三梁四柱式液壓機的總體設計及液壓系統(tǒng)【標稱壓力2500KN】【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含3張CAD圖紙+帶開題報告+外文翻譯】

三梁四柱式液壓機的總體設計及液壓系統(tǒng)【標稱壓力2500KN】

摘要

液壓機是制品成型生產中應用最廣的設備之一，也是理想的成型工藝設備，特別是當液壓機系統(tǒng)實現具有對壓力、行程、速度單獨調整功能后，不僅能實現對復雜工件以及不對稱工件的加工，而且，廢品率非常低，與機械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來，隨著微電子技術、液壓技術等的發(fā)展，液壓機有了更進一步的發(fā)展，其高技術含量增多，眾多機型已采用CNC或PC機來控制，提高了產品加工質量和生產率。

首先，本論文從總體上對液壓機本體結構，及主要結構部件進行設計及必要的校核。其次，對整個液壓控制系統(tǒng)進行初步設計，對液壓機主缸主要參數進行計算，并對所得結果進行分析、驗算。從而力爭使液壓機主缸能夠滿足生產工藝要求，并從整體上提高液壓機的工藝水準，使液壓機設計水平更上一個新的臺階。本次設計主要針對不同工藝要求下，根據液壓機總體結構，主缸的推力大小及工作條件的要求來對液壓缸的部件類別進行選擇，同時涉及到液壓缸的支撐型式及活塞與活動橫梁的連接型式和導套及密封件等進行選擇，力求達到提高液壓機整體使用強度及壽命，同時使工藝精度符合生產要求的目的。

關鍵詞：液壓機；液壓控制系統(tǒng)；主缸

Abstract

The hydraulic brake is one of the applied broadest equipment in the productions, and also the ideal forming technological 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 machine-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 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 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 technological 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 connection 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

