液压压力机毕业设计

图书分类号： 密 级： 毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 (论文) 200t简易液压压力机设计 THE DESIGN OF 200t SIMPLE HYDRAULIC PRESS 学生姓名 学院名称 专业名称 指导教师 年 月 日 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 　　 　　日期： 　　 年 　月　 　日 工程学院学位论文版权 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 书 本人完全了解工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归工程学院所拥有。工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 　　 导师签名： 　　 日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 摘要 液压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。通过对液压机的特点及分类的分析，确定了本课题的主要设计内容。在确定了液压机初步设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 后，决定采用传统理论方法对其设计、计算、强度校核，采用AutoCAD设计软件对上横梁、下横梁、活动横梁、液压缸、立柱、机身结构进行了工程绘图，确定其液压系统的设计方案，给出了液压系统的工作说明书，并对其进行了可行性分析，最后对整个设计进行系统分析，得出切实可行的方案。 关键词：液压压力机；液压缸；液压成型；液压系统 Abstract Hydraulic-press is a machine which come to manufacture through using hydraulic press . By analyzing the hydraulic-press machine, this main content of the article was determined. After determining the preliminary design plan of the hydraulic-press machine, the traditional methods was used to design and examination the body of hydraulic-press machine .The 2D and 3D graph about the top-beam, lower-beam, active beam, goes against the cylinder, the column, the final assembly drawing were draw by using the software of AutoCAD. At the same time, producing the manual of the hydraulic system, and analyzing the feasibility of it. Finally, a total analysis to the whole design was done, and the result that the whole design was feasible. Keywords Hydraulic press Hydraulic cylinder Body of structure Hydraulic system 目 录 I摘要 IIAbstract 11 绪论 11.1 液压压力机的发展史及功能 11.2液压压力机的工作原理 52 液压机本体结构设计 52.1液压机本体结构设计要求 52.2 液压缸的设计 52.2.1 液压缸的部件 62.2.2 参数拟定 62.2.3 液压缸内径计算 62.2.4 柱塞直径的计算 72.2.5 液压缸壁厚的计算 72.2.6 缸筒外径的计算 82.2.7 缸底厚度的计算 82.3 柱塞的设计 82.3.1 柱塞的结构 82.3.2 柱塞的表面质量 92.4 立柱设计 92.4.1 经验分析 92.4.2 立柱直径的计算 102.5 横梁的设计 102.5.1 经验分析 112.5.3 活动横梁的设计 112.5.4 下横梁的设计 122.6 油箱的设计 133 液压系统的设计 133.1 明确系统设计要求 143.2 工况分析 143.2.1 主液压缸参数 143.2.1.1 液压缸行程安排 143.2.1.2 液压缸工作压力计算 