三梁四柱式液壓機(jī)的總體設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)【標(biāo)稱(chēng)壓力2500KN】【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含3張CAD圖紙+帶開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】

三梁四柱式液壓機(jī)的總體設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)【標(biāo)稱(chēng)壓力2500KN】

摘要

液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，也是理想的成型工藝設(shè)備，特別是當(dāng)液壓機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以及不對(duì)稱(chēng)工件的加工，而且，廢品率非常低，與機(jī)械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、液壓技術(shù)等的發(fā)展，液壓機(jī)有了更進(jìn)一步的發(fā)展，其高技術(shù)含量增多，眾多機(jī)型已采用CNC或PC機(jī)來(lái)控制，提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。

首先，本論文從總體上對(duì)液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)，及主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)及必要的校核。其次，對(duì)整個(gè)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，對(duì)液壓機(jī)主缸主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析、驗(yàn)算。從而力爭(zhēng)使液壓機(jī)主缸能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，并從整體上提高液壓機(jī)的工藝水準(zhǔn)，使液壓機(jī)設(shè)計(jì)水平更上一個(gè)新的臺(tái)階。本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)不同工藝要求下，根據(jù)液壓機(jī)總體結(jié)構(gòu)，主缸的推力大小及工作條件的要求來(lái)對(duì)液壓缸的部件類(lèi)別進(jìn)行選擇，同時(shí)涉及到液壓缸的支撐型式及活塞與活動(dòng)橫梁的連接型式和導(dǎo)套及密封件等進(jìn)行選擇，力求達(dá)到提高液壓機(jī)整體使用強(qiáng)度及壽命，同時(shí)使工藝精度符合生產(chǎn)要求的目的。

關(guān)鍵詞：液壓機(jī)；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(jī)概述 6

1.1液壓機(jī)工作原理 6

1.2 液壓機(jī)的特點(diǎn)及分類(lèi) 7

1.2.1液壓機(jī)的特點(diǎn) 7

1.2.2 液壓機(jī)的分類(lèi) 8

1.3 液壓機(jī)典型結(jié)構(gòu) 9

1.4液壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 10

1.5液壓機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 12

2 液壓機(jī)本體設(shè)計(jì) 13

2.1液壓機(jī)的基本參數(shù)及其選用 13

2.2四柱式組合機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)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(qiáng)度較核 16

2.2.4橫梁強(qiáng)度和剛度計(jì)算 17

2.2.5整體框架式機(jī)身強(qiáng)度、剛度計(jì)算 22

2.3 液壓機(jī)的液壓系統(tǒng) 24

2.3.1 液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)形式及特點(diǎn) 24

2.3.2一般通用液壓機(jī)的液壓系統(tǒng) 25

2.3.2  液壓系統(tǒng)工作過(guò)程 26

3 液壓機(jī)主缸設(shè)計(jì) 30

3.1液壓缸的主要性能參數(shù)的計(jì)算 31

3.1.1液壓缸的壓力值 31

3.1.2活塞的運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì) 33

3.2.1液壓缸缸筒機(jī)構(gòu)及材料的選擇 33

3.2.2 液壓缸缸筒的計(jì)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(jì)算 37

3.3液壓缸活塞的設(shè)計(jì) 39

3.4活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 40

3.4.1活塞桿直徑的計(jì)算 40

3.4.2 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算 40

3.5活塞桿的導(dǎo)向套和密封 42

3.5.1 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)及相關(guān)計(jì)算 42

3.6 緩沖裝置 43

3.7 排氣閥的設(shè)計(jì) 44

3.8 與液壓缸相關(guān)的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 45

3.8.1 液壓缸與上橫梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 45

3.8.2 活塞桿與活動(dòng)橫梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 46

4 結(jié)論 47

致謝 48

參考文獻(xiàn) 49

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A0-整體結(jié)構(gòu)圖.dwg

A0-整體結(jié)構(gòu)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(jī)的總體設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)【標(biāo)稱(chēng)壓力2500KN】開(kāi)題報(bào)告.doc

