四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)】

四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)】,中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),四柱式液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)】,四柱式,液壓機(jī),液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì),中型 （2007屆） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院、系： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 彭 勇 班 級(jí)： 03-4班 學(xué)號(hào) 0340510412 指導(dǎo)教師姓名： 羅中平 職稱 教 授 最終評(píng)定成績(jī) 2007 年 6月 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 0340510412 學(xué)生姓名： 彭 勇 指導(dǎo)教師：羅 中 平 職稱：教 授 2007 年 6月 摘 要 Ⅰ 本設(shè)計(jì)為中型四柱式液壓機(jī)，主機(jī)最大工作負(fù)載設(shè)計(jì)為2000KN。主機(jī)主要由上梁、導(dǎo)柱、工作臺(tái)、移動(dòng)橫梁、主缸、頂出缸等組成。本文重點(diǎn)介紹了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)具體的參數(shù)計(jì)算及工況分析，制定總體的控制方案。經(jīng)方案對(duì)比之后，擬定液壓控制系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)選用插裝閥集成控制系統(tǒng)，插裝閥集成控制系統(tǒng)具有密封性好，通流能力大，壓力損失小等特點(diǎn)。為解決主缸快進(jìn)時(shí)供油不足的問(wèn)題，主機(jī)頂部設(shè)置補(bǔ)油油箱進(jìn)行補(bǔ)油。主缸的速度換接與安全行程限制通過(guò)行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制；為了保證工件的成型質(zhì)量，液壓系統(tǒng)中設(shè)置保壓回路，通過(guò)保壓使工件穩(wěn)定成型；為了防止產(chǎn)生液壓沖擊，系統(tǒng)中設(shè)有泄壓回路，確保設(shè)備安全穩(wěn)定的工作。此外，本文對(duì)液壓站進(jìn)行了總體布局設(shè)計(jì)，對(duì)重要液壓元件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、外形、工藝設(shè)計(jì)，對(duì)主機(jī)、電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)。 通過(guò)液壓系統(tǒng)壓力損失和溫升的驗(yàn)算，本文液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以滿足液壓機(jī)順序循環(huán)的動(dòng)作要求，能夠?qū)崿F(xiàn)塑性材料的鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲等成型加工工藝。 關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；液壓機(jī)；畢業(yè)設(shè)計(jì) 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) ABSTRACT This paper design for the medium frame of hydraulic machines, the mainframe’s 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 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 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 system 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 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, and other molding processes. Keywords: Hydraulic System ；Hydraulic Pressure machine；Graduation design 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 液壓機(jī)現(xiàn)狀概要 1 1.2 本文擬達(dá)到的要求 2 第2章 四柱液壓機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1 四柱液壓機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù) 3 2.2 四柱液壓機(jī)工作原理分析 3 2.2.1 四柱液壓機(jī)的基本組成 3 2.2.2 四柱液壓機(jī)的工作原理 4 2.3 四柱液壓機(jī)工藝方案設(shè)計(jì) 6 2.4 四柱液壓機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì) 6 2.5 四柱液壓機(jī)零部件設(shè)計(jì) 7 2.5.1 主機(jī)載荷分析 7 2.5.2 主機(jī)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 10 2.5.3 控制臺(tái)設(shè)計(jì) 10 第3章 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)越性概述 11 3.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 11 3.2.1 液壓機(jī)負(fù)載確定 11 3.2.2 液壓機(jī)主缸工藝過(guò)程分析 12 3.2.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 12 3.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 3.3.1 液壓機(jī)主缸工況分析 12 3.3.2 液壓機(jī)頂出缸工況分析 15 3.3.3 液壓系統(tǒng)原理圖擬定 16 3.3.4 液壓系統(tǒng)基本參數(shù)計(jì)算 21 3.4 液壓系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì) 28 3.4.1 液壓機(jī)主缸設(shè)計(jì) 28 3.4.2 液壓機(jī)頂出缸設(shè)計(jì) 32 3.4.3 液壓油管設(shè)計(jì) 33 3.4.4 液壓油箱設(shè)計(jì) 35 3.5 液壓站布局設(shè)計(jì) 36 3.5.1 液壓站設(shè)計(jì)需要考慮的問(wèn)題 36 3.5.2 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 36 3.6 液壓系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性驗(yàn)算 37 3.6.1 液壓系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 37 3.6.2 液壓系統(tǒng)溫升驗(yàn)算 41 第4章 四柱液壓機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42 4.1 電氣控制概述 42 4.2 四柱液壓機(jī)電氣控制方案 42 4.2.1 四柱液壓機(jī)電氣控制方式選擇 42 4.2.2 電氣控制要求與總體控制方案 42 4.3 四柱液壓電氣控制電路設(shè)計(jì) 43 4.3.1 四柱液壓機(jī)主電路設(shè)計(jì) 43 4.3.2 四柱液壓機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 43 4.3.3 電氣控制過(guò)程分析 45 第5章 四柱液壓機(jī)安裝調(diào)試和維護(hù) 46 5.1 四柱液壓機(jī)的安裝 47 5.2 四柱液壓機(jī)的調(diào)試 47 5.3 四柱液壓機(jī)的保養(yǎng)維護(hù) 47 結(jié)論 48 參考文獻(xiàn) 49 致謝 51 附錄1 52 附錄2 53 55 第1章 緒 論 1.1液壓機(jī)現(xiàn)狀概要 液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)有了較為完善、成熟的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。