毕业设计论文四柱式液压机液压系统设计（含全套CAD图纸） .pdf

20 20 20 20 届 届 本科生毕业设计资料本科生毕业设计资料 学学学学院 系院 系院 系院 系 专专专专业业业业 学学学学 生生生生 姓姓姓姓名名名名 班班班班级级级级 学号学号学号学号 指导教师姓名指导教师姓名指导教师姓名指导教师姓名 职称职称职称职称 最终评定成绩最终评定成绩最终评定成绩最终评定成绩 二二 年六月年六月 1 20 20 20 20 届毕业设计课题任务书届毕业设计课题任务书届毕业设计课题任务书届毕业设计课题任务书 院 系 机械学院专业 机械设计制造及其自动化 指导教师学生姓名 课题名称中型四柱式液压机及液压系统设计 内 容 及 任 务 一 设计的主要技术参数 用途 适用于可塑性材料的压制工艺 如粉末制品成型 塑料制品成型 冷热挤压金 属成型 薄板拉伸以及冲压 弯曲 翻边 校正等工艺的四柱式万能液压机 性能特点 本液压机具有调整 手动及半自动三种工作方式 可实现定压和定程两种工艺 方式 定压成型时 在压制后有保压延时及自动回程动作 工作台中间装有顶出装置 除 顶出制品外 还可作为液压垫用于薄板拉伸制件的压边成型工艺 其工作压力与行程可根 据工艺需要在规定范围内调整 可用继电器控制或 plc 控制的电气控制系统 主要技术参数 公称力 最大压力 2000kn 回程力 400 kn 顶出力 350kn 液体最大工 作压力 25 mpa 拉伸滑块行程 700mm 顶出活塞最大行程 250mm 滑块距工作台最大距离 1100mm 二 毕业设计图纸 1 2000kn 四柱式万能液压机主机总图 2 液压动力系统原理图 3 液压动力系统 液压站 装配图 4 其它零部件图 三 设计说明书 1 液压机及液压系统 与电气控制系统 工作原理及工艺参数的分析与确定 2 液压动力系统配置 元器件选型与布置设计 3 部分液压元器件结构参数确定 4 设计说明书中英文摘要 四 外文翻译 翻译约三千文字的专业英语资料 拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标 1 了解液压机的现状和发展趋势 2 掌握液压机机械设计的一般过程 a 液压机及液压系统与其电气控制系统方案设计 工艺分析 原理图设计 总体布局 b 技术设计 各组成部分的运动设计 结构设计 材料选择 零件强度与刚度校核 绘制设计图样和编写技术文件 c 审核鉴定 3 了解常用的 cad 设计软件 并能熟练运用一种 cad 软件进行液压机机械设计 4 具备较强的自学能力 掌握独立获取 消化和应用新知识的能力和方法 具有一定 的分析解决实际问题的能力 具有初步的科研 开发能力 2 进 度 安 排 起止日期工作内容 1 20 年 12 8 20 年 1 12查资料 写开题报告 2 20 年 1 13 2 20毕业实习 翻译英语资料 3 20 年 2 21 4 2 总体方案设计 液压系统方案设计 元器件结构参数确定 其他参数确定及设计 4 20 年 4 3 5 8 2000kn 液压机装配图及液压原理图 系统配置图 液压站 总图与其他零部件图绘制 5 20 年 5 9 5 31撰写设计说明书 论文 6 20 年 6 1 6 10准备答辩 主 要 参 考 资 料 1 gb9166 88 四柱液压机精度 北京 国家标准局 1988 05 05 发布 2 jb3915 85 液压机安全技术条件 北京 中华人民共和国机械工业部 1985 02 08 发布 3 许福玲 陈尧明主编 液压与气压传动 第二版 北京 机械工业出版社 2004 7 4 何存兴主编 液压与气压传动 武汉 华中科技大学出版社 2000 8 5 李爱华等主编 工程制图基础 北京 高等教育出版社 2003 8 6 钟毅芳等主编 机械设计 武汉 华中科技大学出版社 2001 2 7 朱理主编 机械原理 北京 高等教育出版社 2004 4 8 王伯平主编 互换性与测量技术基础 北京 机械工业出版社 2000 2 9 赵程 杨建民主编 机械工程材料 北京 机械工业出版社 2003 1 10 秦曾煌主编 电工学 北京 高等教育出版社 2003 2 11 李建兴主编 可编程序控制器应用技术 北京 机械工业出版社 2004 7 12 李发海 王岩编著 电机与拖动基础 第二版 北京 清华大学出版社 1994 13 陈远龄 黎亚元 傅国强主编 机床电气的自动控制重庆大学出版社 14 成大先主编 机械设计手册 单行本 机械传动 北京 化学工业出版社 2004 15 成大先主编 机械设计手册 单行本 常用设计资料 北京 化学工业出版社 2004 16 成大先主编 机械设计手册 单行本 联接与紧固 北京 化学工业出版社 2004 17 plc 在改造成型压力机上的应用 电脑开发与应用2002 年第 05 期 教研室 意见 签名 年月日 院 系 主管领 导意见 签名 年月日 3 本科毕业设计开题报告本科毕业设计开题报告 20 届 学学学学院 系 院 系 院 系 院 系 专专专专业 业 业 业 学学学学 生生生生 姓姓姓姓名 名 名 名 班班班班级 级 级 级 学号学号学号学号 指导教师姓名 指导教师姓名 指导教师姓名 指导教师姓名 职称职称职称职称 20 年 1 月 10 日 4 题目 中型四柱式万能液压机及液压系统设计 1 课题任务情况 查阅文献资料 撰写 1500 2000 