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摘要:液壓傳動的基本原理是機械能與液壓能的相互轉(zhuǎn)換，液壓式多級千斤頂是典型的利用液壓傳動的設備，適用于起重高度較大的各種起重作業(yè)。液壓式多級千斤頂具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、攜帶方便、性能可靠等優(yōu)點，被廣泛應用于流動性起重作業(yè)。
本文通過對分體式液壓式多級千斤頂?shù)姆治霭匆?guī)定參數(shù)進行設計、校核，層層推進，步步為營，逐步闡述液壓式多級千斤頂設計的全過程。尤其千斤頂?shù)脑O計運用已掌握的液壓結(jié)構(gòu)原理知識、機械設計與制造理論及計算公式、機械加工工藝，確定了整個千斤頂各個零件的幾何尺寸，確保了液壓式多級千斤頂?shù)馁|(zhì)量和強度。
關鍵詞:液壓式，多級千斤頂，設計
Abstract: The basic principle is the conversion of hydraulic transmission and hydraulic energy to mechanical energy, multi-stage hydraulic jack is a typical use of hydraulic transmission equipment for lifting height greater variety of lifting operations. Multi-stage hydraulic jack with a compact, small size, light weight, easy to carry, reliable performance, etc., are widely used in the lifting operation liquidity.
Through the analysis of split multi-stage hydraulic jack required parameters for design, verification, layers forward, step, step by step explained the whole process of multi-stage hydraulic jack design include the design of the hydraulic system. In particular, the use of jack design of hydraulic structures have mastered the principles of knowledge, mechanical design and manufacturing theory and formulas, the machining process, identifies various parts of the entire hydraulic system geometry, ensuring multi-stage hydraulic jack of quality and strength.
Keywords: Hydraulic, Multi-level jacks, Design
目 錄
第一章 緒 論 1
1.1液壓技術的發(fā)展及應用 1
1.2液壓千斤頂?shù)姆诸?2
1.3液壓千斤頂國內(nèi)外發(fā)展概況 3
1.4液壓式多級千斤頂原理分析 4
第二章 液壓式多級千斤頂?shù)目傮w設計方案 6
2.1液壓式多級千斤頂總體結(jié)構(gòu)方案 6
2.2液壓式多級千斤頂?shù)慕M成 6
2.2.1動力元件（手動輸油裝置） 6
2.2.2執(zhí)行元件（主油缸） 6
2.2.3控制元件 6
2.2.4輔助元件 7
2.2.5工作介質(zhì) 7
第三章 液壓式多級千斤頂結(jié)構(gòu)設計 8
3.1工作負載的計算 8
3.2工作壓力的選定 8
3.3活塞及活賽桿直徑的確定 9
3.3.1活塞及活賽桿直徑計算 9
3.3.2活塞、活塞桿材料及加工要求 9
3.3.3活塞桿直徑的驗算 10
3.4推力和流量計算 10
3.4.1推力計算 10
3.4.2流量計算 10
3.5缸筒壁厚的確定 11
3.6其他各級活塞與活塞桿直徑的確定 11
3.6.1第三級 11
3.6.2第二級 11
3.6.3第一級 12
3.7缸底和缸蓋的設計 12
3.7.1缸底厚度的確定 12
3.8缸筒的設計 12
3.8.1缸筒的尺寸確定 12
3.8.2油缸的壁厚校驗 13
3.8.3缸筒材料及加工要求 13
3.9千斤頂進出油口尺寸的確定 14
3.10結(jié)構(gòu)設計 14
3.10.1最小導向長度的確定 14
3.10.2活塞與缸體的密封方式 14
第四章 手動輸油機構(gòu)的設計 16
4.1小液壓缸的設計 16
4.1.1缸底厚度的計算 16
4.1.2小液壓缸的推力計算 16
4.1.3小液壓缸的流量計算 16
4.1.4活塞桿直徑的驗算 17
