315吨液压机主机设计.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）315吨液压机主机设计摘 要四柱液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。液压机采用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。该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统，并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。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。在本设计中，通过查阅大量文献资料，设计了液压缸的尺寸，拟订了液压原理图。按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元件和辅助元件。关键词：四柱；液压机；PLC315T Hydraulic Press Host DesignABSTRACTThe four-pillars hydraulic press is divided into two parts, host machine and control mechanism.Hydraulic press host machine is make up of hydraulic cylinder, beam, upright, prefill valve and so on.Dynamic mechanism is make up of tank, high pressurepump, control systems ,electromoto, pressure valve, direction valve and so on.Hydraulic press control systems adopt plc.It will be come true energy conversion, regulate and transport, all kinds of technical motions cycle,through control pump,hydraulic cylinder and all kinds of hydraulic valve. The series hydraulic machine is an independent body and the electrical power system, and centralized control buttons used, achieve both manual and automatic operation mode.This hydraulic system framework is compact, movement keen reliable, the speed is quick, the energy consumption is small, the noise is low, the pressure and the traveling schedule may adjust willfully in the stipulation scope, the operation is simple. In this design, through the consult massive literature material, has designed the hydraulic cylinder size, has drafted the hydraulic pressure schematic diagram. According to the pressure and the current capacity size choose the hydraulic pump, the electric motor, the control valve, hydraulic pressure parts, the auxiliary part and filter. Key words: four-pillars ；hydraulic press；PLC7目录前言1第1章 液压机概述41.1 液压机发展史21.1 液压机发展趋势2第2章 液压机基础知识42.1 液压机的整体结构42.2.液压机的特点42.2 315吨液压机的技术参数4第3章 315吨液压机的设计过程63.1液压缸结构设计63.2立柱的结构设计63.3 工作台的设计63.4 缸体基本参数的确定6第4章 液压机的安装与维护74.1机身零部件的紧固74.2液压机的紧密度调整74.3液压机的安装试车74.4液压机的维护保养7结论9谢 辞10参考文献11附录13外文资料翻译14前言此次课程设计是毕业设计，是按照学校的要求完成的。液压机是一种以液体为工作介质，根据帕斯卡原理制成的用于传递能量以实现各种工艺的机器。