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1、摘 要四柱液压机由主机及把握机构两大局部组成。液压机主机局部包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、把握系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。液压机承受 PLC 把握系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调整和输送，完成各种工艺动作的循环。该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统，并承受按钮集中把握，可实现手动和自动两种操作方式。该液压机构造紧凑，动作灵敏牢靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定的范围内任意调整，操作简洁。在本设计中，通过查阅大量文献资料， 设计了液压缸的尺寸，拟订了液压原理图。按压力和流量的大小选择了液压泵， 电动机，把握阀，过滤器等液压元件
2、和关心元件。关键词：四柱；液压机；PLCIII目 录第 1 章 绪论11.1 概述11.2 进展趋势2第 2 章 液压机本体构造设计42.1 液压机根本技术参数42.2 液压缸的根本构造设计52.2.1 液压缸的类型52.2.2 钢筒的连接构造52.2.3 缸口局部构造52.2.4 缸底构造52.2.5 油缸放气装置62.2.6 缓冲装置62.3 缸体构造的根本参数确定72.3.1 主缸参数72.3.2 各缸动作时的流量：82.3.3 上缸的设计计算92.3.4 下缸的设计计算：152.4 确定快速空程的供液方式、油泵规格和电动机功率202.4.1 快速空程时的供油方式202.4.2 确定液压
3、泵流量和规格型号212.4.3 泵的构造与工作原理212.5 立柱构造设计222.5.1 立柱设计计算222.5.2 连结形式242.5.3 立柱的螺母及预紧252.5.4 立柱的导向装置262.5.5 限程套272.5.6 底座282.6 横梁参数确实定282.6.1 上横梁构造设计282.6.2 活动横梁构造设计292.6.3 下横梁构造设计292.6.4 各横梁参数确实定30第 3 章 液压系统及元件的设计313.1 液压系统原理313.1.1 工作原理313.1.2 工艺加工过程323.2 管道及管接头333.2.1 管道333.3 液压把握阀的选择353.3.1 先导式溢流阀353.
4、3.2 节流阀353.3.3 单向阀353.3.4 电磁换向阀353.3.5 挨次阀353.3.6 背压阀36第 4 章 把握局部374.1 PLC 概述374.2 把握局部设计37总 结40参考文献41致 谢42附录 1：英文及翻译43附录 2：程序梯形图51第1章 绪论1.1 概述本次设计的题目由我实习的公司供给，主要是对铝合金材料等的加工。公司所生产的产品是气瓶，材料包括铝合金、碳纤维、钢等。设计液压机是为了更加深刻理解液压机在加工过程中的工作原理以及实际应用意义。液压机是利用液体来传递压力的液压设备。液体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、把握机构
5、、执行机构、关心机构和工作介质组成。本机器承受三梁四柱构造形式，机身由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调整螺母等组成。四柱式构造为液压机最常见的构造形式之一。四柱式构造最显著的特点是工作空间宽阔、便于四周观看和接近模具。整机构造简洁，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在确定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻松化、科学化、最大化。液压机械具有重量轻、功率大、构造简洁、布局灵敏、把握便利等特点，速度、扭矩、功率均可做无级调整，能快速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工作平稳、噪音小. 适用于金属材料压制工艺,如冲压、弯曲、翻边、薄板
6、拉伸等。也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如塑料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的工艺、技术的试验争论等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、矿山、建筑、航空等领域。本设计题目的要求是依据液压系统规定的动作图表驱动电机、选择规定的工作方式，在发讯元件的指令下，使有关电磁铁的动作以完成点动和半自动循环指定的工艺动作。设电气把握箱，除依据机器局部的需要必需分散安装于各处的电器元件如：电动机、电磁铁、接近开关、压力继电器外，其它电器均集中安52装在电气把握箱内，操作人员只需操纵相应的开关按扭，即可对机器进展操作。由于继电器
