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1、一、 油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、變幅油缸設(shè)計(jì)計(jì)算
1)缸筒內(nèi)徑D(單位mm)
其中 F為缸體最大受力,單位N P為系統(tǒng)壓力,單位MP。
計(jì)算出缸筒內(nèi)徑D后,圓整到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)油缸參數(shù)(見(jiàn)起重機(jī)液壓手冊(cè)1057頁(yè))。
2)活塞桿直徑d(單位mm)
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)油缸參數(shù),找到缸筒內(nèi)徑D對(duì)應(yīng)的活塞桿直徑d,考慮到減重及穩(wěn)定性等參數(shù),盡量選擇對(duì)應(yīng)較大速比的d。
3)缸筒外徑D1(單位mm)
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)油缸參數(shù),找到缸筒內(nèi)徑D對(duì)應(yīng)的缸筒外徑D1(JB 1068-67),然后根據(jù)鋼桶強(qiáng)度計(jì)算公式校對(duì)D1(計(jì)算公式見(jiàn)第5項(xiàng)),如不滿(mǎn)足要求就要加大缸筒外徑D1。
4)活塞桿內(nèi)徑d1
2、(單位mm)
考慮到減重一般活塞桿做成中空,d1的確定要根據(jù)活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算公式及穩(wěn)定性公式驗(yàn)算(強(qiáng)度及穩(wěn)定性公式分別見(jiàn)6、7項(xiàng))。
5)校驗(yàn)缸筒強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求
式中,式中,—缸筒應(yīng)力,單位MPa;
—試驗(yàn)壓力, 單位MPa,等于1. 5倍工作壓力;
—缸筒內(nèi)徑,單位mm;
—缸筒壁厚,,單位mm;
—材料許用應(yīng)力,;
—抗拉強(qiáng)度,材料選用45號(hào)鋼;
—安全系數(shù),一般取—5。
根據(jù)要求缸筒應(yīng)力應(yīng)小于材料許用應(yīng)力。
6)校驗(yàn)活塞桿強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求
式中, —活塞桿應(yīng)力,單位MPa;
—最大負(fù)載
3、力,單位N;
—活塞桿外徑,單位mm;
—活塞桿內(nèi)徑單位mm。
根據(jù)要求活塞桿應(yīng)力應(yīng)小于材料許用應(yīng)力。
7)校驗(yàn)活塞桿穩(wěn)定性是否滿(mǎn)足要求
液壓缸承受軸向壓縮載荷時(shí),要計(jì)算活塞桿穩(wěn)定性,活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度L(全伸長(zhǎng)度)與活塞桿直徑d之比大于10時(shí)(即L/d)應(yīng)計(jì)算活塞桿的穩(wěn)定性。
計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)一般按照無(wú)偏心載荷時(shí)計(jì)算
1) 等截面算法
① 當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比L/K≥時(shí),可按歐拉公式計(jì)算臨界載荷Pk。此時(shí)
式中Pk———活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷(N);
n———末端條件系數(shù),此處n=1(根據(jù)固定類(lèi)型而定:
4、一端固定,一端自由n=1/4; 兩端鉸接n=1; 一端固定,一端鉸接n=2;兩端固定n=4)
E——活塞桿材料的彈性模量,對(duì)于鋼E=2.11011Pa。
J———活塞桿截面的轉(zhuǎn)到慣量(m4),。
L—活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度(m)
K—活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑,
