中小型液压机设计附设计图纸毕业设计说明

'XXXX大学毕业设计题目：(中小型液压机设计)500T液压机设计(附设计图纸学院：机械工程学院专业：机械设计与制造及自动化班级：XXX学号：2010XXX学生姓名：XXX导师姓名：XXX完成日期：2014年6月XX日 诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名：日期：年月日 XXXX大学毕业设计（论文）任务书题目：500t液压机设计姓名XXX学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级XXX学号2010XXXX指导老师XXX职称教授教研室主任一、基本任务及要求：查阅20篇以上参考文献，设计一500t液压机，完成总装图和规定的零部件图，并按规定格式撰写文献综述、开题报告、毕业设计说明书。要求：方案可行，机构合理，经济实用，并满足给定的以下设计技术条件。参数：公称压力:5000kN：最大工作压力：25MPa；开口高度：1500mm；滑块最大行程：900mm：工作台面有效尺寸（长X宽）：1400mmX1400mm。二、进度安排及完成时间：1.准备阶段1周了解设计内容，明确课题任务及要求，搜集有关技术文献资料，自学CAD/CAM软件和相关设计技术。2.确定设计方案2周完成文献综述和开题报告，提出解决课题问题的初步方案，并对方案优、缺点进行比较，并分析实施可行性，按实际条件确定方案。3.实习1周4.具体设计9周液压机的总体设计，液压机液压系统设计，各部分的基本尺寸的计算和验证，部件装配图、零件图设计。5.撰写毕业设计说明书2周按湖南工程学院毕业设计说明书相关标准要求撰写毕业设计说明书。6.毕业答辩1周进行毕业答辩准备，完成毕业答辩。 目录摘要：IAbstract：..II第1章绪论11.1引言11.2液压机的发展及工艺特点11.3本论文研究的主要内容2第2章液压机的本体结构设计32.1液压机的设计参数32.1.1液压机主体结构特点32.1.2500T液压机的设计参数42.2上横梁结构的设计42.2.1结构形式42.2.2形状尺寸要求52.2.3上横梁与工作缸的联接方式62.3工作台的结构设计62.3.1结构形式62.3.2加工技术要求72.3.3工作台与顶出缸的联接方式72.3.4固定模具结构82.4立柱设计92.4.1结构形式92.4.2形状尺寸计算及要求102.4.3立柱螺母112.5活动横梁结构的设计122.5.1结构形式122.5.2形状和尺寸要求132.5.3立柱导套142.5.4活动横梁与活塞杆联接方式152.6充液阀152.6.1充液阀的工作原理16 2.6.2充液阀的结构形式162.7液压机总装图设计17第3章液压机液压系统的计算183.1液压机主要设计参数183.1.1绘制液压缸速度循环图、负载图183.1.2绘制顶出缸工作循环图、负载图203.2拟定液压系统原理图223.2.1动作分析223.2.2释压回路设计243.2.3液压机液压机液压系统的动作循环243.3液压缸基本参数计算253.3.1液压缸主缸基本尺寸计算253.3.2液压缸顶出缸的设计283.4液压系统流量计算303.4.1主缸所需要流量计算303.4.2顶出缸所需要流量计算313.5液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择313.6电动机的选择333.7各液压缸工况功率计算333.7.1主缸各工况功率计算333.7.2顶出缸功率343.8电动机额定功率及型号确定353.9液压元件的选择353.10液压油管设计35第4章液压机的强度与刚度计算374.1工作缸的强度计算374.1.1结构尺寸及形式374.1.2缸体的强度计算384.1.3缸口部分强度计算404.2　充液阀的设计计算424.2.1充液阀技术要求42 4.2.2主阀设计计算424.2.3控制活塞计算434.2.4弹簧的设计计算434.3　工作台结构的强度与刚度计算464.3.1计算条件464.3.2工作台的弯矩与剪力计算46第５章液压系统安全稳定性验算485.1　主缸各工况时的压力损失验算485.2　顶出缸各工况时的压力损失验算495.3　液压系统发热和温升验算50第6章　　液压站的设计526.1　液压站简介526.2　液压油箱设计52结论54参考文献55致谢56 500T液压机设计摘要：液压机（又名：油压机）液压机是一种利用液体静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、粉末等制品的机械。它常用于压制工艺和压制成形工艺，如：锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。本文主要对500t液压机设计和液压系统的工作原理作了一个详细说明，并对500t液压机的液压系统进行了全面的设计和计算。首先根据设计要求计算出主要的数据，并依照数据画出液压机主机装配图及其零件图，其次对液压机液压系统进行设计与计算，画出其液压机系统原理图，再次对液压机强度与刚度进行计算与校核，液压系统安全稳定性验算，最后设计其液压站，完善总装配图。关键词：500T液压机；液压站；液压系统 500ThydraulicpressAbstract：Hydraulicmachine(alsoknownas:hydraulicmachinehydraulicmachine)isastaticpressureusingliquidtotheprocessingofmetal,plastic,rubber,wood,powderandotherproducts.Itisoftenusedforpressingandpressingformingprocess,suchas:forging,stamping,coldextrusion,straightening,bending,flanging,sheetmetaldrawing,powdermetallurgy,pressingetc..Inthispaper,themainprincipleof500Thydraulicpresshydraulicsystemdesignandmadeadetaileddescription,hydraulicsystemof500Thydraulicmachineandthedesignandcalculationofthecomprehensive.Firstly,accordingtothedesignrequirementsofmaindatacalculatedaccordingtothedata,anddrawthehydraulicpressinaccordancewiththedataofthehostassemblydrawingandpartdrawingandsecondlytohydraulicpresshydraulicsystemdesignandcalculation,drawtheprincipleofitshydraulicsystemdiagram,againforcalculationandchecking,strengthandstiffnessofhydraulicpresshydraulicsystemsafetyandstabilitychecking,finaldesignofthehydraulicstation,Improvethegeneralassemblydrawing.Keywords:500Thydraulicmachine;hydraulicpressurestation;hydraulicsystemI 第1章绪论1.1引言液压机（又名：油压机）液压机是一种利用液体静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、粉末等制品的机械。