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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
日
50
前 言
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)學(xué)習(xí)的一次系統(tǒng)總結(jié)，對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)和工作具有重大的意義。
這次設(shè)計(jì)集中于殘極壓脫清理機(jī)總裝圖及機(jī)架零件圖的設(shè)計(jì)，因而在設(shè)計(jì)中我們要認(rèn)真思考，計(jì)算有理有據(jù)，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力。
我們的設(shè)計(jì)還是比較初級(jí)的模型，在實(shí)踐中，只有經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，才能達(dá)到高的生產(chǎn)效率，然而，基礎(chǔ)的知識(shí)和原理是設(shè)計(jì)的源頭，工具書(shū)的編者為我們提供了如此系統(tǒng)的、直觀的資料，是難得的財(cái)富，要愛(ài)護(hù)藏書(shū)，讓知識(shí)美化世界，讓文明凈化人類(lèi)。
就我個(gè)人而言，我希望能通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后的工作、學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。
目 錄
摘要 1
Abstract 2
第一章 壓脫機(jī)設(shè)計(jì)方案的選擇 3
第一節(jié) 概述 3
第二節(jié) 壓脫機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與功能 3
一、方案設(shè)計(jì)和功能分析 3
二、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及功能 4
第三節(jié) 液壓驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 6
第二章 液壓缸的設(shè)計(jì)與選擇 7
第一節(jié) 液壓缸的設(shè)計(jì)選用說(shuō)明 7
一、液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 7
二、液壓缸主要參數(shù)的選定 7
三、使用工況及安裝條件 7
四、緩沖機(jī)構(gòu)的選用 9
五、工作介質(zhì)的選用 9
第二節(jié) 強(qiáng)度計(jì)算及校核 10
一、磷鐵環(huán)的強(qiáng)度計(jì)算 10
二、校核承壓鋼板的抗壓強(qiáng)度 10
第三節(jié) 液壓缸的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的計(jì)算 11
一、液壓缸推力F的選擇 11
二、初選液壓缸的工作壓力 12
三、理論推力與理論拉力的確定 12
四、液壓缸許用行程S的確定 13
五、缸筒材料的選擇 14
六、缸筒壁厚的計(jì)算 14
七、缸筒壁厚的驗(yàn)算 15
八、缸筒底部厚度的計(jì)算 16
九、缸筒頭部法蘭厚度的計(jì)算 17
十、拉桿的選擇與校核， 17
第三章 輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇 19
第一節(jié) 壓脫機(jī)輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇 19
一、雙耳環(huán)的安裝尺寸的選擇 19
二、柱銷(xiāo)的選擇 20
三、密封裝置的選擇 20
第二節(jié) 機(jī)架工作軸的校核及軸的直徑的選擇 21
第四章 液壓泵與電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與選擇及行走油缸的設(shè)計(jì) 22
第一節(jié) 液壓泵與電動(dòng)機(jī)的選擇 22
一、液壓缸的最大流量的計(jì)算 22
二、液壓泵與電動(dòng)機(jī)的選擇 22
第二節(jié) 平移油缸的設(shè)計(jì) 23
一、陽(yáng)極碳?jí)K、陽(yáng)極鋼爪、陽(yáng)極鋁導(dǎo)桿等相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 23
二、平移液壓缸的選擇 25
第五章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28
第一節(jié) 液壓傳動(dòng)與控制的優(yōu)缺點(diǎn) 28
一、液壓傳動(dòng)與控制的優(yōu)點(diǎn) 28
二、液壓傳動(dòng)與控制的缺點(diǎn) 29
第二節(jié) 壓脫機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理 30
第三節(jié) 液壓系統(tǒng)元、輔件的選擇 31
一、閥的選擇依據(jù) 31
二、選擇控制閥應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題 31
第六章 夾具的設(shè)計(jì)與選擇 32
第一節(jié) 定位裝置的設(shè)計(jì) 32
第二節(jié) 夾緊裝置設(shè)計(jì) 33
一、夾緊裝置的組成和基本要求 33
二、夾具體的選擇與設(shè)計(jì) 34
結(jié)語(yǔ) 36
參考文獻(xiàn) 37
中英文翻譯資料 38
英文資料 38
中文翻譯 44
致 謝 49
太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院----畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
4×φ120殘極壓脫清理機(jī)
摘 要
針對(duì)我國(guó)生產(chǎn)自動(dòng)化程度不高的中小型企業(yè)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的新型殘極壓脫清理機(jī)，用來(lái)脫落殘極碳?jí)K。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要介紹了殘極壓脫清理機(jī)的用途及特點(diǎn)，并詳細(xì)的介紹了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓驅(qū)動(dòng)方案的確立和試用效果等方面。
關(guān)鍵詞： 殘極壓脫清理機(jī) 恒壓驅(qū)動(dòng) 壓脫力
Pressure-disengaging Cleaning Machine For 4×φ120Residual Anode
Abstract
In view of the production of a high degree of automation is not the actual needs of small and medium enterprises to design a simple structure, a new type of practical pressure-disengaging cleaning machine for residual anode, used to block off the residual carbon pole. The design brief the use of pressure-disengaging cleaning machine for residual anode and the characteristics of , and introduce the structural design,the establishment of hydraulic-driven program and trial results in detail.
Keywords: pressure-disengaging cleaning machine for residual anode
constant pressure-driven
the pressure-disengaging force
第一章 壓脫機(jī)設(shè)計(jì)方案的選擇
第一節(jié) 概述
隨著國(guó)內(nèi)電解鋁工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，如何安全、高效地脫落殘極已成為各生產(chǎn)廠家急待解決的問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)大規(guī)模的鋁廠如貴鋁、平果鋁等都是從國(guó)外引進(jìn)包括從殘極脫落到新陽(yáng)極澆注的一整套全自動(dòng)化的陽(yáng)極組裝線。該生產(chǎn)線功能完善、安全高效、自動(dòng)化程度高，但成本極其昂貴，對(duì)于中小型鋁廠來(lái)說(shuō)難以接受。目前，我國(guó)中小型鋁廠的殘極脫落大都是采用原始的人工敲打方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全隱患多，效率低，極大地制約了生產(chǎn)的發(fā)展和規(guī)模的擴(kuò)大。為消除安全隱患、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高殘極脫落效率，我們?cè)O(shè)計(jì)出了這么一種新型的殘極脫落設(shè)備—?dú)垬O壓脫清理機(jī)。
殘極壓脫清理機(jī)是電解鋁廠陽(yáng)極組裝車(chē)間、陽(yáng)極生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要用途是將殘留在陽(yáng)極鋼爪上的殘極碳?jí)K從鋼爪上剝離下來(lái)，以便鋼爪經(jīng)清刷，涂石墨烘干后再次與新陽(yáng)極塊進(jìn)行澆鑄，制成新陽(yáng)級(jí)機(jī)組，再由運(yùn)輸機(jī)械送到電解車(chē)間使用。此壓脫機(jī)安全防范措施齊全、設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，壓脫后的導(dǎo)桿無(wú)豁口、斷裂、變型等現(xiàn)象，使疤桿數(shù)量大減，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，杜絕了因人工敲打引起的抨濺等傷人事故，效率高、見(jiàn)效快。所設(shè)計(jì)的殘極壓脫清理機(jī)為雙陽(yáng)極四爪，一根導(dǎo)桿可以一次壓脫完成。效率比進(jìn)口設(shè)備提高了許多，成本也比進(jìn)口設(shè)備降低了許多。而后再設(shè)計(jì)一套設(shè)備專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)用于清理附著在鋼爪上的磷鐵環(huán)以及少量的碳?jí)K殘?jiān)?