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液壓缸A1.dwg

液壓缸A1.exb

遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 前言 液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，也是理想的成型工藝設(shè)備，特別是當(dāng)液壓機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以及不對(duì)稱(chēng)工件的加工，而且，廢品率非常低，與機(jī)械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、液壓技術(shù)等的發(fā)展，液壓機(jī)有了更進(jìn)一步的發(fā)展，其高技術(shù)含量增多，眾多機(jī)型已采用 高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。 液壓機(jī)主缸是液壓機(jī)的主要工作部件，液壓機(jī)主缸的性能直接影響著液壓機(jī)整體工藝水平。通過(guò)細(xì)致的分析及理論研究解決易損部分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中存在 的問(wèn)題，可以使液壓缸整體上達(dá)到工藝強(qiáng)度要求，提高液壓缸應(yīng)用的工藝水準(zhǔn)及使用壽命。所以對(duì)液壓機(jī)主缸進(jìn)行細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)對(duì)液壓機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。 本論文從總體上對(duì)液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)，及主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)及必要的校核，對(duì)液壓機(jī)主缸主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析、驗(yàn)算。從而力爭(zhēng)使液壓機(jī)主缸能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，并從整體上提高液壓機(jī)的工藝水準(zhǔn)，使液壓機(jī)設(shè)計(jì)水平更上一個(gè)新的臺(tái)階。 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 2 1 液壓機(jī)概述 本章著重對(duì)液壓機(jī)整體情況做出介紹，內(nèi)容涉及液壓機(jī)的原理，液壓機(jī)的特點(diǎn)、分 類(lèi)，以及液壓機(jī)的典型結(jié)構(gòu)介紹，目前國(guó)內(nèi)、外液壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來(lái)液壓機(jī)的大體發(fā)展趨勢(shì)等。 壓機(jī)工作原理 液壓機(jī)是根據(jù)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(jī)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(diǎn)的單位外力，能傳播至液體全部，其數(shù)值不變，其方向垂直于容器的表面。 根據(jù)這一原理，制成了液壓機(jī)和其他液壓機(jī)械，如圖 1示 ： p F 2A 2 A 1小 柱 塞大 柱 塞工 件圖 1壓機(jī)原理圖 1一個(gè)充滿液體的連通器內(nèi)，一端裝有面積為1一端裝有面積為2塞和連通器之間設(shè)有密封裝置，使得連通器內(nèi)部形成一個(gè)完全密封的空間，液體不會(huì)外泄。當(dāng)在小柱塞上施加一個(gè)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(gè)單位壓力 值傳遞到液體的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，并且其遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 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(chǎn)生向上的推力22F 由此可見(jiàn)，只要增大柱塞的面積，就可以由小柱塞上一個(gè)較小的力1F，在大柱塞上獲得一個(gè)很大里力2F。這里的小柱塞相當(dāng)于液壓泵中的柱塞，而大柱塞就相當(dāng)于液壓機(jī)中的工作缸的柱塞。 壓機(jī)的特點(diǎn)及分類(lèi) 壓機(jī) 的特點(diǎn) 液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一。目前，液壓機(jī)的最大標(biāo)稱(chēng)壓力已達(dá)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(duì)產(chǎn)品品種的要求也日益增多；另一方面，產(chǎn)品的生產(chǎn)批量也逐漸縮小。為與中小批量生產(chǎn)相適應(yīng)，需要能快速調(diào)整的加工設(shè)備，這使液壓機(jī)成為理想的成型工藝設(shè)備，特別是當(dāng)液壓機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以及不對(duì)稱(chēng)工件的加工，而且，廢品率非常低，與機(jī)械加工系統(tǒng)相比，有極大的優(yōu)越性。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、液壓技術(shù)等的發(fā)展，液壓機(jī)有了更進(jìn) 一步的發(fā)展，其高技術(shù)含量增多，眾多機(jī)型已采用 高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)率 [1]。 液壓機(jī)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1）液壓機(jī)最大的特點(diǎn)是容易獲得最大的壓力。在鍛造過(guò)程中鍛錘是靠沖擊力打擊鍛件，因而會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)。為了提高打擊效率和減輕振動(dòng)，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(jī)是靠曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳遞能量，由于受到曲柄連桿機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的限制，一般只制造到 100壓機(jī)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(dòng)，其動(dòng)力設(shè)備可以與主機(jī)分開(kāi)，可以適當(dāng)加大 柱塞的直徑或采用多缸聯(lián)合工作的方式來(lái)獲得更大的工作壓力。目前大型液壓機(jī)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(jī)械傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)的滑塊行程是不變的，并且只能在滑塊下止點(diǎn)前較小的行程內(nèi)產(chǎn)生標(biāo)稱(chēng)壓力。而且必須在下止點(diǎn)后才能回程，如果過(guò)載將會(huì)發(fā)生悶車(chē)現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)p壞。液壓機(jī)則與其相反，所以液壓機(jī)對(duì)要求工作行程較長(zhǎng)而且變形均勻的工藝（如拉伸、積壓等）十分適應(yīng)。 3）更大的工作空間。液壓機(jī)本體沒(méi)有龐大的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其液壓缸可根據(jù)操作的李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 4 要求來(lái)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(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)保壓，并可防止過(guò)載。例如，有三個(gè)缸的液壓機(jī)可以很容易地獲得三級(jí)不同的工作壓力。將高壓液體通入中間工作缸得到第一級(jí)壓力；通入兩側(cè)工作缸得到第二級(jí)壓力； 3 個(gè)工作缸同時(shí)通入高壓液體就得到第三級(jí)壓力。液壓機(jī)可以作長(zhǎng)時(shí)間的保壓。