-目錄-PAGE8-司生產(chǎn)偏置式抽油機(jī)，偏置式抽油機(jī)又稱異向曲柄抽油機(jī)，或稱后置式抽油機(jī)，或稱托馬斯特(TM)抽油機(jī)，簡(jiǎn)稱TM抽油機(jī)。這種抽油機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，深受用戶歡迎。該機(jī)特點(diǎn)在于連桿與游梁之間夾角始終為90度，曲柄轉(zhuǎn)角上沖程為192度，下沖程為168度，慣性負(fù)荷小，峰值扭矩小，比同級(jí)常規(guī)抽油機(jī)小60%，該機(jī)游梁支架與減速器底座直接連接，改善了整體受力。加拿大主要生產(chǎn)抽油機(jī)的廠商是雷姆斯有限公司，該公司主要生產(chǎn)常規(guī)式、前置式、偏置式游梁抽油機(jī)。前蘇聯(lián)游梁式抽油機(jī)共有9個(gè)系列22種型號(hào)，平衡方式全部采用復(fù)合平衡或曲柄平衡，重型采用氣動(dòng)平衡。為縮小尺寸，近年來(lái)將曲柄半徑與驢頭擺動(dòng)半徑比從0.4增大到0.6。我國(guó)的抽油機(jī)制造業(yè)已有40多年的歷史，經(jīng)過(guò)了進(jìn)口修配，仿制試制，設(shè)計(jì)研制三個(gè)階段。1980年開(kāi)始自行設(shè)計(jì)，研究制造國(guó)產(chǎn)抽油機(jī)，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，不僅自給自足，而且還部分出口。蘭石廠是我國(guó)生產(chǎn)抽油機(jī)的主要廠家，按國(guó)內(nèi)技術(shù)生產(chǎn)的常規(guī)游梁式抽油機(jī)共11種規(guī)格，蘭石廠和寶石廠是我國(guó)生產(chǎn)前置式抽油機(jī)批量最大的廠家，目前已生產(chǎn)該機(jī)500萬(wàn)余臺(tái)。1986年蘭石所研制成功CYJS-2.5-26HB前置式氣動(dòng)平衡抽油機(jī)，它是我國(guó)第一臺(tái)前置式氣平衡抽油機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)比同級(jí)常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能28.15%。泵效提高10%～20%。同年與四川鉆采設(shè)備廠共同研究成功CYJY3-1.4-7HB型偏置式抽油機(jī)，它是我國(guó)第一臺(tái)偏置式抽油機(jī)，目前共有6種規(guī)格。然后又研制成功了CYJY12-46-73HB型、CYJY12-42-73HB型和CYJY10-3-53HB型偏置式抽油機(jī)。試驗(yàn)表明:這種抽油機(jī)比同級(jí)常規(guī)型抽油節(jié)能11%～19.4%，生產(chǎn)能力提高27%。江漢石油學(xué)院和第四石油機(jī)械廠經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將常規(guī)抽油機(jī)改造成偏置式抽油機(jī)，該機(jī)縮短了曲柄半徑和游梁后臂，使極位夾角大于0度，并將對(duì)稱曲柄改成后置曲柄，同時(shí)改變抽油機(jī)減速器的旋轉(zhuǎn)方向，試驗(yàn)結(jié)果表明，這種抽油機(jī)比改造前節(jié)能10%～17%，產(chǎn)液能力提高6%。1.3課題研究目的現(xiàn)如今，油田行業(yè)發(fā)展越來(lái)越壯大，用于建設(shè)的資金投入越來(lái)越多，相應(yīng)的游梁式抽油機(jī)是必備機(jī)器之一，越來(lái)越受到關(guān)注，需求不斷增加，市場(chǎng)的不斷需要，相應(yīng)的設(shè)計(jì)研發(fā)也不斷的投入，那么設(shè)計(jì)一種能適應(yīng)多種參數(shù)需求的游梁式抽油機(jī)顯得越來(lái)越緊迫。本文設(shè)計(jì)的就是這種通用性強(qiáng)、抽油力大、液壓驅(qū)動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)的液壓驅(qū)動(dòng)式游梁式抽油機(jī)。本文設(shè)計(jì)主要對(duì)游梁式抽油機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)及其液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使整個(gè)機(jī)構(gòu)能滿足各種工況條件下的抽油工作，同時(shí)液壓更加方便現(xiàn)實(shí)功能，整個(gè)系統(tǒng)更加穩(wěn)定平順，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，智能化，大大提高作業(yè)質(zhì)量和工作效率，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度。這種結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)：（1）適用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)，能很好地滿足折彎工藝要求，相應(yīng)的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，裝配周期短。