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液压机及主缸设计【3张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: 液压机设计主缸设计 cad图纸毕业论文液压机主缸

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液压机及主缸设计

49页 19000字数+说明书+实习报告+开题报告+3张CAD图纸【详情如下】

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前言1

1 液压机概述2

1.1液压机工作原理2

1.2 液压机的特点及分类3

1.2.1液压机的特点3

1.2.2 液压机的分类5

1.3 液压机典型结构5

1.4液压机技术的发展现状6

1.5液压机技术发展趋势8

2 液压机本体设计9

2.1液压机的基本参数及其选用9

2.2四柱式组合机架的设计计算10

2.2.1立柱的受力分析10

2.2.2力柱尺寸的取值12

2.2.3立柱的强度较核13

2.2.4横梁强度和刚度计算14

2.2.5整体框架式机身强度、刚度计算18

2.3 液压机的液压系统20

2.3.1 液压系统机构形式及特点20

2.3.2一般通用液压机的液压系统21

3 液压机主缸设计25

3.1液压缸的主要性能参数的计算25

3.1.1液压缸的压力值25

3.1.2活塞的运动速度25

3.1.3液压缸的速比26

3.1.4活塞的理论推力和拉力26

3.2液压缸缸筒设计27

3.2.1液压缸缸筒机构及材料的选择28

3.2.2 液压缸缸筒的计算29

3.2.3液压缸缸筒部分较核31

3.2.4 缸筒螺纹连接部分计算32

3.3液压缸活塞的设计33

3.4活塞杆的设计计算34

3.4.1活塞杆直径的计算34

3.4.2 活塞杆的强度计算34

3.5活塞杆的导向套和密封36

3.5.1 导向套结构及相关计算36

3.6 缓冲装置37

3.7 排气阀的设计39

3.8 与液压缸相关的连接结构设计39

3.8.1 液压缸与上横梁连接结构设计39

3.8.2 活塞杆与活动横梁连接结构设计40

4 结论41

致谢42

参考文献43

摘要

液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，也是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，不仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，废品率非常低，与机械加工系统相比，有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液压机有了更进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用CNC或PC机来控制，提高了产品加工质量和生产率。

首先，本论文从总体上对液压机本体结构，及主要结构部件进行设计及必要的校核。其次，对整个液压控制系统进行初步设计，对液压机主缸主要参数进行计算，并对所得结果进行分析、验算。从而力争使液压机主缸能够满足生产工艺要求，并从整体上提高液压机的工艺水准，使液压机设计水平更上一个新的台阶。本次设计主要针对不同工艺要求下，根据液压机总体结构，主缸的推力大小及工作条件的要求来对液压缸的部件类别进行选择，同时涉及到液压缸的支撑型式及活塞与活动横梁的连接型式和导套及密封件等进行选择，力求达到提高液压机整体使用强度及寿命，同时使工艺精度符合生产要求的目的。

关键词：液压机；液压控制系统；主缸

Abstract

The hydraulic brake is one of the applied broadest equipment in the productions, and also the ideal forming technological equipment. Especially when the system of hydraulic brake realized the adjustment to the press, traveling schedule and speed, the equipment not only completes the processing of the complex and asymmetrical work-pieces, and moreover the rate of its rejection is very low, comparing with the machine-finishing system, which has the enormous superiority. In the resent years, with the development of the microelectronic and hydraulic technology, the hydraulic brake has the further development, whose high-tech content is increasing, and the numerous types had controlled by the CNC or PC machine which increases the processing quality and the productivity.

At first, this paper as a whole carries the design and the essential examination on the hydraulic brake. Second, it carries on the preliminary design to the entire hydraulic control system, and the computation to the main parameters of its master cylinder, then analyses the obtained results. Thus it enables the master cylinder of the hydraulic brake to satisfy the request of the product technique, and enhances its standard overall, which causes its design level on a new stair. This design is mainly in the view of different technological requests, according to the main structures of the equipment, the force sizes of the master cylinder and the request of the working conditions to choose the kinds of every part. At the same time, it involves the choices of hydraulic cylinder's support pattern and piston and active crossbeam connection pattern and guide sleeve and seal, enhancing the hydraulic press whole use intensity and the life and causing the craft precision to conform to the request goal productions.

Keywords: The hydraulic brake; the hydraulic controlling system; master cylinder

前言

液压机主缸是液压机的主要工作部件，液压机主缸的性能直接影响着液压机整体工艺水平。通过细致的分析及理论研究解决易损部分设计结构中存在的问题，可以使液压缸整体上达到工艺强度要求，提高液压缸应用的工艺水准及使用寿命。所以对液压机主缸进行细致严谨的设计计算对对液压机的设计生产有着至关重要的作用。

本论文从总体上对液压机本体结构，及主要结构部件进行设计及必要的校核，对液压机主缸主要参数进行计算，并对所得结果进行分析、验算。从而力争使液压机主缸能够满足生产工艺要求，并从整体上提高液压机的工艺水准，使液压机设计水平更上一个新的台阶。目前我国机械工业发展相对掷后，其主要原因是机械装备设计水平偏低，技术含量不高，针对于此，提高现阶段我国装备制造业的整体技术水平是当务之急。

本次设计通过三章的阐述，对液压机本体设计及液压机主缸部件的设计校核作出了系统的介绍并且从理论出发，与际应用相结合，参照液压机机的整体相关设计理论对所采用液压缸进行系统的强度较核计算及应力应变分析，对液压缸易损坏部分进行重点研究，通过细致的分析及理论研究解决易损部分设计结构中存在的问题，从而使液压缸整体上达到工艺强度要求，提高液压缸应用的工艺水准及使用寿命。

本文对液压机的设计还有很多不足之处，一是由于先现阶段知识面相对较窄，理论体系知识相对贫乏，强度校核理论考虑不够周详；二是专业技能掌握不够熟练，设计过程中也未能将一些更先进的技术软件付诸应用，从而将设计作品更直观的展现。

参考文献

[1]李永堂，付建华，白墅洁，张文杰.锻压设备理论与控制[M].第一版.北京：国防工业出版社，2005.

[2]陈榕林，张磊.液压技术与应用[M].第一版.北京：电子工业出版社，2002.

[3]成大先.机械设计手册[M].第三版.北京：化学工业出版社，1996.

[4]俞新陆.液压机[M].北京：机械工业出版社，1990.

[5]秦勇.液压机技术的现状与发展趋势[J].煤矿机械，2002（11），10~12.

[6]Li Yongtang et al.”A Programme Controlled Hydraulic Hammer and the Research into Its Perfomance” Proceedings of the 4th ICTP[z].Beijing,China,1993:1053~1059.

[7] GB3100~3102—93量和单位.

[8]孙恒，陈作模.机械原理[M].第六版.北京：高等教育出版社，2001.

[9]姜佩东.液压与气动技术[M].北京：高等教育出版社，2000.

[10]Kon W M,Tan S T.Proceedings of International Conference on Manufacturing Automation,HongKong,2002[z].HongKong:University of Hong Kong,2002.

[11]罗晴岚.跨世纪中国锻造业的发展方向[J].锻压机械，2001（5）：1~4.

[12]黄宏甲，黄宜.液压传动[M].北京：机械工业出版社，1999.

[13]隗金文，王慧.液压传动[M].北京：东北大学出版社，2001.

[14]路勇祥.团结奋斗、开拓创新，建设制造业强国[z].制造业未来与中国，2002（12）：15~18.

