毕业论文终稿-大直径钢管扩径送料系统设计[下载就送全套CAD图纸 答辩通过]

需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑摘要对焊接后的钢管扩径，可以消除变形，改善尺寸精度，提高钢管的平直度。并且消除残余应力，提高屈服强度。目前钢管生产中大都使用机械扩径，钢管扩径中需要用到钢管扩径送料系统。钢管扩径送料系统，是根据钢管扩径的工艺过程要求和扩径后对钢管的的精度要求设计的。结构简单，便于制造安装，送进钢管过程更为平稳可靠。本文试设计钢管扩径设备的送料系统，其主要目的是完成扩径机的送料进给、钢管退回等动作，根据方案对比，确定设计的结构方案，通过计算分析，完成送料部分机械结构及其驱动系统设计。本文首先对钢管扩径送料系统作了简单的概述；接着，分析了钢管扩径送料系统的工作原理；然后，根据工作原理及设计要求得出了总体设计方案；接着，各主要零部件进行了设计与校核；最后，使用AUTOCAD软件绘制了其主要零件图及装配图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AUTOCAD软件，本次设计代表了一般机械的设计过程，对今后的设计工作有一定的参考价值。关键词钢管；扩径；送料；设计；ABSTRACT图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑ABSTRACTTOEXPANDTHESIZEAFTERWELDING,CANELIMINATETHEDEFORMATION,IMPROVETHEPRECISIONANDIMPROVETHEFLATNESSOFTHESTEELTUBEANDELIMINATETHERESIDUALSTRESS,THEINCREASEOFTHEYIELDSTRENGTHATPRESENTINTHEPRODUCTIONOFSTEELPIPESAREUSEDINMECHANICALEXPANDING,EXPANDINGSTEELPIPEUSEDINTHEPIPEEXPANDINGFEEDINGSYSTEMTHEPIPEEXPANDINGMATERIALFEEDINGSYSTEMISDESIGNEDACCORDINGTOTHEREQUIREMENTOFTHEPROCESSOFPIPEEXPANDINGANDTHEPRECISIONREQUIREMENTOFTHESTEELPIPESIMPLESTRUCTURE,EASYMANUFACTUREANDINSTALLATION,ANDTHEPROCESSOFTHESTEELTUBEISMORESTABLEANDRELIABLETHISPAPERTRIESTODESIGNSTEELPIPEEXPANDINGEQUIPMENTOFFEEDINGSYSTEM,ITSMAINPURPOSEISCOMPLETEEXPANDINGMACHINESENDFEEDING,STEELPIPERETURNACTION,ACCORDINGTOTHESCHEMECOMPARISON,DETERMINETHESTRUCTURESCHEMEDESIGN,THROUGHCALCULATIONANDANALYSIS,SENDMATERIALPARTOFTHEMECHANICALSTRUCTUREANDDRIVESYSTEMDESIGNFIRSTLY,TOTHEEXPANSIONPIPESIZETOSENDMATERIALSYSTEMHASMADETHESIMPLEOUTLINETHEN,ITANALYZESTHEPIPEEXPANDINGSENDFEEDINGSYSTEMWORKINGPRINCIPLETHEN,ACCORDINGTOTHEWORKINGPRINCIPLEANDDESIGNREQUIREMENTSOBTAINEDOVERALLDESIGNSCHEMETHEN,THEMAINCOMPONENTSOFTHEDESIGNANDVERIFICATIONANDFINALLY,THEUSEOFAUTOCADDRAWINGTHEMAINPARTSANDASSEMBLYDRAWINGTHROUGHTHEDESIGN,THECONSOLIDATIONOFTHEUNIVERSITYOFTHEPROFESSIONALKNOWLEDGE,SUCHASMECHANICALPRINCIPLES,MECHANICALDESIGN,MECHANICSOFMATERIALS,TOLERANCEANDINTERCHANGEABILITYTHEORIES,MECHANICALDRAWING,ANDMASTERTHEDESIGNMETHODOFGENERALMACHINERYPRODUCTSANDBEABLETOSKILLFULLYUSEAUTOCADSOFTWARE,THISDESIGNREPRESENTSTHEGENERALMECHANICALDESIGNPROCESS,HAVECERTAINREFERENCEVALUEFORTHEDESIGNWORKINTHEFUTUREKEYWORDSSTEELPIPEEXPANSIONFEEDINGDESIGN目录III目录摘要46ABSTRACT46第一章概述111研究背景112扩径机概述113送料系统的发展与现状2第二章总体方案设计321设计要求322方案及原理3第三章主要零部件的设计531送料驱动电机的选择532送料齿轮齿条传动设计633送料车轮设计934送料车架设计1035升降液压缸设计1136夹紧液压缸设计18第四章液压系统设计及液压元件选型1941液压回路的设计1942液压元件的选型2043液压系统的验算22总结24参考文献25致谢26目录IV目录V目录VI目录VII大直径钢管扩径送料系统设计1第一章概述11研究背景随着管道向高强度、高韧性的方向发展，以及对钢管质量要求的不断提高，制管技术及装备也在不断推陈出新。扩径机作为其中极为关键的技术装备，越来越多地得以运用。对焊接后的钢管扩径，可以消除变形，改善尺寸精度，提高钢管的平直度。并且消除残余应力，提高屈服强度。目前钢管生产中大都使用机械扩径。钢管扩径工艺和扩径机的设计制造在发达国家经过多年研究和应用，已经取得比较好的结果，一台扩径机的使用寿命可达扩径万根以上。然而由于多种原因，大直径焊管扩径技术，尤其是扩径头技术，在我国还未被大多数业内人士所了解和掌握。目前国内有关扩径机技术力学建模和加工工艺方面的相关文章非常少。文中将分析当前国内机械式扩径机扩径头的常见问题，并提出工艺方面的技术改进原理与方法。该方案目前已经在湖北沙市钢管厂得到实际验证，取得了较为理想的效果。图，中间是一个多棱锥体，外面有多个扇形瓣，锥体同定在液压缸的活塞杆上。当锥体右移时，扇形瓣在锥面上相对滑动，轴向定位而径向变化，这样扇形模片组成的近似圆弧面直径可适当变大。准确控制锥体的伸缩量可得到精确的胀环外径扩径时扩径头伸进钢管一定长度后锥体右移，胀环变大使钢管在圆周模块作用下内径被撑大。当超过弹性极限后材质发生塑性变形，锥体停止移动并保持一段时间后再左移，涨环变小，扩径头退出钢管。此时钢管内径保持一恒定尺寸且椭圆度有明显改善。钢管分步送入，扩径头逐段进行扩径（扩径长度一般为0910），最后完成全长钢管的扩径。本文试设计钢管扩径设备的送料系统，其主要目的是完成扩径机的送料进给、钢管退回等动作，根据方案对比，确定设计的结构方案，通过计算分析，完成送料部分机械结构及其驱动系统设计。12扩径机概述121主要类型目前世界上普遍采用的扩径机主要有机械式扩径机和液压式扩径机两种。由于液压式扩径机是以钢管的外径定径，给管道施工带来诸多不便，再加之生产时充水时间长、生产效率低，且投资大、模具多、更换规格时劳动强度较大，所以，自20世纪90年代以来，新建的大口径直缝埋弧焊管机组多采用机械式扩径机。122工作原理（1）机械式扩径机的工作原理图11所示为机械式扩径机的工作原理及扩径机头部结构示意。由于机械式扩径是一段一段地进行的，所以钢管是分步送入扩径头的。由图11可知，机械式扩径机的关键部件扩径头是由几个扇形块组成的芯棒安装在楔形体上，而楔形体固定在液压缸的活塞杆上。当液压缸活塞和楔形体向右移动时，由于构成芯棒表面的扇形块向外扩展，使芯棒圆周增大。楔形体的力借助斜块通过扇形板作用在钢管上，从而使与芯棒接触的一段钢管得到扩径。当活塞和楔形体向左移动时，钢管与芯棒脱离开，以便再次送进，进行下一段钢管的扩径。大直径钢管扩径送料系统设计2图11机械式扩径机工作原理及头部结构示意1钢管；2楔形体；3斜块；4扇形块（2）液压式扩径机的工作原理液压式扩径机是通过内腔与钢管扩径尺寸一致的外模分上下、或左右模两部分将钢管包容其间，钢管两端密封，然后向其内部注入高压水使钢管膨胀变形，直至达到模具内腔尺寸，实现对钢管的扩径。一般情况下，采用机械式和液压式扩径机的钢管扩胀率为直径的0815扩径后钢管的壁厚减少约08，长度减少15。123扩径机的工作过程扩径机的工作过程如下（1）焊管通过辊道送往扩径机，焊缝对准扩径机模具上的槽，整个操作由操作人员通过闭环电视进行监控。监视器安装在主控制台上，电子控制杆将操作人员的指令传到定位驱动系统上。（2）启动自动循环系统。（3）焊缝对中系统下落，已定位的钢管进入轴向输送钢管支撑辊，带有夹具的轴向进给小车向前，并牢牢地抓住钢管准备进给。（4）扩径头逐步送入钢管，钢管依序通过校直器。（5）钢管分步进行扩径及校直。（6）重复（4）和（5）的动作，直到钢管全部被扩径和校直。（7）钢管通过回缩的扩径头，返回到焊缝对中辊和轴向输送支撑辊的初始位置。（8）在轴向进给小车上的钢管被放开，退回到初始位置。（9）旋转辊升起钢管，拨料系统将钢管推到输出台架上。13送料系统的发展与现状送料装置在机械加工行业起着重要的作用，属于送料设备的一种。随着社会经济的不断发展，送料设备逐渐成为各个经济发达国家十分重视和需素发展的一门学科和行业。我国生产线中送料设备的使用状况表现在如下几个方面（1）送料设备总体数量迅速增长。（2）送料设备的自动化水平和信息化程度得到了一定的提高。（3）基本形成了送料设备生产、销售和消费系统。（4）送料设备在生产企业的各个生产、物流环节得到了全面的应用。（5）专业化的新型送料设备和新技术不断涌现。