第二節(jié) 壓脫機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與功能
一、方案設(shè)計(jì)和功能分析
國(guó)外進(jìn)口的同類(lèi)產(chǎn)品盡管結(jié)構(gòu)各異，但均是采用靜壓壓脫方式，結(jié)構(gòu)上的差異只是實(shí)現(xiàn)的方法不同，以及為適應(yīng)全自動(dòng)化生產(chǎn)線的要求而已。我們所設(shè)計(jì)的液壓缸，其實(shí)現(xiàn)的形式是采用雙缸驅(qū)動(dòng)雙壓板方式。單缸可提高6t的壓脫力，工作壓力10MPa。機(jī)架對(duì)稱(chēng)布置，但為了方便殘極的進(jìn)入、垂直方向的固定以及脫極后殘?jiān)那暹\(yùn)，本方案采用左機(jī)架固定，右機(jī)架可以水平移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，右機(jī)架的移動(dòng)通過(guò)一平移油缸來(lái)驅(qū)動(dòng)。不論是垂直方向的壓脫油缸還是水平方向的平移油缸，它們的行程均通過(guò)限位開(kāi)關(guān)雙重控制。在考慮壓脫機(jī)的結(jié)構(gòu)、尺寸、操作的方便性以及操作工的安全性等問(wèn)題時(shí)，均采取了人性化的設(shè)計(jì)方法。
對(duì)于整個(gè)殘極壓脫清理機(jī)的設(shè)計(jì)主要應(yīng)從以下兩個(gè)方面來(lái)重點(diǎn)考慮，其一就是要保證殘極碳?jí)K在壓脫機(jī)上的定位與夾緊，這就要求必須設(shè)計(jì)一套合理的夾具來(lái)滿足此項(xiàng)要求，既要起到定位夾緊作用，還要保證殘極的鋁導(dǎo)桿與鋼爪不能分離；其二就是采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓缸，由于液壓驅(qū)動(dòng)力大，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，而且操作方便，因此，本機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)。
二、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及功能
（一）殘極壓脫清理機(jī)的結(jié)構(gòu)及功能，見(jiàn)圖1：
1.行走油缸，驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)左右運(yùn)動(dòng)。其極限位置由限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制。
2.行走機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)，上下兩塊推移鋼板將殘極推到預(yù)訂位置固定夾緊，壓脫過(guò)程開(kāi)始；壓脫完成后該機(jī)構(gòu)向右運(yùn)動(dòng)到位，天車(chē)起吊，壓脫完成。
3.右機(jī)架（帶上下兩塊推板）
4.壓板（左右各一）
5.壓脫油缸，兩壓脫油缸同時(shí)驅(qū)動(dòng)左、右壓板向下運(yùn)動(dòng)，靠靜壓壓脫殘極碳?jí)K，完成脫落。壓脫后，油缸復(fù)位。
6.左機(jī)架（帶承壓鋼板）
圖1 殘極壓脫清理機(jī)
（二）殘極壓脫清理機(jī)工藝流程
殘極壓脫清理機(jī)工藝流程見(jiàn)圖2
圖2 殘極壓脫清理機(jī)工藝流程圖
第三節(jié) 液壓驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)
確立液壓驅(qū)動(dòng)方案應(yīng)充分考慮殘極壓脫的工藝要求，不論是普通液壓油泵還是恒壓泵，只要選型正確，均能滿足要求的工作壓力。但是，在工作時(shí)兩者壓力建立的過(guò)程是有區(qū)別的。如果以一恒值壓力快速作用于殘極碳?jí)K將會(huì)極大的提高壓脫的成功率、減少壓脫時(shí)間提高生產(chǎn)效率。因此，本方案采用恒壓變量泵作為動(dòng)力源。其壓脫速度通過(guò)恒壓泵與調(diào)速閥構(gòu)成的容積節(jié)流調(diào)速回路來(lái)調(diào)節(jié)。該調(diào)速方式與普通的節(jié)流調(diào)速相比，既有回路無(wú)溢流損失、效率高和發(fā)熱少的長(zhǎng)處，比容積調(diào)速回路的速度穩(wěn)定性好，而且泵的供油量自動(dòng)與液壓缸所需的流量相適應(yīng)，同時(shí)它的負(fù)載特性又非常符合壓脫的工藝要求。
第二章 液壓缸的設(shè)計(jì)與選擇
第一節(jié) 液壓缸的設(shè)計(jì)選用說(shuō)明
一、液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
液壓缸的設(shè)計(jì)和使用是否正確與否，直接影響到它的性能和易否發(fā)生故障。在這方面經(jīng)常碰到的是液壓缸安裝不當(dāng)、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂以及活塞桿的壓桿失穩(wěn)的問(wèn)題。所以在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)必須注意如下幾點(diǎn)：
（一）盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。
（二）考慮液壓缸行程終了的制動(dòng)問(wèn)題和液壓缸的排氣問(wèn)題。缸內(nèi)如無(wú)緩沖和排氣裝置，系統(tǒng)中需要有相應(yīng)的措施。但并非所有的液壓缸都要考慮這些問(wèn)題。
（三）正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活塞桿不能用螺紋連接，要用止口連接。液壓缸不能在兩端用鍵或銷(xiāo)定位，只能在一端定位，為的是不阻礙它在受熱時(shí)的膨脹。
（四）液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)須根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，加工、裝配和維修方便。
二、液壓缸主要參數(shù)的選定
額定工作壓力pn，一般取決于整個(gè)液壓系統(tǒng)，因此液壓缸的主要參數(shù)就是缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。此兩數(shù)值按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所示的方法確立后，最后必須選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2348—80的數(shù)值。這樣才便于選用標(biāo)準(zhǔn)密封件和附件。
三、使用工況及安裝條件
（一）工作中有劇烈沖擊時(shí)，液壓缸的缸筒、端蓋不能用脆性的材料，如鑄鐵。
（二）排氣閥須裝在液壓缸油液空腔的最高點(diǎn)，以便排除空氣。
（三）采用長(zhǎng)行程液壓缸時(shí)，須綜合考慮選用足夠剛度的活塞桿和安裝中隔圈。
（四）當(dāng)工作環(huán)境污染嚴(yán)重，有較多的灰塵、砂、水份等雜質(zhì)時(shí)，須采用活塞桿防護(hù)套。
（五）安裝方式與負(fù)載導(dǎo)向
1.耳環(huán)安裝
作用力處在一平面內(nèi)，如耳環(huán)帶有球鉸，則可在±4。圓錐角內(nèi)變向。
2.耳軸安裝
作用力處在一平面內(nèi)。通常較多采用的是前端耳軸和中間耳軸。后端耳軸只用于小型短行程液壓缸上，因它的支承長(zhǎng)度較大，影響活塞彎曲穩(wěn)定性。
3.法蘭安裝
作用力與支承中心處在同一軸線上。法蘭與支承座的鏈接應(yīng)使法蘭面承受作用力，而不應(yīng)使固定螺釘承受拉力。
4.底座安裝
前端底座須用定位螺釘或定位銷(xiāo)，后端底座則用較松螺孔，以允許液壓缸受熱時(shí)，缸筒能伸縮。
當(dāng)液壓缸的軸線較高，離開(kāi)支承面的距離較大時(shí)，底座螺釘及底座剛性應(yīng)能承受傾覆力矩的作用。
5.負(fù)載導(dǎo)向
