摘要四柱液壓機由主機及控制機構兩大部分組成。液壓機主機部分包括液壓缸、橫梁、立柱及充液裝置等。動力機構由油箱、高壓泵、控制系統、電動機、壓力閥、方向閥等組成。液壓機采用PLC控制系統，通過泵和油缸及各種液壓閥實現能量的轉換，調節和輸送，完成各種工藝動作的循環。該系列液壓機具有獨立的動力機構和電氣系統，并采用按鈕集中控制，可實現手動和自動兩種操作方式。該液壓機結構緊湊，動作靈敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，壓力和行程可在規定的范圍內任意調節，操作簡單。在本設計中，通過查閱大量文獻資料，設計了液壓缸的尺寸，擬訂了液壓原理圖。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。關鍵詞四柱；液壓機；PLCABSTRACTTHEFOURPILLARSHYDRAULICPRESSISDIVIDEDINTOTWOPARTS,HOSTMACHINEANDCONTROLMECHANISMHYDRAULICPRESSHOSTMACHINEISMAKEUPOFHYDRAULICCYLINDER,BEAM,UPRIGHT,PREFILLVALVEANDSOONDYNAMICMECHANISMISMAKEUPOFTANK,HIGHPRESSUREPUMP,CONTROLSYSTEMS,ELECTROMOTO,PRESSUREVALVE,DIRECTIONVALVEANDSOONHYDRAULICPRESSCONTROLSYSTEMSADOPTPLCITWILLBECOMETRUEENERGYCONVERSION,REGULATEANDTRANSPORT,ALLKINDSOFTECHNICALMOTIONSCYCLE,THROUGHCONTROLPUMP,HYDRAULICCYLINDERANDALLKINDSOFHYDRAULICVALVETHESERIESHYDRAULICMACHINEISANINDEPENDENTBODYANDTHEELECTRICALPOWERSYSTEM,ANDCENTRALIZEDCONTROLBUTTONSUSED,ACHIEVEBOTHMANUALANDAUTOMATICOPERATIONMODETHISHYDRAULICSYSTEMFRAMEWORKISCOMPACT,MOVEMENTKEENRELIABLE,THESPEEDISQUICK,THEENERGYCONSUMPTIONISSMALL,THENOISEISLOW,THEPRESSUREANDTHETRAVELINGSCHEDULEMAYADJUSTWILLFULLYINTHESTIPULATIONSCOPE,THEOPERATIONISSIMPLEINTHISDESIGN,THROUGHTHECONSULTMASSIVELITERATUREMATERIAL,HASDESIGNEDTHEHYDRAULICCYLINDERSIZE,HASDRAFTEDTHEHYDRAULICPRESSURESCHEMATICDIAGRAMACCORDINGTOTHEPRESSUREANDTHECURRENTCAPACITYSIZECHOOSETHEHYDRAULICPUMP,THEELECTRICMOTOR,THECONTROLVALVE,HYDRAULICPRESSUREPARTS,THEAUXILIARYPARTANDFILTERKEYWORDSFOURPILLARS；HYDRAULICPRESS；PLC目錄第1章緒論111概述112發展趨勢2第2章液壓機本體結構設計421液壓機基本技術參數422液壓缸的基本結構設計5221液壓缸的類型5222鋼筒的連接結構5223缸口部分結構5224缸底結構5225油缸放氣裝置6226緩沖裝置623缸體結構的基本參數確定7231主缸參數7232各缸動作時的流量8233上缸的設計計算9234下缸的設計計算1524確定快速空程的供液方式、油泵規格和電動機功率21241快速空程時的供油方式21242確定液壓泵流量和規格型號21243泵的構造與工作原理2225立柱結構設計22251立柱設計計算22252連結形式24253立柱的螺母及預緊26254立柱的導向裝置26255限程套28256底座2826橫梁參數的確定28261上橫梁結構設計28262活動橫梁結構設計29263下橫梁結構設計30264各橫梁參數的確定30第3章液壓系統及元件的設計3131液壓系統原理31311工作原理31312工藝加工過程3232管道及管接頭33321管道3333液壓控制閥的選擇35331先導式溢流閥35332節流閥35333單向閥35334電磁換向閥35335順序閥36336背壓閥36第4章控制部分3741PLC概述3742控制部分設計37總結39參考文獻40致謝41附錄1英文及翻譯42附錄2程序梯形圖51第1章緒論11概述本次設計的題目由我實習的公司提供，主要是對鋁合金材料等的加工。公司所生產的產品是氣瓶，材料包括鋁合金、碳纖維、鋼等。設計液壓機是為了更加深刻理解液壓機在加工過程中的工作原理以及實際應用意義。液壓機是利用液體來傳遞壓力的液壓設備。液體在密閉的容器中傳遞壓力時是遵循帕斯卡定律。