大直径钢管扩径送料系统设计3第二章总体方案设计21设计要求试设计钢管扩径设备的送料系统，其主要目的是完成扩径机的送料进给、钢管退回等动作，根据方案对比，确定设计的结构方案，通过计算分析，完成送料部分机械结构及其驱动系统设计。设计参数要求如下（1）钢管管材；450S（2）钢管直径559MM864MM；壁厚103MM143MM；（3）最初管径的最大椭圆度为20MM；（4）管径误差在周长方向为5MM；（5）扩径重叠量20MM；（6）一次扩径行程为600MM；（7）最大速度110MM/S；22方案及原理钢管扩径机的工作原理为运管车把钢管运至扩径工位的两个钢管旋转辊上之后,向后退出。钢管旋转辊把钢管上的焊缝旋至正上方。送进车移向钢管并用夹钳夹住右端管口上沿,钢管输送辊托着钢管上升使钢管离开钢管旋转辊,夹钳也与输送辊一起同步上升,直到把钢管中心举升到扩径模的中心高度位置。钢管停在输送辊上,钳夹保持夹紧钢管管口上沿。送进车把钢管向扩径模推送钢管是被托在钢管输送辊上向左送进的,待左侧管口套住扩径模并达到预设扩径长度步距后,扩径模径向膨胀对钢管扩径。扩径完成后,扩径模径向缩小,送进车把钢管再向前推送一个步距,扩径模再次对钢管扩径。依此方式逐段重复,分段完成对整根钢管的扩径。整根钢管扩径完成后,扩径模径向缩小,夹钳夹持住钢管,送进车整体向后以较快速度后退,把整根钢管从扩径位置拖出来,停放在输送辊上,钳夹松开钢管,送进车后退,另一台运管车运行至扩径工位把钢管运出,送往下道工序。221方案由于设计要求试设计钢管扩径设备的送料系统，其主要目的是完成扩径机的送料进给、钢管退回等动作。根据设计要求及上述对钢管扩径机工作原理分析，本次设计的大直径钢管扩径送料系统采用如下图21所示总体方案，主要由车轮、导轨、驱动电机、驱动齿轮齿条、夹钳升降机构、夹紧机构等几大部件组成。大直径钢管扩径送料系统设计4图1送料系统总体方案图222各部分功能驱动电机、驱动齿轮齿条为扩径机的送料进给、钢管退回等动作提供动力夹钳升降机构使钢管夹钳能在垂直方向上下运动以便在送取不同管径的钢管时夹钳能够始终保持与钢管右端管口高度一致夹紧机构夹紧钢管导轨、车身框架、车轮保证送料机正常送料的导向及支承装置。223原理说明送料系统在驱动电机、驱动齿轮齿条带动下沿导轨前后移动实现送料进给、钢管退回等动作；夹钳升降机构在升降油缸作用下沿垂直方向上下移动，以便在送取不同管径的钢管时夹钳能够始终保持与钢管右端管口高度一致；夹紧机构在夹紧油缸作用下可夹紧与松开管口。大直径钢管扩径送料系统设计5第三章主要零部件的设计31送料驱动电机的选择311选择电动机类型电动机是标准部件。因为室内工作，运动载荷平稳，所以选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。312电动机容量的选择（1）导轨摩擦阻力负载FF摩擦系数静摩擦系数FS02，动摩擦系数FA01；启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力，对于平行导轨FF可以由下式求的FFFGFRNG运动部件重力720KG；FRN垂直于导轨的工作负载，此设计中为零；F导轨摩擦系数，取静摩擦系数为02，动摩擦系数为01。求得FFS027209814112NFFS01720987056NFFFFSFFS21168N上式中FFS为静摩擦力，FFA为动摩擦力。（1）运输机所需要的功率为PKWFV其中FFF，V110MM/S得3201826KP2）电动机的输出功率为0PP圆柱齿轮传动效率953）电动机所需功率为KWPW429500因有轻微震动，电动机额定功率只需略大于即可，查机械设计手册表191选取电MP0动机额定功率为3KW。313电动机转速的选择由于系统总重为720KG，移动的速度为110MM/S，取驱动齿轮分度圆直径为D60MM则驱动齿轮的转速为IN/3560143RN减速箱的传动比为02所以电动机实际转速的推荐值为MI/7RIW大直径钢管扩径送料系统设计6符合这一范围的同步转速为750、1000R/MIN。综合考虑传动装置机构紧凑性和经济性，选用同步转速1000R/MIN的电机。型号为Y100S6，满载转速，功率3。MIN/960RNKW32送料齿轮齿条传动设计321齿轮传动设计概述齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递率可达到数十万千瓦，圆周速度可达200M/S。以渐开线齿轮传动较为常用。齿轮传动主要有以下特点1）效率高2）结构紧凑3）工作可靠4）传动比稳定。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。齿轮的失效形式有以下几种1齿轮折断。2齿面磨损。3齿面点蚀。4齿面胶合。5塑性变形。除此之外，还可能出现过热、侵蚀、电蚀和由于不同原因产生的多种腐蚀与裂纹等等。根据上述失效形式可知，所设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，针对各种失效都应确立相应的设计准则。通常只按保证齿根弯曲疲劳强度既保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。