4.1.5小液壓缸壁厚及長度的確定 17
4.1.6液壓缸外徑的計算 18
4.1.7油口尺寸 18
4.1.8小液壓缸的結(jié)構(gòu)設計 18
4.2其他部件的設計 18
4.2.1活塞桿的設計 18
4.2.2手柄的設計 19
4.2.3確定危險截面 20
第五章 液壓元件的設計與選擇 23
5.1油箱的設計 23
5.2油管的設計 23
5.3液壓控制閥的設計 24
5.3.1方向控制閥 24
5.3.2普通單向閥 24
5.3.3背壓閥 25
第六章 液壓式多級千斤頂常見的故障與維修 26
結(jié) 論 28
參考文獻 29
致 謝 30
IV
第一章 緒 論
1.1液壓技術的發(fā)展及應用
自18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，液壓傳動技術已有二三百年的歷史。直到20世紀30年代它才較普遍地用于起重機、機床及工程機械。在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭需要，出現(xiàn)了由響應迅速、精度高的液壓控制機構(gòu)所裝備的各種軍事武器。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，液壓技術迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，液壓技術不斷應用于各種自動機及自動生產(chǎn)線。
本世紀60年代以后，液壓技術隨著原子能、空間技術、計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展。因此，液壓傳動真正的發(fā)展也只是近三四十年的事。當前液壓技術正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助測試(CAT)、計算機直接控制(CDC)、機電一體化技術、可靠性技術等方面也是當前液壓傳動及控制技術發(fā)展和研究的方向。我國的液壓技術最初應用于機床和鍛壓設備上，后來又用于拖拉機和工程機械?，F(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進一些液壓元件、生產(chǎn)技術以及進行自行設計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。
隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展,汽車隨車千斤頂?shù)囊笠苍絹碓礁?同時隨著市場競爭的加劇,用戶要求的不斷變化,將迫使千斤頂?shù)脑O計質(zhì)量要不斷提高,以適應用戶的需求。用戶喜歡的、市場需要的千斤頂將不僅要求重量輕,攜帶方便,外形美觀,使用可靠,還會對千斤頂?shù)倪M一步自動化,甚至智能化都有所要求。如何充分利用經(jīng)濟、情報、技術、生產(chǎn)等各類原理知識,使千斤頂?shù)脑O計工作真正優(yōu)化?如何在設計過程中充分發(fā)揮設計人員的創(chuàng)造性勞動和集體智慧,提高產(chǎn)品的使用價值及企業(yè)、社會的經(jīng)濟效益? 如何在知識經(jīng)濟的時代充分利用各種有利因素,對資源進行有效整合等等都將是我們面臨著又必須解決的重要的問題。千斤頂與我們的生活密切相關，在建筑、鐵路、汽車維修等部門均得到廣泛的應用，因此千斤頂技術的發(fā)展將直接或間接影響到這些部門的正常運轉(zhuǎn)和工作。
1.2液壓千斤頂?shù)姆诸?
千斤頂是一種起重高度小(小于1ｍ)的最簡單的起重設備，它主要用于廠礦、交通運輸?shù)炔块T作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。其結(jié)構(gòu)輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在小行程內(nèi)頂升重物的,輕小起重設備它有機械式和液壓式兩種。機械式千斤頂又有齒條式與螺旋式兩種，由于起重量小，操作費力，一般只用于機械維修工作，在修橋過程中不適用。液壓式千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，有自鎖作用，故使用廣泛。其缺點是起重高度有限，起升速度慢。
圖1.1 液壓式多級千斤頂
液壓式多級千斤頂分為通用和專用兩類?！?
通用液壓式多級千斤頂適用于起重高度不大的各種起重作業(yè)。它由油室、油泵、儲油腔、活塞、搖把、油閥等主要部分組成。
工作時，只要往復扳動搖把，使手動油泵不斷向油缸內(nèi)壓油， 由于油缸內(nèi)油壓的不斷增高，就迫使活塞及活塞上面的重物一起向上運動。打開回油閥，油缸內(nèi)的高壓油便流回儲油腔，于是重物與活塞也就一起下落。
專用液壓式多級千斤頂使專用的張拉機具，在制作預應力混凝土構(gòu)件時，對預應力鋼筋施加張力。專用液壓式多級千斤頂多為雙作用式。常用的有穿心式和錐錨式兩種。
