1、中 华 人 民 共 和 国 教 育 部*大 学毕 业 设 计设计题目： 100T 四柱液压机液压系统设计 学 生： * 指导教师： *教授 学 院： *学院 专 业：* 2012 年 6 月*大学毕 业 设 计 任 务 书设计题目 100T 四柱液压机液压系统设计 指导教师 * 专 业 *学 生 * 2012 年 11 月 2 日题目名称：100T 四柱液压机液压系统设计任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）液压压力机又叫油压机，是压力机的一种，可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺，通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件。具有用
2、途广泛，生产效率高等特点。液压压力机通常由上缸带动压排（固定上模）向下运行，进行施压、保压等动作，动作完成后再由下缸把工件顶出。本课题设计要求：完成 100 吨四柱液压机液压系统设计，包括液压机结构设计、液压系统的设计计算、液压缸的设计及电机、液压元件的选择等。设计参数如下：公称压力-100T液体最大工作压力-25 MPa有效工作台面积-720580 mm 2滑块空程速度-27 mm/s滑块工作速度-10-14 mm/s滑块回程速度-80 mm/s滑块最大行程-600 mm进度安排：12 月 30 日前，收集资料，写出开题报告；3 月 30 日前，进行实习，收集资料；4 月 20 日前，完成液
3、压机结构装配图合 A0 图纸 1 张； 5 月 10 日前，进行液压系统设计计算，选择电机和液压元件；完成液压系统图一张（A1 图纸） ； 5 月 31 日前，进行液压缸设计计算，完成液压缸装配图一张（A1 图纸）,液压缸零件图合 A1 图纸一张，设计说明书一份。6 月 10 日至 15 日，导师评审，完善改进图纸和设计说明书。其中： 参考文献篇数： 20 篇以上（其中，外文文献 3 篇以上）图 纸 张 数： 3 张 A0 图纸说明书字数： 6000 字以上专业负责人意见签名：年 月 日100T 四柱液压机液压系统设计摘 要本设计为四柱式液压机，四柱液压机的主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横
4、梁、主缸、顶出缸等组成。其中主缸可完成快速下行、慢速加压、保压延时、释压换向、快速返回、原位停止的动作；顶出缸可实现向上顶出、停留、向下退回、原位停止的动作。本设计主机最大工作负载为 1000KN。通过对液压缸工况分析确定液压缸负载的变化，拟定液压系统图和电磁铁动作顺序。并设计主液压缸，计算主液压缸的尺寸和流量，主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制。根据技术要求及设计计算选择液压泵、GE 系列电磁阀等液压元件。通过液压系统压力损失和温升的验算，液压系统的设计可以满足液压机顺序循环的动作要求，设计的四柱液压机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。本液压系统选用
5、PLC 控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。液压机采用集中式布置，液压系统油源与控制调节装置置于主机之外。该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定的范围内任意调节，操作简单。关键词：四柱液压机；液压系统；PLC100T Four-column hydraulic press hydraulic system design AbstractThe design for the Four-column hydraulic machine, four-column hydraulic machine is mainl
6、y composed of the host beam, pillar, table, moving beams, master cylinders, composed of the top of the cylinder. The master cylinder can be completed quickly down, slow compression, security calendar, the release pressure for the rapid return of in situ to stop the action; the top of the cylinder ca
7、n be achieved out of the top up, stay, down the back, stopped in situ action. The design maximum working load of the host 1000KN. Conditions on the hydraulic cylinder hydraulic cylinder load analysis to determine changes in the hydraulic system developed action plans and the electromagnet order. And