液壓傳動(dòng)技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)相比，操作方便簡(jiǎn)單，調(diào)速范圍廣，很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)并且還具有自動(dòng)過(guò)載保護(hù)功能。液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，采用電液聯(lián)合控制后，可以實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制以及遠(yuǎn)程遙控。由于液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是流體礦物油，有較大的沿程和局部阻力損失。當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力比較高時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生比較大的泄漏，泄漏的礦物油將直接對(duì)環(huán)境造成污染，有時(shí)候還容易引起安全事故。油液受溫度的影響很大，因此液壓油不能在很高或很低的溫度條件下工作。由于液壓油的可壓縮性和泄漏，液壓傳動(dòng)不能保證恒定的傳動(dòng)比和很高的傳動(dòng)精度，這是液壓傳動(dòng)的最大不足之處。此外，液壓傳動(dòng)的故障排除不如機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)那樣容易，因而對(duì)使用和維護(hù)人員有較高的技術(shù)水平要求。雖然液壓傳動(dòng)存在這些缺陷，但總體上優(yōu)點(diǎn)還是蓋過(guò)了缺點(diǎn)，因而應(yīng)用還是很廣泛。 液壓機(jī)自19世紀(jì)問(wèn)世以來(lái)得到了很快的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，成了產(chǎn)品壓力加工成型不可或缺的機(jī)械設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，電子技術(shù)、液壓技術(shù)的不斷成熟，液壓機(jī)也得到了更進(jìn)一步的發(fā)展。到目前為止，液壓機(jī)的最大公稱壓力已經(jīng)達(dá)到了750MN，控制技術(shù)也由原來(lái)傳統(tǒng)的繼電器控制變?yōu)榭删幊炭刂破骱凸I(yè)計(jì)算機(jī)控制，這使液壓機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性、控制精度、產(chǎn)品質(zhì)量有了保證，同時(shí)生產(chǎn)效率得到了很大的提高。 液壓機(jī)加工與傳統(tǒng)機(jī)械加工相比屬于無(wú)屑加工，應(yīng)用范圍廣泛，一般用于塑性材料的冷擠、校直、彎曲、沖裁、拉伸等。此外液壓機(jī)還用于粉末冶金、翻邊、壓裝等產(chǎn)品的成型加工工藝。液壓機(jī)還能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件和不對(duì)稱工件的加工，產(chǎn)品廢品率較低。液壓機(jī)根據(jù)加工工件的不同性質(zhì)，還可進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲毫π谐陶{(diào)整，滿足產(chǎn)品的加工要求。液壓機(jī)主要由主機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)三部分組成。液壓機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，首先是由電氣系統(tǒng)來(lái)控制液壓系統(tǒng)，然后再由液壓系統(tǒng)控制主機(jī)主缸和頂出缸的順序動(dòng)作?？偟膩?lái)說(shuō)，液壓機(jī)操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。 雖然液壓機(jī)目前應(yīng)用十分廣泛，但是潛在的問(wèn)題還很多。液壓機(jī)屬于高壓工作設(shè)備,進(jìn)行壓力加工時(shí),隨著壓力的不斷升高泄漏也會(huì)不斷增大,這樣不利于保證零件的加工精度，同時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。除此之外，液壓機(jī)還存在如下缺陷，液壓機(jī)壓力加工完成后，卸壓時(shí)存在很大的液壓沖擊，這樣對(duì)液壓元件及其它設(shè)備損害很大；按下啟動(dòng)按鈕后，動(dòng)作靈敏性不及電氣控制；液壓機(jī)出現(xiàn)故障不能夠正常工作，故障不容易及時(shí)找到并排除，給維護(hù)帶來(lái)了一定的技術(shù)難題和不便；液壓機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊、氣蝕等現(xiàn)象，會(huì)縮短液壓元件的使用壽命。 為了催生更大的生產(chǎn)力，液壓機(jī)的設(shè)計(jì)需要改進(jìn)。液壓油路設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)將是液壓機(jī)今后值得研究的方向。 （1）油路設(shè)計(jì)方面 為了防止泄油和外界的污染，液壓機(jī)油路的設(shè)計(jì)趨于集成化、封閉循環(huán)式，這樣可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。除此之外，液壓元件設(shè)計(jì)盡量標(biāo)準(zhǔn)化，集成化。集成液壓系統(tǒng)減少了管路連接，可以降低泄漏和污染。液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化給維護(hù)帶來(lái)了方便。 （2）控制系統(tǒng)方面 液壓機(jī)屬于高壓設(shè)備，控制系統(tǒng)除控制設(shè)備安全可靠的工作之外，還應(yīng)該讓控制精度變得更高，人機(jī)交互變得更簡(jiǎn)單，操作更方便，自動(dòng)化、高速化、智能化程度更好。 綜上所述，液壓機(jī)的發(fā)展促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。伴隨著電氣控制技術(shù)、液壓傳動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓機(jī)的自動(dòng)化程度、加工精度將進(jìn)一步得到提高，實(shí)現(xiàn)智能化控制。 1.2本文擬達(dá)到的要求 （1）液壓機(jī)總體方案設(shè)計(jì)，其中包括主機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)、零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)、部件裝配方案設(shè)計(jì)； （2）通過(guò)液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的對(duì)比，確定合理的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。