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摘 要
本文針對(duì)液壓壓力機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，液壓壓力機(jī)采用三梁四柱式，此結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，公稱(chēng)力設(shè)計(jì)為75KN，通過(guò)更換模具可適應(yīng)多種不同形狀尺寸零件的加工，也可進(jìn)行沖壓、擠壓等加工，具有很廣的使用范圍。其結(jié)構(gòu)包括液壓缸、橫梁、立柱及充液裝置等。動(dòng)力機(jī)構(gòu)由油箱、高壓泵、控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、壓力閥、方向閥等組成。液壓壓力機(jī)通過(guò)泵和油缸及各種液壓閥實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動(dòng)作的循環(huán)。
在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)了液壓缸的尺寸、液壓壓力機(jī)本體，擬訂了液壓原理圖，并且按壓力和流量的大小選擇了液壓泵，電動(dòng)機(jī)，控制閥，過(guò)濾器等液壓元件和輔助元件。最后還使用AutoCAD軟件繪制了該液壓壓力機(jī)的裝配圖和主要零件圖。
關(guān)鍵詞：液壓壓力機(jī)；液壓缸；液壓系統(tǒng)
Abstract
In this paper, the design of hydraulic presses, hydraulic presses, three-beam four-wide application of this structure, designed for nominal force 75KN, through the replacement of mold can be adapted to a variety of different shapes and sizes of parts of the processing, but also for stamping, extrusion, etc. processing, with a very wide range. The structure includes a hydraulic cylinder, beams, columns and filling devices. Power sector by tanks, high pressure pumps, control systems, motors, pressure valves, directional valves and other components. Hydraulic presses through the pump and cylinder and various hydraulic valves energy conversion, regulation and delivery, to complete the cycle of various crafts movement.
In this design, through access to a large number of documents, the design of the hydraulic cylinder size, hydraulic press body, developed a hydraulic schematics, and according to the size of the pressure and flow of selected pumps, motors, control valves, hydraulic filters, etc. components and auxiliary components. Finally, the use of AutoCAD software to draw a diagram of the hydraulic press and the main assembly parts diagram.
Keywords: Hydraulic presses; Hydraulic cylinder; Hydraulic system
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1選題目的和意義 1
1.2 壓力機(jī)概述 1
1.2.1壓力機(jī)發(fā)展的概況 1
1.2.2壓力機(jī)工作原理 2
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 3
第二章 液壓壓力機(jī)總體設(shè)計(jì) 4
2.1總體方案選定 4
2.1.1總體結(jié)構(gòu)選定 4
2.1.2總體技術(shù)參數(shù)選定 5
2.2 工況分析 6
2.2.1工作循環(huán)分析 6
2.2.2負(fù)載分析 6
第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8
3.1確定液壓系統(tǒng)方案 8
3.1.1快速行程方式 8
3.1.2調(diào)速方式 8
3.1.3保壓方式 8
3.1.4泄壓換向方法 9
3.1.5互鎖控制回路 9
3.2 液壓原理圖的擬定 9
3.3液壓元件的計(jì)算與選擇 11
3.3.1 液壓泵的選擇 11
3.3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 11
3.3.3 液壓閥的選擇 12
3.3.4輔助元件的設(shè)計(jì) 13
3.3.5液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 15
第四章 液壓缸設(shè)計(jì) 16
4.1液壓缸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
4.1.1液壓缸的類(lèi)型 16
4.1.2鋼筒的連接結(jié)構(gòu) 16
4.1.3缸底結(jié)構(gòu) 16
4.1.4油缸放氣裝置 17
4.1.5緩沖裝置 17
4.2 缸體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)確定 17
4.2.1直徑參數(shù) 17
4.2.2 主缸進(jìn)油流量與排油流量 18
4.3 液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 19
4.3.1筒壁厚計(jì)算與校核 19
4.3.2缸筒底部計(jì)算與校核 20
4.3.3缸筒端部法蘭設(shè)計(jì)與校核 20
4.3.4螺栓的設(shè)計(jì)與校核 22
第五章 液壓壓力機(jī)機(jī)體設(shè)計(jì) 24
5.1 立柱設(shè)計(jì) 24
5.1.1立柱設(shè)計(jì)計(jì)算 24
5.1.2連結(jié)形式 25
5.1.3立柱的螺母及預(yù)緊 26
5.1.4 立柱的導(dǎo)向裝置 27
5.1.5 限程套 28
5.2 底座設(shè)計(jì) 28
5.3 橫梁設(shè)計(jì) 28
5.3.1 上橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
5.3.2活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
5.3.3 下橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
5.3.4 各橫梁參數(shù)的確定 29
總 結(jié) 30
參考文獻(xiàn) 31
致 謝 32
33
液壓壓力機(jī)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1選題目的和意義
本課題的主要目的是對(duì)液壓壓力機(jī)的研究設(shè)計(jì)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)可以提高液壓系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性以及液壓沖擊對(duì)設(shè)備的可靠性等。另外，通過(guò)本次設(shè)計(jì)可以鞏固和深化所學(xué)知識(shí)、掌握液壓壓力機(jī)設(shè)計(jì)的一般方法步驟、培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。
