四柱式液压机液压系统设计.doc

1、南昌航空大学科技学院学士学位论文目录1 绪 论 .11.1 液压机现状概要 .12 四柱液压机总体设计 .22.1 四柱液压机主要设计参数 .22.2 四柱液压机工作原理分析 .32.3 四柱液压机工艺方案设计 .52.4 四柱液压机总体布局方案设计 .52.5 四柱液压机零部件设计 .62.5.1.1 导柱设计 .62.5.1.2 横梁设计 .73 四柱液压机液压系统设计 .103.1 液压传动的优越性概述 .103.2 液压系统设计要求 .113.3 液压系统设计 .113.4 液压系统零部件设计 .263.5 液压站布局设计 .353.6 液压系统安全、稳定性验算 .364 四柱液压机电

2、气系统设计 .404.1 电气控制概述 .404.2 四柱液压机电气控制方案设计 .404.3 四柱液压机电气控制电路设计 .415 四柱液压机安装调试和维护 .435.1 四柱液压机的安装 .435.2 四柱液压机的调试 .435.3 四柱液压机的保养维护 .44结 论 .45参考文献 .46致 谢 .47南昌航空大学科技学院学士学位论文11 绪 论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

3、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

4、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

5、，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，液压南昌航空大学科技学院学士学位论文2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

6、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

7、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。2 四柱液压机总体设计2.1 四柱液压机主要设计参数（1）拟设计的四柱液压机主要技术参数见表 2.1表 2.1 液 压 机 技 术 参 数参 数 项 参 数公称力（最大负载） 2000KN工进时液体最大工作压力 25MPa主缸回程力 400KN顶出缸顶出力 350KN主缸滑块行程 700mm顶出活塞行程 250mm南昌航空大学科技学院学士学位论文3主缸滑块距工作台最大距离 1

8、100mm主缸滑块快进速度 0.08m/s主缸滑块工进最大速度 0.006m/s主缸快退速度 0.03m/s顶出活塞顶出速度 0.02m/s顶出活塞退回速度 0.05m/s（2）四柱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）四柱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。2.2 四柱液压机工作原理分析2.2.1 四柱液压机的基本组成四柱液压机主要由主机、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

9、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。2.2.2 四柱液压机的工作原理（1）四柱液压机主机组成简图 2.11-滑块 2-导柱 3-工作台 4-安装地基 5-顶出缸 6-主缸 7-上横梁 8-辅助油箱图 2.1 四柱液压机主机组成简图南昌航空大学科技学院学士学位论文4（2）四柱液压机工作原理分析四柱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2.2。 启 动电 气 系 统 液 压 系 统 液 压 机 主 机行 程 开 关手 动图 2.2 四柱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

10、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）四柱液压机工作循环分析四柱液压机工作循环如图 2.3 所示。滑 块 快 速 下 行 工 进 、 加 压 保 压顶 出 快 速 回 程 停 止图 2.3 四柱液压机工作循环图南昌航空大学科技学院学士学位论文5四柱液压机工作循环如图 2.3（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 2.3（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。2.3 四柱液压机工艺方案设计（1）控制方

11、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。2.4 四柱液压机总体布局方案设计总体布局如图 2.4 所示1-主机 2-液压油管 3-控制台4-插装阀 5-液压泵装置 6-液压油箱 7-电气控制柜图 2.4 四柱液

12、压机总体布局简图南昌航空大学科技学院学士学位论文6图 2.4 为液压机整体布局简图，分为三个部分，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。2.5 四柱液压机零部件设计2.5.1 主机载荷分析参考表 2.1，四柱液压机的最大工作负载为 2000KN，主缸回程力为 400KN，顶出缸顶出力为 350KN。由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 2000KN 对液压机进行受力计算。液压机结构形式为“三梁四柱”

13、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 2.5 所示 横 梁导 柱F-负载 T-导柱拉力图 2.5 横梁、导柱受力图2.5.1.1 导柱设计材料选择：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。总的热处理工艺为调质和表面淬火。南昌航空大学科技学院学士学位论文7理论设计计算：液压机的最大负载约为 2000kN，通过力传递后，最后由四根导柱承受 2000kN的拉力，作用在每根

14、导柱上的拉力为 500kN。由许用拉应力公式 (2.1)，可计算导柱的安全直径 D。(2.1)AF式中：许用应力；取 45 钢 =80100MPa；F轴向拉力；A横截面积。即： mPaNFD089.1804.356圆整后取导柱直径 D=90mm，为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=110mm。2.5.1.2 横梁设计材料选择：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 2.6 所示。截 面 1-图 2.6 横梁滑块受力简图南昌航空大学

15、科技学院学士学位论文8初步确定横梁的长、宽、高尺寸分别为 1310、1045、575mm，截面为矩形。即：在负载作用下的剪力和弯矩如图 2.7 所示。图 2.7 (a) 剪力图 (b) 弯矩图由弯矩图 2.7(b)可知，横梁 C 点 11 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：(2.2)WMmaxax式中：最大弯曲正应力；max最大弯矩；M抗弯截面系数( )。W3m矩形截面抗弯系数 W 计算公式为：(2.3)62bh式中：矩形截面的宽；b矩形截面的高。h即： 32058.67.045.1mWMPakN1.3max45 钢的弯曲许用

16、应力 =100MPa，而横梁的最大弯曲应力 =8.1MPa，远小max于材料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。南昌航空大学科技学院学士学位论文92.5.2 主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 2.8 所示。图 2.8 工作台 T 形槽2.5.3 控制台设计材料选择：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 Q235A。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 2.9 所示。1-控制按钮 2-控制面板 3-控制台底座图 2.9 液压机控制台外形简图