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液压机 液压 系统 设计

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锻液压机液压系统的设计 锻液压机液压系统的设计.doc 缸体.A2图形.dwg 缸体装配图.A0图形.dwg 后缸盖[1].A0图形.dwg 活塞.Ａ３dwg.dwg 活塞杆.A20图形.dwg 前缸盖.Ａ0dwg.dwg 液压系统图Ａ1.dwg

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1 毕业设计（论文） 锻液压机液压系统的设计 专业名称：机械制造与自动化 学生姓名： 导师姓名： 焦作大学机电工程学院 2013 年 12 月 nts 1 锻液压机液压系统的设计 Design of the hydraulic system of forging hydraulic press 姓名 ： 专业 ： 机械 制造 与自动化 导师： 职称： 教授 论文提交日期： 2013 年 论文答辩日期 机电工程 学院nts 1 摘要 液压机是一种用静压来加工金属、塑料、橡胶、粉末制品的机械，在许多工业部门得到了广泛的应用。液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。 液体传动是以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动系统。液压系统的设计师整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些 参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计 。 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 液体传动是以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动系统。液压系统的设计师整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数 ，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计 关键词：液压系统、液压传动、液压油缸、 设计 nts 2 Abstract Hydraulic machine is a mechanical pressure to the processing of metal, plastic, rubber, powder products, has been widely used in many industrial sectors. The design of hydraulic transmission system plays an important role in modern machinery design job. Part of the hydraulic system of the machine designers design, it is the task of the application of the machine, according to the characteristics and requirements, using the basic principle of hydraulic transmission, draw up reasonable hydraulic system diagram, then the necessary calculations to determine the parameters of hydraulic system, structure design and then according to these parameters to select hydraulic components of the specification and the system. Manufacturing of hydraulic machines and using long symbol of industry level of a country. It is not only the construction of heavy industrial tools but also an important production equipment in national defence industry in recent years with the rapid development of Chinas manufacturing industry especially rapid development of equipment manufacturing industry to promote the traditional basis of forging industry entered a new development of forging hydraulic press is one of the important forming equipment The liquid transmission is a transmission system using liquid as working medium for energy transmission and control. Part of the hydraulic system of the machine designers design, it is the task of the application of the machine, according to the characteristics and requirements, using the basic principle of hydraulic transmission, draw up reasonable hydraulic system diagram, then the necessary calculations to determine the parameters of hydraulic system, structure design and then according to these parameters to select hydraulic components of the specification and the system Keywords: hydraulic system, hydraulic transmission, hydraulic cylinder, design nts 目录 I 目录 摘要 . 