322齿轮齿条的材料选择齿条材料的种类很多，在选择过程中应考虑的因素也很多，主要以以下几点作为参考原则齿轮齿条的材料必须满足工作条件的要求。应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成形方法及热处理和制造工艺。正火碳钢，不论毛坯制作方法如何，只能用于制作载荷平稳或轻度冲击工作下的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调制碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为3050HBS或者更多。钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面硬度，故适用于来制造齿轮。由于该齿轮承受载荷比较大，应采用硬齿面（硬度350HBS），故选取合金钢，以满足强度要求，进行设计计算。323齿轮齿条的设计与校核（1）起升系统的功率设V为最低起钻速度（米/秒），F为以V起升时游动系统起重量（理论起重量，公斤）。起升功率PFN506取08（米/秒）1KW4805由于整个起升系统由四个液压马达所带动，所以每部分的平均功率为P12转矩公式大直径钢管扩径送料系统设计7NMM5910PTN所以转矩TMNN1205式中N为转速（单位R/MIN）（2）各系数的选定计算齿轮强度用的载荷系数K，包括使用系数、动载系数、齿间载荷分配系数及齿AVKK向载荷分配系数，即KAV1）使用系数A是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。该齿轮传动的载荷状态为轻微冲击，工作机器为重型升降机，原动机为液压装置，所以使用系数取135。AK2）动载系数V齿轮传动不可避免地会有制造及装配误差，轮齿受载后还要产生弹性变形，对于直齿轮传动，轮齿在啮合过程中，不论是有双对齿啮合过渡到单对齿啮合，或是有单对吃啮合过渡到双对齿啮合的期间，由于啮合齿对的刚度变化，也要引起动载荷。为了计及动载荷的影响，引入了动载系数，如图31所示。VK图31动载系数VK由于速度V很小，根据上图查得，取10。VK3）齿间载荷分配系数一对相互啮合的斜齿（或直齿）圆柱齿轮，有两对（或多对）齿同时工作时，则载荷应分配在这两对（或多对）齿上。对于直齿轮及修形齿轮，取。1HF大直径钢管扩径送料系统设计84）齿轮载荷分布系数K当轴承相对于齿轮做不对称配置时，受灾前，轴无弯曲变形，齿轮啮合正常，两个节圆柱恰好相切受载后，轴产生弯曲变形，轴上的齿轮也就随之偏斜，这就使作用在齿面上的载荷沿接触线分布不均匀。计算齿轮强度时，为了计及齿面上载荷沿接触线分布不均匀的现象，通常以系数来表征齿K面上载荷分布不均匀的程度对齿轮强度的影响。根据机械设计表104取137。HK综上所述，最终确定齿轮系数K1351113718AV（3）齿轮传动的设计参数、许用应力的选择1压力角的选择我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为20。2齿数Z的选择为使齿轮免于根切，对于20的标准直齿轮，应取Z17，这里取Z20。173齿宽系数的选择D由于齿轮做悬臂布置，取06D4预计工作寿命10年，每年250个工作日，每个工作日10个小时102501025000HHL5齿轮的许用应力按下式计算NLIMKS式中S疲劳强度安全系数。对于接触疲劳强度计算时，取S1；进行齿根弯曲疲劳强度计算时，取S12515。考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。应力循环次数N的计算方法是N设N为齿轮的转速（单位为R/MIN）；J为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合次数；为齿轮工作寿命（单位为H），则齿轮工作应力循环次数N按下式计算HLN60NJN暂取10，则N60102500015。710查机械设计表1018可得13。NK齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用代入；接触疲劳极限用代入，查机械设计LIMFEHLIM图1021得980。1500HLI13S1NKLIM13980274MPAS大直径钢管扩径送料系统设计9S14780FEMPA1FNK（双向工作乘以07）42497574HEPAS当齿数Z2017时，齿形系数28297应力校正系数155152FYSAY基本参数选择完毕324齿轮的设计计算齿轮的设计计算公式32FASDKTMZ321FSADYZKMKM开式齿轮磨损系数，KM125（机械设计手册（3卷）14134）转矩NMM（1式）590PTN61ZV所以V08N8992/M（2式）238M将1式、2式及各参数代入计算公式得82315706592解得；203取M25那么N95，取N10NM5546109T齿面接触疲劳强度计算公式E3DHZKTU122（）式中的单位为MPA，D的单位为MM，其余各符号的意义和单位同前。