资源描述
目 录
绪 论 — — — — — — — — — — — — — — 第3页
第1章 液压传动基础知识 — — — — — — — — 第4页
1.1 液压传动系统组成 — — — — — — — — 第4页
1.2 液压传动优缺点 — — — — — — — — — 第4页
1.3 液压传动技术发展及应用 — — — — — — 第6页
第2 章 液压传动系统实施元件
——液压缸 — — — — — — — — — — 第8页
2.1 液压缸类型 特点及结构形式 — — — — ——第8页
2.2 液压缸组成 — — — — — — — — — — 第11页
第3章 D G型车辆用液压缸设计— — — — — — 第19页
3.1 介绍 — — — — — — — — — — — — — 第19页
3.2 DG型液压缸设计----------- — — — — — 第20页
第4章 液压缸常见故障分析和排除方法 — — — — — 第27页
总 结 — — — — — — — — — — — — — — 第29 页
绪 论
第一章 液压传动基础知识
1.1 液压传动系统组成
液压传动系统由以下四个部分组成：
〈1〉动力元件——液压泵 其功效是将原动机输出机械能转换成液体压力能，为系统提供动力。
〈2〉实施元件——液压缸、液压马达。它们功效是将液体压力能转换成机械能，以带动负载进行直线运动或旋转运动。
〈3〉控制元件——压力、流量和方向控制阀。它们作用是控制和调整系统中液体动力、流量和流动方向，以确保实施元件达成所要求输出力（或力矩）、运动速度和运动方向。
〈4〉辅助元件——确保系统正常工作所需要辅助装置。包含管道、管接头、油箱过滤器和指示仪表等。
〈5〉工作介质---工作介质即传动液体，通常称液压油。液压系统就是经过工作介质实现运动和动力传输。
1.2 液压传动优缺点
优点：
〈1〉体积小、重量轻，单位重量输出功率大（通常可达32MPa,部分场所更高）。
〈2〉可在大范围内实现无级调速。
〈3〉操纵简单，便于实现自动化。尤其是和电气控制联合使用时，易于实现复杂自动工作循环。
〈4〉惯性小、响应速度快，起动、制动和换向快速。(液压马达起动只需0.1s)
〈5〉易于实现过载保护，安全性好；采取矿物油作为工作介质，自润滑性好。
〈6〉液压元件易于实现系列化 标准化和通用化。
缺点：
〈1〉因为液压传动系统中存在泄漏和油液压缩性，影响了传动正确性，不易实现定比 传动。
〈2〉不适应在温度改变范围较大场所工作。
〈3〉因为受液体流动阻力和泄漏影响，液压传动效率还不是很高，不易远距离传动。
〈4〉液压传动出现故障不易查找。
1.3 液压传动技术发展及应用
液压技术，从１７９５年英国制造出世界上第一台水压机诞生算起，已经有２００多年历史了，然而在工业上真正推广使用却是２０世纪中叶事情了。第二次世界大战期间，在部分武器装备上用上了功率大、反应快、动作准液压传动和控制装置，大大提升了武器装备性能。同时，也加速了液压技术本身发展。战后，液压技术快速由军事转入民用，在机械制造、工程机械、锻压机械、冶金机械、汽车、船舶等行业中得到了广泛应用和发展。２０世纪６０年代以后，原子能技术、空间技术、电子技术等快速发展，再次将液压技术向前推进，使其在各个工业领域得到了愈加广泛应用。
现代液压技术和微电子技术、计算机技术、传感技术紧密结合已经形成并发展成为一个包含传动、控制、检测在内自动化技术。目前，液压技术在实现高压、高速、大功率、经久耐用、高度集成化等各项要求方面全部取得了重大进展，在完善发展百分比控制和伺服控制、开发数字控制技术上也有很多新结果。同时，液压元件和液压系统计算机辅助设计(CAD)和测试(CAT)、微机控制、机电一体化、液电一体化、可靠性、污染控制、能耗控制、小型微型化等方面也是液压技术发展和研究方向。继续扩大应用服务领域，采取更优异设计和制造技术，将使液压技术发展成为内涵愈加丰富完整综合自动化技术。
