三梁四柱式液压机的总体设计及液压系统【标称压力2500KN】

1、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

2、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 technol

3、ogical 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 mach

4、ine-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

5、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

6、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 technologic

7、al 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 co

8、nnection 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摘要 1Abstract2前言 51 液压机概述61.1 液压机工作原理 6

9、1.2 液压机的特点及分类 71.2.1 液压机的特点 71.2.2 液压机的分类 81.3 液压机典型结构 91.4 液压机技术的发展现状 101.5 液压机技术发展趋势 122 液压机本体设计 132.1 液压机的基本参数及其选用 132.2 四柱式组合机架的设计计算 142.2.1 立柱的受力分析 142.2.2 力柱尺寸的取值 162.2.3 立柱的强度较核 162.2.4 横梁强度和刚度计算 172.2.5 整体框架式机身强度、刚度计算 222.3 液压机的液压系统 242.3.1 液压系统机构形式及特点 242.3.2 一般通用液压机的液压系统 252.3.3 液压系统工作过程 2

10、63 液压机主缸设计 303.1 液压缸的主要性能参数的计算 313.1.1 液压缸的压力值 313.1.2 活塞的运动速度 313.1.3 液压缸的速比323.1.4 活塞的理论推力和拉力323.2 液压缸缸筒设计333.2.1 液压缸缸筒机构及材料的选择333.2.2 液压缸缸筒的计算343.2.3 液压缸缸筒部分较核373.2.4 缸筒螺纹连接部分计算373.3 液压缸活塞的设计393.4 活塞杆的设计计算403.4.1 活塞杆直径的计算403.4.2 活塞杆的强度计算403.5 活塞杆的导向套和密封423.5.1 导向套结构及相关计算423.6 缓冲装置 433.7 排气阀的设计 44

11、3.8 与液压缸相关的连接结构设计 453.8.1 液压缸与上横梁连接结构设计 453.8.2 活塞杆与活动横梁连接结构设计 464 结论 47致谢 48参考文献 49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

12、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

13、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A1的小柱塞，另一端装有面积为A2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

14、会外泄。当在小柱塞上施加一个外力F1 时，则作用在液体上的单位压力为p F1 。按照1 A1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F2 pA2。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F1 ，在大柱塞上获得一个很大里力F2。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，

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、、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

24、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

25、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

26、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

27、。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STENHQ公司采用JSTEMEN的可编程控S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

28、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MULTIPRES；丹麦的 SSTENHQ和加拿大的JBROWBNO GG等公司，而国内少有S该类产品。2 .5 液压机技术发展趋势目前，随着科技发展的日新

29、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

30、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：HlB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

31、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

32、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900 900mm。5）立柱中心距L B（mm mm）。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L B=1120 700（mm mm）。6）活动横梁的运动速度（mm/s） 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v1=0.05m/s，回程速度v2=0.1m/s。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.

33、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：p（2- 1）nA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60MPa 70MPa 。2）偏心载荷。液压机工作时，

34、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

35、矩Fe/2作用，给液压缸内壁以侧推力为F1：(2-2)Fe2Z Yh式中 Zh液压缸的缸筒受力点或活塞中点至上横梁下表面的距离；Yh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b 为立柱中心线间的距离。框架高度h 则与立柱和横梁的刚度比有关。K1、 K2分别为立柱与上、下横梁的刚度比，则：式中 K 、 cKu、Kb分别为立柱、上横梁和下横梁的弹性模量；I acI au 、 I ab 分别为立柱、上横梁和下横梁的截面惯性矩。如果 K1、K 2 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KcI ac

36、K1Ku I au(2-3)K KcI a c KbI ab(2-4)下横梁中性层间的距离。在计算中假设K1、K2为零，即假设上、下横梁刚度为无穷大，h 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F1 可平移至上横梁下表面，而在上衡量上附加一力矩M 1 = F1 Zh，如图所示，该力矩M1 只在左右立柱内引起轴向应力 F2：(2-5)F1 Z h F e ZF22 b 2Z Yb知，这是个三次静布定框架问题，可用变形法或力法求