液壓機的液壓傳動系統由動力機構、控制機構、執行機構、輔助機構和工作介質組成。本機器采用三梁四柱結構形式，機身由工作臺、滑塊、上橫梁、立柱、鎖母和調節螺母等組成。四柱式結構為液壓機最常見的結構形式之一。四柱式結構最顯著的特點是工作空間寬敞、便于四面觀察和接近模具。整機結構簡單，工藝性較好，但立柱需要大型圓鋼或鍛件。液壓機在一定的機械、電子系統內，依靠液體介質的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大，實現機械功能的輕巧化、科學化、最大化。液壓機械具有重量輕、功率大、結構簡單、布局靈活、控制方便等特點，速度、扭矩、功率均可做無級調節，能迅速換向和變速，調速范圍寬，快速性能好，工作平穩、噪音小適用于金屬材料壓制工藝,如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也可從事于校正、壓裝、砂輪成型、冷熱擠壓金屬等同樣適應于非金屬材料，如塑料、玻璃鋼、粉末冶金、絕緣材料等壓制成型，以及有關壓制方面的新工藝、新技術的試驗研究等。已經廣泛應用到醫療、科技、軍事、工業、自動化生產、運輸、礦山、建筑、航空等領域。本設計題目的要求是按照液壓系統規定的動作圖表驅動電機、選擇規定的工作方式，在發訊元件的指令下，使有關電磁鐵的動作以完成點動和半自動循環指定的工藝動作。設電氣控制箱，除依據機器部分的需要必須分散安裝于各處的電器元件（如電動機、電磁鐵、接近開關、壓力繼電器）外，其它電器均集中安裝在電氣控制箱內，操作人員只需操縱相應的開關按扭，即可對機器進行操作。由于繼電器接觸器控制是采用固定接線的硬件實現邏輯。如果生產任務或生產工藝發生變化，就必須重新設計，改變硬件結構，這樣造成時間和資金的浪費。另外，大型控制系統用繼電器接觸控制，使用繼電器數量多，控制系統體積大，耗電多，且繼電器觸點為機械觸點，工作頻率低，在頻繁動作情況下壽命較短，造成系統故障，系統的可靠性差。而PLC控制能改善繼電器控制器上述的不足,PLC可靠性高，抗干擾能力強,通用性強，控制程序可變，使用方便,功能強，適應面廣,編程簡單，容易掌握體積小、重量輕、功耗低、維護方便,減少了控制系統的設計及施工的工作量等特點,所以設計時我們采用PLC能集中且較方便地制。圖11四柱液壓機12發展趨勢1高速化，高效化，低能耗。提高液壓機的工作效率，降低生產成本。2機電液一體化。充分合理利用機械和電子方面的先進技術促進整個液壓系統的完善。3自動化、智能化。微電子技術的高速發展為液壓機的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現的在加工，應能夠實現對系統的自動診斷和調整，具有故障預處理的功能。4液壓元件集成化，標準化。集成的液壓系統減少了管路連接，有效地防止泄漏和污染。標準化的元件為機器的維修帶來方便。液壓傳動的基本原理液壓系統利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執行元件液壓缸或馬達把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，實現直線往復運動和回轉運動。其中的液體稱為工作介質，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。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，分析它的工作過程，可以清楚的了解液壓傳動的基本原理。編輯本段液壓傳動系統的組成液壓系統主要由動力元件（油泵）、執行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質等五部分組成。1、動力元件（油泵）它的作用是把液體利用原動機的機械能轉換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。2、執行元件（油缸、液壓馬達）它是將液體的液壓能轉換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉運動。3、控制元件包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據需要無級調節液動機的速度，并對液壓系統中工作液體的壓力、流量和流向進行調節控制。4、輔助元件除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭擴口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。5、工作介質工作介質是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經過油泵和液動機實現能量轉換。第2章液壓機本體結構設計21液壓機基本技術參數800噸液壓機設計要求1、主缸公稱壓力8000KN1F2、主缸回程力1600KN23、頂出缸公稱壓力1000KN34、頂出缸回程力600KN4F5、滑塊距工作臺最大距離1800MM6、滑塊行程1200MM7、頂出行程400MM8、工作壓力25MPA9、滑塊速度空程速度120MM/S1V擠壓速度1525MM/S2回程110MM/S310、頂出速度頂出140MM/S4V回程150MM/S511、工作臺中心孔100MM12、工作臺面大小根據設備穩定性進行設計。