YA32-500E液压机本体及液压系统设计

图书分类号：密级：毕业设计(论文)YA32-500E液压机本体及液压系统设计YA32-500EHYDRAULICPRESSMAINBODYANDHYDRAULICSYSTERMDESIGN学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月摘要在对液压机的研究现状的分析过程之后，制定了本课题的主要的设计内容。确定了液压机的基本参数之后，采用了传统的方法对YA32—500E液压机的机身结构进行简单的设计、计算、强度校核，采用了AutoCAD设计软件对上、下横梁、活动横梁、顶出缸、立柱、总装图等进行工程绘图过程，还对顶出缸的主要零件进行了绘制；然后通过参考了一些公司所生产的四柱式液压机液压系统以及查阅了许多相关液压系统设计的资料之后，确定了液压系统的总体的设计方案，绘制液压系统的原理图，编写液压系统工作说明书，并对其进行了完整的可行性分析，最后对设计进行系统分析，得出整个设计切实可行。关键词液压机；液压系统；油箱AbstractThemaindesignofthistopicisformulatedaftertheanalysisofthecurrentresearchonhydraulicmachine.Afterdeterminingthebasicparametersofthehydraulicpress,wechoosethetraditionalmethodtoresearchthestructureofthehydraulicmachine,includingthedesign,calculationandthestrengthchecking.Theengineeringdrawingprocessoftheupperandlowercrossbeams,beam,ejectioncylinder,columnwascompletedontheAutoCADdesignsoftware.Besides,wealsodrawtmainpartsofthecylinder;andinreferencetothefour-columnhydraulicmachinehydraulicsystemofsomecompanyandconsultingalotabouthydraulicsystemdesigndata.Thedesignschemeofhydraulicsystemweredetermined.BydrawingtheSchematicdiagramofthehydraulicsystem,writinghydraulicsystemmanual,andanalyzingitscompletefeasibility,finally,wemakesurethatthewholedesignisfeasible.KeywordsHydraulicpress;Hydraulicsystem;Tank目录摘要 IAbstract II1绪论 11.1本次设计内容及工作量 11.2选题背景及其意义 11.3液压机的工作原理及主要技术参数 11.4液压机的发展 42YA32-500E液压机本体结构及设计计算 62.1YA32—500E液压机用途和特点 62.2YA32-500E液压机的主要技术规格 62.3YA32—500E液压机结构概述 72.4液压缸的设计、计算及校核 82.5立柱的设计、计算及校核 132.5.1立柱结构的简介 132.5.1立柱的计算及校核 142.6横梁的设计、计算及校核 172.6.1上横梁的设计与校核 172.6.2活动横梁的计算与校核 212.6.3下横梁的计算与校核 222.7机身的紧固 243YA32—500E液压机液压系统的设计 263.1工况分析 263.1.1确定执行机构 263.1.2运动负载分析 263.2拟定YA32-500E的液压系统的原理图 273.2.1液压基本回路的选择 273.2.2绘制液压系统原理图 283.3YA32-500E液压系统的工作原理分析 294YA32-500E液压机的油箱设计 344.1结构简介 344.2结构设计 354.3减少油箱噪音 35结论 36致谢 37参考文献 381绪论1.1本次设计内容及工作量1.