工装用液压夹具设计方案

夏 军

（中煤北京煤矿机械有限责任公司，北京 102400）

设计出来的工装夹具要尽可能简单，同时还要能够便于操作并且足够安全。在应用过程中要便于装配与维护，不仅要满足工件装夹的需要，同时还要保证整体的生产效率。液压千斤顶是夹紧动力的主要输出结构，需要根据夹具的功能特点进行单独设计。

1 液压缸的设计

1.1 大缸内径计算

千斤顶的额定起重量Gn=3 T，行程H=200 mm。

Fw为工作负载，Fa为惯性负载，Fg为重力负载：

Fw=3000×10=30000 N，

Fa=ma==250 N（设定活塞杆移动速度为0.5 m/min），

Fg=10 N（设定活塞杆自重1 kg）。

根据《新编液压工程手册》查得，千斤顶工作压力P=4 MPa。

则公称压力Pn=4 MPa，最大容许压力Pmax≤1.5Pn=6 MPa，耐压试验压力PT=1.5Pn=6 MPa。

千斤顶以无杆腔作为工作腔，大缸内径D 为

根据《新编液压工程手册》选取大缸内径D=100 mm。

1.2 大缸材料

液压缸缸体材料根据《新版机械设计手册》选择45 号无缝钢管，要求调质处理到241～285 HB，此时材料抗拉强度σb=630 MPa，屈服强度σs=370 MPa。缸体内径表面要求镀铬，镀铬层厚度为30～40 μm。

1.3 大缸壁厚计算

根据《新编液压工程手册》查得液压缸往复动作比λr=1.33。

由《新编液压工程手册》查得大缸壁厚δ 取12.5 mm。

由《新编液压工程手册》选取σ=12.5 mm。

1.4 大缸壁厚验算

（1）液压缸的额定压力Pn应低于一定的极限值，以保证工作安全。

由此可知满足使用要求。

（2）为确保液压缸安全使用，大缸的爆裂压力PE应大于耐压试验压力PT。

在实际使用中，最高压力不高于6 MPa，可见满足使用要求。

1.5 大缸底部设计

1.5.1 大缸底部连接形式

大缸底部与大缸采用焊缝连接形式，焊接时焊接面要提前开坡口，焊缝强度要满足使用要求，要达到300 MPa 以上。

1.5.2 大缸底部壁厚计算

该缸底部选用平面形式，则缸底壁厚为δ1：

取缸底壁厚δ1为12 mm。

图1 大缸体

1.6 活塞杆设计

1.6.1 活塞杆直径计算

单活塞杆液压缸两腔面积比及往复动作比λr要符合国家标准GB 7933—87《单活塞杆液压缸两腔面积比》规定的面积比，取λr=1.33，活塞杆直径为d。

ns为安全系数，一般ns=2～4，取ns=3。

根据《新编液压工程手册》选取活塞杆直径d=50 mm。

图2 活塞杆

1.6.2 活塞杆材料

活塞杆材料根据《新版机械设计手册》选择45 号钢，要求调质处理，缸体内径表面要求镀铬，镀铬层厚度为15～25 μm。

1.7 缸盖设计

由于活塞杆所受压力较小，为了减少零件数量，装配简单，采用导向套和缸盖一体机构。

1.7.1 缸盖厚度计算

由于是整体结构，所以缸盖壁厚为h：

4 mm 已经满足设计要求，为了增大强度取h=10 mm。

1.7.2 缸盖螺纹强度校核

缸盖与缸体采用螺纹连接，采用螺纹连接时，螺纹的危险截面强度应小于等于缸体的许用应力（缸盖螺纹规格为M110×3）。

所以缸盖螺纹满足使用需求。

图3 缸盖

1.8 千斤顶输出速度计算

1.8.1 单杆活塞式千斤顶外伸时的速度

1.8.2 单杆活塞式千斤顶缩入时的速度

式中qv=116×10-6m3/s。

2 液压工作站设计

2.1 液压泵的选择

由于该千斤顶工作压力较小，可以选择叶片泵，此类泵体积小，价格便宜。目前，此类型泵在我分厂双面数显落地铣镗床上也有应用，其工作压力可以满足千斤顶的使用需求。所以，选择双面数显落地铣镗床同样的泵，还可以作为双面数显落地铣镗床的备件。

根据《新版机械设计手册》，选择YB1-6 型叶片泵，排量6 ml/r，额定压力6.3 MPa，转速1 450 r/min，驱动功率1.5 kW，容积效率80%。

2.2 驱动电机的选择

根据液压泵，由《新电工手册》选择Y90L-4B5 型电机，功率1.5 kW。

3 液压控制元件选择

3.1 电磁换向阀的选择

由于千斤顶顶出—停止—退回—停止的动作顺序，所以要采用三位四通电磁换向阀来实现该动作顺序的完成。三位四通电磁换向阀不同的滑阀中位机能，决定了换向阀本身的工作特点和应用。所以，我们根据千斤顶的动作顺序特点，选用O 型三位四通电磁换向阀，该电磁阀滑阀处于中位时，4 个油口均封闭，液压缸活塞锁住不动，液压泵不卸载。

O 型三位四通电磁换向阀4 个油口（P 进油口、T回油口、A 工作油口、B 工作油口），将千斤顶无杆腔接A 工作油口，有杆腔接B 工作油口。当电磁铁Y1 得电，千斤顶顶出。当电磁铁Y1 和Y2 都不得电，换向阀滑阀处于中位，千斤顶停止动作并保持状态。当电磁铁Y2 得电，千斤顶退回。

图4 液压图

3.2 溢流阀的选择

在油泵出口，换向阀前端要加装溢流阀，保证压力不会高于千斤顶最高压力。溢流阀选用直动型溢流阀。

3.3 压力表

在溢流阀后端要加装压力表，以便观察系统压力，根据压力表显示，及时调节系统压力，以达到最优使用效果。

4 主要技术规格

表1 主要技术规格

5 密封件规格明细

表2 密封件规格明细

在设计过程中，利用现有手册进行材料选择、工艺加工、尺寸计算、强度校核等设计，由于手册局限性，所以和目前液压缸设计、加工、工艺有一定区别。

6 结束语

千斤顶可以选择我公司现成的产品，各类液压阀可以利用我分厂原来的油压机备件或者与阀分厂联系。目前由于压力较小，采用我分厂双面数显落地铣镗床的油泵和电机就可以，如果日后压力还需提高，我们可以再行购买较大的泵或者利用库存，替换下来的可以作为数显落地铣镗床备件使用。