毕业设计液压拉伸机Word文档格式.docx
《毕业设计液压拉伸机Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计液压拉伸机Word文档格式.docx（55页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
在安全性方面，国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维修，产品可实现负载检测、自动模具保护和错误诊断等功能。
[4]。
液压拉伸机的发展趋势可分为：
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。
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。
液压元件集成化，标准化。
集成的液压系统减少了管理连接，有效地防止泄漏和污染。
标准化的元件为机器的维修带来了方便。
在环保、节能方面，今后在液压机的设计及制造中应引起各制造企业的足够重视。
1.3液压拉伸机的研究意义
液压传动与其它传动相比有以下特点：
1.在同等体积下，液压装置能比电气装置产生出产生更大的动力，换句话说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑。
2.液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。
3.液压装置容易做到对速度的无级调速，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行。
4.液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。
5.液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动，压力和流量进行调节和控制。
1.4液压拉伸机的研究内容
液压拉伸机的设计是由加工对象和工件的工艺要求决定的。
在整个设计过程首先应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），工作空间和装卸料要求等。
并根据加工的实际条件，参考液压机设计的一些典型结构和对搜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，然后对主要零部件及核算检验[7]。
在液压拉伸机设计过程中，我们需要解决的问题有如下几点：
1．分析压制工艺过程对设计机器的要求，确定主要技术规格和动作线图。
2．总体设计方案的确定。
3．主要零部件强度和刚度计算。
4．液压系统设计。
5．电气系统设计。
6．现场服务。
本设计主要解决液压缸、液压系统和电气系统的设计[8]。
第2章液压拉伸机总体设计
2.1液压拉伸机主要设计参数
（1）拟设计的四柱液压机主要技术参数见表2.1
表2.1液压机技术参数
参数
参数项
400KN
公称力（最大负载）
25MPa
工进时液体最大工作压力
120KN
主缸回程力
80KN
顶出缸顶出力
500mm
主缸滑块行程
250mm
顶出活塞行程
0.04m/s
主缸滑块快进速度
0.01m/s
主缸滑块工进最大速度
主缸快退速度
0.05m/s
顶出活塞顶出速度
0.08m/s
顶出活塞退回速度
（2）四柱液压拉伸机的主要功能
通过液压传动系统传递动力，完成零件的压力成型加工。
（3）四柱液压拉伸机的适用范围
液压拉伸机主要用于冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸、粉末冶金、翻边、压装等成型工艺。
2.2液压拉伸机工作原理的分析
2.2.1液压拉伸机的基本组成
四柱液压拉伸机主要由主机、液压控制系统、电气控制系统三部分组成。
其中主机包括工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等结构；
液压系统由控制元件、执行元件、辅助元件、动力装置、工作介质等组成；
电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关、电器控制柜等组成。
2.2.2液压拉伸机的工作原理
（1）四柱液压机工作原理分析
四柱液压机的动作顺序通过电气系统、液压系统控制，控制顺序框图如图2.1。
图2.1液压拉伸机控制顺序图
从上面的控制顺序框图可以看出，液压机的工作原理由电气控制系统控制液压系统，液压控制系统再控制主机工作，主机动作触及行程开关，将信号反馈给电气控制系统，实现循环控制。
（2）四柱液压拉伸机工作循环分析
四柱液压拉伸机工作循环如图2.2所示。
四柱液压拉伸机工作循环如图2.2（a），滑块在自重的作用下快速下行，碰到行程开关后由快进变为工进，随后进行加压、保压。
