1、四 柱 式 液 压 机 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： 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 职称：教 授2016 年 6 月沈阳航天航空大学本科毕业设计I摘 要本设计为中型四柱式液压机，主机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
2、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；四柱液压机； 沈阳航天航空大学本科毕业设计IIABSTRACTThis paper design for the med
3、ium frame of hydraulic machines, the mainframes largest work load design for 2000KN. Mainframe mainly by the beam、guided 、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
4、situation analyzes, formulation of a master control program. By contrast, developed hydraulic control system diagram.Hydraulic systems use cartridge valve integrated control system, integrated cartridge valve control system has good sealing, flow capacity, small pressure loss characteristics etc. To
5、 solve the master cylinder express entered the shortage of oil supply in the top of the mainframe installed oil tank. Master 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 sy
6、stem installed packing loop through packing work-piece stability molding; To prevent hydraulic shocks, pressure relief system 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
7、 structure、shape、technique for a specific design.By the loss of hydraulic system pressure and temperature checked. Hydraulic system is designed to meet the hydraulic action sequence and cycle requirements can be achieved by forging plastic materials, stamping, cold extrusion, straightening, bending,
8、 and other molding processes. Keywords: Hydraulic System ；Hydraulic Pressure machine；沈阳航天航空大学本科毕业设计III目 录第 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
9、.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 333.4.4 液压油箱设计 353.
10、5 液压站布局设计 36沈阳航天航空大学本科毕业设计IV3.5.1 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 373.6.2 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
11、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沈阳航天航空大学本科毕业设计48第 1 章 绪 论1.1 液压机现状概要QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取沈阳航天航空大学本科毕业设计49（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） 3150KN工进时液体最大工作压力 30MPa主缸回程力 500KN顶出缸顶出力 400KN主缸滑块行程 800mm顶出活塞行程
12、 280mm主缸滑块距工作台最大距离 1300mm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
13、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 四柱液压机的工作原理（1）四柱液压机主机组成简图 2.1沈阳航天航空大学本科毕业设计501-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（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，控制顺序框图如图沈阳航天航空大学本科毕业设计512.2。 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
14、，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四柱液压机工作沈阳航天航空大学本科毕业设计52QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取图 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
15、进行强度校核。正应力计算公式为：(2.2)WMmaxax沈阳航天航空大学本科毕业设计53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，远小max于材料的许用应QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取沈阳航天航空大学本科毕业设计54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）
