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摘要
本次研究主要是關(guān)于機身結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容。本次設(shè)計主要通過AutoCAD 、Pro/E設(shè)計軟件來進行液壓機身2D和3D圖的設(shè)計繪制，CAD平面圖展示結(jié)構(gòu)，三維圖表示整體外觀。此次研究通過傳統(tǒng)方法，由二維三維軟件輔助分析，對上橫梁、底座、拉伸滑塊、壓邊滑塊、拉伸缸、壓邊缸、頂出缸、立柱、機身結(jié)構(gòu)這些關(guān)鍵部位進行了計算，強度校核，并利用有限元分析軟件ANSYS對拉伸缸以及下橫梁進行了有限元分析。最后又進行了液壓系統(tǒng)的設(shè)計，在查閱了大量關(guān)于三梁四柱液壓機以及液壓系統(tǒng)的相關(guān)資料以后，確定了整體方案，并且對其進行了分析后得出了可行的方案。
關(guān)鍵詞 液壓機 ；機身結(jié)構(gòu)；液壓系統(tǒng)
II
Abstract
This study is about Body of structure aspect content. This design main pass AutoCAD and Pro/E engineering software to draw 2D and 3D figure of Hydraulic fuselage. Use CAD to show planar construction, Pro/E show entire appearance. This study is pass traditional method, utilize 2D and 3D auxiliary analysis about the top-beam, lower-beam, active beam, goes against the cylinder, the column, the final assembly and we did the calculation, intensity check, and use finite element method software of ANSYS to analyze the drawing cylinder and lower-beam. Finally, the Hydraulic system is designed, through access to an enormous amount of information about the hydraulic press has three beams and four columns, than determine the overall plan, and draw a finally conclusion.
Keywords Hydraulic Press Body of Structure Hydraulic System
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目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1選題的背景與意義 1
1.2液壓機的工作原理 2
1.3液壓機的分類 5
1.4 液壓機的發(fā)展概況 6
2 Y28-500/800液壓機機構(gòu)及用途特點 8
2.1 Y28-500/800液壓機機構(gòu)概述 8
2.2 主要技術(shù)參數(shù) 9
3 液壓機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
3.1本體結(jié)構(gòu)設(shè)計概述 11
3.2液壓缸的設(shè)計、計算及校核 12
3.2.1 液壓缸部件 12
3.2.2 液壓缸計算 12
3.2.3 液壓缸校核 15
3.3 上橫梁的設(shè)計、計算及校核 21
3.4活動橫梁的強度計算 27
3.5下橫梁的強度及其剛度計算 28
3.6 立柱的強度計算與校核 30
3.6.1 立柱的設(shè)計計算 30
3.6.2 立柱的強度校核 31
4 液壓系統(tǒng)設(shè)計 33
4.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟 33
4.2 液壓系統(tǒng)控制裝置 34
4.3 Y28—500/800液壓系統(tǒng)概況 34
4.4 Y28—500/800液壓機工作原理 36
5安裝試車 38
5.1 安裝 38
5.2 試車 38
結(jié)論 40
致謝 41
參考文獻 42
IV
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1 緒論
1.1選題的背景與意義
液壓機存在已經(jīng)超過了100多年了。隨著歐美國家的發(fā)展，新的成果應(yīng)運而出，比如說有蒸汽機之類的，西方發(fā)生了工業(yè)革命?，F(xiàn)在大多用的是機器制造，已經(jīng)很少有手工業(yè)了，機器的效率實在是人為不能比的。
十六世紀，已經(jīng)出現(xiàn)了水利驅(qū)動的機械錘。到19世紀30年代的時候，蒸汽機也被制造出來了，時代開始發(fā)展的飛快，制造水平也比想象中來得快的多。現(xiàn)在的工藝已經(jīng)可以做到相當(dāng)大的鍛錘了，但是也還有些缺陷。到19世紀50年代的時候已經(jīng)有了上萬噸量級的液壓機了。
到了19世紀80年代，英國也開始使用水壓機，用于制造鋼錠，水壓機跟鍛錘相比，還是與很多可取之處的。
到1893年，又制造出了十萬噸的水壓機。然后鍛錘代替了水壓機來鍛造鋼錠，方便效率又相當(dāng)高。自由鍛錘也漸漸不用了。