（2）作業(yè)功能全，設(shè)置電磁閥控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，液壓驅(qū)動(dòng)，方便快捷，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)作業(yè)穩(wěn)定。（3）整個(gè)系統(tǒng)配置靈活，外觀整齊，維護(hù)保養(yǎng)容易。（4）標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和集成化程度高。（5）智能化水平高，系統(tǒng)采用PLC控制，電液比例技術(shù)，數(shù)字傳感器反饋，高效、方便、精準(zhǔn)。1.4課題研究?jī)?nèi)容本課題針對(duì)游梁式抽油機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)等進(jìn)行研究，首先進(jìn)行工況的分析，工作范圍的確定，工藝流程中各種功能的比對(duì)，進(jìn)行常規(guī)使用情況下的數(shù)據(jù)選用，首先根據(jù)常規(guī)產(chǎn)品的參數(shù)，設(shè)定本文設(shè)計(jì)的需要達(dá)到的一些參數(shù)，根據(jù)參數(shù)計(jì)算出受力情況，確定液壓缸的基本參數(shù)，同時(shí)對(duì)于液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算選型，計(jì)算出驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率，液壓泵的參數(shù)等，同時(shí)對(duì)關(guān)鍵的零部件進(jìn)行校核。完成一整套游梁式抽油機(jī)的整體設(shè)計(jì)以及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容如下：（1）根據(jù)任務(wù)書，搜集本課題的研究?jī)?nèi)容的背景、發(fā)展現(xiàn)狀以及研究的主要目的和內(nèi)容；（2）進(jìn)行游梁式抽油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（3）游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與校核。（4）游梁式抽油機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)原理圖，對(duì)原理圖進(jìn)行詳細(xì)分析，油缸的參數(shù)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓泵站元件的選型計(jì)算等；（5）繪制液壓系統(tǒng)原理圖、裝配圖、零件圖等；（6）對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的總結(jié)；（7）整理設(shè)計(jì)資料，完善并提交設(shè)計(jì)成果，準(zhǔn)備答辯；2機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算與分析2.1基本參數(shù)抽油載荷：50KN沖程：3670mm游梁后壁長(zhǎng)度：3000mm最大擺角：30°2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析圖2-1油梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖油梁式抽油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)如上圖2-1所示。具體由底座組件、箱座組件、液壓泵站、銷軸、抽油油缸、橫梁組件、支架組件、軸承座組件、驢頭組件、吊繩組件、懸繩器和光桿瓦軸等部分組成。整個(gè)機(jī)構(gòu)由液壓驅(qū)動(dòng)，液壓油液經(jīng)過(guò)液壓組件的控制閥組控制，經(jīng)過(guò)管路供給抽油油缸，抽油油缸上下運(yùn)動(dòng)控制橫梁組件圍繞支架組件旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上下擺動(dòng)，控制驢頭組件上下擺動(dòng)，繩索組件安裝在驢頭組件上，進(jìn)而被控制上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了往復(fù)抽油的動(dòng)作，其中設(shè)置液壓泵站置于底座組件的左側(cè)，中間設(shè)置支架組件，用于支撐橫梁組件。2.3組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1驢頭組件圖2-2驢頭組件結(jié)構(gòu)示意圖驢頭的作用是將游梁的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)化為吊繩的上下直線運(yùn)動(dòng)。從機(jī)構(gòu)學(xué)來(lái)講，它是一種繩輪機(jī)構(gòu)。我國(guó)抽油機(jī)驢頭常用的結(jié)構(gòu)型式有上翻式、側(cè)轉(zhuǎn)式及重力式三種，國(guó)外抽油機(jī)的驢頭多采用懸掛式驢頭。這種驢頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是制作比較簡(jiǎn)單，易于安裝，可靠性高，最大的缺點(diǎn)是在修井作業(yè)時(shí)，必須將整個(gè)驢頭卸下，操作工作量大。