雙作用液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計開題報告及文獻綜述

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一、 選題依據(jù) 1.設(shè)計題目 雙作用液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.研究領(lǐng)域液壓系統(tǒng) 3.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 液壓傳動技術(shù)不僅用于傳統(tǒng)的機械操縱、助力裝置，也用于機械的模擬加工、轉(zhuǎn)速控制、發(fā)動機燃料進給控制，以及車輛動力轉(zhuǎn)向、主動懸掛裝和制動系統(tǒng)。同時， 也擴展到航空航天和海洋作業(yè)等領(lǐng)域。而液壓油缸是液壓傳動中將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，實現(xiàn)往復(fù)直線運動或往復(fù)擺動的執(zhí)行元件，被廣泛應(yīng)用于各種液壓機械設(shè)備中。液壓油缸的設(shè)計合理性、制造質(zhì)量，直接影響整個液壓機械設(shè)備的的使用狀態(tài)， 乃至整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行和生產(chǎn)的安全性。所以，液壓油缸的合理化設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。 4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 4.1 國內(nèi)概況 隨著科技迅猛發(fā)展，市場對雙作用液壓缸提出了更多要求，如提升工作效率、提高產(chǎn)品穩(wěn)定性、節(jié)能環(huán)保性、延長使用壽命、控制/監(jiān)測的自動化和智能化等。企業(yè)必須提高自主創(chuàng)新能力，更好、更快地轉(zhuǎn)化科技成果，進行技術(shù)升級，并賦予產(chǎn)品更高的技術(shù)附加值，才能在市場競爭中立穩(wěn)腳跟。目前，行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下特點。 節(jié)能化，中國是世界上單位產(chǎn)值能耗最高的國家之一，能源利用效率比先進國家約低l0％左右，以能源經(jīng)濟效率指標來衡量，單位產(chǎn)品能耗比發(fā)達國家高20％～80％， 節(jié)能是中國能源戰(zhàn)略和政策的核心。雙作用液壓缸作為執(zhí)行元件，又屬于摩擦件，在整個液壓系統(tǒng)節(jié)能上起到關(guān)鍵作用，因此開發(fā)節(jié)能型、輕量化、小型化液壓缸產(chǎn)品是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 環(huán)保型，目前，液壓缸的傳導(dǎo)介質(zhì)均為液壓油，液壓油在使用過程中無法避免泄漏和揮發(fā)，對環(huán)境會造成一定影響。因此，開發(fā)新型水介質(zhì)或混合介質(zhì)液壓缸將成為未來的發(fā)展方向。 新材料、新技術(shù)隨著市場對液壓缸壽命、性能和穩(wěn)定性方面的要求越來越高，液壓缸新材料和新技術(shù)方面的研究受到廣泛關(guān)注。目前，液壓缸的材料主要是鋼材，今后要向合金鋼、鋁合金、陶瓷以及合成有機高分子材料等方向發(fā)展。 提升計算機輔助技術(shù)應(yīng)用水平計算機輔助設(shè)計主要內(nèi)容包括 CAD 計算機輔助設(shè)計、CAM 輔助制造技術(shù)、CIMS 集成制造系統(tǒng)、自動監(jiān)控、自動調(diào)節(jié)工況、變頻技術(shù)應(yīng)用、故障診斷分析等。通過計算機技術(shù)進行產(chǎn)品的研究開發(fā)、設(shè)計、加工制造、試驗、使用等，可以提高產(chǎn)品的設(shè)計速度和加工水平，滿足用戶的要求。將計算機輔助設(shè)計技術(shù)應(yīng)用于液壓缸設(shè)計，將提升液壓缸設(shè)計的科學性和制造的自動化水平。 