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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 單臂液壓鑄造機 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923115 學(xué)生姓名： 丁 劍 指導(dǎo)教師： 龔常洪 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 單臂液壓鑄 造機 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其 內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝 的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已 發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 93 學(xué) 號： 0923115 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 單臂液壓鑄造機 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 單臂式液壓鑄造機主要用于金屬的自由鍛造，8000KN 以下的小 型鍛造液壓機常采用 C 型單臂機架，主要用于軸類零件、型材的校 正和軸套類零件的裝配，也可用于板材的彎曲成型、拉伸等工藝過 程。配置一定的附件式模具后可以進行粉末壓制和固型塑料的成型 壓制。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： ① 熟悉液壓傳動和液壓控制技術(shù)的發(fā)展歷程； ② 熟練掌握液壓原理； ③ 熟練掌握液壓缸的結(jié)構(gòu)強度、剛度的計算和校核； ④ 導(dǎo)向、密封、防塵、排氣、和緩沖等裝置的設(shè)計； ⑤ 能夠熟練使用 Auto CAD 制圖工具。 四、接受任務(wù)學(xué)生： II 機械 93 班 姓名 丁 劍 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 作為現(xiàn)代機械設(shè)備實現(xiàn)傳動與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域得 到了廣泛運用。作為世界加工中心,我國機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)作用越來越明顯。 液壓機技術(shù)水平的高低直接影響到國家機械工業(yè)的發(fā)展水平。單柱式液壓機是液壓機產(chǎn) 品的一個重要組成部分, 8000KN以下的小型鍛造液壓機常采用 C型單臂機架，主要用于軸 類零件、型材的校正和軸套類零件的裝配，也可用于板材的彎曲成型、拉伸等工藝過程。 配置一定的附件式模具后可進行粉末壓制成型和固型塑料的成型壓制，擁有自主的液壓 機設(shè)計技術(shù)是使國家機械工業(yè)能在世界競爭中取勝的重要保證,對其展開研究有重要的理 論和實際意義。本文完成了160KN單柱式液壓機本體的設(shè)計,并采用二維制圖軟件 AutoCAD對其進行研究。論文提出了160KN單柱式液壓機的技術(shù)參數(shù),擬定了機器的結(jié)構(gòu) 形式，著重對工作缸做了結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)計算。根據(jù)液壓機設(shè)計理論完成了整體機架結(jié) 構(gòu)及主要結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計與理論計算。對液壓機本體的總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件進行了強度 計算與分析,主要內(nèi)容包括:結(jié)構(gòu)中應(yīng)力集中情況分析 ,初始設(shè)計方案修正,最終獲得了滿足 強度和剛度要求的機架設(shè)計。最后利用AutoCAD軟件對160KN單柱式液壓機總裝配圖及 主要零部件進行了設(shè)計，完成了液壓機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)。 關(guān)鍵詞：液壓機；工作缸；強度 IV Abstract As one of the important technical means to achieve the modern machinery equipment transmission and control, hydraulic technology has been widely used in the field of the national economy. As a processing center in the world, China's machinery industry foundation function in the national economy is more and more obvious. Hydraulic machine technology level directly affects the development level of the national machinery industry. Single column hydraulic machine is an important part of the hydraulic machine, small forging under 8000KN hydraulic press often uses the “C” type single arm frame, mainly used for shaft parts profile correction and sleeve parts assembly, can also be used for such as tensile plate bending forming process configuration must be the attachment type of mold powder can be suppressed after molding and plastic molding repression, hydraulic machine design technology with independent is an important guarantee to make the national machinery industry can win in the international competition, the expansion has important theoretical and