四柱万能液压机总体及液压系统设计【公称压力为2500kN】说明书正文

购买设计文档后加 费领取图纸 摘要 进入 19 世纪以来，随着制造业的飞速发展，对机械加工设备的要求也越来越高，人们迫切需要一种通用性强，加工范围广，工作负载大的加工设备。尽管早在 17 世纪中期帕斯卡就发现了利用液体能产生很大力量的可能性，但直到 19 世纪，液压技术才得到人们的广泛重视。为了应对军事、航空工业等领域的需求，德国、英国、苏联等国家先后制造了一批公称压力达到上万吨的模锻液压机。这个时候液压成型机械得到了充分的发展并具有了成熟的技术。液压机广泛应用于 金属薄板的冲压拉深成形；金属机械零件的压力成形；粉末制品行业；非金属材料的压制成形； 木制品的热压成形等领域。 液压机极强的通用性奠定了它在工业生产领域的重要地位，成为国民生产中一枚关键的“棋子”。 本文对液压成型机械做了简单的回顾和总结，并具体设计了一台公称压力为 2500点在于液压系统设计方面，详细拟定了液压系统压力、方向控制等回路，绘制了液压系统图，并选择了各液压元件的具体型号等。 为了满足工业生产的需要，促进国民经济发展，我国必须加大液压成型机械的研发和设计制造，争取早日达到国际先进水平，打破西方发达国家对液压关键元件的技术垄断。 关键词：液压机；液压缸；液压系统；横 梁；液压阀 2 n 9 of a a of of as as of of It 9th to In to of a 0,000 of is a in to in as in of an of a In to do a a 500 on of of of he as In to of of to an on of 购买设计文档后加 费领取图纸 目录 摘要 .录 . 前言 . 绪论 .压机的工作原理 .压机的特点及分类 . 液压机的特点 . 液压机的分类 .压机的选择 .压机发展历程 .内液压机技术发展情况 . 液压机的本体结构及设计 .柱万能液压机的结构及工作特点 . 结构 . 工作特点 .柱万能液压机的基本参数 .压缸设计 . 11 压缸的结构 . 11 缸设计 . 顶出缸设计 .柱式组合机架设计 . 立柱 . 横梁 . 液压机的液压系统设计 .确液压系统的技术要求 .压系统的功能设计 . 执行器的配置 . 动力分析和运动分析 .压系统主要参数的确定 . 液压缸有效工作面积 A . 液压缸的最大流量 .定液压系统原理图 . 执行元件类型的选择 . 方向控制回路 . 速度控制回路 . 压力控制回路 . 液压油源回路 . 液压系统的合成 .压元件的计算和选择 . 液压泵的选择 .4 机的选择 . 液压阀的选择 . 油管的选择 . 油箱 . 液压机的振动及减振措施 .压机的振动 .压机的减振措施 .）产生液压冲击时的减振措施 . 结论 .谢 .考文献 . 购买设计文档后加 费领取图纸 0 前言 液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备，在制品成型生产中应用非常广泛 。自 19 世纪以来发展迅速，已成为工业生产中必不可少的设备之一。液压机几乎适用于所有需要压力加工的工艺，目前广泛应用于金属薄板的冲压拉深成形；金属机械零件的压力成形；粉末制品行业；非金属材料的压制成形；木制品的热压成形等领域。液压机是最早应用液压传动的机械之一，目前液压传动已成为压力加工机械的主传动形式，在重型机械制造业，航空工业，塑料及有色金属加工工业等之中，液压机已成为重要设备。 我国的液压技术是随着新中国的建立、发展而发展起来的，从 1952 年上海机床厂试制出我国第一台液压元件（齿轮泵）起，大致经历了创业 奠基、体系建立、成长发展、引进提高等几个发展阶段。而国内的液压机发展也十分迅速，在生产能力及市场方面，产量大幅度上升，国内占有率高达 90以上，不过在出口方面，产值还不到 5。