内容简介：: 中文题目：液压机及主缸设计外文题目：THE DESIGN OF THE HYDRAULIC PRESS AND MASTER CYLINDER毕业设计（论文）共 69其中：外文文献及译文23）图纸共2张完成日期 2008年6月答辩日期 2008年6月实习报告开学初我们就进行了大四的实习，来到阜新液压件厂进行实习,在师傅的带领下先后参观了生产车间、装配车间、维修车间。在轻工机械生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体作为动力，由液压元件与金属构件作成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践表明液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组成综合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。因此，液压支架是技术上先进、经济上合理，安全上可靠、是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。液压支架是综合机械化采煤的关键设备，阜新液压件厂技术装备先进,主要生产的液压支架，性能好、可靠性高，主要架型为掩护式、支撑掩护式、放顶煤式、垛式、水砂充填式、端头式。拥有主要生产设备先进，可生产和维修各种液压支架；其中包括各种掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架，拥有大批生产的能力。最早的液压支架是一种简单的框架形垛式结构，由于没有四杆机构，这种支架承受水平力的能力差，在水平力作用下容易失去稳定性。后来出现了掩护式(包括支撑掩护式)支架，这种支架的水平刚掩护式(包括支撑掩护式)支架，这种支架的水平刚度和稳定性都比较高液压支架的类型很多，按和围岩的相互作用可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式3类;按移架方式分为支撑式、掩护式和支撑掩护式3类;按移架方式分为整体自移式和迈步前移式2类;按使用地点可不同分工作面支架和端头支架2类;按煤层厚度和开采方法不同分为铺联网支架和放顶煤液压支架。液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。升柱当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。降柱当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。按液压支架在采煤工作面的安装位置来划分，有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面上所有位置的支架。支架和输送机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推移输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。在装配车间首先映入我眼帘的就是支撑掩护式液压支架，结合着实物，在师傅的细心讲解下，我知道了液压支架是主要用于矿山中，知道了液压支架是用来支护顶板防止煤层下落的，同原始的煤炭开采方式相比，采用液压支架作业具有采煤速度快，安全可靠，工程量小，劳动强度低，生产安全等优点。其中师傅重点给我们详细讲解了液压支架的各个机构，其中顶板是用来直接支护的，通过立柱的支撑能达到支护的目的，液压支架由顶梁、底板、立柱、各种千斤顶以及各种阀组成。下面我简单介绍一下液压支架的各个部件。顶梁是支护顶板一定面积的直接承载部件，并为立柱、掩护梁、护顶装置等提供必要的连接点。底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。因此，底座除了满足一定的刚度和强度要求外，还要求对底板起伏不平的适应性要强，对底板接触比亚要小，要有足够的空间，稳定性好，强度高，不易变形，与底板接触面积大，比压小等优点。立柱是支架的承载构件。动作原理：当缸体后腔进液，前腔回液，活塞杆伸出而移架；当缸体前腔进液，后腔回液，缸体前移通过框架而移架，由于缸体后腔面积达，所以，框架连接可以使移架力大于推溜力。四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一。其作用概括起来主要有两个，其一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双扭线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；其二是使支架能承受较大的水平力。护帮千斤顶的缸体用销轴固定在前梁上，活塞杆固定在护帮板上。当千斤顶伸出时，护帮支撑在煤壁上。在千斤顶活塞腔的液路上，有锁紧用液控单向阀和安全阀。当千斤顶收回时，因千斤顶活塞杆腔无液控单向阀锁紧，所以在前梁上加设一个弹簧机械锁。在车间工程师的的讲解和师傅说明下，我们很快参观完了这一车间。在知识的沐浴下，不知不觉我们这次参观实习结束了。虽然这次参观实习很短暂，但我看到了很多书本上没有的真实零件的结构，增强了空间想象力，纵观现今机器，他们集合了很多方面的知识，他们的功能越来越多但操纵却越来越简单。社会的发展需要科技，科技的发展需要创新，需要我们在前人的基础上创造出更先进的机器。这次参观让我深刻感受到了知识的匮乏激发了我的求知欲。即将走上工作岗位，我更有信心做的尽善尽美，充分发挥自己特长，运用所掌握的知识做一个出色的机械工作者。我相信这次实习是我的一次宝贵的经历，对我未来投身于工作会有很大的帮助。摘要液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，也是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，不仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，废品率非常低，与机械加工系统相比，有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液压机有了更进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用CNC或PC机来控制，提高了产品加工质量和生产率。首先，本论文从总体上对液压机本体结构，及主要结构部件进行设计及必要的校核。其次，对整个液压控制系统进行初步设计，对液压机主缸主要参数进行计算，并对所得结果进行分析、验算。从而力争使液压机主缸能够满足生产工艺要求，并从整体上提高液压机的工艺水准，使液压机设计水平更上一个新的台阶。本次设计主要针对不同工艺要求下，根据液压机总体结构，主缸的推力大小及工作条件的要求来对液压缸的部件类别进行选择，同时涉及到液压缸的支撑型式及活塞与活动横梁的连接型式和导套及密封件等进行选择，力求达到提高液压机整体使用强度及寿命，同时使工艺精度符合生产要求的目的。关键词：液压机；液压控制系统；主缸AbstractThe hydraulic brake is one of the applied broadest equipment in the productions, and also the ideal forming technological equipment. Especially when the system of hydraulic brake realized the adjustment to the press, traveling schedule and speed, the equipment not only completes the processing of the complex and asymmetrical work-pieces, and moreover the rate of its rejection is very low, comparing with the machine-finishing system, which has the enormous superiority. In the resent years, with the development of the microelectronic and hydraulic technology, the hydraulic brake has the further development, whose high-tech content is increasing, and the numerous types had controlled by the CNC or PC machine which increases the processing quality and the productivity.At first, this paper as a whole carries the design and the essential examination on the hydraulic brake. Second, it carries on the preliminary design to the entire hydraulic control system, and the computation to the main parameters of its master cylinder, then analyses the obtained results. Thus it enables the master cylinder of the