雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 I摘 要本設(shè)計(jì)為雙動(dòng)薄板拉深液壓機(jī)，主缸最大工作負(fù)載設(shè)計(jì)為 3150MN。主機(jī)主要由上梁、立柱、工作臺、壓邊滑塊、主缸、頂出缸,壓邊缸等組成。本文重點(diǎn)介紹了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過具體的參數(shù)計(jì)算及工況分析，制定總體的控制方案。經(jīng)方案對比之后，豎直方向部分采用“四柱”式的結(jié)構(gòu)形式,垂直方向采用通用式結(jié)構(gòu)，擬定液壓控制系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)液壓缸采用雙作用活塞缸，采用恒功率變量泵供油。經(jīng)方案對比之后，擬定液壓控制系統(tǒng)原理圖。為解決壓邊缸的快進(jìn)，工進(jìn)的同步問題，液壓系統(tǒng)采用，快進(jìn)，工進(jìn)時(shí)采用主缸加壓進(jìn)給，壓邊缸自動(dòng)吸油的方法保證進(jìn)給同步。為解決主缸快進(jìn)時(shí)供油不足的問題，主機(jī)頂部設(shè)置補(bǔ)油油箱進(jìn)行補(bǔ)油。主缸的速度換接與安全行程限制通過行程開關(guān)來控制；為了保證工件的成型質(zhì)量，液壓系統(tǒng)中設(shè)置保壓回路，通過保壓使工件穩(wěn)定成型；為了防止產(chǎn)生液壓沖擊，系統(tǒng)中設(shè)有泄壓回路，確保設(shè)備安全穩(wěn)定的工作。此外，本文對液壓機(jī)進(jìn)行了總體布局設(shè)計(jì)，對重要液壓元件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、外形、工藝設(shè)計(jì)，對部分液壓元件進(jìn)行了合理的選型，對主機(jī)、電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡要設(shè)計(jì)。通過液壓系統(tǒng)壓力損失和溫升的驗(yàn)算，本文液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以滿足液壓機(jī)順序循環(huán)的動(dòng)作要求，能夠?qū)崿F(xiàn)塑性材料的拉深等成型加工工藝。關(guān)鍵詞：拉深，液壓成形，沖壓成形，液壓機(jī)，PLC 控制 雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 IIAbstractThe design of double sheet drawing hydraulic machine, a master cylinder maximum working load design for3150MN. Mainly by the host beam, column, table, the beading slide block, a master cylinder, lifting cylinder, pressure cylinder etc This paper introduces the design of hydraulic system. Through practical calculation and analysis, formulate the overall control scheme. The scheme contrast, vertical part adopts the“ four“ form, perpendicular to the direction of the general structure, to develop hydraulic principle diagram of control system. Hydraulic system hydraulic cylinder double acting piston cylinder, constant power variable pump. The scheme comparison, to develop hydraulic principle diagram of control system. In order to solve the pressing cylinder speed, feed the synchronization problem, the hydraulic system adopts, fast-forward, feed the main cylinder feeding, automatic oil pressure cylinder method ensure feed synchronization. In order to solve the problem of fast forward when the master cylinder oil supply shortage problem, the host is arranged on the top of oil supply tank for supplying oil. Master cylinder speed switching and safety travel restrictions by the travel switch to control; in order to ensure the forming quality of the workpiece, the hydraulic system set pressure holding circuit, the pressure causes the workpiece forming stable; in order to prevent the hydraulic impact, system is provided with a pressure discharge circuit, ensure the equipment work safely and steadily. In addition, the hydraulic machine for the general layout design, the main hydraulic components of a structure, shape, process design, on the part of hydraulic components of a reasonable selection, the host, electric control system were briefly design.Through the hydraulic system pressure loss and temperature rise calculation, this paper design the hydraulic system of the hydraulic machine can meet the order cycle action requirements, can realize the plastic material such as deep drawing forming process.Key words: Drawing Hydroforming Metal forming Hydraulic press PLC control雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 III目 錄1. 緒論 11.1 液壓機(jī) 11.2 課題設(shè)計(jì)要求 21.3 設(shè)計(jì)方案 32.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.1 立柱設(shè)計(jì) 52.2 上橫梁設(shè)計(jì) 62.3 工作臺 73. 液壓缸設(shè)計(jì)103.1 主缸設(shè)計(jì) .103.2 壓邊缸設(shè)計(jì) .143.3 頂出缸 .173.4 液壓缸工況分析 .214. 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)254.