【正文】 過長期的使用和考驗(yàn)，鍛造水壓機(jī)的結(jié)構(gòu)、傳動和操縱系統(tǒng)已有很大進(jìn)步，其技術(shù)已日臻成熟。由于國內(nèi)液壓機(jī)的技術(shù)最早是從前蘇聯(lián)引進(jìn)和吸收的，國內(nèi)生產(chǎn)的液壓機(jī)在剛度和強(qiáng)度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于日本及韓國的產(chǎn)品，與歐美的產(chǎn)品相當(dāng)。從1956年起，我國技術(shù)人員開始了從學(xué)習(xí)、仿制到獨(dú)立研發(fā)鍛造液壓機(jī)的工作，一部分大學(xué)開設(shè)了鍛壓專業(yè)，許多教授對鍛壓工藝和設(shè)備從理論上進(jìn)行了深入的研究并發(fā)表了一系列專門著作，培養(yǎng)了大量的鍛壓專業(yè)人才。因此，為提高我國鍛造生產(chǎn)的整體水平，實(shí)現(xiàn)鍛造工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)化，采用先進(jìn)的數(shù)值模擬方法預(yù)測分析成型過程，以降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，提高生產(chǎn)效率，已成為目前我國鍛造業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。如各種冷溫?cái)D壓標(biāo)準(zhǔn)件、精鍛齒輪、精鍛葉片、精鍛軸類件等；鍛件重量越來越大，隨著大型水壓機(jī)的出現(xiàn)，鍛件的重量超過了一百噸，模鍛件的外徑也達(dá)到了100厘米以上；鍛件的復(fù)雜程度由于多分模面的出現(xiàn)也得到了明顯的提高，帶來福線的空心管件已能在專用的鍛壓設(shè)備上直接成型。許多成果已經(jīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在國內(nèi)外，鍛造工藝之所以獲得如此廣泛應(yīng)用，是與其獨(dú)特的優(yōu)越性是分不開的。矯直液壓機(jī)是機(jī)械制造業(yè)常見的用于各種板棒管材矯直矯正的設(shè)備。 Hydraulic press。參考資料：機(jī)械工業(yè)出版社：機(jī)械工業(yè)出版社：天津人民出版社：機(jī)械工業(yè)出版社周 次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周應(yīng)完成的內(nèi)容收集資料,確定參數(shù)方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析,設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)設(shè)計(jì),撰寫說明書設(shè)計(jì)審核,答辯指導(dǎo)教師：系級教單位審批：說明：本任務(wù)書一式二份，教師、學(xué)生各執(zhí)一份。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容與目標(biāo)是：20MN矯直液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)型式與結(jié)構(gòu)分析；20MN矯直液壓機(jī)的本體方案設(shè)計(jì)與技術(shù)設(shè)計(jì)；完成工程設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練。在此基礎(chǔ)上，論文對液壓機(jī)上、下橫梁等關(guān)鍵部件的受力和變形進(jìn)行了材料力學(xué)分析，對其剛度和強(qiáng)度進(jìn)行了校核，以保證主要受力部件能夠滿足機(jī)器剛度和抗偏載能力的要求。單臂液壓機(jī)又稱“C”形液壓機(jī)，屬中小型壓機(jī)，機(jī)架為整體鑄鋼結(jié)構(gòu)或鋼板焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作時(shí)可以從三個(gè)方向接近，操作方便?，F(xiàn)代重型鍛造液壓機(jī)的制造能力和水平是一個(gè)國家國力的象征。目前，計(jì)算機(jī)科學(xué)日新月異，人工智能理論逐步完善，這些新理論和新技術(shù)直接或間接的促進(jìn)了鍛造技術(shù)的發(fā)展。矯直理論和技術(shù)的發(fā)展正趨向于在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面和傳動方式方面便于操作和維護(hù)，擴(kuò)大設(shè)備適用性、降低能量消耗、改善工作條件等方向發(fā)展。大都會報(bào)廢并退出歷史舞臺。在極少數(shù)大城市里有幾臺小型的用于修配德液壓機(jī)或小型鍛錘。