自走式玉米收获机液压及控制系统设计论文.doc

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1、毕业设计题 目自走式玉米收获机液压及控制系统设计学生姓名学 号系 部专 业班 级指导教师二一五年三月 毕业设计（论文）报告纸摘要玉米是我国三大粮食作物之一，各地方都有种植，无论是对于提高粮食综合玉米生产能力、确保粮食安全，还是对于满足日益增长的饲料需求，都具有举足轻重的地位。为了促进农业的现代化，必须实行粮食生产的机械化，尤其应加快实现收获环节的机械化。但我国目前玉米收获程度还不到百分之十。已成为玉米机械化生产的瓶颈。为此，各级政府和越来越多的农机制造企业正在加大投入，积极开展玉米收获机械技术的研究和新型装备的设计与开发。本文主要对春雨4YZ-4玉米收获机液压系统进行设计。包括液压原理图的确认

2、液压站的设计、液压阀的选择等。对卸粮液压缸进行了结构和参数的设计，以及对卸粮液压缸的稳定性进行校核。设计的玉米收获机能够满足使用功能的要求，安全可靠，操作使用方便，具有很强的现实意义。关键词：玉米收获机，液压系统，液压站，液压缸AbstractCorn is one of the three main grain crops in our country, the local has grown, both to improve the comprehensive grain corn production capacity, ensure food security or to meet

3、the growing demand for feed has a pivotal position. In order to promote the modernization of agriculture, the mechanization of grain production must be carried out, especially the mechanization of the harvest link should be accelerated. But the corn harvest degree is still less than ten percent in C

4、hina. Has become the bottleneck of corn mechanization production. To this end, governments at all levels and more and more agricultural machinery manufacturing enterprises are increasing investment, and actively carry out the research and design and development of new equipment for corn harvest mach

5、inery technology.This paper mainly carries on the design to the spring rain 4YZ-4 corn harvester hydraulic system. Including the confirmation of hydraulic schematic, design of hydraulic station, selection of hydraulic valve, etc. The structure and parameters of the unloading hydraulic cylinder were

6、designed, and the stability of unloading hydraulic cylinder was checked. The corn harvester can meet the use of the function, safe and reliable, easy to operate, and has strong practical significance.Keywords: corn harvester, hydraulic system, hydraulic station, hydraulic cylinder目录摘要iAbstractii第一章

7、引言11.1 课题研究的目的及意义11.2玉米收获机的研究现状及发展趋势21.2.1国内的研究现状21.2.2国外研究现状31.3液压系统的发展41.4 课题设计思路51.5课题设计结构5第二章 春雨4YZ-4玉米收获机液压系统原理图的设计62.1 对玉米收获机液压系统各主要回路的分析62.1.1卸粮回路72.1.2 行走无级变速回路72.1.3切碎器回路82.1.4割台回路92.2玉米收获机液压系统的工作原理总成92.2.1卸粮机构回路102.2.2切割器升降回路112.2.3割台升降回路112.2.4无级变速回路11第三章 春雨4YZ-4玉米收获机液压系统设计计算123.1 春雨4YZ-4

8、玉米收获机主要性能参数133.2 卸粮液压缸的设计计算133.2.1 系统压力和卸粮油缸推力的确认133.2.2 卸粮液压缸缸径的确认133.2.3 油缸效率分析143.2.4 系统背压的选择153.2.5液压缸缸径的确认153.2.6导向长度的确认163.2.7活塞宽度的确定163.2.8 缸体长度的确定163.2.9 缸筒壁厚的计算173.2.10 缸体外径尺寸的计算173.2.11 活塞杆强度和液压缸稳定性计算183.2.12 缸筒壁厚的验算193.2.13活塞设计203.2.14 密封件的选用203.2.15 活塞杆的设计223.2.16 缓冲装置和排气阀233.3主要液压辅助装置的选

