417 多向模锻液压机设计.doc

摘要本设计为中小型多向模锻液压机，最大工作负载设计为8MN。主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸,水平梁，水平缸等组成。本文重点介绍了机械及液压系统的设计。通过具体的参数计算及工况分析，制定总体的控制方案。为解决缸快进时供油不足的问题，顶部设置补油油箱进行补油。缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制；为了保证工件的成型质量，液压系统中设置保压回路，通过保压使工件稳定成型；为了防止产生液压冲击，系统中设有泄压回路，确保设备安全稳定的工作。此外，对重要液压元件进行了结构、外形、工艺设计，对部分液压元件进行了合理的选型.控制系统的设计，它包括PLC的选型与程序设计。 关键词：多向模锻液压机, 机械设计,液压系统，可编逻辑控制器 ABSTRACTThis paper design for the multi-forging of hydraulic , the mainframes largest work load design for 8000KN. Mainframe mainly by the beam、guided、worktable、mobile beams、master cylinder、level cylinder、cylinder head out of components etc. This paper focuses on the machine and hydraulic system design. Through analyzing specific parameters and hydraulic mechanic situation , to formulate a master control project. To solve the cylinder express entered the shortage of oil supply in the top of the mainframe installed oil tank. Cylinder for the speed of access restrictions and security through the limit switch to control switches.To ensure the quality of the work-piece molding, the hydraulic system equipped with packing loop through packing work-piece stability molding; To prevent hydraulic shocks, pressure relief system with a loop to ensure that this equipment can be a safe and stable work. In addition, the paper hydraulic station on the overall layout of the key components of the hydraulic structure、shape、process、technique for a specific design.the design of control system ,this part include choose the type of PLC and design the program.Keywords: Multi-forging of hydraulic machine, Design of machinary, Hydraulic System, Programmable Logic Controller目录1绪论1 1.1液压机行业概要11.2多向模锻的优缺点及发展方向32.机械总体设计42.1多向模锻压机主要技术参数42.2多向模锻液压机的基本工作原理42.3 总体布局方案的拟定52.4液压机设计62.5立柱设计152.6上横梁设计162.7下横梁工作台的设计172.8活动横梁设计192.9水平梁的设计193.液压系统设计203.1 液压机主缸工况分析203.2 液压机水平缸工况分析213.3 液压机顶出缸工况分析213.4 液压系统方案的设计223.5液压系统控制过程分析233.6液压系统的计算和选择液压元件244 .PLC控制系统设计314.1传感器的选择314.2位置检测装置314.3控制系统PLC的选型及控制原理324.4 PLC种类及型号选择324.5 PLC程序设计33参考文献36致 谢37 1绪论1.1液压机行业概要液压机发展史，1795年，英国人Bramah取得了第一个手动液压机的专利,但真正的液压机的发展历史不到200年。