用的護(hù)套，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使外螺紋和退刀槽的直徑小于密封圈的內(nèi)徑。
10. 應(yīng)在密封圈表面和裝配通過的部位涂沫潤(rùn)滑脂或工作油。
11. 應(yīng)將Yx密封圈的凹部正對(duì)壓力介質(zhì)。
12. 力戒密封圈遭受長(zhǎng)時(shí)間的過度拉伸，防止密封圈產(chǎn)生槊形變行。
13. 零件應(yīng)徹底清洗，防止帶入沙塵和鐵屑等雜物。
14. 安裝：
對(duì)于閉式整體溝槽，將墊柱墊入導(dǎo)向孔，作為墊底放入Y型圈，并用壓棒Y型圈推入溝槽。
裝配前各裝配件必須嚴(yán)格清洗，裝配過程中O型圈通過的偶合面須涂敷潤(rùn)滑脂。對(duì)徑向孔或螺釘?shù)牟课?，?yīng)用護(hù)套隔開或采用其它防護(hù)措施，使O型圈在裝配時(shí)不被劃傷，不被扭曲。
Yx密封圈是液壓缸使用極其廣泛的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封圈，它由Y型密封圈改制而成，通常用聚氨脂材料而成。其斷面高度比大于2，穩(wěn)定性好，不易反轉(zhuǎn)，軸孔不通用，
Yx密封圈的兩個(gè)唇邊高度不等，其短邊為密封邊，與密封面接觸，滑動(dòng)摩擦阻力小，長(zhǎng)邊與非滑動(dòng)表面相接觸，增加了壓縮量，使摩擦阻力增大，工作時(shí)不易竄動(dòng)，因使用壓力低與6Mpa，故可不用擋圈而單獨(dú)使用，
孔用Yx密封圈及其安裝溝槽的形式和尺寸見零件圖，為保護(hù)孔Yx密封圈在
不使用擋圈時(shí)不被擠出，密封圈的配合間隙應(yīng)嚴(yán)格控制。
彈簧墊圈的選擇（GB93-87）
公差的查找：我所設(shè)計(jì)的全是基孔制，因此查找《幾何量公差與檢測(cè)》的P273附表3-2，根據(jù)精度的級(jí)別選擇公差，如7級(jí)精度直徑為70的公差為0.030毫米，在從P274-P281查找上下偏差，再加上或減去公差得到另外一個(gè)偏差，這樣尺寸也就查完了。
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)每個(gè)畢業(yè)生來說都是最后一次檢驗(yàn)，也是在大學(xué)里最好的一次檢驗(yàn)，它能給我們找出自己的不足，也能讓大家初步了解我們學(xué)的知識(shí)究竟能有什么用途，同時(shí)，這也是我們步入社會(huì)大舞臺(tái)的提前準(zhǔn)備。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中我們學(xué)到了許多在課堂上學(xué)不到的東西，也懂得了理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)密切結(jié)合的重要性，通過我們?cè)趫D書館里查閱的大量書籍以及從網(wǎng)上得到的資料，不僅復(fù)習(xí)了我們以前學(xué)的不是很扎實(shí)的知識(shí)，而且這些知識(shí)又在我們不斷積累的過程中得到了進(jìn)一步鞏固，加深和擴(kuò)展。在這3個(gè)月的努力下，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。我所設(shè)計(jì)的雙活塞液力缸是在前人的產(chǎn)品上有所改進(jìn).更加優(yōu)化和耐用。
對(duì)于我來說，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的作用是很大的，他讓我了解了自己的很多不足。特別是在知識(shí)的積累上，我基本上就是學(xué)一點(diǎn)忘一點(diǎn)，很多當(dāng)時(shí)會(huì)的東西都忘了，在設(shè)計(jì)中顯得十分的被動(dòng)，特別是在剛開始的時(shí)候，困難重重，很多的問題都疑惑不解，而且很多知識(shí)都是相輔相成，單方面考慮問題只會(huì)把自己帶入誤區(qū)，導(dǎo)致問題變得更加的復(fù)雜，于是我立刻改變了策略，在請(qǐng)教老師的同時(shí)不斷復(fù)習(xí)以前的知識(shí)，漸漸的做起設(shè)計(jì)來是較為順手了。另外就是脫離實(shí)際，我想的方案只是停留在理論上，在實(shí)際中很多都實(shí)現(xiàn)不了，這就要求我們不僅僅要多動(dòng)腦，動(dòng)手的能力更是不可缺少的，而且要多注意觀察，多多的了解我們身邊的事物，因?yàn)楹芏嘣谀悴唤?jīng)意的時(shí)候的所見所聞上卻會(huì)成為你將來解決難題的鑰匙。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)覺我真的是有所提高，不僅對(duì)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，而且對(duì)一些實(shí)際的東西也有了細(xì)致的了解。還有一點(diǎn)就是我們不可以有依賴性，要學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，要有自己解決問題的能力。
我的課題是雙活塞漿體泵液力缸設(shè)計(jì)，我是在前人的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)，特別是采用雙活塞和空心的液壓桿，都能有所突破，但是由于桿的長(zhǎng)度過長(zhǎng)，而且還是空心的，這就給加工帶來了很大的難度，雖然現(xiàn)在能在1米長(zhǎng)的軸上鉆出Φ6、Φ7的孔，但是要是在2米長(zhǎng)的軸上加工孔就會(huì)非常的困難，只能是兩面加工，這就相當(dāng)?shù)穆闊┝?，這也是一個(gè)很難解決的問題，看來，在將來還需要對(duì)它做進(jìn)一步的改進(jìn)，以達(dá)到真正的優(yōu)化。
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