YA321000KN万能液压机设计.docx
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YA321000KN万能液压机设计
YA32-1000KN万能液压机设计
摘要
本次设计的题目是YA32-1000KN万能液压机的设计,它是利用液压传动技术进行压力加工的设备。
它是用于锻压、轴类零件的压装或校正、冷挤、冲压、弯曲、压块、粉沫冶金、成型等工艺过程的压力加工机械,与机械压力机相比,它具有压力和速度可在广泛的范围内无级调整,可在任意位置输出全部功率和保持所需压力,并能完成压制成型和定程成型等工艺方式,结构布局灵活,各执行机构动作可很方便地达到所希望的配合关系等优点;然而,该液压机也具有一定的缺点:
它的机身刚度较小,由于用四立柱作导向,活动横梁内侧导向套与四立柱磨损后不易调整。
本次设计采用软件与硬件相结合的方法,设计的液压机是YA32?
1000KN四柱万能型,最大压制力为100吨,液压最大工作压力为16MPa,它的加工工艺较其它类型液压机简单。
主机为三梁四柱式结构,油缸由四柱导向,顶出缸布置于工作台中间孔内。
各操纵调整机构均集中设置在操纵箱面板上,动力机构(包括电动机、泵、阀等元件)设置于右侧。
根据给定的有关技术参数绘制液压机的动作线图,从动作线图上可以清楚的反映出各动作行程,速度和它们的配合关系,液压系统和电控系统的设计很重要,包括确定系统的执行元件(液压缸)的主要结构尺寸,绘制液压系统图,选择各类元件及辅件的形式和规格,确定系统的主要参数,进行必要的性能估算。
电器控制采用可编程控制,实行以油为工作介质,其油缸工作过程由按钮集中操作,使液压速度可调。
最后进行液压机的总体设计。
此次设计目的明确,通过老师细心指导,自己查阅有关资料,及到实习工厂观察学习,顺利完成设计任务。
通过这次设计培养了自己动手、综合运用多学科的理论知识和技能解决工程实际问题的能力,为以后实际工作打下基础。
关键词:
液压机;四柱;电器控制;液压缸
Abstract
Thisdesigntopicisahydrauliepress,itiscarriedontheshapingusingthehydraulictransmissiontechnologytheequipment.Itusesintheforgingandstamping,theaxisclasscomponentspressureinstallsortheadjustment,theswaging,theramming,thecurving,thebriquetting,thepowdermetallurgy,takesshapeandsoonthetechologicalprocessshapingmachinery,compareswiththemechanicalpress,ithasthepressureandthespeedmayadjustinthewidespreadacopethesteo,mayourputthecompletepowerandthemaintenanceinthefreepositionneedsthepressure,andcancompletethesuppressiontotakeshapeanddecidestheregulationtotakeshapeandthecraftwayandsoon,thestructuralconfigurationisflexible,eachimplementingagrncymovementmayveryconvenientlyachievehopedmeritandcoordinaterelationshowever,thishydraulicepressalsohasthecertainshortcoming;Itsfuselagerigidityissmaller,duetomakestheguidancewithfourcolumns,theactivecrossbeamInsideguidancesetwearsafterfourcolumnsisnoteasytoregulate.
Thisdesignusesthemethodwhichsoftwareandthehardwareunifies,thedesignhydraulicperssistheYA32-1000KNfourcolumnsmulti-purpose,thebiggestsuppressedstrengthis100tons,thehydraulicpressurebiggestworkingpressureis16Mpa,itsprocessingcraftcomparesothertupehydraulicpressestobesimple.ThemainengineisthreeLiangfourcolumnsstructures,thecylinderguidesbyfourcolumns,goesagainstthecylinderarrangementintheworktablemiddlehole.Frontthecontrolboxarrangementisrighttothefuselageleans.Eachoperationadjustingmechanismstronglyestablishesonthecontrolboxkneadingboard,theactuatingunitincludingelectricmotor,pumps,partandvalve,ectestablishestorightflank.Accordingtotherelatedtechnicalparameterwhichassignsdrawsupthehydraulicpressthemovementgraph,thedrivenmakesinthegraphtobeallowedtheclearreflectioncariousmovementstravellingschedule,speedandtheircoordinaterelations.Thehydraulicsystemandthelelctricallycontrolledsystemdesignisveryimportant,includingdeterminationsystemfunctionalelementhudrauliccylindermainstructuresize,drawsuptheofficialhydraulicscheme,chooseseachkindofpartandtheauxiliaryformandthespecification,definitesystemmainparameter,carriesontheessentialperformanceevaluation.Theelectricappliancecontrolusestheprogrammablecontrol.,theimplementtaketheoilastheactuatingmedium,itscylinderworkprocessbybuttoncentralizedcontrol,itcausesthesuooressedspeedtobepossibletomove.Finallycarriesonthehydraulicpressthesystemdesign.
