有瑞毕业设计说明书

1、本科生毕业设计（论文）摘 要本次设计的题目是ya32-1000kn万能液压机的设计，它是利用液压传动技术进行压力加工的设备。它是用于锻压、轴类零件的压装或校正、冷挤、冲压、弯曲、压块、粉沫冶金、成型等工艺过程的压力加工机械，与机械压力机相比，它具有压力和速度可在广泛的范围内无级调整，可在任意位置输出全部功率和保持所需压力，并能完成压制成型和定程成型等工艺方式，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优点；然而，该液压机也具有一定的缺点：它的机身刚度较小，由于用四立柱作导向，活动横梁内侧导向套与四立柱磨损后不易调整。本次设计采用软件与硬件相结合的方法，设计的液压机是ya321

2、000kn四柱万能型，最大压制力为100吨，液压最大工作压力为16mpa，它的加工工艺较其它类型液压机简单。主机为三梁四柱式结构，油缸由四柱导向，顶出缸布置于工作台中间孔内。各操纵调整机构均集中设置在操纵箱面板上，动力机构（包括电动机、泵、阀等元件）设置于右侧。根据给定的有关技术参数绘制液压机的动作线图，从动作线图上可以清楚的反映出各动作行程，速度和它们的配合关系，液压系统和电控系统的设计很重要，包括确定系统的执行元件（液压缸）的主要结构尺寸，绘制液压系统图，选择各类元件及辅件的形式和规格，确定系统的主要参数，进行必要的性能估算。电器控制采用可编程控制，实行以油为工作介质，其油缸工作过程由按钮

3、集中操作，使液压速度可调。最后进行液压机的总体设计。 此次设计目的明确，通过老师细心指导，自己查阅有关资料，及到实习工厂观察学习，顺利完成设计任务。通过这次设计培养了自己动手、综合运用多学科的理论知识和技能解决工程实际问题的能力，为以后实际工作打下基础。关键词：液压机；四柱；电器控制；液压缸abstractthis design topic is a hydraulie press, it is carried on the shaping using the hydraulic transmission technology the equipment. it uses in the for

4、ging and stamping, the axis class components pressure installs or the adjustment, the swaging, the ramming, the curving, the briquetting, the powder metallurgy, takes shape and so on the techological process shaping machinery, compares with the mechanical press, it has the pressure and the speed may

5、 adjust in the widespread acope the steo, may ourput the complete power and the maintenance in the free position needs the pressure,and can complete the suppression to take shape and decides the regulation to take shape and the craft way and so on, the structural configuration is flexible, each impl

6、ementing agrncy movement may very conveniently achieve hoped merit and coordinate relations however, this hydraulice press also has the certain shortcoming;its fuselage rigidity is smaller , due to makes the guidance with four columns,the active crossbeam inside guidance set wears after four columns

7、 is not easy to regulate.this design uses the method which software and the hardware unifies, the design hydraulic perss is the ya32-1000kn four columns multi-purpose, the biggest suppressed strength is 100 tons, the hydraulic pressure biggest working pressure is 16mpa, itsprocessing craft compares

8、other tupe hydraulic presses to be simple. the main engine is three liang four columns structures,the cylinder guides by four columns,goes against the cylinder arrangement in the work table middle hole. front the control box arrangement is right to the fuselage leans. each operation adjusting mechan

9、ism strongly establishes on the control box kneading board , the actuating unit (including electric motor, pumps,part and valve, ect) establishes to right flank. according to the related technical parameter which assigns draws up the hydraulic press the movement graph, the driven makes in the graph

10、to be allowed the clear reflection carious movements travelling schedule, speed and their coordinate relations. the hydraulic system and the lelctrically controlled system design is very important, including determination system functional element (hudraulic cylinder) main structure size, draws up t

11、he official hydraulic scheme, chooses each kind of part and the auxiliary form and the specification, definite system main parameter, carries on the essential performance evaluation. the electric appliance control uses the programmable control., the implement take the oil as the actuating medium, it