主要包括液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)、液壓元件結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)、液壓站總體布局設(shè)計(jì)； （3）電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括主電路和控制電路電路圖設(shè)計(jì)； （4）設(shè)計(jì)方案確定時(shí)，必須考慮選用什么樣的制造材料，達(dá)到什么樣的表面加工質(zhì)量，采用什么樣的機(jī)械加工設(shè)備，選擇什么樣的熱處理方式等； （5）整個(gè)設(shè)備滿足拆裝方便，運(yùn)輸方便的要求； （6）四柱液壓機(jī)能夠準(zhǔn)確完成如下工作循環(huán)：主缸活塞滑塊快速下行、主缸活塞滑塊慢速加壓、主缸保壓、主缸卸壓、主缸活塞滑塊回程、頂出缸頂出、頂出缸退回等； （7）設(shè)備達(dá)到總體布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、環(huán)境污染小、工作的時(shí)候噪音低、自動(dòng)化程度高等，能夠完成沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金壓制成型、薄板拉伸、壓裝成型等加工工藝。 第2章 四柱液壓機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1四柱液壓機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù) （1）擬設(shè)計(jì)的四柱液壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2.1 表2.1 液壓機(jī)技術(shù)參數(shù) 參 數(shù) 項(xiàng) 參 數(shù) 公稱力（最大負(fù)載） 2000KN 工進(jìn)時(shí)液體最大工作壓力 25MPa 主缸回程力 400KN 頂出缸頂出力 350KN 主缸滑塊行程 700mm 頂出活塞行程 250mm 主缸滑塊距工作臺(tái)最大距離 1100mm 主缸滑塊快進(jìn)速度 0.08m/s 主缸滑塊工進(jìn)最大速度 0.006m/s 主缸快退速度 0.03m/s 頂出活塞頂出速度 0.02m/s 頂出活塞退回速度 0.05m/s （2）四柱液壓機(jī)的主要功能 通過(guò)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞動(dòng)力，完成零件的壓力成型加工。 （3）四柱液壓機(jī)的適用范圍 液壓機(jī)主要用于冷擠、校直、彎曲、沖裁、拉伸、粉末冶金、翻邊、壓裝等成型工藝。 2.2 四柱液壓機(jī)工作原理分析 2.2.1 四柱液壓機(jī)的基本組成 四柱液壓機(jī)主要由主機(jī)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三部分組成。 其中主機(jī)包括工作臺(tái)、導(dǎo)柱、滑塊、上缸、頂出缸等結(jié)構(gòu)；液壓系統(tǒng)由控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、動(dòng)力裝置、工作介質(zhì)等組成；電氣控制控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開(kāi)關(guān)、電器控制柜等組成。 2.2.2 四柱液壓機(jī)的工作原理 （1）四柱液壓機(jī)主機(jī)組成簡(jiǎn)圖2.1 1-滑塊 2-導(dǎo)柱 3-工作臺(tái) 4-安裝地基 5-頂出缸 6-主缸 7-上橫梁 8-輔助油箱 圖2.1 四柱液壓機(jī)主機(jī)組成簡(jiǎn)圖 （2）四柱液壓機(jī)工作原理分析 四柱液壓機(jī)的動(dòng)作順序通過(guò)電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)控制，控制順序框圖如圖2.2。 圖2.2 四柱液壓機(jī)控制順序圖 從上面的控制順序框圖可以看出，液壓機(jī)的工作原理由電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)再控制主機(jī)工作，主機(jī)動(dòng)作觸及行程開(kāi)關(guān)，將信號(hào)反饋給電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制。 （3）四柱液壓機(jī)工作循環(huán)分析 四柱液壓機(jī)工作循環(huán)如圖2.3所示。 圖2.3 四柱液壓機(jī)工作循環(huán)圖 四柱液壓機(jī)工作循環(huán)如圖2.3（a），滑塊在自重的作用下快速下行，碰到行程開(kāi)關(guān)后由快進(jìn)變?yōu)楣みM(jìn)，隨后進(jìn)行加壓、保壓。保壓時(shí)間完成后，滑塊快速回程，直到回到原來(lái)的位置，停止運(yùn)動(dòng)；圖2.3（b）表示頂出缸的工作循環(huán)過(guò)程，主缸快進(jìn)、工進(jìn)、保壓、退回停止后，頂出缸才運(yùn)動(dòng)，將工件頂出。 2.3 四柱液壓機(jī)工藝方案設(shè)計(jì) （1）控制方式的選擇 采用液壓系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)相結(jié)合的控制方式。具有調(diào)整、手動(dòng)、半自動(dòng)三種工作方式，可實(shí)現(xiàn)定壓、定程兩種加工工藝； （2）液壓系統(tǒng)： 液壓油路采用封閉式回路，供油方式選用變量泵供油，液壓控制元件采用插裝閥形式。針對(duì)液壓機(jī)快進(jìn)時(shí)供油不足以及工進(jìn)時(shí)的高壓特性，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有補(bǔ)油和卸壓裝置； （3）電氣控制： 采用繼電器、行程開(kāi)關(guān)、接觸器、手動(dòng)按鈕等元件進(jìn)行手動(dòng)、半自動(dòng)控制； （4）主機(jī)： 主機(jī)結(jié)構(gòu)形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和頂出缸為執(zhí)行元件。 2.4 四柱液壓機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì) 總體布局如圖2.4所示 1-主機(jī) 2-液壓油管 3-控制臺(tái) 4-插裝閥 5-液壓泵裝置 6-液壓油箱 7-電氣控制柜 圖2.4 四柱液壓機(jī)總體布局簡(jiǎn)圖 圖2.4為液壓機(jī)整體布局簡(jiǎn)圖，分為三個(gè)部分，即：主機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的所有部件都集中安裝在液壓油箱上，使液壓站布局結(jié)構(gòu)變得緊湊。電氣控制元件集中設(shè)計(jì)在電氣柜中。啟動(dòng)、停止、快進(jìn)、頂出、調(diào)整、等控制按鈕設(shè)置在控制臺(tái)上，方便及時(shí)操作。 2.5 四柱液壓機(jī)零部件設(shè)計(jì) 2.5.1 主機(jī)載荷分析 參考表2.1，四柱液壓機(jī)的最大工作負(fù)載為2000KN，主缸回程力為400KN，頂出缸頂出力為350KN。由于工作時(shí)的負(fù)載遠(yuǎn)大于其它工況時(shí)的負(fù)載，因此在進(jìn)行載荷設(shè)計(jì)時(shí)，取負(fù)載2000KN對(duì)液壓機(jī)進(jìn)行受力計(jì)算。 液壓機(jī)結(jié)構(gòu)形式為“三梁四柱”式，工進(jìn)加壓的負(fù)載作用在橫梁和導(dǎo)柱上，受載時(shí)橫梁受壓，導(dǎo)柱受拉，受力如圖2.5所示 F-負(fù)載 T-導(dǎo)柱拉力 圖2.5 橫梁、導(dǎo)柱受力圖 2.5.1.1 導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 材料選擇：導(dǎo)柱在工作過(guò)程中主要承受拉力，材料必須具備較高的抗拉強(qiáng)度。