H由于本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以1U为弹性影响系数，单位，其数值查机械设计表，取1898EZ12MPAEZ12MPA计算，试求齿轮分度圆直径5675MME3DHZKTU22（）3241789608通过模数计算得M3，Z20所以分度圆直径D32060MM所以取两者偏大值D500MM计算齿宽B066036MMD齿高H225M2253675MM最终确定齿轮数据大直径钢管扩径送料系统设计10模数M3齿数Z20分度圆直径D60MM齿高H675MM齿宽B40MM转速N35R/MIN33送料车轮设计根据CAD匹配得到，本次的送料车轮如下图示图32送料车轮34送料车架设计送料车架就是本装置的机架。机器中的部件或大型零部件都应有机座支承，各种传动件也必须加以保护并与外界隔开，避免零件损伤或造成人身或设备的安全事故，所以也应有箱体或壳体加以保护并支承各传动件。机器这样一种零件，它能支承零件或部件并保护它们之间的联系，以及包容传动件的箱体等统称为机架零件，如机器中的箱体，仪器仪表的壳体，机床的床身，立柱，其他机器中的底座及发动机机体等16。（1）机架的分类及特点A铸造机架主要材料是铸铁，有时也用铸钢或铸铝合金。铸造机架形状可以比较复杂，铸造工艺较成熟，毛坯重量较好。B焊接机架由钢板和型钢或锻件和型钢组合焊接而成。重量轻，生产周期短，单件小批量生产中常用。C非金属机架包括混凝土预应力机架，花岗岩机架或塑料机架。根据实际需要气缸珩磨机常用铸造机架，材料为HT20017。（2）铸造机架实际要求铸造机架结构设计时应综合考虑各种因素，既要保证工作性能，又工艺性能好，合理的结构是在最小重量条件下具有最好的刚度和强度，所以焊接机架设计准则包括三方面的要求A刚度机架的刚度包括静刚度和动刚度，静刚度限制外力作用下的变形量，动刚度主要是指机架的抗振能力及抗热变形能力。B强度要求在最大的外载荷（包括突然性载荷）作用下，保证机架不出现损坏，机架的强度包括静强度和疲劳强度。C稳定性包括结构稳定性和精度稳定性。除此之外，还应特别注意机架连接时的形位误差，力求稳定的同时，保证工件的加工精度。大直径钢管扩径送料系统设计11根据上述分析，本次的送料车架如下图示图33送料车架35升降液压缸设计351液压缸内径D和活塞杆直径D的确定送料机常用的推力F2KN，取液压系统工作压力为20MPA，系统背压03MPA，则有2462111089790MNPFAM844由计算所得的液压缸内径D按表31圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。表31液压缸内径尺寸系列GB23481980MM810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630注括号内数值为非优先选用值故液压缸内径取标准值MD45大直径钢管扩径送料系统设计12活塞杆的直径MDD53170由计算所得的活塞杆直径按表32圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。表32活塞杆直径系列GB23481980MM45681012141618222252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400故液压缸内径取标准值MD32352液压缸壁厚和外径的计算液压缸的内径D与其壁厚的比值D/10的圆筒称为薄壁圆筒，一般采用无缝钢管，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒壁厚公式计算2YPD式中液压缸壁厚（M）。D液压缸内径（M）。试验压力，一般取最大工作压力的（12515）倍（MPA）。额定压力16MPA，YPNP取15MPA。YN15230缸筒材料的许用应力。，其中为材料抗拉刚度，N为安全系数，一BB般取N5。的值为锻钢110120MPA；铸钢100110MPA；无缝钢管BBB110110MPA；高强度铸铁60MPA；灰铸铁25MPA。B对于D/10时，应该按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。对于脆性材料以及塑性材料04123YPD式中的符号意思与前面相同。液压缸壁厚算出后，即可以求出缸体的外径为1D12式中值应该按无缝钢管标准，或者按有关标准圆整为标准值。D在设计中，取试验压力为最大工作压力的15倍，即152MPA3MPA。而缸筒材料许用YP应力取为100MPA。B应用公式得，2YP380621/5M大直径钢管扩径送料系统设计13下面确定缸体的外径，缸体的外径8026MM92MM。在液压传动设计手册中1D2查得选取标准值100MM。在根据内径D和外径重新计算壁厚MM1D112D0810MM353液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可以根据执行元件机构实际工作的最大行程来确定，并且参照表33中的系列尺寸来选取标准值。