毕业设计论文Word文档格式.docx
《毕业设计论文Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文Word文档格式.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
在缸头的外部，加设一个导向套，此导向套还有阻止泥沙进入的作用，以防泥沙刮坏密封元件。
由于启门力为2000KN，因此对缸头缸底与缸筒的联接进行强度校核，以及活塞杆与活塞间的螺纹联接强度核算。
水利油缸的压力很大，因此需要选择高性能的密封件，本设计中选用了O形密封圈组。
在密封形式和导向元件选定后，确定密封处各零件的沟槽尺寸，即确定了全部结构。
关键词：
液压启闭机，液压缸，结构设计
StructureDesignofHydraulicHoistinExteriorRadialGate
Abstract
Becauseofsomanyadvantagesofhydraulicsystem,thehydraulichoistisusedmoreandmorecomprehensively.Thispaperdesignsthemainbodyofthehydraulic-cylinderwhichincludesthehead,thepistonrod,thepiston,thebarrel,andthesealcomponents.Takingtheworkandtheinstallationcircumstanceunderthewaterintoconsideration,itistakentheclevisformatthetwoends,thebarrelandthehead-bottomarelinkedbyscrews.Theparametersincludethelengthofthestroke,theforceofopeningthedoorandtherate.Asthestrokeisusuallyverylong,theweightitselfwillbetoolarge.Soweshouldtakesomeactiontoguardagainstthedeflection,andtoholdanddirectionthemovingofit.Accordingtothoseconsiderations,Acoverisaddedtotheheadandjointhembyscrews.Thiscovercanalsopreventsthesiltfromgettingintothecylinder,thusthesealunitswillbesafeguarded.Theforceis2000KN,solargeaforcewillleadtoahighpressureinthecylinder,sothelinkstrengthofscrewsbetweenthehead-bottomandthebarrelandthescrewsthreadbetweenthepistonandpistonrodaretestedandverified.
Theselectionofsealunitshaveessentialsignificancetothehydraulicsystem,becauseofthehighpressure,weshouldchosethecomponentsthathavehighproperty.Whenthesealisfixed,thenwecanrelevantlygetthedemissionofgroove.Thenthemaindesignofstructureanddemissionaredone.
Keywords:
hydraulichoist；
hydrauliccylinder；
constructdesign
第一章绪论….………………………………………………………………………………….1
1.1液压启闭机技术综述………………………………………………….………………1
1.2液压缸的组成……………………………………………………………………………5
3.2缸体与缸盖的连接形式…………………………………………………………………26
参考文献………………………………………………………………………………………32
致谢……………………………………………………………………………………………33
第一章绪论
1.1液压启闭机技术综述
液压式启闭机简称液压启闭机，是集机、电、液、仪为一体的新型启闭机械，液压启闭机的特点可按液压系统和油缸总成二部分来叙述。
以液压缸为主体，油泵、电动机、油箱、滤油器，液压控制阀组合的总成。
工作原理是以电机为动力源，电机带动双向油泵输出压力油，通过油路集成块等元件驱动活塞杆来控制闸门的启闭。
电动机、油泵、液压控制阀和液压缸可装在同一轴线上，也可按需要装置在不同轴线上，只需接通电动机的控制电源，即可使活塞杆往复运动。
液压控制阀组合是由溢流阀、调速阀、液压单向阀等阀组成，可根据启闭机的工作特点设计不同油路形成的组合阀满足其工况要求。
活塞杆的伸缩由电动机正反旋转控制，具有动作灵活，行程控制准确，过载保护等性能，当运行受阻时，油路中压力增高到调定的限额，溢流阀迅速而准确地溢流，实行过载保护，电机运转在额定值内不会烧毁。
当启闭机运行到调定行程到终端时，启闭机油路集成块中设计自锁机构；
当电机停止时，活塞杆则锁定在此位置上，处于保压状态。
一．液压缸的类型和特点
液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件，其功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动。
随着液压用户对设备要求的提高，设备动作可靠性越来越引起用户的极大关注。