導(dǎo)柱材料選擇45圓鋼，也可選用鍛件形式。 熱處理要求：導(dǎo)柱除了承受拉力之外，外圓柱表面與滑塊之間還存在摩擦力。為了減少導(dǎo)柱表面的磨損，通過(guò)表面熱處理提高表面硬度增加表面耐摩性?？偟臒崽幚砉に嚍檎{(diào)質(zhì)和表面淬火。 理論設(shè)計(jì)計(jì)算： 液壓機(jī)的最大負(fù)載約為2000kN，通過(guò)力傳遞后，最后由四根導(dǎo)柱承受2000kN的拉力，作用在每根導(dǎo)柱上的拉力為500kN。由許用拉應(yīng)力公式(2.1)，可計(jì)算導(dǎo)柱的安全直徑D。 (2.1) 式中： —許用應(yīng)力；取45鋼=80～100MPa； F—軸向拉力； A—橫截面積。 即： 圓整后取導(dǎo)柱直徑D=90mm，為了防止四根導(dǎo)柱因瞬間的受力不均而被破壞，導(dǎo)柱直徑可適當(dāng)加大，取D=110mm。 2.5.1.2 橫梁設(shè)計(jì) 材料選擇：橫梁工作時(shí)的受力為彎曲力，材料應(yīng)具有一定的抗彎強(qiáng)度。選用45鋼，毛坯采用鍛件。 熱處理要求：橫梁進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 理論計(jì)算校核： 橫梁受力可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)直梁,中間受載的情形，如圖2.6所示。 圖2.6 橫梁滑塊受力簡(jiǎn)圖 初步確定橫梁的長(zhǎng)、寬、高尺寸分別為1310、1045、575mm，截面為矩形。即：在負(fù)載作用下的剪力和彎矩如圖2.7所示。 圖2.7 (a) 剪力圖 (b) 彎矩圖 由彎矩圖2.7(b)可知，橫梁C點(diǎn)1—1截面彎矩最大，該截面是危險(xiǎn)截面。為了保證橫梁能夠正常工作，必須對(duì)該截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。正應(yīng)力計(jì)算公式為： (2.2) 式中： —最大彎曲正應(yīng)力； —最大彎矩； —抗彎截面系數(shù)()。 矩形截面抗彎系數(shù)W計(jì)算公式為： (2.3) 式中： —矩形截面的寬； —矩形截面的高。 即： 45鋼的彎曲許用應(yīng)力[]=100MPa，而橫梁的最大彎曲應(yīng)力=8.1MPa，遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，經(jīng)過(guò)校核，設(shè)計(jì)尺寸滿足要求。 2.5.2 主機(jī)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 液壓機(jī)工作臺(tái)主要受壓，由于工作臺(tái)不是很高，剛度要求可以滿足，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)只要進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的校核即可，校核過(guò)程從略。 材料選擇：工作臺(tái)主要受壓，材料選用鑄鋼45。 工藝要求： 機(jī)械加工時(shí)，工作臺(tái)表面做成T形槽，如圖2.8所示。 圖2.8 工作臺(tái)T形槽 2.5.3控制臺(tái)設(shè)計(jì) 材料選擇：控制臺(tái)主要用于安裝控制按鈕，不承受動(dòng)載荷，強(qiáng)度要求不是很高，滿足使用要求即可，材料選用Q235A。 加工工藝：控制臺(tái)的制作加工采用焊接方式完成。 外形設(shè)計(jì)：控制臺(tái)外形尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮操作方便。外形簡(jiǎn)圖如圖2.9所示。 1-控制按鈕 2-控制面板 3-控制臺(tái)底座 圖2.9 液壓機(jī)控制臺(tái)外形簡(jiǎn)圖 第3章 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)越性概述 科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，液壓傳動(dòng)技術(shù)隨之有了比較完善、成熟的理論基礎(chǔ)。目前液壓傳動(dòng)技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪音、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。 （1）液壓傳動(dòng)優(yōu)越性 1）液壓元件布局靈活； 2）液壓傳動(dòng)操作控制方便，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速； 3）液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)直線傳動(dòng)，可以進(jìn)行自動(dòng)過(guò)載保護(hù)； 4）液壓傳動(dòng)采用電液控制相結(jié)合的控制方式，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制； 5）液壓系統(tǒng)中液壓元件的磨損比機(jī)械傳動(dòng)小很多，液壓油除了作為傳動(dòng)介質(zhì)外還起到了潤(rùn)滑的作用，延長(zhǎng)了液壓系統(tǒng)中液壓元件的使用壽命。 （2）液壓傳動(dòng)不足 1）液壓傳動(dòng)沿程、局部阻力損失比較大； 2）液壓傳動(dòng)壓力高時(shí)泄漏較大，效率降低，處理不好油液還會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染； 3）液壓介質(zhì)的泄漏和可壓縮性使系統(tǒng)沒(méi)有嚴(yán)格的傳動(dòng)比； 4）液壓傳動(dòng)存在的液壓沖擊、氣蝕、困油現(xiàn)象影響了設(shè)備的安全工作和使用壽命； 5）液壓元件制造精度高，成本貴，系統(tǒng)故障不容易排除，維護(hù)技術(shù)成本高； 6）液壓系統(tǒng)工作環(huán)境受溫度影響較大，不宜在很高和很低的溫度條件下工作。 3.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 3.2.1 液壓機(jī)負(fù)載確定 參考四柱液壓機(jī)技術(shù)參數(shù)表2.1可知，液壓機(jī)的最大工作負(fù)載為2000KN，工進(jìn)時(shí)液體最大壓力為25MPa,由此確定液壓機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)載為2000KN型四柱液壓機(jī)。 3.2.2 液壓機(jī)主機(jī)工藝過(guò)程分析 壓制工件時(shí)主機(jī)的工藝過(guò)程：按下啟動(dòng)按鈕后，主缸上腔進(jìn)油，橫梁滑塊在自重作用下快速下行，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)供油不足的情況，補(bǔ)油箱對(duì)上缸進(jìn)行補(bǔ)油。觸擊快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)的行程開(kāi)關(guān)后，橫梁滑塊工進(jìn)，并對(duì)工件逐漸加壓。工件壓制完成后進(jìn)入保壓階段，讓產(chǎn)品穩(wěn)定成型。保壓結(jié)束后，轉(zhuǎn)為主缸下腔進(jìn)油，滑塊快速回程，直到原位后停止。橫梁滑塊停止運(yùn)動(dòng)后，頂出缸下腔進(jìn)油，將工件頂出，工件頂出后，頂出缸上腔進(jìn)油，快速退回。 3.2.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)可參考表2.1 最大負(fù)載：2000KN； 工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)最大壓力：25MPa 主缸回程力：400KN； 頂出缸頂出力：350KN 主缸滑塊快進(jìn)速度：0.08m/s； 主缸最大工進(jìn)速度：0.006m/s 主缸回程速度：0.03m/s； 頂出缸頂出速度：0.02m/s 頂出缸回程速度：0.05m/s 3.