锻液压机液压系统的设计 锻造液压机液压系统设计.doc
锻液压机液压系统的设计 锻造液压机液压系统设计（全套含CAD图纸）
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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709851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月下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709851锻液压机液压系统的设计DESIGNOFTHEHYDRAULICSYSTEMOFFORGINGHYDRAULICPRESS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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709851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、设计下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709853下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709854下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709855下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709856ABSTRACTHYDRAULICMACHINEISAMECHANICALPRESSURETOTHEPROCESSINGOFMETAL,PLASTIC,RUBBER,POWDERPRODUCTS,HASBEENWIDELYUSEDINMANYINDUSTRIALSECTORSTHEDESIGNOFHYDRAULICTRANSMISSIONSYSTEMPLAYSANIMPORTANTROLEINMODERNMACHINERYDESIGNJOBPARTOFTHEHYDRAULICSYSTEMOFTHEMACHINEDESIGNERSDESIGN,ITISTHETASKOFTHEAPPLICATIONOFTHEMACHINE,ACCORDINGTOTHECHARACTERISTICSANDREQUIREMENTS,USINGTHEBASICPRINCIPLEOFHYDRAULICTRANSMISSION,DRAWUPREASONABLEHYDRAULICSYSTEMDIAGRAM,THENTHENECESSARYCALCULATIONSTODETERMINETHEPARAMETERSOFHYDRAULICSYSTEM,STRUCTUREDESIGNANDTHENACCORDINGTOTHESEPARAMETERSTOSELECTHYDRAULICCOMPONENTSOFTHESPECIFICATIONANDTHESYSTEMMANUFACTURINGOFHYDRAULICMACHINESANDUSINGLONGSYMBOLOFINDUSTRYLEVELOFACOUNTRYITISNOTONLYTHECONSTRUCTIONOFHEAVYINDUSTRIALTOOLSBUTALSOANIMPORTANTPRODUCTIONEQUIPMENTINNATIONALDEFENCEINDUSTRYINRECENTYEARSWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFCHINASMANUFACTURINGINDUSTRYESPECIALLYRAPIDDEVELOPMENTOFEQUIPMENTMANUFACTURINGINDUSTRYTOPROMOTETHETRADITIONALBASISOFFORGINGINDUSTRYENTEREDANEWDEVELOPMENTOFFORGINGHYDRAULICPRESSISONEOFTHEIMPORTANTFORMINGEQUIPMENTTHELIQUIDTRANSMISSIONISATRANSMISSIONSYSTEMUSINGLIQUIDASWORKINGMEDIUMFORENERGYTRANSMISSIONANDCONTROLPARTOFTHEHYDRAULICSYSTEMOFTHEMACHINEDESIGNERSDESIGN,ITISTHETASKOFTHEAPPLICATIONOFTHEMACHINE,ACCORDINGTOTHECHARACTERISTICSANDREQUIREMENTS,USINGTHEBASICPRINCIPLEOFHYDRAULICTRANSMISSION,DRAWUPREASONABLEHYDRAULICSYSTEMDIAGRAM,THENTHENECESSARYCALCULATIONSTODETERMINETHEPARAMETERSOFHYDRAULICSYSTEM,STRUCTUREDESIGNANDTHENACCORDINGTOTHESEPARAMETERSTOSELECTHYDRAULICCOMPONENTSOFTHESPECIFICATIONANDTHESYSTEMKEYWORDSHYDRAULICSYSTEM,HYDRAULICTRANSMISSION,HYDRAULICCYLINDER,DESIGN目录I目录摘要1第一章绪论311课题背景312液压机发展现状3121国外液压机发展现状4121国内液压机发展现状4第二章液压机概述721液压机的形式722液压机的分类823液压机的特点824液压机的工作原理925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1531液压系统的设计步骤与要求1532液压机液压系统的设计过程15321工况分析15322拟定液压系统原理图16323液压元件的选择计算17324验算液压系统的性能26第四章液压缸设计3241液压缸的结构概述32411液压缸的形式及用途32412液压缸的支承形式32413工作缸与活塞模具的连接形式3342液压缸的工作原理33421液压缸的工作原理34422液压缸的典型结构3543液压缸主要尺寸的确定36431液压缸工作压力的确定36432液压缸内径D和活塞杆直径的确定36433液压缸壁厚和外径的计算37434液压缸进出油口形式及大小的确定41435液压缸工作行程的确定41436缸底厚度的确定42437最小导向长度的确定43438强度校核4444液压缸的结构设计52441缸体和缸盖的连接形式55目录II442活塞杆和活塞的连接结构55443活塞杆导向部分的结构55444活塞及活塞杆处密封圈的选用56445液压缸的缓冲装置57446液压缸的安装结构57447液压缸的主要零件和技术要求5845液压缸的损坏及情况和原因分析6046过滤器的选择62第五章集成油路板的设计6351液压油路板的结构设计63第六章液压站的设计6661液压油箱的设计66611液压油箱有效容积的确定66612液压油箱的外形尺寸6762液压站的结构设计67621液压泵的安装方式67622电动机和液压泵的连接方式6763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21绪论31绪论11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。12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121国外液压机发展现状1绪论4ERRORNOBOOKMARKNAMEGIVEN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。18591861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18871888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，19381944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。122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1绪论5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30003200MM，是国内之最与其配套的加热炉有6台，其中两台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1绪论6参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BROWNBOGGS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。毕业设计2液压机概述72液压机概述21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BROWNBOGGS产品可实现负载检测自动模具保护以及错误毕业设计2液压机概述8诊断等功能。22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111液压机的分类。23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。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。