液壓缸活塞不應(yīng)承受側(cè)向負(fù)載力，否則，必然使活塞桿直徑過(guò)大，導(dǎo)向套長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)。因此通常對(duì)負(fù)載加裝導(dǎo)向裝置。
見(jiàn)表1，按負(fù)載為重、中或輕型，推薦以下安裝方式和導(dǎo)向條件；
表1 負(fù)載與安裝方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系
負(fù)載類(lèi)型
推薦安裝方式
作用力承受情況
負(fù)載導(dǎo)向條件
重型
法蘭安裝
作用力與支承中心在同一軸線上
導(dǎo)向
耳軸安裝
同上
導(dǎo)向
底座安裝
作用力與支承中心不在同一軸線上
導(dǎo)向
后球鉸
作用力與支承中心在同一軸線上
不要求導(dǎo)向
中型
耳環(huán)安裝
作用力與支承中心在同一軸線上
導(dǎo)向
法蘭安裝
同上
導(dǎo)向
耳軸安裝
同上
導(dǎo)向
輕型
耳環(huán)安裝
同上
可不導(dǎo)向
四、緩沖機(jī)構(gòu)的選用
一般認(rèn)為普通液壓缸在工作壓力>10MPa、活塞速度>0.1m/s時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用緩沖裝置或其他緩沖辦法。這只是一個(gè)參考條件，主要還是要看具體情況和液壓缸的用途等來(lái)決定。例如:要求速度變化緩慢的液壓缸，當(dāng)活塞速度0.05～0.12m/s時(shí)，也得采用緩沖裝置。
缸外制動(dòng)機(jī)構(gòu)：當(dāng)時(shí)，缸內(nèi)緩沖機(jī)構(gòu)不可能吸收全部動(dòng)能，須在缸外加裝制動(dòng)機(jī)構(gòu)，如：
（一）外部安裝行程開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)始進(jìn)入緩沖階段時(shí)，開(kāi)關(guān)即切斷供油，使液壓能等于零，但仍可能形成壓力脈沖。
（二）在活塞桿與負(fù)載之間加裝減震器。
（三）在液壓缸出口加裝液控調(diào)速閥。
此外，可按工作過(guò)程對(duì)活塞線速度變化的要求，確定緩沖機(jī)構(gòu)的型式，如：
（一）減速過(guò)渡過(guò)程要求十分柔和，如砂型操作，易碎物品托盤(pán)操作，精度磨床進(jìn)給等，宜選用近似恒減速型緩沖機(jī)構(gòu)如多孔缸筒或多孔柱塞型以及自調(diào)節(jié)流型。
（二）減速過(guò)程允許微量脈沖，如普通機(jī)床粗軋機(jī)等，可采用銑槽型、階梯型緩沖機(jī)構(gòu)。
（三）減速過(guò)程允許承受一定的脈沖，可采用圓錐型或雙圓錐型甚至圓柱型的緩沖機(jī)構(gòu)。
五、工作介質(zhì)的選用
按照環(huán)境溫度可初步選定工作介質(zhì)品種：
（一）在常溫（-20～60℃）下工作的液壓缸，一般采用石油型液壓油。
（二）在高溫（>60℃）下工作的液壓缸，須采用難燃液及特殊結(jié)構(gòu)液壓缸。
液壓缸按不同結(jié)構(gòu)對(duì)工作介質(zhì)的粘度和過(guò)濾精度有不同的要求.
（一）工作介質(zhì)粘度要求：大部分生產(chǎn)廠要求其生產(chǎn)的液壓缸所用的工作介質(zhì)粘度范圍為12～28cSt，個(gè)別生產(chǎn)廠允許到2.8～380cSt。
（二）工作介質(zhì)過(guò)濾精度要求：用一般彈性物密封件的液壓缸：20～25；伺服液壓缸：10；用活塞桿的液壓缸：200。
第二節(jié) 強(qiáng)度計(jì)算及校核
一、磷鐵環(huán)的強(qiáng)度計(jì)算
磷鐵環(huán)，如圖3所示，取磷鐵環(huán)的理想斷面為Φ130㎜，故磷鐵環(huán)的面積為
S=π×130×100=40820㎜2=0.040820㎡。
圖3 磷鐵環(huán)
方案一：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 表3.1-6得：
HT100的抗拉強(qiáng)度σb130MPa，由此可得破壞一個(gè)磷鐵環(huán)至少需要：
F1=σb·S=130MPa×0.040820㎡=5.3066×106N
破壞四個(gè)磷鐵環(huán)至少需要：F= 4F1=4σb·S=4×5.3066×106N =21.2264×106N
方案二：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 表3.1-6得：
HT200的抗拉強(qiáng)度σb220MPa，由此可得破壞一個(gè)磷鐵環(huán)至少需要：
F2=σb·S=220MPa×0.040820㎡=8.9804×106N
破壞四個(gè)磷鐵環(huán)至少需要：F‘= 4F2=4σb·S=4×8.9804×106N =35.9216×106N
考慮此設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和合理性，故選用HT100代替磷鐵環(huán)來(lái)進(jìn)行壓脫試驗(yàn)。由于磷鐵環(huán)的屈服強(qiáng)度比碳?jí)K的屈服強(qiáng)度大，又由于壓脫機(jī)的壓板在壓碳?jí)K的時(shí)候產(chǎn)生175mm的偏心距，壓板沒(méi)有壓到磷鐵環(huán)上而壓到碳?jí)K上，所以，本設(shè)計(jì)所采用的是壓碳?jí)K的方法將碳?jí)K從陽(yáng)極鋼爪上掰裂，完成壓脫任務(wù)。
二、校核承壓鋼板的抗壓強(qiáng)度
由于所設(shè)計(jì)的方案是只用左機(jī)架上伸出來(lái)的鋼板來(lái)承受重壓，故
m1=F/10=2.12264×106㎏
總質(zhì)量：m=m1+m2 =2.12264×106㎏+921㎏=2.123552×106㎏
m2為陽(yáng)極電極總質(zhì)量
F= m×10=21235520N
σs=F/S=21235520N/0.446㎡=47.6 MPa [σs]=250 Mpa
0.446㎡為承壓鋼板的面積
故100mm的承壓鋼板足以支承被壓件的重量和壓脫力。
第三節(jié) 液壓缸的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的計(jì)算
一、液壓缸推力F的選擇
選擇碳?jí)K的危險(xiǎn)截面如圖4所示
圖4 碳?jí)K的危險(xiǎn)截面圖
Wz=bh2/6=1.6×0.132/6=0.004507m3
h=0.13m為碳?jí)K電解后的厚度
查閱《礦山機(jī)械》2003.01論文“500t殘極破碎機(jī)參數(shù)計(jì)算”可知：
碳?jí)K的耐壓強(qiáng)度值為32MPa；劈裂強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/（8～10）。
要使碳?jí)K像如圖5所示，沿其橫截面斷裂，則至少需要的彎矩值為：
M=[σ]·Wz=1/10×32 MPa×0.004507 m3=14422.4N·m
如圖5所示壓脫力的作用線偏離殘極中心線l=175mm。
圖5 受力分析圖
由力矩平衡方程可得：
F脫=M/l=14422.4N·m /0.175m=8.24×104N
由圖還可以看出活動(dòng)壓力板繞N點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，由力偶矩平衡方程可得：
∑M（N）=0，F(xiàn)油×510－F脫×710=0
從而得出油缸推力和壓脫力的關(guān)系：F油=1.39F脫
若用單缸來(lái)破壞殘極，則需要的油缸推力為：
F油=1.39F脫=1.39×8.24×104N=1.15×105N
由于所選擇的是用雙缸來(lái)壓脫殘級(jí)碳?jí)K，故單缸所需的油缸的推力為
F‘油= F油/2=5.73×104N
二、初選液壓缸的工作壓力
液壓缸工作壓力的選擇是否合理，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，確定時(shí)不能只考慮滿足負(fù)載要求，應(yīng)全面考慮液壓裝置的性能要求和經(jīng)濟(jì)性。如果液壓缸的工作壓力選定較高，則泵、缸、閥和管道尺寸可選的小些，這樣結(jié)構(gòu)較為緊湊、輕巧，加速時(shí)慣性負(fù)載也小，易于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的要求。但工作壓力太高，對(duì)系統(tǒng)的密封性能要求也相應(yīng)提高了，制造較困難，同時(shí)縮短了液壓裝置的使用壽命。此外，高壓會(huì)使構(gòu)件彈性變形的影響增大，運(yùn)動(dòng)部件容易產(chǎn)生振動(dòng)。