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.3.1 液壓機(jī)主缸工況分析 3.3.1.1 主缸速度循環(huán)圖 根據(jù)液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)及表2.1中主缸滑塊行程為700mm，可以得到主缸的速度循環(huán)圖如下： 圖3.1 主缸速度循環(huán)圖 3.3.1.2 主缸負(fù)載分析 液壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，主缸上腔充油主缸快速下行，慣性負(fù)載隨之產(chǎn)生。此外，還存在靜摩擦力、動(dòng)摩擦力負(fù)載。由于滑塊不是正壓在導(dǎo)柱上，不會(huì)產(chǎn)生正壓力，因而滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的摩擦力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作負(fù)載，計(jì)算最大負(fù)載時(shí)可以忽略不計(jì)。液壓機(jī)的最大負(fù)載為工進(jìn)時(shí)的工作負(fù)載。通過(guò)各工礦的負(fù)載分析，液壓機(jī)主缸所受外負(fù)載包括工作負(fù)載、慣性負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載，即： F = Fw + Ff + Fa ( 3.1 ) 式中： F —液壓缸所受外負(fù)載； Fw —工作負(fù)載； Ff —滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸筒之間的摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力負(fù)載； Fa —運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載。 （1）慣性負(fù)載Fa計(jì)算 計(jì)算公式： Fa = ( 3.2 ) 式中： G —運(yùn)動(dòng)部件重量； g —重力加速度9.8m/； —時(shí)間內(nèi)的速度變化量； —加速或減速時(shí)間，一般情況取=0.01～0.5s。 查閱相同型號(hào)的四柱液壓機(jī)資料，初步估算橫梁滑塊的重量為30KN。由液壓機(jī)所給設(shè)計(jì)參數(shù)可及：=0.08m/s ，取=0.05s，代入公式3.2中。 即： Fa = = 4898N （2）摩擦負(fù)載Ff計(jì)算 滑塊啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生靜摩擦負(fù)載，啟動(dòng)過(guò)后產(chǎn)生動(dòng)摩擦負(fù)載。通過(guò)所有作用在主缸上的負(fù)載可以看出，工作負(fù)載遠(yuǎn)大于其它形式的負(fù)載。由于滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸體之間的摩擦力不是很大，因而在計(jì)算主缸最大負(fù)載時(shí)摩擦負(fù)載先忽略不計(jì)。 （3）主缸負(fù)載F計(jì)算 將上述參數(shù)Fa = 4898N 、Fw = 2000000N代入公式3.1中。 即： F = 2000000 + 4898 = 2004898N 3.3.1.3 主缸負(fù)載循環(huán)圖 （1）主缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表3.1 表3.1 主缸工作循環(huán)負(fù)載 工 作 循 環(huán) 外 負(fù) 載 啟 動(dòng) F = f靜 + Fa ≈5 KN 橫梁滑塊快速下行 F = f動(dòng) 忽略不計(jì) 工 進(jìn) F = f動(dòng) + Fw ≈2000 KN 快速回程 F = f 回+ F背 ≈400 KN 注：“f靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力，“f動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。 （2）主缸各階段負(fù)載循環(huán)如圖3.2 圖3.2 主缸負(fù)載循環(huán)圖 3.3.2 液壓機(jī)頂出缸工況分析 3.3.2.1 頂出缸速度循環(huán)圖 根據(jù)液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和表2.1中頂出缸活塞行程為250mm，得到頂出缸的速度循環(huán)圖如下： 圖3.3 頂出缸速度循環(huán)圖 3.3.2.2 頂出缸負(fù)載分析 主缸回程停止后，頂出缸下腔進(jìn)油，活塞上行，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性、靜摩擦力、動(dòng)摩擦力等負(fù)載。由于頂出缸工作時(shí)的壓力遠(yuǎn)小于主缸的工況壓力，而且質(zhì)量也比主缸滑塊小很多，慣性負(fù)載很小，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)；同理摩擦負(fù)載與頂出力相比也很小，也可不計(jì)；工件頂出時(shí)的工作負(fù)載比較大，計(jì)算頂出缸的最大工作負(fù)載時(shí)可以近似等于頂出力。將參數(shù)代入公式3.1計(jì)算頂出缸的最大負(fù)載。 即： F = Fw = 350000N 式中： Fw —頂出力； 3.3.2.3 頂出缸負(fù)載循環(huán)圖 （1）頂出缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表3.2 表3.2 頂出缸工作循環(huán)負(fù)載 工 作 循 環(huán) 外 負(fù) 載 啟 動(dòng) F = F靜 + Fa 忽略不計(jì) 頂出缸頂出 F = = f 動(dòng) + Fw ≈350 KN 快速退回 F = f 動(dòng) + F背 ≈8 KN 注：“f靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力，“f動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。 （2）頂出缸各階段負(fù)載循環(huán)如圖3.4 圖3.4 頂出缸負(fù)載循環(huán)圖 3.3.3 液壓系統(tǒng)原理圖擬定 3.3.3.1 液壓系統(tǒng)供油方式及調(diào)速回路的選擇 液壓機(jī)工進(jìn)時(shí)負(fù)載大，運(yùn)動(dòng)速度慢，快進(jìn)、快退時(shí)的負(fù)載相對(duì)于工進(jìn)時(shí)要小很多，但是速度卻比工進(jìn)時(shí)要快。為了提高液壓機(jī)的工作效率，可以采用雙泵或變量泵供油的方式。綜合考慮，液壓機(jī)采用變量泵供油，基本油路如圖3.5所示。 由于液壓機(jī)工況時(shí)的負(fù)載壓力會(huì)逐步增大，為了使液壓機(jī)處于安全的工作狀態(tài)，調(diào)速回路采用恒功率變量泵調(diào)速回路。當(dāng)負(fù)載壓力增大時(shí)，泵的排量會(huì)自動(dòng)跟著減小，保持壓力與流量的乘積恒為常數(shù)，即：功率恒定，如圖3.6所示。 1-液壓缸 2-油箱 3-過(guò)濾器 4-變量泵 5-三位四通電磁換向閥 圖3.5 液壓機(jī)基本回路圖 圖3.6 恒功率曲線圖 3.3.3.2 液壓系統(tǒng)速度換接方式的選擇 液壓機(jī)加工零件的過(guò)程包括主缸的快進(jìn)、工進(jìn)、快退和頂出缸的頂出、快速回程。采用什么樣的方式進(jìn)行速度的安全、準(zhǔn)確換接是液壓機(jī)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。為了達(dá)到控制要求，液壓系統(tǒng)的速度換接通過(guò)行程開(kāi)關(guān)控制。