目錄

摘要 1

Abstract 2

前言 5

1 液壓機概述 6

1.1液壓機工作原理 6

1.2 液壓機的特點及分類 7

1.2.1液壓機的特點 7

1.2.2 液壓機的分類 8

1.3 液壓機典型結構 9

1.4液壓機技術的發(fā)展現狀 10

1.5液壓機技術發(fā)展趨勢 12

2 液壓機本體設計 13

2.1液壓機的基本參數及其選用 13

2.2四柱式組合機架的設計計算 14

2.2.1立柱的受力分析 14

2.2.2力柱尺寸的取值 16

2.2.3立柱的強度較核 16

2.2.4橫梁強度和剛度計算 17

2.2.5整體框架式機身強度、剛度計算 22

2.3 液壓機的液壓系統(tǒng) 24

2.3.1 液壓系統(tǒng)機構形式及特點 24

2.3.2一般通用液壓機的液壓系統(tǒng) 25

2.3.2  液壓系統(tǒng)工作過程 26

3 液壓機主缸設計 30

3.1液壓缸的主要性能參數的計算 31

3.1.1液壓缸的壓力值 31

3.1.2活塞的運動速度 31

3.1.3液壓缸的速比 32

3.1.4活塞的理論推力和拉力 32

3.2液壓缸缸筒設計 33

3.2.1液壓缸缸筒機構及材料的選擇 33

3.2.2 液壓缸缸筒的計算 34

3.2.3液壓缸缸筒部分較核 37

3.2.4 缸筒螺紋連接部分計算 37

3.3液壓缸活塞的設計 39

3.4活塞桿的設計計算 40

3.4.1活塞桿直徑的計算 40

3.4.2 活塞桿的強度計算 40

3.5活塞桿的導向套和密封 42

3.5.1 導向套結構及相關計算 42

3.6 緩沖裝置 43

3.7 排氣閥的設計 44

3.8 與液壓缸相關的連接結構設計 45

3.8.1 液壓缸與上橫梁連接結構設計 45

3.8.2 活塞桿與活動橫梁連接結構設計 46

4 結論 47

致謝 48

參考文獻 49

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A0-整體結構圖.dwg

A0-整體結構圖.exb

A2-液壓系統(tǒng)圖.dwg

A2-液壓系統(tǒng)圖.exb

三梁四柱式液壓機的總體設計及液壓系統(tǒng)【標稱壓力2500KN】開題報告.doc

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液壓缸A1.dwg

液壓缸A1.exb

遼寧工程技術大學 本科畢業(yè)設計（論文）開 題 報 告 題 目 液壓機及主缸 設計 指 導 教 師 鄭連宏 院（系、部） 機械工程學院 專 業(yè) 班 級 機械工程及自動化 04 學 號 0407100211 姓 名 李聳 日 期 2008 年 3 月 一、選題的目的、意義和研究現狀 二、研究方案及預期結果 當前我國經濟社會發(fā)展的重大制約問題就是：我國的資源、能源日益緊張，對我國的可持續(xù)發(fā)展構成了威脅， 而另一方面我國經濟發(fā)展中的資源浪費過于嚴重，資源利用率和經濟效率極低。構建節(jié)約型發(fā)展模式是我們的必然選擇，也是構建社會主義和諧社會、樹立和落實科學發(fā)展觀的具體表現。 當前我國經濟社會發(fā)展的重大制約問題就是：我國的資源、能源日益緊張，對我國的可持續(xù)發(fā)展構成了威脅，而另一方面我國經濟發(fā)展中的資源浪費過于嚴重，資源利用率和經濟效率極低。構建節(jié)約型發(fā)展模式是我們的必然選擇，也是構建社會主義和諧社會、樹立和落實科學發(fā)展觀的具體表現。 我國正處在重化工業(yè)時期，能源的需要和消耗量必將出現持續(xù)增長的勢頭。在持續(xù)增長的能源消耗 中，煤炭消耗的增長占的比重很大。煤炭幾乎滿足可國家一次性消耗的 2/3，煤炭的生產數量所占的份額比較高，大約占能源生產總量的 3/4。由于一些能源消耗格局，使得我國經濟建設，經濟發(fā)展和煤炭工業(yè)的發(fā)展關系十分密切。所以節(jié)煤形勢刻不容緩，其中從生產環(huán)節(jié)就要盡量建設浪費，減少資源無辜流失。在煤炭加工過程中因選煤排除煤泥近 200 萬立方米。以受壓液體作為工作介質進行能量傳，轉換與控制的傳動形式稱為液壓傳動。 根據液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是 17 世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農業(yè)生產中 廣為應用的一門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。 液壓傳動控制是工業(yè)中經常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因為液壓傳動控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。 本人設計的 液壓機 就可以 通過合理的控制系統(tǒng)使其實現 節(jié)約能源的目的 。 本設計的主要內容包括： 首先，對液壓 機 基本概念 ,特點 ,發(fā)展歷程及其應用做簡單的介紹。 其次，對 液壓機及主缸 的全面設計。也是我此次設計的主要內容。在對系統(tǒng)的工作環(huán)境和工況條件的仔細分析后，對各種閥的選擇，和附件設計， 并對系統(tǒng)的使用和維護進一步論述。 主缸圖 ， 繪制液壓系統(tǒng)整體圖， 和 液壓機 安裝簡圖 ，各個分圖 。 研究方案： 本人設計的 液壓機及主缸設計 ，從以往的設計來看可以通過馬達和液壓缸來實現，從經濟和設計方便方面來考慮，初步選用液壓缸作為執(zhí)行元件 。 預期效果： 在液壓裝置中各部件，元件的布置均勻，便于裝卸，調整，維修和使用，并且 外觀 整齊和美觀。對液壓系統(tǒng)的污染、泄露、震動噪聲進行了有效的控制。盡量選擇了密封性能好的液壓元件，盡量減少管件等的連接部位數量。 正常工作時，油箱中油液溫度 不會超過60℃。油 溫過高有冷卻裝置，溫度過低時，應進行預熱，運轉前進行間歇運轉，會使油溫逐步升高后，再進入正式工作運轉狀態(tài)。油箱的容量，能夠保證系統(tǒng)有足夠的油量。有排氣裝置的系統(tǒng)進行排氣 箱上面的通氣孔處應設置空氣過濾器，防止污物和水分的侵入。加油時能夠過濾，使油液清潔。系統(tǒng)中根據需要配置粗、精過濾器，保證油液清潔。對壓力控制元件的調整，采用調整系統(tǒng)壓力控制閥 從壓力為零時開調，逐步提高壓力，使之達到規(guī)定壓力值 量控制閥能從小流量調到大流量 三、研究進度 五周～六周： 確定 系統(tǒng) 方案，決定 系統(tǒng) 形式。 七周～九周： 繪制 系統(tǒng) 草圖，進行必要的計算。 