8、 the main hydraulic cylinder design to calculate the size of the main cylinder and the flow rate of master cylinder for access and security, travel limit switches to control through the stroke. Calculated according to the technical requirements and design options hydraulic pump, GE series of solenoi
9、d valves and other hydraulic components. The hydraulic system pressure loss and temperature rise of checking, hydraulic system design to meet the hydraulic requirements of the order cycle of action, designed to achieve four-column hydraulic press plastic material, forging, stamping, cold extrusion,
10、straightening, bending and other forming processes. The PLC control system, hydraulic system used by a variety of hydraulic pumps and cylinders and valves to achieve energy conversion, regulation and distribution, complete a variety of process action cycle. Hydraulic press using a centralized arrang
11、ement, the hydraulic system and control of oil sources outside the regulating device in the host. The hydraulic machine structure is compact, reliable sensitive action, speed, energy consumption, low noise, stress and travel can be adjusted within the limits prescribed, simple operation. Keywords: F
12、our-column hydraulic press; hydraulic system; PLC东北林业大学毕业设计6目 录摘要Abstract1 绪论 .11.1 概述 11.2 发展概况 22 液压系统工况分析 32.1 载荷的组成和计算 32.1.1 主液压缸载荷的组成与计算 .32.1.2 绘制负载图和速度图 .42.1.3 初选系统工作压力 .42.2 液压系统及元件的设计 52.2.1 拟定液压系统图 .52.2.2 电磁铁动作顺序 .63 液压缸的设计 .73.1 液压缸基本结构设计 73.1.1 液压缸的类型 .73.1.2 缸口部分结构 .73.1.3 缸底结构 .73.2
13、 缸体结构设计 73.2.1 液压缸主要参数的确定 .73.2.2 液压缸动作时的流量 .83.2.3 缸的设计计算 .93.2.4 活塞的设计 .123.2.5 活塞杆的设计 .133.2.6 导向环的设计 .153.2.7 导向套的设计 .163.2.8 缸盖的设计 .164 液压元件的选择及性能验算 .194.1 液压元件的选择 194.1.1 液压泵的选择 .194.1.2 GE 系列阀简介及选择 .204.1.3 辅助元件的选择 .204.1.4 管件的选择及计算 .214.1.5 油箱容量的确定 .224.2 液压系统性能验算 .234.2.1 液压系统压力损失 .234.2.2
14、液压系统的发热温升计算 .245 液压系统的 PLC 控制设计 .255.1 PLC 概述 255.2 控制部分设计 256 结论 .29参考文献致谢毕业设计1四柱液压机液压系统设计 11 绪论1.1 概述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。液压机被广泛应用于机械工业的许多领域。例如在锻压领域，液压机被广泛应用于自由锻造、模锻、冲压、挤压、剪切、拉拔成型及超塑性等许多工艺中；在机械工业的其他领域，液压机被应用于粉末制品，塑料制品、磨料制品、金刚石成型、校正压桩、压砖、橡胶注塑成型等十分广泛的不同工作领域。液压机一般是由本体、动力系统、液压控制系统三部分组成。本体一般
15、是由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置以及其他辅助装置组成。工艺要求使影响液压机本体结构形式的最主要因素。由于在不同液压机上完成的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构形式也是不同的。根据机架形式，液压机可以分为立式和卧式；根据机架的组成形式，液压机可分为梁柱式、单柱式、框架式、钢丝缠绕预应力牌坊式等。其中三梁四柱式是最为常见的类型，如图 1-1 所示。其机身是由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。其执行元件的结构简单，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间，因此适应性强，便于压制大型工件或较长、较高的工件；由于执行元件结构简单，所以布置灵活，可以根据工艺要求来多方位布