液壓機也在時代的變遷中，快速發(fā)展著。
二戰(zhàn)前后，美國為了支持航天業(yè)的發(fā)展，用幾年時間研發(fā)了兩臺大噸位的水壓機。蘇聯(lián)也在這段時間研發(fā)了四臺大型水壓機。
解放戰(zhàn)爭初期階段，我國國力貧弱，工業(yè)并不發(fā)達，在其國家都有了比較發(fā)達的工業(yè)基礎(chǔ)，我國那時候?qū)σ簤簷C這方面知之甚微，最多也就是設(shè)計一些比輕量級的液壓機。
戰(zhàn)爭接近尾聲，在我國領(lǐng)導(dǎo)人的正確領(lǐng)導(dǎo)下，開始著重發(fā)展起了工業(yè)，并且有了自己的一套工業(yè)知識。后來我國已經(jīng)可以自己設(shè)計和制造工業(yè) 、軍需用品和太空的人造衛(wèi)星還有些我們不知道的方面，這些發(fā)展都是離不開我們液壓機的發(fā)展?，F(xiàn)如今我們國家已經(jīng)可以造出來10000千牛到31500千牛的中型液壓機。
我們國家在改革開放后有自主研發(fā)重型液壓機，有用于各種不同鍛造的液壓機，有好幾種大噸位的。近年來，我國在液壓機方面又有了新發(fā)展，例如，自主研發(fā)了60000千牛以下的鍛造水壓機，而且已經(jīng)在其他國家銷售。
在其他國家,其實以液壓機的使用早就已經(jīng)非常的廣泛, 用液壓機組成的板材加工生產(chǎn)鏈是非常多的。可是應(yīng)為各種各樣的原因，我們國家在一些方面與發(fā)達國家還是有著很明顯的差距, 用我們自己的液壓機組成生產(chǎn)鏈的基本上是沒有的。最關(guān)鍵的是我們國家的液壓機的型號單一,還有液壓機的工作動作比較簡單。不過他和其他的一些鍛壓件比起來來說，還是有自身的優(yōu)越部分。
液壓機這種工作機器它可以在它的工作行程內(nèi)隨意停留,停留的位置都可以隨著行程的改變可以按照預(yù)先設(shè)定好的路線改變下滑塊運動的速度和壓力。這方面的要求其他板材加工的機器其實達到很難。拉伸件在液壓機上進行操作這對拉伸鍵自身的質(zhì)量也得到了提高, 而且還減少了不合格的產(chǎn)品，從而降低了工廠的損失?，F(xiàn)如今的液壓機的數(shù)字化：例如，行程 、壓力 、速度等等工藝參數(shù)的設(shè)置非常的簡便,就單單這個方面來說就比其他的鍛壓機有很大的優(yōu)越性。如今很多很多的液壓機逐漸由電腦來控制了，從而提高了公司的生產(chǎn)，產(chǎn)品在質(zhì)量上也得到了提高。
在市場上雙動液壓機要便宜很多，如果能改善它的工作速度，采取的是比較好的液壓電器元件這些都是產(chǎn)自于其他國家的,它的價格也并不會變得很高。所以，液壓機作為拉伸設(shè)備，尤其在汽車行業(yè)的生產(chǎn)線中更能節(jié)省大量投資。
1.2液壓機的工作原理
液壓機由兩個方面來組合而成，一個是主體還有一個是液壓系統(tǒng)。
大部分的液壓機都是由帕斯卡原理來支持制造設(shè)計液壓系統(tǒng)的，傳遞動力與運動是很可靠的系統(tǒng)設(shè)計。
液壓機由三個部分組成。
如圖1-1的形式是一般在制造組裝過程中會通道的最普通的樣子，它由上橫梁、下橫梁 、立柱和內(nèi)外螺母搭建起來的框架用來承受工作載荷。拉伸缸安裝在上橫梁上，柱塞和活動梁在內(nèi)部互相有關(guān)系。拉伸滑塊和壓邊滑塊是在上梁和底座之間依靠立柱運動。上橫梁與上工作臺為一個整體，工作臺與下橫梁固定為一個整體。當(dāng)液體加壓后進入工作缸，高壓液體作用在了活塞桿上，活塞帶動活動橫梁沿著立柱上下運動，把工件壓制成型。拉伸缸和壓邊缸兩側(cè)有回程缸，用以返回時使用，可以實現(xiàn)來回往復(fù)。
圖1-1 液壓機本體結(jié)構(gòu)
下圖1-2中，展示的是集中液壓機的工作步驟。有上液壓打料缸，復(fù)合拉深中壓邊滑塊 、液壓墊在運動過程中還可以二次調(diào)整。從下列圖中可以看出來這種液壓機實用性非常高。如果液壓系統(tǒng)采用其他的一些技術(shù)控制，就會改變原件間的動作順序，得出更多的工藝曲線。
圖1-2 典型雙動拉伸液壓機的工藝動作示意圖
1.3液壓機的分類
液壓機有很多種類，如果按照框架來分的話，整體框架式 、單臂式 、梁柱式 、組合框架式。
液壓機安用途分有一下幾種類型：
1）沖壓液壓機：可以沖壓各種板材，不受厚度限制；
2) 校正壓裝液壓機：可以用來對零件的校準；
3) 手動小型液壓機：比較簡單的工藝品可以用；
4) 一般用途液壓機：最普通的通用液壓機；
5) 壓層液壓機：可以用纖維板和一些絕緣材質(zhì)的壓制；
6) 鍛壓液壓機：自由鍛造和鋼錠開坯可以用這種液壓機；
7) 擠壓液壓機：有色的金屬以及黑色金屬的型材用這種液壓機鍛造；
1.4 液壓機的發(fā)展概況
到60年代，大連理工就開始把有限元分析運用到液壓機械的研究設(shè)計當(dāng)中去了。直到70年代的，北京工業(yè)鍛壓教研室，就把有限元分析運用到鍛壓機械當(dāng)中去，液壓機油缸還有機械壓力機的保險塊，等等進行了有限元的分析與計算，得到了前所未有的發(fā)現(xiàn)。
液壓機在塑件或者說是金屬件都有著很普遍的運用，而且也越來越普及。并且在機床行業(yè)中的占有量有了明顯的上升趨勢。液壓機在當(dāng)下的社會中運用得越來越多了。不過隨著拉伸制品與金屬壓制品的要求在提升，產(chǎn)品的規(guī)格也千變?nèi)f化，不過生產(chǎn)出產(chǎn)品的產(chǎn)量在逐漸減少。把液壓機猶如道中小批量的生產(chǎn)中是，有比較快的效率調(diào)整工藝，所以，液壓機很熱門。現(xiàn)如今運用效率很高，很多地方可以適配調(diào)整，加工復(fù)雜工件成功率也高。
液壓機可以運用的地方很多，很多塑性材料的用來做加工。液壓機的用途由以下幾點：
1）航空航天，家用電器，汽車等方面的制造；