對(duì)于各類(lèi)液壓系統(tǒng)，由于各自特點(diǎn)和使用場(chǎng)合不同，其液壓缸的工作壓力亦不相同，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-2-13及表19-6-3選擇額定工作壓力Pn=10MPa。
三、理論推力與理論拉力的確定
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-4知
（一）當(dāng)活塞前進(jìn)時(shí)的理論推力：
F1=A1·Pi×106（N）
F1=π/4·D2·Pi×106（N）
式中：A1—活塞桿無(wú)桿側(cè)有效面積（㎡）；
Pi—供油壓力（MPa）；
D—活塞直徑（即液壓缸內(nèi)徑）（m）
F1=5.73×104N，Pi=10 MPa
則：5.73×104N =π/4·D2·10×106Pa
可得D=0.085m=101mm，圓整得D=85mm
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-3液壓缸內(nèi)徑系列，取D=100mm
綜合考慮，選擇拉桿型液壓缸，因?yàn)檫@種液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝均較方便。且其缸筒是用內(nèi)徑經(jīng)過(guò)珩磨的無(wú)縫鋼管半成品，按行程長(zhǎng)度相應(yīng)的尺寸切割。端蓋與活塞均為通用件，因此制造成本較低。但這類(lèi)液壓缸受到行程長(zhǎng)度、缸筒內(nèi)徑和額定工作壓力的限制。行程長(zhǎng)度即拉桿長(zhǎng)度過(guò)大時(shí)，安裝時(shí)容易偏歪致使缸筒端部泄漏。缸內(nèi)徑過(guò)大或額定工作壓力過(guò)高時(shí)，由于徑向布置尺寸和拆裝問(wèn)題，拉桿直徑不能過(guò)大，致使拉桿的拉應(yīng)力可能超過(guò)屈服強(qiáng)度。因而拉桿型液壓缸通常用于行程長(zhǎng)度1.5m，缸內(nèi)徑D250mm，額定工作壓力pn20MPa的場(chǎng)合。
液壓缸裝配如圖6所示
圖6 液壓缸裝配圖
（二）當(dāng)活塞退回時(shí)的理論拉力F2：
F2=A2·Pi×106（N）=π/4·（D2－d2）·Pi×106（N）
式中：A2—活塞桿有桿側(cè)有效面積（㎡）；
d—活塞桿直徑（m）
（三）當(dāng)活塞差動(dòng)前進(jìn)時(shí)（即活塞的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)壓力相同的油液）的理論推力F3：
F3=π/4·d2·Pi×106（N）
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-5常用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸理論推力和拉力可以知道:
d=45㎜,F2=6.26×104N,A2=62.63㎝2,P2=10 MPa
D=100㎜,F1=7.85×104N,A1=78.54㎝2,P1=10 MPa
需要說(shuō)明的是活塞桿直徑d在此處有三種不同的系列，可以試選符合所設(shè)計(jì)的要求，在此選d=45㎜。
四、液壓缸許用行程S的確定
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》19-6-7許用行程S與計(jì)算長(zhǎng)度L的關(guān)系，可知，根據(jù)需要選用一端剛性固定，一端自由的液壓缸，n=1/4
活塞桿的最大允許計(jì)算長(zhǎng)度，由歐拉公式確定的Lk的值：
Lk=192.4d2/（D·）
式中：Lk—最大計(jì)算長(zhǎng)度，㎜；
D—液壓缸內(nèi)徑，㎜；
d—活塞桿直徑，㎜；
P—工作壓力，MPa
由所選的缸可知D=100㎜，d=45㎜，P=10 MPa
則Lk=192.4d2/（D·）=192.4×452/（100×）=1232㎜
L與Lk的關(guān)系式：L=Lk/2=1232/2=616㎜
許用行程S=L－l1
根據(jù)缸徑100㎜的液壓缸，查表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-8液壓缸固定部分的參考尺寸可知l1=150㎜,故S=L－l1=616－150=466㎜，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-3，取S=500㎜。
五、缸筒材料的選擇
缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封腔，用以容納壓力油液，同時(shí)它還是活塞的運(yùn)動(dòng)的“軌道”?？紤]到缸筒一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，并且還必須足以保證活塞密封件的密封性，根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯的來(lái)源等，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-11，、選擇45鋼作為缸筒的材料，由表知σb600N/㎜2, σs340N/㎜2
六、缸筒壁厚的計(jì)算
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-12，可知缸筒壁厚δ的計(jì)算公式為：
δ=δ0＋c1＋c2
式中：δ0—為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值，m；
c1—為缸筒外徑公差余量，m；
c2—腐蝕余量，m；
[σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力，N/㎜2；
Pmax—缸筒內(nèi)最高工作壓力，MPa；
D—缸筒內(nèi)徑，m
n—安全系數(shù)，通常取n=5
[σ]= σb/n=600 MPa/5=120 MPa
當(dāng)δ/D0.08時(shí)，可用薄壁缸筒的實(shí)用計(jì)算式：
δ0Pmax·D/（2[σ]）
=10 MPa×0.1m/（2×120 MPa）=4.2×10-3m
當(dāng)δ/D=0.08～0.3時(shí)，可用實(shí)用公式：
δ0Pmax·D/（2.3[σ]－3 Pmax）
=10 MPa×0.1m/（2.3×120 MPa－3×10 MPa）=4.1×10-3m
當(dāng)δ/D0.3時(shí)，可用薄壁缸筒的實(shí)用計(jì)算式：
δ0D/2·（－1）
=0.1m/2×（－1） MPa=3.8×10-3m
δ0D/2·（－1）
=0.1m/2×（－1） MPa=4×10-3m
考慮缸筒外徑公差余量和腐蝕余量：
c1＋c2=5.0×10-3m
選δ/D=0.08～0.3時(shí)的實(shí)用公式
δ=δ0＋c1＋c2=4.1×10-3 +0.5×10-3 m =9.1×10-3m=9.1㎜
因此可以初步確定缸筒的外徑為118㎜。
七、缸筒壁厚的驗(yàn)算
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-12，可知對(duì)最終采用的缸筒壁厚δ應(yīng)作四方面的驗(yàn)算：
額定工作壓力Pn應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全：
Pn0.35σs（D21－D2）/ D21 MPa
式中：Pn—液壓缸的額定工作壓力，MPa；
σs—缸筒材料屈服強(qiáng)度，N/㎜2；
D1—缸筒外徑，m；
D —缸筒內(nèi)徑，m；
液壓缸的額定工作壓力為10 MPa，缸筒材料屈服強(qiáng)度為340N/㎜2，缸筒外徑可以通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-13知其為121mm，符合我們計(jì)算所得的結(jié)果。
0.35σs（D21－D2）/ D21 =0.35×340×（0.1212－0.12）/ 0.1212
=37.72 MPa
很明顯Pn37.72 MPa
同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生：
Pn（0.35～0.42）Prl
