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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 緒 論
1.1 課題研究前景
近10年來，我國重型車輛維修設(shè)備的技術(shù)得到了迅速發(fā)展，產(chǎn)品的類型、功能已能基本滿足一般的作業(yè)要求。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展、和人們對生活貨物運(yùn)輸要求的不斷提高，特別是當(dāng)今運(yùn)輸過程中半軸套管損傷的故障問題對半軸套管拆裝機(jī)維修設(shè)備技術(shù)提出了更高的要求。半軸套管維修設(shè)備將向集成化、輕量化、方便化、科技化方向發(fā)展，由單一的作業(yè)功能特征向集作業(yè)、信息、為一體的綜合功能特征方向發(fā)展，使國內(nèi)半軸套管維修設(shè)備水平滿足現(xiàn)代化國際大都市發(fā)展的需求，并建立起具有一流技術(shù)、符合中國國情的拆裝作業(yè)裝備系統(tǒng)。
當(dāng)今由于國外半軸套管拆裝企業(yè)對國內(nèi)市場不了解，要想進(jìn)入中國市場，多會采取合資或合作的方式。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)與外方進(jìn)行積極的合作，學(xué)習(xí)其先進(jìn)技術(shù)和管理方法，以盡快提高我國生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平和創(chuàng)新能力。我國原有的具有國際競爭力的拆裝機(jī)器品種以及入世后引進(jìn)并形成生產(chǎn)能力的新品種，打入國際市場參與國際市場競爭，分析各國市場的不同需求，采取各種靈活的貿(mào)易方式，建立、健全自己的國際市場營銷網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)體系，占領(lǐng)國際市場，在國際市場的激烈競爭中求生存、求發(fā)展。由于套管拆裝機(jī)采用的多是專用設(shè)備和裝備，因此生產(chǎn)涉及到許多相關(guān)的專利技術(shù)和專有技術(shù)。這些技術(shù)可以通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓或技術(shù)許可等技術(shù)引進(jìn)方式獲得。但是，對于引進(jìn)的技術(shù)只是加以消化、吸收是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更重要的是在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，形成企業(yè)的核心技術(shù)。同時，還要注意形成一個充滿活力的技術(shù)群體，從而培養(yǎng)自己的持續(xù)性的新產(chǎn)品研究開發(fā)和生產(chǎn)能力，并將其轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大的市場進(jìn)入和開拓能力。否則，我國拆裝機(jī)生產(chǎn)企業(yè)就只能永遠(yuǎn)跟在人家后面，處于國際市場競爭的不利地位。
1.2 課題研究現(xiàn)狀
20世紀(jì)80年代末以來，我國套管拆裝機(jī)的研發(fā)機(jī)構(gòu)、改裝生產(chǎn)企業(yè)通過引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)，加快了國產(chǎn)套管拆裝機(jī)新產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，使國產(chǎn)高壓套管拆裝機(jī)的技術(shù)裝備水平得到較快發(fā)展和很大提高，改變了傳統(tǒng)的的拆裝作業(yè)方式，由人工作業(yè)向機(jī)械化、半機(jī)械化方向發(fā)展，套管拆裝機(jī)的裝備技術(shù)由簡單型向技術(shù)密集型方向發(fā)展，已由低壓力手動發(fā)展到高壓力電動。用高壓力、小流量的拆裝機(jī)淘汰單一拆裝工功能的低壓力、大流量的灑水車，符合節(jié)約型社會發(fā)展的要求，用最少的油量獲得最佳的清洗效果。
我國拆裝機(jī)產(chǎn)品具有價格優(yōu)勢，由于我國勞動力成本和原材料成本與發(fā)達(dá)國家相比較為低廉，因此我國套管拆裝機(jī)產(chǎn)品在性能、質(zhì)量與國外產(chǎn)品相同的情況下，具有價格優(yōu)勢。但是，我國套管拆裝機(jī)品種過于單一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能足國內(nèi)外市場的多品種需求。如果我國套管拆裝機(jī)生產(chǎn)企業(yè)可以通過合資、技術(shù)引進(jìn)等手段，促進(jìn)技術(shù)的升級換代，使我國套管拆裝機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)性能水平接近和達(dá)到國際先進(jìn)水平，提高產(chǎn)品的性能價格比，就能進(jìn)一步滿足國內(nèi)，乃至國外市場的多樣化需求。近年來，特別是20世紀(jì)90年代以來，我國的套管拆裝機(jī)在形成獨(dú)立的拆裝生產(chǎn)行業(yè)以后，已經(jīng)成功地引進(jìn)了許多整車和零部件技術(shù)項(xiàng)目。盡管我國專用汽車維修設(shè)備市場需求量大，但由于品種單一、數(shù)量和品質(zhì)又不能完全滿足國內(nèi)市場需要，國外專用拆裝設(shè)備制造商一定會積極尋找機(jī)會，進(jìn)入中國市場。我國具有人工成本低、資源豐富、投資環(huán)境優(yōu)越以及本土的市場營銷網(wǎng)絡(luò)等區(qū)位優(yōu)勢，因此國外拆裝設(shè)備制造商多趨向于采取合資的方式進(jìn)入中國市場。在這種情況下，只要我國企業(yè)能在合資企業(yè)中將外方注入的先進(jìn)技術(shù)和管理方法，進(jìn)行消化、吸收和整合，就能促進(jìn)我國專用維修設(shè)備行業(yè)的技術(shù)更新?lián)Q代。