现在，液压技术已广泛应用于各个工业领域技术装备上，比如机械制造、工程、建筑、矿山、冶金、船舶等机械，上至航空、航天工业，下至地矿、海洋开发工程，几乎无处不见液压技术踪迹。液压技术应用领域大致上能够归纳为以下多个关键方面：
（1）多种举升、搬运作业。尤其在行走机械和较大驱动功率场所，液压传动已经成为一个关键方法。如起重机、起锚机等。
（2）多种需要作用力大推、挤、挖掘等作业装置。比如，多种液压机、塑料注射成型机等。
（3）高响应、高精度控制。飞机和导弹姿态控制等装置。
（4）多个工作程序组合自动操作和控制。如组合机床、机械加工自动线。
（5）特殊工作场所。比如地下水下、防爆等。
第二章 液压传动系统实施元件
——液压缸
2.1 液压缸类型及结构形式
液压缸有多个类型。按作用方法可分为单作用式和双作用式两种；按结构形式可分为活塞式、柱塞式、组合式和摆动式四大类。
其中，单作用液压缸分为：单活塞杆液压缸、双活塞杆液压缸、柱塞式液压缸、差动液压缸和伸缩液压缸。不过，差动式液压缸和柱塞式液压缸只能单作用而不能双作用。组合液压缸包含：弹簧复位式、齿条式、串联式和增压式四种。摆动液压缸又分为：单叶片式和双叶片式两种。下面以一个经典液压缸为例，说明液压缸基础组成。
空心活塞式液压缸如上图所表示。它由缸筒10，活塞8，活塞杆1、15，缸盖18、24，密封圈4、7、17，导向套6、19，压板11、20等关键零件组成。这种液压缸活塞杆固定，缸筒带动工作台作往复运动。活塞用锥销9、22和空心活塞杆连接，并用堵头2堵死活塞杆一头。缸筒两端外圆上套有钢丝环12、21，用于阻止压板11、20向外移动，从而经过螺栓将缸盖18、24和压板相连（图中没有画出），并把缸盖压紧在缸筒两端。为了降低泄漏，在液压缸中可能发生泄漏结合面安放了密封圈和纸垫。空心活塞杆和其上油口a、c提供了液压缸进、出油口。当缸筒移动到左、右终端时，油口a、c开度逐步减小，造成回油阻力逐步增大，对运动部件起到制动缓冲作用。在缸盖上设有和排气阀（图中没有画出）相连排气孔5、14，能够排出液压缸中空气，使运动愈加平稳。
表2-1液压缸类型和特点
类型
速度
作用力
特点
单
作
用
液
压
缸
双活塞杆液压缸
U=q/A3
F=p1A1
活塞两侧全部装有活塞杆，只能向活塞一侧供给压力油，由外力使活塞反向运动
单活塞杆液压缸
U=q/A3
F1=p1A1
活塞仅单向运动，返回行程利用自重或负荷将活塞推回
柱塞式液压缸
U=q/A3
F1=p1A1
柱塞仅单向运动，由外力使柱塞反向运动
差动液压缸
U3=q/A3
F3=p1A1
可使速度加紧，但作用力对应减小
伸缩液压缸
---
---
以短缸取得长行程；缸由大到小逐节推出，靠外力由小到大逐节缩回
双
作用液压缸
双活塞杆液压缸
U1=q/A3
U2=q/A2
F1=（p1-p2）A1
F2=（p2-p1）A2
双边有杆，双向液压驱动，双向推力和速度均相等
单活塞杆液压缸
U1=q/A3
U2=q/A2
F1=（p1-p2）A1
F2=（p2-p1）A2
单边有杆，双向液压驱动，u1〈V U2，F1〉F2
伸缩液压缸
---
---
双向液压驱动，由大到小逐节推出，由小到大逐节缩回
组
合
液
压
缸
弹簧复位液压缸
---
---
单向由液压驱动，回程弹簧复位
串联液压缸
U1=q/（A1+A2）
U2=q2A2
F1=p1（A1-A2）-2qA2
F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2）
