四柱万能液压机总体及液压系统设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

液压机总体及液压系统设计0摘要进入19世纪以来，随着制造业的飞速发展，对机械加工设备的要求也越来越高，人们迫切需要一种通用性强，加工范围广，工作负载大的加工设备。尽管早在17世纪中期帕斯卡就发现了利用液体能产生很大力量的可能性，但直到19世纪，液压技术才得到人们的广泛重视。为了应对军事、航空工业等领域的需求，德国、英国、苏联等国家先后制造了一批公称压力达到上万吨的模锻液压机。这个时候液压成型机械得到了充分的发展并具有了成熟的技术。液压机广泛应用于金属薄板的冲压拉深成形；金属机械零件的压力成形；粉末制品行业；非金属材料的压制成形；木制品的热压成形等领域。液压机极强的通用性奠定了它在工业生产领域的重要地位，成为国民生产中一枚关键的“棋子”。本设计对液压成型机械做了简单的回顾和总结，并具体设计了一台公称压力为2500KN的通用液压机，重点在于液压系统设计方面，详细拟定了液压系统压力、方向控制等回路，绘制了液压系统图，并选择了各液压元件的具体型号等。为了满足工业生产的需要，促进国民经济发展，我国必须加大液压成型机械的研发和设计制造，争取早日达到国际先进水平，打破西方发达国家对液压关键元件的技术垄断。关键词液压机；液压缸；液压系统；横梁；液压阀买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851ABSTRACTINTHE19CENTURY,WITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFMANUFACTURING,MACHINERYPROCESSINGEQUIPMENTREQUIREMENTSAREALSOGETTINGHIGHERANDHIGHER,PEOPLEURGENTLYNEEDAHIGHUNIVERSALITY,PROCESSINGAWIDERANGEOFTHEWORKLOADOFPROCESSINGEQUIPMENTALTHOUGHASEARLYASTHEMID17THCENTURYPASCALDISCOVEREDTHEUSEOFLIQUIDCANPRODUCETHEPOSSIBILITYOFGREATPOWER,ITWASNOTUNTILTHE19THCENTURY,HYDRAULICTECHNOLOGYTORECEIVEWIDESPREADATTENTIONINRESPONSETOTHEMILITARY,AVIATIONINDUSTRYANDOTHERAREASOFDEMAND,GERMANY,BRITAIN,THESOVIETUNIONANDOTHERCOUNTRIESHASCREATEDANUMBEROFNOMINALPRESSUREREACHED10,000TONSOFFORGINGHYDRAULICPRESSTHISTIMEFORMINGHYDRAULICMACHINERYWEREFULLYDEVELOPEDANDISAMATURETECHNOLOGYHYDRAULICPRESSWIDELYUSEDINTHESHEETMETALSTAMPINGDRAWING,METALMACHINEPARTSPRESSUREFORMINGPOWDERPRODUCTSINDUSTRYNONMETALLICMATERIALSTOSUPPRESSFORMINGWOODPRODUCTSINAREASSUCHASTHEHOTPRESSFORMINGHYDRAULICHIGHLYVERSATILEFORITSINDUSTRIALPRODUCTIONINTHEAREAOFTHEIMPORTANTSTATUSANDBECOMEANINDISPENSABLENATIONALPRODUCTOFA“PAWN“INTHISPAPER,HYDRAULICMOLDINGMACHINETODOASIMPLEREVIEWANDSUMUP,ANDSPECIFICALLYDESIGNEDFORANOMINALPRESSUREOF2500KNHYDRAULICPRESSES,FOCUSEDONTHEDESIGNOFTHEHYDRAULICSYSTEM,THEELABORATIONOFTHEHYDRAULICPRESSURESYSTEM,THEDIRECTIONOFCONTROLLOOP,RENDERINGTHEHYDRAULICSYSTEMMAP,ANDSELECTTHEVARIOUSHYDRAULICCOMPONENTSSUCHASTHESPECIFICMODELSINORDERTOMEETTHENEEDSOFINDUSTRIALPRODUCTION,PROMOTEECONOMICDEVELOPMENT,CHINAMUSTINCREASETHEHYDRAULICMOLDINGMACHINERYDESIGNANDMANUFACTUREOFTHERESEARCHANDDEVELOPMENTANDTOSTRIVEFORANEARLYREACHEDTHEINTERNATIONALADVANCEDLEVEL,BREAKINGTHEWESTERNDEVELOPEDCOUNTRIESONKEYCOMPONENTSOFTHEHYDRAULICTECHNOLOGYMONOPOLYKEYWORDSHYDRAULICMACHINEHYDRAULICCYLINDERHYDRAULICSYSTEMBEAMSHYDRAULICVALVE液压机总体及液压系统设计2买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853液压机总体及液压系统设计40前言液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备，在制品成型生产中应用非常广泛。