机械毕业设计（论文）-300t水泥制品压力机设计【全套图纸】 .doc

内蒙古科技大学设计说明书300吨水泥制品压力机摘要目前，液压压力机被广泛用于各个领域。技术也在不断地更新。要解决控制问题，只从机械和液压角度来考虑很难使产品有质的飞跃，必须引入良好控制性能和信息处理能力的电子技术或电业转换技术。我设计的 “300吨液压压力机”正是应用了电和液的混合技术。该设计分为液压部分和主机部分。文中首先简要的概括了液压机的相关知识及发展前景，接着详细的阐述了液压机液压系统的原理和设计，从工况分析到确定系统的主要参数，重点设计了液压缸。（主要尺寸，活塞和活塞杆，缓冲装置、排气装置等）。在这些设计的基础上，选择了液压元件及对系统进行验算。其次，主机部分设计了液压机的主要部件（上横梁、活动横梁、工作台、立柱）的尺寸，机架的强度和刚度的校核。接着，对液压机过载问题做了一些简单的陈述。最后，对本设计进行了总结。关键词：压力机过载 电液位置控制 液压机 液压系统 液压缸 电液转换技术300 tons of cement products hydraulic pressthe abstractat present, hydraulic press has been widely used in various fields. technology also in constant updates. to solve the problem, just from the control of mechanical and hydraulic pressure angle to consider to make products have a qualitative leap, must introduce good control performance and the information processing capability of electronic technology or electric power conversion technology. i designed 300 tons of hydraulic press is the application of electric and hydraulic hybrid technology.this design is divided into hydraulic parts and main part. the paper firstly summarizes related knowledge of hydraulic and development prospects were described in detail, and then press hydraulic system, working principle and design from the analysis of the main parameters of the system to determine the key design, the hydraulic cylinder. (main dimensions, piston, piston rod and buffering device, exhaust device, etc.). in the design, and on the basis of the choice of system and hydraulic components.secondly, the main part of the main components of hydraulic design (beam, and the size of the worktable, column), frame of the strength and stiffness of the check.then, the problem of hydraulic overloading do some simple statements.finally, this design was summarized.keywords: press electro-hydraulic position control hydraulic overloading hydraulic system of hydraulic cylinder electro-hydraulic conversion technology目录摘要ithe abstractii第1章 绪论11.1液压压力机介绍11.2液压机的特点21.3电液比例控制技术31.3.1电液比例控制技术概述31.3.2电液比例控制技术的特点41.3.3电液比例位置控制系统51.3.4电液比例控制技术在液压机中的应用6第2章 总体方案设计82.1 总述82.2 各分方案的选择92.3 方案综合与论证9第3章 