液壓系統(tǒng)有調(diào)壓裝置，可以根據(jù)要求來(lái)調(diào)整液體的壓力。他的安全裝置，能可靠地防止過(guò)載。 5）調(diào)速方便。通過(guò)調(diào)整通入工作缸液體的流量，可以實(shí)現(xiàn)各種行程速度。例如，實(shí)現(xiàn)空程下降和回程時(shí)高速，工作行程時(shí)慢速，而且這種調(diào)速是無(wú)級(jí)的 。 6）液壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，而且容易制造。特別是中、小型的液壓機(jī)，由于液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度的提高，使其設(shè)計(jì)與制造更為簡(jiǎn)便，成本降低。液壓機(jī)還易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遙控。 7）液壓機(jī)工作平穩(wěn)。碰撞、振動(dòng)和噪聲都較小，有利于改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作條件。 8）液壓機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)為柔性傳動(dòng)，較機(jī)械加工復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可避免機(jī)械過(guò)載的情況。 9）液壓機(jī)基本的動(dòng)作方式有三種：?jiǎn)蝿?dòng)、雙動(dòng)、三動(dòng)。但其拉伸過(guò)程中只有單一的直線驅(qū)動(dòng)力，是加工系統(tǒng)有較長(zhǎng)的使用壽命和較高的工件成品率。 除了以上優(yōu)點(diǎn)外液壓機(jī)還有一些缺點(diǎn)，比如： 1） 液壓機(jī)采用液壓油為工作介質(zhì)，因而對(duì)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(huì)帶來(lái)環(huán)境的污染。 2） 液壓機(jī)的工作速度較其他設(shè)備低。由于液體流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的阻力損失，當(dāng)液壓機(jī)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種損失就更為明顯。所以液壓機(jī)的最高工作速度受到限制。 由于液壓機(jī)具有以上特點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。除了大型的鍛件的鍛造、拉伸、剪切、擠壓等工序外，還應(yīng)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(jī)的分類(lèi) 液壓機(jī)按照 機(jī)架結(jié)構(gòu)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(dòng)液壓機(jī)、鍛造液壓機(jī)、沖壓液壓機(jī)、一般用途液壓機(jī)、校正包裝液壓機(jī)、層壓液壓機(jī)、擠壓液壓機(jī)、壓制液壓機(jī)、打包液壓機(jī)、專(zhuān)用液壓機(jī)等 10 余種類(lèi)型。其各自類(lèi)型對(duì)應(yīng)的常見(jiàn)工藝如下： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 1）手動(dòng)液壓機(jī)：用于一般壓制、壓裝等工藝。 2）鍛造液壓機(jī)：用于自由鍛、鋼錠開(kāi)坯及金屬模鍛。 3）沖壓液壓機(jī)：用于各種薄板、厚板的沖壓。 4）一般用途液壓機(jī)：用于各種工藝，通常稱(chēng)為萬(wàn)能（通用）液壓機(jī)。 5）校正壓裝液壓機(jī)：用于零件的校正及裝配。 6）層壓液壓機(jī) ：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(jī)：用于擠壓各種有色及黑色金屬材料。 8）壓制液壓機(jī)：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(jī)：用于將金屬碎屑及廢料壓成塊。 10）其它液壓機(jī)：包括輪軸壓裝、沖孔等專(zhuān)門(mén)用途的液壓機(jī)。 壓機(jī)典型結(jié)構(gòu) 液壓機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)為通用型液壓機(jī)的常用型式，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用此類(lèi)型液壓機(jī)為設(shè)計(jì)對(duì)象，這里只對(duì)此型液壓機(jī)作以介紹。 三梁四柱式液壓 機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示，它由上橫梁、下橫梁、 4個(gè)立柱和 16個(gè)內(nèi)外螺母組成一個(gè)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(nèi)有工作柱塞與活動(dòng)橫梁相連接?；顒?dòng)橫梁以 4根立柱為導(dǎo)向，在上、下橫梁之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活動(dòng)橫梁下面固定有上砧，而下砧則固定與下橫梁上的工作臺(tái)上。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸后，對(duì)柱塞產(chǎn)生很大的壓力，推動(dòng)柱塞、活動(dòng)橫梁及上砧向下運(yùn)動(dòng)，使工件在上、下砧之間產(chǎn)生塑性變形。同時(shí)在完成工作之后實(shí)現(xiàn)回程運(yùn)動(dòng)。 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 6 圖 1壓機(jī)典型結(jié)構(gòu)圖 1梁四柱式液壓機(jī)的主要部件有： ⑴立柱：立柱是機(jī)架的主要支撐部件和主要受力件，又是活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向件，因此對(duì)立柱有較高的強(qiáng)度、剛度和精度要求。立柱所用的材料、結(jié)構(gòu)尺寸、制造質(zhì)量及其與橫梁之間的連接方式、預(yù)緊程度等因素，都對(duì)液壓機(jī)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(chēng)底座）和活動(dòng)橫梁（或稱(chēng)滑塊），是液壓機(jī)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(jié)構(gòu)，中間加設(shè)肋板，承載大的地方肋板較密，以提高剛度，減低局部應(yīng)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(lái)。 橫梁有鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種，生產(chǎn)批量較大的中、小型液壓機(jī)其橫梁多為鑄鐵件（材料多為 鑄鋼件（材料多為 近年來(lái)采用焊接結(jié)構(gòu)的日漸增多，材料一般為 6板。 中、小型液壓機(jī)橫梁多數(shù)為整體結(jié)構(gòu)，而大型液壓機(jī)橫梁由于受制造 和運(yùn)輸能力的限制往往設(shè)計(jì)成組合形式，并利用鍵和拉緊螺栓連接。 壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)機(jī)構(gòu)等方面發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，國(guó)內(nèi)外機(jī)型無(wú)較大差距，主遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過(guò)濾、冷卻及防止沖擊振動(dòng)等方面有明顯的改善 [2]。 1）路設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)，插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)外已廣泛采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)，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(xué)物質(zhì)侵入系統(tǒng)，延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命。由于加 工工藝等方面的原因，國(guó)內(nèi)采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還不多見(jiàn)。 