24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111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11，1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2121（111）式中2柱塞2的横截面积。241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1015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。25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）。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的距离，也即活动横梁所能移动的最大距离。最大行程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以及整个机身的高度。4工作台尺寸（长宽）工作台一般固定在下横梁上，其上安放模具或工具，工作台尺寸指工作台面上可以利用的有效尺寸。工作台尺寸取决于模具（工具）的有效尺寸及工艺过程的安排。大中型锻造或厚板冲压液压机往往设置移动工作台，移动工作台的行程和推动缸的公称压力与更换模具的需要及工艺操作方式有关。除了工作台尺寸外，在有些四柱式液压机中，还采用立柱中心距这一参数。5回程力计算回程所需要的力量时，要考虑活动部分的重量，回程时工艺上所需要的力量（如拔摸力，提升剁刀等），工作缸排液阻力，各缸密封处摩擦力以及活动横梁导向处的摩擦力等。回程力由高压液体推动活塞缸下腔活塞环面积或单独设置的回程缸来实现。6活动横梁运动速度可分为工作行程速度，空程（充液行程）速度及回程速度。毕业设计2液压机概述13应根据不同的工艺要求来确定工作行程的速度，它的变化范围很大，并直接影响工件质量和对泵的功率要求。锻造液压机要求工作速度较高，可达50150MM/S，四柱万能及切边液压机的行程速度在1015MM/S，而电极挤压液压机则仅为3MM/S左右。空程及回程的速度一般可以高一些，以提高生产率。但如速度太快，会在停止及换向时引起水击及振动。7允许最大偏心距在液压机进行的许多工艺过程中，往往有偏心载荷，偏心载荷在液压机的宽边及窄边都会发生。允许最大偏心距是指工件变形阻力接近公称压力时所能允许的最大偏心值。在选择液压机时，应根据工艺特点来考虑此偏心值。8顶出器公称压力及行程有些液压机（如模锻或冲压液压机）往往在下横梁中装有顶出器，以顶出工件或拉延时使用。顶出器的力量及行程完全有工艺过程要求来确定。对于各种不同工艺用途及不同结构形式的液压机，均有各自不同的基本参数。我国机械工业部门已制定出各种不同工艺用途的液压机型式与基本参数的部分标准。本次设计的主要参数本次液压机设计，我们参考了某厂生产的YA32315四柱式万能液压机，其主要参数为（1）公称压力315T（3087MN）（2）液体最大工作压力25MPA（3）回程压力60T（4）工作台距地面高度650MM（5）最大净空距1250MM（6）活动横梁最大行程800MM（7）顶出活塞最大行程250MM（8）工作台有效面积11601260MM（9）活动横梁行程速度毕业设计2液压机概述14空载下形最大80MM/S工作时最大8MM/S回程最大42MM/S（10）顶出活塞行程速度顶出最大65MM/S退回最大95MM/S（11）总功率228KW（12）全机重量15T153液压机液压系统的设计与计算31液压系统的设计步骤和要求液压系统是液压机械整机的重要的组成部分，必须能够提供主机所需的力及速度，并满足在控制方面的要求，因此，液压系统的设计与主机设计密不可分，一般情况下应同时进行，二者兼顾，才有可能取得理想的效果液压系统千差万别，种类繁多，对设计的要求也各不相同，这些具体的要求，通常以技术指标、经济指标的形式在设计说明书中量化出来。常见的技术指标如系统最大工作压力；输出的最大推力（转矩）；最大、最小速度（转速）；调速范围；速度刚度；起动制动及换向平稳性；密封性能；传递效率；外形尺寸、重量；工作环境温度等。常见的技术指标如系统机寿命，故障率及可靠性；制造成本；维修保养成本等。任何设计者中希望性能好而成本低，这两方面的要求在设计中常常是相互矛盾的。一般来说性能好成本就高一些。设计前应充分调查研究，比较现有同类系统的优劣，根据满足工艺及控制要求并留有一定的余地的原则，制定出合理的技术指标，并尽量做到结构简单，质量轻，成本低。由于液压系统的特殊性，设计依据和设计要求的多样性，决定了设计计算内容不会一成不变，设计步骤也不可能也是一个固定的模式。下面是给出的已明确给定后的参考设计步骤和主要设计内容工况分析；确定系统总参数；拟定液压系统原理图；计算并选择液压元件；检验液压系统性能；液压装置结构设计；绘制工作图、编制技术文件。