液压系统的设计计算103.1系统的设计要求103.1.1概述103.1.2设计要求113.1.3确定液压系统参数113.2工况分析113.2.1负载分析及负载图113.2.2运动分析及运动循环图143.3初选系统压力153.4液压系统图的拟定163.4.1液压回路的选择163.4.2液压回路的综合193.5液压机系统的动作循环193.5.1概述193.5.2液压机对液压系统的基本要求203.5.3液压系统工作原理213.5.4液压机液压系统的特点22第4章 液压元件的设计及液压油的选取234.1液压泵的选择234.1.1确定液压泵的工作压力234.1.2碗定液压泵的流量234.1.3选择液压泵的规格244.2油箱的设计244.2.1空气滤清器264.2.2油位指示器264.3液压油的选用264.3.1液压油的污染控制274.4速度选择274.5辅助装置的选取284.5.1管件的选择284.5.2滤油器的选择原则294.5.3蓄能器的选择294.6液压系统性能验算304.6.1系统压力损失计算304.6.2系统发热量计算314.6.3液压缸缓冲计算324.7液压结构设计及编制技术文件344.7.1液压装置的结构设计344.7.2液压装置中的元件的配置形式344.7.3液压系统辅助装置的设计与选取35第5章 液压缸主要零部件的设计375.1概述375.2液压缸的主要尺寸375.3活塞直径的确定385.4主油缸395.4.1主油缸外径的确定395.4.2主油缸尺寸的确定405.4.3缸筒厚度验算405.4.4缸底厚度的计算435.4.5缸头厚度的计算435.4.6缸底与缸筒之间的联接445.4.7缸头与缸筒的联结计算445.5油缸的进出油口尺寸（采用标准系列）455.6活塞杆465.6.1活塞杆长度的确定465.6.2活塞杆直径的确定465.6.3活塞杆直径的校核465.6.4活塞杆弯曲稳定性验算475.6.5活塞杆与活塞之间的联接方式的确定485.6.6活塞杆的技术要求485.7排气阀485.8缸口部分零件强度的计算495.9液压缸的缓冲装置49第6章 液压机主机部分的设计496.1概述496.2机身结构526.3上横梁计算526.4工作台计算556.5机架刚度计算596.5.1上横梁596.5.2工作台606.5.3立柱拉伸变形606.5.4活动横梁616.6立柱设计计算616.6.1立柱受力分析616.6.2立柱的强度校核626.6.3立柱受力情况及结构尺寸636.6.4立柱预紧部分的计算656.6.5立柱螺纹强度计算66第7章 压力机过载677.1压力机过载故障原因677.2压力机过载保护装置67参考文献68结束语6971第1章 绪论 1.1液压压力机介绍近年来，世界各国经济迅猛发展。在经济发展的过程中，制造业起着支柱作用。尤其在中国这一发展中国家，制造业的发展更是日新月异。制造业就是对各种材料进行加工制造，使其符合人们的使用需要。在制造加工的方法中，压力加工是不可缺少的一种加工方法。在制造业的每一个领域，例如航空、汽车、拖拉机、机床、仪表这些行业都缺少不了压力加工。可见，压力加工是非常重要的。压力加工应用的主要工具就是各种锻压机械。锻压机械主要用于金属成形，所以又称为金属成形机床。锻压机械是通过对金属施加压力使之成形的，力大是其基本特点，故多为重型设备。锻压机械的发展也是有一个漫长过程的。最初人们为了制造工具，用人力、畜力转动轮子来举起重锤锻打工件。这是最古老的锻压机械。14世纪出现了水力落锤。1516世纪航海业蓬勃发展，为了锻造铁锚等，出现了水力驱动的杠杆锤。18世纪出现了蒸汽机和火车，因而需要更大的锻件。1842年，英国工程师内史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻压机械的时代。1795年,英国的布拉默发明水压机，但直到19世纪中叶，由于大锻件的需要才应用于锻造。随着电动机的发明，十九世纪末出现了以电为动力的机械压力机和空气锤，并获得迅速发展。二十世纪60年代以后，锻压机械改变了从19世纪开始的，向重型和大型方向发展的趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。于是出现了每分种行程2000次的高速压力机、六万千牛的三坐标多工位压力机、两万五千千牛的精密冲裁压力机。各种机械控制的、数字控制的和计算机控制的自动锻压机械以及与之配套的操作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。现代化的锻压机械可生产精确制品，有良好的劳动条件，环境污染很小。锻压机械主要包括各种锻锤、各种压力机和其他辅助机械。压力机又根据不同的动力及传动形式分为机械压力机和液压机。机械压力机是用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动，工作平稳、工作精度高、操作条件好、生产率高，易于实现机械化、自动化，适于在自动线上工作。 液压机是以高压液体(油、乳化液等)传送工作压力的锻压机械。液压机的行程是可变的，能够在任意位置发出最大的工作力。液压机工作平稳，没有震动，容易达到较大的锻造深度，最适合于大锻件的锻造和大规格板料的拉深、打包和压块等工作。