液压机本体设计、制造及安装

80MN油压机本体设计及制造技术总结德阳立达机电设备有限公司锻压设备分公司张惠明2010年8月前言80MN油压机是本企业为广汉万鑫电站产品开发有限公司设计和制造的护环压机。该机主要生产电站产品，在任务不饱满时，可兼做50MN自由锻造油压机使用。工作油压分为两级：1.5Mpa和20Mpa,使用31.5Mp油压时，压机公称压力为80MN;使用20Mpa油压时，压机公称压力为50MN。本企业为该设备制造总承包单位，负责压机本体（机械部分）的设计、制造，液压系统和电控系统由马鞍山益仁设备系统工程有限公司承制。目前，80MN油压机已完成设计、制造，正处于安装调试阶段。该设备是本企业到目前为止生产制造的一台最大吨位的油压机。作为80MN油压机的项目负责人，本人抱着真诚的学习愿望，从油压机的原理开始，就80MN油压机本体的设计和制造进行技术总结。目录油压机概论………………11.1油压机的工作原理………….……..11.2油压机的本体结构概述…….………..2TOC\o"1-5"\h\z1.3油压机的基本参数 280MN油压机本体设计….……………..42.1主要技术参数的确定…………..........52.2主要零部件的强度计算 62.2.1缸体的设计及强度计算…….…...6222立柱的设计及强度计算 11立柱螺母的确定……………….12上横梁的设计及强度计算…….1280MN油压机制造过程中的技术要点 134油压机总装技术条件 14油压机的润滑…………..15安装试车的技术要求…………………..16油压机的维护说明…………………..…16结束语…………………..171.油压机概论油压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。油压机被广泛用于机械工业的许多领域，例如在锻压（塑性加工）领域中，油压机被广泛用于自由锻造、模锻、冲压（板料成形）、挤压、剪切、拉拔成形及超塑性成形等许多工艺中；而在机械工业中的其他领域，油压机更被应用于粉末制品、塑料制品、磨料制品、金刚石成形、校正压装、打包、压砖、橡胶注塑成形、海绵钛加工、人造板热压，乃至炸药模压等十分广泛的不同工业领域。1.1油压机的工作原理图1一1液压机工作摞理图-•-「栏杲 .-尢栏毎 、-夫」瀝油压机根据帕斯卡原理制成，其工作原理如图1-1所示。两个充满工作液体的具有柱塞（或活塞）的容腔由管道相连接，当小柱塞1上的作用力为F］时，液体的压力为P=图1一1液压机工作摞理图-•-「栏杲 .-尢栏毎 、-夫」瀝A11工作面积。根据帕斯卡原理：在密闭的容器中，液体压力在各个方向上是相等的，则压力P将传递到容腔的每一点，因此，在大柱塞2上将产生向上的作用力F2，迫使工件3变形，且F=F生 （1-1）2111式中，A2——大柱塞2的工作面积。

1.2油压机的本体结构概述油压机一般由本体（主机）、动力系统及液压系统三部分组成最常见的油压机本体结构是三梁四柱上传动式。现以锻造油2址?■艮乎愕町半血＞t=-1#-Z*= -it*成玉Mb8-rfftlJ二临叵岸-上T 压机为例，其结构简图如图1-2所示。上横梁1、下横梁（底座）4、四根立柱32址?■艮乎愕町半血＞t=-1#-Z*= -it*成玉Mb8-rfftlJ二临叵岸-上T （上砧），而下模（下砧）则固定于下横梁的工作台上。当高压液体进入工作缸后，在柱塞上将产生很大的压力，推动柱塞、活动横梁及上模向下运动，使工件5在上、下模之间产生塑性变形。提升缸7固定在上横梁上，其中有提升柱塞2，它与活动横梁相连接。回程时，工作缸通低压，高压液体进入提升缸7，推动提升缸柱塞2向上运动，提升活动横梁回到原始位置，完成一个工作循环。