100T四柱液压机液压系统设计【4张CAD图纸+毕业论文】

100T四柱液压机液压系统设计52页 21000字数+论文说明书+任务书+4张CAD图纸【详情如下】任务书.doc叠加回路图.dwg总装配图.dwg液压站装配图.dwg系统图.dwg100T四柱液压机液压系统设计论文.doc100t四柱液压机液压系统设计 目 录第一章  前  言11.1液压机现状概要11.2  液压传动控制系统及设计要求3第二章  液压机总体设计42.1液压机主要设计参数42.2 液压机工作原理分析52.2.1 液压机的基本组成52.3 液压机工艺方案设计82.4 液压机总体布局方案设计8总体布局如图2.4所示82.5 液压机零部件设计92.5.1.1 导柱设计92.5.1.2 横梁设计10第三章  液压机液压系统设计133.1 液压传动的优越性概述133.2 液压系统设计要求133.3 液压系统设计143.4 液压系统零部件设计303.5 液压站布局设计383.6 液压系统安全、稳定性验算39第四章  液压机电气系统设计444.1 电气控制概述444.2 液压机电气控制方案设计444.3 液压机电气控制电路设计44第五章  液压机安装调试和维护485.1 液压机的安装485.2 液压机的调试485.3 液压机的保养维护48结  论50参考文献51致  谢52第一章  前  言1.1液压机现状概要液压传动技术发展到今天已经有了较为完善、成熟的理论和实践基础。液压传动技术与传统的机械传动相比，操作方便简单，调速范围广，很容易实现直线运动并且还具有自动过载保护功能。液压传动容易实现自动化操作，采用电液联合控制后，可以实现更高程度的自动控制以及远程遥控。由于液压传动的工作介质是流体矿物油，有较大的沿程和局部阻力损失。当系统的工作压力比较高时，还会产生比较大的泄漏，泄漏的矿物油将直接对环境造成污染，有时候还容易引起安全事故。油液受温度的影响很大，因此液压油不能在很高或很低的温度条件下工作。由于液压油的可压缩性和泄漏，液压传动不能保证恒定的传动比和很高的传动精度，这是液压传动的最大不足之处。此外，液压传动的故障排除不如机械传动、电气传动那样容易，因而对使用和维护人员有较高的技术水平要求。虽然液压传动存在这些缺陷，但总体上优点还是盖过了缺点，因而应用还是很广泛。液压机自19世纪问世以来得到了很快的发展，在工业生产中已经有了广泛的应用，成了产品压力加工成型不可或缺的机械设备。随着科学技术的日新月异，电子技术、液压技术的不断成熟，液压机也得到了更进一步的发展。到目前为止，液压机的最大公称压力已经达到了750MN，控制技术也由原来传统的继电器控制变为可编程控制器和工业计算机控制，这使液压机的运行平稳性、控制精度、产品质量有了保证，同时生产效率得到了很大的提高。液压机加工与传统机械加工相比属于无屑加工，应用范围广泛，一般用于塑性材料的冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸等。此外液压机还用于粉末冶金、翻边、压装等产品的成型加工工艺。液压机还能实现复杂工件和不对称工件的加工，产品废品率较低。液压机根据加工工件的不同性质，还可进行适当的压力行程调整，满足产品的加工要求。液压机主要由主机、液压系统、电气系统三部分组成。液压机的整个工作过程的实现，首先是由电气系统来控制液压系统，然后再由液压系统控制主机主缸和顶出缸的顺序动作。总的来说，液压机操作简单，维护方便。虽然液压机目前应用十分广泛，但是潜在的问题还很多。液压机属于高压工作设备,进行压力加工时,随着压力的不断升高泄漏也会不断增大,这样不利于保证零件的加工精度，同时还会对环境造成污染。除此之外，液压机还存在如下缺陷，液压机压力加工完成后，卸压时存在很大的液压冲击，这样对液压元件及其它设备损害很大；按下启动按钮后，动作灵敏性不及电气控制；液压机出现故障不能够正常工作，故障不容易及时找到并排除，给维护带来了一定的技术难题和不便；液压机工作时产生的液压冲击、气蚀等现象，会缩短液压元件的使用寿命。为了催生更大的生产力，液压机的设计需要改进。液压油路设计、控制系统的优化设计将是液压机今后值得研究的方向。（1）油路设计方面为了防止泄油和外界的污染，液压机油路的设计趋于集成化、封闭循环式，这样可以延长设备的使用寿命。除此之外，液压元件设计尽量标准化，集成化。集成液压系统减少了管路连接，可以降低泄漏和污染。液压元件的标准化给维护带来了方便。（2）控制系统方面液压机属于高压设备，控制系统除控制设备安全可靠的工作之外，还应该让控制精度变得更高，人机交互变得更简单，操作更方便，自动化、高速化、智能化程度更好。综上所述，液压机的发展促进了生产力的发展。伴随着电气控制技术、液压传动技术的不断发展，液压机的自动化程度、加工精度将进一步得到提高，实现智能化控制。1.2  液压传动控制系统及设计要求液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程（见图1-1）。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。结  论本文重点对液压机的液压控制回路、液压元件及安全保护措施等进行了方案设计。经多方案对比之后，本文液压系统采用插装阀集成控制系统。该液压控制系统解决了普通阀系统密封性差、通流量小、压力损失大等问题。为了让系统的工作压力随负载的变化而自动调节，液压泵选用恒功率变量柱塞泵。为解决液压冲击对设备安全的影响，系统中设置泄压回路。通过泄压来降低系统的压力，防止产生液压冲击；设置保压回路让工件有足够的成型时间，保证产品的质量。速度换接通过行程开关来控制，这种换接方式，控制比较可靠，设备安装方便，价格也实惠。通过流量计算发现主缸快进时会出现供油不足的情况，为了解决这一问题，在液压系统中设置补油油箱。整体的方案确定后，对液压系统的可行性进行校验，该液压系统可以满足液压机的加工工艺要求。此外，还对主机、电气控制系统进行了简明的总体设计。液压机在进行方案设计时，有些方案的选择可能不是最佳。总体来说，本文的总体设计方案可以满足液压机的加工工艺要求。参考文献1 杨培元，朱福元液压系统设计简明手册北京：机械工业出版社，1999，1-191. 2 吴宗泽,罗圣国机械设计课程设计手册第二版.北京：高等教育出版社，1999，1-260.3 汪恺机械设计标准应用手册第2卷. 北京：机械工业出版社，1997，213-226.4 汪恺机械设计标准应用手册第3卷. 北京：机械工业出版社，1996，22-3-22-1825 毛谦德，李振清.机械设计师手册.第二版 北京：机械工业出版社，2000.126 JB3915-85.液压机安全技术条件.北京:中华人民共和国机械工业部,19850208发布7 GB9166-88.液压机精度.北京:国家标准局,19880505发布8 成大先主编.机械设计手册 单行本 机械传动. 北京：化学工业出版社，20049 成大先.机械设计手册 单行本 常用设计资料. 北京：化学工业出版社，200410 成大先.机械设计手册 单行本 联接与紧固. 北京：化学工业出版社，200411 李爱华.工程制图基础 北京：高等教育出版社，2003.812 王建中，李洪.公差与制图手册 沈阳：辽宁科学技术出版社，1999.113 王运炎，叶尚川.机械工程材料 第二版 北京：机械工业出版社199814 濮良贵，纪名刚.机械设计 第七版 北京：高等教育出版社，200115 许福玲，陈尧明液压传动与气压传动第二版.北京：机械工业出版社，2004，1-290.16 章宏甲，黄宜，王积伟液压传动与气压传动北京：机械工业出版社，2000，1-356.17 刘鸿文材料力学()第四版.北京：高等教育出版社，2004，1-366.18 高安邦，张海根机电传动控制.北京：高等教育出版社，2001，1-215.19 陈立定，吴玉香，苏开才电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学出版社，2001，5-148.20 陈立定，吴玉香，苏开才电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学出版社，2001，5-148.21 陈远龄、黎亚元、傅国强.机床电气的自动控制  重庆大学出版社22 秦曾煌.电工学，北京：高等教育出版社，2003.2 23 李发海、王岩.电机与拖动基础.第二版.北京：清华大学出版社.199424 赵程、杨建民.机械工程材料，北京：机械工业出版社 2003.125 王伯平.互换性与测量技术基础，北京：机械工业出版社 2000.226 朱理.机械原理，北京：高等教育出版社，2004.427 李爱华等.工程制图基础 北京：高等教育出版社，2003.828 李建兴.可编程序控制器应用技术. 北京：机械工业出版社 2004.7致  谢经过几个月的努力，毕业设计已经接近尾声。由于实践经验的匮乏，本次设计难免有考虑不周的地方。如果没有教授的悉心指导以及本组人员的支持，恐怕设计不会这样顺利完成。