自19世纪以来发展迅速，已成为工业生产中必不可少的设备之一。液压机几乎适用于所有需要压力加工的工艺，目前广泛应用于金属薄板的冲压拉深成形；金属机械零件的压力成形；粉末制品行业；非金属材料的压制成形；木制品的热压成形等领域。液压机是最早应用液压传动的机械之一，目前液压传动已成为压力加工机械的主传动形式，在重型机械制造业，航空工业，塑料及有色金属加工工业等之中，液压机已成为重要设备。我国的液压技术是随着新中国的建立、发展而发展起来的，从1952年上海机床厂试制出我国第一台液压元件（齿轮泵）起，大致经历了创业奠基、体系建立、成长发展、引进提高等几个发展阶段。而国内的液压机发展也十分迅速，在生产能力及市场方面，产量大幅度上升，国内占有率高达90以上，不过在出口方面，产值还不到5。我国仅在生产台数和总吨位上处于国际领先地位，在产值和销售收入方面和国外发达国家比较不具有优势。技术水平上，国内液压机单机达到了国际中等或较先进的水平，但部分关键件，如液压和电控部分，还得靠和国外合作甚至完全进口。目前国内液压机普遍存在质量可靠性低，漏油问题严重，关键件加工质量低，外观和美学上还需提高，基本是以单机加工为主，多机联合组成的生产线普及率低。随着现代工业的飞速发展，对机械加工设备的要求也越来越高，机械制造业作为国民经济发展的基础行业，占有举足轻重的地位。为了不使国民经济发展受到桎梏，我国必须加大机械制造业的研究与开发。本文共分为三章第一章绪论，主要介绍了液压机的工作原理，发展历程以及特点。第二章液压机的本体结构及设计计算，主要介绍了液压机各个部件的结构并进行了相应的参数选择。第三章液压系统设计，重点进行了液压系统各主要回路的选择，系统图的合成绘制，以及各个液压阀的型号选择等。由于本文编者的水平有限，本书一定存在不少缺点和错误，敬请各位读者给予提出指正意见。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098551绪论11液压机的工作原理液压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。其主要是利用帕斯卡原理制造而成的。如图11所示1小柱塞2大柱塞3工件4液体图11液压机工作原理图FIGURE11HYDRAULICMACHINEDIAGRAM两个充满液体的具有柱塞或活塞的容腔由管道相连接，当小柱塞1上的作用力为F1时，液体压力为PF1/A1，A1为柱塞1的工作面积，根据帕斯卡原理，在密封容积中，液体压力在各个方向上是相等的，则压力P将传到容腔中的每一点，因此大柱塞2上将产生向上的作用力F2，迫使工件3变形，且F2F1A2/A1。12液压机的特点及分类121液压机的特点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，结构上易实现很大的工作压力，较大的工作空间和较长的工作行程，适应性强，便于压制大型工件或较长较高的工件。2）在行程的任何位置均可以产生压力机额定的最大压力，可以长时间保压。3）可以利用阀在工作循环中调压或限压，不易超载，容易保护模具。液压机总体及液压系统设计64）滑块总行程可以在一定范围内任意改变，滑块速度可以在一定范围内最大程度的调节。5）工作平稳，撞击，振动和噪声小，对工人健康，厂房基础，周围环境及设备有很大好处。但液压机由于其设计安装的原因，也就有如下缺点1）用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。2）由于工作缸升压及降压，阀换向需要一定时间，空程速度不够高，在快速性方面不如机械压力机。3）由于液体的可压缩性，在快速卸载时，容易加大本机和液压系统的振动。4）工作液体有一定使用寿命，一段时间后得更换，增加了工作量和复杂度。122液压机的分类按照机架结构形式液压机可分为梁柱式组合框架型、整体框架式、单臂式等。按照功能用途液压机可分为手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校正、压装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包压块液压机、专用液压机等十组类型。13液压机的选择液压机本体一般由机架、液压缸部件、运动部分、及导向装置组成。由于加工工艺的多样性，液压机的结构型式也是多种多样的。根据设计要求液压机可用于塑性材料的压制及冲裁、弯曲、弯边、浅拉伸等，也可用于从事校正、压装、砂轮成形、磨料制品成形等工作，具备独立的动力机构和电器系统，可实现调整，手动等操作方式；公称压力为2500KN。可选择Y32系列小型四柱万能液压机，机身为三梁四柱式，单缸体。14液压机发展历程1653年，帕斯卡发现了利用液体能产生很大力量的可能性，并首次提出了帕斯卡定律。1795年，英国人BRAMAH发明了第一个手动液压机。18591861年，维也纳铁路工场生产了第一批用于金属加工的液压机，公称压力分别达到了7000KN,10000KN和12000KN。