字左右的文献综述 1 液压传动技术的研究发展动向及应用情况 液压传动技术的发展与研究动向 随着科学技术的不断进步 目前液压技术正向着高压 高速 大功率 高效 低噪音 经久耐用 高度集成化的方向发展 由于计算机科学技术的成熟 一些新 型液压元件和液压系统的设计都运用了计算机 cad cat cdc 计算机实时控制 计 算机仿真与优化等计算机辅助技术 很大程度上提高了产品设计的质量 虽然液压 传动技术方便简洁 但是液压传动中存在着一些亟待解决的问题 如 液压系统工 作时的稳定性 工作介质的泄漏 液压冲击对设备可靠性的影响等等 这些问题都 是液压传动技术需要研究和解决的 任何技术的改革和创新 都必须以稳定 可靠 的工作为前提 这样才具有它的实际意义 液压传动技术的应用 液压传动技术发展到今天已经拥有较为完善的理论和实践基础 虽然液压传动 还存在一些缺陷 但总体上优点还是盖过了缺点 正因为液压传动具有很多机械传 动所不具备的优点 液压传动技术在机械工业的各个领域得到了广泛的应用 如 矿山机械 工程机械 冶金机械 建筑机械 起重机械等 液压技术的应用实现了 从手动到半自动化 自动化的逐步发展 从而也推动了机械工业的向前发展 在整 个机械传动工程中 液压传动技术扮演了举足轻重的角色 2 液压传动的特点 液压传动的优点 液压传动技术与传统的机械传动相比 液压传动操作方便简单 调速范围广 很容易实现直线运动 具有自动过载保护功能 液压传动容易实现自动化操作 采 用电液联合控制后 可以实现更高程度的自动控制以及远程遥控 液压传动系统可 以灵活布置各个元件 由于工作介质为矿物油 良好的润滑条件延长了元件的使用 寿命 液压传动的缺点 由于液压传动的工作介质是流体矿物油 因而沿程 局部阻力损失和泄漏较大 泄漏的矿物油将直接对环境造成污染 有时候还容易引发各种安全事故 液压油受 温度的影响很大 因而不能在很高或很低的温度条件下工作 因为液压油存在一定 的压缩性 所以液压传动的传动比不恒定 不能保证很高的传动精度 密封状况的 好坏对液压传动影响很大 因而液压元件必须具有较高的制造精度 液压传动的故 5 障排除不如机械传动 电气传动那样容易 因此对维护人员有较高的技术水平要求 3 四柱液压机的基本情况概述 目前四柱液压机在我国主要用于实现塑性材料的压力加工工艺如 冷挤 校直 弯曲 冲裁 拉伸等 此外液压机还用于粉末冶金 翻边 压装等成型工艺 液压 机按工作介质的不同可分为油压机和水压机 前者的压力传导是通过油液来实现 而后者则靠乳化液实现 因工况要求的不同来选择不同类型的液压机 四柱液压机由电气控制系统 液压控制系统 主机三部分组成 通过液压油管 和电气装置的构成统一整体 其中电气控制系统由电控箱 操作箱 电气管道等构 成 液压控制系统由动力机构 液压管道 限位装置 液压元件等构成 主机则由 机身 主缸 顶出缸等构成 一般情况下液压机完成一次工作循环包括如下主要动 作 主缸活塞滑块快速下行 主缸活塞滑块慢速下行并逐渐加压 主缸保压 主缸 卸压 主缸活塞滑块快速回程 顶出缸活塞顶出 顶出缸活塞回程 在拉伸薄板时 胚料还需要顶出缸压紧 这样的工况就要求顶出缸保持一定的压紧力并随着主缸一 起下行 如果没有达到所需的加工精度 可以通过调节锁紧螺母和调节螺母来调整 液压机的加工精度 4 四柱液压机的工作原理及过程 主缸 快速下行 按下启动按钮 相应的电磁阀得电吸合 主缸活塞滑块在自重 作用下快速下行 此时仅靠液压泵供油是不能满足快速下行的要求的 必须靠位于 主缸顶部的辅助油箱供油来补充上腔形成的局部真空 慢速加压 当主缸活塞滑块下行到一定位置并压下行程开关时 相应的电 磁阀得电 辅助油箱供油结束 转为液压油泵为主的供油形式 完成快速下行向工 进的转换 主缸活塞滑块不断下行最终会抵住工件 阻力急剧增大 主缸上腔的压 力提高 主缸保压 当主缸上腔的油压达到设定压力值后 压力继电器发出信号 相应的电磁阀得电 阀芯回到中位密封上下油腔 靠单向阀完成保压功能 主缸卸压 保压一段时间后 保压过程结束 时间继电器发出信号 使相 应的电磁阀得电 主缸活塞处于回程状态 由于上腔的压力很高 为了防止液压冲 击 应将上腔先卸压再让主缸活塞回程 采用带卸荷小阀芯的液控单向阀将高压油 泄回油箱 使主缸上腔的高压油的压力降到较低值 实现主缸活塞的安全快速回程 顶出缸 活塞顶出 主缸活塞滑块回程完毕后 按下顶出按钮 相应的电磁阀得电 这时顶出缸下腔进油 活塞上升将工件顶出 6 活塞回程 工件顶出后 按下回程按钮 使控制回程的电磁阀得电 上腔 进油 活塞下降 回程完成 浮动压边 在进行薄板拉伸时 要求顶出缸有一定的压力将胚料压住并随 主缸活塞滑块一起下行 浮动压边可满足薄板拉伸时的压紧要求 5 四柱液压机系统的特点及应用范围 四柱式液压机系统的优点 该液压系统采用的液压泵具有高压 大流量 恒功率 变量等特点 满足工 艺要求并节省能耗 该液压系统能够准确控制并完成零件的压力加工 加工质量可以通过调节设 备来保证 主缸活塞滑块的快速下行靠自重作用来完成 通过辅助油箱补充油液来填充 局部真空 这样的快速运动回路结构简单 运用的液压元件少 液压机运用单向阀完成主缸的保压功能 采用带有卸荷小阀芯的液控单向阀 构成泄压回路 完成主缸的卸压 液压机的主缸与顶出缸运动互锁 即主缸运动时顶出缸是不能够运动的 反 过来也一样 这样可以提高液压机工作中的安全性和稳定性 