液压机一般由本机（主机）、动力系统及液压控制系统三部分组成本次课程设计的主要内容包括液压机的横梁 立柱 工作台 以及缸体的设计，本次设计同时采用国际单位制。由于目前生产中还普遍使用MKf5单位制，故特本次课程设计常用 考虑到生产上目前的习惯用语，在本书中仍沿用“压力”一词来表示液体或气体的压强，其单位为ba卜而采用“公称压力”来表示液压机的主参数(公称吨位)，其单位为KN。各种类型的液压机的迅速发展，有力的促进了各种工业的发展和进步。随着电子技术、液压技术等的发展和普及应用，液压机有了更进一步的发展。随着人们生活水平的提高，金属压制和拉伸制品的需求量逐年提高，同时对产品品种的需求也越来越多，另一方面产品的生产批量日益缩小。为于中小批量生产相适应，需要能够快速调整的加工设备，这种液压机成为理想的成型加工工艺。别是当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后，不仅能够实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且实现了极低的废品率。这种加工方式还适合于长行程、难成型以及高强度的材料，可变的动力组合、短的加工时间、根据工件长度的简易的压力行程调整，这与机械加工系统相比，有其优越性。 第1章 液压机概述1.1液压机发展史液压机发展的历史只材一百多年。随着西方资本主义的发展，蒸汽机的出现，引起了工业生产的革命。现代化的大工业逐步代替了工场手工业，具有悠久历史的锻造工艺也逐步由手工锻造转变为机器锻造。十六世纪初，出现了第一批水力机械锤。1839年第一台蒸汽锤出现c此后，伴随着机械制造工业的迅速发展，锻件尺寸越来越大，锻锤已做到百吨以上(落下部分重量)，既笨氢振动又大。1859一N61年在维也纳铁路工场就有了第一批用于金属加工的70 ooKN，10000KN和12000KN液压机。1884年在英国曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，它与锻锤相比具有很多优点，因此发展很快。在18871888年制造了一系列强造水压机，其中包括一台40000KN的大型水压机。1893年建造了当时最大的120000KN锻造水压机。因而大钢锭的锻造工作逐步就由使用锻锤过渡到使用锻造水压机，大型自由锻锤逐渐被淘汰，目前只保留了5吨以卞的中小型自由锻锤。 十九世纪末，资本主义发展成为帝国主义，资本输出、向外扩张、争夺殖民地并瓜分世界成了帝国主义的主要内容。由于军备扩张的需要，锻造和模锻液压机有了迅速发展。934年德国制造了70000KN模锻水压机，1938一1944年相继建造了三台159000KN锻造水压机和一台300000KN模锻水压机。 。第二次世界大战后，为了迅速发展航空工业，美国在1955年左右，先后制造了二台肥5000KN和二台450000KN大型模锻水压机；而苏联则在1955年到U60年之间，先后制造了四台390000KN和二台700009KN大型模锻水压机。 近二十年来，世界各国在锻造操作机与锻造液压机联动机组、大型模锻液压机、挤压液压机等各种液压机方面又有了很多新的发展自动量测和自动控制的新技术在液压帆上得到了广泛的应用，机械化和自动化程度宙了很大的提高。解放前，我国属于半封建半殖民地国家，没有自己独立的工业体系，也根本没有液压机制造工业，只有一些修配用的小型液压祝。 解放以后，在党的正确领导下，我国迅速建立了独立自主的完整的工业体系。我国已能自行设计和制造汽车、机车、发电设备、轧钢设备、飞机、大炮、原子弹以及人造卫星等产品，这些都需要各种液压机有相应的发展。19571962年间，我国已开始自行设计、自行制造各种锻压设备，其中有近30台1000 oKN到31500KN的中型锻造液压机及二台万吨级大型锻造液压机(图I5)，同时，也初步建立厂一文设计和制造液压机的技术发展队伍伍。六十年代，我国先后成套设计并创造了一些重型液压扎其中有300000I(N有色金届模锻水压机、120000KN育色金属挤压水压机b 80MoKN黑色金属模锻水压机等。近十年来，又有了一些新的发展，如设计并自制了一批较为先进的60000KN以下的锻造水压并已向国外出口。相应地，我国也陆续制定了各种液压机的系列及零部件标准。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。液压机除用于锻压成形外，也可用于矫正、压装、打包、压块和压板等。液压机包括水压机和油压机。以水基液体为工作介质的称为水压机,以油为工作介质的称为油压机。液压机的规格一般用公称工作力（千牛）或公称吨位（吨）表示。锻造用液压机多是水压机，吨位较高。为减小设备尺寸，大型锻造水压机常用较高压强（35兆帕左右），有时也采用 100兆帕以上的超高压。其他用途的液压机一般采用 625兆帕的工作压强。油压机的吨位比水压机低。 我国浓压机制造工业虽然已有了较大发展，但与世界先进水平相比，还有较大差迈，能满足国民经济和国防建设迅速发展的需要。