双作用液压缸的结构设计开题报告及文献综述

一、 选题依据1.设计题目 双作用液压缸结构设计2.研究领域液压系统 3.论文（设计）工作的理论意义和应用价值液压传动技术不仅用于传统的机械操纵、助力装置，也用于机械的模拟加工、转速控制、发动机燃料进给控制，以及车辆动力转向、主动悬挂装和制动系统。同时， 也扩展到航空航天和海洋作业等领域。而液压油缸是液压传动中将液体的压力能转换成机械能，实现往复直线运动或往复摆动的执行元件，被广泛应用于各种液压机械设备中。液压油缸的设计合理性、制造质量，直接影响整个液压机械设备的的使用状态， 乃至整个生产系统的正常运行和生产的安全性。所以，液压油缸的合理化设计具有重要的现实意义。4.目前研究的概况和发展趋势。4.1 国内概况 随着科技迅猛发展，市场对双作用液压缸提出了更多要求，如提升工作效率、提高产品稳定性、节能环保性、延长使用寿命、控制/监测的自动化和智能化等。企业必须提高自主创新能力，更好、更快地转化科技成果，进行技术升级，并赋予产品更高的技术附加值，才能在市场竞争中立稳脚跟。目前，行业发展呈现以下特点。 节能化，中国是世界上单位产值能耗最高的国家之一，能源利用效率比先进国家约低l0左右，以能源经济效率指标来衡量，单位产品能耗比发达国家高2080， 节能是中国能源战略和政策的核心。双作用液压缸作为执行元件，又属于摩擦件，在整个液压系统节能上起到关键作用，因此开发节能型、轻量化、小型化液压缸产品是行业发展的必然趋势。 环保型，目前，液压缸的传导介质均为液压油，液压油在使用过程中无法避免泄漏和挥发，对环境会造成一定影响。因此，开发新型水介质或混合介质液压缸将成为未来的发展方向。 新材料、新技术随着市场对液压缸寿命、性能和稳定性方面的要求越来越高，液压缸新材料和新技术方面的研究受到广泛关注。目前，液压缸的材料主要是钢材，今后要向合金钢、铝合金、陶瓷以及合成有机高分子材料等方向发展。 提升计算机辅助技术应用水平计算机辅助设计主要内容包括 CAD 计算机辅助设计、CAM 辅助制造技术、CIMS 集成制造系统、自动监控、自动调节工况、变频技术应用、故障诊断分析等。通过计算机技术进行产品的研究开发、设计、加工制造、试验、使用等，可以提高产品的设计速度和加工水平，满足用户的要求。将计算机辅助设计技术应用于液压缸设计，将提升液压缸设计的科学性和制造的自动化水平。 4.1 国外概况 液压缸的高、低速性能及密封件的寿命是评价其优劣的重要指标。各国通过改进工艺等措施，大大提高了液压缸的性能。超高性能的液压缸不断出现，最低速度几乎为零、最高速度可超过 1500 毫米/秒，工作温度扩大到-60 200。另外，超大型液压缸的生产日益增多。缸径超过 1.8 米、长度超过 30 米、吨位达万吨以上的液压缸均已出现。微型液压缸的发展也十分引人注目。目前直径 4 毫米左右的液压缸已经形成系列产品。 与此同时，液压缸的新产品和新结构陆续出现。如带位置反馈的电液伺服缸、自锁液压缸、钢索式液压缸等。液压缸的另一个发展趋势是复合化，将泵、阀等元件与缸组成一体，结构紧凑，使用方便。随着自动化技术的发展，除伺服缸外，近年来又出现了电液步进缸和点位液压缸。 4.3 发展趋势 液压油缸也是基于以密闭容器中的静压力传递力和功率这一原理实现工作目的的。目前以其可实现大范围的无级调速、体积小、质量轻、结构紧凑、惯性小，易于实现自动化、过载保护以及良好的标准化、系列化、通用化特点广泛应用工程领域。当前正继续向着以下几个方面发展： (1)节能 近年来，由于世界能源的紧缺，各国都把液压传动的节能问题作为液压技术发展的重要课题。20 世纪 70 年代后期，德、美等国相继研制成功负载敏感泵及低功率电磁铁等。最近美国威克斯公司又研制成功用于功率匹配系统的 CMX 阀。 (2)与微电子、计算机技术结合 20 世纪 80 年代以来，逐步完善和普及的计算机控制技术和集成传感技术为液压技术与电子技术相结合创造了条件。