近些年来7000KN ，10000KN, 12000KN的液压机相继问世给工业带来了巨大的效益。1884年在英国曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，它与锻锤相比具有很多优点，运动部分不必那么重，震动又小，因此发展很快!在1887-1888年间，制造了一系列的锻造水压机，其中包括40000KN的大型水压机，到1893年，当时最大的，120MN锻造水压机。大钢锭的锻造工作全有锻造水压机来完成。19世纪晚期到20世纪资本主义发展到帝国主义除段，由于军备扩张，锻造和模锻液压机有了很快发展,1934年，德国70000KN模锻水压机,1938-1944年德国又造出150MN和300MN的大型模锻水压机!二次大战后，为了迅速发展航空工业，以及后来发展宇航工业，美国在1955年左右，先后制造了两台315MN及450MN的大型模锻水压机,苏联在1950-1965年生产了几台300MN和750MN的世最大模锻水压机。液压机发展到现在，已经广泛地应用到国民经济的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分。在1934年，德国人最早制造出70MN的大型模锻水压机，用于生产航空复杂锻件，后来又相继生产出150 MN巨大的模锻液压机。主要用于模锻生产铝合金、钛合金航空锻件；前苏联在二次大战后也建造了多台大型模锻水压机。其中有100 MN、150 MN、300 MN、750 MN等，750MN是目前世界上最大的模锻水压机。无论是中小型还是大型多向模锻机，其应用范围及其工艺，是金属材料成型及加工的重要技术，我国由于工业发展较慢与世界各个机械行业大国的技术相比还有很大的差距，所以我们应该强这方面的技术研究与开发工作，争取早日达到世界先进水平12。图1-1是上海电气集团制造的液压机。 图1-1 165MN液压机典型的大型液压机结构型式有下面几种24：(1) 三梁四柱式三梁四柱式液压机是最常见的一种结构型式，尤其是大型自由锻造液压机通常采用的一种结构型式。如上海重机厂120 MN、富拉尔基第一重机厂120 MN、四川德阳第二重机厂125 MN自由锻造水压机。(2) 整体框架式压机主机架为整体焊接或整体铸造。如四川长城钢厂从日本引进的20MN下拉式自由锻造液压机。(3) 三梁多柱组合式对于大型模锻液压机。其大吨位使得本体结构设计变得复杂，受制造、安装、运输等条件的限制，本体往往采用分体组合结构。我国自行设计制造的300 MN模锻水压机采用的是三梁多柱组合结构。(4) 多板组合框架式对于大型多向模锻液压机，其大吨位和对压机刚度的更高要求使得本体结构设计变得更加复杂。美国Cameron公司制造的300 MN多向模锻液压机和第一重机厂设计的200 MN多向模锻挤压液压机，主机架采用的是叠板组合结构。(5) 钢带缠绕框架式用钢带缠绕方式制成的预应力液压机机架，具有结构轻巧、尺寸小、抗疲劳性能好及造价低廉等特点。瑞典曾用于制造冷锻液压机，前苏联则设计并制造了从10 MN到150 MN的有色金属模锻液压机系列。多向模锻的工艺特点为：除了像常规模具具有水平分模面外，模具还可以有垂直分模面，并且在完成模锻工序的同时，可以方便的完成冲孔工序4。因此，多向模锻可以产生复杂形状的具有内孔的模锻件其过程如图2。图1-2多向模锻加工具有内孔的模锻件1.2多向模锻的优缺点及发展方向（1） 材料利用率高。多向模锻大多采用闭式模锻，锻件可设计成空心的，可以取消或设计很小的模锻斜度，借助卸料器锻件也易于取出，因而可以节约大量材料，与一般模锻工艺相比较可节约金属50%左右，材料利用率可达40-90%。（2） 锻件性能好。多向模锻属闭式模锻，一般没有毛边，金属流线沿锻件外形分布，可提高锻件的机械性能和抗应力腐蚀的能力。一般可提高强度30%以上。（3） 生产率高。多向模锻只需毛坯一次加热和压力机一次行程便可成形锻件，生产率高，同时最大限度避免了由于加热带来的缺陷和损失。这一点对于高合金钢、镍基合金、钛合金是极为重要的。这些材料价格昂贵，锻造温度范围狭窄，减少了加热次数和氧化损失，便能降低成本，提高质量，有利于实现机械化，若配备机械手可大大降低劳动强度。（4） 应用范围广。多向模锻时，毛坯处于强烈的压应力状态下变形，可使金属塑性大大提高，有利于低塑性材料的成形。多向模锻不仅可以加工各种复杂形状的锻件，而且对锻件尺寸大小、材料限制也较少。除一般有色金属、黑色金属外，也可模锻高合金钢、镍铬合金等，因为在多向模锻时能提高材料的塑性。多向模锻也存在一些缺点。首先是要求毛坯具有较高的剪切质量，坯料尺寸与重量要求精确。其次是毛坯加热后应尽量避免氧化皮，要求对毛坯进行少无氧化加热或设置去氧化皮的装置。要求使用刚性好、精度高的专用设备或在通用设备上附加专用的模锻装置。多向模锻液压机的未来发展趋势可总结如下12：(1)机架应具有足够的刚度，以便能够得到很好的尺寸的公差。(2)应具有很好的抗偏心载荷，以便能再有偏心载荷的时候得到较准确的尺寸公差。(3)滑块的导向机构要保证水平方向的尺寸精度。