穿心式千斤頂適用于張拉鋼筋束或鋼絲束，它主要由張拉缸、頂壓缸、頂壓活塞及彈簧等部分組成。它的特點是：沿拉伸軸心有一穿心孔道，鋼筋(或鋼絲)穿入后由尾部的工具錨固。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，同時帶動自動控制系統(tǒng)日新月異更新，液壓技術的應用正在不斷地走向深入。
1.3液壓千斤頂國內(nèi)外發(fā)展概況
早在20 世紀40 年代,臥式千斤頂就已經(jīng)開始在國外的汽車維修部門使用,但由于當時設計和使用上的原因,其尺寸較大,承載量較低。后來隨著社會需求量的增大以及千斤頂本身技術的發(fā)展,在90 年代初國外絕大部分用戶已以臥式千斤頂替代了立式千斤頂。在90 年后期國外研制出了充氣千斤頂和便攜式液壓千斤頂?shù)刃滦颓Ы镯敗３錃馇Ы镯斒怯杀＜永麃喴黄囘\輸研究所發(fā)明的,它用有彈性而又非常堅固的橡膠制成。使用時,用軟管將千斤頂連在汽車的排氣管上,經(jīng)過15～20 秒,汽車將千斤頂鼓起,成為圓柱體。這種千斤頂可以把115t 重的汽車頂起70cm。Power-Riser Ⅱ型便攜式液壓千斤頂則可用于所有類型的鐵道車輛,包括裝運三層汽車的貨車、聯(lián)運車以及高車頂車輛。同時它具有一個將負載定位的機械鎖定環(huán),一個三維機械手,一個全封閉構(gòu)架以及一個用于防止雜質(zhì)進入液壓系統(tǒng)的外置過濾器。另外一種名為Truck Jack 的便攜式液壓千斤頂則可用于對已斷裂的貨車轉(zhuǎn)向架彈簧進行快速的現(xiàn)場維修。該千斤頂能在現(xiàn)場從側(cè)面對裝有70～125t 級轉(zhuǎn)向架的大多數(shù)卸載貨車進行維修,并能完全由轉(zhuǎn)向架側(cè)架支撐住。它適用于車間或軌道上無需使用鋼軌道碴或軌枕作承。
我國千斤頂技術起步較晚,由于歷史的原因,直到1979 年才接觸到類似于國外臥式千斤頂這樣的產(chǎn)品。但是經(jīng)過全面改進和重新設計,在外形美觀,使用方便,承載力大,壽命長等方面,都超過了國外的同類產(chǎn)品,并且迅速打入歐美市場。經(jīng)過多年設計與制造的實踐,除了臥室斤頂以外,我國還研規(guī)格齊全,形成系列產(chǎn)品
1.4液壓式多級千斤頂原理分析
圖1.2 液壓千斤頂工作原理圖
1.杠桿手柄 2.小油缸 3.小活塞 4.單向閥 5.吸油管 6.管道
7.單向閥 8.大活塞 9.大油缸 10.管道 11.截止閥 12.油箱
圖1.2是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關閉，單向閥7打開，下腔的油液經(jīng)管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復扳動手柄，就能不斷地把油液壓入液壓缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，液壓缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動。這就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟怼?
通過對上面液壓千斤頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動的基本工作原理。液壓傳動是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。壓下杠桿時，小油缸2輸出壓力油，是將機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，壓力油經(jīng)過管道6及單向閥7，推動大活塞8舉起重物，是將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機械能。大活塞8舉升的速度取決于單位時間內(nèi)流入大油缸9中油容積的多少。由此可見，液壓傳動是一個不同能量的轉(zhuǎn)換過程。
液壓式多級千斤頂與單級千斤頂原理類似，下面以液壓式兩級千斤頂為例進行說明。如圖1.2（a）當紅色箭頭位置進油口進油時，起初由于第一級活塞直徑大于第二級活塞直徑，在進油腔相同大小油壓作用下，第一級活塞受到的推力大于第二級活塞受到的推力，因此第一級活塞優(yōu)先被推動伸出；當?shù)谝患壔钊竭_頂部后被缸筒限制住不再能繼續(xù)生出，此時第二級活塞并未被限制住，因此隨著油液的不斷充入進油腔第二級活塞便在油液的作用下被推動伸出如圖1.2（b），以此類推，多級千斤頂就這樣被油液一級級推動伸出。千斤頂活塞在被推動伸出的過程中綠色箭頭位置排除的是空氣。千斤頂是靠重力自動回位的，不需要有桿腔油液作用。
圖1.2(a)
圖1.2(b)
第二章 液壓式多級千斤頂?shù)目傮w設計方案
2.1液壓式多級千斤頂總體結(jié)構(gòu)方案
液壓式多級千斤頂結(jié)構(gòu)圖2.1所示。
圖2.1 液壓式多級千斤頂設計方案示意圖
2.2液壓式多級千斤頂?shù)慕M成
液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。