22001600，16001600,3150200022液壓缸的基本結構設計221液壓缸的類型圖21雙作用單活塞桿液壓缸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，從圖可見，油缸被活塞頭分隔為兩腔，側面有兩個進油口，因此，可以獲得往復的運動。實質上起到兩個柱塞缸的作用。此種結構形式的油缸，在中小型液壓機上應用最廣。222鋼筒的連接結構在設計中上、下缸都選擇法蘭連接方式。這種結構簡單，易加工，易裝卸。上缸采用前端法蘭安裝，下缸采用后端法蘭安裝。223缸口部分結構缸口部分采用了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。由于在設計中缸孔和活塞桿直徑的差值不同，故缸口部分的結構也有所不同。224缸底結構缸底結構常應用有平底、圓底形式的整體和可拆結構形式。平底結構具有易加工、軸向長度短、結構簡單等優點。所以目前整體結構中大多采用平底結構。圓底整體結構相對于平底來說受力情況較好，因此，在相同應力，重量較輕。另外，在整體鑄造的結構中，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，上述優點就顯得不太突出，這也是目前在整體結構中大多采用平底結構的一個原因。然而整體結構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構受力情況好、結構簡單、可靠，因此在中小型液壓機中使用也較廣。在設計中選用的是平底結構。225油缸放氣裝置通常油缸在裝配后或系統內有空氣進入時，使油缸內部存留一部分空氣，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振動。因此，除在系統采取密封措施、嚴防空氣侵入外，常在油缸兩腔最高處設置放氣閥，排出缸內殘留的空氣，使油缸穩定的工作17【】。排氣閥的結構形式包括整體式和組合式。在設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，缸內空氣從錐面間隙中擠出，并經斜孔排出缸外。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。226緩沖裝置緩沖裝置的工作原理是使鋼筒低壓腔內油液全部或部分通過節流把動能轉換為熱能，熱能則由循環的油液帶到液壓缸外17【】。緩沖裝置的結構有恒節流面積緩沖裝置和變節流型緩沖裝置。在設計中我采用的是恒節流面積緩沖裝置，此類緩沖裝置在緩沖過程中，由于其節流面積不變，故在緩沖開始時，產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量和載荷等，因此為了使結構簡單，便于設計，降低制造成本，仍多采用此種節流緩沖方式。23缸體結構的基本參數確定231主缸參數2311主缸的內徑（注所用公式都來源于文獻【10】【17】）0638M（211DPF14258）按標準取整0640M12312主缸活塞桿直徑（22）1DPFD2240573M（22）63210560按標準取整058M1D2313主缸實際壓力（23）實1PKND80312564046212314主缸實際回程力（24）實2PD14362542212315頂出缸的直徑0226M2DPF3251按標準取整025M22316頂出缸的活塞桿直徑0177M2DPFD421632105450按標準取整018M22317頂出缸實際頂出力實3PKND1270524622318頂出缸實際回程力實4D598622232各缸動作時的流量2321主缸進油流量與排油流量1快速空行程時的活塞腔進油流量1Q（25）1Q124VDMINL/23560402（2）快速空行程時的活塞腔的排油流量,1（26）,11214DINL/8413602580642（3）工作行程時的活塞腔進油流量2Q2214VDMINL/8356040（4）工作行程時的活塞腔的排油流量,2,2Q2124DINL/06958064（5）回程時的活塞桿腔進油流量3Q33214VDDMINL/53796015806422（6）回程時的活塞腔的排油流量,3,3Q3214VDMINL/921604022322頂出缸的進油流量與排油流量1頂出時的活塞腔進油流量442VINL/142601502（2）頂出時的活塞桿的排油流量,4Q,4Q42DDMINL/5198604180522（3）回程時的活塞桿腔進油流量55524VDINL/62105180422（4）回程時的活塞腔的排油流量,5Q,5Q524DMINL/6410102表21上缸鋼筒所選材料型號MPABMPASS4561036014233上缸的設計計算2331筒壁厚計算公式（27）01C2當03時，用使用公式D080MAX32PDP312526400122M（28）取02M為缸筒材料強度要求的最小，M為鋼筒外徑公差余量，M01C為腐蝕余量，M試驗壓力，16M時，取2CMAXPPA125PMAXPP管內最大工作壓力為25M鋼筒材料的許用應力，M/NAPPAPB鋼筒材料的抗拉強度，MN安全系數，通常取N5B當時,材