用于缸直径受限制，而长度不受限制处，可取得在推力
增 压 缸
---
---
由活塞缸和柱塞缸组合而成，低压油送入A腔，B腔输出高压油
齿条液压缸
---
---
活塞移动经过传动机构变成齿轮往复回转运动
摆动液压缸
单叶片液压缸
W
=8q/（b（D2-d2）
T=p（D^2-d^2）b/8
把液压能变为回转机械能，输出轴摆动角 < 300度
双叶片液压缸
W
=4q/（b（D2-d2）
T=p（D^2-d^2）b/4
把液压能变为回转机械能，输出轴摆动角 < 150度
注：b—叶片宽度；D—叶片底端 、顶端直径；w—叶片轴角速度；T-- 理论转矩
2.2 液压缸组成
从以上液压缸结构形式上可知：液压缸能够分为缸体组件、活塞组件、密封装置、缓冲装置和排气装置五大部分。
(1)缸体组件
缸筒组件有缸筒和缸盖组成。缸筒和缸盖连接形式和其工作压力相关。当工作压力p<10MPa时,缸筒使用铸铁；工作压力p<20MPa时，缸筒使用无缝钢管；工作压力p>20MPa时，使用铸钢或锻钢。以下是多个常见缸筒和缸盖联接形式：
图2-21(a)所表示为法兰连接式，结构简单，轻易加工，也轻易装拆，但外形尺寸和重量全部较大，常见于铸铁制缸筒上。图2-21(b)所表示为半环连接式，它缸筒壁部因开了环形槽而减弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它轻易加工和装拆，重量较轻，常见于无缝钢管或锻钢制缸筒上。图2-21(c)所表示为螺纹连接式，它缸筒端部结构复杂，外径加工时要求确保内外径同心，装拆要使用专用工具，它外形尺寸和重量全部较小，常见于无缝钢管或铸钢制缸筒上。图2-21(d)所表示为拉杆连接式，结构通用性大，轻易加工和装拆，但外形尺寸较大，且较重。图2-21(e)所表示为焊接连接式，结构简单，尺寸小，但缸底处内径不易加工，且可能引发变形。
图2-21缸筒和缸盖结构
(a)法兰连接式(b)半环连接式(c)螺纹连接式(d)拉杆连接式(e)焊接连接式
由此可见，缸筒材料通常要求有足够强度和冲击韧性，对焊接缸筒，还要求有良好焊接性能。
为了能够最大程度满足用户对产品性能需求和产品设计经济合理和确保工人人身和设备安全，改善操作者工作环境，洛阳强力液压股份所生产液压缸缸筒毛坯件选择由专业厂方提供内圆已经过衍磨和外圆已加工高精度冷拔无缝钢管，能满足以下要求：
a、缸筒内径圆度和圆柱度可选择8级。
b、缸筒端面垂直度选择7级精度。
c、缸筒端部用螺纹连接时，螺纹应选择6级精度细牙螺纹。
(2)活塞组件
活塞组件有活塞、活塞杆和连接件等组成，活塞和活塞杆连接形式决定于工作压力、安装形式、工作条件等。
因为活塞在缸筒内作往复运动，必需选择优质材料。对于整体式活塞，通常采取３５号钢或４５号钢；装配式活塞采取灰口铸铁、耐磨铸铁或铝合金等材料，有特殊要求时可在钢活塞坯外面装上青铜、黄铜和尼龙等耐磨套，以延长活塞使用寿命。活塞杆不管是空心还是实心其材料常采取３５号钢或４５号钢等材料，当冲击振动很大时，也可采取５５号钢或４０Cr钢。图2-22所表示为多个常见活塞和活塞杆连接形式：
图2-22 (a)所表示为活塞和活塞杆之间采取螺母连接，它适用负载较小，受力无冲击液压缸中。螺纹连接即使结构简单，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将减弱其强度。图图2-22 (b)和(c)所表示为卡环式连接方法。图2-22 (b)中活塞杆5上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环3以夹紧活塞4，半环3由轴套2套住，而轴套2轴向位置用弹簧卡圈1来固定。图2-22 (c)中活塞杆，使用了两个半圆环4，它们分别由两个密封圈座2套住，半圆形活塞3安放在密封圈座中间。图2-22 (d)所表示是一个径向销式连接结构，用锥销1把活塞2固连在活塞杆3上。这种连接方法尤其适适用于双出杆式活塞。