12、s cylinder work process by button centralized control, it causes the suooressed speed to be possible to move. finally carries on the hydraulic press the system design.this design goal is clear,carefullu instructs through teacher,own consult the pertinent data, and to factory affiliated with a school

13、 observation study, smoothly has completed the design task. raise myself through this design to begin, the synthesis utilizes the multi-disciplinary theory knowledge and the skill solution project actual problem ability, will build the foundation for the later practical work.key words: hydraulic pre

14、ss; four columns; electric appliance control; hydraulic cylinder目 录第1章 绪 论11.1 液压传动及液压系统11.1.1 液压传动的发展11.1.2 液压系统的组成11.2 设计的任务及意义2第2章 液机的主要技术参数32.1 ya321000kn四柱万能液压机主要参数32.2 ya321000kn四柱万能液压机系统工况图4第3章 液压基本回路以及控制阀63.1 ya321000kn四柱万能液压机液压系统图63.2 ya321000kn四柱万能液压机工作循环8ya321000kn四柱万能液压机工作循环如表3.1所示8第4章 液

15、压缸的设计94.1 主缸的设计94.1.1 材料94.1.2 主缸内径的设计94.1.3 缸筒壁厚114.1.4 缸筒壁厚校核114.1.5 缸筒的暴裂压力124.1.6 缸筒底部厚度124.1.7 缸筒端部法兰厚度h124.1.8 缸筒法兰连接螺栓134.1.9 主缸活塞杆的设计134.1.10 主缸的总效率154.2 顶出液压缸的设计164.2.1 材料164.2.2 顶出缸内径的设计164.2.3 液压缸的理论作用力f174.2.4 缸筒壁厚174.2.5 缸筒壁厚校核184.2.6 缸筒的暴裂压力194.2.7 缸筒底部厚度194.2.8 缸筒端部法兰厚度h194.2.9 缸筒法兰连接

16、螺栓204.2.10 顶出缸活塞杆的设计204.2.11 顶出缸的总效率224.3 液压缸运动中的供油量234.3.1 主液压缸的进出油量234.3.2 顶出液压缸的进出油量244.4 确定快进供油方式,液压泵的规格,驱动电机功率244.5 立柱的设计254.5.1 材料254.5.2 计算截面尺寸254.5.3 直径264.6 工作台的设计274.6.1 结构形式274.6.2 形状和尺寸要求274.6.3 工作台强度计算274.7 横梁的结构设计27第5章 液压辅助元件及液压油的选择285.1 管件285.1.1 高压金属油管内径d285.1.2 高压金属油管壁厚285.1.3 高压软管内

17、径d285.1.4 低压软管内径d295.2 密封件295.3 液压油的选择31第6章 电气控制系统设计326.1 plc的发展趋势326.2 plc的特点336.3 可编程控制器的选择346.3.1 s7-200的概述346.3.2 s7-200系列plc的cpu的选择346.4 液压机的电气控制原理366.5 液压机的工作流程386.6 液压机的plc工作梯形图39第7章 结论40参考文献41致 谢42附录143附录244vii第1章 绪 论1.1 液压传动及液压系统1.1.1 液压传动的发展 液压传动相对于机械传动来说，是一门新兴的技术，被广泛应用于机械设计制造中，工程建筑，石油化工，交

18、通运输，军事机械，矿山，冶金，航空，航海，轻工，渔业，林业以及宇宙航行，海洋开发，核能建筑等各项技术领域中。由于液压传动是以液体作为介质，依靠流动着液体的压力能来传递动力的传动，所以液压传动与机械传动，电气传动，气压传动相比，具有调速范围大，结构紧凑，工作平稳，易于实现自动化，易于实现过载保护，使用寿命长，元件实现了系列化通用化，标准化等诸多优点。当前，液压技术在实现高速，高压，高效率，低噪音，伺服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件液压系统的计算机的辅助设计，计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，更显示出突出的成绩。1.1.2 液压系统的组成液压传动装置主要由四部分