2.2.1動力元件（手動輸油裝置）
它的作用是把液體利用人力的機械能轉(zhuǎn)換成液壓力能，是液壓傳動中的動力部分。
2.2.2執(zhí)行元件（主油缸）
它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能，油缸做直線運動。
2.2.3控制元件
包括單向閥、泄壓閥等，它們的作用是根據(jù)需要對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進行調(diào)節(jié)控制。
2.2.4輔助元件
除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及油箱等，它們同樣十分重要。
2.2.5工作介質(zhì)
工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。
第三章 液壓式多級千斤頂結(jié)構(gòu)設計
3.1工作負載的計算
（3-1）
（3-2）
式中，：千斤頂軸線方向上的外作用力 （N）
：千斤頂軸線方向上的重力 （N）
：運動部件的慣性力 （N）
R：千斤頂?shù)墓ぷ髫撦d （N）
大千斤頂參數(shù)：
外作用力：
慣性力：
因千斤頂載荷較大，位置精度要求較高，故頂升速度不宜過大，最大頂升速度應控制在60mm/min以內(nèi)。
故總負載力為：
3.2工作壓力的選定
由以上得到工作負載R，再根據(jù)表3.1得R在＞50000N區(qū)間間，所以選擇千斤頂工作壓力為5~7MPa，取千斤頂公稱壓力為6.3MPa。
表3.1千斤頂工作壓力參考表
負載（N）
<5000
500~1000
10000~20000
20000~30000
30000~50000
>50000
工作壓力（N）
<0.8-1
1.5-2
2.5-3
3-4
4-5
5-7
表3.2 千斤頂公稱壓力（MPa）
0.4
0.63
1
2.5
4
6.3
10
16
20
25
31.5
3.3活塞及活賽桿直徑的確定
多級千斤頂活塞和活塞桿直徑的確定，只需確定直徑最小的一級（最內(nèi)側(cè)的一級）的直徑，其他各級尺寸由壁厚尺寸逐級算得。
3.3.1活塞及活賽桿直徑計算
（3-1）
其中： D為千斤頂內(nèi)徑；
所以：
千斤頂?shù)膬?nèi)徑，活塞的的外徑要取標準值是因為活塞和活塞桿還要有其它的零件相互配合，如密封圈等，而這些零件已經(jīng)標準化，有專門的生產(chǎn)廠家，故活塞和千斤頂?shù)膬?nèi)徑也應該標準化，以便選用標準件。
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
(220)
250
320
400
500
630
參照上述活塞標準化直徑系列，故?。?
為減小三級千斤頂徑向尺寸，活塞桿盡量取用與活塞直徑接近，本次取：
4
5
6
8
10
12
14
16
18
2
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
參照上述活塞桿標準化直徑系列，故取：
3.3.2活塞、活塞桿材料及加工要求
有導向環(huán)的活塞用20，35或45號鋼制成。
活塞外徑公差 ，與活塞桿的配合一般為 ，外徑粗糙度 ，外徑對活塞孔的跳動不大于外徑公差的一半，外徑的圓度和圓柱度不大于外徑公差的一半。
活塞兩端面對活塞軸線的垂直度誤差在100mm上不大于0.04mm。
活塞桿常用材料為35、45號鋼。
活塞桿的工作部分公差等級可以取 ，表面粗糙度不大于 ，工作表面的直線度誤差在500mm上不大于0.03mm。
活塞桿在粗加工后調(diào)質(zhì)，硬度為 ，必要時可以進行高頻淬火，厚度0.5-1mm，硬度為 。
3.3.3活塞桿直徑的驗算
按強度條件驗算活塞桿直徑：
當活塞桿長度 L>10d時，要進行穩(wěn)定性驗算：
本次：，L=200mm，L＜10d因此只需校核壓縮強度。
則按壓縮強度計算：
所以取滿足強度要求。
3.4推力和流量計算
3.4.1推力計算
當千斤頂?shù)幕緟?shù)確定后，可以通過以下計算實際工作推力。
P=PA（N）
式中，A：活塞有效工處面積：
P：千斤頂工作壓力。
所以， 在千斤頂?shù)膶嶋H工作推力：
3.4.2流量計算
在千斤頂?shù)幕緟?shù)確定后，可以通過以下計算實際工作流量。
Q=AV
式中，V：千斤頂工作速度：
A：千斤頂有效工作面積。
3.5缸筒壁厚的確定
一般，低壓系統(tǒng)用的千斤頂都是薄壁缸，缸壁可用下式計算：
式中，—缸壁厚度 —試驗壓力
當額定壓力時，
當額定壓力時，
D—千斤頂內(nèi)徑
--缸體材料的許用應力（Pa）,
--材料抗拉強度
n—安全系數(shù)，一般取n=5
注：如果計算出的千斤頂壁厚較薄時，要按結(jié)構(gòu)需要適當加厚。
由，所以用，
由上述已算出D=160mm,
為了增加安全系數(shù)，適當加厚千斤頂壁厚度為。
3.6其他各級活塞與活塞桿直徑的確定
3.6.1第三級
有上述計算過程可知：，
3.6.2第二級
，
標準化后?。?
3.6.3第一級
，
標準化后?。?
