液壓壓力機設(shè)計.doc

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1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 題 目： 35噸液壓壓力機設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 2014 年 4月8 日 1文獻(xiàn)綜述 1.1液壓壓力機的發(fā)展與研究現(xiàn)狀 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(jìn)

2、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(dāng)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(dāng)時最大的12000KN的鍛造水壓機。在第二次世界大戰(zhàn)后，為了

3、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

4、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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。但是，我們也應(yīng)清楚地意識到我們與發(fā)達(dá)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(jìn)的設(shè)備和大型機仍需進(jìn)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 液壓壓力機的應(yīng)用 作為現(xiàn)代機械設(shè)備實現(xiàn)傳動與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域得到了

5、廣泛的應(yīng)用[1]。與其他傳動控制技術(shù)相比，液壓技術(shù)具有能量密度高﹑配置靈活方便﹑調(diào)速范圍大﹑工作平穩(wěn)且快速性好﹑易于控制并過載保護(hù)﹑易于實現(xiàn)自動化和機電液一體化整合﹑系統(tǒng)設(shè)計制造和使用維護(hù)方便等多種顯著的技術(shù)優(yōu)勢，因而使其成為現(xiàn)代機械工程的基本技術(shù)構(gòu)成和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素[2]。 液壓壓力機是壓縮成型和壓注成型的主要設(shè)備，適用于可塑性材料的壓制工藝。如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也可以從事校正、壓裝、砂輪成型、冷擠金屬零件成型、塑料制品及粉末制品的壓制成型。本文根據(jù)小型液壓機的用途﹑特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，

6、然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計[3]。小型壓力機的液壓系統(tǒng)呈長方形布置，外形新穎美觀，動力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、動作靈敏可靠。該機并設(shè)有腳踏開關(guān)，可實現(xiàn)半自動工藝動作的循環(huán)[4]。 1.3 液壓壓力機的類型 1.3.1 分類 （1）油壓機按結(jié)構(gòu)形式分類 現(xiàn)主要分為：四柱式油壓機（三梁四柱式、五梁四柱式）、雙柱式油壓機、單柱式油壓機（C形結(jié)構(gòu)）、框架式油壓機等[5]。 （2） 按油壓機的用途分類 主要分為金屬成型油壓機、折彎油壓機、拉伸油壓機、沖裁油壓機、粉末（金屬，非金屬）成型油壓機、壓裝油壓機、擠壓油壓機， 擠壓成型等

7、。 1.3.2 特點 油壓機泵直接傳動的油壓機有下列特點 1、油壓機活動橫梁的行程速度取決于泵的供液量，而與工藝過程中的鍛件變形阻力無關(guān)。若泵的供液量為常量，則油壓機的工作速度為定值[6]。 2、泵的供液壓力和所消耗的功率與被加工工件的變形阻力有關(guān)，工作變形阻力大，泵的供液壓力和所消耗的功率也大，反之則小。 3、可利用活動橫梁行程速度恒定和泵供液壓力變化的特點，作為操縱分配器的信號，以實現(xiàn)油壓機的自動控制[7]。 4、基本投資省，占地面積小，日常維護(hù)和保養(yǎng)簡單。泵直接傳動系統(tǒng)中的液壓泵均按油壓機的最大工作速度和工作壓力選定，而油壓機在充液行程、

8、回程、輔助工序和所需工作壓力較小時，液壓泵都得不到充分利用，尤其是大噸位的油壓機，其利用系數(shù)很低。因此，油壓機趨于將工作速度和工作壓力進(jìn)行分級傳動[8]。 1.4 四柱式油壓機（如圖1所示） 圖1 四柱式油壓機 四柱式油壓機是一種通過專用液壓油做為工作介質(zhì)，將油壓能轉(zhuǎn)化為機械能的機械設(shè)備。因其由四個柱構(gòu)成主要框架，故叫四柱式油壓機[9]。主要油壓泵，油壓缸，油壓控制閥和油壓輔助元件組成。由液壓泵作為動力源，靠泵的作用力使液壓油通過液壓管路進(jìn)入油缸內(nèi)的活塞 ，然后油缸中活塞內(nèi)幾組互相配合的密封件產(chǎn)生機械能，從而產(chǎn)生巨大的壓力[10]。 特別適用于裝填位置小，手工填裝困難的多件一次壓制

