基于PROE液压千斤顶设计解读文档格式.docx
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Abstract
Inthispaper,basedonhydraulicjacksPROEdesignstructureandworkingprincipleoftheanalysis,theparametersrequiredtoselect,accordingtotheparametersofdesign,teachingcore,four,layersforward,everystep,andgraduallyelaboratedesignbasedonhydraulicjacksPROEdesignprocess.Especiallyinthehandle,plunger,hydrauliccylinder,weldingfixturedesign,theuseoftheavailableknowledgeoftheprincipleofhydraulicstructures,mechanicaldesignandmanufacturingtheoryandformulas,machiningprocess,theentirehydraulicsystemtodeterminethegeometryofeachparttoensurethatthePROEhydraulicjackdesignedbasedonthequalityandstrength.
ThedesignisbasedPROEhydraulicjacksratedliftingcapacityof5T,thelimitis6T,whenmorethan5.5Tautomaticunloadingtoensurethatthejackwillnotoverloadanddamage.ThedesignofsystemsbasedonhydraulicjacksPROEsimple,practical,lowcost,easymaintenance,tensileproperties,stableandreliable.Theflexibledesignofthehandleandlow-intensityrunning,butalsoincreasedtheuseofthegeneralwillofthejack.
Keywords:
hydraulicjacks,Proe
摘要.............................................................IIIAbstract..............................................................IV
第一章绪论............................................................1
1.1液压技术的发展及应用............................................1
1.2千斤顶的分类及用途..............................................2
第二章基于PROE液压千斤顶设计工作原理分析............................4
2.1基于PROE液压千斤顶设计的作用...................................5
2.2基于PROE液压千斤顶设计主要构件分析.............................5
第三章液压缸的设计....................................................6
3.1液压缸的主要形式及选材..........................................6
3.2(液压缸主要参数的计算)液压缸的压力.............................6
3.3液压缸的输出力与输出力..........................................7
3.4液压缸的输出速度................................................7
3.5液压缸的功率....................................................8
3.6小液压缸的主要参数计算..........................................8
第四章液压控制阀.....................................................10
4.1方向控制阀.....................................................10
4.2普通单向阀.....................................................10
4.3背压阀.........................................................10
第五章拉压杆和弯曲杆的设计...........................................12
5.1弯曲杆(手柄的设计.............................................12
5.2求得支座反力...................................................12
5.3梁的剪应力FS及弯矩M............................................12
5.4确定危险截面...................................................13
5.5活塞杆(拉压杆)的设计.........................................15
第六章液压油的选用和工艺规程设计.....................................16
6.2液压油的选用...................................................16
6.2热处理.........................................................16
6.3制订工艺路线...................................................17
第七章焊接夹具设计...................................................19
7.1设计理由.......................................................19
7.2焊接夹具的设计原理.............................................19
7.3确定夹具结构方案...............................................19
(1)确定夹具结构..................................................19
结论..............................................................24