173.2.1.3 液压缸流量的计算 173.2.1.4 液压缸功率的计算 203.2.2 顶出缸参数 203.2.2.1 顶出缸行程安排 203.2.2.2 顶出缸结构参数计算 213.2.2.3 顶出缸流量的计算 213.3 液压系统的拟定 213.3.1确定液压系统方案 243.3.2 拟定液压系统原理图 263.4 液压元件的选择 263,4.1 电动机的选择 263.4.2液压泵的选择 273.4.3 选择液压控制阀 273.4.4 选择辅助元件 273.4.4.1 计算油箱容量 273.4.4.2 计算充油筒的容量 273.4.4.3 选择油管 283.4.5 选择液压油 283.5 液压系统的性能验算 283.5.1 油路压力的计算 283.5.2 验算电动机功率 293.5.3 系统发热与温升验算 293.6液压控制装置集成设计 314 安装与试车 314.1 安装 314.2 试车 324.3 液压系统的故障诊断 34结论 35致谢 36参考文献 1 绪论 1.1 液压压力机的发展史及功能 液压压力机是近百年才发展起来的一种制品成型设备。1884年，英国首先制造出用于锻造钢锤的锻造液压机，1887-1888年又制造出了一系列用于锻造的液压机，其中公称压力最大的一台的水压机已达到40000KN。二战后，航空产业得到飞速发展，特别是美国，制造出了两台公称压力分别为31500KN和45000KN的超大型模锻液压压力机。最近几年，大批新型液压元件研制成功，这些新型液压元件大都是在集成块的基础上发展而来的，他们的结构比较紧凑，故而所占空间体积更小，重量也更加轻便，并且还具有密封性好，噪声小等优点。而在我国，液压压力机也得到了较快发展，在六十年代，我国设计并制造出了一系列大型液压机，当中比较典型的包括300000KN的有色金属模锻水压机、120000KN有色金属挤压水压机。近些年，我国的液压压力机得到了进一步发展，已经研制出了多种独特型号的液压机并制定出来多种零部件的标准。 液压压力机用途较广，不仅适用于拉伸、冷挤压、弯曲、翻边等冲压工艺，还可用于压装、校正、粉末冶金等多种工艺。相对其他加工设备而言，液压压力机具有诸多优点：（a）工作灵活，工作压力、速度、行程可以调节；（b）具有保压、延时、自动回程功能，并带有顶出功能，在加工完成后，可顶出加工件；（c）工作台平面面积大，工作总行程长，可实现多种加工工艺。 按照机身结构，液压压力机可分为单柱式液压机、四柱式液压机、卧式液压机、立式液压机；按照工作介质分，也液压压力机又可分为采用乳化液的水压机和采用矿物油作为工作介质的油压机；按照其自身用途又可分为锻压液压机、冲压液压机、挤压液压机、压层液压机、校正压装液压机等机型。 1.2液压压力机的工作原理 液压机主要由机身、液压控制系统以及泵站三个部分组成。 泵站是整个设备的动力源，给各个执行机构和控制机构提供所需压力的工作液体。 液压控制系统控制系统中各部分的液体压力，以获得需要的合适压力。它通过控制工作液体的流向来使各执行机构完成工艺要求所需的动作，从而借助执行元件完成各种加工工艺。 机身是液压压力机的执行元件。 最常见的液压机本体结构型式如图1-1所示，图1-2为实体图，它主要由上横梁、活动梁、下横梁和四个立柱构成，这四组机构构成一个封闭的框架，共同来承受全部工作载荷。工作缸固定在上横梁上，工作缸内装备着工作柱塞，工作柱塞与活动梁相连接，工作柱塞的运动状态由液压系统控制，而工作柱塞的动作直接确定活动横梁的运动状态。活动横梁在上、下横梁之间做上下往复运动，并以四根立柱作为导向，活动横梁下方被固定有上砧，而下砧则固定在下横梁上，和下横梁成为一个整体，被加工工件就被固定在下砧板上，接受上下砧的压制。当高压液体进入工作缸时，工作液体会对柱塞产生很大的压力，同时推动柱塞、活动横梁及上砧一起向下运动，用上砧压制工件，使工作产生塑性变形，实现加工工艺。执行回程功能时，工作液体进入回程缸，推动柱塞向上运动，实现活动横梁的回程。 图1-1 四柱液压机基本结构 图1-2 四柱液压机实体图 为满足液压压力机的加工工艺要求，顺利完成加工工艺，液压缸运动状态必须符合以下工作循环： 快速下行 慢速加压 保压延时 快速返回 原位停止；液压机的工作压力、速度和保压时间都是可以调节的[10]。 液压缸工作循环图如图1-3所示。 图1-3 压力机工作循环图 2 液压机本体结构设计 2.1液压机本体结构设计要求 液压机本体结构设计应考虑以下三个基本原则： 1 尽可能满足工艺要求，便于操作； 2 具有合理的强度与刚度，使用可靠； 3 具有很好的经济性，制造维修方便。 其中，工艺要求是最重要的一个因素，由于在液压机上进行的加工工艺多种多样，因此液压机的本体结构型式也必然是多样的。从立柱的数量看，有立柱式、单臂式和框架式。立柱式又可分四柱、双柱、三柱及多柱等。从工作缸的数量看，有单缸、双缸及多缸。 