我国仅在生产台数和总吨位上处于国际领先地位，在产值和销售收入方面和国外发达国家比较不具有优势。技术水平上，国内液压机单机达到了国际中等或较先进的水平，但部分关键件，如液压和电控部分，还得靠和国外合作甚至完全进口。目前国内液压机普遍存在质量可靠性低，漏油问题严重，关键件加工质量低，外观和美学上还需提高，基本是以单机加工为主，多机联合组成 的生产线普及率低。随着现代工业的飞速发展，对机械加工设备的要求也越来越高，机械制造业作为国民经济发展的基础行业，占有举足轻重的地位。为了不使国民经济发展受到桎梏，我国必须加大机械制造业的研究与开发。 本文共分为三章：第一章绪论，主要介绍了液压机的工作原理，发展历程以及特点。第二章液压机的本体结构及设计计算，主要介绍了液压机各个部件的结构并进行了相应的参数选择。第三章液压系统设计，重点进行了液压系统各主要回路的选择，系统图的合成绘制，以及各个液压阀的型号选择等。 由于本文编者的水平有限，本书一定存在不少缺点和 错误，敬请各位读者给予提出指正意见。 6 1 绪论 压机的工作原理 液压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。 其主要是利用帕斯卡原理制造而成的。如图 1 1 所示： 1 小柱塞 2 大柱塞 3 工件 4 液体 图 1 1 液压机工作原理图 -1 个充满液体的具有柱塞或活塞的容腔由管道相连接，当小柱塞 1 上的作用力为 体压力为 P 1， 柱塞 1 的工作面积，根据帕 斯卡原理，在密封容积中，液体压力在各个方向上是相等的，则压力 P 将传到容腔中的每一点，因此大柱塞 2 上将产生向上的作用力 使工件 3 变形，且 2/ 压机的特点及分类 压机的特点 1） 基于液压传动的原理，执行元件（缸及柱塞或活塞）结构简单，结构上易实现很大的工作压力，较大的工作空间和较长的工作行程，适应性强，便于压制大型工件或较长较高的工件。 2） 在行程的任何位置均可以产生压力机额定的最大压力，可以长时间保压。 3） 可以利用阀在工作循环中调压或限压，不易超载，容易保护 模具。 购买设计文档后加 费领取图纸 4） 滑块总行程可以在一定范围内任意改变，滑块速度可以在一定范围内最大程度的调节。 5） 工作平稳，撞击，振动和噪声小，对工人健康，厂房基础，周围环境及设备有很大好处。 但液压机由于其设计安装的原因，也就有如下缺点： 1） 用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。 2） 由于工作缸升压及降压，阀换向需要一定时间，空程速度不够高，在快速性方面不如机械压力机。 3） 由于液体的可压缩性，在快速卸载时，容易加大本机和液压系统的振动。 4） 工作液体有一定使用寿命，一段时间后得更换，增加了工作量和复杂度。 压机的分类 按照机架结构形式液压机可分为梁柱式组合框架型、整体框架式、单臂式等。按照功能用途液压机可分为手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校正、压装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包压块液压机、专用液压机等十组类型。 压机的选择 液压机本体一般由机架、液压缸部件、运动部分、及导向装置组成。由于加工工艺的多样性，液压机的结构型式也是多种多样的。 根据设计要求：液压机可用于塑性材料的压制及冲裁、弯曲、弯边、浅拉伸等，也可用于从事校正、压装、砂轮成形、磨料制品成形等工 作，具备独立的动力机构和电器系统，可实现调整，手动等操作方式；公称压力为 2500选择 列小型四柱万能液压机，机身为三梁四柱式，单缸体。 压机发展历程 1653 年，帕斯卡发现了利用液体能产生很大力量的可能性，并首次提 出了帕斯卡定律。 1795 年，英国人 明了第一个手动液压机。 