三梁四柱式膠合板熱壓機液壓驅(qū)動裝置系統(tǒng)設(shè)計含開題及8張CAD圖
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膠合板熱壓機液壓驅(qū)動裝置系統(tǒng)設(shè)計
摘 要
膠合板熱壓機是膠合板生產(chǎn)流程中的主要設(shè)備之一，是用來對涂膠組合后板坯進行熱壓膠合的設(shè)備，本次熱壓機采用三梁四柱式，此結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，最大熱壓力為 400KN，通過更換模具可適應(yīng)多種不同形狀尺寸零件的加工，也可進行沖壓、擠壓等加工，具有很廣的使用范圍。
三梁四柱式熱壓機包括液壓缸、橫梁、立柱及充液裝置等。動力機構(gòu)由油箱、高壓泵、控制系統(tǒng)、電動機、壓力閥、方向閥等組成。熱壓機通過泵和油缸及各種液壓閥實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動作的循環(huán)。
在本設(shè)計中，通過查閱大量文獻資料，設(shè)計了液壓缸的尺寸、熱壓機本體，擬訂了液壓原理圖，并且按壓力和流量的大小選擇了液壓泵，電動機，控制閥，過濾器等液壓元件和輔助元件。最后還使用AutoCAD軟件繪制了該熱壓機的裝配圖和主要零件圖。
關(guān)鍵詞：熱壓機；液壓缸；液壓系統(tǒng)
Abstract
In this paper, wood plastic composite molding machine design , pressing machine with three beam four-post , this structure is widely used , nominal force designed to 400KN, through the replacement of mold can be adapted to a variety of different shapes and sizes of parts processing, can also be stamping, extrusion processing, with a very wide range.
Three -beam four- pressing machine includes hydraulic cylinders, beams, columns and liquid-filled devices. Power sector by the fuel tank, high pressure pumps, control systems , motors, pressure valves, directional valve. Pressing machine achieved through a variety of pumps and hydraulic cylinders and valves of energy conversion, regulation and transport , completing the cycle of various craft movement.
The pressing machine compact structure , sensitive and reliable , high speed , low energy consumption, low noise , pressure and stroke can be adjusted within a specified range, simple operation. In this design , through access to a lot of literature, design size , pressing machine body hydraulic cylinders , hydraulic schematics drawn up , and according to the size of the selected pressure and flow hydraulic pumps, motors, control valves, hydraulic filters, etc. components and auxiliary components. Finally, the use of AutoCAD software to draw a diagram of the pressing machine assembly and major parts diagram .
Keywords:Pressing machine ; Hydraulic cylinder ;Hydraulic system
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 壓力機概述 1
1.2.1壓力機發(fā)展的概況 1
1.2.2壓力機工作原理 2
1.3主要研究內(nèi)容 2
第二章 總體方案設(shè)計 3
2.1總體方案選定 3
2.1.1設(shè)計要求 3
2.1.2總體結(jié)構(gòu)選定 3
2.1.3總體技術(shù)參數(shù)選定 4
2.2 工況分析 4
2.2.1工作循環(huán)分析 4
2.2.2負載分析 4
第三章 液壓缸設(shè)計 7
3.1液壓缸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
3.1.1液壓缸的類型 7
3.1.2鋼筒的連接結(jié)構(gòu) 7
3.1.3缸底結(jié)構(gòu) 7
3.1.4油缸放氣裝置 7
3.1.5緩沖裝置 8
3.2 缸體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)確定 8
3.2.1液壓缸參數(shù) 8
3.2.2頂出缸參數(shù) 8
3.3 液壓缸設(shè)計與校核 9
3.3.1筒壁厚 9
3.3.2缸底厚度 10
3.3.3缸筒端部法蘭厚度 10
3.3.4連接螺栓 12
3.3.5活塞桿直徑d的校核 13
第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計及元件選擇 14
4.1液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 14
4.1.1快速行程方式 14
4.1.2調(diào)速方式 14
4.1.3保壓方式 14
4.1.4泄壓換向方法 14
4.1.5互鎖控制回路 15
4.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 15
4.3選擇液壓元件 17
4.3.1 選擇液壓泵和確定電動機功率 17
4.3.2 選擇液壓控制閥 17
4.3.3選擇輔助元件 18
4.4液壓系統(tǒng)性能驗算 19
第五章 熱壓機的安裝、維護與保養(yǎng) 21
5.1熱壓機的安裝 21
5.2熱壓機的維護與保養(yǎng) 21
5.2.1維修保養(yǎng) 21
5.2.2安全操作規(guī)程 22
總 結(jié) 23