1884年，在英国曼切斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，于1893年建造了当买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709857时世界最大的120MN的锻造水压机。第二次世界大战前后，德国，美国，英国，苏联等先后制造了315MN750MN的大型模锻水压机。进入二十世纪以来，随着制造业的发展，将流体技术与数控，计算机控制和微电子技术相结合，液压机进入了一个新的发展阶段，逐渐成为工业生产中必不可少的设备，在国民经济各部门得到了广泛应用。15国内液压机技术发展情况1949年新中国成立以后，我国建立了独立自主的完整工业体系，液压机的研发也逐渐受到重视。19571962年，我国开始自行设计，自行制造各种锻压设备，期间生产了将近30台10000KN到31500KN中型锻造水压机及两台120MN到125MN的大型锻造水压机，初步建立了一支设计和制造液压机的队伍。60年代，我国先后成套设计制造了一些大型液压机，如300MN的有色金属模锻水压机，120MN有色金属挤压水压机，80MN黑色金属模锻水压机等。进入70年代，我国已具备向国外出口多吨位液压机的能力，其设计制造已达到了一定的先进水平。进入21世纪以来，我国的液压机技术及生产能力已趋于成熟，国内市场占有率高达90以上。2005年，国内液压机销售额就达到了13亿元人民币左右。在生产台数和总吨位上，我国液压机生产产量处于国际领先地位。但我国的液压机在技术水平上与国外还存在较大差距，部分关键件，如高档的液压元件和电控元件还得依靠国外进口。国产液压机普偏存在质量可靠性低，漏油问题严重，关键件加工质量低等问题。在今后的发展中，国产液压机还得在自动上下料，多工位，快速高速，依托电液比例技术，传感器，电子，计算机，网络等以及环保方面加大研发力度。液压机总体及液压系统设计82液压机的本体结构及设计21四柱万能液压机的结构及工作特点211结构四柱液压机一般由机身、主缸、顶出缸、油箱、液压动力机构及电控装置等组成，用液压管道及电线等连接。机身为三梁四柱式，利用四根立柱及紧锁螺母将上横梁和下横梁（工作台）组成一个封闭的刚性框架，主缸装于上横梁上，主缸活塞与活动横梁紧固连接，活动横梁靠四根立柱导向，可上下运动，活动横梁和工作台表面都开有T形槽，便于安装模具。工作台下部安装有顶出缸，用于顶出工件。在液压机的顶部设有油箱，在活动横梁快速下行时，可及时向主缸上腔补油，以减少主缸建压时间，提高快速性。212工作特点四柱万能液压机可实现活动横梁的空程快速下降、减速下降、工作压制、保压延时、快速回程及停止等动作，其工作压力，压制速度，空程下降的行程范围及减速的行程范围均可以根据工艺要求进行调整。工作压制分为定压成形和定程成形两种方式。定压成形是液压机工作压力达到调定压力时可进行保压，延时及自动回程，延时时间可根据需要进行调整。定程成形是活动横梁达到调定压力的行程位置后，可进行保压，延时及自动回程。四柱液压机一般采用按钮集中控制，操作方式有调整、手动和半自动三种。22四柱万能液压机的基本参数基本参数是液压机的基本技术数据，根据液压机的工艺用途及结构类型来确定，而用户的具体要求也是设计液压机基本尺寸的一大依据。为了更有利于专业化生产，降低成本，提高质量和便于维修，应尽量选用系列化，通用化和标准化的尺寸。如图21所示1公称压力液压机名义上能产生的最大力量F。FPS（21）式中F公称压力；P工作液体压力；S工作柱塞总工作面积。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709859设计要求已给出F2500KN。图21液压机基本参数示意图FIGURE21HYDRAULICDIAGRAMBASICPARAMETERS2最大净空距（开口高度）H即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。查锻压手册第3卷表182四柱液压机基本内参数可知，H取1120MM。3）最大行程S活动横梁位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下表面到立柱限程套上表面的距离，即活动横梁能移动的最大距离。查如上手册，取S710MM。4）工作台尺寸（长B宽T）工作台尺寸指工作台面可以利用的有效尺寸，其取决于模具（工具）的平面尺寸及工艺过程的安排。查如上表，取B等于1000MM,A取1000MM。液压机总体及液压系统设计105活动横梁运动速度按液压机的工作过程分为空载下行速度V1、工作行程速度V2、回程速度V3。查锻压手册第3卷表182，取V190MMS,V212MMS，V360MMS。6）顶出器公称压力F1及行程S1顶出器的力量及行程由工艺要求来确定。查锻压手册第3卷表182，取F1等于400KN,S1等于250MM。23液压缸设计液压缸（油缸）是液压传动系统中的执行元件，是一种将液压能转变为机械能的转换装置。它可以做直线往复运动和小于360的摆动。做直线运动的液压缸称为推力液压缸，做摆动的液压缸称为摆动液压缸。液压缸具有结构简单，制造容易，使用维护方便，易于实现远控和自控等优点，因此，液压缸广泛应用于工业生产等部门。该液压机包含了主缸和顶出缸两个液压缸。主缸的作用在于高压液体进入主缸后，作用活塞上，经过活动横梁将力传给工件，使工件产生塑性变形。主缸是液压机的主要部件之一。顶出缸主要用于工件的浮动压边和顶出。231液压缸的结构2311液压缸类型的选择液压缸的类型多种多样，液压机最常用的主缸型式有柱塞式和活塞式两种。