1.2 壓力機(jī)概述
1.2.1壓力機(jī)發(fā)展的概況
壓力機(jī)的發(fā)展歷史只有100年。壓力機(jī)是伴隨著工業(yè)革命的的進(jìn)行而開(kāi)始發(fā)展的，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)革命的時(shí)代，傳統(tǒng)的鍛造工藝和設(shè)備逐漸不能滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)的要求。因此在1839年，第一臺(tái)蒸汽錘出現(xiàn)了。此后伴隨著機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展，鍛件的尺寸也越來(lái)越越大，鍛錘做到百?lài)嵰陨希幢恐赜植环奖?。?859-1861年維也納鐵路工廠(chǎng)就有了第一批用于金屬加工的7000KN、10000KN和12000KN的液壓壓力機(jī)，1884年英國(guó)羅切斯特首先使用了鍛造鋼錘用的鍛造液壓壓力機(jī)，它與鍛錘相比具有很好的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快，在1887-1888年制造了一系列鍛造液壓壓力機(jī)，其中包括一臺(tái)40000KN的大型水壓機(jī)，1893年建造了當(dāng)時(shí)最大的12000KN的鍛造水壓機(jī)。
在第二次世界大戰(zhàn)后，為了迅速發(fā)展航空業(yè)。美國(guó)在1955年左右先后制造了兩臺(tái)31500KN和45000KN大型模鍛水壓機(jī)。
近二十年來(lái)，世界各國(guó)在鍛造操作機(jī)與鍛造液壓壓力機(jī)聯(lián)動(dòng)機(jī)組，大型模鍛液壓壓力機(jī)，擠壓機(jī)等各種液壓壓力機(jī)方面又有了許多新的發(fā)展，自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制的新技術(shù)在液壓壓力機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，機(jī)械化和自動(dòng)化程度有了很大的提高。
再來(lái)看一下我國(guó)的情況，在解放前，我國(guó)屬于半殖民地半封建社會(huì)的國(guó)家，沒(méi)有獨(dú)立的工業(yè)體系，也根本沒(méi)有液壓壓力機(jī)的制造工業(yè)，只有一些修配用的小型液壓壓力機(jī)。
解放后我國(guó)迅速建立獨(dú)立自主的完整的工業(yè)體系，同時(shí)仿造并自行設(shè)計(jì)各種液壓壓力機(jī)，同時(shí)也建立了一批這方面的科研隊(duì)伍。到了六十年代，我國(guó)先后成套設(shè)計(jì)并制造了一些重型液壓壓力機(jī)，其中有300000KN的有色金屬模鍛水壓機(jī)，120000KN有色金屬擠壓水壓機(jī)等。特別是近十年來(lái)，又有了一些新的發(fā)展。比如，設(shè)計(jì)并制造了一批較先進(jìn)的鍛造水壓機(jī)，并已向國(guó)外出口，與此相應(yīng)的，我國(guó)也陸續(xù)制造了各種液壓壓力機(jī)的系列及零部件標(biāo)準(zhǔn)。
但是，我們也應(yīng)清楚地意識(shí)到我們與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距，還不能滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的需要。許多先進(jìn)的設(shè)備和大型機(jī)仍需進(jìn)口，目前應(yīng)充分發(fā)揮我們的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)我國(guó)在這方面的競(jìng)爭(zhēng)力，這不僅是有助于我們從制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變也是國(guó)家安全的需要。
1.2.2壓力機(jī)工作原理
（1）壓力機(jī)功能簡(jiǎn)介
壓力機(jī)是利用液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行壓力加工的設(shè)備，廣泛用于金屬鍛壓、冷擠壓、粉末冶金以及金屬、橡膠和塑料等成型制品加工的壓力機(jī)械，也是最早應(yīng)用液壓技術(shù)的機(jī)械之一。與其他壓力機(jī)相比，它具有壓力和速度可在大范圍內(nèi)無(wú)極調(diào)整，可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力、結(jié)構(gòu)布置靈活，各執(zhí)行結(jié)構(gòu)可很方便地達(dá)到所希望的動(dòng)作配合等優(yōu)點(diǎn)。
壓力機(jī)有多種型號(hào)規(guī)格，其工進(jìn)力從幾十噸到上萬(wàn)噸。按工作介質(zhì)可分為水壓機(jī)和油壓機(jī)兩種。用乳化液做介質(zhì)的液壓壓力機(jī)，稱(chēng)為水壓機(jī)，其工進(jìn)力很大，多用于重型機(jī)械廠(chǎng)和造船廠(chǎng)等。用礦物油型液壓有做介質(zhì)的液壓壓力機(jī)成為油壓機(jī)，產(chǎn)生的壓智力較水壓機(jī)小，在許多工業(yè)部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用。
圖1-1壓力機(jī)
液壓壓力機(jī)的類(lèi)型很多，多為立式,其中四柱式液壓壓力機(jī)最為典型，應(yīng)用也最為廣泛。其基本結(jié)構(gòu)如圖1-1。
（2）壓力機(jī)的工作原理簡(jiǎn)介
該機(jī)的四根立柱上安裝有驅(qū)動(dòng)上滑塊的液壓缸。液壓壓力機(jī)的工進(jìn)工藝要求液壓缸的工作循環(huán)為：快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→快速返回→原位停止;并且壓力速度和保壓時(shí)間可調(diào)節(jié)。工藝循環(huán)圖如圖1-2所示。
圖1-2 壓力機(jī)工藝循環(huán)圖
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
液壓傳動(dòng)是利用液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式，與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置；
（2）重量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度快；
（3）操作控制方便，易于實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變速；
（4）一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；
（5）可以實(shí)現(xiàn)快速而且無(wú)沖擊的變速和換向；
（6）與機(jī)械傳動(dòng)相比易于布局和操縱；
液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)：
（1）由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄露較大，所以效率較低；
（2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作；
（3）液壓元件的制造精度要求較高，因而價(jià)格較貴；
（4）由于液體介質(zhì)的泄露及可壓縮性影響，不能得到嚴(yán)格的定比傳動(dòng)；
（5）液壓傳動(dòng)出故障時(shí)不易找出原因；使用和維修要求有較高的技術(shù)水平[2]。
第二章 液壓壓力機(jī)總體設(shè)計(jì)
2.1總體方案選定
2.1.1總體結(jié)構(gòu)選定
圖2-1為液壓壓力機(jī)系統(tǒng)原理基本組成。我們可以通過(guò)它進(jìn)一步理解一般液壓壓力機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具備的基本性能和組成情況。
圖2-1 液壓壓力機(jī)