這種速度換接方式具有平穩(wěn)、可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、行程調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)，安裝也很容易。 3.3.3.3 液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)采用插裝集成控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有密封性好、流通能力大、壓力損失小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。液壓機(jī)系統(tǒng)控制原理如圖3.7所示。 1、2、6、18、15、10、11-先導(dǎo)溢流閥 1S、2S、3S-行程開(kāi)關(guān) 3、7-緩沖閥 14單向閥 4、5、8、9、12、13、16、17、19、20-電磁換向閥 21-補(bǔ)油郵箱 22-充液閥 23、24-液壓缸 25壓力表 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10-插裝閥 26-變量泵 27-過(guò)濾器 28、29、30、31梭閥 圖3.7 液壓機(jī)插裝閥控制系統(tǒng)原理圖 3.3.3.4 液壓系統(tǒng)控制過(guò)程分析 整個(gè)液壓控制系統(tǒng)包括五個(gè)插裝閥集成塊，插裝閥工作原理分析如下： F1、F2組成進(jìn)油調(diào)壓回路，其中F1為單向閥，用于防止系統(tǒng)中液壓油倒流回泵，F(xiàn)2的先導(dǎo)溢流閥2用于調(diào)整系統(tǒng)的壓力，先導(dǎo)溢流閥1用于限制系統(tǒng)的最高壓力，緩沖閥3與電磁換向4用于液壓泵卸載和升壓緩沖； F3、F4組成主缸23油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥6是用于保證主缸的安全閥，緩沖閥7與電磁換向閥8用于主缸上腔卸壓緩沖； F5、F6組成主缸下腔油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥11用于調(diào)整主缸下腔的平衡壓力，先導(dǎo)溢流閥10為主缸下腔安全閥； F7、F8組成頂出缸上腔油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥15為頂出缸上腔安全閥，單向閥14用于頂出缸作液壓墊，活塞浮動(dòng)時(shí)上腔補(bǔ)油； F9、F10組成頂出缸下腔油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥18為頂出缸下腔安全閥。 除此之外，進(jìn)油主閥F3、F5、F7、F9的控制油路上都有一個(gè)壓力選擇梭閥，用于保證錐閥關(guān)閉可靠，防止反壓開(kāi)啟。 3.3.3.5 液壓機(jī)執(zhí)行部件動(dòng)作過(guò)程分析 液壓機(jī)主缸、頂出缸工作循環(huán)過(guò)程分析如下： （1）主缸 1）啟動(dòng)——按下啟動(dòng)按鈕，所有電磁鐵處于失電狀態(tài)，三位四通電磁閥4閥芯處于中位。插裝閥F2控制腔經(jīng)閥3、閥4與油箱接通，主閥開(kāi)啟。液壓泵輸出的油液經(jīng)閥F2流回油箱，泵空載啟動(dòng)。 2）主缸滑塊快速下行——電磁鐵1Y、3Y、6Y得電，這時(shí)插裝閥F2關(guān)閉，F(xiàn)3、F6開(kāi)啟，泵向系統(tǒng)供油，輸出油液經(jīng)閥F1、F3進(jìn)入主缸上腔。主缸下腔油液經(jīng)閥F6快速流回油箱?；瑝K在自重作用下快速下行，這時(shí)會(huì)因?yàn)橄滦兴俣忍?，泵的輸出流量?lái)不及填充上腔而在上腔形成負(fù)壓。充液閥21打開(kāi)，上部油箱對(duì)上腔進(jìn)行補(bǔ)油，滑塊的快速下行。 3）滑塊減速下行——當(dāng)滑塊行至一定位置觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)2S后，電磁鐵6Y失電，7Y得電，插裝閥F6控制腔先導(dǎo)溢流閥11接通，閥F6在閥11的調(diào)定壓力下溢流，主缸下腔會(huì)產(chǎn)生一定的背壓。主缸上腔的壓力這時(shí)會(huì)相應(yīng)升高，充液閥21關(guān)閉。主缸上腔進(jìn)油僅為泵的輸出流量，滑塊減速下行。 4）工進(jìn)——當(dāng)滑塊減速行進(jìn)一段距離后接近工件，主缸上腔的壓力由壓制負(fù)載決定，主缸上腔的壓力會(huì)不斷升高，變量泵輸出流量會(huì)相應(yīng)自動(dòng)減少。當(dāng)主缸上腔的壓力達(dá)到先導(dǎo)溢流閥2的調(diào)定壓力時(shí)，泵的輸出流量全部經(jīng)閥F2溢流，此時(shí)滑塊停止運(yùn)動(dòng)。 5）保壓——當(dāng)主缸上腔的壓力達(dá)到所需要求的工作壓力后，電接點(diǎn)壓力表發(fā)出電信號(hào)，電磁鐵1Y 、3Y、7Y全部失電，閥F3、F6關(guān)閉。主缸上腔閉鎖，實(shí)現(xiàn)保壓，同時(shí)閥F2開(kāi)啟，泵卸載。 6）主缸上腔泄壓——主缸上腔此時(shí)的壓力已經(jīng)很高，保壓一段時(shí)間后，時(shí)間繼電器發(fā)出電信號(hào)，電磁鐵4Y得電，閥F4控制腔通過(guò)緩沖閥7及電磁換向閥8與油箱接通，由于緩沖閥7的作用，閥F4緩慢開(kāi)啟，主缸上腔實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊泄壓，保證設(shè)備處于安全工作狀態(tài)。 7）主缸回程——當(dāng)主缸上腔的壓力降到一安全值后，電接點(diǎn)壓力表發(fā)出電信號(hào)，電磁鐵2Y、5Y、4Y、12Y得電，插裝閥F2關(guān)閉，閥F4、F5開(kāi)啟，充液閥21開(kāi)啟，壓力油經(jīng)閥F1、F5進(jìn)入主缸下腔，主缸上腔油液經(jīng)充液閥21和閥F4分別流回上部油箱和主油箱，主缸完成回程。 8）主缸停止——當(dāng)主缸回程到達(dá)上端點(diǎn)，觸擊行程開(kāi)關(guān)1S，全部電磁鐵失電，閥F2開(kāi)啟，泵卸載。閥F5將主缸下腔封閉，上滑塊停止運(yùn)動(dòng)。 （2）頂出缸 1）工件頂出——當(dāng)主缸回程停止運(yùn)動(dòng)后，按下頂出按鈕，電磁鐵2Y、9Y、10Y得電，插裝閥F8、F9開(kāi)啟，液壓油經(jīng)閥F1、F9進(jìn)入頂出缸下腔，上腔油液經(jīng)閥F8流回油箱，工件頂出。 2）頂出缸退回——按下退回按鈕，電磁鐵9Y、10Y失電，電磁鐵2Y、8Y、11Y得電，插裝閥F7、F10開(kāi)啟，液壓油經(jīng)閥F1、F7進(jìn)入頂出缸上腔，下腔油液經(jīng)閥F10流回油箱，頂出缸回程。 （3）液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表 電磁鐵動(dòng)作順序如表3.3 表3.3 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表 執(zhí)行部件 工 況 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y 主 缸 快速下行 + + + 工進(jìn)、加壓 + + + 保 壓 泄 壓 + 回 程 + + + + 停 止 頂 出 缸 頂 出 + + + 退 回 + + + 停 止 注：“+”表示電磁鐵處于得電狀態(tài)。 3.3.4 液壓系統(tǒng)基本參數(shù)計(jì)算 3.3.4.1 液壓缸基本尺寸計(jì)算 （1）主缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿直徑的確定 查表2-1 [1]并參考表2.1中設(shè)計(jì)參數(shù)，因液壓機(jī)的工作負(fù)載比較大，取主缸的工作壓力為P=25MPa。 計(jì)算主缸內(nèi)徑和活塞桿直徑。由主缸負(fù)載圖3.2可知最大負(fù)載F=2000KN。查表2-3 [1]，由主缸工作壓力為25MPa選取d/D為0.7，取液壓缸的機(jī)械效率 ηcm = 0.95。液壓缸受力如圖3.8所示。 