9、择253.3.1液压油的选择253.3.2滤油器的选择253.3.3压力表的选择253.3.4阀类元件的选择253.3.5液压泵的选择25第4章 结论274.1 本论文所取得的结果274.2 技术展望27参考文献27致谢30iii 第一章 引言1.1 课题研究的目的及意义我国玉米种植面积和总产量仅次于美国居世界第二位。在我国玉米是仅次于小麦的主要粮食作物。全国玉米种植面积0.24 亿公顷(约3.6 亿亩)，约占全国总面积的21.1%。玉米年产量达11409 万吨，按茎杆和产粮比为1.8 计算将产生20536.2 万吨的玉米茎杆。玉米在我国分布很广，南自海南岛，北至黑龙江省的黑河以北，东起沿海省

10、份，西到新疆及青藏高原，都有种植。由于气候差异和历史传统种植模式的影响，在我国玉米栽培模式千差万别，如有春玉米一年一作、春玉米一年两作和两年三作、夏玉米一年两作以及小麦、玉米套种、一家一户小规模种植等多种模式玉米植株的产量、高度等生长特点也差异较大。这些模式都是基于传统的手工作业基础上发展和沿袭下来，较少地考虑到机械化作业方式的协调统一。随着农业生产机械化水平的提高和农业科学技术、机械技术的发展，在玉米生产中广泛采用机械化生产方式明显地受到玉米农艺栽培技术的相互制约，还没有一套系统的玉米机械化生产技术体系指导和应用到玉米生产中。因此机械化技术的应用和玉米栽培制度的改革成为缺少规范性的玉米机械化

11、收获技术体系这个矛盾中的两个主要方面。由此农民在生产中存在着机具有了怎么应用的问题（即适应玉米种植模式），以及如何种植玉米来适应机械化收获的问题，而不造成减产、减少收入等方面的问题。为了适应农业现代化发展的要求，玉米收获机械化水平需要进一步提高。玉米收获是玉米种植中最繁重的体力劳动，约占整个玉米种植投入劳动量的55%，在玉米生产全过程中机械化占据举足轻重的地位。利用机械收获，不仅把农民从繁重的体力劳动中解放出来，还为农民节省了费用，更能节省时间，用于外出打工，增加收入。因此，机械收获是减轻农民“三秋”劳动强度、为农民增效、增收的有效途径之一。农业部2004 年最新统计我国小麦机收率达82%比去

12、年提高了10 个百分点，而玉米的收获机械化水平不到2%玉米机械化收获问题，已经成为我国农业现代化发展的瓶颈，引起了各级政府和有关专家的高度重视，玉米收获机械化被农业部定为“十五”期间我国重点推广的十大农业机械化新技术之一，加大了科研和推广的支持力度。山东、河南、河北、辽宁、吉林等主要玉米产区都把玉米机收列为重点发展方向。初步预测，若要实现玉米收获机械化，全国共需玉米收获机30 万台，工业产值可达240 多亿元。随着人民生活水平的不断提高城乡人民的饮食结构也在不断变化，人均的食用口粮逐年下降，饲料粮的需求逐年增多，而饲料粮中首选的作物是玉米。玉米不仅是优质的饲料，而且是制药、化工、食品等行业不可

13、缺少的原料。在玉米产量不断提高的同时，也产生了大量的茎杆。由于一直以来没有合理的茎杆处理技术和机具，华北地区的玉米茎杆焚烧现象十分严重，每到秋收种麦季节，浓烟四起，60%66%以上的茎杆被焚烧掉，只有14.720.1%的玉米茎杆经机械粉碎还田，用于青贮的也只有20%22%。这样一来，大量的茎杆被付之一炬，不仅是巨大的浪费，而且也造成了严重的空气污染，还导致了诸如飞机不能起降、高速公路事故频发等社会公害事件的发生。怎样有效地处理这些茎杆已经成为政府关注的问题。在对YZ-4玉米收获机液压系统设计的过程中，先对玉米收获机的结构及工作原理有一定的认识。了解液压传动的知识，重点对液压系统的四个回路进行设