十周～十二周： 進行 系統(tǒng) 總體設計，繪制 系統(tǒng)整體原理圖 。 十三周～十四周： 繪制 系統(tǒng)分支回路圖和裝配簡圖， 核對圖樣的正確性。 十五周～十六周：編寫說明書與文件輸出 。 四、主要參考文獻 參考文獻 [1]李永堂，付建華，白墅潔， 張文杰 M]北京：國防工業(yè)出版社， 2005. [2]陳榕林，張磊 M]北京：電子工業(yè)出版社， 2002. [3]成大先 M]北京：化學工業(yè)出版社， 1996. [4]俞新陸 M]械工業(yè)出版社， 1990. [5]秦勇 J]2002（ 11）， 10~12. [6]et A of z]993:1053~1059. [7] 102— 93 量和單位 . [8]孫恒，陳作模 M]北京：高等教育出版社， 2001. [9]姜佩東 M]等教育出版社， 2000. [10] M, 002[z]002. [11]羅晴嵐 J]2001（ 5）： 1~4. [12]黃宏甲，黃宜 M]械工業(yè)出版社， 1999. [13]隗金文，王慧 M]北大學出版社， 2001. [14]路勇祥 拓創(chuàng)新，建設制造業(yè)強國 [z]2002（ 12）： 15~18. 五 、指導教師意見 指導教師簽字： 遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 1 摘要 液壓機是制品成型生產中應用最廣的設備之一，也是理想的成型工藝設備，特別是當液壓機系統(tǒng)實現具有對壓力、行程、速度單獨調整功能后，不僅能實現對復雜工件以及不對稱工件的加工，而且，廢品率非常低，與機械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來，隨著微電子技術、液壓技術等的發(fā)展，液壓機有了更進一步的發(fā)展，其高技術含量增多，眾多機型已采用 高了產品加工質量和生產率。 首先，本論文從總體上對液壓機本體結構，及主要結構部件進行設計及必要的校核。其次，對整個液壓控制系統(tǒng)進行初步設計，對液壓機主缸主要 參數進行計算，并對所得結果進行分析、驗算。從而力爭使液壓機主缸能夠滿足生產工藝要求，并從整體上提高液壓機的工藝水準，使液壓機設計水平更上一個新的臺階。本次設計主要針對不同工藝要求下，根據液壓機總體結構，主缸的推力大小及工作條件的要求來對液壓缸的部件類別進行選擇，同時涉及到液壓缸的支撐型式及活塞與活動橫梁的連接型式和導套及密封件等進行選擇，力求達到提高液壓機整體使用強度及壽命，同時使工藝精度符合生產要求的目的。 關鍵詞：液壓機；液壓控制系統(tǒng)；主缸 李聳 : 液壓機及主缸設計 2 he is of in of to of of is In of is by NC C At as a on it on to to of it of to of on a is in of to of of of to of At it of s to to 寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 3 目錄 摘要 ........................................................................................................................... 1 .................................................................................................................... 2 前言 ........................................................................................................................... 5 1 液壓機概述 ........................................................................................................... 6 壓機工作原理 ................................................................................................. 6 壓機的特點及分類 ........................................................................................ 7 ................................................................................................ 7 壓機的分類 ............................................................................................... 8 壓機典型結構 ................................................................................................ 9 壓機技術的發(fā)展現狀 ................................................................................... 10 壓機技術發(fā)展趨勢 ....................................................................................... 12 2 液壓機本體設計 ................................................................................................. 13 壓機的基本參數及其選用 ........................................................................... 13 柱式組合機架的設計計算 ........................................................................... 14 .......................................................................................... 