液压机本体设计、制造及安装

80MN油压机本体设计及制造技术总结德阳立达机电设备有限公司锻压设备分公司张惠明2010年8月前言80MN油压机是本企业为广汉万鑫电站产品开发有限公司设计和制造的护环压机。该机主要生产电站产品，在任务不饱满时，可兼做50MN自由锻造油压机使用。工作油压分为两级：31.5Mpa和20Mpa,使用31.5Mp油压时，压机公称压力为80MN;使用20Mpa油压时，压机公称压力为50MN。本企业为该设备制造总承包单位，负责压机本体（机械部分）的设计、制造，液压系统和电控系统由马鞍山益仁设备系统工程有限公司承制。目前，80MN油压机已完成设计、制造，正处于安装调试阶段。该设备是本企业到目前为止生产制造的一台最大吨位的油压机。作为80MN油压机的项目负责人，本人抱着真诚的学习愿望，从油压机的原理开始，就80MN油压机本体的设计和制造进行技术总结。目录1.油压机概论………………………………………………11.1油压机的工作原理………………………….……..11.2油压机的本体结构概述…………………….………..21.3油压机的基本参数……………………….……….....22.80MN油压机本体设计………………….……………..42.1主要技术参数的确定…………………………..........52.2主要零部件的强度计算……………………........…...62.2.1缸体的设计及强度计算…………………….…...62.2.2立柱的设计及强度计算………………………..112.2.3立柱螺母的确定……………………………….122.2.4上横梁的设计及强度计算…………………….123.80MN油压机制造过程中的技术要点……………….134油压机总装技术条件………………………………….145.油压机的润滑…………………………………………..156.安装试车的技术要求…………………………………..167.油压机的维护说明…………………………………..…168.结束语…………………………………………………..17液压机本体设计及制造技术总结11.油压机概论油压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。油压机被广泛用于机械工业的许多领域，例如在锻压（塑性加工）领域中，油压机被广泛用于自由锻造、模锻、冲压（板料成形）、挤压、剪切、拉拔成形及超塑性成形等许多工艺中；而在机械工业中的其他领域，油压机更被应用于粉末制品、塑料制品、磨料制品、金刚石成形、校正压装、打包、压砖、橡胶注塑成形、海绵钛加工、人造板热压，乃至炸药模压等十分广泛的不同工业领域。1.1油压机的工作原理油压机根据帕斯卡原理制成，其工作原理如图1-1所示。两个充满工作液体的具有柱塞(或活塞)的容腔由管道相连接，当小柱塞1上的作用力为F1时，液体的压力为P=11AF，A1为柱塞1的工作面积。根据帕斯卡原理：在密闭的容器中，液体压力在各个方向上是相等的，则压力P将传递到容腔的每一点，因此，在大柱塞2上将产生向上的作用力F2，迫使工件3变形，且F2=F112AA（1-1）式中，A2——大柱塞2的工作面积。液压机本体设计及制造技术总结21.2油压机的本体结构概述油压机一般由本体（主机）、动力系统及液压系统三部分组成。最常见的油压机本体结构是三梁四柱上传动式。现以锻造油压机为例，其结构简图如图1-2所示。上横梁1、下横梁（底座）4、四根立柱3和十六个螺母组成一个封闭框架，框架承受全部工作载荷。工作缸8固定在上横梁1上，工作缸内装有柱塞9，它与活动横梁6相连接。活动横梁以四根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动。在活动横梁的下表面固定有上模（上砧），而下模（下砧）则固定于下横梁的工作台上。当高压液体进入工作缸后，在柱塞上将产生很大的压力，推动柱塞、活动横梁及上模向下运动，使工件5在上、下模之间产生塑性变形。提升缸7固定在上横梁上，其中有提升柱塞2，它与活动横梁相连接。