2）在安全性方面，國(guó)外某些采用微處理器控制的高性能液壓機(jī)利用軟件實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)和維修，產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)負(fù)載檢測(cè)、自動(dòng)模具保護(hù)和錯(cuò)誤診斷等功能。 3）液壓機(jī)的發(fā)展最主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)飛速發(fā)展，為改進(jìn)液壓機(jī)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(guó)內(nèi)機(jī)型雖然品種齊全，但技術(shù)含量相比較低，缺乏高檔機(jī)型，這與機(jī)電液一體化和中小批量肉刑發(fā)展趨勢(shì)不相適應(yīng)。 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中控制系統(tǒng)分為以下三種類(lèi)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡(jiǎn)單，適應(yīng)性不強(qiáng)。主要用于單機(jī)工作，加工產(chǎn)品精度不高的大批量生產(chǎn)，也可組成簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)許多液壓機(jī)廠還以該機(jī)型為主，國(guó)外眾多廠家只是保留了對(duì)該機(jī)型的生產(chǎn)能力，而主要面向技術(shù)含量更高的機(jī)型組織生產(chǎn)。 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(jì)算機(jī)控制發(fā)展的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)溶為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前，該機(jī)型廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和 自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，早期的可編程控制器只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯控制，隨著技術(shù)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(jìn)行邏輯控制，還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制，擴(kuò)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(jī)相比還有很大差距。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)有部分廠家采用該控制系統(tǒng)，如天津鍛壓機(jī)械廠有 60%的產(chǎn)品采用 外的廠家如丹麥的 可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和 位移的控制。 3）應(yīng)用高級(jí)微處理機(jī)（或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）的高性能控制系統(tǒng)。該控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ)上采用的一種高科技含量的控制方式，以工業(yè)控制機(jī)或單片/單板機(jī)作為住控制單元，通過(guò)外圍數(shù)字接口器件（如 A/D 或 D/A 板等）或直接應(yīng)用數(shù)字李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 8 閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，同時(shí)利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的。這種控制方式的主要特點(diǎn)為：具有友好的人機(jī)交互性；可順利實(shí)現(xiàn)對(duì)工件參數(shù)（如壓力、速度、行程）的單獨(dú)調(diào)整，能進(jìn)行復(fù)雜工件、不對(duì)稱(chēng)工件的加工；預(yù)存工作模式，縮短調(diào)整時(shí)間，，與柔性加工 要求相適應(yīng)；可通過(guò)軟件來(lái)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(jìn)行故障診斷，并自動(dòng)修復(fù)故障和顯示錯(cuò)誤。 現(xiàn)在，國(guó)外眾多液壓機(jī)生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)這種高性能的工業(yè)控制機(jī)控制方式的液壓機(jī)產(chǎn)品，如美國(guó)的 麥的 國(guó)內(nèi)少有該類(lèi)產(chǎn)品。 壓機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 目前，隨著科技發(fā)展的日新月異，液壓機(jī)的技術(shù)含量也在日益增高，其主要發(fā)展趨勢(shì)可分為如下幾點(diǎn)： 1）高速化 、 高效化 、 低能耗，提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn) 成本。 2）機(jī)電掖一體化，充分利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。 3）自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件，自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)在加工方面，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能。 4）壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來(lái)方便。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 2 液壓機(jī)本體設(shè)計(jì) 本章主要針對(duì)通用型三梁四柱式液壓機(jī)進(jìn)行本體設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容為對(duì)該型液壓機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行選擇，對(duì)液壓機(jī) 主要部件尺寸進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)部件剛度、強(qiáng)度進(jìn)行校核，以使所設(shè)計(jì)液壓機(jī)能夠達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。 壓機(jī)的基本參數(shù)及其選用 液壓機(jī)的基本參數(shù)是基本技術(shù)數(shù)據(jù)，是根據(jù)液壓機(jī)的工藝用途及結(jié)構(gòu)類(lèi)型來(lái)確定的，對(duì)于本次設(shè)計(jì)的三梁四柱式液壓機(jī)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如圖 2 圖 2壓機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖 2）標(biāo)稱(chēng)壓力（ 標(biāo)稱(chēng)壓力是液壓 機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。它反映了液壓機(jī)的主要工作能力，是液壓機(jī)名義上能產(chǎn)生的最大壓力，數(shù)值上等于工作柱塞總的面積與液體壓力的乘積。 本次設(shè)計(jì)液壓機(jī)標(biāo)稱(chēng)壓力為給定原始數(shù)據(jù) 2500 2）最大工作行程：最大工作距離 h 是指活動(dòng)橫梁在上限位置時(shí)從工作臺(tái)上面到活動(dòng)橫梁下表面的距離。反映里液壓機(jī)高度方向上工作空間的大小，應(yīng)根據(jù)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(lái)確定。 本次設(shè)計(jì)液壓機(jī)工作行程 h=1250 3）最大凈空距（開(kāi)口高度） H。