它常用于压制工艺和压制成形工艺，如：锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。它的原理是利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，种类很多。当然，用途也根据需要是多种多样的。如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。1.2液压机的发展及工艺特点作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。56 液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点：（1）工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求；（2）有顶出装置，以便于顶出工件；（3）液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便；（4）液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制；（5）液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。1.3本论文研究的主要内容本人系统学习了液压系统技术的知识，查阅了一些相关的文献资料，在此基础上，结合本人的设想和设计工作中需要解决的任务，主要进行了以下几项工作：（1）完成500T液压机主机的设计。。（2）拟定500T液压机液压液压原理图。（3）完成500T液压机液压站的设计。（4）对液压系统进行校核设计。56 第2章液压机的本体结构设计2.1液压机的设计参数2.1.1液压机主体结构特点四柱式液压机是液压机中最常见、应用最广的一种结构形式。其主要特点是加工工艺性较其他类型的压力机简单。图2-1为立式单缸四柱式液压机典型结构。它的机身是由上横梁、工作缸（下横梁）和四根立柱组成。工作缸安装在上横梁内。活动横梁与工作缸联接成一整体，以立柱为导向上下运动，并传递工作缸内产生之力量，对制件进行压力加工。由于机身联接成以整体框架，故机身承受整个工作力量。按工作缸（主缸）的安装方式有垂直位置及水平位置的不同，可分为立式及卧式两种。一般挤压液压机多采用卧式结构。按工作缸的数量分又可分为单缸、双缸及多缸各种形式。四柱式液压机主要不足之处：第一，由于用四立柱作架体，机身刚度较框架式小。第二，由于用四立柱作导向，活动横梁内导套与四立柱损后不易调正。四柱式液压机组成部分可分为:包括工作油缸,活动横梁等；机身部分：由上横梁，工作台及立柱组成；辅助部分：包括顶出缸、移动工作台等。图2-1四柱式液压机56 2.1.2500T液压机的设计参数主要技术规格是表述机器工作性能的指标。通常包括以下部分：第一，主要规格，又称主要参数，它是表示液压机主要特征的参数。第二，各执行机构各工艺动作的压力。第三，工作空间，包括各执行机构固定模具的工作表面对主机工作台面（或中心线）的最大距离和最小距离，工作台尺寸等。第四，各工艺动作的速度。第五，机器外形尺寸，总功率和总重量。基本参数是设压机的基本技术数据，是根据液压机的工艺用途及结构类型确定的，它们反映了液压机的工作能力及特点，也基本上定下了液压机的轮廓尺寸及本体总重。基本参数是用户选购时的主要依据。表2.1四柱式通用液压机，其主要参数如下参数项参数公称力(最大负载)(KN)5000工进时液体最大工作压力(MPa)25主缸回程力(KN)630顶出缸顶出力(KN)630滑块行程（mm）900顶出行程(mm)300开口高度(mm)1500主缸滑块快进速度(m/s)0.1主缸滑块工进速度(m/s)0.01主缸滑块快退速度(m/s)0.07顶出活塞顶出速度(m/s)0.075顶出活塞退回速度(m/s)0.02356 2.2上横梁结构的设计2.2.1结构形式横梁包括上横梁、下横梁（或工作台）和活动横梁，是液压机的重要部件。横梁有铸造结构和焊接结构两种，生产批量较大的中小型液压机其横梁多为铸铁件（材料多为HT20-40）；上横梁上安装工作缸的圆孔，一般做成阶梯孔，下孔直径比上孔大10～20mm,以便于安装。上横梁位于立柱上部，用于安装工作缸，承受工作中全部的反作用力。对于柱塞式工作缸，还可安装回程缸及其他辅助装图2-2上横梁结构图本设计的500Ｔ四柱式通用液压机，上横梁采用的结构形式如图2-2所示。对于中小型液压机其结构形式主要有：铸造和焊接两种。但不论采用铸造或焊接组成的上横梁都应该进行必要的热处理，消除其内应力。2.2.2形状尺寸要求56 上横梁通过立柱联接成机身上半部，并安装工作油缸。为使其组成的空间合乎要求，以及活塞运行平稳，因此要求上横梁安装油缸孔的轴线与安装油缸的台肩平面应垂直，上横梁与调节螺母接触面与油缸台肩接触应平行，以及立柱穿过孔的上下平面应平行等等。其具体要求为：（1）安装主油缸孔的轴线与油缸台肩贴合平面不垂直度允差≤0.2mm；（2）调节螺母接触平面与油缸台肩贴合平面的不平行度允差≤0.2mm；（3）锁紧螺母接触面与调节螺母接触面（立柱穿过孔的上表面与下表面）间不平度允差≤0.16mm；（4）油缸锁紧螺母平面与油缸台肩贴合平面间不平行度允差≤0.12mm；（5）与油缸外圆配合公差为H8/f9或高于此级；（6)立柱孔尺寸比立柱插入端直径大1mm。2.2.3上横梁与工作缸的联接方式上横梁与油缸的联接方式常见有以下两种：（1）依靠圆螺母固定油缸；（2）依靠法兰盘固定油缸。本设计采用的是第一种方式，依靠圆螺母固定油缸。其结构如图2-3所示。321当油缸加压时，油缸台肩传递反作用力于横梁，连接零件不受反作用力的作用，只有当油缸回程工作时，回程力作用于连接零件上。故连接零件的强度只满足回程力要求即可。图2-3用圆螺母固定的结构1-油缸；2-圆螺母；3-上横梁56 2.3工作台的结构设计2.3.1结构形式工作台是主机的安装基础，台面上固定模具，工作中承受机器本体的重量及全部载荷。亦可安装顶出缸，回程缸及其他辅助装置。工作台所选以及其结构形式与上横梁相同。本设计的500T四柱式通用液压机，上横梁采用铸造结构。其结构形式如图2-4所示。图2-4工作台的结构形式2.3.2加工技术要求1、铸件不得有影像质量的气孔、缩孔、夹渣、裂纹等缺陷；2、铸件必须清理净型砂、毛刺、冒口应铲除磨光、梁的非加工面一律涂红色防锈漆；3、铸件在加工前，应退火处理，消除内应力；4、铸件材料应做机械性能试验，并符合HT20-40要求后方可实施；5、工作台台面不平直度，按JB1293-73标准允差≤0.1mm。