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編 號(hào) 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 單臂液壓鑄造機(jī) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923115 學(xué)生姓名： 丁 劍 指導(dǎo)教師： 龔常洪 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 單臂液壓鑄 造機(jī) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其 內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝 的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已 發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 93 學(xué) 號(hào)： 0923115 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 單臂液壓鑄造機(jī) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 單臂式液壓鑄造機(jī)主要用于金屬的自由鍛造，8000KN 以下的小 型鍛造液壓機(jī)常采用 C 型單臂機(jī)架，主要用于軸類零件、型材的校 正和軸套類零件的裝配，也可用于板材的彎曲成型、拉伸等工藝過 程。配置一定的附件式模具后可以進(jìn)行粉末壓制和固型塑料的成型 壓制。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 熟悉液壓傳動(dòng)和液壓控制技術(shù)的發(fā)展歷程； ② 熟練掌握液壓原理； ③ 熟練掌握液壓缸的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計(jì)算和校核； ④ 導(dǎo)向、密封、防塵、排氣、和緩沖等裝置的設(shè)計(jì)； ⑤ 能夠熟練使用 Auto CAD 制圖工具。 四、接受任務(wù)學(xué)生： II 機(jī)械 93 班 姓名 丁 劍 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 作為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得 到了廣泛運(yùn)用。作為世界加工中心,我國(guó)機(jī)械工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)作用越來越明顯。 液壓機(jī)技術(shù)水平的高低直接影響到國(guó)家機(jī)械工業(yè)的發(fā)展水平。單柱式液壓機(jī)是液壓機(jī)產(chǎn) 品的一個(gè)重要組成部分, 8000KN以下的小型鍛造液壓機(jī)常采用 C型單臂機(jī)架，主要用于軸 類零件、型材的校正和軸套類零件的裝配，也可用于板材的彎曲成型、拉伸等工藝過程。 配置一定的附件式模具后可進(jìn)行粉末壓制成型和固型塑料的成型壓制，擁有自主的液壓 機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)是使國(guó)家機(jī)械工業(yè)能在世界競(jìng)爭(zhēng)中取勝的重要保證,對(duì)其展開研究有重要的理 論和實(shí)際意義。本文完成了160KN單柱式液壓機(jī)本體的設(shè)計(jì),并采用二維制圖軟件 AutoCAD對(duì)其進(jìn)行研究。論文提出了160KN單柱式液壓機(jī)的技術(shù)參數(shù),擬定了機(jī)器的結(jié)構(gòu) 形式，著重對(duì)工作缸做了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)計(jì)算。根據(jù)液壓機(jī)設(shè)計(jì)理論完成了整體機(jī)架結(jié) 構(gòu)及主要結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)與理論計(jì)算。對(duì)液壓機(jī)本體的總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件進(jìn)行了強(qiáng)度 計(jì)算與分析,主要內(nèi)容包括:結(jié)構(gòu)中應(yīng)力集中情況分析 ,初始設(shè)計(jì)方案修正,最終獲得了滿足 強(qiáng)度和剛度要求的機(jī)架設(shè)計(jì)。最后利用AutoCAD軟件對(duì)160KN單柱式液壓機(jī)總裝配圖及 主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，完成了液壓機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)。 關(guān)鍵詞：液壓機(jī)；工作缸；強(qiáng)度 IV Abstract As one of the important technical means to achieve the modern machinery equipment transmission and control, hydraulic technology has been widely used in the field of the national economy. As a processing center in the world, China's machinery industry foundation function in the national economy is more and more obvious. Hydraulic machine technology level directly affects the development level of the national machinery industry. Single column hydraulic machine is an important part of the hydraulic machine, small forging under 8000KN hydraulic press often uses the “C” type single arm frame, mainly used for shaft parts profile correction and sleeve parts assembly, can also be used for such as tensile plate bending forming process configuration must be the attachment type of mold powder can be suppressed after molding and plastic molding repression, hydraulic machine design technology with independent is an important guarantee to make the national machinery industry can win in the international competition, the expansion has important theoretical and practical significance to study. The design of the 160KN bulk single column hydraulic machine, and the use of 2D drawing software AutoCAD to study the. This paper presents the technical parameters of 160KN single column hydraulic