參考文獻 24
致 謝 25
26
第一章 緒論
1.1 研究背景及意義
膠合板熱壓機是膠合板生產(chǎn)流程中的主要設(shè)備之一，是用來對涂膠組合后板坯進行熱壓膠合的設(shè)備，不同品種的膠合板對壓機的性能有不同的要求：普通膠合板、航空膠合板、塑料貼面板、木材層積塑料板、船舶膠合板的制造所要求的壓力依次增大。膠合板熱壓機按作業(yè)方式分周期式和連續(xù)兩種，國內(nèi)常用的是周期式多層熱壓機。它由三大部分組成：熱壓機本體、控制驅(qū)動部分（液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)）、加熱系統(tǒng)。
近年隨全球資源日趨枯竭，社會環(huán)保意識日見高漲，對木材和石化產(chǎn)品應(yīng)用提出了更高要求。在這樣的背景下，設(shè)計適合的膠合板熱壓機顯得尤為重要。通過本設(shè)計使我們能對大學期間所學知識進行綜合應(yīng)用的訓練，達到加深大學期間所學這些知識的理解和應(yīng)用的目的，使我們逐步掌握機械液壓系統(tǒng)及液壓缸設(shè)計的方法，提高實際設(shè)計能力和解決問題的能力。
1.2 壓力機概述
1.2.1壓力機發(fā)展的概況
壓力機的發(fā)展歷史只有100年。壓力機是伴隨著工業(yè)革命的的進行而開始發(fā)展的，蒸汽機的出現(xiàn)開創(chuàng)了工業(yè)革命的時代，傳統(tǒng)的鍛造工藝和設(shè)備逐漸不能滿足當時的要求。因此在1839年，第一臺蒸汽錘出現(xiàn)了。此后伴隨著機械制造業(yè)的迅速發(fā)展，鍛件的尺寸也越來越越大，鍛錘做到百噸以上，即笨重又不方便。在1859-1861年維也納鐵路工廠就有了第一批用于金屬加工的7000KN、10000KN和12000KN的液壓機，1884年英國羅切斯特首先使用了鍛造鋼錘用的鍛造液壓機，它與鍛錘相比具有很好的優(yōu)點，因此發(fā)展很快，在1887-1888年制造了一系列鍛造液壓機，其中包括一臺40000KN的大型水壓機，1893年建造了當時最大的12000KN的鍛造水壓機。
在第二次世界大戰(zhàn)后，為了迅速發(fā)展航空業(yè)。美國在1955年左右先后制造了兩臺31500KN和45000KN大型模鍛水壓機。
近二十年來，世界各國在鍛造操作機與鍛造液壓機聯(lián)動機組，大型模鍛液壓機，擠壓機等各種液壓機方面又有了許多新的發(fā)展，自動測量和自動控制的新技術(shù)在液壓機上得到了廣泛的應(yīng)用，機械化和自動化程度有了很大的提高。
再來看一下我國的情況，在解放前，我國屬于半殖民地半封建社會的國家，沒有獨立的工業(yè)體系，也根本沒有液壓機的制造工業(yè)，只有一些修配用的小型液壓機。
解放后我國迅速建立獨立自主的完整的工業(yè)體系，同時仿造并自行設(shè)計各種液壓機，同時也建立了一批這方面的科研隊伍。到了六十年代，我國先后成套設(shè)計并制造了一些重型液壓機，其中有300000KN的有色金屬模鍛水壓機，120000KN有色金屬擠壓水壓機等。特別是近十年來，又有了一些新的發(fā)展。比如，設(shè)計并制造了一批較先進的鍛造水壓機，并已向國外出口，與此相應(yīng)的，我國也陸續(xù)制造了各種液壓機的系列及零部件標準。
但是，我們也應(yīng)清楚地意識到我們與發(fā)達國家相比還有很大的差距，還不能滿足國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的需要。許多先進的設(shè)備和大型機仍需進口，目前應(yīng)充分發(fā)揮我們的優(yōu)勢，加強我國在這方面的競爭力，這不僅是有助于我們從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的轉(zhuǎn)變也是國家安全的需要。
1.2.2壓力機工作原理
（1）壓力機功能簡介
壓力機是利用液壓傳動技術(shù)進行壓力加工的設(shè)備，廣泛用于金屬鍛壓、冷擠壓、粉末冶金以及金屬、橡膠和塑料等成型制品加工的壓力機械，也是最早應(yīng)用液壓技術(shù)的機械之一。與其他壓力機相比，它具有壓力和速度可在大范圍內(nèi)無極調(diào)整，可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力、結(jié)構(gòu)布置靈活，各執(zhí)行結(jié)構(gòu)可很方便地達到所希望的動作配合等優(yōu)點。
壓力機有多種型號規(guī)格，其壓制力從幾十噸到上萬噸。按工作介質(zhì)可分為水壓機和油壓機兩種。用乳化液做介質(zhì)的液壓機，稱為水壓機，其壓制力很大，多用于重型機械廠和造船廠等。用礦物油型液壓有做介質(zhì)的液壓機成為油壓機，產(chǎn)生的壓智力較水壓機小，在許多工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。
（2）壓力機的工作原理簡介
該機的四根立柱上安裝有驅(qū)動上滑塊的液壓缸。液壓機的壓制工藝要求液壓缸的工作循環(huán)為：快速下行→慢速加壓→保壓延時→快速返回→原位停止；并且壓力速度和保壓時間可調(diào)節(jié)。
1.3主要研究內(nèi)容
通過文獻查閱，了解膠合板熱壓機及其驅(qū)動裝置液壓系統(tǒng)、主要工作原理等相關(guān)知識。并能獨立設(shè)計計算、分析、繪圖、撰寫設(shè)計說明書。
主要完成膠合板熱壓機驅(qū)動裝置液壓系統(tǒng)的：1）工況分析；2）液壓系統(tǒng)方案制定及液壓原理圖繪制；3）液壓元件的選擇與計算及液壓系統(tǒng)驗算；4）液壓缸的設(shè)計與校核。其中，對液壓系統(tǒng)元件選擇及液壓缸設(shè)計進行了詳細計算，并驗算了液壓系統(tǒng)主要性能。
第二章 總體方案設(shè)計
2.1總體方案選定
2.1.1設(shè)計要求
本膠合板熱壓機驅(qū)動裝置液壓系統(tǒng)應(yīng)完成的工作循環(huán)是：工作臺快進→工作臺工進初壓→工作臺工進慢壓→工作臺快退。要求工作過程不卡阻，運作平穩(wěn)。
技術(shù)參數(shù)如下：最大熱壓力為。滑塊重力為，快速下降的速度，慢速加壓的速度，快速上升的速度。本系統(tǒng)一個來回的行程是，其中快速下降階段的行程是，慢速加壓階段的行程是，所以快速上升階段的行程就是，還有啟動階段和制動階段的時間都是，至于導軌的摩擦力，本系統(tǒng)可以忽略不計。
2.1.2總體結(jié)構(gòu)選定
本膠合板熱壓機采用通用液壓機結(jié)構(gòu)連接特殊壓模構(gòu)成，驅(qū)動裝置為液壓系統(tǒng)驅(qū)動，圖2-1為熱壓機系統(tǒng)原理基本組成。我們可以通過它進一步理解一般熱壓機系統(tǒng)應(yīng)具備的基本性能和組成情況。
圖2-1 膠合板熱壓機
在圖2-1中，熱壓機是利用液壓泵將原動機的機械能通過液壓控制系統(tǒng)換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和液壓控制管路的傳遞進入油缸，推動固定在上橫梁上的液壓缸帶動上下活動梁來回移動，由四個立柱導向?qū)⑸舷履＞邏汉稀?