如图22所示柱塞式活塞式图22主缸类型简图FIGURE22MASTERCYLINDERTYPE各自的特点及应用范围1）柱塞式液压缸它在水压机中应用最多，广泛应用于工作缸、回程缸、工作台移动缸及平衡缸等处。结构简单，制造容易，但只能单方向移动，反向移动需要回程缸实现。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985112）活塞式液压缸此结构在中小型油压机中应用广泛。可以实现双向作用，既能完成工作行程，又可以实现回程，所以简化了液压机结构。但是活塞在两个方向上都要求密封，因此缸的内表面在全长上均需加工，精度要求较高，粗糙度要求低，部件结构比较复杂。根据设计要求，公称压力为2500KN,即中小型油压机，故选用结构简单，能实现工作行程和回程双向运动的活塞式液压缸。2312液压缸支承型式的选择1）法兰支承液压缸以法兰支撑并安装在横梁内，由缸外壁的两个环行面积与横梁相配合。缸内进入高压液体时，通过法兰与横梁的接触面将反作用力传给横梁，液压缸本身靠法兰上的一圈螺栓固定在横梁上。法兰也可以嵌入上横梁内，采用压环固定。2）缸底支承液压缸直接靠缸底固定在上横梁上。这种连接不用法兰，消除了法兰过渡区的应力集中，并减小了缸体毛坯尺寸。但这种支承形式增加了液压机的高度，缸底与横梁的接触情况不易检查。本液压机主缸和顶出缸均采用法兰支承，通过法兰分别将其固定在上横梁和下横梁上。232主缸设计该液压机主缸采用活塞式结构，为单活塞杆式双作用液压缸，主要由缸体、活塞、导向套等组成。缸筒与缸底焊接成一体。如图23所示，缸体1的上端设有两个进油孔，侧壁安有一个进有孔，分别为液压机空载下行和工作行程和回程时提高油压。缸体与上横梁用法兰固定，用紧锁螺母5锁紧。法兰与缸筒的连接形式通常有整体、焊接、螺纹等连接形式，该液压缸选用整体形式。但液压机空载下行或工作时，高压液体进入缸内，为防止缸筒向下或向上移动，可通过法兰与上横梁的接触面将反作用力传给法兰，迫使缸筒固定在原位置。活塞为组装件，由活塞杆6和活塞头4组成，由螺钉固紧。活塞杆由导向套7导向。缸内两腔间的密封靠活塞内孔与活塞杆配合处的密封圈以及反方向安装在活塞外缘上的密封圈来保证。为防止油液外泄，导向套7的外缘安装有密封圈，内孔由密封圈和挡圈进行密封。活塞杆可通过压环9与动横梁固定。液压机总体及液压系统设计121缸体2、3螺母4活塞头5紧锁螺母6活塞7导向套8压紧环9压环图23主缸示意图FIGURE23SKETCHOFTHEMAINCYLINDER2321主缸主要零部件的结构和材料1）缸筒该液压缸需要固定在上横梁上，所以如前面所述，在缸筒上设计有法兰，通过法兰固定。缸筒的材料常用35号，45号无缝钢。在承受负荷很大的情况下，也可以采用高强度合金无缝钢管作缸筒。该液压缸采用45号钢，并调质到HB241285，以改善其加工性能和强度。2）活塞和活塞杆活塞与活塞杆的结构主要包括活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆端部的连接结构、活塞与活塞杆及缸筒的密封结构等。A活塞与活塞杆的连接结构活塞与活塞杆的连接结构可分为整体式和装配式。装配式又有螺纹连接、半环连接、弹簧挡圈连接和推销连接等类型。液压缸在一般工作条件下，活塞与活塞杆采用螺纹连买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098513接，其结构简单，拆装方便。该液压缸采用的螺钉连接，为了防止工作机械振动较大时螺钉松动，在螺钉上还装有一螺母，如图23标号2所示。B活塞杆的主体结构和端部连接结构活塞杆主体有实心和空心两种。一般情况下多采用实心杆；为了减轻大型液压缸的重量或杆固定而缸筒带动工作机构运动等情况，则采用空心杆。该主缸采用实心杆。活塞杆端部与工作机械的连接结构可根据不同的使用要求来定。主要有焊接式单耳环、整体式单耳环、光滑端部、双耳环、球头、外螺纹连接、内螺纹连接等形式。该主缸采用外螺纹连接形式，并通过压环与活动横梁固接。C活塞和活塞杆的材料活塞的材料通常采用钢，耐磨铸铁，灰铁HT1533，HT2040和铝合金等。实心活塞杆的材料通常为35号，45号钢，活塞杆粗加工后要调质到硬度229285HB,必要时再经高频淬火，硬度达到4555HRC。3）导套及密封圈的选用A导套导套在活塞杆往复运动中起导向作用，如图23所示，标号7即为导向套。该导套为轴套式，材料选用抗压耐磨的ZQSN663青铜铸造。导套的长度可查相关手册，原机械部已拟定了柱塞式液压缸的导套标准JB200376。导套过短将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响缸的工作性能和稳定性。因此在设计时必须保证缸有一定的最小导向长度。一般液压缸的最小导向长度应满足（22）20DLH式中H为最小导向套长度；L为液压缸最大行程；D为缸筒内径。B密封圈密封件的作用是用来防止高压液体的泄露。它是易损件，如质量不好，会严重影响液压机的正常工作。因此要求密封件密封性好，能随液体压力增高而提高其密封性能，摩擦阻力小、磨损小、寿命长、使用维护简单、易拆换、成本低、容易制造。在选择密封件的材料时，要求在一定范围内有较好的化学稳定性，不溶于工作介质，与金属材料液压机总体及液压系统设计14接触时不相互作用（如腐蚀、粘着等），不软化或硬化，弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，耐磨性好，摩擦系数小，易压制成型等。