式中：Prl—缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力，MPa
Prl=2.3σslog（D1/D）=2.3×340×log（121/100）=64.7 MPa
（0.35～0.42）Prl=（0.35～0.42）×64.7 MPa=（22.66～27.17）MPa
很明顯Pn（22.66～27.17）MPa
此外，尚需驗(yàn)算缸筒徑向變形△D應(yīng)處在允許范圍內(nèi)
△D=D·Pr/E·（（D21＋D2）/（D21－D2）＋） m
式中：Pr—缸筒耐壓試驗(yàn)壓力，Pr =1.5Pn =1.5×10 MPa =15 MPa；
E—缸筒材料彈性模量，2.10×105N/㎜2；
—缸筒材料泊桑系數(shù)，對(duì)鋼材，=0.3
△D =D·Pr/E·（（D21＋D2）/（D21－D2）＋）
=0.1×15/2.10×105×（（0.1212＋0.12）/（0.1212－0.12）＋0.3）
=4.0×10-5m
易知變形量△D不超過(guò)密封圈的允許范圍。
最后，還應(yīng)驗(yàn)算缸筒的爆裂壓力PE：
PE=2.3σblog（D1/D）MPa=2.3×600×log（121/100）MPa=114.2 MPa
很明顯，計(jì)算的PE值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)耐壓試驗(yàn)壓力Pr
故所選擇的缸筒符合條件，滿足要求。
八、缸筒底部厚度的計(jì)算
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-12，可知缸筒底部為平面時(shí)，其厚度δ可以按照四周嵌住的圓盤(pán)強(qiáng)度公式進(jìn)行近似的計(jì)算：
δ0.4330Dm
式中：P—筒內(nèi)最大工作壓力，10MPa；
[σ]—筒底材料許用應(yīng)力，120N/㎜2；
D—缸筒內(nèi)徑；
則δ0.4330D=0.4330×0.1×=0.012m
考慮缸筒底部的強(qiáng)度和剛度以及實(shí)際要求，取δ=0.05m=50㎜
九、缸筒頭部法蘭厚度的計(jì)算
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-12，考慮螺孔，則法蘭厚度
m
式中：F—法蘭在缸筒最大內(nèi)壓下，所承受的軸向壓力
F=PA1=10 MPa×78.54㎝2=10×106Pa×78.54×10-4 m2=78540N；
ra—法蘭外圓半徑，取其為0.14 m；
b —取其為0.018 m；
dL—取其為0.01 m；
[σ]—缸筒頭部材料許用應(yīng)力，120N/㎜2；
則
同樣也對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)募雍?，取h=20㎜，缸筒頭部取50㎜。
十、拉桿的選擇與校核，
為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝均較方便，故用六根拉桿對(duì)兩端蓋和缸筒進(jìn)行聯(lián)接拉緊。
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知
受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接，每個(gè)螺栓所受的工作載荷為：
F=F∑/z
式中：F∑—軸向載荷，5.73×104N；
z —螺栓拉桿的個(gè)數(shù)，6個(gè)
則F=F∑/z=5.73×104N /6=9550N
螺栓小徑：
d1
式中：[σ]—松螺栓聯(lián)接許用應(yīng)力，我們所選的螺栓材料為Q235，則[σ]=σs/s
σs —螺栓材料屈服強(qiáng)度，MPa
查表11-6，根據(jù)GB/T3098.1-2000和GB/T3098.2-2000可知，
σs的公稱(chēng)值為400 MPa，安全系數(shù)取1.3
則[σ]=σs/s=400/1.3=308 MPa
有d1
故我們?nèi)1=8mm
查吳宗澤主編的《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，由表4-17知
選擇公稱(chēng)直徑d=10mm的M10的粗牙六角頭螺栓對(duì)兩端蓋和缸筒進(jìn)行聯(lián)接。
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-12，知螺栓或拉桿的強(qiáng)度計(jì)算：
螺紋處的拉應(yīng)力：
式中:F—缸筒端部承受的最大推力，5.73×104N；
D—缸筒內(nèi)徑，0.1m；
d1—螺紋底徑，0.008m；
k—擰緊螺栓的系數(shù)，不變載荷取k=1.25～1.5，此處取1.25
代入數(shù)據(jù)可得：
許用應(yīng)力[σ]=σs/ns MPa
σs—缸筒材料的屈服極限，340 MPa；
ns—安全系數(shù)，ns=1.2～2.5，取ns=1.2
則[σ]=σs/ns=340/1.2=283 MPa
由于σ<[σ]，故拉桿滿足強(qiáng)度要求，符合條件
同理，也可以查表選用M16的粗牙六角頭螺栓用來(lái)聯(lián)接法蘭與機(jī)體。
第三章 輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇
第一節(jié) 壓脫機(jī)輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇
一、雙耳環(huán)的安裝尺寸的選擇
參考《液壓工程手冊(cè)》由表7.3-19，根據(jù)ISD/DIS8133標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)圖7，查得:
單位，㎜
圖7 雙耳環(huán)
型號(hào)：30
活塞桿直徑：45
缸筒內(nèi)徑：100
公稱(chēng)力：125000N
KK：M33×2
CK（H9）：30
CM（A16）:50
ER（max）:50
CE（Js13）:129
AV（min）:45
LE（min）：54
CL（max）:103
二、柱銷(xiāo)的選擇
見(jiàn)圖8由表7.3-23可知，且根據(jù)ISO 8132標(biāo)準(zhǔn)，得
圖8 柱銷(xiāo)
型號(hào)：30
公稱(chēng)力：50000N
EK（f8）：30㎜
EL（H16）：103㎜
三、密封裝置的選擇
參考《液壓工程手冊(cè)》由表7.5-2知
缸筒用靜密封圈—O型圈，見(jiàn)圖9
圖9 O型圈
參考《液壓工程手冊(cè)》由表7.5-3可知，見(jiàn)圖10
活塞和活塞桿的密封圈—O型圈
圖10 O型圈
第二節(jié) 機(jī)架工作軸的校核及軸的直徑的選擇
此處我們選擇45鋼作為圓軸的材料
由公式σ=M/Wz [σ] Wz=πd3/32
知
式中：M—軸上任意一點(diǎn)處所受的彎矩值，N·m；
Wz—抗彎截面模量；
[σ]—45鋼的許用應(yīng)力值,640MPa；
d—圓軸的直徑，m
圖11 受力分析圖
如圖11所示，列力的平衡方程可得：
∑Fy=0, F=F油－F脫=5.73×104N－4.12×104N =1.61×104N
以O(shè)點(diǎn)為中心，則N點(diǎn)相對(duì)O點(diǎn)的力偶矩為
M= FlON=1.61×104N×0.51m=8211N·m
則=
故所選工作軸的最小直徑為51㎜，此處取d=55㎜
第四章 液壓泵與電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與選擇及行走油缸的設(shè)計(jì)
第一節(jié) 液壓泵與電動(dòng)機(jī)的選擇
一、液壓缸的最大流量的計(jì)算
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-4知，根據(jù)已知參數(shù)選擇中型系列，則活塞桿最大運(yùn)動(dòng)線速度vmax=0.6m/s=36m/min
單位時(shí)間內(nèi)油液通過(guò)缸筒有效截面的體積，即流量
Q=vA= vπ/4·D2×103 L/min
=36×π/4×0.12×103 L/min =0.2826×103 L/min=4.71×10-3m3/s
二、液壓泵與電動(dòng)機(jī)的選擇
使用一恒值壓力快速作用于殘極塊將會(huì)極大的提高壓脫的成功率、減少壓脫時(shí)間提高生產(chǎn)效率。因此，在設(shè)計(jì)中采用恒壓變量泵（柱塞泵）作為動(dòng)力源，其壓脫速度通過(guò)恒壓泵與調(diào)速閥構(gòu)成的容積節(jié)流調(diào)速回路來(lái)調(diào)節(jié)。