—柔性系數(shù),中碳鋼取m=85
② 當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比L/K≤時(shí),可按戈登—金蘭公式計(jì)算臨界載荷Pk。此時(shí)
—極限載荷;
—活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度, 單位m
K—活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑,,單位m;
—柔性系數(shù),中碳鋼取m=85;
n—末端條件系數(shù),n=0.25;
—材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值,中碳鋼取=4.9X108Pa;
5、 A—活塞桿截面積,,單位m;
a—實(shí)驗(yàn)常數(shù),中碳鋼取a=0.0002;
計(jì)算:
如果則油缸滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求
F為缸體最大受力,單位KN。【n】安全系數(shù)(一般情況取2—4)。
注:變幅油缸一般著重考慮強(qiáng)度,穩(wěn)定性次之。
2、 伸縮油缸設(shè)計(jì)計(jì)算
1)缸筒內(nèi)徑D(單位mm)
其中 F為缸體最大受力,單位N P為系統(tǒng)壓力,單位MP。
計(jì)算出缸筒內(nèi)徑D后,圓整到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)油缸參數(shù)(見(jiàn)起重機(jī)液壓手冊(cè)1057頁(yè))。
2)活塞桿直徑d(單位mm)
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)油缸參數(shù),找到缸筒內(nèi)徑D對(duì)應(yīng)的活塞桿直徑d,考慮到減重及穩(wěn)定性等參數(shù),盡量選擇對(duì)應(yīng)較大速比的d。
3
6、)缸筒外徑D1(單位mm)
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)油缸參數(shù),找到缸筒內(nèi)徑D對(duì)應(yīng)的缸筒外徑D1(JB 1068-67),然后根據(jù)鋼筒強(qiáng)度計(jì)算公式校對(duì)D1(計(jì)算公式見(jiàn)第5項(xiàng)),如不滿(mǎn)足要求就要加大缸筒外徑D1。
4)活塞桿內(nèi)徑d1(單位mm)
考慮到減重一般活塞桿做成中空,d1的確定要根據(jù)活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算公式及穩(wěn)定性公式驗(yàn)算(強(qiáng)度及穩(wěn)定性公式分別見(jiàn)6、7項(xiàng))。
5)校驗(yàn)缸筒強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求
式中,—缸筒應(yīng)力,單位MPa;
—試驗(yàn)壓力, 單位MPa,等于1. 5倍工作壓力;
—缸筒內(nèi)徑,單位mm;
—缸筒壁厚,,單位mm;
—材料許用應(yīng)力,;
7、 —抗拉強(qiáng)度,材料選用45號(hào)鋼;
—安全系數(shù),一般取。
根據(jù)要求缸筒應(yīng)力應(yīng)小于材料許用應(yīng)力。
6)校驗(yàn)活塞桿強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求
式中, —活塞桿應(yīng)力;
—最大負(fù)載力;
—活塞桿外徑;
—活塞桿內(nèi)徑。
根據(jù)要求活塞桿應(yīng)力應(yīng)小于材料許用應(yīng)力。
7)校驗(yàn)活塞桿穩(wěn)定性是否滿(mǎn)足要求
液壓缸承受軸向壓縮載荷時(shí),要計(jì)算活塞桿穩(wěn)定性,活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度L(全伸長(zhǎng)度)與活塞桿直徑d之比大于10時(shí)(即L/d)應(yīng)計(jì)算活塞桿的穩(wěn)定性。
計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)一般按照無(wú)偏心載荷時(shí)計(jì)算