本次設(shè)計(jì)采用側(cè)轉(zhuǎn)式驢頭結(jié)構(gòu)型式。它是用鋼板組焊而成的一個(gè)箱形結(jié)構(gòu)，其厚度為464mm；側(cè)板使用Q235的鋼板，鋼板的厚度為12m。2.3.2游梁組件圖2-3游梁組件結(jié)構(gòu)示意圖游梁是一種扛桿，它是抽油機(jī)的主要承載構(gòu)件，也是抽油機(jī)最大應(yīng)力出現(xiàn)的構(gòu)件，對(duì)游梁的設(shè)計(jì)主要考慮其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)在常規(guī)抽油機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，游梁的結(jié)構(gòu)只有兩種，一種是箱形結(jié)構(gòu)（用于重型抽油機(jī)），另一種H型結(jié)構(gòu)（用于中型或輕型抽油機(jī)），對(duì)于重型抽油機(jī)，其游梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖（a）所示，對(duì)于輕型或中型抽油機(jī)，其游梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖（2-3）所示，本次設(shè)計(jì)采用箱形結(jié)構(gòu)。游梁的高度為。翼板、側(cè)板使用Q235的鋼板.鋼板厚度分別為和.各游梁一般焊有加強(qiáng)板和吊耳等附件。2.3.3油缸組件圖2-4抽油油缸組件結(jié)構(gòu)示意圖油缸組成：缸筒焊合、左端蓋、導(dǎo)向套、活塞、活塞桿、墊片、螺母、耳環(huán)、關(guān)節(jié)軸承、密封件、保持架、螺釘。當(dāng)壓力油由右面油口進(jìn)入時(shí)，油液經(jīng)過(guò)環(huán)形節(jié)流孔進(jìn)入到油缸缸桿的右端面，進(jìn)而作用在缸桿右端面和活塞右端面，當(dāng)壓力油持續(xù)升高時(shí)，油液推動(dòng)缸桿伸出，從而實(shí)現(xiàn)油缸伸出動(dòng)作；當(dāng)壓力油由左面的油口進(jìn)入時(shí)，油液經(jīng)過(guò)流道進(jìn)入到活塞左端面，當(dāng)油液壓力持續(xù)升高時(shí)，油液推動(dòng)缸桿收縮，從而實(shí)現(xiàn)油缸縮回動(dòng)作。當(dāng)油缸縮回的時(shí)候往往會(huì)產(chǎn)生劇烈撞擊，不穩(wěn)定，所以在油缸的右端設(shè)置一個(gè)環(huán)形節(jié)流孔通油，這樣會(huì)形成節(jié)流效果，從而起到緩沖作用，使油缸在工作中更加平穩(wěn)有效。2.3.4橫梁組件圖2-5橫梁組件結(jié)構(gòu)示意圖橫梁及連桿可分為兩種結(jié)構(gòu)：一種是將橫梁和連桿制造在一起，其特點(diǎn)是連接件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用在小型抽油機(jī)中，它由改變后臂長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)沖程長(zhǎng)度。另一種結(jié)構(gòu)是單獨(dú)橫梁，用于一般大型抽油機(jī)中，它由改變曲柄和連桿的連接點(diǎn)位置來(lái)調(diào)節(jié)沖程長(zhǎng)度。橫梁是連桿和游梁連接的中間部件。動(dòng)力經(jīng)過(guò)橫梁才能帶動(dòng)游梁作搖擺運(yùn)動(dòng)，橫梁的形式有三種：直形橫梁、船形橫梁和翼形橫梁。其中船形橫梁的橫梁和連桿連接點(diǎn)與橫梁和游梁連接點(diǎn)在同一水平線上，增加了連桿和橫梁的剛性，并改善了連接銷軸的工作條件。翼形橫梁連桿彎曲與橫梁成為一體，直接與游梁連接，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接零件少，多用在輕型游梁式抽油機(jī)上。2.4受力分析圖2-6受力分析示意圖進(jìn)行受力分析，可知對(duì)于O點(diǎn)轉(zhuǎn)矩為0，即：經(jīng)分析可知，抽油機(jī)驢頭到達(dá)最低點(diǎn)開(kāi)始抽油時(shí)，油缸驅(qū)動(dòng)力F1最大，此時(shí)經(jīng)過(guò)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在最低點(diǎn)時(shí)，即為游梁與水平線夾角為30°時(shí)，此時(shí)油缸受力最大，受力情況如上圖2-6所示。本文經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可知F1為油缸受力，F(xiàn)2為抽油載荷50KN，L1為3000mm，L2為3590mm，α為30°，所以：求得：F1=59833N≈59.8KN3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析3.1基本參數(shù)設(shè)定系統(tǒng)額定壓力：10MPa系統(tǒng)額定流量:60L/min系統(tǒng)最大流量：80L/min抽油載荷：50KN3.2液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)圖3-1油梁抽油機(jī)機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖油箱2-吸油過(guò)濾器3-泵4-電機(jī)5-精過(guò)濾器6-單向閥7-先導(dǎo)式電磁溢流閥8-截止閥9-壓力表10-蓄能器11-電磁換向閥12-雙向液壓鎖13-雙向節(jié)流閥14-安全閥15-抽油油缸16-冷卻器17-回油過(guò)濾器18-液位計(jì)19-空氣濾清器3.3液壓系統(tǒng)原理圖的分析整個(gè)游梁抽油機(jī)液壓系統(tǒng)由一個(gè)變量泵提供動(dòng)力油源，由1個(gè)主系統(tǒng)構(gòu)成，2升降油缸作為執(zhí)行元件執(zhí)行動(dòng)作。