在圖2-1中，液壓壓力機(jī)是利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過(guò)液壓控制系統(tǒng)換為液體的壓力能，通過(guò)液體壓力能的變化來(lái)傳遞能量，經(jīng)過(guò)各種控制閥和液壓控制管路的傳遞進(jìn)入油缸，推動(dòng)固定在上橫梁上的主缸帶動(dòng)上下活動(dòng)梁來(lái)回移動(dòng)，由四個(gè)立柱導(dǎo)向?qū)⑸舷履＞唛]合，工進(jìn)所需要的工件，再于頂出缸把工進(jìn)好的工件頂出。
在液壓傳動(dòng)中，液壓油缸就是一個(gè)最簡(jiǎn)單而又比較完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，分析它的工作過(guò)程，可以清楚的了解液壓傳動(dòng)的基本原理。
液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。
（1）動(dòng)力元件（油泵） 它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。
（2）執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)） 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
（3）控制元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
（4）輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭(擴(kuò)口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測(cè)壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。
（5）工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類(lèi)液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過(guò)油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。
綜上述該液壓壓力機(jī)需要完成的動(dòng)作循環(huán)為：
主缸活塞滑塊快速下行→主缸活塞滑塊慢速加壓→主缸保壓→主缸卸壓→主缸活塞滑塊回程→頂出缸活塞頂出→頂出缸活塞退回
2.1.2總體技術(shù)參數(shù)選定
已知：參數(shù)：F=75KN 行程600mm 速度：工進(jìn)20mm/s 快進(jìn)200mm/s
因此選定本次液壓壓力機(jī)基本技術(shù)參數(shù)如下：
（1）主缸公稱(chēng)壓力 75KN
（2）主缸回程力 30KN
（3）頂出缸公稱(chēng)壓力 10KN
（4）頂出缸回程力 6KN
（5）滑塊距工作臺(tái)最大距離 800mm
（6）滑塊行程 600mm
（7）頂出行程 200mm
（8）工作壓力 20MPa
（9）滑塊速度 快進(jìn)速度 200mm/s
工進(jìn)速度 20mm/s
回程 200mm/s
（10）頂出速度 頂出 100mm/s
回程 150mm/s
2.2 工況分析
2.2.1工作循環(huán)分析
根據(jù)上述液壓壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的分析可知，液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)為：
主缸：快速下行→慢速加壓→保壓→卸壓→快速回程→原位停止
頂出缸：慢速頂出→快速退回
故繪制出液壓壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)圖，如圖2-2所示：
圖2-2液壓壓力機(jī)工作循環(huán)圖
2.2.2負(fù)載分析
根據(jù)提供的工況條件，立式安裝的主液壓缸活塞桿帶動(dòng)滑塊及動(dòng)橫梁在立柱上滑行時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量為300Kg。
（1）工作負(fù)載
工作負(fù)載：
（2）摩擦負(fù)載
由于導(dǎo)柱與滑塊垂直，摩擦負(fù)載較小，可忽略不計(jì)，故：
靜摩擦阻力：
動(dòng)摩擦阻力：
（3）慣性負(fù)載
自重:
（4）液壓缸在各工作階段的負(fù)載值：
——液壓缸的機(jī)械效率，一般取=0.9-0.97。本處取=0.9
表2-1工作循環(huán)各階段的外負(fù)載
工況
負(fù)載組成
推力 F/
快進(jìn)
工進(jìn)
快退
根據(jù)主缸的工藝要求和參數(shù)，將各執(zhí)行元件在各階段的速度用圖2-3所示的速度-位移（v-s）曲線(xiàn)表示。將各執(zhí)行元件在各階段所需克服的負(fù)載用圖2-4所示的負(fù)載-位移（F-s）曲線(xiàn)表示。
圖2-2 主缸速度循環(huán)圖 圖2-3主缸負(fù)載循環(huán)圖
第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1確定液壓系統(tǒng)方案
液壓機(jī)的特點(diǎn)是在行程中壓力變化很大，所以在行程中不同階段保證達(dá)到規(guī)定的壓力是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首先要考慮的。確定液壓系統(tǒng)方案時(shí)要重點(diǎn)考慮下列問(wèn)題：
3.1.1快速行程方式
液壓機(jī)液壓缸的尺寸較大，在快速下行時(shí)速度也較大，從工況圖看出，此時(shí)需要的流量較大（289.4 L/min），這樣大流量的油液如果由液壓泵供給；則泵的容量會(huì)很大。液壓機(jī)常采用的快速行程方式可以有許多種，本機(jī)采用自重快速下行方式。因?yàn)閴簷C(jī)的運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向在快速行程中是垂直向下，可以利用運(yùn)動(dòng)部件的重量快速下行；在壓力機(jī)的最上部設(shè)計(jì)一個(gè)充液筒（高位油箱），當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件快速下行時(shí)高壓泵的流量來(lái)不及補(bǔ)充液壓缸容積的增加，這時(shí)會(huì)形成負(fù)壓，上腔不足之油，可通過(guò)充液閥、充液筒吸取。高壓泵的流量供慢速工進(jìn)和回程之用。此方法的優(yōu)點(diǎn)為不需要輔助泵和能源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
3.1.2調(diào)速方式
液壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件在下行行程中快接近制件時(shí)，應(yīng)該由快速變換為較慢的工進(jìn)速度。減速方式主要有壓力順序控制和行程控制兩種方式；壓力順序控制是利用運(yùn)動(dòng)部件接觸制件后負(fù)荷增加使系統(tǒng)壓力升高到一定值時(shí)自動(dòng)變換速度。本系統(tǒng)擬選用機(jī)動(dòng)控制的伺服變量軸向柱塞泵（CCY型）作動(dòng)力源，液壓泵的輸出流量可由行程擋塊來(lái)控制，在快速下行時(shí)，液壓泵以全流量供油，當(dāng)轉(zhuǎn)換成工作行程（工進(jìn)）時(shí)，行程擋塊使液壓泵的流量減小，在最后20 mm內(nèi)擋塊使液壓泵流量減到零；當(dāng)液壓缸工作行程結(jié)束反向時(shí)，行程擋塊又使液壓泵的流里恢復(fù)到全流量。與液壓泵的流量相配合（協(xié)調(diào)），在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)換為工作行程時(shí)，電氣擋塊碰到行程并關(guān)，發(fā)信號(hào)使電磁換向閥5的電磁鐵3YA得電，控制油路K不能通至液控單向閥8，閥8關(guān)閉，此時(shí)單向順序閥2不允許滑塊等以自重下行。只能靠泵向液壓缸上腔供油強(qiáng)制下行，速度因而減慢。
3.1.3保壓方式
在工進(jìn)行程中不同階段的系統(tǒng)壓力決定于負(fù)載，為了保證安全，應(yīng)該限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，本系統(tǒng)擬在變量泵的壓油口與主油路間并聯(lián)一只溢流閥作安全閥用。
