设计说明

2、题目

液压油缸的压力和速度控制 ①、执行元件：液压油缸； ②、传动方式：电液比例控制；

③、控制方式：单片微机控制、PLC控制； ④、控制要求：速度控制、推力控制； ⑤、主要设计参数：

油缸工作行程————600、400mm； 额定工作油压————4MP；

移动负载质量————1000、2000kg； 负载移动阻力————5000、10000N； 移动速度控制————3、6m/min。

二、总述

1、作者的话

液压油缸在现代工程中的使用十分频繁，其工作性能和可靠性直接影响工程的质量和进度；

利用数控电液伺服阀来控制液压油缸，可以实现输出的线性和实时控制，在很大程度上改善工程油缸的使用性能；

本次设计中使用的电液比例换向阀可以实现电——机械转换，配合放大器件同时使用，能够对油缸进行良好的控制；

实施控制的器件为可编程逻辑控制器（Programmable Logical

Controller），选用德国西门子STEP7-200进行编程，接口简单易懂。

因为说明书比较长，为了方便阅读，在下面的“设计提要”中会先给出液压油缸设计的主要参数和一些部件的选用，在后续的“各零部件设计及验算”中再加以具体的说明和验证。

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2、设计提要

①、液压油缸主要参数给定

在设计要求中已经提到的参数这里就不再赘述，下面只给出此次设计中液压油缸主要部件的其他参数：

缸内径：D=80mm； 缸外径：D1=90mm； 壁厚：?=5mm；

极限推力：Fmax=30162N； 速比：?=2；

活塞杆直径：d0=56mm； 活塞外推流量：q1=0.5L/s 法兰厚：h=8mm；

②、法兰安装方式

选择后端法兰安装方式，因为是推力，所以选用如下方式：

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③、缓冲机构的选用

一般承压在10MP以上应当选用缓冲机构，本次设计中，工作压力为4MP，因此缓冲机构从略。

④、密封装置选用

选用Yx型密封圈，聚氨酯（PU）和聚四氟乙烯（PTFE）材料联合使用，达到良好的密封效果。

⑤、工作介质的选用

因为工作在常温下，所以选用普通的是油型液压油即可。

⑥、液压缸的装配

装配前必须对各零件仔细清洗；

要正确安装各处的密封装置：安装形密封圈时，要注意其安装方向，避免因装反而漏油，其唇边应对着有压力的油腔。此外，因为是Yx形密封圈，所以还要注意区分是轴用还是孔用，不要装错；

由于密封装置与滑动表面配合，装配时应涂以适量的液压油； 螺纹联接件拧紧时应使用专用扳手，扭力矩应符合标准要求； 活塞与活塞杆装配后，须设法测量其同轴度和在全长上的直线度是否超差；

装配完毕后活塞组件移动时应无阻滞感和阻力大小不匀等现象。

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三、各零部件的设计及验算

1、缸筒设计 ①、缸筒结构的选择 连接方式如下图：

选取法兰式连接，并且法兰和缸筒用焊接方式连接。 其优点是结构简单，易选取、易装卸； 缺点是外径较大，比螺纹连接的重量大。

②、缸筒的要求

有足够强度，能够承受动态工作压力，长时间工作不会变形；有足够刚度，承受活塞侧向力和安装反作用力时不会弯曲； 内表面和导向件与密封件之间摩擦少，可以保证长期使用； 缸筒和法兰要良好焊接，不产生裂纹。

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③、缸筒材料的选取及强度给定 部分材料的机械性能如下表：

本次设计选取45号钢 从表中可以得到：

缸筒材料的屈服强度?s=360MP； 缸筒材料的抗拉强度?b=610MP； 现在利用屈服强度来引申出：

缸筒材料的许用应力[?]=?s/n=360/5=72MP。 其中n=5是选取的安全系数，来源于下表：

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④、缸筒的计算 ㈠、液压缸的效率

油缸的效率?由以下三种效率组成：

?m=0.9

?v=1 ?d=0.9

所以总效率为0.8。

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㈡、液压缸缸径的计算

F01=10000N

?=0.7

?=0.8

P=4MP

本次设计中液压缸负载为推力，根据式23.3—1得到内径：D=75.393mm

缸径可以取为80mm。

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㈢、流量的计算

液压缸流量根据下式计算：

设计要求中给定了活塞的平均速度：

vm=6m/min=0.1m/s

而活塞的面积：

?/4=50.27?10?4m2 （实际上这个值可以从手册里面查到） A1=D2×容积效率：

?v=1

根据式23.1—25得到活塞杆外推时的流量：

q1=0.5L/s

因为只使用外推方向，所以回程方向的流量从略。

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㈣、缸筒壁厚的计算

缸筒壁厚可以使用下式进行计算：

根据缸径查手册预取?=3 此时?/D=3/80=0.0375?0.08

满足使用薄壁缸筒计算式的要求，下面利用上式来计算：

最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据给定参数P=4MP，所以：

Pmax=4?1.5=6MP

许用应力在选取材料的时候给出： [?]=?s/n=360/5=72MP 根据式23.3—3得到壁厚：

?=3.33mm

为保证安全，取壁厚为5mm。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ode8.html