14 .......................................................................................... 16 .......................................................................................... 16 .................................................................................. 17 度計算 .............................................................. 22 壓機的液壓系統(tǒng) .......................................................................................... 24 壓系統(tǒng)機構形式及特點 ......................................................................... 24 ...................................................................... 25 液 壓系統(tǒng)工作過程 ................................................................................... 26 3 液壓機主缸設計 ................................................................................................. 30 壓缸的主要性能參數的計算 ....................................................................... 31 .......................................................................................... 31 .......................................................................................... 31 李聳 : 液壓機及主缸設計 4 .............................................................................................. 32 .............................................................................. 32 壓缸缸筒設計 ............................................................................................... 33 .................................................................. 33 壓缸缸筒的計算 ..................................................................................... 34 .................................................................................. 37 筒螺紋連接部分計算 ............................................................................. 37 壓缸活塞的設計 ........................................................................................... 39 塞桿的設計計算 ........................................................................................... 40 ...................................................................................... 40 塞桿的強度計算 ..................................................................................... 40 塞桿的導向套和密封 ................................................................................... 42 向套結構及相關計算 ............................................................................. 42 沖裝置 .......................................................................................................... 43 氣閥的設計 .................................................................................................. 44 液壓缸相關的連接結構設計 ..................................................................... 45 壓缸與上橫梁連接結構設計 ................................................................. 45 塞桿與活動橫梁連接結構設計 ............................................................. 46 4 結論 ..................................................................................................................... 47 致謝 ......................................................................................................................... 