料使用不夠經濟,應改用高屈服強度的材料D202332筒壁厚校核額定工作壓力,應該低于一個極限值,以保證其安全PMPA21350DP0352840647MPA（29）外徑D內徑1D同時額定工作壓力也應該完全塑性變形的發生RLPLG321S23320869MPA（2L2510）缸筒完全塑性的變形壓力,材料屈服強度MPARLPS鋼筒耐壓試驗壓力，MPARRLPP4203530423650MPA（211）2333缸筒的暴裂壓力RPDLG321B23610L251657MPA（212）2334缸筒底部厚度缸筒底部為平面時04331PDP20433152960MM（213）67取MM筒底厚，MM20112335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20CM則KR06875（214）12RK64021750P208753698MPA（215）按這種方法計算100MPA所以安全2336缸筒端部法蘭厚度3104FBHPAR2048533670MM（216）取H100MM法蘭外圓半徑螺孔直徑螺釘M30AR1RB螺釘中心到倒角端的長度32CM42CM485CM10CMH10CM1R2R4R1H12R37CM4725CM512321RR2458圖22部分工作缸2337校核法蘭部分強度123214LN6RR324LN3240610067CM（217）（218）143523LN1RHRPM其中P52RH521P7211021102KN/CM（219）00335（22H106720）0367（2521R3705221）1（231H322）042（214LNR325823）所以951MPA420136705M（262121RPHHZ32595224）571346917MPA滿足要求依據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。2338缸筒法蘭連接螺釘表22螺釘所選材料型號MPABMPASS35540320171螺釘處的拉應力MPA6210ZD4KF6230885MPA（225）31Z螺釘數12根K擰緊螺紋的系數變載荷取K4螺紋底徑,M1D2螺紋處的剪應力0475MPA（26310Z2DKFK26）MPA（227）0NSP756屈服極限安全系數5S0N3合成應力NN23310581MPA（2305P28）2339墊片與橫梁間螺釘的校核1螺釘處的拉應力MPA6210ZD4KF62310838MPA（229）3Z螺釘數12根K擰緊螺紋的系數變載荷取K4螺紋底徑,M1D2螺紋處的剪應力0475MPA（230）6310Z2DKFKMPA（231）0NSP725屈服極限安全系數5S0N3合成應力NN2331081MPA（232）094P23310活塞桿直徑D的校核表23活塞桿所選材料型號MPABMPASS45MNB103083594FD41038（2M7233）D058M滿足要求F活塞桿上的作用力活塞桿材料的許用應力，/14B234下缸的設計計算表24鋼筒所選材料型號MPABMPASS45610360142341下缸筒壁厚公式01C2當03時，用使用公式D80MAX32PP3125200048M取007M為缸筒材料強度要求的最小，M為鋼筒外徑公差余量，M01C為腐蝕余量，M試驗壓力，16M時，取2CMAXPPA125PMAXPP管內最大工作壓力為25M鋼筒材料的許用應力，M/NAPPAPB鋼筒材料的抗拉強度，MN安全系數，通常取N5B當時,材料使用不夠經濟,應改用高屈服強度的材料D202342下缸筒壁厚校核額定工作壓力,應該低于一個極限值,以保證其安全PMPA21350DP0352305436MPA外徑D內徑1D同時額定工作壓力也應該完全塑性變形的發生RLPDLG321S23320789MPAL28缸筒完全塑性的變形壓力,材料屈服強度MPARLPS鋼筒耐壓試驗壓力，MPARRLPP4203527623314MPA2343缸筒的暴裂壓力RPDLG321B23610L281504MPA2344缸筒底部厚度缸筒底部為平面04331PDP20433125D960MM取MM047801筒底厚，MM12345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8CM，則KR06812RK582170P20165431MPA按這種方法計算100MPA所以安全2346缸筒端部法蘭厚度H3104FBHPAR208633363MM取H40MM法蘭外圓半徑螺孔直徑螺栓M12AR1RB螺栓中心到倒角端的長度125CM16CM202CM35CM1R2R4R1H12RH4CM1425CM51123RR4201CM46202347校核法蘭部分強度123214LN6RR526L650340182CM143523LN1RHRPM其中P13711371KN/CM52RH521P20364H4800175521R2513149331H40484LNR520所以539MPA480931736125M2121RPHHZ5126622643923032MPA滿足要求2348缸筒法蘭連接螺釘表25螺釘所選材料型號MPABMPASS35540320171螺栓處的拉應力MPA6210ZD4KF6231029MPA3Z螺栓數12