hydraulic brake to satisfy the request of the product technique, and enhances its standard overall, which causes its design level on a new stair. This design is mainly in the view of different technological requests, according to the main structures of the equipment, the force sizes of the master cylinder and the request of the working conditions to choose the kinds of every part. At the same time, it involves the choices of hydraulic cylinders support pattern and piston and active crossbeam connection pattern and guide sleeve and seal, enhancing the hydraulic press whole use intensity and the life and causing the craft precision to conform to the request goal productions.Keywords: The hydraulic brake; the hydraulic controlling system; master cylinder 本科毕业设计（论文）开题报告题目液压机及主缸设计指导教师院（系、部）机械工程学院专业班级学号姓名日期一、选题的目的、意义和研究现状当前我国经济社会发展的重大制约问题就是：我国的资源、能源日益紧张，对我国的可持续发展构成了威胁，而另一方面我国经济发展中的资源浪费过于严重，资源利用率和经济效率极低。构建节约型发展模式是我们的必然选择，也是构建社会主义和谐社会、树立和落实科学发展观的具体表现。当前我国经济社会发展的重大制约问题就是：我国的资源、能源日益紧张，对我国的可持续发展构成了威胁，而另一方面我国经济发展中的资源浪费过于严重，资源利用率和经济效率极低。构建节约型发展模式是我们的必然选择，也是构建社会主义和谐社会、树立和落实科学发展观的具体表现。我国正处在重化工业时期，能源的需要和消耗量必将出现持续增长的势头。在持续增长的能源消耗中，煤炭消耗的增长占的比重很大。煤炭几乎满足可国家一次性消耗的2/3，煤炭的生产数量所占的份额比较高，大约占能源生产总量的3/4。由于一些能源消耗格局，使得我国经济建设，经济发展和煤炭工业的发展关系十分密切。所以节煤形势刻不容缓，其中从生产环节就要尽量建设浪费，减少资源无辜流失。在煤炭加工过程中因选煤排除煤泥近200万立方米。以受压液体作为工作介质进行能量传，转换与控制的传动形式称为液压传动。根据液压传动和气压传动称为流体传动，是17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。本人设计的液压机就可以通过合理的控制系统使其实现节约能源的目的。本设计的主要内容包括：首先，对液压机基本概念,特点,发展历程及其应用做简单的介绍。其次，对液压机及主缸的全面设计。也是我此次设计的主要内容。在对系统的工作环境和工况条件的仔细分析后，对各种阀的选择，和附件设计，并对系统的使用和维护进一步论述。主缸图，绘制液压系统整体图，和液压机安装简图，各个分图。二、研究方案及预期结果研究方案：本人设计的液压机及主缸设计，从以往的设计来看可以通过马达和液压缸来实现，从经济和设计方便方面来考虑，初步选用液压缸作为执行元件。预期效果：在液压装置中各部件，元件的布置均匀，便于装卸，调整，维修和使用，并且外观整齐和美观。对液压系统的污染、泄露、震动噪声进行了有效的控制。尽量选择了密封性能好的液压元件，尽量减少管件等的连接部位数量。正常工作时，油箱中油液温度不会超过60。油温过高有冷却装置，温度过低时，应进行预热，运转前进行间歇运转，会使油温逐步升高后，再进入正式工作运转状态。油箱的容量，能够保证系统有足够的油量。有排气装置的系统进行排气.油箱应加盖密封，油箱上面的通气孔处应设置空气过滤器，防止污物和水分的侵入。加油时能够过滤，使油液清洁。系统中根据需要配置粗、精过滤器，保证油液清洁。对压力控制元件的调整，采用调整系统压力控制阀-溢流阀，能从压力为零时开调，逐步提高压力，使之达到规定压力值.然后依次调整各回路的压力控制阀。流量控制阀能从小流量调到大流量三、研究进度五周六周：确定系统方案，决定系统形式。七周九周：绘制系统草图，进行必要的计算。十周十二周：进行系统总体设计，绘制系统整体原理图。十三周十四周：绘制系统分支回路图和装配简图，核对图样的正确性。十五周十六周：编写说明书与文件输出。四、主要参考文献参考文献1李永堂，付建华，白墅洁，张文杰.锻压设备理论与控制M.第一版.北京：国防工业出版社，2005.2陈榕林，张磊.液压技术与应用M.第一版.北京：电子工业出版社，2002.3成大先.机械设计手册M.第三版.北京：化学工业出版社，1996.4俞新陆.液压机M.北京：机械工业出版社，1990.5秦勇.液压机技术的现状与发展趋势J.煤矿机械，2002（11），1012.6Li Yongtang et al.”A Programme Controlled Hydraulic Hammer and the Research into Its Perfomance” Proceedings of the 4th ICTPz.Beijing,China,1993:10531059.7 GB3100310293量和单位.8孙恒，陈作模.机械原理M.第六版.北京：高等教育出版社，2001.9姜佩东.液压与气动技术M.北京：高等教育出版社，2000.10Kon W M,Tan S T.Proceedings of International Conference on Manufacturing Automation,HongKong,2002z.HongKong:University of Hong Kong,2002.11罗晴岚.跨世纪中国锻造业的发展方向J.锻压机械，2001（5）：14.12黄宏甲，黄宜.液压传动M.北京：机械工业出版社，1999.13隗金文，王慧.液压传动M.北京：东北大学出版社，2001.14路勇祥.团结奋斗、开拓创新，建设制造业强国z.制造业未来与中国，2002（12）：1518. 五、指导教师意见指导教师签字：辽宁工程技术大学毕业设计(论文)目录前言11 液压机概述21.1液压机工作原理21.2 液压机的特点及分类31.2.1液压机的特点31.2.2 液压机的分类51.3 液压机典型结构51.4液压机技术的发展现状61.5液压机技术发展趋势82 液压机本体设计92.1液压机的基本参数及其选用92.2四柱式组合机架的设计计算102.2.1立柱的受力分析102.2.2力柱尺寸的取值122.2.3立柱的强度较核132.2.4横梁强度和刚度计算142.2.5整体框架式机身强度、刚度计算182.3 液压机的液压系统202.3.1 液压系统机构形式及特点202.3.2一般通用液压机的液压系统213 液压机主缸设计253.1液压缸的主要性能参数的计算253.1.1液压缸的压力值253.1.2活塞的运动速度253.1.3液压缸的速比263.1.4活塞的理论推力和拉力263.2液压缸缸筒设计273.2.1液压缸缸筒机构及材料的选择283.2.2 液压缸缸筒的计算293.2.3液压缸缸筒部分较核313.2.4 缸筒螺纹连接部分计算323.3液压缸活塞的设计333.4活塞杆的设计计算343.4.1活塞杆直径的计算343.4.2 活塞杆的强度计算343.5活塞杆的导向套和密封363.5.1 导向套结构及相关计算363.6 缓冲装置373.7 排气阀的设计393.8 与液压缸相关的连接结构设计393.8.1 液压缸与上横梁连接结构设计393.8.2 活塞杆与活动横梁连接结构设计404 结论41致谢42参考文献43摘要液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，也是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，不仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，废品率非常低，与机械加工系统相比，有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液压机有了更进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用CNC或PC机来控制，提高了产品加工质量和生产率。首先，本论文从总体上对液压机本体结构，及主要结构部件进行设计及必要的校核。其次，对整个液压控制系统进行初步设计，对液压机主缸主要参数进行计算，并对所得结果进行分析、验算。从而力争使液压机主缸能够满足生产工艺要求，并从整体上提高液压机的工艺水准，使液压机设计水平更上一个新的台阶。本次设计主要针对不同工艺要求下，根据液压机总体结构，主缸的推力大小及工作条件的要求来对液压缸的部件类别进行选择，同时涉及到液压缸的支撑型式及活塞与活动横梁的连接型式和导套及密封件等进行选择，力求达到提高液压机整体使用强度及寿命，同时使工艺精度符合生产要求的目的。