1、（2007 届）本科生毕业设计全套 CAD 图纸，联系 153893706中型四柱式液压机及液压系统设计学 院、系： 机 械 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 03-4 班 学号 0340510412 指导教师姓名： 职称 教 授 最终评定成绩 2007 年 6 月 中 型 四 柱 式 液 压 机 及 液 压 系 统 设 计院 （系）： 机 械 工 程 学 院 专 业：机械设计制造及其自动化学 号： 0340510412 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 职称：教 授2007 年 6 月湖南工业大学本科生毕业设计摘 要本设计为中型四柱式液压机，主机
2、最大工作负载设计为 2000KN。主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸等组成。本文重点介绍了液压系统的设计。通过具体的参数计算及工况分析，制定总体的控制方案。经方案对比之后，拟定液压控制系统原理图。液压系统选用插装阀集成控制系统，插装阀集成控制系统具有密封性好，通流能力大，压力损失小等特点。为解决主缸快进时供油不足的问题，主机顶部设置补油油箱进行补油。主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制；为了保证工件的成型质量，液压系统中设置保压回路，通过保压使工件稳定成型；为了防止产生液压冲击，系统中设有泄压回路，确保设备安全稳定的工作。此外，本文对液压站进行了总体布局设计，对重要
3、液压元件进行了结构、外形、工艺设计，对主机、电气控制系统进行了简要设计。通过液压系统压力损失和温升的验算，本文液压系统的设计可以满足液压机顺序循环的动作要求，能够实现塑性材料的锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲等成型加工工艺。关键词：液压系统；液压机；毕业设计湖南工业大学本科生毕业设计IIABSTRACTThis paper design for the medium frame of hydraulic machines, the mainframes largest work load design for 2000KN. Mainframe mainly by the beam、guided
4、、worktable、mobile beams、master cylinder、cylinder head out of components etc. This paper focuses on the hydraulic system design. Through specific parameters and hydraulic mechanic situation analyzes, formulation of a master control program. By contrast, developed hydraulic control system diagram.Hydr
5、aulic systems use cartridge valve integrated control system, integrated cartridge valve control system has good sealing, flow capacity, small pressure loss characteristics etc. To solve the master cylinder express entered the shortage of oil supply in the top of the mainframe installed oil tank. Mas
6、ter cylinder for the speed of access restrictions and security through the trip exchanging to control switches.To ensure the quality of the work-piece molding, in the hydraulic system installed packing loop through packing work-piece stability molding; To prevent hydraulic shocks, pressure relief sy
7、stem with a loop to ensure that this equipment can be a safe and stable work. In addition, the paper hydraulic station on the overall layout of the key components of the hydraulic structure、shape、technique for a specific design.By the loss of hydraulic system pressure and temperature checked. Hydrau
8、lic system is designed to meet the hydraulic action sequence and cycle requirements can be achieved by forging plastic materials, stamping, cold extrusion, straightening, bending, and other molding processes. Keywords: Hydraulic System ；Hydraulic Pressure machine；Graduation design湖南工业大学本科生毕业设计III目 录
9、第 1 章 绪论 11.1 液压机现状概要 11.2 本文拟达到的要求 2第 2 章 四柱液压机总体方案设计 32.1 四柱液压机主要设计参数 32.2 四柱液压机工作原理分析 32.2.1 四柱液压机的基本组成 32.2.2 四柱液压机的工作原理 42.3 四柱液压机工艺方案设计 62.4 四柱液压机总体布局方案设计 62.5 四柱液压机零部件设计 72.5.1 主机载荷分析 72.5.2 主机工作台设计 102.5.3 控制台设计 10第 3 章 四柱液压机液压系统设计 103.1 液压传动的优越性概述 113.2 液压系统设计要求 113.2.1 液压机负载确定 113.2.2 液压机主
10、缸工艺过程分析 123.2.3 液压系统设计参数 123.3 液压系统设计 123.3.1 液压机主缸工况分析 123.3.2 液压机顶出缸工况分析 153.3.3 液压系统原理图拟定 163.3.4 液压系统基本参数计算 213.4 液压系统零部件设计 283.4.1 液压机主缸设计 283.4.2 液压机顶出缸设计 323.4.3 液压油管设计 33湖南工业大学本科生毕业设计IV3.4.4 液压油箱设计 353.5 液压站布局设计 363.5.1 液压站设计需要考虑的问题 363.5.2 液压站的结构设计 363.6 液压系统安全、稳定性验算 373.6.1 液压系统压力损失验算 373.