最大凈空距是指活動(dòng)橫梁在上限位置時(shí)從工作臺(tái)上表李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 10 面到 活動(dòng)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(yīng)根據(jù)模具及墊板高度、工作行程大小以及所需空間的大小來(lái)確定。 本次設(shè)計(jì)液壓機(jī)最大凈空距 H=1370 4）工作臺(tái)尺寸：在如鍛造、模煅及沖壓等加工工藝中，往往設(shè)置移動(dòng)工作臺(tái)。他的尺寸（長(zhǎng) l? 寬 b）取決于模具的的平面尺寸。 本次設(shè)計(jì)工作臺(tái)尺寸為給定原始數(shù)據(jù) 900? 900 5）立柱中心距 (在四柱式液壓機(jī)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(jī)平面尺寸上工作空間的大小。 本次設(shè)計(jì)液壓機(jī) 立柱中心距 =1120? 700( 6）活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)速度（ /mm s ）活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)速度分為工作行程速度及空載回程速度兩種。 本次設(shè)計(jì)液壓機(jī)工作形成速度1v=程速度2v= 7）頂出力。有些液壓機(jī)在下橫梁底部裝有頂出缸，以頂出工件在拉伸時(shí)產(chǎn)生的壓邊力。頂出力及行程由具體工藝要求來(lái)確定，在此不做要求。 柱式組合機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算 柱的受力分析 由于四柱式組合機(jī)架是一個(gè)高次超靜定空間框架 ，在進(jìn)行受力分析時(shí)，需采取一些簡(jiǎn)化假設(shè)：由于一般液壓機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)于中間平面，載荷也對(duì)稱(chēng)于中間平面，因此可將空間框架簡(jiǎn)化為平面框架；立柱與上、下橫梁為剛性連接；不考慮安裝應(yīng)力及溫度應(yīng)力。 1）中心載荷。假設(shè)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(yīng)力，則立柱只承受簡(jiǎn)單的軸向拉應(yīng)力，其 拉應(yīng)力為： ? ?p ??(2式中 F—— 液壓機(jī)的公稱(chēng)壓力； A—— 每根立柱的接面積； n—— 立柱的根數(shù)； ??? —— 許用應(yīng)力，本次設(shè)計(jì)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(jī)工作時(shí)，由于模具不對(duì)稱(chēng)、工作變形阻力不對(duì)稱(chēng)（加工零件形遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 狀不對(duì)稱(chēng)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(jù)前面的簡(jiǎn)化假設(shè)，將空間機(jī)架簡(jiǎn)化為平面框架，如圖所示。在手偏心載荷時(shí)，活動(dòng)橫梁發(fā)生傾斜，活塞隨之傾斜壓到 液壓缸導(dǎo)向套或內(nèi)壁上，而活動(dòng)橫梁也與立柱相接觸?？紤]到不同工藝條件及密封等，補(bǔ)充做如下假設(shè)：工件較窄，不妨礙活動(dòng)橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在工件處沒(méi)有側(cè)向水平支反力；兩側(cè)立柱導(dǎo)套間隙一樣，因此在活動(dòng)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(gè)兩柱的平面框架來(lái)代替原來(lái)對(duì)稱(chēng)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(dòng)橫梁受到的偏心力矩 作用，給液壓缸內(nèi)壁以側(cè)推力為1F： ? ?1 2 Y h? ?(2式中 — 液壓缸的缸筒受力點(diǎn)或活塞中點(diǎn)至上橫梁下表面的距離； — 活動(dòng)橫梁導(dǎo)向套支撐反力作用點(diǎn)到上橫梁下表面的距離。 這樣，四柱式組合液壓機(jī)機(jī)架即可簡(jiǎn)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。框架高度 h 則與立柱和橫梁的剛度比有關(guān)。 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(yīng)取為上橫梁中性層到下橫梁中性層間的距離。在計(jì)算中假設(shè)1K、2假設(shè)上、下橫梁剛度為無(wú)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(jī)及主缸設(shè)計(jì) 12 / 2F / 2F / 2F 1 / 2F 1 2 / 2F 1 / 2F 1Z 2壓機(jī)機(jī)架受力圖 2于假設(shè)上橫梁的剛度為無(wú)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(nèi)不引起彎矩，因而在求解立柱彎矩時(shí)不予考慮。根據(jù)材料力學(xué)可知，這是個(gè)三次靜布定框架問(wèn)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(shè)計(jì)由比較法，參照沈陽(yáng)液壓機(jī)廠 3150壓機(jī)相關(guān)尺寸，立柱材料選擇為 45鋼，初步確定液壓機(jī)立柱尺寸值為： l=31601930h ， 150d 柱的強(qiáng)度較核 1） 靜載合成應(yīng)力 [3]。液壓機(jī)在偏心載荷作用下，立柱承受單純拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力聯(lián)合作用，其合成應(yīng)力h?為： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 ? ?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(shù)。 帶入數(shù)值計(jì)算得 ? ?9 7 . 5 1 5 0h M P a M P a??? ? ? 所以立柱強(qiáng)度符合 靜載合成應(yīng)力要求。 2）疲勞強(qiáng)度校核。對(duì)于中、小型液壓機(jī)，尤其是鍛造液壓機(jī)在工作過(guò)程中，立柱長(zhǎng)期承受不規(guī)則的脈動(dòng)載荷的作用，在每次加載時(shí)，立柱都出現(xiàn)較大的應(yīng)力幅值，而在卸載后，由于立柱搖擺也還有若干個(gè)較小的應(yīng)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(jìn)度區(qū)，為此在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，需考慮過(guò)渡區(qū)的應(yīng)力集中，即： ? ?0? ???(2式中 k 為有效力集中系數(shù)： ? ?11tk q k? ? ?式中 q —— 應(yīng)力集中的敏感系數(shù)，對(duì)于 45 鋼 q 值在 間； 彈 性狀態(tài)下理論應(yīng)力集中系數(shù)，取值在 間。 ? ?0?為許用脈動(dòng)循環(huán)的疲勞極限： ? ?000n????? 式中0?—— 脈動(dòng)循環(huán)時(shí)的疲勞極限，對(duì)大截面 45 鋼，取為 270 ? —— 尺寸系數(shù)冊(cè)中查得； ? —— 表面質(zhì)量系數(shù)，精車(chē)表面 ? 取值為 0n—— 安全系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 ? ?01 9 9 2 7 0T M P a M P a??? ? ? 所以立柱強(qiáng)度符合疲勞強(qiáng)度要求。 梁強(qiáng)度和剛度計(jì)算 橫梁 雖通常設(shè)計(jì)成箱形構(gòu)件，且其外形高跨比較大，在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，仍可將橫梁李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 14 簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁進(jìn)行近似計(jì)算。 1） 上橫梁相關(guān)計(jì)算 上橫梁結(jié)構(gòu)如圖 2一般經(jīng)驗(yàn)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(jì)算公式為： m a x 22F b ????????(2代入數(shù)值得 m a 0 0 1 1 2 0 5 8 022M ?????????遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 34 7 0 1 0 根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算時(shí)，對(duì)截面變化不大 的箱形結(jié)構(gòu)梁，主要計(jì)算最大彎矩處，即中心截面處強(qiáng)度： ? ?m a x 1m a x ??(2式中 最大彎矩； I —— 計(jì)算截面慣性矩， 2112 ； 1h—— 計(jì)算截面的形心 至最外點(diǎn)距離； ??? —— 許用應(yīng)力，本次設(shè)計(jì)橫梁材料選擇為 270 500 鑄鋼 ??? ? ? ? 66 0 7 0 1 0 。 代入數(shù)值計(jì)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(yīng)力主要由立柱承受，因此截面可近似簡(jiǎn)化成厚度是 ? 高度是 h 的矩形截面，其剪切應(yīng)力在形心軸處最大： ? ?1 ????(2式中 F?—— 計(jì)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(yīng)力， 270 500 鑄鋼 ??? 650 10 。 代入數(shù)值計(jì)算得 ? ?662 8 . 3 1 0 5 0 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 所以上橫梁強(qiáng)度符合彎應(yīng)力及剪應(yīng)力強(qiáng)度要求。 2）下橫梁的相關(guān)計(jì)算 下橫梁結(jié)構(gòu)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(jī)及主缸設(shè)計(jì) 16 圖 2橫梁結(jié)構(gòu)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(jì)算，按均布載荷公式進(jìn)行計(jì)算。 21m a x 48? (2式中 1Fq b? 則中心截面處強(qiáng)度： ? ?m a x 1m a x ??(2代入數(shù)值計(jì)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(yīng)力為： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 ? ?1 h ??????(2代入數(shù)值計(jì)算得： ? ?663 7 . 4 1 0 5 0 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 所以下橫梁強(qiáng)度符合彎應(yīng)力及剪應(yīng)力強(qiáng)度要求。 3）活動(dòng)衡量的相關(guān)計(jì)算 活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu) 如圖 2示，活動(dòng)橫梁高度一般為箱體跨度的（ ，在此取活動(dòng)橫梁箱體高度為 50? ，活動(dòng)橫梁鑄造箱體壁厚取為 ?a?40板厚度為?b? 40 圖 2動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)圖 2動(dòng)橫梁受力分析如圖 2 圖 2動(dòng)橫梁受力圖 2則活動(dòng)橫梁最大彎矩計(jì)算式為： m a x 42qF b a??? ? ?????(2李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 18 則中心截面處強(qiáng)度： ? ?m a x 1m a x ??(2代入數(shù)值計(jì)算得 ? ?66m a x 5 5 1 0 6 5 1 0M P a M P a??? ? ? ? ? 所以下橫梁強(qiáng)度 符合要求。 體框架式機(jī)身強(qiáng)度、剛度計(jì)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(shí)，上橫梁可視為受兩個(gè)集中應(yīng)力2具與下橫梁接觸面較大，故視為在某個(gè)長(zhǎng)度上作用一均勻分布載荷，如圖 2于機(jī)架受力情況直接影響著它的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝，對(duì)于本次設(shè)計(jì)的三梁四柱式液壓機(jī)機(jī)架仍才用此種受力分析模型，其受彎矩如圖 2示，可通過(guò)對(duì)機(jī)架的受彎矩的分析從而推導(dǎo)得出液壓機(jī)機(jī)身強(qiáng)度、剛度情況： 圖 2架受力圖 2架彎矩圖為： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 圖 2架彎矩圖 2）強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)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(guān)節(jié)點(diǎn)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(shù)，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(qiáng)度為： ?? ??? （ 2 代入數(shù)值計(jì)算得： ? ? 6 101 3 01099 ????? ?? ? ? 6 ????? ?? 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 20 ? ?661 2 9 . 1 1 0 6 5 1 0P a P a??? ? ? ? ? ? ?2 3 0 . 1 1 0 6 5 1 0P a P a? ? ? ? ? 所以液壓機(jī)框架部分強(qiáng)度符合強(qiáng)度要求。 壓機(jī)的液壓系統(tǒng) 壓系 統(tǒng)機(jī)構(gòu)形式及特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)采用泵直接傳動(dòng)液壓機(jī)，其原理如圖 2壓液體直接有液壓泵送入工作缸，工作時(shí)液壓泵 6 打出的高壓液體經(jīng)分配器 5 進(jìn)入工作缸 2，回程缸 1 中的液體則經(jīng)分配器 5 排入液箱 7；回程時(shí)液壓泵打出的高壓液體，經(jīng)分配器進(jìn)入回程缸，而工作缸中的液體大部分經(jīng)充液閥 3排入充液罐 4。 泵直接傳動(dòng)具有如下特點(diǎn) [5]： 1）液壓機(jī)活動(dòng)橫梁的行程速度取決于泵的供液量，而與工藝過(guò)程中鍛件變形阻力無(wú)關(guān)。理論形成速度 v 為： ??（ 2 圖 2壓系統(tǒng)原理圖 2泵的供液量為常量時(shí)，則液壓機(jī)的工作速度不變，故易于實(shí)現(xiàn)恒速，適用于要求恒速的液壓機(jī)。 2） 高壓泵多消耗的功率（壓力 ? 流量）相當(dāng)于液壓機(jī)作功的功率（速度 ? 力）。即泵的遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 供液壓力和消耗功率取決于加工工件的變形阻力。鍛件變形阻力大，供液壓力與消耗功率亦大；反之則小。 3）由于在工作行程中動(dòng)梁速度恒定，而供液壓力與鍛件變形阻力存在相適應(yīng)的變化規(guī)律，因此可利用該恒定的速度及變化的壓力作為操縱分配器的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)的自動(dòng)控制。泵直接傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：基本投資少，占地面積少，日常維護(hù)和保養(yǎng)簡(jiǎn)單。 般通用液壓機(jī)的液壓系統(tǒng) 一般通用型液壓機(jī)的工藝用途廣泛 ,適用于金屬板料的沖壓工藝和金屬于非金屬粉末制品的壓 制成型工藝 ,并可用于校正和壓裝等工藝 型工廠產(chǎn)品種類(lèi)較多而生產(chǎn)批量又不大的情況。主要有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) [6]： 1）一般設(shè)又充液系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)空程快速運(yùn)動(dòng)，以減少輔助時(shí)間； 2）設(shè)有浮動(dòng)的頂出缸； 3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易維護(hù)。 圖 2用型液壓機(jī)液壓原理圖 22、 5、 7、 834、 106 911121314 15161718 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 22 液壓系統(tǒng)工作過(guò)程 表 2磁鐵動(dòng)作順序表 [7] 2作 1程快速下降 + + 慢速下降及加壓 + 保壓 卸壓和回程 + 停止 + 頂出 + 頂出活塞退回 + 停止 注： +表示電磁鐵通電 油路分析 1. 