图2-22 常见活塞组件结构形式
(3)密封装置
密封装置关键用来预防液压油泄漏。液压缸因为是依靠密闭油液容积改变来传输动力和速度，故密封装置优劣，将直接影响液压缸工作性能。依据两个需要密封偶合面间有没有相对运动，可把密封圈分为动密封和静密封两类。设计或选择密封装置基础要求是：含有良好密封性能，并伴随压力增加能自动提升其密封性能，摩擦阻力小，密封件耐油性，抗腐蚀性好，使用寿命长，使用温度范围广，制造简单，装拆方便等。通常液压缸密封有间隙密封、活塞环密封、Ｏ型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈等密封方法来预防漏油。
图2-23密封装置
(a)间隙密封(b)摩擦环密封(c)○形圈密封(d)V形圈密封
液压缸中常见密封装置如上图2-23所表示。图2-23 (a)所表示为间隙密封，它依靠运动间微小间隙来预防泄漏。为了提升这种装置密封能力，常在活塞表面上制出几条细小环形槽，以增大油液经过间隙时阻力。它结构简单，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、相对运动速度较高缸筒和活塞间使用。图2-23 (b)所表示为摩擦环密封，它依靠套在活塞上摩擦环(尼龙或其它高分子材料制成)在O形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而预防泄漏。这种材料效果很好，摩擦阻力较小且稳定，可耐高温，磨损后有自动赔偿能力，但加工要求高，装拆较不便，适适用于缸筒和活塞之间密封。图2-23 (c)、图2-23 (d)所表示为
密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡胶或塑料弹性使多种截面环形圈贴紧在静、动配合面之间来预防泄漏。它结构简单，制造方便，磨损后有自动赔偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间全部能使用。
对于活塞杆外伸部分来说，因为它很轻易把脏物带入液压缸，使油液受污染，使密封件磨损，所以常需在活塞杆密封处增添防尘圈，并放在向着活塞杆外伸一端。
(4)缓冲装置
当运动部件拖动质量较大部件作往复运动时、运动速度较高时(v>12m/min)。运动部件惯性力较大，活塞运动到终端会和缸盖发生机械碰撞，产生冲击、噪声，严重时影响加工精度，甚至引发破坏性事故。所以，在液压缸内两端部应设置缓冲装置。
通常缓冲装置由缓冲柱塞、缓冲油腔、三角节流槽、单向阀、节流阀组成。组合缓冲形有圆柱形环隙式、圆锥形环隙式、节流口可变式节流口可调式。
缓冲装置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部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大阻力，使工作部件受到制动，逐步减慢运动速度，达成避免活塞和缸盖相互撞击目标。
以下图2-24(a)所表示，当缓冲柱塞进入和其相配缸盖上内孔时，孔中液压油只能经过间隙δ排出，使活塞速度降低。因为配合间隙不变，故伴随活塞运动速度降低，起缓冲作用。当缓冲柱塞进入配合孔以后，油腔中油只能经节流阀1排出，图2-24 (b)所表示。因为节流阀1是可调，所以缓冲作用也可调整，但仍不能处理速度减低后缓冲作用减弱缺点。图2-24 (c)所表示，在缓冲柱塞上开有三角槽，伴随柱塞逐步进入配合孔中，其节流面积越来越小，处理了在行程最终阶段缓冲作用过弱问题。