1.3 課題研究目的和意義
伴隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，車輛維修問題已經(jīng)變得越來越嚴(yán)重，為適應(yīng)車輛維修事業(yè)的發(fā)展，及時改善車輛工作質(zhì)量，改善生活質(zhì)量，開發(fā)和發(fā)展各種行之有效套管拆裝設(shè)備，成為我們面前的重要任務(wù)。城市化步伐的加快，道路的迅速增加，對車輛需求量日益加大，導(dǎo)致車輛修理行業(yè)對于拆裝設(shè)備的嚴(yán)格要求。
為此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的半軸套管拆裝設(shè)備也就成了我國車輛維修事業(yè)中的重要課題，而且對提高我國專用拆裝機(jī)的設(shè)計(jì)水平，帶動我國重型車輛的自主設(shè)計(jì)開發(fā)具有重要意義。
1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本設(shè)計(jì)是改裝一種半軸套管拆裝設(shè)備，然后對機(jī)器進(jìn)行總體布置，用總布置草圖表達(dá)主要工作部件的改動和重要工作裝置的布置。進(jìn)行拆裝系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，在正確計(jì)算的基礎(chǔ)上，完成部件設(shè)計(jì)選型，達(dá)到工藝合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高，最后，完成總裝配圖，清楚表達(dá)設(shè)計(jì)。
第2章 半軸套管拆裝機(jī)簡介
2.1 半軸套管拆裝機(jī)結(jié)構(gòu)
半軸套管拆裝機(jī)由電機(jī)、油泵、油缸、千斤頂、閥體、油箱、車架、及各種管路所組成。
在活塞桿中部鉆有130MM長的螺紋，用于安裝拉桿，拉桿的另一端與卡具用螺紋連接。
2.2 工作原理
DTL54-2B半軸套管拆裝機(jī)采用油壓工作原理，主要適用東風(fēng)、解放車14、15系及153系各噸位工程自卸（四大）和豪沃、奧曼系等車的后橋不解體時半軸管拆裝。為提高工作效率，基于手動拆裝機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了電控半軸套裝拆裝機(jī)，拆下套管時工作時，接通電源，由電機(jī)帶動油泵旋轉(zhuǎn)，油液通過閥體進(jìn)入液壓缸，活塞在液壓油的推動下伸出，使三爪卡具縮入半軸套管中，通過卡具的另一端后，卡在套管端面上，拉動換向閥，油液反向流動，利用卡具的錐面張緊作用，活塞縮回的過程中，套管被拉下，整個過程中活塞行程小于100MM，在活塞上設(shè)計(jì)了自動限位裝置，可防止活塞行程過大，導(dǎo)致內(nèi)部壓力升高，破壞密封元件。
本機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、操作省力、拉壓力大、故障率低。采用電控系統(tǒng)，增大了工作效率，減少了工時。
主要技術(shù)參數(shù)：
油缸最大壓強(qiáng) ≤20Mpa
活塞桿最大拉力 110T
工 作 行 程 ?100mm
外 型 尺 寸 1352×670×935mm
2.3 使用方法
工作前準(zhǔn)備
（1）首先固定好車輛,拆除半軸；
（2）調(diào)整本機(jī)升降千斤頂，使油缸活塞桿的中心高度與后橋半軸管中心高度一致，并與后橋半軸管中心水平一致（也可通過調(diào)整車輛兩側(cè)高度來實(shí)現(xiàn)）。
半軸管拉出操作
（1）將主拉桿旋入活塞桿螺紋孔內(nèi)（螺紋要旋到底），主拉桿另一端用連接套連接拉爪軸（分14系及151系車及13T系工程自卸等四大車系及豪沃車系）并旋緊，將頂筒套入主拉桿中并置于主機(jī)頂套端面凹處；
（2）捏住拉爪連同主拉桿插入半軸管內(nèi)，推動車架向前，使主拉桿完全進(jìn)入后前后推動車架數(shù)次，確認(rèn)拉爪完全漲開并卡在半軸管的端頭；
（3）微調(diào)千斤頂，使主拉桿位于半軸管的中心，并與本機(jī)油缸呈水平直線，頂筒一端至于頂套的凹處，另一端置于后橋油封端面，并處在中心位置；
（4）搬動換向閥，使其油路處于拆卸系統(tǒng)過程，首先接通電機(jī)，搬動油泵控制桿使其工作，通常情況下，壓力達(dá)到12Mpa左右半軸管即可拉出（豪沃車需18Mpa左右）；
（5）工作結(jié)束后，活塞桿依靠內(nèi)部彈簧漲力自動復(fù)位。
半軸管裝入時的操作
（1）拆掉主拉桿上的拉爪軸、連接套。將連接套Ⅰ、連接軸Ⅰ、拉桿軸Ⅱ連接起來，套上新的半軸管插入后橋（壓入操作時不加頂筒）；
（2）拉桿軸Ⅱ的另一端裝上大墊并旋緊緊固螺母，如剩余空隙過大應(yīng)另加平墊，以防主機(jī)行程過大損壞。扳動油泵桿至半軸管符合裝入尺寸（半軸管裝入的壓力一般為6～10Mpa左右、豪沃車需18Mpa左右）；