14、计。 意义：巩固和进一步熟练掌握所学知识，提高自己的学习能力、设计能力和制图能力，熟悉设计流程，提高设计能力及实践经验综合能力，为今后从事设计工作打好基础。1.2玉米收获机的研究现状及发展趋势1.2.1国内的研究现状我国玉米收获机械研制起步晚，水平低，玉米机械化收经历了从引进国外样机试用、仿制、改进到消化吸收、自行设计两个阶段，并取得了很好的成果。到目前为止，我国从事玉米收获机研制生产的单位有60多家，已开发研制出的机型有60多个产品。从整体情况看，目前生产玉米联合收获机除悬挂式(背负式)外，大都处于样机研制或试验阶段。各种机型仍需不断改进和完善，到大规模投入生产应用尚需一段时间。我国生产的玉

15、米联合收获机按收获工艺可分为两种：摘穗剥皮果穗收集茎秆粉碎还田(或收集)；摘穗果穗收集茎秆粉碎还田(或收集)。玉米收获工艺研制的机型有牵引式、悬挂式(背负式)、自走式和玉米割台等四种机型。国内可实现果穗收获、茎秆切碎一体化的技术已申报专利有很多，代表性的有：立式摘穗茎杆切碎装置；在普通卧式摘穗辊式收获机割台下方安装与摘穗辊平行的刀轴，在刀轴上安装不同形式的切刀，通过动定刀配合、动动刀配合等方式实现玉米收获、秸秆粉碎一体化技术两种技术类型。但总体说来国内的果穗收获、茎秆切碎一体化的技术尚未成熟。我国玉米收获机械化仍然存在着许多问题。首先表现在基础部件研究不足，很多单位只是注重整机的研制开发，从而

16、造成众多机型在收获工艺和机构参数上大同小异、重复制造。其次是产品的稳定性、可靠性差，机器故障频繁，从而造成玉米籽粒破碎率、果穗损失率、高等问题。我国目前从事玉米联合收获机研究和制造的单位有30多家，约20个产品，分为自走式、悬挂式、牵引式和谷物联合收获机配玉米割台等四种形式，又分单行和多行。但各厂家的产量都不大，其主要原因就是如上所提到的机具的适应性题、农民的购买力和玉米收获机的关键部件的可靠性等问题。因此必须加快对玉米联合收获机械化关键技术与装备的研究，以加速玉米收获机械化的进程。在自动化程度方面，由于国产玉米收获机以实用为主，主要考虑降低制造成本，对自动化要求不高，因此明显落后于国外产品。

17、目前，在已研制的机型中还有可靠性差、效率低、对作物的不同行距适应能力不强等问题，个别机型的损失率和破碎率还有待进一步降低。国内近期玉米收获机械仍以价格较低的悬挂式机型为主，适应多种行距的玉米收获机具将会随着技术的不断完善迅速占领市场。穗茎兼收型玉米联合收获机，可以实现茎秆资源的回收利用，将是玉米联合收获机近期研究、开发的重点，以适应畜牧业发展的要求，在畜牧业发展就快的地区，这种机型有较好的发展前景，预计未来几年将会出现比较实用的畅销机型。1.2.2国外研究现状目前国外玉米收获机的研究与生产技术已经成熟，目前在美国、德国、乌克兰、俄罗斯等西方国家的玉米收获(包括籽粒和秸秆青贮)已基本实现了全部机

18、械化作业。国外多采用一年一作的种植方式，玉米收获时含水率低，主要采用玉米摘穗直接脱粒的收获工艺。如美国的Johndeere公司、Case公司、德国的Mengle公司、道依茨公司生产的玉米联合收获机，绝大部分是在小麦联合收获机上换装玉米割台，并通过调节脱粒滚筒的转速和脱粒间隙进行玉米的收获。主要表现在以下几个特点：1在保证良好性能的前提下，向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入量和高速发展。喂入量已由一般的56千克秒发展到1012千克秒所配发动机的功率最大到243千瓦，正在研发的有276千瓦；割台最大割幅已超过9米，配谷物联合收割机的玉米割台由收割46行发展到收割8行，发动机功率为19千瓦，最高作