1.3油压机的基本参数基本参数是油压机的基本技术数据，是根据油压机的工艺用途及结构类型来确定的，它反映了油压机的工作能力及特点，也基本上定下了油压机的轮廓尺寸及本体总重。1、公称压力（公称吨位）及其分级公称压力是指油压机名义上能产生的最大力量，在数值上等于工作液体压力和工作柱塞总工作面积的乘积（取整数），它反映了油压机的主要工作能力。为了充分利用设备，节约高压液体并满足工艺要求，一般大中型油压机将公称压力分为两级或三级。泵直接传动的油压机不需要从机构上进行压力分级。2、 最大净空距（开口高度）H最大净空距H是指活动横梁停在上限位置时，从工作台上表面到活动横梁下表面的距离。最大净空距反映了油压机在高度方向上工作空间的大小，它应根据模具（工具）及相应垫板的高度、工作行程大小以及放人坯料、取出工件所需空间大小等工艺因素来确定。最大净空距对油压机的总高、立柱长度、油压机本体稳定性以及安装厂房高度等都有很大影响。因此既要尽可能满足工艺要求，又要尽量减少压机的高度，以降低其造价。3、 最大行程s最大行程s指活动横梁位于上限位置时，活动横梁的立柱导套下平面到立柱限程套上平面的距离，即活动横梁能够移动的最大距离。4、 工作台尺寸（长X宽）工作台一般安装在底座上，其上安放模具或工具，工作台尺寸是指工作台面上可以利用的有效尺寸。大中型锻造或厚板冲压油压机，往往还设置移动工作台。移动工作台的行程则与更换模具及工艺操作方式有关。5、回程力计算回程所需的力量时，要考虑活动部分的重量、回程时工艺上所需的力量（如拔模力、提升工具等）、工作缸排液阻力、各缸密封处的摩擦力以及活动横梁导向处的摩擦力等。6、允许最大偏心距在油压机上进行的许多工艺操作中，往往要承受偏心载荷。偏心载荷在油压机的宽边与窄边都会发生。允许最大偏心距是指工件变形阻力接近公称压力时所能允许的最大偏心值。以上所述为三梁四柱式油压机最常见的基本参数，对于各种不同工艺用途及不同结构型式的油压机，均另有各自不同的参数。2.80MN油压机本体设计油压机本体一般由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置组成。油压机本体结构的设计应考虑以下三个基本原则：（1）尽可能地满足工艺要求，便于操作；（2） 具有合理的强度、刚度及运动部分的导向精度，使用可靠，不易损坏；（3） 具有很好的经济性，重量轻、制造维修方便。油压机设计也和其他任何机械设计一样，是由加工对象——工件的工艺要求决定的。因此整个设计过程首先应该详细分析压制工件对各执行机构的动作（包括压力、速度、相对位置关系和运动精度），工作空间和装卸料要求等。并根据加工的实际条件，参考油压机设计的一些典型结构和对收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，然后对主要零部件提出具体的要求进行详细核算，在此基础上绘制全部工程图和编制制造验收技术条件等全部技术文件。至此，设计阶段基本上完成。但设计是否正确，必须通过实践来检验，即通过试制和工艺试验发现和解决问题，使设计符合预期的全部要求。2.1主要技术参数的确定确定油压机主要技术规格是设计工作中最重要的步骤之一。它直接关系到所设计的机器是否能满足零件压制的质量和生产率要求，同时它也是设计各零件的依据，对零部件的尺寸要求、加工设备的能力和整机成本有极大的影响。因此，必须仔细分析机器所加工工件的工艺动作程序；仔细分析所使用的模具尺寸和安装要求；仔细分析各工艺动作要求的压力、速度、相对位置关系，工作行程和行程停止点的位置精度要求。在确定主要技术规格时，我们还应该深入地调查研究同类型设备的机构、主要技术规格、操作性能等有关资料，并应充分重视用户单位提出的要求和改进意见°80MN油压机主要参数如下表-所示。