KY27-500单动薄板冲压液压机本体.doc

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毕业设计(论文)

KY27-500单动薄板冲压液压机本体
及液压系统设计
THE DESIGN OF KY27-500 SHEET STAMPING HYDRAULIC PRESS BODY AND HYDRAULIC SYSTEM

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摘要
液压机是一种以液体为工作介质，根据帕斯卡原理制成的用于传递能量以实现各种工艺的机器。27系列单动薄板冲压液压机，机身结构通常为框架式或三梁四柱，液压系统为大流量插装阀系统，结构简单，通用性强，适应于拉伸、弯曲、校正、压装等工艺。本文主要完成了对该液压机各部分结构的设计计算、强度校核，运用软件绘制了上横梁、下横梁、滑块、顶出缸、立柱、机身等结构，确定其液压系统的设计方案，使整个设计切实可行。

关键词：液压机; 单动薄板冲压液压机; 三梁四柱; 大流量插装阀

Abstract
Hydraulic machine is a kind of using liquid as working medium, according to the principle of Pascal made for the transfer of energy to achieve a variety of process machine.27 series of sheet stamping hydraulic press, body structure is a frame or a three four beam, hydraulic system for large flow cartridge valve system, simple structure, strong versatility, adapt to the tensile, bending, calibration, pressure equipment, such as the process. Mainly completed the structure of the hydraulic machine, the design calculation, strength check, to use the software to draw the upper beam, lower beam, a slide block, a lifting cylinder, an upright post, a fuselage structure, determine the design scheme of the hydraulic system, so that the whole design is feasible.

Key words: hydraulic single action sheet stamping hydraulic press Three beam four column flow cartridge valve

目 录
摘要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1液压传动与控制概述 1
1.2国内外液压机的发展状况 1
1.3 液压机的工作原理及主要技术参数 3
1.4 液压机的发展趋势 4
2 KY27-500单动薄板冲压液压机本体结构及设计计算 6
2.1 KY27-500单动薄板冲压液压机用途和特点 6
2.2 主要技术规格 6
2.3 KY27-500单动薄板冲压液压机结构概述 7
2.4 液压缸的设计、计算及校核 7
2.4.1液压缸部件 7
2.4.2液压缸的设计计算及校核 8
2.5 立柱的设计、计算及校核 14
2.5.1立柱结构的简介 14
2.5.2立柱的计算与校核 14
2.6 横梁的设计、计算及校核 17
2.6.1 上横梁的设计、计算及校核 17
2.6.2 活动横梁的设计、计算及校核 21
2.6.3 下横梁的设计、计算及校核 21
2.7 活塞与活塞杆 24
2.7.1活塞的结构概述 24
2.7.2活塞的表面质量 24
2.7.3活塞杆的设计 25
3 KY27-500单动薄板冲压液压机液压系统的设计 28
3.1 液压基本回路的应用 28
3.1.1压力控制回路 28
3.1.2速度控制回路 28
3.1.3方向控制回路 28
3.2液压元件的选择 28
3.3 KY27-500液压系统原理图 29
3.4液压系统性能验算 33
3.4.1 回路压力损失验算 33
3.4.2 系统发热和温升验算 34
4 安装与试车 35
4.1 安装 35
4.2 试车 35
5 液压系统故障诊断与安全操作 37
5.1故障诊断与消除方法 37
5.2 安全操作规程 38
总结 39
参考文献 41