液压机主要包括水压机和油压机。油压机就是用液压传动的压力机，也称液压压力机。这种压力机的主要作用是对可塑性材料进行压制，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、塑料制品的压制成型。许多液压压力机还用于 电器零部件的压装、成型落料、压痕、压印及粉末制品的压制等工艺。液压压力机的普遍外形如图1-1所示。我设计三梁四柱式“300t水泥制品压力机”。传动装置采用液压传动，工件机构是单活塞杆的压力缸。机身由上横梁、工作台、四根立柱组成一个固定机架。产品由液压机专用电器系统或电脑控制系统（用户可自行选择），动作可靠，性能大大提高，电脑控制系统能根据工艺要求输入程序，调整压力，快慢速行程范围等工艺参数，完成自动操作。用稳压系统采用电液比例换向阀、电磁换向阀等。结构紧凑、响应快、压力损失小、动作可靠、维修方便。1.2液压机的特点 压机与其它锻压设备相比，有以下几个特点： (1)工作平稳，撞击，振动和噪声较小，对工人健康，厂房基础，周围环境及设备本身有很大的好处(2)用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。(3)执行元件结构简单，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。 (3)在行程的任意位置均可产生压力机额定的最大压力，可以在转换点长时间保压。 (4)滑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对滑块速度的不同要求。 (5)滑块的总行程可以在一定范围内任意的无级的改变，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。(6)由于工作缸内升压及降压都需要一定的时间，阀的换向也需要一定的时间，而且空行程速度不够高，因此，在快速方面不如机械压力机好。 (7)由于液体有可压缩性，在快速卸载时可能会引起压力机本体或液压系统的振动，因此，不太适合于冲栽，剪切等工艺。1.3电液比例控制技术1.3.1电液比例控制技术概述微电子技术的发展使微机、超大规模集成电路和传感器技术有突破性进展，全世界己进入以机电液一体化为核心的设备革命阶段，上乘机械实现机电液一体化是其发展的 必然趋势。近年来上乘机械的发展主要是操作和控制机枸的改进，要解决控制问体，只从机械和液压角度来考虑很难使产品有质的飞跃，必须引入具有良好控制性能和信息处理能力的电子技术或电液转换技术。 因此，计算机技术和控制理论对液压控制技术的发展显得日益重要，现代液压控制技术从第二次世界大战以后得到迅速发展。到60年代后期，各类民用工程对电液控制技术的需求，显得更加迫切与广泛。但是，由于传统的电液伺服阀对流体介质清洁度要求十分苛刻，制造成本和维护费用比较高昂，系统能耗也比较大，难以为各工业用户所接受；而传统的液压开关量控制又不能满足高质量控制系统的要求，工程技术实际迫切需要开发一种可靠、价廉、控制精度和响应特性好的控制形式。电液比控制技术正是为了适应这一要求，从60年代末迅速发展起来的，电液比例控制技术是电液控制技术的一项新发展，是连接现代微电子技术和大功率工程设备之间的桥梁，己成为机电一体化技术的重要内容和现代控制工程的基本技术构成之一，德国博世公司开发的农用拖拉机液压提声器电子控制系统，引入了比例kl可编程控制器和数据总线技术，使其电控系统功能更加完善，成本显著降低，迅速占领了欧美各种拖拉机的应用市场。比例技术的发展大致可以划分为三个阶段：从1967年瑞士breinger公司生产kl比例符合阀起，到70年代初日本油研公司申请了压力和流量比例阀二项专利为止，标志着比例技术的诞生时期。这一阶段的比例阀仅仅是将比例型的电一机械转换器，如比例电磁铁代替传统液压阀的开关电磁铁或手调螺杆机构而已。阀的结构原理和设计准则几乎没有变化，大多数不含内反馈闭环。其工作频宽也仅在15hz之间，稳态滞环在4%7%之间。多用于开环控制，这个时期的阀可以称之为早期比例阀。 从1975年到1980年间可以认为比例技术的发展进入了第二阶段。采用各种内反馈原理的比例器件大量问世，耐高压比例电磁铁和比例放大器在技术上也日趋成熟，比例器件的工作频宽已达515hz，稳态滞环减小到3%左右。可用于开环、闭环控制，应用领域不断扩大。 80年代，比例技术进入了发展的第三阶段。比例器件设计原理进一步完善，采用压力、流量、电校正等手段，使阀的稳态精度、动态响应和稳定性都有了进一步的提高。除了因制造成本所限，比例阀在中位保留死区以外，它的稳态和动态特性均已和工业伺服阀没多大差别。另一项重大进展是比例技术开始和插装阀控制技术相结合，开发出各种不同功能和规格的二通、三通型比例插装阀，形成了80年代的电液比例插装技术的新特征。同时，由于传感器和电子技术的发展还出现了电液一体化的比例器件。电液比例技术逐步形成了80年代的集成化趋势。第三个值得指出的进展是电液比例容积器件，各类比例泵、比例控制马达相继出现，为大功率工程控制系统的节能提供了技术基础。