表33液压缸活塞行程参数系列（MM）255080100125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800注液压缸活塞行程参数依、次序优先选用。由已知条件知道最大工作行程为（864599）/21325MM，参考上表系列，取液压缸工作行程为200MM。354缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效的厚度T按强度要求可以用下面两式进行进似计算。无孔时2043YPTD有孔时20YTD式中缸盖有效厚度（M）。缸盖止口内径（M）。2D缸盖孔的直径（M）。0D在此次设计中，利用上式计算可取T25MM355最小导向长度的确定对于一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求20LDH式中液压缸的最大行程。液压缸的内径。大直径钢管扩径送料系统设计14为了保证最小导向长度H，如果过分增大和B都是不适宜的，必要时可以在缸盖和活塞之间1L增加一个隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即12CLB在此设计中，液压缸的最大行程为450MM，液压缸的内径为80MM，所以应用公式的MM325MM。0LDH0L245活塞的宽度B一般取得B（0610）D；缸盖滑动支撑面的长度，根据液压缸内径D而定。1L当D80MM时，取；16L当D80MM时，取。0D活塞的宽度B（0610）D1830MM，取30MM356液压缸强度校核（1）缸筒壁厚校核。YPD02当时，壁厚应满足。Y04D113当时，壁厚应满足前面已经通过计算得D45MM，75MM。则有10，所以为厚壁缸。810MM58MMY04P123804123可见缸筒壁厚满足强度要求。（2）活塞杆稳定性的验算活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的轴向力F不能超过使它稳定工作所允许的临界负载，KF以免发生纵向弯曲，从而破坏液压缸的正常工作。的值与活塞杆材料性质、截面的形状、直径K和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆的稳定性的校核依照下式（稳定条件）进行KFN式中安全系数，一般取24。KKN当活塞杆的细长比时KLR12KF2EJL当活塞杆的细长比时，且20120时，则KLR1212大直径钢管扩径送料系统设计15KF21KFALR式中安装长度，其值与安装方式有关。L活塞杆截面最小回转半径，。KRKRJA柔性系数。1由液压缸支承方式决定的末端系数。2E活塞杆材料的弹性模量，对刚取E。12206/NMJ活塞杆横截面惯性矩，A为活塞杆横截面积。F由材料强度决定的实验值。根据验算，液压缸满足稳定性要求。357液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括液压缸缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分的结构、密封装置、缓冲装置、排气装置、以及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件的不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。（1）缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖常见连接方式有法兰连接式、半环连接式、螺纹连接式、拉杆连接式、焊接式连接等。图34常见的缸筒和缸盖结构图34所示为常见的缸盖和缸筒连接形式。图41A为法兰式连接结构，这种连接结构简单、成本低廉，容易加工，便于装卸，强度较大，能够承受高压。但是外形尺寸较大，常用于铸铁制的缸筒上。图34B为半环式连接结构，这种连接分为外半环连接和内半环连接两者形式。它们的缸筒壁部由于开了环形槽而削弱了强度，为此有时要增加壁厚。它容易加工和装卸、重量较轻，半环连接是一种应用较为普遍的连接结构，常用于无缝钢管和锻钢制的缸筒上。图34C、F为螺纹连接形式，这种连接分为外螺纹连接和内螺纹连接两者形式。它的缸筒端部结构复杂，外径加工必须要求同时保证内外径同心，装卸要使用专用工具，它的外形尺寸和重量都比较小，结构紧凑，常常用于无缝钢管和锻钢制的缸筒上。大直径钢管扩径送料系统设计16图34D为拉杆式连接形式，这种连接结构简单，工艺性好、通用性强、易于装拆，但是端盖的体积和重量都非常大，拉杆在受力后容易拉伸变长，从而影响密封效果，仅适用于长度不大的中低压缸。图34D为焊接式连接，这种连接形式强度高，制造简单，但是焊接时容易引起缸筒的变形。缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。通过综合考虑，在此设计中，缸体端部与缸盖采取法兰连接的形式。（2）活塞杆与活塞的连接结构活塞和活塞杆的结构形式有很多，常见的有一体式、锥销式连接外、还有螺纹式连接和半环式连接等多种形式，如图35所示。