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .254.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型 .284.3 液壓油管設(shè)計(jì) .324.4 液壓油箱設(shè)計(jì) .375. PLC 控制設(shè)計(jì) 345.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) .345.2 傳感器的選擇 .355.3 控制系統(tǒng) PLC 的選型及控制原理 .355.4 PLC 程序設(shè)計(jì) .37結(jié)論.38參考文獻(xiàn).40致謝.41雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 11 緒 論1.1 液壓機(jī)1.1.1 液壓機(jī)發(fā)展史液壓機(jī)發(fā)展史，1795年，英國人 bramah 取得了第一個(gè)手動(dòng)液壓機(jī)的專利,但真正的液壓機(jī)的發(fā)展歷史不到200年。隨著西方資本主義的發(fā)展，蒸氣機(jī)的發(fā)明，引發(fā)了工業(yè)生產(chǎn)革命，現(xiàn)代化的大工業(yè)逐步代替了工場手工業(yè)。隨著工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，液壓成形技術(shù)已經(jīng)被大量地運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中。液壓成形與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，液壓成形工藝在減輕重量、減少零件數(shù)量和模具數(shù)量、提高剛度與強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本等方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，在工業(yè)領(lǐng)域尤其是汽車工業(yè)中得到了越來越多的應(yīng)用。在汽車工業(yè)及航空、航天等領(lǐng)域，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量以節(jié)約運(yùn)行中的能量是人們長期追求的目標(biāo)，也是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。液壓成形（hydroforming）就是為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的一種先進(jìn)制造技術(shù)。液壓成形也被稱為“ 內(nèi)高壓成形” ，它的基本原理是以管材作為坯料，在管材內(nèi)部施加超高壓液體同時(shí)，對管坯的兩端施加軸向推力，進(jìn)行補(bǔ)料。在兩種外力的共同作用下，管坯材料發(fā)生塑性變形，并最終與模具型腔內(nèi)壁貼合，得到形狀與精度均符合技術(shù)要求的中空零件。圖1 液壓機(jī)的工作原理圖 1-1 液壓機(jī)原理圖雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 21.1.2 拉深工藝特點(diǎn)對于空心變截面結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)的制造工藝是先沖壓成形兩個(gè)半片，然后再焊接成整體，而液壓成形則可以一次整體成形沿構(gòu)件截面有變化的空心結(jié)構(gòu)件。與沖壓焊接工藝相比，液壓成形技術(shù)和工藝有以下主要優(yōu)點(diǎn)： 減輕質(zhì)量，節(jié)約材料。對于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)托架、散熱器支架等典型零件，液壓成形件比沖壓件減輕20%～40%；對于空心階梯軸類零件，可以減輕40%～50%的重量。減少零件和模具數(shù)量，降低模具費(fèi)用。液壓成形件通常只需要1套模具，而沖壓件大多需要多套模具。液壓成形的發(fā)動(dòng)機(jī)托架零件由6個(gè)減少到1個(gè)，散熱器支架零件由17個(gè)減少到10個(gè)?？蓽p少后續(xù)機(jī)械加工和組裝的焊接量。以散熱器支架為例，散熱面積增加43%，焊點(diǎn)由174個(gè)減少到20個(gè)，工序由13道減少到6道，生產(chǎn)率提高66%。提高強(qiáng)度與剛度，尤其是疲勞強(qiáng)度，如液壓成形的散熱器支架，其剛度在垂直方向可提高39%，水平方向可提高50%。降低生產(chǎn)成本。根據(jù)對已應(yīng)用液壓成形零件的統(tǒng)計(jì)分析，液壓成形件的生產(chǎn)成本比沖壓件平均降低15%～ 20%,模具費(fèi)用降低20%～30% 。 液壓成形工藝在汽車、航空、航天和管道等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，主要適用于：沿構(gòu)件軸線變化的圓形、矩形或異型截面空心結(jié)構(gòu)件，如汽車的排氣系統(tǒng)異型管件；非圓截面空心框架，如發(fā)動(dòng)機(jī)托架、儀表盤支架、車身框架（約占汽車質(zhì)量的11%～ 15%） ；空心軸類件和復(fù)雜管件等。圖2即為液壓成形工藝應(yīng)用于汽車工業(yè)中所制造出的一些典型零件。液壓成形工藝的適用材料包括碳鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金及鎳合金等，原則上適用于冷成形的材料均適用于液壓成形工藝。主要針對汽車配件廠，電子廠，電器廠，熱處理廠，車輛配件廠，齒輪廠，空調(diào)配件廠。變形區(qū)在一拉一壓的應(yīng)力狀態(tài)作用下，使板料(淺的空心坯)成形為空心件(深的空心件)而厚度基本不變的加工方法。拉深時(shí)，平板坯料受凸模向圓筒側(cè)壁傳遞的拉力，由四周向中心移動(dòng)﹐直徑逐漸縮小，這部分金屬互相受壓。當(dāng)板坯的厚度小﹑拉深變形程度大時(shí)﹐在壓應(yīng)力作用下，圓筒工件的平面法蘭部分會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)起皺現(xiàn)象。為了防止起皺現(xiàn)象和保證拉深件質(zhì)量，在拉深模中常設(shè)有壓邊裝置(壓邊圈)。簡單的壓邊圈是靠彈簧或壓縮空氣壓住坯料周邊的。大型件拉深時(shí)，常采用雙動(dòng)壓力機(jī)，利用外滑塊的作用壓邊。當(dāng)毛坯的厚度較大﹑零件的尺寸較小時(shí)，不用壓邊裝置也可以進(jìn)行拉深。壓邊圈的作用力在保證板坯不起皺前提下，應(yīng)選取盡量小的數(shù)值。拉深件各部位的厚度因受力不同有所不同。一般是底部中心厚度不變。底部周邊和側(cè)壁下部受拉力作用，厚度稍減少。側(cè)壁上部和平面法蘭部分受壓力作用，厚度稍增加。若拉深模與壓邊圈之間的間隙稍大于坯料的厚度，則制成的拉深件的壁厚基本上等于初始的板料厚度。如果拉深模與壓邊圈之間的間隙小于坯料的厚度，拉深件的側(cè)壁就會(huì)受模具間隙的作用而變薄，這種方式稱為變薄拉深。用變薄拉深法可以制成底厚﹑壁薄﹑高度大的零件，如深筒食品罐等。雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 31.2 課題設(shè)計(jì)要求機(jī)身可采用四柱式結(jié)構(gòu)，移動(dòng)工作臺，方便模具更換；拉深，壓邊滑塊可通過定位銷聯(lián)為一體，實(shí)現(xiàn)單動(dòng)工藝動(dòng)作；機(jī)，電，液一體化安全裝置，如油缸下腔支承回路，油缸上下腔互鎖回路； PLC 控制。主要技術(shù)參數(shù)公稱力：4000kN拉伸力：3150kN壓邊力：800kN頂出力：630kN系統(tǒng)最大工作壓力：25MPa拉伸滑塊行程：800mm壓邊滑塊行程:400mm工作臺有效面積：左右寬 1260mm前后深 1200mm電機(jī)總功率：22kW（參考）工作量要求：設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1.5 萬字以上；完成總裝配圖，A0 圖紙 1 張； 完成部分零件圖 A1 圖紙 3 張等；完成電氣控制系統(tǒng)圖，A1 圖紙 1 張；英文資料翻譯 2 萬個(gè)英文字符。