进入90年代以后，国外的比例阀（电反馈）的工作频宽大多在10hz以上。如德国rexroth公司生产的力士乐4wreio型10系列电液比例方向流量阀，对不同的电器信号可数出不同的流量。1.3.2电液比例控制技术的特点所谓电液比例控制系统是指在应用流体传动与控制的工程系统中，凡是系统的输出量,如压力、流量、位移、速度、加速度、力、力矩等，能由输入控制信号连续成比例的控制阀，都可称为电液比例控制系统制精度和较快的响应等指。因此，制造较复杂，特别是要求有高质量控制水平的地方，传统液压阀逐渐被比例阀代替。电液比例控制系统是电子一液压一机械(e-h-m)放大转换系统。从控制特性看，更接近于伺服控制系统：从经济性和可靠性看，更接近于开关控制系统。其特点为：(l)能实现快速平稳的开环控制，特别是大惯量控制，如液压电梯：也能实现精确的闭环控制，获得精密的工件或完成精细的工作要求，如气轮机进气阀位置比例控制；还可以实现高精度的同步控制，其控制精度可达0. 02mm。(2)兼备了电气和电子技术的快速性、灵活性和液压技术输出功率大的双重优点控制性能好，传动能力大。(3)可明显地简化液压系统，实现复杂程序控制，降低费用，政善控制过程品质，提高可靠性，缩短工作循环时间、对一些较复杂的工作循环，要求在工作过程中不断改变压力或速度，采用电液比例控制技术不仅能大大简化系统结构，而且可提高系统性能。(4)比例放大器中有斜坡信号发生器，以设定的阶跃作为输入信号，使斜坡信号发生器产生一个缓慢上升的或下降的输出信号，输出信号的变化速率通过电位调节器调节，以实现被控系统工作压力、速度、加速度等的无冲击缓冲过渡，避免大的振动和冲击。对位置系统来说可以准确定位。(5)能实现按比例地控制液流的方向、流量和压力，还可以连续成比例地实现流量、压力与方向三者之间的多种复合控制功能。(6)可以改善主机的设计柔性，实现多通道并行控制。例如：工程机械中的多路阀通常必须集中设置，而不得不使执行元件的连接管路延长，增加了系统的复杂性和管路损失，对系统的动态特性不利。采用电液比例控制阀代替多路阀，则可将阀布置的位置，克服上述缺点。(7)便于计算机控制，便于建立故障诊断专家系统，容易实现系统智能化，同时，电液比例控制系统也存在一些缺点： 与开关控制相比，其技术实现较复杂：与伺服系统相比，影响速度慢。电液比例闭环控制系统易出现不稳定状态。死区范围大。1.3.3电液比例位置控制系统电液比例位置控制系统应用十分广泛，其控制量是位移和转角。工程实际应用中，位置和转角控制装置通常由带位置反馈的节流阀、比例方向阀等组成。另外，同步控制实质上属于一种特殊的位置控制。电液比例位置控制系统的构成可以简化为如图1-1所示。电液比例位置控制系统一般由液压动力源、控制机构、控制对象和位置控制器组成。控制机构由电液比例阀、液压缸（液压马达）和负载三部分组成。位置控制器由计算机或单片机、信息整形、位移反馈、校正装置和抗干扰回路五部分组成。其中，位移反馈由位移传感器组成。计算机或单片机中存储有给定位移曲线，通过函数发生器发出指令；信息整形用于提高系统的静、动态特性。校正装置用于提高系统的静、动态品质。抗干扰回路用来消除外来干扰。电液比例位置控制系统可以分为定位控制、跟踪控制和保持控制三类。定位控制是使执行元件定位于预走位置的控制，其目标位置恒定。跟踪控制是使执行元件在某一时刻定位于特定的位置上的控制，其目标位置是随着输入指令信号连续变化的。位置控制是把执行元件移到所需要的位置后将其固定在该位置的控制类型。电液位置比例位置控制系统的动态指标与伺服系统相似，即稳定速度、位置误差系数、响应时间或穿越频率等。1.3.4电液比例控制技术在液压机中的应用1比例压力控制传统液压机主要采用了手动溢流阀来调节液压系统的压力。采用比例压力阀系统调节液压机系统压力时，可以通过电气系统直接对液压机的压力进行调节，通过plc或pc程序对液压机的压力进行调节。其优势在于：(l)调整方便，可直接通过输入设备（触摸显示屏pc、拨码盘）输入液压机系统的控制压力，实现系统压力精确调整，不仅节省了调节的时间，而且避免了手动调整的不精确。(2)配合位移或里传感器等测量环节，构成了系统压力控制闭环，实现压力随位移或压力的函数变化。此功能在拉伸液压机的压边力连续控制系统中非常有用。(3)系统压力调整灵活，在液压机一次工作过程中可通过各种方式方便灵活的改变液压机的压力。(4)压力参数可存储，液压机设定的各种压力参数可存储和调入，为制造工艺的合理制定提供数据支持以上各点是传统手动调压阀无法实现的。在一般的液压机系统中，对压力的控制精度要不高，一般采用开环控制压力。但是随着机械产品质量的不断提高，要求液压机压力具有较高控制精度的要求，必须配置压力传感器来进行璧还压力控制。 通过比例压力控制技术则比较同意实现此项要求。2比例流量（速度）控制液压机中对滑块的速度控制主要采用阀控和泵控两种方式。比例控制系统中，阀控主要采用比例节流阀或比例调速阀、比例伺服阀等通过节流的形式实现哑哑系统的流量控制，从而控制执行机构速度，但是这种控制凡是会造成系统发热，多用于流量较小的场合中。