一些液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)或與國內(nèi)外同行業(yè)的合作，技術(shù)發(fā)展很快。美國Wyman Gordon公司、俄羅斯BCMO公司、法國AD公司是世界上擁有模鍛液壓機(jī)公稱壓力最大、品種、數(shù)量最多的3個(gè)企業(yè)。俄羅斯重型鍛壓設(shè)備制造公司是生產(chǎn)鍛壓設(shè)備的主導(dǎo)公司，可生產(chǎn)800t、1250t、2000t、3150t、6300t等液壓機(jī)，其載重量為5~30t，負(fù)載力矩為118~785kN現(xiàn)在我國已能向國外提供成套的比較先進(jìn)的液壓機(jī)設(shè)備，支援第三世界和友好國家的工業(yè)建設(shè)。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動化和智能化提供了充分的條件。(8)采用各種有效的緩變裝置，以減少沖裁時(shí)的震動及噪音，擴(kuò)大液壓機(jī)的應(yīng)用范圍。其中，工藝要求是最主要的影響因素。單臂液壓機(jī)機(jī)架為整體鑄鋼結(jié)構(gòu)或鋼板焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作時(shí)可以從三個(gè)方向接近工件，操作簡單方便。 單臂式液壓機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)單臂式液壓機(jī)又稱“C”形液壓機(jī)，這種結(jié)構(gòu)最顯著的特點(diǎn)是機(jī)身為開式結(jié)構(gòu)，可以以三面接近工作區(qū)。表21 20MN單臂校直液壓機(jī)技術(shù)參數(shù)Table 21 20MN press technical parameters參數(shù)名稱數(shù)值參數(shù)名稱數(shù)值公稱壓力20MN最大凈空距2500mm回程力喉深2000mm系統(tǒng)壓力20MPa壓頭尺寸30002000mm工作臺面尺寸40003500mm柱塞速度工作速度0—10 mm/s行程最大行程1200mm空行速度80 mm/s工作行程200mm回程速度120 mm/s(2)機(jī)架為拉桿預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)，四根拉桿通過上下螺母將上梁、支座和下梁連接組成一個(gè)剛性的空間結(jié)構(gòu)框架。 多用于回程缸，該種結(jié)構(gòu)多一處密封，但當(dāng)回程缸裝于上橫梁上時(shí)，與活動橫梁的連接比較簡單。缺點(diǎn)是壓機(jī)高度有較大增加，缸底與橫梁的接觸情況不易測量。這種連接形式常用于多缸液壓機(jī)及三缸液壓機(jī)的側(cè)缸，～2倍，球面處應(yīng)注意保持良好的潤滑。(1)損壞的部位及特點(diǎn)液壓缸損壞的部位多數(shù)在法藍(lán)與缸壁連接的圓弧部分,其次在缸壁向缸底過渡的圓弧部分,少數(shù)在圓筒筒壁產(chǎn)生裂紋,也有因氣蝕嚴(yán)重而破壞的。更換新缸時(shí)，增大了法藍(lán)高度，減小法藍(lán)外徑，使用多年未壞。特別是缸底過渡圓弧，加工比較困難，更應(yīng)注意。由于缸體法藍(lán)與橫梁連接螺釘經(jīng)常松動，如不及時(shí)擰緊，會引起缸體竄動和撞擊，使橫梁接觸面不斷壓陷，形成局部接觸。工作缸結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)如下柱塞直徑按下式確定 (21)式中P—缸的名義總公稱壓力(MN)p—液體的工作壓力()根據(jù)式(21)計(jì)算得，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)值D=820mm，此時(shí)兩缸同時(shí)工作實(shí)際能產(chǎn)生的最大總壓力 (22)由式(22)得。(2)缸底部分缸底進(jìn)水孔直徑 ，圓整取。缸體尺寸：缸壁厚度，法蘭厚度，法蘭外半徑 ，取，(1)筒壁部分最大應(yīng)力點(diǎn)在缸筒內(nèi)壁，按下面公式計(jì)算的當(dāng)量應(yīng)力為安全系數(shù)為 ， 安全。上橫梁直接與拉桿、工作缸相連，梁體結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)都很復(fù)雜。上橫梁梁體的寬度與工藝要去有關(guān)，也與壓機(jī)工作缸、拉桿占據(jù)的空間有關(guān)。圖23 上梁的計(jì)算模型及彎矩剪力圖 Calculating model and shear and moment diagram of upper beam(1)受力簡圖由已知得 (2)由圖23可知：，(3)慣性矩計(jì)算由于梁簡化為懸臂梁，所以在拉桿中心截面處為危險(xiǎn)截面，這在圖23中也可以表現(xiàn)出來。