随着微电子、计算机技术的发展，出现了各种数字阀和数字泵，并出现了把单片机直接装在液压组件上的具有位置或力反馈的闭环控制液压元件及装置。 (3)运行的可靠性 由于有限元法在液压元件设计中的应用，可靠性实验、研究工作的广泛开展以及新材料、新工艺的发展等，使液压元件的寿命得到提高。由于对飞机、船舶、冶金等一些重要液压系统采用多裕度设计，并在系统中设置旁路净化回路及具有初级智能的自动故障检测仪表等加强了油液的污染度控制。上述领域内的一些重要成果，使液压系统的可靠性逐年提高。 (4)高度的集成化 把叠加阀、集成块、插装阀以及各种控制阀集成于液压泵及液压执行元件上形成组合元件，有些还把单片机等集成在其控制机构上，达到了集机、电、液于一体的高度集成化。 (5)高压、低躁声、提高密封性能等 高压、高转速、低噪声组件的研究，高效滤材的研究，环保型工作介质及其相应高压液压组件的研究等也是值得注意的动向。 二、论文（设计）研究的内容1. 重点解决的问题 (1)工作过程中常用较多能量损失（摩擦损失、泄露损失等）；(2)液压缸的活塞杆在油压的作用下伸出或缩回时，经常出现速度不均匀现象， 并有时伴有振动和异响，从而引起整个液压系统的振动，并带动主机其它部件振动等。2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）(1)选择液压缸的类型和各部分结构形式。 (2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸。 (3)结构强度、刚度的计算和校核。 (4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计。(5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书。 3.本论文（设计）预期取得的成果(1)缸体材料及结构 (2)液压缸结构设计及强度校核(3)双作用液压缸装配图 (4)绘制双作用液压缸零件图 (5)设计说明书 三、论文（设计）工作安排1 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）1）市场调研，并收集相关资料。 2）根据使用要求确定结构形式与安装方式。 3）确定设计参数 a) 确定最大负载力和运动速度 b) 选定工作压力 c) 确定实际工作最大行程 4）尺寸计算a）缸筒内径，壁厚的计算 b）活塞杆直径的计算 c）液压缸最大工作长度的计算 5）进行结构设计a）缸筒的整体设计与强度校核 b）端盖、缸底及及活塞的设计 c）缸筒与端盖、缸底连接方式的设计及强度校核 d）活塞杆的设计及强度校核 6）完成辅助装置的设计7）绘制总装图与零件图，编写毕业设计说明书2 论文（设计）进度计划起止教学周 应完成的主要工作 第 1 周至第 2 周 编写开题报告，熟悉原始资料，确定设计方案 第 3 周至第 4 周 根据使用要求确定结构形式与安装方式 第 5 周至第 7 周 确定设计参数，尺寸计算 第 8 周至第 10 周 进行结构设计，完成辅助装置的设计 第 11 周至第 15 周 绘制总装图与零件图，编写毕业设计说明书 四、需要阅读的参考文献1雷天觉.液压工程手册M.北京：机械工业出版社，1990.232赵应樾.常用液压缸与其修理M.上海：上海交通大学出版社，1996.433何存兴.液压元件M.北京：机械工业出版社，1982.704黎启柏.液压元件手册M.北京：机械工业出版社，1992.124-159 5刘会国.双作用伸缩式液压缸J.液压与气动J，2003（09）.62 6吴兴奎.一种高可靠的新结构多级套筒液压缸J.液压与气动J，20039（03）.3 7 邓飘,邱义,张宝生.液压缸行程检测技术研究现状J.液压与气动，2008.15-34 8 于贵文，臧克江，林晶双作用多级液压缸的设计J中国工程机械学报，2007，5(4)：35-369李永奇，刘庆教，范华志，王丽.