圖3.8 液壓機(jī)主缸受力簡(jiǎn)圖 由圖2.8可知 D= (3.3) 式中： P1—液壓缸工作壓力； P2—液壓缸回路背壓，對(duì)于高壓系統(tǒng)初算時(shí)可以不計(jì)； F—工作循環(huán)中最大負(fù)載； ηcm—液壓缸機(jī)械效率，一般ηcm = 0.9～0.95。 將參數(shù)代入公式（3.3），P2忽略不計(jì)，可求得液壓缸內(nèi)徑 即： D=mm ≈327mm 查表2-4 [1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取D=320mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。 即： d=0.7D=0.7x327 ≈229mm 同理查表2-5 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取d=220mm。 經(jīng)過(guò)計(jì)算液壓機(jī)主缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為：D=320mm ；d=220mm。 （2）頂出缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿直徑的確定 頂出缸工作負(fù)載與主缸相比要小很多，查表2-1 [1],取頂出缸的工作壓力P=12MPa, 計(jì)算頂出缸內(nèi)徑和活塞桿直徑。由頂出缸負(fù)載圖3.4可知最大負(fù)載F=350KN。查表2-3 [1]，缸工作壓力為12MPa，選取d/D為0.7，取液壓缸的機(jī)械效率 ηcm = 0.95。液壓缸受力如圖3.9所示。 圖3.9 液壓機(jī)頂出缸缸受力簡(jiǎn)圖 將參數(shù)代入公式（3.3），P2忽略不計(jì)，可求得液壓缸內(nèi)徑 即： D=mm ≈198mm 查表2-4 [1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取D=200mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。 即： d=0.7D=0.7x198 ≈138mm 同理查表2-5 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取d=140mm。 經(jīng)過(guò)計(jì)算液壓機(jī)頂出缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為：D=200mm ；d=140mm。 3.3.4.2 液壓系統(tǒng)流量計(jì)算 （1）主缸所需流量計(jì)算 參考表2.1及主缸的尺寸，對(duì)主缸各個(gè)工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知主缸的快進(jìn)速度為0.08m/s，工進(jìn)速度為0.006m/s，快速回程速度為0.03m/s，主缸內(nèi)徑為320mm，活塞桿直徑為220mm。 由流量計(jì)算公式： （3.4） 快進(jìn)時(shí)： = ≈385.8L/min 工進(jìn)時(shí)： = ≈28.8L/min 快退時(shí)： = ≈76.2L/min （2）頂出缸所需流量計(jì)算 參考表2.1及頂出缸的尺寸，對(duì)頂出缸各工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知頂出缸的頂出速度為0.02m/s，快退速度為0.05m/s，頂出缸內(nèi)徑為200mm，活塞桿直徑為140mm，代入公式（3.4），即： 頂出時(shí)： = ≈37.8L/min 快退時(shí)： = =48L/min （3）液壓泵額定壓力、流量計(jì)算及泵的規(guī)格選擇 1）泵工作壓力確定 實(shí)際工作過(guò)程中，液壓油在進(jìn)油路中有一定的壓力損失，因此在計(jì)算泵的工作時(shí)必須考慮壓力損失。泵的工作壓力計(jì)算公式為： （3.5） 式中： Pp—液壓泵最大工作壓力； P1—執(zhí)行部件的最大工作壓力； —進(jìn)油路中的壓力損失，對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，取0.2～0.5MPa，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，取0.5～1.5MPa。 本液壓機(jī)執(zhí)行部件的最大工作壓力P1=25MPa，進(jìn)油路中的壓力損失，取=0.5MPa。代入公式（3.5）可求得泵的工作壓力。 即： 通過(guò)計(jì)算，泵的工作壓力Pp=25.5MPa。該壓力是系統(tǒng)的靜壓力，而系統(tǒng)在各種工礦的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力有時(shí)會(huì)超過(guò)靜壓力。此外，為了延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)必須有一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此在選取泵的額定工作壓力Pn時(shí)，應(yīng)滿足，取Pp=1.25。 即： Pn = 1.25Pp=1.25x25.5MPa≈31.9MPa 2）液壓泵最大流量計(jì)算 通過(guò)對(duì)液壓缸所需流量的計(jì)算，以及各自的運(yùn)動(dòng)循環(huán)原理，泵的最大流量可由公式(3.6)計(jì)算得到。 (3.6) 式中： —液壓泵的最大流量； KL—液壓系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取KL=1.1～1.3，取KL=1.2； —同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正處于溢流狀態(tài)，還應(yīng)加上溢流閥的最小溢流量。 將參數(shù)代入公式（3.6）中，即： ≈463L/min 3）液壓泵規(guī)格選擇 查表5-17 [1]，根據(jù)泵的額定壓力，選取液壓泵的型號(hào)為：250YCY14-1B。 基本參數(shù)如下： 排量：250mm/r ； 額定壓力：32MPa ； 額定轉(zhuǎn)速：1000r/min ； 容積效率：92% ； 4）泵的流量驗(yàn)算： 由液壓泵的基本參數(shù)可知泵每分鐘排量=160ml/r×1000r/min=250L/min，而泵實(shí)際所需的最大流量=463L/min，液壓機(jī)出現(xiàn)供油不足，快進(jìn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為了滿足液壓機(jī)的正?？爝M(jìn)，必須在液壓系統(tǒng)中設(shè)置補(bǔ)油油箱。 3.3.4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 液壓機(jī)的執(zhí)行件有兩個(gè)，即：主缸和頂出缸。主缸和頂出缸各自工況的快進(jìn)、工進(jìn)、回程速度又不盡相同，這樣對(duì)功率的消耗也不同。電動(dòng)機(jī)額定功率的確定必須根據(jù)消耗功率最大的工況來(lái)確定，因此要分別計(jì)算主缸、頂出缸各工況消耗的功率。功率計(jì)算公式如下： P= (3.7) 式中： P-電動(dòng)機(jī)額定功率； Pp-液壓泵的工作壓力； -液壓泵的流量； η-液壓泵的總效率，取η=0.7。 （1）主缸各工況功率計(jì)算 1）快進(jìn)功率 主缸滑塊快進(jìn)時(shí)，在自重作用下速度比較快，而液壓泵此時(shí)的輸出油量不能滿足滑塊的快速下行?？爝M(jìn)時(shí)的負(fù)載很小，只有活塞與缸筒、導(dǎo)柱與滑塊之間的摩擦負(fù)載，這樣泵的出口壓力也很小，消耗的功率不會(huì)很大。 2）工進(jìn)功率 由主缸負(fù)載循環(huán)圖3.2可及，工進(jìn)時(shí)主缸最大負(fù)載為2000KN，無(wú)桿腔面積A=≈0.08㎡，進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa，則液壓泵的壓力Pp由公式（3.8）計(jì)算。 （3.8） 即： 將、=28.8L/min、η=0.7代入公式（3.7）中，求得工進(jìn)功率為： 3）快退功率 由圖3.2可知，快退負(fù)載為400KN,，取進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa，代入公式（3.8），求得泵的壓力。 