200T液压机主机控制系统设计

I摘 要本次毕业设计的主要任务为 200T 三梁四柱式液压机的结构设计及控制系统设计。液压机的应用较广泛，在日常生活中到处可以见到，其基本工作原理为根据帕斯卡原理。以液体作为传递介质，达到实现能量的转换的效果，从而实现各种锻压的成型工艺。这种液压机适用于各种可塑性工件的压制工艺，如冲压、拉伸薄板、压制、翻边、弯曲等，也适用于砂轮成型、工件的校正、压装和各种冷挤金属零件成型、塑胶制品及粉末制品的压制成型工艺。液压机是由主机和液压控制系统、电气控制系统组成。液压机主机走成包括工作台、上横梁、导柱、滑块、顶出缸、主缸、安装地基等，动力机构包括泵、油箱、电机、电气控制系统、各种液压控制阀等。动力机构在电气控制系统控制下，通过液压系统，实现能量的转换、传递和调节，完成各种工艺循环。关键词：四柱式液压机，液压系统，电气系统，PLC 控制IIABSTRACTThe graduation design task for 200T the structure design of three beam four-column type hydraulic press machine control system design. Hydraulic press application more widely, can be seen everywhere in our daily life, its basic working principle is according to the driving principle of the liquid to liquid as PASCAL transfer media, achieve the result of realization of energy conversion, so as to realize all kinds of forging press molding process. The hydraulic press suppression techniques are suitable for all kinds of plastic parts, such as stamping, stretching, pressing plate, flanging and bending etc., can also be applied to wheel molding, artifacts of calibration, pressure equipment and a variety of cold extrusion molding metal parts, plastic products and powder products of pressure molding process. Hydraulic press is controlled by the host and hydraulic system, electrical control system. Hydraulic press host go into workbench, beams, guide pin, slide block, ejection cylinder, master cylinder, such as installation of foundation, motivation mechanism including pumps, tanks, motor, electric control system, all kinds of hydraulic control valves, etc. Dynamic mechanism under control in the electric control system, through the hydraulic system, realization of energy conversion, transfer and