圖 1-2 機(jī)床實(shí)體圖1.3 設(shè)計(jì)方案1.框架式拉桿預(yù)緊結(jié)構(gòu)，精度高、剛性好，四角八面導(dǎo)軌，導(dǎo)向精度高，抗偏載雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 4能力強(qiáng)。2.四柱式結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用；框架式結(jié)構(gòu)剛性好、精度高、抗偏載能力強(qiáng)。3.液壓控制采用插裝式集成系統(tǒng)，動(dòng)作可靠，使用壽命長，液壓沖擊小，減少了連接管路與泄漏點(diǎn)。4.采用 PLC 控制的電氣系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊、工作靈敏、可靠、柔性好。5.移動(dòng)工作臺，方便模具更換。6.油缸下腔支承回路，油缸上下腔互鎖回路。7.光幕安全保護(hù)裝置。雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 52 總 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)2.1 立柱設(shè)計(jì)液壓機(jī)的最大負(fù)載約為 7150kN，通過力傳遞后，最后由四根立柱承受 7150kN 的拉力，作用在每根立柱上的拉力為負(fù)載的 1/4，即 1788kN。如圖 2-1 橫 梁導(dǎo) 柱F-負(fù)載 T-導(dǎo)柱拉力圖 2-1 立柱受力圖立柱的安全直徑 D，可由許用拉應(yīng)力公式(2-1)計(jì)算。(2-1)AF?][?式中：—許用應(yīng)力；取 45 鋼 =80～100MPa；][?][F—軸向拉力；A—橫截面積。即： 641.780.18[]3FNDmPa?????為了防止四根導(dǎo)柱因瞬間的受力不均而被破壞，導(dǎo)柱直徑可適當(dāng)加大，取雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 6D=180mm。由工作臺有效尺寸已知：左右 1260×前后 1200mm, 取立柱中心距（左右）B=1260mm。立柱在工作過程中的主要受力如圖 2-1 所示。因此材料必須具備較高的抗拉強(qiáng)度。立柱材料選擇 45 鋼。立柱除了承受拉力之外，外圓柱表面與滑塊之間還存在摩擦力。為了減少立柱表面的磨損，通過表面熱處理提高表面硬度增加表面耐摩性?？偟臒崽幚砉に嚍檎{(diào)質(zhì)和表面淬火。 2.2 上橫梁設(shè)計(jì)位于立柱上部，用于安裝主缸，壓邊缸，承受主缸，壓邊缸的反作用力。 材料選擇：采用 ZG270-500 鑄鋼件。 熱處理要求：必須進(jìn)行必要的內(nèi)處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。 由《中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算——主機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算》可知： 上橫梁的高度=（0.4~0.7）B=524~917(mm) 確定上橫梁的長、寬、高尺寸分別為 1600、1250、890mm，截面米字型空心筋板強(qiáng)化。 理論計(jì)算校核： 橫梁受力可以簡化為簡支梁,中間受載的情形，如圖 2-2 所示。截 面 1-圖 2-2 立柱受力圖由《中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算——主機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算》可知：(2-2)max14MPB?其中： P—公稱壓力（ N） B—立柱中心距（m）雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 7將 P=8000000N，B=1.5m 代入公式 4-2，3000000??max初步確定橫梁的長、寬、高尺寸分別為 1600、1250、890mm，截面可以相似為矩形。即：在負(fù)載作用下的剪力和彎矩如 2-2 所示。可知中間截面彎矩最大，該截面是危險(xiǎn)截面。為了保證橫梁能夠正常工作，必須對該截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。正應(yīng)力計(jì)算公式為：(2-3)WMmaxax??式中：—最大彎曲正應(yīng)力；max?—最大彎矩；M—抗彎截面系數(shù)( )。W3m矩形截面抗彎系數(shù) W 計(jì)算公式為：(2-4)62bh?式中：—矩形截面的寬；b—矩形截面的高。h即： 32175.068.1mW???MPaN33max?鑄鋼 ZG270-500 的彎曲許用應(yīng)力[ ]=60MPa，而橫梁的最大彎曲應(yīng)力=17.2MPa，遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，經(jīng)過校核，設(shè)計(jì)尺寸滿足要求。max?2.3 工作臺設(shè)計(jì)承受液壓機(jī)總噸位。工作時(shí)壓力通過模具作用于制件，由于大多數(shù)的制件和模具有對稱的形狀，并且模具應(yīng)居中安裝，因此可以認(rèn)為工作臺是一個(gè)中間部分承受均布載荷的梁材料選擇：工作臺主要受壓，材料選用鑄鋼 ZG270-500。 由《中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算——主機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算》可知： 雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 8工作臺的高度=（0.4~0.7）B=545~917(mm) 工作臺承受液壓機(jī)總噸位。工作時(shí)壓力通過模具作用于制件，由于大多數(shù)的制件和模具有對稱的形狀，并且模具應(yīng)居中安裝，因此可以認(rèn)為工作臺是一個(gè)中間部分承受均布載荷的梁，如圖 2-3。圖2-3 工作臺受力分析與彎矩圖材料選擇：工作臺主要受壓，材料選用鑄鋼 ZG270-500。 由《中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算——主機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算》可知： 工作臺的高度=（0.4~0.7）B=600~1050(mm) 確定上橫梁的長、寬、高尺寸分別為 2100、1425、860mm。其中心截面處地彎矩為最大彎矩是：(2-5) 1max42BpM????????其中： P—公稱壓力（N） B—立柱中心距（m） —下模與工作臺接觸面左右寬度，受分布載荷長度（m） ，一般取1雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 9=（0.35~0.6）B。這里取 =0.6B。 1 1B將P=8MN，B=1.5m代入公式2-5， 6max2.10MN???358.W代入公式2-3，得， Pa14.max??鑄鋼 ZG270-500 的彎曲許用應(yīng)力[ ]=60MPa，而橫梁的最大彎曲應(yīng)力=8.14MPa，遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，經(jīng)過校核，設(shè)計(jì)尺寸滿足要求。max?為了固定模具，一般在工作臺臺面上設(shè)有T形槽。由于工作臺尺寸較大，采用平行布置。雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 103 液 壓 缸 設(shè) 計(jì)3.1 主缸設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書給定的技術(shù)參數(shù)及查閱的資料，確定了液壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)，見工作壓力的確定 查《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊》表 2-1，液壓機(jī)的工作壓力的范圍是 20~30MPa。由于液壓機(jī)的工作負(fù)載比較大，為 4000KN，則取主缸的工作壓力為 p=25MPa。3.1.1 計(jì)算主缸內(nèi)徑和活塞桿直徑 主缸的最大負(fù)載為工進(jìn)時(shí)的負(fù)載，即 3150KN。查《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊》表 2-2， 可知液壓機(jī)的背壓在初算時(shí)可忽略不計(jì)。取液壓缸的機(jī)械效率 。0.95cm??圖 3-1 液壓機(jī)主缸受力圖由圖得， 2212)(44PdDFP????D= (3-1)]})([{2121cm?式中：P1—液壓缸工作壓力；P2—液壓缸回路背壓，對于高壓系統(tǒng)初算時(shí)可以不計(jì)；F—工作循環(huán)中最大負(fù)載；雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 11—液壓缸機(jī)械效率，一般 。cm?0.95cm??～將參數(shù)代入公式（3-1） ，P2忽略不計(jì)，可求得液壓缸內(nèi)徑即：D= mm641035.95NPa?≈400mm查表 2-4 [1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取 D=400mm 那么由 d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。即：≈280mmd=0.7D40?同理查表 2-5 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取 d=280mm。經(jīng)過計(jì)算液壓機(jī)主缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為：D=400mm ；d=280mm。3.1.2 主缸缸體材料的選擇 液壓缸的制造材料一般有鍛鋼、鑄鋼、高強(qiáng)度鑄鐵、灰鑄鐵、無縫鋼管等。對于負(fù)載大的機(jī)械設(shè)備缸體材料一般選用無縫鋼管制造，主缸缸體材料選用 45 鋼。 3.1.3 主缸壁厚的確定 液壓缸壁厚 （3-2）][2??Dpy?式中： δ—液壓缸壁厚（m） ；D—液壓缸內(nèi)徑（m） ；—實(shí)驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍；yP[σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。鍛鋼：[σ]=110～120MPa ；鑄鋼：[σ]=100～110MPa ；高強(qiáng)度鑄鐵：[σ]=60MPa ；灰鑄鐵：[σ]=25MPa ；無縫鋼管：[σ]=100～110MPa 。主缸壁厚 δ 計(jì)算，將 D=0.4m ；[σ]= 110MPa ； =1.25×32MPa=40MPa 代入公Py式（3-2）中，即： 40.0.1221MPam????液壓缸缸體的外徑 D 外計(jì)算公式如下：D 外≥D＋2δ (3-3)將參數(shù)代入公式（3-3） ，即：D 外≥0.4m＋0.12m＝0.52m雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 12外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后，取主缸缸體外徑 D 外＝520mm。3.1.4 主缸缸蓋材料、厚度的確定缸蓋常用制造材料有 35 鋼、45 鋼、鑄鋼，做導(dǎo)向作用時(shí)常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。缸蓋材料選用 35 鋼，缸蓋厚度計(jì)算公式如下：（3-4）][43.02?yPDt?式中：t—缸蓋的有效厚度(m)；—缸蓋止口直徑；2D[σ]—缸蓋材料許用應(yīng)力。即： 400.43.61MPat m???圓整后取缸蓋厚度 t=60mm。3.1.5 主缸最小導(dǎo)向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度，用 H 表示。如果導(dǎo)向長度太小，會(huì)因?yàn)殚g隙引起的撓度而使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定工作。一般而言，液壓缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)該滿足如下要求：(3-5)20DLH??導(dǎo)向長度如圖 3-2 所示 活 塞隔 套雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 13圖3-2主缸導(dǎo)向長度原理簡圖式中：L—液壓缸的最大行程；D—液壓缸的內(nèi)徑。由給定數(shù)據(jù)可知主缸的最大行程 H=800mm，液壓缸內(nèi)徑 D=400mm 代入公式（3-5）中，求主缸的最小導(dǎo)向長度。即： 804202mHm???為了保證最小導(dǎo)向長度 H，不應(yīng)過分增大 和 B 的大小，必要時(shí)可以在缸蓋和活塞1l之間增加一個(gè)隔套來增加最小導(dǎo)向長度。隔套的長度 C 可有公式（3-6）求得，即：(3-6)1320()412ClB???????式中：B—活塞的寬度，一般取 B=（0.6～1.0）D；—缸蓋滑動(dòng)支承面的長度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑的不同有不同的算法，當(dāng) D＜80mm1l時(shí)，取 =（0.6～1.0）D；當(dāng) D＞80mm 時(shí)，取 =（0.6～1.0）d。1l3.1.6 主缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定活塞制造材料一般選用灰鑄鐵(HT150、HT200)、當(dāng)缸體內(nèi)徑較小時(shí)，整體式結(jié)構(gòu)的活塞選用 35 鋼、45 鋼。主缸活塞選用灰鑄鐵 HT200?；钊圃鞎r(shí)外圓柱表面的粗糙度為 Ra0.8～1.6μm；外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半；外徑對內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)不大于外徑公差的一半；端面對軸線垂直度在直徑 100mm 上不大于 0.04mm；外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取 f7～f9，內(nèi)孔與活塞桿的配合取 H8/f7?；钊麑挾认禂?shù)取 0.8，即活塞的寬度 B=0.8D=0.6×590mm =354mm。圓整后取活塞寬度 B=360mm。液壓機(jī)主缸工況時(shí)的壓力大，泄漏量也會(huì)隨壓力成正比升高，因此密封圈選用 Y形密封圈，這種密封圈能承受的大的工作壓力，泄漏量小。3.1.7 主缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長度確定活塞桿有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)形式?？招臅r(shí)一般選用 35 鋼、45 鋼的無縫鋼管；實(shí)心結(jié)構(gòu)選用 35 鋼、45 鋼。主缸活塞桿選用 45 鋼?；钊麠U制造時(shí)外圓柱面粗糙度為 Ra0.4～0.8μm；熱處理要求調(diào)質(zhì) 20～25HRC；外徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；外徑表面直線度在 500mm 上不大于 0.03mm；雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 14活塞桿與導(dǎo)向套之間的配合公差采用 H8/f7，與活塞連接的配合公差采用 H7/g6。