19、组成：1、能源装置，把机械能转化为油液的压力能（压力和流量）输出的能力转换装置，一般最常见的形式是液压泵；2、执行元件，是将油液的压力能转换成机械能输出的能量转换装置，即液压马达，液压缸等；3、控制调节装置，对系统中油液压力，流量或流动方向进行控制或调节，如溢流阀、换向阀等；4、辅助元件、如油箱、滤油器、油管、管接头、热交换器、蓄能器等，这些元件对保证系统可靠稳定持久的工作有很大作用。1.2 设计的任务及意义本次设计的中心工作是对液压系统的设计做详尽的分析和布局，选择合适的阀类元件，对油缸装配进行研究，根据给定的有关技术参数绘制液压机的动作线图，编写电气控制程序，对液压机进行整体布局设计，对立

20、柱和工作台做了强度、刚度的计算和校核，其余部门设计均参与有关资料，选择合适的材料及元件。这次设计对我启发很大，使我学会很多新知识的同时，还复习了不少以前学过的知识，达到了温故知新的效果，在设计过程中遇到很多问题与困难，但在指导老师的帮助下和自己的努力，终于完成了任务，培养了自己动手设计的能力，培养勇于实践、勇于探索和开拓创新精神，为毕业后从事实际工作打下基础。第2章 液机的主要技术参数2.1 ya321000kn四柱万能液压机主要参数ya32-1000kn四柱万能液压机主要参数如表2.1所示表21液压机主要参数产品名称四柱万能液压机滑块快进速度(mm/s)100型号ya32-1000kn工进速

21、度(mm/s)10公称压力(t)100快上行速度(mm/s)80滑块行程(mm)1260顶出力(t)20滑块下平面至工作台最大距离(mm)1260顶出速度(mm/s)80工作台尺寸(长宽高)(mm)1250900500回程速度(mm/s)120液体最大工作压力(mpa)16顶出活塞最大行程(mm)500外型尺寸（长宽高）(mm)178014204391回程力(t)6最大拉伸深度(mm)500电机功率kw31.52.2 ya321000kn四柱万能液压机系统工况图ya32-1000kn四柱万能液压机系统工况如图2.1和图2.2所示图21液压系统工作行程与压力图图22工作周期系统功率循环图第3章

22、液压基本回路以及控制阀3.1 ya321000kn四柱万能液压机液压系统图ya32-1000kn四柱万能液压机液压系统原理如图3.1所示图31 液压系统工作原理图1斜盘式变量柱塞泵，2齿轮泵，3小电机,4大电机，5油箱6滤油器,7电控比例溢流阀,8.22.24溢流阀， 9.18. 23换向阀，10压力继电器，11单向阀，12压力表，13.18液控单向阀，14外控顺序阀，16顺序阀，15上液压缸，19下液压缸，21节流器工作过程a: 启动：电磁铁全断电，主泵卸荷。主泵（恒功率输出）电液压换向阀9的m型中位电液换向阀20的k型中位tb： 快进：液压缸15活塞快速下行：1ya，5ya通电，电磁铁换向

23、阀17接通液控单向阀18的控制油路，打开液控单向阀18，进油路：主泵1 电液换向阀9 单向阀11上液压缸15回油路：液压缸15下腔 液控单向阀18电液换向阀9电液换向阀20的k型中位t 液压缸15活塞依靠重力快速下行：大气压油吸入阀13液压缸15上腔的负压空腔c： 工进：液压缸15接触工件慢速下行：（增压下行）液压缸活塞碰行程开关2xk，5ya断电，切断经液控单向阀18快速回油通路，上腔压力升高，切断（大气压油吸入阀13 上液压缸无杆腔）吸油路。回油路：液压缸15下腔顺序阀16电液换向阀9电液换向阀20的k型中位td： 保压：液压缸15上腔压力升高达到预调压力，压力继电器10发出信息，1ya断