目版除应当充分发挥现有各种液压机的生产潜力，提高设备利用牢，搞好锻造操作机及其他辅助设备的配套工作，加强对设备的维修和设备本身的技术改造外，还应加强银造液压机和锻造操作机的联动、锻件尺寸臼动显示和自动控制、锻造浓压机组的程序控制和自动控制的研究。应加强对现代化的大型摆锻独压机、大型挤压液压机以及其他特种用途液压机的研究。1.2 液压机发展趋势(1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 (3)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。 (4)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。1液压传动的基本原理液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。 编辑本段液压传动系统的组成2液压系统动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。 （1）动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。 （2）执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 （3）控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 （4）辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。 （5）工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。 1.2液压机的工作原理及特点（1）工作原理液压机系根据帕斯卡原理制成，是一种利用液体压力能来传递能量的机器。液压机一般囱本休(主机)、操纵系统及泵站三大部分组成。液压传动是依靠运动着的液体的压力能来传递动力的，液压系统在工作时，液压泵将机械能转换为压力能，执行元件（液压缸）将压力能转变为机械能。液压传动系统中的油液是在受调节、受控制的状态下进行工作的。液压传动系统必须满足它所驱动的机床部件（工作台、滑块等）在力和速度方面的要求。液压机的工作原理（如图ii所示）。大、小柱塞的面积分别为S2、S1，柱塞上的作用力分别为F2、F1。根据帕斯卡原理，液体压强各处相等，即 F2/S2=F1/S1=p;F2=F1(S2/S1)。表示液压的增益作用，与机械增益一样，力增大了，但功不增益，因此大柱塞的运动距离是小柱塞运动距离的S1/S 2倍。 图11液压机工作原理（2）液压机类型液压机广泛应用于国民经济的个个部门，是一种主要的锻压设备。作为锻压设备的一类，液压机采用通用锻压机械型号。 液压机械共分为八类，类别代号用汉语拼音字母表水“Y”。液压机下面又按其用途分为十个组别(如表11所示)。（1）手动液压机 小型，用于压制压装等一般工艺；液压机的类别代号为正楷大写。（2）锻造液压机 用于自由锻造、钢锭开坯以及有色与黑色金属模饶。（3）冲压液压机 用J：各种薄、厚板材冲压。（4）一般用途液压机 各种万能式通用液压沁。（5）校正压装液压机 用于零件校形及装B3。（6）层压液压机 用于胶合板、刨花板、纤维板及绝缘材料板的压制。（7）挤压液压机 用于挤压各种有色金属及黑色金属的绥材、管材、棒材及型材。（8）压制液压机 用于各种粉末制品的压制成形，加粉末冶金、人造金刚石压制耐火砖及碳极等的压制成肠。（9）打包、压块浓压机 用于将金属切屑及废料压块及打S3。（10） 其他液压机 包括轮轴压装、电线包复、冲孔技伸、模具研配等各种其他用途的液压机。表1-1液压机型号表示方法 示例315吨（3150KN）死猪式万能液压机的型号：Y32A-315,其中32系列四柱万能液压机的组型代号，A表示变型顺序。1 液压机与其它锻压设备相比具商以下特点：（1）在结构上易于得到较大的总压力、较大约工作空间及较长的行程，型工件及较长较高的工件：达往往是银锤及其他锻压机咙所难以做到的。（2）与锻锤相比，工作平稳，撞击和振动很小，噪音小，对工人健康环境及设备本身都有很大好处。(3)与机械压力机相比，本体结构比较简单，容易创造。随着液压元件标准化、系列化、通用化程度的提高以及专业定点生产的逐步实现，比较适合于中小厂白行制造。(4)随着大功率高速轻型泵的出现，液压机快速性能已有权大提向，如锻造液压机的海分钟工作循环次数已可达80loo次改变了过去液压机工作速度馒的状况。（3）液压机的优势及有点与传统的冲压工艺相比，液压成形工艺在减轻重量、减少零件数量和模具数量、提高刚度与强度、降低生产成本等方面具有明显的技术和经济优势，在工业领域尤其是汽车工业中得到了越来越多的应用。 在汽车工业及航空、航天等领域，减轻结构质量以节约运行中的能量是人们长期追求的目标，也是先进制造技术发展的趋势之一。液压成形（hydroforming）就是为实现结构轻量化的一种先进制造技术。液压成形也被称为“内高压成形”，它的基本原理是以管材作为坯料，在管材内部施加超高压液体同时，对管坯的两端施加轴向推力，进行补料。在两种外力的共同作用下，管坯材料发生塑性变形，并最终与模具型腔内壁贴合，得到形状与精度均符合技术要求的中空零件。 