3.7缸底和缸蓋的設計
3.7.1缸底厚度的確定
對于油缸底有油孔的：
式中 h—缸底的厚度（mm）
—缸底止口內(nèi)徑 （mm）
P—缸內(nèi)最大工作壓力
—材料許用應力
—缸底開口的直徑（mm）
所以
3.8缸筒的設計
多級千斤頂?shù)膬?nèi)部各級缸筒與活塞和活塞桿為一體，因此在缸筒的設計過程中只需設計第一級（最外邊一級）的缸筒尺寸。
3.8.1缸筒的尺寸確定
設計千斤頂?shù)拈L度一般由工作行程長度確定，但還要注意制造工藝性和經(jīng)濟性。
L是千斤頂長度， D。：是缸體外徑。
由，標準取
已知知千斤頂各級長度均為L=200mm。
3.8.2油缸的壁厚校驗
油缸的額定壓力Pn應低于一定極限：
式中：Pn－額定工作壓力；
D1－油缸外徑，本次為280mm；
D－油缸內(nèi)徑，本次為250mm；
σS－油缸材料屈服強度。
油缸的材料為45號鋼，查表可得σS=360MPa；
由此可知上式右邊=25.55MPa
千斤頂最大工作載荷為103KN
經(jīng)校驗，油缸壁所受壓力在許可范圍之內(nèi)。
3.8.3缸筒材料及加工要求
缸筒材料通常選用20、35、45號鋼，當缸筒、缸蓋、掛街頭等焊接在一起時，采用焊接性能較好的35號鋼，在粗加工之后調(diào)質(zhì)。另外缸筒也可以采用鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼、青銅和鋁合金等材料加工。
缸筒與活塞采用橡膠密封圈時，其配合推薦采用，缸筒內(nèi)徑表面粗糙度取，若采用活塞環(huán)密封時，推薦采用配合，缸筒內(nèi)徑表面粗糙度取。
缸筒內(nèi)徑應進行研磨。
為防止腐蝕，提高壽命，缸筒內(nèi)表面應進行渡鉻，渡鉻層厚度應在30-40，渡鉻后缸筒內(nèi)表面進行拋光。
缸筒內(nèi)徑的圓度及圓柱度誤差不大于直徑公差的一半，缸體內(nèi)表面的公差度誤差在500mm上不大于0.03mm。
缸筒缸蓋采用螺紋連接時，其螺紋采用中等精度。
3.9千斤頂進出油口尺寸的確定
千斤頂進出油口尺寸，是根據(jù)油管內(nèi)平均壓力管路內(nèi)的最大平均流速控制在4—5m/s以內(nèi)，過大會造成壓力損失劇增，而使回路效率下降，并不會引起氣蝕、噪音、振動等，因此油口不宜過小，但是也要注意結(jié)構(gòu)上的可能，所以選定進出口油口尺寸，法蘭接頭為20mm。
綜合上述的計算，可得大千斤頂?shù)膮?shù)如下表3.3。
表3.3千斤頂?shù)木C合參數(shù)表
項目
油缸筒外徑
活塞桿直徑
進出油口連接
壓力（103KN）
（mm）
（mm）
公稱直徑（mm）
接頭連接
大缸筒內(nèi)徑250（mm）
280
220
10
×1.5
3.10結(jié)構(gòu)設計
3.10.1最小導向長度的確定
H>L/20+D/2
式中，H：最小導向長度（m）
L:千斤頂最大工作行程（m）
D：千斤頂內(nèi)徑（m）
由上可得本次設計的多級千斤頂各級缸的導向長度為：
H≥0.3/20+0.22/2=0.125(m)
取
取
取
3.10.2活塞與缸體的密封方式
活塞和活塞桿密封均采用O形密封圈，其具體標準采用GB3452.3-88密封溝槽設計準則和GB3452.1-82和GB3452.3-88液壓氣動用O形密封圈。
這類密封為擠壓密封，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，空間小，使用范圍廣，適用所選系統(tǒng)的工作壓力。
活塞與缸體的密封圖如下圖3.2。
圖3.2活塞與缸體的密封
第四章 手動輸油機構(gòu)的設計
4.1小液壓缸的設計
4.1.1缸底厚度的計算
式中 h—缸底的厚度（mm）
—缸底止口內(nèi)徑 （mm）
P—缸內(nèi)最大工作壓力
—材料許用應力
—缸底開口的直徑（mm）
所以，缸蓋厚度的設計與缸底的厚度一樣h=14.8mm。
焊接方式：把缸底與缸蓋焊接在缸體上，這樣的方法比較簡單方便。
由上面已得出的小液壓缸的活塞桿直徑為d=32mm，活塞直徑即小缸的內(nèi)徑D為40mm。
4.1.2小液壓缸的推力計算
有上述計算大液壓缸的方法，可以用式（1—6）
求出
因為
總負載力：
所以
4.1.3小液壓缸的流量計算
同理上面大液壓缸流量的計算，可把其工作流量計算出來：
4.1.4活塞桿直徑的驗算
其驗算方法和大液壓缸的活塞桿直徑驗算同理：
同理
所以， （上面為10）。此只需要校核強度，則按壓縮強度計算：
解得 ： 所以，d取40mm。
4.1.5小液壓缸壁厚及長度的確定
（1）液壓缸的長度一般由工作行程長度確定，但還需要注意制造工藝性和經(jīng)濟性，一般l<(10—30）D。 （l是液壓缸長度 、D。為缸體外徑）