泵控方式主要采用比例流量阀实现对速度的控制，常用在大流量的液压系统中。但其缺点是控制精度比阀控方式要低。在设计比例速度控制液压系统时，常常通过将两种方式结合起来采用比例流量控制阀和比例阀配合使用，既减少系统发热又可提高速度和滑块位置的控制精度。同样，采用比例速度控制也具有和多优点，比如：在压机工作中可实现执行机构速度的程序控制；速度的社顶参数可方便的存储和调入等；通过控制速度可实现多缸同步：速度的控制可采用开环和闭环两种控制方式。3精确的位置控制在精密校直、点压成型、精密模锻、模具研配等液压机中，滑块的位置精度要求很高，一般小于0. 05mm，可通过比例伺服阀和位移传感器来实现执行机构的精确定位，此功能用在精密校直液压机中控制压头的位置精度可达到0. 03mm以内。比例位置控制科学实现位置的程序控制、设定等功能。而常规液压系统通过开关阀和形成开关控制清块的形成，滑块的位置重复精度虽然比单纯应用伺服阀精度低，但它对液压油的过滤精度要求不高，整个系统的性价比要优于伺服控制液压系统，己逐步成为位置控制液压系统的首要设计方案。4多缸同步通过电液比例系统控制液压油缸的速度问题，将该技术进一步延伸，电液比例系统还可实现多缸同步的控制。多缸同步问题是液压系统中关注最多的问题，传统的液压系统多采用同步阀或分流阀控制，但存在同步误差大、不能自我修正等问题，所以，只能用在对同步要求不高的场合。目前有多种比例同步系统已经成熟应用，如折弯机的液压同步系统等。在同步系统中用的最多的是采用比例伺服阀和位移传感器组成的闭环控制系统，如六自由度运动平台系统等。在液压机中，乡缸同步系统已经应用在滑块的两点调平和四点调平系统中，有效的提高了液压机的抗偏载能力，这种系统在汽车纵梁成型液压机中应用较多。5符合控制电液比例阀传统的液压泵多为定量、恒功率、恒压等简单功能。比例泵则可通过电气系统控制泵的流量、压力、和功率。近纪念来，国外部分液压元件公司(如：boscrexrath groupparker)开的一种数字泵，其压力、流量、功率均可通过比例放大器调节，压力和流量的控制精度可达0.5x。这种泵的出现很大程度上简化了液压机的液压系统（可取消原来的压力阀和流量阀），又可实现呀路、速度的比例控制。第2章 总体方案设计2.1 总述 对于液压压力机来说，从总体上分析，它主要包括以下几个部分。分别为液压控制与执行部分、机械部分、计算机及电器控制部分。设计液压压力机，就是要将各个部分设计出来并将其有机的结合起来，形成一个适用于各种生产实际的液压压力机。从总体布置着手可以选出不同的方案。通过对各组成部分的各种布置和结合，可以得到若干种方案。同时每一部分的具体设计又有许多不同的方案。在本章的第二节通过对液压压力机的整体分析与设计得出了几个方案。在第三节通过对方案的综合，定出最后的方案，并在综合的基础上作了补充。顺便将各个分部分的设计方案从大的角度上加以确定。2.2 各分方案的选择方案一：将压力机机身分成两部分。一部分为工作台，另一部分为安装各液压元件的箱体式结构，其实也就是液压泵站与液压阀台的组合。将工作台与箱体分开放置。工作台采用两立柱带滑块式，两个立柱当成滑块的导轨。并布置上下两平板将两个立柱固定。上平板上装上液压缸，下平板上开出t形槽来安装锻模，滑块上也开出t形槽来安装上模膛。 将各种阀用焊接的方式固定在箱体内的钢架上，并用油管将其连接起来。控制面板直接引到箱体前部适用于操作的地方。油箱、液压泵、电机按直线排列到箱体的钢架上。方案二：将工作台置于箱体结构上部，并和箱体用螺栓固定。工作台仍采用两立柱带滑块式。在工作台下平板上加工出t形槽，而滑块上则不加工t形槽，只加工出与活塞杆连接的螺纹孔。活塞杆可以和滑块连接，也可以只和锻模连接。设计出阀板，用来集中安装阀。设计底座来安装液压泵、电机、油箱。将阀板和底座合理的安装在箱体中，组成一个小液压站。控制台也置于箱体之上。方案三：工作台采用门式带滑块式，上部用横梁固定，下部用平板固定。箱体与工作台分开放置。滑块的导轨做成长方形，并仿照机床导轨制作。滑块和下平台都加工出t形槽用来安放锻模。箱体中各元件的安装和方案二基本相同。从外部引出控制台。2.3 方案综合与论证最后将以上三种整体布置方案加以综合，得出一个相对较好的方案，做为液压压力机的最终方案。将工作台置于箱体结构上部，并和箱体用螺栓固定。工作台采用两立柱带滑块式，两个立柱当成滑块的导轨。并布置上下两平板将两个立柱固定。上平板上装上液压缸，下平板上开出t形槽来安装锻模，滑块上也开出t形槽来安装上模膛。设计一个阀板，将各阀及一些电器元件集中固定在上面，同时设计底座来安装液压泵、电机、油箱。然后将两个板安装在箱体中。箱体前部采用双开门式以便与维修。控制台也置于箱体之上，安装微机及电控按钮。对于液压控制系统，采用闭环位置控制，还要加进去计算机程序控制。工作台的两根立柱与上下平板之间用螺母连接。箱体采用焊接式，箱体与工作台之间用螺栓连接。控制台安装工业用计算机，无显示，键盘输入。各压力表集中安在控制台上，控制台的体积要尽量小。