adjustment, finish all kinds of process cycle.Keywords: four column hydraulic machine, hydraulic system, electrical control system, PLCIV目 录摘 要 .IABSTRACT.II第 1章 绪论 .11.1 研究本课题的意义 .11.2 液压机的简介及发展现状 .11.3 设计内容要求 .21.4 给定的液压机参数 .31.5 本章小结 .3第 2章 液压机设计总体方案分析 .42.1 四柱液压机的组成 .42.2 液压机各组成分析 .52.2.1 液压控制系统分析 .52.2.2 四柱式液压机的动作顺序分析 .52.2.3 四柱式液压机的工作循环初步分析 .52.2.4 液压机主要参数的拟定 .6第 3章 四柱式液压机主机结构设计 .73.1 液压缸的设计 .73.1.1 液压缸方案的比较选择 .73.1.2 液压缸的支承形式设计选择及方案比较 .83.1.3 柱塞与活动横粱的连接方式选择 .93.2 液压机主缸基本尺寸计算 .93.3 液压机主缸内部尺寸设计 .103.3 顶出缸计算 .143.4 顶出缸各部件计算 .153.5 主机负载受力分析 .173.5.1 导柱设计计算 .173.5.2 立柱的连接形式比较选择 .183.5.3 活动横梁的结构设计 .193.5.4 工作台的设计 .19第 4章 四柱式液压机强度计算与校核 .214.1 缸体强度的计算与校核 .234.1.1 主缸中段强度 .234.1.2 支承台肩计算 .244.1.3 缸底强度校核 .254.1.4 缸口导套挤压计算 .264.1.5 活塞头部锁紧螺母 .27V4.2 横梁的设计与校核 .284.2.1 横梁的设计 .284.2.2 上横梁的刚度计算 .314.3 工作台计算 .314.3.1 工作台的应力计算 .324.3.2 工作台的刚度计算 .334.4 立柱的强度校核 .334.5 立柱螺母校核 .364.5.1 立柱预紧和计算 .364.5.2 立柱螺纹的强度校核 .37第 5章 液压控制系统设计 .395.1 液压系统流量计算 .395.1.1 主缸流量计算 .395.1.2 顶出缸流量计算 .405.2 液压泵设计选择 .425.3 电动机的选择 .435.3.1 主缸各工况功率计算 .435.3.2 顶出缸各工况功率计算 .445.4 液压机中液压系统安全验算 .445.6 液压系统原理图拟定 .495.7 液压系统油路控制分析 .515.8 液压系统控制过程分析 .515.9 液压系统中各个电磁铁动作顺序表 .535.10 液压元器件 .545.11 液压系统温升的验算 .55第 6章 液压机 PLC控制系统设计 .576.1 液压机控制电路设计 .576.1.1 液压机控制电路设计 .576.1.2 液压机控制电路设计 .586.2 PLC 控制部分 .596.2.1 液压机控制系统概述 .596.2.3 PLC 的选型 .606.3 PLC 程序设计 .606.3.1 液压系统动作流程框图 .606.3.2 现场器件与 PLC 内部等效继电器地址编号对照表 .616.4 电气控制过程分析 .616.5 PLC 程序模拟仿真 .62结 论 .67参考文献 .68致 谢 .69第 1章 绪论1.1研究本课题的意义液压机的控制采用液压控制系统与电气控制系统相结合控制的方式 1。是一种常见的以液体介质传递能量的无屑加工机器。与传统的机械传动系统相比具有相对较强的灵活性，并且液压机操作起来也方便很多。通过液压传动，将能量传动到液压缸，推动活塞杆的运动，实现直线方向来回移动。由于电气控制系统的反馈调节，自身具有过载保护的功能 2。液压机机在很多机械加工方面得到应用，作为一种工件锻造压制成型加工机械设备，始终是工业机械发展不可或缺的一种液压制造技术设备。随着中国经济社会的高速发展，对液压传动的技术有了更高的技术要求和精度要求。