液压机的液压和电气控制采用按钮集中控制 可实现调整 手动 半自动等 操作工艺 简单明了 四柱式液压机系统存在的不足 液压机属于高压工作设备 进行零件的压力加工时 随着压力的不断升高泄 漏也会不断增大 这样不利于保证零件的加工精度 同时对环境也造成污染 液压机压力加工完成后 卸压时存在很大的液压冲击 对设备损害很大 按下液压机启动按钮后 执行部件并不能够立刻动作 还需有一段 反映时 间 动作灵敏性不及电气控制 液压机出现故障不容易及时找到并排除 给维护带来很大的技术难题和不 便 液压机工作时会形成液压冲击 气蚀等现象 形成了噪音 不利于营造好的 工作环境 四柱液压机的应用 液压机主要用于可塑性材料的压制 如 冲压 拉伸 弯曲 翻边 热挤压 校正 压装成型 粉末制品压制成型 磨料制品压制成型以及塑料制品的压制成型 等压力加工工艺 7 参考文献 1 gb9166 88 四柱液压机精度 北京 国家标准局 2 jb3915 85 液压机安全技术条件 北京 中华人民共和国机械工业部 3 许福玲 陈尧明主编 液压与气压传动 第二版 北京 机械工业出版社 4 章宏甲 黄谊 王积伟主编 液压与气压传动 机械工业出版社 2 选题依据 主要研究内容 研究思路及方案 1 选题依据 主要技术要求参数 公称力 最大压力 2000kn 回程力 400 kn 顶出力 350kn 液体最大工作压力 25 mpa 拉伸滑块行程 700mm 顶出活塞最大行程 250mm 滑块距工作台最大距离 1100mm 主要用途 用于可塑性材料的压制工艺 如粉末制品成型 塑料制品成型 冷热挤压金属成型 薄板拉伸 冲压 弯曲 翻边 校正等工艺 2 主要研究的内容和所要实现的设计目标 选择合理的液压系统设计方案 工艺方案设计 液压系统原理图设计 液压 站总体布局设计 总体布局设计 满足液压系统的使用性能和安全要求 技术设计 各组成部分及液压系统的控制系统设计 电气控制系统设计 结 构设计 材料选择 零件强度与刚度校核 绘制设计图样和编写技术文件 选择合理的材料 液压元件和制造加工工艺 整个液压机系统的设计要满足拆装方便 便于运输的要求 通过液压传动控制系统和电气控制系统对主机进行动作循环控制 使液压机 能够准确如下动作 主缸活塞滑块快速下行 主缸活塞滑块慢速加压 主缸保压 主缸卸压 主缸活塞滑块回程 顶出缸活塞顶出 顶出缸活塞退回 设备设计达到布局合理 结构紧凑 工作稳定可靠 操作简单 维护方便 污染小 噪音低 自动化程度高等要求 能够完成冲压 冷挤 校直 弯曲 粉末冶金压制成型 薄板拉伸 压装成 型等加工工艺要求 3 设计的基本思路 方案 分析 理解设计任务书的要求 查阅相关资料 初步拟订设计方案 设计方案 对比并确定最佳方案 参数的设计计算 零件设计 装配图草图 零件草图 绘制 零件图 绘制装配图 编写设计说明书 结语 四柱液压机解决了塑性材料的产品成型问题 高的工作压力是该设备工作时的 8 特点 泄漏的液压油将污染环境 液压冲击现象将影响设备安全稳定的工作 这些 不足之处将是液压机今后值得进一步研究和改进的问题 3 工作进度及具体安排 20 年 12 8 20 年 1 12完成开题报告 上交指导老师 20 年 1 13 2 20查阅资料 翻译英语资料 20 年 2 21 4 2衡阳起重运输机械有限公司实习 四柱液压机总体方案设计 液压系统原理图设计 液压元件参数确定及选取 其他参数确定及设计 20 年 4 3 5 8四柱液压机装配图 液压系统原理图 电气系统控制 图以及其他零部件图绘制 20 年 5 9 5 31撰写设计说明书 论文并打印 完成初步装订工作 20 年 6 1 6 10修改完善 准备答辩 4 指导教师意见 指导教师 年月日 摘要 本设计为中型四柱式液压机 主机最大工作负载设计为 2000kn 主机主要由上梁 导柱 工作台 移动横梁 主缸 顶出缸等组成 本文重点介绍了液压系统的设计 通过具体的参数计算及工况分析 制定总体的控制方案 经方案对比之后 拟定液压 控制系统原理图 液压系统选用插装阀集成控制系统 插装阀集成控制系统具有密封 性好 通流能力大 压力损失小等特点 为解决主缸快进时供油不足的问题 主机顶 部设置补油油箱进行补油 主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制 为 了保证工件的成型质量 液压系统中设置保压回路 通过保压使工件稳定成型 为了 防止产生液压冲击 系统中设有泄压回路 确保设备安全稳定的工作 此外 本文对 液压站进行了总体布局设计 对重要液压元件进行了结构 外形 工艺设计 对主机 电气控制系统进行了简要设计 通过液压系统压力损失和温升的验算 本文液压系统的设计可以满足液压机顺序 循环的动作要求 能够实现塑性材料的锻压 冲压 冷挤 校直 弯曲等成型加工工 艺 关键词 关键词 关键词 关键词 液压系统 液压机 液压系统 液压机 毕业设计毕业设计毕业设计毕业设计 ii abstract this paper design for the medium frame of hydraulic machines the mainframe s largest work load design for 2000kn mainframe mainly by the beam guided worktable mobile beams master cylinder