37、解。则可得出框架中的最大轴向力 与弯曲力矩分别为：FFmax4maxY2 Y Fe8Z Y2.2.2 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， h 1930mm， d 150mm2.2.3 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h 为：Fm ax MmaxAW(2- 6)式中Fmax立柱所受最大轴向拉力；M m a x立柱所受最大弯矩；A 立柱的截面面积；W 立柱截面系数。带入数值计算得h 97.5MPa 150MPa所以立

38、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：T k h 0(2-7)式中k 为有效力集中系数：k 1 q kt 1式中q 应力集中的敏感系数，对于45 钢 q 值在 0.700.95之间；kt 弹性状态下理论应力集中系数，取值在1.352.465之间。0 为许用脉动循环的疲劳极限：00n0式中0 脉动循环时的疲劳

39、极限，对大截面45钢，取为270 MPa ；尺寸系数册中查得；表面质量系数，精车表面 取值为0.9；n0 安全系数。代入数据计算得T 199MPa 0 270MPa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( 0.4 0.8 )倍，这里取横梁高度h=690mm, 取上横梁铸造箱体壁厚为a = 40mm，肋板厚度为 b 40mm ：图 2-3 上横梁机构图Fig. 2-3 Upwa

40、rd beam conventional diagram上横梁受力分析如图2-4 所示：F/2F/2F/2F/2D/2D/2b/2b/22-4 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)FbDM max22代入数值得2500 1120 580M maxmax 223470 103 Nm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：Mmahx 1(2- 9)max式中 M max 最大弯矩；1I 计算截面惯性矩， I 1 i h2；12 ih1 计算截面的形

41、心至最外点距离；许用应力， 本次设计横梁材料选择为ZG270 500铸钢60 70 106Pa。代入数值计算得43.6 106MPa65 106 MPamax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 h 的矩形截面，其剪切应力在形心轴处最大：1. 5F(2- 10)h式中 F 计算截面所受的剪力；横梁立板的厚度之和；h 横梁立板的高度；剪切许用应力， ZG270 500铸钢50 106 Pa 。代入数值计算得28.3 106 MPa50 106MPa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(

42、0.4 0.7 )倍，在此取下横梁高度为h 590mm，下横梁壁厚取为a 40 mm，肋板厚度取为b 50 mm：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：F/22-6 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。M maxFb qb1248(2-11)则中心截面处强度：代入数值计算得：式中b1maxM max h1(2-12)max 50.7 106 MPa65 106 MPa形心处的剪切应力为：代入数值计算得：1.

43、5F h(2-13)37.4 106 MPa50 106MPa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0.3 0.5）倍，在此取活活动横梁结构如图2-7 所示，活动横梁高度一般为箱体跨度的（a 40mm，肋板厚度为动横梁箱体高度为h 450mm，活动横梁铸造箱体壁厚取为b 40mm：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：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：Mmax Fb Fq b

44、a42(2- 14)则中心截面处强度：max MmIahx 1(2- 15)代入数值计算得55 106 MPa 65 106 MPa max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F 作2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

45、图Fig. 2-9 Frame tress schematic drawing 框架弯矩图为：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：式中 K 、1K2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；则框架强度为：代入数值计算得：A、2-10 框架弯矩图Fig. 2-9 Frame flexural moment schematic drawingMAMB2aK K aK K 3K K KFb 2 311 322 31 32ABFb 2aK K aK K 3K K K2 311 322 31 32AB1M1 MA Fb 14M 2

46、 M B 1 Fb 28K1 12/3， K2 1 2；MhA 99 106Pa 130 106Pa2-16)2-17 )2-18)2-19)2-20)B 103.3 106Pa 130106Pa1 29.1 106 Pa65 106 Pa2 30.1 106 Pa65 106 Pa2.3 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3 排入充液罐4。泵直接传动具有如下特点5：1 ）

47、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。v 为：2-21 )图 2-11 液压系统原理图Fig. 2-11 Hydraulic system schematic diagramvqvA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

48、属板料的冲压工艺和金属于非金属粉末, 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。

49、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1YA 2YA 3YA 4YA 5YA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

50、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-

51、> 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

52、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

53、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