本液压机采用的是三梁四柱式，它是由上横梁、下横梁和四个立柱组成的一个封闭起式的框架。 封闭式框架承受主要工作载荷。工作缸固定住上横梁上，活动横梁以立柱为导向，在上下横梁之间做往复运动，活动横梁下表面固定有上砧，下砧则固定在下横梁上表面。立柱之间的距离可根据工作要求确定，活动横梁的上下移动距离须得根据设计给的的工作行程确定。考虑到加工过程中需要安装夹具等设备，可适当大些。当高压液体进入工作缸后，推动活塞杆进行或向上或向下的运动。活塞杆与活动横梁连在一起，推动活动横梁及工作台向下运动时，使两工作台间的物体产生塑性变形或保持一定时间的压力，达到工艺要求。 2.2 液压缸的设计 2.2.1 液压缸的部件 液压缸的功能就是把液体压力能转换成机械能，它是液压机机身的主要部件之一。。高压液体进入缸内后，作用在柱塞上，通过活动横梁将力传送到加工件上，使工件产生塑性变形。它 压缸的结构及用途： 液压缸部件通常可分为柱塞式、差动柱塞式、活塞式三种。一般根据液压机总体结构、缸的总压力大小及工作条件来选择。 1）柱塞式液压缸 此结构在水压机中应用最多，广泛用于主工作缸、回程缸、工作台移动缸及平衡缸等处。它结构简单、易于制造，但只能单方向作用，反向运动则需要借助回程缸来实现。 3）差动柱塞式液压缸 多用于回程缸，该种结构多一处密封，当回程缸安装在上横梁上时，与活动横梁的连接比较简单。 2）活塞式液压缸 活塞在运功的两个方向上都要求密封，因此缸的内表面在全长上均需加工，精度及光洁要求较高，且结构复杂，故在水压机中应用不多，仅应用在顶出缸和其它辅助机构中，在中小型油压机上应用比较普遍。 2.2.2 参数拟定 公称压力：F=2000KN 主缸快进行程：600mm，速度：100mm/s； 主缸工进行程：100mm，速度：10mm/s； 顶出缸顶出速度：70mm/s； 顶出缸回程速度：140mm/s。 2.2.3 液压缸内径计算 从文献[3]中查得 式（2.1） 式中 p——表示工作压力，根据表2-1确定工作压力p=25MPa； D——表示液压缸内径； ——表示液压缸机械效率，此次取值 =0.9； 故 mm 式（2.2） 取整 D=340mm； 表2-1 按主机类型选择执行元件工作压力[12] 主机类型 机床 农业机械 小型工程机械 工程机械辅助机构 液压机 挖掘机 重型机械 起重运输机械 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力p/MPa 2 3-5 5 8-10 10-16 20-32 2.2.4 柱塞直径的计算 从文献[5]中查得 式（2.3） 式中 d——表示柱塞直径； ——表示速比，根据表2-2确定 =2； 故 mm 式（2.4） 取整 d=240mm 表 2-2 公称压力与速比 公称压力/MPa 10 12.5-20 20 1.33 1.462 2 2.2.5 液压缸壁厚的计算 从文献[1]中查得 式（2.5） 式中 D——表示液压缸内径； ——表示液压缸壁厚； ——表示缸筒材料许用应力， ， ——表示材料的抗拉强度，材料选45钢， =600MPa，n——表示安全系数，取n=3； 故 mm 式（2.6） 由于 式（2.7） 所以按薄壁筒计算 式（2.8） 式中 ——表示最大压力，此处 =25MPa。 故 式（2.9） 取整 =22mm 2.2.6 缸筒外径的计算 式（2.10） 式中 ——表示缸筒外径。 故 mm 式（2.11） 2.2.7 缸底厚度的计算 从文献[1]中查得 式（2.12） 式中 ——表示缸底厚度； D——表示液压缸内径； ——表示最大压力； ——表示缸筒材料许用应力。 故 式（2.12） 取整 =55mm 2.3 柱塞的设计 2.3.1 柱塞的结构 柱塞一般用锻钢或铸钢制成，有时也可先分段锻造或铸造，然后再使用电渣焊将几个分段焊成一个柱塞。柱塞可以加工成实心的，也可以加工成空心的。但加工空心柱塞时要注意柱塞的开口不能向上，即必须向着缸底。否则，在泄压时，机身会产生剧烈的振动。有的柱塞顶部还安装有节流塞，当柱塞运动到接近极限位置时，节流塞塞入进油孔，起到节流的作用，从而降低柱塞的速度，防止回程时柱塞以较大的速度撞击缸底，对缸体造成破坏。 2.3.2 柱塞的表面质量 柱塞在导向套中做往复运动，受到偏心载荷时还会发生小角度的倾斜，因此柱塞受到的磨损会比较严重。注意到这个问题，在对柱塞进行加工时必须保证其表面具有足够的光洁度和硬度，否则会影响柱塞的密封寿命，最终影响生产效率。柱塞的材料一般采用45号钢或50号钢，有的也采用冷硬铸钢。表面光洁度必须保证在 7以上，表面硬度应当高于HRC40～45。通常柱塞的表面需要进行热处理，常采用的表面热处理工艺有：火焰表面淬火、调质处理、表面镀铬、氮化处理等。火焰表面淬火工艺比较简单，但有些时候会出现软带；进行调质处理后，表面硬度往往达不到要求；采用镀铬处理会有比较好的效果，但要注意镀层不可太厚；进行氮化处理后，硬度、耐磨性、抗腐蚀性都会符合要求。 [13]。 2.4 立柱设计 2.4.1 经验分析 液压机的立柱与上横梁、下横梁三者共同组成一个封闭的受力结构，当受到偏心载荷时，立柱不但会受到轴向力，还会受到径向力和弯矩，这会使立柱的受力情况变得复杂，从而在一定程度上就降低了计算的可靠性。液压机在工作过程中做频率较高的往复运动，快进时的加载和在卸载时能量的释放还会引起机架的振动。在进行立柱的强度计算式，应该考虑到这些不利因素。通过查阅相关参考资料，整理了以下几点在进行立柱设计时必须考虑到的问题： 1) 小型压机速度快、机架刚度较差，并且操作频繁，故其工作强度会比较大，更容易遭受破坏。而大型液压机速度慢、使用次数较少、机架刚性较好，相对于小型液压机来说，其工作强度是比较小的，因而很少受到损坏。所以对大小型液压机的立柱强度进行计算时应有所区别。据不完全统计，立柱的断裂大多数发生在25000KN以下的小型液压机，在我国，16000KN以下的锻造液压机已经断过十几根立柱，而大型液压机几乎没有发生过断裂。 2)立柱的疲劳破坏大部分发生在应力集中过大或零件本身具有缺陷的地方。在载荷的反复作用下，使得原来的裂纹进一步扩展，最终导致整个立柱的断裂破坏。故在立柱加工时，应尽量提高立柱的加工质量。 3)小型液压机立柱很多断在下横梁上从螺纹到光滑部分的过渡区的截面上，这是因为这里存在着压力集中，而且还要承受较大的弯矩。故应采取一些方法来降低应力集中[15]。 2.4.2 立柱直径的计算 从文献[6]中查得 式（2.13） 式中 F——表示公称压力； n——表示安全系数，此处n=5； ——表示立柱直径； ——表示材料抗拉应力，此处立柱选材45钢， =600MPa； z——表示立柱的数量。 故 式（2.14） 考虑到立柱的局部有螺纹加工，取 =80mm 2.5 横梁的设计 2.5.1 经验分析 由于三个横梁的尺寸较大，直接铸造成实心的质量会相当大，不符合实用性，同时也不符合经济性要求，故横梁一般设计成箱体结构。又考虑到工作中的强度和刚度要求，需在箱体内部添加筋板结构，载荷较大的部位，则要加大筋板的分布密度，以保证足够的强度和刚度。筋板一般成方格形布置也可成辐射状布置，在安装缸体和立柱的部位一般设计成圆筒形。横梁的材料一般采用Q235碳素钢，小型的液压机也可采用铸铁。横梁大多通过铸造制成，有时也可采用焊接工艺。横梁在设计的过程中，应避免厚度有突然变化的部分，在过渡区应该设计出较大的圆角，因为尺寸的突然变化会产生较大的集中应力，大大降低零件的可靠性。 在轧制钢板和焊接技术得到一定发展的今天，钢板焊接横梁由于其具有结构质量小、强度高、加工时长段等优点，正在得到日益广泛的应用。但对于大型的焊接件，在其焊后进行退火加工时需要大型的热处理设备，而且变形很难得到控制，更容易产生裂纹，因此在很大程度上受到了限制，加工要求过高的零件不能采用此方法。 横梁的窄边尺寸应该尽量小点，这是为了便于锻造吊车的吊钩接近液压机的几何中心。横梁的宽边大小有立柱间的中心距确定。横梁的立柱孔的高度普遍设计为立柱的直径的2.5-3.5倍。大型液压机由于受到诸多方面的限制，一般设计为块结构，然后各组成块之间用键和螺栓、螺钉联接起来。至于小型液压机，大多设计成整体结构[6]。 2.5.2 上横梁的设计 上横梁上除了要设计工作缸孔和立柱孔以外，有的还需设计安装回程缸的孔。在铸造能力许可的情况下，铸造中、小型单缸液压机时可以将工作缸与上横梁铸成一个整体。 上横梁变形和吊缸钉松动会使液压缸产生上下窜动，而使上横梁与工作缸法兰的支承接触面出现压陷现象，破坏两者之间的接触精度，形成沿圆周方向不均匀的局部接触，局部支承反力过大的问题，最终降低工作缸的使用寿命。因此使用的过程中应经常注意拧紧松脱的螺母。考虑到维修时常需重新车削这个接触面，故在这里应设计一凸台，凸台高度 应满足几次的重车量，初步估计每次约为3～5mm，因而 一般为10～20mm[6]。 原定上横梁立柱孔的配合间隙为 ，但在实际安装的过程中，往往因立柱的垂直度公差会进行叠加），而发生装不进的问题，所以对中小型液压机的柱孔应有1～2mm的间隙，不配合部分无须加工，在直径上可稍微扩大一些，而且下孔的间隙则需更大些。在大型液压机上，则可使用调整套，以便进行调整。 为了保证工作缸的支承面上具有均匀的刚度，上横梁工作孔应当设计成圆柱形的支承筒形式，从而不会出现由于上梁不均匀变形而使支承反力局部集中，降低缸使用寿命的情况。工作缸孔的配合采用 ，为了方便安装，下孔的直径应当比上孔的直径大10～20mm。 这里，设计上横梁的长度 =850mm，宽度 =700mm，高度 =350mm。 2.5.3 活动横梁的设计 活动横梁与工作柱塞相联接，其接触部位应有足够的高度和强度来承受较大的工作压力，因此这里柱塞下面的筋板设计成方格形。