自开题以来，设计的每个环节罗老师都认真指导，从资料的查阅到具体方案的修改,老师都提出了宝贵的建议，让我受益匪浅。除此之外，老师科学严谨的治学态度和渊博的知识更是我永远学习的榜样。在此对罗教授及本组的同学表示衷心的感谢！最后还要感谢曾教导过和给我帮助的老师！是你们曾经辛勤的付出才有了我今天知识的积累。 1 100t 四柱液压机液压系统设计 目 录 第一章 前 言 . 2 压机现状概要 . 2 液压传动控制系统及设计要 求 . 3 第二章 液压机总体设计 . 4 压机主要设计参数 . 4 压机工作原理分析 . 5 压机的基 本组成 . 5 压机工艺方案设计 . 8 压机总体布局方案设计 . 8 总体布局如图 示 . 8 压机零部件设 计 . 9 柱设计 . 9 梁设计 . 10 第三章 液压机液压系统设计 . 13 压传动 的优越性概述 . 13 压系统设计要求 . 13 压系统设计 . 14 压系统零部件设计 . 30 压站布局设计 . 38 压系统安全、稳定性验算 . 39 第四章 液压机电气系统设计 . 44 气控制概述 . 44 压机电气控制方案设计 . 44 压机电气控制电路设计 . 44 第五章 液压机安装调试和维护 . 48 压机的安装 . 48 压机的调试 . 48 压机的保养维护 . 48 结 论 . 50 参考文献 . 51 致 谢 . 52 2 第一章 前 言 压机现状概要 液压传动技术发展到今天已经有了较为完善、成熟的理论和实践基础。液压传动技术与传统的机械传动相比，操作方便简单，调速范围广，很容易实现直线运动并且还具有自动过载保护功能。液压传动容易实现自动化操作，采用电液联合控制后，可以实现更高程度的自动控制以及远程遥控。由于液压传动的工作介质是流体矿物油，有较大的沿程和局部阻力损失。当系统的工作压力比较高时，还会产生比较大的泄漏，泄漏的矿物油将直接对环境造成污染，有时 候还容易引起安全事故。油液受温度的影响很大，因此液压油不能在很高或很低的温度条件下工作。由于液压油的可压缩性和泄漏，液压传动不能保证恒定的传动比和很高的传动精度，这是液压传动的最大不足之处。此外，液压传动的故障排除不如机械传动、电气传动那样容易，因而对使用和维护人员有较高的技术水平要求。虽然液压传动存在这些缺陷，但总体上优点还是盖过了缺点，因而应用还是很广泛。 液压机自 19 世纪问世以来得到了很快的发展，在工业生产中已经有了广泛的应用，成了产品压力加工成型不可或缺的机械设备。随着科学技术的日新月异，电子技术、 液压技术的不断成熟，液压机也得到了更进一步的发展。到目前为止，液压机的最大公称压力已经达到了 750制技术也由原来传统的继电器控制变为可编程控制器和工业计算机控制，这使液压机的运行平稳性、控制精度、产品质量有了保证，同时生产效率得到了很大的提高。 液压机加工与传统机械加工相比属于无屑加工，应用范围广泛，一般用于塑性材料的冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸等。此外液压机还用于粉末冶金、翻边、压装等产品的成型加工工艺。液压机还能实现复杂工件和不对称工件的加工，产品废品率较低。液压机根据加工工件的不同性质，还可进 行适当的压力行程调整，满足产品的加工要求。液压机主要由主机、液压系统、电气系统三部分组成。液压机的整个工作过程的实现，首先是由电气系统来控制液压系统，然后再由液压系统控制主机主缸和顶出缸的顺序动作。总的来说，液压机操作简单，维护方便。 虽然液压机目前应用十分广泛，但是潜在的问题还很多。 液压机属于高压工作设备 ,进行压力加工时 ,随着压力的不断升高泄漏也会不断增大 ,这样不利于保证零件的加工精度，同时还会对环境造成污染。除此之外，液压机还存在如下缺陷，液压机压力加工完成后，卸压时存在很大的液压冲击，这样对液压元件及 其它设备损害很大；按下启动按钮后，动作灵敏性不及电气控制；液压机出现故障 3 不能够正常工作，故障不容易及时找到并排除，给维护带来了一定的技术难题和不便；液压机工作时产生的液压冲击、气蚀等现象，会缩短液压元件的使用寿命。 为了催生更大的生产力，液压机的设计需要改进。液压油路设计、控制系统的优化设计将是液压机今后值得研究的方向。 （ 1）油路设计方面 为了防止泄油和外界的污染，液压机油路的设计趋于集成化、封闭循环式，这样可以延长设备的使用寿命。除此之外，液压元件设计尽量标准化，集成化。集成液压系统减少了管路连接，可以 降低泄漏和污染。液压元件的标准化给维护带来了方便。 （ 2）控制系统方面 液压机属于高压设备，控制系统除控制设备安全可靠的工作之外，还应该让控制精度变得更高，人机交互变得更简单，操作更方便，自动化、高速化、智能化程度更好。 综上所述，液压机的发展促进了生产力的发展。伴随着电气控制技术、液压传动技术的不断发展，液压机的自动化程度、加工精度将进一步得到提高，实现智能化控制。 液压传动控制系统及设计要求 液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程（见图 1因为液压传 动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。 图 1压传动能量传动过程 （ 1）液压机总体方案设计，其中包括主机的结构设计和工艺设计、零部件的结构设计和工艺设计、部件装配方案设计； 动力元件 液压能 控制回路 执行元件 机械能 机械能等 4 （ 2）通过液压系统总体设计方案的对比，确定合理 的液压系统设计方案。主要包括液压系统原理图设计、液压元件结构、工艺设计、液压站总体布局设计； （ 3）电气控制系统设计，包括主电路和控制电路电路图设计； （ 4）设计方案确定时，必须考虑选用什么样的制造材料，达到什么样的表面加工质量，采用什么样的机械加工设备，选择什么样的热处理方式等； （ 5）整个设备满足拆装方便，运输方便的要求； （ 6）液压机能够准确完成如下工作循环：主缸活塞滑块快速下行、主缸活塞滑块慢速加压、主缸保压、主缸卸压、主缸活塞滑块回程、顶出缸顶出、顶出缸退回等； （ 7）设备达到总体布局合理，结构紧 凑、工作稳定可靠、操作简单、维护方便、环境污染小、工作的时候噪音低、自动化程度高等，能够完成冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金压制成型、薄板拉伸、压装成型等加工工艺。 第二章 液压机总体设计 压机主要设计参数 （ 1）拟设计的液压机主要技术参数见表 液压机技术参数 参 数 项 参 数 上液压缸、下液压缸推力均为 100T 工进时液体最大工作压力 26缸快进、快退速度速度 s 上液压缸行程均为 460液压缸行程均为 50缸快进行程 300压时间 2s 上缸工进速度 s 5 （ 2）液压机的主要功能 通过液压传动系统传递动力，完成零件的压力成型加工。 （ 3）液压机的适用范围 液压机主要用于冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸、粉末冶金、翻边、压装等成型工艺。 压机工作原理分析 压机的基本组成 液压机是由两个大小不同的液缸组成的，在液缸里充满水或油。充水的叫“水压机”；充油的称“油压机”。两个液缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞 将这一压力通过液体的压强传递给大活塞，将大活塞顶上去。 设小活塞的横截面积是 在小活塞上的向下的压力是 是，小活塞对能够大小不变地被液体向各个方向传递。大活塞所受到的压强必然也等于P。 若大活塞的横截面积是 强 P 在大活塞上所产生的向上的压力截面积是小活塞横截面积的倍数。 从上式知，在小活塞上加一较小的力，则在大活塞上会得到很大的力，为此用液压机来压制胶合板、榨油、提取重物、锻压钢材等。 液压机主要由主机、液压控制系统、电气控制系统三部分组成。 其中主机包括工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等 结构；液压系统由控制元件、执行元件、辅助元件、动力装置、工作介质等组成；电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关、电器控制柜等组成。 6 压机的工作原理 （ 1）液压机主机组成简图 2 3 4 5 6 7 8图 液压机主机组成简图 7 （ 2） 液压机工作原理分析 液压机的动作顺序通过电气系统、液压系统控制，控 制顺序框图如图 启 动电气系统 液压系统 液压机主机行程开关手 动图 液压机控制顺序图 从上面的控制顺序框图可以看出，液压机的工作原理由电气控制系统控制液压系统，液压控制系统再控制主机工作，主机动作触及行程开关，将信号反馈给电气控制系统，实现循环控制。 （ 3） 液压机工作循环分析 液压机工作循环如图 滑块快速下行 工进、加压 保压顶出快速回程 停止图 液压机工作循环图 8 液压机工作循环如图 a） ，滑块在自重的作用下快速下行，碰到行程开关 后由快进变为工进，随后进行加压、保压。保压时间完成后，滑块快速回程，直到回到原来的位置，停止运动；图 b） 表示顶出缸的工作循环过程，主缸快进、工进、保压、退回停止后，顶出缸才运动，将工件顶出。 