液压机加工是指一种相对于传统机械加工而言比较成熟的无屑加工工艺，应用范围非常广泛，发展迅速，品种繁多，能实现可塑性材料的冷挤，工件校直、弯曲、冲裁、拉伸等。液压机能对工艺复杂的工件进行加工，能加工不对称的工件，工作可靠，质量过关，次品率低。对于不同的工件有不同的加工要求，通过对其压力行程合理调整，达到产品所需的加工工艺要求。液压机主要由包括主机、液压控制系统、PLC 电气控制系统等三个部分组成 3。液压机由电气系统对液压系统控制，实现液压机自动或者非自动工作，由液压系统控制主机主缸和顶出缸的顺序动作实现整个工作过程。总的来说，液压机系统性能可靠，结构简单，维修、维护方便。1.2液压机的简介及发展现状随着我国经济的快速发展，国内液压机的产量速度明显呈增长趋势。但是我国的液压机从产值和销售上和发达国家相比较还有很大的差距。，纵观全球液压机的发展形势和产能来说，我国是液压机生产大国，液压机的生产产量一直领先于其他国家。但是在专用性能的液压机选择方面，还是选择进口其他国家的液压机；总的来说，在生产之中技术水平方面，可以说已经达到了国际先进水准 4。随着全球经济的飞速发展以及加快国际间的经济合作，我国液压机制造技术已经取得很大的成功发展。但是对于一些技术含金量较高的液压机中，有些核心技术还要通过与国内外的企业合作，尤其是一些高档的电控元件和液压元件主要还是要依靠进口来完成。和国外产品比较，我国的液压机还是曾在这很大的不足与差距，比如质量、加工精度、专用性能、可靠性等，由于液压和电器元件的可靠性低，造成液压系统经常发生故障；另外在液压机关键部件的加工要求方面，还有很大的提高。总的来讲，国内的液压机在质量上和国外的液压机还是还有一定的差距，但是伴随着对液压机的要求提高和质量的改善以及功能的完善，国产液压机的产品质量正在越来越接近国际水平 5。 1.3设计内容要求（1）了解液压机发展历程，熟悉所设计液压机的构造。（2）掌握四柱式液压机结构、液压及控制系统的各种计算方法，能正确选择各个部件。（3）主机系统设计，包括主机的结构工艺设计、各个零部件的结构设计并且了解其铸造工艺。（4）液压系统的设计合理，按所需液压环境选择合适的液压元器件（5）结构设计合理性，操作简单、安装方便合理（6）了解常用的设计软件，能熟练运用 CAD、机电液仿真调试类软件。（7）液压机设计的工作步骤要求：工作主缸的保压延时、活动横梁快速回程、快速下行、慢速下行，以及顶出缸的将模具或者工件快速顶出，副缸快速回程工作，必须设计合理。1.4给定的液压机参数本次毕业设计的课题为：200T 液压机结构设计及其控制系统设计设计参数要求如表 1.2 所示：表 1.2 200T液压机部分已知部分参数最高工作压力 最高压力 最大行程 顶锻速度20MPa 200T 710mm 0-40mm/s要求:驱动方式为油压驱动控制方式为 PLC 控制1.5本章小结通过上网搜索以及到图书馆查找相关资料，与老师探讨并且参观实验室的液压机之后，对液压机的作用以及其工作原理也有了初步了解和认识，对给定设计参数有了大致的设计方案。对接下来整机毕业设计有了初步的方向。第 2章 液压机设计总体方案分析2.1 四柱液压机的组成图 2.1 为四柱通用式液压机结构原理图。图 2.1 四柱通用式液压机可以通过此图了解到三梁四柱式液压机的基本组成：主要由上横梁，上下活动梁、工作台、导柱、安装地基、主缸油箱、工作主缸、顶出缸、液压总站、油箱、各种液压控制阀等组成，四柱式液压机通过液压泵将机械能通过液压系统装换成压力能，通过利用帕斯卡原理，传递工作所需的能量。经过各种控制阀和液压管路，控制油缸 7。工 作 台 面下 模 具立 柱上 下 活 动 梁上 模 具地 基上 横 梁电 气 控 制 系 统液 压 控 制 系 统液 压 控 制 管 路顶 出 缸主 缸主 缸 油 箱进而控制液压缸带动的活动横梁的来回工作移动，提供工作所需的压力。待所需工件压制完成后，由顶出缸将锻压成型的工件顶出。