有時(shí)工進(jìn)工藝要求液壓缸在工進(jìn)行程結(jié)束后保壓一定時(shí)間，保壓方法有停液壓泵保壓與開(kāi)液壓泵保壓兩種，本系統(tǒng)根據(jù)壓機(jī)的具體情況擬采用開(kāi)液壓泵保壓；此法的能量消耗較前一種大。但系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單。
3.1.4泄壓換向方法
液壓機(jī)在工進(jìn)行程完畢或進(jìn)入保壓狀態(tài)后，主液壓缸上腔壓力很高，此時(shí)由于主機(jī)彈性變形和油液受到壓縮，儲(chǔ)存了相當(dāng)大的能量。工作行程結(jié)束后反向行程開(kāi)始之前液壓缸上腔如何泄壓（控制泄壓速度）是必須考慮的問(wèn)題，實(shí)踐已證明，若泄壓過(guò)快，將引起劇烈的沖擊、振動(dòng)和驚人的聲音，甚至?xí)蛞簤簺_擊而使元件損壞。此問(wèn)題在大型液壓機(jī)中愈加重要。
各種泄壓方法的原理是在活塞回程之前，當(dāng)液壓缸下腔油壓尚未升高時(shí)，先使上腔的高壓油接通油箱，以一定速度使上腔高壓逐步降低。本例采用帶阻尼狀的電液動(dòng)換向閥，該閥中位機(jī)能是H型，控制換向速度，延長(zhǎng)換向時(shí)間，就可以使上腔高壓降低到一定值后才將下腔接通壓力油（見(jiàn)圖3-1）。此法最為簡(jiǎn)單，適合于小型壓機(jī)。
3.1.5互鎖控制回路
為保障頂出缸的安全，在主缸動(dòng)作時(shí)，必須保證頂出缸的活塞下行到最下位置。本例采用兩個(gè)換向閥適當(dāng)串聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)兩缸的互鎖控制（見(jiàn)圖3-1）。從圖3-1中可見(jiàn)，只有在閥6處于右位工作時(shí)，即頂出缸活塞是下行狀態(tài)時(shí)壓力油才會(huì)通入換向閥4，主缸才能動(dòng)作。當(dāng)閥6處于左位工作，頂出缸為上行狀態(tài)時(shí)，只有壓力很低的回油通至閥4，主缸才不能動(dòng)作。
3.2 液壓原理圖的擬定
在以上分析的基礎(chǔ)上，擬定的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示。
圖3-1 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：
液壓泵起動(dòng)后，電液換向閥4及6處于中位，液壓泵輸出油液經(jīng)背壓閥7再經(jīng)閥6的中位低壓卸荷，此時(shí)主缸處于最上端位置而頂出缸在最下端位置，電磁鐵2YA得電，換向閥6在右位工作，此時(shí)5YA得電，換向閥4也在右位工作，液壓泵輸出的壓力油進(jìn)入主缸上腔，此時(shí)3YA也得電，控制油路經(jīng)閥5通至液控單向閥3，使閥3打開(kāi)，主缸下腔的油能經(jīng)閥3很快排入油箱，主缸在自重作用下實(shí)現(xiàn)快速空程下行，由于活塞快速下行時(shí)液壓泵進(jìn)入主缸上腔的流量不足，上腔形成負(fù)壓，充液筒中的油液經(jīng)充液閥（液控單向閥）1吸入主缸。
當(dāng)電氣擋塊碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)3YA失電，控制油路斷開(kāi)，閥3關(guān)閉，此時(shí)單向順序閥（平衡閥）2使主缸下腔形成背壓，與移動(dòng)件的自重相平衡。自重快速下行結(jié)束。與此同時(shí)用行程擋塊使液壓泵的流量減小，主缸進(jìn)入慢速下壓行程，在此行程中可以用行程擋塊控制液壓泵的流量適應(yīng)工進(jìn)速度的要求。由壓力表刻度指示達(dá)到工進(jìn)行程的終點(diǎn)。
行程過(guò)程結(jié)束后，可由手動(dòng)按鈕控制使5YA失電，4YA得電，換向閥4換向，由于閥2帶阻尼器，換向時(shí)間可以控制，而閥4的中位機(jī)能是H型，閥處于中位時(shí)使主缸上腔的高壓油泄壓，然后閥4再換為左位，此時(shí)壓力油經(jīng)閥2的單向閥進(jìn)入主缸下腔，由于下腔進(jìn)油路中的油液具有一定壓力；故控制油路可以使閥1打開(kāi)，主缸上腔的油液大部分回到充液筒，一部分經(jīng)閥4排回油箱，此時(shí)主缸實(shí)現(xiàn)快速回程。充液筒油液充滿(mǎn)后，溢出的油液可經(jīng)油管引至油箱。
回程結(jié)束后，閥4換至中位，主缸靜止不動(dòng)。
1YA得電，2YA失電，閥6換至左位，壓力油進(jìn)入頂出缸下腔，頂出缸頂出制件，然后1YA失電，2YA得電，閥6換至右位，頂出缸回程；回程結(jié)束后，2 YA失電，閥6換至中位，工作循環(huán)完成，系統(tǒng)回到原始狀態(tài)。
3.3液壓元件的計(jì)算與選擇
3.3.1 液壓泵的選擇
① 液壓泵的最高工作壓力就是液壓缸慢速下壓行程終了時(shí)的最大工作壓力
pp ===19.6MPa
因?yàn)樾谐探K了時(shí)流量q＝0，管路和閥均不產(chǎn)生壓力損失；而此時(shí)液壓缸排油腔的背壓已與運(yùn)動(dòng)部件的自重相平衡，所以背壓的影響也可不計(jì)。
② 液壓泵的最大流量
qp≥K（∑q）max
泄漏系數(shù)K = 1.1~1.3，此處取K = 1.1。由工況圖知快速下降行程中q為最大（q = 289.41 L/min），但此時(shí)已采用充液筒充液方法來(lái)補(bǔ)充流量，所以不按此數(shù)值計(jì)算，而按回程時(shí)的流量計(jì)算。
qmax=q3=59.9 L/min
qp =1.1q3=1.1×59.9=65.9 L/min
③ 根據(jù)已算出的qP和pP，選軸向杜塞泵型號(hào)規(guī)格為63CCY14-1B，其額定壓力為32 MPa，滿(mǎn)足25~60％壓力儲(chǔ)備的要求。排量為63m L/r，電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min，
故額定流量為：q=qn==94.5L/min
額定流量比計(jì)算出的qP大，能滿(mǎn)足流量要求，此泵的容積效率ηv =0.92。
3.3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)功率：驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)的功率可以由工作循環(huán)中的最大功率來(lái)確定；由工況分析知，最大功率為5.76 kW，取泵的總效率為η泵=0.85，則：
P===6.78 kW
選用功率為7.5 kW，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：Y132m-4（Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)）。
3.3.3 液壓閥的選擇
液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中用來(lái)控制液流的壓力、流量和流動(dòng)方向的控制元件,是影響液壓系統(tǒng)性能，可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要元件。
（1）方向控制閥的選擇
方向控制閥簡(jiǎn)稱(chēng)方向閥，主要用來(lái)通斷油路或切換油液流動(dòng)的方向，以滿(mǎn)足對(duì)執(zhí)行元件的啟停和運(yùn)動(dòng)方向的要求。其中有單向閥和換向閥兩種。
（2）壓力控制閥的選擇
在液壓傳動(dòng)中，用來(lái)控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力高低的閥類(lèi)稱(chēng)壓力控制閥。按其功能和用途不同可分為溢流閥、減壓閥、順序閥和背壓閥等。
（3）流量控制閥的選擇
調(diào)速閥是進(jìn)行了壓力補(bǔ)償?shù)墓?jié)流閥。它由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成，節(jié)流閥用來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)的流量，單向閥則用來(lái)控制油液流動(dòng)方向，防止油液反向流動(dòng)。
閥2、4、6、7通過(guò)的最大流量均等于qP，
而閥1的允許通過(guò)流量為q：
q =q1–qP=289.4–65.9=223.5 L/min
閥3的允許通過(guò)流量為
q =q1=289.4=67.9 L/min