7、接触器把握是承受固定接线的硬件实现规律。假设生产任务或生产工艺发生变化，就必需重设计，转变硬件构造，这样造成时间和资金的铺张。另外，大型把握系统用继电器接触把握，使用继电器数量多，把握系统体积大， 耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作状况下寿命较短， 造成系统故障，系统的牢靠性差。而 PLC 把握能改善继电器把握器上述的缺乏, PLC 牢靠性高，抗干扰力气强,通用性强，把握程序可变，使用便利,功能强，适应面广,编程简洁，简洁把握;体积小、重量轻、功耗低、维护便利,削减了把握系统的设计及施工的工作量等特点,所以设计时我们承受PLC 能集中且较便利地制。1.2 进展趋势图 1.1
8、 四柱液压机(1) 高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产本钱。(2) 机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。(3) 自动化、智能化。微电子技术的高速进展为液压机的自动化和智能化供给了充分的条件。自动化不仅仅表达的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。(4) 液压元件集成化，标准化。集成的液压系统削减了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的修理带来便利。液压传动的根本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种把握阀和管路的传递，借助于液压执行元件
9、(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱开工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油， 它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简洁而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的根本原理。编辑本段液压传动系统的组成液压系统主要由：动力元件油泵、执行元件油缸或液压马达、把握元件各种阀、关心元件和工作介质等五局部组成。1、动力元件油泵 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力局部。2、执行元件油缸、液压马达 它是将液体的液压能转换成机械能。其中， 油缸做直线运
10、动，马达做旋转运动。3、把握元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是依据需要无级调整液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进展调整把握。4、关心元件 除上述三局部以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样格外重要。5、工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。第2章 液压机本体构造设计2.1 液压机根本技术参数800 吨液压机设计要求1、主缸公称压力 F12、主缸回程力 F23、顶出缸公称压力 F34、顶出缸回程
11、力 F48000kN1600KN1000kN600KN5、滑块距工作台最大距离1800 mm6、滑块行程.1200 mm7、 顶出行程400mm8、 工作压力25MPa9、 滑块速度空程速度V1120mm/s挤压速度V215-25 mm/s回程V110mm/s310、 顶出速度顶出V140mm/s4回程V150mm/s511、工作台中心孔100 mm12 、工作台面大小依据设备稳定性进展设计。(2200*1600 ，1600*1600,3150*2023)2.2 液压缸的根本构造设计2.2.1 液压缸的类型图 2.1 双作用单活塞杆液压缸液压缸选用双作用单活塞杆液压缸，活塞在行程终了时缓冲。由