在液壓傳動中，液壓油缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的工作過程，可以清楚的了解液壓傳動的基本原理。
液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。
綜上述該熱壓機需要完成的動作循環(huán)為：
工作臺快進→工作臺工進初壓→工作臺工進慢壓→工作臺快退。
2.1.3總體技術(shù)參數(shù)選定
根據(jù)設(shè)計要求的技術(shù)參數(shù)選定膠合板熱壓機基本技術(shù)參數(shù)如下：
名稱
單位
參數(shù)
公稱力P
kN
400
滑塊行程S
mm
200
開口高度H
mm
900
空程下行
mm/s
150
工作
mm/s
50
回程
mm/s
200
工作臺面有效尺寸
左右x前后(BxT)
mm
720x580
2.2 工況分析
2.2.1工作循環(huán)分析
根據(jù)上述熱壓機液壓系統(tǒng)的分析可知，液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)為：工作臺快進→工作臺工進初壓→工作臺工進慢壓→工作臺快退。
2.2.2負載分析
根據(jù)提供的工況條件，立式安裝的主液壓缸活塞桿帶動滑塊及動橫梁在立柱上滑行時，運動部件的重為10KN。
液壓缸所受外載荷F包括三種類型，分別為工作負載、摩擦阻力負載、慣性負載即：
（1）工作負載
工作負載：
（2）摩擦負載
由于導柱與滑塊垂直，摩擦負載較小，可忽略不計，故：
靜摩擦阻力：
動摩擦阻力：
（3）慣性負載
（查液壓工程手冊初步計算時取回油路背壓閥為0.5MPa，液壓閥液壓油流動有效面積21m2）
（4）自重:
（5）液壓缸在各工作階段的負載值：
——液壓缸的機械效率，一般取=0.9-0.97。本處取=0.9
表2-1工作循環(huán)各階段的外負載
工況
負載組成
推力 F/
快進
工進
快退
根據(jù)液壓缸的工藝要求和參數(shù)，將各執(zhí)行元件在各階段的速度用圖2-3所示的速度-位移（v-s）曲線表示。將各執(zhí)行元件在各階段所需克服的負載用圖2-4所示的負載-位移（F-s）曲線表示。
圖2-1速度循環(huán)圖
圖2-2負載循環(huán)圖
第三章 液壓缸設(shè)計
3.1液壓缸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1.1液壓缸的類型
液壓缸選用雙作用單活塞桿液壓缸，活塞在行程終了時緩沖。因為工作過程中需要往復運動，油缸被活塞頭分隔為兩腔，側(cè)面有兩個進油口，因此，可以獲得往復的運動。實質(zhì)上起到兩個柱塞缸的作用。此種結(jié)構(gòu)形式的油缸，在中小型液壓機上應(yīng)用最廣。
3.1.2鋼筒的連接結(jié)構(gòu)
在設(shè)計中上、頂出缸都選擇法蘭連接方式。這種結(jié)構(gòu)簡單，易加工，易裝卸。
液壓缸采用前端法蘭安裝，頂出缸采用后端法蘭安裝。
缸口部分采用了Y形密封圈、導向套、O形防塵圈和鎖緊裝置等組成，用來密封和引導活塞桿。由于在設(shè)計中缸孔和活塞桿直徑的差值不同，故缸口部分的結(jié)構(gòu)也有所不同。
3.1.3缸底結(jié)構(gòu)
缸底結(jié)構(gòu)常應(yīng)用有平底、圓底形式的整體和可拆結(jié)構(gòu)形式。
平底結(jié)構(gòu)具有易加工、軸向長度短、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。所以目前整體結(jié)構(gòu)中大多采用平底結(jié)構(gòu)。圓底整體結(jié)構(gòu)相對于平底來說受力情況較好，因此，在相同應(yīng)力，重量較輕。另外，在整體鑄造的結(jié)構(gòu)中，圓形缸底有助于消除過渡處的鑄造缺陷。但是，在液壓機上所使用的油缸一般壁厚均較大，而缸底的受力總是較缸壁小。因此，上述優(yōu)點就顯得不太突出，這也是目前在整體結(jié)構(gòu)中大多采用平底結(jié)構(gòu)的一個原因。然而整體結(jié)構(gòu)的共同缺點為缸孔加工工藝性差，更換密封圈時，活塞不能從缸底方向拆出，但由于較可拆式缸底結(jié)構(gòu)受力情況好、結(jié)構(gòu)簡單、可靠，因此在中小型液壓機中使用也較廣。
在設(shè)計中選用的是平底結(jié)構(gòu)。
3.1.4油缸放氣裝置
通常油缸在裝配后或系統(tǒng)內(nèi)有空氣進入時，使油缸內(nèi)部存留一部分空氣，而常常不易及時被油液帶出。這樣，在油缸工作過程中由于空氣的可壓縮性，將使活塞行程中出現(xiàn)振動。因此，除在系統(tǒng)采取密封措施、嚴防空氣侵入外，常在油缸兩腔最高處設(shè)置放氣閥，排出缸內(nèi)殘留的空氣，使油缸穩(wěn)定的工作
排氣閥的結(jié)構(gòu)形式包括整體式和組合式。在設(shè)計中選用的是整體式。