閥8是安全閥，其通過(guò)流量也等于qP。
以上各閥的工作壓力均取p＝32 MPa。
本系統(tǒng)所選用的液壓元件見(jiàn)表3.1。
表3.1液壓機(jī)液壓元件型號(hào)規(guī)格明細(xì)表
表3.1 液壓元件明細(xì)表
序 號(hào)
名 稱(chēng)
型 號(hào)
1
液控單向閥
SV30P-30B
2
單向順序閥（平衡閥）
DZ10DP1-40BY
3
液控單向閥
SV20P-30B
4
電液換向閥
WEH25H20B106AET
5
電磁換向閥
3WE4A10B
6
電液換向閥
WEH25G20B106AET
7
順序閥
DZ10DP140B210M
8
溢流閥（安全閥）
DBDH20P10B
9
軸向柱塞泵
63CCY14-1B
10
主液壓缸
自行設(shè)計(jì)
11
頂出液壓缸
自行設(shè)計(jì)
12
壓力表
Y-100
13
壓力表開(kāi)關(guān)
KF-L8/20E
3.3.4輔助元件的設(shè)計(jì)
（1）濾油器的選擇
在系統(tǒng)中安裝一定精度的濾油器，是保證液壓系統(tǒng)正常工作的必要手段。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格和尺寸參數(shù)選擇濾油器型號(hào)：XU-22X100[16]。
（2）油管的選擇
油管內(nèi)徑d按下式計(jì)算：
其中，-油管的最大流量；查文獻(xiàn)資料得工況中系統(tǒng)的最大流量為18.6L/min。
-管道內(nèi)允許的流速，一般吸油管取0.5～5m/s，壓力油管取 2.5～5 m/s，回油管取1.5～2 m/s。
表3.2 各管路流速選值
管道
流速（m/s）
回油管路
2
吸油管路
1.3
壓力油管路
4
計(jì)算出內(nèi)徑d后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選出相應(yīng)的管子。
油管壁厚δ按下式計(jì)算：
其中，-管內(nèi)最大工作壓力，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得最大工作壓力為30MPa；
—管道內(nèi)徑；
-管道材料的許用應(yīng)力；
=；
—管道材料的抗拉強(qiáng)度；根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，其抗拉強(qiáng)度取340MPa;
-安全系數(shù)，鋼管P＜7 MPa時(shí)，取=8；P＜17.5 MPa時(shí)，取=6；
P＞17.5 MPa時(shí)，取=4，所以安全系數(shù)取=4。
根據(jù)計(jì)算出的油管內(nèi)徑和壁厚，查手冊(cè)選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管 [18]。
表3.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格油管
管路名稱(chēng)
允許流速/
管道內(nèi)徑/
實(shí)際取值/
壁厚/
吸油管
1.3
0.0174
0.018
3.5
壓油管
4
0.0099
0.011
2
回油管
2
0.0014
0.015
3
（3）油箱容量的選擇
初步確定油箱的有效容積,跟據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定油箱的容量：
其中，-液壓泵每分鐘排出的壓力油的容積；
-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
已知所選泵的總流量為20L/min,這樣，液壓泵每分鐘排出的壓力油體積為20L，查表3.4選取=4[18][19]，故：
表3.4 油箱經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表
系統(tǒng)類(lèi)型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金系統(tǒng)
1～2
2～4
5～7
6～12
10
根據(jù)上述液壓元件的選擇，各個(gè)液壓元件型號(hào)如下：
表3.5 液壓元件的型號(hào)
序號(hào)
元件名稱(chēng)
型號(hào)
1
單向閥
I-10B
2
三位四通電磁閥
24D-25B
3
兩位四通電磁閥
4WE6D61B
4
行程閥
XQ250612
5
背壓閥
DB10K2-4X-100YV
6
減壓閥
J-25B
7
調(diào)速閥
2FRM-16
8
濾油器
XU-22X100
3.3.5液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算
因?yàn)槁偌訅涸诠ぷ餮h(huán)中所占的時(shí)間最長(zhǎng)，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油箱升溫可按慢速加壓工況來(lái)計(jì)算。通過(guò)查得液壓缸卸荷閥的流量，取壓力損失值，。
慢速加壓時(shí)的壓力損失：
慢速加壓時(shí)泵的工作壓力：
(取)
慢速加壓時(shí)液壓缸的輸入功率查表4-1可知為18.8W。
系統(tǒng)總發(fā)熱功率：
有效散熱面積：
取油箱散熱系數(shù)：·
油箱升溫為：
設(shè)環(huán)境溫度則熱平衡溫度為：
此熱平衡溫度小于允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器[20]。
第四章 液壓缸設(shè)計(jì)
4.1液壓缸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1液壓缸的類(lèi)型
圖4-1雙作用單活塞桿液壓缸
液壓缸選用雙作用單活塞桿液壓缸，活塞在行程終了時(shí)緩沖。因?yàn)楣ぷ鬟^(guò)程中需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從圖可見(jiàn)，油缸被活塞頭分隔為兩腔，側(cè)面有兩個(gè)進(jìn)油口，因此，可以獲得往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。實(shí)質(zhì)上起到兩個(gè)柱塞缸的作用。此種結(jié)構(gòu)形式的油缸，在中小型液壓機(jī)上應(yīng)用最廣。
4.1.2鋼筒的連接結(jié)構(gòu)
在設(shè)計(jì)中上、頂出缸都選擇法蘭連接方式。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工，易裝卸。
主缸采用前端法蘭安裝，頂出缸采用后端法蘭安裝。
缸口部分采用了Y形密封圈、導(dǎo)向套、O形防塵圈和鎖緊裝置等組成，用來(lái)密封和引導(dǎo)活塞桿。由于在設(shè)計(jì)中缸孔和活塞桿直徑的差值不同，故缸口部分的結(jié)構(gòu)也有所不同。
4.1.3缸底結(jié)構(gòu)
缸底結(jié)構(gòu)常應(yīng)用有平底、圓底形式的整體和可拆結(jié)構(gòu)形式。
平底結(jié)構(gòu)具有易加工、軸向長(zhǎng)度短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。所以目前整體結(jié)構(gòu)中大多采用平底結(jié)構(gòu)。圓底整體結(jié)構(gòu)相對(duì)于平底來(lái)說(shuō)受力情況較好，因此，在相同應(yīng)力，重量較輕。另外，在整體鑄造的結(jié)構(gòu)中，圓形缸底有助于消除過(guò)渡處的鑄造缺陷。但是，在液壓機(jī)上所使用的油缸一般壁厚均較大，而缸底的受力總是較缸壁小。因此，上述優(yōu)點(diǎn)就顯得不太突出，這也是目前在整體結(jié)構(gòu)中大多采用平底結(jié)構(gòu)的一個(gè)原因。然而整體結(jié)構(gòu)的共同缺點(diǎn)為缸孔加工工藝性差，更換密封圈時(shí)，活塞不能從缸底方向拆出，但由于較可拆式缸底結(jié)構(gòu)受力情況好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，因此在中小型液壓機(jī)中使用也較廣。在設(shè)計(jì)中選用的是平底結(jié)構(gòu)。
4.1.4油缸放氣裝置
