1、第一部分 总体计算1、 压力油液作用在单位面积上的压强 PaAFP式中：F作用在活塞上的载荷，NA活塞的有效工作面积， 2m从上式可知，压力值的建立是载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作面积上，载荷越大，克服载荷所需要的压力就越大。换句话说，如果活塞的有效工作面积一定，油液压力越大，活塞产生的作用力就越大。额定压力（公称压力） PN,是指液压缸能用以长期工作的压力。最高允许压力 ，也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。通Pmax常规定为： MPa。5.1ax耐压实验压力 ，是检验液压缸质量时需承受的实验压力，即在此压力下不出现变形、r裂缝或破裂。通常规定为： MPa。Nr5
2、.1液压缸压力等级见表 1。表 1 液压缸压力等级 单位 MPa压力范围 02.5 2.58 816 1632 32级 别 低 压 中 压 中高压 高压 超高压2、 流量单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积：L/mintVQ由于 L 则 L/min310A32104DAQ对于单活塞杆液压缸：当活塞杆伸出时 32104当活塞杆缩回时 32)(dDQ式中：V液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，L；t液压缸活塞一次行程所需的时间，min；D液压缸缸径，m；d活塞杆直径，m；活塞运动速度，m/min。3、速比液压缸活塞往复运动时的速度之比：212dDv式中：活塞杆的伸出速度，m/min；1v活塞杆的
3、缩回速度，m/min；2D液压缸缸径，m；d活塞杆直径，m。计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。4、液压缸的理论推力和拉力活塞杆伸出时的理推力： N62611040pDpAF活塞杆缩回时的理论拉力： N62)(d式中：活塞无杆腔有效面积， ；1A2m活塞有杆腔有效面积， ；2P工作压力，MPa；D液压缸缸径，m；d活塞杆直径，m。5、液压缸的最大允许行程活塞行程 S，在初步确定时，主要是按实际工作需要的长度来考虑的，但这一工作行程并不一定是油缸的稳定性所允许的行程。为了计算行程，应首先计算出活塞的最大允许
4、计算长度。因为活塞杆一般为细长杆，由欧拉公式推导出：mmkkFEIL2式中：活塞杆弯曲失临界压缩力，N；kFE材料的弹性模量。钢材的 E=2.1X10 MPa；5I活塞杆横截面惯性矩，mm ；圆截面 。4 4409.6dI将上式简化后 mm kkFdL230由于旋挖钻机液压缸基本上是一端耳环、一端缸底安装，所以油缸的最大计算长度（安全系数取 3）PDdLk24.08式中：P油缸的工作压力；油缸安装形式如图 1。图 1 液压缸安装形式L= PDdLk24.08行程 )(1lS6、液压缸主要参数A.液压缸产品启动压力起动时，记录下的油缸起动压力为最低起动压力.判断基准起动：压力0.6MPa。B.内
5、泄漏输入额定压力 1.31.5 倍的压力,保压 5 分钟,测定经活塞泄至未加压腔的泄漏量。C.外泄漏全程往复运行多次,观察焊接各处及活塞杆密封处及各结合面处的漏油、挂油、带油。D. 耐压输入额定压力 1.31.5 倍的压力,保压 5 分钟. 所有零件均无松动、异常磨损、破坏或永久变形异常现金蝉脱壳的外渗漏现象。E.缓冲调整溢流阀使其试验压力为公称压力的 50%，使液压缸作全行程动作，同时，观看缓冲效果和缓冲长度。第二部分 缸筒计算1、缸筒结构缸筒结构见表 2。表 2 缸筒结构缸头法兰连接 缸头内螺纹连接优点：结构简单，易加工，易拆装。 优点：重量轻，外径较小缺点：重量比螺纹连接的大 缺点：装卸
6、时要用专用的工具，拧端部时，有可能把 O 形圈拧扭曲。缸筒跟缸底采用焊接连接2、缸筒材料缸筒材料要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接缸筒还要求有良好的焊接性能，缸筒主要材料有，45、27SiMn。缸筒毛坯采用退火的冷拔或热扎无缝钢管。缸筒材料无缝钢管的机械性能见表 3。表 3 缸筒材料无缝钢管的机械性能材料 MPab/MPas/%/45 610 360 1427SiMn 1000 850 123、缸筒计算缸筒要有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不致产生永久变形；有足够的刚度，能承受侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲；内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨
7、损少。A、 缸筒内径当油缸的作用力 F( 推力、 拉力)及工作压力 p 压力为已知时，1F2则无杆腔的缸筒内径 D 为m3104p有杆腔的缸筒内径 D 为m262104dpF最后将以上各式所求得的 D 值，选择其中最大者，圆整到标准值。B、 缸筒壁厚 0在不考虑缸筒外径公差余量和腐蚀余量的情况下，缸筒壁厚可按下式计算max03.2p式中：缸筒内最高工作压力，MPa；maxp缸筒材料的许用应力，MPa；最后将以上式所求得的 值，圆整到标准值。0对最终采用的缸筒壁厚应作三方面的验算额定工作压力 应低于一定的极限值，以保证工作安全：npMPa21)(35.0Ds式中：缸筒外径；1D额定工作压力也应与
8、完全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生：rLnpp）42.035.(DsrL1lg3.2式中：缸筒完全发生塑性变形的压力，MPa；rLp最后还需对缸筒径向变形量 进行验算，如果径向变形量 超过密封件允许范围，D液压缸就会发生内泄。mvDEPr21式中：缸筒材料泊松比， =0.3；vvC、缸筒螺纹缸筒与缸头部分采用螺纹，压桩机液压缸一般采用内螺纹连接，螺纹处的强度计算：螺纹处的拉应力MPa6210)(4dDKF螺纹处的剪应力MPa6310)(2.d合成应力 02nb、合式中：F缸筒端部承受的最大推力，N；D缸筒外径，m；螺纹大径，m；1dK螺纹连接的拧紧系数，不变载荷取 1.25
9、1.5，变载荷取 2.54；螺纹连接的摩擦因数，一般 0.070.2，平均取 0.12；1材料的抗拉强度，MPa；b安全系数，取 35。0nD、 缸筒技术要求缸筒技术要求如下：a) 缸筒内孔一般采用 H8 级公差，表面粗糙度一般在 左右；m2.0b) 缸筒内径的锥度、圆柱度不大于内径公差的三分之一；c) 缸筒直线度公差在 1000mm 长度上不大于 0.1mm；d) 缸筒端面对内径的垂直度在直径 100mm 上不大于 0.04mm。为便于装配和不损坏密封件，缸筒内孔口应倒 20角，宽度根据内径大小来选取。通往油口的内孔口必须倒角或开避让槽，过度处需抛光，以免划伤密封件。缸筒上有焊接件时，都必须
10、在半精加工前进行，以免精加工后焊接引起内孔变形。总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸头、缸底、油口等零件构成密封容腔，用以容纳压力油液，同时它还是活塞的运动“轨道”。设计液压缸缸筒时，应该正确确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力，运动速度和有效行程，同时还必须有一定的强度，能足够以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。第三部分 活塞杆计算1、 活塞杆结构活塞杆一般采用实心杆，跟杆头耳环采用焊接或螺纹连接的形式。2、 活塞杆材料一般用中碳钢，调质处理。在旋挖钻机液压缸中大多数采用 45 钢,在
11、受力特别大的情况也可采用高强度合金钢。活塞杆材料的机械性能见表 4。表 4 活塞杆材料的机械性能材料 MPab/Pas/%/热处理45 600 340 13 调质40Cr 900 700 9 调质42CrMo 1000 900 12 调质3、活塞杆的计算A、慨述活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和震动冲击等多种力，必须有足够的强度和刚度。B、活塞杆杆径计算旋挖钻机液压缸一般都是差动缸，其活塞杆直径 d 可根据往复运动速比来确定：m1Dd式中：D液压缸缸径，m；液压缸活塞往复运动时的速度之比；计算出活塞杆直径后，应将尺寸圆整到标准值并校核其稳定性。C、活塞杆的强度计算压桩机
12、液压缸工作时，活塞杆承受的弯曲力矩很大，则按下式计算活塞杆的应力。pWMAF610式中：F活塞杆的作用力，N；A活塞杆横断面积， ；2mM活塞杆承受的弯曲力矩， ；NW活塞杆断面模数， 。3活塞杆与活塞一般都靠螺纹连接，所以都设有螺纹、退刀槽等结构。这些部位往往是活塞上的危险截面，也要进行计算。当活塞各参数确定好后，可以对活塞杆进行三维建模，利用有限元分析软件对活塞杆进行应力分析。D、 活塞杆技术要求活塞杆技术要求如下：a) 活塞杆在导向套中滑动，一般采用 H8/f7 配合。太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损；b) 其圆度和圆柱度不大于直径公差的三分之一，.外圆直线度公差在 1000mm 长度上不大于 0.02mm；c) 安装活塞的轴劲与外圆的同轴度公差不大于 0.02mm,轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，以保证活塞安装后不产生歪斜；d) 活塞杆外圆粗糙度一般在 左右，太光滑了，表面形成不了油膜，反而不利m2.0于润滑；e) 活塞杆表面需进行镀铬处理，镀层后（0.040.05 ）mm, 镀铬前活塞杆表面需要高频淬火处理；f) 活塞杆端的螺纹和缓冲柱塞也要保证与轴线的同轴度。便于装配和不损坏密封件，活塞杆安装缸头的一端倒 20角，宽度根据内径大小来选取，过度处需抛光，以免划伤密封件。台阶尖角处需到圆。