压机工艺方案设计 （ 1）控制方式的选择 采用液压系统与电气系统相结合的控制方式。具有调整、手动、半自动三种工作方式，可实现定压、定程两种加工工艺； （ 2）液压系统： 液压油路采用封闭式回路，供油方式选用变量泵供油，液压控制元件采用插装阀形式。针对液压机快进时供油不足以及工进时的高压特性，系统应设有补油和卸压装置； （ 3）电气控制： 采用继电器、行程开关、接触器、手动按钮等元件进行手动、半自动控制； （ 4）主机： 主机结构形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和顶出缸为执行元件。 压机总体布局方案设计 总体布局如图 示 1 2 3 9 4 5 6 7图 液压机总体布局简图 图 为三个部分，即：主机、液压系统、电气控制系统。 液压系统的所有部件都集中安装在液压油箱上，使液压站布局结构变得紧凑。电气控制元件集中设计在电气柜中。启动、停止、快进、顶出、调整、等控制按钮设置在控制台上，方便及时操作。 压机零部件设计 机载荷分析 参考表 压机的最大工作负载为 100T，主缸回程力为 400出缸顶出力为 350于工作时的负载远大于其它工况时的负载，因此在进行载荷设计时，取负载 100T 对液压机进行受力计算。 液压机结构形式为“三梁四柱”式，工进加压的负载作用在横梁和导柱上，受载时横梁受压，导柱受拉， 受力如图 示 横梁导柱 图 横梁、导柱受力图 柱设计 材料选择：导柱在工作过程中主要承受拉力，材料必须具备较高的抗拉强度。导柱材料选择 45 圆钢，也可选用锻件形式。 热处理要求：导柱除了承受拉力之外，外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力。为了减少导柱表面的磨损，通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐摩性。总的 10 热处理工艺为调质和表面淬火。 理论设计计算： 液压机的最大负载约为 100T，通过力传递后，最后由 四根导柱承受 100T 的拉力，作用在每根导柱上的拉力为 25T。由许用拉应力公式 (可计算导柱的安全直径 D。 (式中： 许用应力；取 45 钢 =80 100 F 轴向拉力； A 横截面积。 即： 4 66 圆整后取导柱直径 D=90了防止四根导柱因瞬间的受力不均而被破坏，导柱直径可适当加大，取 D=110 梁设计 材料选择：横梁工作时的受力为弯曲力，材料应具有一定的抗弯强度。选用45 钢，毛坯采用锻件。 热处理要求：横梁进行调质处理。 理论计算校核： 横梁受力可以简化为简直梁 ,中间受载的情形，如图 示。 截 面 1 - 1图 横梁滑块受力简图 初步确定横梁的长、宽、高尺寸分别为 1310、 1045、 575面为矩形。即：在负载作用下的剪 力和弯矩如图 示。 11 图 (a) 剪力图 (b) 弯矩图 由弯矩图 2.7(b)可知，横梁 C 点 1 1 截面弯矩最大，该截面是危险截面。为了保证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。正应力计算公式为： WM (式中： 最大弯曲正应力； 最 大弯矩； W 抗弯截面系数 ( 3m )。 矩形截面抗弯系数 W 计算公式为： 62 (式中： b 矩形截面的宽； h 矩形截面的高。 即： 32 0 5 7 5.1 M P am 47 5 3m a x 45 钢的弯曲许用应力 =100横梁的最大弯曲应力小于材料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。 12 机工作台设计 液压机工作台主要受压，由于工作台不是很高，刚度要求可以满足，因此在设计计算时只要进行抗压强度的校核即可，校核过程从略。 材料选择：工作台主要受压，材料选用铸钢 45。 工艺要求： 机械加工时，工作台表面做成 T 形槽，如图 示。 图 工作台 T 形槽 制台设计 材料选择：控制台主要用于安装控制按钮，不承受动载荷，强度要求不是很高，满足使用要求即可，材料选用 加工工艺：控制台的制作加工采用焊接方式完成。 外形设计：控制台外形尺寸设计应考虑操作方便。外形简图如图 示。 1 2 3图 液压机控制台外形简图 13 第三章 液压机液压系 统设计 压传动的优越性概述 科学技术迅猛发展的今天，液压传动技术随之有了比较完善、成熟的理论基础。目前液压传动技术正向着 高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。 （ 1）液压传动优越性 1）液压元件布局灵活； 2）液压传动操作控制方便，可实现无级调速； 3）液压传动容易实现直线传动，可以进行自动过载保护； 4）液压传动采用电液控制相结合的控制方式，可实现自动化控制，还可实现远程控制； 5）液压系统中液压元件的磨损比机械传动小很多，液压油除了作为传动介质外还起到了润滑的作用 ，延长了液压系统中液压元件的使用寿命。 （ 2）液压传动不足 1）液压传动沿程、局部阻力损失比较大； 2）液压传动压力高时泄漏较大，效率降低，处理不好油液还会对环境构成污染； 3）液压介质的泄漏和可压缩性使系统没有严格的传动比； 4）液压传动存在的液压冲击、气蚀、困油现象影响了设备的安全工作和使用寿命； 5）液压元件制造精度高，成本贵，系统故障不容易排除，维护技术成本高； 6）液压系统工作环境受温度影响较大，不宜在很高和很低的温度条件下工作。 压系统设计要求 压机负载确定 参考液压机技 术参数表 知，液压机的最大工作负载为 100T， 工进时液体最大压力为 26此确定液压机设计负载为 100T 型液压机。 14 压机主机工艺过程分析 压制工件时主机的工艺过程：按下启动按钮后，主缸上腔进油，横梁滑块在自重作用下快速下行，此时会出现供油不足的情况，补油箱对上缸进行补油。触击快进转为工进的行程开关后，横梁滑块工进，并对工件逐渐加压。工件压制完成后进入保压阶段，让产品稳定成型。保压结束后，转为主缸下腔进油，滑块快速回程，直到原位后停止。横梁滑块停止运动后，顶出缸下腔进油，将工件顶出 ，工件顶出后，顶出缸上腔进油，快速退回。 压系统设计参数 液压系统设计参数可参考表 系统压力： 26 上液压缸、下液压缸推力均为 100t。 上缸快进、快退速度速度 s，。 上液压缸行程均为 460 ；下液压缸行程均为 50 。 上缸快进行程 300； 保压时间 2s 上缸工进速度 s. 压系统设计 压机主缸工况分析 缸速度循环图 根据液压机系统设计参数及表 主缸滑块行程为 460以得到主缸的速 度循环图如下： 15 图 主缸速度循环图 缸负载分析 液压机启动时，主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而滑块在运动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载，计算最大负载时可以忽略不计。液压机的最大负载为工进时的工作负载。通过各工矿的负载分析，液压机主缸所受外负载包括工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载，即： F = ( 式中： F 液压缸所受外负载； 工作负载； 滑块与导柱、活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载，启动后为动摩擦力负载； 运动执行部件速度变化时的惯性负载。 （ 1）惯性负载 算 计算公式： ( 式中： G 运动部件重量； g 重力加速度 2S ； v t 时间内的速度变化量； t 加速或减速时间，一般情况取 t = 查阅相同型号的液压机资料，初步估算横梁滑块的重量为 30液压机所给设计参数可及： v =s ，取 t =入公式 即： s 0 00 2 = 4898N （ 2）摩擦负载 算 滑块启动时产生静摩擦负载，启动过后产生动摩擦负载。通过所有作用在主缸上的负载可以看出，工作负载远大于其它形式的负载。由于滑块与导柱、活塞与缸体之间的摩擦力不是很大，因而在计算主缸最大负载时摩擦负载先忽略不计。 16 （ 3）主缸负载 F 计算 将上述参数 4898N 、 2000000 即： F = 2000000 + 4898 = 2004898N 缸负载循环图 （ 1）主缸工作 循环各阶段外负载如表 主缸工作循环负载 工 作 循 环 外 负 载 启 动 F = f 静 + 5 梁滑块快速下行 F = f 动 忽略不计 工 进 F = f 动 + 2000 速回程 F = f 回 + F 背 400 ：“ f 静 ”表示启动时的静摩擦力，“ f 动 ”表示启动后的动摩擦力。 （ 2）主缸各阶段负载循环如图 主缸负载循环图 17 压机顶出缸工况分析 出缸速度循环图 根据液压机系统设计参数和表 顶出缸活塞 行程为 250到顶出缸的速度循环图如下： 图 顶出缸速度循环图 出缸负载分析 主缸回程停止后，顶出缸下腔进油，活塞上行，这时会产生惯性、静摩擦力、动摩擦力等负载。