参考文献..............................................................25
致谢..............................................................26
第一章绪论
1.1液压技术的发展及应用
自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,液压传动技术已有二三百年的历史。
直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。
在第二次世界大战期间,由于战争需要,出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。
第二次世界大战结束后,液压技术迅速转向民用工业,液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。
本世纪60年代以后,液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。
因此,液压传动真正的发展也只是近三四十年的事。
当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。
同时,新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计(CAD、计算机辅助测试(CAT、计算机直接控制(CDC、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。
我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上,后来又用于拖拉机和工程机械。
现在,我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计,现已形成了系列,并在各种机械设备上得到了广泛的使用。
液压传动之所以能得到广泛的应用,是由于它具有以下的主要优点:
(1由于液压传动是油管连接,所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构,这是比机械传动优越的地方。
例如,在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动,以克服长驱动轴效率低的缺点。
由于液压缸的推力很大,又加之极易布置,在挖掘机等重型工程机械上,已基本取代了老式的机械传动,不仅操作方便,而且外形美观大方。
(2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。
例如,相同功率液压马达的体积为电动机的12%~13%。
液压泵和液压马达单位功率的重量指标,目前是发电机和电动机的十分之一,液压泵和液压马达可小至0.0025N/W(牛/瓦,发电机和电动机则约为0.03N/W。
(3可在大范围内实现无级调速。
借助阀或变量泵、变量马达,可以实现无级调速,调速范围可达1∶2000,并可在液压装置运行的过程中进行调速。
(4传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定。
正因为此特点,金属切削机床
中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。
(5液压装置易于实现过载保护——借助于设置溢流阀等,同时液压件能自行润滑,因此使用寿命长。
(6液压传动容易实现自动化——借助于各种控制阀,特别是采用液压控制和电气控制结合使用时,能很容易地实现复杂的自动工作循环,而且可以实现遥控。
(7液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,便于设计、制造和推广使用。
液压传动的缺点是:
(1液压系统中的漏油等因素,影响运动的平稳性和正确性,使得液压传动不能保证严格的传动比。
(2液压传动对油温的变化比较敏感,温度变化时,液体粘性变化,引起运动特性的变化,使得工作的稳定性受到影响,所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。
(3为了减少泄漏,以及为了满足某些性能上的要求,液压元件的配合件制造精度要求较高,加工工艺较复杂。
(4液压传动要求有单独的能源,不像电源那样使用方便。
(5液压系统发生故障不易检查和排除。
总之,液压传动的优点是主要的,随着设计制造和使用水平的不断提高,有些缺点正在逐步加以克服。
液压传动有着广泛的发展前景。
1.2千斤顶的分类及用途
千斤顶是一种起重高度小(小于1m的最简单的起重设备,它主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。
其结构轻巧坚固、灵活可靠,一人即可携带和操作。
千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置,通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的,轻小起重设备它有机械式和液压式两种。
机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种,由于起重量小,操作费力,一般只用于机械维修工作,在修桥过程中不适用。
液压式千斤顶结构紧凑,工作平稳,有自锁作用,故使用广泛。
其缺点是起重高度有限,起升速度慢。
基于PROE液压千斤顶设计分为通用和专用两类。
专用基于PROE液压千斤顶设计使专用的张拉机具,在制作预应力混凝土构件时,
对预应力钢筋施加张力。
专用基于PROE液压千斤顶设计多为双作用式。
常用的有穿心式和锥锚式两种。
穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束,它主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等部分组成。
它的特点是:
沿拉伸轴心有一穿心孔道,钢筋(或钢丝穿入后由尾部的工具锚固。
近年来随着科技的飞速发展,同时带动自动控制系统日新月异更新,液压技术的应用正在不断地走向深入。
第二章基于PROE液压千斤顶设计工作原理分析
图2.1基于PROE液压千斤顶设计工作原理图
1.杠杆手柄2.小油缸3.小活塞4.单向阀5.吸油管6.管道
7.单向阀8.大活塞9.大油缸10.管道11.截止阀12.油箱
图2.1是基于PROE液压千斤顶设计的工作原理图。
大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。
杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。
如提起手柄使小活塞向上移动,小活塞下端油腔容积增大,形成局部真空,这时单向阀4打开,通过吸油管5从油箱12中吸油;
用力压下手柄,小活塞下移,小活塞下腔压力升高,单向阀4关闭,单向阀7打开,下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔,迫使大活塞8向上移动,顶起重物。
再次提起手柄吸油时,单向阀7自动关闭,使油液不能倒流,从而保证了重物不会自行下落。
不断地往复扳动手柄,就能不断地把油液压入液压缸下腔,使重物逐渐地升起。
如果打开截止阀11,液压缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱,重物就向下移动。