通常油缸在裝配后或系統(tǒng)內(nèi)有空氣進(jìn)入時(shí)，使油缸內(nèi)部存留一部分空氣，而常常不易及時(shí)被油液帶出。這樣，在油缸工作過(guò)程中由于空氣的可壓縮性，將使活塞行程中出現(xiàn)振動(dòng)。因此，除在系統(tǒng)采取密封措施、嚴(yán)防空氣侵入外，常在油缸兩腔最高處設(shè)置放氣閥，排出缸內(nèi)殘留的空氣，使油缸穩(wěn)定的工作排氣閥的結(jié)構(gòu)形式包括整體式和組合式。在設(shè)計(jì)中選用的是整體式。
整體式排氣閥閥體與閥針合為一體，用螺紋與鋼筒或缸蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時(shí)，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面間隙中擠出，并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣閥簡(jiǎn)單、方便、但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣閥后不能密封，會(huì)造成泄露。
4.1.5緩沖裝置
緩沖裝置的工作原理是使鋼筒低壓腔內(nèi)油液(全部或部分)通過(guò)節(jié)流把動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，熱能則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外緩沖裝置的結(jié)構(gòu)有恒節(jié)流面積緩沖裝置和變節(jié)流型緩沖裝置。在設(shè)計(jì)中我采用的是恒節(jié)流面積緩沖裝置，此類(lèi)緩沖裝置在緩沖過(guò)程中，由于其節(jié)流面積不變，故在緩沖開(kāi)始時(shí)，產(chǎn)生的緩沖制動(dòng)力很大，但很快就降低下來(lái)，最后不起什么作用，緩沖效果很差。但是在一般系列化的成品液壓缸中，由于事先無(wú)法知道活塞的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度以及運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量和載荷等，因此為了使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)，降低制造成本，仍多采用此種節(jié)流緩沖方式。
4.2 缸體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)確定
4.2.1直徑參數(shù)
（1）主缸的內(nèi)徑
（注：所用公式都來(lái)源于文獻(xiàn)【10】【17】）
===0.206m
按標(biāo)準(zhǔn)取整=0.220m
（2）主缸活塞桿直徑
===0.175m
按標(biāo)準(zhǔn)取整=0.180m
（3）主缸實(shí)際壓力:
=
（4）主缸實(shí)際回程力:
=
（5）活塞桿直徑d的校核
表4-3 活塞桿所選材料
型號(hào)
≥／MPa
≥／MPa
≥／%
45MnB
1030
835
9
d=0.05m滿(mǎn)足要求
F—活塞桿上的作用力
—活塞桿材料的許用應(yīng)力，=/1.4
4.2.2 主缸進(jìn)油流量與排油流量
（1）快速空行程時(shí)的活塞腔進(jìn)油流量
=
（2）快速空行程時(shí)的活塞腔的排油流量
==
（3）工作行程時(shí)的活塞腔進(jìn)油流量
==
（4）工作行程時(shí)的活塞腔的排油流量
==
（5）回程時(shí)的活塞桿腔進(jìn)油流量
==
（6）回程時(shí)的活塞腔的排油流量
==
4.3 液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
4.3.1筒壁厚計(jì)算與校核
（1）筒壁厚 計(jì)算
公式: =++
當(dāng)～0.3時(shí)，用使用公式:
==0.042 m
取 =0.050m
--為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小，M
--為鋼筒外徑公差余量，M
--為腐蝕余量，M
--試驗(yàn)壓力，16M時(shí)，取=1.25P
P—管內(nèi)最大工作壓力為25 M
--鋼筒材料的許用應(yīng)力，M =/n
--鋼筒材料的抗拉強(qiáng)度，M
n—安全系數(shù)，通常取n=5
當(dāng)時(shí),材料使用不夠經(jīng)濟(jì),應(yīng)改用高屈服強(qiáng)度的材料。
（2）筒壁厚校核：
額定工作壓力, 應(yīng)該低于一個(gè)極限值,以保證其安全.
MPa=0.35=44MPa
=外徑 D=內(nèi)徑
同時(shí)額定工作壓力也應(yīng)該完全塑性變形的發(fā)生:
=2.3320=98.3MPa
--缸筒完全塑性的變形壓力,
--材料屈服強(qiáng)度MPa
--鋼筒耐壓試驗(yàn)壓力，MPa
=34.4~41.3 MPa
（3）缸筒的暴裂壓力
=2.3610=187.4MPa
4.3.2缸筒底部計(jì)算與校核
（1）缸筒底部厚度計(jì)算
缸筒底部為平面時(shí):
0.4330.433mm
取 mm --筒底厚，MM
（2）核算缸底部分強(qiáng)度
按照平板公式即米海耶夫推薦的公式計(jì)算，缸底進(jìn)油孔直徑為φ20cm則
Ψ===0.6875
= =69.8 MPa
按這種方法計(jì)算[]=100MPa <[] 所以安全
4.3.3缸筒端部法蘭設(shè)計(jì)與校核
（1）缸筒端部法蘭厚度
==40.4mm
取 h=45mm
--法蘭外圓半徑;
--螺孔半徑; 螺釘 – M20
b—螺釘中心到倒角端的長(zhǎng)度
=32cm = 42cm =48.5cm = =10cm h=10cm
= =37cm = = =47.25cm
圖3-2 部分工作缸
（2）校核法蘭部分強(qiáng)度
==0.067cm
其中P===110.2=11.02KN/cm
==0.0335
=0.367
=1 ==0.42
所以 =95.1MPa
=57.1+34.6=91.7 MPa<[] 滿(mǎn)足要求
依據(jù)上面公式當(dāng)墊片的厚度為大于10cm時(shí)就能滿(mǎn)足要求，為了滿(mǎn)足橫梁的強(qiáng)度和工藝性，墊片厚度選用25cm。因此可以推算橫梁的厚度取大于25cm即滿(mǎn)足要求。
4.3.4螺栓的設(shè)計(jì)與校核
（1）缸筒法蘭連接螺釘：
表2.2 螺釘所選材料
型號(hào)
≥／MPa
≥／MPa
≥／%
35
540
320
17
（a）螺釘處的拉應(yīng)力
=MPa==4.5MPa
z-螺釘數(shù)8根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m
（b）螺紋處的剪應(yīng)力:
=0.475MPa
=MPa
-屈服極限 -安全系數(shù); 5
（c）合成應(yīng)力:
== MPa
（2）墊片與橫梁間螺釘?shù)男：耍?
（a）螺釘處的拉應(yīng)力
=MPa==3.8MPa
z-螺釘數(shù)8根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m
（b）螺紋處的剪應(yīng)力:
=0.475 MPa
= MPa
-屈服極限 -安全系數(shù); 5
（c）合成應(yīng)力:
== MPa
第五章 液壓壓力機(jī)機(jī)體設(shè)計(jì)
5.1 立柱設(shè)計(jì)
5.1.1立柱設(shè)計(jì)計(jì)算
先按照中心載荷進(jìn)行初步核算，許用應(yīng)力[]不應(yīng)大于55，并參照同類(lèi)型液壓機(jī)的立柱，初步定出立柱直徑。
按標(biāo)準(zhǔn)選取立柱螺紋。
立柱螺紋區(qū)到光滑區(qū)過(guò)渡圓角應(yīng)盡可能取大些，最好在30~50mm之間。
原設(shè)計(jì)主要參數(shù)為：
F=75KN
H=900mm
B=360mm(寬邊立柱中心距)
d=30cm(立柱光滑部分直徑)
e=10cm(允許偏心距)
n=4（立柱的根數(shù)）
立柱材料為45#鋼，中頻淬火≥620MPa，≥375MPa
中心載荷時(shí)的應(yīng)力：
===22.2 （5-1）
偏心載荷靜載荷合成應(yīng)力 由于小型液壓機(jī)，可將立柱考慮為插入端的懸臂梁，m=0.25
=+=+=22.2+74.1=96.3 （5-2）
<150,因此是安全的。
對(duì)于截面的45#鋼，≥375MPa，尺寸系數(shù)已考慮在內(nèi)，立柱表面為精車(chē)，對(duì)于正火的45#鋼，表面質(zhì)量系數(shù)為0.9，因此[]可取為300MPa.過(guò)渡圓角半徑為30mm.
