四柱万能液压机主缸设计探讨

前期管理 2018-06-01 11:34:49
    四柱液压机一般由机身、主缸、顶出缸、油箱、液压动力机构及电控装置等组成,用液压管道及电线等连接。四柱万能液压机可实现活动横梁的空程快速下降、减速下降、工作压制、保压延时、快速回程及停止等动作,其工作压力,压制速度,空程下降的行程范围及减速的行程范围均可以根据工艺要求进行调整。该液压机包含了主缸和顶出缸两个液压缸。主缸的作用在于高压液体进入主缸后,作用活塞上,经过活动横梁将力传给工件,使工件产生塑性变形。主缸是液压机的主要部件之一。顶出缸主要用于工件的浮动压边和顶出。
    该液压机主缸采用活塞式结构,为单活塞杆式双作用液压缸,主要由缸体、活塞、导向套等组成。缸筒与缸底焊接成一体。缸体的上端设有两个进油孔,侧壁安有一个进有孔,分别为液压机空载下行和工作行程和回程时提高油压。缸体与上横梁用法兰固定,用紧锁螺母5锁紧。法兰与缸筒的连接形式通常有整体、焊接、螺纹等连接形式,该液压缸选用整体形式。但液压机空载下行或工作时,高压液体进入缸内,为防止缸筒向下或向上移动,可通过法兰与上横梁的接触面将反作用力传给法兰,迫使缸筒固定在原位置。活塞为组装件,由活塞杆6和活塞头4组成,由螺钉固紧。活塞杆由导向套7导向。缸内两腔间的密封靠活塞内孔与活塞杆配合处的密封圈以及反方向安装在活塞外缘上的密封圈来保证。为防止油液外泄,导向套7的外缘安装有密封圈,内孔由密封圈和挡圈进行密封。活塞杆可通过螺纹连接与动横梁连接。
    一、主缸主要零部件的结构和材料
    (一)缸筒
    该液压缸需要固定在上横梁上,所以如前面所述,在缸筒上设计有法兰,通过法兰固定。缸筒的材料常用35号,45号无缝钢。在承受负荷很大的情况下,也可以采用高强度合金无缝钢管作缸筒。该液压缸采用45号钢,并调质到HB241~285,以改善其加工性能和强度。
    (二)活塞和活塞杆
    活塞与活塞杆的结构主要包括活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆端部的连接结构、活塞与活塞杆及缸筒的密封结构等。
    (1)活塞与活塞杆的连接结构。活塞与活塞杆的连接结构可分为整体式和装配式。装配式又有螺纹连接、半环连接、弹簧挡圈连接和推销连接等类型。液压缸在一般工作条件下,活塞与活塞杆采用螺纹连接,其结构简单,拆装方便。该液压缸采用的螺钉连接,为了防止工作机械振动较大时螺钉松动,在螺钉上还装有一螺母。
    (2)活塞杆的主体结构和端部连接结构。活塞杆主体有实心和空心两种。一般情况下多采用实心杆;为了减轻大型液压缸的重量或杆固定而缸筒带动工作机构运动等情况,则采用空心杆。该主缸采用实心杆。活塞杆端部与工作机械的连接结构可根据不同的使用要求来定。主要有焊接式单耳环、整体式单耳环、光滑端部、双耳环、球头、外螺纹连接、内螺纹连接等形式。该主缸采用外螺纹连接形式,并通过压环与活动横梁固接。
    (3)活塞和活塞杼的材料。活塞的材料通常采用钢,耐磨铸铁,灰铁HT15-33,HT20-40和铝合金等。实心活塞杆的材料通常为35号,45号钢,活塞杆粗加工后要调质到硬度229~285HB,必要时再经高频淬火,硬度达到45-55HRC。
    (三)导套及密封圈的选用
    (1)导套。导套在活塞杆往复运动中起导向作用。该导套为轴套式,材料选用抗压耐磨的ZQSn6-6-3青铜铸造。导套的长度可查相关手册,原机械部已拟定了柱塞式液压缸的导套标准JB2003-76。导套过短将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大,影响缸的工作性能和稳定性。因此在设计时必须保证缸有一定的最小导向长度。
    (2)密封圈。密封件的作用是用来防止高压液体的泄露。它是易损件,如质量不好,会严重影响液压机的正常工作。因此要求密封件密封性好,能随液体压力增高而提高其密封性能,摩擦阻力小、磨损小、寿命长、使用维护简单、易拆换、成本低、容易制造。在选择密封件的材料时,要求在一定范围内有较好的化学稳定性,不溶于工作介质,与金属材料接触时不相互作用(如腐蚀、粘着等),不软化或硬化,弹性好,永久变形小,有适当的机械强度,耐磨性好,摩擦系数小,易压制成型等。
密封圈的材料通常选用聚胺酯橡胶,在各种液压缸中应用较为广泛。密封圈有V型、u型、Y型、O型等型式。液压机的密封可分为相对运动件表面之间的动密封和固定件表面之间的静密封。活塞内孔与活塞杆配合处的密封圈选用O型,活塞头外缘上的密封圈选用Yx型,导向套7的外缘安装O型密封圈,其内孔的密封圈选用Yx型。
    二、主缸基本参数
    (一)工作负载和工作压力
    液压机的工作负载是指工作机构在满负荷的情况下,以一定的加速度起动时,对液压缸产生的总阻力。根据设计要求,该液压缸的工作负载为2500kN。液压缸的工作压力是指作用在活塞上克服最大工作负载所需的液体压力。根据设计要求,液压缸工作压力可选用25MPa。
    (二)工作速度和速比
    液压缸的工作速度与供液流量和活塞的有效作用面积相关。可根据选定的液压泵流量、液压缸缸筒内径和活塞秆直径来确定。
    液压缸的速比与缸筒内径和活塞杆直径有关。速比一般不宜过大,否则无杆腔回液流速过高而形成很大的背压。但也不宜过小,否则活塞秆直径相对于缸筒内径太细,稳定性差。
    该主缸工作压力为25Mpa,所以选等于2。
    (三)缸筒内径和活塞杆直径
    缸筒内径按GB2348-80规定的液压缸筒内徑尺寸系列圆整得D=40rm;活塞杆直径按GB2348-80规定的活塞杆直径系列尺寸圆整d=32mm。
    (四)最大工作行程和最小导向长度
    最大工作行程是指活动横梁位于上限位置时,活动横梁的立柱导套下表面到立柱限程套上平面的距离。前面已选出,s=710mm。
    主缸的最小导向长度是指活塞杆全部外伸时,从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离。
    (五)缸筒壁厚和外径
    缸筒相当于一个两端封闭的圆筒形受压容器,由材料力学知,其应力状态是随着缸筒内径和壁厚的比值D/的改变而变化的。因此在计算缸壁的合成应力和厚度时,必须考虑不同的比值D/和材质。
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