4.1 國外概況 液壓缸的高、低速性能及密封件的壽命是評價其優(yōu)劣的重要指標。各國通過改進工藝等措施，大大提高了液壓缸的性能。超高性能的液壓缸不斷出現(xiàn)，最低速度幾乎為零、最高速度可超過 1500 毫米/秒，工作溫度擴大到-60℃ ～200℃。另外，超大型液壓缸的生產(chǎn)日益增多。缸徑超過 1.8 米、長度超過 30 米、噸位達萬噸以上的液 壓缸均已出現(xiàn)。微型液壓缸的發(fā)展也十分引人注目。目前直徑 4 毫米左右的液壓缸已經(jīng)形成系列產(chǎn)品。 與此同時，液壓缸的新產(chǎn)品和新結(jié)構(gòu)陸續(xù)出現(xiàn)。如帶位置反饋的電液伺服缸、自鎖液壓缸、鋼索式液壓缸等。液壓缸的另一個發(fā)展趨勢是復(fù)合化，將泵、閥等元件與缸組成一體，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，除伺服缸外，近年來又出現(xiàn)了電液步進缸和點位液壓缸。 4.3 發(fā)展趨勢 液壓油缸也是基于以密閉容器中的靜壓力傳遞力和功率這一原理實現(xiàn)工作目的的。目前以其可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速、體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小，易于實現(xiàn)自動化、過載保護以及良好的標準化、系列化、通用化特點廣泛應(yīng)用工程領(lǐng)域。當前正繼續(xù)向著以下幾個方面發(fā)展： (1)節(jié)能 近年來，由于世界能源的緊缺，各國都把液壓傳動的節(jié)能問題作為液壓技術(shù)發(fā)展的重要課題。20 世紀 70 年代后期，德、美等國相繼研制成功負載敏感泵及低功率電磁鐵等。最近美國威克斯公司又研制成功用于功率匹配系統(tǒng)的 CMX 閥。 (2)與微電子、計算機技術(shù)結(jié)合 20 世紀 80 年代以來，逐步完善和普及的計算機控制技術(shù)和集成傳感技術(shù)為液壓技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合創(chuàng)造了條件。隨著微電子、計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種數(shù)字閥和數(shù)字泵，并出現(xiàn)了把單片機直接裝在液壓組件上的具有位置或力反饋的閉環(huán)控制液壓元件及裝置。 (3)運行的可靠性 由于有限元法在液壓元件設(shè)計中的應(yīng)用，可靠性實驗、研究工作的廣泛開展以及新材料、新工藝的發(fā)展等，使液壓元件的壽命得到提高。由于對飛機、船舶、冶金等一些重要液壓系統(tǒng)采用多裕度設(shè)計，并在系統(tǒng)中設(shè)置旁路凈化回路及具有初級智能的自動故障檢測儀表等加強了油液的污染度控制。上述領(lǐng)域內(nèi)的一些重要成果，使液壓系統(tǒng)的可靠性逐年提高。 (4)高度的集成化 把疊加閥、集成塊、插裝閥以及各種控制閥集成于液壓泵及液壓執(zhí)行元件上形成組合元件，有些還把單片機等集成在其控制機構(gòu)上，達到了集機、電、液于一體的高度集成化。 (5)高壓、低躁聲、提高密封性能等 高壓、高轉(zhuǎn)速、低噪聲組件的研究，高效濾材的研究，環(huán)保型工作介質(zhì)及其相應(yīng)高壓液壓組件的研究等也是值得注意的動向。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1. 重點解決的問題 (1)工作過程中常用較多能量損失（摩擦損失、泄露損失等）； (2)液壓缸的活塞桿在油壓的作用下伸出或縮回時，經(jīng)常出現(xiàn)速度不均勻現(xiàn)象， 并有時伴有振動和異響，從而引起整個液壓系統(tǒng)的振動，并帶動主機其它部件振動等。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） (1)選擇液壓缸的類型和各部分結(jié)構(gòu)形式。 (2)確定液壓缸的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。 (3)結(jié)構(gòu)強度、剛度的計算和校核。 (4)導(dǎo)向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設(shè)計。