48 參考文獻 ................................................................................................................. 49 遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 5 前言 液壓機是制品成型生產中應用最廣的設備之一，也是理想的成型工藝設備，特別是當液壓機系統(tǒng)實現具有對壓力、行程、速度單獨調整功能后，不僅能實現對復雜工件以及不對稱工件的加工，而且，廢品率非常低，與機械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來，隨著微電子技術、液壓技術等的發(fā)展，液壓機有了更 進一步的發(fā)展，其高技術含量增多，眾多機型已采用 高了產品加工質量和生產率。 液壓機主缸是液壓機的主要工作部件，液壓機主缸的性能直接影響著液壓機整體工藝水平。通過細致的分析及理論研究解決易損部分設計結構中存在的問題，可以使液壓缸整體上達到工藝強度要求，提高液壓缸應用的工藝水準及使用壽命。所以對液壓機主缸進行細致嚴謹的設計計算對對液壓機的設計生產有著至關重要的作用。 本論文從總體上對液壓機本體結構，及主要結構部件進行設計及必要的校核，對液壓機主缸主要參數進行計算，并對所得結果進行分析、驗算 。從而力爭使液壓機主缸能夠滿足生產工藝要求，并從整體上提高液壓機的工藝水準，使液壓機設計水平更上一個新的臺階。 李聳 : 液壓機及主缸設計 6 1 液壓機概述 本章著重對液壓機整體情況做出介紹，內容涉及液壓機的原理，液壓機的特點、分類，以及液壓機的典型結構介紹，目前國內、外液壓機的發(fā)展現狀以及未來液壓機的大體發(fā)展趨勢等。 壓機工作原理 液壓機是根據靜態(tài)下液體壓力等值傳遞的帕斯卡原理制成的，它是一種利用液體壓力工作的機器。液體壓力傳遞原理為：在充滿液體的密閉容器中，施于任一點的單位外力，能傳播至液體全部， 其數值不變，其方向垂直于容器的表面。 根據這一原理，制成了液壓機和其他液壓機械，如圖 1示 ： p F 2A 2 A 1小 柱 塞大 柱 塞工 件圖 1壓機原理圖 1一個充滿液體的連通器內，一端裝有面積為1一端裝有面積為2塞和連通器之間設有密封裝置，使得連通器內部形成一個完全密封的空間 ，液體不會外泄。當在小柱塞上施加一個外力1作用在液體上的單位壓力為11? 。按照液體靜壓力傳遞原理，這個單位壓力 且其遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 7 作用方向垂直于其作用面。這樣在連通器的另一端的大柱塞上作用著垂直于其底面的單位壓力 p，使其產生向上的推力22F 由此可見，只要增大柱塞的面積，就可以由小柱塞上一個較小的力1F，在大柱塞上獲得一個很大里力2F。這里的小柱塞相當于液壓泵中的柱塞，而大柱塞就相當于液壓機中的工作缸的柱塞。 壓機的特點及分類 壓機的特點 液壓機是制品成型生產中應用最廣的設備之一。目前，液壓機的最大標稱壓力已達750于金屬的模鍛成型。隨著金屬壓制和拉伸制品的需求逐年增高，對產品品種的要求也日益增多；另一方面，產品的生產批量也逐漸縮小。為與中小批量生產相適應，需要能快速調整的加工設備，這使液壓機成為理想的 成型工藝設備，特別是當液壓機系統(tǒng)實現具有對壓力、行程、速度單獨調整功能后，不僅能實現對復雜工件以及不對稱工件的加工，而且，廢品率非常低，與機械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來，隨著微電子技術、液壓技術等的發(fā)展，液壓機有了更進一步的發(fā)展，其高技術含量增多，眾多機型已采用 高了產品加工質量和生產率 [1]。 液壓機有以下幾個優(yōu)點： 1）液壓機最大的特點是容易獲得最大的壓力。在鍛造過程中鍛錘是靠沖擊力打擊鍛件，因而會產生較強的振動。為了提高打擊效率和減輕振動，需要有很大的砧座和良好的地基， 因而鍛錘不可能造得很大。曲柄壓力機是靠曲柄連桿機構傳遞能量，由于受到曲柄連桿機構強度的限制，一般只制造到 100壓機利用靜壓力工作，不需要大的砧座和監(jiān)視的地基。由于采用了液壓傳動，其動力設備可以與主機分開，可以適當加大柱塞的直徑或采用多缸聯合工作的方式來獲得更大的工作壓力。目前大型液壓機均已造到100 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壓力；在工作行程的任意位置都可以回程。機械傳動的曲柄壓力機的滑塊行程是不變的，并且只能在滑塊下止點前較小的行程內產生標稱壓力。而且 必須在下止點后才能回程，如果過載將會發(fā)生悶車現象，導致損壞。液壓機則與其相反，所以液壓機對要求工作行程較長而且變形均勻的工藝（如拉伸、積壓等）十分適應。 3）更大的工作空間。液壓機本體沒有龐大的機械傳動機構，其液壓缸可根據操作的李聳 : 液壓機及主缸設計 8 要求來布置，因而可以容易地獲得較大的工作空間。 4）作壓力可以調整，可以實現保壓，并可防止過載。例如，有三個缸的液壓機可以很容易地獲得三級不同的工作壓力。將高壓液體通入中間工作缸得到第一級壓力；通入兩側工作缸得到第二級壓力； 3 個工作缸同時通入高壓液體就得到第三級壓力。液壓機可以作長時 間的保壓。液壓系統(tǒng)有調壓裝置，可以根據要求來調整液體的壓力。他的安全裝置，能可靠地防止過載。 5）調速方便。通過調整通入工作缸液體的流量，可以實現各種行程速度。例如，實現空程下降和回程時高速，工作行程時慢速，而且這種調速是無級的。 6）液壓機結構簡單，操作方便。液壓機的本體結構很簡單，而且容易制造。特別是中、小型的液壓機，由于液壓元件的標準化、系列化和通用化程度的提高，使其設計與制造更為簡便，成本降低。液壓機還易于實現自動控制和遙控。 7）液壓機工作平穩(wěn)。碰撞、振動和噪聲都較小，有利于改善工人的勞動強度和工 作條件。 8）液壓機的動力傳動為柔性傳動，較機械加工復雜的傳動系統(tǒng)簡單，可避免機械過載的情況。 9）液壓機基本的動作方式有三種：單動、雙動、三動。但其拉伸過程中只有單一的直線驅動力，是加工系統(tǒng)有較長的使用壽命和較高的工件成品率。 除了以上優(yōu)點外液壓機還有一些缺點，比如： 1）液壓機采用液壓油為工作介質，因而對液壓元件的精度要求和密封條件要求較高。另外，不可避免的泄露會帶來環(huán)境的污染。 2）液壓機的工作速度較其他設備低。由于液體流動時會產生較大的阻力損失，當液壓機高速運動時，這種損失就更為明顯。所以液壓機 的最高工作速度受到限制。 由于液壓機具有以上特點，因此得到了廣泛的應用。