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本科毕业设计（论文）25MN锻造液压机本体设计2013年6月 I 本科毕业设计（论文）25MN锻造液压机本体设计学院（系）： 专 业：材料成型 学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院： 系级教学单位： 学号学生姓名专 业班 级题目题目名称 题目性质题目类型题目来源主要内容基本要求绘制A0规格设计图纸3张；编写2万字的设计说明书；翻译3000字的英文相关资料。参考资料液压机中小型液压机设计机械设计手册有关设计资料及图纸周 次第 1 4周第 58 周第9 12周第1216周第1718周应完成的内容文献综述开题报告资料翻译方案设计总装图设计零部件图设计上机绘图整理说明书审图答辩指导教师：职 称： 年 月 日系级教学单位审批： 年 月 日III摘要 I摘要 摘要液压机的制造与使用长长标志一个国家的的工业水平，它不仅仅是重工业建设的工具，而且也是国防工业中一种重要生产设备。几年来，随着我国制造业的飞速发展，特备是基础装备制造业的蓬勃发展，促进锻造这一传统基础工业进入了一个新的发展历程。锻造液压机是其中重要的成型设备。根据设计题目及任务的要求，本文中介绍了25MN锻造液压机的设计过程。此液压机采用双立柱，拉杆预应力预紧结构，动梁采用组合式机构，上梁和下梁则是整体铸造。两侧为柱塞缸，中间活塞缸兼起回程作用，保证了液压机能达到公称压力和工作行程。关键词锻造液压机、液压机、预应力 AbstractManufacture and use of hydraulic machines often marks a countrys industrial level, it is not only heavy construction tools, but also an important defense industry in the production equipment. In recent years, with the rapid development of Chinas manufacturing industry, especially the rapid development of equipment manufacturing base and promote the traditional basic industries into forging a new course of development. Forging hydraulic press is an important molding equipment.According to a design and mission requirements, this article describes the 25MN Forging Hydraulic design process. This hydraulic dual-column, rod pretension prestressed structure, moving beam with modular structure, the upper beam and lower beam is the whole cast. Both sides of the piston cylinder, piston cylinder and the intermediate role in the recovery of the city, to ensure the hydraulic function to the nominal pressure and stroke work.Keywords Forging, Hydraulic presses, Pre-stressed I大学本毕业设计（论文） 目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外液压机发展现状11.2.1 液压机的发展方向和趋势11.2.2 国内液压机行业的现状2第2章 液压机的概述52.1 基本原理52.2 液压机的分类62.3 液压机的主要参数62.4 