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四柱液压机设计
中国矿业大学成教院
本科毕业论文
题目:
四柱液压机设计
姓名：
学院：
矿业大学成教第一分院年级/专业：
机械电子11本
指导老师:
完成日期:
2013年06月10日
自18世纪末世界上笫一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历史。
本世纪60年代以后，液压技术随着空间技术、计算机技术的发展而迅速发展。
当前液压技术正向迅速、高压、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。
我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来乂用于拖拉机和工程机械。
现在，我国的液压系统在各种机械设备上得到了广泛的使用。
压力机是锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金、成形、打包等加工工艺中广泛应用的压力加工机械设备。
液压压力机（简称液压机）是压力机的一种类型，它通过液压系统产生很大的静压力实现对工件进行挤压、校直、冷弯等加工。
液压机的结构类型有单柱式、三柱时、四柱式等形式。
PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力有很好的应用，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.
近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在丄业自动化控制特别是顺疗:
控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
PLC发展的重点：
1、人机界面更加友好；2、网络通讯能力大大加强；3、开放性和互操作性大大发展；4、PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛;
5、工业以太网的发展对PLC有重要影响。
关键字：
液压系统，压力机，PLC,自动控制，
ABSTRACT
SincetheendoftheeighteenthCenturytheworld'sfirstcountinghydraulicpress,hydraulictransmissiontechnologyhasahistoryoftwohundredorthreehundredyears.After60yearsofthiscentury,hydraulictechnologyandwiththerapiddevelopmentofcomputertechnology,thedevelopmentofspacetechnology.Thecurrenthydraulictechnologyisrapid,highvoltage,highpower,highefficiency,lownoise,durable,highlyintegrateddirection.HydraulictechnologyinChinawasfirstappliedinmachinetoolsandforgingequipment,andlaterusedfortractorandengineeringmachinery.Now,thehydraulicsystemofourcountryhasbeenwidelyusedinallkindsofmachineryandequipment.
Thepressisthepressureprocessingmachineryandequipmentwidelyusedinforging,stamping,coldextrusion,straightening,bending,forming,powdermetallurgy,packagingandotherprocesses.Hydraulicpress（referredtoasthehydraulicmachine）isatypeofpress,thehydraulicsystemtoproduceastaticpressuregreatimplementationofextrusion,straightening,bendingandmachiningofaworkpiece.Structuretypehydraulicmachinehasasinglecolumn,threecolumn,four-columntypeetc..
PLChasaverygoodapplicationcapabilityindealingwithanalog,digitaloperationability,man-machineinterfacecapabilitiesandnetworkcapabilities,PLCgraduallyenteringthefieldofprocesscontrol,theDCSsystemisinadominantpositioninthefieldofprocesscontrolinsomeapplicationstoreplace.
Inrecentyears,industrialcomputertechnology（IPC）andfieldbustechnology（FCS）isdevelopingrapidly,hasoccupiedapartofthePLCmarket,PLCgrowthrategraduallysloweddowntrend,butintheindustrialautomationcontrolespeciallyinordercontrolposition,intheforeseeablefuture,cannotbesubstituted.
ThefocusonPLCdevelopment:
1,man-machineinterfacemorefriendly;2,networkcommunicationabilityisgreatlyenhanced;3,theopennessandinteroperabilitygreatlydevelopment;4,thefunctionofPLCfurtherenhanced,moreandmoreextensiverangeofapplications;5,thedevelopmentofindustrialEthernethasimportanteffectonPLC.
Keywords:
hydraulicsystem,press,PLC,automaticcontrol,
液压传动是在“流体力学”、“工程力学”、“机械制造技术”等基础上发展起来的一门比较新兴的技术。
随着我国工业和科学技术的不断发展，液压传动技术在汽车工业、造船工业、动力工业等方面得到了越来越广泛的应用。