24、电，液压缸15进口油路切断，单向阀11和吸入阀13的高密封性能确保液压缸15活塞对工件保压。主泵（恒功率输出）主泵 电液压换向阀9的m型中位 电液压换向阀20的k型位t实现主泵卸荷。e： 保压结束，泄压，液压缸15回程：时间继电器发出信息，2ta通电（1ya断电），液压缸15上腔压力很高，外控顺序阀14，使主泵1电液压换向阀9吸入阀的控制油路由于大部分油液经外控顺序阀14流回油箱，压力不足以立即打开吸入阀13通油箱的通道，只能打开吸入阀的卸荷阀13（或叫卸荷阀13的卸荷口），实现液压缸15上腔（只有极少部分油液经卸荷阀口回油箱）先卸荷，后通油箱的顺序动作，此时：主泵1大部分油液电液压换向阀9外

25、控顺序阀tf： 液压缸15活塞快速上行： 液压缸15上腔卸压达到吸入阀13开启的压力值时，外控顺序阀14关闭，切断主泵1大部分油液电液换向阀9外控顺序阀14t的卸荷油路实现：进油路：主泵1电液换向阀9液控单向阀18液压缸15下腔回油路：液压缸15上腔吸入阀13tg: 顶出工件:液压缸15活塞快速上行到位,plc发出信号, 2ya断电,电液压换向阀9关闭,3ya通电电液压换向阀20右位工作 进油路:主泵1电液压换向阀9的m型中位电液换向阀20液压缸19无杆腔回油路：液压缸19有杆腔电压换向阀20th: 顶出活塞退回：3ya断电，4ya通电，电压换向阀20左位工作进油路：主泵1电液换向阀9的m型中

26、位电液换向阀20液压缸19上腔回油路：液压缸19下腔电液换向阀20t3.2 ya321000kn四柱万能液压机工作循环ya321000kn四柱万能液压机工作循环如表3.1所示表3.1 液压机工作循环动作元件 工步1ya2 ya3 ya4 ya5 ya6 ya7 yapj原位上缸快进+上缸工进+保压+上缸快退+下缸工进+下缸快退+(注：pj压力继电器。)第4章 液压缸的设计4.1 主缸的设计4.1.1 材料主缸材料强度如表4.1所示表4.1 主缸材料强度 型号mpampa%35crmo1000850124.1.2 主缸内径的设计 1主缸内径：已知液压缸的理论作用力 (推力=100kn;拉力=10

27、kn) 假设最大压力 p=25mpa则: 无活塞杆的缸筒内径d为: d=m （4-1）=m0.320 m 2活塞杆径为: （4-2）=0.208 m取标准值=0.2 m 3主液压缸有效面积: a= （4-3）=0.22=0.038m=380cm a=(d-d) （4-4）=(0.22-0.20)=0.00659 cm=66 cm a=d (4-5)=0.20=0.0314 m=314cm4主液压缸实际压制力和回程力:r =pa (4-6)=25100.0380=950knr=100kn5主液压缸的工作力:(1)主液压缸的平衡压力: p= (4-7)=1.4110pa(2)主液压缸工进压力:p=

28、+ (4-8)=25.26mpa(3)主液压缸回程压力:p= (4-9)=14.4 mpa4.1.3 缸筒壁厚 根据gb/t2348-1993 取 d=40 mm 公式:=+ (4-10)关于的值,分别计算:当时,为薄壁缸筒 =0.0211m (4-11) = =0.0245m 取=0.045 m-缸筒材料的许用应力, =当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.4.1.4 缸筒壁厚校核 额定工作压力, 应该低于一个极限值,以保证其安全主缸缸筒所受载荷如表4.2所示 材料静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢35812 表4.2 缸筒所受载荷 mpa (4-12) =0.35 =83.84

29、mpa=外径; d=内径 同时额定工作压力也应该完全塑性变形的发生: (4-13) =49.259mpa -缸筒完全塑性的变形压力 -材料屈服强度mpa (4-14) =2.3850 =2.38500.0719=140.56mpa4.1.5 缸筒的暴裂压力 (4-15)=2.310000.0719=165.37mpa4.1.6 缸筒底部厚度 缸筒底部为平面时:0.433 (4-16)0.433mm 取 mm4.1.7 缸筒端部法兰厚度h (4-17) =0.0448m取h=0.05m -法兰外圆半径 -螺孔直径螺栓;m16-24.1.8 缸筒法兰连接螺栓(1)螺栓处的拉应力= mpa (4-1