(4)控制系统应具有有控制活动横梁的停位精度，保证垂直方向的尺寸精度。2.机械总体设计 液压机是一种广泛使用的压力加工设备，具有多种型号，系列产品。本设计的液压机主要用于可塑性材料的压制工艺，多用于形状对称结构相对较复杂制品的压制成型工艺。2.1多向模锻压机主要技术参数 根据任务书给定的技术参数及查阅的资料，确定了本设计主要技术参数见表2-1 表2-1液压机设计参数参数名称数值 竖直缸公称压力8000KN 最大工作压力32MPa 主缸回程力500KN 顶出缸顶出力500KN 主缸滑块行程800mm 顶出活塞行程250mm 主缸滑块下平面距工作台最大距离2000mm 主缸快进速度0.25m/s 主缸滑块工进最大速度0.125m/s 主缸快退速度0.25m/s 顶出缸顶出速度0.3m/s 顶出缸退回速度0.3m/s 水平缸行程500mm水平缸压力32MPa水平缸开口距离2000水平缸工称压力5000KN水平缸快进速度0.25m/s 水平缸工进最大速度0.125m/s 主缸快退速度0.25m/s 2.2多向模锻液压机的基本工作原理多向模锻的除了像常规模具具有水平分模面外，模具还可以有垂直分模面，并且在完成模锻工序的同时，可以方便的完成冲孔工序。因此，多向模锻可以产生复杂形状的具有内孔的模锻件。结构设计包括对液压机各个横梁、立柱、液压缸和液压缸辅助部件和零件的设计，并对所设计出的结构进行分析、校核。(1)上下横梁的设计：首先结构设计要合理，既要保证在强度和刚度都满足时又要保证质量够轻，所以设计横梁应考虑用合理的结构，如采用薄壁结构加筋板来提高横梁的强度等等。(2)立柱的设计：立柱的主要作用是对横梁进行支撑和导程。设计时要考虑各机械精度，如直线度、表面加工精度等，还要通过它们受力的特点设计合理的截面形状。(3)有关螺母的设计：螺母的主要作用是对紧固。横梁的固定主要由螺母来实现，设计时要考虑其工作条件来选择螺母的防松方法等。(4)液压缸的设计，设计过程中注意机械设计手册的国标选用，设计一国标为准，如油口尺寸，密封零件的尺寸。2.3 总体布局方案的拟定 设计如图2-1所示总体布局方案，液压机总体包括各个横梁、立柱、和四个液压缸三大部分。图2-1液压机总体布置图2.4液压机设计2.4.1工作主缸的设计计算根据任务书给定的技术参数及查阅的资料，确定了液压机主要技术参数，由工作压力的确定 。查液压系统设计简明手册，液压机的工作压力的范围是2032MPa。由于液压机的工作负载比较大，为8000KN，则取主缸的工作压力为p=31.5MPa。（1）计算主缸内径和活塞杆直径 主缸的最大负载为工进时的负载，即8000KN。查液压系统设计简明手册，可知液压机的背压在初算时可忽略不计。取液压缸的机械效率： = 0.95。图2-2液压机主缸受力由图2-2得， D= (2-1)式中：P1液压缸工作压力；P2液压缸回路背压，对于高压系统初算时可以不计；F工作循环中最大负载；cm液压缸机械效率，一般cm = 0.90.95。将参数代入公式（2.1），P2忽略不计，可求得液压缸内径即：D=mm590mm查表,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=590mm那么由d/D=0.7可以求得活塞杆直径。即：d=0.7D=0.71x590420mm同理查表,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=420mm。经过计算液压机主缸的内径、活塞杆直径分别为：D=590mm ；d=420mm。主缸缸体材料的选择 液压缸的制造材料一般有锻钢、铸钢、高强度铸铁、灰铸铁、无缝钢管等。对于负载大的机械设备缸体材料一般选用无缝钢管制造，主缸缸体材料选用45钢5。 （2）主缸壁厚的确定 液压缸壁厚 （2-2）式中： 液压缸壁厚（m）；D液压缸内径（m）；实验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍；缸筒材料的许用应力。锻钢：=110120MPa ；铸钢：=100110MPa ；高强度铸铁：=60MPa ；灰铸铁：=25MPa ；无缝钢管：=100110MPa 。主缸壁厚计算，将D=0.59m ；= 110MPa ；=1.25×32MPa=40MPa代入公式（2.2）中，即：液压缸缸体的外径D外计算公式如下： D外D2 (2-3)将参数代入公式，即：D外0.59m0.21m0.8m外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径D外800mm。（3）主缸缸盖材料、厚度的确定缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。缸盖材料选用45钢，缸盖厚度计算公式如下： （2-4） 式中：t缸盖的有效厚度(m)；缸盖止口直径；缸盖材料许用应力。即：圆整后取缸盖厚度t=150mm。