为保证两个或多个执行器按规定的次序正常动作，可以通过机械装置、逻辑电路或液压回路控制液压缸以及电磁换向阀等液压元件实现系统需求，但这无疑会使系统变得更为复杂，可靠性降低，成本增加。
为此，我们结合某工程设计了顺序动作液压缸，用以控制液压系统中相关执行器液压回路的通断，达到各执行器按规定顺序动作的目的。
液压缸的类型和特点:
液压缸的种类很多，下面分别介绍几种常用的液压缸。
1.活塞式液压缸活塞式液压缸根据其使用要求不同可分为双杆式和单杆式两种。
（1）双杆式活塞缸。
活塞两端都有一根直径相等的活塞杆伸出的液压缸称为双杆式活塞缸，它一般由缸体、缸盖、活塞、活塞杆和密封件等零件构成。
根据安装方式不同可分为缸筒固定式和活塞杆固定式两种。
双杆活塞缸在工作时，设计成一个活塞杆是受拉的，而另一个活塞杆不受力，因此这种液压缸的活塞杆可以做得细些。
（2）单杆式活塞缸。
活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。
由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也不等，其值分别为：
F1=（p1A1-p2A2）=π［（p1-p2）D2-p2d2］/4
F1=（p1A1-p2A2）=π［（p1-p2）D2-p2d2］/4
v1=q/A1=4q/πD2
v2=q/A2=4q/π（D2-d2）
由式可知，由于A1＞A2,所以F1＞F2，v1＜v2。
如把两个方向上的输出速度v2和v1的比值称为速度比，记作λv，则λv=v2/v1=1/［1-（d/D）2］。
因此，。
在已知D和λv时，可确定d值。
（3）差动油缸。
单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为：
“差动连接”
差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，正好利用这一点，可使在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度，这种连接方式被广泛应用于组合机床的液压动力系统和其他机械设备的快速运动中。
2.柱塞缸
柱塞缸，它只能实现一个方向的液压传动，反向运动要靠外力。
若需要实现双向运动，则必须成对使用。
这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由缸盖上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需精加工，它特别适用于行程较长的场合。
3.其他液压缸
（1）增压液压缸。
增压液压缸又称增压器，它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得高压。
显然增压能力是在降低有效能量的基础上得到的，也就是说增压缸仅仅是增大输出的压力，并不能增大输出的能量。
单作用增压缸在柱塞运动到终点时，不能再输出高压液体，需要将活塞退回到左端位置，再向右行时才又输出高压液体，为了克服这一缺点，可采用双作用增压缸，由两个高压端连续向系统供油。
（2）伸缩缸。
伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。
伸缩缸可以是单作用式，也可以是双作用式，前者靠外力回程，后者靠伸缩缸的外伸动作是逐级进行的。
（3）齿轮缸。
它由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成。
柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的传动，用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。
二．液压缸的组成
从上面所述的液压缸典型结构中可以看到，液压缸的结构基本上可以分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分，分述如下。
（1）缸筒和缸盖。
一般来说，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。
工作压力p＜10MPa时，使用铸铁；
p＜20MPa时，使用无缝钢管；
p＞20MPa时，使用铸钢或锻钢。
缸筒和缸盖的常见结构形式。
法兰连接式，结构简单，容易加工，也容易装拆，但外形尺
寸和重量都较大，常用于铸铁制的缸筒上。
半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。
螺纹连接式，它的缸筒端部结构复杂，外径加工时要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。
拉杆连接式，结构的通用性大，容易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。
焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引起变形。
（2）活塞与活塞杆。
可以把短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成一体，这是最简单的形式。
但当行程较长时，这种整体式活塞组件的加工较费事，所以常把活塞与活塞杆分开制造，然后再连接成一体。
活塞与活塞杆之间采用螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击的液压缸中。
螺纹连接虽然结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。
卡环式连接方式中活塞杆上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环以夹紧活塞，半环由轴套套住，而轴套的轴向位置用弹簧卡圈来固定。
径向销式连接结构，用锥销把活塞固连在活塞杆上。