56 2.3.3工作台与顶出缸的联接方式对于中型通用液压机，其顶出力不大，顶出缸结构一般采用活塞式。其结构形式如图2-5所示。此优点为结构简单，安装方便。缺点是顶出力集中于顶出活塞端面的很小面积内，因此对较大制件的顶出不方便。图2-5工作台与顶出缸联接方式1-工作台；2-顶出缸；3-螺母；2.3.4固定模具结构为了固定模具，一般情况在工作台面上设有T型槽，按GB158-59标准尺寸进行加工。用于中小型液压机的T型槽型式尺寸见表2-1.T型槽的尺寸和数量主要根据液压机的回程吨位（即加压制件后的拔模力）和顶出制件的最大压力设计。尺寸较大的工作台的T型槽，常采用平行布置（图2-6）。表2-2T型槽（GB158-59)(mm)a81012141618202224283236424854螺杆直径d6810121416182022242730364248b公称尺寸14162024273033364046526070809056 允差+1.5+2+3c公称尺寸679111214151618202225293438允差+0.5+1+2h最小568101113141617212427323642最大91315182023252830364246546070e11.52注：1.尽可能不用加粗的尺寸；2.“a”尺寸公差根据用途可按D1、D4、D6或自由公差选取；3.“a”两边表面粗糙度按采用精度等级决定，其余均按Ra12.5加工；4.可做成带有铸造后不加工的槽。图2-6T型槽平行布置图2.4立柱设计2.4.1结构形式56 立柱是四柱式液压机重要的支撑件和受力件，同时又是活动横梁的导向基准。因此立柱应有足够的强度和刚度，导向表面应有足够的精度、光洁度和必要的硬度。其结构形式为：上横梁用立柱台调节螺母支撑，立柱肩台支持于工作台面上，两端用锁紧螺母锁紧。(图2-7)由于立柱使用立柱螺母与上下横梁连接为一刚性框架的，因此，保证立柱螺母的拧紧程度，使其与上、下横梁的贴合面密切配合并不产生松动是保持机架刚度的基本条件。立柱螺母一般为圆形，可制成整体式和对开式，材料一般可选用45锻钢。安装时需通过螺母对立柱进行锁紧，其预紧原理和基本方法与通用曲柄压力机组合机身的预紧相似。螺母预紧后，必须用防松装置锁紧，以防螺母脱落。图2-7立柱的结构形式2.4.2形状尺寸计算及要求材料选择：导柱在工作过程中主要承受，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。理论设计计算：液压机的最大负载为5000KN，通过力传递后，最后由四根导柱承受5000KN人拉力，作用在每根导柱上的拉力为1250KN拉力，56 由许用拉应力公式（2.1）可计算导柱的安全直径D。式中：许用应力：取45钢[6]＝80~100MPaF-轴向拉力：A－横截面积。即：圆整后取导柱直径D＝140mm,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＝200mm。立柱为液压机的重要零件，是活动横梁的导向基准。其具体的要求有：1、立柱导向面表面粗糙度为Ra0.8µm；2、立柱导向面锥度及椭圆度不大于公差一半；3、立柱导向面轴线不平直度允差不大于0.05/1000mm；4、与工作台贴合之端面对立柱导向表面之跳动量允差不大于0.05mm；5、材料一般选用35或45锻钢件。毛坯应正火处理，消除锻造过程的内应力；6、立柱导向表面有条件应进行热处理，表面硬度不低于HRC45，也可进行表面镀硬铬处理，镀层厚度为0.02～0.04mm。2.4.3立柱螺母立柱螺母一般有整体式与对开式两种。对于中小型液压机采用整体式较，材料一般选用45锻钢件。对于螺纹型式一般对小于或等于500吨的选用公制细牙螺纹螺母高度一般取：H＝0.71.5d即：螺母外直径取：D＝1－1.8d式中d为螺纹直径，其中56 2.5活动横梁结构的设计2.5.1结构形式活动横梁的主要作用为，与主油缸的活塞杆连接传递液压机的压力，通过导向套沿立柱导向面上下往复运动，安装固定模具及工具等。因此要有较好的强度、刚度及导向结构。活动横梁选用的材料与上横梁、工作台相同，常采用同样的材料来制造，以使毛坯的制造工艺相类似，便于制造。活动横梁的结构设计除考虑导向精度要求外，还应根据压制工艺中的承载要求来定。根据压制工艺性质，若活动横梁无论在何种情况下都无弯曲，例如：粉末冶金液压机或轴类零件压制专用液压机，计算时就可以仅按承压能力来设计。因此，活动横梁常是上面敞开的箱形梁。中部高度也可设计较低。若被压制零件尺寸较大，多制件同时加压和使用中具有偏心载荷等条件下，就要求活动横梁不但有足够的承压强度，还应具有一定的承载刚度与抗弯能力。此时常将它设计成高度略低于上横梁而壁厚相近的封闭箱形体。若液压机设有限程套，而活动横梁又可能支承在限程套上，并受全压作用，则活动横梁应有一定的抗弯能力。一般设成封闭的箱形体，结构高度由计算后决定。无论何种情况，导向部分应有一定的的高度，以保证足够的精度。一般情况下，导向部分高度不应小于活塞行程的二分之一。活动横梁与柱塞联接部位，开有环形的集油槽，以便贮存油缸缸口部漏渗油液。铸件应将壁厚设计均匀，防止应力集中，设计必要的加强筋并便于清砂及起重要求。本设计的活动横梁材料采用HT20-40，为铸造结构。其结构形式如图2-8所示。活动横梁的上部与柱塞（或活塞杆）连接，下部是安装模具的平面，四个角上开有安装导套的立柱孔，立柱可在导套中导向，为使柱塞（或活塞杆）的支撑部位有足够的承压能力，柱塞孔多做成圆筒形，活动横梁的下表面开有T型槽供安装模具用，对冲压液压机该面上常开有打料孔。56 图2-8活动横粱的结构形式2.5.2形状和尺寸要求活动横梁是液压机主要运动部件，为保证液压机符合精度要求，因此，要求四立柱导向套孔轴线相互平行，它与联接活塞杆孔的中心线平行；上述这些孔轴线都应与活动横梁下平面相垂直；与活塞杆接触平面对平面亦要求平行等。其具体要求为：1、连接活塞杆孔轴线与四立柱孔轴应互相平行，其不平度允差不大于0.2mm；2、活动横梁下表面不平直度，按JB1293-73标≤0.1mm；3、联接活塞杆孔轴线与四立柱孔轴线对下平面不垂直度允差≤0.06～0.10/1000mm；4、下平面对上平面（与活塞杆贴合平面）不平行度允差≤0.06/1000mm；5、四立柱孔中心距公差，前后、左右均在≤±0.20mm，6、四立柱孔与导套外圆配合精度为H8/j6。中心孔与活塞杆外圆配合精度为H8/f7。56 2.5.3立柱导套活动横梁导向的正确性，关系到机器的精度，工作缸密封件与导向面的磨损情况，加工制件的尺寸精度，模具使用寿命及机身的受力情况。因此，应合理选择导向结构与配合要求。中小型液压机一般采用固定式导套。对于大重型液（水）压机也有采用双球面及单球面活动导套。本设计的5000kN四柱式通用液压机，采用固定式导套，其结构形式如图2-9所示。图2-9固定式导套导套材料为铜合金，近年来有些单位改用铁基粉末冶金，效果及寿命均高于铸铁。对于大型液压机为了便于装配和维修，常将导套制成对开式。导套分开面也有用与轴线成3°～5°斜角，即斜切分开。每个导套高度取动梁导向部分高度的1/4～1/3左右。导套可用黄油做润滑剂。外端面上应该装有毛毡或专用防尘圈，以防止灰尘和脏物进入导套内表面。导套应有一定的厚度，以防止导套压入动梁孔后内孔变形。