根K擰緊螺紋的系數變載荷取K4螺紋底徑,M1D2螺紋處的剪應力0475MPA6310Z2DKFKMPA0NSP725屈服極限安全系數5S0N3合成應力NN23310921MPA07P2349墊片與橫梁間螺栓的校核1螺栓處的拉應力MPA6210ZD4KF6231029MPA3Z螺栓數12根K擰緊螺紋的系數變載荷取K4螺紋底徑,M1D2螺紋處的剪應力0475MPA6310Z2DKFKMPA0NSP72536屈服極限安全系數5S0N3合成應力NN23310921MPA307P23410活塞桿直徑D的校核表26活塞桿所選材料型號MPABMPASS45MNB103083594FD4103M2D018M滿足要求F活塞桿上的作用力活塞桿材料的許用應力，/14B24確定快速空程的供液方式、油泵規格和電動機功率241快速空程時的供油方式主缸快速空程下行活塞腔的進油量為該流量數值較大，只1QMINL/235采用油泵來滿足很不經濟，故決定用活動件自重快速下行的方式，使用充液閥從充液油箱吸油。242確定液壓泵流量和規格型號系統工作時所需高壓液體最大流量是主缸工作行程活塞腔的進油流量，2Q為，主缸活塞回程時所需流量，為，頂出缸頂出時所MINL/8353QMINL/579需進油流量，為主缸回程和頂出缸頂出時，他們只是在開始時需4QINL/12要高壓而其他情況則不需要高壓根據工況分析，決定選用一臺ZB型AP5斜軸式軸向柱塞泵公稱流量為，轉速為，功率為1/48RML1MIN/970R1302/KW，型號1ZXB740。電機選用三相異步電機，型號Y315L26，額定功率132/KW，轉速為，電流246/A，效率938，功率因數087，重量1210千克。1MIN/90R圖23軸向柱塞泵243泵的構造與工作原理1工作原理如圖所示，當傳動軸帶動柱塞缸體旋轉時，柱塞也一起轉動。由于柱塞總是壓緊在斜盤上，且斜盤相對剛體是傾斜的。因此，柱塞在隨缸體旋轉運動的同時，還要在柱塞缸體內的柱塞孔中往復直線運動。當柱塞從缸體柱塞塞孔中向外拉出時，缸體柱塞孔中的密閉容積便增大，通過配流盤的進油口將液壓油吸進缸體柱塞孔中；當柱塞被斜盤壓入缸體柱塞孔時，缸體柱塞孔內的容積便減小，液壓油在一定的壓力下，經配油盤的出油口排出。如此循環，連續工作。PVH泵的控制系統能調節液壓泵的工況，使排出液壓油滿足工作裝置需要。2控制系統PVH泵的控制系統分為兩種壓力補償控制系統和載荷感應壓力限定控制系統。壓力補償控制系統是通過改變液壓泵的流量，保持設定的工作壓力來滿足工作要求的一種控制方式。載荷感應壓力限定控制系統，是通過對工作載荷的壓力變化進行感應，自動調節液壓泵的工作狀態，以滿足特定系統工況的要求。25立柱結構設計251立柱設計計算1先按照中心載荷進行初步核算，許用應力不應大于55，并參照AMP同類型液壓機的立柱，初步定出立柱直徑。2按標準選取立柱螺紋。3立柱螺紋區到光滑區過渡圓角應盡可能取大些，最好在3050MM之間。原設計主要參數為F8000KNH300CMB180CM寬邊立柱中心距D30CM立柱光滑部分直徑E10CM允許偏心距N4（立柱的根數）立柱材料為45鋼，中頻淬火620MPA，375MPABS（1）中心載荷時的應力222（22）（DNF23048）（AMP34）（2）偏心載荷靜載荷合成應力由于小型液壓機，可將立柱考慮為插入端的懸臂梁，M02512）（DNF310ME2048）（30185222741963（2AMP35）150,因此是安全的。1A對于截面的45鋼，375MPA，尺寸系數已考慮在內，立柱表面為精車，S對于正火的45鋼，表面質量系數為09，因此可取為300MPA過渡圓角半0徑為30MM疲勞強度校核01（2DR3036）0107（2MIN237）從文獻【10】中查出158TKK1070（1581）141（238）K1419631044300（2TAMPA39）為200MPA,因此是安全的。0立柱是四柱液壓機重要的支承件和受力件，同時又是活動橫梁的導向基準。因此，立柱應有足夠的強度與剛度，導向表面應有足夠的精度，光潔度和必要的硬度。252連結形式立柱式機架是常見的機架形式，一般由4根立柱通過螺母將上、下橫梁緊固地連結在一起，組成一個剛性的空間框架。在這個框架中，既安裝了液壓機本體的主要零部件，又在液壓機工作時，承受液壓機的全部工作載荷，并作為液壓機運動部分的導向。整個機架的剛度與精度，在很大程度上取決于立柱與上、下橫梁的連接形式與連接的緊固程度。圖24中、小型液壓機立柱連結形式在中、小型液壓機中，常用的連結形式有以下4種1立柱用臺肩分別支承上、下橫梁，然后用外鎖緊螺母上、下予以鎖緊。這種結構中，上橫梁下表面（工作臺）上表面間的距離與平行度，全靠4根立柱臺肩間尺寸的一致性來保證，因此裝配簡單，不需調整，裝配后機架的精度也無法調整，且對立柱臺肩間尺寸精度的加工要求很高。因此，這種結構僅在無精度要求的小型簡易液壓機中采用。2內外螺母式，即在立柱上分別用內、外兩個螺母來固定上、下橫梁，用內螺母來起上述臺肩的支承作用，用外鎖緊螺母上、下予以鎖緊。上橫梁下表面的水平度以及下橫梁（工作臺）上表面的水平度，兩個表面之間的平行度與間距的保持，全靠安裝時內螺母的調整，因此，對立柱的有關軸向尺寸要求不高，但對立柱螺紋精度（與立柱軸線的平行度）及內螺母精度（內螺母的螺紋對于上、下橫梁貼合面的垂直度）要求較高，安裝時調整比較麻煩。