除了大型的鍛件的鍛造、拉伸、剪切、擠壓等工序外，還應用于塑料壓型、層壓板、粉末冶金、廢金屬處理、棉花打包等工序。 壓機的分類 液壓機按照機架結構形式分為梁柱式、組合框架式、整體框架式、單臂式等。按照功能用途分可分為手動液壓機、鍛造液壓機、沖壓液壓機、一般用途液壓機、校正包裝液壓機、層壓液壓機、擠壓液壓機、壓制液壓機、打包液壓機、專用液壓機等 10 余種類型。其各自類型對應的常見工藝如下： 遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 9 1）手動液壓機：用于一般壓制、壓 裝等工藝。 2）鍛造液壓機：用于自由鍛、鋼錠開坯及金屬模鍛。 3）沖壓液壓機：用于各種薄板、厚板的沖壓。 4）一般用途液壓機：用于各種工藝，通常稱為萬能（通用）液壓機。 5）校正壓裝液壓機：用于零件的校正及裝配。 6）層壓液壓機：用于膠合板、刨花板、纖維板及絕緣材料板的壓制。 7）擠壓液壓機：用于擠壓各種有色及黑色金屬材料。 8）壓制液壓機：用于各種粉末制品的壓制成型，如粉末冶金、人造金剛石、耐火材料的壓制。 9） 包、壓塊液壓機：用于將金屬碎屑及廢料壓成塊。 10）其它液壓機：包括輪軸壓裝、沖孔等專門用途的液壓 機。 壓機典型結構 液壓機結構中較典型的主要有三梁四柱式、雙柱下拉式、框架式和單臂式等，其中三梁四柱式液壓機為通用型液壓機的常用型式，本次畢業(yè)設計采用此類型液壓機為設計對象，這里只對此型液壓機作以介紹。 三梁四柱式液壓機結構如圖所示，它由上橫梁、下橫梁、 4個立柱和 16個內外螺母組成一個封閉的框架，框架承受全部的工作載荷。工作缸固定在上橫梁上，工作缸內有工作柱塞與活動橫梁相連接?；顒訖M梁以 4根立柱為導向，在上、下橫梁之間往復運動。活動橫梁下面固定有上砧，而下砧則固定與下橫梁上的工作臺上。當高壓液體進 入工作缸后，對柱塞產生很大的壓力，推動柱塞、活動橫梁及上砧向下運動，使工件在上、下砧之間產生塑性變形。同時在完成工作之后實現回程運動。 李聳 : 液壓機及主缸設計 10 圖 1壓機典型結構圖 1梁四柱式液壓機的主要部件有： ⑴立柱：立柱是機架的主要支撐部件和主要受力件，又是活動橫梁的導向件，因此對立柱有較高的強度、剛度和精度要求。立柱所用的材料、結構尺寸、制造質量及其與橫梁之間的連接方式、預緊程度等因素，都對液壓機的工作性能甚至使 用壽命有著很大的影響。 立柱通常用如下材料制成： 35鋼、 45鋼、 402020。 ⑵橫梁：橫梁包括上橫梁、下橫梁（或稱底座）和活動橫梁（或稱滑塊），是液壓機的重要部件。由于橫梁的輪廓尺寸很大，為了節(jié)約金屬和減輕重量，一般都做成空心箱形結構，中間加設肋板，承載大的地方肋板較密，以提高剛度，減低局部應力，肋板一般按方格形或輻射形分布，在安裝各種缸、柱塞（或活塞）及立柱的地方做成圓筒形，以使其環(huán)行支撐面的剛度盡可能一致，并用肋板與外壁相互之間連接起來。 橫梁有鑄造結構和焊接結構兩種，生產 批量較大的中、小型液壓機其橫梁多為鑄鐵件（材料多為 鑄鋼件（材料多為 近年來采用焊接結構的日漸增多，材料一般為 6板。 中、小型液壓機橫梁多數為整體結構，而大型液壓機橫梁由于受制造和運輸能力的限制往往設計成組合形式，并利用鍵和拉緊螺栓連接。 壓機技術的發(fā)展現狀 液壓機的液壓系統(tǒng)和整機機構等方面發(fā)展已經相當成熟，國內外機型無較大差距，主遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 11 要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機器在過濾、冷卻及防止沖擊振動等方面有明顯的改善 [2]。 1）路設計方面 ，國內外都趨向于集成化、封閉式設計，插裝閥、疊加閥和復合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。國外已廣泛采用封閉式循環(huán)油路設計，可有效地防止泄露和污染，更重要的是防止灰塵、空氣和化學物質侵入系統(tǒng)，延長了機器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因，國內采用封閉式循環(huán)油路設計的系統(tǒng)還不多見。 2）在安全性方面，國外某些采用微處理器控制的高性能液壓機利用軟件實現故障的檢測和維修，產品可實現負載檢測、自動模具保護和錯誤診斷等功能。 3）液壓機的發(fā)展最主要體現在控制系統(tǒng)方面。微電子技術飛速發(fā)展，為改進液壓機的性能， 提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了前提條件。相比之下，國內機型雖然品種齊全，但技術含量相比較低，缺乏高檔機型，這與機電液一體化和中小批量肉刑發(fā)展趨勢不相適應。 當前，國內外液壓機產品中控制系統(tǒng)分為以下三種類型： 1）以繼電器為主控制元件的傳統(tǒng)型控制系統(tǒng)。其電路結構簡單，技術要求不高，成本較低，相應控制功能簡單，適應性不強。主要用于單機工作，加工產品精度不高的大批量生產，也可組成簡單的生產線?，F在國內許多液壓機廠還以該機型為主，國外眾多廠家只是保留了對該機型的生產能力，而主要面向技術含量更高的機型組織生產。 2）采用可編程控制器（ 控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在繼電器控制和計算機控制發(fā)展的基礎上開發(fā)出來的并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術、通訊技術溶為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。目前，該機型廣泛應用于各種生產機械和自動化生產過程中，早期的可編程控制器只能進行簡單的邏輯控制，隨著技術的不斷發(fā)展，一些廠家采用微電子處理器作為可編程控制器的中央處理單元（ 不僅可以進行邏輯控制，還可以對模擬量進行控制，擴大了控制器的功能?？删幊炭刂破饔休^高的穩(wěn)定性和靈活性，但還是介于繼電器控制和工業(yè)控制之間的 一種控制方式，與工業(yè)控制機相比還有很大差距。當前，國內有部分廠家采用該控制系統(tǒng)，如天津鍛壓機械廠有 60%的產品采用 外的廠家如丹麥的 可編程控制器，實現對壓力和位移的控制。 3）應用高級微處理機（或工業(yè)控制計算機）的高性能控制系統(tǒng)。該控制方式是在計算機控制技術成熟發(fā)展的基礎上采用的一種高科技含量的控制方式，以工業(yè)控制機或單片/單板機作為住控制單元，通過外圍數字接口器件（如 A/D 或 D/A 板等）或直接應用數字李聳 : 液壓機及主缸設計 12 閥實現對液壓系統(tǒng)的控制，同時利用各種 傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達到精確控制的目的。