由于顶出缸工作时的压力远小于主缸的工况压力，而且质量也比主缸滑块小很多，惯性负载很小，计算时可以忽略不计；同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可不计；工件顶出时的工作负载 比较大，计算顶出缸的最大工作负载时可以近似等于顶出力。将参数代入公式 算顶出缸的最大负载。 即： F = 350000N 式中： 顶出力； 18 出缸负载循环图 （ 1）顶出缸工作循环各阶段外负载如表 顶出缸工作循环负载 工 作 循 环 外 负 载 启 动 F = F 静 + 略不计 顶出缸顶出 F = = f 动 + 350 速退回 F = f 动 + F 背 8 ：“ f 静 ”表示启动时的静摩擦力，“ f 动 ”表 示启动后的动摩擦力。 （ 2）顶出缸各阶段负载循环如图 顶出缸负载循环图 压系统原理图拟定 压系统供油方式及调速回路的选择 液压机工进时负载大，运动速度慢，快进、快退时的负载相对于工进时要小很多，但是速度却比工进时要快。为了提高液压机的工作效率，可以采用双泵或变量泵供油的方式。综合考虑，液压机采用变量泵供油，基本油路如图 示。 由于液压机工况时的负载压力会逐步增大，为了使液压机处于安全的工 作状态，调速回路采用恒功率变量泵调速回路。当负载压力增大时，泵的排量会自动跟着减小，保持压力与流量的乘积恒为常数，即：功率恒定，如图 示。 19 1 2 3 4 5图 液压机基本回路图 图 恒功率曲线图 压系统速度换接方式的选择 液压机加工零件的过程包括主缸的快进、工进、快退和顶出缸的 顶出、快速回程。采用什么样的方式进行速度的安全、准确换接是液压机稳定工作的基础。为了达到控制要求，液压系统的速度换接通过行程开关控制。这种速度换接方式具有平稳、可靠、结构简单、行程调节方便等特点，安装也很容易。 20 压系统原理图 液压系统采用插装集成控制系统，该控制系统具有密封性好、流通能力大、压力损失小、易于集成等优点。液压机系统控制原理如图 示。 1、 2、 6、 18、 15、 10、 11 1S、 2S、 3 3、 7 14单向阀 4、 5、 8、 9、 12、 13、 16、 17、 19、 20 21 22 23、 24 25 压力表 26 27 28、 29、 30、 31梭阀 图 液压机插装阀控制系统原理图 压系统控制过程分析 整个液压控制系统包括五个插装阀集成块，插装阀工作原理分析如下： 成进油调压回路，其中 单向阀，用于防止 系统中液压油倒流回泵， 先导溢流阀 2 用于调整系统的压力，先导溢流阀 1 用于限制系统的最高压力，缓冲阀 3 与电磁换向 4 用于液压泵卸载和升压缓冲； 成主缸 23 油液三通回路，先导溢流阀 6 是用于保证主缸的安全阀， 21 缓冲阀 7 与电磁换向阀 8 用于主缸上腔卸压缓冲； 成主缸下腔油液三通回路，先导溢流阀 11 用于调整主缸下腔的平衡压力，先导溢流阀 10 为主缸下腔安全阀； 成顶出缸上腔油液三通回路，先导溢流阀 15 为顶出缸上腔安全阀，单向阀 14 用于顶出缸作液压垫，活塞浮动时上腔补油； 成顶出缸下腔油液三通回路，先导溢流阀 18 为顶出缸下腔安全阀。 除此之外，进油主阀 控制油路上都有一个压力选择梭阀，用于保证锥阀关闭可靠，防止反压开启。 压机执行部件动作过程分析 液压机主缸、顶出缸工作循环过程分析如下： （ 1）主缸 1）启动 按下启动按钮，所有电磁铁处于失电状态，三位四通电磁阀 4阀芯处于中位。插装阀 制腔经阀 3、阀 4 与油箱接通，主阀开启。液压泵输出的油液经阀 回油箱，泵空载启动。 2）主缸滑块快速下行 电磁铁 1Y、 3Y、 6Y 得电，这时插装 阀 闭，启，泵向系统供油，输出油液经阀 入主缸上腔。主缸下腔油液经阀 速流回油箱。滑块在自重作用下快速下行，这时会因为下行速度太快，泵的输出流量来不及填充上腔而在上腔形成负压。充液阀 21 打开，上部油箱对上腔进行补油，滑块的快速下行。 3）滑块减速下行 当滑块行至一定位置触动行程开关 2S 后，电磁铁 67Y 得电，插装阀 制腔先导溢流阀 11 接通，阀 阀 11 的调定压力下溢流，主缸下腔会产生一定的背压。主缸上腔的压力这时会相应升高，充液阀 21 关闭。主缸上腔进油仅为泵的输出 流量，滑块减速下行。 4）工进 当滑块减速行进一段距离后接近工件，主缸上腔的压力由压制负载决定，主缸上腔的压力会不断升高，变量泵输出流量会相应自动减少。当主缸上腔的压力达到先导溢流阀 2 的调定压力时，泵的输出流量全部经阀 流，此时滑块停止运动。 5）保压 当主缸上腔的压力达到所需要求的工作压力后，电接点压力表发出电信号，电磁铁 1Y 、 3Y、 7Y 全部失电，阀 闭。主缸上腔闭锁，实现保压，同时阀 启，泵卸载。 6）主缸上腔泄压 主缸上腔此时的压力已经很高，保压一段时间后，时间继电器发出电信 号，电磁铁 4Y 得电，阀 制腔通过缓冲阀 7 及电磁换向阀 8 与油箱接通，由于缓冲阀 7 的作用，阀 慢开启，主缸上腔实现无冲击 22 泄压，保证设备处于安全工作状态。 7）主缸回程 当主缸上腔的压力降到一安全值后，电接点压力表发出电信号，电磁铁 2Y、 5Y、 4Y、 12Y 得电，插装阀 闭，阀 启，充液阀 21 开启，压力油经阀 入主缸下腔，主缸上腔油液经充液阀 21 和阀别流回上部油箱和主油箱，主缸完成回程。 8）主缸停止 当主缸回程到达上端点，触击行程开关 1S，全部电磁铁失电，阀 启，泵卸 载。阀 主缸下腔封闭，上滑块停止运动。 （ 2）顶出缸 1）工件顶出 当主缸回程停止运动后，按下顶出按钮，电磁铁 2Y、 9Y、10Y 得电，插装阀 启，液压油经阀 入顶出缸下腔，上腔油液经阀 回油箱，工件顶出。 2）顶出缸退回 按下退回按钮，电磁铁 9Y、 10Y 失电，电磁铁 2Y、 8Y、11Y 得电，插装阀 启，液压油经阀 入顶出缸上腔，下腔油液经阀 回油箱，顶出缸回程。 （ 3）液压系统电磁铁动作顺序表 电磁铁动作顺序如表 液压机液压系统电磁 铁动作顺序表 执行部件 工 况 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y 主 缸 快速下行 + + + 工进、加压 + + + 保 压 泄 压 + 回 程 + + + + 停 止 顶 出 缸 顶 出 + + + 退 回 + + + 停 止 注：“ +”表示 电磁铁处于得电状态。 23 压系统基本参数计算 压缸基本尺寸计算 （ 1）主缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定 查表 21并参考表 液压机的工作负载比较大，取主缸的工作压力为 P=26 计算主缸内径和活塞杆直径。由主缸负载图 知最大负载 F=100T。查表 21，由主缸工作压力为 26d/D 为 液压缸的机械效率 压缸受力如图 图 液压机主缸受力简图 由图 22212 )(44 D=)(1142121 (式中： 液压缸工作压力； 液压缸回路背压，对于高压系统初算时可以不计； F 工作循环中最大负载； 液压缸机械效率，一般 将参数代入公式（ 求得液压缸内径 即： D= 32724 查表 21,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取 D=320么由d/D= 即： d= 229理查表 21,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取 d=220 经过计算液压机主缸的内径、活塞杆直径分别为： D=320 d=220 （ 2）顶出缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定 顶出缸工作负载与主缸相比要小很多，查表 21,取顶出缸的工作压力P=12计算顶出缸内径和活塞杆直径。由顶出缸负载图 载 F=350表 21，缸工作压力为 12取 d/D 为 液压缸的机械效率 压缸受力如图 图 液压机顶出缸缸受力简图 将参数代入公式（ 求得液压缸内径 即： D= 198表 21,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取 D=200么由d/D= 即： d= 138理查表 21,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取 d=140 经过计算液压机顶出缸的内径、活塞杆直径分别为： D=200 d=140 25 压系统流量计算 （ 1）主缸所需流量计算 参考表 主缸各个工况所需流量进行计算。已知主缸的快进速度为 s，工进速度为 s，快速回程速度为 s，主缸内径为 320塞杆直径为 220 由流量计算公式： （ 快进时： 快进快进 32 ）（ 进时： 工进工进 32 ）（ 退时： 快退快退 3322 （ 2）顶出缸所需流量计算 参考表 顶出缸各工况所需流量进行计算。