由行程，確定活塞桿的長度 L 桿=1982mm。3.1.8 主缸長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形尺寸還應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度，總體而言，液壓缸缸體的長度 L 不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑 D 的 20～30倍，即：L≤（20～30）D 。由主缸行程為 800mm，活塞寬度為 400mm,缸蓋厚度為 60mm，通過計(jì)算可知，主缸的長度取 L 缸=1970mm。3.1.9 活塞桿穩(wěn)定性校核活塞桿工作中主要受壓，當(dāng)液壓缸的支承長度 Lb≥(10～15)d 時(shí)，必須對活塞桿的彎曲穩(wěn)定性進(jìn)行校核,d 為活塞桿直徑。通過計(jì)算可知，Lb 的最大值不可能大于 L 桿+L 缸=3540mm，而(10～15)d=5900～8850mm。將參數(shù)代入 Lb≥(10～15)d 中，比較后 Lb＜(10～15)d，活塞桿滿足使用要求，工作時(shí)不會(huì)失穩(wěn)。3.1.10 主缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）缸體與端蓋的連接形式查表 2-7 [1]，缸體與端蓋的連接形式通常有法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)連接等形式。由于液壓機(jī)工況時(shí)缸體內(nèi)的壓力很大，所以缸體與端蓋的連接方式選用法蘭形式。（2）活塞桿與活塞的連接形式查表 2-8 [1]，活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)有整體式結(jié)構(gòu)、螺紋連接、半環(huán)連接、錐銷連接等連接形式。由于活塞桿直徑較大，所以主缸活塞與活塞桿的連接選用端蓋加螺釘連接形式。（3）活塞桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)形式活塞桿的導(dǎo)向部分包括端蓋、導(dǎo)向套、密封、防塵和鎖緊結(jié)構(gòu)。工程機(jī)械中導(dǎo)向套一般安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，有利于導(dǎo)向套的潤滑。導(dǎo)向套選擇常用的黃銅材料。（4）緩沖裝置液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量大，快進(jìn)時(shí)的速度快，這樣活塞在到達(dá)行程中點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至活塞與缸筒端蓋會(huì)產(chǎn)生機(jī)械的碰撞。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端要設(shè)置緩沖裝置。一般緩沖裝置有環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置、可調(diào)節(jié)流緩沖裝置、三角槽式節(jié)流緩沖裝置。大型液壓缸需要有穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)速度，這樣需要設(shè)置排氣裝置，防止空氣在傳動(dòng)時(shí)對系統(tǒng)傳動(dòng)精度有影響。排氣閥安裝在液壓缸兩端的最高處，雙作用液壓鋼需要設(shè)兩個(gè)排氣閥。雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 153.2 壓邊缸設(shè)計(jì)3.2.1 計(jì)算壓邊缸內(nèi)徑和活塞桿直徑壓邊缸的最大負(fù)載為工進(jìn)時(shí)的負(fù)載，即 800KN。查《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊》表2-2，可知液壓機(jī)的背壓在初算時(shí)可忽略不計(jì)。取液壓缸的機(jī)械效率 = 0.95。cm?圖3-3 液壓機(jī)壓邊缸受力圖由圖得， 2212)(44PdDFP????D= (3-1)]})([{2121cm?將參數(shù)代入公式（3-1） ，P2忽略不計(jì)，可求得液壓缸內(nèi)徑即：D=200mm查表 2-4 [1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取 D=500mm 那么由 d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。即：d=0.7D≈140mm同理查表 2-5 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取 d=140mm。經(jīng)過計(jì)算液壓機(jī)壓邊缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為：D=200mm ；d=140mm。3.2.2 壓邊缸缸體材料的選擇 壓邊缸體材料選用 45 鋼。 3.2.3 壓邊缸壁厚的確定 雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 16液壓缸壁厚 （3-2）][2??Dpy?壓邊缸壁厚 δ 計(jì)算，將 D=0.2m ；[σ]= 110MPa ； =1.25×32MPa=40MPa 代Py入公式（3-2 ）中，即： 40.20.31MPam????液壓缸缸體的外徑 D 外計(jì)算公式如下：D 外≥D＋2δ (3-3)將參數(shù)代入公式（3-3） ，即：D 外≥0.2m＋0.06m＝0.26m外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后，取主缸缸體外徑 D 外＝ 260mm。3.2.4 壓邊缸缸蓋材料、厚度的確定缸蓋常用制造材料有 35 鋼、45 鋼、鑄鋼，做導(dǎo)向作用時(shí)常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。缸蓋材料選用 35 鋼，缸蓋厚度計(jì)算公式如下：（3-4）][43.02?yPDt?即： 00.43.31Mat mP??圓整后取缸蓋厚度 t=30mm。3.2.5 壓邊缸最小導(dǎo)向長度的確定液壓缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)該滿足如下要求：(3-5)20DLH??由所給定數(shù)據(jù)可知缸的最大行程 H=400mm，液壓缸內(nèi)徑 D=200mm 代入公式（3-5）中，求壓邊缸的最小導(dǎo)向長度。即： 40210mHm???3.2.6 壓邊缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定活塞制造材料一般選用灰鑄鐵(HT150、HT200)、當(dāng)缸體內(nèi)徑較小時(shí)，整體式結(jié)構(gòu)的活塞選用 35 鋼、45 鋼。主缸活塞選用灰鑄鐵 HT200?；钊圃鞎r(shí)外圓柱表面的粗糙度為 Ra0.8～1.6μm；外徑圓度、圓柱度不大于外徑雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 17公差的一半；外徑對內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)不大于外徑公差的一半；端面對軸線垂直度在直徑 100mm 上不大于 0.04mm；外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取 f7～f9，內(nèi)孔與活塞桿的配合取 H8/f7?；钊麑挾认禂?shù)取 0.8，即活塞的寬度 B=0.8D=0.8×260mm =214mm。