practical significance to study. The design of the 160KN bulk single column hydraulic machine, and the use of 2D drawing software AutoCAD to study the. This paper presents the technical parameters of 160KN single column hydraulic machine, the structure of machine, the working cylinder structure design and calculation of the data. Design and theoretical calculation of the whole frame structure and the main part of the structure was completed according to the design theory of hydraulic machine. The key components of overall structure of the hydraulic machine body and gives the calculation and analysis of the strength, the main contents include: the stress concentration analysis of structure, modify the initial design scheme, finally satisfied frame design strength and stiffness requirements. At the end of the 160KN single column hydraulic machine assembly drawing and the main parts were designed by using AutoCAD software, completed the overall structure design of hydraulic machine. Keywords: hydraulic machine；hydraulic cylinder；strength V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III Abstract .........................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 課題背景及目的與意義 .......................................................................................................1 1.2 液壓機的發(fā)展概況 ...............................................................................................................1 1.2.1 液壓機在現(xiàn)代工業(yè)中的地位 ........................................................................................1 1.2.2 我國液壓機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .....................................................................................1 1.2.3 國外液壓機的發(fā)展狀況 ................................................................................................3 1.2.4 液壓機的總體發(fā)展趨勢 ................................................................................................4 1.3 液壓機的工作原理和結(jié)構(gòu)特點 ...........................................................................................4 1.3.1 液壓機的工作原理 ........................................................................................................4 1.3.2 液壓傳動的優(yōu)缺點 ........................................................................................................5 1.4 液壓機的分類 .......................................................................................................................6 2 液壓機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................................................8 2.1 液壓機的結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計參數(shù) ...........................................................................................8 2.1.1 液壓機本體結(jié)構(gòu)特點 ....................................................................................................8 2.1.2 160KN 液壓機的設(shè)計參數(shù) ............................................................................................8 2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ...............................................................................................................9 