要设计专门的电源来给各传感器、a/d d/a卡、比例阀等元件供电。第3章 液压系统的设计计算3.1系统的设计要求3.1.1概述液压机是利用液压传动技术述行加工的设备。它与机械压力相比，具有压力和速度可在广泛的范围内无摄调整，可在在意位置输出全帮功享和保持所需压力，结构布局灵活。各执行机构动作可很方便地达到所希望的配合关系等等很多优点。同时液压元件具有高度盼适用化标准化特点，设计和铥逢均较为简单。所以液压机在国民经济部门得到了丑益广泛的应用。目前，中小型液压机绝大部分均采用矿用油做介质，例如液压油，机械油等。同时大多采用单机直接传动。液压机设计也和其它任何机械设计一样，是由加工对象工件的工艺要求决定。因此整个设计过程首先就应详细分析压制工件对执行机构的动作（包括压力、速度、相对位置关系和运动精度），工作空间和装卸料要求等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柝比较，确定整体设计方案，基后对主要部件和液压系统、电气系统等等的零部件设计提出具体的要求，进行详细核算。在此基础上绘制全部工作图和编制验收技术条件等全部技术条件。至此，设计阶段基本完成。但设计是否正确，必须用实际来检验。即通过是指和工艺试验发现问题和解决问题，使设计符合预期的全部要求，在液压设计过程中，我们需要研究解决的问题有以下几点：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。总体方案的设计主要零部件强度和刚度的计算液压系统的设计电气系统的设计液压机设计包括两大部分：一是液压部分设计；一是主机部分设计。3.1.2设计要求 设计的目的：本系统主要用于加工一些不同材料的压力产品，完成一定的加工功能，创造一定的经济效益。技术要求及参数：最大压制力：300 t 位置控制精度：0.2mm 工件最大尺寸：900mm900mm500mm指导思想：从实际出发，吸收国内外先进的科学技术，力求设计出重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、性能良好、操作方便的通用型电液位置控制压力机。3.1.3确定液压系统参数压力和流量是液压系统最主要的两个参数。根据这两个参数来计算和选择液压元件、附件和原动机的规格型号。系统压力选定后，液压缸的主要尺寸即可确定，液压缸的主要尺寸确定后，即可根据液压缸的速度确定其流量。3.2工况分析3.2.1负载分析及负载图伏在分析就是研究一部机器在工作过程中，它的执行机构的受力情况（液压缸随时间的变化情况）。工作机构作往复直线运动时，液压缸必须克服的外负载： （2.1）式中： 工作负载 摩擦负载 惯性负载工作负载与机器的工作性质有关，有恒值负载和变值负载。如液压机，在镦粗、延伸等工艺过程中，其负载随时间平稳的增长，而在挤压、拉拔等工艺过程中，其负载几乎不变。工作负载可分为阻力负载和超越负载，阻止液压缸运动的负载称为阻力负载，又称正值负载；助长液压缸的负载称为超越负载。例如液压缸在提升重物时为阻力负载，重物下降时为超越负载。 （2.2）2摩擦负载即液压缸驱动工作机构时所要克服的机械摩擦阻力。如缸体与活塞之间的摩擦负载等。根据参考书目机械零件设计手册39页表296摩擦系数，根据摩擦表面的材料及性质通常静摩擦系数 =0.10.3，取 =0.2 ，动摩擦系数=0.050.1，取=0.08。（0.2+0.08）3000=840 （2.3）3惯性负载 即运动部件在启动和制动过程中，其平均惯性力可按照下式进行计算。 式中： 惯性力 运动部件所受重力 重力加速度 时间内速度变化值 时间变化值一般机床可取=0.10.5，轻载低速运动部件取较小值，重载高速运动部件可取较大值，行走机械=0.51.5，可以大约估计运动部件的总重量，故 =11.2=1.2 （2.4）液压缸在一个工作循环中，一般情况下，要经历一下四种伏在工况：启动阶段： (2.5)加速阶段：=235.2+1.2+3000=3236.4 (2.6)恒速阶段： (2.7)制动阶段： (2.8)根据以上各个阶段的负载和它所经历的时间，便可绘制负载循环图2-1.其中为启动过程，为加速过程，为恒速过程，为制动过程。它清楚的表明了液压缸在整个工作循环内负载的变化规律，图中最大负载是初选液压缸的工作压力和确定液压缸的结构尺寸的依据。3.2.2运动分析及运动循环图 运动分析就是研究一部机器按工艺要求以怎样的运动规律完成一个工作循环，并绘制位移循环图2-2和速度循环图2-3。液压机的液压缸位移循环图，其纵坐标表示活塞位移，纵坐标表示时间，曲线斜率表示活塞移动速度，它清楚的表明了该液压机的工作循环由快速下行、压制、保压、泄压、慢回和快速回程的六个阶段组成。速度循环图：位移循环图曲线斜率表示了执行元件的速度，故由位移循环图可以绘出速度循环图。 3.3初选系统压力液压机系统工作压力的选择要满足主运动执行机构最大输出力的要求。系统压力选定的是否合理，直接关系到整个系统的设计的合理程度。