（2）小液壓缸壁厚的計算：
同上面的大液壓缸的設計也采用薄壁缸，缸壁可以用以下方式：
(m)
其中，---缸壁厚度
----試驗壓力
當額定壓力 時，用當額定壓力 時，用
由于，所以用
得：
所以，，
所以，其壁厚
4.1.6液壓缸外徑的計算
由
由上面得知，小液壓缸的長度L<90mm。
4.1.7油口尺寸
小液壓缸進出油口的方法，選定進出口油口尺寸；錐螺紋接頭為Z318″，法蘭接頭為8mm。
綜合上述得小液壓缸參數(shù)表如表2-4所示。
表2-4小液壓缸參數(shù)表
項目
缸筒外徑
活塞桿直徑
進出油口連接
壓力(139N)
（mm）
（mm）
公稱直徑
接頭連接
小缸筒內(nèi)徑11（mm）
21
8
8
M5×1.5
4.1.8小液壓缸的結(jié)構(gòu)設計
由于小液壓缸的材料與大液壓缸的一樣，因此其的結(jié)構(gòu)設計跟大液壓缸的相同。
4.2其他部件的設計
4.2.1活塞桿的設計
工程實際中經(jīng)常遇到承受軸向拉伸或壓縮的構(gòu)件。例如，內(nèi)燃機中的連桿，鋼木組合桁架中的鋼拉桿等。承受軸向拉伸或壓縮的桿件稱為拉壓桿。實際拉壓桿的形狀，加載和連接方式各不相同，但都可簡化成圖2.3所示的計算簡圖，它們的共同特點是作用于桿件上的外力的合力作用線與桿件軸線重合，桿件的主要變形是沿軸線方向的伸長或縮短。
千斤頂?shù)幕钊麠U即為簡單的拉壓桿：
試選材HT100，其許用拉應力為[σ]= 80 MPa
選擇拉壓桿的半徑為r= 6則其許用應力為：
σmax = F/A= 2000/(3.14×0.006×0.006)=17.7 MPa
教核強度:
σmax =17.7 MPa ＜[σ]= 80 MPa
由此可見,滿足其強度。
確定許用載荷:
Fmax ≤ A×[σ]= (3.14×0.006×0.006)×80×106= 9× (N
圖2.3拉壓桿計算簡圖
4.2.2手柄的設計
工程中常存在大量受彎曲的桿件,這些桿件在外力作用下常發(fā)生彎曲變形,以彎曲為主要變形的桿件稱為梁.工程力學中對梁作以下規(guī)定:
梁任一橫截面上的剪力,其值等于該截面任一側(cè)梁上所有橫向力的代數(shù)和。
支座反力求得：
試選擇45號正火鋼,設計為環(huán)形截面(如圖2.5),畫出受力圖(如圖2.4 a)進行受力分析,由梁的平衡方程求得支座反力(如圖2.2 b): + - F = 0
- = 0
聯(lián)立(1)(2)代入數(shù)據(jù) F2=100 N L1=1 M L2=0.2 M ,得:
=20N F =120 N
梁的剪應力及彎矩M
以B點為分界點將AC桿分為兩段:
AB段: FS(A) ==20N M(B點右側(cè))=20×(1-0.2)=16N*M
BC段: FS(C) = - =-120 N
M(B點左側(cè))= 100×0.2 =20 N*M
根據(jù)以上結(jié)果可繪出剪力圖(圖2.4 c)和彎矩圖(圖2.4 d)：
圖2.4a 受力圖，b支座反力，c 剪力圖,d 彎矩圖
4.2.3確定危險截面
①B點所在截面的彎矩最大, 即正應力最大, C點所在截面的剪力最大,即切應力最大。所以C,B兩點所在截面為危險截面。
②B截面的截面系數(shù)為:
其中： D為外徑, d為內(nèi)徑(如圖2.5)
B截面的正應力為:
σmax =M/WZ =120/1.5986×10-3 =7.5×104 Pa
C截面的切應力為:
Tmax =2FS/A =2×120/(3.14×0.3×0.3)=849.3 Pa
許用正應力為275 MPa，由于B截面的正應力遠小于其許用應力，C截面的切應力遠小于其許用應力，這樣勢必造成鋼材的浪費，為節(jié)省鋼材降低成本，提高效益，需要重新選擇材料。
a. 環(huán)形截面 b. 實心截面
圖 2.5 a. 環(huán)形截面 b. 實心截面
③重新選擇材料設計截面
選用實心圓柱松木梁(如圖2.5實心截面),其許用正應力為[σ]=7 MPa，其許用切應力為[T]=1 MPa。
B截面的彎曲截面系數(shù)為：WZ = WY = 3.14D3/32 =3.14×0.027/32=2.649× M3
B截面的正應力為: σmax = M/WZ =20/2.649×=7.6× Pa
C截面的切應力為:Tmax = 4FS/3A =4×120/3×(3.14×0.152)=2265 Pa
④校核強度：σmax = 7.6× Pa＜[σ]= 7 MPa
Tmax = 2265 Pa＜[T]= 1 MPa
因此，梁的強度是足夠的，其實際生活中，許多木材都是能夠滿足其強度的，如柳木，楊木。所以，將梁制成可活動的零件，則千斤頂?shù)膽?，尤其是在農(nóng)業(yè)、工業(yè)生活中的應用，更為廣泛和方便。