16、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 3150KN，工进时液体最大压力为 30MPa,由此确定液压机设计负载为 3150KN 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
17、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。工件压沈阳航天航空大学本科毕业设计55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：3150KN； 工进时系统最大压力：30MPa主缸回程力：500KN； 顶出缸顶出力：400KN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
18、缸顶出速度：0.02m/s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 800mm，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上，不会产生正压力，因而滑块在运动过程中所沈阳航天航空大学本科毕业设计56QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取时可以忽略不计；同理摩擦负载与顶出力相比也
19、很小，也可不计；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：F = Fw = 350000N式中：Fw 顶出力；3.3.2.3 顶出缸负载循环图沈阳航天航空大学本科毕业设计57（1）顶出缸工作循环各阶段外负载如表 3.2表 3.2 顶出缸工作循环负载工 作 循 环 外 负 载启 动 F = F 静 + Fa 忽略不计顶出缸顶出 F = = f 动 + Fw 400KN快速退回 F = f 动 + F 背 8 KN注：“f 静”表示启动时的静摩擦力， “f 动”表示启动后的动摩擦力。（2）顶出缸各阶段负载循环如图 3
20、.4图 3.4 顶出缸负载循环图3.3.3 液压系统原理图QQ:123536215 、870862708 沈阳航天航空大学本科毕业设计58全套图纸及说明书，英文翻译可获取15 为顶出缸上腔安全阀，单向阀 14 用于顶出缸作液压垫，活塞浮动时上腔补油；F9、F10 组成顶出缸下腔油液三通回路，先导溢流阀 18 为顶出缸下腔安全阀。除此之外，进油主阀 F3、 F5、F7、F9 的控制油路上都有一个压力选择梭阀，用于保证锥阀关闭可靠，防止反压开启。3.3.3.5 液压机执行部件动作过程分析液压机主缸、顶出缸工作循环过程分析如下：（1）主缸1）启动按下启动按钮，所有电磁铁处于失电状态，三位四通电磁阀
21、4阀芯处于中位。插装阀 F2 控制腔经阀 3、阀 4 与油箱接通，主阀开启。液压泵输出的油液经阀 F2 流回油箱，泵空载启动。2）主缸滑块快速下行电磁铁 1Y、3Y、6Y 得电，这时插装阀 F2 关闭，F3、F6 开启，泵向系统供油，输出油液经阀 F1、F3 进入主缸上腔。主缸下腔油液经阀 F6 快速流回油箱。滑块在自重作用下快速下行，这时会因为下行速度太快，泵的输出流量来不及填充上腔而在上腔形成负压。充液阀 21 打开，上部沈阳航天航空大学本科毕业设计59油箱对上腔进行补油，滑块的快速下行。3）滑块减速下行当滑块行至一定位置触动行程开关 2S 后，电磁铁 6Y失电，7Y 得电，插装阀 F6
22、控制腔先导溢流阀 11 接通，阀 F6 在阀 11 的调定压力下溢流，主缸下腔会产生一定的背压。主缸上腔的压力这时会相应升高，充液阀 21 关闭。主缸上腔进油仅为泵的输出流量，滑块减速下行。4）工进当滑块减速行进一段距离后接近工件，主缸上腔的压力由压制负载决定，主缸上腔的压力会不断升高，变量泵输出流量会相应自动减少。当主缸上腔的压力达到先导溢流阀 2 的调定压力时，泵的输出流量全部经阀 F2 溢流，此时滑块停止运动。5）保压当主缸上腔的压力达到所需要求的工作压力后，电接点压力表发出电信号，电磁铁 1Y 、3Y、7Y 全部失电，阀 F3、F6 关闭。主缸上腔闭锁，实现保压，同时阀 F2 开启，泵
23、卸载。6）主缸上腔泄压主缸上腔此时的压力已经很高，保压一段时间后，时间继电器发出电信号，电磁铁 4Y 得电，阀 F4 控制腔通过缓冲阀 7 及电磁换向阀 8 与油箱接通，由于缓冲阀 7 的作用，阀 F4 缓慢开启，主缸上腔实现无冲击泄压，保证设备处于安全工作状态。7）主缸回程当主缸上腔的压力降到一安全值后，电接点压力表发出电信号，电磁铁 2Y、5Y、4Y、12Y 得电，插装阀 F2 关闭，阀 F4、F5 开启，充液阀 21 开启，压力油经阀 F1、F5 进入主缸下腔，主缸上腔油液经充液阀 21和阀 F4 分别流回上部油箱和主油箱，主缸完成回程。8）主缸停止当主缸回程到达上端点，触击行程开关 1
24、S，全部电磁铁失电，阀 F2 开启，泵卸载。阀 F5 将主缸下腔封闭，上滑块停止运动。（2）顶出缸1）工件顶出当主缸回程停止运动后，按下顶出按钮，电磁铁2Y、9Y、10Y 得电，插装阀 F8、F9 开启，液压油经阀 F1、F9 进入顶出缸下腔，上腔油液经阀 F8 流回油箱，工件顶出。2）顶出缸退回按下退回按钮，电磁铁 9Y、10Y 失电，电磁铁2Y、8Y、11Y 得电，插装阀 F7、F10 开启，液压油经阀 F1、F7 进入顶出缸上腔，下腔油液经阀 F10 流回油箱，顶出缸回程。（3）液压系统电磁铁动作顺序表电磁铁动作顺序如表 3.3表 3.3 液 压 机 液 压 系 统 电 磁 铁 动 作
25、顺 序 表执行部件 工 况 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y主缸快速下行 + + +沈阳航天航空大学本科毕业设计60工进、加压+ + +保 压泄 压 +回 程 + + + +停 止顶 出 + + +退 回 + + +顶出缸 停 止注：“+”表示电磁铁处于得电状态。3.3.4 液压系统基本参数计算3.3.4.1 液压缸基本尺寸计算（1）主缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定查表 2-1 1并参考表 2.1 中设计参数，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=3150K