（4）主缸最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离称为最小导向长度，用H表示。如果导向长度太小，会因为间隙引起的挠度而使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定工作。一般而言，液压缸的最小导向长度应该满足如下要求5： (2-5)导向长度如图2-3所示：图2-3主缸导向长度原理式中： L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。可知主缸的最大行程H=800mm，液压缸内径D=590mm代入公式（2-5）中，求主缸的最小导向长度。即：为了保证最小导向长度H，不应过分增大和B的大小，必要时可以在缸盖和活塞之间增加一个隔套来增加最小导向长度。隔套的长度C可有公式（2-6）求得，即： (2-6)式中：B活塞的宽度，一般取B=（0.61.0）D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径的不同有不同的算法，当D80mm时，取=（0.61.0）D；当D80mm时，取=（0.61.0）d。（5）主缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定活塞制造材料一般选用灰铸铁(HT150、HT200)、当缸体内径较小时，整体式结构的活塞选用35钢、45钢。主缸活塞选用灰铸铁HT200。活塞制造时外圆柱表面的粗糙度为Ra0.81.6m；外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半；外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半；端面对轴线垂直度在直径100mm上不大于0.04mm；内孔与活塞杆的配合取H7/k6。活塞宽度系数取0.8，即活塞的宽度B=0.8D=0.6×590mm =354mm。圆整后取活塞宽度B=360mm。液压机主缸工况时的压力大，泄漏量也会随压力成正比升高，因此密封圈选用YX形密封圈，这种密封圈能承受的大的工作压力，泄漏量小。（6）主缸活塞杆材料、技术要求及长度确定活塞杆有空心和实心两种结构形式。空心时一般选用35钢、45钢的无缝钢管；实心结构选用35钢、45钢。主缸活塞杆选用45钢5。活塞杆制造时外圆柱面粗糙度为Ra0.40.8m；热处理要求调质2025HRC；外径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；外径表面直线度在500mm上不大于0.03mm；活塞杆与导向套之间的配合公差采用H7/f7，与活塞连接的配合公差采用H7/h6。由行程，确定活塞杆的长度L杆=1570mm。（7）主缸长度的确定液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体的外形尺寸还应考虑两端端盖的厚度，总体而言，液压缸缸体的长度L不应该大于缸体内径D的2030倍，即：L（2030）D 。由主缸行程为800mm，活塞宽度为360mm,缸盖厚度为150mm，通过计算可知，主缸的长度取L缸=1970mm。（8）活塞杆稳定性校核活塞杆工作中主要受压，当液压缸的支承长度Lb(1015)d时，必须对活塞杆的弯曲稳定性进行校核,d为活塞杆直径。通过计算可知，Lb的最大值不可能大于L杆+L缸=3540mm，而(1015)d=59008850mm。将参数代入Lb(1015)d中，比较后Lb(1015)d，活塞杆满足使用要求，工作时不会失稳。（9）主缸结构设计1）缸体与端盖的连接形式缸体与端盖的连接形式通常有法兰连接、螺纹连接、外半环连接、内半环连接等形式。由于液压机工况时缸体内的压力很大，所以缸体与端盖的连接方式选用法兰形式。2）活塞杆与活塞的连接形式活塞与活塞杆的连接结构有整体式结构、螺纹连接、半环连接、锥销连接等连接形式。由于活塞杆直径较大，所以主缸活塞与活塞杆的连接选用端盖加螺钉连接形式。3）活塞杆导向结构形式活塞杆的导向部分包括端盖、导向套、密封、防尘和锁紧结构。工程机械中导向套一般安装在密封圈的内侧，有利于导向套的润滑。导向套选择常用的黄铜材料。4）缓冲装置液压机运动时的质量大，快进时的速度快，这样活塞在到达行程中点时，会产生液压冲击，甚至活塞与缸筒端盖会产生机械的碰撞。为防止这种现象的发生，在行程末端要设置缓冲装置。一般缓冲装置有环状间隙式节流缓冲装置、可调节流缓冲装置、三角槽式节流缓冲装置。2.4.2水平液压缸的设计计算水平缸内径和活塞杆直径（水平缸有两个）设计过程和主缸大体相同故简略将其设计尺寸进行说明：（1）缸和活塞的尺寸设计 水平缸的最大负载为工进时的负载，即5000KN。查液压系统设计简明手册，可知液压机的背压在初算时可忽略不计。取液压缸的机械效率cm = 0.95。