3在與上橫梁連結處用臺肩代替內螺母，精度調節和加工均不很復雜，但立柱預緊不如第2種方便。4與第3種形式基本相同，只是在下橫梁處用臺肩代替內螺母，但精度調節比第3種簡便可靠。在設計中選用的是第四種連結方式。圖25組合式立柱螺母253立柱的螺母及預緊立柱螺母一般為圓柱形，小液壓機的立柱螺母是整體的，立柱直徑在150MM以上時，做成組合式，由兩個半螺栓緊固而成，材料用3545鍛鋼或鑄鋼。因為在設計中我選用的立柱為300MM，所以采用此種結構。立柱螺母的尺寸已有機械行業標準JB/T2001731999，螺母外徑約為螺紋直徑的15倍，內螺母一般與螺母等高，約為螺紋直徑的09倍。25MN以下的液壓機，其立柱多做成實心的，實心的立柱的兩端要鉆出預緊螺母用的加熱孔。立柱的預緊分加熱預緊與液壓預緊。本次設計選用的是加熱預緊方式。加熱預緊比較常用的方法，為此，立柱端部應鉆有加熱孔，其深度應大于橫梁的高度。在立柱及上橫梁安裝好后，先將內、外螺母冷態擰緊，然后用電熱棒或通入蒸汽等加熱方法使立柱端部伸長，達到一定溫度后，將外螺母再向下擰過一個角度，一般是用螺母外徑上一點轉過的弧長來度量。立柱冷卻后，就在螺母與橫梁之間產生一個很大的預緊力，使螺母不易松動。加熱時應注意兩對角立柱同時加熱。254立柱的導向裝置活動橫梁運動及工作時，一般以立柱為導向，由于活動橫梁往復運動頻繁，且在偏心加壓時有很大的側推力，因此，不可能讓活動橫梁與立柱直接接觸，互相磨損，必須選擇耐磨損、易更換的材料作為兩者之間的導向裝置。導向裝置的質量直接關系到活動橫梁的運動精度及被加工件的尺寸精度，也會影響到工作缸密封件與導向面的磨損情況，對模具壽命及機身的受力情況也均有影響，為此，必須合理選擇導向裝置的結構及配合要求。圖26導套導向裝置可分為導套與平面導板兩大類。導套對于圓截面的立柱，都是在活動橫梁的立柱孔中采用導套結構，又可分為圓柱面導套和球面導套。圓柱面導套在活動橫梁的立柱孔中，各裝有上、下兩個導套，它們由兩半組成，為了拆裝方便，兩半導套的剖分面最好有的斜度，導套兩端裝有053防塵用的氈墊。這種導套結構簡單，制造方便。本次設計中采用這種形式的導套。導套的材料計算導套材料一般采用鑄錫青銅ZQSN663，小液壓機也有用鐵基粉末冶金的。導套比壓Q的計算102QDCT386133MPA滿足要求（240）Q式中T機架計算中求得立柱上的側推力（N）D導套內孔直徑MC導套高度（M）Q許用比壓（MPA），對于ZQSN663，Q68MPA255限程套為防止運動部分超程，有些液壓機在下橫梁的4個立柱上安裝限程套，一般為對開式，上、下兩端應平行，4個限程套高度應一致，內孔比立柱直徑大12MM，用鑄鐵制造。圖27立柱安裝限程套256底座底座安裝于工作臺下部，與基礎相連。底座僅承受機器之總重量。底座材料可選用鑄鐵件或焊接結構。主要考慮到外形的美觀，對精度無要求。26橫梁參數的確定261上橫梁結構設計橫梁由鑄造制成，目前以鑄造為多，一般采用ZG35B鑄鋼。橫梁的寬邊尺寸由立柱的寬邊中心距確定，上梁和活動梁的窄邊尺寸應盡可能小些，以便鍛造天車的吊鉤容易接近液壓機中心，梁的中間高度則由強度確定。設計上橫梁時，為了減輕重量，根據“等強度梁”的概念，設計成圖所示的不等高梁，即立柱柱套處的高度H小于中間截面的高度H。但在過渡區A處會有應力集中由于上橫梁外形尺寸很大，為了節約金屬和減輕重量，盡量使各個尺寸在允許的范圍內降到最小。梁體做成箱形結構，在安裝缸的地方做成圓筒形，安裝立柱的地方做成方筒形，中間加設筋板，以提高剛度，降低局部應力。圖28梁的不等高結構262活動橫梁結構設計2621活動橫梁的主要作用與工作缸柱塞桿連接傳遞液壓機的壓力，通過導向套沿立柱導向面上下往復運動安裝固定模具及工具等。因此需要有較好的強度、剛度及導向結構。活動橫梁上部與工作缸柱塞相連，下部與上模座相連，梁體結構和受力狀態都很復雜。當液壓機工作時，高壓液體作用于柱塞的力是通過活動橫梁及上砧傳遞到鍛件上而做功，活動橫梁的上下運動則依靠梁與立柱的導向裝置。2622活塞桿與橫梁的連接剛性連接柱塞下端插入活動橫梁內。此種連接方式在偏心載時，柱塞跟隨活動橫梁一起傾斜，將動梁所受偏心力矩的一部分傳給工缸導向套，使導向套承受側向水平推力或一對力偶，從而加劇導向套及封的磨損。單缸液壓機或三缸液壓機的中間工作缸多采取此種結構。在活塞桿焊接法蘭用螺釘與橫梁連接，用12根M30的螺釘，達到預緊的目的。263下橫梁結構設計下橫梁的剛度要求應略嚴一些，以保證整個壓機的剛性。下橫梁直接與立柱、拉桿、工作臺、回程缸和頂出器相連，梁體結構和受力狀態都很復雜。對于下橫梁，其設計原則與上橫梁相同，是在滿足相連部件最小幾何尺寸要求和工藝要求的條件下，盡可能縮減其縱向、橫向尺寸，這是有效提高梁的剛度、強度和減輕梁的重量應首先把握的主要原則。264各橫梁參數的確定因為液壓缸與橫梁間的墊片厚度為25CM，因此可以推算橫梁的厚度取大于25CM即滿足要求。考慮在墊片與橫梁的連接面積比墊片與液壓缸的連接面積少一半所以上橫的受力部分厚度選用50CM，因為有空心部分，所以整體厚度選用75CM?；顒訖M梁受力部分為35CM，整體厚度選用50CM。因為下缸的公稱壓力小，但受力打，所以整體厚度選用40CM。