密封圈的材料通常选用聚胺酯橡胶，在各种液压缸中应用较为广泛。密封圈有V型、U型、Y型、O型等型式。液压机的密封可分为相对运动件表面之间的动密封和固定件表面之间的静密封。如图23所示，活塞内孔与活塞杆配合处的密封圈选用O型，活塞头外缘上的密封圈选用YX型，导向套7的外缘安装O型密封圈，其内孔的密封圈选用YX型。2322主缸基本参数1工作负载和工作压力液压机的工作负载是指工作机构在满负荷的情况下，以一定的加速度起动时，对液压缸产生的总阻力。根据设计要求，该液压缸的工作负载为2500KN。液压缸的工作压力是指作用在活塞上克服最大工作负载所需的液体压力。可根据主机类型参照下表来选取表21按主机类型选择液压缸工作压力TABLE21BYTHEHOSTTYPEOFPRESSUREONTHECHOICEOFHYDRAULICCYLINDERS机床主机类型磨床组合机床龙门刨床拉床农业机械小型工程机械工程机械辅助机械液压机中大型挖掘机重型机械起重运输机械工作压力MPA235881010162032根据设计要求，液压缸工作压力可选用25MPA。2）工作速度和速比液压缸的工作速度与供液流量和活塞的有效作用面积相关。可根据选定的液压泵流量、液压缸缸筒内径和活塞杆直径来确定。活塞杆的伸出速度和缩回速度分别为1V2V（23）214DVQ（24）22D买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098515式中Q进液流量；容积效率；VD缸筒内径；D活塞杆直径。液压缸的速比与缸筒内径和活塞杆直径有关。速比一般不宜过大，否则无杆腔回液流速过高而形成很大的背压。但也不宜过小，否则活塞杆直径相对于缸筒内径太细，稳定性差。25221DDV可按下表选取表22不同工作压力时推荐的速比TABLE22DIFFERENTPRESSURERECOMMENDEDBYTHERATIO工作压力MPA101252020速比133146；22该主缸工作压力为25MPA,所以选等于2。3）缸筒内径和活塞杆直径对于双作用单活塞杆式液压缸，液压缸是以推力驱动工作负载，由推力等于工作1F负载R的条件，可得R（21FMPD246）由此可求出缸筒内径为D（2MP147）式中液压缸进油压力；P机械效率；M机械效率可根据密封圈形式来确定，通常橡胶密封时取095；M代数据入上式得液压机总体及液压系统设计16D950124363D0366M由式25可得（28DD1）代入数据得025936021DM缸筒内径按GB234880规定的液压缸筒内径尺寸系列圆整得D40MM；活塞杆直径按GB234880规定的活塞杆直径系列尺寸圆整得D32MM；4）最大工作行程和最小导向长度最大工作行程S指活动横梁位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下表面到立柱限程套上平面的距离。前面已选出，S710MM。主缸的最小导向长度是指活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离。对于一般液压缸，其最小导向长度H应满足下式要求（29）20DL式中L液压缸的最大行程；D缸筒内径。则H0236M；240715）缸筒壁厚和外径缸筒相当于一个两端封闭的圆筒形受压容器，由材料力学知，其应力状态是随着缸筒内径和壁厚的比值D/的改变而变化的。因此在计算缸壁的合成应力和厚度时，必须考虑不同的比值D/和材质，采用不同的计算公式。根据目前工程机械和重型机械的实际情况，用得最多的是中厚壁液压缸，因此先按该种公式计算，再修正。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098517（210）CPD032式中强度系数，当采用无缝钢管时，1；0C计入筒壁公差及腐蚀时的附加厚度，一般可以略去；缸筒材料的许用应力，缸筒材料选用45号钢，故常取110150MPA。对于工程机械和重型机械用的液压缸的缸筒，一般都采用无缝钢管，当忽略C值以后，则缸筒的计算公式如下（211）PD32代入数据得661025103240040M缸筒的壁厚确定后，由下式计算出缸筒外径0402004048M2DE233顶出缸设计顶出缸为活塞式结构，如图24所示，主要由缸体、活塞杆及导向套、行程开关、凸台、顶杆等组成。缸体的下底设有进油孔和出油孔。缸体与下横梁采用法兰4固定，用紧锁螺母7锁紧，防止缸筒随活塞杆上下窜动。活塞与活塞杆为整体式，由导向套5导向。活塞杆与缸体内壁以及活塞杆与导向套之间用O型密封圈密封，导向套与缸体内壁用YX型密封圈密封。导向套用螺母3固定。图上顶出缸的右端设有顶杆和行程开关。顶杆与活塞杆连接在一起，显示活塞杆的伸出长度。行程开关用来控制顶出缸的工作过程。液压机总体及液压系统设计181凸台2防尘圈3螺母4法兰5导向套6、10、12YX型密封圈7、11O型密封圈8锁紧螺母9活塞杆13缸盖14行程开关15顶杆图24顶出缸示意图FIGURE24TOTOPCYLINDERDIAGRAM2331顶出缸主要零部件的结构和材料1缸筒与缸盖缸筒与缸盖连接形式一般有焊接、螺纹连接、半环连接、螺栓连接等，该顶出缸采用螺纹连接，这种连接方式重量较小，外径较小，使用广泛。缸筒与下横梁采用法兰固定，法兰与缸筒外壁用螺纹连接，并用锁紧螺母锁紧。缸筒常用35号，45号无缝钢制成。该缸筒采用45号钢，并调质到HB241285，以改善加工性能和强度。