工裝用液壓夾具設(shè)計(jì)方案

夏 軍

（中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，北京 102400）

設(shè)計(jì)出來(lái)的工裝夾具要盡可能簡(jiǎn)單，同時(shí)還要能夠便于操作并且足夠安全。在應(yīng)用過(guò)程中要便于裝配與維護(hù)，不僅要滿足工件裝夾的需要，同時(shí)還要保證整體的生產(chǎn)效率。液壓千斤頂是夾緊動(dòng)力的主要輸出結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)夾具的功能特點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。

1 液壓缸的設(shè)計(jì)

1.1 大缸內(nèi)徑計(jì)算

千斤頂?shù)念~定起重量Gn=3 T，行程H=200 mm。

Fw為工作負(fù)載，F(xiàn)a為慣性負(fù)載，F(xiàn)g為重力負(fù)載：

Fw=3000×10=30000 N，

Fa=ma==250 N（設(shè)定活塞桿移動(dòng)速度為0.5 m/min），

Fg=10 N（設(shè)定活塞桿自重1 kg）。

根據(jù)《新編液壓工程手冊(cè)》查得，千斤頂工作壓力P=4 MPa。

則公稱壓力Pn=4 MPa，最大容許壓力Pmax≤1.5Pn=6 MPa，耐壓試驗(yàn)壓力PT=1.5Pn=6 MPa。

千斤頂以無(wú)桿腔作為工作腔，大缸內(nèi)徑D 為

根據(jù)《新編液壓工程手冊(cè)》選取大缸內(nèi)徑D=100 mm。

1.2 大缸材料

液壓缸缸體材料根據(jù)《新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇45 號(hào)無(wú)縫鋼管，要求調(diào)質(zhì)處理到241～285 HB，此時(shí)材料抗拉強(qiáng)度σb=630 MPa，屈服強(qiáng)度σs=370 MPa。缸體內(nèi)徑表面要求鍍鉻，鍍鉻層厚度為30～40 μm。

1.3 大缸壁厚計(jì)算

根據(jù)《新編液壓工程手冊(cè)》查得液壓缸往復(fù)動(dòng)作比λr=1.33。

由《新編液壓工程手冊(cè)》查得大缸壁厚δ 取12.5 mm。

由《新編液壓工程手冊(cè)》選取σ=12.5 mm。

1.4 大缸壁厚驗(yàn)算

（1）液壓缸的額定壓力Pn應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全。

由此可知滿足使用要求。

（2）為確保液壓缸安全使用，大缸的爆裂壓力PE應(yīng)大于耐壓試驗(yàn)壓力PT。

在實(shí)際使用中，最高壓力不高于6 MPa，可見(jiàn)滿足使用要求。

1.5 大缸底部設(shè)計(jì)

1.5.1 大缸底部連接形式

大缸底部與大缸采用焊縫連接形式，焊接時(shí)焊接面要提前開(kāi)坡口，焊縫強(qiáng)度要滿足使用要求，要達(dá)到300 MPa 以上。

1.5.2 大缸底部壁厚計(jì)算

該缸底部選用平面形式，則缸底壁厚為δ1：

取缸底壁厚δ1為12 mm。

圖1 大缸體

1.6 活塞桿設(shè)計(jì)

1.6.1 活塞桿直徑計(jì)算

單活塞桿液壓缸兩腔面積比及往復(fù)動(dòng)作比λr要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7933—87《單活塞桿液壓缸兩腔面積比》規(guī)定的面積比，取λr=1.33，活塞桿直徑為d。

ns為安全系數(shù)，一般ns=2～4，取ns=3。

根據(jù)《新編液壓工程手冊(cè)》選取活塞桿直徑d=50 mm。

圖2 活塞桿

1.6.2 活塞桿材料

活塞桿材料根據(jù)《新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇45 號(hào)鋼，要求調(diào)質(zhì)處理，缸體內(nèi)徑表面要求鍍鉻，鍍鉻層厚度為15～25 μm。

1.7 缸蓋設(shè)計(jì)