已知顶出缸的顶出速度为 s，快退速度为 s，顶出缸内径为 200塞杆直径为 140入公式（ 即： 顶出时： 顶出顶出 32 ）（ 退时： 快退快退 3322 （）（=48L/ 3）液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择 1）泵工作压力确定 实际工作过程中，液压油在进油路中有一定的压力损失，因此在计算泵的工作时必须考虑压力损失。泵的工作压力计算公式为： 1 （ 26 式中： 液压泵最大工作压力； 执行部件的最大工作压力； P 进油路中的压力损失，对于简单的系统，取 于复杂系统，取 本液压机执行部件的最大工作压力 6油路中的压力损失，取P =入公式（ 求得泵的工作压力。 即： M 通过计算，泵的工作压力 压力是系统的静压力，而系统在各种工矿的过渡阶段出现的动态压力有时会超过静压力。此外，为了延长设备的使用寿命，设备在设计时必须有一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此在选取泵的额定 工作压力 满足，取 即： ）液压泵最大流量计算 通过对液压缸所需流量的计算，以及各自的运动循环原理，泵的最大流量可由公式 (算得到。 m P (式中： 液压泵的最大流量； 液压系统泄漏系数，一般取 q 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正处于溢流状态，还应加上溢流阀的最小溢流量。 将参数代入公式（ ，即： m 463L/）液压泵规格选择 查表 51，根据泵的额定压力，选取液压泵的型号为： 250 基本参数如下： 排量： 250mm/r ； 额定压力： 32 额定转速： 1000r/ 容积效率： 92% ； 4）泵的流量验算： 由液压泵的基本参数可知泵每分钟排量 q =160ml/r 1000r/50L/27 而泵实际所需的最大流量63L/压机出现供油不足，快进无法实现。为了满足液压机的正常快进，必须在液压系统中设置补油油箱。 动机的选择 液压机的执行件有两个，即：主缸和顶出缸。主缸和顶出缸各自工况的快进、工进、回程速度又不尽相同，这样对功率的消耗也不同。电动 机额定功率的确定必须根据消耗功率最大的工况来确定，因此要分别计算主缸、顶出缸各工况消耗的功率。功率计算公式如下： P= (式中： 液压泵的流量； = （ 1）主缸各工况功率计算 1）快进功率 主缸滑块快进时，在自重作用下速度比较快，而液压泵此时的输出油 量不能满足滑块的快速下行。快进时的负载很小，只有活塞与缸筒、导柱与滑块之间的摩擦负载，这样泵的出口压力也很小，消耗的功率不会很大。 2）工进功率 由主缸负载循环图 及，工进时主缸最大负载为 100T，无杆腔面积A= （ m ，进油回路压力损失取 P=液压泵的压力 算。 （ 即： P P 6526 02 将 、 =，求得工进功率为： a m 5 28 3）快退功率 由图 退负载为 40022 ）（）（，取进油回路压力损失取 P=入公式（ 求得泵的压力 P 。 即： P P 6523 04 0 0 将 、 =入公式（ ，求得快退功率即为： a m 出时主缸最大负载为 350杆腔面积 A= （ m 进油回路压力损失取 P=么液压泵的压力 算。 即： P P 6526 将 、 =，求得工进功率即为： a m 1 2）回程功率 顶出缸回程时，负载只有活塞与缸筒间的摩擦负载。负载大小应该比顶出时的负载要小很多，这样回程消耗的功率也比顶出时消耗的功率要小，因此，回程功率计算从略。 （ 3）电动机额定功率及型号的确定 电动机额定 功率的确定，应依据消耗功率最大的工况。比较主缸、顶出缸各工况所需要的功率，主缸工进时的功率最大，为 查表 122，选取电动机型号为： 其它技术参数为：额定功率： 满载转速： 1470r/ 压元件的选择 通过液压系统的参数计算查阅液压手册，液压元件选择如表 示： 29 表 液压元件明细表 序 号 液 压 元 件 名 称 元 件 型 号 额定流量（ L/ 1 溢 流 阀 20 2 溢 流 阀 20 4 毕业设计（论文）任务 书 第 1 页 毕业设计（论文）题目： 100t 四柱液压机液压系统 毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）： 1 主机功能结构 四柱式万能液压机适用于各种可塑性材料的压制，如冲压、弯曲、薄板拉伸等。其工作过程如下：上液压缸驱动上滑块，实现“快速下行慢速加压保压延时释压换向快速返回原位停止”的动作循环；下液压缸驱动下滑块，实现“向上顶出停留向下退回原位停止”的动作循环 2 液压系统要求： 系统压力： 26 上液压缸、下液压缸推力均为 100t。 上缸快进、快退速度速度 s，。 上液压缸行程均为 460 ；下液压缸行程均为 50 。 上缸快进行程 300 ； 保压时间 2s 上缸工进速度 s. 液压机工作循环图 第 2 页 第 3 页 毕业设计（论文）主要内容： 1 设计液压传动系统 2 设计液压站 3 设计油箱部件和液压缸 4 设计集成块等零件 学生应交出的设计文件（论文）： 1 液压系统原理图 1 张。 2 液压泵站总装图 1 张。 3 油箱部件图 1 张。 4 液压缸的全部零件图和集成块图 1 张。 5 设计用图纸 1 套 6 设计计算说明书 1 份 第 4 页 主要参考文献（资料）： 液压元件 何存兴编 华中工学院 机械设计手册（上、下册） 化学工业出版社 采煤机液压传动测试 煤炭工业出版社 液压气动技术手册 路甬祥等 机械工业出版社 液压工程手册 雷天觉 机械工业出版社 要求设计（论文）工作起止日期 指 导 教 师 签 字 日期 教研室主任审查签 字 日期 系主任批准签 字 日期 1 100t 四柱液压机液压系统设计 目 录 第一章 前 言 . 2 压机现状概要 . 2 液压传动控制系统及设计要 求 . 3 第二章 液压机总体设计 . 4 压机主要设计参数 . 4 压机工作原理分析 . 5 压机的基 本组成 . 5 压机工艺方案设计 . 8 压机总体布局方案设计 . 8 总体布局如图 示 . 8 压机零部件设 计 . 9 柱设计 . 9 梁设计 . 10 第三章 液压机液压系统设计 . 13 压传动 的优越性概述 . 13 压系统设计要求 . 13 压系统设计 . 14 压系统零部件设计 . 30 压站布局设计 . 38 压系统安全、稳定性验算 . 39 第四章 液压机电气系统设计 . 44 气控制概述 . 44 压机电气控制方案设计 . 44 压机电气控制电路设计 . 44 第五章 液压机安装调试和维护 . 48 压机的安装 . 48 压机的调试 . 48 压机的保养维护 . 48 结 论 . 50 参考文献 . 51 致 谢 . 52 2 第一章 前 言 压机现状概要 液压传动技术发展到今天已经有了较为完善、成熟的理论和实践基础。液压传动技术与传统的机械传动相比，操作方便简单，调速范围广，很容易实现直线运动并且还具有自动过载保护功能。液压传动容易实现自动化操作，采用电液联合控制后，可以实现更高程度的自动控制以及远程遥控。由于液压传动的工作介质是流体矿物油，有较大的沿程和局部阻力损失。当系统的工作压力比较高时，还会产生比较大的泄漏，泄漏的矿物油将直接对环境造成污染，有时 候还容易引起安全事故。油液受温度的影响很大，因此液压油不能在很高或很低的温度条件下工作。由于液压油的可压缩性和泄漏，液压传动不能保证恒定的传动比和很高的传动精度，这是液压传动的最大不足之处。此外，液压传动的故障排除不如机械传动、电气传动那样容易，因而对使用和维护人员有较高的技术水平要求。虽然液压传动存在这些缺陷，但总体上优点还是盖过了缺点，因而应用还是很广泛。 液压机自 19 世纪问世以来得到了很快的发展，在工业生产中已经有了广泛的应用，成了产品压力加工成型不可或缺的机械设备。随着科学技术的日新月异，电子技术、 液压技术的不断成熟，液压机也得到了更进一步的发展。到目前为止，液压机的最大公称压力已经达到了 750制技术也由原来传统的继电器控制变为可编程控制器和工业计算机控制，这使液压机的运行平稳性、控制精度、产品质量有了保证，同时生产效率得到了很大的提高。 液压机加工与传统机械加工相比属于无屑加工，应用范围广泛，一般用于塑性材料的冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸等。此外液压机还用于粉末冶金、翻边、压装等产品的成型加工工艺。液压机还能实现复杂工件和不对称工件的加工，产品废品率较低。液压机根据加工工件的不同性质，还可进 行适当的压力行程调整，满足产品的加工要求。液压机主要由主机、液压系统、电气系统三部分组成。液压机的整个工作过程的实现，首先是由电气系统来控制液压系统，然后再由液压系统控制主机主缸和顶出缸的顺序动作。总的来说，液压机操作简单，维护方便。 虽然液压机目前应用十分广泛，但是潜在的问题还很多。 液压机属于高压工作设备 ,进行压力加工时 ,随着压力的不断升高泄漏也会不断增大 ,这样不利于保证零件的加工精度，同时还会对环境造成污染。除此之外，液压机还存在如下缺陷，液压机压力加工完成后，卸压时存在很大的液压冲击，这样对液压元件及 其它设备损害很大；按下启动按钮后，动作灵敏性不及电气控制；液压机出现故障 3 不能够正常工作，故障不容易及时找到并排除，给维护带来了一定的技术难题和不便；液压机工作时产生的液压冲击、气蚀等现象，会缩短液压元件的使用寿命。 