26、N。查表 2-3 1，由主缸工作压力为 30MPa 选取 d/D 为 0.7，取液压缸的机械效率cm = 0.95。液压缸受力如图 3.8 所示。图 3.8 液压机主缸受力简图由图 2.8 可知 2212)(44PdDFP沈阳航天航空大学本科毕业设计61D= (3.3)(14221DdPFcm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；cm液压缸机械效率，一般 cm = 0.90.95。将参数代入公式（3.3） ，P2 忽略不计，可求得液压缸内径即：D= mm643.1509NPa327mm查表 2-4 1,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，
27、取 D=320mm；那么由d/D=0.7 可以求得活塞杆直径。即：d=0.7D=0.7x327229mm同理查表 2-5 1,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取 d=220mm。经过计算液压机主缸的内径、活塞杆直径分别为：D=320mm ；d=220mm。（2）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 1,取顶出缸的工作压力P=12MPa,计算顶出缸内径和活塞杆直径。由顶出缸负载图 3.4 可知最大负载F=380KN。查表 2-3 1，缸工作压力为 12MPa，选取 d/D 为 0.7，取液压缸的机械效率cm = 0.95。液压缸受力如图 3.9 所
28、示。沈阳航天航空大学本科毕业设计62图 3.9 液压机顶出缸缸受力简图将参数代入公式（3.3） ，P2 忽略不计，可求得液压缸内径即：D= mm640.381.2.95NPa198mm查表 2-4 1,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取 D=200mm；那么由d/D=0.7 可以求得活塞杆直径。即：d=0.7D=0.7x198138mm同理查表 2-5 1,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取 d=140mm。经过计算液压机顶出缸的内径、活塞杆直径分别为：D=200mm ；d=140mm。3.3.4.2 液压系统流量计算（1）主缸所需流量计算参考表 2.1 及主缸的尺寸，对主缸各个工况所需流量
29、进行计算。已知主缸的快进速度为 0.08m/s，工进速度为 0.006m/s，快速回程速度为 0.03m/s，主缸内径为 320mm，活塞杆直径为 220mm。由流量计算公式：Aq（3.4）快进时：=快 进快 进 Aq smsm/1043.6/08.32.43）（385.8L/min工进时：沈阳航天航空大学本科毕业设计63=工 进工 进 Aq smsm/1048./06.32.4 3）（28.8L/min快退时：=快 退快 退 q ss/1027./03.)2.()3.04 3（76.2L/min（2）顶出缸所需流量计算参考表 2.1 及顶出缸的尺寸，对顶出缸各工况所需流量进行计算。已知顶出缸
30、的顶出速度为 0.02m/s，快退速度为 0.05m/s，顶出缸内径为 200mm，活塞杆直径为 140mm，代入公式（3.4） ，即：顶出时：=顶 出顶 出 Aq smsm/1063./0243）（37.8L/min快退时：=快 退快 退 ss/8./5.)4 322 （）（=48L/min（3）液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择1）泵工作压力确定实际工作过程中，液压油在进油路中有一定的压力损失，因此在计算泵的工作时必须考虑压力损失。泵的工作压力计算公式为：PP1（3.5）式中：Pp液压泵最大工作压力；P1执行部件的最大工作压力；进油路中的压力损失，对于简单的系统，取 0.20.5MPa
31、，对于复杂系统，取 0.51.5MPa。本液压机执行部件的最大工作压力 P1=25MPa，进油路中的压力损失，取=0.5MPa。代入公式（3.5）可求得泵的工作压力。P即： 30.5.PMa通过计算，泵的工作压力 Pp=30.5MPa。该压力是系统的静压力，而系统在沈阳航天航空大学本科毕业设计64各种工矿的过渡阶段出现的动态压力有时会超过静压力。此外，为了延长设备的使用寿命，设备在设计时必须有一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此在选取泵的额定工作压力 Pn 时，应满足 ，取 Pp=1.25。pPn)6.125.(即：Pn = 1.25Pp=1.25x30.5MPa38MPa2）液压泵最大流量
32、计算通过对液压缸所需流量的计算，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。(3.6)max)(qKLP式中：液压泵的最大流量；PqKL液压系统泄漏系数，一般取 KL=1.11.3，取 KL=1.2；同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀max)(正处于溢流状态，还应加上溢流阀的最小溢流量。将参数代入公式（3.6）中，即：463L/minmin/8.352.1LqP3）液压泵规格选择查表 5-17 1，根据泵的额定压力，选取液压泵的型号为：250YCY14-1B。基本参数如下：排量：250mm/r ； 额定压力：38MPa ；额定转速：1000r/min
33、； 容积效率：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=160ml/r1000r/min=250L/min，而泵实际所需的最大流量 =463L/min，液q pq压机出现供油不足，快进无法实现。为了满足液压机的正常快进，必须在液压系统中设置补油油箱。3.3.4.3 电动机的选择液压机的执行件有两个，即：主缸和顶出缸。主缸和顶出缸各自工况的快进、工进、回程速度又不尽相同，这样对功率的消耗也不同。电动机额定功率的确定必须根据消耗功率最大的工况来确定，因此要分别计算主缸、顶出缸各工况消耗的功率。功率计算公式如下：P= (3.7)pPq沈阳航天航空大学本科毕业设计65式中：P-电
34、动机额定功率；Pp-液压泵的工作压力；-液压泵的流量；Pq-液压泵的总效率，取 =0.7。（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、导柱与滑块之间的摩擦负载，这样泵的出口压力也很小，消耗的功率不会很大。2）工进功率由主缸负载循环图 3.2 可及，工进时主缸最大负载为 3150KN，无杆腔面积A= 0.08，进油回路压力损失取 P=0.5MPa，则液压泵的压力23.04）（ m Pp 由公式（3.8）计算。PAFP（3.8）即： 65623.150130.18PNaPam将 、 =28.8L/