9、的場合，如打火機，鐘表及玩具等行業(yè)。 油壓泵是油壓機的動力源，是靠泵的作用力使液壓油通過液壓管路進(jìn)入油缸/活塞 油缸/活塞里有幾組互相配合的密封件，不同位置的密封都是不同的，但都起到密封的作用，使液壓油不能泄露。最后通過單向閥使液壓油在油箱循環(huán)使油缸/活塞循環(huán)做功，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)[11]。油壓缸：將油壓能轉(zhuǎn)化為機械能油壓傳動是利用液體壓力來傳遞動力和進(jìn)行控制的一種傳動方式。 1.5 雙柱式油壓機（如圖2所示） 圖2 雙柱式油壓機 雙柱油壓機計算機優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，三粱雙柱式結(jié)構(gòu)，簡單、經(jīng)濟、實用。液壓控制采用插裝閥集成系統(tǒng)，動作可靠，使用壽命長，

10、液壓沖擊?。疁p少了連結(jié)管路與泄漏點。獨立的電氣控制系統(tǒng)，工作可靠，動作直觀，維修方便。采用按鈕集中控制，具有調(diào)整，雙手單次循環(huán)二種操作方式。通過操作面板選擇，可實現(xiàn)定程，定壓二種成形工藝，并具有保壓延時等性能。工作壓力、行程根據(jù)工藝需要在規(guī)定范圍內(nèi)可調(diào)。雙柱油壓機特點[12]： 1、用雙柱三板型鋼構(gòu)，精度高，剛性好，抗壓強度高；； 2、油壓回路設(shè)計簡便，馬力需求小，維護(hù)保養(yǎng)容易； 3、壓力、行程、保壓等可按壓制工藝要求調(diào)整； 4、采用進(jìn)口液壓元件及電器元件，經(jīng)久耐用； 5、雙手制操作，設(shè)有急停和寸動功能，安全高效； 6、機臺下方配備腳輪座，移動輕便，工作平穩(wěn)； 雙柱油壓機性能[1

11、3] （1） 能提供足夠的壓力，并能夠?qū)毫M(jìn)行調(diào)整。同時要求壓力在一定時間內(nèi)能夠達(dá)到和保持預(yù)定的壓力。 （2） 為了使在安裝壓模、預(yù)壓、分次裝料或在發(fā)生故障時能進(jìn)行調(diào)節(jié)，模壓機的活動橫梁在行程中的任一位置上均能停止和返回，并能進(jìn)行速度控制和施加工作壓力，以適應(yīng)使用不同高度壓模的要求。 （3） 設(shè)有溫度控制裝置，以滿足各種不同塑料的壓制工藝要求。 （4） 能進(jìn)行時間控制、自動排氣、定時減壓、加壓和啟模。 雙柱油壓機技術(shù)的特點[14]； 液壓回路的基本機能在于以液體壓力能的形式進(jìn)行容易控制的能量傳遞。從能量傳遞方面看，液壓技術(shù)大致于處于機械式能量傳遞和電氣式能量傳遞之中間位置，從傳動

12、特性看，機械傳動和液壓傳動裝置可以說有固的特性，與之相反，液壓傳動和電力傳動裝置相同。具有無極變速裝置的特性，除了恒功率外，還容易實現(xiàn)恒速和恒轉(zhuǎn)矩等特性。 雙柱油壓機計算機優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，三粱雙柱式結(jié)構(gòu)，簡單、經(jīng)濟、實用。液壓控制采用插裝閥集成系統(tǒng)，動作可靠，使用壽命長，液壓沖擊?。疁p少了連結(jié)管路與泄漏點。獨立的電氣控制系統(tǒng)，工作可靠，動作直觀，維修方便。采用按鈕集中控制，具有調(diào)整，雙手單次循環(huán)二種操作方式。通過操作面板選擇，可實現(xiàn)定程，定壓二種成形工藝，并具有保壓延時等性能。工作壓力、行程根據(jù)工藝需要在規(guī)定范圍內(nèi)可調(diào)。 參考文獻(xiàn) 1