cylinder head out of components etc this paper focuses on the hydraulic system design through specific parameters and hydraulic mechanic situation analyzes formulation of a master control program by contrast developed hydraulic control system diagram hydraulic systems use cartridge valve integrated control system integrated cartridge valve control system has good sealing flow capacity small pressure loss characteristics etc to solve the master cylinder express entered the shortage of oil supply in the top of the mainframe installed oil tank master cylinder for the speed of access restrictions and security through the trip exchanging to control switches to ensure the quality of the work piece molding in the hydraulic system installed packing loop through packing work piece stability molding to prevent hydraulic shocks pressure relief system with a loop to ensure that this equipment can be a safe and stable work in addition the paper hydraulic station on the overall layout of the key components of the hydraulic structure shape technique for a specific design by the loss of hydraulic system pressure and temperature checked hydraulic system is designed to meet the hydraulic action sequence and cycle requirements can be achieved by forging plastic materials stamping cold extrusion straightening bending and other molding processes keywords keywords keywords keywords hydraulic system hydraulic pressure machine graduation design iii 目目目目录录录录 第第第第 1 1 1 1 章章章章绪论绪论绪论绪论 1 1 1液压机现状概要 1 1 2本文拟达到的要求 2 第第第第 2 2 2 2 章章章章四柱液压机总体方案设计四柱液压机总体方案设计四柱液压机总体方案设计四柱液压机总体方案设计 3 2 1四柱液压机主要设计参数 3 2 2四柱液压机工作原理分析 3 2 2 1四柱液压机的基本组成 3 2 2 2四柱液压机的工作原理 4 2 3四柱液压机工艺方案设计 6 2 4四柱液压机总体布局方案设计 6 2 5四柱液压机零部件设计 7 2 5 1主机载荷分析 7 2 5 2主机工作台设计 10 2 5 3控制台设计 10 第第第第 3 3 3 3 章章章章四柱四柱四柱四柱液压机液压系统设计液压机液压系统设计液压机液压系统设计液压机液压系统设计 10 3 1液压传动的优越性概述 11 3 2液压系统设计要求 11 3 2 1液压机负载确定 11 3 2 2液压机主缸工艺过程分析 12 3 2 3液压系统设计参数 12 3 3液压系统设计 12 3 3 1液压机主缸工况分析 12 3 3 2液压机顶出缸工况分析 15 3 3 3液压系统原理图拟定 16 3 3 4液压系统基本参数计算 21 3 4液压系统零部件设计 28 3 4 1液压机主缸设计 28 3 4 2液压机顶出缸设计 32 3 4 3液压油管设计 33 iv 3 4 4液压油箱设计 35 3 5液压站布局设计 36 3 5 1液压站设计需要考虑的问题 36 3 5 2液压站的结构设计 36 3 6液压系统安全 稳定性验算 37 3 6 1液压系统压力损失验算 37 3 6 2液压系统温升验算 41 第第第第 4 4 4 4 章章章章四柱四柱四柱四柱液压机电气系统设计液压机电气系统设计液压机电气系统设计液压机电气系统设计 42 4 1电气控制概述 42 4 2四柱液压机电气控制方案 42 4 2 1四柱液压机电气控制方式选择 