关键词：液压机；液压控制系统；主缸AbstractThe hydraulic brake is one of the applied broadest equipment in the productions, and also the ideal forming technological equipment. Especially when the system of hydraulic brake realized the adjustment to the press, traveling schedule and speed, the equipment not only completes the processing of the complex and asymmetrical work-pieces, and moreover the rate of its rejection is very low, comparing with the machine-finishing system, which has the enormous superiority. In the resent years, with the development of the microelectronic and hydraulic technology, the hydraulic brake has the further development, whose high-tech content is increasing, and the numerous types had controlled by the CNC or PC machine which increases the processing quality and the productivity.At first, this paper as a whole carries the design and the essential examination on the hydraulic brake. Second, it carries on the preliminary design to the entire hydraulic control system, and the computation to the main parameters of its master cylinder, then analyses the obtained results. Thus it enables the master cylinder of the hydraulic brake to satisfy the request of the product technique, and enhances its standard overall, which causes its design level on a new stair. This design is mainly in the view of different technological requests, according to the main structures of the equipment, the force sizes of the master cylinder and the request of the working conditions to choose the kinds of every part. At the same time, it involves the choices of hydraulic cylinders support pattern and piston and active crossbeam connection pattern and guide sleeve and seal, enhancing the hydraulic press whole use intensity and the life and causing the craft precision to conform to the request goal productions.Keywords: The hydraulic brake; the hydraulic controlling system; master cylinder前言液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，也是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，不仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，废品率非常低，与机械加工系统相比，有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液压机有了更进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用CNC或PC机来控制，提高了产品加工质量和生产率。液压机主缸是液压机的主要工作部件，液压机主缸的性能直接影响着液压机整体工艺水平。通过细致的分析及理论研究解决易损部分设计结构中存在的问题，可以使液压缸整体上达到工艺强度要求，提高液压缸应用的工艺水准及使用寿命。所以对液压机主缸进行细致严谨的设计计算对对液压机的设计生产有着至关重要的作用。本论文从总体上对液压机本体结构，及主要结构部件进行设计及必要的校核，对液压机主缸主要参数进行计算，并对所得结果进行分析、验算。从而力争使液压机主缸能够满足生产工艺要求，并从整体上提高液压机的工艺水准，使液压机设计水平更上一个新的台阶。1 液压机概述本章着重对液压机整体情况做出介绍，内容涉及液压机的原理，液压机的特点、分类，以及液压机的典型结构介绍，目前国内、外液压机的发展现状以及未来液压机的大体发展趋势等。1.1液压机工作原理液压机是根据静态下液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的，它是一种利用液体压力工作的机器。液体压力传递原理为：在充满液体的密闭容器中，施于任一点的单位外力，能传播至液体全部，其数值不变，其方向垂直于容器的表面。根据这一原理，制成了液压机和其他液压机械，如图1-1所示：图 1-1 液压机原理图Fig. 1-1 Hydraulic press schematic diagram在一个充满液体的连通器内，一端装有面积为的小柱塞，另一端装有面积为的大柱塞。柱塞和连通器之间设有密封装置，使得连通器内部形成一个完全密封的空间，液体不会外泄。当在小柱塞上施加一个外力时，则作用在液体上的单位压力为。按照液体静压力传递原理，这个单位压力p将以不变的数值传递到液体的每一个质点，并且其作用方向垂直于其作用面。这样在连通器的另一端的大柱塞上作用着垂直于其底面的单位压力p，使其产生向上的推力。由此可见，只要增大柱塞的面积，就可以由小柱塞上一个较小的力，在大柱塞上获得一个很大里力。这里的小柱塞相当于液压泵中的柱塞，而大柱塞就相当于液压机中的工作缸的柱塞。1.2 液压机的特点及分类1.2.1液压机的特点液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。目前，液压机的最大标称压力已达750MN，用于金属的模锻成型。随着金属压制和拉伸制品的需求逐年增高，对产品品种的要求也日益增多；另一方面，产品的生产批量也逐渐缩小。为与中小批量生产相适应，需要能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，不仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，废品率非常低，与机械加工系统相比，有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液压机有了更进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用CNC或PC机来控制，提高了产品加工质量和生产率1。液压机有以下几个优点：1）液压机最大的特点是容易获得最大的压力。在锻造过程中锻锤是靠冲击力打击锻件，因而会产生较强的振动。为了提高打击效率和减轻振动，需要有很大的砧座和良好的地基，因而锻锤不可能造得很大。曲柄压力机是靠曲柄连杆机构传递能量，由于受到曲柄连杆机构强度的限制，一般只制造到100MN以下。液压机利用静压力工作，不需要大的砧座和监视的地基。由于采用了液压传动，其动力设备可以与主机分开，可以适当加大柱塞的直径或采用多缸联合工作的方式来获得更大的工作压力。目前大型液压机均已造到100MN以上。2）得更大的工作行程，并可在全行程的任意位置施加最大的工作压力；在工作行程的任意位置都可以回程。机械传动的曲柄压力机的滑块行程是不变的，并且只能在滑块下止点前较小的行程内产生标称压力。而且必须在下止点后才能回程，如果过载将会发生闷车现象，导致损坏。液压机则与其相反，所以液压机对要求工作行程较长而且变形均匀的工艺（如拉伸、积压等）十分适应。3）更大的工作空间。液压机本体没有庞大的机械传动机构，其液压缸可根据操作的要求来布置，因而可以容易地获得较大的工作空间。4）作压力可以调整，可以实现保压，并可防止过载。例如，有三个缸的液压机可以很容易地获得三级不同的工作压力。将高压液体通入中间工作缸得到第一级压力；通入两侧工作缸得到第二级压力；3个工作缸同时通入高压液体就得到第三级压力。液压机可以作长时间的保压。液压系统有调压装置，可以根据要求来调整液体的压力。他的安全装置，能可靠地防止过载。5）调速方便。通过调整通入工作缸液体的流量，可以实现各种行程速度。例如，实现空程下降和回程时高速，工作行程时慢速，而且这种调速是无级的。6）液压机结构简单，操作方便。