16、置；活动横梁的总行程和速度都可在一定范围内、相当大程度上调节，适应工艺过程对化快速度的不同要求；通过不同阀的组合实现工艺过程的不同顺序；安全性能好，不易超载，有利于保护模具；工作平稳。撞击、振动、噪声较小，对工人及厂房有很大好处。图 1-1 四柱液压机东北林业大学毕业设计21.2 发展趋势随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。自 19 世纪问世以来发展很快，已经广泛应用于国民经济的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分。但由于我国液压起步晚，液压机只有 50 年的发展历史，80 年代以后我国液压机开始
17、进入高速发展阶段。目前我国已建立了自己的液压机设计和制造行业。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体现在新的方向。随着比例伺服技术的发展，液压机的停位精度、速度控制精度越来越高，液压机趋向高精度发展。高速化、高效化、低能耗提高了液压机的工作效率，降低生产成本；自动化、智能化，微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能；液压元件集成化，标准化，集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。在国际上来看，由于技术发展趋于成熟
18、，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。 毕业设计32 液压系统工况分析四柱液压机的工作过程如下：上液压缸驱动上滑块，实现“快速下行-慢速加压-保压延时-释压换向-快速返回-原位停止 ”的动作循环；下液压缸驱动下滑块，实现“向上顶出-停留-向下退回-原位停止 ”的动作循环。如 2-1 图所示。图 2-1 液压机工作循环图
19、2.1 载荷的组成和计算2.1.1 主液压缸载荷的组成和计算作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷 ，导轨的摩擦力 和由于速度变化而产生的惯gFfF性力 。aF（1） 工作载荷 gF工件的压制抗力即为工作负载： N63g 108.9.10（2） 导轨摩擦载荷 f摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力。(2-1) NFf-外载荷作用于导轨上的正压力（N） ；F-摩擦系数，分为静摩擦系数（ ）和动摩擦系数（ ）f 3.02s 1.05.fd静摩擦阻力： 0.259.8fsF动摩擦阻力： 14d（3） 惯性载荷 a(2-2)tvgGFa东北林业大学毕业设计4NtvgGF80.5a 式中 g重力加速度；
20、g=9.81 ;2/ms-速度变化量（m/s） ；v-起动或制动时间（s） 。一般机械 =0.1-0.5s，对轻载低速运动部件取小值，对重t t载高速部件取大值。行走机械一般取 =0.5-1.5 。v2/ms以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷 。工作载荷并非每个阶段都在，如该阶段WF没有工作，则 =0。由于液压缸参数未定，估算背压力 Fb=12000N。gF自重： 490GmN-液压缸的机械效率，一般取 0.90-0.95.m(2-3)mWF液压缸各阶段负载如表 2-1 所示。表 2-1 液压缸各阶段中的负载工作状态 负载组成 负载值 F/N 推力 F/ /Nm启动 GFfsbW8080N 8
21、977.8N加速 da8390N 9322.2N快速下行 fb7590N 8433.3N慢速加压 gdN .3N快速返回 FfW5390N 5988.9N2.1.2 绘制负载图和速度图由以上分析计算绘制主液压缸负载图和速度图，如图 2-2。图 2-2 压力机液压缸的负载和速度图2.1.3 初选系统工作压力 根据重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用维护方便的原则，针对设计系统在性能和动作方面的特性，确定了设计系统的工作压力。如表 2-2、表 2-3所示。本设计工作压力为 25MPa。毕业设计5表 2-2 按载荷选择工作压力载荷/KN 50工作压力/MPa 80mm 时，取 。
22、dA=0.6d=108mm.取 100mm。(3) 导向套的密封导向套与活塞杆之间的密封采用 O 形橡胶密封圈，根据 GB/T3452.1-1992 查阅，选取，密封环内径 180mm，线径 7mm。选自机械设计手册第 2 卷表 10.1-40 通用型 O 型密封圈尺寸系列与公差。并且采用防尘圈以防止活塞在后退时把杂质、灰尘及水份带到密封装置处.尺寸685。(4) 导向套的加工技术要求a、导向套外圆与端盖的配合为 H8/f7。b、内孔与活塞杆外圆的配合为 H8/h7。c、外圆与内孔的同轴度公差不大于 0.03mm。d、内孔中的环形油槽和直油槽要浅而宽，以保证良好的润滑。导向套的零件图如图 3-
