搜索
11绪论1.1液压机原理液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。液压机是一种可用于加工金属、塑料、木材、皮革、、橡胶等各种材料的压力加工机械，能完成断崖、冲压、折边、冷挤、校直、弯曲、成形、打包等多种工艺，具有压力和速度可大范围无级调整、可在任意位置输出全部功率和保持所需压力等优点，因而用途十分广泛。液压机根据帕斯卡原理制成，其工作原理如图1所示。两个充满工作液体的具有柱寒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11FpA，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上特产生向上的作用力F2，迫使工件3变形，且2211AFFA式中：A2——大柱塞2的工作面积。图1-1液压机工作原理1--小柱塞2--大柱塞3--工件液压机的机构形式很多，其中以四柱立式液压机最为常见。液压机一般由本体(主机)2及液压系统两部分组成。最常见的液压机本体结构简图如图2所示。它由上横梁1、下横梁3、四个立柱2和十六个内外螺母组成一个封闭框架，框架承受全部工作裁荷。工作缸9固定在上横梁1上，工作缸内接有工作柱塞8，它与活动横粱7相连接。活动横梁以四鞘立柱为导向，在上、下横哭之间接复运动。在活动横梁的下表面上，一般固定有上模(上砧)，而下模(下砧)则固定于下横粱上的工作台上。当高压液体进人工作缸后，在工作柱塞上产生很大的压力，并推动柱塞、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。回程缸4固定在下横梁上，其中有回程柱塞6，它与活动横梁相连接。回程时，工作缸通低压，高压液体进入回程缸，推动回程柱塞6向上运动，带动活动攒粱回到原始位置，完成一个工作循环。图1-2液压缸本体图1—上横梁2—立柱3—下横梁4—回程缸5—工件6—回程柱塞7活动横梁8—工作柱塞9—工作缸31.2液压机的特点液压机与其他锻压设备相比具有以下特点：(1)基于液压传动的原理，执行元件(缸及柱塞或活塞)结构简单，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间和较长的工作行程，因此适应性强，便于压制大型工件或较长较高的工件。(2)在行程的任何位置均可产生压力机额定的最大压力。可以在下转换点长时间保压，这对许多工艺来说，都足十分需要的。(3)可以用简单的办法(各种阀)在一个工作循环中调压成限压，不易超载，容易保护各种模具。(4)沿块的总行程可以在一定范围内任意地无级地改变，滑块行程的下转换点可以根据压力或行程位置来控制或改变。(5)沿块速度可以在一定范围内在相当大的程度上进行调节，从而可以适应工艺过程时沿块速度的不同要求。用泵直接传动时，滑块速度的调节可以与压力及行程无关。(6)与锻锤相比，工作平稳，撞击、振动和噪声较小，对工人健康、厂房基础、周期环境及设备本身都有很大好处。液压机的缺点是：(1)用泵直接传动肘，安装功率比相应的机械压力机大。(2)由于工作缸内升压及降压都需要一定时间，阀的换向也需要一定时间，速度不够高，因此在快速性方面不如机械压力机。(3)由于液体有可压缩性，在快速卸载时，可能会引起压机本体或液压系统的振动，因此不太适合于冲裁、剪切等工艺。(4)工作液体有一定使用寿命，到一定时间应更换。42总体方案的设计2.1总体方案液压机可以分解为两大主要系统：液压系统和机械系统。具体可以分解为5大组件：1）底板组件2）小车组件3）液压系统4）立柱5）上板组件液压机的结构分解图如图2-1所示：压力机机械系统（本机）液压系统上板组件底板组件小车组件立柱图2-1压力机系统结构分解图以上5个部分共同组成了压力机系统，共同协调完成所需的工艺。接下来的两章将重点实现以上5个部分的设计过程及其校核。53液压系统的设计液压系统对于整个压力机的重要性是不言而喻的。