回程时，工作缸通低压，高压液体进入提升缸7，推动提升缸柱塞2向上运动，提升活动横梁回到原始位置，完成一个工作循环。1.3油压机的基本参数基本参数是油压机的基本技术数据，是根据油压机的工艺用途及结构类型来确定的，它反映了油压机的工作能力及特点，也基本上定下了油压机的轮廓尺寸及本体总重。1、公称压力（公称吨位）及其分级液压机本体设计及制造技术总结3公称压力是指油压机名义上能产生的最大力量，在数值上等于工作液体压力和工作柱塞总工作面积的乘积（取整数），它反映了油压机的主要工作能力。为了充分利用设备，节约高压液体并满足工艺要求，一般大中型油压机将公称压力分为两级或三级。泵直接传动的油压机不需要从机构上进行压力分级。2、最大净空距（开口高度）H最大净空距H是指活动横梁停在上限位置时，从工作台上表面到活动横梁下表面的距离。最大净空距反映了油压机在高度方向上工作空间的大小，它应根据模具（工具）及相应垫板的高度、工作行程大小以及放人坯料、取出工件所需空间大小等工艺因素来确定。最大净空距对油压机的总高、立柱长度、油压机本体稳定性以及安装厂房高度等都有很大影响。因此既要尽可能满足工艺要求，又要尽量减少压机的高度，以降低其造价。3、最大行程s最大行程s指活动横梁位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下平面到立柱限程套上平面的距离，即活动横梁能够移动的最大距离。4、工作台尺寸（长X宽）工作台一般安装在底座上，其上安放模具或工具，工作台尺寸是指工作台面上可以利用的有效尺寸。大中型锻造或厚板冲压油压机，往往还设置移动工作台。移动工作台的行程则与更换模具及工艺操作液压机本体设计及制造技术总结4方式有关。5、回程力计算回程所需的力量时，要考虑活动部分的重量、回程时工艺上所需的力量（如拔模力、提升工具等）、工作缸排液阻力、各缸密封处的摩擦力以及活动横梁导向处的摩擦力等。6、允许最大偏心距在油压机上进行的许多工艺操作中，往往要承受偏心载荷。偏心载荷在油压机的宽边与窄边都会发生。允许最大偏心距是指工件变形阻力接近公称压力时所能允许的最大偏心值。以上所述为三梁四柱式油压机最常见的基本参数，对于各种不同工艺用途及不同结构型式的油压机，均另有各自不同的参数。2.80MN油压机本体设计油压机本体一般由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置组成。油压机本体结构的设计应考虑以下三个基本原则：（1）尽可能地满足工艺要求，便于操作；（2）具有合理的强度、刚度及运动部分的导向精度，使用可靠，不易损坏；（3）具有很好的经济性，重量轻、制造维修方便。油压机设计也和其他任何机械设计一样，是由加工对象——工件的工艺要求决定的。因此整个设计过程首先应该详细分析压制工件对各执行机构的动作（包括压力、速度、相对位置关系和运动精度），工作空间和装卸料要求等。并根据加工的实际条件，参考油压机设计的液压机本体设计及制造技术总结5一些典型结构和对收集的同类产品结构性能等参考资料进行分析比较，确定总体设计方案，然后对主要零部件提出具体的要求进行详细核算，在此基础上绘制全部工程图和编制制造验收技术条件等全部技术文件。至此，设计阶段基本上完成。但设计是否正确，必须通过实践来检验，即通过试制和工艺试验发现和解决问题，使设计符合预期的全部要求。2.1主要技术参数的确定确定油压机主要技术规格是设计工作中最重要的步骤之一。它直接关系到所设计的机器是否能满足零件压制的质量和生产率要求，同时它也是设计各零件的依据，对零部件的尺寸要求、加工设备的能力和整机成本有极大的影响。因此，必须仔细分析机器所加工工件的工艺动作程序；仔细分析所使用的模具尺寸和安装要求；仔细分析各工艺动作要求的压力、速度、相对位置关系，工作行程和行程停止点的位置精度要求。在确定主要技术规格时，我们还应该深入地调查研究同类型设备的机构、主要技术规格、操作性能等有关资料，并应充分重视用户单位提出的要求和改进意见。80MN油压机主要参数如下表一所示。