1859 1861 年，维也纳铁路工场生产了第一批用于金属加工的液压机，公称压力分别达到了 70000000 12000 1884 年，在英国曼切斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，于 1893 年建造了当时世界最大的 120锻造水压机。 8 第二次世界大战前后，德国，美国，英国，苏联等先后制造了 315750大型模锻水压机。 进入二十世纪以来，随着制造业的发展，将流体技术与数控，计算机控制和微电子技术相结合，液压机进入了一个新的发展阶段，逐渐成为工业生产中必不可少的设备，在国民经济各部门得到了广泛应用。 内液压机技术发展情况 1949 年新中国成立以后，我国建立了独立自主的完整工业体系，液压机的研发也逐渐受到重视。 1957 1962 年，我国开始自行设计，自行制造各种锻压设备，期 间生产了将近30 台 10000 31500型锻造水压机及两台 120 125大型锻造水压机，初步建立了一支设计和制造液压机的队伍。 60 年代，我国先后成套设计制造了一些大型液压机，如 300有色金属模锻水压机， 120色金属挤压水压机， 80色金属模锻水压机等。进入 70 年代，我国已具备向国外出口多吨位液压机的能力，其设计制造已达到了一定的先进水平。 进入 21 世纪以来，我国的液压机技术及生产能力已趋于成熟，国内市场占有率高达90以上。 2005 年，国内液压机销售额就达到了 13 亿元 人民币左右。在生产台数和总吨位上，我国液压机生产产量处于国际领先地位。但我国的液压机在技术水平上与国外还存在较大差距，部分关键件，如高档的液压元件和电控元件还得依靠国外进口。国产液压机普偏存在 质量可靠性低，漏油问题严重，关键件加工质量低等问题。在今后的发展中，国产液压机还得在自动上下料，多工位，快速高速，依托电液比例技术，传感器，电子，计算机，网络等以及环保方面加大研发力度。 购买设计文档后加 费领取图纸 2 液压机的本体结构及设计 柱万能液压机的结构及工作特点 构 四柱液压机一般由机身、主缸、顶出缸、油箱、液压动力 机构及电控装置等组成，用液压管道及电线等连接。 机身为三梁四柱式，利用四根立柱及紧锁螺母将上横梁和下横梁（工作台）组成一个封闭的刚性框架，主缸装于上横梁上，主缸活塞与活动横梁紧固连接，活动横梁靠四根立柱导向，可上下运动，活动横梁和工作台表面都开有 T 形槽，便于安装模具。工作台下部安装有顶出缸，用于顶出工件。在液压机的顶部设有油箱，在活动横梁快速下行时，可及时向主缸上腔补油，以减少主缸建压时间，提高快速性。 作特点 四柱万能液压机可实现活动横梁的空程快速下降、减速下降、工作压制、保压延时、快速回程及 停止等动作，其工作压力，压制速度，空程下降的行程范围及减速的行程范围均可以根据工艺要求进行调整。工作压制分为定压成形和定程成形两种方式。定压成形是液压机工作压力达到调定压力时可进行保压，延时及自动回程，延时时间可根据需要进行调整。定程成形是活动横梁达到调定压力的行程位置后，可进行保压，延时及自动回程。 四柱液压机一般采用按钮集中控制，操作方式有调整、手动和半自动三种。 柱万能液压机的基本参数 基本参数是液压机的基本技术数据，根据液压机的工艺用途及结构类型来确定，而用户的具体要求也是设计液压机基本尺寸 的一大依据。为了更有利于专业化生产，降低成本，提高质量和便于维修，应尽量选用系列化，通用化和标准化的尺寸。如图 2 1 所示： 1) 公称压力 液压机名义上能产生的最大力量 F。 F PS （ 2 式中 F 公称压力； P 工作液体压力； S 工作柱塞总工作面积。 设计要求已给出： F 2500 10 图 2 1 液压机基本参数示意图 -1 ) 最大净空距（开口高度 ） H 即活动横梁停在上限位置时，从工作台上表面到活动横梁下表面的距离。