2）金屬零件的鍛模加工等需要；
3）粉末制造的以及金屬材料等；
4）非金屬材料的壓制成形；
5）木制品的熱壓成型；
現(xiàn)如今高速發(fā)展的液壓行業(yè)，液壓機向快速化的 、大型化的 、小型化的 、數(shù)控化的這幾個方面。如下：
1）自動化控制由計算機控制為主；
2）換模的快速化；
3）嘗試使用先進快速滑閥，這樣節(jié)約了整體時間；
4）使用不同的緩沖方式讓噪音變小，并且擴大了液壓機的適用范圍；
5）以柔性加工系統(tǒng)（FMS）為標準。
現(xiàn)在，我們國家的金屬材料、汽車部件行業(yè)的飛速發(fā)展,中小型雙動薄板拉伸液壓機在國內(nèi)的需要越來越大。和一般的鍛壓設(shè)備對比, 它在性能上存在著巨大的優(yōu)越點。雙動金屬薄板拉伸液壓機是航空航天 、汽車 、軍工等行業(yè)中精密零件的主要設(shè)備，是不可缺少的一部分。
51
2 Y28-500/800液壓機機構(gòu)及用途特點
2.1 Y28-500/800液壓機機構(gòu)概述
Y28-500/800液壓機一般是用在黑色還有有色金屬板材的拉伸上。這種類型的液壓機可以用于落料 、校正 、壓裝 、沖裁，并且用在并在工業(yè)行業(yè)上特別重要。Y28-500/800液壓機采取正拉伸的工藝，液壓系統(tǒng)是由電子技術(shù)控制的。Y28-500/800液壓機還具有點動控制 、半自動操作控制功能，可以達到自動預(yù)料，而且行程、壓力的可以調(diào)性，可以達到預(yù)期的產(chǎn)品的要求。
Y28-500/800液壓機可以自己調(diào)整壓制的速度 、工作時的壓力還有滑塊的行程與頂出的距離，頂出的速度。還可以達到兩種不同的工藝，定程與定壓。比如說，頂壓成型的技術(shù)可以保壓也可以補壓等的實現(xiàn)。
Y28-500/800液壓機它有著比較廣的通用性與快捷性。最主要的體現(xiàn)在汽車 、拖拉機外殼的壓制成型工藝。
Y28-500/800液壓機采取四梁四柱式，本體結(jié)構(gòu)如圖2-1本機器由主機 、液壓動力機構(gòu)及行程控制 、電氣箱等部分組合而成，使用管路還有電氣線路使他們組合為一體。如下圖:
圖2-1 Y28-500/800雙動拉伸液壓機本體機構(gòu)
1) 主機
主機的組成是上、下橫梁 、拉伸滑塊 、壓邊滑塊 、工作臺 、立柱 、工作臺墊板 、調(diào)整螺母與鎖緊螺母。上橫梁底下的調(diào)節(jié)螺母是用來保證液壓機的精度，鎖緊螺母用來固定調(diào)節(jié)螺母?；瑝K可以沿著立柱上下移動。工作臺 、滑塊都是可以方便安裝的類型。
2) 拉伸缸與壓邊缸
拉伸缸和壓邊缸都有缸體筒、活塞頭 、活塞柱 、導(dǎo)套組合而成。YX型與O型密封圈可以分割成下兩個腔。上梁上部用大鎖母固定，下部則用法蘭和螺栓。
3) 頂出缸
頂出缸的活塞用鎖緊螺母安裝在工作臺中間，它的整體與主缸基本是差不多的。缸的底部安裝了一個行程控制閥。
4）液壓動力系統(tǒng)
這個系統(tǒng)是由油箱 、泵站電機組與插裝閥組合而成。油箱是用鋼板焊起來的它的主要功用是用來保存和濾清液壓油 、循環(huán)散熱與泵閥的固定。它的高壓油泵的電機組可以輸出大于25的壓力油來進入液壓管路，并在電氣系統(tǒng)的操控下，針對拉伸缸 、壓邊缸和頂出缸將提供能源，使得液壓機完成液壓動作。
5）充液閥、充液箱
充液閥 、充液箱與電氣控制系統(tǒng)等，它們是實現(xiàn)液壓缸快下 、卸壓回程和完成各種工藝行動來設(shè)計的。
2.2 主要技術(shù)參數(shù)
Y28-500/800 雙動拉伸液壓機的主要技術(shù)參數(shù)見表2-1：
表2-1 主要技術(shù)規(guī)格表
序號
項目
單位
規(guī)格
1
公稱力
KN
8000
2
液體公稱壓力
25
3
拉伸力
KN
5000
4
頂出力
KN
1000
5
壓邊力
KN
3000
6
拉伸滑塊的行程
mm
900
7
壓邊滑塊的行程
mm
800
8
頂出缸的行程
mm
360
續(xù)表2-1
序號
項目
單位
規(guī)格
9
滑塊速度拉伸/壓邊
空程下行
mm
100
工作
回程
80
10
拉伸滑塊的尺寸
左右
mm
2170
前后
1500
11
壓邊滑塊的尺寸
左右
mm
2170
前后
1500
12
工作臺的尺寸
左右
mm
2170
前后
1500
13
工作臺的有效面積
mm
1400×1400
14
工作臺距地面的高度
mm
1200
15
主機地面以上的高度
mm
5800
3 液壓機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1本體結(jié)構(gòu)設(shè)計概述
液壓機有三個結(jié)構(gòu)上的主要關(guān)鍵性質(zhì)：
1）最大可能符合工藝要求，方便人員操作；
2）要達到符合標準的工藝程度，操作滿足可靠性，不易損壞；
3）要有良好的社會性，分量要輕，保養(yǎng)容易。
以上三點，起確定性因素還是工藝性要求?，F(xiàn)如今液壓機上本體形式多變，設(shè)計也是各不相同的。
下面為幾種典型結(jié)構(gòu)形式：
1) 三梁四柱式
三梁四柱式的液壓機普遍存在于在很多的液壓機械當(dāng)中。橫梁由鑄造結(jié)構(gòu)焊接成型。上 、下橫梁和立柱是個封閉框框架，能承受所有載荷。立柱與橫梁之間的剛性連接要特別注意，不能出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。立柱連接區(qū)會有應(yīng)力集中。三梁四柱式優(yōu)點是空間大，便于觀察以及模具的取用。三梁四柱式整體結(jié)構(gòu)比較簡單，工藝性能好，不過也有缺點，承受偏心載荷的能力混弱一些，因為立柱剛度差，在承受載荷的情況下，立柱導(dǎo)向面磨損后不能調(diào)整或者補救，只能更換，所以這些問題限制了它的停用范圍。