整體式排氣閥閥體與閥針合為一體，用螺紋與鋼筒或缸蓋連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋，缸內(nèi)空氣從錐面間隙中擠出，并經(jīng)斜孔排出缸外。這種排氣閥簡單、方便、但螺紋與錐面密封處同心度要求較高，否則擰緊排氣閥后不能密封，會造成泄露。
3.1.5緩沖裝置
緩沖裝置的工作原理是使鋼筒低壓腔內(nèi)油液(全部或部分)通過節(jié)流把動能轉(zhuǎn)換為熱能，熱能則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外
緩沖裝置的結(jié)構(gòu)有恒節(jié)流面積緩沖裝置和變節(jié)流型緩沖裝置。在設(shè)計中我采用的是恒節(jié)流面積緩沖裝置，此類緩沖裝置在緩沖過程中，由于其節(jié)流面積不變，故在緩沖開始時，產(chǎn)生的緩沖制動力很大，但很快就降低下來，最后不起什么作用，緩沖效果很差。但是在一般系列化的成品液壓缸中，由于事先無法知道活塞的實際運動速度以及運動部分的質(zhì)量和載荷等，因此為了使結(jié)構(gòu)簡單，便于設(shè)計，降低制造成本，仍多采用此種節(jié)流緩沖方式。
3.2 缸體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)確定
3.1.1液壓缸的工作壓力的確定
執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負載循環(huán)圖中的最大負載來選取，也可以根據(jù)主機的類型了確定（見表3-1和表3-2）。
表3-1 按負載選擇執(zhí)行元件的工作壓力
負載/ KN
<5
510
1020
2030
3050
>50
工作壓力/MPa
<0.81
1.52
2.53
34
45
≥5
表3-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力
設(shè)備
類型
機 床
農(nóng)業(yè)機械或中型
工程機械
液壓機、重型
機械等
磨床
組合
機床
龍門
刨床
拉床
工作壓力
0.8~2.0
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
所設(shè)計液壓缸工作負載，參考表3-1和表3-2按照負載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力。
3.2.2液壓缸參數(shù)計算
（1）液壓缸的內(nèi)徑
（注：所用公式都來源于文獻【10】【17】）
===0.226M （3-1）
活塞直徑按照按表3-3圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。
表3-3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm)
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
320
400
500
630
注：括號內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值
按標準取整=0.220m
（2）液壓缸活塞桿直徑
===0.175m （3-2）
活塞桿直徑按照按表3-4圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。
表3-4 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm)
4
5
6
8
10
12
14
16
18
2
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
按標準取整=0.180m
（3）液壓缸實際壓力:
= （3-3）
（4）液壓缸實際回程力:
= （3-4）
3.2.3頂出缸參數(shù)
（1）頂出缸的內(nèi)徑
===0.0984m
按標準取整=0.1m
（2）頂出缸的活塞桿直徑
===0.0485m
按標準取整=0.05m
（3）頂出缸實際頂出力:
=
（4）頂出缸實際回程力：
=
3.3 液壓缸設(shè)計與校核
液壓缸的設(shè)計以工作主缸為例進行，頂出缸設(shè)計方法與其類似，不一一敘述。
3.3.1筒壁厚
公式: =++ （3-7）
當～0.3時，用使用如下公式:公式和具體的數(shù)值是這么得來的？
查液壓液壓工程手冊關(guān)于液壓缸部分油相關(guān)公式
==0.042 m （3-8）
取 =0.050m
--為缸筒材料強度要求的最小，M --為鋼筒外徑公差余量，M
--為腐蝕余量，M --試驗壓力，16M時，取=1.25P
P—管內(nèi)最大工作壓力為25 M --鋼筒材料的許用應(yīng)力，M =/n
--鋼筒材料的抗拉強度，M n—安全系數(shù)，通常取n=5
當時,材料使用不夠經(jīng)濟,應(yīng)改用高屈服強度的材料.
筒壁厚校核：
額定工作壓力, 應(yīng)該低于一個極限值,以保證其安全.
