工裝用液壓夾具設計方案

夏 軍

（中煤北京煤礦機械有限責任公司，北京 102400）

設計出來的工裝夾具要盡可能簡單，同時還要能夠便于操作并且足夠安全。在應用過程中要便于裝配與維護，不僅要滿足工件裝夾的需要，同時還要保證整體的生產效率。液壓千斤頂是夾緊動力的主要輸出結構，需要根據夾具的功能特點進行單獨設計。

1 液壓缸的設計

1.1 大缸內徑計算

千斤頂的額定起重量Gn=3 T，行程H=200 mm。

Fw為工作負載，Fa為慣性負載，Fg為重力負載：

Fw=3000×10=30000 N，

Fa=ma==250 N（設定活塞桿移動速度為0.5 m/min），

Fg=10 N（設定活塞桿自重1 kg）。

根據《新編液壓工程手冊》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，耐壓試驗壓力PT=1.5Pn=6 MPa。

千斤頂以無桿腔作為工作腔，大缸內徑D 為

根據《新編液壓工程手冊》選取大缸內徑D=100 mm。

1.2 大缸材料

液壓缸缸體材料根據《新版機械設計手冊》選擇45 號無縫鋼管，要求調質處理到241～285 HB，此時材料抗拉強度σb=630 MPa，屈服強度σs=370 MPa。缸體內徑表面要求鍍鉻，鍍鉻層厚度為30～40 μm。

1.3 大缸壁厚計算

根據《新編液壓工程手冊》查得液壓缸往復動作比λr=1.33。

由《新編液壓工程手冊》查得大缸壁厚δ 取12.5 mm。

由《新編液壓工程手冊》選取σ=12.5 mm。

1.4 大缸壁厚驗算

（1）液壓缸的額定壓力Pn應低于一定的極限值，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應大于耐壓試驗壓力PT。

在實際使用中，最高壓力不高于6 MPa，可見滿足使用要求。

1.5 大缸底部設計

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，焊接時焊接面要提前開坡口，焊縫強度要滿足使用要求，要達到300 MPa 以上。

1.5.2 大缸底部壁厚計算

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 活塞桿設計

1.6.1 活塞桿直徑計算

單活塞桿液壓缸兩腔面積比及往復動作比λr要符合國家標準GB 7933—87《單活塞桿液壓缸兩腔面積比》規定的面積比，取λr=1.33，活塞桿直徑為d。

ns為安全系數，一般ns=2～4，取ns=3。

根據《新編液壓工程手冊》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《新版機械設計手冊》選擇45 號鋼，要求調質處理，缸體內徑表面要求鍍鉻，鍍鉻層厚度為15～25 μm。

1.7 缸蓋設計

由于活塞桿所受壓力較小，為了減少零件數量，裝配簡單，采用導向套和缸蓋一體機構。

1.7.1 缸蓋厚度計算

由于是整體結構，所以缸蓋壁厚為h：

4 mm 已經滿足設計要求，為了增大強度取h=10 mm。

1.7.2 缸蓋螺紋強度校核

缸蓋與缸體采用螺紋連接，采用螺紋連接時，螺紋的危險截面強度應小于等于缸體的許用應力（缸蓋螺紋規格為M110×3）。

所以缸蓋螺紋滿足使用需求。

圖3 缸蓋

1.8 千斤頂輸出速度計算

1.8.1 單桿活塞式千斤頂外伸時的速度

1.8.2 單桿活塞式千斤頂縮入時的速度

式中qv=116×10-6m3/s。

2 液壓工作站設計

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，價格便宜。目前，此類型泵在我分廠雙面數顯落地銑鏜床上也有應用，其工作壓力可以滿足千斤頂的使用需求。所以，選擇雙面數顯落地銑鏜床同樣的泵，還可以作為雙面數顯落地銑鏜床的備件。

根據《新版機械設計手冊》，選擇YB1-6 型葉片泵，排量6 ml/r，額定壓力6.3 MPa，轉速1 450 r/min，驅動功率1.5 kW，容積效率80%。

2.2 驅動電機的選擇

根據液壓泵，由《新電工手冊》選擇Y90L-4B5 型電機，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—停止的動作順序，所以要采用三位四通電磁換向閥來實現該動作順序的完成。三位四通電磁換向閥不同的滑閥中位機能，決定了換向閥本身的工作特點和應用。所以，我們根據千斤頂的動作順序特點，選用O 型三位四通電磁換向閥，該電磁閥滑閥處于中位時，4 個油口均封閉，液壓缸活塞鎖住不動，液壓泵不卸載。

O 型三位四通電磁換向閥4 個油口（P 進油口、T回油口、A 工作油口、B 工作油口），將千斤頂無桿腔接A 工作油口，有桿腔接B 工作油口。當電磁鐵Y1 得電，千斤頂頂出。當電磁鐵Y1 和Y2 都不得電，換向閥滑閥處于中位，千斤頂停止動作并保持狀態。當電磁鐵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，保證壓力不會高于千斤頂最高壓力。溢流閥選用直動型溢流閥。

3.3 壓力表

在溢流閥后端要加裝壓力表，以便觀察系統壓力，根據壓力表顯示，及時調節系統壓力，以達到最優使用效果。

4 主要技術規格

表1 主要技術規格

5 密封件規格明細

表2 密封件規格明細

在設計過程中，利用現有手冊進行材料選擇、工藝加工、尺寸計算、強度校核等設計，由于手冊局限性，所以和目前液壓缸設計、加工、工藝有一定區別。

6 結束語

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