2) 單臂式
單臂式的結(jié)構(gòu)是開式結(jié)構(gòu)。單臂式液壓機操作可三面接近工作單位，操作簡單，在桿類 、軸類工件使用這一結(jié)構(gòu)時就非常容易。不過單臂式液壓機的缺點是它的機身由懸臂梁承受力，因為懸臂梁變形大，機架剛度不夠使得中心線偏移，使得模具的間隙出現(xiàn)偏移，主缸的活塞上則有彎曲應(yīng)力的產(chǎn)生，因此密封件與導(dǎo)套摩擦損失大，降低了壓力機的使用壽命。所以一般為了使得角的位移控制6S以下。
3) 雙柱下拉式
雙柱下拉式差不多和地面在一個水平面，所以這種液壓機工作起來比較穩(wěn)。這種液壓機的工作缸是在地面以下，管道也是在下面，傳動介質(zhì)為油液則就不會輕易著火，安全系數(shù)高。因為管道在地下，所以不會因為他的機座使得管道產(chǎn)生變形彎曲，不易損壞，增加了使用壽命。但是雙柱下拉式液壓機它的缺點是：在地下使得工程難度加大，挖坑比較麻煩。有些運動件太重，使得慣性力太大。
4) 整體框架式
在小型液壓機上，使用整體框架結(jié)構(gòu)的機會比較多。因為機架會受到的力有很多，會長生疲勞和變形，大多數(shù)情況下會改變其材料比如用整體鑄鋼來避免這些不必要的地方。這個結(jié)構(gòu)它的優(yōu)點還是非常多的，比如說質(zhì)量輕，便宜等。因為零件的質(zhì)量不好把握，焊姐加工后的操作較為復(fù)雜，有的時候需要特別的設(shè)備來達到要求，導(dǎo)軌支撐面的精確度愛是要用它來確保。但是他的缺點是轉(zhuǎn)角處會場升級大的應(yīng)力，而且應(yīng)力集中會相當(dāng)?shù)拇螅麜蟪龃蟾诺?.5～3倍的樣子，這樣就形成了特別薄弱的環(huán)節(jié)，有非常大的影響。
Y28-500/800雙動拉伸液壓機就是采取的就是三梁四柱式。
3.2液壓缸的設(shè)計、計算及校核
3.2.1 液壓缸部件
液體的壓力能可以有液壓缸的部件轉(zhuǎn)化為機械能。橫梁被柱塞推到工件上產(chǎn)生壓力，使工件產(chǎn)生變形。他是液壓機特別關(guān)鍵的一個點。
我這次的設(shè)計用的是活塞式的液壓缸。液壓缸缸體的內(nèi)表面的要求是非常高的，因為他有兩個方向上的運動，所以對光潔度，密封度的要求也很高。所以相應(yīng)的應(yīng)用度也不是非常高。在頂出機構(gòu)中用的比較多了，有一部分進行的油壓機液體更多的。
3.2.2 液壓缸計算
1）根據(jù)液壓缸所產(chǎn)生的名義總壓力P和選定液體的工作壓力p（bar）可以按式（3.1）來確定柱的直徑:
（3-1）
=
式中 P—— 名義總壓力；
P=5000×N
p —— 液體公稱壓力；
p=250bar
然后結(jié)果中的D值圓整后按照表2-2取相似的直徑：
表2-2 柱塞標準直徑表(mm)(GB2001-76)
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
110
120
125
130
140
150
160
180
200
220
250
260
280
300
320
360
380
400
420
450
490
520
560
580
630
650
710
730
820
900
920
1000
1100
1200
1280
1420
1500
1600
1800
2000
=490mm
液壓缸的實際產(chǎn)生的最大總壓力：
（3-2）
N
應(yīng)該用于值來校核液壓機的其它零件。
液壓缸的內(nèi)徑為：
（3-3）
式中 —— 缸內(nèi)壁關(guān)于直徑上的間隙的帶大小。根據(jù)缸的尺寸來選取?？偟膩碚f用于鍛造的液體壓力缸10 15mm，鑄造鋼的液壓缸取2030mm；
—— 缸半徑內(nèi)徑；
500 mm
250 mm
選用45號鋼，安全系數(shù)n取3
即許用于應(yīng)力為：
[]118.33 （3-4）
2）計算缸的外徑
2 （3-5）
2
660mm
330mm
3）缸壁的厚度：
33025080mm （3-6）
4）活塞桿的外徑d
（3-7）
式中 ——往復(fù)運動速度比；
滑塊速度 快下 150mm/s
工作 4~10mm/s
所以 10~7.5
d483~445mm
取450mm
5）缸筒的長度L
計算出來的數(shù)值L只要肯活塞的長度以及各種別的條件即可
（3-8）
式中 ——自大工作行程；
k——厚度，一般為（0.6 1）D；
c——導(dǎo)向長度，?。?.61.5）D；
m——密封長度；
Q——其他長度。（為了相應(yīng)改善加工的困難度，普通的鋼體大小應(yīng)該最好不要超過內(nèi)徑的20~30倍）
=900mm
k=(0.4~1)×500=300~500mm （3-9）
取220mm
c=(0.5~1.5)×500=300~750mm （3-10）
取300mm
密封方式m+Q 取20mm
L=900+220+300+20=1440mm
6）液壓缸的尺寸關(guān)系由下式計算
=（120~160）mm （3-11）
取160mm 修改為240mm
=62.5mm （3-14）
=(12~20)mm （3-15）
取15mm
液壓缸的尺寸關(guān)系如圖3-1：
圖3-1 尺寸關(guān)系圖
3.2.3 液壓缸校核
1)筒壁部分
應(yīng)力點集中在內(nèi)部，按照公式（2.13）計算：
（3-16）
=
=1.016
通過液壓缸的材料設(shè)計，先選取45#鋼為液壓缸體的設(shè)計材料，觀看了材料手冊可得知。所以有，此設(shè)計尺寸應(yīng)當(dāng)按照實際情況來選擇。
2)缸底部分
缸底的部分受力模型如下圖3-2：
圖3-2 缸底部分受力模型
缸底進油孔的直徑為265mm
=0.47 （3-17）