液压机的本体结构很简单，而且容易制造。特别是中、小型的液压机，由于液压元件的标准化、系列化和通用化程度的提高，使其设计与制造更为简便，成本降低。液压机还易于实现自动控制和遥控。7）液压机工作平稳。碰撞、振动和噪声都较小，有利于改善工人的劳动强度和工作条件。8）液压机的动力传动为柔性传动，较机械加工复杂的传动系统简单，可避免机械过载的情况。9）液压机基本的动作方式有三种：单动、双动、三动。但其拉伸过程中只有单一的直线驱动力，是加工系统有较长的使用寿命和较高的工件成品率。除了以上优点外液压机还有一些缺点，比如：1）液压机采用液压油为工作介质，因而对液压元件的精度要求和密封条件要求较高。另外，不可避免的泄露会带来环境的污染。2）液压机的工作速度较其他设备低。由于液体流动时会产生较大的阻力损失，当液压机高速运动时，这种损失就更为明显。所以液压机的最高工作速度受到限制。由于液压机具有以上特点，因此得到了广泛的应用。除了大型的锻件的锻造、拉伸、剪切、挤压等工序外，还应用于塑料压型、层压板、粉末冶金、废金属处理、棉花打包等工序。1.2.2 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。按照功能用途分可分为手动液压机、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余种类型。其各自类型对应的常见工艺如下：1）手动液压机：用于一般压制、压装等工艺。2）锻造液压机：用于自由锻、钢锭开坯及金属模锻。3）冲压液压机：用于各种薄板、厚板的冲压。4）一般用途液压机：用于各种工艺，通常称为万能（通用）液压机。5）校正压装液压机：用于零件的校正及装配。6）层压液压机：用于胶合板、刨花板、纤维板及绝缘材料板的压制。7）挤压液压机：用于挤压各种有色及黑色金属材料。8）压制液压机：用于各种粉末制品的压制成型，如粉末冶金、人造金刚石、耐火材料的压制。9）包、压块液压机：用于将金属碎屑及废料压成块。10）其它液压机：包括轮轴压装、冲孔等专门用途的液压机。1.3 液压机典型结构液压机结构中较典型的主要有三梁四柱式、双柱下拉式、框架式和单臂式等，其中三梁四柱式液压机为通用型液压机的常用型式，本次毕业设计采用此类型液压机为设计对象，这里只对此型液压机作以介绍。三梁四柱式液压机结构如图所示，它由上横梁、下横梁、4个立柱和16个内外螺母组成一个封闭的框架，框架承受全部的工作载荷。工作缸固定在上横梁上，工作缸内有工作柱塞与活动横梁相连接。活动横梁以4根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动。活动横梁下面固定有上砧，而下砧则固定与下横梁上的工作台上。当高压液体进入工作缸后，对柱塞产生很大的压力，推动柱塞、活动横梁及上砧向下运动，使工件在上、下砧之间产生塑性变形。同时在完成工作之后实现回程运动。图1-2 液压机典型结构图Fig. 1-2 Hydraulic press typical structure drawing三梁四柱式液压机的主要部件有：立柱：立柱是机架的主要支撑部件和主要受力件，又是活动横梁的导向件，因此对立柱有较高的强度、刚度和精度要求。立柱所用的材料、结构尺寸、制造质量及其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甚至使用寿命有着很大的影响。立柱通常用如下材料制成：35钢、45钢、40Cr、20MnV、20MnSiMo等。横梁：横梁包括上横梁、下横梁（或称底座）和活动横梁（或称滑块），是液压机的重要部件。由于横梁的轮廓尺寸很大，为了节约金属和减轻重量，一般都做成空心箱形结构，中间加设肋板，承载大的地方肋板较密，以提高刚度，减低局部应力，肋板一般按方格形或辐射形分布，在安装各种缸、柱塞（或活塞）及立柱的地方做成圆筒形，以使其环行支撑面的刚度尽可能一致，并用肋板与外壁相互之间连接起来。横梁有铸造结构和焊接结构两种，生产批量较大的中、小型液压机其横梁多为铸铁件（材料多为HT200）或铸钢件（材料多为ZG275-500）；近年来采用焊接结构的日渐增多，材料一般为Q235或16Mn钢板。中、小型液压机横梁多数为整体结构，而大型液压机横梁由于受制造和运输能力的限制往往设计成组合形式，并利用键和拉紧螺栓连接。1.4液压机技术的发展现状液压机的液压系统和整机机构等方面发展已经相当成熟，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、冷却及防止冲击振动等方面有明显的改善2。1）路设计方面，国内外都趋向于集成化、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了广泛的应用。国外已广泛采用封闭式循环油路设计，可有效地防止泄露和污染，更重要的是防止灰尘、空气和化学物质侵入系统，延长了机器的使用寿命。由于加工工艺等方面的原因，国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见。2）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实现故障的检测和维修，产品可实现负载检测、自动模具保护和错误诊断等功能。3）液压机的发展最主要体现在控制系统方面。微电子技术飞速发展，为改进液压机的性能，提高稳定性、加工效率等方面提供了前提条件。相比之下，国内机型虽然品种齐全，但技术含量相比较低，缺乏高档机型，这与机电液一体化和中小批量肉刑发展趋势不相适应。当前，国内外液压机产品中控制系统分为以下三种类型：1）以继电器为主控制元件的传统型控制系统。其电路结构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。主要用于单机工作，加工产品精度不高的大批量生产，也可组成简单的生产线。现在国内许多液压机厂还以该机型为主，国外众多厂家只是保留了对该机型的生产能力，而主要面向技术含量更高的机型组织生产。2）采用可编程控制器（PLC）的控制系统。该系统是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通讯技术溶为一体的新型工业自动控制装置。目前，该机型广泛应用于各种生产机械和自动化生产过程中，早期的可编程控制器只能进行简单的逻辑控制，随着技术的不断发展，一些厂家采用微电子处理器作为可编程控制器的中央处理单元（CPU），不仅可以进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制，扩大了控制器的功能。可编程控制器有较高的稳定性和灵活性，但还是介于继电器控制和工业控制之间的一种控制方式，与工业控制机相比还有很大差距。当前，国内有部分厂家采用该控制系统，如天津锻压机械厂有60%的产品采用PLC控制来提高可靠性和控制性。国外的厂家如丹麦的STENHQJ公司采用STEMENS的可编程控制器，实现对压力和位移的控制。3）应用高级微处理机（或工业控制计算机）的高性能控制系统。该控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高科技含量的控制方式，以工业控制机或单片/单板机作为住控制单元，通过外围数字接口器件（如A/D或D/A板等）或直接应用数字阀实现对液压系统的控制，同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统，达到精确控制的目的。这种控制方式的主要特点为：具有友好的人机交互性；可顺利实现对工件参数（如压力、速度、行程）的单独调整，能进行复杂工件、不对称工件的加工；预存工作模式，缩短调整时间，与柔性加工要求相适应；可通过软件来消除高速下的换向冲击，以降低噪声，提高系统的稳定性；在安全方面可利用软件进行故障诊断，并自动修复故障和显示错误。现在，国外众多液压机生产厂家都生产这种高性能的工业控制机控制方式的液压机产品，如美国的MULTIPRESS；丹麦的STENHQJ和加拿大的BROWN BOGGS等公司，而国内少有该类产品。1.5液压机技术发展趋势目前，随着科技发展的日新月异，液压机的技术含量也在日益增高，其主要发展趋势可分为如下几点：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）机电掖一体化，充分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，自动化不仅仅体现在加工方面，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能。4）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。2 液压机本体设计本章主要针对通用型三梁四柱式液压机进行本体设计，其主要内容为对该型液压机的主要参数进行选择，对液压机主要部件尺寸进行计算，并对部件刚度、强度进行校核，以使所设计液压机能够达到生产工艺要求。2.1液压机的基本参数及其选用液压机的基本参数是基本技术数据，是根据液压机的工艺用途及结构类型来确定的，对于本次设计的三梁四柱式液压机，主要设计参数如图2-1所示：图 2-1 液压机主要结构参数示意图Fig. 2-1 Hydraulic press main design parameter schematic drawing1）标称压力（KN）。标称压力是液压机的主要设计参数。它反映了液压机的主要工作能力，是液压机名义上能产生的最大压力，数值上等于工作柱塞总的面积与液体压力的乘积。本次设计液压机标称压力为给定原始数据2500KN。2）最大工作行程：最大工作距离h是指活动横梁在上限位置时从工作台上面到活动横梁下表面的距离。