轻量化液压油缸设计
一，课题的意义
挖掘机是一种用来挖掘的工程器械。通过挖斗上的斗齿切削土壤，并用挖斗进行收集。收集完成后将挖斗提升并回转至卸土位置进行卸土，然后回转至工作点进行下一轮工作。挖掘机在建筑，水利，油田矿山，市政工程的土石施工中有着重要的地位。与发达国家相比，我国的重矿机械还有很多不足，主要表现在：新产品研发能力弱，缺少市场竞争力，重要技术装备依旧靠进口。自20世纪开始，国际上挖掘机向大型化，微型化，多功能化，专业自动化的方向发展。液压挖掘机的工作装置的性能是决定其总体工作性能的关键因素。轻量化液压油缸将提高挖掘机动臂的动力效力，将有效改善挖掘效率，节约单位工作量的油耗。因此研究挖掘机液压油缸也有极其重要的意义。
这个毕业设计需要机械设计知识，工程力学知识，工程材料知识以及工程机械轻量化知识。这与我们的专业课关联性极高，是一次对大学全部基础课程，基础技术课程和专业课程的综合应用，也是一次具有实际意义的训练，在我大学四年中有着重要的地位。这次设计主要目的是熟悉和应用有关手册，图表等技术资料并编写一定量的技术程序。
二，国内外研究状况
国内现状是：液压技术广泛应用机床这个行业。从过去仅仅在刨床，插床，拉床以及磨床上采用，现在75%的各种机床设备都采用了液压技术以替代复杂的机械传动结构。与车床相比，液压系统作为挖掘机的主要工作模块的动力来源，轻量化液压油缸的意义更加非凡。
国内一家材料公司（江苏恒神纤维材料有限公司）将液压油缸的材料改进为高强度纤维复合材料，主要改进为金属内衬。所述金属内衬外包裹有碳纤维复合材料形成的增强层，并在增强层外套有金属套环。增强层以热固性树脂为基体，碳纤维为增强体。其中热固性树脂基体的质量含量达23%至40%。与普通金属液压油缸相比，复合材料液压油缸在强度，刚度，抗疲劳性能方面都有显著的提高，减重效果可达30%至65%。可见液压油缸的轻量化主要是靠改变其材料来达到目的。随着材料科学的迅速发展，复合材料，碳纤维材料将替换传统金属材料，液压油缸的轻量化势在必行。
国外研究现状：日本采用了新型组成成分的铝合金，从也太开始就进行新的热处理工艺，最终成型的铝合金材料的机械性能与45号优质碳素钢处于同一水平。而相对现用的液压缸的重量仅有三分之一。据资料记载一个14MPA额定工作压力的高弹性碳素纤维复合树脂塑料液压缸，其材质密度仅为钢的五分之一左右铝的二分之一左右。低温下耐冲击，耐腐蚀，还具有X射线透过性，非磁性，减震等特性。性能非常优良但是成型加工工艺麻烦且价格昂贵无法广泛应用于工业。仅少量应用于航空航天领域。根据网上资料可知液压缸的总趋势是高压化，小型化，新材质，轻量化，新颖结构复合化。本课题研究的方向是轻量化故我们将在液压缸的制作材料上进行改进和创新。
三，研究方向的基本知识
液压的基本原理：液压是靠液体介质的静压力，完成能量的积压，传递和放大。在一个装满液体的容器中，液体对容器（在无重力影响，或影响极小的情况下）产生的力相同。公式为F1*S1=F2*S2。所以可以通过较小的力驱动给大面积的液压塞来给较小的液压赛提供较大的力。同时根据公式可以看出压力作用在工作面上，跟流体流动途径的大小无太大关系（在运动工作时，流体的流量也影响着工作速度）。所以基本上来说，液压是一种能量传输的传动系统。由于液体或气体（统称流体）的可压缩比较小，所以流体的压力能极少被浪费。
液压传动的特点与机械传动和液力传动相比，液压传动具有无级变速的特性，除了恒功率外，更易实现恒速和恒转矩变换。所以优点是：容易进行无级变速，变速范围广；控制性能好；动作可靠；操作性能好。由于容积式元件可以当作能力转换器，所以液压回路可以用标准元件构成实现任意复杂机能的回路。一般液压系统使用油来作为介质，所以易造成环境污染，损害其他工件的使用。而且液压油的品质对液压系统的工作性能是至关重要的，一旦泄露，混入空气会使液压系统运行故障。
液压油缸的种类：液压油缸按运动方式分为直线往复运动式和回转往复式。按结构形式分为活塞式，柱塞式，多级伸缩套筒式，齿轮齿条式。按照安装形式分为拉杆，耳环，底脚与铰轴式。
液压油缸的选用：活塞式有单进油口靠外力回复和双进油口靠两边液压差来回往复的双作用缸。前者较后者行程更大，但需外力进行回油工作。挖掘机一般采用直线往复运动式液压缸，故采用活塞式。根据设计要求，挖掘机液压油缸应具有来回往复的能力，所以采用两端进油的双作用缸。其部件有端盖板，缸体，密封环，活塞杆，导向套，密封圈，压盖。在工作时，通过向油缸中活塞两侧交替输送液压油，利用两侧不同的压力差实现活塞的往复运动。
课题研究方向与选择：在生活中最常见的就是单斗液压挖掘机。之所以选用液压系统传动，是应为液压元件有功率密度大，结构紧凑；无级调速，调速范围大；启动性能好且可以实现快速正反转；布置灵活，基本不受总体结构的影响；容易实现自动化，具有重要意义等优点。
单斗液压挖掘机一般采用3个液压缸来控制挖掘机械臂，由于控制位置不同，受到的负荷也不同。其工作方式为：机械臂将挖斗移动至作业位置，连接挖斗的液压缸工作。工作完成后，挖掘机回转至卸土位置进行卸土作业再回转至作业位置，以此往复知道作业完成。由于主要动力来源为液压缸，所以液压缸的设计要求很高。
四，本课题研究内容
针对挖掘机液压油缸提出轻量化研究方案，完成相关模型，并在相关优化设计理论和实验数据的基础上对该方案做出评价。

五，参考文献
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