液压机的应用领域72.5 方案确定8第3章 液压机本体结构设计103.1液压缸设计103.1.1 活塞缸设计113.1.2 柱塞缸设计143.1.3 液压缸的损坏情况及原因分析163.2 立柱与拉杆结构设计183.2.1 立柱设计183.2.2 拉杆设计213.3横梁结构和刚强度校核233.3.1上横梁的结构设计和校核243.3.2 活动横梁的结构设计与刚强度校核273.3.3 下横梁的计算和校核28结论31参考文献32致谢32附录133附录241附录346第 1 章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景 液压机是一种利用液体压力来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机床。随着新工艺及新技术的应用，液压机在金属加工及非金属成型方面的应用越来越广泛，在机床行业中的占有份额正在大幅度攀升。 概括的讲，锻造设备主要包括锻造液机、锻锤、机械压力机、螺旋压力机和专用锻造设备。就目前情况看，我国除还没有安装现代化的用于成型空心功能件的高压涨形机等特殊的锻造设备外，几乎安装了所有类型的锻造设备，只是数量多少不一。但在众多的锻造设备中，大部分先进高效锻造设备都不是我国自己制造的，其中，最通用的四大类设备的生产制造水平也落后于发达国家。在我国自行设计制造的锻造设备中，部分设备的技术和结构仍沿用20世纪70年代的结构，缺少创新和改进，缺少现代的技术和材料。这些设备的制造质量不稳定，特别是加工和装配质量远远低于发达国家。从产品的提供上看，我国制造的锻造设备还无法满足用户的需要，尚未掌握锻造设备设计的实际技术，开发设计能力较低。 因此，我国急需一批从事液压机设计，制造和设备维护等共组的工程技术人员。 1.2 国内外液压机发展现状1.2.1 液压机的发展方向和趋势 (1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 (3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。 (4) 液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄露和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。的趋势。1.2.2 国内液压机行业的现状液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，已成为工业生产中必不可少的设备之一。作为一种通用的无削成型加工设备，其工作原理是利用液体的压力传递能量以完成各种压力加工的，由于液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。如板材成型；管、线、型材挤压；粉末冶金、塑料及橡胶制品成型；胶合板压制、打包；人造金刚石、耐火砖压制和炭极压制成型；轮轴压装、校直等等。各种类型液压机的迅速发展，有力地促进了各种工业的发展和进步。八十年代以来，随着微电子技术、液压技术等的发展和普及应用，液压机有了更进一步的发展。目前, 国内拥有的大型液压机中, 要数二重集团公司的120MN 压机生产能力最强, 该机可锻钢锭为260t, 镦粗最大直径可达3000 3200mm , 是国内之最。与其配套的加热炉有6 台, 其中二台513m 台车式炉(每台装载600t, 最高炉温1350) ,一台436m 台车式热处理炉(最大装载量为300500t, 炉温最高达1000) , 是国内最长的热处理炉。此外, 该公司的3115MN 压机, 可锻最大钢锭50t, 镦粗最大直径1700mm。与其配套的锻造加热炉共计4 台, 每台最大装载量为230t, 最高炉温1260。同时随着人们生活水平的提高，金属压制和拉伸制品的需求逐年提高，对产品品种的需求也越来越多，另一方面产品的生产批量日益缩小。为与中、小批量生产相适应，需要能够快速调整的加工设备，这使液压机成为理想的成型工艺设备。特别是当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后，不仅能够实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，实现了极低的废品率。