在液压系统功率一定的情况下，若系统压力选的过低，则液压元件、辅件的尺寸和重量就增加；选择较大的工作压力，可显著的减轻缸径，使液压机尺寸减少，液压系统流量相应减少。然而，若系统压力选的过高，由于对制造元件、辅件的材料、密封、制造精度等要求的提高，反而会增大液压设备的尺寸、重量和造价，其系统功率和使用寿命也会相应的下降。目前，我国几类机器常用的系统工作压力： 表2.1几类机器常用系统压力设备类型 机 床农业机械、小型工程机械、工程机械的辅助机构液压机、中大型挖掘机、重型机械磨床组 合机 床龙 门刨 床拉 床系统压力/mp0.82352881010162032p=25mp3.4液压系统图的拟定在明确液压系统要完成的功能和加工要求后粗略的给液压缸一个外拉力，便可以确定液压系统的基本形式，其内容如下：3.4.1液压回路的选择1调压回路所谓调压回路，它是用来控制系统的工作压力，使它不超过某一预先调好的数值，或使工作机构在运动过程中，个阶段中具有不同的压力。有些调压回路还可以实现多级压力的变换。在图24（a）中溢流阀与节流阀组成节流调速回路时，溢流阀经常开启溢流，他的调定压力必须大于执行元件的最大工作压力湖人管路上各种压力之和。在不同溢流量时，压力调定值是有波动的。图24（b）为远程调压回路，主溢流阀的调定压力必须大于每个远程调压阀的调定压力。比较两个回路，图（b）较为合理，因为它调压易于控制，准确。2卸荷回路溢流阀流回油箱，造成动力消耗，引起油液发热，使油液加快变质，而且还影响液压系统的性能及泵的寿命，为此需保压泵卸荷回路。图25（a）中，当液压缸活塞向左运动返回终点时，单向阀的旁通油口开启，泵输出的油液经此油口回油箱，液压泵卸荷。图25（b）是m型电液比例换向阀的卸荷回路。换向阀在中位时液压泵卸荷。因此，选（b）图。3平衡回路平衡回路主要用来防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件。因自重而自行下落，在活塞向下运动的回路上串联一个产生一定背压的元件，防止因自重而自行下落的回路称为平衡回路。故回路中必须有垂直或倾斜放置的液压缸所以要选取垂直放置的液压缸。在图(a)中，调整平衡阀的开启压力稍大于立式活塞缸和工作部件自重形成的下腔背压，可防部件自行下落，平衡阀起平衡锤的作用，平衡阀是由单向阀和溢流阀组成。因回油腔有背压而运动平稳，但功率损失较大。由于平衡阀是滑阀结构，有泄漏，长期停放将缓慢下降，故仅适用于运动部件重量不很大和停留时间较短的系统。如长期停留不动，就采用锥阀结构的液控单向阀组成锁紧回路，所以选择图(b)回路。4释压回路释压回路的功用在于使用高压大容量液压缸中存储的能量缓缓释放，以免它突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25cm，压力高于75mp时，其油腔在排油前就必须释压。由图(a)可见，液压缸上腔的高压油在换向阀5处于中位（液压泵卸荷）时，通过节流阀、单向阀和换向阀释压，释压快慢由节流阀调节，当此腔压力降至压力继电器的调定压力是，换向阀切至左位，液控单向阀打开，使液压缸的上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱中，这种释压回路无法在释压前保压。因此，选图(b)。3.4.2液压回路的综合液压系统组成：调压回路、卸荷回路、平衡回路、释压回路、保压回路。3.5液压机系统的动作循环3.5.1概述液压机是一种利用液体压力来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器，其传动方式可分为泵直接传动和泵蓄能器传动两种。压力机一般由机身和液压系统两部分组成。最常见的本体结构由上横梁，下横梁，四个立柱和内外螺母组成一个封闭的框架，框架承受全部的工作载荷。当高压液体进入工作缸后，在工作活塞上产生很大的压力，并推动活塞向下运动，使工件在上、下模之间产生变形，回程时，工作缸通低压，高压液体进入回程缸，推动回程活塞向上运动，带动它回到原始位置，完成一个工作循环。压力机的一个工作循环包括停止，冲液行程，工作行程及回程。冲液行程一般包括快速下降过程，活塞从停止在上面的位置靠自重下降，直到上模接触到工件为止。工件行程为慢加压及保压过程，上模接触工件后，阻力增大，压力升高，推动活塞继续下行，对工件进行压力加工。回程过程为快速上升过程，停止是活塞及运动部分停于运动所需的位置，完成一个工作循环。3.5.2液压机对液压系统的基本要求： （1）为完成一般的压制工艺，要求主缸（上液压缸）驱动上滑块能实现“快速下行慢速加压保压延时快速返回原位停止”的工作循环；要求顶出缸（下液压缸）驱动下滑快实现“向上顶出停留向下退回原位停止”的动作循环。（2）液压系统中的压力要能经常变换和调节，并能产生较大的压制力（吨位），以满足工作要求。（3）流量大、功率大，空行程和加压行程的速度差异大。因此要求功率利用合理，工作平稳性和安全可靠性要求高。3.5.3液压系统工作原理（1）启动：油泵电机启动时，全部换向阀的电磁铁处于断电状态，泵输出的油经三位四通换向阀10（中位）及阀4（中位）流回油箱，泵空载启动。