19、业速度超过3.6千米小时。2向扩大机器的通用性和提高适应性发展。除发展多种专用割台（大豆、玉米、向日葵、水稻或捋穗型割台）外，同一台机器还可配不同割幅的割台以适应不同作物和不同单产的需要；改进机体结构（如收割台的仿型机构、清粮室的自动调平装置等），使其更好地适应不同作物和倾斜地面，行走装置配置多种宽度的轮胎、履带，以提高工作的适应能力。3对保持收获中低损失率、高清洁度的主要工作部件的研究更为深入新型脱粒分离装置的研究，以提高生产率，减少谷粒损失为目标，是现代玉米联合收割机最主要的发展趋势。在传统的纹杆切流滚筒及键式逐镐器的脱粒分离装置之后，双滚筒横置的轴流式结构广为应用，继而又研制了单滚筒或双

20、滚筒纵置的轴流式脱粒分离结构，大大提高了脱粒率。4新材料和先进制造技术的广泛应用使产品性能更好，可靠性更高将玉米联合收割机机架、割台体加大壁厚或加强骨架、用大直径薄壁钢管作轴，纹杆进行表面硬化处理、各种联合收割机在易堵塞的部件上设置各种快速切离的安全装置、传动胶带采用新的结构和材料、切割装置都进行8小时以上磨合试验和升温运转试验、重要工作部件装机前的磨合试验或试运转，严格保证体系。5广泛应用机电一体化和自动化技术，向舒适性、使用安全性、操作方便性方向发展为改善驾驶员工作条件，普遍装有现代化的密闭驾驶室以隔热、隔噪音；转动部件转速、收割机切割高度、谷物损失量、粮箱填充量、排草堵塞等配有信息显示；

21、自控装置包括自动对行、割茬高度自动调节，自动控制车速，自动停车等；安全生产的警报输出和互锁补偿系统有故障警报、信号报警或语音报警、启动耳锁、单柄操作互锁、运输与收获互锁等功能。6向智能化收获机发展集全球卫星定位系统，地理信息系统和遥感系统于一身的精准农业技术在智能化玉米收割机上的应用是当今收获机械化最新、最重要的技术发展。通过以上的比较不难发现，我国的玉米联合收获机械的现状跟国外一些先进技术相比还有相当大的差距，我国的科研人员在机器的制造质量和可靠性、发展模式及如何使农艺和农机相结合等科研课题上，应该有很大的发展空间。1.3液压系统的发展随着液压技术的深入普及和应用领域的日益扩大，对液压缸的工

22、作性能、结构、使用范围、制造精度、外观、材料、试验方法都不断提出新的要求。在新的形势下，液压缸的发展趋势为：（1） 高压化、小型化高压化是减小液压缸径向尺寸和减轻重量，并缩小整套液压装置体积尺寸的有效途径，目前超高压泵的输出压力已经高达250MPa以上，一台工作压力为100MPa的15t轻型压力机，可以制造成手电筒一般大小。（2） 新材质、轻型化不久前，日本采用新组份的铝合金，从液态开始进行新的热处理工艺，结果最终成型铝合金材料的抗拉强度等机械性能可达到45号优质碳素钢的水平。这将使现用的液压缸的重量减轻三分之二以上。此外，国外在航空航天工业中已采用高弹性纤维复合树脂塑料制作液压缸筒和活塞杆。