表一80MN油压机主要技术参数1公称压力80MN（8000吨）2压机型式四立柱上传动3传动型式油泵直传4压力分级80MN（压护环）、50MN（自由锻）5工作介质抗磨液压油6介质压力31.5Mpa、20MPa7最大净空距2700mm8立柱中心距2800x3780mm9工作台移动力拉125吨，推226吨10活动横梁最大行程1700mm11活动横梁速度空降：150mm/s；加压：10-20mm/s；回程：150mm/s12最大允许偏心距50mm13工作台行程左：3500mm右：3500mm14工作台尺寸2500X4820mm15工作台移动速度150-200mm/s16外形尺寸地面上高度11000mm、地下深度3590mm2.2主要零部件的强度计算首先根据用户要求的公称压力及压力分级情况计算工作柱塞的直径，进而算出液压缸内外直径、缸壁厚度及缸底厚度等，并根据工作行程及计算后的上横梁厚度等算出液压缸及柱塞长度。根据立柱材料许用应力及油压机公称压力初步定出立柱直径，根据上中下三梁厚度及压机最大净空距定出立柱长度，三梁厚度根据受力情况计算算出。2.2.1缸体的设计及强度计算液压缸部件的作用在于把液体压力转换成机械功。高压液体进入缸内后，作用于活塞（柱塞）上，经过活动横梁将力传到工件上，使工件产生塑性变形。它是油压机的主要部件之一。本公司制造的80MN油压机，用户要求油压分为31.5MPa和20MPa两级，最大压力P=80000T=78400000N。液压缸采用柱塞式，结构简单，制造容易。由于只能单向作用，反向运动需要设计回程缸来实现。柱塞与活动横梁的连接采用球面支承，改善了柱塞导套及密封的磨损情况。1)工作液体(抗磨液压油)工作压力确定为P=315bar，则柱塞直径D为：D=：°.4P=-'0.4x78400000=178cm=1780mm (2-1)Tip 3.14x315所得D值圆整后按表二选取相近的标准直径，得Dt=1800mm=180cm。表二柱塞标准直径(单位mm)(JB2001-76)柱塞标准直径mm404550556065707580859095100110120125130140150160180200220250260280300320360380400420450500520560580630650710730820900920100011001200128014201500160018002000这样液压缸实际能产生的最大总压力F为：HF二10TD：p(N)=2.5tD2〃(N) (2-2)H4 t=2.5X3.14X1802X315(N)=80117100N=8012吨(用户认可)液压缸内径D为：内D=D+At (2-3)内 t=1800mm+10mm=1810mm(at取10mm)式中：At——缸内壁与柱塞间在直径上的间隙值，一般取10〜15mm。液压缸外径D为：外D>1.3D=1810mmX1.3=253mm (2-4)外内最终取D=1810mm,D=2450mm；内外缸壁厚度S为：

2-5）S=（D-D）2-5）外内=（2450mm-1810mm）/2=320mm缸体厚度T为：T=（1.5〜2）S （2-6）=（1.5〜2）X320mm=480〜640mm最终取T=640mm;；从缸体到缸壁的过渡区会产生弯曲应力并有应力集中，此处圆弧半径r太小是缸底破裂的主要原因，一般不应小于1/8D。1内R>1/8D=1810mm/8=226.25mm （2-7）1内最终取R1=250mm；法兰与缸壁的过渡圆弧半径R为：R=（0.2〜0.3）S （2-8）=（0.2〜0.3）X320mm=（64〜96）mm最终取R=70mm。通过计算得缸体如图2-1所示。2）核算a、筒壁部分强度：最大应力点在缸筒内壁，当量应力b为:最大应力点在缸筒内壁，当量应力max再r2 v'3x12252b=「—p= 315MPamax r2-r2 12252-9052211?-2-9）=120MPa