式中 ——在缸桶底需要開著孔而引導(dǎo)入的削減的系數(shù)
（3-18）
查表得知材料的許用應(yīng)力 （鍛造）；
（鑄造）；
因為，所以不符合要求。
將t增大到240mm再按照以上方法計算：
（3-19）
因為 所以更改后符合要求。
3）法蘭部分
法蘭部分的受力情況如圖3-3:
圖3-3 法蘭部分受力情況
按簡化公式來計算：
（3-20）
式中 u——材料的泊松比系數(shù)取0.3
=0.0845/cm
（3-21）
=4908.7KN/cm
（3-22）
式中 ——認為內(nèi)應(yīng)力P作用于在缸桶壁的均勻的半徑上，
=29cm
=26.94KN/cm
（3-23）
其中 ==1.014
==0.186
==27
==0.405
=36
=46.59KN/cm
所以
所以修改后符合要求。
4）有限元分析法：
拉伸缸的X 、Y 、Z和Von Mises應(yīng)力云圖如圖3-4 、圖3-5 、圖3-6 、圖3-7：
①筒壁部分
筒壁的部分主要是受到了徑向的應(yīng)力，根據(jù)查看X、Z和Von Mises應(yīng)力云圖。
由X、Z和Von Mises關(guān)于應(yīng)力的云圖我們可以分析出筒壁的部分最大應(yīng)力約為：
的值和許用相差不大，而且是經(jīng)簡化模型計算得出來的結(jié)果，省去了一些倒角等的影響，即滿足安全的要求。
②缸底部分
缸底的部分主要是受到軸向的應(yīng)力，所以分析了Z與Von Mises應(yīng)力的云圖。
根據(jù)X 、 Z與Von Mises應(yīng)力的云圖我們可以分析出缸底部分的允許的最多的應(yīng)力約為：
缸底滿足安全的要求。
圖3-4 X方向應(yīng)力圖
圖3-5 Y方向應(yīng)力圖
圖3-6 Z方向應(yīng)力圖
圖3-7 Von Mises等效應(yīng)力圖
3.3 上橫梁的設(shè)計、計算及校核
橫梁是個在三個位置上有著相似的大小方形零件，結(jié)構(gòu)如圖3-8。應(yīng)力狀況并不能通過材料力學(xué)的強度分析看出來。橫梁用簡支梁來代替計算，將許用應(yīng)力限制到一定的位置
圖3-8 上梁直觀圖
因為上下梁剛度不一，這樣就會給立柱帶來壓力。上梁強度太小，而且在收到載荷的時候來自兩個方向的力也不一樣。力的產(chǎn)生導(dǎo)致法蘭加速損壞，一般情況下，撓度有一個標準，就是要大于0.15mm。因為橫梁總的尺寸不是很大，所以在計算撓度的時候，會考慮一些其他的東西，比如彎矩，還有剪力運算。
把上橫梁簡化成簡支梁后可不免一部分上梁剛度比立柱大的問題，支點間的相對距離和寬邊立柱中心有關(guān)。液壓機上橫梁受力簡圖如下：
圖3-9 上橫梁受力簡圖
1）計算中間截面的最大彎矩：
（3-24）
2）做等效截面圖
從剖面圖看，因為梁的截面大，所以會相當(dāng)?shù)拇嗳?，我們著重要檢驗的就是這個部分。該梁中間的截面的樣子如圖（3-10），可以簡化成圖（3-11）所示
圖3-10 上粱中間截面圖
圖3-11 上梁等效截面圖
3）計算中間的截面慣性矩：
把分成小塊的矩形等效截面化一下計算出截面對底邊W-W軸的慣性矩。
分塊序號
寬高
1
2
3
4
5
11.5
103.9
20
103.9
11.5
250.8
1.5
5
80
5
1.5
93
17.25
519.5
1600
519.5
17.25
2673.5
92.25
89
46.5
40
7.5
1591.3
46235.5
74400
20780
128.375
143135.175
1.47
4.10
3.46
8.30
9.62
8.53
0.39
1.47
1.02
1.30
0.40
1.02
表2-3 梁的慣性矩計算表
表中 ——每塊面積對他自身慣性的形心軸的慣性矩；cm4
——每塊面積的寬度；cm
——每塊面積的高度；cm
——每塊面積對W—W軸的靜力面矩；cm3
——每塊面積；cm2
——每塊面積形心到W—W軸的單位量；cm
（3-25）
（3-26）
（3-27） （3-28）
4）在進行強度校核前，需要分別求出中部的截面最強應(yīng)力值：
最大壓應(yīng)力：
（3-29）
最大拉應(yīng)力：
（3-30）
5）計算中點的撓度：
（3-31）
式中
K值可按照近似的公式計算
（3-32）
式中
以上各式代入剛剛的撓度計算公式得出：
6）計算相對撓度：
（3-33）
得出的值比允許值小，即剛度符合要求。
7）有限元分析法：
上梁在工作還是軸向應(yīng)力最主要，所以還是有必要校核一下軸向應(yīng)力。Z的方向是應(yīng)力云圖如圖3-12：
由圖中顯示的計算結(jié)果得：
Z方向的最大壓應(yīng)力：
Z方向的最大拉應(yīng)力：
查看Von mises等效應(yīng)力云圖如圖3-13：
由圖中顯示的計算結(jié)果得：
根據(jù)Z方向的應(yīng)力云圖與Von mises等效應(yīng)力云圖中我們可以分析出來，上梁工作的時候它的應(yīng)力最大的值大概是：。因為建模的時候用了簡化算法，有一些不是很重要的地方出現(xiàn)了應(yīng)力集中，不過不是很重要總體還是符合要求的。
綜上所述：通過材料力學(xué)分析的有限元的結(jié)果都是小于許用于應(yīng)力是小于，所以強度安全，符合要求。
圖3-12 Z軸方向應(yīng)力圖
圖3-13 Z軸方向應(yīng)力圖
3.4活動橫梁的強度計算
圖3-15壓邊滑塊
圖3-14拉伸滑塊
Y28-500/800雙動拉伸液壓機的活動橫梁有：拉伸滑塊以及壓邊滑塊如圖3-14、圖3-15。
它的許擁擠壓應(yīng)力是?；顒恿撼惺芰藦澗?，這是來自于兩邊的壓力。對于較大的液壓機來說，活動梁的自重G還是要分析一下。它的承受簡圖如圖3-16，側(cè)缸的壓力P可以集中為一個應(yīng)力，重力的作用點在半邊梁上?？扇椤?