为防止工作缸漏出的液体积存在活动横梁的内部，应当将上板盖设计成封闭式的，并能够顺利排出积存的液体。 这里设计活动横梁的长度 =850mm，宽度 =700mm，高度 =300mm。 2.5.4 下横梁的设计 下横梁也称底座，它通过支座支承在地基上。下横梁窄边的宽度应保证能够放下马架，不致于使马架落到侧梁上。考虑到要保证整个压机的刚性，下横梁的刚度要求应当稍微严格一些。下横梁上一般安装有移动工作台，有的还安装有顶出器，下横梁的两侧一般还有测梁，以便于安装移动工作缸、导向块及拉带等部件。 这里设计下横梁长度 =850mm，宽度 =700mm，高度 =400mm。 2.6 油箱的设计 根据容积的要求，及油面高度80%的条件并考虑到油箱散热、沉淀杂质的功能这两个因素对油箱进行设计。 油箱一般用4mm左右的钢板焊接而成，有时也可铸造。本油箱由于要兼做液压元件、安装台，故需要选用厚一点的钢板。这里，选箱底和侧壁厚为10mm，盖板厚为12mm。 油箱内装有隔板，将泵的吸油管和回油管隔开。吸油管路和回油管路被隔开，吸油腔与黄油腔用滤网隔开以便过滤系统回油。侧板装有油位计和注油口，其中油位计和注油口应距离较近，以便于注油者进行观察。油箱盖板上安装有空气滤消器，以防止泵在吸油的过程中，空气中的杂质微粒进入油液中。液压泵和电动机安装在盖板上并用螺栓固定。油箱侧管应设置有清扫窗孔，在油箱清洗时可以打开，以便于檫拭油箱的内部。油箱底部距离地面需有一定高度，且具有1:30的斜度，卸油口设在最底处，以便于换油时将旧油全部排出。 油箱密封效果要好，防止油箱渗漏到箱外，同时避免外界粉尘侵入箱内。油箱内壁涂耐油的防油漆[16]。 3 液压系统的设计 主要讨论液压传动系统设计和计算方法。在此讨论的是静态的、经验的设计方法，通过这种方法可以设计出一个能实现预期功能的传动系统。而系统仅仅能实现所预期的功能是不够的，系统的动作质量及动作发生的时间历程也是很重要的，而且在现代机械设备中，这两个因素往往是更加重要的，这些问题需要运用现代设计方法和手段进行系统的动态分析和设计。随着液压技术以及计算机技术的迅速发展，液压系统的计算机辅助设计、计算等已经得到了大力推广和应用。 液压系统的设计是整个机器设计的一个重要部分，它与主机的设计是密切相关的。通过查阅相关的参考资料，再经过 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ，可以确定液压系统的设计计算步骤大致如下： （1） 明确系统设计要求； （2） 分析主机工矿，确定液压系统主要参数； （3） 拟定液压，系统原理图； （4） 液压元件的计算与选择； （5） 液压系统的性能验算； （6） 进行结构设计。 在以上的设计步骤中，前五项属于性能设计，它们互相影响，互相渗透；最后一项属于结构设计，进行时必须先查明液压元件的结构和配置方式，仔细查阅有关产品样本、设计手册和资料。 3.1 明确系统设计要求 液压系统的设计必须能全面满足设备的各项功能和技术性能。因此，在开始设计液压系统时，必须先对机械设备的工作情况进行详细的分析，明确设备对液压系统提出的要求，具体需要熟知的内容包括： （1）主机的用途、类型、主要结构、总体布局以及对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制。 （2）对液压系统动作和性能的要求：如主机的工作循环、液压执行元件的运动方式（往复直线运动旋转运动或摆动）、自动化程度、调速范围、运动平稳性和精度、负载状况及其工作范围。 （3）主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。 （4）液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。 （5）其他方面的要求，如液压装置在质量、外形尺寸、可靠性、经济性等方面的规定和限制。 3.2 工况分析 3.2.1 主液压缸参数 3.2.1.1 液压缸行程安排 主缸快进行程：600mm，速度：100mm/s； 主缸工进行程：100mm，速度：10mm/s； 主缸回程 ：700mm，速度：50mm。 3.2.1.2 液压缸工作压力计算 （1）惯性力：快速下降时起动 从文献[4]中查得 式（3.1） 式中 m——表示移动件（包括活塞、活动横梁及上模）质量 ——表示快进时压头从开始启动到达到快进速度所增大的速度； ——表示压头启动时间。 快速回程时起动与制动 式（3.2） ——表示回程时压头从开始启动到达到回程速度所增大的速度； 其他参数同上。 压制力：初压阶段由零上升到F1 = 2×106 N×0.10 = 2×105 N 终压阶段上升到F2 = 2×106 N 回程力（压头离开工件时的力）：一般冲压液压机的压制力与回程力之比为5～10，本压力机取为5，故回程力为Fh = N。 各阶段负载见表3-1 ，负载图见图3-1，工作压力图见图3-2。 