30、8)=0.7445mpaz-螺栓数，12根； k-拧紧螺纹的系数变载荷,取k=4； -螺纹底径(2)螺纹处的剪应力: =0.475mpa (4-19) = mpa-屈服极限; -安全系数; 12(3)合成应力 = (4-20) =0.9679mpa，符合设计要求。4.1.9 主缸活塞杆的设计1. 材料主缸活塞杆材料强度如表4.3所示表4.3 活塞杆材料强度型号mpampa%35crmo1000850122.直径dd= (4-21)d=0.165m-液压缸的推力;kn ; -材料的许用应力mpa-材料屈服强度;取=800mpa; =200 mp液压缸活塞杆往复运动时的速度比 = (4-22)n

31、-安全系数;4 d-油缸内径; d-活塞杆外径;-回程速度; -工进速度 已知=100 mm/s; =80 mm/s 所以 = 1.25 根据活塞杆直径系列 gb/t2348-1993 之规定取 d=0.18m3.强度校核当只受轴向力推或拉力,可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算: (4-23) =82.86 mpa 危险截面的合成应力: =5.5 mpa mpa4.1.10 主缸的总效率1.机械效率： 由活塞及活塞杆密封处的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在额定压力下通常可取： =0.90.95, 这里取：=0.932.容积效率： 由各密封件的泄露所造成，当活塞密封为弹性材料时；

32、取=0.983.反作用力效率：由排出口背压差所产生的反向作用力。 (4-24) =0.987 mpa -当活塞杆伸出是为进油压力,当活塞杆缩回是为排油压力-当活塞杆伸出时为排油压力,当活塞杆缩回时为进油压力= (4-25) = =0.981 mpa主缸的总效率： = (4-26) =0.930.980.98 =0.893 说明：该系统背压0.4 mpa4.2 顶出液压缸的设计4.2.1 材料顶出缸材料强度如表4.4所示表4.4顶出缸材料强度型号mpa mpa%35crmo1000850124.2.2 顶出缸内径的设计1顶出液压缸内径:d= (4-27)=0.249m根据gb/t2348-199

33、3,取标准值d=250mm2顶出液压缸活塞杆径dd= (4-28)=0.145m根据gb/t2348-1993,取标准值d=80mm3顶出液压缸有效面积:a=d (4-29)=0.00785 m=79 cma=( d-d) (4-30)=(0.10-0.08)=0.0028 m=28 cma=d (4-31)=0.08=0.0050 m=50 cm4顶出液压缸实际顶出力和回程力:r=pa (4-32)=25100.00785=21.4 mpar=60kn5顶出液压缸的工作压力和回程工作压力:pa=25100.00785=196.3knr=60kn6顶出液压缸的工作压力和回程压力:p=25 mp

34、ap= (4-33)=21.4 mpa4.2.3 液压缸的理论作用力f f=45.59kn (4-34)取 =0.6； =0.904.2.4 缸筒壁厚 根据gb/t2348-1993 取 d=40mm 公式: =+关于的值,分别计算;当时,为薄壁缸筒=0.0134m (4-35)=83.3 mp-缸筒材料的许用应力 当0.3时，液压缸的安全系数: n=12 = =0.0156 m取 =0.025 m当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.顶出缸所受载荷如表4.5所示表4.5 缸筒所受载荷材料静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢358124.2.5 缸筒壁厚校核 额定工作压力, 应该低于一

35、个极限值,以保证其安全. mpa (4-36)=0.35=100mpa=外径 d=内径 同时额定工作压力也应该完全塑性变形的发生: (4-37)=60.7672.9 mpa (4-38)=2.3850=2.38500.0888=173.6 mpa-缸筒完全塑性的变形压力, -材料屈服强度mpa4.2.6 缸筒的暴裂压力 (4-39) =204.24 mpa 4.2.7 缸筒底部厚度 缸筒底部为平面时: 0.433 (4-40) 0.433 mm 取 mm4.2.8 缸筒端部法兰厚度h (4-41) =12.72 mm 取 h=15mm -法兰外圆半径; -螺孔直径; 螺栓 m16-24.2.9