导套内孔与立柱之间配合一般为H8/j6，导套内外圆应同心，要求在一次装卡下加工成型。较大的导套毛坯应进行时效处理，消除其内应力。56 2.5.4活动横梁与活塞杆联接方式活动横梁与活塞（柱塞)杆联接形式有活塞（柱塞）杆端部结构和活动横梁相应部分的结构及联接零件组成。对于单缸式液压机以及多缸式主作用油缸活塞（柱塞）与活动横梁联接形式都采用固定联接。固定联接要求活动横练及主缸安装基准等有较好的加工精度，否则就可能工作时产生不平稳脉动等现象。当活动横梁运动时，除以立柱导套导向外，还可利用液压缸导套做附加导向，增大了导向长度，可提高其导向精度和抗偏载能力。但当活动横梁承受偏心载荷作用时，活塞（柱塞）将随之一起倾斜，使缸内的导向部分也承受侧向推力，加剧了导套及密封的磨损。固定联接结构是通过活塞（柱塞）端面及圆柱面与活动横梁配合联接成不能相对移动的整体，结构形式见图2-10,为活塞（活塞杆1）插入活动横梁2内用螺钉4加以紧固，3为垫圈。活动横梁孔与活塞（柱塞）头部配合一般采用H8/f7配合精度，并应有一定的插入深度，使活塞（柱塞）与活动横梁联接成一钢体。对于活塞式结构油缸与活动横梁连接零件的强度应根据回程吨位来计算。图2-10活塞与活动横梁的联接结构1－活塞杆；2－活动横梁；3-为垫圈；4-螺钉2.6充液阀56 2.6.1充液阀的工作原理充液阀如图2-11所示，其作用有两个，其一当活动横梁自重下行时，油缸上腔产生真空，吸开充液阀，油箱之油液通过充液阀大量流入主缸上腔填充其不足；其二是当活动横梁快速回程时，油缸上腔之油通过充液阀迅速排入油缸。图2-11充液阀原理图2.6.2充液阀的结构形式充液阀实质上是可控单向阀的一种，一个方向止流，另一个方向自由流通，先导动作是由油口供压的控制阀芯用液压实现的，由此而直接打开主阀。为了不增加（快速用）辅助油泵，减少功率的消耗，采用充液系统是有效的方法。在大中型液压机选取油泵直接传动的系统中，由于运动部件均有几吨或几十吨的重量，故可利用其自重来实现快速下行。上腔不足之油，可通过充液阀从油箱中吸取。对于中小型液压机，若运动部件重量较大时，可利用其自重来实现快速下行，而重量较小时，采用快速油缸也是减小功率的有效措施之一。快速油缸部分，由油泵直接供油，而外缸同样需依靠充液阀来吸油补充其不足。充液阀按其工作原理可分为常开式及常闭式两种，中小型液压机一般均采用常闭式结构。本设计的5000kN四柱式通用液压机，其充液阀结构如图2-12所示。56 图2-12充液阀结构图2.7液压机总装图设计经过对《金属塑性成型设备》和《中小型液压机的设计与计算》以及液压机的一些相关资料的查阅，对液压机的总体结构有了一些认识和了解，通过对液压机的上横梁、工作台、立柱、活动横梁等结构的设计与确定，以及各结构之间的联接形式的分析与了解，在此基础上，利用CAD绘图软件，将液压机的总装配图绘制出来。其结构如图2-13所示。　图2-13液压系统总装配图56 第3章液压机液压系统的计算3.1液压机主要设计参数公称力:500KN:最大工作压力:25MPa；开口高度:1500mm滑块最大行程:900mm:工作台面有效尺寸(长X宽):1400mmX1400mm。3.1.1绘制液压缸速度循环图、负载图1、主缸速度循环图根据液压机系统设计参数及表2.1中主缸滑块最大行程为900mm，可以得到主缸的速度循环图3.1：图3-1速度循环图2主缸负载分析液压机启动时,主缸上腔充油主缸快速下行,惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力，动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而滑块在运动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载，计算最大负载时可以忽略不计。液压机的最大负载为工进时的工作负载。通过各工况负载分析，液压主缸所受外负载包括工作负载，惯性负载，摩擦阻力负载，即：（3.1）式中：液压缸所受外负载：工作负载：滑块与导柱，活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载，启动后为动摩擦力负载56 运动执行部件速度变化时的惯性负载（1）惯性负载Fa计算计算公式(3.2)式中：运动部件重量重力加速度为9.8/S2时间内的速度变化量：加速度或减速时间，一般情况取查阅相同型号的四柱液压机资料，初步估算横梁滑块的重量为40KN，由液压机所给设计参数：取代入公式（3.2）中。即：（2）摩擦负载Ff计算滑块启动时产生静摩擦,启动过后产生动摩擦负载。通过所有作用在主缸上的负载可以看出，工作负载远大于其它形式的负载。由于滑块与导柱，活塞与缸体之间的摩擦力不是很大，因而在计算主缸最大负载时摩擦负载先忽略不计。（3）主缸负载F计算将上述参数、代入公式3.1中。即：（3）主缸负载循环图3、主缸工作循环各阶段外负载如表3.1表3.1主缸工作循环负载工作循环外负载启动F＝f静+Fa横梁滑块快速下行F＝f动忽略不计工进F＝f动+Fw快速回程F＝f回+F背注：“f静”表示启动时的静摩擦力，“f动”表示启动后的摩擦力4、主缸各阶段负载循环如图3.256 图3-2负载循环图3.1.2绘制顶出缸工作循环图、负载图1、顶出缸速度循环图根据液压机系统设计参数和表2.1中顶出缸活塞行程为350mm，得到顶出缸的速度循环图3.3：图3-3速度循环图2、顶出缸负载分析56 主缸回程停止后，顶出缸下腔进油，活塞上行，这时会产生惯性，静摩擦力，动摩擦力等负载。由于顶出缸工作时的压力远小主动缸的工况压力，而且质量也比主缸滑块小很多，惯性负载很小，计算时可以忽略不计：同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可以不计：工件顶出时的工作负载比较大，计算顶出缸的最大工作负载时可以近似等于顶出力。将参数代入公式3.1计算顶出缸的最大负载。即：式中：-顶出力：3、顶出缸负载循环图（1）顶出缸工作循环各阶段负载如表3.2表3.2顶出缸工和循环负载工作循环外负载启动忽略不计顶出缸顶出快速回程注：“”表示启动时的静摩擦力，“”表示启动后的摩擦力（2）顶出缸和阶段负载循环如图3-4图3-4阶段负载循环图56 3.2拟定液压系统原理图图3-5液压系统原理图1－变量泵；2－泵站溢流阀；3－远程调压阀；4－减压阀；5－三位四通电磁阀；6－释压阀；7－顺序阀；8－三位四通液动换向阀；9－压力继电器；10－单向阀；11-液控单向阀，13－充液阀；12－副油箱；14－主缸；15－主缸安全阀；16-顶出缸，17－三位四通电液换向阀；18－顶出缸背压阀；19－安全阀3.2.1动作分析1、液压机上滑块液压系统的工作原理①　快速下行：电磁铁1YA通电，先导阀5和主缸换向阀8左位接入系统，液控单向阀11被打开，主液压缸14快速下行。这时，系统中油液流动的情况为：进油路变油泵1－－顺序阀7－－主缸换向阀8左位－－单向阀10－－主液压缸14上腔。回油路主液压缸14下腔－－液控单向阀11－－主缸换向阀8左位－－顶出缸换向阀17中位－－油箱。56 上滑块在自重作用下迅速下降。由于液压泵的流量较小，这时液压机顶部副油箱12中的油经液控单向阀13（称补油阀）也流入主液压缸14上腔。