啟動(dòng)電機(jī)4，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與變量泵3連接，然后帶動(dòng)泵工作，變量泵3以一定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)后，從油箱1中吸油，油液經(jīng)過(guò)吸油過(guò)濾器2進(jìn)入到變量泵3中再以一定排量的油液進(jìn)入到主系統(tǒng)回路中去，油液首先來(lái)到三位四通電磁換向閥11的P1口，此時(shí)P1口不通，當(dāng)通過(guò)電信號(hào)控制電磁鐵2YA通電時(shí)，此時(shí)油液經(jīng)過(guò)電磁換向閥11的P1口到達(dá)B1口，然后油液從B1口經(jīng)過(guò)雙向液壓鎖12和雙向節(jié)流閥13進(jìn)入到抽油油缸的無(wú)桿腔，推動(dòng)油缸缸桿伸出，從而控制驢頭繩索下降，為抽油做準(zhǔn)備；當(dāng)通過(guò)電信號(hào)控制電磁鐵3YA通電時(shí)，此時(shí)油液經(jīng)過(guò)電磁換向閥11的P1口到達(dá)A1口，然后油液從A1口經(jīng)過(guò)雙向液壓鎖12和雙向節(jié)流閥13進(jìn)入到抽油油缸的有桿腔，推動(dòng)油缸缸桿縮回，從而控制升驢頭繩索上升，實(shí)現(xiàn)抽油。整個(gè)支路中雙向液壓鎖12是保證油缸到某個(gè)位置需要停止的時(shí)候可以鎖死油路，防止油缸誤動(dòng)導(dǎo)致物體掉落，雙向節(jié)流閥13是調(diào)節(jié)進(jìn)出口流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)油缸的伸出與縮回的速度，控制升起與下降的速度。蓄能器10是在整個(gè)油路壓力較高的時(shí)候吸收壓力，在壓力較低的時(shí)候起到動(dòng)力油源給系統(tǒng)供油的作用，同時(shí)還能吸收油缸動(dòng)作帶來(lái)的沖擊。安全閥14是調(diào)節(jié)支路壓力，當(dāng)壓力超過(guò)安全值的時(shí)候，回溢流泄壓，進(jìn)而保護(hù)整個(gè)支路安全。電磁溢流閥7是設(shè)定系統(tǒng)壓力，當(dāng)壓力超過(guò)一定值的時(shí)候溢流回油箱，保證了系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值，也起到一個(gè)卸荷作用，當(dāng)不需要折彎的時(shí)候，電磁溢流閥控制里面的電磁閥，實(shí)現(xiàn)卸荷，進(jìn)而使得泵出來(lái)的油液直接流回油箱。4液壓元件的計(jì)算與選型4.1參數(shù)確定油缸最大負(fù)載為F=59.8KN,系統(tǒng)工作壓力由設(shè)備類型、載荷大小、結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)水平而定，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來(lái)說(shuō)，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì);反之，壓力選得太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。系統(tǒng)工作壓力高，省材料，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，是液壓的發(fā)展方向，但要注意治漏、噪聲控制和可靠性問(wèn)題的妥善處理。具體選擇參考表4-1，4-2。表4-1按載荷選擇工作壓力載荷/kN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作壓力/MPa＜0.8～11.5～22.5～33～44～5≥5表4-2各類設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類型壓力范圍/MPa壓力等級(jí)說(shuō)明設(shè)備類型壓力范圍/MPa壓力等級(jí)說(shuō)明機(jī)床、壓鑄機(jī)、汽車＜7低壓低噪聲、高可靠性系統(tǒng)油壓機(jī)、冶金機(jī)械、挖掘機(jī)、重型機(jī)械21～31.5高壓空間有限、響應(yīng)速度高、大功率下降低成本農(nóng)業(yè)機(jī)械、工礦車輛、注塑機(jī)、船用機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械7～212中壓一般系統(tǒng)金剛石壓機(jī)、耐壓試驗(yàn)饑、飛機(jī)、液壓機(jī)具＞31.5超高壓追求大作用力、減輕重量綜上可知，考慮到本機(jī)實(shí)際，取系統(tǒng)最大壓力10MPa。