液壓機(jī)主缸工況時(shí)的壓力大，泄漏量也會(huì)隨壓力成正比升高，因此密封圈選用 Y形密封圈，這種密封圈能承受的大的工作壓力，泄漏量小。并由 Y 型圈的安裝方式確定活塞的結(jié)構(gòu)形式。3.2.7 壓邊缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長度確定活塞桿有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)形式。空心時(shí)一般選用 35 鋼、45 鋼的無縫鋼管；實(shí)心結(jié)構(gòu)選用 35 鋼、45 鋼。主缸活塞桿選用 45 鋼。活塞桿制造時(shí)外圓柱面粗糙度為 Ra0.4～0.8μm；熱處理要求調(diào)質(zhì) 20～25HRC；外徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；外徑表面直線度在 500mm 上不大于 0.03mm；活塞桿與導(dǎo)向套之間的配合公差采用 H8/f7，與活塞連接的配合公差采用 H7/g6。由行程，確定活塞桿的長度 L 桿=970mm。3.2.8 壓邊缸長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形尺寸還應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度，總體而言，液壓缸缸體的長度 L 不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑 D 的 20～30倍，即：L≤（20～30）D 。由壓邊缸行程為 400mm，活塞寬度為 200mm,缸蓋厚度為 30mm，通過計(jì)算可知，主缸的長度取 L 缸=970mm。3.2.9 活塞桿穩(wěn)定性校核將參數(shù)代入 Lb≥(10～15)d 中，比較后 Lb＜(10～15)d，活塞桿滿足使用要求，工作時(shí)不會(huì)失穩(wěn)。3.2.10 缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）缸體與端蓋的連接形式缸體與端蓋的連接方式選用法蘭形式。(2)活塞桿與活塞的連接形式由于活塞桿直徑較大，所以缸活塞與活塞桿的連接選用端蓋加螺釘連接形式。(3)活塞桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)形式活塞桿的導(dǎo)向部分包括端蓋、導(dǎo)向套、密封、防塵和鎖緊結(jié)構(gòu)。工程機(jī)械中導(dǎo)向套一般安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，有利于導(dǎo)向套的潤滑。導(dǎo)向套選擇常用的黃銅材料。雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 183.3 頂出缸設(shè)計(jì)3.3.1 頂出缸內(nèi)徑和活塞桿直徑設(shè)計(jì)計(jì)過程和主缸大體相同故簡略將其設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行說明： 頂出缸的最大負(fù)載為工進(jìn)時(shí)的負(fù)載，即 630KN。查《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊》表2-2，可知液壓機(jī)的背壓在初算時(shí)可忽略不計(jì)。取液壓缸的機(jī)械效率 = 0.95。cm?圖3-4 液壓機(jī)頂出缸受力圖由圖得， 2212)(44PdDFP????D= (3-1)]})([{2121cm?將參數(shù)代入公式（3-1） ，P2 忽略不計(jì)，可求得液壓缸內(nèi)徑即：D=180mm查表 2-4 [1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取 D=500mm 那么由 d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。即：d=0.7D≈120mm同理查表 2-5 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取 d=120mm。經(jīng)過計(jì)算液壓機(jī)壓邊缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為：D=180mm ；d=120mm。3.3.2 壓邊缸缸體材料的選擇 雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 19壓邊缸體材料選用 45 鋼。 3.3.3 壓邊缸壁厚的確定 液壓缸壁厚 （3-2）][2??Dpy?壓邊缸壁厚 δ 計(jì)算，將 D=0.18m ；[σ]= 110MPa ； =1.25×32MPa=40MPa 代yP入公式（3-2 ）中，即： 40.180.22MPam????液壓缸缸體的外徑 D 外計(jì)算公式如下：D 外≥D＋2δ (3-3)將參數(shù)代入公式（3-3） ，即：D 外≥0.18m＋0.04m＝0.22m外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后，取頂出缸缸體外徑 D 外＝220mm 。3.3.4 頂出缸缸蓋材料、厚度的確定缸蓋常用制造材料有 35 鋼、45 鋼、鑄鋼，做導(dǎo)向作用時(shí)常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。缸蓋材料選用 35 鋼，缸蓋厚度計(jì)算公式如下：（3-4）][43.02?yPDt?即： 00.4318.27Mat mP??圓整后取缸蓋厚度 t=27mm。3.3.5 頂出缸最小導(dǎo)向長度的確定液壓缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)該滿足如下要求：(3-5)20DLH??由給定數(shù)據(jù)可知缸的最大行程 H=400mm，液壓缸內(nèi)徑 D=180mm 代入公式（3-5）中，求壓邊缸的最小導(dǎo)向長度。即： 401802mHm???3.3.6 頂出缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 20活塞制造材料一般選用灰鑄鐵(HT150、HT200)、當(dāng)缸體內(nèi)徑較小時(shí)，整體式結(jié)構(gòu)的活塞選用 35 鋼、45 鋼。主缸活塞選用灰鑄鐵 HT200。活塞制造時(shí)外圓柱表面的粗糙度為 Ra0.8～1.6μm；外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半；外徑對內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)不大于外徑公差的一半；端面對軸線垂直度在直徑 100mm 上不大于 0.04mm；外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取 f7～f9，內(nèi)孔與活塞桿的配合取 H8/f7?；钊麑挾认禂?shù)取 0.8，即活塞的寬度 B=0.8D=0.8×180mm =120mm。液壓機(jī)主缸工況時(shí)的壓力大，泄漏量也會(huì)隨壓力成正比升高，因此密封圈選用 Y形密封圈，這種密封圈能承受的大的工作壓力，泄漏量小。并由 Y 型圈的安裝方式確定活塞的結(jié)構(gòu)形式。3.3.7 壓邊缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長度確定活塞桿有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)形式?？招臅r(shí)一般選用 35 鋼、45 鋼的無縫鋼管；實(shí)心結(jié)構(gòu)選用 35 鋼、45 鋼。主缸活塞桿選用 45 鋼?；钊麠U制造時(shí)外圓柱面粗糙度為 Ra0.4～0.8μm；熱處理要求調(diào)質(zhì) 20～25HRC；外徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；外徑表面直線度在 500mm 上不大于 0.03mm；活塞桿與導(dǎo)向套之間的配合公差采用 H8/f7，與活塞連接的配合公差采用 H7/g6。