13、 葉朝輝,閆軍,呂林源;數(shù)控液壓拉伸墊的性能分析[J];機械工人.冷加工;2001年 2 蔡喜;機械壓力機中數(shù)控液壓墊的應(yīng)用與分析[J];一重技術(shù);2011年04期 3 液壓氣動與密封 主辦：中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會 4 機床與液壓 主辦：中國機械工程學(xué)會;廣州機械科學(xué)研究院 5 邱宣懷.機械設(shè)計（第四版）[M].北京：高等教育出版社，出版年：1997. 6 孫桓.機械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，出版年：2006. 7 劉鴻文.材料力學(xué)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，出版年：2004. 8 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室[M

14、].理論力學(xué)（第七版）.北京：高等教育出版社，出版年：2009. 9 田培棠.機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，出版年：2011. 10 史寶軍.鹿曉陽等．JL21系列壓力機機身強度剛度計算與分析[J]．鍛壓機械，1999(4). 11 閔學(xué)熊等．我國鍛壓機械的現(xiàn)狀與展望[J]．鍛壓機械，1988(1) 12 成大先. 機械設(shè)計手冊[M].北京：北京化工工業(yè)出版社，出版年：2007. 13 Nowitzki. Werner.Manipulators with mass division increase throughput and save e

15、nergy in high-precision forging[J].MPT Metallurgical Plant and Technology International,2008.12 14 Lange K.Lehrbuch der Umformtechnik.Bandl:Springer-Verlag,1972 2 本課題要研究的問題和擬采用的手段及途徑 2.1 本課題要研究的問題 設(shè)計一臺液壓壓力機應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速下行，慢速加壓，保壓延時，快速返回及原位停止等動作。其中主要包括機械系統(tǒng)設(shè)計和液壓控制系統(tǒng)設(shè)計。 技術(shù)要求為： 1壓力機最

16、大輸出壓力為35噸； 2工作臺面為400mm*800mm； 3工作行程為500mm； 4完全伸出時間為2min 2.2 研究的意義 隨著人們生活水平的提高,金屬壓制和拉伸制品的高檔機型,這與機電液一體化,中小批量柔性生產(chǎn)的需求逐年提高,同時,對產(chǎn)品品種的需求也越來越發(fā)展趨勢不相適應(yīng)。多,另一方面產(chǎn)品的生產(chǎn)批量日益縮小。為與中、小在國內(nèi)外液壓機產(chǎn)品中,按照控制系統(tǒng),液壓機可批量生產(chǎn)相適應(yīng),需要能夠快速調(diào)整的加工設(shè)備,這分為三種類型一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液使液壓機成為理想的成型工藝設(shè)備。特別是當(dāng)液壓機壓機，一種是采用可編程控制器控制的液壓機，第三種系統(tǒng)實現(xiàn)具有對壓力、行程

17、速度單獨調(diào)整功能后,不是應(yīng)用高級微處理器或工業(yè)控制計算機的高性能液僅能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜工件以及不對稱工件的加工,而且,壓機。三種類型功能各有差異,應(yīng)用范圍也不盡相同。實現(xiàn)了極低的廢品率。這種加工方式還適合于長行程、但總的發(fā)展趨勢是高速化、智能化。難成型以及高強度的材料。可變的動力組合、短的加繼電器控制方式是延續(xù)了幾十年的傳統(tǒng)控制方工時間、根據(jù)工件長度的簡易的壓力行程調(diào)整,這與式,其電路結(jié)構(gòu)簡單,技術(shù)要求不高,成本較低,相應(yīng)控機械加工系統(tǒng)相比,有其優(yōu)越性。 2.3 所采用的研究手段和途徑 2.3.1液壓壓力機的總體結(jié)構(gòu)及其工作順序 本液壓機采用的結(jié)構(gòu)是三梁四柱式，它由上橫梁，下橫梁，