合理地设计液压机的结构；A0-12.完成液压机的结构设计及总图和零件图；A0-1，A1-2，A2-53.机身的结构的强度校核；4.完成液压系统的设计以及计算。A1-15.完成1.5万字的毕业论文以及5000字的译文。1.2选题背景及其意义经过为期一个多月的假期的实习，我能够深刻地体会到全球性的金融危机对全球的经济所造成的影响是多么的深，我国的经济也在持续的几年的低速度增长之后出现了严重的大幅度地下滑的不良状况。近几年来我国各个行业仍然受金融危机的影响严重，表现出经济发展的停滞甚至出现倒退。作为一个21新世纪机械专业的也是即将踏入社会就业的毕业班学生，把握最新的机械行业的发展状况对我们未来的就业具有重要的意义。根据相关的资料记录液压技术的发展已经是有几百年的历史，但是事实上将液压的技术融入到机械中即液压技术的机械化的发展历史其实并非长久。目前液压机的发展已有相当好的成就，拥有许多机械式的传动所不能够达到的技术优点。一般选择液压传动最主要的原因就是液压系统在工作过程中的状态稳定，并且拥有不熟的灵敏度，一旦机器出现了故障，可以及时的发现和解决。其次，因为液压机执行的是通过液体流量产生的压力推动后的运动，所以可以轻易的完成机器的大范围性的速度变换(即无极调速)。而且随着液压技术的不断完善，液压元件也已经开始实现了标准化，方便了液压机的批量性生产。但是相比与传统的机械式传动，液压机在包含上面所讲到的优点外，不可避免的存在它自身的问题。一方面，想要保证良好的液压传动，液压缸、活塞杆等元件的加工制造精度必须需要比较高的等级;另一方面，大部分的液压机都是通过油液进行传动，难免会出现油液泄漏的情况，不但造成了浪费，而且还污染了环境，有违21世纪可持续发展的宗旨。总之，液压机在表现出他优点的同时，不可避免的会出现不足之处。本文对YA32-500E四柱液压机进行设计计算，就是未来不断完善液压机的结构以及探讨如何减少液压传动的不足。1.3液压机的工作原理及主要技术参数(一)液压机的工作原理在一个封闭了的容器里的液体，只要液体所处的原静止状态能够维持不变，那么一旦对液体所施加的压力发生了变化，液体内部的任何一处的压力都会发生同样大小的变化，这就是帕斯卡原理，简单地说就是液体内的压力由外负载决定。而液压机系统的工作主要就是利用帕斯卡原理，它是一种利用这种等值变化来传递压力能的机器。液压机主要构成部分包括主机、操纵系统以及液压泵站。液压泵站是液压机保持正常工作的所有动力的来源，它可以提高给液压机本体中的每一个执行机构以及液压机操作系统中的控制机构所需要的高压液体。液压机的本体是其最主要的部分，常见的液压机本体的结构有三梁四柱式、整体框架式、单臂式、双柱下拉式等。下面通过实例简单说明其工作原理。如图1-1所示是一个三梁四柱式的液压机本体结构，三个横梁和四个立柱通过十六个内外螺母的固定连接形成了一个空间的固定框架，工作过程中它将承受所有的应力载荷。上下横梁是固定住的，液压机主缸一般是与上横梁通过焊接固定在一起的。活动横梁则通过主缸中的工作柱塞与上横梁连接起来，并以四根竖直的立柱作为移动导向进行上下的往复式的运动。活动横梁和下横梁之间设有一组砧，上砧一般固定在活动横梁的下面，下砧则固定在下横梁的上面。这样液压机本机中的各个机构就形成了各自之间的连接。工作原理如下：将加工工件放置于上、下砧之间，液压泵站将高压液体通入主机，进入工作缸。