查锻压手册第 3 卷表 1 8 2 四柱液压机基本内参数可知， H 取 1120 3） 最大行程 S 活动横梁位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下表面到立柱限程套上表面的距离，即活动横梁能移动的最大距离。 查如上手册，取 s=710 4） 工作台尺寸 （长 B宽 T） 工作台尺寸指工作台 面可以利用的有效尺寸，其取决于模具（工具）的平面尺寸及工艺过程的安排。查如上表，取 B 等于 1000 取 1000 5) 活动横梁运动速度 按液压机的工作过程分为空载下行速度 作行程速度 程速度 锻 购买设计文档后加 费领取图纸 压手册第 3 卷表 1 8 2，取 0s, 12s， 0s。 6） 顶出器公称压力 行程 出器的力量及行程由工艺要求来确定。查锻压手册第 3 卷表 1 8 2，取 于 400于 250 压缸设计 液压缸（油缸）是液压传动 系统中的执行元件，是一种将液压能转变为机械能的转换装置 。 它可以做直线往复运动和小于 360的摆动。做直线运动的液压缸称为推力液压缸，做摆动的液压缸称为摆动液压缸。液压缸具有结构简单，制造容易，使用维护方便，易于实现远控和自控等优点，因此，液压缸广泛应用于工业生产等部门。 该液压机包含了主缸和顶出缸两个液压缸。主缸的作用在于高压液体进入主缸后，作用活塞上，经过活动横梁将力传给工件，使工件产生塑性变形。主缸是液压机的主要部件之一。顶出缸主要用于工件的浮动压边和顶出。 压缸的结构 压缸 类型的选择 液压缸的类型多种多样，液压机最常用的主缸型式有柱塞式和活塞式两种。如图 2 2所示： 柱塞式 活塞式 图 2 2 主缸类型简图 -2 自的特点及应用范围： 1）柱塞式液压缸：它在水压机中应用最多，广泛应用于工作缸、回程缸、工作台移动缸及平衡缸等处。结构简单，制造容易，但只能单方向移动，反向移动需要回程缸实现。 2）活塞式液压缸：此结构在中小型油压机中应用广泛。可以实现双向作用，既能完成工作行程，又可以实现回程，所以简化了液压机结构。但是活塞在两个方向上都要求密封，因此缸的内表面在全长上均需加工，精度要求较高，粗糙度要求低，部件结构比较复 12 杂。 根据设计要求，公称压力为 2500中小型油压机，故选用结构简单，能实现工作行程和回程双向运动的活塞式液压缸。 压缸支承型式的选择 1）法兰支承：液压缸以法兰支撑并安装在横梁内，由缸外壁的两个环行面积与横梁相配合。缸内进入高压液体时，通过法兰与横梁的接触面将反作用力传给横梁，液压缸本身靠法兰上的一圈螺栓固定在横梁上。法兰也可以嵌入上横梁内，采用压环固定。 2）缸底支承：液压缸直接靠缸底固定在上横梁上。这种连接不用法兰，消除了法兰过渡区的应力集中，并减小了缸体毛坯尺寸。但这种支承形式增加了液压机的高度，缸底与横梁的接触情况不易检查。 本液压机主缸和顶出缸均采用法兰支承，通过法兰分别将其固定在上横梁和下横梁上。 缸设计 该液压 机主缸采用活塞式结构，为单活塞杆式双作用液压缸，主要由缸体、活塞、导向套等组成。缸筒与缸底焊接成一体。如图 2 3 所示，缸体 1 的上端设有两个进油孔，侧壁安有一个进有孔，分别为液压机空载下行和工作行程和回程时提高油压。缸体与上横梁用法兰固定，用紧锁螺母 5锁紧。法兰与缸筒的连接形式通常有整体、焊接、螺纹等连接形式，该液压缸选用整体形式。但液压机空载下行或工作时，高压液体进入缸内，为防止缸筒向下或向上移动，可通过法兰与上横梁的接触面将反作用力传给法兰，迫使缸筒固定在原位置。活塞为组装件，由活塞杆 6和活塞头 4组成，由 螺钉固紧。活塞杆由导向套7 导向。缸内两腔间的密封靠活塞内孔与活塞杆配合处的密封圈以及反方向安装在活塞外缘上的密封圈来保证。为防止油液外泄，导向套 7 的外缘安装有密封圈，内孔由密封圈和挡圈进行密封。活塞杆可通过压环 9 与动横梁固定。 