（3）壓入操作卸油閥的使用方法同拉出操作相同。
2.4 注意事項(xiàng)
（1）本機(jī)應(yīng)加注國標(biāo)32#機(jī)械油；如采用柴油機(jī)油：夏季用11#、冬季用8#等。切記冬季低溫下不要用較稠的液壓油（油較稠可加注少量的煤油混合稀釋），以防止加壓困難和主機(jī)卸油時活塞桿回復(fù)速度慢不到位再次操作造成主機(jī)損壞（加壓速度慢或活塞桿回復(fù)速度慢是油稠、油粘度較大造成流速緩慢，要根據(jù)季節(jié)溫度加注適宜牌號的液壓油）；
（2）主拉桿與活塞芯軸連接時要將拉桿螺紋全部旋入到底（防止未旋入到位，損壞主拉桿與活塞芯軸連接的內(nèi)外螺紋）；
（3）本機(jī)按照國家標(biāo)準(zhǔn)型半軸套管設(shè)計(jì)制作，對偽、劣半軸套管不予支持，損壞設(shè)備自負(fù)；
（4）為延長活塞的使用壽命，本機(jī)采用滲滴潤滑柱塞方式以減少活塞與油腔的磨損（本機(jī)柱塞滲滴油絕不影響操作或加壓）；
（5）搬運(yùn)或操作過程中，不得碰撞和手扶油缸旁邊的壓力油管。人員不得站在主拉桿的前端及兩側(cè)，以防發(fā)生人身傷亡事故；
（6）操作前請認(rèn)真閱讀說明書，嚴(yán)格按說明書的操作程序進(jìn)行操作。如果操作者未按說明書規(guī)定的操作程序進(jìn)行操作，產(chǎn)生的一切后果（設(shè)備損壞、人身傷亡等）由用戶自己承擔(dān)；
（7）當(dāng)主機(jī)工作負(fù)荷超過18Mpa軸管沒有拆出此時切不可再加壓以防損壞主機(jī)，應(yīng)用鐵器震擊橋殼與半軸管結(jié)合處或用熱烘烤即可拆除。
第三章 液壓缸設(shè)計(jì)
3.1 總體設(shè)計(jì)方案
液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件，它與主機(jī)和主機(jī)上的工作機(jī)構(gòu)有著直接的聯(lián)系，對于不同的機(jī)種和機(jī)構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。因此，在設(shè)計(jì)前應(yīng)作好調(diào)查研究，備齊必要的原始資料和設(shè)計(jì)依據(jù)，其中主要包括：
（1） 主機(jī)的用途和工作條件。
（2）工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，負(fù)載狀況、行程大小和動作要求；
（3）液壓系統(tǒng)所選定的工作壓力和流量；
（4）有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范等。
工程機(jī)械液壓缸的公稱壓力，往復(fù)運(yùn)動速度速比（缸兩腔有效作用面積之比，即在供油流量相當(dāng)?shù)那闆r下，活塞兩個方向移動速度之比），以及缸體內(nèi)徑、外徑、活塞桿直徑和進(jìn)出油口連接尺寸等基本參數(shù)的選擇，按照國家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定進(jìn)行。
3.2 工況分析
這里所指的工況分析主要指對液壓執(zhí)行元件的工作情況的分析，分析的目的是了解在工作過程執(zhí)行元件的速度、負(fù)載變化的規(guī)律，并將此規(guī)律用曲線表示出來，作為擬定液壓系統(tǒng)方案確定系統(tǒng)主要參數(shù)的依據(jù)，對于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)，其執(zhí)行元件的動作通常比較簡單，也可不作圖，只需找出最大負(fù)載和最大速度即可。執(zhí)行元件的負(fù)載通常包括工作負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載、慣性負(fù)載以及密封阻力和背壓力等。
3.3 缸體分類及特點(diǎn)
目前，常用實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動裝置多為液壓缸,常用液壓缸的特點(diǎn)及適用場合見表3-1
表3-1液壓缸類型、特點(diǎn)及適用場合
名稱
特點(diǎn)
適用場合
雙活塞桿液壓缸
雙向運(yùn)動
雙向工作的往復(fù)運(yùn)動
單活塞桿液壓缸
有效工作面積大、雙向不對稱
往復(fù)不對稱的直線運(yùn)動。差動連接可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，當(dāng)A1=2A2時往復(fù)速度相等
柱塞缸
結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好
單向工作，靠重力或其他外力返回
擺動缸
單葉片式，轉(zhuǎn)角小于360度
雙葉片式，轉(zhuǎn)角小于180度
小于360度的擺動運(yùn)動
小于360度的擺動運(yùn)動
根據(jù)各類液壓缸的特點(diǎn)以及適用場合以及經(jīng)濟(jì)性的考慮，本次改裝采用單活塞桿液壓缸。這種缸有效工作面積大，速度穩(wěn)定，能符合本次改裝設(shè)計(jì)要求。
3.4 活塞桿構(gòu)造