(5)繪制裝配圖、零件圖、編寫設(shè)計說明書。 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 (1)缸體材料及結(jié)構(gòu) (2)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度校核(3)雙作用液壓缸裝配圖 (4)繪制雙作用液壓缸零件圖 (5)設(shè)計說明書 三、論文（設(shè)計）工作安排 1 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)） 1）市場調(diào)研，并收集相關(guān)資料。 2）根據(jù)使用要求確定結(jié)構(gòu)形式與安裝方式。 3）確定設(shè)計參數(shù) a) 確定最大負載力和運動速度 b) 選定工作壓力 c) 確定實際工作最大行程 4）尺寸計算 a）缸筒內(nèi)徑，壁厚的計算 b）活塞桿直徑的計算 c）液壓缸最大工作長度的計算 5）進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 a）缸筒的整體設(shè)計與強度校核 b）端蓋、缸底及及活塞的設(shè)計 c）缸筒與端蓋、缸底連接方式的設(shè)計及強度校核 d）活塞桿的設(shè)計及強度校核 6）完成輔助裝置的設(shè)計 7）繪制總裝圖與零件圖，編寫畢業(yè)設(shè)計說明書 2 論文（設(shè)計）進度計劃 起止教學周 應(yīng)完成的主要工作 第 1 周至第 2 周 編寫開題報告，熟悉原始資料，確定設(shè) 計方案 第 3 周至第 4 周 根據(jù)使用要求確定結(jié)構(gòu)形式與安裝方式 第 5 周至第 7 周 確定設(shè)計參數(shù)，尺寸計算 第 8 周至第 10 周 進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成輔助裝置的設(shè)計 第 11 周至第 15 周 繪制總裝圖與零件圖，編寫畢業(yè)設(shè)計說 明書 四、需要閱讀的參考文獻 [1]雷天覺.液壓工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990.23 [2]趙應(yīng)樾.常用液壓缸與其修理[M].上海：上海交通大學出版社，1996.43 [3]何存興.液壓元件[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.70 [4]黎啟柏.液壓元件手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.124-159 [5]劉會國.雙作用伸縮式液壓缸[J].液壓與氣動[J]，2003（09）.62 [6]吳興奎.一種高可靠的新結(jié)構(gòu)多級套筒液壓缸[J].液壓與氣動[J]，20039（03）.3 [7] 鄧飄,邱義,張寶生.液壓缸行程檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].液壓與氣動，2008.15-34 [8] 于貴文，臧克江，林晶．雙作用多級液壓缸的設(shè)計[J]．中國工程機械學報，2007， 5(4)：35-36 [9]李永奇，劉慶教，范華志，王麗.淺談工程機械液壓缸發(fā)展趨勢[J]．液壓與氣動，2013(5)：122-124 [10]吳文濤，劉建紅．橡塑彈性體彈性變形原理在油缸密封的應(yīng)用[J].潤滑與密封， 2007，32(10) [11]馮定，柳進，潘浩，楊成，劉莉.全液壓修井機起升系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)方法[J]. 機床與液壓，2011,3 [12]張毅雄.井機起升油缸爬行現(xiàn)象分析[J].長江大學學報,2009-6,6(2) [13]何文斌.有限元在液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計上的應(yīng)用[J].