缸盖材料一般选用35号，45号钢锻件或ZG35，ZG45铸钢及HT2547，HT3054等灰铁铸件等。该缸盖选用45号钢锻件。2活塞与活塞杆活塞或活塞杆的连接结构一般有整体式和装配式。顶出缸仅仅在需要工件顶出或压边时才使用，使用时间较少，负载较轻，故设计成整体式，这种结构简单，强度大。顶出缸活塞杆杆径较小，所以其主体结构设计成实心，活塞杆端部与凸台连接，采用光滑端部结构。实心活塞杆的材料常用35号，45号钢，此活塞杆选用45号钢。3密封、导向和防尘装置活塞与缸筒之间的密封性能好坏直接影响着液压缸的工作性能。由于活塞与缸筒内壁之间的存在相对运动，因此该密封属于动密封。该密封常用的装置有密封圈、摩擦环、活塞环等。此处顶出缸活塞杆与缸筒的密封装置选用Y型密封圈，其密封可靠，摩擦阻力小，很适合于往返速度较高的液压缸。具体型号可选用YX型密封圈D180Q/ZB248买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851977。活塞杆的导向结构采用轴套式，用Y型密封圈密封。防尘圈的结构采用Y型密封圈，型号为Q/ZB33677。4行程开关行程开关为标准件，可直接从公司选购。2332顶出缸基本参数1）顶出缸的工作负载和工作压力由设计要求可知，该液压机公称压力为2500KN，查锻压手册表182“四柱液压机基本参数”可得出该顶出缸的顶出力为400KN，即工作负载为400KN。顶出缸的工作压力可由表21查出，取25MPA，速比由表22查得，取2。P2）顶出缸内径和活塞杆直径由式27可知缸筒内径为D0146MP由式28可知活塞杆直径为014600103DD12对以上计算所得的缸筒内径和活塞杆直径，需要按GB234880规定的液压缸内径尺寸系列和活塞杆直径尺寸系列圆整。圆整得16MM；11MMD3最大工作行程和最小导向长度顶出缸的最大工作行程查锻压手册表182“四柱液压机基本参数”可知250MM。L顶出缸的最小导向长度由式29得2050DLH21605M4）缸筒壁厚和外径缸筒壁厚由式211得P32液压机总体及液压系统设计2000166610251032M缸筒的壁厚确定后，由下式计算出缸筒外径DE0192M016224四柱式组合机架设计该液压机采用三梁四柱式结构，结构如图21所示。液压机工作时，高压液体进入工作缸，拖动活塞、活动横梁及上模运动，使工件在上、下模之间产生塑性变形。整个作用力向上通过工作缸的法兰传到上横梁上，向下则通过下模、工作台传到下横梁上，最后作用于上、下横梁及立柱构成的封闭框架中。中心载荷时，若横梁有足够的刚度，则立柱只承受轴向拉力。偏心载荷时，偏心力矩作用于活动横梁及活塞上，将在立柱或上梁上产生侧推力，使机架受力情况恶化。在某些液压机中，由于频繁加载、卸载以及载荷突然释放，会引起机架的剧烈振动。四柱式组合机架主要包括立柱和横梁梁部分。241立柱2411立柱结构及其与横梁连接的型式该液压机公称压力为2500KN，是小型的液压机，所以立柱常选用结构如图25所示，买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098521图25立柱结构示意图FIGURE25THESTRUCTUREOFCOLUMN其为双螺母式，立柱靠四个内外螺母与上、下横梁紧固连接在一起，立柱加工、安装与维护都很方便。但由于液压机经常处于反复加载的情况，因而螺母易松动，应及时紧固，否则机架在加载及卸载时会剧烈晃动，造成立柱折断。2412立柱的受力分析四柱式机架是一个高次超静定的空间框架，因此在进行受力析时，为建立易解的力学模型，可采取简化假设1）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；2）立柱与上、下横梁为刚性连接；3）不考虑安装应力及温度应力。该四柱液压机公称压力为2500KN,为小型的液压机，故偏心载荷可忽略不计，仅承受中心载荷，当上、下横梁的刚度很大时，可忽略上、下横梁变形而施加于立柱的附加弯曲应力，则立柱只承受简单的轴向拉力，其拉应力为液压机总体及液压系统设计22212NAFP式中F液压机的公称压力；A立柱的截面积；N立柱的根数。许用应力，取4555MPA,若液压机只受中心载荷，可取7080MPA。该液压机取许用应力为75MPA,立柱根数为4根，公称压力为2500KN。则带入数据41025107236D式中D立柱直径。计算得D103MM2413立柱螺母立柱螺母一般为圆柱形，有整体式和对开式两种。如图26所示，该液压机选用整体式。材料一般选用45号锻钢或ZG270500。中小型液压机一般选用公制细牙螺纹。螺母高度一般选取151H0D则M30螺母外径取D118则MM545式中螺纹直径。0D买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098523图26整体式螺母示意图FIGURE26OVERALLNUTSKETCH螺母与上下横梁的贴合面应与螺纹线轴线垂直，其垂直度要求在005MM之内，以保证螺母与横梁紧密贴合。2414立柱的预紧与放松1）立柱的预紧为了保证机架的精度和刚度，防止螺母松动，立柱与上、下横梁的联结要有可靠的预紧。对于小型的液压机可使用扳手旋紧螺母，该液压机公称压力仅为2500KN，故采用扳手旋紧螺母已能达到要求。对于一些大型的液压机，可采用“超张预紧”、“加热预紧”、“液压拉紧”等。2）立柱的防松防松锁紧装置是用来防止立柱螺母自动松脱。小型液压机。可采用如图27所示的装置来锁紧螺母。