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-5-4，由部分液壓泵和液壓馬達(dá)產(chǎn)品主要技術(shù)性能，在此首先試選ZBP型號(hào)的柱塞泵
試選供油壓力P=10MPa，轉(zhuǎn)速n=2880r/min
由于單個(gè)液壓缸單獨(dú)工作時(shí)所需的最大流量為
Q=0.2826×103 L/min=4.71×10-3m3/s
故單液壓泵供給多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)工作時(shí)，泵的流量Qmax要大于液壓執(zhí)行元件所需最大流量的總和，則Qmax=2Q=0.5652×103 L/min
則其排量q0=Qmax/n=0.5652×103 L/min /2880r/min≈196ml/r
故選ZBP227型號(hào)的柱塞泵
計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，按液壓泵的實(shí)際使用情況，計(jì)算其驅(qū)動(dòng)功率：
P=ΨPNQN/103ηp kw
式中：PN—液壓泵的額定壓力，14MPa；
QN—液壓泵的額定流量，1.1×10-2m3/s；
ηp—液壓泵的總效率，參考《機(jī)床液壓傳動(dòng)與控制》，由表8-10，各種泵在工程壓力下的總效率：取ηp=0.90；
Ψ—轉(zhuǎn)換系數(shù)，Ψ=0.4
將數(shù)據(jù)代入上面公式，整理可得
P=ΨPNQN/103ηp =0.4×14 ×106 Pa×1.1×10-2 m3/s /103×0.90=62.22 kw
由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-8知，Y系列（IP23）電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)，可以選擇Y225M-2型號(hào)的額定功率為75kw，同步轉(zhuǎn)速為3000r /min的異步電動(dòng)機(jī)。
第二節(jié) 平移油缸的設(shè)計(jì)
一、陽(yáng)極碳?jí)K、陽(yáng)極鋼爪、陽(yáng)極鋁導(dǎo)桿等相關(guān)參數(shù)的計(jì)算
在未消耗前的整個(gè)陽(yáng)極碳?jí)K的質(zhì)量為：M1=Vρ
其中 V—碳?jí)K的體積，㎝3；
ρ—碳?jí)K的密度，1.5g/㎝3
碳?jí)K，見(jiàn)圖12可知
圖12 碳?jí)K
V=V1－V2
其中 V1—未銑碳?jí)K前的體積，㎝3；
V2—銑出的四個(gè)圓柱孔的體積，㎝3；
V1=50×50×160=4×105㎝3
V2=4×π×702×110㎜3=6769.84㎝3
則V=V1－V2=4×105㎝3－6769.84㎝3=393230.16㎝3
故M1=Vρ=393230.16㎝3×1.5g/㎝3=589845.24g≈590㎏
陽(yáng)極鋼爪，見(jiàn)圖13
圖13陽(yáng)極鋼爪
陽(yáng)極鋼爪的質(zhì)量M2= M2’＋M2’’
其中 M2’—四個(gè)圓柱鋼爪頭的質(zhì)量，㎏；
M2’— 鋼爪座的質(zhì)量，㎏；
M2’= V2‘ρ鋼 M2’’= V2‘‘ρ鋼
M2= M2’＋M2’’= V2‘ρ鋼＋V2‘‘ρ鋼=（V2‘＋V2‘‘）ρ鋼
=（4×π×602×410＋π×602×1020）㎜3×7.8 g/㎝3
=（18538.56㎝3＋11530.08㎝3）×7.8 g/㎝3
=30068.64㎝3×7.8 g/㎝3
=234535.392㎏≈235㎏
鋼鋁過(guò)渡頭及鋁導(dǎo)桿見(jiàn)圖14
圖14 鋼鋁過(guò)渡頭及鋁導(dǎo)桿
鋼鋁過(guò)渡頭的質(zhì)量
M3=V鋼ρ鋼＋V鋁ρ鋁
=150×150×20mm3×7.8 g/㎝3＋150×150×20 mm3×2.7 g/㎝3
=3510g＋1215g
=4725g=4.725㎏≈5㎏
鋁導(dǎo)桿的質(zhì)量
M4=V鋁ρ鋁=130×130×2000㎜3×2.7 g/㎝3
=33800×2.7=91.26㎏≈91㎏
陽(yáng)極電極的總質(zhì)量為
M=M1＋M2＋M3＋M4=590㎏＋235㎏＋5㎏＋91㎏=921㎏
故可以這樣設(shè)想，壓脫機(jī)上的承壓鋼板至少應(yīng)該可以承受1t重的物體。
二、平移液壓缸的選擇
首先對(duì)右機(jī)架的質(zhì)量進(jìn)行估算,右機(jī)架，見(jiàn)圖15
圖15右機(jī)架
機(jī)架下側(cè)外伸出來(lái)的質(zhì)量
m1=208×100×50×10-3㎝3×7.8g/㎝3=8112g=8.112㎏
機(jī)體兩側(cè)翼的質(zhì)量為
m2=890×151×654×10-3㎝3×7.8g/㎝3=685550.268g=685㎏
機(jī)體后側(cè)直板的質(zhì)量為
m3=654×200×860×10-3㎝3×7.8g/㎝3=877406.4g=877㎏
機(jī)體上側(cè)彎曲板按照直板約算為
m4=578×845×200×10-3㎝3×7.8g/㎝3=761919.6g=762㎏
機(jī)體上的加強(qiáng)筋約算為
m5=2×365×988×60×10-3㎝3×7.8g/㎝3=2×168770g=2×169㎏=338㎏
壓板的質(zhì)量約算為
m6=1434×387×60×10-3㎝3×7.8g/㎝3=260㎏
下端推移鋼板的質(zhì)量約算為
m7=1260×215×80×10-3㎝3×7.8g/㎝3=169041.6g=169㎏
上端推移鋼板的質(zhì)量約算為
m8=1573×145×70×10-3㎝3×7.8g/㎝3=125㎏
液壓缸的質(zhì)量約算為
m9=π×602×592×10-3㎝3×7.8g/㎝3=52㎏
夾具體的質(zhì)量根據(jù)所選所設(shè)計(jì)的粗略估計(jì)
m10= 2×100㎏=200㎏
故估算總的質(zhì)量為
m= m1 ＋m2 ＋m3 ＋m4 ＋m5 ＋m6 ＋m7 ＋m8 ＋m9 ＋m10
=8.112㎏＋685㎏＋877㎏＋762㎏＋338㎏＋260㎏＋169㎏＋125㎏＋52㎏＋200㎏=3476.112㎏
由于是估算，適當(dāng)?shù)貙?duì)其進(jìn)行放大，則有
M=m×1.1=3476.112×1.1=3823.72㎏≈3.9t
故設(shè)計(jì)中仍就選擇拉桿型液壓缸，與前面所選一樣，只不過(guò)是此次的液壓缸是臥式的液壓缸，也是用M16的雙頭螺柱將其固定到地面上的。
第五章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第一節(jié) 液壓傳動(dòng)與控制的優(yōu)缺點(diǎn)
一、液壓傳動(dòng)與控制的優(yōu)點(diǎn)
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)介質(zhì)是油，油本身的物理特性，使液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（一）能方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。在液壓傳動(dòng)中，可以在工作時(shí)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大，可達(dá)100：1～200：1。
（二）運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn)、均勻。液壓傳動(dòng)中的工作介質(zhì)為液體，是無(wú)間隙傳動(dòng)且有吸振的能力，使液壓傳動(dòng)工作平穩(wěn)、均勻。不像機(jī)械傳動(dòng)裝置，由于加工和裝配誤差總會(huì)存在傳動(dòng)間隙，從而會(huì)引起振動(dòng)和沖擊。
（三）易于獲得很大的力或力矩。液壓傳動(dòng)的工作壓力較高（可達(dá)350×105Pa甚至更高），液壓缸或液壓馬達(dá)的有效承壓面積亦可取得較大，因此可獲得很大的力或力矩。