由行程，確定活塞桿的長度 L 桿=977mm。3.3.8 壓邊缸長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形尺寸還應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度，總體而言，液壓缸缸體的長度 L 不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑 D 的 20～30倍，即：L≤（20～30）D 。由壓邊缸行程為 400mm，活塞寬度為 180mm,缸蓋厚度為 20mm，通過計(jì)算可知，主缸的長度取 L 缸=977mm。3.3.9 活塞桿穩(wěn)定性校核將參數(shù)代入 Lb≥(10～15)d 中，比較后 Lb＜(10～15)d，活塞桿滿足使用要求，工作時(shí)不會(huì)失穩(wěn)。3.3.10 缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)缸體與端蓋的連接形式缸體與端蓋的連接方式選用法蘭形式。(2)活塞桿與活塞的連接形式由于活塞桿直徑較大，所以缸活塞與活塞桿的連接選用端蓋加螺釘連接形式。(3)活塞桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)形式活塞桿的導(dǎo)向部分包括端蓋、導(dǎo)向套、密封、防塵和鎖緊結(jié)構(gòu)。工程機(jī)械中導(dǎo)向雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 21套一般安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，有利于導(dǎo)向套的潤滑。導(dǎo)向套選擇常用的黃銅材料。3.4 液壓缸工況分析3.4.1 液壓機(jī)主缸工況分析液壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，主缸上腔充油主缸快速下行，慣性負(fù)載隨之產(chǎn)生。此外，還存在靜摩擦力、動(dòng)摩擦力負(fù)載。由于滑塊不是正壓在導(dǎo)柱上，不會(huì)產(chǎn)生正壓力，因而滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的摩擦力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作負(fù)載，計(jì)算最大負(fù)載時(shí)可以忽略不計(jì)。液壓機(jī)的最大負(fù)載為工進(jìn)時(shí)的工作負(fù)載。通過各工礦的負(fù)載分析，液壓機(jī)主缸所受外負(fù)載包括工作負(fù)載、慣性負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載，即：F = Fw + Ff + Fa ( 9-1 )式中：F —液壓缸所受外負(fù)載；Fw —工作負(fù)載；Ff —滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸筒之間的摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力負(fù)載；Fa —運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載。（1）慣性負(fù)載 Fa 計(jì)算計(jì)算公式：Fa = ( 9-2 )tvgG??式中：G —運(yùn)動(dòng)部件重量；g —重力加速度 9.8m/ ；2S— 時(shí)間內(nèi)的速度變化量；v?t—加速或減速時(shí)間，一般情況取 =0.01～0.5s。t?查閱相同型號的四柱液壓機(jī)資料，初步估算橫梁滑塊的重量為 30KN。由液壓機(jī)所給設(shè)計(jì)參數(shù)可及： =0.25m/s ，取 =0.05s，代入公式 3.2 中。vt即：Fa = = 4898N230.5/9.8/Nmss?雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 22（2）摩擦負(fù)載 Ff 計(jì)算滑塊啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生靜摩擦負(fù)載，啟動(dòng)過后產(chǎn)生動(dòng)摩擦負(fù)載。通過所有作用在主缸上的負(fù)載可以看出，工作負(fù)載遠(yuǎn)大于其它形式的負(fù)載。由于滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸體之間的摩擦力不是很大，因而在計(jì)算主缸最大負(fù)載時(shí)摩擦負(fù)載先忽略不計(jì)。（3）主缸負(fù)載 F 計(jì)算將上述參數(shù) Fa = 4898N 、Fw = 3150KN 代入公式 3.1 中。即：F = 3150000 + 4898 = 3154898N（4）主缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表 3-1表3-1 主缸工作循環(huán)負(fù)載工 作 循 環(huán) 外 負(fù) 載啟 動(dòng) F = f 靜 + Fa ≈5 KN橫梁滑塊快速下行F = f 動(dòng) 忽略不計(jì)工 進(jìn) F = f 動(dòng) + Fw ≈3150 KN快速回程 F = f 回+ F 背 ≈500 KN注：“f 靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力， “f 動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。3.4.2 液壓機(jī)壓邊缸工況分析1.壓邊缸負(fù)載分析主缸運(yùn)動(dòng)過程中，壓邊缸同時(shí)工作，活塞運(yùn)動(dòng)，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性、靜摩擦力、動(dòng)摩擦力等負(fù)載。由于壓邊方向慣性負(fù)載很小，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)；計(jì)算壓邊缸的最大工作負(fù)載時(shí)可以近似等于 400KN。將參數(shù)代入公式計(jì)算水平缸的最大負(fù)載。即：F = Fw = 400000N式中：Fw —負(fù)載；2.壓邊缸負(fù)載循環(huán)（1）壓邊缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表 3-2表3-2 壓邊缸工作循環(huán)負(fù)載工 作 循 環(huán) 外 負(fù) 載啟 動(dòng) F = F 靜 + Fa 忽略不計(jì)壓邊缸頂出 F = = f 動(dòng) + Fw ≈400 KN雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 23快速退回 F = f 動(dòng) + F 背 ≈500 KN注：“f 靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力， “f 動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。3.4.3 液壓機(jī)頂出缸工況分析1.頂出缸負(fù)載分析主缸回程停止后，頂出缸下腔進(jìn)油，活塞上行，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性、靜摩擦力、動(dòng)摩擦力等負(fù)載。由于頂出缸工作時(shí)的壓力遠(yuǎn)小于主缸的工況壓力，而且質(zhì)量也比主缸滑塊小很多，慣性負(fù)載很小，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)；同理摩擦負(fù)載與頂出力相比也很小，也可不計(jì)；工件頂出時(shí)的工作負(fù)載比較大，計(jì)算頂出缸的最大工作負(fù)載時(shí)可以近似等于頂出力。