图2-24 液压缸缓冲装置
1—节流阀
(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透空气，为了预防实施元件出现爬行，噪声和发烧等不正常现象，需把缸中和系统中空气排出。对于要求不高液压缸往往不设专门排气装置，而是将油口部署在缸茼两端最高处，这么也能使空气随油液排往油箱，在从油面逸出；对于速度稳定性要求较高液压缸或大型液压缸，常在液压缸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放气阀。
图2-25 放气装置
1—缸盖 2—放气小孔 3—缸体 4—活塞杆
第三章 DG型液压缸设计
3.1 介绍
DG型液压缸是液压系统中活塞杆作往复运动工作机构。其结构形式均为单活塞杆双作用耳环安装式。关键用于工程机械、运输机械、矿山机械及车辆等液压传动。DG型液压缸结构以下:型号意义 例：
DG
J
40
C
E1
L/E
L:螺纹式
活塞杆
连接形式
E:耳环式
安装方法：单耳环式
压力分级：8-16MPa
液压缸内径：40mm
活塞：重型
名称：单活塞杆双作用液压缸
3.2 DG型液压缸设计
液压缸设计计算： 因为液压实施元件和主机结构有着直接关系，所以所需要液压缸和在结构上千变万化。尽管有部分标准件可供选择，但有时还必需依据实际需要自行设计。下面介绍液压缸设计计算。
(一)关键尺寸计算
液压缸关键尺寸包含缸筒内径D、活塞杆直径d和缸筒长度L。
依据负载大小和液压缸工作压力确定活塞有效工作面积，再依据液压缸不一样结构形式计算出缸筒内径。活塞杆直径是按受力情况决定，可按表3.1初步选择。缸筒长度确实定要考虑活塞最大行程、活塞厚度、导向和密封所需长度等原因。通常情况L≤(20~30)d。计算结果要圆整成国家标准中推荐值。关键尺寸初步确定后，还要按速度要求进行验证。同时满足力和速度要求后才能够确定下来。
表3.1 液压缸工作压力和活塞杆直径
液压缸工作压力p/MPa
<5
5～7
>7
推荐活塞杆直径d
(0.5～0.55)D
(0.6～0.7)D
0.7D
（二）强度校核
强度校核项目包含缸筒壁厚δ、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓直径ds。
在中、低压系统中，缸筒壁厚由结构工艺决定，通常不做校核。在高压系统中需按下列情况进行校核。
1.缸筒壁厚校核
当D/δ>10时为薄壁，δ按下式校核:
式中，D-缸筒内径；
[σ]—缸筒材料许用应力，[σ]=σb/n，σb是材料
抗拉强度，通常取安全系数n=5；
py—试验压力，当缸额定压力pn≤16Mpa时，py
=1.5pn；pn>16Mpa时，py=1.25pn。
当D/δ<10时为厚壁，δ按下式校核:
2. 活塞杆直径d
式中，F—活塞杆上作用力；
[σ]—活塞杆材料许用应力，[σ]= σb/1.4。
3. 缸盖固定螺栓直径ds
式中，F—活塞杆上作用力；k—螺纹拧紧
系数，k=1.12~1.5；z—固定螺栓个数；
[σ]—螺栓材料许用应力，[σ]= σs/（1.22~2.5），
σs为材料屈服点。[σ]—活塞杆材料许用应力，
[σ]= σb/1.4。
（三）活塞杆稳定性校核
当活塞杆受轴向压缩负载时有压杆稳定性问题，即 压缩力F超出某一临界Fk值时活塞杆就会失去稳定性。活塞杆稳定性按下式进行校核
式中，nk—安全系数，通常取nk=2~4。
当活塞杆细长比时， 当活塞杆细长比，且时，
式中，
l—安装长度；
rk—活塞杆截面最小回转半径，；
ψ1—柔性系数；