疲勞強(qiáng)度校核：
==0.1 （5-3）
==0.107 （5-4）
從文獻(xiàn)【10】中查出=1.58
K=1=0.70（1.58-1）=1.41 （5-5）
=K=1.41×96.3=104.4<300 （5-6）
[]為200MPa, 因此是安全的。
立柱是液壓機(jī)重要的支承件和受力件，同時(shí)又是活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向基準(zhǔn)。因此，立柱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與剛度，導(dǎo)向表面應(yīng)有足夠的精度，光潔度和必要的硬度。
5.1.2連結(jié)形式
立柱式機(jī)架是常見(jiàn)的機(jī)架形式，一般由4根立柱通過(guò)螺母將上、下橫梁緊固地連結(jié)在一起，組成一個(gè)剛性的空間框架。在這個(gè)框架中，既安裝了液壓機(jī)本體的主要零部件，又在液壓機(jī)工作時(shí)，承受液壓機(jī)的全部工作載荷，并作為液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)部分的導(dǎo)向。整個(gè)機(jī)架的剛度與精度，在很大程度上取決于立柱與上、下橫梁的連接形式與連接的緊固程度。
圖5-1中、小型液壓機(jī)立柱連結(jié)形式
在中、小型液壓機(jī)中，常用的連結(jié)形式有以下4種：
（1）立柱用臺(tái)肩分別支承上、下橫梁，然后用外鎖緊螺母上、下予以鎖緊。這種結(jié)構(gòu)中，上橫梁下表面（工作臺(tái)）上表面間的距離與平行度，全靠4根立柱臺(tái)肩間尺寸的一致性來(lái)保證，因此裝配簡(jiǎn)單，不需調(diào)整，裝配后機(jī)架的精度也無(wú)法調(diào)整，且對(duì)立柱臺(tái)肩間尺寸精度的加工要求很高。因此，這種結(jié)構(gòu)僅在無(wú)精度要求的小型簡(jiǎn)易液壓機(jī)中采用。
（2）內(nèi)外螺母式，即在立柱上分別用內(nèi)、外兩個(gè)螺母來(lái)固定上、下橫梁，用內(nèi)螺母來(lái)起上述臺(tái)肩的支承作用，用外鎖緊螺母上、下予以鎖緊。上橫梁下表面的水平度以及下橫梁（工作臺(tái)）上表面的水平度，兩個(gè)表面之間的平行度與間距的保持，全靠安裝時(shí)內(nèi)螺母的調(diào)整，因此，對(duì)立柱的有關(guān)軸向尺寸要求不高，但對(duì)立柱螺紋精度（與立柱軸線(xiàn)的平行度）及內(nèi)螺母精度（內(nèi)螺母的螺紋對(duì)于上、下橫梁貼合面的垂直度）要求較高，安裝時(shí)調(diào)整比較麻煩。
（3）在與上橫梁連結(jié)處用臺(tái)肩代替內(nèi)螺母，精度調(diào)節(jié)和加工均不很復(fù)雜，但立柱預(yù)緊不如第2種方便。
（4）與第3種形式基本相同，只是在下橫梁處用臺(tái)肩代替內(nèi)螺母，但精度調(diào)節(jié)比第3種簡(jiǎn)便可靠。
在設(shè)計(jì)中選用的是第四種連結(jié)方式。
圖5-2 組合式立柱螺母
5.1.3立柱的螺母及預(yù)緊
立柱螺母一般為圓柱形，小液壓機(jī)的立柱螺母是整體的，立柱直徑在150mm以上時(shí)，做成組合式，由兩個(gè)半螺栓緊固而成，材料用35~45鍛鋼或鑄鋼。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中我選用的立柱為300mm，所以采用此種結(jié)構(gòu)。
立柱螺母的尺寸已有機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 2001.73——1999，螺母外徑約為螺紋直徑的1.5倍，內(nèi)螺母一般與螺母等高，約為螺紋直徑的0.9倍。
25MN以下的液壓機(jī)，其立柱多做成實(shí)心的，實(shí)心的立柱的兩端要鉆出預(yù)緊螺母用的加熱孔。
立柱的預(yù)緊分加熱預(yù)緊與液壓預(yù)緊。本次設(shè)計(jì)選用的是加熱預(yù)緊方式。
加熱預(yù)緊 比較常用的方法，為此，立柱端部應(yīng)鉆有加熱孔，其深度應(yīng)大于橫梁的高度。在立柱及上橫梁安裝好后，先將內(nèi)、外螺母冷態(tài)擰緊，然后用電熱棒或通入蒸汽等加熱方法使立柱端部伸長(zhǎng)，達(dá)到一定溫度后，將外螺母再向下擰過(guò)一個(gè)角度，一般是用螺母外徑上一點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)來(lái)度量。立柱冷卻后，就在螺母與橫梁之間產(chǎn)生一個(gè)很大的預(yù)緊力，使螺母不易松動(dòng)。加熱時(shí)應(yīng)注意兩對(duì)角立柱同時(shí)加熱。
5.1.4 立柱的導(dǎo)向裝置
活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)及工作時(shí)，一般以立柱為導(dǎo)向，由于活動(dòng)橫梁往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻繁，且在偏心加壓時(shí)有很大的側(cè)推力，因此，不可能讓活動(dòng)橫梁與立柱直接接觸，互相磨損，必須選擇耐磨損、易更換的材料作為兩者之間的導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置的質(zhì)量直接關(guān)系到活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)精度及被加工件的尺寸精度，也會(huì)影響到工作缸密封件與導(dǎo)向面的磨損情況，對(duì)模具壽命及機(jī)身的受力情況也均有影響，為此，必須合理選擇導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)及配合要求。
圖5-3 導(dǎo)套
導(dǎo)向裝置可分為導(dǎo)套與平面導(dǎo)板兩大類(lèi)。
（1）導(dǎo)套
對(duì)于圓截面的立柱，都是在活動(dòng)橫梁的立柱孔中采用導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，又可分為圓柱面導(dǎo)套和球面導(dǎo)套。
（2）圓柱面導(dǎo)套
在活動(dòng)橫梁的立柱孔中，各裝有上、下兩個(gè)導(dǎo)套，它們由兩半組成，為了拆裝方便，兩半導(dǎo)套的剖分面最好有的斜度，導(dǎo)套兩端裝有防塵用的氈墊。這種導(dǎo)套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。
本次設(shè)計(jì)中采用這種形式的導(dǎo)套。
導(dǎo)套的材料計(jì)算