2.3 工作臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ................................................................................................................9 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 ........................................................................................................................9 2.3.2 加工技術(shù)要求 ..............................................................................................................10 2.3.3 固定模具的結(jié)構(gòu) ..........................................................................................................10 3 液壓機液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計 ...................................................................................................12 3.1 明確設(shè)計要求，制定基本方案 .........................................................................................12 3.1.1 設(shè)計要求 ......................................................................................................................12 3.1.2 確定液壓執(zhí)行元件的形式 ..........................................................................................12 3.1.3 確定液壓執(zhí)行元件運動控制回路 ..............................................................................13 3.1.4 液壓源系統(tǒng) ..................................................................................................................13 3.2 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定 .............................................................................................13 3.2.1 液壓介質(zhì)的選擇 ..........................................................................................................13 3.2.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 ..........................................................................................................14 3.3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算 .....................................................................................................16 3.3.1 選系統(tǒng)工作壓力 ..........................................................................................................16 3.3.2 液壓缸設(shè)計中應(yīng)注意的的問題 ................................................................................16 3.3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 ..............................................................................................16 3.3.3 液壓缸強度校核 ..........................................................................................................17 VI 3.3.4 液壓缸穩(wěn)定性校核 ......................................................................................................18 3.4 液壓閥的選擇 .....................................................................................................................21 3.4.1 液壓閥的作用 ..............................................................................................................21 3.4.2 液壓閥的基本要求 ......................................................................................................21 