这种加工方式还适合于长行程、难成型以及高强度的材料。可变的动力组合、短的加工时间、根据工件长度的简易的压力行程调整，这与机械加工系统相比，有其优越性：其工作特点一是动力传动为“柔性”传动，不象机械加工设备一样动力传动系统复杂，这种驱动原理避免了机器过载的情况；二是液压机的拉伸过程中只有单一的直线驱动力，没有“成角的”驱动力，这使加工系统有较长的生命期和高的工件成品率。液压机有单动、双动、三动三种基本的动作方式。在单动方式中，压头(或滑板)作为移动部件单向移动完成压制过程。这种工作方式没有压边装置。单动压力机主要用于薄型工件成型中，适用于卷材和带型材料。双动型压力机有两个移动部件：滑板(或冲头)和模板。其工作过程是，冲头(或滑板)自上而下拉伸冲料，模板充作固定压板。在压制成型后，模板能实现打料顶出功能。可根据材料和工件的特征参数来调整模板的压力。三动型压力机中，深拉伸滑块和压边滑块自上而下移动，由模板实现打料动作。但是，模板也可以充作压边块来实现专门的成型操作。这种压力机也可以做双动机用。由于内滑板和压边块相关连，因此，成型压力和压边力合成整个系统的总负载。在国内外液压机产品中，按照控制系统，液压机可分为三种类型：一种是以继电器为主控元件的传统型液压机；一种是采用可编程控制器控制的液压机；第三种是应用高级微处理器(或工业控制计算机)的高性能液压机。如美国MULTIPRESS，丹麦STENHQJ及加拿大的BROWN BOGGS等公司。正是因为采用这种先进的控制方式，使整机的控制性能，生产效率都有很大提高。而与国外发展情况相比，国内极少有采用工业控制机控制方式的产品，成熟的产品是采用可编程控制器(PLC)的控制方式。三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。 液压机按照机架结构形式分为梁柱式、组合框架式、整体框架式、单臂式等。按照功能和用途可分为手动液压机,锻造液压机,冲压液压机,一般用途液压机,校正、包装液压机,层压液压机,挤压液压机,压制液压机,打包液压机,专用液压机等10种类型。随着工业革命的进一步发展，经济发展对锻压设备提出了新的要求，如自动化生产、高锻造次数和锻件厚度尺寸精确控制等。通过对自由锻造压机增加锻件尺寸控制，增加辅机，由微机控制，使压机与操作机进行联动来提高劳动生产率、减轻工人劳动强度。目前，液压机的最大标称压力已达750MN，用于金属的模锻成型。众多机型已采用CNC或工业PC机来进行控制，使产品的加工质量和生产率有了极大的提高。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。 作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距。主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。 在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计。插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。国外已开始广泛采用封闭式循环油路设计。这种油路设计有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰尘、污物、空气、化学物质侵入系统，延长了机器的使用寿命。 在安全性方面，国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维护，如BROWN BOGGS产品可实现负载检测、自动模具保护以及错误诊断等功能。 5第 2 章 液压机的概述 第2章 液压机的概述2.1 基本原理 液压机是根据帕斯卡原理设计的。它利用液体压力来传递能量以实现压力加工的工艺要求。 两个充满工作液体的柱塞或活塞的空腔由管道相连接，当1上的作用力为F1时，更具帕斯卡原理：在密封的容器中，液体压力在各个方向相等，则压力传递到容腔的每一点上。因此，在2上将产生向上的作用力F2，迫使制件3变形，且F2=F1A2/A1 ,A1 ,A2分别为1,2的工作面积，它在理论上是可以实现无限的力。 