当螺母预紧后，将锁紧板1放入立柱3端部预先铣好的槽中，然后在锁紧板两侧的螺母上焊上挡板2，卡住锁紧板防止螺母与立柱相对转动。1锁紧板2挡块3立柱4螺母图27立柱螺母防松锁紧装置FIGURE27POSTNUTLOCKINGDEVIC2415立柱导套活动横梁的导向关系到机器的运动精度，工作缸密封件与导向面的磨损情况，加工制件的尺寸精度，模具寿命及机身的受力情况等等。因此，应合理选择导向结构与配合要求。在中小型液压机上，常采用如下图28所示的整体式圆柱面导套。液压机总体及液压系统设计24图28整体式圆锥面导套FIGURE28OVERALLCONESURFACEGUIDEDSETS其结构简单，加工方便，但在偏心载荷作用下，导套与立柱成线性接触，使机架受力不好，加剧磨损。但该液压机公称压力小，偏心载荷很小，可忽略不计，故采用圆柱面导套对液压机不会产生明显副作用。对于大型液压机，通常采用双球面和单球面的导套。导套材料一般采用青铜ZQSN663，其材质较软，不致使立柱表面拉伤。导套的高度一般取活动横梁导向部分高度的左右，导套厚度为2030MM左右。对于中小14型液压机，导套直径上的间隙为153MM。242横梁2421横梁的结构设计横梁包括上横梁、下横梁（或称工作台）和活动横梁（或称滑块）。横梁通常都设计成上、下封闭的箱形结构件，在安装各种缸、柱塞及立柱处一般做为圆筒形，并用筋板与横梁面板相连。在承载较大处，筋板较密，以提高横梁刚度，降低局部应力。筋板多布置成网格形或辐射形。中小型液压机横梁有铸造和焊接结构两种。该液压机采用铸造结构，材料选用铸铁HT200。为了防止横梁结构变形，必须进行热处理以消除内应力。铸造结构的横梁，应注买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098525意使各部分厚度没有突然变化，还应注意正确设计与布置铸造工艺所需的出砂孔。因为出砂孔边缘处的应力集中常常使横梁产生疲劳裂纹，所以出砂孔一般布置在梁的中性层上。另外出砂孔应尽量避免设在受力的主传力筋上，位置应远离应力最大的区域，尺寸不要过大，形状以圆形为好，孔边最好设有加强圈。为了减轻重量，缩短立柱长度，一般根据“等强梁概念”，将上横梁设计成梁的中部高度较两端稍高的形式，但高度差不能太大。当立柱中心距较小时，为便于加工，可设计成“等高梁”。在梁的高度过渡区，应尽量增大过渡圆图角半径R减小倾角，以减轻应力集中。根据以上所述，可设计成如图210所示图210上横梁结构示意图FIGURE210THESTRUCTUREOFTHEBEAMS对于活动横梁，其结构应根据压制工艺性质而定。对粉末冶金液压机，只承受压应力，故可设计成上面敞开的箱形构件，中部高度可以较低。对于有可能在偏心载荷条件下工作的活动横梁，一般设计成高度略低于上横梁，而壁厚相近的封闭式箱形体。该液压机选用此种结构，如图211所示液压机总体及液压系统设计26图211活动横梁结构示意图FIGURE211BEAMSTRUCTUREOFACTIVITIES下横梁又叫工作台,工件加工时安放在下横梁上，用T型槽固定。顶出缸利用缸肩与背紧螺母从而固定在下横梁内部。下横梁的固定是利用地脚螺栓固定的。其结构如图212所示图212下横梁结构示意图FIGURE212THESTRUCTUREOFTHEBEAMS买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985273液压机的液压系统设计31明确液压系统的技术要求液压机主要是靠液体压力来完成工作的，大多数属于高压、大流量的范畴。液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠，效率高，经济性好，使用维护方便等条件。液压机对液压系统的基本要求可归纳如下1）在操作特点上，要求能实现对模时的微动调整操作、手动操作和半自动操作。2）在行程速度上，要求能实现空程快速运动和回程快速运动，以节省辅助时间。3）在工作液体压力上，一般为2030MPA，对公称压力较小而结构空间较大的，取较低的工作压力值；对工件单位变形压力大，压机公称压力大而台面尺寸又不太大的，取较高的工作液体压力值。4）在工艺特点上，对于小型液压机一般不进行压力分级，对于中型以上液压机，一般要求具有分级的公称压力，以满足不同工艺的需要。5）在工作行程结束，回程将要开始之前，一般要求对主缸预卸压，以减少回程时的冲击振动等。对于工作过程的要求，应根据所进行的不同工艺，区别对待并采用相应的措施来满足。根据论文设计要求，该液压机为通用液压机，可用于多种产品的加工，满足不同工艺要求则设计液压系统时，应使液压机具有如下特点1）在主机结构上，一般结构空间较大，设有活塞式主工作缸，供压制和回程用，并设有顶出缸，供顶出工件、反向拉延、液压压边和起液压垫作用。2）在传动系统上，一般设有充液系统，可实现空程快速运动，从而减少辅助时间。设有保压延时系统，以满足特定工艺要求。3）在操作上，要求手动和半自动两种操作方式，并能根据需要改变动作顺序。32液压系统的功能设计321执行器的配置液压系统的的常用执行器有液压缸、液压马达和摆动液压马达。根据前面的总体设计可知，该液压机选用的单杆活塞式液压缸，为一般连接，活塞双向运动产生推力和拉液压机总体及液压系统设计28力，推力和拉力不相等。322动力分析和运动分析3221动力分析该液压缸做直线往复运动，克服的外负载力主要有工作负载F，摩擦负载FF，惯性负载FM。1）工作负载F。工作负载是外负载的主要部分，不同的机械，负载形式也不同。