12、于工作过程中需要往复运动，从图可见，油缸被活塞头分隔为两腔，侧面有两个进油口，因此，可以获得往复的运动。实质上起到两个柱塞缸的作用。此种构造形式的油缸， 在中小型液压机上应用最广。2.2.2 钢筒的连接构造在设计中上、下缸都选择法兰连接方式。这种构造简洁，易加工，易装卸。上缸承受前端法兰安装，下缸承受后端法兰安装。2.2.3 缸口局部构造缸口局部承受了 Y 形密封圈、导向套、O 形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口局部的构造也有所不同。2.2.4 缸底构造缸底构造常应用有平底、圆底形式的整体和可拆构造形式。平底构造具有易加工、轴向长度短
13、、构造简洁等优点。所以目前整体构造中大多承受平底构造。圆底整体构造相对于平底来说受力状况较好，因此，在一样应力，重量较轻。另外，在整体铸造的构造中，圆形缸底有助于消退过渡处的铸造缺陷。但是，在液压机上所使用的油缸一般壁厚均较大，而缸底的受力总是较缸壁小。因此，上述优点就显得不太突出，这也是目前在整体构造中大多承受平底构造的一个缘由。然而整体构造的共同缺点为缸孔加工工艺性差，更换密封圈时，活塞不能从缸底方向拆出，但由于较可拆式缸底构造受力状况好、构造简洁、牢靠，因此在中小型液压机中使用也较广。在设计中选用的是平底构造。2.2.5 油缸放气装置通常油缸在装配后或系统内有空气进入时，使油缸内部存留一
14、局部空气，而常常不易准时被油液带出。这样，在油缸工作过程中由于空气的可压缩性，将使活塞行程中消灭振动。因此，除在系统实行密封措施、严防空气侵入外，常在油缸两腔最高处设置放气阀，排出缸内残留的空气，使油缸稳定的工作。【17】排气阀的构造形式包括整体式和组合式。在设计中选用的是整体式。整体式排气阀阀体与阀针合为一体，用螺纹与钢筒或缸盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面间隙中挤出，并经斜孔排出缸外。这种排气阀简洁、便利、但螺纹与锥面密封处同心度要求较高，否则拧紧排气阀后不能密封，会造成泄露。2.2.6 缓冲装置缓冲装置的工作原理是使钢筒低压腔内油液(全部或局部)通过节流把动
15、能转换为热能，热能则由循环的油液带到液压缸外。【17】缓冲装置的构造有恒节流面积缓冲装置和变节流型缓冲装置。在设计中我承受的是恒节流面积缓冲装置，此类缓冲装置在缓冲过程中，由于其节流面积不变， 故在缓冲开头时，产生的缓冲制动力很大，但很快就降低下来，最终不起什么作用，缓冲效果很差。但是在一般系列化的成品液压缸中，由于事先无法知道活塞的实际运动速度以及运动局部的质量和载荷等，因此为了使构造简洁，便于设计， 降低制造本钱，仍多承受此种节流缓冲方式。2.3 缸体构造的根本参数确定2.3.1 主缸参数2.3.1.1 主缸的内径:注：所用公式都来源于文献【10】【17】4 F1p p4 8p 25D =
16、1=0.638M2-1按标准取整 D1=0.640MD-24 Fp P212.3.1.2 主缸活塞杆直径d =12-20 . 64-24 1600 103p 25 106=0.573M2-2按标准取整d =0.58M12.3.1.3 主缸实际压力:P=D 2 P = 0.642 25 106 = 8038KN2-31实4142.3.1.4 主缸实际回程力:P= (D 2 - d 2 )P = (0.642 - 0582 ) 25 106 = 1436KN2-42 实41144 1p 252.3.1.5 顶出缸的直径:4 F3p pD=2=0.226M按标准取整 D =0.25M20 . 25-
17、24 600 103p 25 1062.3.1.6 顶出缸的活塞杆直径D21-4 F4p Pd=2=0.177M按标准取整d 2 =0.18M2.3.1.7 顶出缸实际顶出力:P=D3实422 P = 0.252 25106 = 1227KN42.3.1.8 顶出缸实际回程力：P= (D 24 实42- d 2 )P = (0.252 - 0182 ) 25 106 = 591KN242.3.2 各缸动作时的流量：2.3.2.1 主缸进油流量与排油流量：(1) 快速空行程时的活塞腔进油流量Q1Q =D 2V1411= 0.642 120 60 = 2315.1L / Min2-54（2） 快速
18、空行程时的活塞腔的排油流量Q ,1Q , = (D 2 - d 2 )V = (0.642 - 0.582 ) 120 60 = 413.8L / Min2-6141114（3） 工作行程时的活塞腔进油流量Q2Q = D 2V= 0.642 20 60 = 385.8L / Min24124（4） 工作行程时的活塞腔的排油流量Q ,2Q , = (D 2 - d 2 )V = (0.642 - 0.582 ) 20 60 = 69.0L / Min241124（5） 回程时的活塞杆腔进油流量Q3Q = (D 2 - d 2 )V = (0.642 - 0.582 ) 110 60 = 379.