23、4 所示：图 3-4 导向套毕业设计173.2.8 缸盖的设计(1) 缸盖的材料和结构缸盖分为左缸盖和右缸盖，其中一个油口位于左缸盖之上。缸盖的材料选择 45 钢。(2) 缸盖的尺寸的确定缸盖与缸筒内壁的接触面为其定位基准。为了保证缸盖与缸筒两者轴线的同轴度，其装配面要经过磨削加工。缸盖的尺寸是由导向套、缸筒、活塞杆及固定装置的尺寸来确定。其法兰的尺寸由安装条件确定。其中直径 d1 与缸径相同 220mm,基本尺寸 D3 取与密封圈外径相同 200mm。(3) 缸盖的技术要求a、导向孔的表面粗糙度应为 Ra=1.25m。b、与缸筒内径配合的直径采用 h9，与活塞杆上的缓冲柱塞的配合的直径采用
24、H9。偏差值为 0.115mm。这三个尺寸的圆度和圆柱度误差不大于各自直径公差的一半，三个直径的同轴度误差按 7 级选取 0.03mm。c、与缸筒接触的端面和与活塞接触的端面对轴线的垂直度误差在直径 100mm 上不大于 0.04mm，按 7 级精度选取。前后端盖如图 3-5、图 3-6 所示：图 3-5 前端盖东北林业大学毕业设计18图 3-6 后端盖毕业设计194 液压元件的选择及性能验算4.1 液压元件的选择根据系统要求和设计方案，选择合适的液压元件，对液压系统有很大的决定作用，所以对液压元件一定要有合理的选择。4.1.1 液压泵的选择液压泵是系统的能源装置，它给系统提供压力油，在液压系
25、统中起心脏作用。由工况分析可清楚的看出：系统工作循环主要由相对于快进、快退行程的低压大流量和相应于工进行程的高压小流量两个阶段所组成，其最大流量和最小流量之比很大，其相应的时间比有很小。这表明，系统在一个工作循环中的绝大多数时间内处于高压小流量工作。从提高系统效率出发，由于额定压力（25Mpa）较大，所以这里选用柱塞泵供油。它和调速阀组成的容积节流联合调速回路，一方面可以保证运动的平稳性及速度的稳定，另一方面可实现流量适应，减小系统功率的损失和系统发热。因此液压泵选用径向柱塞泵。a、确定液压泵的最大工作压力 :pP（4-1）pP1式中： P1-液压缸的最大工作压力 25Mpa； -从液压泵出口
26、到液压缸的入口之间总的管路损失。可以按实验数据选取，管P路简单，流速不大的取 =（0.20.5）Mpa；管路复杂，进口有调速阀的取P=（0.51.5）Mpa；由工况分析一节可知，液压缸的最大工作压力出现在工进阶段， =25Mpa。1P由于工进阶段液压缸输入流量很小，进油路中元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失选取 =0.4Mpa，所以， 25+0.4=25.4Mpa；PpPb、 确定液压泵的流量:液压缸的输出流量为： maxqVvpK式中： k-系统泄漏系数,一般取 k=1.11.3；-同时动作的液压缸的最大总流量，对于在工作过程用节流调速的系统，还maxVq须加上溢流阀最小溢流量，一般取 ,
27、最大流量出现在快进阶段，所以 s/105.34=1.2（ 60L/min+ ）75.6L/minvpq东北林业大学毕业设计20c、选择液压泵和电动机的规格:根据以上求得的 和 值，按系统中拟定的液压泵形式，从手册中查得相应的液压Pvpq泵，为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25%-60%。电动机的选择要与泵相配合，以满足泵的要求， 根据压力和流量的不同选择液压泵和电动机。设计要求该系统工作效率高，发热少，能耗低，结构简单，因此该设计选择 JB-型径向柱塞泵（型号为 JB-G73） ，根据液压工程手册查得。同时由产品样本查的此泵驱动功率为 10KW，此值完全能满
28、足系统需要。选择驱动电机型号为 JB-218-300型，其额定功率为 55KW，转速为 1500r/min。4.1.2 GE 系列阀简介及选择（1） 概述GE 系列液压阀包括压力、流量、方向控制三大类，全系列共计 70 个品种，近 3000种规格某些液压阀是根据液压系统发展的特殊需要而开发的，以满足广大用户的需要。目前 GE 系列阀已在机床、造纸、注塑、等行业广泛应用，主机单位反应使用情况良好。（2） GE 系列阀的选用根据液压系统的工作压力和通过阀类元件和辅助元件的实际流量，结合本课题设计要求，选出液压元件的具体型号和规格，如下：名称 型号 额定压力 最大流量1) 三位四通电磁换向阀：3WE
29、6-50/W110R 16MPa 25L/min2) 溢流阀： YF3-10L 6.3MPa 63L/min3) 顺序阀： XF3-10B 6.3MPa 63L/min4) 二位四通电磁换向阀：22B(E)-H6B 16MPa 25L/min5) 单向阀 AF3-Eb10B 16MPa 40L/min6) 背压阀 FBF3-6B 6.3MPa 25L/min7) 液控单向阀 YAF3-Eb10B 16MPa 8) 节流阀 LF3-E6B 16MPa 25L/min4.1.3 辅助元件的选择（1） 滤油器的选择滤油器在选择中必须要考虑的主要因素：过滤液的性质及与过滤材料的相容性；通过滤油器的流量