1 绪论
1.1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）作为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式[6]。与气压传动、电气传动、机械传动相比，特点是结构紧凑，传递效率高，快速响应时间短，因此广泛应用于各种精度要求高的机械设备和自动控制系统之中。液压传动技术是近年来才快速崛起的一门新技术，虽然发展历史短，但是发展速度很快，发展潜力巨大。
二战时期，一些武器装备用功率大，响应速度快，对液压传动与控制装置动作准确，大大提高了武器装备的性能，也大大促进了液压与气压传动本身的发展。自第二十世纪六十年代，航天技术、计算机技术、原子能技术，液压技术，不断更新，不断前进，逐渐发展成一个完整的自动化技术，广泛应用于经济领域之中。在国防工业中：液压技术广泛应用于海、陆、空各种军式武器中。如大炮，导弹，坦克，飞机，火箭，飞船等。在民用工业中：液压技术广泛应用于机械制造，工程机械，锻压机械，冶金机械，汽车，造船等行业。除此之外，近几年又在船舶操纵训练模拟器、海浪电液模拟装置、飞机器仿真、地震再现、宇航环境模拟、火箭助飞鱼雷、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等设备中，均采用了液压技术。
总而言之，液压技术广泛应用于一切工程领域中。它能发展如此迅速，归因于液压技术的许多优异特点：其单位尺寸输出功率及单位重量的输出功率大；液压传动装置能够实现无级调速，拥有较宽的调速范围且质量轻、体积小、结构均匀紧凑[18]；液压技术与电子技术相结合使控制技术更加灵活，应用领域更加广泛；易防止过载，工作安全；输出力的调整简单准确，可远程控制[20]。
1.2国内外液压机的发展状况
液压机因其结构均匀紧凑、污染小、工艺性强等性能特点，该技术遍及机械、电力电子、汽车制造、航空航天、国防等各个领域。据有关部门统计，目前我国与生产液压机产品的有关厂家已达数百家之多， 但对该技术的应用情况却很不理想。液压机技术与工业发达国家的差距还是非常大的，因此我国在激烈的国际市场竞争中处于不利地位[8]。具体表现如下：
（1）设计手段
国内液压机的主要设计人员，他们只是主要负责图板作业的工作任务，而不是改进或创新设计方法以提高液压机设计水平。因此国内液压机的设计不仅耗时长，而且质量差。同时，由于设计方法十分单一，这引起了很多报价上的问题，如价值偏差大、说明书编辑时间长等[6]。以上这些，都与一个企业的竞争能力息息相关。
（2）分析理论
目前，虽然液压技术发展迅速，液压机有关零部件的有限元结构也能够完成，但是设计手段仍然十分落后，不能明显提高液压技术水平。所以液压机各部分结构的设计计算以及强度校核仍以传统的力学方法为主，大多取决于设计人员的设计水平。然而用传统的力学方法来处理现实问题，就必须把三维问题看作是二维问题，但是这种方式不符合实际情况，设计精度较低。因此必须通过绛底材料的强度、不考虑结构的合理性以此来保障安全性。因为科技含量相对较低，所以相比有关的先进同类产品，就会显得结构不均匀，质量较大，成本较高。
(3)外观造型
随着液压技术的不断发展，液压机的外观造型问题越来越受到人们的重视。然而缺乏造形手段，使得设计人员对外观造型的设计纯属个人行为。设计者们各行其是而不能形成产业特征。
（4）应用继电器的区别
在国内外液压机产品中，根据控制系统，液压机可分为三种类型：①以继电器为主控元件的传统型液压机；②采用可编程控制器控制的液压机；③应用高级微处理器(或工业控制计算机)的高性能液压机[10]。
　　a国内采用的继电器控制方式是落后的传统控制方式。这种控制方式功能单一，不能用于高精度要求的生产。国外厂家却早已淘汰了这种机型，而主要采用以下两种先进的机型。
　　b可编程控制器是计算机技术，通信技术，一个新的工业自动控制装置自动化技术解决方案[22]。可编程控制器控制方式介于工业控制机控制方式和继电器方式之间。虽然可编程控制器操作灵活、安全可靠，但功能性与工业控制机相比较低。
c工业控制机控制方式是基于计算机控制技术的一种高科技的控制方式[21]。它的主要控制元件是单片机，液压系统为数字控制阀。其主要特点如下：
　　①人与计算机可进行良好的互动，易实现操作。
②易于实现高效化、高速化。　　
③可单独调整工作参数(压力、速度、行程等)。　　
④提前存储相应工作模式。　
⑤使用软件来减缓高速下的振动冲击，使噪声降低，从而提高系统的安全性。
⑥利用软件进行故障预诊断来保障安全。
　　⑦易实现生产线的调度控制、集成控制并形成柔性生产线。　　
液压机由主机和液压系统两大主要部分构成，国内机型与国外差异不大。但在安装方面和加工工艺方面存在明显差距。良好的加工工艺性能大大改善了机器的防止振动和抗冲击性能。国内液压系统广泛采用敞开式循环系统，而国外已开始采用先进的封闭式循环系统[10]。这种油路设计泄油量少，环境污染小，液压系统能够减少空气、灰尘等杂质的进入，易于维修保养。