2.2液压机各组成分析2.2.1液压控制系统分析由于液压机操作的封闭性，故采用封闭式液压回路，动力单元、控制单元、系统辅助单元、工作媒介组成一个完整的液压控制系统。1、动力单元（液压泵）：为液压机提供工作所需动力元器件 8。工作原理是将来自电动机旋转产生的机械能转化为液体的压力能。能量损失小，效率高。2、执行部件（液压油缸）：提供工作压力的直接部件，实现液压能到机械能变换。3、控制单元：其中包含冲液阀、流量控制阀和控制压力的溢流阀阀等。作用是根据液压机工作时工况不同，通过对各控制阀的控制，改变液压油的流向，以及压力的保持完成液压机的工作4、系统辅助单元：除去上述以外的其它元器件。5、工作介质：能量转换的介质，是以油、水介质为主。2.2.2四柱式液压机的动作顺序分析 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液压缸的动作顺序由液压机中的液压系统、电气系统控制。2.2.3四柱式液压机的工作循环初步分析 如下图 2.3 所示：、图 2.3 四柱液压机工作循环图图 2.3（a）为主缸动作图，图 2.3（b）表示顶出缸工作图2.2.4液压机主要参数的拟定拟设计的四柱式液压机主要技术如下表：表 2.1 技 术 参 数 设 定参 数 项 参 数最大工作压力(MAX 2000KN主缸最大工作压力 20MPa主缸回程力 400KN顶出缸顶出力 350KN滑块最大行程 710mm顶出缸活塞最大行程 250mm滑块离工作台最大高度 800mm主缸快进下行速度 0.08m/s滑块最大工进速度 0.006m/s主缸回程速度 0.03m/s副缸顶出速度 0.02m/s副缸回程速度 0.05m/s第 3章 四柱式液压机主机结构设计3.1 液压缸的设计3.1.1液压缸方案的比较选择（1）柱塞式液压缸柱塞式液压缸的结构简图见下图 3.1 所示，其原理图见下图 3.2 所示。图 3.1 柱塞式液压缸的结构 图 3.2 柱塞式油缸原理简图图由上图结构所示，主要由缸筒、液压活塞杆、柱塞、密封圈、导向套圈等件构成。利用缸体上的凸缘结构固定于上梁中。特点：柱塞式油缸由于缸孔不需精加工，甚至可以不需加工，制造方便，维修简单。在水压机上运用广泛，但缺点是只能在单方向上作用，且反向运动需要用回程缸来实现 9。（2）活塞式油缸 活塞式液压缸的结构简图见下图 3.3 所示，其原理图见下图 3.4 所示。图 3.3 活塞式油缸的结构图 3.4 活塞式油缸原理图特点：能实现液压缸的左右运动，相当于两个柱塞式液压缸的结合体。并且这种结构的液压缸广泛用于中小型的液压机中。其结构相对简单，制造方便。（3）复合式油缸以活塞式液压缸和柱塞式液压缸为基本形式相组合而成的的复合式油缸 10。 综上所述，本设计为 200T 液压机的设计，属中小型液压机，考虑到多个方面，选择活塞式液压缸较为合适。3.1.2液压缸的支承形式设计选择及方案比较（1）法兰支承液压缸及其下部分的法兰支承安装在上横梁内，由缸外壁的两个环形面积与横梁相配合 11。（2）缸底支承a.通过缸底的特有结构，用螺柱将液压缸固定在上梁上表面，b.缸底用螺柱实现拉紧c.横梁不用开设固定安装液压缸大孔。通过上述两种方案比较，选择法兰支承较为合适。3.1.3柱塞与活动横粱的连接方式选择（1）刚性连接优点：柱塞下端连接盘与横梁相连接，两者无相对运动。在偏心加载时，柱塞随活动横粱的倾斜而倾斜 12。缺点：液压缸的导向处受到活动横梁的影响，这样会使得导向钢套及密封垫加快磨损。这种连接适用于单缸或三缸式液压机（2）球面支承优点：随着载荷偏心加载的增大，活动横梁随加载力的增大发生倾斜，此时球面支承上会产生相对移动，能够减少导套及密封垫之间的磨损。缺点：安装和定位比较麻烦。这种连接适用于多缸式结构的液压机。综上所述：本设计为单缸液压机，选择刚性连接较为合适。3.2液压机主缸基本尺寸计算3.2.1液压缸尺寸确定如下图 3.5 所示为液压缸的受力分析简图。查表 2.1 中的设计参数可知，由于液压缸工作时压力载荷非常大，取 P=20MPa。