煤礦機械，2003-8 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A decision support system fort he operational planning of solid waste collection [J] ,Waste Management，2006.6 附：文獻綜述  液壓缸文獻綜述 前言：液壓缸是工程機械中被頻繁使用的執(zhí)行元件，相對于其他行業(yè)如農(nóng)業(yè)機械、汽車、機床等機械設(shè)備中，液壓缸在工程機械中的作用更加能夠得到發(fā)揮。隨著機械工業(yè)的發(fā)展和進步，對液壓缸的性能要求及可靠性要求越來越高，液壓缸的性能直接關(guān)系到主機的性能。同時作為工程機械的核心零部件，液壓缸已經(jīng)得到越來越多的工程機械主機廠的關(guān)注，提升液壓缸的產(chǎn)品可靠性，勢在必行。 工程機械的產(chǎn)品質(zhì)量提升離不開液壓缸的質(zhì)量提升和匹配性研究提升，近些年國內(nèi)也逐漸加大在液壓元器件方面的研究和試驗投入。隨著國內(nèi)外經(jīng)濟形勢的變化，工程機械往高精尖發(fā)展，因此提升液壓缸產(chǎn)品可靠性迫在眉睫。 一、液壓缸發(fā)展現(xiàn)狀 目前國內(nèi)工程機械液壓缸存在的問題是可靠性差，最主要的問題是首次無故障時間過短，且經(jīng)常出現(xiàn)一些小故障。不論是從產(chǎn)品外觀質(zhì)量，還是從工藝技術(shù)或者試驗驗證等方面，我們與國外液壓缸都有很大差距。 我們國內(nèi)液壓缸與國外的可靠性差距比較大，一方面是成套方案提供能力尚不足，另一方面，在工藝制造技術(shù)的研究上還不夠深入。 國外對液壓缸的研究比較成熟，國外很多液壓缸制造商在液壓缸的設(shè)計、工藝、試驗等方面有很多創(chuàng)新點，可滿足特殊工況的需求。他們把液壓缸和傳感器、外圍的液壓件或機械機構(gòu)件一起供應(yīng)，創(chuàng)造其競爭優(yōu)勢。尤其是特種液壓缸注重機電一體化技術(shù)、集成傳感及新材料和涂層技術(shù)的應(yīng)用，向著更快、更輕、更環(huán)保、更安全可靠的方向發(fā)展。 比如，國外某公司開發(fā)的缸徑小于 10mm 的特小型液壓缸使得氣缸和液壓缸的規(guī)格更加齊全。他們做的液氣液壓缸是液壓和氣動的復(fù)合產(chǎn)品。并在液壓缸上增加控制裝置，把控制技術(shù)結(jié)合進來使得這種混合液壓缸的應(yīng)用范圍得以擴大[9]。 二、液壓缸發(fā)展方向 (1)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 現(xiàn)在越來越多的企業(yè)開始研究檢測技術(shù)與產(chǎn)品可靠性結(jié)合，利用先進的傳感技術(shù)和檢測技術(shù)，應(yīng)用到工程機械液壓缸中。 比如利用磁致伸縮位移傳感器檢測液壓缸行程信息，信號再反饋到控制系統(tǒng)，收 集缸底、耳環(huán)鉸點磨損信息，以此判斷液壓缸是否失效[17]。 另外已經(jīng)有企業(yè)開始利用精確控制液壓缸行程來進行智能化主機作業(yè)，比如挖掘機的平地、挖坡作業(yè)等，利用這種方法能夠自動進行較大難度的作業(yè)。 體現(xiàn)在液壓技術(shù)方面，第一位的是能效和狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷"傳感器和測試設(shè)備在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，不但用于實時狀態(tài)檢測，還逐漸開始應(yīng)用到故障檢測和狀態(tài)維修方面目前狀況監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在軍工機械中，比如坦克、裝甲車等重要設(shè)備中，很有必要在工程機械設(shè)備中進行廣泛推廣。徐州徐工液壓件有限公司已成功研發(fā)智能液壓缸檢測系統(tǒng)，主要進行液壓缸壓力、溫度、位移以及缸筒變形量等參數(shù)的實時監(jiān)測及診斷，并于 2012 年寶馬展會上順利展出[9]。 (2)可靠性研究 《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006~2020 年）》將基礎(chǔ)件和通用部件列為優(yōu)先主題，將重大產(chǎn)品、重大設(shè)施和復(fù)雜系統(tǒng)的安全性、可靠性和壽命預(yù)測技術(shù)列入重要研究方向。