圖3-16 活動橫梁受力簡圖
活動橫梁一般不會因為強度上的問題和結(jié)構(gòu)上的問題損壞。另外，柱塞聯(lián)接處螺釘松動使得柱塞處會有裂縫出現(xiàn)。
3.5下橫梁的強度及其剛度計算
下橫梁的結(jié)構(gòu)圖如下圖：
圖3-17 活動橫梁直觀圖
有四種情況可以核對下橫梁受力時的工藝：
集中載荷
受力如圖3-18，由立柱窄邊或者是寬邊中心距來確定簡支梁的單位量，也可以說跟下橫梁位置有關(guān)。
圖3-18 集中載荷情況下下橫梁受力簡圖
最大彎矩 ：
（3-34）
最大撓度 ：
（3-35）
均勻載荷
對下橫梁的受力或者模鍛 、鐓粗等情況，受力圖如圖3-19：
圖3-19 均布載荷情況下下橫梁受力簡圖
最大彎矩：
（3-36）
式中 q——均布力，
是均布力分布寬度，如果設(shè)
最大撓度為 ：
（3-37）
偏心載荷
受力簡圖如下：
圖3-20 偏心載荷情況下下橫梁受力簡圖
最大彎矩為：
（3-38）
式中 e——偏心距
綜上所述，應(yīng)根據(jù)液壓機工藝用途，選擇相應(yīng)的幾種進行核算，核算步驟與許用應(yīng)力與上橫梁相同。
3.6 立柱的強度計算與校核
3.6.1 立柱的設(shè)計計算
由立柱和上下梁組成的框架會產(chǎn)生偏心，對立柱也會產(chǎn)生側(cè)向力以及彎矩。這樣的力會使立柱壽命變短，受力不是很好會產(chǎn)生不好的影響。這種狀況天在小型液壓機中，要特別關(guān)注。所以要分析這個問題。
根據(jù)中心部分的載荷來初步的估算，許用應(yīng)力可取，對照同樣類型的液壓機立柱選出直徑：
（3-39）
式中——液壓機公稱壓力；
——立柱截面積；
——立柱根數(shù)；
初步選定
選用于螺紋 M230×6—6g
3.6.2 立柱的強度校核
1）靜載的合成應(yīng)力
由小型液壓機可得立柱作為插入端的懸臂梁，m=0.25。
立柱的根部簡圖如下：
圖3-11 立柱根部
（3-40）
式中 d——最小直徑；
F——危險截面面積；
=
即靜載時符合要求。
2）疲勞強度校核
從圖中可以得出過度圓角半徑r為10 mm
0.043 （3-41）
（3-42）
翻閱材料得出理論應(yīng)力集中系數(shù)，45#鋼，正火狀態(tài)q值可選用0.7
有效應(yīng)力集中系數(shù)：
（3-43）
（3-44）
表面為精加工的立柱，的鋼，表面質(zhì)量系數(shù)是0.9。即可選為，符合要求。
4 液壓系統(tǒng)設(shè)計
4.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟
液壓系統(tǒng)是液壓機械的一個重要部分，傳動系統(tǒng)與主機設(shè)計應(yīng)同時進行，設(shè)計師必須結(jié)合實際，設(shè)計出高效，低成本的系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟并不固定，可穿插進行，大致順序如下：
1） 明確技術(shù)要求?
在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，第一步檢查機對系統(tǒng)有什么要求，積極與消費者和廠家商討，并了解技術(shù)要求，例如，機械的特征 、使用條件、安全性 、可靠性等。
2）系統(tǒng)功能的設(shè)計
按照技術(shù)要求要選擇系統(tǒng)的動作。驅(qū)動執(zhí)行器的回路由動作條件來設(shè)置。如果有多個執(zhí)行器，要畫順序圖，擬定動作順序回路。在這需要考慮到節(jié)能的要求，還有油液的過濾，還有它的降溫。
3）組成元件的設(shè)計
經(jīng)過前面的設(shè)計，差不多可以確定了系統(tǒng)原理圖，下面就是選取合適的系統(tǒng)組件。液壓元器件有四個大類：
A、能量輸入件：泵；
B、控制件：閥；
C、能量輸出件：馬達；
D、輔件：冷卻器，管子等。
A 、B 、C作用是在回路中能量傳遞功能，輔件能確保并且改善回路功能。
4）液壓系統(tǒng)的計算
還需要開始計算液壓系統(tǒng)的壓力損耗 、沖擊等等的問題。發(fā)現(xiàn)問題后就可以針對這部分進行改正。
5）液壓裝置的設(shè)計
確定元件及工作性能后，要確定工作圖樣，液壓系統(tǒng)中使用的大量元件等，要弄清楚一切信息，保證安裝的準確，除此之外，要提供各種裝配圖和元件清單。
6）液壓裝置的計算
完成液壓裝配整個結(jié)構(gòu) 、安放 、管路，要開始分析油壓的沖力 、油液的熱度 、壓力的消耗 、噪聲 、振動。
7）控制裝置的設(shè)計
為了完成安全裝置，控制裝置要控制電器，而且還需要設(shè)計報警以及緊急截止功能的安全電路。
8）全面審查
做完設(shè)計后，進行全面檢查，再交付制作部門。
4.2 液壓系統(tǒng)控制裝置
液壓系統(tǒng)的控制開關(guān)關(guān)鍵是畫出液壓系統(tǒng)回路圖，從下面幾個方面分析：