30、及流量的变化与波动程度；系统的工作压力以及压力压力是稳态的还是时变的；系统的工作温度，以及系统要求的过滤精度等。选择滤油器应注意以下几点：毕业设计211) 安装滤油器时要注意滤油器壳体上标明的液流方向，正确安装在系统中；2) 当滤油器压差指示器显示红色信号时，要及时清洗或更换滤芯；3) 在清洗或更换滤芯时，要防止外界污染侵入工作系统；4) 清洗金属编织方孔网滤芯原件时，可用刷子在汽油等中刷洗；5) 滤芯元件在清洗时，应该堵住滤芯端口，防止清洗下的污物进入滤芯内腔造成内污染；6) 过滤器的工作能力，取决于滤芯的过滤面积，滤芯本身的性能、油的粘度与温度、过滤前后的压力差以及油中固体颗粒的含量。过滤
31、出入口的压差越大，阻力越小时，过滤的出油能力越大。根据上述要求，本课题选择滤油器型号: XU-50200（2） 空气滤清器的选择一般应在油箱盖上设置空气过滤器，它包括空气过滤器和注油过滤网。选择： 。技术参数：空气阻力0.02Mpa，加油网孔 0.5mm。2QU（3） 选择压力表 选择： Y-150T。（4） 选择液位仪 在油箱侧壁上设置液位计，以指示液面位置。选择： YWZ-125T。4.1.4 管件的选择及计算（1） 确定油管的内径液压系统中的泄漏问题大部分出现在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应具体考虑。油管的管径不宜选得过大，但也不能选得过小。过大，容易使液
32、压装置的结构庞大；过小，容易使管内液体流速加大，系统压力损失加大或产生振动和噪音，影响正常工作。薄璧易于弯曲，规格较多，装接较易，采用它可减少管系接头数目，有利于解决系统的泄漏问题。因此在强度保证的情况下，管壁可尽量选的薄些。管道的内径：d= （4-2）vqV4式中： -通过管道的流量 （ ）Vqsm/3-管内允许流速 （ ）v允许流速的推荐值如表 4-1 。表 4-1 允许流速推荐值液体流经的管道 推荐速度 sm/东北林业大学毕业设计22液压泵吸油管道 0.6-1.5，一般常取 1 sm/液压系统压油管道 2.5-5，压力高，管道短，粘性小，取最大值液压系统吸油管道 1.5-2因此管道直径计
33、算如下：液压泵吸油管道：= =0.036m 取 =40mm1d13.460/-1d液压系统压油管道：= =0.016m 取 =20mm2d53.1460/- 2d液压系统回油管道：= =0.029m 取 =30mm3d1.5460/-33d（2） 管路、管接头的选择管接头是油管与油管，油管与液压元件之间的可拆式连接件，它必须具有装拆方便，连接牢固，密封可靠，外形尺寸小，通流能力大，压降小，工艺性好等各项要求。管路旋入端用的连接螺纹采用国家标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M） 。细牙螺纹的密封性好，常用于高压系统，但需采用组合垫圈或 O 型密封圈进行端面密封。液压系统中的泄漏问题大部分出现
34、在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应具体考虑。这里选用卡套式端直通管接头（GB3733.1-83）,这种管接头具有结构简单，性能良好、重量轻、体积小、使用方便、不用焊接等一系列优点，是液压、气动系统中较为理想的管路连接体。4.1.5 油箱容量的确定初始设计时，按经验公式确定油箱的容量。经验公式为（4-3）Vqa=1075.6L/min=756L式中： -液压泵每分钟排出压力油的容积（L/min ）Vq-经验系数，见表 4-2。a表 4-2 经验系数 a毕业设计23系统类型 行走机械 低压机械 中压系统 锻压系统 冶金机械a 1-2 2-4 5-7 6-12 10因此
35、圆整后油箱的有效容积选取 V800L，根据机械设计手册单行本液压传动中查得油箱的外形尺寸长、宽、高分别为 1300mm、1000mm、970mm。分离式油箱一般用2.54mm 钢板焊成。箱壁愈薄，散热愈快，大尺寸油箱要增加焊角板、筋条，以增加刚性。油箱顶盖要稍微加厚些。因此在这里油箱壁厚选取 6mm, 箱底厚度应大于箱壁的厚度，选取 10mm ， 箱盖厚度为 10mm。4.2 液压系统性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当回路形式、液压元件及连接管路等完全确定后，针对实际情况对所涉及的系统进行各项性能分析。主要包括计算液压回路各段压力损失、统计损失及系统效率、压力冲击和发热温
36、升等。4.2.1 液压系统压力损失压力损失包括管路的沿程损失 ，管路的局部压力损失 和阀类元件的局部损1p2p失 ，总的压力损失为3p（4-324）由于供油流量的变化，其快上是液压缸的速度为 27mm/s此时油液在进油管中的流速为： smsAqp /03.1/6104.75v-23(1) 沿程压力损失 设系统采用 N32 液压油。室温为 20时，运动粘度 =1.0 ，/2-4所以有： 2300。液压油在金属管中为层流流d/Rev .10.03.14-3-动，则阻力损失系数 。若取进，回油管长度均为 0.5m,油液的92/75Re/密度为 ，则其进油路上的沿程压力损失为：/kg89m（4-5）l21vdp= Pa23-0.18904.59.=1056.875Pa=0.00157 6=0.00157MPa(2) 局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道的具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的 10%；而后者则与通过阀流量大小有关。本设计中通过整个阀的压力损失很小，一般忽略不计。同理：快上时的回油路上的流量 min/9.24in/379412560.q122 LLApv