高压液体使得工作柱塞向下运动，进一步推动活动横梁向下运动，从而利用上、下砧对工件施以高压，迫使工件发生弯曲变形。完成后，高压液体则通过横梁两侧的回程缸返回，带动活动横梁向上运动，此时，工作缸应通低压，最终完成工作过程。图1-1四柱液压机（二）液压机的主要技术参数不同种类的液压机都拥有各自的基本参数，这些基本的技术参数是由液压机自身的结构以及在工艺方面所产生的不同作用来决定的。一般来说，基本参数一旦确定，液压机基本的大小尺寸以及重量都会随之确定，它也可以表现液压机的特点和工作性能。以本次设计的YA32-500E为例简述液压机的主要技术参数：①公称压力（公称吨位）一般都是液压机的主要参数，它可以体现液压机的工作能力。值得注意的是，公称压力仅仅是液压机名义上的最大工作压力，一般实际的最大工作压力都要稍大于公称压力，我们在下面进行设计校核是应当尽量选择实际最大压力，以保证液压机结构的安全。②开口高度H当活动横梁运动到最上方的位置时，活动横梁的下表面与工作台的上表面之间的距离就是液压机的开口高度。不同的是，单臂式液压机的开口高度H是从它的工作台上表面到压头的下表面之间的距离。图1-2液压机简图③最大行程S液压机的最大行程S是指其在工作过程中，活动横梁所能够在垂直方向上移动的最大距离。一般来说，加工不同工件时工件所需要的最大工作行程都不太一样，最大行程S也会随之改变。最大行程的大小也能够体现主缸以及液压缸的大小。④工作台尺寸（长×宽）工作台在一般情况下是与下横梁连接在一起的，在工作台上装有固定工件的模具，所装模具的大小决定了工作台的尺寸。工作台尺寸指工作台在液压机工作过程中所能利用到的有效尺寸⑤回程力回程力指液压缸能够完成快速返回到最上方时所需要的总力，计算回程力大小的过程中应当考虑液压缸本身的重力、移动摩擦力等因素。⑥活动横梁的运动速度活动横梁运动速度可分为空载状态下的运动速度、顶出时的运动速度以及回程过程中的运动速度。一般情况下，空载运动速度最大，这样做是为了提高机器的生产效率，但设计是仍得考虑到速度变换时能量转变会导致液压机的振动，所以应当控制空载的最大速度。1.4液压机的发展（一）液压机的发展概括液压传动是一种通过液体的持续流动从而产生压强进行工作的传动的方式，相对于发展的历史比较久远的机械式传动，液压传动的发展历史还是比较晚的，大约也只是有二三百年。历史上第一台水压机（以乳化液作为工作传递介质的液压机）的创造发生于18世纪末期，这也标志这液压的传动技术的发展历史的开端。那时候液压机的工作介质大都还是水这一类的乳化液，一直到20世纪初的时候，人们才将工作介质改用为液压油，这一改变完善了液压机的性能，对液压机在工业上的发展具有重要意义。19世纪末期到20世纪初期，液压元件的发展已经到达一定的水平，这也表示液压技术也逐渐地步入正规的工业生产的历史舞台。第一次世界大战（1914--1918）后液压传动的技术得到了广泛的使用，其中最具代表性的就是1925年的压力平衡式的叶片泵的诞生，为近代液压传动的进一步地发展和液压工业的逐步形成建立了良好的基础。第二次世界大战对液压机的发展同样也意义非凡，一是在二战期间各国之间持续的火拼造成对装备武器的需求量增大，而这些武器要求的高的灵敏度、精确度以及超大的功率，所有的这些液压机均可满足，这让全世界认识到了液压技术运动的重要性。第二点是第二次世界给液压机带来的后续影响，包括农业、工业、制造也等的不同行业都加大了液压机的使用程度。20世纪60年之后，伴随着高新电子技术、自动化的控制技术以及各类新能源、新工艺的发展与运用，液压技术也得到了很大发展，各不同的领域之中都发挥极大的作用。特别是在机械制造行业当中，像农业机械当中的拖拉机、工程机械当中的推土机以及建筑机械中的平地机等等，液压机的快速发展推动了得国民经济的高涨。