42 4 2 2电气控制要求与总体控制方案 42 4 3四柱液压电气控制电路设计 43 4 3 1四柱液压机主电路设计 43 4 3 2四柱液压机控制电路设计 43 4 3 3电气控制过程分析 45 第第第第 5 5 5 5 章章章章四柱四柱四柱四柱液压机安装调试和维护液压机安装调试和维护液压机安装调试和维护液压机安装调试和维护 46 5 1四柱液压机的安装 47 5 2四柱液压机的调试 47 5 3四柱液压机的保养维护 47 结论 48 参考文献 49 致谢 51 附录 1 52 附录 2 53 第第第第 1 1 1 1 章章章章绪绪绪绪 论论论论 1 11 11 11 1 液压机现状概要液压机现状概要 液压传动技术发展到今天已经有了较为完善 成熟的理论和实践基础 液压传动 技术与传统的机械传动相比 操作方便简单 调速范围广 很容易实现直线运动并且 还具有自动过载保护功能 液压传动容易实现自动化操作 采用电液联合控制后 可 以实现更高程度的自动控制以及远程遥控 由于液压传动的工作介质是流体矿物油 有较大的沿程和局部阻力损失 当系统的工作压力比较高时 还会产生比较大的泄漏 泄漏的矿物油将直接对环境造成污染 有时候还容易引起安全事故 油液受温度的影 响很大 因此液压油不能在很高或很低的温度条件下工作 由于液压油的可压缩性和 泄漏 液压传动不能保证恒定的传动比和很高的传动精度 这是液压传动的最大不足 之处 此外 液压传动的故障排除不如机械传动 电气传动那样容易 因而对使用和 维护人员有较高的技术水平要求 虽然液压传动存在这些缺陷 但总体上优点还是盖 过了缺点 因而应用还是很广泛 液压机自 19 世纪问世以来得到了很快的发展 在工业生产中已经有了广泛的应 用 成了产品压力加工成型不可或缺的机械设备 随着科学技术的日新月异 电子技 术 液压技术的不断成熟 液压机也得到了更进一步的发展 到目前为止 液压机的 最大公称压力已经达到了 750mn 控制技术也由原来传统的继电器控制变为可编程控 制器和工业计算机控制 这使液压机的运行平稳性 控制精度 产品质量有了保证 同时生产效率得到了很大的提高 液压机加工与传统机械加工相比属于无屑加工 应用范围广泛 一般用于塑性材 料的冷挤 校直 弯曲 冲裁 拉伸等 此外液压机还用于粉末冶金 翻边 压装等 产品的成型加工工艺 液压机还能实现复杂工件和不对称工件的加工 产品废品率较 低 液压机根据加工工件的不同性质 还可进行适当的压力行程调整 满足产品的加 工要求 液压机主要由主机 液压系统 电气系统三部分组成 液压机的整个工作过 程的实现 首先是由电气系统来控制液压系统 然后再由液压系统控制主机主缸和顶 出缸的顺序动作 总的来说 液压机操作简单 维护方便 虽然液压机目前应用十分广泛 但是潜在的问题还很多 液压机属于高压工作设 备 进行压力加工时 随着压力的不断升高泄漏也会不断增大 这样不利于保证零件的 加工精度 同时还会对环境造成污染 除此之外 液压机还存在如下缺陷 液压机压 力加工完成后 卸压时存在很大的液压冲击 这样对液压元件及其它设备损害很大 按下启动按钮后 动作灵敏性不及电气控制 液压机出现故障不能够正常工作 故障 不容易及时找到并排除 给维护带来了一定的技术难题和不便 液压机工作时产生的 液压冲击 气蚀等现象 会缩短液压元件的使用寿命 2 为了催生更大的生产力 液压机的设计需要改进 液压油路设计 控制系统的优 化设计将是液压机今后值得研究的方向 1 油路设计方面 为了防止泄油和外界的污染 液压机油路的设计趋于集成化 封闭循环式 这样 可以延长设备的使用寿命 除此之外 液压元件设计尽量标准化 集成化 集成液压 系统减少了管路连接 可以降低泄漏和污染 液压元件的标准化给维护带来了方便 2 控制系统方面 液压机属于高压设备 控制系统除控制设备安全可靠的工作之外 还应该让控制 精度变得更高 人机交互变得更简单 操作更方便 自动化 高速化 智能化程度更 好 综上所述 液压机的发展促进了生产力的发展 伴随着电气控制技术 液压传动 技术的不断发展 液压机的自动化程度 加工精度将进一步得到提高 实现智能化控 制 1 21 21 21 2 本文拟达到的要求本文拟达到的要求 1 液压机总体方案设计 其中包括主机的结构设计和工艺设计 零部件的结构 设计和工艺设计 部件装配方案设计 2 通过液压系统总体设计方案的对比 确定合理的液压系统设计方案 主要包 括液压系统原理图设计 液压元件结构 工艺设计 液压站总体布局设计 3 电气控制系统设计 包括主电路和控制电路电路图设计 4 设计方案确定时 必须考虑选用什么样的制造材料 达到什么样的表面加工 质量 采用什么样的机械加工设备 选择什么样的热处理方式等 5 整个设备满足拆装方便 运输方便的要求 6 四柱液压机能够准确完成如下工作循环 主缸活塞滑块快速下行 主缸活塞 滑块慢速加压 主缸保压 主缸卸压 主缸活塞滑块回程 顶出缸顶出 顶出缸退回 等 7 设备达到总体布局合理 结构紧凑 工作稳定可靠 操作简单 维护方便 环境污染小 工作的时候噪音低 自动化程度高等 能够完成冲压 冷挤 校直 弯 曲 粉末冶金压制成型 薄板拉伸 压装成型等加工工艺 第第第第 2 2 2 2 章章章章四柱液压机总体设计四柱液压机总体设计四柱液压机总体设计四柱液压机总体设计 3 2 12 12 12 1 四柱液压机主要设计参数四柱液压机主要设计参数 1 