machine, the structure of machine, the working cylinder structure design and calculation of the data. Design and theoretical calculation of the whole frame structure and the main part of the structure was completed according to the design theory of hydraulic machine. The key components of overall structure of the hydraulic machine body and gives the calculation and analysis of the strength, the main contents include: the stress concentration analysis of structure, modify the initial design scheme, finally satisfied frame design strength and stiffness requirements. At the end of the 160KN single column hydraulic machine assembly drawing and the main parts were designed by using AutoCAD software, completed the overall structure design of hydraulic machine. Keywords: hydraulic machine；hydraulic cylinder；strength V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III Abstract .........................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 課題背景及目的與意義 .......................................................................................................1 1.2 液壓機(jī)的發(fā)展概況 ...............................................................................................................1 1.2.1 液壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位 ........................................................................................1 1.2.2 我國(guó)液壓機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .....................................................................................1 1.2.3 國(guó)外液壓機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r ................................................................................................3 1.2.4 液壓機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì) ................................................................................................4 1.3 液壓機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ...........................................................................................4 1.3.1 液壓機(jī)的工作原理 ........................................................................................................4 1.3.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) ........................................................................................................5 1.4 液壓機(jī)的分類 .......................................................................................................................6 2 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................................................8 2.1 液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)參數(shù) ...........................................................................................8 2.1.1 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ....................................................................................................8 2.1.2 160KN 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) ............................................................................................8 2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...............................................................................................................9 2.3 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ................................................................................................................9 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 ........................................................................................................................9 2.3.2 加工技術(shù)要求 ..............................................................................................................10 