這種控制方式的主要特點為：具有友好的人機交互性；可順利實現對工件參數（如壓力、速度、行程）的單獨調整，能進行復雜工件、不對稱工件的加工；預存工作模式，縮短調整時間，，與柔性加工要求相適應；可通過軟件來消除高速下的換向沖擊，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在安全方面可利用軟件進行故障診斷，并自動修復故障和顯示錯誤。 現在，國外眾多液壓機生產廠家都生產這種高性能的工業(yè)控制機控制方式的液壓機產品，如美國的 麥的 國內少有該類產品。 壓機技術發(fā)展趨勢 目前，隨著科技發(fā)展的日新月異，液壓機的技術含量也在日益增高，其主要發(fā)展趨勢可分為如下幾點： 1）高速化、高效化、低能耗，提高液壓機的工作效率，降低生產成本。 2）機電掖一體化，充分利用機械和電子方面的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善。 3）自動化、智能化。微電子技術的高速發(fā)展為液壓機的自動化和智能化提供了充分的條件，自動化不僅僅體現在加工方面，應能夠實現對系統(tǒng)的自動診斷和調整，具有故障預處理功能。 4）壓元件集成化，標準化。集成的液 壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄露和污染，標準化的元件為機器的維修帶來方便。 遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 13 2 液壓機本體設計 本章主要針對通用型三梁四柱式液壓機進行本體設計，其主要內容為對該型液壓機的主要參數進行選擇，對液壓機主要部件尺寸進行計算，并對部件剛度、強度進行校核，以使所設計液壓機能夠達到生產工藝要求。 壓機的基本參數及其選用 液壓機的基本參數是基本技術數據，是根據液壓機的工藝用途及結構類型來確定的，對于本次設計的三梁四柱式液壓機，主要設計參數如圖 2 圖 2壓機主要結構參數示意圖 2）標稱壓力（ 標稱壓力是液壓機的主要設計參數。它反映了液壓機的主要工作能力，是液壓機名義上能產生的最大壓力，數值上等于工作柱塞總的面積與液體壓力的乘積。 本次設計液壓機標稱壓力為給定原始數據 2500 2）最大工作行程：最大工作距離 h 是指活動橫梁在上限位置時從工作臺上面到活動橫梁下表面的距離。反映里液壓機高 度方向上工作空間的大小，應根據模具及墊板高度工作行程大小以及放入取出工件所需空間的大小等工藝因素來確定。 本次設計液壓機工作行程 h=1250 3）最大凈空距（開口高度） H。最大凈空距是指活動橫梁在上限位置時從工作臺上表李聳 : 液壓機及主缸設計 14 面到活動橫梁下表面的距離。反映了液壓高度方向上的工作空間的大小，應根據模具及墊板高度、工作行程大小以及所需空間的大小來確定。 本次設計液壓機最大凈空距 H=1370 4）工作臺尺寸：在如鍛造、模煅及沖壓等加工工藝中，往往設置移動工作臺。他的尺寸（長 l? 寬 b）取決于模具的的平面尺寸。 本次設計工作臺尺寸為給定原始數據 900? 900 5）立柱中心距 (在四柱式液壓機中，立柱寬邊中心距為 L，窄邊中心距為 B。立柱中心距反映了液壓機平面尺寸上工作空間的大小。 本次設計液壓機 立柱中心距 =1120? 700( 6）活動橫梁的運動速度（ /活動橫梁運動速度分為工作行程速度及空載回程速度兩種。 本次設計液壓機工作形成速度1v=程速度2v= 7）頂出力。有些液壓機在下橫梁底部裝有頂出缸，以頂出工件在拉伸時產生的壓邊力。頂出力及行程由具體工藝要求來確定，在此不做要求。 柱式組合機架的設計計算 柱的受力分析 由于四柱式組合機架是一個高次超靜定空間框架，在進行受力分析時，需采取一些簡化假設：由于一般液壓機的機架結構對稱于中間平面，載荷也對稱于中間平面，因此可將空間框架簡化為平面框架；立柱與上、下橫梁為剛性連接；不考慮安裝應力及溫度應力。 1）中心載荷。假設上、下橫梁剛度很大，則可忽略上、下橫梁變形而施加與立柱的附加彎曲應力，則立 柱只承受簡單的軸向拉應力，其 拉應力為： ? ?p ??(2式中 F—— 液壓機的公稱壓力； A—— 每根立柱的接面積； n—— 立柱的根數； ??? —— 許用應力，本次設計立柱材料選擇為 45 鋼，其取值范圍為 6 0 ~ 7 0M P a M P a。 2）偏心載荷。液壓機工作時， 由于模具不對稱、工作變形阻力不對稱（加工零件形遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 15 狀不對稱或加熱不均勻）、工件放置位置不正等多種因素都可能造成偏載受力狀態(tài)。 根據前面的簡化假設，將空間機架簡化為平面框架，如圖所示。在手偏心載荷時，活動橫梁發(fā)生傾斜，活塞隨之傾斜壓到液壓缸導向套或內壁上，而活動橫梁也與立柱相接觸。考慮到不同工藝條件及密封等，補充做如下假設：工件較窄，不妨礙活動橫梁轉動，因此在工件處沒有側向水平支反力；兩側立柱導套間隙一樣，因此在活動橫梁傾斜十，兩邊立柱均勻受力；各處的作用力及支反力均假定為集中力。 考慮到由于用一個兩柱的平面框架 來代替原來對稱的四柱空間框架，因此載荷取為F/2。載荷的偏心距為 e，活動橫梁受到的偏心力矩 作用，給液壓缸內壁以側推力為1F： ? ?1 2 Y h? ?(2式中 — 液壓缸的缸筒受力點或活塞中點至上橫梁下表面的距離； — 活動橫梁導向套支撐反力作用點到上橫梁下表面的距離。 這樣，四柱式組合液壓機機架即可簡化為如圖 2示的平面框架。 框架的寬度 b 為立柱中心線間的距離?？蚣芨叨?h 則與立柱和橫梁的剛度比有關。 1K、2橫梁的剛度比，則： 1 c I? (22 c I? (2式中cK、uK、 分別為立 柱、上橫梁和下橫梁的彈性模量； 分別為立柱、上橫梁和下橫梁的截面慣性矩。 如果1K、2必須考慮到剛度比的影響，框架高度應取為上橫梁中性層到下橫梁中性層間的距離。在計算中假設1K、2假設上、下橫梁剛度為無窮大， 因此框架高度 h 取為上橫梁下表面到下衡量上表面之間的距離。 李聳 : 液壓機及主缸設計 16 / 2F / 2F / 2F 1 / 2F 1 2 / 2F 1 / 2F 1Z 2壓機機架受力圖 2于假設上橫梁的剛度為無窮大，因此作用于缸壁處的推力1在 上衡量上附加一力矩1M=1F 圖所示，該力矩1 12 b? ? ?2 b? ?(2由于軸向力在立柱內不引起彎矩，因而在求解立柱彎矩時不予考慮。根據材料力學可知，這是個三次靜布定框架問題，可用變形法或力法求解。則可得出框架中的最大軸向力與彎曲力矩分別為： ? ?? ?m a ?柱尺寸的取值 本次設計由比較法，參照沈陽液壓機廠 3150壓機相關尺寸，立柱材料選擇為 45鋼，初步確定液壓機立柱尺寸值為： l=31601930h ， 150d 柱的強度較核 1） 靜載合成應力 [3]。液壓機在偏心載荷作用下，立柱承受單純拉應力和彎曲應力聯合作用，其合成應力h?