反映里液压机高度方向上工作空间的大小，应根据模具及垫板高度工作行程大小以及放入取出工件所需空间的大小等工艺因素来确定。本次设计液压机工作行程h=1250mm。3）最大净空距（开口高度）H。最大净空距是指活动横梁在上限位置时从工作台上表面到活动横梁下表面的距离。反映了液压高度方向上的工作空间的大小，应根据模具及垫板高度、工作行程大小以及所需空间的大小来确定。本次设计液压机最大净空距H=1370mm。4）工作台尺寸：在如锻造、模煅及冲压等加工工艺中，往往设置移动工作台。他的尺寸（长l宽b）取决于模具的的平面尺寸。本次设计工作台尺寸为给定原始数据900900mm。5）立柱中心距(mmmm)。在四柱式液压机中，立柱宽边中心距为L，窄边中心距为B。立柱中心距反映了液压机平面尺寸上工作空间的大小。本次设计液压机立柱中心距=1120700(mmmm)。6）活动横梁的运动速度（）活动横梁运动速度分为工作行程速度及空载回程速度两种。本次设计液压机工作形成速度=0.05，回程速度=0.1。7）顶出力。有些液压机在下横梁底部装有顶出缸，以顶出工件在拉伸时产生的压边力。顶出力及行程由具体工艺要求来确定，在此不做要求。2.2四柱式组合机架的设计计算2.2.1立柱的受力分析由于四柱式组合机架是一个高次超静定空间框架，在进行受力分析时，需采取一些简化假设：由于一般液压机的机架结构对称于中间平面，载荷也对称于中间平面，因此可将空间框架简化为平面框架；立柱与上、下横梁为刚性连接；不考虑安装应力及温度应力。 1）中心载荷。假设上、下横梁刚度很大，则可忽略上、下横梁变形而施加与立柱的附加弯曲应力，则立柱只承受简单的轴向拉应力，其拉应力为： (2-1)式中F液压机的公称压力；A每根立柱的接面积；n立柱的根数；许用应力，本次设计立柱材料选择为45钢，其取值范围为。2）偏心载荷。液压机工作时，由于模具不对称、工作变形阻力不对称（加工零件形状不对称或加热不均匀）、工件放置位置不正等多种因素都可能造成偏载受力状态。根据前面的简化假设，将空间机架简化为平面框架，如图所示。在手偏心载荷时，活动横梁发生倾斜，活塞随之倾斜压到液压缸导向套或内壁上，而活动横梁也与立柱相接触。考虑到不同工艺条件及密封等，补充做如下假设：工件较窄，不妨碍活动横梁转动，因此在工件处没有侧向水平支反力；两侧立柱导套间隙一样，因此在活动横梁倾斜十，两边立柱均匀受力；各处的作用力及支反力均假定为集中力。考虑到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，因此载荷取为F/2。载荷的偏心距为e，活动横梁受到的偏心力矩Fe/2作用，给液压缸内壁以侧推力为： (2-2)式中液压缸的缸筒受力点或活塞中点至上横梁下表面的距离；活动横梁导向套支撑反力作用点到上横梁下表面的距离。这样，四柱式组合液压机机架即可简化为如图2-2所示的平面框架。框架的宽度为立柱中心线间的距离。框架高度则与立柱和横梁的刚度比有关。、分别为立柱与上、下横梁的刚度比，则： (2-3) (2-4)式中、分别为立柱、上横梁和下横梁的弹性模量；、分别为立柱、上横梁和下横梁的截面惯性矩。如果、值较大，则必须考虑到刚度比的影响，框架高度应取为上横梁中性层到下横梁中性层间的距离。在计算中假设、为零，即假设上、下横梁刚度为无穷大，因此框架高度取为上横梁下表面到下衡量上表面之间的距离。图 2-2 液压机机架受力图Fig. 2-2 Hydraulic press conventional diagram由于假设上横梁的刚度为无穷大，因此作用于缸壁处的推力可平移至上横梁下表面，而在上衡量上附加一力矩=，如图所示，该力矩只在左右立柱内引起轴向应力： (2-5)由于轴向力在立柱内不引起弯矩，因而在求解立柱弯矩时不予考虑。根据材料力学可知，这是个三次静布定框架问题，可用变形法或力法求解。则可得出框架中的最大轴向力与弯曲力矩分别为：2.2.2力柱尺寸的取值本次设计由比较法，参照沈阳液压机厂3150KN液压机相关尺寸，立柱材料选择为45钢，初步确定液压机立柱尺寸值为：l=3160mm，2.2.3立柱的强度较核1）静载合成应力3。液压机在偏心载荷作用下，立柱承受单纯拉应力和弯曲应力联合作用，其合成应力为： (2-6)式中立柱所受最大轴向拉力；立柱所受最大弯矩；立柱的截面面积；立柱截面系数。带入数值计算得所以立柱强度符合静载合成应力要求。2）疲劳强度校核。对于中、小型液压机，尤其是锻造液压机在工作过程中，立柱长期承受不规则的脉动载荷的作用，在每次加载时，立柱都出现较大的应力幅值，而在卸载后，由于立柱摇摆也还有若干个较小的应力幅值。由于立柱的疲劳断裂大部分发生在立柱根部截面变化的进度区，为此在进行强度计算时，需考虑过渡区的应力集中，即： (2-7)式中为有效力集中系数：式中应力集中的敏感系数，对于45钢值在0.700.95之间；弹性状态下理论应力集中系数，取值在1.352.465之间。为许用脉动循环的疲劳极限：式中脉动循环时的疲劳极限，对大截面45钢，取为270；尺寸系数册中查得；表面质量系数，精车表面取值为0.9；安全系数。代入数据计算得所以立柱强度符合疲劳强度要求。2.2.4横梁强度和刚度计算横梁虽通常设计成箱形构件，且其外形高跨比较大，在进行初步设计时，仍可将横梁简化为简支梁进行近似计算。1）上横梁相关计算上横梁结构如图2-3所示，按一般经验公式，上横梁铸造箱体告诉一般取值为横梁跨度的（0.40.8）倍，这里取横梁高度=690,取上横梁铸造箱体壁厚为=，肋板厚度为：图2-3上横梁机构图Fig. 2-3 Upward beam conventional diagram 上横梁受力分析如图2-4所示：图2-4 上横梁受力示意图Fig. 2-4 Main traverse stress schematic drawing最大弯矩计算公式为： (2-8)代入数值得根据强度条件计算时，对截面变化不大的箱形结构梁，主要计算最大弯矩处，即中心截面处强度： (2-9)式中最大弯矩；计算截面惯性矩，；计算截面的形心至最外点距离；许用应力，本次设计横梁材料选择为铸钢。代入数值计算得上横梁的剪切应力主要由立柱承受，因此截面可近似简化成厚度是高度是的矩形截面，其剪切应力在形心轴处最大： (2-10)式中计算截面所受的剪力；横梁立板的厚度之和；横梁立板的高度；剪切许用应力，铸钢。代入数值计算得所以上横梁强度符合弯应力及剪应力强度要求。 2）下横梁的相关计算下横梁结构如图2-5所示，下横梁高度取值一般为横梁跨度的)倍，在此取下横梁高度为，下横梁壁厚取为40，肋板厚度取为50：图2-5 下横梁结构图Fig. 2-5 Crossbeam structure drawing下横梁受力分析如图2-6所示：图2-6 下横梁受力图Fig. 2-6 Crossbeam tress schematic drawing对于下横梁弯矩计算，按均布载荷公式进行计算。 (2-11)式中则中心截面处强度： (2-12)代入数值计算得：形心处的剪切应力为： (2-13)代入数值计算得：所以下横梁强度符合弯应力及剪应力强度要求。 3）活动衡量的相关计算活动横梁结构如图2-7所示，活动横梁高度一般为箱体跨度的（0.30.5）倍，在此取活动横梁箱体高度为，活动横梁铸造箱体壁厚取为40mm，肋板厚度为40mm：图2-7 活动横梁结构图Fig. 2-7 Crossbeam structure drawing活动横梁受力分析如图2-8所示：图2-8 活动横梁受力图Fig. 2-8 Crossbeam tress schematic drawing 则活动横梁最大弯矩计算式为： (2-14)则中心截面处强度： (2-15)代入数值计算得所以下横梁强度符合要求。2.2.5整体框架式机身强度、刚度计算 1）受力分析4 上横梁有油缸接触面积与柱塞间距比值较大时，上横梁可视为受两个集中应力作用；模具与下横梁接触面较大，故视为在某个长度上作用一均匀分布载荷，如图2-9所示，由于机架受力情况直接影响着它的设计及生产工艺，对于本次设计的三梁四柱式液压机机架仍才用此种受力分析模型，其受弯矩如图2-10所示，可通过对机架的受弯矩的分析从而推导得出液压机机身强度、刚度情况：图2-9 框架受力图Fig. 2-9 Frame tress schematic drawing框架弯矩图为：图2-10 框架弯矩图Fig. 2-9 Frame flexural moment schematic drawing 2）强度计算根据上述受力分析可知，框架仍可采用变形法或力法求解则其有关节点的弯矩值为：（2-16）（2-17）（2-18）（2-19）式中、系数，其中，；、分别为均布载荷宽度和两集中载荷的间距与支柱间距的比值；、同前。则框架强度为：（2-20）代入数值计算得：所以液压机框架部分强度符合强度要求。2.3 液压机的液压系统2.3.1 液压系统机构形式及特点本次设计液压系统采用泵直接传动液压机，其原理如图2-11，高压液体直接有液压泵送入工作缸，工作时液压泵6打出的高压液体经分配器5进入工作缸2，回程缸1中的液体则经分配器5排入液箱7；回程时液压泵打出的高压液体，经分配器进入回程缸，而工作缸中的液体大部分经充液阀3排入充液罐4。泵直接传动具有如下特点5： 1）液压机活动横梁的行程速度取决于泵的供液量，而与工艺过程中锻件变形阻力无关。理论形成速度为：（2-21）图2-11 液压系统原理图Fig. 2-11 Hydraulic system schematic diagram 当泵的供液量为常量时，则液压机的工作速度不变，故易于实现恒速，适用于要求恒速的液压机。2）高压泵多消耗的功率（压力流量）相当于液压机作功的功率（速度力）。即泵的供液压力和消耗功率取决于加工工件的变形阻力。锻件变形阻力大，供液压力与消耗功率亦大；反之则小。 3）由于在工作行程中动梁速度恒定，而供液压力与锻件变形阻力存在相适应的变化规律，因此可利用该恒定的速度及变化的压力作为操纵分配器的信号，实现液压机的自动控制。