23、据资料记载：该材料的比重仅为铝的1/2左右，强度为碳素钢的2倍。随着新型材料的社会需求总量的扩大以及成形、加工方法的不断更新，价格下降后，将会在其他机械结构中推广应用。（3） 新型机构复杂化随着社会分工的进一步细化以及液压缸在社会生产活动的普及应用。为了适应液压缸应用范围的扩大，各种新颖结构的液压缸不断出现。（4） 高性能、多品种化高速、低速性能以及密封件的寿命是评价液压缸的重要指标。国外，超高速性能的液压杆在高速达2000mm/s的工况下能均匀运动，且换向平稳。低速液压缸能在8mm/s至零的最易发生液压振荡的速度区间，要不存在爬行，别劲等现象，液压缸的工作温度扩大到-60至+200。因此，对

24、新型密封件，密封件的材料与摩擦体间的匹配性，以及液压缸的加工工艺均提出了相应的要求（5） 节能化与耐腐蚀高水基工质和水质液压缸，以及用于深海开发的耐蚀海水用传动液压缸也在不断的完善、发展，在我国也已进入适用和试制阶段1.4 课题设计思路1） 参考所有与玉米收获机产品相关数据，了解整个玉米收获机的液压系统的组成。 2）玉米收获机液压原理图的确认。3）玉米收获机机液压系统的设计。4）玉米收获机卸粮油缸的设计。1.5课题设计结构本文以玉米收获机项目作为应用背景，对其机械结构进行了研究。全文共分为五章，各章的主要内容如下：第一章前言部分，主要介绍玉米收获机的研究现状和课题研究的目的及意义；第二章对整个

25、玉米收获机的液压原理图进行确认。第三章完成整个玉米收获机液压系统进行设计计算；第四章对玉米收获机卸粮油缸进行设计计算；第五章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。第二章 春雨4YZ-4玉米收获机液压系统原理图的设计2.1 对玉米收获机液压系统各主要回路的分析玉米收获机液压系统一般割台升降、切碎器升降、卸粮机构、无极变速机构、转向系统五个主回路组成。春雨4YZ-4的结构简图如图2-1所示：。图2-1 春雨4YZ-4结构简图1上层割台总成 2切割器总成 3.下层割台总成 4茎杆输送箱总成 5切碎机总成6.驾驶室总成 7驱动桥总成 8仪表总成 9操纵总成 10电平、电器总成11输

26、送器总成 12传动总成 13大输送总成 14振动筛总成 15剥皮机齿轮箱总成 16苞叶输送器总成 17 剥皮机总成 18动力总成 19粮箱总成 20转向桥总成 21机架总成 22液压系统总成2.1.1卸粮回路绝大部分玉米收获机为了满足料仓的装、卸工作要求，粮仓满后需要经常需要卸粮。卸粮回路则是实现改变卸粮机构的液压工作回路，用来提高玉米收获机的生产率。卸粮回路主要由液压泵、换向阀、液压锁和卸粮液压缸组成如图2-2。图2-1 卸粮回路2.1.2 行走无级变速回路玉米收获机具有行走功能。通过行走无级变速回路可以调节收获机行走的速度。在设计此回路时应保证行走无级变速缸以一定的速度伸缩，所以设置了调速

27、阀来控制其速度。此外，为了保证整个回路的压力在允许值范围内，可以添设溢流阀。由以上条件可知无级变速回路主要由液压泵、换向阀、液压缸、溢流阀和调速阀等组成组成。初步确定其油路图如图2-3图2-3 行走无级变速回路2.1.3切碎器回路玉米收获机设置切碎器机构，然而在不工作时，需要切碎器抬起。由以上要求可知，支腿回路由液压泵、液压缸、换向阀、溢流阀、液压锁等组成。 同时可以初步确定其油路如图2-4。图2-4 切碎器回路2.1.4割台回路玉米收获机设置割台升降机构，然而在不工作时，需要割台抬起。由以上要求可知，支腿回路由液压泵、液压缸、换向阀、溢流阀、液压锁等组成。 同时可以初步确定其油路如图2-5。