①　慢速加压：从上滑块接触工件开始，主液压缸14上腔压力升高，液控单向13关闭，加压速度便由变量泵流量来决定，油液流动情况与快速下行时相同。②　保压延时：当系统中压力升高达到压力继电器9的调定压力时，发出电信号，控制电磁铁1YA断电，先导阀5和主缸换向阀8都处于中位，主液压缸14上，下油腔封闭，系统进入保压工况。保压时间由电气控制系统中的时间继电器（图中未画出）控制。保压时除了液压泵在较低压力下卸荷外，系统并没有油液流动。液压泵卸荷的油路是：变量泵1－顺序阀7－－主缸换向阀8（中位）－－顶出缸换向阀17（中位）－－油箱。③　快速返回：时间继电器延时到时后，控制电磁铁2YA通电，先导阀5右位接入系统，释压阀6使主缸换向阀8也以右位接入系统。这时，液控单向阀13被打开，主缸14快速返回。油液流动情况为：进油路变量泵1－－顺序阀7－－主缸换向阀8右位－－液控单向阀11－－主缸14下腔。回油路主液压缸14上腔－－液控单向阀13－－副油箱12④　原位停止：在上滑块上升至挡块撞上原位行程开关，控制电磁铁2YA断电，先导阀5和主缸换向阀8都处于中位。这时上滑块停止不动，液压泵在较低压力下卸荷。2、液压机下滑块液压系统的工作原理①　向上顶出电磁铁4YA通电，这时有：进油路变量泵1－－顺序阀7－－主缸换向阀8中位－－顶出缸换向阀17左位－－顶出缸16上腔。回油路顶出缸16下腔－－顶出缸换向阀17左位－－油箱。下滑块上移至顶出缸中的活塞上缸盖时，便停在该位置上。②　向下退回电磁铁4YA断电，3YA通电。这时有：进油路变量泵1－－顺序阀7－－主缸换向阀8中位－－顶出缸换向阀17左位－－顶出缸16上腔。回油路顶出缸16下腔－－顶出缸换向阀17左位－－油箱。56 ③　原位停止电磁铁3YA，4YA都断电，顶出缸换向阀17处于中位3.2.2释压回路设计释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免她突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25mm、压力高于7Mpa时，其油腔在排油前就先须释压。根据设计很实际的生产需要，选择用释压阀6释压，其为了防止保压状态向快速返回状态转变过快，在系统中产生压力冲击，引起上滑块动作不平稳而设置的，它的主要功用是：使主液压缸14上腔压力控制下，这个阀以上位接入系统，当电磁铁2YA通电，先导阀5右接入系统时，控制油路中的压力油虽到达释压阀6阀芯的下端，但由于其上端的高压未曾释入，阀芯不动。由于液控单向阀I3是可以在控制压力低于其主油路压力下打开的，因此有：主液压缸14上腔——液控单向阀I3——释压阀6上位——油箱于是主液压缸14上腔的油压便被卸除，释压阀向上移动，以其下位接入系统，它一主面切断主液压缸14上腔通向油箱的通道，一方面使控制油路中的压油输到主缸换向阀8阀芯右端，使该阀右位接入系统，以便实现上滑块的快速返回。由图可见，主缸换向阀8在由左位转换到中位时，阀芯右端由油箱经单向阀I1补油；在由右位转换到中位时，阀芯右端的油经单向阀I2——阀5——流回油箱。3.2.3液压机液压机液压系统的动作循环动作名称信号来源液压元件工作状态先导阀5主缸换向阀8下缸换向阀17释压阀6上滑块快速下行1YA通电左位左位中位上位慢速加压上滑块接触工件中位保压延时压力继电器使1YA断电中位释压换向时间继电器使2YA通电快速返回右位右位下位原位停止行程开关使2YA断电中位中位上位向上顶出4YA通电右位56 下滑块停留下活塞触及缸盖向下返回4YA断电，3YA通电左位原位停止3YA断电中位3.3液压缸基本参数计算3.3.1液压缸主缸基本尺寸计算1、主缸工作压力、内径、活塞直径的确定因液压机的工作负载比较大，取主缸的工作压力为P=25MPa.计算主缸内径和活塞杆直径。由主缸负载图3.2可知最大负载F=5000KN，由主缸工作压力为25MPa，选取d/D=0.7,取液压缸的机械效率。液压缸受力如图3.8所示。图3.6液压机主缸受力简图（3.3）式中：P1=液压缸工作压力；P2=液压缸回路背压，对于高压系统初算时可以不计；F－工作循环中最大负载；ηcm--液压缸机械效率，一般ηcm=0.9~0.95将参数代入公式（3.3），P2忽略不计，可求得液压缸内径即：56 表4－5[1]将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=500mm;那么d/D=0.71,可以求得活塞杆直径。可以求得活塞杆直径。即:同理查表4－6[1]将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=450mm。经过计算液压机主缸缸内径、活塞杆直径分别为：500mm；450mm。2、主缸壁厚的确定壁厚的计算公式如下：（3.4）式中：液压缸壁厚；液压缸内径；实验压力MPa，工作压力时，；工作压力为，：缸体材料的许用应力，铸钢；锻钢；铸铁；钢管。主缸壁厚计算，将D＝0.5m；；代入公式（3.4）中，即：液压缸缸体外径计算公式如下：（3.5）将参数代入公式（3.5），即：外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径＝660mm。　　3、主缸缸盖材料、厚度的确定缸盖常用制造材料有铸钢、35钢、45钢做导向作用一般用铸铁、耐磨铸铁，缸盖材料选用35钢，缸盖厚度计算公式如下：56 (3.6)式中：缸盖的有效厚度；缸盖止口直径；缸盖材料的许用应力圆整后取缸盖厚度t=125mm。4、主缸最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离称为最小导向长度，用H表示。如果导向长度过短，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证缸有一定的最小导向长度，一般液压缸的最小导向长度应满足：（3.7）导向长度如图3.7如图所示图3.7主缸导向长度简图式中:液压缸最大行程mm缸筒内径mm56 活塞杆直径mm活塞宽度mm由表1.1可得主缸最大行程L＝900mm，液压缸内径D＝500mm代入公式（3.7）中，求主缸的最小导向长度。即：5、主缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定活塞材料一般选用灰铸铁（HT150、HT200）。本主缸活塞选用灰铸铁HT200。活塞外面粗糙度为；热处理调质；外径圆度、圆柱度不大于直径公差一半；活塞杆与导向套配合公差为H8/f7；与活塞连接配合公差H7/m6活塞的宽度，取活塞宽度系数0.3，所以,取B＝145由滑块行程，确定活塞杆的长度因液压面主缸工作时工况的压力大，漏泄量也会随压力成正比升高，所以密封圈选Y形密封圈，它能承受大的工作压力，漏泄量小。6、缸体长度的确定液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径的20-30倍。由滑块行程900mm，活塞宽度400mm,缸盖厚度90mm确定缸体长度3.3.2液压缸顶出缸的设计1、顶出缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定顶出缸工作负载与主缸相比要小很多，查表2.1，取顶出缸的工作压力p=12MPa计算顶出缸的内径和活塞杆直径，因顶出缸最大负载F＝350KN选取的d/D为0.7，取液压缸的机械效率ηcm＝0.95。