1.3 液压机的工作原理及主要技术参数
(一) 液压机的工作原理
在一个封闭了的容器里的液体，只要液体所处的原静止状态能够维持不变，那么一旦对液体所施加的压力发生变化，液体内部的任何一处都会发生同样大小的变化，这就是帕斯卡原理，简单地说就是液体内的压力由外负载决定。而液压机系统的工作主要就是利用帕斯卡原理，它是一种利用这种等值变化来传递压力能的机器[11]。
液压机主要构成部分包括主机、操纵系统以及液压泵站[11]。
液压泵站是液压机保持正常工作的所有动力的来源，它可以提高给液压机本体中的每一个执行机构以及液压机操作系统中的控制机构所需要的高压液体。液压机的本体是其最主要的部分，常见的液压机本体的结构有三梁四柱式、整体框架式、单臂式、双柱下拉式等。下面通过实例简单说明其工作原理。如图1-1所示是一个三梁四柱式的液压机本体结构，三个横梁和四个立柱通过十六个内外螺母的固定连接形成了一个空间的固定框架，工作过程中它将承受所有的应力载荷。上下横梁是固定住的，液压机主缸一般是与上横梁通过焊接固定在一起的。活动横梁则通过主缸中的工作柱塞与上横梁连接起来，并以四根竖直的立柱作为移动导向进行上下的往复运动。活动横梁和下横梁只有有一组砧，上砧固定在活动横梁的下面，下砧固定在下横梁的上面。这样液压机本机中的各个机构就形成了各自之间的连接。工作原理如下：将加工工件放置于上、下砧之间，液压泵站将高压液体通入主机，进入工作缸。高压液体使得工作柱塞向下运动，进一步推动活动横梁向下运动，从而利用上、下砧对工件施以高压，迫使工件发生弯曲变形。完成后，高压液体则通过横梁两侧的回程缸返回，带动活动横梁向上运动，此时，工作缸应通低压，最终完成工作过程。
　 （二）液压机的主要技术参数
不同种类的液压机都拥有各自的基本参数，这些基本的技术参数是由液压机自身的结构以及在工艺方面所产生的不同作用来决定的。一般来说，基本参数一旦确定，液压机基本的大小尺寸以及重量都会随之确定，它也可以表现液压机的特点和工作性能。
液压机的主要技术参数：
①公称压力（公称吨位）
公称压力通常是液压机的主要参数，它可以体现液压机的工作能力。值得注意的是，公称压力仅仅是液压机名义上的最大工作压力[1]，一般实际的最大工作压力都要稍大于公称压力，我们在下面进行设计校核是应当尽量选择实际最大压力，以保证液压机结构的安全。
②开口高度（最大净空距）H
开口高度H指的是当活动横梁停向上运动极限的位置时，活动横梁下表面与工作台的上表面之间的距离[1]。
但是值得注意的是，单臂式液压机的开口高度H与四柱式液压机的有所区别，它是从工作台上表面到压头下平面之间的距离。
③最大行程S
最大行程S指的就是液压机在工作过程中，活动横梁所能够在垂直方向上移动的最大距离[1]。一般来说，加工不同工件时工件所需要的最大工作行程都不太一样，最大行程S也会随之改变。最大行程的大小也能够体现主缸以及液压缸的大小。
④工作台尺寸（长×宽）
工作台在一般情况下是与下横梁连接在一起的，在工作台上装有固定工件的模具，所装模具的大小决定了工作台的尺寸。工作台尺寸指工作台在液压机工作过程中所能利用到的有效尺寸[1]。
⑤回程力
回程力指液压缸能够完成快速返回到最上方时所需要的总力，计算回程力大小的过程中应当考虑液压缸本身的重力、移动摩擦力等因素[1]。
⑥活动横梁的运动速度
活动横梁运动速度可分为空载状态下的运动速度、顶出时的运动速度以及回程过程中的运动速度[1]。一般情况下，空载运动速度最大，这样做是为了提高机器的生产效率，但设计是仍得考虑到速度变换时能量转变会导致液压机的振动，所以应当控制空载的最大速度。
1.4 液压机的发展趋势
相比传统的冲压工艺，液压成形工艺技术的优点是重量轻、刚度强度高、生产成本低等，广泛应用于工业领域。在工业领域中，人们不断寻求通过降低结构质量以节省运行中的能量，先进制造技术得到不断发展[12]。
液压技术的发展给我们带来了巨大财富，要跟上时代的步伐，液压技术的不断探索是现代化传动与控制发展不可或缺的一部分，每个国家都非常地看重液压工业的进一步发展发展。液压传动产品的发展对国防建设与国名经济有着很大影响，只有不断发展液压技术，提高国防产品以及机电产品的功能多样性，才能保证完成重大工程项目与重大技术装备。最近几年，国内外通过持续地创新、坚持改善液压元件和液压系统的性能，不断融入现代化的高新技术，跟上了时代需求的脚步，现在归纳液压机总体的发展趋势主要有一下几点：
a 降低液压机的功率损失，将能量的利用率最大化。
b 做好污染控制。
c 机电一体化。
d 争取做到零泄漏，解决环境污染的问题。
e 消除工作故障的因素，继续保证液压系统的性能稳定性。
f 做到液压元件的集成化，实现单功能元件向多功能的转变。
2 KY27-500单动薄板冲压液压机本体结构及设计计算
2.1 KY27-500单动薄板冲压液压机用途和特点
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