常见的液压系统由以下部分组成：液压泵液压控制元件液压执行元件负载图3-1液压系统的组成为了实现液压系统对工件进行规定的动作需要对液压系统的各个部分进行设计。3.1明确系统设计要求对以固定式机械来说，该压力机对液压系统的要求是：a)有较大的空间，可以存放油箱且不需要另设散热装置的系统；b)要求结构尽可能简单的系统；c)采用节流调速，d)精度要求很低，只需控制行程即可。e)经济性好为了满足对弹簧强压处理的要求，压力机需要实现“快进—减速升压—保压—快速回程—停止”的工作循环。系统要求低速，小功率驱动。保压时压力为80kN，快退时取为2kN；工作行程为320mm。快进快退速度约为v1=v3=10mm/s，工进时v2=1mm/s所以，该系统适合用开式系统。回油节流调速回路3.2工况分析3.2.1负载分析经过计算可得，将弹簧压至并圈高度时，压力机所受的力F=80kN，简单的绘制其负载图如图3-2所示：6快进减速及加压保压快速回程停止tF/kNO82图3-2液压系统的载荷图3.2.2运动分析由压力机上的行程要求，得到液压系统的行程在工作循环的变化图如图3-3所示。以下为位移循环图。通过位移循环图，可以清楚地看到该液压执行元件的工作循环。快进减速及加压保压快速回程停止tLO图3-3液压系统工作循环图73.3确定液压缸主要参数3.3.1确定液压缸表3-1按速比要求确定d/DV1/V21.150.1251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71注：v1—无杆腔进油时活塞运动速度；V2—有杆腔进油时活塞运动速度；简单液压系统液压缸选用单杆式。依据表1，有杆腔与无杆腔的速比可取为1.46，所以活塞杆直径d与缸筒直径D的关系为0.55dD。3.3.2初选系统的工作压力工程机械的选型表如下：表3-2各种机械常用的系统工作压力机械类型机床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32表3-3执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流阀调速系统0.2~0.5回油路代调速阀的系统0.4~0.6回油路设置有背压阀的系统0.5~1.5用补油泵的闭式回路0.8~1.5回油路较复杂的工程机械1.2~3回油路较短，且直接回油箱可忽略不计8根据表2中提供的各类设备的常用工作压力，选定该压力机的工作压力为P=10MPa。因此，液压缸无杆腔的压力可取为P1=10MPa。在回油时，带有调速阀，液压缸上必须有一定得背压P2。根据表3中的情况，取P2=0.5MPa。3.3.3计算液压缸的工作面积和流量1)活塞直径计算一般情况下，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为：2211FpAAp亦可根据下面的公式计算：21241FDpp代入前面步骤中已知数值，可以求得234800.1009100.510.5510Dm依据下表4选择相应的直径。表3-4活塞直径d(mm)速比缸径40506380901001101.462228354550556334550607080依据表4，计算圆整后得到D=100mm，d=55mm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：223210.17.851044DAm2222322()(0.10.055)5.481044DdAm2)缸筒壁厚计算按照下列公式计算：92[]pDt对于45钢，其屈服强度[]=360MPa计算得到t=2.80mm取为3mm根据国家的标准缸的外径为127mm，加工成型后的外径为124mm，故缸筒的壁厚应选为12mm。3)活塞杆强度计算4[]bFd对于材料文调质45钢，[]b=600MPa，代入上式验算得到mmmmd552.41。所以符合要求。