28、图2-5 割台回路2.2玉米收获机液压系统的工作原理总成系统液压原理图如图2-6所示：图2-6 春雨4YZ-4玉米收获机液压原理图0-油箱; 1-主泵; 2-滤油器; 3-阻尼器; 4-压力表; 5-双向液压锁; 6-卸粮液压缸; 7-切碎器升降液压缸; 8-割台升降液压缸; 9-行走无级调速液压缸;10-调速阀;（10-1）、（10-2）、（10-3）、（10-4）卸粮、切碎器升降、切台升降、无极调速手动换向阀； （10-5）-溢流阀 2.2.1卸粮机构回路绝大部分玉米收获机为了满足料仓的装、卸工作要求，粮仓满后需要经常需要卸粮。卸粮时，卸粮液压缸伸出。，如图2-6在油路中设置手动换向阀（1

29、0-1）控制，当手动换向阀（10-1）工作在左位或右位时，分别驱动卸粮液压缸伸出或缩回。为确保卸粮机构能停放在任意位置并能可靠地锁住，在卸粮液压缸的控制回路中设置了双向液压锁6。当三位四通手动换向阀（10-1）工作在右位时，卸粮机构放下，其油路为：进油路：液压泵1过滤器2手动换向阀（10-1）右位卸粮液压缸上腔。回油路：卸粮液压缸下腔液控单向阀手动换向阀（10-1）右位油箱。当三位四通手动换向阀（10-1）工作在左位时，卸粮机构抬起，其油路为：进油路：液压泵1过滤器2手动换向阀（10-1）左位卸粮液压缸下腔。回油路：卸粮液压缸上腔液控单向阀手动换向阀（10-1）左位油箱。2.2.2切割器升降回

30、路玉米收获机设置切碎器机构，然而在不工作时，需要切碎器抬起。如图2-6在油路中设置了三位四通手动换向阀（10-2）控制，在其工作过程中，通过改变手动换向阀（10-2）工作位，即可调节切割器升降。为确保切割器升降机构能停放在任意位置并能可靠地锁住，在切割器升降液压缸的控制回路中设置了双向液压锁6当三位四通手动换向阀（10-2）工作在右位时，切碎器机构放下，其油路为：进油路：液压泵1过滤器2手动换向阀（10-2）右位切碎器液压缸上腔。回油路：切割器液压缸下腔液控单向阀手动换向阀（10-2）右位油箱。当三位四通手动换向阀（10-2）工作在左位时，切碎器机构抬起，其油路为：进油路：液压泵1过滤器2手动

31、换向阀（10-2）左位切割器液压缸下腔。回油路：切割器液压缸上腔液控单向阀手动换向阀（10-2）左位油箱2.2.3割台升降回路玉米收获机设置割台机构，然而在不工作时，需要割台抬起。如图2-6在油路中设置了三位四通手动换向阀（10-3）控制，在其工作过程中，通过改变手动换向阀（10-3）工作位，即可调节割台升降。为确保割台升降机构能停放在任意位置并能可靠地锁住，在割台升降液压缸的控制回路中设置了双向液压锁6当三位四通手动换向阀（10-3）工作在右位时，割台机构放下，其油路为：进油路：液压泵1过滤器2手动换向阀（10-3）右位割台液压缸上腔。回油路：割台液压缸下腔液控单向阀手动换向阀（10-3）右

32、位油箱。当三位四通手动换向阀（10-3）工作在左位时，割台机构抬起，其油路为：进油路：液压泵1过滤器2手动换向阀（10-3）左位割台液压缸下腔。回油路：割台液压缸上腔液控单向阀手动换向阀（10-3）左位油箱2.2.4无级变速回路玉米收获机具有行走功能。通过行走无级变速回路可以调节收获机行走的速度。如图2-6无级变速液压缸由三位四通手手动换向阀（10-4）控制，速度由双向调速富10调节。其油路为：进油路：液压泵1过滤器2手动换向阀（10-4）左(右)位双向调速阀10无级变速液压缸。回油路：无级变速液压缸双向调速阀10手手动换向阀（10-4）左(右)位油箱。第三章 春雨4YZ-4玉米收获机液压系统