（四）單位功率的重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，反應(yīng)靈敏。在同等功率的情況下，液壓泵或液壓馬達(dá)的重量為一般電機(jī)的10%～20%，外形尺寸為電機(jī)的15%左右。液壓馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)慣量不超過(guò)同等功率電機(jī)的10%，啟動(dòng)中等功率的一般電動(dòng)機(jī)需要1～2s，而啟動(dòng)同功率的液壓馬達(dá)時(shí)間不超過(guò)0.1s。液壓傳動(dòng)反應(yīng)靈敏，易于平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)頻率的啟、停、換向或變速。
（五）易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，工作可靠。在液壓傳動(dòng)中，作為工作介質(zhì)的油液壓力很容易由壓力控制元件來(lái)控制。只要設(shè)法控制油液壓力在規(guī)定限度就可達(dá)到防止過(guò)載及避免事故的目的，使工作可靠。
（六）易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。液壓傳動(dòng)的控制、調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，操作比較方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。當(dāng)與電氣或氣壓傳動(dòng)相配合使用時(shí)，更能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱和自動(dòng)控制。
（七）自動(dòng)潤(rùn)滑，元件壽命長(zhǎng)。液壓元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面因有液壓油，能自行潤(rùn)滑，所以使用壽命較長(zhǎng)。
（八）液壓元件易于實(shí)現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。
二、液壓傳動(dòng)與控制的缺點(diǎn)
液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)：
（一）液壓傳動(dòng)以液體作為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間無(wú)法避免泄漏，再加上液體具有微小的壓縮性及油管產(chǎn)生彈性變形等原因，使液壓傳動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的定比傳動(dòng)。泄漏使液壓系統(tǒng)能量損失增加，效率降低；泄漏造成油液的浪費(fèi)，污染周?chē)h(huán)境。
（二）溫度對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能影響較大。液體的黏度和溫度有密切關(guān)系，當(dāng)黏度因溫度的變化而變化時(shí)，將直接影響液壓系統(tǒng)的泄漏、液壓損失和通過(guò)節(jié)流元件的流量等。故一般的液壓系統(tǒng)不宜用于高溫或低溫的條件下。
（三）傳動(dòng)效率較低。液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)換及傳遞過(guò)程中存在著機(jī)械摩擦損失、壓力損失和諧了損失，傳動(dòng)效率往往較低。這一缺點(diǎn)，使液壓傳動(dòng)在大功率系統(tǒng)中的使用受到限制，也不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。
（四）空氣混入液壓系統(tǒng)后引起工作不良，如發(fā)生振動(dòng)、爬行、噪聲等，因此，必須采取措施防止空氣滲入。
（五）為了防止泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件的制造精度要求高，使成本增加。
（六）液壓設(shè)備故障原因不易查找。液壓傳動(dòng)的大部分故障都是由于油液不潔所造成的，因此要求工作液體清潔、無(wú)雜質(zhì)。液壓傳動(dòng)中的工作液體一般為各種礦物油，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后會(huì)變質(zhì)，并可能混入鐵屑、塵埃等雜物，油液在壓力狀況下通過(guò)液壓泵及控制閥的縫隙，分子鏈被剪切，黏度會(huì)逐步下降，因此必須定期換油。液壓傳動(dòng)中的各種元件和工作液體都在封閉的油路內(nèi)工作，故障原因一般較難查找。
總的來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)較多，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，缺點(diǎn)正在逐步加以克服，因此液壓傳動(dòng)有著廣闊的發(fā)展前途。
第二節(jié) 壓脫機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理
壓脫機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理，見(jiàn)圖16
1—壓下油缸；2—行走油缸；3、4—換向閥；5—減壓閥；6—溢流閥；7—單向調(diào)速閥；8—恒壓變量泵
圖16 壓脫機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖
如上圖所示，系統(tǒng)通過(guò)恒壓變量泵8將液壓油從油箱經(jīng)過(guò)濾器吸出；首先行走油缸先動(dòng)作，用減壓閥5調(diào)整行走油缸壓力，之后將電磁換向閥3動(dòng)作至右位，液壓油經(jīng)電磁換向閥打開(kāi)右邊的液控單向閥，而后流向右邊的單向調(diào)速閥7進(jìn)入液壓缸2的右腔，與此同時(shí)壓力油進(jìn)入左邊液控單向閥的控制油口，將左邊液控單向閥的閥芯頂開(kāi)。液壓缸2左腔的油液經(jīng)左邊的單向調(diào)速閥、液控單向閥與油箱連通。此時(shí)活塞在壓力油的作用下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)行走油缸達(dá)到固定的工作行程后，動(dòng)作電磁換向閥3處于中位，此時(shí)液壓缸2處于自鎖狀態(tài)。然后再動(dòng)作電磁換向閥4至左位，這時(shí)液壓油經(jīng)電磁換向閥打開(kāi)左邊的液控單向閥，而后流向左邊的單向調(diào)速閥7進(jìn)入兩個(gè)液壓缸1的上腔，與此同時(shí)壓力油進(jìn)入右邊液控單向閥的控制油口，將右邊液控單向閥的閥芯頂開(kāi)。液壓缸1下腔的油液經(jīng)右邊的單向調(diào)速閥、液控單向閥與油箱連通。此時(shí)活塞在壓力油的作用下會(huì)平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)。當(dāng)壓脫油缸達(dá)到固定的工作行程后，動(dòng)作電磁換向閥4處于中位，此時(shí)液壓缸1處于自鎖狀態(tài)。當(dāng)工作結(jié)束后，先動(dòng)作電磁換向閥4至右位，液壓油經(jīng)電磁換向閥右位經(jīng)液控單向閥、單向調(diào)速閥7流向壓脫油缸的下腔，壓力油進(jìn)入左邊液控單向閥的控制油口，將左邊液控單向閥的閥芯頂開(kāi)。液壓缸1上腔的油液經(jīng)左邊的單向調(diào)速閥、液控單向閥與油箱連通。此時(shí)活塞在壓力油的作用下會(huì)平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)并將壓脫油缸的活塞桿收回。而后再動(dòng)作電磁換向閥4處于中位，此時(shí)液壓缸1處于自鎖狀態(tài)。最后動(dòng)作電磁換向閥3動(dòng)作至左位，液壓油經(jīng)電磁換向閥打開(kāi)左邊的液控單向閥，而后流向左邊的單向調(diào)速閥7進(jìn)入液壓缸2的左腔，與此同時(shí)壓力油進(jìn)入右邊液控單向閥的控制油口，將右邊液控單向閥的閥芯頂開(kāi)。液壓缸2右腔的油液經(jīng)右邊的單向調(diào)速閥、液控單向閥與油箱連通。此時(shí)活塞在壓力油的作用下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)行走油缸達(dá)到固定的工作行程后，動(dòng)作電磁換向閥3處于中位，此時(shí)液壓缸2處于自鎖狀態(tài)。
