【正文】 176。(一)大拉桿螺母的選擇直徑約為670mm，螺距為24mm，螺紋外徑為，取標準值 d=700mm，所以查機械設(shè)計手冊可得螺母各值如下所示：，螺栓 GB 576 ，重量約為1731kg。組合式螺母結(jié)構(gòu)其部頒標準為JB207775，內(nèi)螺母及外螺母等高。小液壓機的拉桿螺母為整體式的，拉桿直徑在以上時，由兩個半螺母用螺栓緊固而成。大拉桿計算模型如圖312所示圖212 大拉桿的計算模型 Calculating model of large pull rod由圖212可知 ， 取材料為40，許用應力為，取 小拉桿的計算模型如圖213所示。所以此時拉桿受力從增為(指全部拉桿受力，圖中的及為單個拉桿受力)，而大拉桿受力從減為(為殘余預緊力)，由圖311可知 (217)此時相應的變形量，拉桿從變?yōu)?即)，大拉桿從變?yōu)?即)。圖211中(a)、(b)是預緊后拉桿的力—變形圖，圖中(c)是把(a)、(b)兩圖綜合在一起，圖中(d)表示預緊后和工作時的情況。在圖29中，為預緊后小拉桿的伸長量，為預緊后大拉桿的壓縮量，為工作時小拉桿的伸長量，為工作時大拉桿殘余壓縮量。圖210是拉桿變形情況簡圖。當液壓機工作時，大拉桿的預壓縮量減少，小拉桿進一步伸長。這種結(jié)構(gòu)對拉桿而言，雖然在未承載時和承載時均有較高的應力，但應力波動幅度小，另外拉桿的截面形狀沒有急劇變化。 拉桿的結(jié)構(gòu)方案的確定在常規(guī)的三梁四柱液壓機的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，立柱設(shè)計是十分重要的環(huán)節(jié)，而在本臺液壓機的設(shè)計中，利用兩個大拉桿和兩個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，形成一個封閉的剛性受力框架，液壓機加壓時，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)生應力集中，同時液壓機的立柱均在有較大拉應力振幅的脈動循環(huán)載荷下工作，很容易導致疲勞破壞。(5)中心點撓度 (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。在計算中間截面慣性矩時，將其分成3塊小矩形面積，算出截面對底邊W—W的慣性矩。(1)受力簡圖受均布載荷作用 圖26 下橫梁結(jié)構(gòu)圖 Lower beam structure(2)由圖可知： (3)慣性矩計算由于下橫梁簡化成簡支梁，所以危險截面在中間截面，故主要校核中間截面的強度。本壓機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。對于下橫梁，其設(shè)計原則與上橫梁相同，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、強度和減輕梁的重量應首先把握的主要原則。綜上所述計算說明上橫梁的設(shè)計滿足剛度和強度要求。(4)最大應力值，安全。在簡化成等效截面后，先分成若干個小塊矩形面積，在本液壓機設(shè)計中劃分成三塊，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 上橫梁危險截面的等效截面圖 Equivalent crosssection diagram of dangerous crosssection of upper beam再求出整個截面的形心軸到WW軸的距離 (210) (211)整個截面對形心軸的慣性矩為 (212)為了方便，計算結(jié)果如下表22所示。圖23 上梁的計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)慣性矩計算由于梁簡化為懸臂梁，所以在拉桿中心截面處為危險截面，這在圖23中也可以表現(xiàn)出來。工作缸壓力簡化為作用于法蘭半圓環(huán)重心上的兩個集中力。由于上梁變形和吊缸螺釘?shù)乃蓜赢a(chǎn)生缸的上下竄動，而使上橫梁與工作缸法蘭的支撐接觸面出現(xiàn)壓陷現(xiàn)象，破壞了接觸精度，形成了沿圓周方向不均勻局部接觸，局部支撐反力過大，導致缸的早期破壞，因此使用時應注意經(jīng)常擰緊松脫的螺母。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。上橫梁梁體的寬度與工藝要去有關(guān)，也與壓機工作缸、拉桿占據(jù)的空間有關(guān)。梁體做成箱體結(jié)構(gòu)，在安裝工作缸和拉桿的地方做成圓筒形，中間加設(shè)筋板，以提高剛度，降低局部應力。圖22是本臺液壓機的上橫梁的結(jié)構(gòu)簡圖。液壓機工作時，上橫梁承受了全部載荷。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)都很復雜。 上橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計及剛度強度校核該液壓機中的上、下橫梁及支座是液壓機本體中最重要的功能部件，是結(jié)構(gòu)和受力最為復雜的部件。其中 代入式(25)得 ，安全。其中 —空行速度(m/s) —充水管道允許流速(m/s) 安全。缸體尺寸：缸壁厚度，法蘭厚度，法蘭外半徑 ，取，(1)筒壁部分最大應力點在缸筒內(nèi)壁，按下面公式計算的當量應力為安全系數(shù)為 ， 安全。此時四缸同時工作實際產(chǎn)生的最大總壓力由式(22)得 。 回程缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計本課題中初設(shè)計有四個回程缸，回程壓力均等分配。(3)法蘭部分，其中 為材料的波桑系數(shù)。(2)缸底部分缸底進水孔直徑 ，圓整取。圖21 工作缸的尺寸關(guān)系圖 Working cylinder size diagram缸壁厚度，法蘭厚度，法蘭外半徑 ，取。液壓缸按受力情況可以分成三部分，即缸底、法蘭和中間厚壁圓筒。根據(jù)強度要求，工作缸外徑由下式確定 (24)許用應力，取，由式(24)得，又根據(jù)，取。工作缸結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計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)計算得，圓整后取標準值D=820mm，此時兩缸同時工作實際能產(chǎn)生的最大總壓力 (22)由式(22)得。