①供油的方式：系統(tǒng)快下和慢下的時候流量需求不一，為了補償這一區(qū)別采用了壓力補償變量軸向柱塞泵。
②調(diào)速回路：采取的調(diào)速閥是回油節(jié)流調(diào)速回路可以方便慢速調(diào)整速度。
③速度換接回路：慢下和快下速度要求不高，但是需要換接，即采取電接點壓力表控制的行程開關(guān)控制的三位四通Y型中 位機能電磁閥來達到速度的換接。
④平衡及鎖緊：主缸和頂出缸的進油路上設(shè)置了遠程控制閥為了保壓；并聯(lián)了兩個液控單向閥可以保證頂出缸壓力和退 回時預(yù)泄壓在進油路上；同時頂出缸下腔進油路上設(shè)置調(diào)速閥可以設(shè)置頂出缸的頂出速度。
⑤泄壓裝置：為了保證泵能順利供油和泄壓，特在泵的供油處設(shè)置了一個二位二同的電磁閥來控制整個系統(tǒng)的供油和泄壓。
⑥冷卻裝置：為控制回油箱的有液溫度，加了冷卻水裝置，同時油路需要負壓，加了單向閥。
⑦反饋裝置：主缸頂出缸有恒定壓力的要求。他們靠安裝壓力表來保證壓力。
⑧充液閥：避免主缸在泄壓的同時產(chǎn)生沖擊震動。
⑨安全裝置：主缸上腔與頂出缸下腔和整個系統(tǒng)壓力，由溢流閥作為安全閥來控制。
4.3 Y28—500/800液壓系統(tǒng)概況
Y28—500/800液壓機可以加工各種有色金屬材料覆蓋件的拉伸工藝。還可以用于加工彎曲 、翻邊 、壓裝等工藝，在汽車 、拖拉機制造比較火熱。
Y28—500/800液壓機在它的四柱之間有著拉伸缸 、壓邊缸 、頂出缸。液壓系統(tǒng)的工藝順序：
1）為了達到一般的壓制工藝,需要主缸驅(qū)動拉伸滑塊可以實現(xiàn)“快速向下 慢速加壓 保壓延時 快速退回 原位截止”的工作需要；需要壓邊缸驅(qū)動壓邊滑塊能達到 “快速向下 慢速加壓 保壓延時 快速退回 原位截止”的工作要求；需要頂出缸驅(qū)動液壓墊實現(xiàn)“向上頂出 暫停 向下退回 原位截止”的工作循環(huán)。動作循環(huán)與工作示意圖如下圖：
圖4-1 動作循環(huán)與工作示意圖
圖 4-2 動作循環(huán)圖
2) 液壓回路中的壓力不是一直固定的，有時需要變動，而且需要有較大的的壓制力，用來滿足它的作業(yè)需求。
3) 大流量、大功率 、空程與加壓行程的快慢相差極大。所以，功率的利用需要按照實際的情況來判斷，以保證工作安全可靠。
這個液壓系統(tǒng)由油箱 、泵站電機組和插裝閥組合而成。油箱用來儲存和過濾 、循環(huán)散熱。它的高壓油泵電機組可以輸出達到大于25的壓力油，并且油箱上面的邏輯插裝閥通過液壓管路，根據(jù)電氣系統(tǒng)的操控，往拉伸缸 、壓邊缸與頂出缸輸出液壓動力，完成各種動作。充液閥 、充液箱等零都是為液壓缸完成快下 、卸壓回程以及完成各個命令而設(shè)計的。
本液壓系統(tǒng)分成四個部分，即CV1 、CV2 、CV3 、CV4。
4.4 Y28—500/800液壓機工作原理
（1）第一步要接通電源，并啟動各油泵機組。液壓油經(jīng)過插裝閥件C1 、C3回到油箱，這個時候液壓系統(tǒng)是在空負荷工作狀態(tài)。
油路1：泵1 插裝閥C1 電磁換向閥YV1下位 油箱
油路2：泵2 插裝閥C3 電磁換向閥YV2下位 油箱
（2）電磁鐵YV1 、YV2 、YV8 、YV10 、YV11通電，控制電磁閥換向壓邊滑塊快下；壓邊缸產(chǎn)生壓力開啟主閥，上置充液箱快速補油。
進油路：
回油路：
當(dāng)壓邊滑塊最快速度下的時候接觸到了行程控制開關(guān)SQ6 時YV1 、YV10 斷電，YV12 、YV13 通電，壓邊滑塊向下工作是開始補壓。
進油路：
回油路：
補壓油路：
（3）壓邊滑塊壓力到電接點時壓力表BP2 的上限發(fā)訊點時，YV8 、YV11 、YV12 、YV13 斷電，YV1 、YV3 、YV6 、YV7 通電，拉伸滑塊快速下降；充液閥因為拉伸缸的壓力開啟，由充液箱向拉伸滑塊上腔快速補充油液。
進油路：
回油路：
（4）當(dāng)拉伸滑塊下降時啟動行程控制開關(guān) SQ2的時候，YV6 斷電，拉伸滑塊下工作并加大壓力。
進油路：
回油路：
（5）拉伸滑塊加壓到一定數(shù)值 BP1的上限發(fā)訊點時，拉伸滑塊就開始保壓。然后保壓結(jié)束卸壓，由時間繼電器發(fā)訊，YV3 、YV14 通電卸壓，延時后YV1、YV2、YV4、YV5 通電拉伸滑塊回程。
進油路：
回油路：
（6）拉伸滑塊行程結(jié)束的時候，由行程開關(guān)SQ1 發(fā)出信息，YV12 、YV15 通電使得壓邊滑塊卸壓，延時卸壓結(jié)束后隨即 YV1 、YV2 、YV9通電，壓邊滑塊開始回程。
進油路：
回油路：
（7）當(dāng)壓邊滑塊行程結(jié)束的時候，有行程開關(guān)SQ5 發(fā)出信息，YV2 、YV16 通電使得頂出缸頂起，頂起行程結(jié)束后根據(jù)SQ9 發(fā)訊停止并開始延時數(shù)秒，后YV2 、YV17 通電頂出缸原路返回，退回經(jīng) SQ10發(fā)出信息停止。
