C型单柱液压机产品设计调研报告.docx

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C型单柱液压机产品设计调研报告

本科毕业论文

调研报告

毕业论文题目：

1000吨四柱液压机台面及顶出结构设计

学生姓名：

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专业班级：

机械设计制造及其自动化

C型单柱液压机产品设计调研报告

一、了解液压机

液压机（又名：

油压机）利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械种

类很多。

当然，用途也根据需要是多种多样的。

如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。

水压机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。

锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。

模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。

我国制造的第一台万吨水压机就是自由锻造水压机。

1.1液压传动与控制概述

液压传动与控制概述液压传动与控制概述液压传动与控制概述液压传动与控制是以液体（油、高水基液压油、合成液体）作为介质来实现各种机械量的输出（力、位移或速度等）的。

它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动相比，具有传递功率大，结构小、响应快等特点，因而被广泛的应用于各种机械设备及精密的自动控制系统。

液压传动技术是一门新的学科技术，它的发展历史虽然较短，但是发展的速度却非常之快。

自从1795年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工程领域；1906年开始应用于国防战备武器。

第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服控制系统。

从60年代起，由于原子能、空间技术、大型船舰及电子技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，从民用到国防，由一般的传动到精确度很高的控制系统，这种技术得到更加广泛的发展和应用。

在国防工业中：

海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。

如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等。

在民用工业中：

有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面，汽车工业、轻纺工业、船舶工业。

另外，近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等，均采用了液压技术。

总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术。

它的发展如此之快，应用如此之广，其原因就是液压技术有着优异的特点，归纳起来液压动力传动方式具有显著的优点：

其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率大；液压传动装置体积小、结构紧凑、布局灵活，易实现无级调速，调速范围宽，便于与电气控制相配合实现自动化；易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化；液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化便于实现数字化。

1.2液压机的工作原理详解

液压机是利用液压油来传递压力的设备。

液压油在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。

动力机构通常采用油泵作为动力机构，一般为容积式油泵。

为了满足执行机构运动速度的要求，选用一个油泵或多个油泵。

低压（油压小于2.5MP）用轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵高压（油压小于32.0MP）用柱塞泵。

液压机通常指液压泵和液压马达，液压机和液压马达都是液压系统中的能量转换装置，不同的是液压泵把驱动电动机的机械能转换成油液的压力能，是液压系统中的动力装置，而液压马达是把油液的压力能转换成机械能，是液压系液压机的工作原理统中的执行装置。

液压系统中常用的液压泵和马达液压机都是容积式的，其工作原理都是利用密封容积的变化进行吸油和压油的。

从工作原理上来说，大部分液压泵和液压马达是互逆的，即输入压力油，液压泵就变成液压马达，就可输出转速和转矩，但在结构上，液压泵和液压马达还是有些差异的.液压机的维修:

过盈配合的零件拆装采用锤敲、棍橇劳动强度大效率低且不安全，还容易打坏零件，以及用加热法操作困难、增加维修成本的缺点提供的，是在支架的顶部，安装有活塞杆竖直向下的液压油缸，活塞杆的下端安装有压头；支架上在活塞杆的下部，水平固定有工作台；与油泵连接的输油管通过换向阀与液压油缸连接。

用液压油缸的压力装卸零件，没有猛烈的锤击棍橇，不损坏零件，也不用加热耗能，安全可靠节能，安装精度高.液压机液压机简介：

液压机由主机及控制机构两大部分组成。

液压机主机部分包括机身、主缸、顶出缸及充液装置等。

动力机构由油箱、高压泵、低压控制系统、电动机及各种压力阀和方向阀等组成。

动力机构在电气装置的控制下，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。

1.3液压机的发展及工艺特点

液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。

由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。

作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。

良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。

在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。

特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。

近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。

逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。

我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。

与传统的冲压工艺相比，液压成形工艺在减轻重量、减少零件数量和模具数量、提高刚度与强度、降低生产成本等方面具有明显的技术和经济优势，在工业领域尤其是汽车工业中得到了越来越多的应用。