保压时间完成后，滑块快速回程，直到回到原来的位置，停止运动；
图2.2（b）表示顶出缸的工作循环过程，主缸快进、工进、保压、退回停止后，顶出缸才运动，将工件顶出。
图2.2四柱液压机工作循环图
2.3液压拉伸机工艺方案设计
（1）控制方式的选择
采用液压系统与电气系统相结合的控制方式。
具有调整、手动、半自动三种工作方式，可实现定压、定程两种加工工艺；
（2）液压系统：
液压油路采用封闭式回路，供油方式选用变量泵供油，针对液压机快进时供油不足以及工进时的高压特性，系统应设有补油和卸压装置；
（3）电气控制：
采用继电器、行程开关、接触器、手动按钮等元件进行手动、半自动控制；
（4）主机：
主机结构形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和顶出缸为执行元件。
2.4液压拉伸机总体布局方案设计
1-主机2-液压油管3-控制台
4-插装阀5-液压泵装置6-液压油箱7-电气控制柜
图2.4四柱液压机总体布局简图
图2.4为液压机整体布局简图，分为三个部分，即：
主机、液压系统、电气控制系统。
液压系统的所有部件都集中安装在液压油箱上，使液压站布局结构变得紧凑。
电气控制元件集中设计在电气柜中。
启动、停止、快进、顶出、调整、等控制按钮设置在控制台上，方便及时操作。
2.5液压拉伸机零部件的设计
2.5.1主机载荷的分析
液压结构形式为三梁四柱式，工进加压的负载作用在横梁和导柱上，受载时横梁受压，导柱受拉，受力如图2.5所示
F-负载T-导柱拉力
图2.5横梁、导柱受力图
2.5.2导柱的设计
材料选择：
导柱在工作过程中主要承受拉力，材料必须具备较高的抗拉强度。
导柱材料选择45圆钢，也可选用锻件形式。
热处理要求：
导柱除了承受拉力之外，外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力。
为了减少导柱表面的磨损，通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐摩性。
总的热处理工艺为调质和表面淬火。
理论设计计算：
液压机的最大负载约为400kN，通过力传递后，最后由四根导柱承受400kN的拉力，作用在每根导柱上的拉力为100kN。
由许用拉应力公式（2.1），可计算导柱的安全直径D。
（2.1）
式中：
—许用应力；
取45钢
=80～100MPa；
F—轴向拉力；
A—横截面积。
即：
=
=0.039m
圆整后取导柱直径D=40mm，为了防止四根导柱因瞬间的受力不均而被破坏，导柱直径可适当加大，取D=60mm。
2.5.3横梁设计
横梁工作时的受力为弯曲力，材料应具有一定的抗弯强度。
选用45钢，毛坯采用锻件。
横梁进行调质处理。
理论计算校核：
横梁受力可以简化为简直梁,中间受载的情形，如图2.6所示。
图2.6横梁滑块受力简图
初步确定横梁的长、宽、高尺寸分别为1500、1235、575mm，截面为矩形。
在负载作用下的剪力和弯矩如图2.7所示。
图2.7（a）剪力图（b）弯矩图
由弯矩图2.7（b）可知，横梁C点1—1截面弯矩最大，该截面是危险截面。
为了保证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。
正应力计算公式为：
（2.2）
—最大弯曲正应力；
—最大弯矩；
—抗弯截面系数（
）。
矩形截面抗弯系数W计算公式为：
（2.3）
—矩形截面的宽；
—矩形截面的高。
45钢的弯曲许用应力[
]=100MPa，而横梁的最大弯曲应力
=8.1MPa，远小于材料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。
2.5.4主机工作台的设计
液压机工作台主要受压，由于工作台不是很高，刚度要求可以满足，因此在设计计算时只要进行抗压强度的校核即可，校核过程从略。
工作台主要受压，材料选用铸钢45。
工艺要求：
机械加工时，工作台表面做成T形槽，如图3.8所示。
图2.8工作台T形槽
2.5.5控制台的设计
控制台主要用于安装控制按钮，不承受动载荷，强度要求不是很高，满足使用要求即可，材料选用Q235A。
加工工艺：
控制台的制作加工采用焊接方式完成。
外形设计：
控制台外形尺寸设计应考虑操作方便。
外形简图如图2.9所示。
1-控制按钮2-控制面板3-控制台底座
图2.9液压拉伸机控制台外形简图
第3章液压系统的设计
3.1概述
液压系统的设计是整个机器设计中的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，在经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。
液压系统的主要组成
液压传动系统主要是由以下五个部分组成：
1.能源装置：
把机械能转换成流体压力能的装置。