我国的液压技术的发展历史相对比较晚，大约是从新中国建立后才开始逐渐发展起来的。我国液压技术发展初期发展缓慢，由于技术原因，并没有设置专门的液压元件制造厂，只能够通过从国外引进一些液压元件。通过对外国液压元件的不断研究琢磨，掌握了液压生产技术之后再化为己有，发展到现在，不但设定了液压元件的不同系列，而且在其性能方面也有一定的提高。尽管如此，我们必须知彼知己，看清全球液压技术的发展趋势，也要承认自身与发达国家之间液压技术的差距。目前我国的液压行业的发展主要存在一下两大问题。第一，对于已经建立好了的元件体系，在结构的种类方面比较短缺，不足够满足市场的需求。第二类问题就是在那些已经创立的元件当中的部分结构，由于在性能发面并不能适应市场，导致了产品的过剩状态，这就要求我们及时做出调整。这两个大问题看上去是矛盾的，但相信我们能在最短的时间内解决，坚持在液压行业的改革创新，不断开发出属于我国自己的优质产品。（二）液压技术的发展趋势液压技术的发展给我们带来了巨大财富，要跟上时代的步伐，液压技术的不断探索是现代化传动与控制发展不可或缺的一部分，每个国家都非常地看重液压工业的进一步发展发展。液压传动产品的发展对国防建设与国名经济有着很大影响，只有不断发展液压技术，提高国防产品以及机电产品的功能多样性，才能保证完成重大工程项目与重大技术装备。最近几年，国内外通过持续地创新、坚持改善液压元件和液压系统的性能，不断融入现代化的高新技术，跟上了时代需求的脚步，现在归纳液压机总体的发展趋势主要有一下几点：（1）、降低液压机的功率损失，将能量的利用率最大化。（2）、做好污染控制。（3）、机电一体化。（4）、争取做到零泄漏，解决环境污染的问题。（5）、消除工作故障的因素，继续保证液压系统的性能稳定性。（6）、做到液压元件的集成化，实现单功能元件向多功能的转变。 2YA32-500E液压机本体结构及设计计算2.1YA32—500E液压机用途和特点YA32系列的中小型的三梁四柱液压机是目前运用最为普遍的液压机之一，它的结构相对简单，制造或维修过程也比较方便进行。机器还具有高度的灵敏性，主要应用于一些具有一定塑性的材料的压制成型工艺，例如摩托车轮胎的成型工作等。本系列的机型一般采用正拉伸的工艺，液压机的系统则选用大流量的插装阀的系统，表现了液压控制的未来发展趋势。具备点动、半自动的操作功能，能够实现自动预料。各运动部件的压力、行程以及速度在一定的范围内可独立调节，满足了金属制品成型件的需求。本次设计的YA32-500E的液压机的主要特点如下:①具有较大的工作压力。液压机属于静压工作设备，可以采取几个工作缸一起运动的方式，对提供动力的部件一一进行安排布置，液体压力可根据柱塞面积变得很大，这样液压机的压制力会比较大，此动力远远大于机械传动所能提供的动力。②机器的工作行程大。液压机可以在需要的位置发出最大压力，而且还可以随时停止、返回。在加工一些尺寸比较大的零件的时候，这样就很方便，还有比如像深拉伸等一些工艺也是很有利的。③工作空间大、效率高。液压机本体结构比较简单，而且工作缸没有空间限制，可以根据需要进行工作，同时液压机的高灵敏度可以很大程度上的提高其工作效率。④压力、速度调节方便。系统中装有各种各样的压力控制阀，为了限制压力，可以根据需要调节它们，以获得合理的压力范围，从而避免设备过载损坏。⑤随着科技的发展，液压技术也不断的进步，如今本次设计的液压机也只需要一套生产模具，大大地减速了模具使用方面的费用。