對于下橫梁，其設(shè)計(jì)原則與上橫梁相同，是在滿足相連部位最小幾何尺寸要求和工藝要求的條件下，盡可能縮短其縱向、橫向尺寸，這是有效提高下梁的剛度、強(qiáng)度和減輕梁的重量應(yīng)首先把握的主要原則。(5)中心點(diǎn)撓度 (214)式中 E—下橫梁的彈性模量，J—下橫梁的慣性矩，代入式(214)得 撓度如圖29所示(6)相對撓度 ， 比允許值小，剛度好，安全。圖210是拉桿變形情況簡圖。大拉桿計(jì)算模型如圖312所示圖212 大拉桿的計(jì)算模型 Calculating model of large pull rod由圖212可知 ， 取材料為40，許用應(yīng)力為，取 小拉桿的計(jì)算模型如圖213所示。螺紋均采用45176。由于拉桿的疲勞斷裂大都發(fā)生在從根部的光滑部分到螺紋部分的截面變化過渡區(qū)，因此可以以拉桿根部靜載合成應(yīng)力為基礎(chǔ)，并考慮過渡區(qū)的應(yīng)力集中，即 (226)式中 K—有效應(yīng)力集中系數(shù)，K= q—對應(yīng)力集中的敏感系數(shù)，與材料性能有關(guān)，據(jù)經(jīng)驗(yàn)可?。? —彈性狀態(tài)下理論應(yīng)力集中系數(shù)，與截面過渡區(qū)的形狀有關(guān)。(1)加熱預(yù)緊 是最常用的方法，為此拉桿端部應(yīng)鉆有加熱孔。使用過程中還必須經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)螺母松動要隨時(shí)擰緊。為了提高密封強(qiáng)度，在水壓機(jī)中多采用夾布橡膠。C，但彈性差，低壓時(shí)自封性不好，價(jià)格較貴。 V形密封圈有下列特點(diǎn)： 1)密封性能良好； 2)允許一定的偏心載荷、和偏心運(yùn)動； 3)可以多圈重疊使用，并通過調(diào)節(jié)壓緊力來獲得最大密封效果； 4)耐沖擊壓力和振動壓力； 5)當(dāng)填料不能從軸向裝入時(shí)，可以開切口使用，只要安裝時(shí)將切口互相錯(cuò)開，不影響密封效果。液壓機(jī)的設(shè)計(jì)、制造與工業(yè)應(yīng)用在一定意義上是一個(gè)國家制造業(yè)綜合能力的體現(xiàn)。m，是軌道式鍛造操作機(jī)；俄羅斯依若爾重機(jī)廠能制造12500t的液壓機(jī)；俄羅斯上薩爾達(dá)冶金生產(chǎn)聯(lián)合公司是世界上最大的鈦生產(chǎn)商，擁有世界上最大的75000t液壓機(jī)?，F(xiàn)在單獨(dú)設(shè)計(jì)這種單臂矯直的液壓機(jī)的并不多見，所以鑒于我國的這種現(xiàn)狀，本課題選擇這一課題為科研對象，希望在這方面能夠彌補(bǔ)我國的這一缺陷。但在一些技術(shù)含量較高的液壓機(jī)中，某些關(guān)鍵技術(shù)，如液壓和電控部分，還要通過國內(nèi)與外的企業(yè)或研究單位合作， 高檔的液壓元件和電控元件還主要依靠進(jìn)口。二、研究主要成果：1934年，各國為了發(fā)展航天工業(yè)，研制了許多巨型液壓機(jī)，德國在二戰(zhàn)前就建造了3臺150MN 液壓機(jī)和一臺300MN液壓機(jī)。三、發(fā)展趨勢：(1)高速化、高效化、低能耗。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄漏和污染。 Evaluation。四、存在問題：鍛造實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，是向世界先進(jìn)水平靠攏的必然手段。(2)機(jī)電液一體化。原蘇聯(lián)建造了4臺300MN和兩臺700MN液壓機(jī)。由于國內(nèi)液壓機(jī)的技術(shù)最早是從前蘇聯(lián)引進(jìn)和吸收的，國內(nèi)生產(chǎn)的液壓機(jī)在剛度和強(qiáng)度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于日本及韓國的產(chǎn)品，與歐美的產(chǎn)品相當(dāng)。本設(shè)計(jì)的所要解決的問題是：20MN矯直液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)型式與結(jié)構(gòu)分析；20MN矯直液壓機(jī)的本體方案設(shè)計(jì)與技術(shù)設(shè)計(jì)；完成工程設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練。而我國液壓機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)與國際水平相當(dāng)，第一重型機(jī)械集團(tuán)、第二重型機(jī)械集團(tuán)公司均可制造12000t液壓機(jī)。