液压机的工作循环一般包括停止，充液行程工作行程和回程。 1. 充液行程 操纵手把由“停止”移动到“充液行程”位置，分配器摇杆轴逆时针方向旋转，回程缸排水阀打开，活动横梁考自重下降，回程缸中液体排入充液罐或水泵站的水箱。此时工作缸内液体压力下降，在工作缸和充液罐中液体压力差的作用下，充液阀自动打开，充液罐内的低压液体大量流入工作缸内，实现动梁工程向下的充液流程。 动梁下行到上占接触工作时，动梁运动停止，工作缸和充液罐中的液体压力消失，充液阀在弹簧作用下自动关闭。 2. 工作流程 充液行程结束后，充液阀应完全关闭，回程刚仍通低压。操纵手把移动到“工作行程”位置，摇杆轴继续做逆时针运动，工作缸进水阀打开，高压液体经充液阀腔进入工作缸，作用于活塞上，并通过动梁对工件进行压力加工。此时，回程缸排水阀继续打开排液。 3. 回程 工作行程结束时，操纵手把被反向移动到“回程”位置，摇杆轴反向作顺时针方向转动，工作缸进水阀打开，使回程缸和充液阀接力器通高压液体，强迫打开充液阀。动梁在回程缸高压液体作用下向上运动，迫使工作缸中大量液体排入充液罐或低压缓冲器。 4. 停止 操纵手把移动到“停止”位置，工作缸排水阀继续打开，工作缸通低压，而此时回程缸进水阀和排水阀都关闭，液体被封闭在回程缸内，故动梁可停在操纵空间的任意位置。 2.2 液压机的分类液压机按照机架结构形式分为梁柱式、组合框架式、整体框架式、单臂式等。按照功能和用途可分为手动液压机,锻造液压机,冲压液压机,一般用途液压机,校正、包装液压机,层压液压机,挤压液压机,压制液压机,打包液压机,专用液压机等10种类型。2.3 液压机的主要参数液压机的基本参数是液压机的基本技术数据，是根据液压机的工艺用途及结构类型来确定的，它反映了液压机的工作能力及特点，也基本上决定了液压机的轮廓尺寸及本体总重。另外，基本参数也是用户选购时的主要数据。液压机的基本参数有以下内容3:(1)公称压力 指液压机名义上能产生的最大力量，它反映了液压机的主要工作能力。为了充分利用设备，节约高压液体并满足工艺要求，一般大中型液压机将公称压力分为两级或三级。(2)最大净空距(闭合高度) 指活动横梁停在上限位时，从工作台上表面到活动横梁下表面的距离，它反映了液压机在高度方向上工作空间的大小。 (3)最大行程 指活动横梁能够移动的最大距离，应根据工件成形过程中所要求的最大工作行程来确定，它直接影响工作缸和回程缸及其柱塞的长度及整个机架的高度。(4)工作台尺寸 指工作台面上可以利用的有效尺寸，它取决于模具的平面尺寸及工艺过程的安排。(5)回程力 活动横梁返程时所需要的驱动力。计算回程力要考虑活动部分的重量、回程时工艺上所需的力量(如拔模力、提升剁力等)、工作缸排液阻力、各缸密封处的摩擦力以及活动梁导套处的摩擦力等。(6)活动横梁运动速度 分为工作行程速度、空行程速度及回程速度。应根据不同的工艺要求来确定工作行程速度，它的变化范围很大。(7)允许最大偏心距 指工件变形阻力接近公称压力时所能允许的最大偏心值。在液压机工作时不可避免地要承受偏心载荷。偏心载荷在液压机的宽边与窄边都会发生。在结构设计计算时，必须考虑此偏心值。下面是本课题中150MN锻造水压机的主要技术参数4:公称压力：130/150 MN工作液体压力：31.5/36.5 MPa工作介质：乳化液活动横梁速度： 空程下降： 工作行程： 提升行程：活动横梁最大行程：立柱中心距：净空高度：允许锻造偏心：平衡缸：平衡力：总回程力：主工作台尺寸：2.4 液压机的应用领域液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。如板材成型；管、线、型材挤压；粉末冶金、塑料及橡胶制品成型；胶合板压制、打包；人造金刚石、耐火砖压制和炭极压制成型；轮轴压装、校直等等。各种类型液压机的迅速发展，有力地促进了各种工业的发展和进步。目前，液压机的最大标称压力已达750MN，用于金属的模锻成型。众多机型已采用CNC或工业PC机来进行控制，使产品的加工质量和生产率有了极大的提高。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。2.5 方案确定 液压机本结构设计应考虑以下三个基本原则： 1.尽可能好的满足工艺要求，便于操作 2.