泵直接传动的优点是：基本投资少，占地面积少，日常维护和保养简单。2.3.2一般通用液压机的液压系统一般通用型液压机的工艺用途广泛,适用于金属板料的冲压工艺和金属于非金属粉末制品的压制成型工艺,并可用于校正和压装等工艺.由于需满足多种工艺的要求因此特别适用于中、小型工厂产品种类较多而生产批量又不大的情况。主要有几个优点6：1）一般设又充液系统，可实现空程快速运动，以减少辅助时间；2）设有浮动的顶出缸；3）结构简单，容易维护。图2-12 通用型液压机液压原理图Fig. 2-12:General hydraulic press schematic diagram1-控制液压泵；2、5、7、8-溢流阀；3-主液压泵；4、10-电液换向阀；6-节流阀；9-远程调压阀；11-电磁换向阀；12-液控单向阀；13-背压阀；14-充液阀；15-液动滑阀；16-单向阀；17-压力继电器；18-顺序阀。2.3.2 液压系统工作过程表 2-1 电磁铁动作顺序表7Tab. 2-1 Electro-magnet movement sequence chart动作1YA2YA3YA4YA5YA空程快速下降+慢速下降及加压+保压卸压和回程+停止+顶出+顶出活塞退回+停止注：+表示电磁铁通电油路分析1. 主缸的运动1)快速下行。按下启动按钮，电磁铁1YA，5YA通电使电液动换向阀6切换至右位，电磁换向阀8切换至右位，辅泵2的控制压力油经阀8液控单向阀9打开。此时，主油路的流动路线如下：进油：主泵1- 电液换向阀6（右）- 向阀13-主缸16上腔回油：主缸下腔-液控单向阀9-电液换向阀6（右）-电液换向阀21-油箱在主缸快速下行的起初阶段，尚未触及工件时，主缸活塞在自重作用下迅速下行。这时泵1的流量还不足以补充主缸上腔孔处的体积，因而上腔形成真空。所以置于液压机顶部的副油箱15中的油液在大气压及液位高度作用下，经带卸荷阀芯的液控单向阀14进入主缸上腔。2)减速加压。当滑块22上的活动挡块23压下行程开关2SQ时，电磁铁5YA断电使换向阀8复至左位，液控单向阀9关闭。此时主缸上腔压力升高，阀14关闭，且主泵1的排量自动减小，主缸转为慢速接近工件和加压阶段。系统油液流动线路图如下：进油：主泵1- 电液换向阀6（右）- 向阀13-主缸16上腔回油：主缸下腔-背压阀10-电液换向阀6（右）-电液换向阀21（中）-油箱。接触工件后，阻力增加，上腔油液升高，关闭液控单向阀14。这是只有泵3继续向主缸上腔供高压油，推动活塞慢速下行，对工件加压。主缸下腔排油将液控单向阀9封闭，经背压阀10回油箱。这样，当快速行程转为工作行程时，速度减低，从而避免了液压冲击。系统中的远程调压阀5可使液压机在不同的压力下工作：安全阀4用于防止系统超载。 3)保压延时。当主缸上腔的油液达到要求的数值时，由压力继电器12发信号，使电液换向阀6回复中位，将主缸上下腔油液封闭。这时泵1也泄荷，而单向阀13背高压油自动关闭，主缸上腔进入保压状态。但这种实现保压的方法要求主缸活塞、单向阀、（保压阀）及其间的管道具有很高的密闭性能，若泄漏较大，压力会迅速下降，无法实现保压。在保压过程中主泵1的压力油经换向阀6和21回油箱，使泵卸荷。进油：无。回油：主泵1-电液换向阀6-电液换向阀21-油箱4)泄压回程。保压时主缸上腔油液的压缩和管道膨胀储存了能量，而使其上腔的油压很高，再加上主缸为差动油缸，所以当电液换向阀6很快切换到回程位置，会使回程开始的短时间内泵1及主缸下腔的油压升得很高，比保压时主油路的压力还要高得多，以致引起冲击和振动。所以保压后必须先逐渐泄压然后再回程，以防冲击和振动发生。该液压系统保压完毕，压力继电器12控制时间继电器TS发信号(定程成形时，由挡铁压行程开关3SQ,发信号)，使各阀处于回程位置，回程开始。主缸上腔高压油打开泄压阀11并且液控单向阀14也被打开，使泵1来的油经泄压阀11中的阻尼孔(形成一定阻力)回油箱，泵1成为低负荷运转。这时主缸活塞并不马上回程，待上腔压力降低，泄压阀被关闭后，泵1的油才能进入主缸下腔开始回程。主油路：先卸压：进油：主泵1-电液换向阀6-液控单向阀14开回油：主泵1-电液换向阀6 -泄压阀11- 油箱主缸上腔 - 液控单向阀14 - 充液筒（大量）5)泄压回程:进油：主泵1-电液换向阀5-液控单向阀9-主缸下腔回油：主缸上腔-液控单向阀14-充液筒（大量）主缸驱动滑块快速回程。6)回程停止。当主缸挡铁压行程开关1SQ时，电磁铁2YA使换向阀6复至中位，被该阀M型机能的中位锁紧而停止运动，主缸活塞回程停止。主泵1经电液换向阀6和21卸荷。进油：无。回油：主泵1-电液换向阀6-电液换向阀21-油箱2、顶出缸的运动顶出缸的动作是在主缸停止时才能进行的，因为进入顶出缸的压力油，经过缸油路的电液换向阀6后，才通入顶出缸油路的电液换向阀21的。电液换向阀6处在中间位置即主缸停止运动时，才能实现定出和顶退运动，保证免除误动作。 1) 顶出。按下按钮，电磁铁3YA通电，使电液换向阀21在左位工作，从泵1来的压力油进入顶出缸下腔，顶出缸17的活塞上升将工件顶出。进油：主泵1-电液换向阀6（中位）-电液换向阀21（左）-顶出缸17下腔回油：顶出缸17上腔-电液换向阀21-油箱活塞上升，将工件顶出。2)顶退3YA断电，4YA通电时，使电液换向阀21在右位工作，从泵1来的压力油进入顶出缸17上腔，顶出缸17的活塞向下退回。进油：主泵1-电液换向阀6-电液换向阀21-顶出缸17上腔回油：顶出缸17下腔-电液换向阀-油箱3)停止。按下按钮，使各阀处于停止位置，顶出缸活塞停止运动。进油：无回油；主泵1-电液换向阀6-电磁换向阀21-油箱顶出缸17上腔-电液换向阀21-油箱4)压边。作薄板拉伸时的压边动作，顶出缸17停止在顶出位置。这时顶出缸17下腔油液被电液换向阀21封闭，所以当主缸活塞下压时，顶出缸17活塞被迫随之下行(此时阀21中位，泵1卸荷)，顶出缸17下腔的油液只能经固定节流器和溢流阀20缓慢流回油箱，从而建立起所需的溢流阀20用来调节压边压力；安全阀18是当固定节流器19阻塞时起安全作用。主油路：进油：主泵1-电液换向阀20-背压阀10-主缸上腔回油：主缸下腔-背压阀10-电液换向阀6-电液换向阀21-油箱辅助油路：开始：顶出缸处顶出位，油路同顶出主缸活塞下行时，顶出缸活塞被迫下行，此时回油：顶出缸下腔-固定节流器19-溢流阀20-油停止。按下按钮，使各阀处于停止位置，顶出缸活塞停止运动。进油：无。回油:主泵1-电液换向阀6-电磁换向阀21-油箱顶出缸上腔-电液换向阀21-油箱3.静止时下滑问题：液压机主缸活塞及其所带的滑块往往很重，为防止活塞回程停止后，因泄漏或其它或其他原因(如泵电机突然掉电)而自动下滑，回路中装有液控单向阀9和背压阀10来封闭主缸下腔的油液，起支承平衡作用，保证主缸活塞可靠地停留在任何位置。但为防止因阀9失灵(不通)使主缸下腔产生超高压事故，背压阀10起安全作用。其背压所产生的抗力，足以支持活塞及其所带动的滑块的自重，即光靠自重无法顶开背压阀10，所以活塞不会自动下落。 4.液压机工作缸的换向及其低压控制：主液压缸和顶出液压缸的换向都由电液换向阀担当。为使两缸动作协调，两个电液换向阀21和6这样配置，即主缸油路的回油要经过顶出缸油路的电液换向阀21才能回油箱，从而保证了顶出缸停止动作时，主缸才能运动。而且顶出缸的进油要经过控制主缸油路的阀6，这就保证了主缸处于停止时，顶出缸才能运动。当液压机系统压力高时，为避免换向冲击，电液换向阀由外控供油，必须有低压控制油路，不宜直接引用主油路的高压油。该系统采用单独的小流量辅助液压泵作为能源的低压控制油路，压力稳定，工作可靠。液压系统的分析： 1）液压机工作循环中，压力、形成速度和流量变化较大，泵的输出功率也较大。如何满足液压机工作循环要求，又使能量消耗最小，是液压机的液压系统中要考虑的问题。通常有两种供油方案：一种是采用高低压泵组，用一个高压小流量柱塞泵和一个低压大流量齿轮泵组合起来向系统供油；另一种是采用恒功率变量柱塞泵向系统供油，以满足低压快速行程和高压慢速行程的要求。2)在不增加主油泵功率的前提下提高快速行程速度以提高生产率，其基本方法是增加低压供油的流量或减小活塞面积，可采用自重充液、蓄能器强制充液、快速缸、辅助缸或差动回路宋提高低压快速行程的速度。当快速行程转为慢速工作行程时，为了避免冲击，可通过减速回路减速。 3)立式液压机为使滑块可靠地停留在任何位置，须采用平衡回路，可根据具体要求选用各种基本回路来组合。 4)由于液压机主油路压力较高，为避免换向冲击，电液换向阀一般由低压、外控油路来控制，不宜直接引用主油路的高压油。 5)液压机工作循环中的保压过程与制品质量密切相关，很多液压机均要求保压性能。保压后必须逐渐泄压，泄压过快，将引起液压系统剧烈的冲击，振动和噪声。因此保压和泄压是液压机系统必须考虑的两个问题。6)液压机的液压系统属高压、大流量和大功率系统。因此，合理利用功率以降低温升非常重要。这类液压系统是高压，又有保压要求，密封问题更为突出，应予以特别注意。3 液压机主缸设计本章对液压机主缸进行具体的设计计算，得出主缸的相关主要参数数值，并对数值进行校核计算，得出最终设计结构，并使设计所得液压机主缸能够满足设计要求。3.1液压缸的主要性能参数的计算3.1.1液压缸的压力值液压缸的压力为油液作用在单位面积上的压力 8。压力值的建立是有负载力产生的，在同一个活塞的有效面积上负载力越大，克服负载力所需要的压力就越大。额定压力（公称压力）P是液压缸能用一长期工作的压力，本次设计额定压力数值为原始条件2500KN。按主机类型选择相、对应工作压力，液压机属于高压机械，工作压力选择范围为2030Mpa，初步定本次设计工作压力为25Mpa。3.1.2活塞的运动速度活塞的运动速度为单位时间内压力油液推动活塞移动的距离。运动速度可表示为 v= （3-1）当活塞杆伸出时 v= （3-2）由上式可得出对于已确定的液压缸，伸出速度v大小取决与进液流量Q。