2) 等截面算法
① 當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比L/K≥時(shí),可按歐拉公式計(jì)算臨界載荷Pk。此時(shí)
8、
式中Pk———活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷(N);
n———末端條件系數(shù),此處n=2(根據(jù)固定類(lèi)型而定:一端固定,一端自由n=1/4; 兩端鉸接n=1; 一端固定,一端鉸接n=2;兩端固定n=4)
E——活塞桿材料的彈性模量,對(duì)于鋼E=2.11011Pa。
J———活塞桿截面的轉(zhuǎn)到慣量(m4),。
L—活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度(m)
K—活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑,
—柔性系數(shù),中碳鋼取m=85
② 當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比L/K≤時(shí),可按戈登—金蘭公式計(jì)算臨界載荷Pk。此時(shí)
—極限載荷;
—活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度;;
K—活塞桿斷面的回
9、轉(zhuǎn)半徑,
—柔性系數(shù),中碳鋼取m=85;
n—末端條件系數(shù),此處n=2(根據(jù)固定類(lèi)型而定:一端固定,一端自由n=1/4; 兩端鉸接n=1; 一端固定,一端鉸接n=2;兩端固定n=4);
—材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值,中碳鋼取=490MPa;
A—活塞桿截面積,;
a—實(shí)驗(yàn)常數(shù),中碳鋼取a=0.0002;
計(jì)算:
如果則油缸滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求
F、為油缸全伸時(shí)所承受的負(fù)載力,單位KN?!緉】安全系數(shù)(一般情況取2)。
注:伸縮油缸一般著重考慮穩(wěn)定性,強(qiáng)度次之。
3、 水平油缸設(shè)計(jì)計(jì)算
1)根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算活塞桿直徑
水平油缸所需壓力很小,一般情況只要
10、是穩(wěn)定性滿(mǎn)足條件就可以。
根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算公式(歐拉公式)及(金蘭公式)計(jì)算d.假如全伸長(zhǎng)度為4072mm,
4、 垂直油缸設(shè)計(jì)計(jì)算
垂直油缸設(shè)計(jì)計(jì)算方法同變幅油缸,只是末端條件系數(shù)n=0.25
二、 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、 確定鋼絲繩直徑d
鋼絲繩直徑由鋼絲繩破斷拉力確定,(其中單繩最大拉力總體負(fù)債人提供,其公式為T(mén)=Qg/mnss 其中Q為額定起重量,m為倍率,nss為滑輪組總效率,
nss=(1-nsm)/m(1-ns),其中ns為滑輪組效率,一般為0.985);根據(jù)鋼絲繩單繩最大拉力就可以查出相應(yīng)品種的鋼絲繩直徑。
2、 確定馬達(dá)
A、定量馬達(dá)
馬達(dá)是和卷筒連在一起
11、的,卷筒的計(jì)算很麻煩,在起重機(jī)上一般都是固定的。
1) 滾筒的扭矩,其中F:最大單繩拉力,單位N; R:卷筒加上鋼絲繩的最大半徑,單位m.ηj為卷筒的機(jī)械效率。
2) 馬達(dá)的扭矩 Mi
其中M為滾筒的扭矩,單位N.M;i為減速比,ni馬達(dá)至減速器輸出端機(jī)械效率, η2=0.93。
3) 確定馬達(dá)的排量 VMAX
其中:VMAX 馬達(dá)的排量,單位m3/r,P系統(tǒng)壓力,單位Pa,
馬達(dá)的機(jī)械效率,齒輪馬達(dá)取0.75—0.85,軸向柱塞馬達(dá)取0.80—0.92。
注:馬達(dá)排量的推導(dǎo)公式:P功率=P壓力Q 即Miω=2nПMi=P壓力nV
12、
4) 確定馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 n