3.4.3 液壓閥的選擇 ..............................................................................................................21 3.5 液壓泵的選擇 .....................................................................................................................22 3.6 電動機功率的確定 .............................................................................................................22 3.7 液壓管件的確定 .................................................................................................................23 3.7.1 油管內(nèi)徑確定 ..............................................................................................................23 3.7.2 管接頭 ..........................................................................................................................23 3.8 本章小結(jié) .............................................................................................................................23 4 液壓機的強度與剛度計算 .......................................................................................................25 4.1 上橫梁結(jié)構(gòu)的強度與剛度計算 .........................................................................................25 4.1.1 受力分析 ......................................................................................................................25 4.1.2 主截面（Ⅰ— Ⅰ）強度計算 ......................................................................................26 4.1.3 主截面（Ⅱ— Ⅱ）強度計算 ......................................................................................26 4.2 本章小結(jié) .............................................................................................................................27 結(jié) 論 ...........................................................................................................................................28 致 謝 ...........................................................................................................................................29 參考文獻 .......................................................................................................................................30 單臂液壓制造機 1 1 緒論 1.1 課題背景及目的與意義 通過 160KN 單柱液壓機設(shè)計與計算，了解液壓機的結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握液壓機的 設(shè)計計算步驟，以及液壓缸和橫梁的設(shè)計與計算方法。設(shè)計液壓機的意義在于其不但具 有較大的通用性，適用于塑性材料的成形如簿板件的落料、拉伸、壓印等；軸類件的校 正；零部件的壓裝；粉末制品的壓制。還具有點動、手動和半自動等操作方式，可按工 藝需要任選定時或定位控制，壓力和行程可調(diào)，操作靈便、工作可靠。 1.2 液壓機的發(fā)展概況 1.2.1 液壓機在現(xiàn)代工業(yè)中的地位 流體傳動與控制技術(shù)的主要代表液壓技術(shù)自上世紀初面世以來，即“融合”到裝備 制造業(yè)中，成為其一個十分重要的基礎(chǔ)領(lǐng)域，同時，液壓技術(shù)將裝備制造業(yè)作為其主要 的應(yīng)用領(lǐng)域，曾經(jīng)引領(lǐng)著裝備制造業(yè)一系列的技術(shù)進步 [8]。因此液壓技術(shù)對裝備制造業(yè)而 言，從來就有著較強的推動和影響作用，對裝備制造業(yè)等諸多領(lǐng)域有著前置和后置效應(yīng)， 扮演著重要而關(guān)鍵的角色。21 世紀初，中國裝備制造業(yè)得益于國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的歷史 機遇，在諸多領(lǐng)域取得了重要的發(fā)展和技術(shù)進步，其中中國液壓技術(shù)也扮演了重要的角 色，并反映了它與時俱進的技術(shù)進步 [5]。 液壓機是利用液壓傳動技術(shù)進行壓力加工的設(shè)備。它與機械壓力機相比，具有壓力 和速度可在廣泛的范圍內(nèi)無級調(diào)整，可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力，結(jié)構(gòu) 布局靈活，各執(zhí)行機構(gòu)動作可很方便地達到所希望的配合關(guān)系等等很多優(yōu)點。