MPa=0.35=44MPa （3-9）
=外徑 D=內(nèi)徑
同時額定工作壓力也應(yīng)該完全塑性變形的發(fā)生:
=2.3320=98.3MPa （3-10）
--缸筒完全塑性的變形壓力, --材料屈服強度MPa
--鋼筒耐壓試驗壓力，MPa
=34.4~41.3 MPa （3-11）
缸筒的暴裂壓力
=2.3610=187.4MPa （3-12）
3.3.2缸底厚度
缸筒底部為平面時:
0.4330.433mm （3-13）
取 mm --筒底厚，MM
核算缸底部分強度：
按照平板公式即米海耶夫推薦的公式計算，缸底進油孔直徑為φ20cm則
Ψ===0.6875 （3-14）
= =69.8 MPa （3-15）
按這種方法計算[]=100MPa <[] 所以安全
3.3.3缸筒端部法蘭厚度
==40.4mm （3-16）
取 h=45mm
--法蘭外圓半徑; --螺孔半徑; 螺釘 – M20
b—螺釘中心到倒角端的長度
=32cm = 42cm =48.5cm = =10cm h=10cm
= =37cm = = =47.25cm
圖3-2 部分工作缸
校核法蘭部分強度：
==0.067cm （3-17）
（3-18）
其中P===110.2=11.02KN/cm （3-19）
==0.0335 （3-20）
=0.367 （3-21）
=1 （3-22）
==0.42 （3-23）
所以 =95.1MPa
（3-24）
=57.1+34.6=91.7 MPa<[] 滿足要求
依據(jù)上面公式當墊片的厚度為大于10cm時就能滿足要求，為了滿足橫梁的強度和工藝性，墊片厚度選用25cm。因此可以推算橫梁的厚度取大于25cm即滿足要求。
3.3.4連接螺栓
（1）缸筒法蘭連接螺釘：
表2.2 螺釘所選材料
型號
≥／MPa
≥／MPa
≥／%
35
540
320
17
（a）螺釘處的拉應(yīng)力
=MPa==4.5MPa （3-25）
z-螺釘數(shù)8根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m
（b）螺紋處的剪應(yīng)力:
=0.475MPa （3-26）
=MPa （3-27）
-屈服極限 -安全系數(shù); 5
（c）合成應(yīng)力:
== MPa （3-28）
（2）墊片與橫梁間螺釘?shù)男：耍?
（a）螺釘處的拉應(yīng)力
=MPa==3.8MPa （3-29）
z-螺釘數(shù)8根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷 取k=4; -螺紋底徑, m
（b）螺紋處的剪應(yīng)力:
=0.475 MPa （3-30）
= MPa （3-31）
-屈服極限 -安全系數(shù); 5
（c）合成應(yīng)力:
== MPa （3-32）
3.3.5活塞桿直徑d的校核
表2-3 活塞桿所選材料
型號
≥／MPa
≥／MPa
≥／%
45MnB
1030
835
9
（3-33）
d=0.05m滿足要求
F—活塞桿上的作用力
—活塞桿材料的許用應(yīng)力，=/1.4
第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計及元件選擇
4.1液壓系統(tǒng)方案設(shè)計
液壓機的特點是在行程中壓力變化很大，所以在行程中不同階段保證達到規(guī)定的壓力是系統(tǒng)設(shè)計中首先要考慮的。確定液壓系統(tǒng)方案時要重點考慮下列問題：
4.1.1快速行程方式
液壓機液壓缸的尺寸較大，在快速下行時速度也較大，從工況圖看出，此時需要的流量較大（289.4 L/min），這樣大流量的油液如果由液壓泵供給；則泵的容量會很大。液壓機常采用的快速行程方式可以有許多種，本機采用自重快速下行方式。因為壓機的運動部件的運動方向在快速行程中是垂直向下，可以利用運動部件的重量快速下行；在壓力機的最上部設(shè)計一個充液筒（高位油箱），當運動部件快速下行時高壓泵的流量來不及補充液壓缸容積的增加，這時會形成負壓，上腔不足之油，可通過充液閥、充液筒吸取。高壓泵的流量供慢速工進和回程之用。此方法的優(yōu)點為不需要輔助泵和能源，結(jié)構(gòu)簡單。
4.1.2調(diào)速方式
液壓機的運動部件在下行行程中快接近制件時，應(yīng)該由快速變換為較慢的工進速度。減速方式主要有壓力順序控制和行程控制兩種方式；壓力順序控制是利用運動部件接觸制件后負荷增加使系統(tǒng)壓力升高到一定值時自動變換速度。本系統(tǒng)擬選用機動控制的伺服變量軸向柱塞泵（CCY型）作動力源，液壓泵的輸出流量可由行程擋塊來控制，在快速下行時，液壓泵以全流量供油，當轉(zhuǎn)換成工作行程（工進）時，行程擋塊使液壓泵的流量減小，在最后20 mm內(nèi)擋塊使液壓泵流量減到零；當液壓缸工作行程結(jié)束反向時，行程擋塊又使液壓泵的流里恢復到全流量。與液壓泵的流量相配合（協(xié)調(diào)），在液壓系統(tǒng)中，當轉(zhuǎn)換為工作行程時，電氣擋塊碰到行程并關(guān)，發(fā)信號使電磁換向閥5的電磁鐵3YA得電，控制油路K不能通至液控單向閥8，閥8關(guān)閉，此時單向順序閥2不允許滑塊等以自重下行。只能靠泵向液壓缸上腔供油強制下行，速度因而減慢。