半环式连接结构复杂，装卸不便，但是工作可靠。图35活塞杆与活塞的结构此外，活塞和活塞杆也有制成整体式结构的，但是它只能适应于尺寸较小的场合。活塞一般用耐磨铸铁制造，活塞杆则不论是空心的还是实心的，大多用钢料制造。经过综合考虑，在此设计中，活塞杆与活塞的连接采取螺纹连接的形式，如图36所示。图36活塞杆与活塞的连接形式这种连接方式结构简单，便于拆卸，成本低廉，但是在震动的过程中容易松动，所以加了防松装置，应用范围较广。（3）活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结果可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分开的导向套导向结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用比较普遍。导向套的位置可以安装于密封圈的内侧，也可以安装于密封圈的外侧。机床和工程机械中一般采用装在内测的结构，有利于导向套的润滑；而压油机常采用装在外测的结构，在高压下工作时，使得密封圈由足够的油压将唇边张开，以提高系统的密封性能。活塞杆处的密封形式由O型、V型、Y型和型密封圈。为了清除活塞杆处外漏部分粘附的灰X尘，保证油液清洁以及减少磨损，在端盖外侧增加防尘圈。此设计经过综合考虑，采取端盖直接导向。（4）密封装置液压缸中常见的密封装置有间隙密封，摩擦环密封，密封圈密封等。间隙密封依靠运动件间的微笑间隙来防止泄露。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表大直径钢管扩径送料系统设计17面制造出几条微小的环形槽，用以增大油液通过间隙时的阻力。它结构简单，摩擦阻力小，可以耐高温，但是泄露大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。摩擦环密封依靠活塞上的摩擦环（尼龙或者其他高分子材料制成）在“O”形圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄露。这种材料密封效果好，摩擦阻力较小并且稳定，可以耐高温，磨损后有自动补偿能力，但是加工要求高，装拆不方便，适用于缸筒和活塞之间的密封。油缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及组合式等数种，其材料为耐油橡胶、尼龙、聚氨脂等。它利用橡胶或者塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄露。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。（A）O形密封圈（如图37）O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。与唇形密封圈相比，运动阻力较大，作运动密封时容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封。图37O形密封圈（B）V形密封圈（如图38）V形圈的截面为V形，如图所示，V形密封装置是由压环、V形圈和支承环组成。当工作压力高于10MPA时，可增加V形圈的数量，提高密封效果。安装时，V形圈的开口应面向压力高的一侧。图38V形密封圈（C）Y形密封圈（如图39）Y形密封圈的截面为Y形，属唇形密封圈LIPSEAL。它是一种摩擦阻力小、寿命较长的密封圈，应用普遍。Y形圈主要用于往复运动的密封。根据截面长宽比例的不同，Y形圈可分为宽断面和窄断面两种形式，图所示为宽断面Y形密封圈。图39Y形密封圈汇总上述设计结果，本次设计升降液压缸结构尺寸如下图示大直径钢管扩径送料系统设计18图310升降液压缸36夹紧液压缸设计夹紧缸的设计过程与上述35升降液压缸相同，此处不再一一复述，夹紧液压缸的结构尺寸如下图示图311夹紧液压缸大直径钢管扩径送料系统设计19第四章液压系统设计及液压元件选型41液压回路的设计411制定调速方案节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，但效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但需要有辅助泵，此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。本次采用节流调速。412制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。413选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。414绘制液压系统图送料系统系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。大直径钢管扩径送料系统设计20为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。