液压缸设计计算

第一部分 总体计算

1、 压力

油液作用在单位面积上的压强

A

F

P = Pa

式中:

F ——作用在活塞上的载荷,N A ——活塞的有效工作面积,2

m

从上式可知,压力值的建立就是载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作面积上,载荷越大,克服载荷所需要的压力就越大。换句话说,如果活塞的有效工作面积一定,油液压力越大,活塞产生的作用力就越大。

额定压力(公称压力) PN,就是指液压缸能用以长期工作的压力。

最高允许压力 P max ,也就是动态实验压力,就是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。通常规定为:P P 5.1max ≤ MPa 。

耐压实验压力P r ,就是检验液压缸质量时需承受的实验压力,即在此压力下不出现变形、裂缝或破裂。通常规定为:PN P r 5.1≤ MPa 。

液压缸压力等级见表1。

2、 流量

单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积: t

V

Q = L/min

由于310⨯=At V

ν L 则 32104

⨯=

=νπ

νD A Q L/min

对于单活塞杆液压缸: 当活塞杆伸出时

32104

⨯=

νπ

D Q

当活塞杆缩回时 32210)(4

⨯-=νπ

d D Q

式中:

V ——液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积,L; t ——液压缸活塞一次行程所需的时间,min;

D ——液压缸缸径,m; d ——活塞杆直径,m; ν——活塞运动速度,m/min 。

3、速比

液压缸活塞往复运动时的速度之比:

2

2

2

12d

D D v v -==ϕ 式中:

1v ——活塞杆的伸出速度,m/min; 2v ——活塞杆的缩回速度,m/min;

D ——液压缸缸径,m; d ——活塞杆直径,m 。

计算速比主要就是为了确定活塞杆的直径与就是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小,以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。

4、液压缸的理论推力与拉力

活塞杆伸出时的理推力: 626

11104

10⨯=

⨯=p D p A F π

N 活塞杆缩回时的理论拉力: 6226

2210)(4

10⨯-=

⨯=p d D p F F π

N

式中:

1A ——活塞无杆腔有效面积,2

m ; 2A ——活塞有杆腔有效面积,2

m ;

P ——工作压力,MPa; D ——液压缸缸径,m; d ——活塞杆直径,m 。

5、液压缸的最大允许行程

活塞行程S,在初步确定时,主要就是按实际工作需要的长度来考虑的,但这一工作行程并不一定就是油缸的稳定性所允许的行程。为了计算行程,应首先计算出活塞的最大允许计算长度。因为活塞杆一般为细长杆,由欧拉公式推导出: k

k F EI

L 2π= mm

式中:

k F ——活塞杆弯曲失临界压缩力,N;

E ——材料的弹性模量。钢材的E=2、1X105MPa; I ——活塞杆横截面惯性矩,mm 4

;圆截面 44

049.064

d d I ==

π。

将上式简化后 k

k F d L 2320

≈ mm

由于旋挖钻机液压缸基本上就是一端耳环、一端缸底安装,所以油缸的最大计算长度(安全系数取3)

P

D d L k 24.208=

式中:

P ——油缸的工作压力; 油缸安装形式如图1。

图1 液压缸安装形式

L=P

D d L k 2

4.208=

行程 )(2

1

1l l l L S --=

6、液压缸主要参数

A 、液压缸产品启动压力

起动时,记录下的油缸起动压力为最低起动压力、判断基准起动:压力<0、6MPa 。 B 、内泄漏

输入额定压力1、3~1、5倍的压力,保压5分钟,测定经活塞泄至未加压腔的泄漏量。 C 、外泄漏

全程往复运行多次,观察焊接各处及活塞杆密封处及各结合面处的漏油、挂油、带油。 D 、 耐压

输入额定压力1、3~1、5倍的压力,保压5分钟、 所有零件均无松动、异常磨损、破坏或永久变形异常现金蝉脱壳的外渗漏现象。 E 、缓冲

调整溢流阀使其试验压力为公称压力的50%,使液压缸作全行程动作,同时,观瞧缓冲效果与缓冲长度。

第二部分 缸筒计算

1、缸筒结构

缸筒结构见表2。

表2 缸筒结构

2、缸筒材料

缸筒材料要求有足够的强度与冲击韧性,对焊接缸筒还要求有良好的焊接性能,缸筒主要材料有,45、27SiMn 。缸筒毛坯采用退火的冷拔或热扎无缝钢管。缸筒材料无缝钢管的机械性能见表3。

表3 缸筒材料无缝钢管的机械性能

3、缸筒计算

缸筒要有足够的强度,能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不致产生永久变形;有足够的刚度,能承受侧向力与安装的反作用力而不致产生弯曲;内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下,能长期工作而磨损少。

A 、 缸筒内径

当油缸的作用力F(1F 推力、2F 拉力)及工作压力p 压力为已知时, 则无杆腔的缸筒内径D 为