同時液壓 元件具有高度的通用化、標準化特點，設(shè)計及制造均較為簡單，所以液壓機在國民經(jīng)濟 各部門得到了日益廣泛的應(yīng)用 [15]。 1.2.2 我國液壓機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國液壓機的現(xiàn)狀:我國液壓技術(shù)的發(fā)展始于 20 世紀 50 年代，最初主要應(yīng)用于機床 和鍛壓設(shè)備上；20 世紀 60 年代，我國從國外引進了一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，同時自行設(shè) 計開發(fā)出了液壓產(chǎn)品；20 世紀 80 年代初期，我國又從美國、日本、德國引進了一些先進 的技術(shù)和設(shè)備，是我國的液壓技術(shù)水平有了很大的提高。目前，我國的液壓元件已從低 壓到高壓形成了系列產(chǎn)品，并開發(fā)生產(chǎn)出了許多新型的液壓元件；在精度、重載大型設(shè) 備的液壓系統(tǒng)中，國產(chǎn)元件的應(yīng)用也越來越多；行走機械液壓系統(tǒng)中的專用液壓元件也 在大力開發(fā)。液壓技術(shù)在我國經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展中將發(fā)揮越來越大的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性 的支撐作用 [16]。下圖 1.1 是滕州機械廠生產(chǎn)的單臂液壓鑄造機。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.1 滕州機械廠生產(chǎn)的單臂液壓鑄造機 1.2.2.2 發(fā)展趨勢 1.板材加工設(shè)備： 進入 21 世紀，我國的汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，面對這一形勢，我國的板材加工工藝及 設(shè)備有了長足的發(fā)展。 (1) 重型機械壓力機及覆蓋件生產(chǎn)線、大型多工位壓力機 ① 單機連線自動化沖壓生產(chǎn)線； ② 大型多工位壓力機 (2) 數(shù)控板沖、剪、折機床及柔性加工生產(chǎn)線 ① 數(shù)控沖床； ② 數(shù)控沖剪復(fù)合機及柔性加工線； ③ 數(shù)控折彎機 (3) 板材無模多點成形壓力機 (4) 高速壓力機 (5) 數(shù)控激光切割機 2.大重型鍛造裝備： (1) 水鍛機 (2) 熱模鍛壓力機 (3) 大噸位螺旋壓力機 (4) 大型彎曲校正設(shè)備 3.特種鍛造設(shè)備： 單臂液壓制造機 3 (1) 特種軋制設(shè)備 ① 輥鍛機； ② 楔橫軋機； ③ 控輾環(huán)機 (2) 擺動輾壓機 (3) 冷擠壓機 (4) 數(shù)控彎管機 1.2.3 國外液壓機的發(fā)展狀況 美國、德國、日本的汽車工業(yè)如此發(fā)達，得益于其塑性加工技術(shù)及裝備的領(lǐng)先地位。 當前的世界塑性加工技術(shù)及裝備向以下幾個方面發(fā)展： 1.金屬塑性成型設(shè)備及自動化 (1) 冷沖壓設(shè)備 ① 單機聯(lián)線自動化； ② 大型多工位壓力機 (2) 鍛造設(shè)備 2.高速化復(fù)合化相結(jié)合，提高設(shè)備加工效率 在追求高速化加工的同時，還必須盡可能縮短生產(chǎn)輔助時間，以取得良好的技術(shù)經(jīng) 濟效益。在數(shù)控壓機上配備伺服電機驅(qū)動的三坐標上下料裝置，可使沖壓中心實現(xiàn)高效 板材加工。 3.設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 具有現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)、互動操作性、分散功能模塊、開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 的現(xiàn)場總線技術(shù)，是壓力機控制技術(shù)的發(fā)展方向，對實現(xiàn)自動化具有明顯的推動作用 [6]。 4.注重環(huán)境保是當今世界性的潮流 許多國外技術(shù)塑性成型設(shè)備愈來愈重視環(huán)保問題，如在數(shù)控轉(zhuǎn)塔壓力機上，工作臺 普遍采用柔性的尼龍刷支撐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾珠支撐，以減少噪聲污染；變速壓機實現(xiàn)快速 下降，慢速沖裁工件，快速回程，使振動和噪聲大大降低。特別是歐洲市場，已基本貫 徹 ISO14000 系列標準，金屬塑性成型設(shè)備必須通過 CE 認證 [1]。圖 1.2 是美國生產(chǎn)的單 臂液壓鑄造機。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 1.2 美國生產(chǎn)的單臂液壓鑄造機 1.2.4 液壓機的總體發(fā)展趨勢 液壓機是材料成型設(shè)備中的重要一員，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位， 其發(fā)展趨勢也倍受關(guān)注。20 世紀 60 年代以后，金屬塑性成型設(shè)備改變了從 19 世紀開始 的向重型和大型方向發(fā)展的趨勢。近年來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自 動控制技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，隨著新工藝、新材料技術(shù)的不斷出現(xiàn)，液壓技術(shù)也在不 斷的發(fā)展創(chuàng)新，液壓技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國防工業(yè)中占有舉足輕重的地位。目前，液壓 技術(shù)正朝著高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、節(jié)能高效、環(huán)保、小型化及輕量化 等方向發(fā)展；同時，液壓系統(tǒng)的計算機輔助測試、計算機實時控制、機電一體化技術(shù)、 計算機仿真和優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、可靠性研究及污染控制等，也是當前液壓技術(shù)發(fā)展和研究 的一個重要方向 [16]。 1.3 液壓機的工作原理和結(jié)構(gòu)特點 1.3.1 液壓機的工作原理 液壓機是一種以液體為介質(zhì)用來傳遞能量以實現(xiàn)多種鍛壓工藝的機器。 液壓機是根據(jù)帕斯卡原理制成，其工作原理如圖 1.3 所示。