图 3.5 液压缸受力简图查阅相关资料、相关公式，由图可知：计算主缸内径 D： 2212)(44PdDFPD= (3.1)(2121cm式中：P 1液压缸最大工作压力；P2产生的回路背压，在高压系统计算是可以忽略不计；F最大负载； （ =2000kN）1Fcm液压缸机械效率，一般 cm = 0.90.95。可求得液压缸内径即：D= 358mm95.0124.36PaN查柱塞标准直径表 13JB2001-76，将液压缸的直径 D 圆整后，选取相近的标准系列直径，得 =360mm。1D液压主缸活塞杆直径计算公式如下所示：（3.2）pFd214式中：F 2 为主缸回程时，最大压力，（ =400kN）2代入数据得 d=0.245m，按标准取整 d=250mm。3.3液压机主缸内部尺寸设计通过上述初步设计计算，得到缸体内径 D、活塞杆直径 d。接下来对主缸其他参数进行设计计算。1) 主缸缸体材料的选择及其工艺要求液压缸的构造一般有厚壁圆筒、薄壁圆筒两种不同结构。当满足 D/10 时则为薄壁圆筒液压缸，反之则为厚壁圆筒液压缸。缸体材料较多，比如有高强度铸铁、灰铸铁、锻钢等。本次设计的液压缸材料选用无缝 45 钢。表 3.1钢筒材料的参数型号 MPabMPas%s45 610 360 142) 设计主缸壁厚计算公式如下所示：（3.3）2Dpy式中： 液压缸壁厚；D液压缸内径；实验压力，最大工作压力的（1.251.5）倍；yP缸筒材料的许用应力。无缝钢管：=100110MPa 。主缸壁厚 计算，将 D=0.36m ；= 110MPa ；P y=1.420.5MPa=28.7MPa 代入公式（3.3）中，即： mMa047.10236.7.8计算缸体的外径 D：D 外 D2 （3.4）将参数代入式（3.4）得：D 外 0.36m2 0.047m0.4534m外径取标准直径系列，得主缸缸体外径 D 外 460mm 。4) 缸盖厚度计算缸盖材料选用 35 钢，查资料，缸盖厚度计算公式如下：（3.5）43.02yPt式中：t缸盖的厚度(mm)；缸盖止口直径 (mm)；2D 材料许用应力。即： mMPat 057.17.285043. 选取缸盖厚度 t=60mm。4) 计算主缸最小导向长度通常液压缸的最小导向长度符合如下计算公式：（3.6）20DLH如下图 3.6 所示： 活 塞隔 套图 3.6主缸导向长度简图式中：L主缸最大行程；D液压缸的内径。查表 2.1 中参数可知，主缸的最大行程 H=710mm，液压缸内径 D=360mm 代入公式（3.6）中，得主缸最小导向长度。即： mmH5.21360271查阅相关资料，不能过分增大 l1 和 B 的数值来保证最小导向长度。计算隔套的长度 C，即：（3.7）)(21lC式中：B活塞的宽度，取 B=（0.61.0）D；l1缸盖滑动支承面的长度， 当 D80mm 时，取 l1=（0.61.0）d。代入公式： mC2)5036(7.125. 5) 主缸活塞设计主缸活塞材料选用 HT200。活塞宽度系数取 0.8，则活塞的宽度为：B=0.8D=0.8360mm =288mm取 B=290mm。6) 计算主缸长度缸体内部长度为活塞的行程长度加上活塞的长度。缸体的长度 L 小于或者等于内径 D 的 2030 倍，即：L（2030）D (3.8)由于 L=710mm，B=290mm，t=60mm，主缸的长度取 L 缸 =1200mm。主缸设计结构如图 3.7 所示：图 3.7 主缸3.3 顶出缸计算查表 2-1，选取顶出缸的工作压力为 12MPa,顶出缸的负载最大为 350kN，d/D 为 0.7，取液压缸的机械效率 cm = 0.95。液压缸受力如图 3.8 所示。图 3.8 液压机顶出缸缸受力简图将参数代入公式（3.10），求得液压缸内径 D：D= mm198mm （3.10）95.0124.3.6PaN查资料 10,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取 D=200mm；由 d/D=0.7 得活塞杆直径，即：d=0.7D=0.7x198138mm同理查表 2-5 14。