因此，液压机也越来越受到人们的欢迎。
四柱式万能液压机适用于各种可塑性材料的压制工艺，如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。
也可从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型工艺。
该系列产品具有独立的动力机构及电气系统，并采用按钮集中控制，工艺动作釆用继电器控制，可实现调整、手动和半自动化操作三种操作方式。
工作压力、压制速度、空载快速下行和减速的行程范用均可根据工艺需要进行调整，并能完成定压及定程成型两种丄作方式。
定压成型之工艺方式在压制后具有保压、延时及自动回程动作。
对四柱式万能液压机液压系统性能的深入研究，有利于该型液压机的工程使用者和维护者理论知识和技术能力的提高
本设计是根据指导老师给的毕业设讣大纲设讣的液压传动四柱液压机，着重叙述了液压机的概论、液压机的本体结构及设计计算以及液压机液压系统的设讣三个方面进行阐述的，里面详细的说明了液压机的基本工作原理、特点、分类、基本参数、液压机的本体结构及其设计计算以及液压机的液压系统的设计，尤其液压系统的设计阐述了大量内容。
本设计采用了国际单位制和标准的液压职能符号，本人在设计的过程中得到了老师的细心指导在此表示深深的谢意，另外也得到了很多同学的帮助，在此也一并表示谢意。
由于时间和自己的水平有限，设计中难免存在缺点和错误，恳请老师们批评指正。
第一章概论1
第一节液压机的工作原理1
第二节液压传动系统组成2
第三节液压传动的优缺点及应用3
第二章压力机的功能2
第三章机压力机液压系统设计要求2
第四章压力机液压系统工况2
4.1主液压缸2
4.2顶出液压缸3
第五章确定压力机液压缸的主要参数3
5.1初选液压缸的工作压力4
5.2确定液压缸的主要结构参数4
5.3计算液压缸的工作压力、流量和功率5
第六章拟订压力机液压系统原理图7
6.1确定液压系统方案7
6.2拟定液压系统原理图10
第七章选择液压元件11
7.1液压系统计算与选择液压元件11
7.2选择液压控制阀12
7.3选择辅助元件程13
7.4选择液压油上缸原位停止14
第八章液压系统性能的验算14
8.1油路压力的计算14
8.2确定安全阀、平衡阀和顺序阀的调整压力14
8.3验算电机功率14
8.4绘制正式液压系统图15
第九章液压控制装置集成设计15
第十章液压缸的校核16
10.1缸筒壁厚/的验算16
10.2液压缸活塞杆稳定性验算17
10.3缸体组件强度校核17
参考文献18
第一章概论
用液体作为工作介质来实现能量传递的传动方式称为液体传动。
液体传动按其工作原理的不同分两类。
主要以液体动能进行工作的称为液力传动（如离心泵、液力变矩器等）；主要以液体压力能进行工作的称为液压传动。
四柱液压机的工作原理油泵把液压油输送到集成插装阀块，通过各个单向阀和溢流阀把液压油分配到油缸的上腔或者下腔，在高压油的作用下，使油缸进行运动.液压机是利用液体来传递压力的设备。
液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。
四柱液压机的液压传动系统山动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。
第一节液压机的工作原理
液压系统是有泵、滤芯、管路、和各种阀体组成的，最基本的要有一个液压泵提供压力，一个溢流阀防止系统圧力过高及时卸荷。
换向阀控制液压缸油液的流向来控制液压缸的伸缩。
另外还有很多如：
减压阀、节流阀、液控单向阀等等是根据工作需要选择的，建议你看一下各种基本阀体的工作原理和实现功效，这样方便理解。
现在机械上多数是组合阀，各种不同的阀体组合在一起实现功效，挺复杂，不过要是单纯理解原理知道他是咋干活的，不涉及到讣算和研究还是很好理解的！
无非是两种控制一种是压力控制阀芯的开启，一种是电磁产生磁力控制阀芯的开启。
液压原理图和咱们当初学电路画电路图有的一拼，但是相对更直观更好理解，因为东西都看的见摸得着。
比如节流阀，你完全可以把它当成个水龙头，控制液体流量的么。
开大点流量大开小点流量小！
四柱液压机的液压传动系统山动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。
四柱液压机的工作原理油泵把液压油输送到集成插装阀块，通过各个单向阀和溢流阀把液压油分配到油缸的上腔或者下腔，在高压油的作用下，使油缸进行运动.液压机是利用液体来传递压力的设备。
液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。
第二节四柱液压传动系统组成
图1-1为一台四柱液压机系统原理基本组成。
我们可以通过它进一步理解一般液压机系统应具备的基本性能和组成情况。
图1-1四柱液压机
在图1-1中，四柱液压机是利用液压泵将原动机的机械能通过液压控制系统换为液体的压力能，通过液体圧力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和液压控制管路的传递进入油缸，推动固定在上横梁上的主缸带动上下活动梁来回移动，由四个立柱导向将上下模具闭合，压制所需要的工件，再于顶出缸把压制好的工件顶出。
在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而乂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。
液压系统主要由：
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。
第三节液压传动的优缺点及应用
一、液压传动的优缺点
液压机传动与其他传动方式相比较，有如下的优点：
（1）液压传动能方面地实现无极调速，调速范围大。
（2）在相同功率情况下，液压传动能量转换元件的体积减小，重量较轻。
（3）工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。
（4）便于实现过载保护，而且工作油液能使传动零件实现自润滑，故使用寿命较长。
（5）操作简单，便于实现自动化。
特别是和电气控制联合使用时，易于实现复杂的自动工作循环。
（6）液压元件易于实现系列化、标准化和通用化。
液压机传动的主要缺陷是：
（1）液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使传动无法保证严格的传动比。
（2）液体传动有较多的能力损失（泄漏损失、摩擦损失等），故传动效率不高，不宜作远距离传动。
（3）液压传动对油温的变化比较敬感，不宜在很高和很低的温度下工作。
（4）液压传动出现故障时不易找出原因。
总的来说，液压传动的优点是十分出的，它的缺点将随着科学科技的发展而逐渐得到克服。
二、液压机的发展趋势
（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