4.1.3保壓方式
在工進行程中不同階段的系統(tǒng)壓力決定于負載，為了保證安全，應(yīng)該限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，本系統(tǒng)擬在變量泵的壓油口與主油路間并聯(lián)一只溢流閥作安全閥用。
有時工進工藝要求液壓缸在工進行程結(jié)束后保壓一定時間，保壓方法有停液壓泵保壓與開液壓泵保壓兩種，本系統(tǒng)根據(jù)壓機的具體情況擬采用開液壓泵保壓；此法的能量消耗較前一種大。但系統(tǒng)較為簡單。
4.1.4泄壓換向方法
液壓機在工進行程完畢或進入保壓狀態(tài)后，主液壓缸上腔壓力很高，此時由于主機彈性變形和油液受到壓縮，儲存了相當大的能量。工作行程結(jié)束后反向行程開始之前液壓缸上腔如何泄壓（控制泄壓速度）是必須考慮的問題，實踐已證明，若泄壓過快，將引起劇烈的沖擊、振動和驚人的聲音，甚至會因液壓沖擊而使元件損壞。此問題在大型液壓機中愈加重要。
各種泄壓方法的原理是在活塞回程之前，當液壓缸下腔油壓尚未升高時，先使上腔的高壓油接通油箱，以一定速度使上腔高壓逐步降低。本例采用帶阻尼狀的電液動換向閥，該閥中位機能是H型，控制換向速度，延長換向時間，就可以使上腔高壓降低到一定值后才將下腔接通壓力油（見圖3-1）。此法最為簡單，適合于小型壓機。
4.1.5互鎖控制回路
為保障頂出缸的安全，在液壓缸動作時，必須保證頂出缸的活塞下行到最下位置。本例采用兩個換向閥適當串聯(lián)的方法來實現(xiàn)兩缸的互鎖控制（見圖3-1）。從圖3-1中可見，只有在閥6處于右位工作時，即頂出缸活塞是下行狀態(tài)時壓力油才會通入換向閥4，液壓缸才能動作。當閥6處于左位工作，頂出缸為上行狀態(tài)時，只有壓力很低的回油通至閥4，液壓缸才不能動作
4.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
在以上分析的基礎(chǔ)上，擬定的液壓系統(tǒng)原理圖如圖4-1所示。
圖4-1 液壓機液壓系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)的工作過程如下：
液壓泵起動后，電液換向閥4及6處于中位，液壓泵輸出油液經(jīng)背壓閥7再經(jīng)閥6的中位低壓卸荷，此時液壓缸處于最上端位置而頂出缸在最下端位置，電磁鐵2YA得電，換向閥6在右位工作，此時5YA得電，換向閥4也在右位工作，液壓泵輸出的壓力油進入液壓缸上腔，此時3YA也得電，控制油路經(jīng)閥5通至液控單向閥3，使閥3打開，液壓缸下腔的油能經(jīng)閥3很快排入油箱，液壓缸在自重作用下實現(xiàn)快速空程下行，由于活塞快速下行時液壓泵進入液壓缸上腔的流量不足，上腔形成負壓，充液筒中的油液經(jīng)充液閥（液控單向閥）1吸入液壓缸。
當電氣擋塊碰到行程開關(guān)時3YA失電，控制油路斷開，閥3關(guān)閉，此時單向順序閥（平衡閥）2使液壓缸下腔形成背壓，與移動件的自重相平衡。自重快速下行結(jié)束。與此同時用行程擋塊使液壓泵的流量減小，液壓缸進入慢速下壓行程，在此行程中可以用行程擋塊控制液壓泵的流量適應(yīng)壓制速度的要求。由壓力表刻度指示達到壓制行程的終點。
行程過程結(jié)束后，可由手動按鈕控制使5YA失電，4YA得電，換向閥4換向，由于閥2帶阻尼器，換向時間可以控制，而閥4的中位機能是H型，閥處于中位時使液壓缸上腔的高壓油泄壓，然后閥4再換為左位，此時壓力油經(jīng)閥2的單向閥進入液壓缸下腔，由于下腔進油路中的油液具有一定壓力；故控制油路可以使閥1打開，液壓缸上腔的油液大部分回到充液筒，一部分經(jīng)閥4排回油箱，此時液壓缸實現(xiàn)快速回程。充液筒油液充滿后，溢出的油液可經(jīng)油管引至油箱。
回程結(jié)束后，閥4換至中位，液壓缸靜止不動。
1YA得電，2YA失電，閥6換至左位，壓力油進入頂出缸下腔，頂出缸頂出制件，然后1YA失電，2YA得電，閥6換至右位，頂出缸回程；回程結(jié)束后，2 YA失電，閥6換至中位，工作循環(huán)完成，系統(tǒng)回到原始狀態(tài)。液壓系統(tǒng)電磁鐵動作見表4-1。
4.1 電磁鐵動作循環(huán)表
元件
動作
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
液壓缸快速下行
–
+
+
–
+
液壓缸慢速下壓
–
+
–
– –
+
液壓缸泄壓
–
+
–
-
–
液壓缸回程
–
+
–
+
–
頂出缸頂出
+
–
–
+
–
頂出缸回程
–
+
–
+
–
原位卸荷
–
–
–
–
–
4.3選擇液壓元件
4.3.1 選擇液壓泵和確定電動機功率
① 液壓泵的最高工作壓力就是液壓缸慢速下壓行程終了時的最大工作壓力
pp = 6.3MPa
因為行程終了時流量q＝0，管路和閥均不產(chǎn)生壓力損失；而此時液壓缸排油腔的背壓已與運動部件的自重相平衡，所以背壓的影響也可不計。
② 液壓泵的最大流量
qp≥K（∑q）max
泄漏系數(shù)K = 1.1~1.3，此處取K = 1.1。由工況圖（圖1.3）知快速下降行程中q為最大（q =64.8L/min），但此時已采用充液筒充液方法來補充流量，所以不按此數(shù)值計算，而按工作行程時的流量計算。