32液压机液压系统的设计过程321工况分析运动分析液压机的工作循环一般包括停止，充液行程，工作行程及回程。当液压缸的上腔通有高压液体时，实现活动横梁空程向下的充液行程，直到上模接触工件时，液压缸上腔的压强减小，活动横梁减速，以减小振动和撞击。16充液行程结束以后，从高压泵来的高压液体进入液压缸上腔并作用与柱塞上，通过活动横梁对工件进行压力加工。工作行程结束以后，上腔进水阀关闭，高压液体充入下腔，推动活动横梁向上运动，实现回程。当活动横梁上行到停止位置时，下腔进水阀关闭，活动横梁由封闭在下腔内的液体所支撑，可以停在行程中的任意位置。322拟定液压系统原理图基本回路的选择1调速回路调速方式一般有三种节流调速，容积调速和容积节流调速。调速方式使用系统系统效率系统特性经济性节流调速小功率系统低用调速阀好成本低容积调速大功率系统较高较好差，成本较高容积节流调速中等功率系统高较好较好，成本低（表31）从液压缸的工作工况分析看出，本设计系统属于中型功率系统，且对低速要求较高，为此采用调速阀进油路容积节流调速。为防止冲压时工作台前冲及增加运动平稳性，在油路上设背压阀。2）油路循环形式选择油路的循环形式主要取决于液压系统的调速方式。一般来说，节流调速和容积节流调速均采用开式油路系统，容积调速则采用闭式油路系统。本次设计中由于选用溶积节流调速，所以应采用开式油路系统。3油源形式的选择油源形式主要依据系统压力，调速方式，系统效率，防止多缸干扰和经济性等条件决定。考虑到液压机的压力较大，若采用单个定量泵供油，则工作时溢流损失过大，系统效率必然下降，采用限压式变量泵或双泵供油比较合理。考虑双泵供油噪音17小，寿命长，成本低，决定选用双泵供油方式。4）压力控制方式的选择压力控制方式的选择主要取决于液压系统的调速方式。在节流调速系统时，采用调压回路；在容积调速和容积节流调速系统中采用限压回路。本设计中由于采用容积节流调速，所以采用限压回路。5速度换接回路由于快进时速度变化很大，为使速度转换平稳，为防止冲劲和振动，选用二位二通机动换向阀来实现快进和工进的转换。利用机动换向阀通断前后系统压力的变化控制顺序阀来切断差动回路，二位二通机动换向阀的通断有工作台上的撞块来控制。5换向回路本设计的快退速度很大，为使换向平稳，采用电液换向阀换向回路，因为是差动快进，选用三位四通电液换向阀，以获得不同的回油方式。为防止换向失灵损坏设备，采用死档铁和压力继电器配合实现换向返回，同时增加单向阀6以提供快退时的回油通道。液压系统合成将上面所选的基本回路组和起来，即可组成如图31所示系统。323液压元件选择计算1计算液压缸的外负载液压缸的外负载包括工作负载，摩擦负载和惯性负载，由本次设计的给定的参数来看，选择液压缸的外负载为F315T3087MN2确定液压系统的工作压力系统的工作压力一般按机器设备的功率大小选择。小功率（15KW）的工作压力可选6370MPA，大功率可选70315MPA，参考机械常用系统压力表298，结合国内同类液压机的使用情况，选取系统的工作压力（即液压缸的工作压力）为125MPA。3计算液压缸的有效面积（1）液压缸应具备的有效面积为18（31）MFPA式中F液压缸外负载力N；液压缸进出口压力差PA；12图321液压系统图缸的工作腔压力PA；1缸的背压力PA；2液压缸的机械效率，一般取085099M详细计算请参考第4章。（2）液压缸的直径（3）DA式中A液压缸的面积；详见第4章液压缸的设计计算。4液压缸所需流量19液压缸所需的流量计算公式为/SMAXSQVTA3式中A缸的有效面积；2缸或活塞最大移动速度M/S；MAX所以MAX3019650127/SQVTS4确定油泵的规格（1）液压泵的工作压力P液压泵的工作压力应满足以下条件PA；1P式中液压泵允许的最大压力PA；进，出口油路中的总压力损失PA，包括局部损失和1沿程损失。对于流速不大，一般节流调速及管路简单的系统取0205MPA；对于高压大流量，油路有调速阀及管路复杂的系统取0515MPA。根据本次设计的内容，取05MPA1所以1250PPMPA（2）液压泵的流量Q液压泵的流量应满足以下条件MAXPK3/S式中K系统漏损系数，一般取1113；20同时动作的各液压执行器的最大总工作流量；MAXQ3/MS20150432194取K11所以MAX310279/PQKS（3）液压泵的规格液压泵的规格一般根据工作压力和流量Q选取。根据所计算的工作压力和流量，查表选择ZM95型轴向柱塞泵，其各参数如下表31理论排量1513/CMRAD额定工作压力21MPA最高工作压力28MPA额定转速150/RADS最高转速300/RS输入功率11KW输出扭矩314NM变量方式自供油压，手动随动，定量5确定泵的驱动功率N（1）泵的驱动功率N为W；NTQ式中泵的实际最大工作压力PA；泵的额定流量；N3/MS泵的总效率T查表301取081T21则有NTQ662051083W即泵的驱动功率为N38216W。