2.3.3 固定模具的結(jié)構(gòu) ..........................................................................................................10 3 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) ...................................................................................................12 3.1 明確設(shè)計(jì)要求，制定基本方案 .........................................................................................12 3.1.1 設(shè)計(jì)要求 ......................................................................................................................12 3.1.2 確定液壓執(zhí)行元件的形式 ..........................................................................................12 3.1.3 確定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 ..............................................................................13 3.1.4 液壓源系統(tǒng) ..................................................................................................................13 3.2 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定 .............................................................................................13 3.2.1 液壓介質(zhì)的選擇 ..........................................................................................................13 3.2.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 ..........................................................................................................14 3.3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 .....................................................................................................16 3.3.1 選系統(tǒng)工作壓力 ..........................................................................................................16 3.3.2 液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的的問題 ................................................................................16 3.3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 ..............................................................................................16 3.3.3 液壓缸強(qiáng)度校核 ..........................................................................................................17 VI 3.3.4 液壓缸穩(wěn)定性校核 ......................................................................................................18 3.4 液壓閥的選擇 .....................................................................................................................21 3.4.1 液壓閥的作用 ..............................................................................................................21 3.4.2 液壓閥的基本要求 ......................................................................................................21 3.4.3 液壓閥的選擇 ..............................................................................................................21 3.5 液壓泵的選擇 .....................................................................................................................22 3.6 電動(dòng)機(jī)功率的確定 .............................................................................................................22 3.7 液壓管件的確定 .................................................................................................................23 3.7.1 油管內(nèi)徑確定 ..............................................................................................................23 3.7.2 管接頭 ..........................................................................................................................23 3.8 本章小結(jié) .............................................................................................................................23 4 液壓機(jī)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 .......................................................................................................25 4.1 上橫梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 .........................................................................................25 4.1.1 受力分析 ......................................................................................................................25 4.1.2 主截面（Ⅰ— Ⅰ）強(qiáng)度計(jì)算 ......................................................................................26 4.1.3 主截面（Ⅱ— Ⅱ）強(qiáng)度計(jì)算 ......................................................................................26 4.2 本章小結(jié) .............................................................................................................................27 結(jié) 論 ...........................................................................................................................................28 致 謝 ...........................................................................................................................................29 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................30 單臂液壓制造機(jī) 1 1 緒論 1.1 課題背景及目的與意義 通過 160KN 單柱液壓機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算，了解液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握液壓機(jī)的 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟，以及液壓缸和橫梁的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法。設(shè)計(jì)液壓機(jī)的意義在于其不但具 有較大的通用性，適用于塑性材料的成形如簿板件的落料、拉伸、壓印等；軸類件的校 正；零部件的壓裝；粉末制品的壓制。還具有點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)等操作方式，可按工 藝需要任選定時(shí)或定位控制，壓力和行程可調(diào)，操作靈便、工作可靠。 1.2 液壓機(jī)的發(fā)展概況 1.2.1 液壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位 流體傳動(dòng)與控制技術(shù)的主要代表液壓技術(shù)自上世紀(jì)初面世以來，即“融合”到裝備 制造業(yè)中，成為其一個(gè)十分重要的基礎(chǔ)領(lǐng)域，同時(shí)，液壓技術(shù)將裝備制造業(yè)作為其主要 的應(yīng)用領(lǐng)域，曾經(jīng)引領(lǐng)著裝備制造業(yè)一系列的技術(shù)進(jìn)步 [8]。因此液壓技術(shù)對(duì)裝備制造業(yè)而 言，從來就有著較強(qiáng)的推動(dòng)和影響作用，對(duì)裝備制造業(yè)等諸多領(lǐng)域有著前置和后置效應(yīng)， 扮演著重要而關(guān)鍵的角色。21 世紀(jì)初，中國(guó)裝備制造業(yè)得益于國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的歷史 機(jī)遇，在諸多領(lǐng)域取得了重要的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，其中中國(guó)液壓技術(shù)也扮演了重要的角 色，并反映了它與時(shí)俱進(jìn)的技術(shù)進(jìn)步 [5]。 液壓機(jī)是利用液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行壓力加工的設(shè)備。它與機(jī)械壓力機(jī)相比，具有壓力 和速度可在廣泛的范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)整，可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力，結(jié)構(gòu) 布局靈活，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作可很方便地達(dá)到所希望的配合關(guān)系等等很多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)液壓 元件具有高度的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)及制造均較為簡(jiǎn)單，所以液壓機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì) 各部門得到了日益廣泛的應(yīng)用 [15]。 1.2.2 我國(guó)液壓機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)液壓機(jī)的現(xiàn)狀:我國(guó)液壓技術(shù)的發(fā)展始于 20 世紀(jì) 50 年代，最初主要應(yīng)用于機(jī)床 和鍛壓設(shè)備上；20 世紀(jì) 60 年代，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)自行設(shè) 計(jì)開發(fā)出了液壓產(chǎn)品；20 世紀(jì) 80 年代初期，我國(guó)又從美國(guó)、日本、德國(guó)引進(jìn)了一些先進(jìn) 的技術(shù)和設(shè)備，是我國(guó)的液壓技術(shù)水平有了很大的提高。目前，我國(guó)的液壓元件已從低 壓到高壓形成了系列產(chǎn)品，并開發(fā)生產(chǎn)出了許多新型的液壓元件；在精度、重載大型設(shè) 備的液壓系統(tǒng)中，國(guó)產(chǎn)元件的應(yīng)用也越來越多；行走機(jī)械液壓系統(tǒng)中的專用液壓元件也 在大力開發(fā)。液壓技術(shù)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中將發(fā)揮越來越大的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性 的支撐作用 [16]。下圖 1.1 是滕州機(jī)械廠生產(chǎn)的單臂液壓鑄造機(jī)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.1 滕州機(jī)械廠生產(chǎn)的單臂液壓鑄造機(jī) 1.2.2.2 發(fā)展趨勢(shì) 1.