该液压机的工作负载是垂直压制工件时，工件所给的反作用力。根据设计要求，F2500KN。2）摩擦负载。该液压机摩擦负载包括两部分，一是活动横梁运动时与立柱之间的摩擦阻力，二是液压缸密封装置摩擦阻力。FFFF“的大小与活动横梁和立柱的材料以及工作状态有关。F（31FNIIFN1）式中作用于立柱上的径向力；IN立柱的摩擦系数，起动时按静摩擦系数计算，其余按动摩擦系数计算。IF液压机工作时，活动横梁沿着立柱垂直向下行或上行，活动横梁导套与立柱不接触，故作用于立柱上的径向力等于零，所以为零。INFF液压缸密封装置的摩擦阻力的大小取决于密封装置的结构形式、材料和油液的压F“力等因素，一般都计入液压缸的机械效率中，此处不做计算。结合以上所述，该液压机摩擦负载可忽略不计。3）惯性负载。惯性负载是运动部件在起动或制动过程中的惯性力。其平均值可MF按下式计算。（32）TVGGM式中G重力加速度；G运动部件的重量；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098529起动或制动时间；T时间内的速度变化量。V该液压机为小型液压机，工作负载为2500KN，惯性负载相对于工作负载，很小，可忽略不计，故此处不做计算。3222运动分析液压机工作时主要有空载下行、工进、回程三个过程，具体运动情况可用工作循环图和速度图来表示，如图31所示图31液压机的工作循环和速度位移曲线FIGURE31HYDRAULICCYCLEOFWORKANDSPEEDDISPLACEMENTCURVE33液压系统主要参数的确定331液压缸有效工作面积AA值的大小直接影响着液压缸的推力和速度。根据前面总体设计中液压缸的设计可知缸筒内径D04M。则油缸有效工作面积为液压机总体及液压系统设计3022213044MDA332液压缸的最大流量QMAX0130090012M3/SMAXV式中A液压缸的有效面积，M2；液压缸的最大速度，由23节所知，液压缸的最大工作速度为空载下行时，AXV速度是009M/S。34拟定液压系统原理图341执行元件类型的选择根据设计要求，液压机要实现“空程快速下降慢速下降加压保压卸压及回程停止”的工作循环，故采用液压传动方式来实现，采用液压缸作为执行机构。液压机的主传动系统由于所用的工作液体压力较高，流量较大，故一般多采用柱塞式液压泵。由于直轴式轴向柱塞泵额定工作压力及容积效率均比较高，流量容易调节，变量方式也较多，在我国应用较早，积累了丰富的生产和使用经验，故液压泵选用直轴式轴向柱塞泵。342方向控制回路方向控制回路主要是控制液压系统油路中液流的通、断或流向。实现方向控制的基本方法有阀控、泵控和执行器控制。该液压机采用方向控制阀来改变液流方向或实施通、断流。该液压机主要包含换向回路和锁紧回路。342换向回路液压机在工作过程中，主要实现“空载下行工进回程”这三个过程，回程时需要换向。该液压机为通用性小型液压机，加工次数较多，换向较为频繁，换向精度和平稳性要求较高，故采用电液换向阀。3422锁紧回路锁紧回路又称为位置保持回路，其功用是使液压缸在不工作时切断其进、出油液通道，确切的保持在要求的位置上，而不会因外力作用而移动。特别是在液压缸垂直安放时，为了防止液压缸停止运动后，在自重作用下突然下滑造成事故，常常在液压系统中设置锁紧回路。该液压机采用液控单向阀、控制泵组、电液换向阀组成的回路来实现锁买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098531紧。图31即为一常用的液控单向阀锁紧回路图32液控单向阀锁紧回路FIGURE32ONAONEWAYVALVELOCKLOOPCONTROL图32是利用液压控制单向阀实现双向锁紧的回路，它能在液压缸不工作时使活塞迅速、平稳、准确、可靠且长时间地停止在所需要的位置上。当换向阀处于1位时，压力油经液控单向阀3进入液压缸左腔，同时压力油也进入液控单向阀4的控制油口K，打开阀4，使液压缸右腔的回路油经阀4及换向阀回油箱，活塞向右运动。当换向阀处于中位时，液压泵排出的压力油利用电磁换向阀的中位机能（H）实现卸荷。由于控制压力油的压力卸除，阀3及阀4即关闭，将活塞锁紧。343速度控制回路速度控制回路包括调节液压缸运动速度的调速回路以及使工作进给速度改变的速度换接回路。主要控制方式有阀控、泵控、执行器控制等形式。343调速回路调速回路是通过事先的调整或工作过程中自动调节来改变执行器的运动速度。通过改变输入液压执行器的流量、改变液压缸的有效工作面积A、改变液压马达的排量V三Q液压机总体及液压系统设计32种方法之一均可以达到调速的目的。调速回路有无级调速和有级调速两种。该液压机为通用性，要求速度能根据工况随时调节，故采用无级调速。常用的无极调速回路有节流调速回路、容积调速回路以及容积节流调速回路。其各自特点可看下表31和图33表31常用调速回路对比TABLE31SPEEDCIRCUITCOMMONLYUSEDCONTRAST回路方式节流调速容积调速容积节流调速工作原理通过改变回路中的流量控制阀的通流截面积的大小来控制流入执行器或流出执行器的流量，以调节速度。通过改变回路中液压泵或马达的输出或输入流量来实现调速。采用压力补偿变量泵供油，用流量控制阀调节进入或流出液压缸的流量来控制其运动速度。特点结构简单，成本低廉，工作可靠，调速范围大，使用维护方便；能量损失大，发热大，效率低，负载特性差；主要用于小功率和负载变化小的场合。避免了溢流能量损失，效率高，不易发热，；造价高，结构复杂