这种连接方式特别适用于双出杆式活塞。
（3）密封装置。
间隙密封，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。
为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。
它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。
摩擦环密封，它依靠套在活塞上的摩擦环（尼龙或其他高分子材料制成）在O形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。
这种材料效果较好，摩擦阻力较小且稳定，可耐高温，磨损后有自动补偿能力，但加工要求高，装拆较不便，适用于缸筒和活塞之间的密封。
对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受污染，使密
封件磨损，因此常需在活塞杆密封处增添防尘圈，并放在向着活塞杆外伸的一端。
（4）缓冲装置。
液压缸一般都设置缓冲装置，特别是对大型、高速或要求高的液压缸，为了防止活塞在行程终点时和缸盖相互撞击，引起噪声、冲击，则必须设置缓冲装置。
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封住活塞和缸盖之间的部分油液，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。
（5）排气装置。
液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。
一般可在液压缸的最高处设置进出油口把气带走，也可在最高处设置放气孔或专门的放气阀。
1.2液压启闭机的研究背景
近年来，液压启闭机在水利工程上得到了越来越广泛的应用，这是由于油缸内的油液具有缓冲和减振作用，适宜于控制工作闸门在高水头、不同开度下的无振安全运行；
并可对闸门实施下压力，使闸门自重较轻，节约成本。
油缸与闸门经吊头连接，通过液压油在油缸上下腔的施压与排放、活塞杆在油缸中的伸缩对闸门实施推力或拉力，从而达到启闭闸门的目的。
启闭机的液压油为柔性工作介质，可减轻闸门局部开启时高速水流对闸门产生的振动，有利于闸门的平稳运行。
另一方面，液压启闭机采用的行程检测装置测量准确，可真实反映闸门启闭情况，并通过PLC可编程控制，实现闸门的自动化控制。
行程检测装置采集的信号可传至远方集控室，为实现集中控制和远方自动化控制提供条件。
水利工程上泄洪洞和引水洞事故检修闸门运行方式均为动水闭门，充水平压后静水启门。
传统的启闭机均采用卷扬机启闭机配合吊杆工作，这种布置方式的启闭机设计简单，造价低，这种启闭机容量均较大，相应单节的吊杆重量很大，引水洞事故闸门若采用吊杆连接，吊杆总重达几十吨，在实际运行时难以实现自动控制，闸门检修时拆卸吊杆的工作不易操作且很烦琐。
近十几年来我国的液压启闭机发展很快，可实现将闸门从底槛直
接提升到检修平台，大大减轻了操作人员的检修工作量，且方便实现自动控制，因此液压启闭机在水利工程上得到了越来越广泛的应用。
液压启闭机具有传动效率高，结构紧凑，便导轰场操作和远控、集控，在水电行业获得广泛应用，其系统的安全可靠性亦在不断提高和完善。
考虑到液压启闭机的特殊使用环境及对安全、可靠性的极高要求，在系统设计和选择时，一定要精细和先进，特别是对于密封件、先导阀组、过滤系统以及安全保护措施应给予高度重视。
在系统中引人蓄能
器，以维护系统压力和作为紧急动力源，吸收液压冲击具有积极意义。
研究和应用无污染的环保液压介质，推进液压设备的无污染安装，提高运行管理人员的技术水平，可进一步提高液压技术的应用范围和安全性。
1.3国际国内的研究状况
液压启闭机具有传动效率高，结构紧凑，便导轰场操作和远控、集控对溢洪道大孔口表孔弧门，启闭机可置于闸墩上，不需架设机架桥，使坝面布置美观，有利土建施工等一系列优点故近年来国内水利水电工程的溢洪道表孔弧门，又借鉴弧门门叶结构的刚度及钦座对门叶结构运行的限制，不大可能因吊点在启闭过程中的同步偏差而出现卡阻现象，已开始采用液压启闭机而不专设同步装置、通过几个工程的实践运行。
小浪底水利枢纽偏心校弧门每台液压启闭机由两套油缸和一套液压泵站组成。
系统设计中首次采用蓄能器作为防止问门下沉的措施;
采用擂装间替代传统的普通清阀，有效解决了阀件的泄漏问题;
油红密封圈采用进口优质产品，油箱、管道采用不诱钢材料从而增强了液压启闭机的运行可靠性
图1.1 直联式启闭机布置（单位：
mm）
图1.2 门库布置示意图（单位：
m）
液压启闭机是保证三峡工程安全运行的重要启闭设备。
在历经了初步设计、单项技术设计、招标设计后，在启闭机的施工设计和制造过程中经历了两次设计审查以及启闭机出厂验收工作，目前，深孔液压启闭机已经安装调试完毕，即将投入运行。
深孔液压启闭机的设计总结了历年来液压启闭机的设计经验，并结合国内外当前液压设备设计和制造水平，在启闭机的系统结构和液压泵站的配置上采用了一些新技术、新概念和新工艺，使启闭机的运行性能和设备的可靠性得到了较大的提高。
从启闭机系统出厂的机、电、液联调以及工地安装调试来看，启闭机系统，包括液压油缸、液压泵站和电气控制系统均表现出较高的运行品质，可以满足三峡工程安全运行的要求。
第二章液压油缸设计计算
2.1液压缸的工作压力主要根据液压设备的类型来确定
P＝F/A（2-1）
F＝2000KN
P＝21Mpa
A＝F/P（2-2）
F＝P1A1－P2A2（2-3）
2.2计算液压缸的直径D
A1＝∏×
D/4A2＝∏×
R/4（2-4）
D=495mm
杆径比d/D一般按下述原则选取：
当活塞杆受拉时，一般取d/D=0.3-0.5;
当活塞杆受压时，为保证压杆的稳定性，一般取d/D=0.5-0.7。
现取d/D=0.6，由上式可算出D=495m，按缸径尺寸系列取D=500mm,本液压缸受拉，故按d/D=0.5及活塞杆直径系列取d=250mm.