将参数代入公式（2-1），P2忽略不计，可求得液压缸内径即：D=461mm将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=500mm那么由d/D=0.7可以求得活塞杆直径。即：d=0.7D360mm将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=360mm。经过计算液压机主缸的内径、活塞杆直径分别为：D=500mm ；d=360mm。水平缸缸体材料的选择 水平缸体材料选用45钢。 （2）水平缸壁厚的确定 水平缸壁厚计算，将D=0.5m ；= 110MPa ；=1.25×32MPa=40MPa代入公式（2-2）中，即：（3）缸体外径的设计将参数代入公式（2-3），即：D外0.5m0.18m0.68m外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径D外800mm。（4）主缸缸盖材料、厚度的确定缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。缸盖材料选用45钢，缸盖厚度计算公式2-4即：圆整后取缸盖厚度t=130mm。（5）水平缸最小导向长度的确定液压缸的最小导向长度应该满足如下要求： 可知缸的最大行程H=500mm，液压缸内径D=500mm代入公式（2-5）中，求主缸的最小导向长度。即：（6）水平缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定活塞制造材料一般选用灰铸铁(HT150、HT200)、当缸体内径较小时，整体式结构的活塞选用35钢、45钢。主缸活塞选用灰铸铁HT200。活塞制造时外圆柱表面的粗糙度为Ra0.81.6m；外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半；外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半；端面对轴线垂直度在直径100mm上不大于0.04mm；内孔与活塞杆的配合取H7/h6。活塞宽度系数取0.8，即活塞的宽度B=0.8D=0.6×500mm =300mm。液压机主缸工况时的压力大，泄漏量也会随压力成正比升高，因此密封圈选用Yx形密封圈，这种密封圈能承受的大的工作压力，泄漏量小。并由Yx型圈的安装方式确定活塞的结构形式。（7）水平缸活塞杆材料、技术要求及长度确定活塞杆有空心和实心两种结构形式。空心时一般选用35钢、45钢的无缝钢管；实心结构选用35钢、45钢。主缸活塞杆选用45钢。活塞杆制造时外圆柱面粗糙度为Ra0.40.8m；热处理要求调质2025HRC；外径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；外径表面直线度在500mm上不大于0.03mm；活塞杆与导向套之间的配合公差采用H7/f7，与活塞连接的配合公差采用H7/h6。由行程，确定活塞杆的长度L杆=1190mm。（8）水平缸长度的确定液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体的外形尺寸还应考虑两端端盖的厚度，总体而言，液压缸缸体的长度L不应该大于缸体内径D的2030倍，即：L（2030）D 。由水平缸行程为500mm，活塞宽度为300mm,缸盖厚度为130mm，通过计算可知，水平缸的长度取L缸=1440mm。（9）活塞杆稳定性校核将参数代入Lb(1015)d中，比较后Lb(1015)d，活塞杆满足使用要求，工作时不会失稳。（9）缸结构设计1）缸体与端盖的连接形式缸体与端盖的连接方式选用法兰形式。2）活塞杆与活塞的连接形式由于活塞杆直径较大，所以缸活塞与活塞杆的连接选用端盖加螺钉连接形式。3）活塞杆导向结构形式活塞杆的导向部分包括端盖、导向套、密封、防尘和锁紧结构。工程机械中导向套一般安装在密封圈的内侧，有利于导向套的润滑。导向套选择常用的黄铜材料。2.4.3顶出缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定顶出缸工作负载与主缸相比要小很多，,取顶出缸的工作压力P=12MPa,（1）计算顶出缸内径和活塞杆直径。最大负载F=500KN。缸工作压力为12MPa，选取d/D为0.7，取液压缸的机械效率cm = 0.95。将参数代入公式（2-1），P2忽略不计，可求得液压缸内径即：D=mm146mm将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=160mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞杆直径。即：d=0.7D=0.7x160112mm将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=110mm。经过计算液压机顶出缸的内径、活塞杆直径分别为：D=160mm ；d=110mm。