表一80MN油压机主要技术参数1公称压力80MN(8000吨)2压机型式四立柱上传动3传动型式油泵直传4压力分级80MN（压护环）、50MN（自由锻）5工作介质抗磨液压油6介质压力31.5Mpa、20MPa液压机本体设计及制造技术总结67最大净空距2700mm8立柱中心距2800x3780mm9工作台移动力拉125吨，推226吨10活动横梁最大行程1700mm11活动横梁速度空降：150mm/s；加压：10-20mm/s；回程：150mm/s12最大允许偏心距50mm13工作台行程左：3500mm右：3500mm14工作台尺寸2500X4820mm15工作台移动速度150-200mm/s16外形尺寸地面上高度11000mm、地下深度3590mm2.2主要零部件的强度计算首先根据用户要求的公称压力及压力分级情况计算工作柱塞的直径，进而算出液压缸内外直径、缸壁厚度及缸底厚度等，并根据工作行程及计算后的上横梁厚度等算出液压缸及柱塞长度。根据立柱材料许用应力及油压机公称压力初步定出立柱直径，根据上中下三梁厚度及压机最大净空距定出立柱长度，三梁厚度根据受力情况计算算出。2.2.1缸体的设计及强度计算液压缸部件的作用在于把液体压力转换成机械功。高压液体进入缸内后，作用于活塞(柱塞)上，经过活动横梁将力传到工件上，使工件产生塑性变形。它是油压机的主要部件之一。本公司制造的80MN油压机，用户要求油压分为31.5MPa和20MPa两级，最大压力P=80000T=78400000N。液压缸采用柱塞式，结构简单，制造容易。由于只能单向作用，反向运动需要设计回程缸来实现。柱塞与活动横梁的连接采用球面支承，改善了柱塞导套及密封的磨损液压机本体设计及制造技术总结7情况。1）工作液体（抗磨液压油）工作压力确定为P=315bar，则柱塞直径D为：31514.3784000004.04.0DpP=178cm=1780mm（2-1）所得D值圆整后按表二选取相近的标准直径，得Dt=1800mm=180cm。表二柱塞标准直径（单位mm）（JB2001-76）柱塞标准直径mm404550556065707580859095100110120125130140150160180200220250260280300320360380400420450500520560580630650710730820900920100011001200128014201500160018002000这样液压缸实际能产生的最大总压力FH为：PDFtH4102（N）=pDt25.2（N）（2-2）=2.5×3.14×1802×315（N）=80117100N=8012吨（用户认可）液压缸内径D内为：tDDt内（2-3）=1800mm+10mm=1810mm（t取10mm）式中：t——缸内壁与柱塞间在直径上的间隙值，一般取10～15mm。液压缸外径D外为：DD3.1内外=1810mmX1.3=253mm（2-4）最终取D内=1810mm，D外=2450mm；缸壁厚度S为：液压机本体设计及制造技术总结82/DD）（内外S（2-5）=（2450mm-1810mm）/2=320mm缸体厚度T为：ST25.1）～（（2-6）=（1.5～2）×320mm=480～640mm最终取T=640mm;；从缸体到缸壁的过渡区会产生弯曲应力并有应力集中，此处圆弧半径R1太小是缸底破裂的主要原因，一般不应小于D8/1内。DR8/11内=1810mm/8=226.25mm（2-7）最终取R1=250mm；法兰与缸壁的过渡圆弧半径R为：R=（0.2～0.3）S（2-8）=（0.2～0.3）×320mm=（64～96）mm最终取R=70mm。通过计算得缸体如图2-1所示。2）核算a、筒壁部分强度：最大应力点在缸筒内壁，当量应力max为：prrr212222max3MPa315905122512253222=120MPa（2-9）液压机本体设计及制造技术总结9此液压缸采用35钢，其材料力学性能MPas275，安全系数3.2120275