将参数代入公式（3.3），P2忽略不计，可求得液压缸内径即：56 查表4－5[1]，将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D＝250mm；那么由d/D=0.7可求得活塞杆直径。即：同理查表4－6[1]将活塞杆直径取整为标准系列直径，取d＝180mm。经过计算液压机顶出缸内径、活塞杆直径分别为：250mm；180mm。2、顶出缸缸体材料选择及制造技术要求顶出缸工作的最大工作压力为12MPa，因其压力比主缸要小，所以缸体材料选用无缝钢管45。缸体的制造要求要满足液压缸内径配合采用H8/f9内径圆度、圆柱度不大于直径公差一半；内圆柱粗糙度为;缸体端面对轴线的垂直度在直径100mm不大于0.04mm。3、顶出缸壁厚确定将D＝320mm;代入公式（3.4）中，即：液压缸缸体外径计算公式如下：（3.5）将参数代入公式（3.10），即：外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径＝300mm。4、顶出缸缸盖材料、厚度确定缸盖制造材料常有35钢、45钢、铸钢，做导向作用常有铸铁、耐磨铸铁，顶出缸盖材料选用35钢，缸盖厚度计算式见（3.6）取缸盖厚度mm5、顶出缸最小导向长度确定由表2.1可知顶出活塞行程L＝300mm,顶出缸内径D＝250mm,代入（3.7），即：56 取顶出缸导向长度为H=175mm。5、顶出缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案确定活塞材料一般选用灰铸铁（HT150、HT200）。本主缸活塞选用灰铸铁HT200。活塞上工作表面的粗糙度为，外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半；端面对轴线垂直度大为直径100mm上不大于0.05mm；内孔与活塞杆配合取H8/f7；外径用橡胶密封公差配合取f7-f9。取活塞宽度B=80mm因液压面主缸工作时工况的压力大，漏泄量也会随压力成正比升高，所以密封圈选Y形密封圈，它能承受大的工作压力，漏泄量小。6、主缸活塞杆材料、技术要求及长度确定活塞常用材料为实心活塞杆材料（35、45钢）与空心活塞杆材料（35、45无缝钢管），本顶出缸活塞杆选用35钢。活塞外面粗糙度为；热处理调质；外径圆度、圆柱度不大于直径公差一半；活塞杆与导向套配合公差为H8/f7；与活塞连接配合公差H7/g6由顶出活塞的行程，确定活塞杆的长度7、顶出缸长度确定液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径的20-30倍。由滑块行程300mm，活塞宽度80mm,缸盖厚度25mm确定缸体长度3.4液压系统流量计算3.4.1主缸所需要流量计算参考表2.1及主缸的尺寸，对主缸各个工况所需要进行计算。已知主缸的快进速度为0.1m/s,工进速度为0.01m/s，快退速度为0.08m/s，主缸内径为500mm,活塞杆直径为360mm。由流量计算公式：（3.8）56 快进时：工进时：快退时：3.4.2顶出缸所需要流量计算参考表2.1及顶出缸尺寸，对顶出缸各工况所需要流量计算，已知顶出缸的顶出速度0.075m/s,退回速度为0.023m/s，顶出缸内径320mm，活塞杆直径220mm，代入公式（3.8），即：顶出时：：快退时：3.5液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择1、泵的额定工作压力实际工作过程中，在进油路中液压油一定会存在压力损失，所以在计算泵的工作时必须考虑压力损失。其泵的工作压力计算公式为：（3.9）式中：－液压泵的最大工作压力；－执行部件的最大工作压力；56 －进油路中的压力损失，对于简单的系统，取0.2－0.5MPa，对于复杂系统，取0.5－1.5MPa。本液压机执行部件的最大工作压力＝25MPa，进油路中的压力损失，取＝0.5MPa，代入公式（3.9）可求得泵的工作压力。即：＝25+0.5＝25.5MPa因泵的工作压力是系统的静压力，而系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力有时会大于静压力，此外，为了延长设备的使用寿命，设备在设计时必有一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选取泵的额定工作压力，取＝1.25。即：2、液压泵最大流量计算通过对液压缸所需要流量的计算，以及各自的运动循环原理，泵的最大流量可由公式（3.6）计算得到。（3.10）式中：液压泵的最大流量；液压系统泄漏系数，一般取，取；同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。将参数代入公式（3.10）中，即：3、液压泵规格选择查表3－21[1]，根据泵的额定压力，选取液压泵的型号为A7V。基本参数如下：排量：500mm/r;额定压力：35MPa；额定转速：1500r/min；容积效率：0.92；4、泵的流量验算由液压泵的基本参数可知泵每分钟排量，而泵实际需要的最大流量，液压机出现供油不足，快进无法实现。为了使液压机满足正常快进，必须在液压系统中设置补油油箱。56 3.6电动机的选择液压机的执行件有两个，即：主缸工况的快进、工进、回程速度和顶出缸的顶出、退回速度，因它们速度的不尽相同，这样对功率的消耗也不同。确定电动机额定功率应根据消耗最大工况的功率来确定，因此要分别计算出主缸、顶出缸其各工况消耗的功率。其功率计算公式如下：(3.11)式中：电动机额定功率：液压泵的工作压力：液压泵的流量：液压泵的总效率，取。3.7各液压缸工况功率计算3.7.1主缸各工况功率计算1、快进功率主缸滑块快进时，在自重作用下速度比较快，而液压泵此时的输出油量不能满足滑块的快速下行。快进时的负载很小，只有活塞与缸筒、导柱与滑块间的摩擦负载，因此泵的出口压力很小，消耗功率不会很大。2、工进功率由主缸负载循环图3.2可知，工进时主缸最大负载为5000KN，无杆腔面积，进油回路压力损失取，则液压泵的压力由公式（3.12）计算。（3.12）将、入公式（3.11），求得泵的压力即：　　56 　　工进功率：　　　　　3、快退功率由图3.2知，快退负载为为630KN,有杆腔进油面积　　取进油路压力损失，代入公式（3.12），求得泵的压力即：将、代入公式（3.11）中、求得快退功率：3.7.2顶出缸功率1、顶出功率由顶出缸负载循环图3.4可及，顶出时主缸最大负载为1000KN，无杆腔面积，进油回路压力损失取，那么液压泵的压力可由公式（3.12）计算。即：将、代入公式（3.11）中、求得顶进功率：2、退回功率56 顶出缸回程时，负载只有活塞与缸筒间的摩擦负载。负载大小比顶出时的负载要小很多，这样回程功率也比顶出时功率要小，所以其功率计算忽略。3.8电动机额定功率及型号确定依据消耗最大功率的工况，确定其电动机的额定功率。