具有合理的强度和刚度，使用可靠不易损坏。 3.具有很好的经济性，重量轻，制造维修方便。 其中工艺要求是主要的因素。从机架形式看，有立式和卧式之分。多数液压机为立式，挤压用液压机则多用卧式。按结构型式分，液压机有双柱、四柱、八柱、焊接框架和多层钢带缠绕框架等型式，中、小型立式液压机还有用C型架式的。三通液压机C型架式液压机三面敞开，操作方便，但刚性差。冲压用的焊接框架式液压机刚性好，前后敞开，但左右封闭。在上传动的立式四柱自由锻造液压机中,油缸固定在上梁中,柱塞与活动横梁刚性连接，活动横梁由立柱导向，在工作液的压强作用下上下移动。水表横梁上有可以前后移动的工作台。在活动横梁下和工作台面上分别安装上砧和下砧。工作力由上、下横梁和立柱组成的框架承受。采用泵-蓄能器驱动的大、中型的自由锻水压机常采用三个工作缸，以得到三级工作力。工作缸外还设有向上施加力的平衡缸和回程缸。 计算机优化结构设计，三粱双柱式结构，简单、经济、实用。液压控制采用插装阀集成系统，动作可靠，使用寿命长，液压冲击小减少了连结管路与泄漏点。独立的电气控制系统，工作可靠，动作直观，维修方便。采用按钮集中控制，具有调整，双手单次循环二种操作方式。通过操作面板选择，可实现定程，定压二种成形工艺，并具有保压延时等性能。工作压力、行程根据工艺需要在规定范围内可调。 机身在加工前均应消除应力，退火处理或时效处理（对铸造结构），必要时在粗加工后还须经行二次热处理。 工作台工作平面平行度公差，=0.05/1000mm表面光洁度不低于6.3.各油缸主配合圆柱孔轴线对其基准面的垂直度公差0.06/1000mm.各油缸的定位基准面公差=0.06/1000mm，表面光洁度不低于3.2装配油缸的定位基准面与工作台面间的平行度公差, 安全 3.1.2 柱塞缸设计1. 根据液压缸产生的名义总压力F=25MN，及选定的液体压力p=31MPa，按下式计算液压缸内径 D1= =56.88cm=580mm 既主缸内径D1=580mm 选刚的材料为ZG25MN，则s =325 MPa， b =530 MPa， = 130 MPa 液压缸外径： D2 = =72.5cm=73cm 既主缸内径D1=730mm= r2-r1=6.5cm2. 厚度确定缸底厚度：t1=（1.5-2） =9.6m法兰厚度：t2=（1.5-2） =9.6cm缸底内圆角：R1=0.25r1=7.25cm缸底外圆角：R2=（0.2-0.25）=1.3cm3. 筒壁厚度校核Max=(3r22/r22-r12)p =3(39.5231.52)315105=14981054. 缸底进水口设计缸底进水口直径d0.液压缸内径D1=580mm 工作速度V0=50mm/s,可取经油口流速为4.56m/s0= =238.44mm 取0=240mm 缸底因开口而引入的消弱系数为 =210/21=0.586 根据第三强度理论最大应力为 =0.75=0.75315/（0.586962）=49.05 取4=390mm法兰厚度的验算 有公式 h=0.4331 相关数据代入得h=86.40mm其中1=290mm 2=364mm 3=1/2(4+2+2)=352mm 4=390mm 5= = *In(r2/r1) 系数=0.3 代入相关数据可得=0.0021材料的波桑系数 为与和梁弯曲刚度及基础系数K有关的量； 数据 ln=0.296 该缸产生的总力量 p= 所以安全7.主缸螺栓确定 根据经验初步确定使用12个M64六角头螺钉，材料45 F=PA=810640.642=0.258MN ,=12=0.0215MP =41.3/2=41.30.0215/（）=0.087MP =/=320/226.7=1.411 安全3.1.3 液压缸的损坏情况及原因分析液压机中的工作缸往往由于设计，制造或使用不当，过早损坏。如某大型模锻压机，使用十多年来，主缸损坏14次，先后做过4个缸，每个缸造价耗费十几万。因此对于液压缸，特别是大型液压缸，应了解器损坏情况和原因，注意正确进行设计，制造和使用。 1. 损坏的部件及特点 液压缸损坏的部位多数在法兰与缸壁的连接的圆弧部分，器次再缸壁向缸底过度的圆弧部分，少数在缸筒筒壁产生裂纹，也有因气蚀严重破坏的。 从液压缸使用情况来看，一般在损坏时都以承受了很高的工作加载次数（20万-150万次），裂纹是逐步形成和发展的，属于疲劳破坏。 （1）圆筒筒壁 一般裂纹首先出现在内壁，主见向外发展裂纹多为纵向分布，或与缸母线成45o角。 （2）缸的法兰部分 在缸外部法兰过度圆弧处出现裂纹，主见沿环向及向内壁方向发展，最后裂透，或者裂纹扩展到螺钉孔，使法兰局部脱离，个别严重情况，甚至沿过度圆角处法兰整圈开裂而脱落。 （3）缸底 首先在内部过度圆角处开始出现环向裂纹主见向外壁扩展乃至裂透。 （4）气蚀 液压缸也有因气蚀产生蜂窝状麻点而损坏，尤其是在进水口内壁，容易产生气蚀。 2. 损坏原因 影响液压缸寿命的原因很多，必须结合具体情况分析，但归纳起来主要有以下几个方面： （1）设计方面 结构尺寸设计的不合理，如法兰高度太小或法兰外径过大，使综合应力过高而损坏。如某20000KN锻造液压机，其法兰厚度仅为缸壁厚度的1.1。倍，法兰处计算应力超过2500*105Pa，工作1-2年后，两个缸先后破裂。更换新缸时，增大了法兰高度，减小了法兰外径使用多年未坏。 从缸壁到法兰的过度区结构设计不合理，也会引起很大的应力集中，如某台进口的6300KN水压机工作缸，由于法兰处过度圆角仅为R=4mm，使用不就就出现裂纹，裂纹扩展后，真个法兰断裂脱落。 有些资料提供了一些光弹试验数据结果，说明如果把过度区设计成特定的流线型断面形状应力集中系数可以降低1.18，如果做成45o斜线和R35圆弧相连接，则应力集中系数为1.79.但从结构设计看，圆弧和斜度也不能太大，否则法兰与横面接触面过小，挤压应力太大。 在结构允许而又不可能加工的情况下，过渡区应尽可能光滑，圆弧半径也尽可能增大。 从缸底到缸壁的过度区会产生弯曲应力并有应力集中此圆弧半径太小是缸底破裂的主要原因之一，一般不应小于1/8D内，D内为液压缸内直径。如有几台液压机缸内破裂就与圆弧半径大小有关，它们分别为1/12.7,1/10，和1/9D内。 （2）加工制造方面 由于法兰及缸底圆弧过度区有应力集中，如加工光洁度很差，有明显的刀痕，会对引力集中敏感，减低疲劳强度。特别是缸底过度圆弧，加工比较困难，更应注意。一般光洁度不应低于5-6。圆筒筒壁部分的损坏多半是制造过程引起的，如整体锻造或铸造毛坯本身存在严重缺陷：锻焊结构中焊接质量不好，焊后热处理不恰当等等。环向焊缝位置与缸底距离尽可能不小于1.5r2，r2为缸底半径，与法兰上表面距离也不小于（1.5-2）r2。并且一定要对焊缝附近热影响区采取相应措施，以消除焊接过程引起的热应力和不利的结晶组织，在采用补焊时也要采用同样的处理。 （3）安装方面 液压缸法兰与横梁接触面应要求80%以上的面积紧密接触，即在累计4/5圆周长度上间隙不得大于0.005mm。有些液压机由于长期使用，词接触面的精度遭到破坏，形成局部接触，局部接触支反力急剧增大，以致早期破裂。横梁刚度不够或安装液压缸出筋板布置不合理，也会导致法兰接触面上支反力分布不均匀，引起过大的反力集中。 由于缸法兰与横梁连接螺钉经常松动，如不及时拧紧，会引起缸体窜动和撞击，使横梁接触面不断压陷，形成局部接触。连接液压缸最好在加压状态下拧紧。有些小压机在缸底用卡环或健将缸于横梁紧固，对防止缸的松动有一定效果。 工作液体会腐蚀缸壁，会降低疲劳强度，因此必须对乳化液成分和配置予以足够重视，直接用工业用水而不加处理是不允许的。3.2 立柱与拉杆结构设计3.2.1 立柱设计立柱是机架的重要支撑件和主要受力件，又是活动横梁运动的导向件，因此，对立柱有较高的强度，刚度和精度要求。立柱的材料，结构尺寸，制造质量以及与横梁之间的连接方式，预紧程度等因素都对液压机的工作性能伸直使用寿命有着很大的影响。因此迁都计算应从以下几点考虑： （1）立柱的断裂大多发生在25000KN以下的小液压机，据不完全统计，我国各厂使用的16000KN以下的锻造液压机，已经断过十几根立柱，而大型液压机立柱很少断裂。这是因为小液压机操作频繁，速度快，机架刚度差，晃动大，只是立柱根部受力复杂。而大液压机速度慢，使用次数少，机架刚性好，晃动小，立柱就很少损坏。所以对大小液压机的立柱计算应有所区别。 （2）立柱折断面具有疲劳破坏的特征，而且多半在应力及中国大或本身有缺陷的地方出现裂纹，经过多次反复承受载荷，裂纹逐步扩展导致最后整个立柱断裂。 （3）小液压机立柱多断裂在下横梁上螺母附近，即从螺纹到光滑部分的国度的载面上，因为子合理有应力集中，弯矩又比较大。 （4）由于立柱是在工作几十万次乃至几百万次后才疲劳断裂，而不是一次静载过大突然断裂。在这些几十万次的工作过程中，受力情况经常变化。对锻造液压机而言，很少在最大载荷和最大偏心下工作，因此假设一种极端危险的受力情况来进行静载强度校核是与实际破坏的情况不符合的。应测出各种液压机的典型载荷谱，进行分析和整理，在此基础上进行疲劳度校核。 二、受力分析 由于立柱式机架是一个多次超静定的空间框架，解题过程十分复杂，因此在进行受力分析时，一般采取以下简化假设，已建立比较简单的力学模型。 由于一般液压机的机架结构对称于中间平面，载荷也往往对称于中间平面，因此可将空间框架简化成平面框架； 立柱与上下横梁为刚性连接； 不考虑安装应力及温度应力； 本液压机认为是承受中心荷载；根据受力情况分析可得计算公式 =PH/nA 立柱总受力 =45-55MPa n=4 取=45MPa PH/nA45 APH/45n=1.2*106/45*4=66.67cm2 为了安全起见取A=80cm2 立柱采用热轧钢板焊接 其化学成分执行GB/T709-1988标准 钢板厚度t=30mm 2. 偏心载荷 在承受偏心荷载时，活动横梁发生倾斜，活塞杠杆随之倾斜压到液压刚导向铜套上，而活动横梁导套也与立柱相接触，在此补充三条假设： 锻件较窄，不妨碍活动横梁转动，因此在锻件处没有侧向水平支反力； 两侧立柱导套的间隙一样，因此在活动横梁倾斜时，两边立柱受力均匀； 各处的作用力及支撑反力均假设为集中，这样，动量在偏心弯矩Pe/2作用下，在液压缸导套处引起侧应力T，而在两边立柱上引起侧推力T/2; 考虑前两条假设，这种四柱式液压机机架即可简化成平面框架，框架的四个角均为刚性连接。 框架的宽度B为立柱中心线之间的距离。框架的高度H则与两和立柱的刚度比有关。令K1为立柱与上横梁的刚度比，K2为立柱与下横梁的刚度比，则： K1=EcJc/EuJu K2= EcJc/EdJd 上述公式中：Ec ，Eu ，Ed -依次为立柱上梁及下梁的弹性模量； Jc ，Ju ，Jd -依次为立柱，上梁及下梁的截面惯性矩； 如K1，K2值比较大，必须考虑刚度比的影响，框架高度应取为从上横梁中性层到下横梁中性层得距离。但对一般液压机，K1，K2值不超过0.005，故在计算中近似认为K1，K2等于零，即假设上，下横梁刚度无穷大，因此框架的刚度H取为上横梁下边面到下横梁的上表面之间的距离。 由于用一个两柱的平面框架来代替原来对称的四柱空间框架，因此载荷只取P/2。考虑载荷作用点相对于液压机中心线有一个偏心距e，活动横梁收到偏心距Pe/2的作用，给立柱及缸的导向套以侧推力T T=Pe/2(Y+Z)H 上述公式：ZH-缸的导向套支承反力的合力作用点到上梁上边面的距离； YH-活动横梁导向套支承反力的合力作用颠倒下梁下边面的距离，Y值随活动横梁的位置而变化； 由于上梁刚度假设为无穷大，因此可以用力矩M=TZH及水平力T来代替作用在缸导向套上的侧推力，而力矩MTZH只在作用立柱内引起轴力 R=TZH/=PeZ/2（Y+Z）B由于轴向力在立柱中不引起弯曲，因此在解弯矩图时可以把轴力先略去。 这是一个三次静不定框架，可以用变形发或力发来解决。 将框架沿AB截开，截点A,B上分别作用有如下内力：弯矩MA，MB，剪力QA，QB，轴力NA，NB，由平衡条件可写出： QA=QB=2由于上梁刚度无穷大，立柱A，B处为插入端，应保持直角，即在外力及内力作用下，转角A ，B均为零。 对于一端为插入端得悬臂梁，轴向力NA（NB）不影响转角，在MA(MB)及T/2作用下，A点转角为： 令A =0,解出 MA=0.25Y（2-Y）HT而 T=Pe2(Y+Z)HMA=0.25Y(2Y)/2(+)同理： MB=0.25Y(2Y) /2(+)MA ，MB求出后，其他各点弯矩不难求出，框架弯矩如图，最大弯矩在A，B两点，而这些弯矩值又是随着动量位置改变而改变得。立柱中的轴向力由三部分组成 N=/4+R+从截开的上梁求力矩平衡可得 由于e/B很小，约为1/20，上式中的第二项在整个立柱应力中所占比重很小，可以略去。因此框架中最大的轴向拉力和弯曲力矩分别为：上述式子中：m=Y(2Y)/8（Y+Z） 由于Y是变量，所以Mmax将随动量位置不同而变化，最大的m值约在0.185左右。