1 第一章 绪论 . 3 1.1 课题背景 . 3 1.2 液压机发展现状 . 3 1.2.1 国 外液压机发展现状 . 4 1.2.1 国内 液压机发展现状 . 4 第二章 液压机概述 . 7 2.1 液压机的形式 . 7 2.2 液压机的分类 . 8 2.3 液压机的特点 . 8 2.4 液压机的工作原理 . 9 2.5 液压机的 主要参数 . 11 第三章 液压机液压系统的设计与计算 . 15 3.1 液压系统的设计 步骤与要求 . 15 3.2 液压 机液压 系统的设计 过程 . 15 3.2.1 工况分析 . 15 3.2.2 拟定液压系统原理图 . 16 3.2.3 液压元件的选择计算 . 17 3.2.4 验算液压系统的性能 . 26 第四章 液压缸设计 . 32 4.1 液压缸的结构概述 . 32 4.1.1 液压缸的形式及用途 . 32 4.1.2 液压缸的支承形式 . 32 4.1.3 工作缸与活塞模具的连接形式 . 33 4.2 液压缸的工作原理 . 33 4.2.1 液压缸的工作原理 . 34 4.2.2 液压缸的典型结构 . 35 4.3 液压缸主要尺寸的确定 . 36 4.3.1 液压缸工作压力的确定 . 36 4.3.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径的确定 . 36 4.3.3 液压缸壁厚和外径的计算 . 37 4.3.4 液压缸进出油口形式及大小的确定 . 41 4.3.5 液压缸工作行程的确定 . 41 4.3.6 缸底厚度的确定 . 42 4.3.7 最小导向长度的确定 . 43 4.3.8 强度校核 . 44 4.4 液压缸的结构设计 . 52 4.4.1 缸体和缸盖的连接形式 . 55 nts 目录 II 4.4.2 活塞杆和活塞的连接结构 . 55 4.4.3 活塞杆导向部分的结构 . 55 4.4.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用 . 56 4.4.5 液压缸的缓冲装置 . 57 4.4.6 液压缸的安装结构 . 57 4.4.7 液压缸的 主要零件和技术要求 . 58 4.5 液压缸的损坏及情况和原因分析 . 60 4.6 过滤器的选择 . 62 第五章 集成油路板的设计 . 63 5.1 液压油路板的结构设计 . 63 第六章 液压站的设计 . 66 6.1 液压油箱的设计 . 66 6.1.1 液压油箱有效容积的确定 . 66 6.1.2 液压油箱的外形尺寸 . 67 6.2 液压站的结构设计 . 67 6.2.1 液压泵的安装方式 . 67 6.2.2 电动机和液压泵的连接方式 . 67 6.3 液压结构设计的注意事项 . 68 第七章 结论 . 69 致谢 . 1 参考文献 . 2 nts 1 绪论 3 1 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 液压机发展现状 液压机的发展方向和趋势 ： 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 ； 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 ； 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 。 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 1.2.1国外液压机发展现状 nts 1 绪论 4 液压机发展的历史只有一百多年。随着西方资本主义的发展，蒸汽机的出现，引起了工业生产的革命。现代化的大工业逐步代替了工场手工业，具有悠久历史的锻造工艺也逐步由手工锻造转变为机器锻造。十六世纪初，出现了第一批水力机器锤。 1839 年第一台蒸汽锤出现。此后，伴随着机器制造工业的迅速发展，锻件 尺寸越来越大，锻锤已做到百吨以上（落下部分重量），既笨重，振动又大。1859-1861 年在维也纳铁路工场就有了第一批用于金属加工的 7000KN， 10000KN和 12000KN 的液压机。 1884 年在英国曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，它与锻锤相比具有很多优点，因此发展很快。在 1887-1888 年制造了一系列锻造水压机，其中包括一台 40000KN 的大型水压机。 1893 年建造了当时最大的120000KN 锻造水压机。因而，大钢锭的锻造工作逐步由使用锻锤过度到使用水压机，大型自由锻锤逐渐被淘汰，目前 只保留了 5 吨以下的中小型自由锻锤。 十九世纪末，资本主义发展成为帝国主义，资本输出，向外扩张，争夺殖民地并瓜分世界成了帝国主义的主要内容。由于具备扩张的需要，锻造和模锻液压机有了迅速发展。 1934 年德国制造了 70000KN 模锻水压机， 1938-1944 年相继建造了三台 150000KN 锻造水压机和一台 300000KN 模锻水压机。 第二次世界大战后，为了迅速发展航空工业，美国在 1955 年左右，先后制造了两台 315000KN 和两台 700000KN 大型模锻水压机。 近二十年来，世界各国在锻造操作机与锻造液压机 联动机组，大型模锻液压机，挤压液压机等各种液压机方面又有了很多新的发展，自动量测和自动控制的新技术在液压机上得到了广泛应用，机械化和自动化程度有了很大的提高 。 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nts 1 绪论 5 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 液 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 ，其中两 台 5 13m 台车式炉 ， 每台装载 600t 最高炉温 1350 ， 一台 4 36m 台车式热处理炉 ， 最大装载量 为 300 500t 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nts 1 绪论 6 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 。 