36、 缸筒法兰连接螺栓(1)螺栓处的拉应力= mpa (4-42) = =1.4 mpa z-螺栓数8根; k-拧紧螺纹的系数变载荷 取k=4; -螺纹底经, (2)螺纹处的剪应力: =0.475 mpa (4-43) = mpa-屈服极限 -安全系数; 12(3)合成应力: = (4-44) = mpa 4.2.10 顶出缸活塞杆的设计1. 材料顶出缸活塞杆材料强度如表4.6所示表4.6 顶出缸材料强度型号mpa mpa%35crmo1000850122.直径d d= (4-45) d=0.135m (4-46)=200 mpa-液压缸的推力; t; -材料的许用应力; mpa -材料屈服强度

37、mpa取 =800 mpa n-安全系数;液压缸活塞杆往复运动时的速度比 = (4-47) 已知 =100 mm/s; =80 mm/s 所以 = 1.25d-油缸内径; d-活塞杆外径; -回程速度; -工进速度 根据活塞杆直径系列 gb/t2348-1993 之规定 取 d=0.22m 则 =1.24 ;3.强度校核当只受轴向力推或拉力,可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算: (4-48) =82.86 mpa 危险截面的合成应力 :=2.7 mpa mpa4.2.11 顶出缸的总效率1.机械效率 由活塞及活塞杆密封处的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在额定压力下，通常可取：

38、=0.90.95 这里取： =0.932.容积效率 由各密封件的泄露所造成，当活塞密封为弹性材料时： 取：=0.98 3.反作用力效率:由排出口背压差所产生的反向作用力。活塞杆伸出时： = (4-49) =0.983mp活塞杆缩回时：= (4-50) =0.963 mpa -当活塞杆伸出是为进油压力,当活塞杆缩回是为排油压力-当活塞杆伸出时为排油压力,当活塞杆缩回时为进油压力主缸的总效率： = (4-51) =0.930.980.97 =0.884说明：该系统背压0.4 mpa4.3 液压缸运动中的供油量4.3.1 主液压缸的进出油量(1)主液压缸快进的进出油量:q=av (4-52)=0.0

39、380 m0.1m/s60s=3.8160=228l/minq=av (4-53)=0.0659 m0.1m/s60s=6.59160=36l/min(2)主液压缸工作行程的进出油量:q=av (4-54)=0.038m0.01m/s60s=3.80.160=22.8l/minq=av (4-55)=0.00659m0.01m/s60s=6.590.160=3.6l/min(3)主液压缸回程进出油量:q=av (4-56)=0.00659m0.08m/s60s=6.590.0860=28.8l/minq=av (4-57)=0.0380m0.08m/s60s=3.800.0860=182.4l

40、/min4.3.2 顶出液压缸的进出油量(1)顶出液压缸的进出油量:q=av (4-58)=0.00785m0.08m/s60s=0.7850.860=37.68l/minq=av (4-59)=0.0028m0.08m/s60s=0.280.860=13.44l/min（2）顶出液压缸快退行程的进出油量:q=av (4-60)=0.0028m0.12m/s60s=0.281.260=20.16l/minq=av (4-61)=0.00785m0.12m/s60s=0.7851.260=56.52l/min4.4 确定快进供油方式,液压泵的规格,驱动电机功率1液压系统快进:q= av (4-6

41、2)=0.0380m0.1m/s60s =3.8160=228l/min2选定液压系统最高工作压力p=25mpa,主液压缸工作行程,主液压缸的无杆腔进油量为:q=av (4-63)=0.038m0.01m/s60s=3.80.160=22.8l/min主液压缸的有杆腔进油量为:q=av (4-64)=0.00659m0.08m/s60s=6.590.0860=28.8l/min顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为:q=av (4-65)=0.00785m0.08m/s60s=0.7850.860=37.68l/min 设选主液压缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力最高(p=25mpa)工件顶出后不需要高压.主液