ψ2—由液压缸支承方法决定末端系数；
E—活塞杆材料弹性模量，钢材：；
J—活塞杆横截面惯性矩；
A—活塞杆横截面积；
f—由材料强度决定试验值；
α—系数。
3.２.1 缸筒设计
（1）缸筒材料选择及加工工艺
参阅《郑州强盛液压制造产品样本》（以下简称《产品样本》）第15页可知，DG型液压缸最大推力和拉力为16MPa，即：工作压力p<20MPa；所以，缸筒材料可选择无缝钢管；结合本企业生产车间实际加工水平，在选购缸筒原材料时,通常全部是直接从钢材厂订购经过冷拔后20号钢缸筒毛坯件。即：内圆已经过衍磨、外圆已加工高精度冷拔无缝钢管。
（2）确定缸筒总体尺寸
a.缸筒内径大小及厚度
查《产品样本》第16页图表可得，DG型液压缸缸筒内径为90mm，外径为108mm。即：厚度为18mm。
b.缸筒总长度确实立
参考《产品样本》第17页图表可得：缸筒总长度L由活塞杆两端活塞宽度、导向筒宽度和在满足本液压缸行程以后确定。在整个液压缸设计中，缸筒长度属于不确定原因。在此，先不予考虑。
3.２.2 活塞杆设计
下面是整体式活塞杆多个联接结构以下图：
1.、耳环连接
2、端部铰轴连接
3、中部铰轴连接
4、端部法兰连接
5、中部法兰连接
6、底部法兰连接
（1）活塞杆材料选择及加工工艺
参考《产品样本》第17页图表可得：此次设计整体式活塞杆材料为45#钢拼焊而成,杆径大小为45mm。其结构形式以下图：
第四章 液压缸常见故障分析和排除方法
表4-1 液压缸常见故障分析和排除
故障现象
产生原因
排除方法
爬 行
1)空气侵入液压缸
2)活塞杆两端螺母旋得太紧
3)液压缸安装和导轨不平行
4)活塞和活塞杆不一样心
5)液压缸内壁或活塞表面拉
，局部磨损或腐蚀
6）活塞杆不直
1） 设置排气装置，强迫排除空气
2） 调整，保持活塞杆处于自然状态
3） 调整导轨或滑块松紧度，保持缸和导轨平行度〈0.1mm/m
4） 调整使活塞杆全长直线度〈0.2mm
5） 镗缸筒内孔，重配新活塞
6） 单个或连同活塞放在V型铁块上校正
推力不足
速度下降
1） 缸筒和活塞间磨损造成间隙过大，使内泄漏严重
2） 活塞上密封圈损坏，增大泄漏或增大摩擦力
3） 活塞杆弯曲，阻力增大
4） 溢流阀调压低或溢流阀控压区泄漏，造成系统压力低，使推力不足
1） 在活塞上车削凹槽装密封圈或更换活塞，单配活塞间隙为0.03—0.04mm
2） 更换密封圈，注意装配时不要过紧
3） 校正活塞杆
4） 按推力要求调整溢流阀压力值，检验溢流阀内泄漏
冲 击
1） 未设缓冲装置，运动速度过快
2） 缓冲装置结构不正确，三角节流槽过短
3） 缓冲装置中柱塞和孔间隙过大而严重泄漏，节流阀不起作用
1） 调整换向时间，降低运动速度，或增设缓冲装置
2） 修正凸台和凹槽，加长三角节流槽
3） 修理，研配单向阀和阀座或更换
泄 漏
1） 活塞杆表面损伤
2） 密封圈因损伤或老化密封不严
3） 缸盖加工精度不高，造成泄漏
4） 缸筒内孔表面局部磨损或有腰鼓形造成泄漏
5） 活塞和缸筒安装不一样心或承受偏心负荷
1） 修复损伤活塞杆
2） 更换磨损或老化密封圈
3） 检验接触面加工精度并修复
4） 镗 磨缸筒内表面，重配活塞
5） 检验缸筒和活塞 缸盖和活塞杆同心度并修整对中
声音异常
或噪声
1） 压力过高或滑动面油膜破坏，造成滑动表面摩擦声响
2） 密封圈刮削过大出现异常 声音异常
3） 立式液压缸活塞下行到终点时，发生抖动
1） 设备停止工作，检验并加强润滑，预防滑动面烧伤
2） 用砂纸或纱布轻轻打磨唇边，或调整密封圈压紧程度
3） 将活塞慢慢往复数次运动到顶端，以排除气体
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