板材加工設(shè)備： 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國(guó)的汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，面對(duì)這一形勢(shì)，我國(guó)的板材加工工藝及 設(shè)備有了長(zhǎng)足的發(fā)展。 (1) 重型機(jī)械壓力機(jī)及覆蓋件生產(chǎn)線、大型多工位壓力機(jī) ① 單機(jī)連線自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線； ② 大型多工位壓力機(jī) (2) 數(shù)控板沖、剪、折機(jī)床及柔性加工生產(chǎn)線 ① 數(shù)控沖床； ② 數(shù)控沖剪復(fù)合機(jī)及柔性加工線； ③ 數(shù)控折彎?rùn)C(jī) (3) 板材無模多點(diǎn)成形壓力機(jī) (4) 高速壓力機(jī) (5) 數(shù)控激光切割機(jī) 2.大重型鍛造裝備： (1) 水鍛機(jī) (2) 熱模鍛壓力機(jī) (3) 大噸位螺旋壓力機(jī) (4) 大型彎曲校正設(shè)備 3.特種鍛造設(shè)備： 單臂液壓制造機(jī) 3 (1) 特種軋制設(shè)備 ① 輥鍛機(jī)； ② 楔橫軋機(jī)； ③ 控輾環(huán)機(jī) (2) 擺動(dòng)輾壓機(jī) (3) 冷擠壓機(jī) (4) 數(shù)控彎管機(jī) 1.2.3 國(guó)外液壓機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 美國(guó)、德國(guó)、日本的汽車工業(yè)如此發(fā)達(dá)，得益于其塑性加工技術(shù)及裝備的領(lǐng)先地位。 當(dāng)前的世界塑性加工技術(shù)及裝備向以下幾個(gè)方面發(fā)展： 1.金屬塑性成型設(shè)備及自動(dòng)化 (1) 冷沖壓設(shè)備 ① 單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)化； ② 大型多工位壓力機(jī) (2) 鍛造設(shè)備 2.高速化復(fù)合化相結(jié)合，提高設(shè)備加工效率 在追求高速化加工的同時(shí)，還必須盡可能縮短生產(chǎn)輔助時(shí)間，以取得良好的技術(shù)經(jīng) 濟(jì)效益。在數(shù)控壓機(jī)上配備伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三坐標(biāo)上下料裝置，可使沖壓中心實(shí)現(xiàn)高效 板材加工。 3.設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 具有現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)、互動(dòng)操作性、分散功能模塊、開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，是壓力機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向，對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化具有明顯的推動(dòng)作用 [6]。 4.注重環(huán)境保是當(dāng)今世界性的潮流 許多國(guó)外技術(shù)塑性成型設(shè)備愈來愈重視環(huán)保問題，如在數(shù)控轉(zhuǎn)塔壓力機(jī)上，工作臺(tái) 普遍采用柔性的尼龍刷支撐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾珠支撐，以減少噪聲污染；變速壓機(jī)實(shí)現(xiàn)快速 下降，慢速?zèng)_裁工件，快速回程，使振動(dòng)和噪聲大大降低。特別是歐洲市場(chǎng)，已基本貫 徹 ISO14000 系列標(biāo)準(zhǔn)，金屬塑性成型設(shè)備必須通過 CE 認(rèn)證 [1]。圖 1.2 是美國(guó)生產(chǎn)的單 臂液壓鑄造機(jī)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 1.2 美國(guó)生產(chǎn)的單臂液壓鑄造機(jī) 1.2.4 液壓機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì) 液壓機(jī)是材料成型設(shè)備中的重要一員，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位， 其發(fā)展趨勢(shì)也倍受關(guān)注。20 世紀(jì) 60 年代以后，金屬塑性成型設(shè)備改變了從 19 世紀(jì)開始 的向重型和大型方向發(fā)展的趨勢(shì)。近年來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自 動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，隨著新工藝、新材料技術(shù)的不斷出現(xiàn)，液壓技術(shù)也在不 斷的發(fā)展創(chuàng)新，液壓技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國(guó)防工業(yè)中占有舉足輕重的地位。目前，液壓 技術(shù)正朝著高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、節(jié)能高效、環(huán)保、小型化及輕量化 等方向發(fā)展；同時(shí)，液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制、機(jī)電一體化技術(shù)、 計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性研究及污染控制等，也是當(dāng)前液壓技術(shù)發(fā)展和研究 的一個(gè)重要方向 [16]。 1.3 液壓機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1.3.1 液壓機(jī)的工作原理 液壓機(jī)是一種以液體為介質(zhì)用來傳遞能量以實(shí)現(xiàn)多種鍛壓工藝的機(jī)器。 液壓機(jī)是根據(jù)帕斯卡原理制成，其工作原理如圖 1.3 所示。兩個(gè)充滿液體具有柱塞的 封閉容腔由管道相連通，當(dāng)柱塞 1 上作用有力 P1 時(shí)，液體的壓強(qiáng)為 p=P1/A1,A1 為柱塞 1 的橫截面積。根據(jù)帕斯卡原理：在密閉容器中液體壓力在各個(gè)方向上完全相等，壓強(qiáng) p 將傳遞到容腔內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)，大柱塞 2 上將產(chǎn)生向上的作用力 P2，使工件 3 變形，且 P2=P1(A2/A1) 單臂液壓制造機(jī) 5 式中 A2—柱塞 2 的橫截面積。 液壓機(jī)一般由本體（主機(jī)）及液壓系統(tǒng)兩部分組成 [2]。 圖 1.3 液壓機(jī)工作原理 圖 1.4 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)圖 1-小柱塞 2-大柱塞 3-工件 1-上橫梁 2-立柱 3-下橫梁 4-回程缸 5 工件 6-回程柱塞 7-活動(dòng)橫梁 8-工作柱塞 9-工作缸 最常見的液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)見圖如圖 1.4 所示。它由上橫梁 1，下橫梁 3，四個(gè)立柱 2 和 16 個(gè)內(nèi)外螺母組成一個(gè)封閉框架，框架承受全部工作載荷。工作缸 9 固定在上橫梁 1 上，工作缸內(nèi)裝有工作柱塞 8，它與活動(dòng)橫梁 7 相連接，活動(dòng)橫梁以 4 根立柱為導(dǎo)向，在 上、下橫梁之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)橫梁下表面一般固定有上模，而下模則固定于下橫梁 3 的工作臺(tái)上。