主缸的運(yùn)動(dòng) 1)快速下行。 按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵 15電使電液動(dòng)換向閥 6 切換至右位，電磁換向閥 8切換至右位，輔泵 2的控制壓力油經(jīng)閥 8液控單向閥 9打開(kāi)。此時(shí)，主油路的流動(dòng)路線如下： 進(jìn)油： 主泵 1 電液換向閥 6（右） 向閥 13主缸 16上腔 回油：主缸下腔 液控單向閥 9電液換向閥 6（右） 電液換向閥 21油箱 在主缸快速下行的起初階段，尚未觸及工件時(shí)，主缸活塞在自重作用下迅速下行。這時(shí)泵1 的流量還不足以補(bǔ)充主 缸上腔孔處的體積，因而上腔形成真空。 所以置于液壓機(jī)頂部的副油箱 15中的油液在大氣壓及液位高度作用下，經(jīng)帶卸荷閥芯的液控單向閥 14進(jìn)入主缸上腔。 2)減速加壓。 當(dāng)滑塊 22上的活動(dòng)擋塊 23 壓下行程開(kāi)關(guān) 2磁鐵 5 復(fù)至左位，液控單向閥 9 關(guān)閉。此時(shí)主缸上腔壓力升高，閥 14 關(guān)閉，且主泵 1 的排量自動(dòng)減小，主缸轉(zhuǎn)為慢速接近工件和加壓階段。系統(tǒng)油液流動(dòng)線路圖如下： 進(jìn)油： 主泵 1 電液換向閥 6（右） 向閥 13主缸 16上腔 回油：主缸下腔 背壓閥 10電液換向閥 6（右） 電 液換向閥 21（中） 油箱 。 接觸工件后，阻力增加，上腔油液升高，關(guān)閉液控單向閥 14。這是只有泵 3繼續(xù)向主遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 缸上腔供高壓油，推動(dòng)活塞慢速下行，對(duì)工件加壓。主缸下腔排油將液控單向閥 9封閉，經(jīng)背壓閥 10 回油箱。這樣，當(dāng)快速行程轉(zhuǎn)為工作行程時(shí)，速度減低，從而避免了液壓沖擊。系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 5可使液壓機(jī)在不同的壓力下工作：安全閥 4用于防止系統(tǒng)超載。 3)保壓延時(shí)。當(dāng)主缸上腔的油液達(dá)到要求的數(shù)值時(shí)，由壓力繼電器 12 發(fā)信號(hào)，使電液換向閥 6 回復(fù)中位，將主缸上下腔油液封閉。這時(shí)泵 1 也泄荷，而單向閥 13 背高壓油自動(dòng)關(guān)閉，主缸上腔進(jìn)入保壓狀態(tài)。但這種實(shí)現(xiàn)保壓的方法要求主缸活塞、單向閥、（保壓閥）及其間的管道具有很高的密閉性能，若泄漏較大，壓力會(huì)迅速下降，無(wú)法實(shí)現(xiàn)保壓。在保壓過(guò)程中 主 泵 1的壓力油經(jīng)換向閥 6和 21 回油箱，使泵卸荷。 進(jìn)油：無(wú) 。 回油： 主 泵 1電液換向閥 6電液換向閥 21油箱 4)泄壓回程。保壓時(shí)主缸上腔油液的壓縮和管道膨脹儲(chǔ)存了能量，而使其上腔的油壓很高，再加上主缸為差動(dòng)油缸，所以當(dāng)電液換向閥 6很快切換到回程位置，會(huì)使回程開(kāi)始的短時(shí)間內(nèi)泵 1及主缸下腔的油壓升得很高，比保壓時(shí)主油路的壓力還要高得多，以致引起沖擊和振動(dòng)。所以保壓后必須先逐漸泄壓然后再回程，以防沖擊和振動(dòng)發(fā)生。該液壓系統(tǒng)保壓完畢，壓力繼電器 12 控制時(shí)間繼電器 信號(hào) (定程成形時(shí)，由擋鐵壓行程開(kāi)關(guān)3信號(hào) )，使各閥處 于回程位置，回程開(kāi)始。主缸上腔高壓油打開(kāi)泄壓閥 11并且液控單向閥 14 也被打開(kāi)，使泵 1 來(lái)的油經(jīng)泄壓閥 11 中的阻尼孔 (形成一定阻力 )回油箱，泵 1成為低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)主缸活塞并不馬上回程，待上腔壓力降低，泄壓閥被關(guān)閉后，泵 1的油才能進(jìn)入主缸下腔開(kāi)始回程。 主油路：先卸壓： 進(jìn)油： 主泵 1電液換向閥 6液控單向閥 14開(kāi) 回油： 主 泵 1電液換向閥 6 泄壓閥 11 油箱 主缸上腔 液控單向閥 14 充液筒（大量） 5)泄壓回程 : 進(jìn)油： 主 泵 1電液換向閥 5液控單向閥 9主缸下腔 回油：主缸上腔 液控單向閥 14充液筒（大量） 主缸驅(qū)動(dòng)滑塊快速回程。 6)回程停止。當(dāng)主缸擋鐵壓行程開(kāi)關(guān) 1， 電磁鐵 2復(fù)至中位，被該閥 M 型機(jī)能的中位鎖 緊而停止運(yùn)動(dòng) ，主缸活塞回程停止。 主 泵 1 經(jīng)電液換向閥 6 和 21 卸荷。 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 24 進(jìn)油：無(wú) 。 回油： 主 泵 1電液換向閥 6電液換向閥 21油箱 2、 頂出缸的運(yùn)動(dòng) 頂出缸的動(dòng)作是在主缸停止時(shí)才能進(jìn)行的，因?yàn)檫M(jìn)入頂出缸的壓力油，經(jīng)過(guò)缸油路的電液換向閥 6后，才通入頂出缸油路的電液換向閥 21的。電液換向閥 6處在中間位置即主缸停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)定出和頂退運(yùn)動(dòng)， 保證免除誤動(dòng)作。 1) 頂出。按下按鈕， 電磁鐵 3使電液換向閥 21在左位工作，從泵 1來(lái)的壓力油進(jìn)入頂出缸下腔，頂出缸 17的活塞上升將工件頂出。 進(jìn)油： 主 泵 1電液換向閥 6（中位） 電液換向閥 21（左） 頂出缸 17下腔 回油：頂出缸 17上腔 電液換向閥 21油箱 活塞上升，將工件頂出。 2)頂退 ． 3 4電時(shí)， 使電液換向閥 21在右位工作，從泵 1來(lái)的壓力油進(jìn)入頂出缸 17上腔，頂出缸 17的活塞向下退回。 進(jìn)油： 主 泵 1電液換向閥 6電液換向閥 21頂出缸 17上腔 回油：頂出缸 17下腔 電液換向閥 油箱 3)停止。按下按鈕，使各閥處于停止位置，頂出缸活塞停止運(yùn)動(dòng)。 進(jìn)油：無(wú) 回油； 主 泵 1電液換向閥 6電磁換向閥 21油箱 頂出缸 17上腔 電液換向閥 21->油箱 4)壓邊。 作薄板拉伸時(shí)的壓邊動(dòng)作，頂出缸 17停止在頂出位置。這時(shí)頂出缸 17下腔油液被電液換向閥 21封閉，所以當(dāng)主缸活塞下壓時(shí)，頂出缸 17活塞 被迫隨之下行 (此時(shí)閥 21中位，泵 1卸荷 )，頂出缸 17 下腔的油液只能經(jīng)固定節(jié)流器和溢流閥 20緩慢流回油箱，從而建立起所需的溢流閥 20用來(lái)調(diào)節(jié)壓邊壓力；安全閥 18是當(dāng)固定節(jié)流器 19 阻塞時(shí)起安全作用。 主油路： 進(jìn)油： 主 泵 1電液換向閥 20背壓閥 10主缸上腔 回油：主缸下腔 背壓閥 10電液換向閥 6 電液換向閥 21油箱 輔助油路： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 開(kāi)始：頂出缸處頂出位，油路同頂出 主缸活塞下行時(shí)，頂出缸活塞被迫下行，此時(shí)回油： 頂出缸下腔 固定節(jié)流器 19溢流閥 20油停止。按 下按鈕，使各閥處于停止位置，頂出缸活塞停止運(yùn)動(dòng)。 進(jìn)油：無(wú) 。 回油 :主 泵 1電液換向閥 6電磁換向閥 21油箱頂出缸上腔 電液換向閥21油箱 液壓機(jī)主缸活塞及其所帶的滑塊往往很重，為防止活塞回程停止后，因泄漏或其它或其他原因 (如泵電機(jī)突然掉電 )而自動(dòng)下滑，回路中裝有液控單向閥 9和背壓閥 10來(lái)封閉主缸下腔的油液，起支承平衡作用，保證主缸活塞可靠地停留在任何位置。但為防止因閥9失靈 (不通 )使主缸下腔產(chǎn)生超高壓事故，背壓閥 10起安全作用。其背壓所產(chǎn)生的抗力，足以支持活塞 及其所帶動(dòng)的滑塊的自重，即光靠自重?zé)o法頂開(kāi)背壓閥 10，所以活塞不會(huì)自動(dòng)下落。 主液壓缸和頂出液壓缸的換向都由電液換向閥擔(dān)當(dāng)。為使兩缸動(dòng)作協(xié)調(diào)，兩個(gè)電液換向閥 21和 6這樣配置，即主缸油路的回油要經(jīng)過(guò)頂出缸油路的電液換向閥 21才能回油箱，從而保證了頂出缸停止動(dòng)作時(shí)，主缸才能運(yùn)動(dòng)。而且頂出缸的進(jìn)油要經(jīng)過(guò)控制主缸油路的閥 6，這就保證了主缸處于停止時(shí)，頂出缸才能運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)液壓機(jī)系統(tǒng)壓力高時(shí)，為避免換向沖擊，電液換向閥由外控供油，必須有低壓控制油路，不宜直接引用主油路的高壓油。