由于活塞桿所受壓力較小，為了減少零件數(shù)量，裝配簡(jiǎn)單，采用導(dǎo)向套和缸蓋一體機(jī)構(gòu)。

1.7.1 缸蓋厚度計(jì)算

由于是整體結(jié)構(gòu)，所以缸蓋壁厚為h：

4 mm 已經(jīng)滿足設(shè)計(jì)要求，為了增大強(qiáng)度取h=10 mm。

1.7.2 缸蓋螺紋強(qiáng)度校核

缸蓋與缸體采用螺紋連接，采用螺紋連接時(shí)，螺紋的危險(xiǎn)截面強(qiáng)度應(yīng)小于等于缸體的許用應(yīng)力（缸蓋螺紋規(guī)格為M110×3）。

所以缸蓋螺紋滿足使用需求。

圖3 缸蓋

1.8 千斤頂輸出速度計(jì)算

1.8.1 單桿活塞式千斤頂外伸時(shí)的速度

1.8.2 單桿活塞式千斤頂縮入時(shí)的速度

式中qv=116×10-6m3/s。

2 液壓工作站設(shè)計(jì)

2.1 液壓泵的選擇

由于該千斤頂工作壓力較小，可以選擇葉片泵，此類泵體積小，價(jià)格便宜。目前，此類型泵在我分廠雙面數(shù)顯落地銑鏜床上也有應(yīng)用，其工作壓力可以滿足千斤頂?shù)氖褂眯枨蟆Ｋ?，選擇雙面數(shù)顯落地銑鏜床同樣的泵，還可以作為雙面數(shù)顯落地銑鏜床的備件。

根據(jù)《新版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇YB1-6 型葉片泵，排量6 ml/r，額定壓力6.3 MPa，轉(zhuǎn)速1 450 r/min，驅(qū)動(dòng)功率1.5 kW，容積效率80%。

2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇

根據(jù)液壓泵，由《新電工手冊(cè)》選擇Y90L-4B5 型電機(jī)，功率1.5 kW。

3 液壓控制元件選擇

3.1 電磁換向閥的選擇

由于千斤頂頂出—停止—退回—停止的動(dòng)作順序，所以要采用三位四通電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)該動(dòng)作順序的完成。三位四通電磁換向閥不同的滑閥中位機(jī)能，決定了換向閥本身的工作特點(diǎn)和應(yīng)用。所以，我們根據(jù)千斤頂?shù)膭?dòng)作順序特點(diǎn)，選用O 型三位四通電磁換向閥，該電磁閥滑閥處于中位時(shí)，4 個(gè)油口均封閉，液壓缸活塞鎖住不動(dòng)，液壓泵不卸載。

O 型三位四通電磁換向閥4 個(gè)油口（P 進(jìn)油口、T回油口、A 工作油口、B 工作油口），將千斤頂無(wú)桿腔接A 工作油口，有桿腔接B 工作油口。當(dāng)電磁鐵Y1 得電，千斤頂頂出。當(dāng)電磁鐵Y1 和Y2 都不得電，換向閥滑閥處于中位，千斤頂停止動(dòng)作并保持狀態(tài)。當(dāng)電磁鐵Y2 得電，千斤頂退回。

圖4 液壓圖

3.2 溢流閥的選擇

在油泵出口，換向閥前端要加裝溢流閥，保證壓力不會(huì)高于千斤頂最高壓力。溢流閥選用直動(dòng)型溢流閥。

3.3 壓力表

在溢流閥后端要加裝壓力表，以便觀察系統(tǒng)壓力，根據(jù)壓力表顯示，及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，以達(dá)到最優(yōu)使用效果。

4 主要技術(shù)規(guī)格

表1 主要技術(shù)規(guī)格

5 密封件規(guī)格明細(xì)

表2 密封件規(guī)格明細(xì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用現(xiàn)有手冊(cè)進(jìn)行材料選擇、工藝加工、尺寸計(jì)算、強(qiáng)度校核等設(shè)計(jì)，由于手冊(cè)局限性，所以和目前液壓缸設(shè)計(jì)、加工、工藝有一定區(qū)別。

6 結(jié)束語(yǔ)

千斤頂可以選擇我公司現(xiàn)成的產(chǎn)品，各類液壓閥可以利用我分廠原來(lái)的油壓機(jī)備件或者與閥分廠聯(lián)系。目前由于壓力較小，采用我分廠雙面數(shù)顯落地銑鏜床的油泵和電機(jī)就可以，如果日后壓力還需提高，我們可以再行購(gòu)買較大的泵或者利用庫(kù)存，替換下來(lái)的可以作為數(shù)顯落地銑鏜床備件使用。