活塞桿有實(shí)心和空心的兩種，可用35鋼、45鋼或無縫鋼管做成實(shí)心桿或空心桿，活塞桿強(qiáng)度一般是足夠的，主要是考慮細(xì)長活塞桿在受壓時的穩(wěn)定性，因此不強(qiáng)調(diào)采用高強(qiáng)度合金鋼或進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。必要時刻采用空心桿增大端面模數(shù)，空心活塞桿須于一端留出焊接和熱處理用的通氣孔，為了提高耐磨性和防銹蝕，活塞桿表面需鍍鉻并拋光。對于挖掘機(jī)、推土機(jī)、和裝載機(jī)所用液壓缸的活塞桿，由于碰撞機(jī)會較多，工作表面宜先經(jīng)過高頻淬火或火焰淬火。然后再鍍鉻?；钊麠U外徑與導(dǎo)向套用F9配合，螺紋連接則取較緊的配合。
3.5 基本參數(shù)的確定
3.5.1 工作負(fù)載的確定
當(dāng)無桿腔進(jìn)壓力油驅(qū)動負(fù)載時，液壓缸的直徑D與負(fù)載F、工作壓力的P的關(guān)系可得：
（3-1）
上式中：P ——工作壓力（Pa）；
F——驅(qū)動負(fù)載（N）；
調(diào)研得：
3.5.2 缸體內(nèi)徑D的計(jì)算：
（3-2）
3.5.3 工作速度及速比計(jì)算
當(dāng)無桿腔進(jìn)油時，活塞或缸體的工作速度為
（3-3）
當(dāng)有桿腔端進(jìn)油時的速度為
（3-4）
往返速度比為
3.5.4 活塞桿直徑的計(jì)算
油缸內(nèi)徑確定后，若單桿活塞缸的雙向運(yùn)動有一定速比要求時，可按速比的關(guān)系式求出活塞桿的直徑為：
（3-5）
=130mm
3.5.5 最小導(dǎo)向長度計(jì)算
當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度H。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)是必須保證一定的最小導(dǎo)向長度。
對于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式要求
（3-6）
式中，L為液壓缸最大工作行程（m）；D為缸筒內(nèi)徑（m）。
一般導(dǎo)向套滑動面的長度A，在缸內(nèi)直徑D＜80（mm） 時，取為缸內(nèi)徑D的0.6~1.0倍；而活塞的寬度B取為缸筒內(nèi)徑的0.6~1.0倍。為了保證最小導(dǎo)向長度，過分地增大導(dǎo)向套長度或活塞寬度都是不適宜的，最好是在導(dǎo)向套和活塞之間裝一個中間隔套，隔套寬度C由所需最小導(dǎo)向長度決定。采用隔套不僅可以保證最小導(dǎo)向長度，還能改善導(dǎo)向套及活塞的通用性。
3.5.6 缸體壁厚的計(jì)算
（3-7）
缸筒的外徑計(jì)算
3.5.7 活塞桿強(qiáng)度校核
活塞桿的強(qiáng)度按下式校核
式中： （3-8）
系統(tǒng)壓力選定是否合理，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定情況下，若系統(tǒng)壓力選的過低，則液壓元、輔件的尺寸和重量就增加，系統(tǒng)造價也相應(yīng)增加；若系統(tǒng)壓力選的較高，則液壓設(shè)備的質(zhì)量、尺寸和造價會相應(yīng)降低。例如，飛機(jī)液壓系統(tǒng)的壓力從21MPa提高到28MPa，則其重量下降約5%，所占體積將減小13%。然而，若系統(tǒng)壓力選用過高，由于對制造液壓元、輔件的材質(zhì)、密封、制造精度等要求的提高，反而會增大或增加液壓設(shè)備的尺寸、重量和造價，其系統(tǒng)效率和適用壽命也會相應(yīng)下降，因此不能一味追求高壓。表3-2是目前我國幾類機(jī)器常用的系統(tǒng)工作壓力，它反映了這些系統(tǒng)的特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，可參照選用。
根據(jù)表3-2的要求以及實(shí)際情況要求，對于本次改裝初選液壓系統(tǒng)壓力為5MPa。
表3-2 幾類機(jī)器常用系統(tǒng)壓力
設(shè)備類型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械，小型工程機(jī)械， 工程機(jī)械的輔助機(jī)構(gòu)
液壓機(jī)，中、大型挖掘機(jī)，重型機(jī)械，起重運(yùn)輸機(jī)械等
磨床
組合機(jī)床
龍門刨床
拉床
系統(tǒng)壓力(MPa)
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
對于負(fù)載較大的工程、礦山機(jī)械用的油缸，在系統(tǒng)給定的工作壓力情況下，常以保證油缸有足夠的牽引力，能驅(qū)動工作負(fù)載為確定缸筒內(nèi)徑的重要條件，如果尚有運(yùn)動速度要求時，則往往在校核時通過選擇適當(dāng)流量油泵的辦法來解決。
但是當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力尚未確定的時候，必須首先根據(jù)負(fù)載的大小合理地選擇油缸的工作壓力，選定的工作壓力應(yīng)符合GB2346-80的規(guī)定值。
3.6 主要連接處零件強(qiáng)度校核
3.6.1 焊點(diǎn)應(yīng)力的計(jì)算與校核
液壓缸托盤與千斤頂連接處需保證一定的強(qiáng)度，來滿足液壓缸工作的穩(wěn)定性。
經(jīng)校核得
所以校驗(yàn)合格
3.6.2 缸蓋連接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算
缸蓋與缸筒采用法蘭和固定螺栓連接時，螺紋處的拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力為：