4 安装与试车
4.1 安装
用户需要按装箱单来进行严格检查，判断另一部分的完整情况，从而确定机器无任何问题[17]。
将机器安装在钢筋混凝土上，设计人员应根据当地实际情况来实施具体施工要求，完成施工计划图纸。
机器安装可按下列顺序进行：
1)首先按照机器图样的相对位置来正确安装工作台底座、液压动力站、电气控制箱及按钮站等，确保其安装正确。
2) 顶出缸安装入工作台之中心孔内，锁紧下方的螺母 ，下缸行程控制支架位于下缸缸底。
3) 滑块放置在孔中心的工作台上面，调整两个工作平面之间垫块的高度摆正立柱孔的位置。
4) 将滑块插入四根立柱之中，调整立柱上的调节螺母，使滑块与工作台面达到要求的高度。
5) 首先于上横梁中安装油缸并用大螺母锁紧 ，然后垂直吊起主缸及上横梁将其套在四根立柱上，再用锁紧螺母将四根立柱拧紧在立柱上，最后充分紧固下锁紧螺母。
6) 将充满筒装于主缸上方，保持密封垫的密封性，使其不会发生泄漏。
7) 根据形状和一般参考液压原理图，安装所有的管道。
8) 向油箱和充液筒内加入符合要求的干净油液。
上述工作完成后，安装工作已经完成，你可以试试机。
4.2 试车
试车可按下列顺序进行：
1) 仔细检查安装是否完成，以确保管道的路线是正确的，掌握机器的运行情况。
2) 没有运行之前松开机器的控制手柄。
3) 工作前将驱动油纯液体进入高压油泵体，泵的液体可以拧下口接头，注入油液直至充满油泵。
4) 通电源，然后启动电动机并观察它们旋转方向，若旋向相同则不变，否则将电线接头倒相。调整完毕后，即可正式启动电动机，使油泵不断运转，此时保证电动机和油泵能够正常工作。
5) 电路选择为调整工作方式，按压压制按钮，使主缸活塞下行；按压回程按钮，使
主缸活塞回程。如果将各溢流阀调节得过松，则可能降低工作油压而影响活塞回程，是活塞回程不能进行，这时可稍微旋转溢流阀手柄，增大压力使活塞开始回程。
6) 滑块由下向上吊起使上下工作台面相距600mm。主缸活塞向下运行直至接触滑块上平面后，法兰被螺栓紧固，使法兰端面与滑块上平面之间的距离为5mm。当活塞与滑块的中心是否密切观察，若有偏差调整调节螺母同心紧固后，当有一个大的偏差，不要强行压入，以免损坏机器。
7)将滑块与主缸活塞联接紧固后，按所规定的精度标准调整机身精度，使精度符合要求，确保机器的安全后才能继续试车。完成精度调整后，要紧固立柱锁紧螺母。
8) 准备一高度大于 600mm，接触平面大于600cm，并能够承受 5000KN力量，垫块之上下平面的不平行度允差为 0.02/400的金属垫片（试车坫子或工作模具）。
9) 金属垫上加压，通过缓慢旋紧液流阀手柄，调整液体压力时逐级上升。
10) 调节螺栓使其在主缸回程油路中保持一定压力，能够使滑块在任意位置时不下滑。
11) 选择半自动电路工作方式，调节行程开关至所要求位置。进行自动工作循环试验。
12)负荷试车后再次测试主机的测量精度，主机仍在与精度的要求一致。
完成以上工作，整个试车工作已经结束，该机可投入生产使用。