拟设计的四柱液压机主要技术参数见表 2 1 表 2 1液压机技术参数 参 数 项参 数 公称力 最大负载 2000kn 工进时液体最大工作压力25mpa 主缸回程力400kn 顶出缸顶出力350kn 主缸滑块行程700mm 顶出活塞行程250mm 主缸滑块距工作台最大距离1100mm 主缸滑块快进速度0 08m s 主缸滑块工进最大速度0 006m s 主缸快退速度0 03m s 顶出活塞顶出速度0 02m s 顶出活塞退回速度0 05m s 2 四柱液压机的主要功能 通过液压传动系统传递动力 完成零件的压力成型加工 3 四柱液压机的适用范围 液压机主要用于冷挤 校直 弯曲 冲裁 拉伸 粉末冶金 翻边 压装等成 型工艺 2 22 22 22 2 四柱液压机工作原理分析四柱液压机工作原理分析 2 2 1 四柱液压机的基本组成 四柱液压机主要由主机 液压控制系统 电气控制系统三部分组成 其中主机 包括工作台 导柱 滑块 上缸 顶出缸等结构 液压系统由控制元件 执行元件 辅助元件 动力装置 工作介质等组成 电气控制控制系统主要由继电器 接触器 按钮 行程开关 电器控制柜等组成 2 2 2 四柱液压机的工作原理 1 四柱液压机主机组成简图 2 1 4 1 滑块2 导柱3 工作台4 安装地基 5 顶出缸6 主缸7 上横梁8 辅助油箱 图 2 1四柱液压机主机组成简图 2 四柱液压机工作原理分析 四柱液压机的动作顺序通过电气系统 液压系统控制 控制顺序框图如图 2 2 5 启 动 电气系统液压系统液压机主机 行程开关 手 动 图 2 2四柱液压机控制顺序图 从上面的控制顺序框图可以看出 液压机的工作原理由电气控制系统控制液压系 统 液压控制系统再控制主机工作 主机动作触及行程开关 将信号反馈给电气控制 系统 实现循环控制 3 四柱液压机工作循环分析 四柱液压机工作循环如图 2 3 所示 滑块快速下行 工进 加压保压 顶出 快速回程停止 图 2 3四柱液压机工作循环图 四柱液压机工作循环如图 2 3 a 滑块在自重的作用下快速下行 碰到行程开 关后由快进变为工进 随后进行加压 保压 保压时间完成后 滑块快速回程 直到 回到原来的位置 停止运动 图 2 3 b 表示顶出缸的工作循环过程 主缸快进 工 6 进 保压 退回停止后 顶出缸才运动 将工件顶出 2 32 32 32 3 四柱液压机工艺方案设计四柱液压机工艺方案设计 1 控制方式的选择 采用液压系统与电气系统相结合的控制方式 具有调整 手动 半自动三种工作 方式 可实现定压 定程两种加工工艺 2 液压系统 液压油路采用封闭式回路 供油方式选用变量泵供油 液压控制元件采用插装阀 形式 针对液压机快进时供油不足以及工进时的高压特性 系统应设有补油和卸压装 置 3 电气控制 采用继电器 行程开关 接触器 手动按钮等元件进行手动 半自动控制 4 主机 主机结构形式采用 三梁四柱 的形式 主缸和顶出缸为执行元件 2 42 42 42 4 四柱液压机总体布局方案设计四柱液压机总体布局方案设计 总体布局如图 2 4 所示 1 主机2 液压油管3 控制台 4 插装阀5 液压泵装置6 液压油箱7 电气控制柜 图 2 4四柱液压机总体布局简图 图 2 4 为液压机整体布局简图 分为三个部分 即 主机 液压系统 电气控制 系统 液压系统的所有部件都集中安装在液压油箱上 使液压站布局结构变得紧凑 电气控制元件集中设计在电气柜中 启动 停止 快进 顶出 调整 等控制按钮设 置在控制台上 方便及时操作 7 2 52 52 52 5 四柱液压机零部件设计四柱液压机零部件设计 2 5 1 主机载荷分析 参考表 2 1 四柱液压机的最大工作负载为 2000kn 主缸回程力为 400kn 顶出 缸顶出力为 350kn 由于工作时的负载远大于其它工况时的负载 因此在进行载荷设 计时 取负载 2000kn 对液压机进行受力计算 液压机结构形式为 三梁四柱 式 工进加压的负载作用在横梁和导柱上 受载 时横梁受压 导柱受拉 受力如图 2 5 所示 横梁 导柱 f 负载t 导柱拉力 图 2 5横梁 导柱受力图 2 5 1 1 导柱设计 材料选择 导柱在工作过程中主要承受拉力 材料必须具备较高的抗拉强度 导 柱材料选择 45 圆钢 也可选用锻件形式 热处理要求 导柱除了承受拉力之外 外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力 为 了减少导柱表面的磨损 通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐摩性 总的热处理 工艺为调质和表面淬火 理论设计计算 液压机的最大负载约为 2000kn 通过力传递后 最后由四根导柱承受 2000kn 的 拉力 作用在每根导柱上的拉力为 500kn 由许用拉应力公式 2 1 可计算导柱的安 全直径 d a f 2 1 式中 8 许用应力 取 45 钢 80 100mpa f 轴向拉力 a 横截面积 即 m pa nf d089 0 108014 3 105 04 4 6 6 圆整后取导柱直径 d 90mm 为了防止四根导柱因瞬间的受力不均而被破坏 导 柱直径可适当加大 取 d 110mm 2 5 1 2 横梁设计 材料选择 横梁工作时的受力为弯曲力 材料应具有一定的抗弯强度 选用 45 钢 毛坯采用锻件 热处理要求 横梁进行调质处理 