兩個充滿液體具有柱塞的 封閉容腔由管道相連通，當柱塞 1 上作用有力 P1 時，液體的壓強為 p=P1/A1,A1 為柱塞 1 的橫截面積。根據(jù)帕斯卡原理：在密閉容器中液體壓力在各個方向上完全相等，壓強 p 將傳遞到容腔內(nèi)的每一個點，大柱塞 2 上將產(chǎn)生向上的作用力 P2，使工件 3 變形，且 P2=P1(A2/A1) 單臂液壓制造機 5 式中 A2—柱塞 2 的橫截面積。 液壓機一般由本體（主機）及液壓系統(tǒng)兩部分組成 [2]。 圖 1.3 液壓機工作原理 圖 1.4 液壓機本體結(jié)構(gòu)圖 1-小柱塞 2-大柱塞 3-工件 1-上橫梁 2-立柱 3-下橫梁 4-回程缸 5 工件 6-回程柱塞 7-活動橫梁 8-工作柱塞 9-工作缸 最常見的液壓機本體結(jié)構(gòu)見圖如圖 1.4 所示。它由上橫梁 1，下橫梁 3，四個立柱 2 和 16 個內(nèi)外螺母組成一個封閉框架，框架承受全部工作載荷。工作缸 9 固定在上橫梁 1 上，工作缸內(nèi)裝有工作柱塞 8，它與活動橫梁 7 相連接，活動橫梁以 4 根立柱為導(dǎo)向，在 上、下橫梁之間往復(fù)運動，活動橫梁下表面一般固定有上模，而下模則固定于下橫梁 3 的工作臺上。當高壓液體進入工作缸并作用于工作柱塞上時，產(chǎn)生了很大的作用力，推 動柱塞，活動橫梁及上模向下運動，使工件 5 在上、下模之間產(chǎn)生塑性變形。回程時， 工作缸通低壓液體，高壓液體進入回程缸，推動回程活塞 6 及活動橫梁向上運動，回到 原始位置，完成一個工作循環(huán)。 液壓機的工作循環(huán)一般包括停止、沖液行程、工作行程及回程。上述的不同行程是 由操縱系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)中各種功能的閥門動作來實現(xiàn)的。 液壓機的液壓系統(tǒng)包括各種高低壓泵、高低壓容器（油箱、沖液罐、蓄勢器等）、 閥門及相應(yīng)的連接管道等。其傳動方式可分為泵直接傳動和泵-蓄勢器傳動兩種 [15]。 1.3.2 液壓傳動的優(yōu)缺點 液壓傳動系統(tǒng)與機械傳動、電氣傳動等系統(tǒng)相比，具有如下主要優(yōu)、缺點 [16]。 優(yōu)點： (1) 液壓傳動借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動機構(gòu)，這比機械傳動優(yōu)越 (2) 液壓傳動裝置重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。 (3) 可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速。 (4) 傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。正因為此特點，金屬切削機床中的 磨床傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 (5) 液壓裝置借助于設(shè)置溢流閥等易于實現(xiàn)過載保護，同時液壓件能自行潤滑，因此 使用壽命長。 (6) 液壓傳動容易實現(xiàn)自動化。 液壓元件以實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化，便于設(shè)計、制造和推廣應(yīng)用。 缺點： (1) 液壓傳動是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對運動表面間很難避免漏油等因素，同時 油液又是可以壓縮的，因此使得液壓傳動不能保證嚴格的傳動比。 (2) 液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體黏度變化，引起運動特性的 變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境下工作。 (3) 為了減少泄露，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要 求較高，加工工藝較復(fù)雜。 (4) 液壓出動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。 (5) 液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。 (6) 由于采用油管傳輸壓力油，距離較長，沿程壓力損失大，故不宜遠距離輸送動力。 1.4 液壓機的分類 液壓機有如下幾種分類方法 [2]： (1) 按傳遞壓強的液體種類分類：可分為油壓機和水壓機兩大類。 (2) 按機身結(jié)構(gòu)形式分類： 可分為梁柱式（如三梁四柱式） 、單臂式（C 型） 、框架式和臥式等。 (3) 按工藝用途分類： 可分為如下幾種： ① 鑄造液壓機：用于自由鍛造、鋼錠開坯以及有色與黑色金屬模鍛； ② 沖壓液壓機： 用于各種板材沖壓，其中有單動、雙動等結(jié)構(gòu)形式； ③ 一般用途液壓機：如各種萬能式通用液壓機； ④ 校正壓裝液壓機：用于零件校形及裝配； ⑤ 層壓液壓機：用于膠合板、刨花板、纖維板、絕緣材料板、等的壓制； ⑥ 擠壓液壓機：用于各種有色金屬和黑色金屬的線材、管材、棒材及型材擠壓； ⑦ 壓制液壓機：用于粉末冶金、塑料制品壓制成型； ⑧ 打包、壓塊液壓機：用于將金屬切屑及廢料的壓塊與打包； ⑨ 手動液壓機：一般為小型液壓機，用于試壓、壓裝等要求力量不大的手工工序。 (4) 按活動橫梁的運動方式分類 可分為： ① 壓式液壓機：該類液壓機的工作缸安裝在機身上部，操作方便，容易實現(xiàn)快速下 行，應(yīng)用最廣； ② 雙動式液壓機：上活動橫梁分為內(nèi)、外滑塊，分別由不同的液壓缸驅(qū)動，壓力為 內(nèi)外滑塊壓力的總和。工作方式靈活，適合金屬板料的拉伸成型，在汽車制造業(yè) 應(yīng)用廣泛； 單臂液壓制造機 7 ③ 下拉式液壓機：該類液壓機的工作缸裝在機身下部，重心位置較低，穩(wěn)定性好， 制品可避免漏油污染； (5) 按傳動形式分類 可分為： ① 泵直接傳動液壓機：每臺液壓機單獨配備高壓泵，中小型液壓機多為這種傳動形 式； ② 泵-蓄勢器傳動液壓機：高壓液體采用集中供應(yīng)的辦法，可節(jié)省資金，提高液壓設(shè) 備的利用率，但需要高壓蓄能器和一套中央供壓系統(tǒng)，以平衡低負荷和負荷高峰時對高 壓液體的需要。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 2 液壓機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 液壓機的結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計參數(shù) 液壓機的本體是液壓機的兩大組成部分之一，一般由機架、液壓缸部件，運動部分 及其導(dǎo)向裝置所組成 [14]。 