1?-2-9）此液压缸采用35钢，其材料力学性能&>275MPa，安全系数sn=兰=2.3（安全）s120b、缸底部分强度：缸底进油孔直径为Q200mm,贝U缸底因开孔而引入的削弱系数申为:1810一2x2001810一2x2002-10）单=——1 k2r1最大应力&为：g二0.75比=0.75x31.5%905=60.6MPa （2-11）pT2 0.779x6402GLl二275二86MPa （2-12）n3.2s结论：g<la],安全。c、法兰部分强度图2-1中有关尺寸为：r1=90.5cm（筒部）r2=122.5cm（筒部） h=62cmr3=93cm（下端）r4=124cm（下端） t=64cmr5=148cm贝B二i1 （1一卩2） in2 （2-13）4（r+r） （r一r）r21211二: 6（1-0.32） ln122.5t（122.5+90.5）（122.5-90.5）口90.5=0.124cm-1式中：卩——和梁的弯曲刚度和基础系数k有关的系数;卩 材料的泊松比。式中：Rr=1(r+r)=!(90.5+122.5)=106.5cm62 12 2r=1(r+r+R)=丄(148+124+70)=171cm72542法兰处过渡圆弧半径。平均半径r6圆周的单位长度上的轴向力FN为：6NFN=FH-2兀r680120=119kN/cm2nX106.5法兰部分弯矩M为：M=F(r一r)N7 6ph 1一卩2h r51+ - -(云)31n-2 2pr 6 r16(2-14(2-15(2-16)(2-17)式中：6=124-93=31cm；ph=0.124X62=3844；T2 • ，1—1—u22pr62X。仇严4；(A)3=(62)3=8；6 31ln==lnlfl=0.49。r90.51代入公式(2-17得弯矩M=119.73X(171一106.5) =1550kN.cm；1+3.844+0.034X8X0.49法兰外表面总的轴向拉应力oz为：(2-18)130MPaOZ=104[6M+ 仃](2-18)130MPa62兀(r2—r2)216X1550X103[ 80120X103=104[ 31 兀(122.52—90.52)]安全系数275130=2.12结论：n>2,安全。S2.2.2立柱的设计及强度计算1、四柱式机架是一个高次超静定的空间框架计算时，需采取一些简化假设：a、 将空间框架简化为平面框架；b、 立柱与上、下横梁为刚性连接;c、不考虑安装应力及温度应力;公称压力P=8012T=78517600N,在公称压力P中心载荷作用下每根立柱所受拉应力b］为：立Pb］二 二P/（兀xD2）（D为立柱直径）立4xtD2 立 立4立所以得出78517600N78517600N'立* 立2-19）式中：［式中：［b］许用应力。对45号钢在（450〜550）X105Pa=（450〜550）X105N/m2=（450〜550）X10-1N/mm2时，所算得的立柱直径D=365mm。立2、强度校核中心载荷时的应力。为：P 80000xP 80000x10MPab=—H=4A 4xtx312=66MPa，2-20）进行一般计算时，假设油压机只受中心载荷，则许用应力［］取70〜80MPa。结论：。＜［。］,安全。2.2.3立柱螺母的确定80MN油压机立柱螺母为圆柱形，采用对开式，便于安装。材料选用35号锻钢，45°锯齿形螺纹（注:大于5000kN的油压机选用45°锯齿形螺纹，其颁布标准为JB2076-75）。螺母高度一般取h~l〜1.5d°,外径取D~1〜18d°（d0——螺纹直径）。根据立柱的大小确定设备螺母d0=650mm,h=650mm,D=980mm。2.2.4上横梁的设计及强度计算80MN压机的上横梁设计成上、下封闭的箱形结构件。在安装缸、柱塞及立柱处设计为圆筒形,并用筋板与上横梁面板相连。在承载较大处，筋板布置较密，以提高横梁刚度,降低局部应力。现对上横梁进行粗略计算,将上横梁视为受两个集中力的两端支承的简支梁，受力分析如图2-2所示。图中：F——油压机的公称压力或中间缸的公称压力，F=8X107N；D——缸的环形接触面平均直径，D=2400mm；b——油压机宽边立柱中心距，b=1890mm。