為： 遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 17 ? ?m a x m a ? ? ?(2式中 立柱 所受最大軸向拉力； 立柱所受最大彎矩； A —— 立柱的截面面積； W —— 立柱截面系數。 帶入數值計算得 ? ?9 7 . 5 1 5 0h M P a M P a??? ? ? 所以立柱強度符合 靜載合成應力要求。 2）疲勞強度校核。對于中、小型液壓機，尤其是鍛造液壓機在工作過程中，立柱長期承受不規(guī)則的脈動載荷的作用，在每次加載時， 立柱都出現較大的應力幅值，而在卸載后，由于立柱搖擺也還有若干個較小的應力幅值。 由于立柱的疲勞斷裂大部分發(fā)生在立柱根部截面變化的進度區(qū)，為此在進行強度計算時，需考慮過渡區(qū)的應力集中，即： ? ?0? ???(2式中 k 為有效力集中系數： ? ?11tk q k? ? ?式中 q —— 應力集中的敏感系數，對于 45 鋼 q 值在 間； 彈性狀態(tài)下理論應力集中系數，取值在 間。 ? ?0?為許用脈動循環(huán)的疲勞極限： ? ?000n????? 式中0?—— 脈動循環(huán)時的疲勞極限 ，對大截面 45 鋼，取為 270 ? —— 尺寸系數冊中查得； ? —— 表面質量系數，精車表面 ? 取值為 0n—— 安全系數。 代入數據計算得 ? ?01 9 9 2 7 0T M P a M P a??? ? ? 所以立柱強度符合 疲勞強度要求。 梁強度和剛度計算 橫梁 雖通常設計成箱形構件，且其外形高跨比較大，在進行初步設計時，仍可將橫梁李聳 : 液壓機及主缸設計 18 簡化為簡支梁進行近似計算。 1） 上橫梁相關計算 上橫梁結構如圖 2一般經驗公式，上橫梁鑄造箱體告訴一般取值為橫梁跨度的（ ，這里取橫梁高度 h =690取上橫梁鑄造箱體壁厚為a?= 肋板厚度為 0??： 圖 22橫梁受力分析如圖 2 b / 2b / 2D / 2 D / 2F / 2 F / 2 F / 2 F / 2圖 2橫梁受力示意圖 2大彎矩計算公式為： m a x 22F b ????????(2代入數值得 m a 0 0 1 1 2 0 5 8 022M ?????????遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 19 34 7 0 1 0 根據強度條件計算時，對截面變化不大的箱形結構梁，主要計算最大彎矩處，即中心截面處強度： ? ?m a x 1m a x ??(2式中 最大彎矩； I —— 計算截面慣性矩， 2112 ； 1h—— 計算截面的形心至最外點距離； ??? —— 許用應力，本次設計橫梁材料選擇為 270 500 鑄鋼 ??? ? ? ? 66 0 7 0 1 0 。 代入數值計算得 ? ?66m a x 4 3 . 6 1 0 6 5 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 上橫梁的剪切應力主要由立柱承受，因此截面可近似簡化成厚度是 ? 高度是 h 的矩形截面，其剪切應力在形心軸處最大： ? ?1 ????(2式中 F?—— 計算截面所受的剪力； ? —— 橫梁立板的厚度之和； h —— 橫梁立板的高度； ??? —— 剪切許用應力， 270 500 鑄鋼 ??? 650 10 。 代入數值計算得 ? ?662 8 . 3 1 0 5 0 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 所以上橫梁強度符合彎應力及剪應力強度要求。 2）下橫梁的相關計算 下橫梁結構如圖 2示，下橫梁高度取值一般為橫梁跨度的 ～ 倍，在此取下橫梁高度為 90? ，下橫梁壁厚取為 ?a?40肋板厚度取為 ?b?50 李聳 : 液壓機及主缸設計 20 圖 2橫梁結構圖 2橫梁受力分析如圖 2 F / 2F / 2橫梁受力圖 2于下橫梁彎矩計算，按均布載荷公式進行計算。 21m a x 48? (2式中 1Fq b? 則中心截面處強度： ? ?m a x 1m a x ??(2代入數值計算得： ? ?66m a x 5 0 . 7 1 0 6 5 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 形心處的剪切應力為： 遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 21 ? ?1 h ??????(2代入數值計算得： ? ?663 7 . 4 1 0 5 0 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 所以下橫梁強度符合彎應力及剪應力強度要求。 3）活動衡量的相關計算 活動橫梁結構如圖 2示，活動橫梁高度一般為箱體跨度的（ ，在此取活動橫梁箱體高度為 50? ，活動橫梁鑄造箱體壁厚取為 ?a?40板厚度為?b? 40 圖 2動橫梁結構圖 2動橫梁受力分析如圖 2 圖 2動橫梁受力圖 2則活動橫梁最大彎矩計算式為： m a x 42qF b a??? ? ?????(2李聳 : 液壓機及主缸設計 22 則中心截面處強度： ? ?m a x 1m a x ??(2代入數值計算得 ? ?66m a x 5 5 1 0 6 5 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 所以下橫梁強度符合要求。 體框架式機身強度、剛度計算 1）受力分析 [4] 上橫梁有油缸接觸面積與柱塞間距比值較大時，上橫梁可視為受兩個集中應力2具與下橫梁接觸面較大，故視為在某個長度上作用一均勻分布載荷，如圖 2由于機架受力情況直接影響著它的設計及生產工藝，對于本次設計的三梁四柱式液壓機機架仍才用此種受力分析模型，其受彎矩如圖 2示，可通過對機架的受彎矩的分析從而推導得出液壓機機身強度、剛度情況： 圖 2架受力圖 2架彎矩圖為： 遼寧工程技術大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 23 圖 2架彎矩圖 2）強度計算 根據上述受力分析可知，框架仍可采用變形法或 力法求解 則其有關節(jié)點的彎矩值為： 232 3 1 1 3 2 2 3 1 3 28a K K a K K K K B????（ 2 232 3 1 1 3 2 2 3 1 3 28a K K a K K K K B? ? ???（ 2 ? ?1 1 14 F b ?? ? ?（ 2 ? ?2 1 28 F b ?? ? ?（ 2 式中 1K 、 2K —— 系數，其中 21 1 / 3K ???， 22 1K ???； ? 、 ? —— 分別為均 布載荷寬度和兩集中載荷的間距與支柱間距的比值； A 、 B —— 同前。 則框架強度為： ?? ??? （ 2