第3章液壓系統及元件的設計31液壓系統原理311工作原理圖31液壓控制原理系統圖1主油箱2三相異步電動機3斜盤式軸向柱塞泵4順序閥5先導溢流閥6三位四通電磁換向閥7二位四通電磁換向閥8壓力繼電器9單向閥10壓力表11補油箱12上缸13背壓閥14液控單向閥15行程開關16下缸17節流閥圖1是油路控制原理系統圖，工作時，電液換向閥6通電，壓力油由泵3打出，經順序閥4，進入電液換向閥6的右位，再通過單向閥9，進入上缸12的上腔。同時，經電磁閥7補油進入油缸上腔?；赜蛷纳细椎南虑唤涍^（單向順序閥）背壓閥13和液控單向閥14，通過電液換向閥7，流回到油箱。與此同時，上缸在自重的作用下，加速了向下的快速運動，使上缸的上腔瞬時間形成了真空帶，補油箱的油會通過液控單向閥，被吸進上缸的上腔，以消除真空，保持上缸的快速下移。當上缸帶動上模與下模合模后，壓力油繼續輸入上油缸的上腔，油缸上腔的壓力開始升高，由于油壓的升高，補油箱處的液控單向閥被關閉，切斷了補油箱的供油，使上缸12下行速度開始放慢。油缸上腔壓力繼續升高，當壓力超過了壓力繼電器10的調定值時，壓力繼電器發出信號，控制電液換向閥6轉換到中位，切斷油缸12上腔的供油，上缸停止運動，系統開始保壓，保壓時間為40S。保壓完后，電液換向閥6的左位被接通，泵3打出的壓力油，經過順序閥4，通過電液換向閥6的左位，再經過液控單向閥14、（單向順序閥）背壓閥13，進入上油缸12的下腔，推動油缸向上運動，同時電磁閥7切換到左位，油箱補油加速回程。油缸12上腔的回油通過液控單向閥，流回到補油箱11。使得上缸能快速退回原位。當將電液換向閥6的中位和電液換向閥的右位接通時，泵3打出的壓力油，經過電液換向閥的左位，進入下缸16的下腔，回油從下缸16的上腔經過電液換向閥的左位，流入回油箱，下缸上行頂出工件。在工件取出后，換向閥的右位開始工作，壓力油進入下缸16的上腔，下缸下腔的回油經過閥的右位流入回油箱，下缸向下運動，恢復原位。閥13在保壓時可防止上油缸12上腔的油液倒流，行程開關15用于控制上、下缸的極限位置，壓力表分別顯示上、下油缸和整個系統的壓力。312工藝加工過程表31工藝加工過程圖電磁換向閥電動機動作名稱動作訊號1YA2YA3YA4YA5YA6YA1D電機啟動AQ快速下行1A減速及壓制2HC1A保壓JP卸壓JS2A回程停止1HC頂出缸頂出3A退回4A靜止5A液壓機的液壓傳動系統由動力機構、控制機構、執行機構、輔助機構和工作介質組成。A動力機構通常采用油泵作為動力機構，一般為容積式油泵。為了滿足執行機構運動速度的要求，選用一個油泵或多個油泵。低壓（油壓小于25MP）用齒輪泵；中壓（油壓小于63MP）用葉片泵；高壓（油壓小于320MP用柱塞泵。32管道及管接頭管道及管接頭用以把液壓元件連接起來，組成一個完整的系統。正確的選擇管道和管接頭，對液壓系統的安裝、使用和維修都有著重要的意義。在設計管道時，管徑應適應、路線應最短，管道彎頭、接頭應盡量小，以減小系統的壓力損失。同時，管道的連接必須牢固可靠，防止振動松脫，并且要便于調整和維修。321管道3211管子的種類液壓傳動系統常用的管子有鋼管、橡膠軟管、尼龍管和塑料管等。應當根據液壓元件的裝置條件、部位和壓力大小來選用油管的材料。我選用的是鋼管。鋼管分為焊接鋼管和無縫鋼管。壓力小于25MPA時可選用焊接鋼管；壓力大于25MPA時，推薦用10號或15號無縫鋼管；對于需要防銹防腐蝕的場合，可選用不銹鋼管；超高壓時可選用合金鋼管。本設計主要選用合金鋼管。鋼管價格便宜，工作壓力較高，但裝配時不能任意彎曲，因此多用于裝配部位限制較少和產品比較定型以及大功率的液壓傳動裝置中，是液壓傳動系統主要的油管材料。3212管子的內徑和壁厚的確定管道尺寸一般由選定的標準元件連接口尺寸確定，也可以按管路允許流速進行計算。油缸快進時油管的流量可達。取管內流速。MINL/835SMV/50040（3VQD460131）取D42MM主缸快退時進油管流量可達，則MINL/53790040VQD46013取D42MM頂出缸快進時油管的流量可達，則INL/1420042VQD6053取D45MM頂出缸快退時進油管流量可達，則MINL/210016VQD46053取D45MM3213管接頭管接頭用于油管之間或油管與液壓元件之間的連接。對管接頭的基本要求是工作可靠、密封性良好、對液流的阻力小、結構簡單、安裝和制造方便等。常用的管接頭可分為金屬管固定連接管接頭、活動連接管接頭和軟管管接頭等三類。1金屬管固定連接管接頭法蘭連接法蘭連接的結構形式有焊接式和凸肩式兩種。用12個高強度螺栓緊固，并采用O型橡膠密封圈密封。法蘭連接常用于通徑大于32MM的高壓管道及超高壓管道。這種連接的特點是牢固可靠，但外形尺寸較大，要求較大的空間。目前，法蘭連接一般是采用方形的法蘭，在直徑大于125MM時，也可采用圓形法蘭。在設計中采用法蘭式連接。33液壓控制閥的選擇331先導式溢流閥DB/DBW型先導式溢流閥具有壓力高、調壓性能平穩、最低調節壓力低和調壓范圍大等特點。在設計中選用DBW型，可以控制系統的壓力并能在任意時刻使之卸荷。DBW30的通徑為20MM，最大流量可達500，可以滿足供油要求。MINL/332節流閥Z2FS型節流閥是雙單向疊加式節流閥，用來控制兩個工作油口的主流量或先導油流量。將本元件裝在先導閥和主閥之間，可以控制先導流量。