即： 將、=76.2L/min、η=0.7代入公式（3.7）中，求得快退功率即為： （2）頂出缸各工況功率計(jì)算 1）頂出功率 由頂出缸負(fù)載循環(huán)圖3.4可及，頂出時(shí)主缸最大負(fù)載為350KN，無(wú)桿腔面積A=≈0.032㎡，進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa，那么液壓泵的壓力Pp可由公式（3.8）計(jì)算。 即： 將、=37.8L/min、η=0.7代入公式（3.7）中，求得工進(jìn)功率即為： 2）回程功率 頂出缸回程時(shí)，負(fù)載只有活塞與缸筒間的摩擦負(fù)載。負(fù)載大小應(yīng)該比頂出時(shí)的負(fù)載要小很多，這樣回程消耗的功率也比頂出時(shí)消耗的功率要小，因此，回程功率計(jì)算從略。 （3）電動(dòng)機(jī)額定功率及型號(hào)的確定 電動(dòng)機(jī)額定功率的確定，應(yīng)依據(jù)消耗功率最大的工況。比較主缸、頂出缸各工況所需要的功率，主缸工進(jìn)時(shí)的功率最大，為17.5KW。 查表12-1 [2]，選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：Y180M-4。 其它技術(shù)參數(shù)為：額定功率：18.5KW ； 滿載轉(zhuǎn)速：1470r/min 。 3.3.4.4 液壓元件的選擇 通過(guò)液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算查閱液壓手冊(cè)，液壓元件選擇如表3.4所示： 表3.4 液壓元件明細(xì)表 序 號(hào) 液 壓 元 件 名 稱 元 件 型 號(hào) 額定流量（L/min） 1 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 2 溢 流 閥 YEF3-E20B 120 4 電磁換向閥 34F3P-E16B 80 5 電磁換向閥 24F3-E16B 80 6 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 8 電磁換向閥 24F3-E16B 80 9 電磁換向閥 24F3-E16B 80 10 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 11 溢 流 閥 YEF3-E20B 120 12 電磁換向閥 34F3O-E16B 80 13 電磁換向閥 24F3-E16B 80 14 單向閥 AF3-Eb20B 100 15 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 16 電磁換向閥 24F3-E16B 80 17 電磁換向閥 24F3-E16B 80 18 溢 流 閥 YEF3-E25B 120 19 電磁換向閥 24F3-E16B 80 20 電磁換向閥 24F3-E16B 80 22 充液閥 YAF3-Ea20B 150 25 壓力表 KF3E6L 240 26 變量泵 250YCY14-1B 250 27 過(guò)濾器 WU-250X180F 250 3.4 液壓系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì) 3.4.1 液壓機(jī)主缸設(shè)計(jì) 通過(guò)3.3.4.1 液壓缸基本尺寸的計(jì)算，可及主缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑等參數(shù)。下面對(duì)主缸的其它參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。 （1）主缸缸體材料選擇及技術(shù)要求 液壓缸的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種形式，即：薄壁圓筒和厚壁圓筒。當(dāng)液壓缸的內(nèi)徑D與壁厚δ的比值滿足D/δ≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。液壓缸的制造材料一般有鍛鋼、鑄鋼（ZG25、ZG35）、高強(qiáng)度鑄鐵、灰鑄鐵（HT200、HT350）、無(wú)縫鋼管（20、30、45）等。對(duì)于負(fù)載大的機(jī)械設(shè)備缸體材料一般選用無(wú)縫鋼管制造，主缸缸體材料選用無(wú)縫鋼管45。 液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為Ra0.4～0.8μm；內(nèi)徑配合采用H8～H9；內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；缸體內(nèi)表面母線的直線度500mm長(zhǎng)度之內(nèi)不大于0.03mm；缸體端面對(duì)軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm；如果缸體與端蓋采用螺紋連接，螺紋采用6H級(jí)精度。 （2）主缸壁厚的確定 壁厚計(jì)算公式如下： （3.9） 式中： δ—液壓缸壁厚（m）； D—液壓缸內(nèi)徑（m）； —實(shí)驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。鍛鋼：[σ]=110～120MPa ；鑄鋼：[σ]=100～110MPa ；高強(qiáng)度鑄鐵：[σ]=60MPa ；灰鑄鐵：[σ]=25MPa ；無(wú)縫鋼管：[σ]=100～110MPa 。 主缸壁厚δ計(jì)算，將D=0.32m ；[σ]= 110MPa ；=1.4×25.5MPa=35.7MPa代入公式（2.9）中，即： 液壓缸缸體的外徑D外計(jì)算公式如下： D外≥D＋2δ (3.10) 將參數(shù)代入公式（3.10），即： D外≥0.32m＋0.104m＝0.426m 外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后，取主缸缸體外徑D外＝430mm。 （3）主缸缸蓋材料、厚度的確定 缸蓋常用制造材料有35鋼、45鋼、鑄鋼，做導(dǎo)向作用時(shí)常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。缸蓋材料選用35鋼，缸蓋厚度計(jì)算公式如下： （3.11） 式中： t—缸蓋的有效厚度(m)； —缸蓋止口直徑； [σ]—缸蓋材料許用應(yīng)力。 即： 圓整后取缸蓋厚度t=60mm。 （4）主缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，用H表示。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度太小，會(huì)因?yàn)殚g隙引起的撓度而使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定工作。一般而言，液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)該滿足如下要求： (3.12) 導(dǎo)向長(zhǎng)度如圖3.10所示 圖3.10 主缸導(dǎo)向長(zhǎng)度簡(jiǎn)圖 式中： L—液壓缸的最大行程； D—液壓缸的內(nèi)徑。 由表1.1可知主缸的最大行程H=700mm，液壓缸內(nèi)徑D=320mm代入公式（3.12）中，求主缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 即： 為了保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，不應(yīng)過(guò)分增大和B的大小，必要時(shí)可以在缸蓋和活塞之間增加一個(gè)隔套來(lái)增加最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。隔套的長(zhǎng)度C可有公式（3.13）求得，即： (3.13) 式中： B—活塞的寬度，一般取B=（0.6～1.0）D； —缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑的不同有不同的