（2）液压缸壁厚 缸壁厚计算，将D=0.16m ；= 110MPa ；=1.25×32MPa=40MPa代入公式中，即：取35mm液压缸缸体的外径D外计算公式D外D2 将参数代入公式即：缸底厚h=0.443D=42.8mm取45mmD外0.15m0.07m0.22m外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径D外220mm。（3）顶出缸缸盖材料、厚度的确定缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。缸盖材料选用45钢，缸盖厚度计算公式代入数据：即：圆整后取缸盖厚度t=45mm。（4）顶出缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定【21】活塞制造材料一般选用灰铸铁(HT150、HT200)、当缸体内径较小时，整体式结构的活塞选用35钢、45钢。主缸活塞选用灰铸铁HT200。活塞制造时外圆柱表面的粗糙度为Ra0.81.6m；外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半；外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半；端面对轴线垂直度在直径100mm上不大于0.04mm；外径用橡胶密封圈密封的公差配合取f7f9，内孔与活塞杆的配合取H8/f7。活塞宽度系数取0.9，即活塞的宽度B=0.9D=0.9×110mm =100mm。液压机顶出缸工况时的压力不大，泄漏量也会很小，因此密封圈选用O形密封圈，并采用加双挡片的结构。（5）顶出缸活塞杆材料、技术要求及长度确定活塞杆有空心和实心两种结构形式。空心时一般选用35钢、45钢的无缝钢管；实心结构选用35钢、45钢。主缸活塞杆选用45钢。活塞杆制造时外圆柱面粗糙度为Ra0.40.8m；热处理要求调质2025HRC；外径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；外径表面直线度在500mm上不大于0.03mm；活塞杆与导向套之间的配合公差采用H8/f7，与活塞连接的配合公差采用H7/h6。由行程和下横梁尺寸和工作效果，确定活塞杆的长度L杆=1170mm。（6）顶出缸长度的确定液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体的外形尺寸还应考虑两端端盖的厚度，总体而言，液压缸缸体的长度L不应该大于缸体内径D的2030倍，即：L（2030）D 。由顶出缸行程为，活塞宽度为,缸盖厚度为，通过计算可知，主缸的长度取L缸=560mm。（7）活塞杆稳定性校核将参数代入Lb(1015)d中，比较后Lb(1015)d，活塞杆满足使用要求，工作时不会失稳。（8）缸结构设计1）缸体与端盖的连接形式缸体与端盖的连接方式选用法兰形式。2）活塞杆与活塞的连接形式缸活塞与活塞杆的连接选用圆螺母螺纹连接形式。3）活塞杆导向结构形式活塞杆的导向部分包括端盖、导向套、密封、防尘和锁紧结构。工程机械中导向套一般安装在密封圈的内侧，有利于导向套的润滑。导向套选择常用的黄铜材料。2.5立柱设计液压机的最大负载约为8000kN，通过力传递后，最后由四根立柱承受8000kN的拉力，作用在每根立柱上的拉力为负载的1/4，即2000kN。受力如图2-4。 F-负载 T-导柱拉力图2-4立柱受力图 立柱的安全直径D，可由许用拉应力公式(4-1)计算。 (2-7)式中：许用应力；取45钢=80100MPa；F轴向拉力；A横截面积。即： 为了防止四根导柱因瞬间的受力不均而被破坏，导柱直径可适当加大，取D=200mm。由工作台有效尺寸已知：左右1300×前后1100mm, 取立柱中心距（左右）B=1500mm。立柱在工作过程中的主要受力如图4-1所示。因此材料必须具备较高的抗拉强度。立柱材料选择45钢。立柱除了承受拉力之外，外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力。为了减少立柱表面的磨损，通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐摩性。总的热处理工艺为调质和表面淬火。 2.6上横梁设计上横梁位于立柱上部，用于安装主缸，承受主缸的反作用力。 材料选择：采用ZG270-500铸钢件。 热处理要求：必须进行必要的内处理，消除其内应力。 由中小型液压机设计计算主机的设计计算可知： 上横梁的高度=（0.40.7）B=6001050(mm) 确定上横梁的长、宽、高尺寸分别为1600、1600、800mm，截面米字型空心筋板强化。 理论计算校核： 横梁受力可以简化为简支梁,中间受载的情形，如图2-5所示。