将活塞杆直径圆整为标准系列，取 d=140mm。3.4顶出缸各部件计算1) 顶出缸缸体材料选择表 3.2钢筒所选材料型号 MPabMPas%s45 610 360 142) 顶出缸壁厚的确定将 D=0.2m ； = 110MPa ； =1.312.5MPa=16.25MPa 代入公式（3.6）中，即：yPmMPa015.102.5.6将 D=0.2m ；取 =0.02m 代入D 外0.2m0.04m0.24m圆整得 D 外240mm。3) 顶出缸缸盖材料、厚度的确定缸盖选用 35 钢。缸盖厚度计算公式见式（3.12）：即：（3.12）mMPat 025.125.643.0取缸盖厚度 t=25mm。4) 顶出缸最小导向长度由表 2.1 知顶出活塞行程 L=250mm，缸内径 D=200mm，代入公式(3.13) ， 即：（3.13）mmH5.120255) 顶出缸活塞方案拟定，技术要求 顶出缸活塞选用 HT200。活塞宽度系数为 0.8，则B=0.8D=0.8200mm =160mm取活塞 B=160mm。查表 2-10 16，液压机顶出缸工作压力远远小于主缸压力，故选用 O 形密封圈。 6) 顶出缸长度的确定液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体的外形尺寸应考虑两端端盖的厚度，长度 L 小于等于缸体内径 D 的 2030 倍，即：L（2030）D 。由主缸行程为 250mm，活塞宽度为 160mm,缸盖厚度为 25mm，通过计算取 L=650mm。 3.5主机负载受力分析3.5.1导柱设计计算本设计最大的工作负载为 200T（2000kN），主缸回程力为 400kN，顶出缸顶出力为 350kN。因为工作时的载荷远远超过其它工况时的负载，故在进行载荷的设计计算时，取负载 200T 对液压机中导柱进行受力分析计算。在“三梁四柱式结构 ”中，对导柱做如下受力分析，如下图 3.10 所示，当力作用在横梁和导柱上，此时横梁受压，由于反作用力，导柱受到相应的拉力。 横 梁导 柱F-最大受力负载 T-导柱拉力图 3.10横梁、导柱受力分析图材料选择：由受力分析可知，在负载时，导柱受到较强的拉力，故在选择材料是应具备较强的抗拉强度，故选择 45 号钢。加工工艺：在工作时，导柱不仅仅有拉力的存在，还有与上下滑块之间的摩擦力，为了减少导柱表明的磨损程度，增加受用寿命，通过金属表明热处理能有效的增加导柱的耐磨性和表明硬度，表面淬火和表明热处理。导柱设计计算：液压机最大受到 2000kN 的负载，作用在 4 根导柱上，这每根导柱受到 500kN 的拉力，由许用拉应力公式(3.14)，计算出导柱的安全直径 D。(3.14）AF式中： 许用应力；45 钢 =80100MPa ； F导柱轴向拉力；A导柱横截面积。即： mPaNFD089.1804.356取 D=90mm，为防止液压机工作时导柱受力断裂，为了液压机安全性、可靠性，选取导柱直径时，可以适当加大导柱直径，取 D=110mm。3.5.2立柱的连接形式比较选择如图所示，通常连接形式有如下三种：图 3.11 立柱与横梁的连接形式（1）双螺母式特点：加工较方便。但螺母必须有良好的预紧，否则会造成螺母的松动，从而导致机架的不稳定。一般应用在小型液压机。（2）锥台式特点：刚性较好，但加工相对复杂，一旦装配完成不能做相应的调整。（3）锥套式特点：可以消除立柱与横梁之间的间隙，有利于安装与配合。但长期使用会使锥套松动，影响机架刚性 17。综上所述，本次设计选择锥台式立柱联结。3.5.3活动横梁的结构设计活动横梁的结构如下所示图3.12活动横梁结构图作用：通过与主缸活塞缸联结传递工作压力，四角开有导向孔，可以沿导向柱方向运动。横梁下面开有凹槽，可以安装上模具，所以需要有较强的刚度和导向性能。初步设计横梁的长为 1310mm，宽 1050mm，高 350mm。3.5.4工作台的设计材料选用铸钢 45。