18、四個立柱和螺母組成的一個封閉起來的框架。 框架受主要工作載荷。工作缸固定在上橫梁上，活動橫梁以四立柱為導(dǎo)向在上下橫梁之間往復(fù)運動，活動橫梁下面固定有上工作臺，下工作臺面固定于下橫梁之上，立柱之間的距離可根據(jù)下橫梁的尺寸和工作要求確定，活動橫梁的上下移動距離可根據(jù)設(shè)計給定的工作行程確定，本次設(shè)計給定的工作行程500mm，考慮到加工過程中需要安裝夾具的設(shè)備，因此確定為600mm。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸后，對活塞桿施加很大的壓力推動活塞桿?；钊麠U與活動橫梁連在一起，因此推動活動橫梁及工作臺向下運動，使工作臺間物體產(chǎn)生塑性變形或保持一定時間的壓力，達(dá)到工作要求實現(xiàn)加工目的。 液壓機的壓制工

19、藝要求液壓工的工作循環(huán)為： 第一工序：快速下行。活塞桿推動上工作臺面快速的向下移動。 第二工序：保壓延時。當(dāng)活塞桿完全伸出時保持2min。 第三工序：快速返回。工作完成后迅速上移。 第四工序：原位停止。完成后回到原位。 2.3.2液壓系統(tǒng) 根據(jù)工作機械傳動要求，將一定數(shù)量和種類的液壓元件按一定方式組合起來，就成為液壓系統(tǒng)。壓力機的液壓系統(tǒng)屬于閉式系統(tǒng)，泵站由電動機驅(qū)動。傳動裝置采用液壓方式具有重大效益，但太復(fù)雜的液壓系統(tǒng)可能導(dǎo)致可靠性的下降和維修空間的減小。因此，液壓系統(tǒng)強調(diào)實用而簡單，對故障的識別也比較容易，對簡單的液壓系統(tǒng)（無液壓馬達(dá)），無需采用先導(dǎo)操縱控制。本系統(tǒng)既有控制油路

20、又有主回油路，因此可采用雙本結(jié)構(gòu)，一個泵的油用于提供控制回路的油液，另一個泵用于為主回路提供油液，這樣在保壓延時時可將主泵停止，比較節(jié)約資源，也可以采用一個變量泵，在不工作時卸荷，只提供控制油液，在工作時同時提供兩個回路，簡單方便；兩個方法各有優(yōu)點。本設(shè)計采用單個伺服變量泵供油。 2.3.3機械控制系統(tǒng) 液壓壓力機的主要用途對工件進(jìn)行壓力加工，使其產(chǎn)生一定的塑性變形，達(dá)到設(shè)計者的要求。液壓壓力機在完成一個工件的加工時，必須經(jīng)歷幾個工作階段來完成一個工作過程。這幾個工作階段完全有壓力加工的特點和液壓缸活塞桿的運動形式所決定。壓力加工的特點是固有的，即給工件一定的壓力，使其達(dá)到一定的變形量后

21、再將其取出。在這里要控制的就是活塞的行程和速度，讓其適應(yīng)這一壓力及特點。對于工件來說，速度并不能決定其變形量，速度之決定了一個工作工程所用的時間，所以速度控制不需要特別精確，而這里更重要的是位置控制。在自動控制系統(tǒng)中，決定是位置控制，速度控制還是壓力控制主要原則是傳感器的選擇。在此設(shè)計中采用位置傳感器，所以此設(shè)計的控制系統(tǒng)為位置控制系統(tǒng)。這也適應(yīng)壓力機的要求。 指導(dǎo)教師意見： XXX同學(xué)閱讀了液壓壓力機的相關(guān)文獻(xiàn)，對國內(nèi)外目前的產(chǎn)品現(xiàn)狀和技術(shù)水平有了基本的了解，所做開題報告擬采取的技術(shù)手段和技術(shù)路線合理。 開題報告符合要求，通過開題。 指導(dǎo)教師： 2014 年 4月 21日 — 11 —