在1964年开始从国外引进液压元件生产技术，同时自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已经形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。
U前,我国机械丄业在认真消化、推广从国外引进的先进液圧技术的同时，大力研制开发国产液圧件新产品（如高压齿轮泵、比例阀、叠加阀及新系列中高压阀等）加强产品质量可黑性和新技术应用的研究，积极采用国际标准的执行性的国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差的不符合国家标准的液压件产品釆取逐步淘汰的措施。
可以看出，液压传动技术在我国的应用与发展已经进入了一个崭新的历史阶段。
第二章液压机本体结构设计
第一节液压机基本技术参数
、
800吨液压机设计要求
1、
主缸公称压力斤
8000kN
2、
主缸回程力竹
1600KN
3、
顶出缸公称压力耳
1000kN
4、
顶出缸回程力行
600KN
5、
滑块距工作台最大距离
1800mm
6、
滑块行程
•
1200mm
1、
顶出行程
400mm
8、
工作压力
25MP&
9、
滑块速度
空程速度叫
120mm/s
挤压速度卩2
1525mm/s
回程匕
llOmm/s
10、
顶出速度
顶出耳
140mm/s
回程匕
150mm/s
11、
工作台中心孔
e100mm
12、
工作台面大小
根据设备稳定性进行设计。
（2200*1600,
1600*1600,3150*2000）
第二节液压缸的基本结构设计
一、液压缸的类型
图2.1双作用单活塞杆液圧缸
液压缸选用双作用单活塞杆液压缸，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。
二、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。
缸口部分采用了Y形密封圈、导向套、0形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。
山于在设讣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。
三、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LI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，但山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。
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，在油缸工作过程中山于空气的可压缩性，将使活塞行程中出现振动。
因此，除在系统釆取密封措施、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。
五、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。
在设讣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，山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。
第三节缸体结构的基本参数确定
一、主缸参数
1•主缸的内径：
（注：
所用公式都来源于文献【10][17]）
按标准取整0二0.640M
2.主缸活塞杆直径
按标准取整£二0・58M
6•顶出缸的活塞杆直径
按标准取整厶二0.18M
■
7.顶出缸实际顶出力:
二-D,2P=-x0.252x25x106=1227KN
琅424
8.顶出缸实际回程力：
P4^=-（D.2-d,2）P=-x（0.252-0182）x25x106=59\KN
4'4
第四节各缸动作时的流量：
一、主缸进油流量与排油流量：
1.快速空行程时的活塞腔进油流量0
JIJI
0】=-D'V^-xO.642x120x60=2315.IL/M/h（2-5）
44
2.快速空行程时的活塞腔的排油流量
T[。
少JIaa
a一〃二—x（0・642-0.582）x120x60=413.8L/Min（2-6）
44
3.工作行程时的活塞腔进油流量02
0二_认二一x0.642x20x60=385.8L/Min
-4]_4
4.工作行程时的活塞腔的排油流量02，
0J二一
（一）匕二一x（0・64二一0.582）x20x60=69.0L/Min
4'4
5.回程时的活塞杆腔进油流量Q
Q,=-（D；一〃「）匕二=x（0・642-0.582）x110x60=379.5L/Min44
6.回程时的活塞腔的排油流量
^x0^xll0x60=212L9L/^
2.顶出缸的进油流量与排油流量:
1•顶出时的活塞腔进油流量2
JIJI3
g4=-D/V4=-x0.252x140x60=412.1L/Min
4・“4
2.顶出时的活塞杆的排油流量
JIJIr3
a-J2-）V4=-x（0.252-0.182）X140x60=198.5L/Mm
3.回程时的活塞杆腔进油流量0
jiji牛
a=-6//）V5=-x（0.252-O.182）x150x60=212.6L/A/m
4.回程时的活塞腔的排油流量Qf
a=-^Vs=-x0.252X150x60=441.6L/M/h
4——4
表2.1上缸钢筒所选材料
型号
crb/MPa
qM/MPa
/%
45
610
360
14
第五节上缸的设计计算
（2-7）
一、筒壁厚5计算
公式：
5二g+g+c?
当%S0.08〜0.3时,用使用公式:
久--为缸筒材料强度要求的最小，MG—为钢筒外径公差余量，M
P—管内最大工作压力为25M匕钢筒材料的许用应力，MPflb“二巧/n
6,—钢筒材料的抗拉强度，M匕n—安全系数，通常取n=5
当%>0.2时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.
二、筒壁厚校核
额定工作压力P,应该低于一个极限值，以保证其安全.
P<0.35x
MPa
=0.35x
320x（0,842-0,642）
0.842
=47MPa
D二外径D二内径
同时额定丄作压力也应该完全塑性变形的发生:
（2-9）
巴-2.3b」g-g-
=2.3x320xlgl.3125=86.9MPa
几一缸筒完全塑性的变形压力，6—材料屈服强度MPa
（2-10）
Pr--钢筒耐压试验压力，MPa
P<（0.35~0.42）巴
=30.42〜36.50MPa
三、缸筒的暴裂压力巴
（2-11）
=2.3x610xlgl.3125
（2-12）
=165.7MPa
4.缸筒底部厚度
5.
缸筒底部为平面时:
>0.196xD
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