表 3-1 主缸的负载 工作阶段 负载力FL（N） 液压缸推力 （N） 液压缸工作压力（Pa） （回程时 ） 快速下行 起动 1525 1694.4 18619.8 等速 0 0 0 压制 初压 2×105 2.2×105 24×105 终压 2×106 2.2×106 24×106 快速回程 起动 4×105 4.4×105 96×105 等速 30500 33888.9 736715.2 制动 29737.5 33041.7 718297.8 表中 式（3.3） D——表示液压缸内径，前面已给出； 式（3.4） d——表示柱塞直径，前面已给出； ——表示液压缸效率，取0.9 。 运动分析：根据给定条件，空载快速下降行程600mm，速度100mm/s。压制行程100 mm，在开始的80 mm内等速运动。速度为10 mm/s，最后的20 mm内速度均匀地减至零，回程以50 mm/s的速度上升。利用以上数据可绘制出速度图，如图3-3所示。 图3-1 液压系统负载图 图3-2 液压系统工作压力 图3-3 液压缸运动速度图 3.2.1.3 液压缸流量的计算 （1）快速下行时 从文献[10]中查得 式（3.5） 式中 ——表示液压缸内截面积； ——表示液压缸快进速度。 （2）工作行程时 式（3.6） 式中 ——表示液压缸工进速度。 （3）快速回程时 式（3.7） 式中 ——表示主缸有杆腔的有效工作面积； ——表示液压缸回程速度。 绘制出流量图，如图3-4 3.2.1.4 液压缸功率的计算 （1）快速下行启动时 从文献[10]中查得 式（3.8） （2）工作行程初压阶段 式（3.9） （3）工作行程终压阶段 此过程中压力和流量都在变化，压力p在最后20 mm行程内由2.4 MPa增加到24MPa，其变化规律为 式（3.10） 式中 S——表示行程（mm），由压头开始进入终压阶段算起。 流量q在20 mm内由910 cm3/s降到零，其变化规律为 式（3.11） 功率 式（3.12） 求P关于S的导数，得 式（3.13） 令 =0，得 S=8.9mm，故在S=8.9mm时，P最大 式（3.14） （4）快速回程启动阶段 此过程中压力和流量都在变化，情况也比较复杂。设启动时间0.2秒内作等加速运动，起动阶段活塞行程为 式（3.15） 式中 V——表示液压缸回程速度； t——表示快速回程时的启动时间。 在这段行程中压力和流量均是线性变化，压力p由9.6 MPa降为0.74 MPa。其变化规律为 式（3.16） 式中 S——表示行程（mm），由压头开始回程时算起。 流量q由零增为2300 cm3/s，其变化规律为 式（3.17） 功率 式（3.18） 求P关于S的导数，得 式（3.19） 令 =0，得 S=2.7mm，故在 S=2.7时，功率P的值最大， 式（3.20） （5）快速回程等速阶段 式（3.21） 绘制出功率图，如图3-5 图3-4 液压缸流量图 图3-5 液压缸功率图 3.2.2 顶出缸参数 3.2.2.1 顶出缸行程安排 顶出行程：300mm，速度：70 mm/s； 回程： 300 mm，回程速度140 mm/s。 3.2.2.2 顶出缸结构参数计算 顶出力： ， 回程力： 。 由于 式（3.22） 故顶出缸内径 式（3.23） 取整 =150mm 顶出缸的活塞杆直径： 式（3.24） 式中 ——表示顶出缸内径； ——表示顶出缸顶出力； ——表示顶出缸的工作效率； P——表示液压系统的工作压力。 取整 =110mm 无杆腔的有效工作面积： 式（3.25） 有杆腔的有效工作面积： 从文献[2]中查得 式（3.26） 3.2.2.3 顶出缸流量的计算 顶出行程： 式（3.27） 回程： 式（3.28） 顶出缸在顶出行程中的负载是变动的，顶出开始，压头距离工件较大，以后很快减小，而顶出行程中的速度也是变化的，顶出开始时速度由零逐渐增加到v4；由于这些原因，功率计算就较复杂，另外因顶出缸消耗功率在液压机液压系统中占的比例很小，所以此处不再作计算。 3.3 液压系统的拟定 3.3.1确定液压系统方案 液压机液压系统的特点是，行程中压力变化很大，所以在行程中的不同阶段保证达到规定的压力是系统设计中首先要考虑的问题。 确定液压机的液压系统设计方案时要重点考虑下列问题： （1）快速行程方式 液压机液压缸的尺寸较大，在快速下行时速度也较大，从工况图看出，此时需要很大的流量，至少为546 L/min，这样大流量的油液如果直接由液压泵供给，则泵的容量需要很大，很难满足要求。液压机常采用的快速行程方式有好几种，在这里本机采用自重快速下行方式。因为液压机运动部件的运动方向在快速行程中是垂直向下，因此可以利用运动部件自身的重量来实现快速下行。同时要在压力机的最上部设计一个充液筒，这是因为当运动部件快速下行时，高压泵的流量会来不及补充液压缸容积的增加量，这时会形成负压，在这种情况下上腔不足部分的液压油，可通过充液阀、充液筒吸取获得。