33、设计计算3.1 春雨4YZ-4玉米收获机主要性能参数型号规格：春雨4YZ-4，结构型式：自走式，工作行数：4行，结构质量：8000kg，理论作业速度：3-6km/h, 外形尺寸：850030503450，工作幅宽：1100mm，适用行距范围：600-750mm，最大卸果穗高度：2200mm，最小离地间隙：260mm，最小通过半径：左转6420mm 右转6380mm，作业小时生产率：0.13-0.35hm/h，配套动力：150马力，粮箱容积：5m。3.2 卸粮液压缸的设计计算3.2.1 系统压力和卸粮油缸推力的确认如下表3-1所示，我们初选系统压力为10MPA。由设计参数可得，粮箱容积为5m，估

34、算粮箱和粮食总质量为7T。表3-1各种机械常用的系统工作压力机械类型机床 农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/0.823528810101820303.2.2 卸粮液压缸缸径的确认油缸实际推力公式：F= Fw + +Fa (3-1) 式中Fw-工作负载 Fa-运动部件速度变化时的惯性负载; -导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力。启动后为动摩擦阻力摩擦负载计算公式： = f( G + FRn ) (3-2) 式中G-重力，工作台和弯曲的总量假定为900KG -垂直于导轨的工作负载，本系统中为零; f-摩擦系数，静摩擦系数

35、取0.02,动摩擦系数为0.01。 得出摩擦负载几乎忽略不计惯性负载计算公式： (3-3) 式中 重力加速度 加速或减速时间，一般t取0.1s0.5s 时间内的速度变化量。 求的： = = =285.7N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载求的 F= Fw + +Fa70285N3.2.3 油缸效率分析 油缸的效率由以下三种效率组成： A.机械效率，由各运动件摩擦损失所造成，在额定压力下，通常可取=0.9 B.容器效率，由各密封件泄露所造成，通常容积效率为： 装弹性体密封圈时 1 装活塞环时 0.98 C.作用力效率，由出油口背压所产生的反作用力而造成。 一般取=0.9 所以 =0.9

36、 =1 =0.9 总效率为。3.2.4 系统背压的选择系统被压如表3-2所示表3-2 执行元件背压力系统类型背压力 P/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短，且直接回油箱可忽略不计 按表3-1可取p2 为0.5MPa3.2.5液压缸缸径的确认 (3-4) =93.3m 按设计手册取d/D 为0.7 ， 故 得d65mm 表3-3 液压缸内径尺寸系列（GB2348-80） 810121620253240506380(90)100(110)125(140

37、)160(180)200(220)250 表3-4 活塞杆直径系列（GB2348-80）456810121416182022252832364045505663708090100110125140根据表3-2和表3-3将这些直径圆整成进标准值时得：油缸有：D=100mm 和活塞d=70mm由此求得液压缸面积的实际有效面积为：A1=0.00785m A2=0.0040m3.2.6导向长度的确认当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点距离为H，称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证有一定的最小导向长度。图3-2液压缸最

38、小导向长度对一般的液压缸，最小导向长度应满足： 式中：液压缸的最大行程(mm) 设计要求=400mm 液压缸内径(mm)取H=70mm3.2.7活塞宽度的确定活塞的宽度一般取=（0.6-1.0）即=（0.6-1.0）100=（60-100）mm取=35mm 3.2.8 缸体长度的确定液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程L与活塞宽度B的和。缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径的20-30倍。即：缸体内部长度250+35=285mm 3.2.9 缸筒壁厚的计算在中、低压系统中，液压缸的壁厚基本上由结构和工艺上的要求确定，壁厚通常都能满足强度要求，一般不需要计算