3.6.3 缸蓋連接螺紋的強(qiáng)度計(jì)算
第四章 油路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 閥體的分類及要求
4.1.1 按用途分
（1）方向控制閥 用來控制液壓系統(tǒng)中液流的方向，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)變換運(yùn)動方向的要求，如單向閥，換向閥等；
（2）壓力控制閥 用來控制液壓系統(tǒng)中油液的壓力以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)對力的要求，如溢流閥，減壓閥，順序閥等；
（3）流量閥控制 用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流量，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)所要求的運(yùn)動速度，如節(jié)流閥，調(diào)速閥。
在實(shí)際使用中，根據(jù)實(shí)際需要，往往幾種用途的閥做成一體，形成一種體積小，用途廣，效率高的復(fù)合閥，如單向節(jié)流閥，單向順序閥等。
4.1.2 按控制方式分
（1）開關(guān)控制或定值控制 利用手動、機(jī)動、電磁、液控、氣控等方式來定值地控制 的流動方向、壓力和流量，一般普通控制閥都用這種控制方式；
（2）比例控制 利用輸入的比例電信號來控制流體的通路，使其能實(shí)現(xiàn)按比例地控制系統(tǒng)中流體餓方向。壓力和流量等參數(shù)，多用于開環(huán)控制系統(tǒng)中；
（3）伺服控制 將微小的輸入電信號轉(zhuǎn)換成大的功率輸出，連續(xù)按比例地控制液壓系統(tǒng)中的參數(shù)，對用于高精度，快速響應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
4.1.3 按連接方式分
（1）管式連接（螺紋連接）方式 閥口帶有管螺紋，可直接與管道及其他元件相連接；
（2）板式連接方式 所有閥的接口均布置在同時安裝面上，利用安裝版與管路及其他元件相連，這種安裝方式比較美觀、清晰；
（3）法蘭連接方式 閥的連接出帶有法蘭，常用于大流量系統(tǒng)中；
（4）集成塊連接方式 將幾個閥固定于一個集成塊側(cè)面，通過集成塊內(nèi)部的通道孔實(shí)現(xiàn)油路的連接，特點(diǎn)是控制集中，結(jié)構(gòu)緊湊；
（5）疊加閥連接方式 將閥做成標(biāo)準(zhǔn)型，上下疊加而形成回路；
（6）插裝閥連接方式 沒有單獨(dú)的閥體，通過插裝塊內(nèi)通道把各插裝閥連通成回路，插裝塊起到閥體和管路的作用。
4.2 對液壓閥的基本要求
（1）動作靈敏、可靠，工作時沖擊、震動要小、使用壽命長；
（2）油液流經(jīng)閥時壓力損失要小，密封性要好，內(nèi)泄要小，無外泄；
（3）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，安裝、維護(hù)、調(diào)整方便，通用性能好。
4.3 方向控制閥的選取
半軸套管拆裝機(jī)為完成穩(wěn)定的雙向回路作業(yè)，需要加裝一個方向控制閥，用來控制油路系統(tǒng)中的水路通斷和改變清洗水的流動方向。結(jié)合本次改裝，采用DMT-10二位三通換向閥來實(shí)現(xiàn)該功能，這種閥的液壓軸向力和徑向力容易實(shí)現(xiàn)平衡，因此操縱力較小。容易實(shí)現(xiàn)多種功能，應(yīng)用較廣。DMT-10閥相關(guān)參數(shù)見表4-1所示：
表4-1 方向控制閥參數(shù)
型號規(guī)格
通徑/mm
最大流量/(L/min)
最高使用壓力/MPa
PV51-10
10
40
31.5
4.4 調(diào)速閥的選取
拆裝機(jī)經(jīng)高壓油泵后需要通過降壓節(jié)流來完成平穩(wěn)拆裝作業(yè)。根據(jù)拆裝機(jī)通用技術(shù)條件規(guī)定，本次改裝確定系統(tǒng)壓力要求為：P=10-20MPa，Q=19.2L/min。為達(dá)到降壓節(jié)流的效果，為此可考慮加裝AQF3-E16B調(diào)速閥進(jìn)行降壓節(jié)流，技術(shù)參數(shù)見表4-2所示：
表4-2 調(diào)速閥參數(shù)
型號
通徑/mm
額定壓力/MPa
最高使用壓力/MPa
最大流量/(L/min)
最低工作壓力/MPa
AQF3-E16B
16
16
20
21
10
4.5 溢流閥的選取
根據(jù)拆裝機(jī)通用技術(shù)條件規(guī)定，高壓泵出油口處應(yīng)設(shè)置安全裝置，保證高壓油泵的穩(wěn)定工作。先導(dǎo)式溢流閥是常用于高壓、大流量時的溢流、定壓和穩(wěn)壓元件。因此考慮加裝SBY-※10B先導(dǎo)式溢流閥，該閥具有壓力高，調(diào)壓性能平穩(wěn)，最低調(diào)節(jié)壓力低和調(diào)壓范圍大的特點(diǎn)。技術(shù)參數(shù)見表4-3所示：
表4-3溢流閥技術(shù)參數(shù)
型號
通徑/mm
調(diào)壓范圍/MPa
額定流量(L/min)
公稱流量(L/min)
SBY-※10B
10
16-31.5
100
200
4.6 油路的計(jì)算
由于油液在流經(jīng)管路時會受到水路管壁的摩擦，所以油壓會有壓力損失。因此，需要對水油路進(jìn)行壓力損失計(jì)算。