为了催生更大的生产力，液压机的设计需要改进。液压油路设计、控制系统的优化设计将是液压机今后值得研究的方向。 （ 1）油路设计方面 为了防止泄油和外界的污染，液压机油路的设计趋于集成化、封闭循环式，这样可以延长设备的使用寿命。除此之外，液压元件设计尽量标准化，集成化。集成液压系统减少了管路连接，可以 降低泄漏和污染。液压元件的标准化给维护带来了方便。 （ 2）控制系统方面 液压机属于高压设备，控制系统除控制设备安全可靠的工作之外，还应该让控制精度变得更高，人机交互变得更简单，操作更方便，自动化、高速化、智能化程度更好。 综上所述，液压机的发展促进了生产力的发展。伴随着电气控制技术、液压传动技术的不断发展，液压机的自动化程度、加工精度将进一步得到提高，实现智能化控制。 液压传动控制系统及设计要求 液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程（见图 1因为液压传 动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。 图 1压传动能量传动过程 （ 1）液压机总体方案设计，其中包括主机的结构设计和工艺设计、零部件的结构设计和工艺设计、部件装配方案设计； 动力元件 液压能 控制回路 执行元件 机械能 机械能等 4 （ 2）通过液压系统总体设计方案的对比，确定合理 的液压系统设计方案。主要包括液压系统原理图设计、液压元件结构、工艺设计、液压站总体布局设计； （ 3）电气控制系统设计，包括主电路和控制电路电路图设计； （ 4）设计方案确定时，必须考虑选用什么样的制造材料，达到什么样的表面加工质量，采用什么样的机械加工设备，选择什么样的热处理方式等； （ 5）整个设备满足拆装方便，运输方便的要求； （ 6）液压机能够准确完成如下工作循环：主缸活塞滑块快速下行、主缸活塞滑块慢速加压、主缸保压、主缸卸压、主缸活塞滑块回程、顶出缸顶出、顶出缸退回等； （ 7）设备达到总体布局合理，结构紧 凑、工作稳定可靠、操作简单、维护方便、环境污染小、工作的时候噪音低、自动化程度高等，能够完成冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金压制成型、薄板拉伸、压装成型等加工工艺。 第二章 液压机总体设计 压机主要设计参数 （ 1）拟设计的液压机主要技术参数见表 液压机技术参数 参 数 项 参 数 上液压缸、下液压缸推力均为 100T 工进时液体最大工作压力 26缸快进、快退速度速度 s 上液压缸行程均为 460液压缸行程均为 50缸快进行程 300压时间 2s 上缸工进速度 s 5 （ 2）液压机的主要功能 通过液压传动系统传递动力，完成零件的压力成型加工。 （ 3）液压机的适用范围 液压机主要用于冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸、粉末冶金、翻边、压装等成型工艺。 压机工作原理分析 压机的基本组成 液压机是由两个大小不同的液缸组成的，在液缸里充满水或油。充水的叫“水压机”；充油的称“油压机”。两个液缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞 将这一压力通过液体的压强传递给大活塞，将大活塞顶上去。 设小活塞的横截面积是 在小活塞上的向下的压力是 是，小活塞对能够大小不变地被液体向各个方向传递。大活塞所受到的压强必然也等于P。 若大活塞的横截面积是 强 P 在大活塞上所产生的向上的压力截面积是小活塞横截面积的倍数。 从上式知，在小活塞上加一较小的力，则在大活塞上会得到很大的力，为此用液压机来压制胶合板、榨油、提取重物、锻压钢材等。 液压机主要由主机、液压控制系统、电气控制系统三部分组成。 其中主机包括工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等 结构；液压系统由控制元件、执行元件、辅助元件、动力装置、工作介质等组成；电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关、电器控制柜等组成。 6 压机的工作原理 （ 1）液压机主机组成简图 2 3 4 5 6 7 8图 液压机主机组成简图 7 （ 2） 液压机工作原理分析 液压机的动作顺序通过电气系统、液压系统控制，控 制顺序框图如图 启 动电气系统 液压系统 液压机主机行程开关手 动图 液压机控制顺序图 从上面的控制顺序框图可以看出，液压机的工作原理由电气控制系统控制液压系统，液压控制系统再控制主机工作，主机动作触及行程开关，将信号反馈给电气控制系统，实现循环控制。 （ 3） 液压机工作循环分析 液压机工作循环如图 滑块快速下行 工进、加压 保压顶出快速回程 停止图 液压机工作循环图 8 液压机工作循环如图 a） ，滑块在自重的作用下快速下行，碰到行程开关 后由快进变为工进，随后进行加压、保压。保压时间完成后，滑块快速回程，直到回到原来的位置，停止运动；图 b） 表示顶出缸的工作循环过程，主缸快进、工进、保压、退回停止后，顶出缸才运动，将工件顶出。 压机工艺方案设计 （ 1）控制方式的选择 采用液压系统与电气系统相结合的控制方式。具有调整、手动、半自动三种工作方式，可实现定压、定程两种加工工艺； （ 2）液压系统： 液压油路采用封闭式回路，供油方式选用变量泵供油，液压控制元件采用插装阀形式。针对液压机快进时供油不足以及工进时的高压特性，系统应设有补油和卸压装置； （ 3）电气控制： 采用继电器、行程开关、接触器、手动按钮等元件进行手动、半自动控制； （ 4）主机： 主机结构形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和顶出缸为执行元件。 压机总体布局方案设计 总体布局如图 示 1 2 3 9 4 5 6 7图 液压机总体布局简图 图 为三个部分，即：主机、液压系统、电气控制系统。 液压系统的所有部件都集中安装在液压油箱上，使液压站布局结构变得紧凑。电气控制元件集中设计在电气柜中。启动、停止、快进、顶出、调整、等控制按钮设置在控制台上，方便及时操作。 压机零部件设计 机载荷分析 参考表 压机的最大工作负载为 100T，主缸回程力为 400出缸顶出力为 350于工作时的负载远大于其它工况时的负载，因此在进行载荷设计时，取负载 100T 对液压机进行受力计算。 液压机结构形式为“三梁四柱”式，工进加压的负载作用在横梁和导柱上，受载时横梁受压，导柱受拉， 受力如图 示 横梁导柱 图 横梁、导柱受力图 柱设计 材料选择：导柱在工作过程中主要承受拉力，材料必须具备较高的抗拉强度。导柱材料选择 45 圆钢，也可选用锻件形式。 热处理要求：导柱除了承受拉力之外，外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力。为了减少导柱表面的磨损，通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐摩性。总的 10 热处理工艺为调质和表面淬火。 理论设计计算： 液压机的最大负载约为 100T，通过力传递后，最后由 四根导柱承受 100T 的拉力，作用在每根导柱上的拉力为 25T。由许用拉应力公式 (可计算导柱的安全直径 D。 (式中： 许用应力；取 45 钢 =80 100 F 轴向拉力； A 横截面积。 即： 4 66 圆整后取导柱直径 D=90了防止四根导柱因瞬间的受力不均而被破坏，导柱直径可适当加大，取 D=110 梁设计 材料选择：横梁工作时的受力为弯曲力，材料应具有一定的抗弯强度。选用45 钢，毛坯采用锻件。 热处理要求：横梁进行调质处理。 理论计算校核： 横梁受力可以简化为简直梁 ,中间受载的情形，如图 示。 截 面 1 - 1图 横梁滑块受力简图 初步确定横梁的长、宽、高尺寸分别为 1310、 1045、 575面为矩形。即：在负载作用下的剪 力和弯矩如图 示。 11 图 (a) 剪力图 (b) 弯矩图 由弯矩图 2.7(b)可知，横梁 C 点 1 1 截面弯矩最大，该截面是危险截面。为了保证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。正应力计算公式为： WM (式中： 最大弯曲正应力； 最 大弯矩； W 抗弯截面系数 ( 3m )。 矩形截面抗弯系数 W 计算公式为： 62 (式中： b 矩形截面的宽； h 矩形截面的高。 即： 32 0 5 7 5.1 M P am 47 5 3m a x 45 钢的弯曲许用应力 =100横梁的最大弯曲应力小于材料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。 12 机工作台设计 液压机工作台主要受压，由于工作台不是很高，刚度要求可以满足，因此在设计计算时只要进行抗压强度的校核即可，校核过程从略。 