高压泵的流量供慢速压制和回程的时候使用。此方法的优点是不需要辅助泵和能源，而且结构简单；它的缺点是下行时的速度不易得到控制，如果吸油不充分将会导致升压速度缓慢，降低工作效率。改进的方法是使充液阀通油断面的截面积尽量加大，另外可在下腔排油路上串联单向节流阀，利用节流造成背压，以限制利用自重下行的速度，提高升压速度。由于本课题中设计的液压机属于小型液压机，下行速度的控制问题不如大型压机突出，所以这里可以采用图3-6所示的回路 [11]。 图3-6 液压系统回路图 在主缸实现自重快速行程时，三位四通换向阀4切换到右边位置工作（下行位置），同时电磁换向阀5断电，控制油路k使液控单向阀3打开，液压缸下腔通过阀3快速排油，液压缸上腔从充液筒及液压泵得到油液，实行滑块的快速空程下行。 （2）减速方式选择与设计 液压机的活动横梁下行接近加工零件时，压制速度会由快变慢，且速度变化较大。常用的减速方式有两种，一种是压力顺序控制减速；另一种是行程控制减速。前者是利用活动滑块在与加工件接触之后，由于负载变大导致液压系统的压力自动升高从而改变了系统速度。若加工工艺要求活动滑块在接触到加工件之前就必须减速，那就只能选用行程控制方式进行减速，因为压力顺序控制方式是在接触加工件后才开始减速的。本系统中也选用行程控制方式。这里选用由电动机控制的伺服变量轴向柱塞泵作为本系统的动力源，利用行程挡块来控制液压泵输出的液压油流量：快速下行的过程中，液压泵全流量执行供油，在进行压制的过程中，行程挡块会来控制液压泵，使其流量逐步减小，在最后20mm的行程中，液压泵的流量会减小至0，液压缸在回程的过程中，行程挡块又对液压泵进行控制，使其全流量工作。在液压系统中，当处于工作行程时，行程挡块触碰到行程开关发送相应信号使电磁换向阀5的电磁铁3YA得到电，控制油路K通不到液控单向阀8，单向阀8关闭，这时候单向顺序阀2阻止活动滑块快速下行，因此只能依靠液压泵向液压缸的上腔供给的液压油执行强制下行，故而速度比较慢。相应回路图见图3-6。 （3）压制速度的调整 在压制的过程中，压制速度是不断变化的。故液压系统需要对活动滑块的运动速度进行控制调节。上面已经选用了伺服变量柱塞液压泵，故这里仍利用行程挡块来控制液压泵的流量，从而达到控制压制速度的目的。 （4）压制压力及保压 在压制的过程中，液压系统的工作压力主要取决于工作负载。为了保证设备和加工件的安全，必须限制液压系统的最高压力，这里可用以溢流阀并联在液压泵的压油口与主油路之间当作安全阀，起到安全卸荷的作用。 在压制工艺的后期需要对加工件保压一段时间，以满足工艺要求。保压的方法有两种，一种是停液压泵保压，另一种是开液压泵保压。这里选用后者，因为开液压泵保压的液压系统比较简单，容易设计。 （5）泄压换向的方法 液压机在压制行程完毕之后，主液压缸上腔的压力很高，主机会在高压的作用下发生弹性变形，液压油也受到压缩，着两者会储存相当大的能量。液压缸在回程之前必须先对上腔进行泄压，根据以往的经验，泄压过快会引起强大的冲击，发出较大噪声，同时产生剧烈振动。故必须有合理的泄压方法。经查阅参考资料得知比较合理的泄压方法的原理是活塞回程之前，在液压缸下腔油压尚未升高的时候，先将上腔的高压油接通油箱，使上腔的高压缓慢降低。本系统采用带阻尼状的电液动换向阀，该阀的中位可以控制换向速度，再一定程度上延长换向时间，这样就可以使上腔高压降低到合理压力之后才使下腔接通压力油。系统设计见图3.7。 （6）主缸与顶出缸的互锁控制回路 在进行压制操作之前，必须保证顶出缸的活塞已经下行到最低位置，否则顶出缸将会遭到损坏，加工件也将会报废。本系统采用两个换向阀进行串联的方法来实现两缸的互锁控制（见图3-7）。只有在阀6处于右位工作时（即顶出缸活塞是下行状态时），压力油才会通入换向阀4，接着主缸才能动作。当阀6处于左位时，顶出缸处于上行状态，这时通至阀4的回油压力很低，主缸不能动作。这样，就不会出现顶出缸还未完全回程，主缸就开始工作的现象了。 液压系统的电磁铁动作见表3-2，液压元件规格明细表见表3-3。 表3-2 液压系统电磁动作表 元件 动作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 主缸快速下行 – + + – + 主缸慢速下压 – + – – – + 主缸泄压 – + – - – 主缸回程 – + – + – 顶出缸顶出 + – – + – 顶出缸回程 – + – + – 原位卸荷 – – – – – 表3-3 液压元件规格明细表 序 号 名 称 型 号 1 液控单向阀 待定 2 单向顺序阀（平衡阀） 待定 3 液控单向阀 待定 4 电液换向阀 待定 5 电磁换向阀 待定 6 电液换向阀 待定 7 顺序阀 待定 8 溢流阀（安全阀） 待定 9 轴向柱塞泵 待定 10 主液压缸 自行设计 11 顶出液压缸 自行设计 12 压力表 待定 13 压力表开关 待定 3.3.2 拟定液压系统原理图 根据上述分析及设计、选择，拟定液压系统原理图，系统原理图如图3-7所示 图3-7 液压系统原理图 液压系统的工作过程如下： 液压泵起动后，电液换向阀4和6处于中位，液压泵输出的液压油经背压阀7后再经阀6的中位，进行了低压卸荷，此时主缸处于最上端的位置，而顶出缸也处于最下端位置。