根据受力分析可知上横梁的最大弯矩M为:max2-21)M2-21)max=8X107(1890—2400)=4.5X1010N•mm2 兀将上横梁简化为一工字梁如图2-3所示。^W_BH3—bh36H^W_BH3—bh36H(2-22)3500mm1一2-23)=3500X24503—3060X205036X2450=1.71X109mm3上横梁的最大弯曲应力。为：M——maxW=4.5X1010=26.5MPa1.71X109对于铸钢ZG270〜500的许用应力［。］W60〜70MPa。结论：。＜［。］,安全。活动横梁和下横梁的设计、计算同上横梁计算，略。通过计算，确定该油压机的方案图，再细化，最终绘制出生产图3.80MN油压机制造过程中的技术要点80MN油压机制造方面要求十分严格,不管是外协件还是自行生产的零件，都要严把质量关，质检部需严格按照图纸要求进行检查，特别是关键地方。为了降低成本,主缸、主缸柱塞、提升缸及平衡缸都采用焊接的办法生产。受生产设备的限制,主工作缸的生产采用三段焊（窄间隙自动埋弧焊）和焊接区超声波探伤的办法。考虑到工作时的受力情况，所有缸和柱塞都要进行严格的超声波探伤。铸钢件采用铸造工艺，需严格控制铸造缺陷（特别是三大梁），立柱上的螺纹与立柱螺母的螺纹要求同一机床加工，以保证严密的贴合面，达到工作时的受力要求。对各种受力部件受力部位圆弧的大小和圆弧面粗糙度都要严格按要求生产（如工作缸的缸底圆弧和法兰处圆弧。立柱上的螺纹与光滑部分的过渡圆弧等）。底座部件中铸铁滑板的平直度按图纸严格要求，以保证分散的滑板装配在一起时使整个滑动面达到所要求的平面度。以上的各个重要零部件质量得到保证后，设备的整体质量才有了良好的基础。油压机总装技术条件1）安装的准备工作油压机的安装工作必须严格遵守油压机各个部件的技术条件及规程，安装时参看油压机总图。安装工作须安排有实际经验，且熟悉安装规程的人员来安装。因此在安装前，先要对安装人员进行有关机器性能、结构作用、技术条件、安装规程等方面的学习指导。不熟悉该油压机性能的人，不允许进行安装工作，否则将引起不良后果。在安装前地基的准备工作应完全结束（如：验收、清理及必要的测定等），并测出油压机地基的坐标中心线，以及修平安放底座的地基表面。为了大型机器的安装，必须有足够大的起重机和千斤顶。为了便于安装时各部份位置的相互调节，有关地脚螺钉不要基础施工时一次浇死，应等设备就位调正后，二次浇灌。安装前必须将零件或部件上的防锈油漆清除，另外对加工部件必须用煤油进行彻底的洗涤。2）安装时技术条件立柱之不垂直度每公尺不得大于0.1mm。立柱螺帽端面与横梁的接触面，只允许0.05mm的塞尺塞入，塞入部分累计长度不得大于1/4圆周长度。活动横梁对上横梁之平行公差，每公尺不得超过0.1mm，且上升和下降时不应有卡阻或不均匀现象出现。上横梁下平面的水平偏差不大于0.1mm/m。活动横梁可卸衬套与立柱的间隙要在立柱对角线上测量，内侧1.4mm，外侧0.4mm。活动横梁在其上部极限位置时必须触到螺母，而在下部极限位置须与4个立柱的限程套相接触。工作缸、提升缸的柱塞垂直偏差每一公尺不得超过0.15mm。检查法兰盘螺钉的情况，各个螺钉应保持均匀拉紧。油压机的润滑油压机的工作缸柱塞、立柱、底座等应保证良好的润滑情况，工作缸柱塞和立柱每班一次人工润滑，底座工作台与滑板集中润滑，否则禁止开动压机。油压机长期停车前