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸并作用于工作柱塞上時(shí)，產(chǎn)生了很大的作用力，推 動(dòng)柱塞，活動(dòng)橫梁及上模向下運(yùn)動(dòng)，使工件 5 在上、下模之間產(chǎn)生塑性變形?；爻虝r(shí)， 工作缸通低壓液體，高壓液體進(jìn)入回程缸，推動(dòng)回程活塞 6 及活動(dòng)橫梁向上運(yùn)動(dòng)，回到 原始位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。 液壓機(jī)的工作循環(huán)一般包括停止、沖液行程、工作行程及回程。上述的不同行程是 由操縱系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)中各種功能的閥門動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的。 液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)包括各種高低壓泵、高低壓容器（油箱、沖液罐、蓄勢(shì)器等）、 閥門及相應(yīng)的連接管道等。其傳動(dòng)方式可分為泵直接傳動(dòng)和泵-蓄勢(shì)器傳動(dòng)兩種 [15]。 1.3.2 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)等系統(tǒng)相比，具有如下主要優(yōu)、缺點(diǎn) [16]。 優(yōu)點(diǎn)： (1) 液壓傳動(dòng)借助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這比機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)越 (2) 液壓傳動(dòng)裝置重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。 (3) 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。 (4) 傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，金屬切削機(jī)床中的 磨床傳動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 (5) 液壓裝置借助于設(shè)置溢流閥等易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此 使用壽命長(zhǎng)。 (6) 液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 液壓元件以實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣應(yīng)用。 缺點(diǎn)： (1) 液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間很難避免漏油等因素，同時(shí) 油液又是可以壓縮的，因此使得液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。 (2) 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體黏度變化，引起運(yùn)動(dòng)特性的 變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境下工作。 (3) 為了減少泄露，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要 求較高，加工工藝較復(fù)雜。 (4) 液壓出動(dòng)要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方便。 (5) 液壓系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。 (6) 由于采用油管傳輸壓力油，距離較長(zhǎng)，沿程壓力損失大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力。 1.4 液壓機(jī)的分類 液壓機(jī)有如下幾種分類方法 [2]： (1) 按傳遞壓強(qiáng)的液體種類分類：可分為油壓機(jī)和水壓機(jī)兩大類。 (2) 按機(jī)身結(jié)構(gòu)形式分類： 可分為梁柱式（如三梁四柱式） 、單臂式（C 型） 、框架式和臥式等。 (3) 按工藝用途分類： 可分為如下幾種： ① 鑄造液壓機(jī)：用于自由鍛造、鋼錠開坯以及有色與黑色金屬模鍛； ② 沖壓液壓機(jī)： 用于各種板材沖壓，其中有單動(dòng)、雙動(dòng)等結(jié)構(gòu)形式； ③ 一般用途液壓機(jī)：如各種萬能式通用液壓機(jī)； ④ 校正壓裝液壓機(jī)：用于零件校形及裝配； ⑤ 層壓液壓機(jī)：用于膠合板、刨花板、纖維板、絕緣材料板、等的壓制； ⑥ 擠壓液壓機(jī)：用于各種有色金屬和黑色金屬的線材、管材、棒材及型材擠壓； ⑦ 壓制液壓機(jī)：用于粉末冶金、塑料制品壓制成型； ⑧ 打包、壓塊液壓機(jī)：用于將金屬切屑及廢料的壓塊與打包； ⑨ 手動(dòng)液壓機(jī)：一般為小型液壓機(jī)，用于試壓、壓裝等要求力量不大的手工工序。 (4) 按活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)方式分類 可分為： ① 壓式液壓機(jī)：該類液壓機(jī)的工作缸安裝在機(jī)身上部，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)快速下 行，應(yīng)用最廣； ② 雙動(dòng)式液壓機(jī)：上活動(dòng)橫梁分為內(nèi)、外滑塊，分別由不同的液壓缸驅(qū)動(dòng)，壓力為 內(nèi)外滑塊壓力的總和。工作方式靈活，適合金屬板料的拉伸成型，在汽車制造業(yè) 應(yīng)用廣泛； 單臂液壓制造機(jī) 7 ③ 下拉式液壓機(jī)：該類液壓機(jī)的工作缸裝在機(jī)身下部，重心位置較低，穩(wěn)定性好， 制品可避免漏油污染； (5) 按傳動(dòng)形式分類 可分為： ① 泵直接傳動(dòng)液壓機(jī)：每臺(tái)液壓機(jī)單獨(dú)配備高壓泵，中小型液壓機(jī)多為這種傳動(dòng)形 式； ② 泵-蓄勢(shì)器傳動(dòng)液壓機(jī)：高壓液體采用集中供應(yīng)的辦法，可節(jié)省資金，提高液壓設(shè) 備的利用率，但需要高壓蓄能器和一套中央供壓系統(tǒng)，以平衡低負(fù)荷和負(fù)荷高峰時(shí)對(duì)高 壓液體的需要。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 2 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)參數(shù) 液壓機(jī)的本體是液壓機(jī)的兩大組成部分之一，一般由機(jī)架、液壓缸部件，運(yùn)動(dòng)部分 及其導(dǎo)向裝置所組成 [14]。 2.1.1 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)最顯著的特點(diǎn)是工作空間寬敞、便于四面觀察和接近模具。整機(jī)結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性較好，但立柱需要大型圓鋼或鍛件。 液壓機(jī)最大的缺點(diǎn)是承受偏心載荷能力較差，最大載荷下偏心距一般為跨度（即左 右方向的中心距）的百分之三左右；由于立柱剛度較差，在偏載下活動(dòng)橫梁與工作臺(tái)間 易產(chǎn)生傾斜和水平位移；同時(shí)立柱導(dǎo)向面磨損后不能調(diào)整和補(bǔ)償。