nts 毕业设计 2 液压机概述 7 2 液压机概述 2.1 液压机的形式 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 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nts 毕业设计 2 液压机概述 8 诊断等功能 。 2.2 液压机的分类 液压机的类别代号为正楷大写“ Y”，液压机下面有按用途分为 10个组别。简单介绍一下。 这 10 个组别分别为手动液压机，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，压快液压机，其他液压机。每种液压机下面还有相应的分类，具体这里不在一一介绍，如想详细了解，请参照锻压手册（中国机械工程学会锻压学会 编）第 4页表1-1-1液压机的分类。 2.3 液压机的特点 液压机与其他锻压设备相比具有以下特点： （ 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。结构上易于实现很大的作用力，较大的工作空间及较长的行程，因此适应性强，便于压制大型工件和较长较高的工件。 （ 2）在行程的任何位置均可产生压力机额定的最大压力。可以在下转 换点长时间保压，这对许多工艺是十分需要的。 （ 3）可以用简单的方法（各种阀门）在一个工作循环中调压或限压，而不至超载，容易保护各种模具。 （ 4）滑快（活动横梁）的总行程可以在一定范围内任意地无级地改变，滑快行程的下转换点可以根据压力或行程的位置来控制或改变。 （ 5）滑快速度可在一定范围内进行调节，从而适应工艺过程对滑快速度的不同要求。用泵直接传动时，滑快速度的调节与压力及行程无关。 （ 6）与锻锤相比，工作平稳，撞击，振动和噪声较小；对工人健康，厂房基础，周围环境及设备本身都有很大好处。 液压机的缺点是： （ 1） 用 泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。 nts 毕业设计 2 液压机概述 9 （ 2） 由于工作缸内升压及降压都需要一定的时间，阀的换向时间较长以及空程速度不够高，因此在快速性方面不如机械压力机，高速冲压自动机仍以机械压力机为主。近年来液压机在快速性方面已有不少改进。 （ 3） 由于液体具有可压缩性，如卸载时瞬时释放能量，会引起振动（压机本体或系统），因此不太适合于冲裁，剪切等工艺。 （ 4） 工作液体有一定的使用寿命，到一定时间应更换。 2.4 液压机工作原理 液压机是根据帕斯卡原理制成，其总工作原理如图 1-1-1 所示。两个充满工作液体具有柱塞（活塞）的封闭容腔由管 道相连通，当柱塞 1上作用有力 1时，液体压强为 = 1 1， 1 为柱塞 1的横截面积。根据帕斯卡原理：在密闭的容器中液体压力在各个方向上完全相等，压强将传递到容腔内的每一个点，这样大柱塞 2上将产生向上的作用力 2，使工件 3变形，且 2 1 2 1 （ 1-1-1） 式中 2 柱塞 2的横截面积。 2.4-1 液压机的原理图 液压机一般由本体（ 主体）及液压系统两部分组成。 最常见的液压机本体机构简述如下。它由上横梁，下横梁，四个立柱和 16个内外螺母组成一个封闭的框架，框架承受全部工作载荷。工作缸固定在上横梁上，工作缸内装有工作柱塞，它与活动横梁相连，活动横梁以 4根立柱为导向，在上下横梁之间往复运动，活动横梁上表面一般固定有上模，而下模则固定在下nts 毕业设计 2 液压机概述 10 横梁的工作台上。当高压液体进入工作缸并作用于工作柱塞上时，产生了很大的作用力，推动柱塞，活动横梁及上模向下运动，使工件在上，下模之间产生朔性变形。回程缸固定在下横梁上，回程时，工作缸通低压液体，高压液体进入 回程缸，推动回程柱塞及活动横梁向上运动，回到原始位置，完成一个工作循环。 许多中小型液压机采用活塞式液压缸，当活塞缸的上腔和下腔交替通入高压液体时，可以相继实现工作行程和回程，而不需单独设置回程缸。 液压机的液压系统包括各种高低压泵，高低压容器（油箱，充液罐，蓄势器等），阀门及相应的连接管道等。其传动方式分为泵直接传动和泵 蓄势器传动两种。 在泵直接传动时，泵供给的液体压强随工件变形阻力而变化，是不恒定的，活动横梁的行程速度取决于泵的供液量，而与工件变形阻力无关。 泵 -蓄势器传动时，泵和蓄势器供给液体的 压强保持在蓄势器压强波动范围内，波动范围约为最高压强的 10 -15左右。工作行程的速度则随工件变形阻力的增加而减小。 液压机的工作介质主要有两种，采用乳化液的一般称为水压机，采用油的称为油压机，两者统称为液压机。 乳化液由 2的乳化脂和 98的软水搅拌而成，它应具有较好的防腐蚀和防锈性能，并有一定的润滑作用。乳化液价格便宜，不燃烧，不宜污染场地，故耗液量大的以及热加工用的液压机多采用乳化液作为工作介质。 油压机中应用最广的是机械油，有时也采用透平油或其他类型的液压油，油在防腐蚀，防锈和润滑性能方面都比乳 化液要好，油的黏度比较大，也容易封闭。因此，近年来，采用油为工作介质的越来越多，但是油易燃，成本高，易污染场地。 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nts 毕业设计 2 液压机概述 11 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 。 2.5 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 。 现以三梁四柱式液压机为例，介绍液压机的基本参数。 1公称压力及其分级 公称压力一般是液压机的主参数，它反映了液压机的主要工作能力。公称压力为液压机名义上能发出的最大工作压力，在数值上等于液体最大压强和工作柱塞总工作面积的乘积（取整数）。 nts 毕业设计 2 液压机概述 12 为了充分利用设备，满足工艺要求并节约高压液体，一般大中型液压机将公称压力分为两级或三级。泵直接传动的液压机不需从结构上进行压力分级。 2最大净空距（开口高度） H 最大净空距 H 是指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。 最大净空距反映液压机在高度方向上工作空间的大小， 它应根据模具（工具）及相应垫板的高度，工作行程大小以及放入坯料，取出工件所需空间大小等工艺因素来确定。最大净空距对液压机的总高，立柱长度，液压机本体稳定性以及安装厂房高度都有很大影响。因此应在满足工艺因素的前提下，尽量减小压机的高度，以降低其造价。 3最大行程 S 最大行程 S 指活动横梁位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下平面到立柱限程套上平面