Thisdesigngoalisclear,carefulluinstructsthroughteacher,ownconsultthepertinentdata,andtofactoryaffiliatedwithaschoolobservationstudy,smoothlyhascompletedthedesigntask.Raisemyselfthroughthisdesigntobegin,thesynthesisutilizesthemulti-disciplinarytheoryknowledgeandtheskillsolutionprojectactualproblemability,willbuildthefoundationforthelaterpracticalwork.
Keywords:
hydraulicpress;fourcolumns;electricappliancecontrol;hydrauliccylinder
第1章绪论1
1.1液压传动及液压系统1
1.1.1液压传动的发展1
1.1.2液压系统的组成1
1.2设计的任务及意义2
第2章液机的主要技术参数3
2.1YA32—1000KN四柱万能液压机主要参数3
2.2YA32—1000KN四柱万能液压机系统工况图4
第3章液压基本回路以及控制阀6
3.1YA32—1000KN四柱万能液压机液压系统图6
3.2YA32—1000KN四柱万能液压机工作循环8
YA32—1000KN四柱万能液压机工作循环如表3.1所示8
第4章液压缸的设计9
4.1主缸的设计9
4.1.1材料9
4.1.2主缸内径的设计9
4.1.3缸筒壁厚11
4.1.4缸筒壁厚校核11
4.1.5缸筒的暴裂压力12
4.1.6缸筒底部厚度12
4.1.7缸筒端部法兰厚度h12
4.1.8缸筒法兰连接螺栓13
4.1.9主缸活塞杆的设计13
4.1.10主缸的总效率15
4.2顶出液压缸的设计16
4.2.1材料16
4.2.2顶出缸内径的设计16
4.2.3液压缸的理论作用力F17
4.2.4缸筒壁厚17
4.2.5缸筒壁厚校核18
4.2.6缸筒的暴裂压力19
4.2.7缸筒底部厚度19
4.2.8缸筒端部法兰厚度h19
4.2.9缸筒法兰连接螺栓20
4.2.10顶出缸活塞杆的设计20
4.2.11顶出缸的总效率22
4.3液压缸运动中的供油量23
4.3.1主液压缸的进出油量23
4.3.2顶出液压缸的进出油量24
4.4确定快进供油方式,液压泵的规格,驱动电机功率24
4.5立柱的设计25
4.5.1材料25
4.5.2计算截面尺寸25
4.5.3直径26
4.6工作台的设计27
4.6.1结构形式27
4.6.2形状和尺寸要求27
4.6.3工作台强度计算27
4.7横梁的结构设计27
第5章液压辅助元件及液压油的选择28
5.1管件28
5.1.1高压金属油管内径d28
5.1.2高压金属油管壁厚28
5.1.3高压软管内径d28
5.1.4低压软管内径d29
5.2密封件29
5.3液压油的选择31
第6章电气控制系统设计32
6.1PLC的发展趋势32
6.2PLC的特点33
6.3可编程控制器的选择34
6.3.1S7-200的概述34
6.3.2S7-200系列PLC的CPU的选择34
6.4液压机的电气控制原理36
6.5液压机的工作流程38
6.6液压机的PLC工作梯形图39
第7章结论40
参考文献41
致谢42
附录143
附录244
绪论
液压传动及液压系统
液压传动的发展
液压传动相对于机械传动来说,是一门新兴的技术,被广泛应用于机械设计制造中,工程建筑,石油化工,交通运输,军事机械,矿山,冶金,航空,航海,轻工,渔业,林业以及宇宙航行,海洋开发,核能建筑等各项技术领域中。
由于液压传动是以液体作为介质,依靠流动着液体的压力能来传递动力的传动,所以液压传动与机械传动,电气传动,气压传动相比,具有调速范围大,结构紧凑,工作平稳,易于实现自动化,易于实现过载保护,使用寿命长,元件实现了系列化通用化,标准化等诸多优点。
当前,液压技术在实现高速,高压,高效率,低噪音,伺服控制,数字控制等技术上也有许多新成就。
此外,在液压元件液压系统的计算机的辅助设计,计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面,更显示出突出的成绩。
液压系统的组成
液压传动装置主要由四部分组成:
1、能源装置,把机械能转化为油液的压力能(压力和流量)输出的能力转换装置,一般最常见的形式是液压泵;2、执行元件,是将油液的压力能转换成机械能输出的能量转换装置,即液压马达,液压缸等;3、控制调节装置,对系统中油液压力,流量或流动方向进行控制或调节,如溢流阀、换向阀等;4、辅助元件、如油箱、滤油器、油管、管接头、热交换器、蓄能器等,这些元件对保证系统可靠稳定持久的工作有很大作用。
设计的任务及意义
本次设计的中心工作是对液压系统的设计做详尽的分析和布局,选择合适的阀类元件,对油缸装配进行研究,根据给定的有关技术参数绘制液压机的动作线图,编写电气控制程序,对液压机进行整体布局设计,对立柱和工作台做了强度、刚度的计算和校核,其余部门设计均参与有关资料,选择合适的材料及元件。
这次设计对我启发很大,使我学会很多新知识的同时,还复习了不少以前学过的知识,达到了温故知新的效果,在设计过程中遇到很多问题与困难,但在指导老师的帮助下和自己的努力,终于完成了任务,培养了自己动手设计的能力,培养勇于实践、勇于探索和开拓创新精神,为毕业后从事实际工作打下基础。
液机的主要技术参数
YA32—1000KN四柱万能液压机主要参数
YA32-1000KN四柱万能液压机主要参数如表2.1所示
表2.1液压机主要参数
产品名称四柱万能液压机滑块快进速度mm/s100
型号YA32-1000KN工进速度mm/s10
公称压力T100快上行速度mm/s80
滑块行程mm1260顶出力T20
滑块下平面至工作台最大距离mm1260顶出速度mm/s80
工作台尺寸长宽高mm1250900500回程速度mm/s120
液体最大工作压力MPa16顶出活塞最大行程mm500
外型尺寸(长宽高)mm1回程力T6
最大拉伸深度mm500电机功率KW31.5
YA32—1000KN四柱万能液压机系统工况图
YA32-1000KN四柱万能液压机系统工况如图2.1和图2.2所示
图2.1液压系统工作行程与压力图
图2.2工作周期系统功率循环图
液压基本回路以及控制阀
YA32—1000KN四柱万能液压机液压系统图
YA32-1000KN四柱万能液压机液压系统原理如图3.1所示
图3.1液压系统工作原理图
1?
?
斜盘式变量柱塞泵,2?
?
齿轮泵,3?
?
小电机,4?
?
大电机,5?
?
油箱6?
?
滤油器,7?
?
电控比例溢流阀,8.22..24?
?
溢流阀,9.18.23?
?
换向阀,10?
?
压力继电器,11?
?
单向阀,12?
?
压力表,13.18?
?
液控单向阀,14?
?
外控顺序阀,16?
?
顺序阀,15?
?
上液压缸,19?
?
下液压缸,21?
?
节流器
工作过程
A:
启动:
电磁铁全断电,主泵卸荷。
主泵(恒功率输出)→电液压换向阀9的M型中位→电液换向阀20的K型中位→T
B:
快进:
液压缸15活塞快速下行:
1YA,5YA通电,电磁铁换向阀17接通液控单向阀18的控制油路,打开液控单向阀18,
进油路:
主泵1→电液换向阀9→单向阀11→上液压缸15
回油路:
液压缸15下腔→液控单向阀18→电液换向阀9→电液换向阀20的K型中位→T液压缸15活塞依靠重力快速下行:
大气压油→吸入阀13→液压缸15上腔的负压空腔
C:
工进:
液压缸15接触工件慢速下行:
(增压下行)液压缸活塞碰行程开关2XK,5YA断电,切断经液控单向阀18快速回油通路,上腔压力升高,切断(大气压油→吸入阀13→上液压缸无杆腔)吸油路。
回油路:
液压缸15下腔→顺序阀16→电液换向阀9→电液换向阀20的K型中位→T
D:
保压:
液压缸15上腔压力升高达到预调压力,压力继电器10发出信息,1YA断电,液压缸15进口油路切断,单向阀11和吸入阀13的高密封性能确保液压缸15活塞对工件保压。
主泵(恒功率输出)主泵→电液压换向阀9的M型中位→电液压换向阀20的K型位→T实现主泵卸荷。
E:
保压结束,泄压,液压缸15回程:
时间继电器发出信息,2TA通电(1YA断电),液压缸15上腔压力很高,外控顺序阀14,使主泵1→电液压换向阀9→吸入阀的控制油路由于大部分油液经外控顺序阀14流回油箱,压力不足以立即打开吸入阀13通油箱的通道,只能打开吸入阀的卸荷阀13(或叫卸荷阀13的卸荷口),实现液压缸15上腔(只有极少部分油液经卸荷阀口回油箱)先卸荷,后通油箱的顺序动作,此时:
主泵1大部分油液→电液压换向阀9→外控顺序阀→T
F:
液压缸15活塞快速上行:
液压缸15上腔卸压达到吸入阀13开启的压力值时,外控顺序阀14关闭,切断主泵1大部分油液→电液换向阀9→外控顺序阀14→T的卸荷油路实现:
进油路:
主泵1→电液换向阀9→液控单向阀18→液压缸15下腔回油路:
液压缸15上腔→吸入阀13→T
G:
顶出工件:
液压缸15活塞快速上行到位,PLC发出信号,2YA断电,电液压换向阀9关闭,3YA通电电液压换向阀20右位工作
进油路:
主泵1→电液压换向阀9的M型中位→电液换向阀20→液压缸19无杆腔
回油路:
液压缸19有杆腔→电压换向阀20→T
H:
顶出活塞退回:
3YA断电,4YA通电,电压换向阀20左位工作
进油路:
主泵1→电液换向阀9的M型中位→电液换向阀20→液压缸19上腔
回油路:
液压缸19下腔→电液换向阀20→T
YA32—1000KN四柱万能液压机工作循环
YA32—1000KN四柱万能液压机工作循环如表3.1所示
表3.1液压机工作循环
动作元件
工步1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YAPJ
原位
上缸快进++
上缸工进+
保压++
上缸快退+
下缸工进+
下缸快退+
注:
PJ?
?
压力继电器。
液压缸的设计
主缸的设计
材料
主缸材料强度如表4.1所示
表4.1主缸材料强度
型号≥/MPa≥/MPa≥/%
35CrMo100085012
主缸内径的设计1.主缸内径:
已知液压缸的理论作用力推力100KN;拉力10KN
假设最大压力P25MPa
则:
无活塞杆的缸筒内径D为:
Dm(4-1)
m≈0.320m2.活塞杆径为:
(4-2)
0.208m
取标准值0.2m
3.主液压缸有效面积:
A(4-3)
0.220.038m380cm
AD-d(4-4)
0.22-0.200.00659cm66cm
Ad4-5
0.200.0314m314cm
4.主液压缸实际压制力和回程力:
RPA4-6
25100.0380950KN
R100KN
5.主液压缸的工作力:
1主液压缸的平衡压力:
P4-7
1.4110Pa
2主液压缸工进压力:
P+4-8
25.26MPa
3主液压缸回程压力:
P4-9
14.4MPa
缸筒壁厚
根据GB/T2348-1993取D40mm
公式:
++4-10
关于的值,分别计算:
当时,为薄壁缸筒
0.0211m4-11
0.0245m取0.045m
---缸筒材料的许用应力,
当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.
缸筒壁厚校核
额定工作压力,应该低于一个极限值,以保证其安全
主缸缸筒所受载荷如表4.2所示
材料静载荷交变载荷冲击载荷
不对称对称
钢35812
表4.2缸筒所受载荷
MPa4-12
0.35
83.84MPa
外径;D内径
同时额定工作压力也应该完全塑性变形的发生:
4-13
49.2~59MPa-缸筒完全塑性的变形压力-材料屈服强度MPa
4-14
2.3850
2.38500.0719
140.56MPa
缸筒的暴裂压力
4-15
2.310000.0719
165.37MPa
缸筒底部厚度
缸筒底部为平面时:
0.4334-16
0.433
mm取mm
缸筒端部法兰厚度h
4-17
0.0448m
取h0.05m-法兰外圆半径-螺孔直径螺栓;M16-2
缸筒法兰连接螺栓
1螺栓处的拉应力
MPa4-18
0.7445MPa
z-螺栓数,12根;k-拧紧螺纹的系数变载荷,取k4;-螺纹底径
2螺纹处的剪应力:
0.475MPa4-19
MPa
-屈服极限;-安全系数;12
3合成应力
4-20
0.9679MPa,符合设计要求。
主缸活塞杆的设计
材料
主缸活塞杆材料强度如表4.3所示
表4.3活塞杆材料强度
型号≥/MPa≥/MPa≥/%
35CrMo100085012
2.直径d
d4-21
d0.165m
-液压缸的推力;KN;-材料的许用应力MPa
-材料屈服强度;取800MPa;200MP
液压缸活塞杆往复运动时的速度比
4-22
n-安全系数;4D-油缸内径;d-活塞杆外径;
-回程速度;-工进速度
已知100mm/s;80mm/s所以1.25
根据活塞杆直径系列GB/T2348-1993之规定取d0.18m
3.强度校核
当只受轴向力推或拉力,可以近似地用直杆承受拉
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