缸径：
D=500mm
杆径：
R=250mm
全行程：
L=8700mm
1．参数设定
工作压力（有杆腔）：
P1=20.4MPa
（无杆腔）：
P2=1Mpa
试验压力（有杆腔）：
P3=30.6Mpa
（无杆腔）：
P4=1.5Mpa
计算拉力：
F=3.14（D²
-R²
）/4×
P1（2-5）
F=3004kN
设计拉力：
F=3004kN
计算推力：
F=3.14×
R²
/4×
P2（2-6）
F=196.3KN
设计推力：
F=196.3KN
材料机械性能：
缸筒：
45σb=600Mpaσs=300Mpa
活塞杆：
活塞，缸头，缸底，
密封法兰，吊头：
45σb=560Mpaσs=280Mpa
螺钉：
10.9级σb=1000Mpaσs=900Mpa
2.3缸筒计算：
液压缸的长度一般由工作行程来确定,取缸体长度L=9200mm
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
液压缸的壁厚一般是指缸筒中最薄处的壁厚。
从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力的分布规律因壁厚δ的不同而各异。
一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。
液压缸的内径D与其壁厚δ的比值D/δ〉=10的圆筒称为薄壁圆筒。
其壁厚按薄壁圆筒公式计算
（2-7）
式中δ—液压缸的壁厚（m）;
D—液压缸的内径（m）;
Py—实验压力，一般取最大工作压力（1.25—1.5）倍（MPa）;
[σ]—缸筒材料的许用应力。
在中高压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，是缸体的刚度往往很不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起的液压缸工作过程卡死或漏油。
因此，一般不做计算，按经验选取，必要时按上式δ进行校核。
对于D/δ<
10时，应按材料力学中的壁厚圆筒公式进行壁厚的计算。
对脆性及塑性材料
（2-8）
式中符号意义同前。
因为本系统为中高压系统的液压缸,其壁厚应按厚壁液压缸（D/δ<
10）计算
通常情况下，我们根据长期的经验，采用下面的方法进行设计，即：
设计工作压力：
20.4Mpa
缸筒材料抗拉强度：
σb:
=600Mpa
缸筒材料许用应力：
[σ]=σb/5，[σ]＝120Mpa
缸筒最小外径计算：
D=R+2R×
P1/（2.3[σ]-3×
P1）（2-9）
D=595.0mm
缸筒外径取值：
D0=600mm
2.4缸盖厚度的计算
液压系统里是用整体法兰缸盖
h=
=4.85（cm）（2-10）
取h=5cm
式中:
P---液压缸受力总和
D
---螺钉孔分布圆直径
D---法兰根部直径（cm）
[
]---材料的许用应力（x10））
图2.1整体法兰缸盖
2.5联接螺钉的计算（缸头与缸筒的联接）：
本液压系统中缸盖与缸体的连接方式是螺栓连接，连接螺栓的强度计算
拉应力：
=
（x10
Pa）；
（2-11）
剪应力：
（x10
Pa）。
（2-12）
式中：
P---液压缸最大拉力（N）
D---液压缸内径（cm）
d
---螺纹直径（cm）
---螺纹内径（cm）
Z---螺栓数目
K---拧紧螺纹系数，一般取K=1.25—1.5
K
---螺纹内摩擦系数，一般取K
=0.12
图2.2螺栓
合成应力：
（2-13）
---许用应力（x10
Pa），
=
；
---螺栓材料屈服极限（x10
n---安全系数，水利油缸一般要取得稍大。
查《机械工程及自动化简明设计手册》表B-2,Q235的
=460MPa
取n=1.2
=198.43MPa<
=270.3Mpa（2-14）
由于液压缸设计的技术比较成熟，工程师们通过多年的努力，总结出了不少理想的经验值，在计算时可直接应用，这样更加快捷且结果很可靠。
活塞杆全缩状态，活塞抵到缸底：
P1=20.4MPa
F=3.14（D²
P1（2-15）
F=3004kN
所用螺栓数量（最小）：
42个M24螺钉，10.9级
作用在单个螺栓上的拉力：
F0=F/N（2-16）
F0=71.52kN
所用螺栓截面面积：
A=353mm2
单个螺栓所受拉应力：
=F/A（2-17）
σ=202.61MPa
S=
/
（2-18）
S=4.44S>
3.33
2.6联接螺钉的计算（缸底与缸筒的联接）：
Pd.an=20.4MPa
P1
所用螺栓数量：
F=F/N
F=71.52kN
A=353mm2
=F/A
2.7．缸底厚度计算：
液压缸缸底和缸盖,在中低压系统中一般是根据结构需要进行设计,不进
升级会员 