19、5L / Min341134（6） 回程时的活塞腔的排油流量Q ,3Q , = D 2V= 0.642 110 60 = 2121.9L / Min341342.3.2.2 顶出缸的进油流量与排油流量：(1) 顶出时的活塞腔进油流量Q4Q=D 2V4424= 0.252 140 60 = 412.1L / Min 4（2） 顶出时的活塞杆的排油流量Q4 ,Q , = (D 2442- d 2 )V24= (0.252 - 0.182 ) 140 60 = 198.5L / Min4（3） 回程时的活塞杆腔进油流量Q5Q = (D 2542- d 2 )V25= (0.252 - 0.182 )
20、 150 60 = 212.6L / Min 4（4） 回程时的活塞腔的排油流量Q ,5Q , = D 2V5425= 0.252 150 60 = 441.6L / Min 4表 2.1 上缸钢筒所选材料型号sb MPas MPasd%s45610360142.3.3 上缸的设计计算2.3.3.1 筒壁厚d 计算公式: d =d+ C + C0122-7当d 0.08 0.3 时，用使用公式:DPsmaxD=31.25 0.6402sp- 3Pmax2.3122 - 3 31.25=0.122 m2-8取 d =0.2ms -为缸筒材料强度要求的最小，MC0-为钢筒外径公差余量，M1C-为腐
21、蚀余量， MP2max-试验压力， P 16M Pa时，取P=1.25Pm a xP管内最大工作压力为 25 M Pas -钢筒材料的许用应力，M Ppas =s/npbs-钢筒材料的抗拉强度，M Pban安全系数，通常取 n=5当d D 0.2 时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.2.3.3.2 筒壁厚校核额定工作压力 P , 应当低于一个极限值,以保证其安全.sP 0.35 PD2 - D2 )(1MPa1D2()=0.35 320 =47MPa0.842 - 0.6420.8422-9D =外径D=内径1同时额定工作压力也应当完全塑性变形的发生:P 2.3srlDlg1sD=2
22、.3 320 lg1.3125 =86.9 MPa2-10P -缸筒完全塑性的变形压力, srl-材料屈服强度 MPasP -钢筒耐压试验压力，MParrlP (0.35 0.42)P2.3.3.3 缸筒的暴裂压力 Pr=30.4236.50 MPaD2-11P = 2.3slg1rbD=2.3 610 lg1.3125=165.7MPa2-122.3.3.4 缸筒底部厚度缸筒底部为平面时:psPd 0.433 D1225122 0.433 D2 0.196 D2 0.196 600 = 117.6 mm2-13取 d= 200 mmd-筒底厚，MM112.3.3.5 核算缸底局部强度依据平板
23、公式即米海耶夫推举的公式计算，缸底进油孔直径rk为 20cm 则2r - 2r64 - 20 = 12r1k =pr 264=0.68752-1425 0.322s = 0.751ys 21= 0.75 0.6875 0.22=69.8 MPa2-15按这种方法计算s =100MPas s 所以安全2.3.3.6 缸筒端部法兰厚度:h =4Fbp (r- r )sa1p10-34 8000 103 25 10-3p (0.485 - 0.02)122=67.0mm2-16取h=100mmr -法兰外圆半径; ra1-螺孔直径; 螺钉 M30b螺钉中心到倒角端的长度r =32cmr12= 42c
24、mr4=48.5cmh = r12- r =10cmh=10cm1r = 1(r + r )=37cmr = 1(r+ r+ R)= 1(48.5 + 42 + 4)=47.25cm522132422图 2.2 局部工作缸2.3.3.7 校核法兰局部强度：6(1- m 2 )(r+ r )(r- r )32121r4b=ln 2r16(1 - 0.32 )(42 + 32)(42 - 32)3442=ln32=0.067cmM =P(r3- r )52-172-181 + bh + 1 - m 2 ( h22brh)3 ln r4r511P r 2 p 322 25其中P=H=2 r51=2
25、r52 37=110.2=11.02KN/cmb h = 1 0.067 10 =0.03352-192-20221 - m 2 2br5h=1 - 0.322 0.0335 3710=0.3672-21()3 = (h101)3=12-22rln 4r1= ln 48.5 =0.42322-23所以M =11.02 (47.25 - 37)=95.1MPa1 + 0.0335 + 0.367 1 0.42Hs= 6M +P= 6 95.110 + 322 252-24zh 21(r 22- r 2 )1102(422- 322 )=57.1+34.6=91.7 MPa 0.2 时,材料使用不