理论计算校核 横梁受力可以简化为简直梁 中间受载的情形 如图 2 6 所示 截 面1 1 图 2 6横梁滑块受力简图 初步确定横梁的长 宽 高尺寸分别为 1310 1045 575mm 截面为矩形 即 在负载作用下的剪力和弯矩如图 2 7 所示 9 图 2 7 a 剪力图 b 弯矩图 由弯矩图 2 7 b 可知 横梁 c 点 1 1 截面弯矩最大 该截面是危险截面 为了保 证横梁能够正常工作 必须对该截面进行强度校核 正应力计算公式为 w mmax max 2 2 式中 max 最大弯曲正应力 max m 最大弯矩 w 抗弯截面系数 3 m 矩形截面抗弯系数 w 计算公式为 6 2 bh w 2 3 式中 b 矩形截面的宽 h 矩形截面的高 即 3 2 058 0 6 575 0 045 1 mw mpa m mkn 1 8 058 0 475 3 max 45 钢的弯曲许用应力 100mpa 而横梁的最大弯曲应力 max 8 1mpa 远小于 材料的许用应力 经过校核 设计尺寸满足要求 2 5 2 主机工作台设计 液压机工作台主要受压 由于工作台不是很高 刚度要求可以满足 因此在设计 10 计算时只要进行抗压强度的校核即可 校核过程从略 材料选择 工作台主要受压 材料选用铸钢 45 工艺要求 机械加工时 工作台表面做成 t 形槽 如图 2 8 所示 图 2 8工作台 t 形槽 2 5 3 控制台设计 材料选择 控制台主要用于安装控制按钮 不承受动载荷 强度要求不是很高 满足使用要求即可 材料选用 q235a 加工工艺 控制台的制作加工采用焊接方式完成 外形设计 控制台外形尺寸设计应考虑操作方便 外形简图如图 2 9 所示 1 控制按钮2 控制面板3 控制台底座 图 2 9液压机控制台外形简图 第第第第 3 3 3 3 章章章章四柱液压机液压系统设计四柱液压机液压系统设计四柱液压机液压系统设计四柱液压机液压系统设计 3 13 13 13 1 液压传动的优越性概述液压传动的优越性概述 科学技术迅猛发展的今天 液压传动技术随之有了比较完善 成熟的理论基础 11 目前液压传动技术正向着高压 高速 大功率 高效 低噪音 经久耐用 高度集成 化的方向发展 1 液压传动优越性 1 液压元件布局灵活 2 液压传动操作控制方便 可实现无级调速 3 液压传动容易实现直线传动 可以进行自动过载保护 4 液压传动采用电液控制相结合的控制方式 可实现自动化控制 还可实现远程 控制 5 液压系统中液压元件的磨损比机械传动小很多 液压油除了作为传动介质外还 起到了润滑的作用 延长了液压系统中液压元件的使用寿命 2 液压传动不足 1 液压传动沿程 局部阻力损失比较大 2 液压传动压力高时泄漏较大 效率降低 处理不好油液还会对环境构成污染 3 液压介质的泄漏和可压缩性使系统没有严格的传动比 4 液压传动存在的液压冲击 气蚀 困油现象影响了设备的安全工作和使用寿命 5 液压元件制造精度高 成本贵 系统故障不容易排除 维护技术成本高 6 液压系统工作环境受温度影响较大 不宜在很高和很低的温度条件下工作 3 23 23 23 2 液压系统设计要求液压系统设计要求 3 2 1 液压机负载确定 参考四柱液压机技术参数表 2 1 可知 液压机的最大工作负载为 2000kn 工进时 液体最大压力为 25mpa 由此确定液压机设计负载为 2000kn 型四柱液压机 3 2 2 液压机主机工艺过程分析 压制工件时主机的工艺过程 按下启动按钮后 主缸上腔进油 横梁滑块在自重 作用下快速下行 此时会出现供油不足的情况 补油箱对上缸进行补油 触击快进转 为工进的行程开关后 横梁滑块工进 并对工件逐渐加压 工件压制完成后进入保压 阶段 让产品稳定成型 保压结束后 转为主缸下腔进油 滑块快速回程 直到原位 后停止 横梁滑块停止运动后 顶出缸下腔进油 将工件顶出 工件顶出后 顶出缸 上腔进油 快速退回 3 2 3 液压系统设计参数 液压系统设计参数可参考表 2 1 最大负载 2000kn 工进时系统最大压力 25mpa 主缸回程力 400kn 顶出缸顶出力 350kn 12 主缸滑块快进速度 0 08m s 主缸最大工进速度 0 006m s 主缸回程速度 0 03m s 顶出缸顶出速度 0 02m s 顶出缸回程速度 0 05m s 3 33 33 33 3 液压系统设计液压系统设计 3 3 1 液压机主缸工况分析 3 3 1 1 主缸速度循环图 根据液压机系统设计参数及表 2 1 中主缸滑块行程为 700mm 可以得到主缸的速 度循环图如下 图 3 1主缸速度循环图 3 3 1 2 主缸负载分析 液压机启动时 主缸上腔充油主缸快速下行 惯性负载随之产生 此外 还存在 静摩擦力 动摩擦力负载 由于滑块不是正压在导柱上 不会产生正压力 因而滑块 在运动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载 计算最大负载时可以忽略不计 液压机的最大负载为工进时的工作负载 通过各工矿的负载分析 液压机主缸所受外 负载包括工作负载 惯性负载 摩擦阻力负载 即 f fw ff fa 3 1 式中 f 液压缸所受外负载 fw 工作负载 ff 滑块与导柱 活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载 启动时为静摩擦阻力负 载 启动后为动摩擦力负载 