液压机设计

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98000KG，我们为了留有一定的余地故选择压力机油缸的推力为10000KG。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10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，而且系统采用节流调速回路，选择定量泵。或者齿轮泵。3.4.4选择执行元件选用单出杆活塞缸的液压缸，它是一种广泛适用于各类机械的液压缸。3.4.5选择调压方式利用弹簧加载式溢流阀。在换向阀处于中位时调压亦可。为了保证夹紧力可奥而且单独调节，在主路上串接单向阀。3.4.6选择换向回路该流量为小流量，故而选用电磁换向阀。当压力机压头运动间隔错误!未找到引用源。后，电磁继电器通电，开始换向。进行下一步动作。113.4.7绘制原理图综合上述分析和所确定的方案，将各个回路合理的组合为该压力机的液压系统，其原理如图3-5所示。D图3-5液压系统原理1--过滤器2—油箱3—电机4—液压泵5—溢流阀6，7—压力表及压力表开关8—三位四通电磁换向阀9—单向调速阀10—液压缸其中：9由调速阀和单向阀组成3.5计算和选择液压元件3.5.1选择液压泵1)确定液压泵的最大工作压力Pp1pppp式中：p1---液压缸的最大工作压力p---从液压泵出口到液压缸入口之间的总的管路损失由上可知，p1为10MPa压力损失取为0.5MPa，那么最大工作压力Pp≥10.5MPa。122)确定液压泵的流量液压缸工作时，液压泵的输出流量是：max()pQKQ式中：K—系统的泄露系数，一般取K=1.1~1.3；maxQ---最大总流量，包括最小溢流量。由上式计算Qp=1.3*(0.5*10-4+5.48*10-5)=1.92*10-4m3/s。3)选择液压泵的规格根据以上的Pp和Qp值，从产品样本中选取泵为小流量泵。4)确定驱动功率根据式子ppppQP式中：p--液压系统的总效率。按照表5选取。表3-5液压泵的总效率液压泵类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率0.6~0.70.65~0.80060~0.750.80~0.85以上计算得到驱动功率P=2.88kW。选择驱动功率为5kW。3.5.2选择液压控制阀1.电磁换向阀的选择根据系统设计需要在合理分配油路的原则基础上，查《机械设计手册》选择电磁换向阀型号为4WE6/AG24.4WE6/AG24型牌号的含义如下：4代表三位四通；WE代表电磁换向阀；6代表通径6mm；A代表湿式标准电磁铁；G24代表直流电24V。电磁换向阀的部分技术规格如下：介质：矿物油；介质温度：-30~80c；13介质黏度：(2.8~380)sm/1026;工作压力：A、B、P腔小于等于25MPa，T腔小于等于6MPa；额定流量：15L/min；电源电压：交流电50Hz，110V，220V；直流电12V、24V、110V消耗功率：26W；吸合功率：46VA；启动功率：130VA；接通时间：40ms（直流）、25ms（交流）；断开时间：30ms（直流）、20ms（交流）；最高环境温度：50c；最高线圈温度：150c；2.溢流阀的选择DB/DBW型溢流阀具有压力高，调节性能平稳，最低调