再与标准液压缸对比后发现，基本吻合4)流量校核当工作速度很低时，还须按最低速度要求验算液压缸的尺寸minminQAv式中：A----液压缸有效工作面积(m2);Qmin----系统最小稳定流量；Vmin---最小工作速度(m/s)代入其最小速度v2=1mm/s，可得Qmin=5.48×10-6m3/s。3.3.4绘制执行元件工况图液压执行元件的主要参数确定后，就应绘制执行元件的工况图。工况图是选择液压泵和电机功率的依据。利用工况图可以验算各个工作阶段所确定参数的合理性。根据D和d值，可以估算出液压缸在各个工作阶段的压力、流量和功率，以此绘制出工况图3-4。10L/mmOP/PaQ/P/Wm3/s5.48×10-6m3/s5.48×10-5m3/s5.48×10-5m3/s10×106Pa0.5×106Pa6.3×106Pa6.3×106Pa0.345kW0.051kW34.5kWQ流量pP压力功率图3-4工况图3.3.5拟定液压系统原理图3.4液压回路的选择铁路机车的减振弹簧是铁路机车安全正常运行的重要部件之一，工况差长期处于交变应力的作用下，故必须对它进行定期的检测。减振弹簧是由一组复合弹簧、上下弹簧座和螺栓预压紧组成，有关资料显示弹簧的预压紧力为8000KG左右。要对减振弹簧进行检测，必须先拆下上下弹簧座的连接螺杆，再将弹簧力缓慢施放，这样就可将弹簧取出进行检测。检测后的弹簧装上上下弹簧座后，缓慢压缩至预紧位置后装上螺杆便可交付使用。我现在的工作就是设计一种装置安全可靠并且操作方便、实用地将组合减振弹簧取出和装上。液压系统的设计总体思路为要满足克服8000KG力的要求，也就是说液压系统的压力使油缸产生的推力P大于8000KG，我们为了留有一定的余地故选择压力机油缸的推力为10000KG。11缸径和系统压力的选择，当油缸推力一定时，缸径与系统压力是成反比的，也就是说缸径越大时系统压力就会小；反之亦然。缸径与系统压力必须匹配，如果缸太大，制作成本就会很高，设备整体也不协调；如果系统压力太高，也会使系统元件的要求提高，制作成本也会提高，并且也会增加使用维护费用，因为液压系统的故障率是随系统压力的增高而增加的，故我们选择缸径为φ100（符合国家行业标准），系统压力为127kg/cm2。（系统压力应选160kg/cm2级的）压力机在工作时要求油缸活塞杆往复运动的速度是可调的，并可在行程中的任意停止。所以我们在系统中应该选择三位四通电磁换向阀且其滑阀机能为M型。这样可以在油缸停止时，压力油直接回油箱，这样可以减少系统的压力负担，也可以减缓系统油温的上升速度，我们还在换向阀下叠加一单向节流阀以调节油缸活塞杆的速度，并且采用回油节流，以利于活塞杆运行平稳。按设计规范我们我们要在油缸有杆腔油口处设置一平衡阀，以免系统出现故障（如油管破裂等）时，油缸活塞杆突然下滑造成工伤事故，但是由于我们的工件（减振弹簧）是由小车送入的，故我们没有设计平衡阀，特此说明。元件的选择。在满足功能的前提下成本越合理越好，也就是性价比要合理符合我们的要求，我们通过查阅相关资料并调研后得知，国内市场上液压元件第一档次为德国的力士乐、日本油研、美国威格士、等为代表，他们的元件质量好价格高，其价格比国内同类产品高3—5倍，有的甚至搞10倍；第二档次是以北京华德、上海立新、台湾朝田湧镇等为代表的；第三档次为山西榆次、四川长江、上海高行、台湾力王等为代表的；第四档次为江浙一带仿制厂家等。油泵是系统的重要元件，我们应该选额压力为160kg/cm2，流量为16ml/r与国产榆次的为佳。换向阀、溢流阀、节流阀也是重要的控制元件，应选台湾型的元件为好。通径为φ6mm。压力表、压力表开关、空滤器、吸滤器、油标等附件应选国产为好。3.4.1选择系统类型由于采用回油节流调速，故而选用开式系统。3.4.2选择调速回路12由工况图可知，压力机液压系统的功率不大，运动速度低，工作负载变化小，效率和发热并不突出，故可采用调速阀调速，因为回路节流调速能获得更低的稳定速度，故本系统采用调速阀式回油节流调速回路。该型压力机需要一个结构简单，价廉，调速范围大，效率较低的低速小了功率场合，故而采用回油节流调速方案。3.4.3选择液压泵的类型依据工作压力小于21MPa，而