常见的是液压泵或空气压缩机，给系统提供压力油或压缩空气。
2.执行元件：
把流体的压力能转换成机械能输出的装置。
它可以是做直线运动的液压缸或气缸，也可以是作回转运动的液压马达或气压马达。
3.控制元件：
对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置，以及进行信号转换、逻辑运算和放大等功能的信号控制元件。
如溢流阀、流量控制阀、换向阀等。
4.辅助元件：
保证系统正常工作所需要的上述三种以外的装置。
如油箱、过滤器、分水过滤器、消声器、管件等。
5.工作介质：
工作介质是指传动液体或传动气体，在液压传动系统中通常称为液压油液，在气压传动系统中通常指压缩空气。
3.2液压系统的工况分析
对液压系统的工作要求以及工况分析是设计液压系统的根据。
首先必须对机器的结构、工作情况、工艺要求、技术特性进行充分的了解并进行详细的分析。
应确定以下几个问题：
1.明确哪些机构的运动需要用液压传动来完成。
2.明确液压系统应具备的主要性能。
包括根据工作情况确定的最大负载、力或力矩、工作行程、速度或转速、调速范围以及对运动的平稳性、动作精度和效率的要求等。
3.明确各运动的工作顺序或自动工作循环。
最好做出机器各机构的工作顺序或自动工作循环的图表，并注意到各运动之间存在的联锁作用。
4.明确液压系统工作条件和环境条件。
周围介质、环境温度、湿度大小、风砂与尘埃情况、外界冲击振动等;
防火与防爆等方面的要求。
5.明确经济性与成本等方面的要求。
3.2.1负载分析及绘制负载图和速度图
液压拉伸机启动时，主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。
此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。
由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而滑块在运动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载，计算最大负载时可以忽略不计。
液压机的最大负载为工进时的工作负载。
通过各工矿的负载分析，液压机主缸所受外负载包括工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载，即：
F=Fw+Ff+Fa3.1
F—液压缸所受外负载；
Fw—工作负载；
Ff—滑块与导柱、活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载，启动后为动摩擦力负载；
Fa—运动执行部件速度变化时的惯性负载。
（1）惯性负载Fa计算
计算公式：
Fa=
3.2
G—运动部件重量；
g—重力加速度9.8m/
；
—
时间内的速度变化量；
—加速或减速时间，一般情况取
=0.01～0.5s。
查阅相同型号的四柱液压机资料，初步估算横梁滑块的重量为9.8KN。
由液压机所给设计参数可及：
=0.04m/s，取
=0.02s，代入公式2.2中。
Fa
=200N
（2）摩擦负载Ff计算
滑块启动时产生静摩擦负载，启动过后产生动摩擦负载。
通过所有作用在主缸上的负载可以看出，工作负载远大于其它形式的负载.（静摩擦系数取0.2;
动摩擦系数取0.1）
静摩擦阻力：
Ff1＝0.2G＝1960N
动摩擦阻力：
Ff2＝0.1G＝980N
（3）主缸负载F计算
将上述参数Fa=200N、Fw=400OOON代入公式3.1中。
F=400000+200=400200N
（4）主缸负载循环图
主缸负载循环图主缸速度循环图
主缸工作循环负载表
工作循环
外负载
启动
F=Ff1
1960N
加速
快进
F=Ff2+Fa
Ff2
1180N
980N
工进
F=Ff2+Fw
400980N
快速回程
F=Ff2+G
10780N
（5）顶出缸负载分析
主缸回程停止后，顶出缸下腔进油，活塞上行，这时会产生惯性、静摩擦力、动摩擦力等负载。
由于顶出缸工作时的压力远小于主缸的工况压力，而且质量也比主缸滑块小很多，惯性负载很小，计算时可以忽略不计；
同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可不计；
工件顶出时的工作负载比较大，计算顶出缸的最大工作负载时可以近似等于顶出力。
将参数代入公式2.1计算顶出缸的最大负载。
F=FW=80000N
主缸负载循环图主缸速度循环图
F=F静+Fa
忽略不计
顶出缸顶出
F=f动+Fw
≈80KN
快速退回
F=f动+F背
≈0.98KN
3.3拟定液压系统原理图
系统原理图就是灵活运用各种基本回路和常用回路定出实现工作机构要求的液压系统工作原理图，它拟订液压原理是设计系统的关键,它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响.