对于空心变截面结构件，传统的制造工艺是先冲压成形两个半片，然后再焊接成整体，而液压成形则可以一次整体成形沿构件截面有变化的空心结构件。与冲压焊接工艺相比，液压成形技术和工艺有以下主要优点： (1) 减轻质量，节约材料。对于汽车发动机托架、散热器支架等典型零件，液压成形件比冲压件减轻20%40%；对于空心阶梯轴类零件，可以减轻40%50%的重量。 (2) 减少零件和模具数量，降低模具费用。液压成形件通常只需要1套模具，而冲压件大多需要多套模具。液压成形的发动机托架零件由6个减少到1个，散热器支架零件由17个减少到10个。 (3) 可减少后续机械加工和组装的焊接量。以散热器支架为例，散热面积增加43%，焊点由174个减少到20个，工序由13道减少到6道，生产率提高66%。 (4) 提高强度与刚度，尤其是疲劳强度，如液压成形的散热器支架，其刚度在垂直方向可提高39%，水平方向可提高50%。 (5 )降低生产成本。根据对已应用液压成形零件的统计分析，液压成形件的生产成本比冲压件平均降低15%20%,模具费用降低20%30%。 第2章 315吨液压机的特点2.1液压机的整体结构液压机整体由主机及控制机构两大部分组成，通过管路及电器装置联系起来构成一整体。控制机构包括液压站（动力系统） 主机部分包括机身、主缸、顶出缸等。、电气控制系统组成。（1）动力系统液压机的驱动系统主要有泵直接驱动和泵-蓄能器驱动两种型式。泵直接驱动 这种驱动系统的泵向液压缸提供高压工作液体，配流阀用来改变供液方向，溢流阀用来调节系统的限定压强，同时起安全溢流作用。这种驱动系统环节少,结构简单,压强能按所需的工作力自动增减，减少了电能消耗，但须由液压机的最大工作力和最高工作速度来决定泵及其驱动电机的容量。这种型式的驱动系统多用于中小型液压机，也有用泵直接驱动的大型（如120000千牛）自由锻造水压机。 泵蓄能器驱动 在这种驱动系统中有一个或一组蓄能器。当泵所供给的高压工作液有余量时，由蓄能器储存；而当供给量不足于需要时，便由蓄能器补充供给。采用这种系统可以按高压工作液的平均用量选用泵和电动机的容量，但因为工作液的压强是恒定的，电能消耗量较大，并且系统的环节多，结构比较复杂。这种驱动系统多用于大型液压机，或者用一套驱动系统驱动数台液压机。 （2）主机部分的简介：1.机身机身由上横梁、工作台、滑块、立柱、锁紧螺母及调节螺母等组成，依靠四根立柱为主架，上横梁及工作台由锁紧螺母紧固于两端，滑块安装在上横梁与工作台之间，机器精度靠调节螺母及固定于上横梁上的锁母来调整，滑块与主缸活塞杆由锁紧螺母联接，依靠四柱作导向上下运动，滑块和工作台均有T行槽，以便于模具安装。2.主缸主缸缸体依靠缸口台肩及大锁母紧固于上横梁内。活塞下端用联接法兰、螺栓与滑块联接，活塞头部有耐磨材料，作导向用。活塞头部外圆处装有方向相反的密封圈，内有O型圈密封，将缸内形成上下两个油腔，缸口部分也装有密封圈，借助法兰锁紧，以保证下腔密封。在法兰上下均装有密封圈。3. 顶出缸顶出缸缸体依靠缸口台肩及大锁母紧固于下横梁内。活塞头部的有耐磨材料，作导向用。活塞头部外圆处装有方向相反的密封圈，内有O型圈密封，将缸内形成上下两个油腔，缸口部分也装有密封圈，借助法兰锁紧，以保证下腔密封。在法兰上下均装有密封圈。（3）电气控制系统：采用PLC控制，可实现调整和半自动化操作方式。工作压力、压制速度、行程范围均可根据工艺需要进行调整，电控柜体上表面布有按钮、指示灯、自动开关等。行程限位装置位于机身右侧，由支架、撞块、行程开关等组成，调整撞块位置就可调节滑块运行位置。2.2液压机的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它类型液压机简单。主机为三梁四柱结构，上滑块为四柱导向。它的机身是由上横梁、工作台（下横梁）和四根立柱组成。工作缸安装在上横梁内。活动横梁与工作缸的活塞连接成一整体，以立柱为导向上下运动，并传递工作缸内产生的力量，对制件进行压力加工。由于机身联接成一整体框架，故机身承受整个工作力量。顶出缸布置与工作台中间孔内。操纵箱布置于机身右前侧，各操纵调整元件均集中设置在操纵箱面板上。动力机构(包括电动机、泵、阀元件等)设置于右侧。整个系列均提供了典型的工艺动作即上滑块快速下行慢速加压保压延时快速回程并停止。四柱式液压机主要不足之处：第一，由于用四立柱做架体，机身刚度较框架式小。第二，由于用四立柱做导向，活动横梁内导套与四立柱磨损后不易调正。2.3 315吨液压机的技术参数 主机参数：公称力：3150 KN主缸回程力：400 KN顶出缸顶出力：300 KN顶出缸退回力：125KN主缸行程：800顶出缸行程：310液体最大单位压力：25Mpa活动滑块最大开口高度：1240主缸速度：快速下行：100 m/s 工作：134.8 m/s回程：100 m/s顶出缸速度：顶出：120 m/s退回：300m/s工作台有效尺寸：1240X1210工作台中心孔尺寸：300外形尺寸：3000X1550X4350配套动力：15kw机器质量：1560010洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章315吨液压机主体部分的设计过程3.1 液压缸的结构设计（1）液压缸的类型图3-1双作用单活塞杆液压缸液压缸选用双作用单活塞杆液压缸如图（31），活塞在行程终了时缓冲。