4.6.1 油路壓力損失分析
油泵以及冷卻器的各項(xiàng)參數(shù)如表4-4所示：
有桿腔允許回油流量：
（4-1）
=18L/min
無桿腔允許回油流量：
（4-2）
=19.2L/min
由油流量1:1,可知 ，當(dāng)油液內(nèi)部發(fā)生熱量損失或與管路摩擦等能量消耗時 ，油的壓降則不會超過 0.05MPa，此消耗不影響工作效率。
表4.4高壓油泵各項(xiàng)參數(shù)
高壓油泵流量
20L/min
高壓油泵進(jìn)口尺寸
16mm
4.6.2 油路壓力損失計(jì)算
由雷諾數(shù)可知，在液體粘度、管道內(nèi)徑一定的條件下，雷諾數(shù)的大小與流量成正比。溶液在管道內(nèi)的流速
無桿腔油路損失：
m m/s （4-3）
有桿腔油路損失
m m/s （4-4）
此時雷諾系數(shù)：
（4-5）
求得沿程阻力系數(shù):
（4-6）
油液沿程壓力損失為：
MPa
經(jīng)管路和液壓缸之后油的壓力損失：
MPa
所以油液經(jīng)過管路 、液壓缸之后壓力降低很小，可以忽略不計(jì)。
4.7 油路系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)
半軸套管拆裝機(jī)工作時，油液不斷通過油泵送入閥體，實(shí)現(xiàn)各通道流動，實(shí)現(xiàn)換向等操作。具體油路見液壓系統(tǒng)油路設(shè)計(jì)圖。
4.8 缸體容積計(jì)算
有桿腔容積：
（4-8）
無桿腔容積：
（4-9）
4.9 液壓泵選型計(jì)算
確定液壓泵的工作壓力 液壓泵的最大工作壓力
（4-10） 式中 ——執(zhí)行元件的最大工作壓力；
——液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間的壓力損失。
初算時按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：管路簡單、流速不大的取MPa。
MPa
需要指出的是，選取液壓泵的額定壓力應(yīng)比系統(tǒng)的最高壓力大25%到60%，使液壓泵具有一定的壓力儲備。高壓系統(tǒng)壓力儲備取小值，中、低壓系統(tǒng)取大值。
MPa
4.9.1 確定液壓泵流量
（1） 確定液壓缸的最大流量
（4-11）
式中 ——液壓缸的有效面積；
——液壓缸的最大速度，取m/s。
式中 ——系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般?。?
——同時動作的液壓缸的最大總流量，對于始終用節(jié)流閥調(diào)速的系統(tǒng)，確定流量時，需加上溢流閥的最小流量，一般取L/min。
（2） 確定液壓泵的流量
L/min
（3） 確定液壓泵的規(guī)格
按照系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，根據(jù)其最大工作壓力和流量，參考產(chǎn)品樣本就可以選擇液壓泵的規(guī)格。常用液壓泵一般性能比較見表4-5所示：
表4-5常用液壓泵一般性能比較
類型
項(xiàng)目
齒輪泵
雙作用葉片泵
限壓式變量葉片葉片泵
軸向柱塞泵
徑向柱塞泵
工作壓力
＜20
6.3~21
≤7
20~35
10~20
容積效率
0.7~0.95
0.8~0.95
0.8~0.9
0.9~0.98
0.85~0.95
總效率
0.6~0.85
0.75~0.85
0.7~0.85
0.85~0.95
0.75~0.92
對污染的敏感性
不敏感
敏感
敏感
敏感
敏感
根據(jù)各種液壓泵的性能特點(diǎn)以及數(shù)據(jù)計(jì)算，選擇規(guī)格相近的CB型齒輪泵。其相關(guān)技參數(shù)見表4-6所示：
表4-6 CB型齒輪泵的型號和技術(shù)參數(shù)
型號
額定壓力/MPa
最高壓力/MPa
排量/(mL/r)
額定轉(zhuǎn)速(r/min)
驅(qū)動功率/kw
CB-32
10
20
16.4
1500
8.9
4.9.2 確定驅(qū)動液壓泵的功率
液壓泵在整個循環(huán)中的額定工作壓力為18MPa，選取液壓油路上的壓力損失為
0.8MPa，則液壓泵的最高工作壓力估算20MPa。
液壓泵的驅(qū)動功率為：
（4-12）
式中 ——液壓泵的最大工作壓力；
——液壓泵的流量；
——液壓泵的總效率，齒輪泵取。
kw
4.10 選擇調(diào)速方式及油路方式
4.10.1 調(diào)速方式的選擇
由于機(jī)器所使用的原動機(jī)的不同，其液壓傳動系統(tǒng)中，驅(qū)動液壓泵的原動機(jī)分為電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩種不同的形式。這就使得其液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式也相應(yīng)有液壓和油門兩種不同的調(diào)速方案供選用。如機(jī)床、液壓機(jī)等機(jī)械，一般用電動機(jī)作原動機(jī)，液壓系統(tǒng)只能采用液壓調(diào)速。工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械多采用內(nèi)燃機(jī)作原動機(jī)其液壓系統(tǒng)即可采用油門調(diào)速又可采用液壓調(diào)速。液壓調(diào)速又分為節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速三大類。對于壓力較低、功率較小、負(fù)載變化不大、工作平穩(wěn)性要求不高的場合，宜選用節(jié)流閥調(diào)速回路；功率較小、負(fù)載變化較大、速度穩(wěn)定性要求較高的場合，宜采用調(diào)速閥調(diào)速回路；功率中等的場合，要求溫升較小時，可采用容積調(diào)速；既要溫升小，又要工作穩(wěn)定性較好時，宜采用容積節(jié)流調(diào)速；功率較大，要求溫升小而穩(wěn)定性要求不高的情況，宜采用容積調(diào)速回路。結(jié)合本次改裝特點(diǎn)，采用液壓調(diào)速中的節(jié)流調(diào)速回路。