购买设计文档后加 费领取图纸 1 缸体 2、 3 螺母 4 活塞头 5 紧锁螺母 6 活塞 7 导向套 8 压紧环 9 压环 图 2缸示意图 of 缸主要零部件的结构和材料 1） 缸筒 该液压缸 需要固定在上横梁上，所以如前面所述，在缸筒上设计有法兰，通过法兰固定。缸筒的材料常用 35 号， 45 号无缝钢。在承受负荷很大的情况下，也可以采用高强度合金无缝钢管作缸筒。该液压缸采用 45 号钢，并调质到 285，以改善其加工性能和强度。 2） 活塞和活塞杆 活塞与活塞杆的结构主要包括活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆端部的连接结构、活塞与活塞杆及缸筒的密封结构等。 活塞与活塞杆的连接结构可分为整体式和装配式。装配式又有螺纹连接、半环连接、弹簧挡圈连接和推销连接等类型。液压缸在一般工 作条件下，活塞与活塞杆采用螺纹连接，其结构简单，拆装方便。该液压缸采用的螺钉连接，为了防止工作机械振动较大时螺钉松动，在螺钉上还装有一螺母，如图 2 3标号 2 所示。 14 活塞杆主体有实心和空心两种。一般情况下多采用实心杆；为了减轻大型液压缸的重量或杆固定而缸筒带动工作机构运动等情况，则采用空心杆。该主缸采用实心杆。 活塞杆端部与工作机械的连接结构可根据不同的使用要求来定。主要有焊接式单耳环、整体式单耳环、光滑端部、双耳环、球头、外螺纹连接、内螺纹连接等形式。该主缸采用外螺纹连接 形式，并通过压环与活动横梁固接。 活塞的材料通常采用钢，耐磨铸铁，灰铁 33， 40 和铝合金等。实心活塞杆的材料通常为 35 号， 45 号钢，活塞杆粗加工后要调质到硬度 229 285要时再经高频淬火，硬度达到 45 55 3） 导套及密封圈的选用 导套在活塞杆往复运动中起导向作用，如图 2 3 所示，标号 7 即为导向套。该导套为轴套式，材料选用抗压耐磨的 铜铸造。导套的长度可查相关 手册，原机械部已拟定了柱塞式液压缸的导套标准 套过短将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响缸的工作性能和稳定性。因此在设计时必须保证缸有一定的最小导向长度。一般液压缸的最小导向长度应满足： 220 （ 2 式中 H 为最小导向套长度； L 为液压缸最大行程； D 为缸筒内径。 密封件的作用是用来防止高压液体的泄露。它是易损件，如质量不好，会严重影响液压机的正常工作。因此要求 密封件密封性好，能随液体压力增高而提高其密封性能，摩擦阻力小、磨损小、寿命长、使用维护简单、易拆换、成本低、容易制造。在选择密封件的材料时，要求在一定范围内有较好的化学稳定性，不溶于工作介质，与金属材料接触时不相互作用（如腐蚀、粘着等），不软化或硬化，弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，耐磨性好，摩擦系数小，易压制成型等。 密封圈的材料通常选用聚胺酯橡胶，在各种液压缸中应用较为广泛。密封圈有 V 型、U 型、 Y 型 、 O 型等型式。液压机的密封可分为相对运动件表面之间的动密封和固定件表 购买设计文档后加 费领取图纸 面之间的静密封。如图 2 3 所示， 活塞内孔与活塞杆配合处的密封圈选用 O 型，活塞头外缘上的密封圈选用 ，导向套 7 的外缘安装 O 型密封圈，其内孔的密封圈选用 缸基本参数 1) 工作负载和工作压力 液压机的工作负载是指工作机构在满负荷的情况下，以一定的加速度起动时，对液压缸产生的总阻力。根据设计要求，该液压缸的工作负载为 2500 液压缸的工作压力是指作用在活塞上克服最大工作负载所需的液体压力。可根据主机类型参照下表来选取： 表 2主机类型选择液压缸工作压力 -1 by of on of 机类型 机床 农业机械 小型工程机械 工程机械辅助机械 液压机 中大型挖掘机 重型机械 起重运输机械 磨床 组合机床 龙