本論文僅對20MN單臂校直液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)方案提供了初步分析依據(jù)，對該壓機(jī)的合理、可行的整體設(shè)計(jì)方案尚須進(jìn)行更為詳盡、深入地分析，尤其是在液壓機(jī)的工藝適應(yīng)能力，整體工作性能等方面還要做大量的分析、研究工作。(2) 導(dǎo)套在柱塞來回運(yùn)動過程中起導(dǎo)向作用。C，使用壽命長，但彈性較差。C，也可用于≤70176。本設(shè)計(jì)采用在螺母預(yù)緊后，將鎖緊板放入拉桿兩端預(yù)先銑出的長方槽內(nèi)，然后在兩邊的螺母上焊上擋塊，卡住鎖緊板，防止螺母與拉桿相對轉(zhuǎn)動。 (2)超壓預(yù)緊 是指液壓機(jī)安裝后，拉桿超載受拉，產(chǎn)生彈性伸長，此時(shí)以八個(gè)外螺母為基準(zhǔn)，把原來已擰緊的內(nèi)螺母再往里擰緊到貼緊為止。 —安全系數(shù)。 從理論上說，拉桿破壞應(yīng)發(fā)生在拉桿上部，但實(shí)際情況并非如此，拉桿斷裂處經(jīng)常發(fā)生在拉桿下部(下梁與拉桿臺階接觸面處)。小液壓機(jī)的拉桿螺母為整體式的，拉桿直徑在以上時(shí)，由兩個(gè)半螺母用螺栓緊固而成。在圖29中，為預(yù)緊后小拉桿的伸長量，為預(yù)緊后大拉桿的壓縮量，為工作時(shí)小拉桿的伸長量，為工作時(shí)大拉桿殘余壓縮量。 拉桿的結(jié)構(gòu)方案的確定在常規(guī)的三梁四柱液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，立柱設(shè)計(jì)是十分重要的環(huán)節(jié)，而在本臺液壓機(jī)的設(shè)計(jì)中，利用兩個(gè)大拉桿和兩個(gè)小拉桿來代替三梁四柱中的立柱，拉桿將上橫梁與下橫梁緊固的聯(lián)結(jié)在一起，形成一個(gè)封閉的剛性受力框架，液壓機(jī)加壓時(shí)，它不僅要承受軸向壓力，而且還要承受偏心載荷引起的彎矩，特別是在拉桿與橫梁的連接部位，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)液壓機(jī)的立柱均在有較大拉應(yīng)力振幅的脈動循環(huán)載荷下工作，很容易導(dǎo)致疲勞破壞。本壓機(jī)下橫梁也采取焊接式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖26所示。在簡化成等效截面后，先分成若干個(gè)小塊矩形面積，在本液壓機(jī)設(shè)計(jì)中劃分成三塊，先算出截面對底邊WW軸的慣性矩 (27)式中 —每塊矩形面積對本身形心軸的慣性矩() (28) —每塊矩形面積高度(m) —每塊矩形面積高度(m) —每塊矩形面積對WW軸的靜面矩 () (29) —每塊矩形的面積() —每塊矩形面積形心到WW軸的距離(m)圖24 上橫梁危險(xiǎn)截面的等效截面圖 Equivalent crosssection diagram of dangerous crosssection of upper beam再求出整個(gè)截面的形心軸到WW軸的距離 (210) (211)整個(gè)截面對形心軸的慣性矩為 (212)為了方便，計(jì)算結(jié)果如下表22所示。圖22 上橫梁結(jié)構(gòu)簡圖 Upper beam structure上橫梁的結(jié)構(gòu)中，除了工作缸孔和拉桿孔以外，兩側(cè)還得考慮安裝回程缸和平衡缸。液壓機(jī)工作時(shí)，上橫梁承受了全部載荷。其中 —空行速度(m/s) —充水管道允許流速(m/s) 安全。(3)法蘭部分，其中 為材料的波桑系數(shù)。根據(jù)強(qiáng)度要求，工作缸外徑由下式確定 (24)許用應(yīng)力，取，由式(24)得，又根據(jù)，取。工作液體往往對缸壁有腐蝕作用，會降低疲勞強(qiáng)度，因此必須對乳化液的成分和配制予以足夠重視，直接用工業(yè)用水而不加以處理是不允許的。圓筒筒壁部分的損壞多半是制造過程中引起的，如整體鍛造或鑄造毛坯本身存在嚴(yán)重缺陷；鍛焊結(jié)構(gòu)中焊接質(zhì)量不好，焊后熱處理不恰當(dāng)?shù)鹊?。有些資料提供了一些光彈試驗(yàn)結(jié)果，說明過渡區(qū)設(shè)計(jì)成特定的流線型斷面形狀，如做成斜線和R35圓弧相連結(jié)。一般裂紋首先出現(xiàn)于內(nèi)壁，逐漸向外發(fā)展，裂紋多為縱向分布，或與缸壁母線成角。 這種形式多用于大型液壓機(jī)，中間桿的兩端均為球面，支承于上下球面座之間，柱塞通過中間桿傳遞壓力。(三)工作缸柱塞與橫梁的連接形式工作缸柱塞與橫梁的連接形式有三種，即剛性連接、球面支承連接和雙球面中間桿連接。蜜蜂用以保持液體壓力并防止高壓液體泄露，密封下面有壓套、法藍(lán)及螺栓和螺母等組成的壓蓋，它們主要起支撐密封的作用，在壓蓋外面一般還有一圈氈墊，以防止灰塵帶入缸