11、6.2 液压系统温升验算 41第 4 章 四柱液压机电气系统设计 424.1 电气控制概述 424.2 四柱液压机电气控制方案 424.2.1 四柱液压机电气控制方式选择 424.2.2 电气控制要求与总体控制方案 424.3 四柱液压电气控制电路设计 434.3.1 四柱液压机主电路设计 434.3.2 四柱液压机控制电路设计 434.3.3 电气控制过程分析 45第 5 章 四柱液压机安装调试和维护 465.1 四柱液压机的安装 475.2 四柱液压机的调试 475.3 四柱液压机的保养维护 47结论 48参考文献 49致谢 51附录 152附录 253湖南工业大学本科生毕业设计1第 1
12、章 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，
13、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
14、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，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
15、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，这样对液压元湖南工业大学本科生毕业设计2件及其它设备损害很大；按下启动按钮后，动作灵敏性不及电气控制；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
16、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。1.2 本文拟达到的要求（1）液压机总体方案设计，其中包括主机的结构设计和工艺设计、零部件的结构设计和工艺设计、部件装配方案设计
17、；（2）通过液压系统总体设计方案的对比，确定合理的液压系统设计方案。主要包括液压系统原理图设计、液压元件结构、工艺设计、液压站总体布局设计；（3）电气控制系统设计，包括主电路和控制电路电路图设计；（4）设计方案确定时，必须考虑选用什么样的制造材料，达到什么样的表面加工质量，采用什么样的机械加工设备，选择什么样的热处理方式等；（5）整个设备满足拆装方便，运输方便的要求；（6）四柱液压机能够准确完成如下工作循环：主缸活塞滑块快速下行、主缸活塞滑块慢速加压、主缸保压、主缸卸压、主缸活塞滑块回程、顶出缸顶出、顶出缸退回等；（7）设备达到总体布局合理，结构紧凑、工作稳定可靠、操作简单、维护方便、环境污染
18、小、工作的时候噪音低、自动化程度高等，能够完成冲压、冷湖南工业大学本科生毕业设计3挤、校直、弯曲、粉末冶金压制成型、薄板拉伸、压装成型等加工工艺。第 2 章 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主缸滑块距工作台最大距离 1100mm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 0.03
19、m/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。湖南工业大学本科生毕业设计42.2 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
20、 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湖南工业大学本科生毕业设计5（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
21、机工作循环分析四柱液压机工作循环如图 2.3 所示。湖南工业大学本科生毕业设计6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
22、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。湖南工业大学本科生毕业设计72.4 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 四柱液压机总体布局简图图 2.4 为液压机整体布局简图，分为三个
23、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”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 所示湖南工业
24、大学本科生毕业设计8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。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：
25、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。湖南工业大学本科生毕业设计92.5.1.2 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
26、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：湖南工业大学本科生毕业设计10(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： 32058.67.045.1mWMPakN13max45 钢的弯曲许用应力 =100MPa，而横梁的最大弯曲应力 =8.1MPa，max远小于材料的许
27、用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。2.5.2 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。湖南工业大学本科生毕业设计11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
28、。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第 3 章 四柱液压机液压系统设计3.1 液压传动的优越性概述科学技术迅猛发展的今天，液压传动技术随之有了比较完善、成熟的理论基础。目前液压传动技术正向着高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。（1）液压传动优越性1）液压元件布局灵活；2）液压传动操作控制方便，可实现无级调速；3）液压传动容易实现直线传动，可以进行自动过载保护；4）液压传动采用电液控制相结合的控制方式，可实现自动化控制，还可实现远程控制；5）液压系统中液压元件的磨损比机械传动小很多，液压油除了作为传动介湖南工业大学本科生毕业设
29、计12质外还起到了润滑的作用，延长了液压系统中液压元件的使用寿命。（2）液压传动不足1）液压传动沿程、局部阻力损失比较大；2）液压传动压力高时泄漏较大，效率降低，处理不好油液还会对环境构成污染；3）液压介质的泄漏和可压缩性使系统没有严格的传动比；4）液压传动存在的液压冲击、气蚀、困油现象影响了设备的安全工作和使用寿命；5）液压元件制造精度高，成本贵，系统故障不容易排除，维护技术成本高；6）液压系统工作环境受温度影响较大，不宜在很高和很低的温度条件下工作。3.2 液压系统设计要求3.2.1 液压机负载确定参考四柱液压机技术参数表 2.1 可知，液压机的最大工作负载为 2000KN，工进时液体最大
30、压力为 25MPa,由此确定液压机设计负载为 2000KN 型四柱液压机。3.2.2 液压机主机工艺过程分析压制工件时主机的工艺过程：按下启动按钮后，主缸上腔进油，横梁滑块在自重作用下快速下行，此时会出现供油不足的情况，补油箱对上缸进行补油。触击快进转为工进的行程开关后，横梁滑块工进，并对工件逐渐加压。工件压制完成后进入保压阶段，让产品稳定成型。保压结束后，转为主缸下腔进油，滑块快速回程，直到原位后停止。横梁滑块停止运动后，顶出缸下腔进油，将工件顶出，工件顶出后，顶出缸上腔进油，快速退回。3.2.3 液压系统设计参数液压系统设计参数可参考表 2.1最大负载：2000KN； 工进时系统最大压力：
31、25MPa主缸回程力：400KN； 顶出缸顶出力：350KN主缸滑块快进速度：0.08m/s； 主缸最大工进速度：0.006m/s主缸回程速度：0.03m/s； 顶出缸顶出速度：0.02m/s湖南工业大学本科生毕业设计13顶出缸回程速度：0.05m/s3.3 液压系统设计3.3.1 液压机主缸工况分析3.3.1.1 主缸速度循环图 根据液压机系统设计参数及表 2.1 中主缸滑块行程为 700mm，可以得到主缸的速度循环图如下：图 3.1 主缸速度循环图3.3.1.2 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
32、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。通过各工矿的负载分析，液压机主缸所受外负载包括工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载，即：F = Fw + Ff + Fa ( 3.1 )式中：F 液压缸所受外负载；Fw 工作负载；Ff 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；湖南工业大学本科生毕业设计14Fa 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：Fa = ( 3.2 )tvgG式中：G 运动部件重量；g 重力加速度 9.8m/ ；
33、2S 时间内的速度变化量；vt加速或减速时间，一般情况取 =0.010.5s。t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 30KN。由液压机所给设计参数可及： =0.08m/s ，取 =0.05s，代入公式 3.2 中。vt即：Fa = = 4898NsmsN05./8/.932（2）摩擦负载 Ff 计算滑块启动时产生静摩擦负载，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 Fa = 4898N 、Fw = 2000000 N 代入公式 3.1 中。即：F = 2000000 + 4898 = 2004898N3.3.1.3 主缸负载循环图（1）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 5 KN横梁滑块快速下行 F = f 动 忽略不计工 进 F = f 动 + Fw 2000 KN快速回程 F = f 回+ F 背 400 K