39、但是，当液压缸的工作压力较高和缸筒内径较大时，必须进行强度校核。当时，称为薄壁缸筒，按材料力学薄壁圆筒公式计算，计算公式为 （3-5） 式中，缸筒内最高压力； 缸筒材料的许用压力。=, 为材料的抗拉强度，n为安全系数，当时，一般取。当时,按式（3-6）计算 (该设计采用无缝钢管) （3-6）根据缸径查手册预取=30此时最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据给定参数，所以： =101.5=15MP=100110（无缝钢管），取=100，其壁厚按公式（3-6）计算为 满足要求，就取壁厚为10mm。3.2.10 缸体外径尺寸的计算缸体外径查机械手册表：外径取340mm 3.2.11 活塞杆强度

40、和液压缸稳定性计算1、活塞杆强度计算活塞杆的直径按下式进行校核 (3-7) 式中，为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力，=,n一般取1.40。满足要求2、液压缸稳定性计算活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。若活塞杆的长径比且杆件承受压负载时，则必须进行液压缸稳定性校核。活塞杆稳定性的校核依下式进行 (3-8)式中，为安全系数，一般取=24。 a.当活塞杆的细长比时 (3-9) b.当活塞杆的细长比时 (3-10)式中，为安装长度，其值

41、与安装方式有关；为活塞杆横截面最小回转半径，；为柔性系数，其值见表3-4； 为由液压缸支撑方式决定的末端系数；为活塞杆材料的弹性模量，对钢取；为活塞杆横截面惯性矩；为活塞杆横截面积；为由材料强度决定的实验值，为系数，具体数值见表3-5。表3-5 液压缸支承方式和末端系数的值支承方式支承说明末端系数一端自由一端固定1/4两端铰接1一端铰接一端固定2两端固定4表3-5 、的值材料铸铁5.61/160080锻铁2.51/9000110钢4.91/500085c.当时,缸已经足够稳定，不需要进行校核。此设计安装方式两端固定的方式，此缸已经足够稳定，不需要进行稳定性校核。3.2.12 缸筒壁厚的验算液压

42、缸的额定压力值应低于一定的极限值，保证工作安全： （3-10）根据式（3-10）得到：显然，额定油压=10MP，满足条件； 3.2.13活塞设计1、活塞结构的设计活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，所以在此选用整体式活塞，形式如下图：图3-2 整体式活塞此整体式活塞中，密封环和导向套是分槽安装的。2、活塞的材料选用高强度球墨铸铁QT600-33、加工公差活塞的配合因为使用了组合形式的密封器件，所以要求不高，这里不加叙述。活塞外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，断面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度不大于外径公差之半。 3.2.14 密封件

43、的选用1、对密封件的要求在液压元件中，液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊液压缸，如摆动液压缸等。液压缸不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度的适应范围大，要求弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装拆，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。密封件一般以断面形状分类，有O形、Y形、U形、V形和Yx形等。除O形外，其他都属于唇形密封件。2、O形密封圈的选用液压缸的静密封部位主要有活塞内孔与活塞杆、支撑座外圆与缸筒内孔、端盖与缸体端面等处。静密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。3、动密封部位密封圈的

44、选用由于O型密封圈用于往复运动存在起动阻力大的缺点，所以用于往复运动的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金属密封圈。液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支撑座（或导向套）的密封等。活塞环是具有弹性的金属密封圈，摩擦阻力小，耐高温，使用寿命长，但密封性能差，内泄漏量大，而且工艺复杂，造价高。对内泄漏量要求不严而要求耐高温的液压缸，使用这种密封圈较合适。V形圈的密封效果一般，密封压力通过压圈可以调节，但摩擦阻力大，温升严重。因其是成组使用，模具多，也不经济。对于运动速度不高、出力大的大直径液压缸，用这种密封圈较好。U形圈虽是唇形密封圈，但安装时需用支撑环压住，否则就容易卷唇，而且只能在工作压力低于10MPa时使用，对压力高的液压缸不适用。比较而言，能保证密封效果，摩擦阻力小，安装方便，制造简单经济的密封圈就属Yx型密封圈了。它属于不等高双唇