2.1.1 液壓機本體結(jié)構(gòu)特點 液壓機本體結(jié)構(gòu)最顯著的特點是工作空間寬敞、便于四面觀察和接近模具。整機結(jié) 構(gòu)簡單，工藝性較好，但立柱需要大型圓鋼或鍛件。 液壓機最大的缺點是承受偏心載荷能力較差，最大載荷下偏心距一般為跨度（即左 右方向的中心距）的百分之三左右；由于立柱剛度較差，在偏載下活動橫梁與工作臺間 易產(chǎn)生傾斜和水平位移；同時立柱導(dǎo)向面磨損后不能調(diào)整和補償。這些缺點在一定程度 上限制了它的應(yīng)用范圍 [13]。 2.1.2 160KN 液壓機的設(shè)計參數(shù) 主要技術(shù)規(guī)格是表述機器工作性能的指標。通常包括以下部分：第一，主要規(guī)格， 又稱主參數(shù)，它是表示液壓機主要特性的參數(shù)。第二，各執(zhí)行機構(gòu)各工藝動作的壓力。 第三，工作空間，包括各執(zhí)行機構(gòu)固定模具的工作表面對主機工作臺面的最大距離和最 小距離、工作臺尺寸等。第四，各工藝動作的速度。第五，機器外形尺寸、總功率和總 重量。設(shè)計模型如圖 2.1 圖 2.1 設(shè)計模型 本設(shè)計為 160KN 單柱液壓機，其主要技術(shù)規(guī)格為： 1.公稱壓力：160KN 2.液體最大工作壓力：13MPa 3.操縱方式：電 動 4.壓頭距下工作臺最大距離：500mm 5.壓頭最大行程：350mm 6.壓頭下行最大速度：V 下 MAX =50mm/s 單臂液壓制造機 9 7.壓頭回程最大速度：V 回 MAX=100mm/s 8.喉深：L0=300mm 9.工作臺尺寸(左右×前后)：600×500mm 10.工作臺距地面高度：710mm 11.落料孔孔徑：100mm 12.滿負載時允許變形：±1 mm 2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計 上橫梁位于整機的上部，用于安裝工作缸，承受工作缸的反作用力，亦可安裝回程 缸及其他輔助裝置。 對于中小型液壓機，其結(jié)構(gòu)形式有：鑄造及焊接兩種 [1]。 本設(shè)計為 160KN 單柱液壓機，上橫梁采用焊接結(jié)構(gòu)，材料為 Q235，其結(jié)構(gòu)形式如圖 2.2 所示。 不論采用鑄造或焊接形式的上橫梁，都應(yīng)進行必要的熱處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。 上橫梁結(jié)構(gòu)無論采用鑄造或是焊接形式，都應(yīng)盡可能設(shè)計成上、下封閉的箱式結(jié)構(gòu)， 以便受力后使應(yīng)力分布較合理 [9]。 圖 2.2 焊接上橫梁結(jié)構(gòu)圖 2.3 工作臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 工作臺是主機的安裝基礎(chǔ)，臺面上固定模具，工作中承受機器本體的重量及全部載 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 荷。亦可安裝頂出缸，回程缸及其他輔助裝置。 本設(shè)計為 160KN 單柱液壓機之工作臺，采用鑄造結(jié)構(gòu)，材料選用生鐵。中間的孔為 卸料孔，其結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。 圖 2.3 工作臺結(jié)構(gòu) 2.3.2 加工技術(shù)要求 工作臺是整機的基礎(chǔ)性零件，是安裝模具的基準。此外，在工作臺上還要安裝頂出 缸和其他零部件。因此，對工作臺面的不平度、各部件安裝定位基面均應(yīng)有必要的技術(shù) 要求 [12]。根據(jù)生產(chǎn)情況，具體要求為： (1) 工作臺臺面不平直度，按 JB293-73 標準允差≤0.05/1000mm。 (2) 安裝頂出缸孔的軸線與頂出缸臺肩貼合平面間不平行度允差小于 0.03/300mm。 (3) 頂出油缸臺肩之貼合面與工作臺面間不平行度允差小于 0.05/300mm。 (4) 立柱鎖緊螺母之貼合平面與工作臺臺面間不平行度允差小于 0.16/300mm。 (5) 立柱孔尺寸一般比立柱插入端直徑大 1mm 左右。 2.3.3 固定模具的結(jié)構(gòu) 為了固定模具，一般情況在工作臺面上設(shè)有 T 型槽，按 GB158-59 標準尺寸進行加工。 用于中小型液壓機的 T 型槽型式尺寸見表 2-1。 表 2-1 T 型槽（GB158-59） （mm） 注：1.盡可能不采用括號內(nèi)的尺寸。 2.“a”尺寸公差根據(jù)用途可按 D1、D4、D6 或自由公差選取。 3.“a”兩邊光潔度按采用精度等級決定，其余均按▽3 加工。 單臂液壓制造機 11 4.可做成帶有鑄造后不加工的槽。 （a）交叉布置 （b）平行布置 圖 2.4 T 型槽布置圖 T 型槽的尺寸和數(shù)量主要根據(jù)液壓機回程噸位（即加壓制件后的拔模力）和頂出制件 的最大壓力設(shè)計。對于尺寸較小的工作臺，T 型槽常用交叉布置（圖 2.4a） ，尺寸較大的 工作臺的 T 型槽，常采用平行布置（圖 2.4b） 。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 3 液壓機液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計 3.1 明確設(shè)計要求，制定基本方案 3.1.1 設(shè)計要求 設(shè)計要求是進行每項工程設(shè)計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手進行液壓系統(tǒng) 各部分設(shè)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面的情況了解清楚。 單柱液壓機主機概況： 1.公稱壓力：160KN 2.液體最大工作壓力：13MPa 3.操縱方式：電 動 4.壓頭距下工作臺最大距離：500mm 5.壓頭最大行程：350mm 6.壓頭下行最大速度：V 下 MAX =50mm/s 7.壓頭回程最大速度：V 回 MAX=100mm/s 8.喉深：L0=300mm 9.工作臺尺寸(左右×前后)：600×500mm 10.工作臺距地面高度：710mm 11.落料孔孔徑：100mm 12.滿負載時允許變形：±1 mm 液壓缸動作順序： 工進——快退——停止 3.1.2 確定液壓執(zhí)行元件的形式 在本設(shè)計中,液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械 能以實現(xiàn)直線往復(fù)運動的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得 到了廣泛的應(yīng)用。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸兩類?；钊缀椭椎妮斎霝閴?