4.10.2 油路循環(huán)方式的選擇
液壓系統(tǒng)的油路循環(huán)方式有開式和閉式兩種。開式與閉式系統(tǒng)的比較見表4-7：
表4-7 開式與閉式系統(tǒng)的比較
循 環(huán) 方 式
開 式
閉 式
適 應(yīng) 工 況
一般均能適應(yīng)，一臺液壓泵可向多個執(zhí)行元件供油
限于要求換向平穩(wěn)、換向速度高的一部分容積調(diào)速系統(tǒng)。一般一臺液壓泵只能向一個執(zhí)行元件供油
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和造價
結(jié)構(gòu)簡單，造價低
結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高
散 熱
散熱好，但油箱較大
散熱差，常用輔助液壓泵換油冷卻
抗 污 染 能 力
較差，可采用壓力油箱來改善
較好，但油液過濾要求較高
管路損失及效率
管路損失大，用節(jié)流調(diào)速時，效率低
管路損失較小，容積調(diào)速時效率較高
第五章 液壓輔件
5.1 密封件的種類及選配
（1）密封元件的種類
形密封圈屬于擠壓密封，當(dāng)O形密封圈裝入密封槽后，其截面受到一定的壓縮變形。在無液壓力時靠O形密封圈的彈性對接觸面產(chǎn)生接觸壓力，實(shí)習(xí)密封，當(dāng)密封腔充入壓力油后，在液壓力的作用下，O形密封圈被擠到溝槽一側(cè)，密封面上的接觸壓力上升，提高了密封效果。
任何形狀的密封圈，在安裝時必須保證適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，過小不能密封，過大則摩擦力增大，且易于損壞，因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面粗糙度必須按有關(guān)手冊給出的數(shù)據(jù)嚴(yán)格保證。
（2） Y形密封圈
Y形密封圈的截面為Y形。一般用耐油橡膠制成，是一種密封性、穩(wěn)定性和耐油性較好，摩擦阻力小，壽命較長，應(yīng)用較廣的密封圈。改種密封圈主要用于往復(fù)運(yùn)動的密封。根據(jù)截面長寬比例的不同，Y形密封圈可分為寬斷面和窄斷面兩種形式，其中窄斷面密封圈又分等高唇和不等高唇兩種。寬斷面Y形密封圈一般用于工作壓力p小于等于20MPa，使用速度v小于等于0.5m/s的場合。窄斷面Y形密封圈一般用于工作壓力p小于等于32MPa的場合。
根據(jù)計(jì)算過程中，求得的數(shù)據(jù)，因此選擇Y形密封圈。
5.2 排氣裝置的選配
液壓系統(tǒng)在安裝過程中或長時間停止工作之后會滲入空氣，油中也會混有空氣，由于氣體有很大的可壓縮性，會使執(zhí)行元件產(chǎn)生爬行、噪聲和發(fā)熱等一系列不正?，F(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)液壓缸時，要保證能及時排除積留在缸內(nèi)的氣體。
一般利用空氣比較輕的特點(diǎn)可在液壓缸的最高處設(shè)置進(jìn)出油口把氣體帶走，如不能在最高處設(shè)置油口時，可在最高處設(shè)置放氣孔或?qū)ｉT的放氣閥等放氣裝置。
5.3 油箱的選配與計(jì)算
（1）確定油箱的容量
合理確定油箱容量是液壓系統(tǒng)正常工作的重要條件，確定油箱按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
（5-1）
式中 ——油箱容量，單位為L；
——液壓泵的總額定流量，單位為L/min；
——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其數(shù)值大體如下：
低壓系統(tǒng)；中高壓系統(tǒng)。對行走設(shè)備或經(jīng)常間斷工作的設(shè)備，
其系數(shù)可取較小值，對安裝空間允許的固定設(shè)備，其數(shù)值可取較大值。
校核：
所以校驗(yàn)合格
第六章 連接件的選配
6.1 管接頭的計(jì)算與選配
卡套式管接頭的裝配預(yù)裝
（1）卡套式管接頭的預(yù)裝的最重要的環(huán)節(jié)，直接影響到密封的可靠性。一般需要專用的預(yù)器。管徑小的接頭可以在臺鉗上進(jìn)行預(yù)裝。具體做法是，用一個接頭作為母體，將螺母、卡套壓緊到管子上可。主要有卡套式直通管接頭、卡套式端直通接通頭、卡套式三通管接頭等型式。筆者發(fā)現(xiàn)，即使是同一廠家一批貨，這幾種接頭體上錐形孔的深度往往不相同，結(jié)果就造成了泄漏，而此問題往往被忽視。正確的做法是，管子一端用什么樣的接頭體連接，對應(yīng)的連接端則用相同類型的接頭預(yù)裝，這樣能最大限度地避免出現(xiàn)泄漏問題。
（2）管子端面應(yīng)平齊。管子鋸斷后應(yīng)在砂輪等工具上打磨平齊，并且去除毛刺，清洗并用高壓空氣吹凈后再使用。
（3）預(yù)裝時，應(yīng)盡量保持管子與接頭體的同軸度，若管子偏斜過大也會造成密封失效。