设计工艺要求：为了在加工时，能很好的将所需加工的模具固定在工作台上，可以选择将工作台表面设计成 T 形槽的样式图 3.13 工作台 T形槽第 4章 四柱式液压机强度计算与校核4.1缸体强度的计算与校核4.1.1主缸中段强度选用 45 钢作缸体材料，对缸筒做初步受力分析，最大应力应该出现在缸内壁，应用第四强度理论进行计算。图 4.1 缸体（4.1） MPapD120321max式中 D1=0.36m， D0=0.46 m；P=20MPa带入数据得：=121.6Mpa2036.4.02max经上述计算，故强度小于缸筒材料的许用应力，设计合理，满足要求。4.1.2支承台肩计算支承台肩接触面挤压压力计算公式如下：（4.2）)2()(785.032SDP式中 材料许用应力S支承台肩倒角或圆角半径D2 主缸体上螺纹外径 a45.2036.0785.2MPP主=100MPa 图 4.2 油缸支承台肩尺寸式中：P=2000kN ， =460mm S=2mm3D由上式可得（4.3）SDP2785.022主代入数据 m498.02.0.246.10785.222 D取 D3=50 cm4.1.3缸底强度校核按圆形平板弯曲计算，公式如下：=100MPa （4.4）21875.0BpD式中：D=360mm B=110mm P=20MPa图 4.3 缸底简图（4.5）Di式中 D1=8.8cm756.03.860将数据代入公式，得： =98.6MPa ，强度满足要求。21.175.4.1.4缸口导套挤压计算（1）作用在缸口导套上的力，缸口导套材料 HT200：（4.6）pdDP)(785.0211式中： =360mm d=250mm1D代入数据，得： =1 KN5210.36. （2）螺栓计算选择 12 个 M24 的螺栓，螺栓材料选为 45 钢，M24 螺纹内径为 20.45mm，则拉伸应力公式：（4.7）1nFP式中：n螺栓数量，n=12 螺栓横截面积（ ），1F2cm2213.45.078.cm 许用拉伸应力，120将数据代入得： =26.5MPa ，故安全。3.1205（3）缸口导套挤压计算缸口导套材料选用 HT20-40，导套挤压应力的计算公式如下：=100MPa （4.8）)(785.021DP式中： =360mm =280mm1D2代入数据，得： =92MPa ，安全。5.活塞与活动横梁联接螺母强度校核螺纹剪切应力计算公式如下：=60MPa （4.9）bKdP内 回=120MPa （4.10）弯内 回弯 23tkh式中：螺纹选取 M15 40， 螺纹内径 =14.48 ，螺纹高度 h= =2.6cm 内d2内外 db螺纹长度（cm） b=8.5cmt螺距（cm） t=0.4cmK螺纹完满系数，三角形螺纹取 K=0.81代入数据，得： =19MPa ， =46MPa ，故安全。弯弯4.1.5活塞头部锁紧螺母母螺纹所受的力（4.11）kgfPdDP210785.锁其中 D0=14cm d1=4.5cm 代入式（4.11）中fP93.42.4785.2锁螺纹剪切应力（4.12）2/60cmkgfKbd内螺纹弯曲应力（4.13）22 /13ckfthP弯内弯 式中 螺纹选为 M304d 内螺纹内径（cm） d 内=2.57cmt螺距（cm） t=0.4cmb螺纹长度（cm） b=2.5cmh螺纹高度（cm） h=0.43cmK螺纹完满系数（cm） 对于三角形螺纹 K=0.81P 回回程压力 （kN ） P 回=400kN带入式中： 2/75.2981.053.24cmkgf弯弯 22/4.6. f故强度满足要求。4.2横梁的设计与校核4.2.1横梁的设计横梁需要较强的弯曲力和弯曲疲劳强度，故选用 45 钢，毛坯采用锻钢并且表明需调质处理。理论设计： 设计横梁的长、宽、高尺寸分别为 1310mm、1050mm、580mm，矩形截面。即：在负载作用下的受力分析图如下所示：图 4.5 (a) 剪力图 (b) 弯矩图图 4.4横梁滑块受力图图 4.5 受力分析图由上弯矩图 4.5(b)看出，滑块所受弯矩最大的点位于横梁中间 C 点 11 截面处，该截面为危险截面。