力和流量，輸出為推力和速度 [15]。 液壓缸除了單個地使用外，還可以組合起來或和其它機構(gòu)相結(jié)合，以實現(xiàn)特殊的功 能。 根據(jù) [15]表 3-1 我們選擇活塞缸類中的單桿活塞液壓缸，其特點及適用場合見表 3-1。 表 3-1 運用場合 名稱 特點 適用場合 單桿活塞 液壓缸 有效工作面積大， 雙向不對稱 往返不對稱的直 線運動等 單臂液壓制造機 13 3.1.3 確定液壓執(zhí)行元件運動控制回路 1）為了實現(xiàn)液壓缸的進和退，我們選擇電磁換向閥作為液壓系統(tǒng)的方向控制閥。 電磁換向閥的基本工作原理是通過電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的 流動方向。當電磁鐵斷電時，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置（脈沖式閥除外） 。 若推動故障檢查按鈕可使滑閥閥芯移動。電磁換向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是用來實現(xiàn)液 壓油路的換向、順序動作及卸荷等。由于電磁鐵的推力有限，電磁換向閥應(yīng)用在流量不 大的液壓系統(tǒng)中。 2）為了實現(xiàn)其工進，可以選擇調(diào)速閥或節(jié)流閥作為速度控制閥。 節(jié)流閥的調(diào)節(jié)應(yīng)該輕便、準確。在小流量調(diào)節(jié)時，如通流截面相對于閥心位移的變 化率較小，則調(diào)節(jié)的精確性較高。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，便可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度的大 小。 而調(diào)速閥的工作原理：液壓泵出口（即調(diào)速閥進口）壓力，由溢流閥調(diào)整，基本上 保持恒定。調(diào)速閥出口處的壓力由活塞上的負載決定。所以當負載增大時，調(diào)速閥進出 口壓差將將減小。 調(diào)速閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和節(jié)流閥相仿，它適用于執(zhí)行元件負載變化大而運動速 度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中 [15]。 因此，在本設(shè)計中選擇調(diào)速閥作為速度控制閥。 3.1.4 液壓源系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其它輔助 油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱， 溢 流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用 [10]。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在此，我們在泵的小口裝上粗濾油器。 （進 入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜 質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器或其他型式的濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境 及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3.2 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定 3.2.1 液壓介質(zhì)的選擇 液壓介質(zhì)應(yīng)具有適宜的粘度和良好的粘溫特性；油膜強度要高，具有較好的潤滑性 能；能抗氧化，穩(wěn)定性好；腐蝕作用小，對涂料、密封材料等有良好的適應(yīng)性；同時液 壓介質(zhì)還應(yīng)具有一定的消泡能力 [15]。 選擇液壓介質(zhì)時，除專用液壓油外，首先是介質(zhì)種類的選擇。根據(jù)液壓系統(tǒng)對介質(zhì) 是否有抗燃性的要求，決定選用礦油型液壓油或抗燃型液壓液。 其次，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中所用液壓泵的類型選用具有合適粘度的介質(zhì)。 最后，還應(yīng)考慮使用條件等因素，如環(huán)境溫度、工作壓力、執(zhí)行機構(gòu)速度等。當工 作溫度在 60℃以下，載荷較輕時，可選用機械油；工作溫度超過 60℃時，應(yīng)選用汽輪機 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 油或普通液壓油。若設(shè)備在很低溫度下啟動時須選用低凝液壓油 [15]。 據(jù) [16]中各普通液壓油質(zhì)量指標及應(yīng)用以及本設(shè)計中單柱液壓機液壓系統(tǒng)的要求選用 N32 號普通液壓油，其各項質(zhì)量指標見表 3-2。 表 3-2 N32 號液壓油指標 名稱 N32 號普通液壓油 代號 / 原牌號 YA-N32 / 20 號 運動粘度 mm2/s (40℃) 28．8~35.2 運動粘度 mm2/s (50℃) 17~23 粘度指數(shù)≥ 90 抗氧化安定性(酸值達 2mgKOH/g)≥ h 1000 凝點≤ ℃ -10 閃點(開口 )≥ ℃ 170 防銹性(蒸鎦水法) 無銹 臨界載荷≥ N 600 抗泡沫性(93 ℃) ≤ ml 起泡 50 / 消泡 0 抗磨性（四球，DB） N 800 應(yīng)用 適用于環(huán)境溫度 0~40℃的各 類中高壓系統(tǒng)（適用工作壓力為 6.3-2.1MPa 3.2.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 在這種單柱液壓機上，實現(xiàn)了“工進 → 快退 → 停止”的動作循環(huán)（見圖 3.1） 。 可以進行沖剪、彎曲、翻邊、裝配、冷擠、成型等多種加工工藝。表 3- 3 示此單柱液壓 機的動作循環(huán)表，圖 3.2 則是這種液壓機的液壓系統(tǒng)圖，其滑塊的工作情況如圖所示。 換 向 延 時 快 退 停 止進 給停 止 圖 3.1 單柱液壓機動作循環(huán)圖 單臂液壓制造機 15 圖 3.2 單柱液壓機液壓系統(tǒng)圖 進油路：液壓泵 1 → 電磁換向閥 5（左位）→ 單向調(diào)速閥 7 → 液壓油缸 8 上腔 回油路：液壓油缸 8 下腔 → 單向順序閥 6 → 電磁換向閥 5（右位）→ 油箱 表 3-3 單柱液壓機液壓系統(tǒng)的動作循環(huán)表 動作名稱 信號來源 電磁換向閥 2 的工作狀態(tài) 工進 1YA 通電 左位 滑塊 快退 2YA 通電