qmax = q3 =41.23L/min
qp=1.1q3 = 1.1×41.23=45.35L/min
③ 根據(jù)已算出的qP和pP，選軸向杜塞泵型號規(guī)格為63CCY14-1B，其額定壓力為28MPa，滿足25~60％壓力儲備的要求。排量為63m L/r，電動機同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min，故額定流量為：q = qn = = 94.5 L/min，額定流量比計算出的qP大，能滿足流量要求，此泵的容積效率ηv = 0.92。
④ 電動機功率 驅(qū)動泵的電動機的功率可以由工作循環(huán)中的最大功率來確定；由工況分析知，最大功率為5.76 kW，取泵的總效率為η泵 = 0.85。
則P ===6.78kW
選用功率為7.5 kW，額定轉(zhuǎn)速為1440 r/min的電動機。電動機型號為：Y132m-4（Y系列三相異步電動機）。
4.3.2 選擇液壓控制閥
閥2、4、6、7通過的最大流量均等于qP，而閥1的允許通過流量為q
q = q1–qP＝289.4–65.9＝223.5 L/min
閥3的允許通過流量為q = q1 = 289.4 = 67.9 L/min
閥8是安全閥，其通過流量也等于qP。
以上各閥的工作壓力均取p＝32 MPa。
本系統(tǒng)所選用的液壓元件見表4-2。
表4-2 液壓機液壓元件型號規(guī)格明細表
序號
元件名稱
型 號
規(guī) 格
1
液控單向閥
SV30P-30B
華德：31.5MPa，30通徑，流量400L/min
2
單向順序閥
（平衡閥）
DZ10DP1-40BY
華德：10通徑，流量80L/min，
控制壓力（25~210）×105Pa
3
液控單向閥
SV20P-30B
華德：31.5MPa，20通徑，流量400L/min
4
電液換向閥
WEH25H20B106AET
華德：28MPa，25通徑，流量1100L/min
5
電磁換向閥
3WE4A10B
華德：21MPa，4通徑，流量25L/min
6
電液換向閥
WEH25G20B106AET
華德：28MPa，25通徑，流量1100L/min
7
順序閥
DZ10DP140B210M
華德：10通徑，流量80L/min，
控制壓力（25~210）×105Pa
8
溢流閥
（安全閥）
DBDH20P10B
華德：20通徑，流量250L/min，
調(diào)壓范圍（2.5~40）MPa
9
軸向柱塞泵
63CCY14-1B
32MPa，排量63mL/r，1500r/min
10
主液壓缸
自行設(shè)計
11
頂出液壓缸
自行設(shè)計
12
壓力表
Y-100
（0~400）×105Pa
13
壓力表開關(guān)
KF-L8/20E
4.3.3選擇輔助元件
（1）確定油箱容量
由資料，中高壓系統(tǒng)（p>6.3 MPa）油箱容量V =（6~12）qP。
本例取V = 8×qP = 8×94.5 = 756 L（qP用液壓泵的額定流量）.
取油箱容量為800 L。
充油筒容量V1 =（2–3）Vg = 3×25 = 75（L）
式中 Vg——主液壓缸的最大工作容積。
在本例中，Vg = A1Smax = 804×31 = 24924cm3 ≈ 25（L）
（2）油管的計算和選擇
如參考元件接口尺寸，可選油管內(nèi)徑d = 20mm。
計算法確定：液壓泵至液壓缸上腔和下腔的油管
d =取v = 4m/s，q=65.9L/min
d == 1.87 cm，選d=20mm
與參考元件接口尺寸所選的規(guī)格相同。
充液筒至液壓缸的油管應(yīng)稍加大，可參考閥1的接口尺寸確定
選d = 32 mm的油管，油管壁厚：δ≥。
選用鋼管：[σ] = ≈ 83.25MPa，取n = 4， σb = 333MPa（10＃鋼）。
σ = ==3.84 mm，取σ=4 mm
4.4液壓系統(tǒng)性能驗算
因為慢速加壓在工作循環(huán)中所占的時間最長，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油箱升溫可按慢速加壓工況來計算。通過查得液壓缸卸荷閥的流量，取壓力損失值，。
慢速加壓時的壓力損失：
慢速加壓時泵的工作壓力：
(取)
慢速加壓時液壓缸的輸入功率查表4-1可知為188W。
系統(tǒng)總發(fā)熱功率：
有效散熱面積：
取油箱散熱系數(shù)：·
油箱升溫為：
設(shè)環(huán)境溫度則熱平衡溫度為：
此熱平衡溫度小于允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器[20]。
第五章 熱壓機的安裝、維護與保養(yǎng)
5.1熱壓機的安裝
主機的四根立柱安裝在下橫梁上固定起來，下橫梁用地腳螺栓固定在混凝土上，安裝時，要注意思使立柱的軸線相對于水平面的垂直度不低于0.08mm（見<機械設(shè)計手冊>第一巻）立柱上安裝有橫梁，安裝時要注意，用水平儀來測量是否處于水平位置，棟梁為板狀。