材料选择：工作台主要受压，材料选用铸钢 45。 工艺要求： 机械加工时，工作台表面做成 T 形槽，如图 示。 图 工作台 T 形槽 制台设计 材料选择：控制台主要用于安装控制按钮，不承受动载荷，强度要求不是很高，满足使用要求即可，材料选用 加工工艺：控制台的制作加工采用焊接方式完成。 外形设计：控制台外形尺寸设计应考虑操作方便。外形简图如图 示。 1 2 3图 液压机控制台外形简图 13 第三章 液压机液压系 统设计 压传动的优越性概述 科学技术迅猛发展的今天，液压传动技术随之有了比较完善、成熟的理论基础。目前液压传动技术正向着 高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。 （ 1）液压传动优越性 1）液压元件布局灵活； 2）液压传动操作控制方便，可实现无级调速； 3）液压传动容易实现直线传动，可以进行自动过载保护； 4）液压传动采用电液控制相结合的控制方式，可实现自动化控制，还可实现远程控制； 5）液压系统中液压元件的磨损比机械传动小很多，液压油除了作为传动介质外还起到了润滑的作用 ，延长了液压系统中液压元件的使用寿命。 （ 2）液压传动不足 1）液压传动沿程、局部阻力损失比较大； 2）液压传动压力高时泄漏较大，效率降低，处理不好油液还会对环境构成污染； 3）液压介质的泄漏和可压缩性使系统没有严格的传动比； 4）液压传动存在的液压冲击、气蚀、困油现象影响了设备的安全工作和使用寿命； 5）液压元件制造精度高，成本贵，系统故障不容易排除，维护技术成本高； 6）液压系统工作环境受温度影响较大，不宜在很高和很低的温度条件下工作。 压系统设计要求 压机负载确定 参考液压机技 术参数表 知，液压机的最大工作负载为 100T， 工进时液体最大压力为 26此确定液压机设计负载为 100T 型液压机。 14 压机主机工艺过程分析 压制工件时主机的工艺过程：按下启动按钮后，主缸上腔进油，横梁滑块在自重作用下快速下行，此时会出现供油不足的情况，补油箱对上缸进行补油。触击快进转为工进的行程开关后，横梁滑块工进，并对工件逐渐加压。工件压制完成后进入保压阶段，让产品稳定成型。保压结束后，转为主缸下腔进油，滑块快速回程，直到原位后停止。横梁滑块停止运动后，顶出缸下腔进油，将工件顶出 ，工件顶出后，顶出缸上腔进油，快速退回。 压系统设计参数 液压系统设计参数可参考表 系统压力： 26 上液压缸、下液压缸推力均为 100t。 上缸快进、快退速度速度 s，。 上液压缸行程均为 460 ；下液压缸行程均为 50 。 上缸快进行程 300； 保压时间 2s 上缸工进速度 s. 压系统设计 压机主缸工况分析 缸速度循环图 根据液压机系统设计参数及表 主缸滑块行程为 460以得到主缸的速 度循环图如下： 15 图 主缸速度循环图 缸负载分析 液压机启动时，主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而滑块在运动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载，计算最大负载时可以忽略不计。液压机的最大负载为工进时的工作负载。通过各工矿的负载分析，液压机主缸所受外负载包括工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载，即： F = ( 式中： F 液压缸所受外负载； 工作负载； 滑块与导柱、活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载，启动后为动摩擦力负载； 运动执行部件速度变化时的惯性负载。 （ 1）惯性负载 算 计算公式： ( 式中： G 运动部件重量； g 重力加速度 2S ； v t 时间内的速度变化量； t 加速或减速时间，一般情况取 t = 查阅相同型号的液压机资料，初步估算横梁滑块的重量为 30液压机所给设计参数可及： v =s ，取 t =入公式 即： s 0 00 2 = 4898N （ 2）摩擦负载 算 滑块启动时产生静摩擦负载，启动过后产生动摩擦负载。通过所有作用在主缸上的负载可以看出，工作负载远大于其它形式的负载。由于滑块与导柱、活塞与缸体之间的摩擦力不是很大，因而在计算主缸最大负载时摩擦负载先忽略不计。 16 （ 3）主缸负载 F 计算 将上述参数 4898N 、 2000000 即： F = 2000000 + 4898 = 2004898N 缸负载循环图 （ 1）主缸工作 循环各阶段外负载如表 主缸工作循环负载 工 作 循 环 外 负 载 启 动 F = f 静 + 5 梁滑块快速下行 F = f 动 忽略不计 工 进 F = f 动 + 2000 速回程 F = f 回 + F 背 400 ：“ f 静 ”表示启动时的静摩擦力，“ f 动 ”表示启动后的动摩擦力。 （ 2）主缸各阶段负载循环如图 主缸负载循环图 17 压机顶出缸工况分析 出缸速度循环图 根据液压机系统设计参数和表 顶出缸活塞 行程为 250到顶出缸的速度循环图如下： 图 顶出缸速度循环图 出缸负载分析 主缸回程停止后，顶出缸下腔进油，活塞上行，这时会产生惯性、静摩擦力、动摩擦力等负载。由于顶出缸工作时的压力远小于主缸的工况压力，而且质量也比主缸滑块小很多，惯性负载很小，计算时可以忽略不计；同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可不计；工件顶出时的工作负载 比较大，计算顶出缸的最大工作负载时可以近似等于顶出力。将参数代入公式 算顶出缸的最大负载。 即： F = 350000N 式中： 顶出力； 18 出缸负载循环图 （ 1）顶出缸工作循环各阶段外负载如表 顶出缸工作循环负载 工 作 循 环 外 负 载 启 动 F = F 静 + 略不计 顶出缸顶出 F = = f 动 + 350 速退回 F = f 动 + F 背 8 ：“ f 静 ”表示启动时的静摩擦力，“ f 动 ”表 示启动后的动摩擦力。 （ 2）顶出缸各阶段负载循环如图 顶出缸负载循环图 压系统原理图拟定 压系统供油方式及调速回路的选择 液压机工进时负载大，运动速度慢，快进、快退时的负载相对于工进时要小很多，但是速度却比工进时要快。为了提高液压机的工作效率，可以采用双泵或变量泵供油的方式。综合考虑，液压机采用变量泵供油，基本油路如图 示。 由于液压机工况时的负载压力会逐步增大，为了使液压机处于安全的工 作状态，调速回路采用恒功率变量泵调速回路。当负载压力增大时，泵的排量会自动跟着减小，保持压力与流量的乘积恒为常数，即：功率恒定，如图 示。 19 1 2 3 4 5图 液压机基本回路图 图 恒功率曲线图 压系统速度换接方式的选择 液压机加工零件的过程包括主缸的快进、工进、快退和顶出缸的 顶出、快速回程。采用什么样的方式进行速度的安全、准确换接是液压机稳定工作的基础。为了达到控制要求，液压系统的速度换接通过行程开关控制。这种速度换接方式具有平稳、可靠、结构简单、行程调节方便等特点，安装也很容易。 20 压系统原理图 液压系统采用插装集成控制系统，该控制系统具有密封性好、流通能力大、压力损失小、易于集成等优点。液压机系统控制原理如图 示。 1、 2、 6、 18、 15、 10、 11 1S、 2S、 3 3、 7 14单向阀 4、 5、 8、 9、 12、 13、 16、 17、 19、 20 21 22 23、 24 25 压力表 26 27 28、 29、 30、 31梭阀 图 液压机插装阀控制系统原理图 压系统控制过程分析 整个液压控制系统包括五个插装阀集成块，插装阀工作原理分析如下： 成进油调压回路，其中 单向阀，用于防止 系统中液压油倒流回泵， 先导溢流阀 2 用于调整系统的压力，先导溢流阀 1 用于限制系统的最高压力，缓冲阀 3 与电磁换向 4 用于液压泵卸载和升压缓冲； 成主缸 23 油液三通回路，先导溢流阀 6 是用于保证主缸的安全阀， 21 缓冲阀 7 与电磁换向阀 8 用于主缸上腔卸压缓冲； 成主缸下腔油液三通回路，先导溢流阀 11 用于调整主缸下腔的平衡压力，先导溢流阀 10 为主缸下腔安全阀； 成顶出缸上腔油液三通回路，先导溢流阀 15 为顶出缸上腔安全阀，单向阀 14 用于顶出缸作液压垫，活塞浮动时上腔补油； 成顶出缸下腔油液三通回路，先导溢流阀 18 为顶出缸下腔安全阀。 除此之外，进油主阀 控制油路上都有一个压力选择梭阀，用于保证锥阀关闭可靠，防止反压开启。 压机执行部件动作过程分析 液压机主缸、顶出缸工作循环过程分析如下： （ 1）主缸 1）启动 按下启动按钮，所有电磁铁处于失电状态，三位四通电磁阀 4阀芯处于中位。插装阀 制腔经阀 3、阀 4 与油箱接通，主阀开启。液压泵输出的油液经阀 回油箱，泵空载启动。 2）主缸滑块快速下行 电磁铁 1Y、 3Y、 6Y 得电，这时插装 阀 闭，启，泵向系统供油，输出油液经阀 入主缸上腔。主缸下腔油液经阀 速流回油箱。滑块在自重作用下快速下行，这时会因为下行速度太快，泵的输出流量来不及填充上腔而在上腔形成负压。