如K1，K2值比较大，则公式比较复杂，此处从略。3.2.2 拉杆设计1. 拉杆的预紧方式主要有加热预紧和超压预紧 加热预紧 加热预紧是最常用的预紧方式，拉杆立柱两端的加热孔正式为此而设的。在拉杆及横梁安装到位后，先将螺母冷态拧紧，之后利用电阻丝或蒸汽等方法使拉杆两端加热伸长，达到一定温度后，将螺母拧紧，待拉杆冷却后，会产生很大的预紧力。 加热预紧的效果较好，机架安装完成后，可以先试用几天，再一次加热预紧，并装上锁紧装置，这样效果更好。一般在拉杆的一端钻4060mm直径的孔，孔的深度应大于横梁高度。 拉杆伸长量L为： 上述公式中： E1，E2-拉杆和工作台弹性模量（kgf/cm2）； F1，F2-每一拉杆预紧部分截面积和工作台预紧受压区截面积（cm2）； P1-预紧力（kgf）； L0-拉杆预紧力部分长度（cm）； 加热升高温度： 1=/() 上述公式中： -每加热的线膨胀系数。对于钢材=0.00001199（1/） 加热后拉杆温度： t=t1+t0上述公式中： t0-室温。 拉杆螺母旋进角度： =360/（） 上述公式中： S-螺距（cm） 超压预紧 机架安装时，在总压力超过公称压力的1.5倍情况下使液压机加载，拉杆由于超载收到拉力租用，产生弹性伸长，此时拧紧螺母。 超压预紧效果比较好，容易实现，但不易达到预期的额预紧力。因为在超压安装时，横梁和拉杆都产生挠曲变形，接触面贴和不好，螺母不易拧紧，而且个个拉杆上的螺母旋进程度不易保证相同，所以，不能保证预紧后机架的水平和垂直度。 普通预紧 这种发放用于扳手来旋紧锁紧螺母，它所能达到的预紧力受到扳手孔，扳手强度以及安装所能施加的预紧力等限制，力量是较小的。因此，只能用于吨位小的液压机的连接装配中。 2. 拉杆的计算 拉杆受力F=1.2MN . 材料45=120MPa =/42为了安全起见取R=55mm。3.3横梁结构和刚强度校核三个横梁（上横梁，活动横梁及下横梁）外形轮廓尺寸较大，为了节约金属和减轻重量，一般做成箱型，在安装各种缸，柱塞及立柱的地方做成圆筒形，中间加设肋板，承载打的地方肋板密集，以提高刚度降低局部应力。合力的布置肋板可以是横梁重量轻，又有足够的强度和均匀的刚度。肋板一般按照刚个性或辐射型布置。 横梁由铸造或焊接支承，目前已焊接居多，但铸造使用仍然很广泛。一般采用ZG25MN铸钢，2000KN一下的小压机也有用铸造的。在设计铸造横梁时，应注意使各部分厚度没有突然变化，以避免不均匀冷却而引起的内应力，在各处连接过渡区应有较大圆角。 随着扎制板材和焊接技术的发展，钢板焊接横梁日益增多，其特点为加工周期短，结构重量轻，强度高及外形美观。一般采用A3或16MN板材。但大型焊接横梁要求焊接技术高，焊后整体热处理往往要求大型热处理设备，特别是由于焊接应力变形规律不易掌握，使用时易产生裂纹，因此受到一定的限制。 横梁的宽度尺寸由立柱的宽边中心距确定，上梁和动梁的窄边尺寸应尽可能小些，以便锻造天车的吊钩容易接近液压机中心。梁的立柱孔高一般是立柱直径的2.53.5倍，梁的中间高度则由强度来确定。 中小型液压机横梁多数为整体结构，大型液压机由于受到铸造，加工能力和运输能力的限制，设计成分块组合结构。一般由两块，三块，五块甚至七块（下梁）组成，各块之间用螺旋或键连接。 设计上，下横梁时，为了减轻重量，根据“等强度梁”的概念，设计成不等高梁，即立柱柱套处的高度h小于中间界面的高度H。但在过度区会有应力集中。过渡区的应力比中间截面大23倍，在实际使用中有在该处出现裂纹的状况。3.3.1 上横梁的结构设计和校核 由于上横梁的刚度远大于立柱的刚度，因此可将上横梁简化为简支梁，支点间距离为宽边立柱中心距。工作刚压力简化为作用于法兰半圆环重心上的两个集中力。 最大弯矩在梁的中点： max=2（22） 在上式中： F-液压机公称压力（N） D-缸法兰的环形接触面平均直径（cm） l-立柱宽边中心距（cm） 最大剪切力为 Q=F/2 最大挠度在梁的中点，由于梁的跨度与高度相比不是很大，因此要考虑剪切力对挠度的影响，梁中点挠度为：+或在上式中： E-梁的弹性模量（N/cm2）； J-梁的截面惯性距（cm2）； G-梁的剪切弹性模量（N/cm2）； A-梁的截面积（cm2）； K-截面形状系数，可按下式求解K仅与截面形状及尺寸有关，矩形截面K=1.2；但如截面