5 液压系统故障诊断与安全操作
5.1故障诊断与消除方法
液压设备由液压、机械、电气及其仪表等装置有机组合而成，系统的故障诊断十分复杂，要考虑各个方面的因素。因此，之前我们必须彻底掌握整个液压系统的传动原理、结构特点，这样才能够准确的分析出液压故障，然后由故障现象找出引起因素，逐步深入研究，逐步将可疑因素缩小直至确定故障原因，小到任何液压元件都不要遗漏掉。
表 3-1 故障诊断和消除方法
序号
故障分析
产生原因
消除方法
1
不出油、压力不足
1、 电动机转向不足
2、吸油管或过滤器堵塞
3、连接处泄露，混入空气
1、检查电动机转向
2、疏通管道，清洗过滤器
3、紧固螺钉，避免泄露

2
噪音严重压力波动厉害
1、 吸油管或过滤器堵塞
2、 泵与联轴节不同心
3、油位低
1、清洗过滤器使吸油管通畅
2、在连接部位或密封处加点油
3、加油液

3
爬行
1、有空气侵入液压缸
2、液压缸端盖密封圈压的太紧或太松

1、增设排气装置
2、调整密封圈，使它不松不紧

4
冲击

1、 靠间隙密封的活塞液压缸间隙过大
2、 端头缓冲的单向阀失灵，缓冲不起作用
1、 按规定配活塞与液压缸的间隙，减少泄漏现象
2、 修正单向阀
5
推力不足
1、液压缸和活塞配合间隙太大
2、泄漏过多

1、更换O型密封圈
2、紧固各结合面

6
泄漏严重

1、 管接头没拧紧
2、密封破坏

1、拧紧联接螺钉
2、检查更换密封

7
液压泵过热
1、 由于磨损造成破坏
2、 用粘度过低或过高的油工作
1、修理或更换
2、选用粘度适合的油

5.2 安全操作规程
1 不懂解机器操作程序或结构性能着不应擅自开动机器。
2 机器在运行过程中不应进行挑战模具或修理及检修。
3 当机器发生故障时应停车分析原因，及时找出解决方法并设法排除，保证其安全性。
4 不能负载运行。
5 滑块必须在行程范围之内。
6 电气设备必须接地。
7 操作者离开机器前应把总电源关闭
总结
这一次的毕业设计，是我运用大学四年内所学理论知识的成果，也是对我将所学知识与现实生活结合度的考核。在设计过程中，我发现了自己所存在的许多不足之处，认识到在专业知识方面，还有很多需要学习的地方。通过数个月的工作，我提高了自己解决专业方面问题的能力，也为未来的学习方向奠定了基础。在这次毕业设计中，主要成果如下： （1）这次我的设计课题是，对机械设计专业的学生而言，这个题目并不陌生。但是当自己真真正正动手开始设计时，才发现有很多数据，很多方面需要考虑选择，需要斟酌分析。因此，我发现在学习的道路上，没什么人能说了如指掌，有的只是无尽的努力与探索。
（2） 通过查阅各种资料使我深入了解了液压机的特点及性能，渐渐在头脑中形成了本课题的基本框架。经过多次的补充和修改，完成了此次毕业设计。本课题设计内容包括了KY27-500单动薄板冲压液压机各部分结构的设计计算、强度校核，液压系统的设计等。
（3）此次设计，我是用的CAD作为二维平面软件，Pro/e作为三维画图软件。设计过程中，一边建模一边学习新的方法，巩固了之前的知识，也了解了新的方法，从而更加熟悉所用软件。
（4）在设计过程中，我对机械设计，机械原理，力学等多门课程的知识有了更深层次的了解，能融会贯通的将多门课程综合运用到所需解决的问题上。我也在这一过程中，发现了自己的不足，深深体会到学无止境的道理。让我明白学习必须脚踏实地，永远保持一颗谦逊的心。

致谢

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