（2）选用电机型号及参数根据泵的驱动功率，选用电机型号为J4262其基本参数为转速10/96RADSRPM额定功率4KW6控制阀的选择（1）阀的规格阀的选择依据为节流阀，调速阀按系统工作压力，最大流量和最小稳定流量来选；主溢流阀按系统工作压力和泵的最大流量来选；其他各种阀则按其所接入的回路所需最大流量和工作压力来选。（2）阀的型式1）节流阀按系统最大工作压力和最大流量25PPMA来选取。3MAX0127/QS由表325选取L型（联合型）可调节流阀，其最大工作压力为315MPA，额定流量为3313360。3/CMS2）溢流阀按最大压力和泵的最大工作流量25PPMA来选取。315/NQCMS由表325，选取Y型溢流阀（联合型），其最大压力为06315MPA，额定流量为3333400。3/CS3）单向阀的选取由表325，选取DF型（揄次型），其压力为2135MPA，额定流量22为41720000。3/CMS液控单向阀选为DFY型液压操纵单向阀，其最大工作压力为21MPA，额定流量为41766667。3/S液动换向阀选为Y型（联合型），其最大工作压力为315MPA，额定流量为166733400。3/CMS背压阀选为B型（广州型），其最大工作压力为63MPA，额定流量为1674172。3/S压力继电器选为PF型（榆次型），其最大工作压力为0721MPA。溢流阀选为YD型电磁溢流阀（联合型），其最大工作压力为06315MPA，额定流量为66733340。3/CMS各阀的选择见表32。表322液压元件明细表规格序号元件名称最大流量MIN/1L型号额定流量MIN/1L额定压力/MPA额定压降/MPA1轴向柱塞泵3056ZM952473212单向阀3056DF型402135043三位五通电液阀611234DEYH16BT7532034二位二通电磁阀4022H10B0255调速阀进量062S2FRM61531506126单向阀快进2069AA10L4031502237液控单向阀6112DFB20A100315028顺序阀60DZ6DP150/315M60603159背压阀02B型10630210溢流阀2473YDB10K403150211单向阀2473AHA10L403150212溢流阀583YFB10K402613滤油器30562NH4020S40315030614压力继电器005PF型005218管件的选择1油管类型的选择油管类型主要根据使用场合和系统的自身工作压力来选择。一般的选用原则是，中高压系统优先选用无缝钢管；装配不便的中低压系统可用其它铜管，有相对运动部件的联接采用橡胶软管。元件间连接管道的规格可根据元件接口处尺寸来决定，液压缸进、出油管的规格可按照输入、排出油液的最大流量进行计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以应对液压缸进油和出油连接管路重新进行计算油管内径计算用通过油管的最大流量和油管内允许的最大流量和油管内允许的最大流速来确定油管内径。13QDV式中Q管内最大流量；V许用流速（通常吸油管道12M/S,一般取631504MV241M/S以下对于压油管,36M/S,压力高,管道短或油黏度小的情况下取大值,反V之取小值）对于回油管,1525M/S由以上计算知,油缸最大流量,取油在管道内的流速V3M/S,3MAX0127/QS则压油管内径为3DV6312705M查表331，选择内径D8MM的无缝钢管。2压油管壁厚油管壁厚计算根据油管的强度条件，管道壁厚为（33）2MAXDP式中管内最大压力PA；MAXPD管道内径M；油管材料许用应力PA对于钢管,抗拉强度BSVQPAS安全系数,当时,S8当时,S6当时,S47MPA175MPA175MPA本设计中,取S4,对于钢管,420B所以664201155BSPA所以63MX382100787D考虑与阀等件的联接,取3M为了方便起见,回油管和压油管选用相同,即选用同一个型号的管道25因为采用油路板配置，内油路由油路板内的通道实现，只需根据液压阀连接油口尺寸决定钻孔直径。阀块与液压缸间的外油管根据最大流量计算如下取油液许用流速3M/S,由式（42）有VMAX2401763061Q查机械设计师上册手册选用内径为20MM外径为30MM的10号冷拔钢管，壁厚为5MM。查设计手册，取10号钢许用应力为50MPA，以溢流阀的调整压力作为油管的工作压力，则强度条件根据公式（33）有MM432MM2MAXDP50261因为5MM432MM故强度足够。9油箱容积确定油箱的主要功能为储油和散热，通常根据散热的要求来确定由乡的容积。根据经验公式来确定VVQ3M推荐如下低压系统V24；V中压系统V57；34高压系统V612VQ对于带冷却器的油箱，容积可适当减少。本系统为高压系统，据式（44）取油箱容积V为额定流量的6倍，则631504VM10液压油的选择考虑到工作环境温度较高,选用LHM46液压油普通液压油。