对于拟订系统原理图一般包括两项内容:
一是通过分析、对比选出合适的回路;
二是把选出的基本回路进行有机组合,构成完整的系统原理图。
拟定液压系统原理图时应注意以下几点：
1.去掉重复多余的元件，力求使系统结构简单，同时要仔细斟酌，避免由于某个元件的去掉或并用而引起相互干扰。
2.增设安全装置，确保设备及操作者的人身安全。
3.工作介质的净化必须予以足够的重视。
特别是比较精密、重要的设备，可以单设一套自循环的油液过滤系统。
4.对于大型的贵重设备，为确保生产的连续性，在液压系统的关键部位要加设必要的备用回路或备用元件。
拟定液压系统原理图的步骤:
1．确定执行元件的形式
液压传动系统中的执行元件主要有液压缸和液压马达,根据主机动作机构的运动要求来具体选用哪种形式.要合理的选择执行元件,综合考虑液-机-电各种传动方式的相互配合,使所设计的液压传动系统更加简单、高效、经济。
2．确定回路类型
一般具有较大空间可以存放油箱且不另设散热装置的系统都采用开式回路:
凡允许采用辅助泵进行补油并借此进行冷却油交换来达到冷却目的的系统,都采用闭式回路.通常节流调速系统采用开式回路,容积调速系统采用闭式回路..
表3-2开式系统和闭式系统的比较
循环形式
开式
闭式
适应工况
一般均可适应，可向多个液压执行器供油
限于要求换向平稳，换向速度高的一部分容积调速系统
散热
较方便，但油箱较大
比较复杂，需用辅泵换油冷却
效率及管路损失
一般用节流调速效率较低，管路损失较大
用容积调速时，效率较高，管路损失较小
其他
对泵的自吸性能要求高
对泵的自吸性能要求低
3．选择合适回路
在拟订液压原理图时，应根据各类主机的工作特点和性能要求，首先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路。
具体做法有：
（1）制订调速控制方案
根据执行元件工况图上压力、流量和功率的大小以及系统对温升、工作平稳性等方面的要求选择调速回路。
（2）制订压力控制方案
选择各种压力控制回路时，应仔细推敲各种回路在选用时所需注意的问题以及特点和适用场合。
（3）制订顺序动作控制方案
主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型的不同，有的按固定程序进行，有的则是随机的或认为的。
对于工程机械，操纵机构多为手动；
对于加工机械，各液压执行元件的顺序动作多数采用行程控制，行程控制普遍采用行程开关控制，因其信号传输方便，而行程阀由于涉及油路的连接，只适用于管路安装较紧凑的场合。
（4）编制整机的系统原理图
在拟订主回路或辅助回路时，大体可按下列顺序进行：
先画出驱动各个工作机构的液压执行器运动换向的方向控制回路（装设换向阀等）；
定出实现执行器速度大小的速度控制回路（装设调速阀等）；
定出实现执行器力（力矩）要求的压力控制回路；
然后再按照实现各种顺序动作和自动循环的控制原则；
接入相应的阀（顺序阀等）或装置（行程开关等），最后接入起安全、保险和联锁作用的阀和装置（压力继电器、压力表等）以及各种辅件（过滤器、冷却器、油箱等）。
本液压拉伸机的液压原理图如图3-6所示
其主油路为：
进油路：
液压泵→顺序阀→主缸换向阀→单向阀3→主缸上腔；
回油路：
主缸下腔→液控单向阀2→主缸换向阀→下缸换向阀→油箱。
这时主缸活塞连同上滑块在自重作用下快速下行，尽管泵已输出最大流量，但主缸上腔仍因油液不足而形成负压，吸开充液阀1，充液筒内的油便补入主缸上腔。
2.主缸活塞慢速加压
上滑块快
升级会员 