为防止发生横梁断裂或者达不到应有的疲劳强度，故对横梁截面进行强度校核。正应力公式为：（4.14）WMmaxax式中：最大弯曲应力；max最大弯矩；M抗弯截面系数( )。W3m矩形截面抗弯系数 W 计算公式为：（4.15）62bh式中：矩形截面的宽；b矩形截面的高。h即： 3205.68.051mW截 面 -MPamkN3.905.47ax许用应力 =100MPa，然而横梁的最大弯曲应力 max为 9.3MPa，结果小于材料的许用应力，设计合理。剪切应力（4.16） 23maxhbFsMPa46.258.013查表得 45 钢的剪切应力 ，满足要求。Pa64.2.2上横梁的刚度计算挠度计算公式如下：（4.17） 2296)( DBEJDBPf弯 14)2(.DFBPf剪（4.18）式中：P-公称吨位(kgf) P=200000 kgfB-立柱中心距(cm) B=106.5cmD-油缸与上横梁联接处台肩尺寸(cm) D=58 cmJ-上横梁主截面惯性矩( ) J=818818.477 4cm4cmS-受剪立板面积( ) S=25 48=1200 ( )2 2E-材料弹性模量 ( ) 铸铁 E=1.05 106 /kgf /kgfG-剪切弹性模量( ) 铸铁 G=6 105 2c 2c代入数据，得：=0.0126cm 225 58105810.96).(2 弯f=0.0136cm24).6(2.1剪f上横梁最大变形量为：0.6cm=.13+0.1剪弯 ff4.3工作台计算模具垫板设计：工作台中心有直径为 14cm 一中心孔。材料为 HT20-40， 。计算模具aMP10垫板最小尺寸：（4.19）PA214式中：A垫板面积代入数据，得：29.35cm按圆直径,则垫板直径 d=21.22cm，取垫板宽带 b=25cm。主截面上弯矩计算如下：（4.20）)21(41BbPM代入数据，得 =43.6kN m1最大剪力为： =1000kNPQ24.3.1工作台的应力计算由前面计算结果可得主截面尺寸如下：图 4.6 受力分析图剪 力 图 （弯 矩 图 （ M12 J= =33cm =32cm4710cm1h2（4.21）MPaJhM952.1343601压在受拉截面上的弯曲应力为： aJh38.1443601拉所以，在主截面上弯曲应力均满足要求。4.3.2工作台的刚度计算根据工作台受力状况分析，工作台弯曲变形量计算：= （4.22）64214632bBEJPf弯 3097BEJP剪切变形量计算:= （4.23）20.1.bdxGFqf剪 801式中：J工作台截面惯性矩 J= 74cmF工作台立板面积 F=1020 2代入上式得cmf 016.5409781.015.6236 弯cGFPB.285剪所以，工作台最大变形量为：0.0357cm剪弯 ff2又因为允许工作台弯曲变形量为：1042.01.0.Bf故设计满足工作台所需刚度要求。4.4立柱的强度校核立柱强度计算。有两种情况：第一，立柱预紧状态下的受力分析和强度计算。然后，中心载荷下立柱的受力分析和强度计算 13。（1）中心载荷时应力： （4.24）2)(dnF式中：P-公称压力(KN) a-方形截面的边长 (cm)n-立柱个数 n=4 -材料许用拉伸应力 45 号钢：5080 MPa 取 =60MPa 可得（4.25）nPacm46.102取 a=11 cm（2）偏心载荷的立柱强度校核 图 4.7 受力分析结构尺寸如下P=2000KN L=185 cm B=140 cm e=3% B=4.2 cm (YL)max=119 cm (YL)min=39 cmYmin=0.211 Ymax=0.644 (ZL)max=102cm (ZL)min=22cm Zmin=0.118 Zmax=0.551 Y+Z= Ymax+ Zmin=0.762方便公式计算，以及对修正、计算误差又合理的理解，取 e=e0,立柱插入上横梁部分d1=13 cm, F