比较主缸、顶出缸各工况所需要的功率，主缸工进时其功率最大，为54.8KW查表[20－1]2，选取电动机型号为：Y250M－4。其它技术参数为：额定功率：55KW；满载转速：1480r/min。3.9液压元件的选择通过液压系统的参数计算查阅液压气动技术速查手册，液压元件选择如表3.4所示表3.4液压元件明细表序号元件名称通过最大实际流量规格1斜轴式轴向柱塞变量泵750L/minA7v-125/62泵站溢流阀800L/minY2-1000B3远程调压阀10L/minYTF3-15B4减压阀350L/minJDF-500B5三位四通电磁阀1100/minWEH-1500B6释压阀750L/minWH16-100B7顺序阀750L/minFD8三位四通液动换向阀1500L/min34DYF3-1000B9压力继电器1DFY-F50H210单向阀750L/minXF3-1000B11液控单向阀450L/minDFY-800B12副油箱13充液阀800L/minAY14主缸15主缸安全阀900L/minY2-1500B16顶出缸17三位四通电液换向阀1500L/minDSHG-2000B18顶出缸背压阀8L/minYF-20B19安全阀500L/minHY-800B3.10液压油管设计1、确定油管的内径56 液压系统中泄漏问题很大部分出现在管道的接头上，因此对接头形式的确定，管系设计及管道的安装应具体考虑。管道的内径：(3.13)式中：油路通过最大流量(/s)油管中允许流速（m/s）,吸管路取高压管取回管路取短管及局部收缩处取（1）主缸液压油管内径计算进油油管内径D1确定:主缸快进所需要流量=1176L/min,而泵额定流量q=,取油管允许流速,代入公式(3.13),即:圆整后,查表6－1[1],取,壁厚。回油管内径确定：主缸快退所需要流量=397.2L/min,取油管允许流速,代入公式(3.13),即:圆整后，查表7-75[1]，取，壁厚（2）顶出缸液压油管内径的计算进油油管内径D2确定:顶出缸所需要流量=320L/min,取油管允许流速,代入公式(3.13),即:圆整后，查表6－1[1]，取回油油管内径d2确定:顶出缸所需要流量=585L/min,取油管允许流速,代入公式(3.13),即:圆整后，查表775-[2]，取56 第４章　　液压机的强度与刚度计算4.1工作缸的强度计算4.1.1结构尺寸及形式工作缸结构图如图3-1所示。图中:D1—工作缸外径（cm)D1=66cmD—工作缸内经（cm）D=50cmd—活塞杆直径（cm）d=45cm实际工作压力主压力P=0.785（3-1）回程压力(3-2)式中：p-液体工作压力本设计中选用p=250×105Pa根据结构尺寸，得：主压力：P=0.785×3.14×10Pa回程压力：图3-1油缸结构图56 4.1.2缸体的强度计算⒈缸体的中段强度计算油缸筒部的强度可按材料力学中厚壁筒公式进行计算。对于塑性材料，可根据第四强度理论计算出工作缸内壁的最大合成应力σmax。筒部受力状态如图3-2。图3-2工作缸筒部受力状态由第四强度理论知（3-3）式中—作用于缸筒内任一点K处的切应力，且有（3-4）式中—作用于缸筒内任一点K处的径向应力，且有式中—作用于缸筒的轴向应力，且有=（3-6）式中56 r1—工作缸内半径；　　　　r2—工作缸外半径；　　　　r—所求应力点位置的半径；　　　　　p—油缸最大工作压力。当r=r1时：＝－Ｐ；＝；＝即油缸筒部内壁的合成应力达到最大值。将此处的σr、σt、σz分别代入式（3-3）中，可得油缸筒部内壁的合成应力为：=（3-7）所设计的油缸结构尺寸参数和油缸最大工作压力分别为：r1=50cm；r2=74cm；pmax=25Mpa，代入式（3-7）计算得：==1025×(105Pa)2、缸底强度计算按圆形平板弯曲计算：式中：p=25;D=50；B=16；；代入上式：56 　　　　　　　　　　　　图3-4　缸底结构尺寸4.1.3缸口部分强度计算1、作用在缸口导套及法兰盘上的力式中符号见图3-5.尺寸为：图3-5　缸口结构2、螺栓计算螺栓选用8个M30螺栓，材料为35，M30螺纹内径螺栓拉伸应力为：式中：56 对于大于M12的螺钉对于小于M12的螺钉3、缸口导套挤压计算缸口导套材料选用HT20-40，导套挤压应力为：式中代入得：=68.54、法兰盘计算法兰材料选用35，故弯曲应力：式中代入上式得：56 4.2　充液阀的设计计算4.2.1充液阀技术要求　　1、根据下行速度及回程排油量的要求：　吸油时工称流量：　排油时排油量：　　2、吸油负压≤0.03；　　3、在控制压力时能泄压；　　4、主缸下腔有阻力时不能打开卸载阀；5、上腔泄压至时，在最小回程压力作用下，能可靠打开主阀。4.2.2主阀设计计算　　1、主阀直径　充液阀结构图如图2-9所示：已知：从图2-9所示设计尺寸，°，故实际得符合要求。　　2、阀口接触应力（3-14）式中：56 3、主阀重量由结构尺寸计算得主阀重量G=3KG。4.2.3控制活塞计算按泄压后打开主阀的必要条件，按公式计算，应为:式中按要求3，已选用卸载阀直径=1.8，故应满足下列关系：因此设计时考虑通用化和标准直径，取=80完全可以满足要求。4.2.4弹簧的设计计算1、吸油弹簧2的设计（1）满足要求第二项，按公式计算：（2）保证有初始密封力0.05，按公式计算：（3）其他要求：弹簧安装空间限制在的范围内，吸油时，由变到时的行程S=25mm。弹簧刚度要求：56 初步选择弹簧d=3,取n=8,实际弹簧刚度为，此时弹簧自由状态，下长度为：安装时变形量为：因此设计的弹簧和均在要求的范围内。但还应根据JZ65-60弹簧计算标准校核弹簧应力，并应在允许范围内。　2、主弹簧1设计和计算（1）满足技术要求第三项，按公式计算：（2）满足技术要求第四项，按公式计算：（3）满足技术要求第五项，设计要求能打开主阀，按公式计算：56 （4）其他要求，根据设计结构，弹簧安装空间限制在尺寸范围内，行程S为：式中弹簧刚度要求为：初步设计弹簧尺寸为：弹簧1自由长度为：弹簧刚度为：经计算，弹簧力特征满足要求。56 4.3　工作台结构的强度与刚度计算4.3.1计算条件1、把工作台简化为简支梁；2、工作台的制造材料为HT200(灰口铸铁)，其许用应力为：[σ]≤40MPa,抗剪许用应力[τ]≤20MPa；3、由于本机为四柱式通用液压机，其加载条件可视为中间部分承受均布载荷，设模具长度为b，其受力分析简图如图3—6所示。图3-6　工作台受力简图4.3.2工作台的弯矩与剪力计算1、最大弯距Mmax已知：P=5000KN；b=40cm（模具长度）；B=160cm（立柱中心距），则b=B∴q===125000N/cmMmax==56 =175000000N·cm2、最大剪力Qmax由受力分析简图3-10可得Qmax=P/2=2500000N。56 第５章液压系统安全稳定性验算四柱液压机执行部件有主缸和顶出缸，主缸的进、回油管直径分别为：52mm、50mm；顶出缸的进、回油管直径分别为40mm、42mm。液压油选用L-HM32液压油，15℃时该油液的运动粘度,油液密度。