Z2FS型的通徑為22MM，流量可達350，對于下油缸流量要求較小，MINL/所以，可以滿足要求。333單向閥S型單向閥該閥為錐閥式結構，壓力損失小。主要用于做背壓閥和旁路閥用。連接方式采用管式連接，通徑為30MM，流量可達260MINL/SV型液控單向閥該閥為錐閥式結構，只允許油流正向通過，反向則截止。連接方式采用螺紋連接，型號選SV25。通徑為20MM，流量可達300INL/334電磁換向閥設計中采用三位四通電磁換向閥。次那個號為DSG系列，該系列電磁換向閥配有強吸力、高性能的濕式電磁鐵，具有高壓、大流量、壓力損失低等特點。選用SDSG033C最大流量120。MINL/335順序閥DZ型先導式順序閥該閥利用油路本身壓力來控制液壓缸或馬達的先后動作順序，以實現油路系統的自動控制。改變控制油和泄露油的連接方法，該閥還可以作為卸荷閥和背壓閥（平衡閥）使用。DZ型選通徑25MM流量可達300。MINL/336背壓閥該閥可使背壓隨載荷變化而變化，載荷增大，背壓自動降低，載荷減小則背壓增加，使運動平穩性好，提高系統效率。選擇FBF3型系列，滿足最大32MPA范圍即可。第4章控制部分41PLC概述在本次設計中控制部分用可編程控制器，即PLC。關于可編程控制器的定義，1980年，NEMA將可編程控制器定義為“可編程控制器是一種帶有指令存儲器，數字的或模擬輸入/輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算等功能，用于控制機器或生產過程的自動控制裝置?！睆亩x可知，PLC也是一種計算機，它有著與通用計算機相類似的結構，即由中央處理器（CPU）、存儲器（MEMORY）、輸入/輸出（I/O）接口及電源組成的。只不過它比一般的通用計算機具有更強的與工業過程相連的接口和更直接的適應控制要求的編程語言。42控制部分設計PLC采用歐姆龍控制，芯片選用CPM1A40CDTD,輸出形式是晶體管，這種形式適合工作頻繁的機械中，功能比較強大。此芯片項目為40點T/O型?？蓪崿F循環掃描和即時刷新并用。編程語言是梯形圖方式。輸入12點0000000011，輸出8點0100001007采用梯形圖編程方式，工藝流程是分步進行，所以按照流程圖所需進行編譯。輸入、輸出控制部分在電路圖標出。由于是循環工藝流程，所以在編程中多處加入了延時。圖41繼電器接觸器接口電路圖41利用中間繼電器的觸點來控制交流接觸器線圈的得電與失電，從而控制大型負載，完成從低壓直流到高壓交流的過度控制。圖42輸入、輸出地址圖42表示的是十個輸入地址與7個輸出地址，在電路接線圖與程序梯形圖中都有注明，因此在詮釋程序的內容上方便理解。圖43主要工藝流程壓機工藝動作調整按相應按鈕即可得到相應的工藝動作，松開即停。半自動工藝動作按壓雙手按鈕，即可得到滑塊快下慢下壓制（保壓）泄壓回程頂出取坯。拉伸工藝按壓雙手按鈕，即可得到頂出滑塊快下慢下壓制（保壓）泄壓回程頂出取坯。流程圖體現了整個系統的工作過程，清晰的表達系統的運行狀況。程序梯形圖見后面的附錄二。總結畢業設計是對畢業生四年大學生活及學習的一次總結，是對畢業生的一次考核，通過設計的構思，可以看出一個本科畢業生的能力，同時也是對大學四年所學專業知識的一次廣而深的復習。畢業設計是與實際緊密聯系在一起的，是一次理論聯系實際的有機結合，在整個畢業設計過程中，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的性能，發現中型液壓機中，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，機器運轉平穩。在設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，感謝每一位給予我幫助的同學參考文獻1液壓傳動與控制手冊陳啟松編上海科學技術出版社,20062機電一體化系統設計張鍵民等編高等教育出版社,20073機電控制技術及應用楊公源編電子工業出版社,20054機械設計手冊，（新版16）王文斌等編機械工業出版社,20045互換性與測量技術基礎王伯平編機械工業出版社,20076電動機的單片機控制王曉明編北京航空航天大學出版社,20077機械制造技術基礎熊良山等編華中科技大學出版社,20078機械零件材料與熱處理工藝選擇支道光編機械工業出版社，20089液壓元件及選用王守城，段俊勇編化學工業出版社，200710液壓機的設計與應用俞新陸編機械工業出版社，200711液力傳動理論與設計馬文里編化學工業出版社，200412單片機原理及應用教程M范立南,謝子殿北京大學出版社,200613機電控制系統分析與設計高春甫等編科學出版社，200714潤滑設計手冊吳曉玲編化學工業出版社，200615SORSLFATIGUEDESIGNOFMACHINECOMPONENTSOXFORDPERGRAMONPRESS199116電機學，第四版李發海，朱東起編科學出版社，200717機械設計手冊，（單行本3版），液壓控制，減（變）速器、電機與電器成大先等編化學工業出版社，200618BRADLEYDAMECHATRONICSELECTRONICSINPRODUCTSANDPROCESSESLONDONCHPMANANDHALL,1991致謝本次論文的全部工作得到指導老師楊紅梅的親切關懷和精心指導導師嚴謹的治學態度、淵博的