13 fa 运动执行部件速度变化时的惯性负载 1 惯性负载 fa 计算 计算公式 fa t v g g 3 2 式中 g 运动部件重量 g 重力加速度 9 8m 2 s v t 时间内的速度变化量 t 加速或减速时间 一般情况取t 0 01 0 5s 查阅相同型号的四柱液压机资料 初步估算横梁滑块的重量为 30kn 由液压机所 给设计参数可及 v 0 08m s 取t 0 05s 代入公式 3 2 中 即 fa s sm sm n 05 0 08 0 8 9 30000 2 4898n 2 摩擦负载ff计算 滑块启动时产生静摩擦负载 启动过后产生动摩擦负载 通过所有作用在主缸上 的负载可以看出 工作负载远大于其它形式的负载 由于滑块与导柱 活塞与缸体之 间的摩擦力不是很大 因而在计算主缸最大负载时摩擦负载先忽略不计 3 主缸负载 f 计算 将上述参数 fa 4898n fw 2000000n代入公式 3 1 中 即 f 2000000 4898 2004898n 3 3 1 3 主缸负载循环图 1 主缸工作循环各阶段外负载如表 3 1 表 3 1主缸工作循环负载 工 作 循 环外 负 载 启 动f f静 fa 5 kn 横梁滑块快速下行f f动忽略不计 工 进f f动 fw 2000 kn 快速回程f f回 f背 400 kn 14 注 f静 表示启动时的静摩擦力 f动 表示启动后的动摩擦力 2 主缸各阶段负载循环如图 3 2 图 3 2主缸负载循环图 3 3 2 液压机顶出缸工况分析 3 3 2 1 顶出缸速度循环图 根据液压机系统设计参数和表 2 1 中顶出缸活塞行程为 250mm 得到顶出缸的速 度循环图如下 15 图 3 3顶出缸速度循环图 3 3 2 2 顶出缸负载分析 主缸回程停止后 顶出缸下腔进油 活塞上行 这时会产生惯性 静摩擦力 动 摩擦力等负载 由于顶出缸工作时的压力远小于主缸的工况压力 而且质量也比主缸 滑块小很多 惯性负载很小 计算时可以忽略不计 同理摩擦负载与顶出力相比也很 小 也可不计 工件顶出时的工作负载比较大 计算顶出缸的最大工作负载时可以近 似等于顶出力 将参数代入公式 3 1 计算顶出缸的最大负载 即 f fw 350000n 式中 fw 顶出力 3 3 2 3 顶出缸负载循环图 1 顶出缸工作循环各阶段外负载如表 3 2 表 3 2顶出缸工作循环负载 工 作 循 环外 负 载 启 动f f静 fa忽略不计 16 顶出缸顶出f f动 fw 350 kn 快速退回f f动 f背 8 kn 注 f静 表示启动时的静摩擦力 f动 表示启动后的动摩擦力 2 顶出缸各阶段负载循环如图 3 4 图 3 4顶出缸负载循环图 3 3 3 液压系统原理图拟定 3 3 3 1 液压系统供油方式及调速回路的选择 液压机工进时负载大 运动速度慢 快进 快退时的负载相对于工进时要小很多 但是速度却比工进时要快 为了提高液压机的工作效率 可以采用双泵或变量泵供油 的方式 综合考虑 液压机采用变量泵供油 基本油路如图 3 5 所示 由于液压机工况时的负载压力会逐步增大 为了使液压机处于安全的工作状态 调速回路采用恒功率变量泵调速回路 当负载压力增大时 泵的排量会自动跟着减小 保持压力与流量的乘积恒为常数 即 功率恒定 如图 3 6 所示 17 1 液压缸2 油箱3 过滤器4 变量泵5 三位四通电磁换向阀 图 3 5液压机基本回路图 图 3 6恒功率曲线图 3 3 3 2 液压系统速度换接方式的选择 液压机加工零件的过程包括主缸的快进 工进 快退和顶出缸的顶出 快速回程 采用什么样的方式进行速度的安全 准确换接是液压机稳定工作的基础 为了达到控 制要求 液压系统的速度换接通过行程开关控制 这种速度换接方式具有平稳 可靠 结构简单 行程调节方便等特点 安装也很容易 18 3 3 3 3 液压系统原理图 液压系统采用插装集成控制系统 该控制系统具有密封性好 流通能力大 压力 损失小 易于集成等优点 液压机系统控制原理如图 3 7 所示 1 2 6 18 15 10 11 先导溢流阀1s 2s 3s 行程开关3 7 缓冲阀14 单向阀 4 5 8 9 12 13 16 17 19 20 电磁换向阀21 补油邮箱22 充液阀23 24 液压缸25 压力表f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 插装阀26 变量泵27 过滤器28 29 30 31 梭阀 图 3 7液压机插装阀控制系统原理图 3 3 3 4 液压系统控制过程分析 整个液压控制系统包括五个插装阀集成块 插装阀工作原理分析如下 f1 f2 组成进油调压回路 其中 f1 为单向阀 用于防止系统中液压油倒流回泵 f2 的先导溢流阀 2 用于调整系统的压力 先导溢流阀 1 用于限制系统的最高压力 缓 冲阀 3 与电磁换向 4 用于液压泵卸载和升压缓冲 f3 f4 组成主缸 23 油液三通回路 先导溢流阀 6 是用于保证主缸的安全阀 缓 19 冲阀 7 与电磁换向阀 8 用于主缸上腔卸压缓冲 f5 f6 组成主缸下腔油液三通回路 先导溢流阀 11 用于调整主缸下腔的平衡压 力 先导溢流阀 10 为主缸下腔安全阀 f7 f8 组成顶出缸上腔油液三通回路 先导溢流阀 15 为顶出缸上腔安全阀 单 向阀 14 用于顶出缸作液压垫 活塞浮动时上腔补油 f9 f10 组成顶