5.1　主缸各工况时的压力损失验算1、工进时进油路、回油路的压力损失工进时运动部件最大速度为0.01m/s，工进时最大流量为117.6L/min，则液压油在油管中的流速：管道流动雷诺数：＜2300，油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数：　　进油管长度为10m，沿程压力损失：　　　　　压力阀的损失　　那么进油路总的压力损失：　　　　　=+=　工进时回油管的最大流量：　回油管中液压油的流速：管道流动雷诺数：56 　＜2300，油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数：进油管长度为6m，沿程压力损失为：　　　　阀的压力损失；调速阀压力损失；回油路总的压力损失为：　　　　=++=　　　　　　=2、快进、快退时的压力损失主缸快进时由于供油不足，泵口的压力很小；快退时的负载为630kN，与工进时的负载2000kN相比要小，这样回路中的压力损失比工进时要小，泵的出口压力也比工进时小，具体验算过程从略。5.2　顶出缸各工况时的压力损失验算1、工件顶出时进油路、回油路的压力损失顶出缸顶出速度为0.075m/s，需要的最大流量为220.8L/min，进油管直径D=40mm，则液压油在油管中的流速为：管道流动雷诺数为：而油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数：进油管长度8m，沿程压力损失为：56 阀的压力损失；那么进油路总的压力损失为：=+=回油管直径D=42mm，工进时回油管的最大流量为：回油管中液压油的流速：管道流动雷诺数：＜2300，油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数：进油管长度为8m，沿程压力损失：阀的压力损失；调速阀压力损失；回油路总的压力损失为：=++=2、快进、快退时的压力损失顶出缸回程时只有摩擦负载存在，比顶出负载630kN要小，因此回程时液压泵口的压力比顶出时要小，具体验算过程从略。通过对主缸、顶出缸各工况的压力损失验算可知，液压系统的油路结构及元件参数选择满足要求。56 5.3　液压系统发热和温升验算在整个工作循环中，工进阶段所占用的时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，帮按工进工况验算系统温升。主缸工进时输入、输出功率分别为：=55kw；=Fv=5000kN×0.01m/s=50kw系统总的发热功率Φ公式如下：Φ=-(3.14)代入式(3.14)中得：Φ=55-50=5KW主缸的最大发热功率为5.5kw。系统温升计算公式如下：式中：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　—系统温升；—发热功率；—油箱散热面积；—油箱散热系数。自然冷却通风很差时，=(8～9)×；自然冷却通风良好时，=(15～17.5)×；有专用冷却器时，=(110～170)×。液压机散热条件一般，取散热系数=10×。已知油箱容积V=4000L，则油箱的近似散热面积A为：　　　　　　(3.16)　　将=5kw；；=10×代入公式(2.15),求系统温升，即：　　　　　　　　查资料可知，允许的最高油温[T]，对于一般机床[T]=55～70℃；对于工程机械[T]=65～80℃。通过温升验算可知，系统温升在许可油温范围内，满足要求。56 第6章液压站的设计6.1　液压站简介液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。1)分散式这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各处。例如利用机床床身或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放任便于操作的地方。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油易回收，节省占地面积，但安装维修不方使。同时供油装置酌振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故较少采用，一般非标设备不推荐使用。2)集中式这种型式将机床按压系统的供油装置,控制调节装置独立于机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，按压装置的振动、发热都与机床隔开；缺点是液压站增加了占地面积。本次采用的集中式。6.2　液压油箱设计液压油箱主要作用是贮存液压油液、散发油液热量、逸出空气、沉淀杂质、分离水分。1、油箱容量的确定液压油箱的总容量包括油液容量和空气容量。油液容量是指油箱中油液最多时,即液面在液位计的上刻线时的油液体积。在最高液面以上要留出等于油液容量的10%~15%的空气容量。油箱容量的大小与液压系统工作循环中的油液温升,运行中的液位变动、调试与维修向管路及执行器注油、循环油量、液压油液的寿命等因素有关。低压、中压、高压系统油箱的有效容积V确定算法如下：（6.1）式中:V—液压油箱有效容积(L)；—液压泵额定流量(L/)；56 与系统压力有关的经验系数:低压系统,中压系统，中高压或高压系统液压机属于高压系统，油箱的有效容积可由公式(6.1)求出，即：查表1-33[1]得液压泵站油箱公称容量为4000L2、油箱外形尺寸确定油箱的有效容积确定后，液压油箱外形尺寸长、宽、高的比值一般为：1:1:1～1:2:1。为了提高冷却效率，安装位置不受影响时，可适当增大油箱的容积。液压油箱的外形尺寸为：长×宽×高=1500×1167×1200(mm)。3、油箱的结构设计液压油箱材料一般选用Q235A钢板，通过焊接的方式连接。油箱的结构组成一般包括隔板、吸油管、回油管、顶盖、清洗孔、油面指示、吊钩、加热与冷却装置等。隔板主要是为了增加液压油的流动时间，除去沉淀的杂质，分离清除水和空气，调节温度，吸收液压油压力波动及防止液面的波动。吸油管前应设有过滤器，过滤器与箱底间的距离应不小于20mm。吸油管应插入液面以下，防止吸油时吸入空气，使空气混入系统；回油管出口有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等形式，一般采用45°斜口。为防止液面波动，可在出口设扩散器或将回油管插入液面以下，一般距离油箱底面的距离大于300mm。为了不让进油、回油相互影响，用隔板将其隔开，两管的斜口方向还应一致，而不是相对。顶盖用于安装液压泵、阀组、动力装置、空气滤清器。泵和动力装置安装时底座应该与顶盖分开，另外制做。顶盖与油箱要有好的密封性，防止泄漏的油液直接进入油箱而污染油液；清洗孔用于清洗油箱内的角落和取出油箱内的元件；油面指示用于油箱内最高、最低油位；吊钩方便装配和搬运。56 结论液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。本课题是主要针对液压机的主机、液压系统、液压机的受力分析进行设计及计算。结论如下：　　(1)完成500T液压机总体方案的确认　　(2)完成500T液压机液压缸的设计　　(3)完成500T液压机液压系统的设计　　(4)完成500T液压机主要零部件刚度与强度的计算　　(5)完成整个压力系统性能验算和液压站的设计56 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