進油路1：
回油路1：
進油路2：
回油路2：
5安裝試車
5.1 安裝
通過小心認真的清洗，開始準備安裝的部分。本機之安裝可按照以下順序：
1) 第一步看裝配圖安裝部件，第一基準面為工作臺墊板，然后用水平尺在各個方向上測量，都要不大于0.20/100mm,然后再固定地腳螺栓。
2)頂出缸在工作時，缸體由螺母將工作臺與缸體鏈接，把行程控制閥安裝在缸底
3)滑塊安裝位置為工作臺上面，并在上面添加墊塊，立柱孔也要相對應(yīng)。
4) 先連接主油缸和上梁，再把上梁與立柱相互連接，再把上 、下立柱的鎖緊螺母擰緊到立柱上面，下鎖緊螺母應(yīng)該要盡量的擰緊，而上鎖緊螺母則應(yīng)該需要微留一點間隙用來調(diào)整它的精度。
5) 注意端面密封圈，不可以漏油。
6) 必須參照液壓系統(tǒng)的圖來安裝管道。
7) 油箱中的清潔的油量大約是3500 升。
結(jié)束安裝，開始試車。
5.2 試車
本機試車可以按照以下順序開始：
1) 試車檢查是否穩(wěn)固，了解文件和性能。
2) 開機前，首先把本機器液壓動力站上面的插裝閥組成所有的調(diào)壓手柄松開。
3) 第一次運行前必須把純凈工作油液壓入高壓油泵泵體里面。
4) 拉伸缸回程油路中的調(diào)壓閥要使他其建立適當(dāng)?shù)闹С袎毫?，最好把拉伸滑塊調(diào)整到?jīng)]有下滑現(xiàn)象的位置。
5) 把電路轉(zhuǎn)換為半自動化。主缸的保持壓力的性能是要求在10 分鐘內(nèi)將壓力降低到不大于2.5MPa。。
6) 負荷試車后應(yīng)再次測量主機精度，并達到《合格說明書》所述的要求。
試車結(jié)束。
57
結(jié)論
本設(shè)計通過對液壓機的研究，分析了液壓機的歷史觀察了不同的理論方法，有了部分的發(fā)現(xiàn)。在對液壓機進行了分析之后，我們決定采用材料力學(xué)的方法對他的整體機身進行強度方面的研究。經(jīng)過上面大量的研究之后，我們的得出了以下幾個方面的情況：
(1)本次設(shè)計的雙動拉伸的液壓機選用的是三梁四柱結(jié)構(gòu)式的液壓機，三梁四柱式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且普遍，操作空間大，分析下來，三梁四柱式適合本次研究的課題。
(2)然后是對于液壓機身的設(shè)計，本設(shè)計的機身由三個液壓缸和四個梁，四根立柱組成，本文選擇拉伸缸作為代表計算，用有限元分析軟件ANSYS分析了應(yīng)力，均符合要求。上下梁與兩個活動梁計算校核步驟也基本一致，此次選擇上梁的計算校核舉例，結(jié)果也基本符合要求
（3）拉伸缸和壓邊缸選擇活塞式的液壓缸，回程缸選取柱塞式液壓缸，且加一個行程閥控制缸的動作
(4) 這個液壓系統(tǒng)由油箱 、泵站電機組和插裝閥組合而成。充液閥 、充液箱等零各個部件都是為液壓缸完成快下 、卸壓回程以及完成各個命令而設(shè)計的。
總的來說研究設(shè)計方面還是參考的以前的方法多一些，通過以前的方法發(fā)現(xiàn)問題創(chuàng)造問題，改正問題，所以這整個設(shè)計必須按照已有的標準來研究。
因為液壓機畢竟是機器真正的問題還是需要通過實際操作才能發(fā)現(xiàn)的，所以通過這次的研究，只是完成了一部分的工作，真正的研究還要看實際的生產(chǎn)中。
致謝
在做畢業(yè)設(shè)計的這幾個月當(dāng)中，感謝我的指導(dǎo)老師張元越老師對我莫大的幫助，老師細心的告訴我們每一步該做什么，在學(xué)習(xí)期間，我不僅感受到了老師對我們的關(guān)愛，也在他的幫助下學(xué)習(xí)到了很多東西。
從上個學(xué)期課題布置下來開始，老師就開始密切關(guān)照我們的學(xué)習(xí)進度，寒假給我們安排了任務(wù)，以便于下學(xué)期過來之后不會手忙腳亂，不知道該做什么。經(jīng)過了寒假的準備，有了一定的專業(yè)認識，做起來也相對于得心應(yīng)手許多。
然后每一星期的見面中老師不僅要督促我們的研究進度，還要指導(dǎo)我們下一步的計劃，并告訴我們錯誤的地方和改正方法。
正因為老師不辭辛苦的幫助，我才得以完成今天的成果，在此，我要向張老師表達深深的謝意！
于此同時，這次畢業(yè)設(shè)計的完成也離不開四年中專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，以及各科老師專業(yè)的指導(dǎo)。在這里，我要深深的感謝四年中教導(dǎo)我的老師。
還有，我要感謝我的家人，我能順利完成任務(wù)也離不開家人在背后的幫助。
同時我還要感謝各位引文的作者，是他們的研究成果幫助我完成了這次的目標。
最后，再次感謝各位老師這么多年對我的幫助，以及各位評委老師幸苦的工作！[7]
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