液壓缸作為工程機械的核心零部件，可靠性研究也是未來一段時間內(nèi)重要的研究方向[9]。 我們要重視試驗技術(shù)和產(chǎn)品測試，通過型式試驗，證明產(chǎn)品性能滿足標準要求； 通過耐久性試驗，保證產(chǎn)品壽命長久；通過生產(chǎn)精益管理，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。耐久性壽命試驗的目的，不是為了證明產(chǎn)品有多好，而是為了發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，從而不斷改進。耐久性壽命試驗，最重要的不是結(jié)果，而是試驗過程中發(fā)生的問題和情況。不要過于拘泥于現(xiàn)有的測試標準必須擁有自己的試驗測試體系，做具有中國特色的綜合性試驗平臺。而做試驗平臺必須要做好工況研究，只有無限接近主機工況的試驗平臺才能真正的反映產(chǎn)品的性能[15]。 另外，工況研究要堅持進行，工況研究不是一時半會就能研究出成績，而是長期堅持積累的過程。液壓缸企業(yè)都要在這個方面增加投入，只有基礎(chǔ)研究深入，才能從根本上發(fā)現(xiàn)問題，從而解決問題。 (3)清潔度 污染對液壓元件是致命的，只有把裝配車間和粗加工、精加工以及焊接車間隔開， 清潔過或清洗過的部件才允許進入下一道工序，試驗工序需要定期檢查試驗用油液清潔度，這樣，才能保證最終產(chǎn)品的清潔，才能讓用戶放心。 目前，我們國內(nèi)部分企業(yè)也已經(jīng)開始實施液壓缸生產(chǎn)車間全封閉、恒溫控制，并且在整個液壓缸零部件生產(chǎn)環(huán)節(jié)分別進行清潔度的控制，生產(chǎn)的液壓缸清潔度指標值 如果采用“顆粒計數(shù)法”檢測時，出廠前殘留在液壓缸缸體內(nèi)部。油液的固體顆粒污染等級可控制在 GB/T 14039—2002《液壓傳動 油液固體顆粒污染等級代號》規(guī)定的范圍內(nèi)[16]。 (4)液壓缸零部件再制造 和其他行業(yè)一樣，目前液壓缸行業(yè)也已經(jīng)開始關(guān)注液壓缸的再制造。再制造不但需要保證產(chǎn)品可靠性，而且前提成本的控制，如何在最低成本下實現(xiàn)液壓缸的再制造也是當前較大的難題。同時要考慮的問題是如何最大化地利用有限資源，減少環(huán)境污染。再制造工程能夠帶來巨大的經(jīng)濟、環(huán)保和社會效益，因此液壓缸的再制造也將成為工程機械再制造工程重要的一部分[9]。 (5)輕量化 隨著工程機械向著大噸位、高性能發(fā)展，特別是路面行走工程機械，由于車橋載重的限制，主機對輕量化的要求愈加強烈，液壓缸的輕量化勢在必行。 實現(xiàn)液壓缸輕量化首先是在充分進行工況研究的基礎(chǔ)上進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如缸底、耳環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及模鍛件的減重等等；其次是高強度低密度新材料的開發(fā)應(yīng)用，輕量化以經(jīng)成為液壓缸產(chǎn)品研發(fā)的一種趨勢[2]。 三、總結(jié) 液壓缸的發(fā)展首先是提供產(chǎn)品的可靠性，結(jié)合產(chǎn)品工況特點實現(xiàn)主機匹配性研究，加快產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新和制造技術(shù)提升。在保證可靠性的前提下實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、清潔度提升以及產(chǎn)品輕量化。 液壓缸可靠性的提升，首先是對標國際液壓缸標桿企業(yè)，尋找差距，專項提升； 其次是制造技術(shù)研究，專業(yè)化生產(chǎn)；第三是建立試驗中心，加大試驗研究及提供試驗手段；最后是主機匹配性研究。只有不斷突破差距，實現(xiàn)主機匹配，才能得到用戶的認可。 指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 簽字： 年 月 日 審核 教研室主任意見 意 見 簽字： 年 月 日 學院教學指導(dǎo)委員會意見 簽字： 年 月 日公章：