第五章 液壓元件的設計與選擇
液壓元件主要包括有：油泵，電機，各種控制閥，管路，過濾器等。
5.1油箱的設計
油箱在系統(tǒng)中的主要功能為：儲存系統(tǒng)所需要的足夠的油液;散發(fā)系統(tǒng)工作時產(chǎn)生的一部分熱量，分離油液中的氣體及沉淀污物。
油箱容積的確定是設計油箱的關鍵，油箱的容積應能保證當系統(tǒng)有大量供油而無回油時。最低液面應在進口過濾器之上，保證不會吸入空氣，當系統(tǒng)有大量回油而無供油時或系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，油液返回油箱時，油液不致溢出。
初始設計時，可依據(jù)使用情況，按照經(jīng)驗公式確定油箱容積：
式中: 油箱的容積 單位
液壓泵的流量 單位
經(jīng)驗系數(shù) 見下表
表9.1
行走機械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機械
1—2
2—4
5—7
6—12
10
本千斤頂為中壓系統(tǒng)，取=7，則油箱的容量可以確定為:
5.2油管的設計
在無電動源作用的情況下，管路按其在液壓系統(tǒng)中的作用可以分為：
主管路：包括進油管路，壓油管路和回油管路，用來實現(xiàn)壓力能的傳遞。
泄油管路：將液壓元件泄露的油液導入回油管或郵箱.
控制管路：用來實現(xiàn)液壓元件的控制或調(diào)節(jié)以及與檢測儀表相連接的管路。
本設計中只計算主管路中油管的尺寸。
（1）進油管尺寸
油管的內(nèi)徑取決于管路的種類及管內(nèi)液體的流速，油管直徑d由下式確定：
式中： d 油管直徑 單位mm
Q 油管內(nèi)液體的流量 單位
油管內(nèi)的允許流速 單位
對進油管，取 ，本設計中?。?
代入數(shù)據(jù)：
取圓整值為：
（2）油管壁厚：
千斤頂系統(tǒng)中的油管可用橡膠軟管和尼龍管作為管道，橡膠軟管裝配方便，能吸收液壓系統(tǒng)中的沖擊和振動，尼龍管是一種很有發(fā)展前途的非金屬油管，用于低壓系統(tǒng)，壓力油管采用的橡膠軟管其參數(shù)如下：
內(nèi)徑： 10mm
外徑： 型 17.5-19.7mm
工作壓力：型 10
最小彎曲半徑：130mm
5.3液壓控制閥的設計
5.3.1方向控制閥
方向控制閥是控制液壓系統(tǒng)中油液流動方向的，它為單向閥和換向閥兩類。單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩種。
5.3.2普通單向閥
普通單向閥簡稱單向閥，它的作用是使用油液只能沿一個方向流動，不許反向倒流。圖4.1 所示為直通式單向閥的結(jié)構(gòu)及圖形符號。壓力油從p1流入時，克服彈簧3作用在閥芯2上的力，使閥芯2向右移動，打開閥口，油液從p1口流向p2口。當壓力油從p2口流人時，液壓力和彈簧力將閥芯壓緊在閥座上，使閥口關閉，液流不能通過。
（a）結(jié)構(gòu)原理圖 （b）圖形符號
圖4.1單向閥
1-閥體；2-閥芯；3-彈簧
單向閥的彈簧主要用來克服閥芯的摩擦阻力和慣性力，使閥芯可靠復位，為了減小壓力損失，彈簧鋼度較小，一般單向閥的開啟為0.03 MPa～0.05 MPa（如換上剛度較大的彈簧，使閥的開啟壓力達到0.2 MPa～0.6 MPa，便可當背壓閥使用）。
5.3.3背壓閥
為了液壓缸不超過最高允許壓力=0.6 Mpa，需要在回油路上并聯(lián)一個0.55 MPa的背壓閥。只需將4.2中設計的單向閥換上剛度較大的彈簧，使閥的開啟壓力達到0.55 MPa，便可當背壓閥使用。這樣，當壓力超過0.55 MPa時，背壓閥自動打開泄荷，使液壓缸免受損壞。
第六章 液壓式多級千斤頂常見的故障與維修
液壓式多級千斤頂在生活中非常普遍，也經(jīng)常性會出現(xiàn)故障，本文結(jié)合日常生活所遇到的問題給出了解決的方案如下表6.1所示。
表6.1液壓式多級千斤頂常見的故障與維修
液壓式多級千斤頂常見故障及處理方法
問 題
原 因
解 決 方 式
千斤頂無法頂升，
頂升緩慢或急速
泵浦油箱
油量太少
依照泵浦型號添加所需液壓油
泵浦泄壓閥
沒有上緊
上緊泄壓閥
油壓接頭
沒有上緊
確定上緊油壓接頭
負載過重
依照千斤頂額定負載使用
油壓千斤頂
組內(nèi)有空氣
將空氣排出
千斤頂柱塞
卡死不動
分解千斤頂檢修內(nèi)壁及油封
千斤頂頂升但無法持壓
油路間沒有鎖緊
漏油
上緊油路間所有接頭
從油封處漏油
更換損壞油封
泵浦內(nèi)部漏油
檢修油壓泵浦
千斤頂無法回縮，
回縮緩慢及不正常
泵浦泄壓閥
沒有打開
打開泵浦泄壓閥
泵浦油箱
油量過多
依照泵浦型號
存放所需液壓油