4.2油缸的參數(shù)計(jì)算4.2.1缸徑設(shè)計(jì)計(jì)算缸徑一般指的是油缸的缸筒的內(nèi)徑，它的大小決定了受壓的截面積的大小，同時(shí)決定了液壓油缸的運(yùn)行的速度。油缸一般工作的時(shí)候回油的油路會(huì)和油箱接通的，接通后回油管的油壓就是和油箱的油壓是一樣的，此時(shí)回油的油液壓力一般為PO=0，已知油缸受到最大力為59.8KN，工作壓力P=10Mpa，則缸筒內(nèi)徑：D==參照標(biāo)準(zhǔn)系列表，取D=100mm其中：D——缸筒的內(nèi)徑F1——液壓缸最大推力P——液壓缸最高工作壓力η——液壓缸總效率，通常取η=90%4.2.2缸筒壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)壁厚δ＞油缸內(nèi)徑的時(shí)候，即δ＞時(shí)，按厚壁筒公式計(jì)算：δ=當(dāng)壁厚δ小于或等于油缸的缸徑D的時(shí),按薄壁筒公式計(jì)算,δ=式中：P——液壓缸最大工作壓力（MPa）[σ]——許用應(yīng)力（Mpa），[σ]=，其中，σb為材料強(qiáng)度極限，n為安全系數(shù)；通常取n=3.5～5，δ——缸筒的壁厚（mm）查閱相關(guān)資料可得，45號(hào)鋼的σb=600Mpa，中大型的工況，所以它的安全系數(shù)取6，對(duì)應(yīng)的[σ]=。薄壁公式計(jì)算：δ≥用薄壁筒公式正確。考慮留有加工余量，取δ=10缸體外徑尺寸：D1＝D+2＝100+2×10＝120mm4.2.3缸桿設(shè)計(jì)計(jì)算首先根據(jù)速比的表選定速比因?yàn)橛透椎墓Q壓力為10MPa,為了增加穩(wěn)定性，選取速比為2通常是由速比μ得出計(jì)算出的，速比的定義是液壓油缸收縮的速度與液壓油缸伸出的速度之比，即：μ=。速比通常都是大于1的，如果速度比越大，那么油缸的活塞桿桿徑就會(huì)越大越大，這樣就會(huì)越有利于活塞桿的穩(wěn)定性，一般情況下，μ在1.25～2范圍內(nèi)變化?？紤]到活塞桿的穩(wěn)定性和強(qiáng)度以及上表中的壓力，取μ=2。d=D式中：d——活塞桿外徑D——缸筒內(nèi)徑μ——速度比圓整并參考缸桿尺寸標(biāo)準(zhǔn)，?。篸=75mm；綜上可知：缸桿的直徑d=75mm，缸筒的內(nèi)徑為100mm，缸筒的外徑為120mm，行程（根據(jù)設(shè)計(jì)需求）。4.3油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.1油缸缸筒一般對(duì)于活塞油缸缸筒、端蓋采用的連接形式與用途、工作壓力等因素有關(guān)。端蓋：前端蓋與后端蓋，前端蓋密封活塞腔，同時(shí)為活塞桿導(dǎo)向。后端蓋起著連接固定座的作用。常用的缸筒與端蓋連接有拉桿、法蘭、焊接、外螺紋、外卡環(huán)、內(nèi)螺紋、內(nèi)卡環(huán)和擋圈等八種連接形式。其中焊接連接型只用于缸筒與后端蓋的連接。缸筒承受高壓及沖擊，材料需要滿足足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒，還要求同時(shí)具有良好的焊接性能。目前，采用最多的缸筒材料是熱軋或冷拔無(wú)縫鋼管。具體材料性能見(jiàn)表4-1：表4-1缸筒材料性能材料抗拉強(qiáng)度（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）伸長(zhǎng)率（％）硬度（HV）20500400-450814055061706504210-22027SiMn900800加工工藝[11]：缸筒內(nèi)徑采用的公差配合有：H8、H9、H10。內(nèi)徑的粗糙度：采用橡膠密封件密封時(shí)，取Ra為0.4-0.1，；當(dāng)選用活塞環(huán)密封時(shí)，取0.4-0.2,。同時(shí)需要珩磨加工。缸筒內(nèi)徑形位公差：圓柱度、圓度取8級(jí)或9級(jí)精度。缸筒端面垂直度：取7級(jí)精度。缸筒端部螺紋連接：6級(jí)精度細(xì)牙螺紋。為了防止腐蝕以及其他使用的特殊要求，缸筒的內(nèi)表面鍍鉻，鍍層厚度為30-40μm，鍍后珩磨或拋光。缸筒內(nèi)徑圓柱度一般為0.02-0.05，粗糙度一般為0.4，表面的形位公差和粗糙度都保證后，這樣才能保證整個(gè)油缸的安全高效的運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生漏油和卡頓等現(xiàn)象，提高油缸的運(yùn)動(dòng)效率。缸筒加工要求見(jiàn)圖4-1：圖4-1缸筒加工要求4.3.2液壓缸活塞桿A活塞桿的桿體活塞桿的桿體有兩種：實(shí)心桿、空心桿。實(shí)心桿加工簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用。空心桿多用于d/D比值較大或者桿體內(nèi)部有位置傳感器等場(chǎng)合，安裝時(shí)一定注意防止磕碰現(xiàn)象[12]。兩種結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4-2圖4-2實(shí)心與空心桿結(jié)構(gòu)B活塞桿的外端結(jié)構(gòu)活塞桿的外端是油缸與負(fù)載裝置連接的位置，一般有多種連接結(jié)構(gòu)，具體見(jiàn)下如4-3。圖4-3活塞桿外端部連接結(jié)構(gòu)形式活塞桿的材料及相關(guān)特性詳見(jiàn)下表4-2。