这就是基于PROE液压千斤顶设计的工作原理。
通过对上面基于PROE液压千斤顶设计工作过程的分析,可以初步了解到液压传动的基本工作原理。
液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。
压下杠杆时,小油缸2输出压力油,是将机械能转换成油液的压力能,压力油经过管道6及单向阀7,推动大活塞8举起重物,是将油液的压力能又转换成机械能。
大活塞8
举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。
由此可见,液压传动是一个不同能量的转换过程。
2.1基于PROE液压千斤顶设计的作用
本基于PROE液压千斤顶设计是杭州万海五金经营部销售的QYL5D油压千斤。
为三一重工股份有限公司配套加工的外协件,它用在飞机的起落架以及吊车,挖掘机、装载机、推土机、压路机、铲运机的支撑架的机构中,主要是起到支撑作用。
因此,该零件的质量及精度在使用中是非常重要的,必须制作出合理的工艺规程以确保零件的质量。
2.2基于PROE液压千斤顶设计主要构件分析
该系统是一个组焊件,技术条件要求为:
组焊后加工,热处理调质达到HB240~HB280。
表面粗糙度最高达到Ra2.3µ
m,最低达到Ra12.5µ
m,尺寸公差较小,另外有一处位置公差要求,这就需要经过粗加工、半精加工、精加工过程。
本零件用于大批量生产。
本系统主要运用了:
杠杆原理,帕斯卡原理,单向阀单向导通原理等。
第三章液压缸的设计
3.1液压缸的主要形式及选材
液压缸能将液压能转换为机械能,用来驱动工作机构作直线运动或摆动运动。
它是液压执行元件。
液压缸由于结构简单,工作可靠,除单个使用外,还可几个组合或与杠杆、连杠、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等其他机构配合,实现多种机械运动,因此应用十分广泛。
液压缸有多种类型。
按结构特点可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类;
按作用方式又可分为单作用式和双作用式两种。
由于液压缸要承受较大压强,故液压缸采用:
45号钢活塞式单作用液压缸。
3.2(液压缸主要参数的计算)液压缸的压力
(1)额定压力Pn:
也称为公称压力,是液压缸能用以长期工作的最高压力。
油液作用在活塞单位面积上的法向力图3.1。
单位为Pa,其值为:
Pn=G/A=5×
104÷
(3.14×
0.2×
0.2)=3.98×
105Pa
图3.1液压缸的计算简图
式中:
FL为活塞杆承受的总负载;
A为活塞的工作面积。
上式表明,液压缸的工作压力是由于负载的存在而产生的,负载越大,液压缸的压力也越大。
表3.1为国家标准规定的液压缸公称压力系列。
表3.1液压缸公称压力(MPa)
(2)工作压力P:
由于活塞的重力大约在g=10N左右,要远比物体的重力小,所以可以忽略不计。
所以p=
FL
=(g+G/A=5.001×
0.2)A
=3.98168×
105Pa≈Pn=3.98×
(3)最高允许压力pmax:
也称试验压力,是液压缸在瞬间能承受的极限压力。
通常为
pmax≤1.5Pn=1.5×
3.98×
=5.97×
105Pa≈0.6MPa
3.3液压缸的输出力与输出力
(1)液压缸的理论输出力F出等于油液的压力和工作腔有效面积的乘积,即
F=pA=AG=5×
10N
4
由于液压缸为单活塞杆形式,因此两腔的有效面积不同。
所以在相同压力条件下液压缸往复运动的输出力也不同。
由于液压缸内部存在密封圈阻力回油阻力等,故液压缸的的实际输出力小于理论作用力。
(2)液压缸的理论输入力:
F入=F出×
A1÷
A2=5×
104×
(0.022÷
0.22=5×
102N
式中:
A1表示小液压缸的横截面积,0.02(m表示小液压缸的半径,A2表示大液压缸的横截面积,0.2(m表示大液压缸的半径。
3.4液压缸的输出速度
(1)大液压缸的输出速度
v=
q
=nSA1/A2=10×
0.3×
0.01=0.03m/minA
q=nSA1=10×
3.14×
(0.022=3.768×
10-3L/min
V为液压缸的输出速度;
q为输入液压缸工作腔的流量;
A2为大液压缸工作腔的有效面积;
A1表示小液压缸的横截面积;
n=10表示小液压缸每分钟回程10次;
S=0.3m表示小液压缸工作行程为300mm
(2)速比λV
λv=
v2A1
=
v1A2
V1为活塞前进速度;
V2为活塞退回速度;
A1为活塞无杆腔有效面积;
A2为活塞有杆腔有效面积。
速度不可过小,以免造成活塞杆过细,稳定性不好。
其值如表3.2示:
表3.2液压缸往复速度比推荐值
3.5液压缸的功率
(1)输出功率P0:
液压缸的输出为机械能。
单位W,其值为:
p0=Fv=5×
10×
0.03=1500W
F为作用在活塞杆上的外负载;
v为活塞平均运动速度。
(2)输入功率pi:
液压缸的输入为液压能。
单位为W,它等于压力和流量的乘积,
即q=nSA1=10×
5-3
pi=pq=3.98168×
3.768×
10=1500.3W
p为大液压缸的工作压力;
q为大液压缸的输入流量。
由于液压缸内存在能量损失(摩擦和泄露等),因此,输出功率小于输入功率。
3.6小液压缸的主要参数计算
(1)小液压缸的输出力等于大液压缸的输入力,即:
F=500N
(2)小液压缸的流速为:
V=(A大/A小×
V大=100×
0.03=3m/min
(3)小液压缸的流量为:
第四章液压控制阀
4.1方向控制阀
方向控制阀是控制液压系统中油液流动方向的,它为单向阀和换向阀两类。
单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。
4.2普通单向阀
普通单向阀简称单向阀,它的作用是使用油液只能沿一个方向流动,不许反向倒流。
图4.1所示为直通式单向阀的结构及图形符号。
压力油从p1流入时,克服弹簧3作用在阀芯2上的力,使阀芯2向右移动,打开阀口,油液从p1口流向p2口。
当压力油从p2口流人时,液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上,使阀口关闭,液流不能通过。
(a)结构原理图(b)图形符号
图4.1单向阀
1、阀体;
2、阀芯;
3、弹簧
单向阀的弹簧主要用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力,使阀芯可靠复位,为了减小压力损失,弹簧钢度较小,一般单向阀的开启为0.03MPa~0.05MPa(如换上刚度较大的弹簧,使阀的开启压力达到0.2MPa~0.6MPa,便可当背压阀使用)。
4.3背压阀
为了液压缸不超过最高允许压力pmax=0.6Mpa,需要在回油路上并联一个0.55MPa的背压阀。
只需将4.2中设计的单向阀换上刚度较大的弹簧,使阀的开启压力达到0.55MPa,便可当背压阀使用。
这样,当压力超过0.55MPa时,背压阀自动打开
泄荷,使液压缸免受损坏。
第五章拉压杆和弯曲杆的设计
5.1弯曲杆(手柄的设计
工程中常存在大量受弯曲的杆件,这些杆件在外力作用下常发生弯曲变形,以弯曲为主要变形的杆件称为梁.工程力学中对梁作以下规定:
梁任一横截面上的剪力,其值等于该截面任一侧梁上所有横向力的代数和。
梁任一横截面上的弯矩,其值等于该截面任一侧所有外力对形心的力矩的代数和。
5.2求得支座反力
试选择45号正火钢,设计为环形截面(如图5.5,画出受力图(如图5.1a进