第三節(jié) 液壓系統(tǒng)元、輔件的選擇
一、閥的選擇依據(jù)
閥的選擇依據(jù)。主要依據(jù)是根據(jù)該閥在系統(tǒng)工作的最大工作壓力和通過(guò)該閥的實(shí)際流量，其他還需要考慮閥的動(dòng)作方式、安裝固定方式、壓力損失數(shù)值、工作性能參數(shù)和工作壽命等條件來(lái)選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類(lèi)的規(guī)格。
二、選擇控制閥應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題
（一）應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，要求非標(biāo)準(zhǔn)元件盡量少，不得已時(shí)，才自行設(shè)計(jì)制造專(zhuān)用閥或其他液壓元件。
（二）選擇溢流閥是，按泵的最大流量選取，使泵的全部流量能回油箱，選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮其最小穩(wěn)定流量滿足壓脫機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)低速性能的要求。
（三）一般選擇控制閥的公稱(chēng)流量比管路系統(tǒng)實(shí)際通過(guò)的流量大一些。必要時(shí)允許通過(guò)閥的流量超過(guò)公稱(chēng)流量的20%。
（四）應(yīng)注意差動(dòng)液壓缸由于面積差形成不同回油量對(duì)控制閥的影響。
此外還要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)對(duì)濾油器、蓄能器等輔助元件進(jìn)行選擇。
第六章 夾具的設(shè)計(jì)與選擇
第一節(jié) 定位裝置的設(shè)計(jì)
（一）六點(diǎn)定位原理
工件定位的實(shí)質(zhì)，就是要使工件在夾具中占有某個(gè)確定的位置。這一確定的位置可以通過(guò)定位支承限制相應(yīng)的自由度來(lái)獲得。一個(gè)物體在空間直角坐標(biāo)系中具有六個(gè)自由度。即沿三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)軸的移動(dòng)自由度，以及繞三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在定位分析中，習(xí)慣上用、、分別表示沿X軸、Y軸和Z軸的移動(dòng)自由度；用、、分別表示繞X軸、Y軸和Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。由此可見(jiàn)，要使工件在夾具中占有確定的位置，就是要在空間直角坐標(biāo)系中，通過(guò)定位元件的上述六個(gè)自由度。分析時(shí)可將具體的定位元件抽象化，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的定位支承點(diǎn)，用這些定位支承點(diǎn)來(lái)限制工件的自由度。
（二）完全定位與不完全定位
工件的六個(gè)自由度全部被限制而在空間占有完全確定的唯一位置，稱(chēng)為完全定位。如果根據(jù)該工序加工要求只需限制部分自由度，而其他自由度無(wú)需限制時(shí)，工件雖然不占有確定的唯一位置，但不影響該工序的加工要求，此時(shí)稱(chēng)為不完全定位。應(yīng)該采用完全定位還是不完全定位，主要有該工序的加工要求來(lái)決定。
（三）欠定位與過(guò)定位
欠定位，是指工件實(shí)際定位所限制的自由度數(shù)目，少于按該工序加工要求所必須限制的自由度數(shù)目。因此，欠定位的結(jié)果，將導(dǎo)致出現(xiàn)應(yīng)該限制的自由度而未予限制的不合理現(xiàn)象，從而無(wú)法保證該工序所規(guī)定的加工要求。所以，在確定工件在夾具中的定位方案時(shí)，不允許出現(xiàn)欠定位這樣的原則性錯(cuò)誤。
兩個(gè)或兩個(gè)以上的定位支承點(diǎn)重復(fù)限制同一個(gè)自由度，這種重復(fù)定位的現(xiàn)象叫做過(guò)定位。出現(xiàn)過(guò)定位時(shí)，將使工件位置不確定。同時(shí)，在夾緊情況下，重復(fù)限制同一自由度的定位支承間所產(chǎn)生的矛盾、干涉和沖突必將造成工件或定位元件的變形，其結(jié)果都將破壞工件定位的要求，從而嚴(yán)重影響工件的定位精度。因此，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，一般情況下應(yīng)避免出現(xiàn)過(guò)定位現(xiàn)象。如因某些結(jié)構(gòu)上的原因，無(wú)法避免過(guò)定位時(shí)，應(yīng)采取必要的相應(yīng)措施，以減小由于過(guò)定位所造成的影響。
（四）定位支承點(diǎn)的配置
在六點(diǎn)定位中，定位支承的配置情況，對(duì)定位精度及穩(wěn)定性的影響很大。工件上選作主要定位面的表面，應(yīng)該力求其面積盡可能的大，定位支承點(diǎn)的分布也盡量分散（切不可放置在一條直線上），這樣即可提高定位的穩(wěn)定性。工件上選作導(dǎo)向定位面的表面，應(yīng)該力求面積狹而長(zhǎng)，兩個(gè)定位支承點(diǎn)的分布也應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。止推定位基準(zhǔn)面的選擇也應(yīng)與其他兩定位基準(zhǔn)面相距較遠(yuǎn)為好。
（五）組合表面定位
以工件上兩個(gè)或兩個(gè)以上表面作為定位基準(zhǔn)時(shí)，稱(chēng)為組合表面定位。采用組合表面定位時(shí)，如果各定位基準(zhǔn)之間無(wú)緊密尺寸聯(lián)系（即沒(méi)有尺寸精度要求）時(shí)，是把各種單一幾何表面的典型定位方式直接予以組合。如果各定位基準(zhǔn)之間有緊密尺寸聯(lián)系（即有一定尺寸精度要求）時(shí)，需要設(shè)法協(xié)調(diào)定位元件與定位基準(zhǔn)的相互尺寸聯(lián)系，以克服過(guò)定位現(xiàn)象?！耙幻鎯煽住本褪亲畹湫偷睦印?
第二節(jié) 夾緊裝置設(shè)計(jì)
一、夾緊裝置的組成和基本要求
在機(jī)械加工過(guò)程中，工件將受到切削力、離心力、慣性力等外力的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動(dòng)或位移，一般在夾具結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置一定的夾緊裝置，將工件可靠地夾緊。
（一）夾緊裝置的組成
典型的夾緊裝置，由以下幾個(gè)部分組成。
1．力源裝置。力源裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。通常是指機(jī)動(dòng)夾緊時(shí)所用的氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)等動(dòng)力裝置。
2．中間遞力機(jī)構(gòu)。中間遞力機(jī)構(gòu)是介于力源和夾緊元件之間的傳力機(jī)構(gòu)。它把力源裝置的夾緊作用力傳遞給夾緊元件，然后由夾緊元件最終完成對(duì)工件的夾緊。一般遞力機(jī)構(gòu)可以在傳遞夾緊作用力過(guò)程中，改變夾緊作用力的方向和大小，并根據(jù)需要亦可具有一定的自鎖性能。
3．夾緊元件與夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。通過(guò)它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊動(dòng)作。對(duì)于手動(dòng)夾緊裝置來(lái)說(shuō)，夾緊機(jī)構(gòu)是由中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件所組成的。
（二）夾緊裝置的基本要求
1.在夾緊過(guò)程中，工件應(yīng)能保持在既定位置，即在夾緊力的作用下，工件不應(yīng)離開(kāi)定位支承。
2. 夾緊力的大小要適當(dāng)、可靠。既要使工件在加工過(guò)程中不產(chǎn)生