表4-2活塞桿材料性能材料抗拉強(qiáng)度（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）伸長(zhǎng)率（％）熱處理35≥520≥31015調(diào)質(zhì)45≥600≥34013調(diào)質(zhì)502≥640≥38014調(diào)質(zhì)35CrMo≥1000≥85012調(diào)質(zhì)Cr18Ni9≥500≥20045淬火活塞桿表面處理：鍍硬鉻，厚度15-25μm。在惡劣的、腐蝕性極強(qiáng)的工作環(huán)境中，需要新型的防腐要求?；钊麠U外徑公差f7-f9,直線度≤0.02mm/100mm，表面粗糙度≤0.3-0.5μm?；钊麠U外徑d的圓柱度公差：8級(jí)精度?；钊麠U材料：無(wú)縫鋼管45。本文采用的是實(shí)心的缸桿，活塞桿外徑公差是f9。4.3.3液壓缸活塞[13]活塞結(jié)構(gòu)形式：螺紋或卡鍵與活塞桿相連形式。本文設(shè)計(jì)的液壓缸的活塞采用螺紋連接形式，通過(guò)活塞與活塞桿配合[14]，然后通過(guò)螺母進(jìn)行固定?；钊c活塞桿之間采用間隙配合，配合面之間的密封為固定密封，通常采用O形圈密封的形式進(jìn)行密封，密封槽[15]在活塞桿上，加工比較方便。4.3.4液壓缸導(dǎo)向套導(dǎo)向套材料選擇球墨鑄鐵或45號(hào)鋼加支承環(huán)。導(dǎo)向套不僅要起到密封作用，同時(shí)還要考慮與活塞桿的密封和防塵問(wèn)題，好的選用可以避免產(chǎn)生“拉缸”現(xiàn)象[16]。導(dǎo)向套滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度一般是0.6～1.0倍的活塞桿直徑。4.4液壓泵的選型1、泵的壓力的確定（1）確定液壓泵的最大工作壓力Pp式中：P1—液壓系統(tǒng)最大工作壓力；P1=10MPa—進(jìn)油路上總壓力損失，=0.5MPa（簡(jiǎn)單系統(tǒng)0.2-0.5MPa，復(fù)雜系統(tǒng)0.5-1.5MPa）則：≥10+0.5=10.5MPa∵所選泵的最大壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%∴選取的液壓泵要求壓力為2、液壓泵流量的確定式中：K—系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取K=1.1～1.3，這里取K=1.2；—高壓系統(tǒng)液壓元件最大總流量，=60L/min（根據(jù)回路經(jīng)驗(yàn)值）則：=1.2×80=96L/min故選擇液壓泵供油，型號(hào)為A10VSO71LRDS，額定壓力35MPa，尖峰壓力40MPa，額定流量107L/min。4.5電機(jī)功率的確定驅(qū)動(dòng)功率為：式中：—最大壓力，=10MPa—最大流量，=107L/min—總效率，=0.95則：電動(dòng)機(jī)一般允許在短時(shí)間內(nèi)超載0-25%，因此，取電機(jī)的功率為22KW。故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五卷，變頻電機(jī)選定Y180L-4型三相異步變頻電動(dòng)機(jī)，其額定功率為22KW，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min4.6油箱容積計(jì)算4.6.1油箱容積計(jì)算油箱容量可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到;也可按系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算公式確定。V=ξQp式中:V-油箱的有效容積(L);Qp-液壓系統(tǒng)的額定流量(L/min);ξ-與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù):低壓系統(tǒng)ξ=2~4,中壓系統(tǒng)ξ=5~7,高壓系統(tǒng)ξ=10~12。對(duì)于行走機(jī)械或經(jīng)常間斷作業(yè)的設(shè)備，系數(shù)取較小值;對(duì)于安裝空間允許的固定機(jī)械，或需借助油箱頂蓋安放液壓泵和電動(dòng)機(jī)和液壓集成裝置時(shí)，系數(shù)可適當(dāng)取較大值。由上式可知V=ξQp=5×60=300（L)又因液壓油箱油液基本占據(jù)油箱2/3，所以油箱要比計(jì)算值大10%-25%所以，油箱設(shè)計(jì)為400L油箱具體尺寸根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，總體積可以≥400L4.6.2油箱外形尺寸計(jì)算油箱有效尺寸高、寬、長(zhǎng)之比可以取1:2:3，設(shè)高為X，則有效容積為1X×2X×3X計(jì)算可得：0.405m×0.810m×1.215m表4-3油箱容量JB∕T7938-199946.310254063100160250315400500630800100012501600200031504000500063000圖4-4油箱結(jié)構(gòu)示意圖4.7管路的設(shè)計(jì)依據(jù)工作壓力、工作環(huán)境和液壓裝置的總體布局，對(duì)于具有不同管路長(zhǎng)度的剛性連接，一般使用硬管。由于硬管流動(dòng)阻力小，安全可靠性高且成本低，油管與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部分并未一起。所以初步選用硬管（鋼管），材料為鋼。