图41送料系统液压原理图如图41，为送料系统液压原理图，其中包含三位四通电磁换向阀；齿轮泵；油滤器；单向阀；液压锁；平衡阀；限位二位二通手动换向阀；液压缸组成。42液压元件的选型421液压泵的选择由工况图可知，整个工作循环过程中液压缸的最大工作压力为20MPA。选取油路总压力损失为03MPA。则泵的最大工作压力为MPAP320其次确定液压泵的最大供油量，液压缸所需的最大流量为382L/MIN，若取系统泄漏系数K105，则泵的流量为MIN/14851LQP根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB163/63型的双联齿轮泵，其额定压力为63MPA，容积效率085，总效率，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和80P输出流量求出由于液压缸在快退时输入功率最大，如果取泵的效率为，这时驱动液压泵所需电动机80P功率为WPP835043根据此数据查阅电动机产品目录，选择Y90S6型电动机，其额定功率，额定转速WPN750大直径钢管扩径送料系统设计21。MIN/910RN422液压阀及辅助元件的选择（1）阀的规格根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20以内的短时间过流量。（2）阀的型式，按安装和操作方式选择。表41液压元件型号及规格（GE系列）序号名称通过流量型号及规格1滤油器1147XLX06802齿轮泵975CB503单向阀4875AF3EA10B4外控顺序阀4875XF310B5溢流阀3375YF310B6三位四通电磁换向阀97534EF3YE10B7单向顺序阀1157AXF310B8液控单向阀1157YAF3EA10B9二位二通电磁换向阀82122EF3E10B10单向调速阀975AQF3E10B11压力表Y100T12压力表开关KF3E3B13柴油机Y90S6423蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。（1）液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为式中A液压缸有效作用面积（M2）；L液压缸行程（M）；K油液损失系数，一般取K12；QP液压泵流量（M3/S）；T动作时间（S）（2）作应急能源，其有效工作容积为式中要求应急动作液压缸总的工作容积（M3）。大直径钢管扩径送料系统设计22有效工作容积算出后，根据有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄能器的容积，再根据其他性能要求，即可确定所需蓄能器。424管道尺寸的确定（1）管道内径计算式中Q通过管道内的流量（M3/S）；管内允许流速（M/S），见表42计算出内径D后，按标准系列选取相应的管子。（2）管道壁厚的计算表42允许流速推荐值管道推荐流速/（M/S）液压泵吸油管道0515，一般常取1以下液压系统压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1526式中P管道内最高工作压力（PA）；D管道内径（M）；管道材料的许用B管道材料的抗拉强度（PA）；N安全系数，对钢管来说，P7MPA时，取N8；P175MPA时，取N6；P175MPA时，取N4。425油箱容量的确定初始设计时，先按经验公式（31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。油箱容量的经验公式为VQV式中QV液压泵每分钟排出压力油的容积（M3）；经验系数，见表43。表43经验系数系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械12245761210在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。43液压系统的验算431压力损失的验算大直径钢管扩径送料系统设计23运动部件工作进给时的最大速度为12M/MMIN。进给时的最大流量为1473L/MIN。则液压油在管内流速V1为V1CM/MIN8330CM/MIN139CM/MIN24QD321704管道流动雷诺数为1RE1111EV3952300，可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数06817RE1进油管道BC的沿程压力损失为PA1PA2VLD2290137068查阅换向阀4WE6E50/AG24的压力损失PA。忽略油液通过管接头、油路板1PA65等处的局部压力损失，则进油路总压力损失为PAPA1P1A2P6600610432发热温升的验算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，注意考虑工进时的发热量。一般情况下工进速度大时发热量大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以