浅谈工程机械液压缸发展趋势J液压与气动，2013(5)：122-12410吴文涛，刘建红橡塑弹性体弹性变形原理在油缸密封的应用J.润滑与密封， 2007，32(10)11冯定，柳进，潘浩，杨成，刘莉.全液压修井机起升系统的速度调节方法J.机床与液压，2011,3 12张毅雄.井机起升油缸爬行现象分析J.长江大学学报,2009-6,6(2) 13何文斌.有限元在液压缸结构设计上的应用J.煤矿机械，2003-8 14 徐灏机械设计手册（第四、五卷）M北京：机械工业出版社，1991.9 15 汤家荣.油缸密封结构的改造J.林业机械与木工设备，2011，07：4849 16王金华，刘爱平.略谈工程机械用液压油缸密封J. 工业设计，2012，01：160 17王红青，邵灵敏.浅析煤矿用液压油缸的设计创新J.中国科技投资,2012,24：14018徐灏.机械设计手册M.北京机械工业出版社，200319 SMOExtrusion and Other ProcessesJConveyors for Bulk Materials ,199220 Mennesmann RexrothHydraulic ComponentsJMennesmann Rexroth Gmbh21 Mennesmann RexrothProportionalHighresponse and Servo-ValvesElectrolic Components and SystemsJ.mennesmann Rexroth GmbhRE29003,03,422 Eugenio de01iveira Simonetto , Denis Borenstein . A decision support system fort he operational planning of solid waste collection J ,Waste Management，2006.6附：文献综述液压缸文献综述前言：液压缸是工程机械中被频繁使用的执行元件，相对于其他行业如农业机械、汽车、机床等机械设备中，液压缸在工程机械中的作用更加能够得到发挥。随着机械工业的发展和进步，对液压缸的性能要求及可靠性要求越来越高，液压缸的性能直接关系到主机的性能。同时作为工程机械的核心零部件，液压缸已经得到越来越多的工程机械主机厂的关注，提升液压缸的产品可靠性，势在必行。工程机械的产品质量提升离不开液压缸的质量提升和匹配性研究提升，近些年国内也逐渐加大在液压元器件方面的研究和试验投入。随着国内外经济形势的变化，工程机械往高精尖发展，因此提升液压缸产品可靠性迫在眉睫。一、液压缸发展现状目前国内工程机械液压缸存在的问题是可靠性差，最主要的问题是首次无故障时间过短，且经常出现一些小故障。不论是从产品外观质量，还是从工艺技术或者试验验证等方面，我们与国外液压缸都有很大差距。我们国内液压缸与国外的可靠性差距比较大，一方面是成套方案提供能力尚不足，另一方面，在工艺制造技术的研究上还不够深入。国外对液压缸的研究比较成熟，国外很多液压缸制造商在液压缸的设计、工艺、试验等方面有很多创新点，可满足特殊工况的需求。他们把液压缸和传感器、外围的液压件或机械机构件一起供应，创造其竞争优势。尤其是特种液压缸注重机电一体化技术、集成传感及新材料和涂层技术的应用，向着更快、更轻、更环保、更安全可靠的方向发展。比如，国外某公司开发的缸径小于 10mm 的特小型液压缸使得气缸和液压缸的规格更加齐全。他们做的液气液压缸是液压和气动的复合产品。并在液压缸上增加控制装置，把控制技术结合进来使得这种混合液压缸的应用范围得以扩大9。二、液压缸发展方向(1)状态监测与故障诊断现在越来越多的企业开始研究检测技术与产品可靠性结合，利用先进的传感技术和检测技术，应用到工程机械液压缸中。比如利用磁致伸缩位移传感器检测液压缸行程信息，信号再反馈到控制系统，收集缸底、耳环铰点磨损信息，以此判断液压缸是否失效17。