管道內(nèi)徑一般根據(jù)所通過(guò)的流量和允許流速，按下式計(jì)算：δ≥式中q—通過(guò)油管的最大流量;ν—油管中允許流速;d—油管內(nèi)徑;δ—油管壁厚;p—管內(nèi)最高工作壓力;σb—管材抗拉強(qiáng)度;n—安全系數(shù)。主吸油管：油液流經(jīng)吸油管時(shí)允許流速為0.5-1.5m/s，取v=1.5m/s，吸油管初步選擇為10號(hào)冷拔無(wú)縫鋼管，鋼管外徑為40mm，吸油管管壁厚取3mm。管接頭第一類為壓油管與泵吸油口連接，選擇法蘭連接，型號(hào)尺寸同泵進(jìn)油口；第二類為管道與管道之間，選擇直接焊接；第三類為管道與油箱表面之間，采用法蘭盤。同理可以計(jì)算出：回油管鋼管外徑25mm，壁厚3mm系統(tǒng)中壓力管外徑20mm，壁厚3mm。4.8液壓元件選擇各種閥門選型應(yīng)該根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)液壓手冊(cè)中列出的零件型號(hào)進(jìn)行選擇。各類閥門的額定壓力和額定流量應(yīng)接近其工作壓力和最大流量，最大流量不得超過(guò)額定流量的20%。選擇安全閥，以確保液壓泵的總流量。此外，所有的壓力閥[17]都必須具有適當(dāng)?shù)膲毫刂品秶?，以使額定工作壓力不高于工作壓力。流量閥和閥門的最小恒定流量滿足液壓系統(tǒng)執(zhí)行器的最小穩(wěn)定速度。選擇節(jié)流閥時(shí)，實(shí)際流量不得低于閥門額定流量，避免過(guò)度偏差誤差（或恢復(fù)誤差）。過(guò)濾精度應(yīng)注意允許通過(guò)的流量滿足系統(tǒng)使用和清潔回路；流量容量應(yīng)大于或等于實(shí)際流量的兩倍；過(guò)濾器的耐受壓力應(yīng)大于其安裝現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)壓力；適用場(chǎng)合一般根據(jù)產(chǎn)品樣例檢查職業(yè)代碼描述。其余各閥的選擇應(yīng)注意系統(tǒng)最大壓力和最大流量值，所選取型號(hào)規(guī)格要略大于最大壓力和流量。表4-4各液壓元件型號(hào)選擇序號(hào)液壓元件名稱型號(hào)數(shù)量1吸油過(guò)濾器XU-16012精過(guò)濾器GU-H1013電機(jī)Y180L-414泵A10VSO7115先導(dǎo)式溢流閥DBW1016回油過(guò)濾器RF17電磁換向閥4WE10J18蓄能器NXQ19疊加式雙向液壓鎖Z2S10110疊加式雙向節(jié)流閥Z2FS10111冷卻器SL-304112液位計(jì)YWZ113空氣濾清器QUQ3114壓力表Y-1001（1）電磁換向閥系統(tǒng)要求額定流量60L/min,考慮到系統(tǒng)執(zhí)行元件為油缸，系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)候，最大流量可能達(dá)到100L/min，此時(shí)選用力士樂(lè)10通徑的電磁換向閥4WE10Y，壓力31.5MPa,流量可達(dá)到100L/min。圖4-5電磁換向閥參數(shù)圖先導(dǎo)式溢流閥系統(tǒng)要求額定流量60L/min,考慮到系統(tǒng)執(zhí)行元件為油缸，系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)候，最大流量可能達(dá)到100L/min，此時(shí)選用力士樂(lè)10通徑的先導(dǎo)式溢流閥，同時(shí)帶有卸荷功能。DBW10，壓力31.5MPa,流量滿足系統(tǒng)瞬時(shí)100L/min。圖4-6先導(dǎo)式溢流閥參數(shù)圖（3）疊加式雙向節(jié)流閥系統(tǒng)要求額定流量60L/min,考慮到系統(tǒng)執(zhí)行元件為油缸，系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)候，最大流量可能達(dá)到100L/min，此時(shí)選用力士樂(lè)10通徑的疊加式雙向節(jié)流閥Z2FS10，壓力31.5MPa,流量滿足系統(tǒng)瞬時(shí)100L/min。圖4-7疊加式雙向節(jié)流閥參數(shù)圖（4）疊加式雙向液壓鎖系統(tǒng)要求額定流量60L/min,考慮到系統(tǒng)執(zhí)行元件為油缸，系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)候，最大流量可能達(dá)到100L/min，此時(shí)選用力士樂(lè)10通徑的疊加式雙向液壓鎖Z2S10，壓力31.5MPa,流量滿足系統(tǒng)瞬時(shí)100L/min。圖4-8疊加式雙向液壓鎖參數(shù)圖（5）空氣濾清器根據(jù)實(shí)際油箱的大小，以及承載的系統(tǒng)壓力和流量，選用空氣濾清器QUQ3圖4-9空氣濾清器參數(shù)圖（6）聯(lián)軸器根據(jù)電機(jī)輸出軸軸徑45mm和泵的輸入軸軸徑28mm，選擇聯(lián)軸器LK10-80-28-45。圖4-10彈性聯(lián)軸器參數(shù)圖（7）電機(jī)根據(jù)泵所需功率計(jì)算，選定Y180L-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為22KW，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。圖4-11三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)圖（8）單向閥根據(jù)系統(tǒng)壓力選擇單向閥10通經(jīng)，S10，管式安裝。圖4-12單向閥參數(shù)圖（9）蓄能器根據(jù)系統(tǒng)壓力選擇囊式蓄能器NXQA-40。圖4-13蓄能器參數(shù)圖（10）過(guò)濾器根據(jù)系統(tǒng)壓力和流量選擇XU-160過(guò)濾器圖4-14過(guò)濾器參數(shù)圖（11）液壓泵泵型號(hào)為A10VSO71LRDS，壓力自適應(yīng)負(fù)載變化，額定流量107L/min。圖4-15液壓泵參數(shù)圖5液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算5.1系統(tǒng)效率η的估算估算液壓系統(tǒng)效率η時(shí)，主要應(yīng)考慮液壓泵的總效率ηp、液壓執(zhí)行器的總效率ηA及液壓回路的效率ηc。η可由下式計(jì)算:η=ηpηAηc其中液壓泵的總效率可由產(chǎn)品樣本查得，液壓執(zhí)行器總效率一般取0.9-0.95。取ηp=0.833，ηA=0.95液壓回路效率ηc可由下式計(jì)算：式中:Σp1q1各執(zhí)行器的負(fù)載壓力和負(fù)載流量(輸入流量)乘積的總和；即ηc==0.74所以η=ηpηAηc=0.833*0.95*0.74=0.6165.2發(fā)熱溫升估算及熱交換器的選擇5.2.1發(fā)熱溫升估算液壓系統(tǒng)的壓力、容積和機(jī)械損失構(gòu)成總的能量損失，這些能量損失都將轉(zhuǎn)化為熱量，使系統(tǒng)油溫升高，產(chǎn)生一系列不良影響。為此，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)熱與溫升計(jì)算，以便對(duì)系統(tǒng)溫升加以控制。液壓系統(tǒng)發(fā)熱的主要原因，是由于液壓泵和執(zhí)行器的功率損失以及溢流閥的溢流損失所造成的。因此，系統(tǒng)的總發(fā)熱量H可按下式估算:H=