（4）預(yù)裝力不宜太大使卡套的內(nèi)刃剛好嵌入管子外壁，卡套不應(yīng)有明顯變形。在進(jìn)行管路連接時，再按規(guī)定的擰緊力裝配。ф6-1卡套的擰緊力為64-1 15n、16фmmr 259n、ф18mm的為450n。如果在預(yù)裝時卡套變形嚴(yán)重，會失去密封作用。禁止加入密封膠等填料。有人為了取得更好密封效果，在卡套上涂上密封膠
管接頭選擇卡套式：GB/T3733.1-1983
管子外徑約為 d=M27*2 l=16 L=39
扳手尺寸 S=34 e=39.3
6.2 油管內(nèi)徑的計(jì)算
管道內(nèi)徑一般根據(jù)所通過的最大流量和允許流速，按下式計(jì)算：
（6-1）
式中 ——通過管道的最大流量；
——管道內(nèi)液流的允許流速，壓油管路取5m/s，回油管路取m/s。
——管道內(nèi)徑。
高壓管路內(nèi)徑為:
mm
低壓管路內(nèi)徑為：
mm
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將高壓管路和低壓管路分別圓整為20mm和22mm
6.3 管道的確定
液壓傳動系統(tǒng)常用的管道有鋼管、銅管、橡膠軟管、尼龍管等。根據(jù)機(jī)械手冊本次改裝高壓油管采用兩層鋼絲編織膠管，低壓油管采用一層鋼絲編織膠管。液壓油冬季選用HJ-20號機(jī)械油，夏季HJ-30號機(jī)械油。
第七章 半軸套管拆裝機(jī)附屬元件的選配
7.1 液壓千斤頂?shù)挠?jì)算與選配
千斤頂是一種用鋼性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備。按結(jié)構(gòu)特征可分為齒條千斤頂、螺旋千斤頂和液壓千斤頂3種。千斤頂是一種起重高度小 (小于1m)的最簡單的起重設(shè)備。它有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式千斤頂又有齒條式與螺旋式兩種，由于起重量小，操作費(fèi)力，一般只用于機(jī)械維修工作，在修橋過程中不適用。液壓式千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，有自鎖作用，故使用廣泛。其缺點(diǎn)是起重高度有限，起升速度慢。千斤頂分為機(jī)械千斤頂和液壓千斤頂兩種，原理各有不同。從原理上來說，液壓千斤頂所基于的原理為帕斯卡原理，即：液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達(dá)到力的傳遞。機(jī)械千斤頂采用機(jī)械原理，以往復(fù)扳動手柄，拔爪即推動棘輪間隙回轉(zhuǎn)，小傘齒輪帶動大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒獲得起升或下降，而達(dá)到起重拉力的功能。但不如液壓千斤頂簡易。
（1）支柱圓形腔面積
S = mm
支柱直Φ徑=125mm
（2）初撐力
P（初）=S×P（泵）×4
（3）P（泵）=泵站最高壓力=20MPa
P（初）=12266×31.5×4=1545KN
（4）工作阻力 P=S×P（安）×4
P（安）=安全閥調(diào)整壓力=40MPa
計(jì)算 P=12266×40×4=1963KN
（5）支護(hù)強(qiáng)度 Q =P/S(架)
S（架）=3.5×0.96 =3.36平方米
Q=1963/3.36=0.58KN/平方米
7.2 電機(jī)的匹配與計(jì)算
（1）步距角的選擇
電機(jī)步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載最小分辨率換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度。電機(jī)的步距角應(yīng)小于或等于此角度，目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.72度、0.9/1.8度、1.2度等。
（2）靜力距的選擇
步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩很難一步確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力距。靜
距選擇的依據(jù)是電機(jī)的工作負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載兩種。單一的慣性負(fù)載或單一的摩擦負(fù)載是不存在的，直接起動時兩種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行只考慮摩擦負(fù)載，一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度即能確定下來。
（3）電流的選擇
靜力距一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流。
根據(jù)計(jì)算得，選用YR 132M1-4型電動機(jī)。
7.3 聯(lián)軸器的選配
聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩聯(lián)軸器的主參數(shù)是公稱轉(zhuǎn)矩Tn,聯(lián)軸器其它轉(zhuǎn)矩按GB 3931的規(guī)定。選用時各轉(zhuǎn)矩間符合以下關(guān)系：
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