电磁铁2YA得电后，换向阀6在右位工作，此时5YA也得电，换向阀4也变为右位工作，液压泵输出的液压油并进入了主缸的上腔。这时候3YA也得电，控制油路经阀5后通至液控单向阀3便使阀3打开，主缸下腔的液压油经阀3被排入油箱。主缸在自重的作用下实现快速空程下行，由于活塞快速下行时液压泵注入主缸上腔的液压油不足以填充上腔增大的体积，于是在上腔形成负压，这时充液筒中的油液经充液阀1注入到主缸的上腔内。当电气挡块碰到行程开关时，3YA失电，控制油路断开，阀3关闭，此时单向顺序阀（平衡阀）2在主缸的下腔形成背压，与活动横梁的自身重量相抵消，至此快速下行的阶段已经结束。在这个时候行程挡板会控制液压泵的流量，使其流量减小，至此主缸进入压制过程，在此行程中通过行程挡板调节液压泵的流量来达到所需要的工作。压制行程的终点是由压力表指示出来的。 下行过程结束后，按动手动按钮使5YA失电，4YA得电，换向阀4换向。阀2带阻尼器，能够控制换向时间，当阀4处于中位时，主缸上腔的高压油开始泄压，泄压完毕后，接着阀4再移到左位，此时液压油经阀2的单向阀进入到主缸下腔。由于下腔进油路中的液压油具有一定压力；故控制油路可以打开阀1，于是主缸上腔中的大部分液压油会重新返回到充液筒中，而一小部分经阀4排回入油箱，至此主缸结束快速回程动作。油液充满充液筒后，溢出的部分可经油管返回到油箱。回程结束后，阀4回到中位，主缸静止不动。 1YA得电，2YA失电，阀6移到左位，液压油进入顶出缸的下腔，顶出缸顶出加工件，然后1YA失电，2YA得电，阀6移到右位，顶出缸开始回程；回程结束后，2YA失电，阀6移到中位，工作循环完成，系统回到原始状态。 3.4 液压元件的选择 3,4.1 电动机的选择 液压系统所需的功率 式（3.29） 式中 ——表示液压系统的最大功率； ——表示液压泵的工作效率，这里去 =0.7。 故 式（3.30） 可选用的电动机的型号为Y180L-4，其额定功率为22KW，额定转速为1470W。 3.4.2液压泵的选择 液压系统所需的压力 式（3.31） 式中 F ——表示系统的最大负载，即压制终了阶段的负载； ——表示液压缸的工作效率； ——表示主液压缸无杆腔的有效工作面积。 因为行程终了时流量q＝0，管路和阀均不产生压力损失；而此时液压缸排油腔的背压已与运动部件的自重相平衡，所以背压的影响也可不计。 液压系统所需的流量 式（3.32） 式中 K——表示泄露系数，这里取K=1.1； ——表示系统的最大流量，由工况图（图3-4）知快速下降行程中q为最大（q =546 L/min），但此时已采用充液筒充液方法来补充流量，所以不按此数值计算，而按回程时的流量计算。 要求满足25%~60%的压力储备，故额定压力应为30.5~39.04MPa 液压系统所需的排量 式（3.33） 式中 ——表示系统所需流量； n——表示电动机同步转速。 根据额定压力范围和排量可选用轴向柱塞泵，其型号为110YCY14-1C。其额定压力为32MPa，排量为110mL/r[9]。 3.4.3 选择液压控制阀 阀2、4、6、7通过的最大流量均等于qP，而阀1的允许通过流量为q。q = q1–qP＝546-151.8＝394.2 L/min，阀3的允许通过流量为 式（3.34） 阀8是安全阀，其通过流量也等于qP。 以上各阀的工作压力均取p＝32 MPa。 3.4.4 选择辅助元件 3.4.4.1 计算油箱容量 从文献[11]中查得，中高压系统（p>6.3 MPa）油箱容量 V=（6-12） 式（3.35） 式中 ——这里用液压泵的额定流量， ； 这里令 式（3.36） 取 V=1000L 3.4.4.2 计算充油筒的容量 式（3.37） 式中 ——表示主液压缸的最大工作容积。 3.4.4.3 选择油管 （1）油管的内径 式（3.38） 式中 q——表示液压泵的额定流量； V——表示液压油流速。 取整 d=26cm 具体大小还要根据其他元件的接口进行适当调整 （2）油管厚度 式（3.39） 式中 p——表示液压泵的额定压力； d——表示油管的内径； ——表示许用应力， ， ——表示材料的拉伸应力，用10钢， =333MPa；n——表示安全系数，这里取n=4；故 ， 故 式(3.40) 取 =5mm 3.4.5 选择液压油 由于本系统属于高压系统，所以在考虑选择液压油时，液压油的泄漏是要求解决的主要问题。为了减少泄漏应选择粘度较大的油，本系统选用68号抗磨液压油[