Npi（1-η）式中:

Npi-液壓泵的輸入功率(W)；η-液壓系統(tǒng)效率即H=

18.77（1-0.616）=7.2kw5.2.2液壓系統(tǒng)散熱估算液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，由系統(tǒng)中各個(gè)散熱面散發(fā)至空氣中，其中油箱是主要散熱面。因?yàn)楣艿赖纳崦嫦鄬?duì)較小，且與其自身的壓力損失產(chǎn)生的熱量基本平衡，故一般略去不計(jì)。當(dāng)只考慮油箱散熱時(shí)，其散熱量H0可按下式計(jì)算:H0=KA?t式中:

K-散熱系數(shù)

[W/

(m2?℃)]計(jì)算時(shí)可選用推薦值:

通風(fēng)根差(空氣不循環(huán))時(shí)，K=8;通風(fēng)良好(空氣流速為1m/s左右)時(shí)，K=14~

20;風(fēng)扇冷卻時(shí)，K

20-25;

用循環(huán)水冷卻時(shí)，K=110-175;A-油箱散熱面積(m2);?t-系統(tǒng)溫升，即系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)油溫與環(huán)境溫度之差(℃)。

一般工作機(jī)械?t≤35℃;工程機(jī)械?t≤40℃;數(shù)控機(jī)床?t≤25℃。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量H等于其散發(fā)出去的熱量H0時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，此時(shí)?t

=

H/(KA)當(dāng)六面體油箱長(zhǎng)、寬、高比例為1:1:1-1:2:3且液面高度是油箱高度的0.8倍時(shí)，其散熱面積的近似計(jì)算式為:A=0.065由上兩個(gè)式子可導(dǎo)出?t

=式中:

V-油箱的有效容量。即

?t≥35℃需要采用散熱器。參考文獻(xiàn)[1]高麗；王娟.\t"/kns8s/defaultre