三梁四柱式液壓機(jī)的總體設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)【標(biāo)稱壓力2500KN】說明書正文

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購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 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)具有對壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜工件以及不對稱工件的加工，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，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。 首先，本論文從總體上對液壓機(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，對整個(gè)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，對液壓機(jī)主缸主要 參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對所得結(jié)果進(jìn)行分析、驗(yàn)算。從而力爭使液壓機(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)新的臺階。本次設(shè)計(jì)主要針對不同工藝要求下，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對液壓缸的部件類別進(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 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 2 he is of in of to of of is In of is by NC C At as a on it on to to of it of to of on a is in of to of of of to of At it of s to to 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 目錄 摘要 ........................................................................................................................... 1 .................................................................................................................... 2 前言 ........................................................................................................................... 5 1 液壓機(jī)概述 ........................................................................................................... 6 壓機(jī)工作原理 ................................................................................................. 6 壓機(jī)的特點(diǎn)及分類 ........................................................................................ 7 ................................................................................................ 7 壓機(jī)的分類 ............................................................................................... 8 壓機(jī)典型結(jié)構(gòu) ................................................................................................ 9 壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................... 10 壓機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢 ....................................................................................... 12 2 液壓機(jī)本體設(shè)計(jì) ................................................................................................. 13 壓機(jī)的基本參數(shù)及其選用 ........................................................................... 13 柱式組合機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................................... 14 .......................................................................................... 14 .......................................................................................... 16 .......................................................................................... 16 .................................................................................. 17 度計(jì)算 .............................................................. 22 壓機(jī)的液壓系統(tǒng) .......................................................................................... 24 壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)形式及特點(diǎn) ......................................................................... 24 ...................................................................... 25 液 壓系統(tǒng)工作過程 ................................................................................... 26 3 液壓機(jī)主缸設(shè)計(jì) ................................................................................................. 30 壓缸的主要性能參數(shù)的計(jì)算 ....................................................................... 31 .......................................................................................... 31 .......................................................................................... 31 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 4 .............................................................................................. 32 .............................................................................. 32 壓缸缸筒設(shè)計(jì) ............................................................................................... 33 .................................................................. 33 壓缸缸筒的計(jì)算 ..................................................................................... 34 .................................................................................. 37 筒螺紋連接部分計(jì)算 ............................................................................. 37 壓缸活塞的設(shè)計(jì) ........................................................................................... 39 塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................................................... 40 ...................................................................................... 40 塞桿的強(qiáng)度計(jì)算 ..................................................................................... 40 塞桿的導(dǎo)向套和密封 ................................................................................... 42 向套結(jié)構(gòu)及相關(guān)計(jì)算 ............................................................................. 42 沖裝置 .......................................................................................................... 43 氣閥的設(shè)計(jì) .................................................................................................. 44 液壓缸相關(guān)的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................... 45 壓缸與上橫梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................. 45 塞桿與活動橫梁連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................. 46 4 結(jié)論 ..................................................................................................................... 47 致謝 ......................................................................................................................... 48 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 49 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 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)具有對壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜工件以及不對稱工件的加工，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，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)算對對液壓機(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，對液壓機(jī)主缸主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對所得結(jié)果進(jìn)行分析、驗(yàn)算 。從而力爭使液壓機(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)新的臺階。 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 6 1 液壓機(jī)概述 本章著重對液壓機(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，以及液壓機(jī)的典型結(jié)構(gòu)介紹，目前國內(nèi)、外液壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來液壓機(jī)的大體發(fā)展趨勢等。 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 且其 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 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，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 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)具有對壓力、行程、速度單獨(dú)調(diào)整功能后，不僅能實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜工件以及不對稱工件的加工，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，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。