在汽车工业及航空、航天等领域，减轻结构质量以节约运行中的能量是人们长期追求的目标，也是先进制造技术发展的趋势之一。

液压成形（hydroforming）就是为实现结构轻量化的一种先进制造技术。

液压成形也被称为“内高压成形”，它的基本原理是以管材作为坯料，在管材内部施加超高压液体同时，对管坯的两端施加轴向推力，进行补料。

在两种外力的共同作用下，管坯材料发生塑性变形，并最终与模具型腔内壁贴合，得到形状与精度均符合技术要求的中空零件。

对于空心变截面结构件，传统的制造工艺是先冲压成形两个半片，然后再焊接成整体，而液压成形则可以一次整体成形沿构件截面有变化的空心结构件。

与冲压焊接工艺相比，液压成形技术和工艺有以下主要优点：

（1）.减轻质量，节约材料。

对于汽车发动机托架、散热器支架等典型零件，液压成形件比冲压件减轻20%～40%；对于空心阶梯轴类零件，可以减轻40%～50%的重量。

（2）.减少零件和模具数量，降低模具费用。

液压成形件通常只需要1套模具，而冲压件大多需要多套模具。

液压成形的发动机托架零件由6个减少到1个，散热器支架零件由17个减少到10个。

（3）.可减少后续机械加工和组装的焊接量。

以散热器支架为例，散热面积增加43%，焊点由174个减少到20个，工序由13道减少到6道，生产率提高66%。

（4）.提高强度与刚度，尤其是疲劳强度，如液压成形的散热器支架，其刚度在垂直方向可提高39%，水平方向可提高50%。

（5）.降低生产成本。

根据对已应用液压成形零件的统计分析，液压成形件的生产成本比冲压件平均降低15%～20%,模具费用降低20%～30%。

液压机工艺用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉伸、成型和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品。

适用于金属粉末制品的压制成型工艺和非金属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成型工艺，也可适用于校正和压装等工艺。

由于需要进行多种工艺，液压机具有如下的特点：

（1）.工作台较大，滑块行程较长，以满足多种工艺的要求；

（2）.有顶出装置，以便于顶出工件；

（3）.液压机具有点动、手动和半自动等工作方式，操作方便；

（4）.液压机具有保压、延时和自动回程的功能，并能进行定压成型和定程成型的操作，特别适合于金属粉末和非金属粉末的压制；

（5）.液压机的工作压力、压制速度和行程范围可随意调节，灵活性大。

1.4液压机的分类

利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，种类很多。

当然，用途也根据需要是多种多样的。

如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。

水压机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。

锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。

模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。

我国制造的第一台万吨水压机就是自由锻造水压机。

按结构形式分：

四柱式、单柱式（C型）、卧式、立式框架等

按用途主要分：

金属成型液压机、折弯液压机、拉伸液压机、冲裁液压机、粉未（金属，非金属）成型液压机、压装液压机、挤压液压机等。

热锻液压机：

大型锻造液压机是能够完成各种自由锻造工艺的锻造设备，是锻造行业使用最广泛的设备之一。

目前有800T、1600T、2000T、2500T、3150T、4000T、5000T等系列规格的锻造液压机。

四柱液压机：

该液压机适用于可塑性材料的压制工艺。

如粉末制品成型、塑料制品成型、冷（热）挤压金属成型、薄板拉伸以及横压、弯压、翻透、校正等工艺

二、C型单柱液压机的产品分析

2.1C型单柱液压机的本体结构及其设计理论

一、综述液压机本体一般由机架、液压（工作及回程）缸部件、运动部分及其导向装

置以及其他辅助装置组成。

辅助装置则是根据工艺需求而增设、如顶出装置、穿

孔装置、移动工作台、加热保温装置等。

工艺要求是影响液压机本体结构设计的最主要因素，由于在不同液压机上完成的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构形式也必然是多种多样的。

从机架形式看，有立式与卧式；从机架组成方式看，有梁柱结合式、单柱式、框架式、钢丝缠绕预应力牌坊式、圆筒式及钢筋混凝土整体浇筑式等。

液压机本体结构设计时应考虑以下三个基本原则：

1）尽可能好地满足工艺要求、便于操作。

2）具有合理的强度和刚度，使用可靠，不易损坏。

3）具有良好的经济性，重量轻，制造维修方便。

2.1.1C型单柱式机架

这种机架的主要特点是结构比较简单，工作区域宽敞，工作时可以从三面接近压机，特别适合于长度或宽度很大的中厚板的矫直、弯曲、成形、弯边等工序，操作方便。

图2-6为一台25MNC型单柱液压机的机架简图，它在垂直方向有两个可以分别驱动的工作缸，在水平方向有一个侧工作缸，液压机上方还安装有两台悬臂吊车，工作台是可以移动的，因此很方便于中厚板的冲压操作。

图2-6机架简图

小型锻造液压机中也常采用C形单柱式机架，如图2-7所示，也属于缸动式结构，不动的工作柱塞1固定在用四根拉杆3于单柱机架9连接的横梁2上，而工作缸6可以在单柱机架的导向装置8中作上、下往复运动，工作缸的底部固定有上砧。