（2）活动横梁空程快速下降：电磁铁1dt及5dt通电，阀10及阀11换至右位，控制油经阀11（右位），打开液控单向阀12。进油路：泵阀10右位阀16主缸上腔。回油路：主缸下腔阀12阀10阀4油箱。（3）活动横梁慢速下行及工作加压：活动横梁降至一定位置时触动行程开关2s，使5dt断电，阀11复位，液控单向阀12关闭。主缸下腔油经支承阀13排回油箱。活动横梁不再靠重力作用下降，而是靠液压泵的压力油给活塞加压，使活动横梁下降。此时，横梁速度减慢，其速度取决于泵的供油量。 主缸保压 当主缸上腔压力达到预定值时，由计算机发出指令信号，使1dt失电，电液比例换向阀10回中位，主缸上下腔封闭，单向阀16和充液阀14的锥面保证了良好的密封性，使主缸保压。保压期间，泵1经换向阀10、4的中位卸载。保压期间由计算机控制，并由压力传感器将系统的压力反馈回去，压力上下浮动差值为200n，若超过此值，则由计算机发出指令，控制电液比例换向阀的换向和阀芯开口的大小，使压力达到预定值。泄压，主缸回程保压结束，计算机发出信号，2dt得电，换向阀10处于左位。由于主缸上腔压力很高，压力油使卸荷阀（外控顺序阀）15开启，泵1输出的油液经外控顺序阀i5回油箱。泵1在低压下工作，此压力不足以打开充液阀（液控单向阀）14的主阀芯，而是先打开该阀的卸载阀芯，使主缸上腔油液经此卸载阀芯开口泄回上位油箱，压力逐渐降低。当主缸上腔压力卸到一定值后，卸荷阀（外控顺序阀）l5关闭，泵1压力升高，充液阀（液控单向阀）12完全打开，此时，进油路；泵l-电液比例换向阀10左位一液控单向阀12一主缸下腔：回油路：主缸上腔一充液阀（液控单向阀）14一上位油箱。实现主缸快速回程。主缸原位停止当主缸滑块上升至原来位置，开关idt、2dt失电，换向阀10处于中位，液控单向阀12将主缸下腔封闭，主缸原位停止不动。泵1输出的油液经电液比例换向阀4、10中位卸载。下顶出缸顶出3dt得电，阀4处于左位。进油路：泵1-换向阀10中位一换向阀4左位一顶出缸下腔。 回油路；下缸上腔一换向阀4左位一油箱。顶出缸活塞上升，顶出。下顶出缸退回3dt失电4dt得电，换向阀4处于右位，顶出缸活塞下行退回。3.5.4液压机液压系统的特点（1）由于液压机是一种大功率的液压系统，能量合理利用十分重要。因此这种系统一般采用高压大流量的恒功率的定量泵。（2）液压机的主缸一般都有很大的重量，因而充分利用其自重作为快速下行时的动力，用冲液箱经冲液阀对主缸工作腔冲液是一种简便使用的方案。同时，液压机液压系统一般也必须考虑设置平衡回路，以防止在停机时主缸因自重而下滑。（3）液压机的制品质量与液压系统的保压性能有很大关系，由于换向阀存在泄漏，因而必须采用适当的措施来保压，用夜控单向阀来保压是一种用的较多的方法。（4）液压机从保压到退回时，一般都用泄压回路来解决高压能的释放问题。（5）为了保证不发生错误动作，主缸与顶出缸比须互锁。（6）液压机系统的控制油液应有专门的低压泵供油，而不应直接由系统作高压油作控制油源。第4章 液压元件的设计及液压油的选取4.1液压泵的选择4.1.1确定液压泵的工作压力液压泵的最大工作压力 p= (3.7)式中： 执行元件的最大工作压力，由工况图p-t中选取最大值。液压泵出口到执行元件入口之间的沿程阻力损失和局部阻力损失之和。初算时按经验数据选取：管路简单，流速不大的取ap=0.20.5mpa；管路复杂，流速大的取=0.51. 5mpa； = =25+1=26mpa4.1.2碗定液压泵的流量液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸所需要的最大流量，并考虑到系统的漏损和液压泵磨损后容积效率的下降。即： qpk(q)max (3.8)式中：k一系统泄露系数，一般取1.11.3；大流量取小值，小流量取大值。 (q)-同时动作液压缸的最大流量。可从q-t图上查取。对于工作过程始终用节流调速的系统，在确定流量时，尚需加上溢流阀的的最小溢流量，一般取3l/minqpk(q) =1.2(15.08+2) =20.496l/min4.1.3选择液压泵的规格按照系统中的拟定的仅是系统的静态压力。系统工作过程中存在过渡过程中的动态压力，其压力最大值往往比静态压力要大很多，所以选择液压泵的额定压力时应比系统的最高压力大25%-60%，使液压泵的压力储备应取大值。则： pp=p(1+25%)=26 (1+0.25)=32.5mpa (3.9)确定驱动液压泵的功率 (3.10) 式中： pp -液压泵的最大工作压力 qp-液压泵的流量 -液压泵的总效率液压泵的总效率即是液压泵的容积效率与机械效率之乘积，根据液压传动系统164页表7-5的数值估计，液压泵的规格取最大值。 =本系统选则高压齿轮变量泵cbz63，公称排量63ml/r，理论排量62. 63ml/r，额定压力25mpa，最高压力31. 5mpa，额定转速2000r/min，最高转速2500r/min，工作油温-20110，驱动功率38.20kw，效率94%，生产企业；济南液压件厂。辅