將參數(shù)代入公式 3.1 計(jì)算頂出缸的最大負(fù)載。即：F = Fw = 630000N式中：Fw —頂出力；頂出缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表 3-2表3-2 頂出缸工作循環(huán)負(fù)載工 作 循 環(huán) 外 負(fù) 載啟 動(dòng) F = F 靜 + Fa 忽略不計(jì)頂出缸頂出 F = = f 動(dòng) + Fw ≈630 KN快速退回 F = f 動(dòng) + F 背 ≈40 KN注：“f 靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力， “f 動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。3.5 液壓缸工作壓力確定圖3-4 液壓機(jī)頂出缸受力圖雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 24液壓缸受力圖如圖 3-1——活塞桿所受到的有效外負(fù)載；F——無桿腔活塞有效作用面積， ；214AD?? 2m——有桿腔有效作用面積， ；2()d?——液壓缸工作腔壓力， ；1PaP——液壓缸回油腔壓力， ，即背壓力，其值根據(jù)回路的具體情況而定，初算2時(shí)可參照表 4.1-3 取值差動(dòng)連接時(shí)要另行考慮；D——活塞直徑，M；d——活塞桿直徑，M; 211FPA???根據(jù)以上公式分別計(jì)算出主缸，壓邊缸，頂出缸的工作壓力 。1P主缸受力 =3150KN，D=400mm,d=280mm, =0.5 計(jì)算得 =24.13MF2Paa壓邊缸受力 =800KN，D=200mm,d=140mm, =0.5 計(jì)算得 =25.88M1主缸受力 =630KN，D=180mm,d=110mm, =0.5 計(jì)算得 =24.07M2aPa三個(gè)缸工作壓力與額定壓力 25 M 接近，所以不需要安裝減壓閥。aP雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 254． 液 壓 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)4.1 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4.1.1 液壓油缸的選擇 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸和伸縮缸等。查閱相關(guān)的液壓機(jī)資料，液壓缸選用雙作用單桿活塞缸。該種活塞桿完全可以滿足液壓機(jī)的工作要求，且安裝方便使整體結(jié)構(gòu)簡單。 4.1.2 供油方式的確定 考慮到液壓機(jī)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。液壓機(jī)主油路采用變量泵供油。由于液壓機(jī)的負(fù)載壓力會(huì)隨著工作方式變化，為了使液壓機(jī)處于安全的工作狀態(tài)，采用壓力補(bǔ)償變量泵。 4.1.3 基本回路的選擇 （1）調(diào)壓回路 調(diào)壓回路的功用是使液壓系統(tǒng)整體或部分的壓力保持恒定或不超過某個(gè)數(shù)值。在定量泵系統(tǒng)中，液壓泵的供油壓力可以通過溢流閥來調(diào)節(jié)。在變量泵系統(tǒng) 中，用安全閥來限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載。若系統(tǒng)中需要兩種以上的壓力，則可采用多級調(diào)壓回路。液壓機(jī)采用二級調(diào)壓回路。（2）保壓回路 由于液壓機(jī)主要進(jìn)行鍛造壓制工藝，所以在行程終止時(shí)要求有一段保持壓力的時(shí)間，這時(shí)就必須采用保壓回路。常用的保壓回路有利用液壓泵的保壓回路、自動(dòng)補(bǔ)油保壓回路。（3）卸壓回路 液壓機(jī)由于保壓一段時(shí)間后，如果馬上進(jìn)行快退會(huì)產(chǎn)生很大的液壓沖擊。選用液雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 26控單向閥進(jìn)行控制。 （4）速度換接回路 液壓機(jī)主缸的工作循環(huán)為“快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→快速返回→停止” ，頂出缸的工作循環(huán)為“向上頂出→向下返回→停止”的工作循環(huán)。速度的變化快，選擇用行程開關(guān)來進(jìn)行速度的換接。這種回路的快慢速換接過程比較平穩(wěn)，換接點(diǎn)的位置比較準(zhǔn)確。 （5）平衡回路 平衡回路的功用，在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，不致因受負(fù)載重力作用而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)自行下落。4.1.4 控制系統(tǒng)的選擇 采用葉片泵來提供控制油壓，該類泵的效率較高，提供壓力適中等優(yōu)點(diǎn)。4.1.5 液壓原理圖的擬定 根據(jù)前面的內(nèi)容，擬定液壓系統(tǒng)控制原理圖，如圖 4-1 所示圖4-1液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖雙動(dòng)薄板拉伸液壓機(jī)系統(tǒng)原理拉延滑塊快進(jìn)時(shí)，閥 4 斷路，閥 5 正常工作，油經(jīng)過閥 6 右位進(jìn)入拉延缸 7.回路經(jīng)閥 6 和閥 8 通路位置回油箱。此時(shí)閥 14 處于左位，4 個(gè)壓邊缸 9，10，11，12 自油箱補(bǔ)油。將閥 8 投入斷路位置，油經(jīng)節(jié)流閥 13 回油，壓邊缸慢進(jìn)。雙動(dòng)薄板拉深液機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 27當(dāng)件 1 接觸弓箭后，泵 15 的油經(jīng)閥 14 向缸 9，10，11，12 加壓，同時(shí)缸 7 中的壓力增加，缸 7 急需下行，完成拉延工藝。閥 6 處于左位時(shí)，缸 7 上行。單向閥 15，16，17，18 為通路，各缸中的油可回油箱。閥 20 處于右位，來自泵的油進(jìn)入頂出缸，頂出工件。閥 20 換位后，頂出缸靠自重退回。閥 22 為溢流閥，頂出缸上行時(shí)起保護(hù)作用，下行時(shí)起背壓作用。4.2 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 4.2.1 液壓系統(tǒng)流量計(jì)算（1）主缸所需流量計(jì)算參考主缸的尺寸，對主缸各個(gè)工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知主缸的快進(jìn)速度為0.25m/s，工進(jìn)速度為 0.125m/s，快速回程速度為 0.25m/s，主缸內(nèi)徑為 400mm，活塞桿直徑為 280mm。由流量計(jì)算公式：（4-1）???Aq快進(jìn)時(shí)：=快 進(jìn)快 進(jìn) ??q2 30.4.5/0.145927msm???（ ）≈1885L/min工進(jìn)時(shí)：=工 進(jìn)工 進(jìn) ???Aq2 30.4.15/0.17/ss（ ）≈942L/min快退時(shí)：=快 退快 退 ??q2230.4.80.5/.16/mmss?????????（ ） （ ）≈961L/min（2）壓邊缸所需流量計(jì)算已知水平缸的快進(jìn)速度為 0.25m/s，工進(jìn)速度為 0.125m/s，快速回程速度為0.25m/s，缸內(nèi)徑為 200mm，活塞桿直徑為 140mm。由流量計(jì)算公式：（4-2）???Aq快進(jìn)時(shí)：=快 進(jìn)快 進(jìn)q2 305/0.7854msm???（ ）≈471L/min