26、够经济,应改用高屈服强度的材料.2.3.4.2 下缸筒壁厚校核额定工作压力 P , 应当低于一个极限值,以保证其安全.sP 0.35 PD2 - D2 )(1D21MPa()=0.35 320 0.322 - 0.2520.322=43.6MPaD =外径D=内径1同时额定工作压力也应当完全塑性变形的发生:P 2.3srlDlg1sD=2.3 320 lg1.28 =78.9 MPaP -缸筒完全塑性的变形压力, srl-材料屈服强度 MPasP -钢筒耐压试验压力，MParrlP (0.35 0.42)P2.3.4.3 缸筒的暴裂压力 Pr=27.6233.14 MPaDP = 2.3slg
27、1rbD=2.3 610 lg1.28=150.4MPa2.3.4.4 缸筒底部厚度缸筒底部为平面:psPd 0.433 D1225122 0.433 D2d-筒底厚，MM1 0.196 D2 0.196 240 = 47.0 mm取 d= 80 mm12.3.4.5 核算缸底局部强度依据平板公式即米海耶夫推举的公式计算，缸底进油孔直径rk为 8cm，则2r - 2r25 - 8 = 12r1k =0.6825s = 0.75pr 21= 0.75 25 0.1252ys 210.68 0.12=43.1MPa按这种方法计算s =100MPas s 所以安全2.3.4.6 缸筒端部法兰厚度:h
28、4Fbp (r- r )sa1ph =10-34 1000 103 22 10-3p (0.186 - 0.012)122=36.3mm取h=40mmr -法兰外圆半径; ra1-螺孔直径; 螺栓 M12b螺栓中心到倒角端的长度r =12.5cmr12= 16cmr4=20.2cmh1= r - r21=3.5cm1()1h=4cmr =r + r=14.25cmr =(r+ r+ R)= 15221(20.2 + 16 + 4)=20.1cm324222.3.4.7 校核法兰局部强度：6(1- m 2 )(r+ r )(r- r )3212142b=ln rr16(1 - 0.32 )(16
29、 + 12.5)(16 - 12.5)34=ln1612.5=0.182cmM =P(r3- r )5bh1 - m 2hr1 +22br5()3 ln 4hr11P r 2 p 12.52 25其中P=H=2 r512 r5=2 14.25=137.1=13.71KN/cmb h = 1 0.182 4 =0.364221 - m 2 2br5=1 - 0.322 0.182 14.25=0.175=h4()3()3 =1.493h3.51r20.2ln 4r1= ln=0.4812.5所以M =13.71 (20.1 - 14.25)=53.9 MPa1 + 0.364 + 0.175 1
30、.493 0.48Hs= 6M +P= 6 53.9 10 + 12.52 25zh 21(r 22- r 2 )13.52(162-12.52 )=264+39.2=3032.3.4.8 缸筒法兰连接螺钉：.2 MPas 满足要求表 2.5螺钉所选材料型号s b MPass MPads%3554032017(1) 螺栓处的拉应力ss = kFp d 2 z10-6MPa41= 4 1000 103p10-64 0.0122 12=2.9 10-3MPaz-螺栓数 12 根;k-拧紧螺纹的系数变载荷 取 k=4; d(2) 螺纹处的剪应力:t-螺纹底径, m1t= KkFd10 10-6 0.
31、475 MPa0.2d3 z13605sns=s=p0= 72MPas-屈服极限n-安全系数; 5s0(3) 合成应力:sns 2 + 3t 2s = 1.3s = 1.3 2.9 10-3n= 3.77 10-3MPa sP2.3.4.9 垫片与横梁间螺栓的校核：(1) 螺栓处的拉应力ss = kFp d 2 z10-6MPa41= 4 1000 103p10-64 0.0122 12=2.9 10-3MPaz-螺栓数 12 根;k-拧紧螺纹的系数变载荷 取 k=4; d(2) 螺纹处的剪应力:t-螺纹底径, m1t= K kFd1010-6 0.475 MPa0.2d3 z1ss=s=pn0= 72MPa3605ss(3) 合成应力:s-屈服极限n0-安全系数; 5ns 2 + 3t 2s = 1.3s = 1.3 2.9 10-3n= 3.77 10-3MPa sP2.3.4.10 活塞杆直径 d 的校核：表 2.6 活塞杆所选材料型号sb MPas MPasd%s45MnB103083594Fpsd 4 1p 1030 1.4 0.042Md=0.18M满足要