導(dǎo)套材料一般采用鑄錫青銅ZQSn6-6-3，小液壓機(jī)也有用鐵基粉末冶金的。
導(dǎo)套比壓q的計(jì)算
=1.33 MPa 滿(mǎn)足要求 （5-7）
式中 T——機(jī)架計(jì)算中求得立柱上的側(cè)推力（N）
d——導(dǎo)套內(nèi)孔直徑 (m)
c——導(dǎo)套高度（m）
[q]——許用比壓 （MPa），對(duì)于ZQSn6-6-3，[q]=6~8 MPa
5.1.5 限程套
為防止運(yùn)動(dòng)部分超程，有些液壓機(jī)在下橫梁的4個(gè)立柱上安裝限程套，一般為對(duì)開(kāi)式，上、下兩端應(yīng)平行，4個(gè)限程套高度應(yīng)一致，內(nèi)孔比立柱直徑大1-2mm，用鑄鐵制造。
圖5-4 立柱安裝限程套
5.2 底座設(shè)計(jì)
底座安裝于工作臺(tái)下部，與基礎(chǔ)相連。底座僅承受機(jī)器之總重量。
底座材料可選用鑄鐵件或焊接結(jié)構(gòu)。主要考慮到外形的美觀(guān)，對(duì)精度無(wú)要求。
5.3 橫梁設(shè)計(jì)
5.3.1 上橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
橫梁由鑄造制成，目前以鑄造為多，一般采用ZG35B鑄鋼。 橫梁的寬邊尺寸由立柱的寬邊中心距確定，上梁和活動(dòng)梁的窄邊尺寸應(yīng)盡可能小些，以便鍛造天車(chē)的吊鉤容易接近液壓機(jī)中心，梁的中間高度則由強(qiáng)度確定。
設(shè)計(jì)上橫梁時(shí)，為了減輕重量，根據(jù)“ 等強(qiáng)度梁”的概念，設(shè)計(jì)成圖所示的不等高梁，即立柱柱套處的高度h 小于中間截面的高度H。但在過(guò)渡區(qū)( A處) 會(huì)有應(yīng)力集中。
由于上橫梁外形尺寸很大，為了節(jié)約金屬和減輕重量，盡量使各個(gè)尺寸在允許的范圍內(nèi)降到最小。梁體做成箱形結(jié)構(gòu)，在安裝缸的地方做成圓筒形，安裝立柱的地方做成方筒形，中間加設(shè)筋板，以提高剛度，降低局部應(yīng)力。
圖5-4梁的不等高結(jié)構(gòu)
5.3.2活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）活動(dòng)橫梁的主要作用
與工作缸柱塞桿連接傳遞液壓機(jī)的壓力，通過(guò)導(dǎo)向套沿立柱導(dǎo)向面上下往復(fù)運(yùn)動(dòng);安裝固定模具及工具等。因此需要有較好的強(qiáng)度、剛度及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)?；顒?dòng)橫梁上部與工作缸柱塞相連，下部與上模座相連，梁體結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)都很復(fù)雜。當(dāng)液壓機(jī)工作時(shí)，高壓液體作用于柱塞的力是通過(guò)活動(dòng)橫梁及上砧傳遞到鍛件上而做功，活動(dòng)橫梁的上下運(yùn)動(dòng)則依靠梁與立柱的導(dǎo)向裝置。
（2）活塞桿與橫梁的連接
剛性連接 柱塞下端插入活動(dòng)橫梁內(nèi)。此種連接方式在偏心載時(shí)，柱塞跟隨活動(dòng)橫梁一起傾斜，將動(dòng)梁所受偏心力矩的一部分傳給工缸導(dǎo)向套，使導(dǎo)向套承受側(cè)向水平推力或一對(duì)力偶，從而加劇導(dǎo)向套及封的磨損。單缸液壓機(jī)或三缸液壓機(jī)的中間工作缸多采取此種結(jié)構(gòu)。
在活塞桿焊接法蘭用螺釘與橫梁連接，用12根M30的螺釘，達(dá)到預(yù)緊的目的。
5.3.3 下橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
下橫梁的剛度要求應(yīng)略嚴(yán)一些，以保證整個(gè)壓機(jī)的剛性。下橫梁直接與立柱、拉桿、工作臺(tái)、回程缸和頂出器相連，梁體結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)都很復(fù)雜。對(duì)于下橫梁，其設(shè)計(jì)原則與上橫梁相同，是在滿(mǎn)足相連部件最小幾何尺寸要求和工藝要求的條件下，盡可能縮減其縱向、橫向尺寸，這是有效提高梁的剛度、強(qiáng)度和減輕梁的重量應(yīng)首先把握的主要原則。
5.3.4 各橫梁參數(shù)的確定
因?yàn)橐簤焊着c橫梁間的墊片厚度為25cm，因此可以推算橫梁的厚度取大于25cm即滿(mǎn)足要求?？紤]在墊片與橫梁的連接面積比墊片與液壓缸的連接面積少一半所以上橫的受力部分厚度選用50cm，因?yàn)橛锌招牟糠?，所以整體厚度選用75cm?；顒?dòng)橫梁受力部分為35cm，整體厚度選用50cm。因?yàn)轫敵龈椎墓Q(chēng)壓力小，但受力打，所以整體厚度選用40cm。
總 結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)畢業(yè)生四年大學(xué)生活及學(xué)習(xí)的一次總結(jié)，是對(duì)畢業(yè)生的一次考核，通過(guò)設(shè)計(jì)的構(gòu)思，可以看出一個(gè)本科畢業(yè)生的能力，同時(shí)也是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一次廣而深的復(fù)習(xí)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是與實(shí)際緊密聯(lián)系在一起的，是一次理論聯(lián)系實(shí)際的有機(jī)結(jié)合，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了大量的資料，仔細(xì)認(rèn)真的分析了當(dāng)前工程液壓機(jī)系統(tǒng)的性能，發(fā)現(xiàn)中型液壓機(jī)中，主泵最好采用變量泵，因?yàn)?當(dāng)需要高壓時(shí)流量變小,當(dāng)快速回程時(shí),使用大流量低壓強(qiáng),這樣一來(lái)，有利于降低功率，減少噪音，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在設(shè)計(jì)中綜合評(píng)比各元件的性能來(lái)選擇零件，通過(guò)校核強(qiáng)度等完成液壓機(jī)的整體設(shè)計(jì)。
最后，在此我衷心的感謝各位指導(dǎo)老師給予我耐心的指導(dǎo)，感謝圖書(shū)館的老師配合，感謝每一位給予我?guī)椭耐瑢W(xué)。
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