油壓接頭
沒有上緊
確定上緊油壓接頭
油壓千斤頂
組內(nèi)有空氣
將空氣排出
油管內(nèi)徑太小
使用較大內(nèi)徑油管
千斤頂回縮
彈簧損壞
分解千斤頂檢修
電動油壓泵浦無法起動
電源沒接或開
檢查電源、開關
繼電器、開關 或碳刷可能損壞
檢查更換損壞零件
電源安培數(shù)不夠
增加另一個電源回路
馬達電流安培數(shù)過高
馬達損壞
更換馬達
泄壓閥設定不當
重新設定泄壓閥壓力
齒輪泵浦
內(nèi)部損壞
檢修齒輪泵浦
液壓油流入馬達部位
齒輪泵浦軸心
油封損壞
拆開馬達及齒輪泵浦更換損壞油對
泵浦無法輪油、
使千斤頂柱塞完全伸出或柱塞伸出有抖動現(xiàn)象
泵浦油箱
油量太少
在千斤頂完全縮回時，
依照泵浦型號添加所需液壓油
泵浦油位內(nèi)有異物阻塞或過濾器
檢查并清潔過濾器
阻塞從泄壓閥
沒有上緊
油壓接頭
沒有上緊
確定上緊油壓接頭
液壓油溫度太低或黏度太高
更換適當液壓油
油壓千斤頂
組內(nèi)有空氣
將空氣排出
泄壓閥松動
檢查并上緊
結(jié) 論
畢業(yè)設計是大學學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的學習機會，通過這次對液壓式多級千斤頂理知識和實際設計的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運用所學專業(yè)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。
這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設計讓我積累了許多實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝起來，也必然讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。
順利如期的完成本此畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但同時也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足與欠缺，留下了些許遺憾，不過不足與遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關注新科技新設備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進知識，更好的為祖國的四化服務。
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致 謝
大學生活即將結(jié)束，在這短短的四年里，讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友、工作嚴謹教學相幫的教師。畢業(yè)設計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導老師的精心指導，在此向所有給予我此次畢業(yè)設計指導和幫助的老師和同學表示最誠摯的感謝。
首先，向本設計的指導老師——****老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時間對我們進行指導，時刻關心我們的進展狀況，督促我們抓緊學習。老師給予的幫助貫穿于設計的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作，他都給予了指導，不僅使我學會書本中的知識，更學會了學習操作方法。也懂得了如何把握設計重點，如何合理安排時間和論文的編寫，同時在畢業(yè)設計過程中，她和我們在一起共同解決了設計中出現(xiàn)的各種問題。
其次，要向給予此次畢業(yè)設計幫助的老師們，以及同學們以誠摯的謝意，在整個設計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關懷，更重要的是為我們提供不少技術方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個完整的論文。
另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W表示感謝。
總之，本次的設計是老師和同學共同完成的結(jié)果，在設計的一個月里，我們合作的非常愉快，教會了大我許多道理，是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示感謝！
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