由得
其中:n為馬達(dá)的轉(zhuǎn)速,單位 r/s ,ni為卷筒的轉(zhuǎn)速,單位為r/s; v為單繩速度,單位m /s,R為滾筒半徑,單位m。
5) 確定馬達(dá)的流量 Q
其中Qm為馬達(dá)的流量,單位m3/r, n為馬達(dá)的轉(zhuǎn)速,單位 r/s, 馬達(dá)的機(jī)械效率,約為0.85—0.98,齒輪馬達(dá)取低值,柱塞馬達(dá)取高值。
B、變量馬達(dá)
馬達(dá)是和卷筒連在一起的,卷筒的計(jì)算很麻煩,在起重機(jī)上一般都是固定的。
1) 滾筒的扭矩,其中F:最大單繩拉力,單位N; R:卷筒加上鋼絲繩的最大半徑,單位m.ηj為卷筒的機(jī)械效率。
2) 馬達(dá)的扭矩 Mi
13、
其中M為滾筒的扭矩,單位N.M;i為減速比,ni馬達(dá)至減速器輸出端機(jī)械效率, η2=0.93。
3) 確定馬達(dá)的最大排量 Vmax
其中:Vmax 馬達(dá)的排量,單位m3/r,ΔP系統(tǒng)壓差,單位Pa,
馬達(dá)的機(jī)械效率,齒輪馬達(dá)取0.75—0.85,軸向柱塞馬達(dá)取0.80—0.92。
注:馬達(dá)排量的推導(dǎo)公式:P功率=P壓力Q 即Miω=2nПMi=P壓力nV
4) 確定馬達(dá)的最小排量 Vmin
在泵最大流量和馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速情況下馬達(dá)的最小排量
其中Qmax :泵的最大流量,單位m3/r;ηV:馬達(dá)的容積效率(一般取0.96,根據(jù)不同廠(chǎng)家而定),nm
14、ax為馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速,單位 r/s。
注:如果卷?yè)P(yáng)機(jī)容許的最高轉(zhuǎn)速小于nmax,那就取馬達(dá)的最高容許轉(zhuǎn)速。
5) 確定馬達(dá)的變量起點(diǎn)壓力
確定完馬達(dá)的最大、最小排量后,設(shè)確定完馬達(dá)最大排量后選定的馬達(dá)的最大排量為Vzmax 則由公式3)推導(dǎo)出馬達(dá)壓差ΔP(扭矩不變)應(yīng)小于系統(tǒng)壓力,此壓力就為馬達(dá)最大排量時(shí)的壓力,由此可根據(jù)馬達(dá)廠(chǎng)家提供的變量馬達(dá)壓差范圍確定馬達(dá)變量起點(diǎn)壓力。
注:選擇變量馬達(dá)時(shí)要注意馬達(dá)最小擺角不能大于14度(即選擇的最小排量Vmin對(duì)應(yīng)的馬達(dá)斜盤(pán)擺角),一般擺角范圍是7——25度,也可調(diào)到14——25度,如果最小擺角過(guò)大即馬達(dá)變量范圍過(guò)小,選擇變量馬達(dá)就失去意義了。
15、
3、回轉(zhuǎn)馬達(dá)的確定
(1)回轉(zhuǎn)馬達(dá)阻力矩
式中:MHmax—回轉(zhuǎn)總阻力矩,MHmax=104KN.m;
i—回轉(zhuǎn)減速器速比, i=1423.08;
η—回轉(zhuǎn)機(jī)械傳動(dòng)效率,η =0.90
(2)回轉(zhuǎn)馬達(dá)的排量
式中:ΔPM3—回轉(zhuǎn)馬達(dá)工作壓差,
ηM3m—回轉(zhuǎn)馬達(dá)機(jī)械效率,ηM3m=0.95
三、 泵的設(shè)計(jì)計(jì)算
液壓油泵一般是根據(jù)同行業(yè)相同產(chǎn)品比較得出,具體計(jì)算步驟如下:
1、 確定液壓泵的額定工作壓力
其中A為儲(chǔ)備系數(shù),常取1.05—1.25;p為系統(tǒng)工作壓力。
ΣΔpl、ΣΔpξ分別是系統(tǒng)的沿程阻力損失之和和局部阻力損失之和,對(duì)節(jié)流調(diào)速的簡(jiǎn)單回路這兩項(xiàng)之和為0.2—0.5MP,節(jié)流調(diào)速的復(fù)雜回路取0.5—1.5MP,高壓大流量時(shí)取高限。
2、 液壓泵流量Qb和排量qb
1)Qb=KQ
其中K為泄漏系數(shù),一般情況取1.1—1.3,Q為系統(tǒng)流量(根據(jù)馬達(dá)及油缸的運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算)
2)
其中ηVB為液壓泵的容積效率,齒輪泵取0.80—0.95,柱塞泵是0.88—0.95。nB為液壓泵的轉(zhuǎn)速。