在鍛造過程中鍛錘是靠沖擊力打擊鍛件，因而會產(chǎn)生較強(qiáng)的振動。為了提高打擊效率和減輕振動，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，其動力設(shè)備可以與主機(jī)分開，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)稱壓力。而且 必須在下止點(diǎn)后才能回程，如果過載將會發(fā)生悶車現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)p壞。液壓機(jī)則與其相反，所以液壓機(jī)對要求工作行程較長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)本體沒有龐大的機(jī)械傳動機(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) 8 要求來布置，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，并可防止過載。例如，有三個(gè)缸的液壓機(jī)可以很容易地獲得三級不同的工作壓力。將高壓液體通入中間工作缸得到第一級壓力；通入兩側(cè)工作缸得到第二級壓力； 3 個(gè)工作缸同時(shí)通入高壓液體就得到第三級壓力。液壓機(jī)可以作長時(shí) 間的保壓。液壓系統(tǒng)有調(diào)壓裝置，可以根據(jù)要求來調(diào)整液體的壓力。他的安全裝置，能可靠地防止過載。 5）調(diào)速方便。通過調(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)速是無級的。 6）液壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)很簡單，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)與制造更為簡便，成本降低。液壓機(jī)還易于實(shí)現(xiàn)自動控制和遙控。 7）液壓機(jī)工作平穩(wěn)。碰撞、振動和噪聲都較小，有利于改善工人的勞動強(qiáng)度和工 作條件。 8）液壓機(jī)的動力傳動為柔性傳動，較機(jī)械加工復(fù)雜的傳動系統(tǒng)簡單，可避免機(jī)械過載的情況。 9）液壓機(jī)基本的動作方式有三種：單動、雙動、三動。但其拉伸過程中只有單一的直線驅(qū)動力，是加工系統(tǒng)有較長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，不可避免的泄露會帶來環(huán)境的污染。 2）液壓機(jī)的工作速度較其他設(shè)備低。由于液體流動時(shí)會產(chǎn)生較大的阻力損失，當(dāng)液壓機(jī)高速運(yùn)動時(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 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)、專用液壓機(jī)等 10 余種類型。其各自類型對應(yīng)的常見工藝如下： 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 1）手動液壓機(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，通常稱為萬能（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、沖孔等專門用途的液壓 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)采用此類型液壓機(jī)為設(shè)計(jì)對象，這里只對此型液壓機(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)有工作柱塞與活動橫梁相連接。活動橫梁以 4根立柱為導(dǎo)向，在上、下橫梁之間往復(fù)運(yùn)動?；顒訖M梁下面固定有上砧，而下砧則固定與下橫梁上的工作臺上。當(dāng)高壓液體進(jìn) 入工作缸后，對柱塞產(chǎn)生很大的壓力，推動柱塞、活動橫梁及上砧向下運(yùn)動，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。 李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 10 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，又是活動橫梁的導(dǎo)向件，因此對立柱有較高的強(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（或稱底座）和活動橫梁（或稱滑塊），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。 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，國內(nèi)外機(jī)型無較大差距，主 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過濾、冷卻及防止沖擊振動等方面有明顯的改善 [2]。 1）路設(shè)計(jì)方面 ，國內(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)，延長了機(jī)器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因，國內(nèi)采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還不多見。 2）在安全性方面，國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)故障的檢測和維修，產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)負(fù)載檢測、自動模具保護(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)展趨勢不相適應(yīng)。 當(dāng)前，國內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中控制系統(tǒng)分為以下三種類型： 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)簡單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡單，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)，也可組成簡單的生產(chǎn)線?，F(xiàn)在國內(nèi)許多液壓機(jī)廠還以該機(jī)型為主，國外眾多廠家只是保留了對該機(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)上開發(fā)出來的并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術(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)械和自動化生產(chǎn)過程中，早期的可編程控制器只能進(jìn)行簡單的邏輯控制，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)對壓力和位移的控制。 3）應(yīng)用高級微處理機(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) 12 閥實(shí)現(xiàn)對液壓系統(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、不對稱工件的加工；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)；可通過軟件來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，并自動修復(fù)故障和顯示錯(cuò)誤。 現(xiàn)在，國外眾多液壓機(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，如美國的 麥的 國內(nèi)少有該類產(chǎn)品。 壓機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢 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）自動化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動化和智能化提供了充分的條件，自動化不僅僅體現(xiàn)在加工方面，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(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)器的維修帶來方便。 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 2 液壓機(jī)本體設(shè)計(jì) 本章主要針對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)容為對該型液壓機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行選擇，對液壓機(jī)主要部件尺寸進(jìn)行計(jì)算，并對部件剛度、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)類型來確定的，對于本次設(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)稱壓力（ 標(biāo)稱壓力是液壓機(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 是指活動橫梁在上限位置時(shí)從工作臺上面到活動橫梁下表面的距離。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（開口高度） H。最大凈空距是指活動橫梁在上限位置時(shí)從工作臺上表李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 14 面到活動橫梁下表面的距離。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確定。 本次設(shè)計(jì)液壓機(jī)最大凈空距 H=1370 4）工作臺尺寸：在如鍛造、模煅及沖壓等加工工藝中，往往設(shè)置移動工作臺。他的尺寸（長 l? 寬 b）取決于模具的的平面尺寸。 本次設(shè)計(jì)工作臺尺寸為給定原始數(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）活動橫梁的運(yùn)動速度（ /活動橫梁運(yùn)動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)，需采取一些簡化假設(shè)：由于一般液壓機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)對稱于中間平面，載荷也對稱于中間平面，因此可將空間框架簡化為平面框架；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)， 由于模具不對稱、工作變形阻力不對稱（加工零件形 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 狀不對稱或加熱不均勻）、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)前面的簡化假設(shè)，將空間機(jī)架簡化為平面框架，如圖所示。在手偏心載荷時(shí)，活動橫梁發(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，不妨礙活動橫梁轉(zhuǎn)動，因此在工件處沒有側(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 來代替原來對稱的四柱空間框架，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?？蚣芨叨?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) 16 / 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： 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 ? ?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。對于中、小型液壓機(jī)，尤其是鍛造液壓機(jī)在工作過程中，立柱長期承受不規(guī)則的脈動載荷的作用，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?為許用脈動循環(huán)的疲勞極限： ? ?000n????? 式中0?—— 脈動循環(huán)時(shí)的疲勞極限 ，對大截面 45 鋼，取為 270 ? —— 尺寸系數(shù)冊中查得； ? —— 表面質(zhì)量系數(shù)，精車表面 ? 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) 18 簡化為簡支梁進(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 ????????? 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 34 7 0 1 0 根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算時(shí)，對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) 20 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： 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 ? ?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）活動衡量的相關(guān)計(jì)算 活動橫梁結(jié)構(gòu)如圖 2示，活動橫梁高度一般為箱體跨度的（ ，在此取活動橫梁箱體高度為 50? ，活動橫梁鑄造箱體壁厚取為 ?a?40板厚度為?b? 40 圖 2動橫梁結(jié)構(gòu)圖 2動橫梁受力分析如圖 2 圖 2動橫梁受力圖 2則活動橫梁最大彎矩計(jì)算式為： m a x 42qF b a??? ? ?????(2李聳 : 液壓機(jī)及主缸設(shè)計(jì) 22 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)長度上作用一均勻分布載荷，如圖 2由于機(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，可通過對機(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： 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 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 ?