因为工作过程中需要往复运动，从图可见，油缸被活塞头分隔为两腔，侧面有两个进油口，因此，可以获得往复的运动。实质上起到两个柱塞缸的作用。此种结构形式的油缸，在中小型液压机上应用最广。(2)钢筒的连接结构在设计中上、下缸都选择法兰连接方式。这种结构简单，易加工，易装卸。上缸采用前端法兰安装，下缸采用后端法兰安装。(3)缸口部分结构缸口部分采用了Y形密封圈、导向套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。(4)缸底结构缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。圆底整体结构相对于平底来说受力情况较好，因此，在相同应力，重量较轻。另外，在整体铸造的结构中，圆形缸底有助于消除过渡处的铸造缺陷。但是，在液压机上所使用的油缸一般壁厚均较大，而缸底的受力总是较缸壁小。因此，上述优点就显得不太突出，这也是目前在整体结构中大多采用平底结构的一个原因。然而整体结构的共同缺点为缸孔加工工艺性差，更换密封圈时，活塞不能从缸底方向拆出，但由于较可拆式缸底结构受力情况好、结构简单、可靠，因此在中小型液压机中使用也较广。在设计中选用的是平底结构。（5）油缸放气装置通常油缸在装配后或系统内有空气进入时，使油缸内部存留一部分空气，而常常不易及时被油液带出。这样，在油缸工作过程中由于空气的可压缩性，将使活塞行程中出现振动。因此，除在系统采取密封措施、严防空气侵入外，常在油缸两腔最高处设置放气阀，排出缸内残留的空气，使油缸稳定的工作。排气阀的结构形式包括整体式和组合式。在设计中选用的是整体式。整体式排气阀阀体与阀针合为一体，用螺纹与钢筒或缸盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面间隙中挤出，并经斜孔排出缸外。这种排气阀简单、方便、但螺纹与锥面密封处同心度要求较高，否则拧紧排气阀后不能密封，会造成泄露。（6）缓冲装置缓冲装置的工作原理是使钢筒低压腔内油液(全部或部分)通过节流把动能转换为热能，热能则由循环的油液带到液压缸外。缓冲装置的结构有恒节流面积缓冲装置和变节流型缓冲装置。在设计中我采用的是恒节流面积缓冲装置，此类缓冲装置在缓冲过程中，由于其节流面积不变，故在缓冲开始时，产生的缓冲制动力很大，但很快就降低下来，最后不起什么作用，缓冲效果很差。但是在一般系列化的成品液压缸中，由于事先无法知道活塞的实际运动速度以及运动部分的质量和载荷等，因此为了使结构简单，便于设计，降低制造成本，仍多采用此种节流缓冲方式。3.2立柱结构设计（1）立柱设计计算1. 先按照中心载荷进行初步核算，许用应力不应大于55，并参照同类型液压机的立柱，初步定出立柱直径。2. 按标准选取立柱螺纹。3. 立柱螺纹区到光滑区过渡圆角应尽可能取大些，最好在3050mm之间。原设计主要参数为： F=8000KN H=300cm B=180cm(宽边立柱中心距) d=30cm(立柱光滑部分直径) e=10cm(允许偏心距)n=4（立柱的根数）立柱材料为45#钢，中频淬火620MPa，375MPa（1） 中心载荷时的应力： = =22.2 （2-1）（2） 偏心载荷静载荷合成应力 由于小型液压机，可将立柱考虑为插入端的悬臂梁，m=0.25 =+=+=22.2+74.1=96.3 （2-2） 150,因此是安全的。对于截面的45#钢，375MPa，尺寸系数已考虑在内，立柱表面为精车，对于正火的45#钢，表面质量系数为0.9，因此可取为300MPa.过渡圆角半径为30mm.疲劳强度校核： =0.1 （3-3） =0.107 （3-4）从文献【10】中查出=1.58 K=1=0.70（1.58-1）=1.41 （3-5） =K=1.4196.3=104.4300 （3-6）为200MPa, 因此是安全的。立柱是四柱液压机重要的支承件和受力件，同时又是活动横梁的导向基准。因此，立柱应有足够的强度与刚度，导向表面应有足够的精度，光洁度和必要的硬度。（2）连结形式立柱式机架是常见的机架形式，一般由4根立柱如图（32）通过螺母将上、下横梁紧固地连结在一起，组成一个刚性的空间框架。在这个框架中，既安装了液压机本体的主要零部件，又在液压机工作时，承受液压机的全部工作载荷，并作为液压机运动部分的导向。整个机架的刚度与精度，在很大程度上取决于立柱与上、下横梁的连接形式与连接的紧固程度。图3-2 中、小型液压机立柱连结形式在中、小型液压机中，常用的连结形式有以下4种：1. 立柱用台肩分别支承上、下横梁，然后用外锁紧螺母上、下予以锁紧。这种结构中，上横梁下表面（工作台）上表面间的距离与平行度，全靠4根立柱台肩间尺寸的一致性来保证，因此装配简单，不需调整，装配后机架的精度也无法调整，且对立柱台肩间尺寸精度的加工要求很高。因此，这种结构仅在无精度要求的小型简易液压机中采用。2. 