這些缺點(diǎn)在一定程度 上限制了它的應(yīng)用范圍 [13]。 2.1.2 160KN 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) 主要技術(shù)規(guī)格是表述機(jī)器工作性能的指標(biāo)。通常包括以下部分：第一，主要規(guī)格， 又稱主參數(shù)，它是表示液壓機(jī)主要特性的參數(shù)。第二，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)各工藝動(dòng)作的壓力。 第三，工作空間，包括各執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定模具的工作表面對(duì)主機(jī)工作臺(tái)面的最大距離和最 小距離、工作臺(tái)尺寸等。第四，各工藝動(dòng)作的速度。第五，機(jī)器外形尺寸、總功率和總 重量。設(shè)計(jì)模型如圖 2.1 圖 2.1 設(shè)計(jì)模型 本設(shè)計(jì)為 160KN 單柱液壓機(jī)，其主要技術(shù)規(guī)格為： 1.公稱壓力：160KN 2.液體最大工作壓力：13MPa 3.操縱方式：電 動(dòng) 4.壓頭距下工作臺(tái)最大距離：500mm 5.壓頭最大行程：350mm 6.壓頭下行最大速度：V 下 MAX =50mm/s 單臂液壓制造機(jī) 9 7.壓頭回程最大速度：V 回 MAX=100mm/s 8.喉深：L0=300mm 9.工作臺(tái)尺寸(左右×前后)：600×500mm 10.工作臺(tái)距地面高度：710mm 11.落料孔孔徑：100mm 12.滿負(fù)載時(shí)允許變形：±1 mm 2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 上橫梁位于整機(jī)的上部，用于安裝工作缸，承受工作缸的反作用力，亦可安裝回程 缸及其他輔助裝置。 對(duì)于中小型液壓機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式有：鑄造及焊接兩種 [1]。 本設(shè)計(jì)為 160KN 單柱液壓機(jī)，上橫梁采用焊接結(jié)構(gòu)，材料為 Q235，其結(jié)構(gòu)形式如圖 2.2 所示。 不論采用鑄造或焊接形式的上橫梁，都應(yīng)進(jìn)行必要的熱處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。 上橫梁結(jié)構(gòu)無論采用鑄造或是焊接形式，都應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成上、下封閉的箱式結(jié)構(gòu)， 以便受力后使應(yīng)力分布較合理 [9]。 圖 2.2 焊接上橫梁結(jié)構(gòu)圖 2.3 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 工作臺(tái)是主機(jī)的安裝基礎(chǔ)，臺(tái)面上固定模具，工作中承受機(jī)器本體的重量及全部載 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 荷。亦可安裝頂出缸，回程缸及其他輔助裝置。 本設(shè)計(jì)為 160KN 單柱液壓機(jī)之工作臺(tái)，采用鑄造結(jié)構(gòu)，材料選用生鐵。中間的孔為 卸料孔，其結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。 圖 2.3 工作臺(tái)結(jié)構(gòu) 2.3.2 加工技術(shù)要求 工作臺(tái)是整機(jī)的基礎(chǔ)性零件，是安裝模具的基準(zhǔn)。此外，在工作臺(tái)上還要安裝頂出 缸和其他零部件。因此，對(duì)工作臺(tái)面的不平度、各部件安裝定位基面均應(yīng)有必要的技術(shù) 要求 [12]。根據(jù)生產(chǎn)情況，具體要求為： (1) 工作臺(tái)臺(tái)面不平直度，按 JB293-73 標(biāo)準(zhǔn)允差≤0.05/1000mm。 (2) 安裝頂出缸孔的軸線與頂出缸臺(tái)肩貼合平面間不平行度允差小于 0.03/300mm。 (3) 頂出油缸臺(tái)肩之貼合面與工作臺(tái)面間不平行度允差小于 0.05/300mm。 (4) 立柱鎖緊螺母之貼合平面與工作臺(tái)臺(tái)面間不平行度允差小于 0.16/300mm。 (5) 立柱孔尺寸一般比立柱插入端直徑大 1mm 左右。 2.3.3 固定模具的結(jié)構(gòu) 為了固定模具，一般情況在工作臺(tái)面上設(shè)有 T 型槽，按 GB158-59 標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行加工。 用于中小型液壓機(jī)的 T 型槽型式尺寸見表 2-1。 表 2-1 T 型槽（GB158-59） （mm） 注：1.盡可能不采用括號(hào)內(nèi)的尺寸。 2.“a”尺寸公差根據(jù)用途可按 D1、D4、D6 或自由公差選取。 3.“a”兩邊光潔度按采用精度等級(jí)決定，其余均按▽3 加工。 單臂液壓制造機(jī) 11 4.可做成帶有鑄造后不加工的槽。 （a）交叉布置 （b）平行布置 圖 2.4 T 型槽布置圖 T 型槽的尺寸和數(shù)量主要根據(jù)液壓機(jī)回程噸位（即加壓制件后的拔模力）和頂出制件 的最大壓力設(shè)計(jì)。對(duì)于尺寸較小的工作臺(tái)，T 型槽常用交叉布置（圖 2.4a） ，尺寸較大的 工作臺(tái)的 T 型槽，常采用平行布置（圖 2.4b） 。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 3 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 3.1 明確設(shè)計(jì)要求，制定基本方案 3.1.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手進(jìn)行液壓系統(tǒng) 各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面的情況了解清楚。 單柱液壓機(jī)主機(jī)概況： 1.公稱壓力：160KN 2.液體最大工作壓力：13MPa 3.操縱方式：電 動(dòng) 4.壓頭距下工作臺(tái)最大距離：500mm 5.壓頭最大行程：350mm 6.壓頭下行最大速度：V 下 MAX =50mm/s 7.壓頭回程最大速度：V 回 MAX=100mm/s 8.喉深：L0=300mm 9.工作臺(tái)尺寸(左右×前后)：600×500mm 10.工作臺(tái)距地面高度：710mm 11.落料孔孔徑：100mm 12.滿負(fù)載時(shí)允許變形：±1 mm 液壓缸動(dòng)作順序： 工進(jìn)——快退——停止 3.1.2 確定液壓執(zhí)行元件的形式 在本設(shè)計(jì)中,液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械 能以實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在液壓系統(tǒng)中得 到了廣泛的應(yīng)用。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸兩類?；钊缀椭椎妮斎霝閴?力和流量，輸出為推力和速度 [15]。 液壓缸除了單個(gè)地使用外，還可以組合起來或和其它機(jī)構(gòu)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)特殊的功 能。 根據(jù) [15]表 3-1 我們選擇活塞缸類中的單桿活塞液壓缸，其特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見表 3-1。 