26324验算液压系统的性能液压系统的性能验算是一个很复杂的问题，仔细验算尚有困难，通常是采用简化的公式做一些近似估算并据此对液压系统做定性的评估。通常验算的项目如下1管路系统压力损失验算1）液流的类型液流的类型与雷诺数有关，当时，液流为层流；当REER时，液流为紊流。这里是临界雷诺系数。RE因为快退时，油管中油液的流量最大，故只需验算快退时的压力损失。管内雷诺数计算雷诺系数计算如下（35）REDV式中平均流速M/S；D管道内径M；V液体的运动黏度269381710OC；2/STCMS管内液压油的流速为2MAX4DQV进油路流速2017/8S回油路流速32466/VM查新编液压工程手册上册第57页拟选用LHM46液压油，查出其运动粘度系数为SMV/104526进油路雷诺数为61702RE54DV回油路雷诺数为33927因为RE230所以管内为层流。沿层总压力损失计算层流时的压力损失为（46）（36）2DVLP取，进回油管长度皆为2M，油的密度，则沿程压力损失为RE753/90MKG进油路PA132PA26107251P410回油路PA247PA539424集成块内总压力损失油路板内管路较短，可视为局部损失，很难准确计算。根据经验设进、出油路在油路板内压力损失相同，其估计值为MPA1021P阀类元件局部损失快退时有关各阀的局部损失计算结果见表45。由图43可知，快退时进油路经过的路元件是单向阀、三位五通电液阀、溢流阀，回油路经过的元件为二位二通电液阀、单向阀、三位五通电液阀。由此可得进油路阀类元件局部总损失为（00610096009）MPA0247MPA1P回油阀类元件总损失为（0075009）MPA0165MPA2总压力损失的计算先根据选定的元件、回路、安装形式、及管接头等，划出液压回路的安装图。液压回路中的总压力损失可由式37求得。管路系统总的压力损失，是管路中所有沿程损失、局部损失、和液压阀的损失之和，即28（37）PP进油路（00132010247）1111P03602MPA回油路（00247010165）2222P02897MPA进油路的工作压力小于估计值05MPA，回油路压力损失略大于05MPA，在允许范围之内，说明设计计算合理。系统总效率验算液压系统总效率定义为系统的输出功率（即执行元件输出总机械功率）与输入功率（即电机输出功率）之比/P电机（3EP8）在液压系统中，液压元件、管路都有泄漏和压力损失，而液压泵和执行元件（液压缸或液压马达）中除了泄漏和压力损失之外，还有机械摩擦，这些都产生能量损失，系统总的能量损失为管路系统、液压泵、执行元件三者能量损失之和。故系统的总效率可以写成（3MLP9）式中液压泵总效率（可在产品样本上查）；P回路总效率；L执行元件总效率（可以在产品样本上查出）。M反映了系统回路在传输液压能时的损耗，它应等于回路的输出总液压效率L（即进入各执行元件的液压功率之和）与进入回路的总液压功率（即个液压泵输出液压功率之和）之比，即（3PILQP12910）表323各工作阶段液压系统总效率工作阶段液压缸负载N液压缸速度MIN/1液压缸输出功率KW电动机功率KW系统总功率快进1000350058070582工进24000000502289369回程100035005803417本设计以液压缸为执行元件，故系统的总效率应等于液压缸输出机械效率与机械输出效率之比，由此可得各阶段系统总效率，如表33所示。从表可知系统总效率很低，但对小功率系统还是允许的。热平衡验算开始工作后液压系统各部分的能量损失最终转化成热能，式系统的油温升高当经过一段时间的运行系统达到热平衡后，油温才会稳下来。油温过高将会对液压系统正常工作产生有害影响，必须使热平衡后的系统温度低于允许值。由于影响热平衡的因素复杂，一般认为，管路系统发热和散热基本平衡不作计算，而对油箱的散热进行估算，即假定系统产生的全部热能都是从油箱散发出去的。A液压系统发热计算系统发热一般由下式计算HP电机（1）（311）若系统在一个工作循环内各阶段效率相差较大时，系统发热量应为在一个工作循环中平均发热量，即HP电机312T1IT30式中P电机第I个阶段电机功率（KW）；T循环周期（）；第个阶段的系统总效率；I第个阶段的持续时间（）。ITB系统散热量计算假定全部热量由油箱发射313210TKAH式中K油箱散热系数（其值可以查阅有关设计手册）；CMW2/热平衡时的温度；1T环境温度（）；2有效散热面积。2M如果油箱三个边长的比例在111123之间，且油面高度为油箱高度的80,则其散热面积近似为A0065（）31432V式中V油箱散热容积（L）。C热平衡验算当系统达到热平衡时，应有H即0HKA21T由此解出系统热平衡温度315KA/系统温升为31621热平衡条件是或317TT式中许用温度；1T许用温升。31和的数值随主机类型和应用场合的不同而变化，其值可参考有关设1T计规范或设计手册。若计算结果超出允许的范
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