内外螺母式，即在立柱上分别用内、外两个螺母来固定上、下横梁，用内螺母来起上述台肩的支承作用，用外锁紧螺母上、下予以锁紧。上横梁下表面的水平度以及下横梁（工作台）上表面的水平度，两个表面之间的平行度与间距的保持，全靠安装时内螺母的调整，因此，对立柱的有关轴向尺寸要求不高，但对立柱螺纹精度（与立柱轴线的平行度）及内螺母精度（内螺母的螺纹对于上、下横梁贴合面的垂直度）要求较高，安装时调整比较麻烦。3. 在与上横梁连结处用台肩代替内螺母，精度调节和加工均不很复杂，但立柱预紧不如第2种方便。4. 与第3种形式基本相同，如图（33）只是在下横梁处用台肩代替内螺母，但精度调节比第3种简便可靠。在设计中选用的是第四种连结方式。图3-3 组合式立柱螺母（3）立柱的螺母及预紧立柱螺母一般为圆柱形，小液压机的立柱螺母是整体的，立柱直径在150mm以上时，做成组合式，由两个半螺栓紧固而成，材料用3545锻钢或铸钢。因为在设计中我选用的立柱为300mm，所以采用此种结构。立柱螺母的尺寸已有机械行业标准JB/T 2001.731999，螺母外径约为螺纹直径的1.5倍，内螺母一般与螺母等高，约为螺纹直径的0.9倍。25MN以下的液压机，其立柱多做成实心的，实心的立柱的两端要钻出预紧螺母用的加热孔。立柱的预紧分加热预紧与液压预紧。本次设计选用的是加热预紧方式。加热预紧 比较常用的方法，为此，立柱端部应钻有加热孔，其深度应大于横梁的高度。在立柱及上横梁安装好后，先将内、外螺母冷态拧紧，然后用电热棒或通入蒸汽等加热方法使立柱端部伸长，达到一定温度后，将外螺母再向下拧过一个角度，一般是用螺母外径上一点转过的弧长来度量。立柱冷却后，就在螺母与横梁之间产生一个很大的预紧力，使螺母不易松动。加热时应注意两对角立柱同时加热。（4）立柱的导向装置活动横梁运动及工作时，一般以立柱为导向，由于活动横梁往复运动频繁，且在偏心加压时有很大的侧推力，因此，不可能让活动横梁与立柱直接接触，互相磨损，必须选择耐磨损、易更换的材料作为两者之间的导向装置。导向装置的质量直接关系到活动横梁的运动精度及被加工件的尺寸精度，也会影响到工作缸密封件与导向面的磨损情况如图（34），对模具寿命及机身的受力情况也均有影响，为此，必须合理选择导向装置的结构及配合要求。图3-4 导套导向装置可分为导套与平面导板两大类。导套对于圆截面的立柱，都是在活动横梁的立柱孔中采用导套结构，又可分为圆柱面导套和球面导套。圆柱面导套 在活动横梁的立柱孔中，各装有上、下两个导套，它们由两半组成，为了拆装方便，两半导套的剖分面最好有的斜度，导套两端装有防尘用的毡垫。这种导套结构简单，制造方便。本次设计中采用这种形式的导套。导套的材料计算导套材料一般采用铸锡青铜ZQSn6-6-3，小液压机也有用铁基粉末冶金的。导套比压q的计算 =1.33 MPa 满足要求 （3-7）式中 T机架计算中求得立柱上的侧推力（N） d导套内孔直径 (m) c导套高度（m） q许用比压 （MPa），对于ZQSn6-6-3，q=68 MPa（5）限程套为防止运动部分超程，有些液压机在下横梁的4个立柱上安装限程套，一般为对开式，上、下两端应平行，4个限程套高度应一致，内孔比立柱直径大1-2mm，用铸铁制造如图（35）。 图3-5 立柱安装限程套（6）底座底座安装于工作台下部，与基础相连。底座仅承受机器之总重量。底座材料可选用铸铁件或焊接结构。主要考虑到外形的美观，对精度无要求。3.3横梁参数的确定（1）上横梁结构设计横梁由铸造制成，目前以铸造为多，一般采用ZG35B铸钢。 横梁的宽边尺寸由立柱的宽边中心距确定，上梁和活动梁的窄边尺寸应尽可能小些，以便锻造天车的吊钩容易接近液压机中心，梁的中间高度则由强度确定。设计上横梁时，为了减轻重量，根据“ 等强度梁”的概念，设计成图所示的不等高梁，即立柱柱套处的高度h 小于中间截面的高度H。但在过渡区( A处) 会有应力集中如图（66）由于上横梁外形尺寸很大，为了节约金属和减轻重量，尽量使各个尺寸在允许的范围内降到最小。梁体做成箱形结构，在安装缸的地方做成圆筒形，安装立柱的地方做成方筒形，中间加设筋板，以提高刚度，降低局部应力。图3-6梁的不等高结构（2）活动横梁结构设计1活动横梁的主要作用:与工作缸柱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。因此需要有较好的强度、刚度及导向结构。活动横梁上部与工作缸柱塞相连，下部与上模座相连，梁体结构和受力状态都很复杂。当液压机工作时，高压液体作用于柱塞的力是通过活动横梁及上砧传递到锻件上而做功，活动横梁的上下运动则依靠梁与立柱的导向装置。(3)活塞杆与横梁的连接 刚性连接 柱塞下端插入活动横梁内。 此种连接方式在偏心载时，柱塞跟随活动横梁一起倾斜，将动梁所受偏心力矩的一部分传给工缸导向套，使导向套承受侧向水平推力或一对力偶，从而加剧导向套及封的磨损。单缸液压机或三缸液压机的中间工作缸多采取此种结构。在活塞杆焊接法兰用螺钉与横梁连接，用12根M30的螺钉，达到预紧的目的。(4)下横梁结构设计 下横梁的刚度要求应略严一些，以保证整个压机的刚性。下横梁直接与立柱、拉杆、工作台、回程缸和顶出器相连，梁体结构和受力状态都很复杂。