表 3-1 運(yùn)用場(chǎng)合 名稱 特點(diǎn) 適用場(chǎng)合 單桿活塞 液壓缸 有效工作面積大， 雙向不對(duì)稱 往返不對(duì)稱的直 線運(yùn)動(dòng)等 單臂液壓制造機(jī) 13 3.1.3 確定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路 1）為了實(shí)現(xiàn)液壓缸的進(jìn)和退，我們選擇電磁換向閥作為液壓系統(tǒng)的方向控制閥。 電磁換向閥的基本工作原理是通過電磁鐵控制滑閥閥芯的不同位置，以改變油液的 流動(dòng)方向。當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，滑閥由彈簧保持在中間位置或初始位置（脈沖式閥除外） 。 若推動(dòng)故障檢查按鈕可使滑閥閥芯移動(dòng)。電磁換向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是用來實(shí)現(xiàn)液 壓油路的換向、順序動(dòng)作及卸荷等。由于電磁鐵的推力有限，電磁換向閥應(yīng)用在流量不 大的液壓系統(tǒng)中。 2）為了實(shí)現(xiàn)其工進(jìn)，可以選擇調(diào)速閥或節(jié)流閥作為速度控制閥。 節(jié)流閥的調(diào)節(jié)應(yīng)該輕便、準(zhǔn)確。在小流量調(diào)節(jié)時(shí)，如通流截面相對(duì)于閥心位移的變 化率較小，則調(diào)節(jié)的精確性較高。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，便可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的大 小。 而調(diào)速閥的工作原理：液壓泵出口（即調(diào)速閥進(jìn)口）壓力，由溢流閥調(diào)整，基本上 保持恒定。調(diào)速閥出口處的壓力由活塞上的負(fù)載決定。所以當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，調(diào)速閥進(jìn)出 口壓差將將減小。 調(diào)速閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和節(jié)流閥相仿，它適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速 度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中 [15]。 因此，在本設(shè)計(jì)中選擇調(diào)速閥作為速度控制閥。 3.1.4 液壓源系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。在無其它輔助 油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱， 溢 流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用 [10]。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。在此，我們?cè)诒玫男】谘b上粗濾油器。 （進(jìn) 入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜 質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器或其他型式的濾油器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境 及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3.2 液壓系統(tǒng)各液壓元件的確定 3.2.1 液壓介質(zhì)的選擇 液壓介質(zhì)應(yīng)具有適宜的粘度和良好的粘溫特性；油膜強(qiáng)度要高，具有較好的潤(rùn)滑性 能；能抗氧化，穩(wěn)定性好；腐蝕作用小，對(duì)涂料、密封材料等有良好的適應(yīng)性；同時(shí)液 壓介質(zhì)還應(yīng)具有一定的消泡能力 [15]。 選擇液壓介質(zhì)時(shí)，除專用液壓油外，首先是介質(zhì)種類的選擇。根據(jù)液壓系統(tǒng)對(duì)介質(zhì) 是否有抗燃性的要求，決定選用礦油型液壓油或抗燃型液壓液。 其次，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中所用液壓泵的類型選用具有合適粘度的介質(zhì)。 最后，還應(yīng)考慮使用條件等因素，如環(huán)境溫度、工作壓力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度等。當(dāng)工 作溫度在 60℃以下，載荷較輕時(shí)，可選用機(jī)械油；工作溫度超過 60℃時(shí)，應(yīng)選用汽輪機(jī) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 油或普通液壓油。若設(shè)備在很低溫度下啟動(dòng)時(shí)須選用低凝液壓油 [15]。 據(jù) [16]中各普通液壓油質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用以及本設(shè)計(jì)中單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的要求選用 N32 號(hào)普通液壓油，其各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)見表 3-2。 表 3-2 N32 號(hào)液壓油指標(biāo) 名稱 N32 號(hào)普通液壓油 代號(hào) / 原牌號(hào) YA-N32 / 20 號(hào) 運(yùn)動(dòng)粘度 mm2/s (40℃) 28．8~35.2 運(yùn)動(dòng)粘度 mm2/s (50℃) 17~23 粘度指數(shù)≥ 90 抗氧化安定性(酸值達(dá) 2mgKOH/g)≥ h 1000 凝點(diǎn)≤ ℃ -10 閃點(diǎn)(開口 )≥ ℃ 170 防銹性(蒸鎦水法) 無銹 臨界載荷≥ N 600 抗泡沫性(93 ℃) ≤ ml 起泡 50 / 消泡 0 抗磨性（四球，DB） N 800 應(yīng)用 適用于環(huán)境溫度 0~40℃的各 類中高壓系統(tǒng)（適用工作壓力為 6.3-2.1MPa 3.2.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 在這種單柱液壓機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了“工進(jìn) → 快退 → 停止”的動(dòng)作循環(huán)（見圖 3.1） 。 可以進(jìn)行沖剪、彎曲、翻邊、裝配、冷擠、成型等多種加工工藝。表 3- 3 示此單柱液壓 機(jī)的動(dòng)作循環(huán)表，圖 3.2 則是這種液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)圖，其滑塊的工作情況如圖所示。 換 向 延 時(shí) 快 退 停 止進(jìn) 給停 止 圖 3.1 單柱液壓機(jī)動(dòng)作循環(huán)圖 單臂液壓制造機(jī) 15 圖 3.2 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)圖 進(jìn)油路：液壓泵 1 → 電磁換向閥 5（左位）→ 單向調(diào)速閥 7 → 液壓油缸 8 上腔 回油路：液壓油缸 8 下腔 → 單向順序閥 6 → 電磁換向閥 5（右位）→ 油箱 表 3-3 單柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作循環(huán)表 動(dòng)作名稱 信號(hào)來源 電磁換向閥 2 的工作狀態(tài) 工進(jìn) 1YA 通電 左位 滑塊 快退 2YA 通電