图2-2梁受力分析图由中小型液压机设计计算主机的设计计算可知： (2-8)其中： P公称压力（N） B立柱中心距（m）将P=8000000N，B=1.5m代入公式2-8，3000000初步确定上横梁的长、宽、高尺寸分别为1600、1600、800mm，截面可以相似为矩形。在负载作用下的剪力和弯矩在中心处为最大。已知中间截面弯矩最大，该截面是危险截面。为了保证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。正应力计算公式为【9】： (2-9)式中： 最大弯曲正应力； 最大弯矩； 抗弯截面系数()。矩形截面抗弯系数W计算公式为： (2-10)式中： 矩形截面的宽； 矩形截面的高。即：铸钢ZG270-500的弯曲许用应力=60MPa，而横梁的最大弯曲应力=17.2MPa，远小于材料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。确定上横梁的长、宽、高尺寸分别为1600、1600、800mm。截面积为米字型厚度取90mm.2.7下横梁工作台的设计工作台承受液压机总吨位。工作时压力通过模具作用于制件，由于大多数的制件和模具有对称的形状，并且模具应居中安装，因此可以认为工作台是一个中间部分承受均布载荷的梁，如图2-3。（a）剪力图(b)弯矩图图2-3工作台受力分析与弯矩图材料选择：工作台主要受压，材料选用铸钢ZG270-500。 由中小型液压机设计计算主机的设计计算可知： 工作台的高度=（0.40.7）B=6001050(mm) 确定上横梁的长、宽、高尺寸分别为2100、1425、860mm。其中心截面处地弯矩为最大弯矩是： (2-11) 其中： P公称压力（N） B立柱中心距（m）【9】 下模与工作台接触面左右宽度，受分布载荷长度（m），一般取=（0.350.6）B。这里取=0.6B。 将P=8MN，B=1.5m代入公式2-11，代入公式2-9， 得，铸钢ZG270-500的弯曲许用应力=60MPa，而横梁的最大弯曲应力=8.14MPa，远小于材料的许用应力，经过校核，设计尺寸满足要求。为了固定模具，一般在工作台台面上设有T形槽。由于工作台尺寸较大，采用平行布置。2.8活动横梁设计 活动横梁的主要作用为：与主缸活塞杆联接传递液压机的压力；通过导向套沿立柱导向面上下往复运动；安装与固定模具及工具等。因此需要有较好的强度、刚度及导向结构。 活动横梁仅受挤压及较小的弯曲，因此对活动横梁的计算可从略。根据液压机形状尺寸可初步设计活动横梁的尺寸为长、宽、高尺寸分别为1900、1600、500mm。截面积为米字型厚度取90mm.具体细节根据设计灵活改动。活动横梁下平面同工作台台面相同，设有T形槽。根据国标设计尺寸。各个梯形槽间距取180mm。采用ZG270-500铸钢件。2.9水平梁的设计水平梁的设计根据以设计好的立柱和各个横梁，设计过程中拉杆的位置要注意，不能和其他部件有接触，水平梁形状设计为直角梯形，钣金结构厚度同样设计为90mm因为水平方向的力比竖直方向的要小所以强度和刚度校核通过。材料同样为ZG270-500铸钢件。3.液压系统设计 3.1 液压机主缸工况分析液压机启动时，主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而滑块在运动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载，计算最大负载时可以忽略不计。液压机的最大负载为工进时的工作负载。通过各工矿的负载分析，液压机主缸所受外负载包括工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载5，即：F = Fw + Ff + Fa ( 3-1 )式中：F 液压缸所受外负载；Fw 工作负载；Ff 滑块与导柱、活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载，启动后为动摩擦力负载；Fa 运动执行部件速度变化时的惯性负载。（1）惯性负载Fa计算计算公式：Fa = ( 3-2 )式中：G 运动部件重量；g 重力加速度9.8m/；时间内的速度变化量；加速或减速时间，一般情况取=0.010.5s【21】。查阅相同型号的四柱液压机资料，初步估算横梁滑块的重量为30KN。由液压机所给设计参数可及：=0.25m/s ，取=0.05s，代入公式3.2中。即：Fa = = 4898N（2）摩擦负载Ff计算滑块启动时产生静摩擦负载，启动过后产生动摩擦负载。通过所有作用在主缸上的负载可以看出，工作负载远大于其它形式的负载。由于滑块与导柱、活塞与缸体之间的摩擦力不是很大，因而在计算主缸最大负载时摩擦负载先忽略不计。（3）主缸负载F计算将上述参数Fa = 4898N 、Fw = 8000KN代入公式3.1中。即：F = 8000000 + 4898 = 8004898N主缸工作循环各阶段外负载如表3-1表3-1主缸各阶段负载工 作 循 环外 负 载启 动F = f静 + Fa5 KN横梁滑块快速下行F = f动忽略不计工 进F