对于下横梁，其设计原则与上横梁相同，是在满足相连部件最小几何尺寸要求和工艺要求的条件下，尽可能缩减其纵向、横向尺寸，这是有效提高梁的刚度、强度和减轻梁的重量应首先把握的主要原则。(4)各横梁参数的确定因为液压缸与横梁间的垫片厚度为25cm，因此可以推算横梁的厚度取大于25cm即满足要求。考虑在垫片与横梁的连接面积比垫片与液压缸的连接面积少一半所以上横的受力部分厚度选用50cm，因为有空心部分，所以整体厚度选用75cm。活动横梁受力部分为35cm，整体厚度选用50cm。因为下缸的公称压力小，但受力打，所以整体厚度选用40cm。34工作台（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。同时安装有顶出缸。工作台选用材料和结构形式与上横梁相同。为铸造结构，材料选用HT20-40。中间的台阶孔为安装顶出缸用。（2）.形状尺寸要求工作台是整机的基础性零件，是安装模具的基准。此外，在工作台上还要安装顶出缸和 其它零部件。因此，对工作台面的平行度、垂直度、各部件安装定位基面均应有必要的技术要求。（3）.工作台与顶出缸的联接方式 对于中小型通用液压机，一般来说顶出力不大。采用法兰和螺栓联接，顶出缸结构为活塞式。工作台中心有一中心孔，其直径为d300mm，故可得模具垫板的最小直径由公式 式中F为垫板面积代入数据计算： 计算得D360mm，立柱中心距为B1400mm计算截面弯距为= =960750根据上面的计算得惯性距：J=21.6MPa（HT20-40材料的许用应力）计算满足材料许用应力要求（4）.固定模具的结构 为了固定模具，一般情况在工作台面上设有T型槽，按GB158-59标准进行加工。T型槽的尺寸和数量主要根据液压机回程吨位（即加压制件后的拔模力）和顶出制件的最大压力设计。对于尺寸较小的工作台，T型槽常用交叉布置，尺寸较大的工作台的T型槽，常用平行布置如图（3-7）。 图3-7 工作台俯视图3.4缸体基本参数的确定（1）主缸的内径 （注：所用公式都来源于文献【10】【17】）=0.638M （3-8）按标准取整=0.640M（2） 主缸活塞杆直径=（2-2）=0.573M （3-9）按标准取整=0.58M（3）主缸实际压力= （3-10）（4）主缸实际回程力= （3-10）（5）顶出缸的直径:=0.226M按标准取整=0.25M（6）顶出缸实际顶出力:= （7）顶出缸实际回程力=（8）筒壁厚计算公式: =+ （3-11）当0.3时，用使用公式:= =0.122 m （3-12）取 =0.2m-为缸筒材料强度要求的最小，M -为钢筒外径公差余量，M-为腐蚀余量，M -试验压力，16M时，取=1.25P P管内最大工作压力为25 M -钢筒材料的许用应力，M =/n-钢筒材料的抗拉强度，M n安全系数，通常取n=5当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.（9）筒壁厚校核额定工作压力, 应该低于一个极限值,以保证其安全. MPa=0.35=47MPa （3-13）=外径 D=内径同时额定工作压力也应该完全塑性变形的发生:=2.3320=86.9 MPa （3-14）-缸筒完全塑性的变形压力, -材料屈服强度MPa-钢筒耐压试验压力，MPa =30.4236.50 MPa （315）（10）缸筒的暴裂压力=2.3610=165.7MPa （3-16）(11)缸筒底部厚度缸筒底部为平面时:0.433 0.433 mm （3-17） 取 mm -筒底厚，MM （12）核算缸底部分强度按照平板公式即米海耶夫推荐的公式计算，缸底进油孔直径为20cm则 =0.6875 （2-14） = =69.8 MPa （3-18）按这种方法计算=100MPa 所以安全（13）缸筒端部法兰厚度: =67.0mm （3-19） 取 h=100mm -法兰外圆半径; -螺孔直径; 螺钉 M30b螺钉中心到倒角端的长度（如图38）=32cm = 42cm =48.5cm = =10cm h=10cm= =37cm = = =47.25cm图3-8部分工作缸（14）校核法兰部分强度：=0.067cm （3-20） （3-21）其中 P=110.2=11.02KN/cm （3-22） =0.0335 （3-23） =0.367 （3-24） =1 （3-25） =0.42 （3-26）所以 =95.1MPa （3-27） =57.1+34.6=91.7 MPa 满足要求依据上面公式当垫片的厚度为大于10cm时就能满足要求，为了满足横梁的强度和工艺性，垫片厚度选用25cm。因此可以推算横梁的厚度取大于25cm即满足要求。 （15）缸筒法兰连接螺钉表3-1螺钉所选材料型号MPaMPa%3554032017(1)螺钉处的拉应力= MPa = =8.5 MPa （3-28）z-螺钉数12根; k-拧紧螺纹的系数变载荷 取k=4; -螺纹底m(2)螺纹处的剪应力: =0.475 MPa （3-29） = MPa （3-30）-屈服极限 -安全系数; 5(3)合成应力:= = MPa （3-31）（16）垫片与横梁间螺钉的校核(1)螺钉处的拉应力= MPa = =3.8 MPa （3-32）z-螺钉数12根; k-拧紧螺纹的系数变载荷 取k=4; -螺纹底m(2)螺纹处的剪应力: =0.475 MPa （3-33） = MPa （3-34）-屈服极限 -安全系数; 5(3)合成应力:= = MPa （3-35）27第4章4 液压机安装与维护4.1机身零部件的紧固 四柱式液压机机身必须用锁紧螺母和可靠的紧固，并具有足够的预紧力。否则在液压机加压时，立柱台肩与工作台面、调节螺母与上横梁接触平面间产生间隙。液压换向回程时，产生震动，并使立柱台肩和工作台接触平面间产生冲击载荷，可导致锁紧螺母松退，主机精度因此被破坏。更为严重的是由于立柱台肩与工作台接触面积较小，冲击载荷会造成台肩局部墩粗，墩伤接触的工作台表面，造成检修时，立柱不易从活动横梁导套孔内抽出。紧固的方法有：普通紧固、加压情况下紧固、加热紧固、液压紧固。普通紧固：这种方法是用扳手来旋紧锁紧螺母，它所能达到的预紧力受到扳手孔、扳手强度以及安装所能施加的旋紧力等限制，力量是较小的。因此，只能用于吨位小的液压机的联接装配中。加压情况下紧固：这种方式利用液压机本身加压后，使立柱承载伸长时，用扳手将调节螺母旋紧，泄压后立柱回缩得到紧固联接，其预紧力的大小主要由液压机压力大小来决定，通常取公称压力的1.5-2倍。拆卸时，也须加压后旋松，此方法紧固较可靠，拆卸也较方便。对于四螺母结构立柱与工作台面贴合的四个调节螺母的紧固，采用此方法较为有利。与上横梁下平面贴合之四个调节螺母用于调整机器精度，此时，调整精度时所需加压力要比锁紧力大！42液压机精度调整 四柱液压机的精度是由单个零件加工精度和正确的安装调整得到。精度调整过程，实质上是调整油缸中心轴线对工作台面的垂直度。从四柱液压机的结构可看出，活动横梁上下运行依靠立柱作导向基础，活塞与活动横梁又固结成一整体，油缸与上横梁锁紧成一整体，因此，工作油缸的导向结构也必然对活动横梁的运动精度产生约束作用。工作台为精度测量的基准。旋转调节螺母调整上横梁及油缸的中心轴线，以使活动横梁的运行不受或少受上横梁及油缸的影响。因是多零件组成的机构，故单件加工质量的好坏对装配精度有极大的关系。在液压机的安装过程中，就应该注意四个调节螺母对于工作台的等高，使机器精度调整有较好的基础。在加压状态（保压）下，将活塞与活动横梁所联接零件紧固使联成一整体，同时，也将油缸与上横梁所联接零件紧固。再将工作台下面的锁紧螺母尽量旋紧（在无负载的情况下），这样即可进行精度调整工作。在精度调整中，认为活动横梁下平面与活塞杆是垂直的（由单件加工精度保证，同时在加压状态下，锁紧并联结成一整体），这样活动横梁下平面对工作台面的平行度偏差，可以反映出活塞中心线对工作台面的垂直情况。因此，可将活动横梁停留在中间位置上，先测量其平行度偏差。调整前，将上横梁上四个锁紧螺母稍稍旋松，用千分表可先检查活动横梁下平面与工作台上平面前后的平行性，如不合要求，须在加压状态下旋紧或旋松前两调节螺母，或后两调节螺母，再次测量调整直至符合要求为止。前后平行度符合要求后，再用上述方法测量调整左右平行度。待中间位置符合要求后，还应检查活动横梁位于上下两个位置的平行度是否符合要求。当发现上下两个位置平行度偏差均超过要求，且测量数据方向相反时，应考虑检查装配情况及检查活动横梁等零件单件的精度是否符合要求。平行度检查调整完毕后，应检查活动横梁运行垂直度是否符合要求，未达到要求时，应进行调整，直至符合要求为止。平行度及垂直度均符合要求后，应锁紧各锁紧螺母，检查在无负载的情况下，各调节螺母是否与上梁贴合好，不应松动。如发现松动说明精度调整不可靠，应重新调整精度。精度调整合理，是延长液压机适用寿命，防止不必要的磨损的主要措施之一，故对液压机精度应定期检查，定期调整。4.3液压机的安装、试车 机器包装到厂后，先细致擦去防锈油。吊运时应注意零件重心，并合理选择吊运孔位置，吊运前钢绳与零件接触处应加衬垫，并注意勿使薄板零件承载，以免损坏仪表及零件。 机器应安装在混凝土基础上，其它防水措施及安全照明设施等视具体情况而定。安装顺序：1.首先将立柱插入滑块，工作台四孔内，然后安放动力机构和电气箱，并将工作台找平，要求台面与基础平行度不大于0.2/1000mm，随后用地脚螺栓坚固。2.事先准备两垫块，高度不小于600mm，两端面平行度不大于0.02mm，并能承受3150KN之负荷。将滑块吊起，在工作台两侧（左右）放入两垫块以支承滑块。3.将主缸和上横梁吊起套入立柱内，在吊运时需将主缸活塞卡住，防止活塞在吊运中突然伸出造成事故，装好后将立柱上端螺母拧上，然后卸下活塞卡子。4.按外形图、液压原理图、电气原理图等联接好管路、电气线路、限程装置等零部件，油箱清洗干净后注入油至油标。5.拧开泵回油口接头，注油，将泵内腔灌满，以排除泵内空气，并将调压阀（安全阀）把手拧松，试车工作基本完成。6.接通电源，启动一下电机，其旋向应与泵及低控系统上规定的转向要求符合，否则应将电线接头调相，调好后正式启动电机，使油泵处于空负荷运转。7.将选择开关旋至“调整”位置，按压按钮SB，使主活塞下行，要求活塞头部正确导入滑块