該 系統(tǒng)采用單獨(dú)的小流量輔助液壓泵作為能源的低壓控制油路，壓力穩(wěn)定，工作可靠。 液壓系統(tǒng)的分析： 1）液壓機(jī)工作循環(huán)中，壓力、形成速度和流量變化較大，泵的輸出功率也較大。如何滿足液壓機(jī)工作循環(huán)要求，又使能量消耗最小，是液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)中要考慮的問(wèn)題。 通常有兩種供油方案：一種是采用高低壓泵組，用一個(gè)高壓小流量柱塞泵和一個(gè)低壓大流量齒輪泵組合起來(lái)向系統(tǒng)供油；另一種是采用恒功率變量柱塞泵向系統(tǒng)供油，以滿足低壓快速行程和高壓慢速行程的要求。 2)在不增加主油泵功率的前提下提高快速行程速度以提高生產(chǎn)率，其基本方法是 增加低壓供油的流量或減小活塞面積，可采用自重充液、蓄能器強(qiáng)制充液、快速缸、輔助缸或李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 26 差動(dòng)回路宋提高低壓快速行程的速度。當(dāng)快速行程轉(zhuǎn)為慢速工作行程時(shí)，為了避免沖擊，可通過(guò)減速回路減速。 3)立式液壓機(jī)為使滑塊可靠地停留在任何位置，須采用平衡回路，可根據(jù)具體要求選用各種基本回路來(lái)組合。 4)由于液壓機(jī)主油路壓力較高，為避免換向沖擊，電液換向閥一般由低壓、外控油路來(lái)控制，不宜直接引用主油路的高壓油。 5)液壓機(jī)工作循環(huán)中的保壓過(guò)程與制品質(zhì)量密切相關(guān)，很多液壓機(jī)均要求保壓性能。保壓后必須逐漸泄壓，泄壓過(guò)快，將引 起液壓系統(tǒng)劇烈的沖擊，振動(dòng)和噪聲。因此保壓和泄壓是液壓機(jī)系統(tǒng)必須考慮的兩個(gè)問(wèn)題。 6)液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)屬高壓、大流量和大功率系統(tǒng)。因此，合理利用功率以降低溫升非常重要。這類(lèi)液壓系統(tǒng)是高壓，又有保壓要求，密封問(wèn)題更為突出，應(yīng)予以特別注意。 3 液壓機(jī)主缸設(shè)計(jì) 本章對(duì)液壓機(jī)主缸進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)算，得出主缸的相關(guān)主要參數(shù)數(shù)值，并對(duì)數(shù)值進(jìn)行校核計(jì)算，得出最終設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并使設(shè)計(jì)所得液壓機(jī)主缸能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 壓缸的主要性能參數(shù)的計(jì)算 壓缸的壓力值 液壓缸的壓力 為油液作用在單位面積上的壓力 8]。 壓力值的建立是有負(fù)載力產(chǎn)生的，在同一個(gè)活塞的有效面積上負(fù)載力越大，克服負(fù)載力所需要的壓力就越大。額定壓力（公稱(chēng)壓力） 次設(shè)計(jì)額定壓力數(shù)值為原始條件 2500 按主機(jī)類(lèi)型選擇相、對(duì)應(yīng)工作壓力，液壓機(jī)屬于高壓機(jī)械，工作壓力選擇范圍為 20—— 30步定本次設(shè)計(jì)工作壓力為 25 塞的運(yùn)動(dòng)速度 活塞的運(yùn)動(dòng)速度為 單位時(shí)間內(nèi)壓力油液推動(dòng)活塞移動(dòng)的距離。 運(yùn)動(dòng)速度可表示為 v= （ 3 當(dāng)活塞桿伸出時(shí) v= 324 10 ?? （ 3 由上式可得出對(duì)于已確定的液壓缸，伸出速度 。 可根據(jù)液壓 機(jī)整體工作需要選擇相應(yīng)的流量泵，從而控制液壓缸速度 v。 同上伸出公式理，可得： 當(dāng)活塞桿縮回時(shí) v=3224 10() ???（ 3 當(dāng) v=常數(shù)，但實(shí)際上，活塞在行程兩端各有一個(gè)加、減速 階段（如下圖所示），故上式中計(jì)算的數(shù)值均為最高速度 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 28 T sS a S iT 塞速度變化圖 [9] 3塞的最高運(yùn)動(dòng)速度 于活塞運(yùn)動(dòng)速度的選擇，當(dāng)速度過(guò)低時(shí)可能造成爬行，液壓缸不能正常工作，故 綜合液壓機(jī)應(yīng)用及公稱(chēng)壓力值，參照法國(guó) 步確定 壓缸的速比 計(jì)算液壓缸的速比主要是為了確定活塞桿和直徑要否設(shè)置緩沖裝置，速比過(guò)大或過(guò)小，容易造成過(guò)大的背部壓或造成活塞桿太細(xì)，影響穩(wěn)定性 221 2221v A D d? ? ? ? ?(3查表選擇 ? =2 塞的理論推力和拉力 對(duì)于雙作用單活塞桿液壓缸來(lái)說(shuō)，活塞受力如 下圖所示 [10]： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 A 1D P 1A 2圖 3塞受力示意圖 3塞桿伸出時(shí)的理論推力為 6 2 611 1 0 1 04P A p D p?? ? ? ?(3260 5 1 04?? ? ?2530 活塞桿縮回時(shí)的理論推力為 6 2 2 622 1 0 ( ) 1 04P A p D d p?? ? ? ? ?(32 2 6( 0 . 4 0 . 2 8 ) 2 5 1 04?? ? ?700 壓缸缸筒設(shè)計(jì) 液壓缸缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油液，同時(shí)它還是活塞運(yùn)動(dòng)的“軌道”。缸筒的設(shè)計(jì)主要為正確確定各部 分尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運(yùn)動(dòng)速度和有效行程，同時(shí)還必須具有一定的強(qiáng)度，能足以承受液壓力、負(fù)載力和意外的沖擊了力；缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合公差等級(jí)、表面粗糙度和形位公差等級(jí)，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用性。 壓缸缸筒機(jī)構(gòu)及材料的選擇 本次設(shè)計(jì)液壓缸缸筒機(jī)構(gòu)選擇為內(nèi)螺紋連接形式，具體機(jī)構(gòu)參照下圖。該結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、重量較輕、外徑較小、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝卸時(shí)需要專(zhuān)門(mén)李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 30 的工具、再者就是擰端部蓋時(shí)可能把密封圈擰扭。 圖 3壓缸缸筒結(jié)構(gòu)圖 3壓缸缸筒材料要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接不見(jiàn)還要求有良好的焊接性能。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯來(lái)源等可選用以下材料 :35 4525, , 5 , 3 5 , 3 8G r M o G r M o G r M o A 前市場(chǎng)上還有采用退火冷拔或熱軋的無(wú)縫鋼管，國(guó)際市場(chǎng)上已有內(nèi)孔經(jīng)衍磨或內(nèi)孔精加工，只需按所要求的長(zhǎng)度切割無(wú)縫鋼管。其主要要求是 [11]： 1） 要有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)壓力而不至產(chǎn)生永久變形； 2）有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲； 3）內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少，尺寸公差等級(jí)和形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。 綜合以上各項(xiàng)要求初步確定缸筒材料選擇為 35材料參數(shù)為： s??1000[]? =2s?=850 壓缸缸筒的計(jì)算 1）缸筒內(nèi)徑的計(jì)算 [12] 液壓缸內(nèi)徑通常根據(jù)液壓缸的牽引力 壓缸的牽引力應(yīng)能克服所受到的阻力?？傋枇ΠüQ(chēng)壓力1F；密封裝置的摩擦力2F；回油腔因背壓作遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 用產(chǎn)生的阻力3最大牽引力 1 2 3 4F