可根据液压机整体工作需要选择相应的流量泵，从而控制液压缸速度v。同上伸出公式理，可得：当活塞杆缩回时 v= （3-3）当Q选定为常数时v=常数，但实际上，活塞在行程两端各有一个加、减速阶段（如下图所示），故上式中计算的数值均为最高速度图3-1 活塞速度变化图9Fig. 3-1 Piston speed change chart活塞的最高运动速度v受到活塞和活塞杆密封圈以及行程末端缓冲机构所能承受的动能的限制，对于活塞运动速度的选择，当速度过低时可能造成爬行，液压缸不能正常工作，故v应大于0.05，综合液压机应用及公称压力值，参照法国MARREL和CPOAC公司采用橡胶密封圈的液压缸许用最大线速度表，初步确定v=0.1。3.1.3液压缸的速比计算液压缸的速比主要是为了确定活塞杆和直径要否设置缓冲装置，速比过大或过小，容易造成过大的背部压或造成活塞杆太细，影响稳定性 (3-4)查表选择 =23.1.4活塞的理论推力和拉力对于双作用单活塞杆液压缸来说，活塞受力如下图所示10：图3-2 活塞受力示意图Fig. 3-2 Piston stress schematic drawing活塞杆伸出时的理论推力为 (3-5) 活塞杆缩回时的理论推力为 (3-6) 3.2液压缸缸筒设计液压缸缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖、缸底、油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时它还是活塞运动的“轨道”。缸筒的设计主要为正确确定各部分尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击了力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性和耐用性。3.2.1液压缸缸筒机构及材料的选择本次设计液压缸缸筒机构选择为内螺纹连接形式，具体机构参照下图。该结构具有构造简单、重量较轻、外径较小、安装简单等优点；缺点是端部结构复杂、装卸时需要专门的工具、再者就是拧端部盖时可能把密封圈拧扭。图3-3 液压缸缸筒结构图Fig. 3-3 Hydraulic pressure jar tube structure drawing液压缸缸筒材料要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接不见还要求有良好的焊接性能。根据液压缸的参数、用途和毛坯来源等可选用以下材料:等；等。目前市场上还有采用退火冷拔或热轧的无缝钢管，国际市场上已有内孔经衍磨或内孔精加工，只需按所要求的长度切割无缝钢管。其主要要求是11：1）要有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不至产生永久变形；2）有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲；3）内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。综合以上各项要求初步确定缸筒材料选择为35GrMo无缝钢管，其材料参数为：1000MPa，=850MPa。3.2.2 液压缸缸筒的计算1）缸筒内径的计算12液压缸内径通常根据液压缸的牵引力F和有效工作压力p来确定的。液压缸的牵引力应能克服所受到的阻力。总阻力包括公称压力；密封装置的摩擦力；回油腔因背压作用产生的阻力和活塞与活塞杆的重力等，即最大牵引力 (3-7) 公称压力根据本次设计给定初始条件确定为2500KN。密封装置的摩擦力根据所选择密封装置不同，按各自公式计算，本次设计中采用密封装置为Y形密封圈 = (3-8)式中f摩擦系数，取f=；p密封处的工作压力d密封处的直径密封圈的有效高度由于计算比较繁琐，实际应用中所采用经验公式进行估算，一般取=（0.050.1）F，本次设计取=0.1F。回油腔背油压力多根据经验公式计算=0.05F，但本次设计中回油腔直接通油箱，故取=0。活塞与活塞杆的重力本次计算中忽略不计。液压缸有效工作压力值由前述确定为25Mpa。代入原公式计算得： F 2700KN。则对于单活塞杆缸，无杆腔进油时，液压缸内径D的计算式为： (3-9)有杆腔进油时，液压缸内径D的计算公式为： (3-10)而本次设计中取回油压力=0，此时可简化内径D的计算公式为：无杆腔进油时 (3-11)代入数值得 D= 有杆腔进油时 (3-12)代入数值计算得 D 379最后将以上各式所求得的D值，选择其中最大者，圆整到标准值（见机械设计手册表19-6-3）综合以上计算结果，圆整最大值确定D=400 。2）缸筒壁厚的计算缸筒壁厚为： (3-13) 其中缸筒材料强度要求的最小值，m 为缸筒外径公差余量，m 腐蚀余量，m 关于的值，按下列情况分别进行计算：当/D0.08时，用薄壁缸筒的实用计算公式： m (3-14)当/D=0.080.3时，可用实用公式 m (3-15)当/D0.3时： (3-16) (3-17)综合以上计算，查相关数据表，初步确定=60 。计算/D=0.1250.08，所以采用公式为： (3-18)而式中为缸筒内最高工作压力，通常取=1.5p=1.535=37.5Mpa 缸筒材料许用应力，=200 Mpa代入上式得所取圆整值D=6057，符合强度要求。 3）缸筒底部厚度计算缸筒低部为平面时，其厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式进行近似计算：代入数值计算得：由于液压缸底部需要连接油口等部件，有时还需要焊接等加工，本次设计中液压缸底部需固定充液箱，所以缸筒底部应取足够厚度值才能达到以上要求。初步确定缸筒底部厚度为 .3.2.3液压缸缸筒部分较核1）液压缸缸筒壁厚的较核13本次设计中液压缸缸筒壁厚与缸筒内径比值较小，采用薄壁缸筒进行较核计算。根据规定，在计算中对液压缸壁厚应加1，则 (3-19)= 而实际中壁厚为60 ，所以壁厚符合规定要求。2）液压缸底部厚度较核本次设计液压缸底部为平底结构，根据规定，较核如下： (3-20)= 而实际设计中缸底部厚度120，满足设计要求。3.2.4 缸筒螺纹连接部分计算缸筒与端部用螺纹连接时如图，缸筒螺纹处的强度计算如图3-4所示：图3-4 螺纹连接结构示意图Fig. 3-4 Screw joint structure schematic drawing螺纹处的拉应力 (3-21)式中螺纹连接处承受的最大推力，缸筒内径，螺纹外径，拧紧螺纹系数，不变载荷取，变载荷取代入数值得 =67.9 螺纹处的剪应力 (3-22)式中螺纹连接的摩擦系数，平均值取=0.12代入数值得 =153.4 合成应力 (3-23)许用应力=代入数值得所以螺纹连接部分符合强度要求。3.3液压缸活塞的设计液压缸的活塞在液体压力作用下，沿缸筒往复运滑动，它与缸筒的配合应适当，液压力的大小与活塞有效面积有关，活塞直径与缸筒内径一致。所以设计活塞时，主要任务就是确定活塞的结构形式。活塞形式选择如图3-5所示14：图3-5 活塞结构图Fig. 3-5 Piston structure drawing活塞与活塞杆连接形式如图3-6所示：活塞的密封采用Y型橡胶密封圈，活塞材料采用高强度铸铁HT200300或球墨铸铁。活塞外径的配合一般采用f9，外径对于内孔的同轴度一般不大于0.02mm，端面与轴线垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差的一半。图3-6 活塞与活塞杆连接结构图Fig. 3-6 Piston and connecting rod connection structure drawing3.4活塞杆的设计计算活塞杆是液压缸传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击等多种作用力，必须有足够的强度和刚度。3.4.1活塞杆直径的计算对双作用单边活塞杆液压缸，起活塞杆直径通常根据往复运动速比（即面积比）来确定 (3-24)代入数值得 =280 3.4.2 活塞杆的强度计算活塞杆在稳定工况下，如果只受到轴向推力或拉力，可以近似的用直杆承受拉压负载的简单强度计算公式进行计算 (3-25)式中液压缸工作压力，活塞杆直径，代入数值得所以活塞杆强度符合设计要求。活塞杆表面的螺纹、退刀槽等结构，往往是活塞杆上的危险截面，通常要进行计算。危险截面处的合成应力应满足 (3-26)本次设计所用活塞杆具体形式及主要尺寸如下图所示：图3-7 活塞杆结构图Fig. 3-7 Connecting rod structure drawing本次设计活塞杆主要针对如图A-A，B-B面按公式(3.26)进行验算。对于A-A面：对于B-B面：所以A-A，B-B截面的强度符合要求。3.4.3 活塞杆稳定性验算对于活塞杆的稳定性验算，通常在情况下按相关公式进行，本次设计活塞杆，活塞杆直径为，则所以活塞杆直径长度比值符合稳定性要求，不必进行稳定性验算。3.5活塞杆的导向套和密封活塞杆导向套装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置一保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘装圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水带到密封装置处，损坏密封装置。3.5.1 导向套结构及相关计算本次主缸设计导向套采用轴套式导向套，该种导套主要是耐磨材料制成，也有用钢制成并内装有耐磨套或导向环的。其优点是拆卸方便，拆卸时不用拆端盖。导

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