另外已经有企业开始利用精确控制液压缸行程来进行智能化主机作业，比如挖掘机的平地、挖坡作业等，利用这种方法能够自动进行较大难度的作业。体现在液压技术方面，第一位的是能效和状态监测与故障诊断传感器和测试设备在液压系统中的应用越来越广泛，不但用于实时状态检测，还逐渐开始应用到故障检测和状态维修方面目前状况监测系统已经成功应用在军工机械中，比如坦克、装甲车等重要设备中，很有必要在工程机械设备中进行广泛推广。徐州徐工液压件有限公司已成功研发智能液压缸检测系统，主要进行液压缸压力、温度、位移以及缸筒变形量等参数的实时监测及诊断，并于 2012 年宝马展会上顺利展出9。(2)可靠性研究国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020 年）将基础件和通用部件列为优先主题，将重大产品、重大设施和复杂系统的安全性、可靠性和寿命预测技术列入重要研究方向。液压缸作为工程机械的核心零部件，可靠性研究也是未来一段时间内重要的研究方向9。我们要重视试验技术和产品测试，通过型式试验，证明产品性能满足标准要求； 通过耐久性试验，保证产品寿命长久；通过生产精益管理，确保产品质量稳定。耐久性寿命试验的目的，不是为了证明产品有多好，而是为了发现其中存在的问题，从而不断改进。耐久性寿命试验，最重要的不是结果，而是试验过程中发生的问题和情况。不要过于拘泥于现有的测试标准必须拥有自己的试验测试体系，做具有中国特色的综合性试验平台。而做试验平台必须要做好工况研究，只有无限接近主机工况的试验平台才能真正的反映产品的性能15。另外，工况研究要坚持进行，工况研究不是一时半会就能研究出成绩，而是长期坚持积累的过程。液压缸企业都要在这个方面增加投入，只有基础研究深入，才能从根本上发现问题，从而解决问题。(3)清洁度污染对液压元件是致命的，只有把装配车间和粗加工、精加工以及焊接车间隔开， 清洁过或清洗过的部件才允许进入下一道工序，试验工序需要定期检查试验用油液清洁度，这样，才能保证最终产品的清洁，才能让用户放心。目前，我们国内部分企业也已经开始实施液压缸生产车间全封闭、恒温控制，并且在整个液压缸零部件生产环节分别进行清洁度的控制，生产的液压缸清洁度指标值如果采用“颗粒计数法”检测时，出厂前残留在液压缸缸体内部。油液的固体颗粒污染等级可控制在 GB/T 140392002液压传动 油液固体颗粒污染等级代号规定的范围内16。(4)液压缸零部件再制造和其他行业一样，目前液压缸行业也已经开始关注液压缸的再制造。再制造不但需要保证产品可靠性，而且前提成本的控制，如何在最低成本下实现液压缸的再制造也是当前较大的难题。同时要考虑的问题是如何最大化地利用有限资源，减少环境污染。再制造工程能够带来巨大的经济、环保和社会效益，因此液压缸的再制造也将成为工程机械再制造工程重要的一部分9。(5)轻量化随着工程机械向着大吨位、高性能发展，特别是路面行走工程机械，由于车桥载重的限制，主机对轻量化的要求愈加强烈，液压缸的轻量化势在必行。实现液压缸轻量化首先是在充分进行工况研究的基础上进行产品结构优化，如缸底、耳环结构优化及模锻件的减重等等；其次是高强度低密度新材料的开发应用，轻量化以经成为液压缸产品研发的一种趋势2。三、总结液压缸的发展首先是提供产品的可靠性，结合产品工况特点实现主机匹配性研究，加快产品技术创新和制造技术提升。在保证可靠性的前提下实现状态监测、清洁度提升以及产品轻量化。液压缸可靠性的提升，首先是对标国际液压缸标杆企业，寻找差距，专项提升； 其次是制造技术研究，专业化生产；第三是建立试验中心，加大试验研究及提供试验手段；最后是主机匹配性研究。只有不断突破差距，实现主机匹配，才能得到用户的认可。指导教师评阅意见（对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评阅）签字：年月日审核教研室主任意见意见签字：年月日学院教学指导委员会意见签字：年月日公章：