2.2YA32-500E液压机的主要技术规格表2-1主要技术规格表序号项目单位规格1公称力KN50002拉伸力KN30003回程力KN10004顶出力KN6305顶出回程力KN3006拉伸时压边力KN12507液体最大工作压力MPa328滑块最大行程mm9009顶出活塞最大行程mm35010滑块到工作台面的最大距离mm150011活塞到工作台面最大距离mm41012mm/s100mm/s10mm/s8013顶出过程mm/s80退回过程mm/s24014工作台有效尺寸mm140015立柱中心距尺寸mm140016工作台距地面高mm151017mm2170mm2000mm620019KW602.3YA32—500E液压机结构概述在对液压机结构进行设计的时候，设计者一般从以下几点对其进行规范：(1)将工艺要求视为第一前提，在此基础上尽量简化操作过程；(2)各部分必须达到一定的强度、刚度以及可靠性,不会轻易地被破坏；(3)经济实惠,质量较轻,考虑后期的检测维修工作。本机器主要由三大部分组成，第一部分是主机，也是本次设计的主要部分；第二部分是液压泵站，主要提供给机器可以运动的工作油；第三部分是控制站，通常使用PLC控制，是整个机器有序地完成各个动作。下面简单说明各个部分的组成和作用:(1)机身机身由三个横梁、四个立柱、调整螺母以及锁紧螺母等组成一个空间的框架，上横梁上面的调整螺母可以准确的控制机器的精度，在机器工作之前机身还必须要用锁紧螺母进行紧固，避免工作过程中出现大幅度地振动。(2)主缸液压机的主缸也就是它的工作缸，是液压机设计中最为重要的部件之一，主缸设计的好坏也会直接影响到整体机器的性能。本次设计的主缸选用活塞缸，主缸体安装在上横梁内,所以说缸体是不动的，当高压液体进入时主缸通过活塞将压力传递下去。(3)顶出缸顶出缸的结构和主缸基本上是一样的，通过锁紧螺母的固定，将其装于工作台中心孔内。(4)液压系统的控制装置液压系统的控制过程实际上就是先由电动机产生动力，再经过液压泵将机械能转化为压力能，最终推动油液前行完成整体动作的过程，具体控制方法分以下几部分说明：①供油方式：通过分析不同类别的液压机系统可知，液压系统在工作过程中存在速度的大小以及方向的转变，此时液压机所需的流量也会随之改变。所以为了提高液压系统的效率以及节约能源，本次设计将选择两个不同型号的变量油泵，具体参照第三章。②调速回路：为了满足不同工艺过程情况下的速度需求，我们需要选择适当的调速回路，通过安装不同的调速阀来调节慢速时速度，改善液压回路的性能。③速度换接回路：通过分析液压原理可知，液压系统在进给运动中的存在高速度和低速度两种状态，这就会存在速度的转换，现根据工作要求，先选用三位四通的M型的电液换向阀来完成换向。④安全装置：为了保正整个系统的各个部分的安全，需要对各处的压力进行一定的限制，一般用溢流阀作为安全阀。⑤泄压装置：在回路中增设了一个二位二通的电磁换向阀，来帮助液压系统顺利的完成液压油的供给和回程。⑥冷却装置：一般在回油路上都设有冷水装置以及液控单向阀。冷水装置可以及时的减低回油液的温度，而液控单向阀则避免了回油路中产生负压是油液倒流的状况。⑦感应装置：液压机是通过压力来传递能量的，感应装置自然也是一种压力感应器。系统通过在不同的位置设定压力变，来控制整个系统以完成系统的恒压。⑧充液阀：充液阀一般固定在工作缸的上部，在工作滑块向下滑动的时候，而此时液压泵提供的压力不够时，在工作缸内就将会形成负压，将充液阀打开，向主缸内充油；液压油充液阀再次打开，将主缸里面上部分的油液排出到充液筒当中。充液筒上装有泄载阀，起到预泄压作用，排除了主缸在泄压的过程中发生震动或冲击的可能性。2.4液压缸的设计、计算及校核。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4YA32-500E液压机的油箱设计4.1结构简介长久以来，最常见的液压油箱的结构型式，一般都是先利用矩形板折边压形成四棱柱，再把四棱柱的两侧用封板堵住所形成的。而上面的封板以及中间的隔板经冲压成形，油箱体是通过四次压圆角以及接头的外焊接而形成的。而这种液压油箱的结构存在很多的不足之出，主要有：一、不同型号的液压油箱需要特定的压型模具，而压型模具的成本高且利用率低；二、由于每次供货钢板的不同，冲压成型的反弹量也有所区别，造成箱体内部的配合不良；三、箱体钢板在下料过程中对精度的要求相对较高。