液壓機安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，環(huán)境應(yīng)干燥，空氣中無腐蝕性氣體，機器應(yīng)有足夠的空間，便于操作和維修保養(yǎng)。
主體安裝時一般采用精度為0.1/1000 mm 的水平儀度在油缸的側(cè)面或油缸的端面上，水平儀找到±1格即可，不符時，加墊鐵片調(diào)正。
壓力機采用優(yōu)質(zhì)中等精度的粘度的礦物油，油內(nèi)不要含雜質(zhì)以免進入油缸后損壞油缸及油塞，影響壓力機的準確性。
壓制前，可根據(jù)工件的最大屈服強度，合理的選擇壓制范圍。
壓制過程中，如油泵突然停止工作，應(yīng)立即將所加之負載缷掉。使油壓降低，檢查后重新開動油泵，進行壓制，不要在高壓下起動油泵或檢查事故原因。
壓制暫停時，應(yīng)停轉(zhuǎn)油泵，以避免無故磨損和耗電。
壓制時，如果電器發(fā)生故障，啟動或停止按鈕不起作用時，應(yīng)立即切斷電源，使壓力機停止工作。
5.2熱壓機的維護與保養(yǎng)
正確使用機器設(shè)備，認真執(zhí)行維修和遵守安全操作是延長設(shè)備使用壽命，保證安全生產(chǎn)的必要條件。因此首先應(yīng)熟悉機器之結(jié)構(gòu)性能和操作程序，掌握其特性，此外根據(jù)一般使用情況提供維護保養(yǎng)及安全操作幾點供用參考。
5.2.1維修保養(yǎng)
（1）工作用油推薦采用30號液壓油，若選用機油或透平油應(yīng)視溫度而定，室溫低于20℃時可用N32號機油或22號透平油，室溫高于30℃時可用N46號或N68號機油，使用油溫應(yīng)在15℃－60℃范圍內(nèi)。
（2）油液應(yīng)進行嚴格過濾后才許加入油箱，油箱內(nèi)注油不得低于油標。
（3）工作油液每一年更換一次，其中第一次更換時間不應(yīng)超過三個月。
（4）滑塊應(yīng)經(jīng)常注潤滑油，立柱及柱塞外露表面應(yīng)經(jīng)常保持清潔，每次工前應(yīng)先噴注機油。
（5）在公稱壓力400KN下集中載荷最大允許偏心15mm，偏心過大易使立柱拉傷或出現(xiàn)其它不良現(xiàn)象。
（6）機器在停止使用24小時以上需重新開機時，必須擰開泵回油接頭，注入與油箱內(nèi)相同的油液。
（7）每半年應(yīng)檢查校正一次壓力表。
（8）機器較長期停用，應(yīng)將各加工表面擦洗干凈并涂以防銹油。
5.2.2安全操作規(guī)程
（1）不了解機器結(jié)構(gòu)性能或操作程序者不應(yīng)擅自開動機器。
（2）機器在工作過程中，不應(yīng)進行檢修或調(diào)整模具。
（3）當機器發(fā)現(xiàn)較嚴重漏油或其它異常（如動作不可靠、噪音大、振動等時應(yīng)停車分析原因，設(shè)法排除，不得帶病投入生產(chǎn)。
（4）不得超載或超過最大偏心距使用。
（5）嚴禁超過滑塊的最大行程，模具閉合高度最小不得小于300mm。
（6）電氣設(shè)備接地必須牢固可靠。
總 結(jié)
畢業(yè)設(shè)計是對畢業(yè)生四年大學生活及學習的一次總結(jié)，是對畢業(yè)生的一次考核，通過設(shè)計的構(gòu)思，可以看出一個本科畢業(yè)生的能力，同時也是對大學四年所學專業(yè)知識的一次廣而深的復習。
畢業(yè)設(shè)計是與實際緊密聯(lián)系在一起的，是一次理論聯(lián)系實際的有機結(jié)合，在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，我查閱了大量的資料，仔細認真的分析了當前工程液壓機系統(tǒng)的性能，發(fā)現(xiàn)中型液壓機中，主泵最好采用變量泵，因為,當需要高壓時流量變小,當快速回程時,使用大流量低壓強,這樣一來，有利于降低功率，減少噪音，機器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在設(shè)計中綜合評比各元件的性能來選擇零件，通過校核強度等完成液壓機的整體設(shè)計。
最后，在此我衷心的感謝各位指導老師給予我耐心的指導，感謝圖書館的老師配合，感謝每一位給予我?guī)椭耐瑢W。
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致 謝
在本文即將結(jié)束之際，請允許我對在這四年的大學生活學習中給予我支持和鼓勵的各位老師和同學致以深深的感謝。
首先，我要感謝我的指導老師，感謝她在我的研究和學習過程中給予我的指導和幫助。在大學生活中，老師對我的言傳身教以及給予我許多無私的關(guān)心和幫助，所有這些不僅是我得以順利地完成本文，而且更是使我終身受益。我還要感謝系里的各位老師，他們?yōu)槲业漠厴I(yè)設(shè)計提出諸多良好的建議以及努力方向，使我得以較快地完成設(shè)計。
其次，我還要特別感謝我的母校，為我提供了一個先進的學習、工作環(huán)境，能讓我順利完成自學考試的各個課程。
最后，請讓我將這篇學士學位論文獻給我的父母親，感謝他們的養(yǎng)育之恩，感謝他們使我成為一個對社會有用的人，他們的關(guān)懷、支持和鼓勵是我所有信念的力量源泉。
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