充液阀 21 打开，上部油箱对上腔进行补油，滑块的快速下行。 3）滑块减速下行 当滑块行至一定位置触动行程开关 2S 后，电磁铁 67Y 得电，插装阀 制腔先导溢流阀 11 接通，阀 阀 11 的调定压力下溢流，主缸下腔会产生一定的背压。主缸上腔的压力这时会相应升高，充液阀 21 关闭。主缸上腔进油仅为泵的输出 流量，滑块减速下行。 4）工进 当滑块减速行进一段距离后接近工件，主缸上腔的压力由压制负载决定，主缸上腔的压力会不断升高，变量泵输出流量会相应自动减少。当主缸上腔的压力达到先导溢流阀 2 的调定压力时，泵的输出流量全部经阀 流，此时滑块停止运动。 5）保压 当主缸上腔的压力达到所需要求的工作压力后，电接点压力表发出电信号，电磁铁 1Y 、 3Y、 7Y 全部失电，阀 闭。主缸上腔闭锁，实现保压，同时阀 启，泵卸载。 6）主缸上腔泄压 主缸上腔此时的压力已经很高，保压一段时间后，时间继电器发出电信 号，电磁铁 4Y 得电，阀 制腔通过缓冲阀 7 及电磁换向阀 8 与油箱接通，由于缓冲阀 7 的作用，阀 慢开启，主缸上腔实现无冲击 22 泄压，保证设备处于安全工作状态。 7）主缸回程 当主缸上腔的压力降到一安全值后，电接点压力表发出电信号，电磁铁 2Y、 5Y、 4Y、 12Y 得电，插装阀 闭，阀 启，充液阀 21 开启，压力油经阀 入主缸下腔，主缸上腔油液经充液阀 21 和阀别流回上部油箱和主油箱，主缸完成回程。 8）主缸停止 当主缸回程到达上端点，触击行程开关 1S，全部电磁铁失电，阀 启，泵卸 载。阀 主缸下腔封闭，上滑块停止运动。 （ 2）顶出缸 1）工件顶出 当主缸回程停止运动后，按下顶出按钮，电磁铁 2Y、 9Y、10Y 得电，插装阀 启，液压油经阀 入顶出缸下腔，上腔油液经阀 回油箱，工件顶出。 2）顶出缸退回 按下退回按钮，电磁铁 9Y、 10Y 失电，电磁铁 2Y、 8Y、11Y 得电，插装阀 启，液压油经阀 入顶出缸上腔，下腔油液经阀 回油箱，顶出缸回程。 （ 3）液压系统电磁铁动作顺序表 电磁铁动作顺序如表 液压机液压系统电磁 铁动作顺序表 执行部件 工 况 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y 主 缸 快速下行 + + + 工进、加压 + + + 保 压 泄 压 + 回 程 + + + + 停 止 顶 出 缸 顶 出 + + + 退 回 + + + 停 止 注：“ +”表示 电磁铁处于得电状态。 23 压系统基本参数计算 压缸基本尺寸计算 （ 1）主缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定 查表 21并参考表 液压机的工作负载比较大，取主缸的工作压力为 P=26 计算主缸内径和活塞杆直径。由主缸负载图 知最大负载 F=100T。查表 21，由主缸工作压力为 26d/D 为 液压缸的机械效率 压缸受力如图 图 液压机主缸受力简图 由图 22212 )(44 D=)(1142121 (式中： 液压缸工作压力； 液压缸回路背压，对于高压系统初算时可以不计； F 工作循环中最大负载； 液压缸机械效率，一般 将参数代入公式（ 求得液压缸内径 即： D= 32724 查表 21,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取 D=320么由d/D= 即： d= 229理查表 21,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取 d=220 经过计算液压机主缸的内径、活塞杆直径分别为： D=320 d=220 （ 2）顶出缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定 顶出缸工作负载与主缸相比要小很多，查表 21,取顶出缸的工作压力P=12计算顶出缸内径和活塞杆直径。由顶出缸负载图 载 F=350表 21，缸工作压力为 12取 d/D 为 液压缸的机械效率 压缸受力如图 图 液压机顶出缸缸受力简图 将参数代入公式（ 求得液压缸内径 即： D= 198表 21,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取 D=200么由d/D= 即： d= 138理查表 21,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取 d=140 经过计算液压机顶出缸的内径、活塞杆直径分别为： D=200 d=140 25 压系统流量计算 （ 1）主缸所需流量计算 参考表 主缸各个工况所需流量进行计算。已知主缸的快进速度为 s，工进速度为 s，快速回程速度为 s，主缸内径为 320塞杆直径为 220 由流量计算公式： （ 快进时： 快进快进 32 ）（ 进时： 工进工进 32 ）（ 退时： 快退快退 3322 （ 2）顶出缸所需流量计算 参考表 顶出缸各工况所需流量进行计算。已知顶出缸的顶出速度为 s，快退速度为 s，顶出缸内径为 200塞杆直径为 140入公式（ 即： 顶出时： 顶出顶出 32 ）（ 退时： 快退快退 3322 （）（=48L/ 3）液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择 1）泵工作压力确定 实际工作过程中，液压油在进油路中有一定的压力损失，因此在计算泵的工作时必须考虑压力损失。泵的工作压力计算公式为： 1 （ 26 式中： 液压泵最大工作压力； 执行部件的最大工作压力； P 进油路中的压力损失，对于简单的系统，取 于复杂系统，取 本液压机执行部件的最大工作压力 6油路中的压力损失，取P =入公式（ 求得泵的工作压力。 即： M 通过计算，泵的工作压力 压力是系统的静压力，而系统在各种工矿的过渡阶段出现的动态压力有时会超过静压力。此外，为了延长设备的使用寿命，设备在设计时必须有一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此在选取泵的额定 工作压力 满足，取 即： ）液压泵最大流量计算 通过对液压缸所需流量的计算，以及各自的运动循环原理，泵的最大流量可由公式 (算得到。 m P (式中： 液压泵的最大流量； 液压系统泄漏系数，一般取 q 同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正处于溢流状态，还应加上溢流阀的最小溢流量。 将参数代入公式（ ，即： m 463L/）液压泵规格选择 查表 51，根据泵的额定压力，选取液压泵的型号为： 250 基本参数如下： 排量： 250mm/r ； 额定压力： 32 额定转速： 1000r/ 容积效率： 92% ； 4）泵的流量验算： 由液压泵的基本参数可知泵每分钟排量 q =160ml/r 1000r/50L/27 而泵实际所需的最大流量63L/压机出现供油不足，快进无法实现。为了满足液压机的正常快进，必须在液压系统中设置补油油箱。 动机的选择 液压机的执行件有两个，即：主缸和顶出缸。主缸和顶出缸各自工况的快进、工进、回程速度又不尽相同，这样对功率的消耗也不同。电动 机额定功率的确定必须根据消耗功率最大的工况来确定，因此要分别计算主缸、顶出缸各工况消耗的功率。功率计算公式如下： P= (式中： 液压泵的流量； = （ 1）主缸各工况功率计算 1）快进功率 主缸滑块快进时，在自重作用下速度比较快，而液压泵此时的输出油 量不能满足滑块的快速下行。快进时的负载很小，只有活塞与缸筒、导柱与滑块之间的摩擦负载，这样泵的出口压力也很小，消耗的功率不会很大。 2）工进功率 由主缸负载循环图 及，工进时主缸最大负载为 100T，无杆腔面积A= （ m ，进油回路压力损失取 P=液压泵的压力 算。 （ 即： P P 6526 02 将 、 =，求得工进功率为： a m 5 28 3）快退功率 由图 退负载为 40022 ）（）（，取进油回路压力损失取 P=入公式（ 求得泵的压力 P 。 即： P P 6523 04 0 0 将 、 =入公式（ ，求得快退功率即为： a m 出时主缸最大负载为 350杆腔面积 A= （ m 进油回路压力损失取 P=么液压泵的压力 算。 即： P P 6526 将 、 =，求得工进功率即为： a m 1 2）回程功率 顶出缸回程时，负载只有活塞与缸筒间的摩擦负载。负载大小应该比顶出时的负载要小很多，这样回程消耗的功率也比顶出时消耗的功率要小，因此，回程功率计算从略。 （ 3）电动机额定功率及型号的确定 电动机额定 功率的确定，应依据消耗功率最大的工况。比较主缸、顶出缸各工况所需要的功率，主缸工进时的功率最大，为 查表 122，选取电动机型号为： 其它技术参数为：额定功率： 满载转速： 1470r/ 压元件的选择 通过液压系统的参数计算查阅液压手册，液压元件选择如表 示： 29 表 液压元件明细表 序 号 液 压 元 件 名 称 元 件 型 号 额定流量（ L/ 1 溢 流 阀 20 2 溢 流 阀 20 4