两个回程缸7则固定在机架上，回程时，回程柱塞5通过活动横梁4带动工作缸一起向上作回程运动。

这种小型锻造液压机也像空气锤一样，工人操作锻件很方便。

图2-7缸动式结构

单柱式机架的刚性比较差，一般做成空心箱形结构，以提高其抗弯刚度并减轻重量。

单柱机架可以是整体铸钢结构（见图2-7），也可以是钢板焊接结构（见图2-6）。

2.1.2C型单柱式机架受力分析

（一）受力分析单柱式液压机机架可按其对称面简化为平面架，其受力简图可堪称平面曲杆和直杆的组合，如图2-72所示。

曲杆O-O部分主要受轴向力和弯矩的作用，剪力可忽略不计。

根据曲杆的计算公式，在O-O段任一截面（由角度θ定）的弯矩M及轴向力N分别为M=P（l+rcosθ）

N=Pcosθ

对于直杆部分（见图2-72中O-B段）

M=P（l+r）

N=P

（二）刚度分析

由于单柱式机架截面形状比较复杂，不易精确计算承接时的变形，只能近似地简化成平面杆件来粗略估算。

根据以上理论分析，对液压机的机构有了大致了解，了解了影响液压机外形的几个关键

尺寸，为以后的设计奠定了基础。

2.2液压机的基本参数

在主要参数确定后，又分别制定了不同工艺用途的各类液压机的基本参数标准。

以四柱通用液压机为例，其基本参数系列如表1-6及图1-5，下面分别介绍这些基本参数

（1）公称力P（主参数）它反映了液压机的主要工作能力，代表液压机名义上能发出的最大力量，在数值上等于工作液压名义最大压力和工作柱塞总工作面积的乘机（取整数）。

（2）开口高度H指活动横梁停在上极限位置时，从工作台上表面到活动横梁下表面的距离。

开口高度反映液压机的高度方向上工作空间的大小。

它应根据模具（工具）和相应垫板的高度。

工作行程大小，以及放入坯料、取出工件所需空间大小等于工艺因素来确定。

但开口高度对液压机的高度、立柱高度、液压机稳定性能，以及安装厂房高度都有很大影响，因此既要尽可能满足工艺要求，又要尽量减少液压机的高度。

（3）滑块行程S指活动横梁位于上极限位置时，活动横梁的立柱导套下平面到立柱极限套上平面的距离，即活动横梁能移动的最大距离。

滑块行程应根据工件成形过程中所要求的最大工作行程来确定。

它直接影响工作缸和回程缸及其柱塞的长度，从而也影响整个机架的高度。

（4）工作台面有效尺寸（左右×前后）此尺寸反映液压机平面尺寸上工作空间的大小，应根据工件及模具（工具）的尺寸来确定，还要考虑更换及放入各种工具、涂料润滑剂、观察及测量工艺工程等工艺操作上的需要。

工作台面有效尺寸对三个横梁的平面尺寸和重量均有直接影响，与液压机的使用性能及尺寸有密切关系。

（5）滑块速度分为工作行程速度、空程下行速度与回程速度。

应根据不同的工艺要求来确定工作行程速度。

它的变化范围很大，如锻造液压机要求工作行程速度较高，可达50-150mm/s;而在有些工艺中，液压机工作速度甚至低于1mm/s.空程下行速度与回程度一般较高，一以提高生产率，但在行程接近终点时，应降低速度，以免引起撞击与振动。

工作行程、空程下行与回程速度直接影响泵站供液量的计算。

（6）顶出力P1与顶出行程S1顶出装置是根据工艺要求的需要而设立的，一般设计在下横梁中部，以顶出工作，有时在板料拉伸时，也可利用作为压边用。

在移动工作台时。

顶出装置有时也安装在液压机外部。

（7）回程力回程力由活塞缸下腔活塞工作面积或单独设置的回程缸来实现。

计算回程所需的力时，要考虑活动部分的重量，回程时工艺上所需的力（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初的摩擦力等。

（8）允许最大偏心距在液压机上进行的许多工艺操作，往往要承受偏心载荷。

偏心载荷在液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力时所能允许的最大偏心值。

在结构强度与刚度设计计算时，应考虑此偏心指。

（9）移动工作台尺寸及行程在锻造、模锻及板料冲压液压机中，往往设置移动工作，便于在工艺操作前后，将模具移动出液压机外，以利用吊车更换较重的模具，或放上及取出工件。

工作台的尺寸（长×宽）取决于模具（工具）的平面尺寸及工艺工程的安排，移动工台的行程及移动力，也应根据工艺操作的需要来确定。

2.3C型单柱液压机的设计

2.3.1液压机的使用环境

液压机的体型较大，一般置于宽大有平整地面的厂房中，安装使用后很少对其移动，对环境的要求比较低。

2.3.2液压机设计中的人机关系液压机的设计中，最主要的人机关系有两种：

1）人与工作台面的关系；2）

人与操作台的关系。

1）人与工作台面的关系

2）人与操作台的关系

如图，这是人与液压机在工作状态下的关系图。

其中主要涉及到的人机尺寸有，工作台作业面高度、立姿控制台的涉及尺寸及其布置以及控制器的选择和排列，具体参数可参考《产品设计人机工程学》一书。