以上的这些缺点说明了此类液压油箱的工艺性能较差，也预示着它逐渐地被市场所淘汰。如图4.1所示，这是近几年被使用最多的液压油箱的结构。这类液压油箱完全不用压形模，而是通过折边机折边成形。油箱的底面与端部，以及箱底面和侧面分别折成Ｕ形的断面；再焊好加油口和中间隔板等附件后，扣合拼焊而成。而这种结构的液压油箱具有以下的优点：一、下料精度要求不高；二、折边部位可任意地调整，适用于多品种的小批量生产；三、机械性能的适应力较好；四、不需要模具，大大地缩短了生产周期以及降低了消费等等。这种结构的液压油箱，逐渐得到了各个企业的信赖，近几年在不同的机械行业都有相当好的运用。图4-1油箱的结构

4.2结构设计通过了解可知YA32-500E液压机的油箱是单件的生产，因此将通过拼焊的方法焊接而成。在进行油箱的结构设计时,油箱的刚度是我们要考虑的第一条件,然后在考虑便于换油和清洗油箱以及安装和拆卸油泵的装置。从经济方面考虑，油箱的结构应该尽量选择简单,以便于密封和降低造价。（1）油箱体油箱体采用A3钢板焊接而成,一般取钢板的厚度为3～6mm，箱体大的情况下取大值，本次液压机的油箱板厚度为4mm。在油箱的侧面上安装有油位指示器，可以清楚的看清油箱内油量。在油箱与隔板垂直的一个璧山一般开有清洗孔，以便于油箱的清洗。（2）油箱底部油箱底部的结构一般选择倾斜的方式，通过焊接将底部与壁板连接起来。油箱底部的最低处设有一个排油口，通过倾斜作用排油较为方便。（3）油箱隔板油箱隔板的主要作用是将吸油区与压油区分开，从而方便回油过程中杂质的沉淀。隔板的安装方式主要有两种：一、回油区的油液按一定方向流动，在便于回油过程中杂质去除的同时，也起到了散热的作用；二、回油经过隔板上方溢流至吸油区，或经过金属网进入吸油区，更有利于杂质和气泡的分离。本次设计的液压油箱的设计采用隔板的方式，主要是为了将沉淀的杂质分开。隔板的位置在油箱的中间，将吸油区和回油区分开，隔板的高度，为最低油面的1/2。隔板的厚度等于油箱侧壁厚度。（4）油箱盖一般油箱盖的材料会选用铸铁或钢板这两种，本次设计选用钢板，在油箱盖上面钻几个小孔：通大气孔、回油管孔以及安装液压集成装置所需的安装孔。4.3减少油箱噪音在实习阶段，因为是在车间现场实习的原因，我很能体会到噪音问题的危害。它不仅会影响现场工人之间的配合工作，更会对工人的身心健康造成影响，长时间的工作危害听力。现代化的机械装备都会或多或少的存在噪音问题，解决噪音问题是提高整体液压机性能的关键。在进行液压油箱的设计时，要做到一下几点：在放置油箱盖时，增设一个橡皮垫以防振动时发出噪音；在油泵的每一个排油口增设橡胶软管，保证其与溢流阀等的安全连接；把油箱整体地用地脚螺栓固定在基础面上，避免晃动；（4）可通过增大回油管的直径或者增加一条回油管的方法来降低管接头处的振动噪音。结论本次设计主要分为绪论说明部分、液压机主体设计部分以及液压系统设计部分等。首先在绪论部分通过对自己对世界经济这个大背景的了解，介绍液压机在不同时段的发展状况，其中加入液压主要技术参数的介绍。第二部分，在通过查阅资料确定液压机的基本参数以及初步选定液压机的机身的结构后，采用传统的材料力学分析的方法对机身的各个部分分别进行强度以及刚度上的校核。通过一次或者多次地计算校核，在保证机构的稳定安全性的前提下，确定液压机各部分的实际参数。最后部分选择对液压传动系统进行设计，通过工况分析和回路选择，拟定液压系统原理图，并对其作详细地分析说明。通过以上部分的是设计主要得出以下结论成果：1)在计算校核时，为了使机器能够百分百满足要求，选取参数时可以偏大一点，这样可以提高液压机的适用范围，保证它的安全可行，尽管有些时候会浪费一些材料。2）本次液压系统的设计方法采用的是经验