為了達到這一要求，制造柱塞的材料一般選用含碳量較高的碳素鍛鋼，鍛造毛坯，機加工后表面進行特殊處理。所以本液壓機工作缸要承受20MPa的高壓，其結(jié)構(gòu)采用碳鋼鍛成，缸體材料為35鋼。工作液體往往對缸壁有腐蝕作用，會降低疲勞強度，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。由于缸體法藍與橫梁連接螺釘經(jīng)常松動，如不及時擰緊，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。有些液壓機由于長期使用，此接觸面的精度遭到破壞，形成局部接觸，局部接觸處橫梁支反力急劇增大，以至早期破裂。并且一定要對焊縫附近熱影響區(qū)采取相應措施，以消除焊接過程中的熱應力和不利的結(jié)晶組織，在采用補焊時也要進行同樣處理。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?shù)鹊?。特別是缸底過渡圓弧，加工比較困難，更應注意。如有幾臺液壓機缸底破裂就是與圓弧半徑太小有關(guān)，它們分別為、和。在結(jié)構(gòu)允許而有可能加工的情況下，過渡區(qū)應盡可能光滑，圓弧半徑應盡可能增大。有些資料提供了一些光彈試驗結(jié)果，說明過渡區(qū)設(shè)計成特定的流線型斷面形狀，如做成斜線和R35圓弧相連結(jié)。更換新缸時，增大了法藍高度，減小法藍外徑，使用多年未壞。(2)損壞情況影響液壓缸壽命的因素是多方面的，必須結(jié)合具體情況進行分析，但歸納起來主要有以下幾個方面： 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計得不合理，如法藍高度太小或法藍外徑過大，是綜合盈利過高而損壞。首先在內(nèi)部過渡圓角處開始出現(xiàn)環(huán)向裂紋，逐漸向外壁擴展乃至裂透。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。(1)損壞的部位及特點液壓缸損壞的部位多數(shù)在法藍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,也有因氣蝕嚴重而破壞的。如某大型摸鍛水壓機，使用十多年來，主工作缸損壞十四次，先后做過四個缸，每造一個缸約耗費十萬元。使用時球面必須保持良好的潤滑，特別是上球面。 這種形式多用于大型液壓機，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。這種連接形式常用于多缸液壓機及三缸液壓機的側(cè)缸，～2倍，球面處應注意保持良好的潤滑。球面座一般做成凸球型，在水平方向上可以稍有移動。單缸液壓機及三缸液壓機的中間工作缸多采用此種結(jié)構(gòu)，柱塞和橫梁孔的配合為。(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。缺點是壓機高度有較大增加，缸底與橫梁的接觸情況不易測量。在有的液壓機中，缸的法藍嵌入橫梁內(nèi)，采用壓環(huán)固定，這樣可以避免在法藍上開螺釘，并減小法藍外徑，這種結(jié)構(gòu)的法藍受力情況較好，但法藍和橫梁接觸面的貼緊情況不易檢查。缸內(nèi)進入高壓液體時,通過法藍與橫梁的接觸面將反作用力傳給橫梁，液壓缸本身則靠法藍上的一圈螺釘固定在橫梁上。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，以防止灰塵帶入缸內(nèi)。 多用于回程缸，該種結(jié)構(gòu)多一處密封，但當回程缸裝于上橫梁上時，與活動橫梁的連接比較簡單。它結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，但只能單方向作用，反向運動則需用回程缸來實現(xiàn)。 工作缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(一)液壓缸的型式及用途液壓缸部件通?？梢苑譃橹?、活塞式和差動柱塞式三種，一般根據(jù)液壓機總體結(jié)構(gòu)、缸的總壓力大小及工作條件的要求來選定。鋼板焊接結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕等特點。表21 20MN單臂校直液壓機技術(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)機架為拉桿預應力組合結(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剛性的空間結(jié)構(gòu)框架。故較相同參數(shù)的四柱式和框架式結(jié)構(gòu)的液壓機重量大得多。此外，在一般簡單的單臂式液壓機設(shè)計中，滑塊大多沒有導軌，完全靠活塞與缸的導向面配合導向，因此機身變形后將使活塞承受相當?shù)膹澢鷳?。目前，單臂式液壓機廣泛用于校正壓裝、板料彎曲成型等工藝中。 單臂式液壓機優(yōu)缺點單臂式液壓機又稱“C”形液壓機，這種結(jié)構(gòu)最顯著的特點是機身為開式結(jié)構(gòu)，可以以三面接近工作區(qū)。(6)鋼帶纏繞框架式 用鋼帶纏繞方式制成的預應力液壓機機架，具有結(jié)構(gòu)輕巧、尺寸小、抗疲勞性能好及造價低廉等特點。 (5)多板組合框架式 對于大型多向模鍛液壓機，其大噸位和對壓機剛度的更高要求使得本體結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更加復雜。(4)三梁多柱組合式 對于大型模鍛液壓機，其大噸位使得本體結(jié)構(gòu)設(shè)計變得復雜，受制造、安裝、運輸?shù)葪l件的限制，本體往往采用分體組合結(jié)構(gòu)。單臂液壓機機架為整體鑄鋼結(jié)構(gòu)或鋼板焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作時可以從三個方向接近工件，操作簡單方便。(2)整體框架式 壓機主機架為整體焊接或整體鑄造，如四川長城鋼廠從日本引進的20MN下拉式自由鍛造液壓機。從工作缸的數(shù)量來看，有單缸、三缸或多缸。從機架型式看，有立式與臥式。其中，工藝要求是最主要的影響因素。并由此給出了本課題所研究的內(nèi)容和研究的方法、步驟和措施。、方法及措施(1)根據(jù)所給的主要參數(shù)，確定合理、可行的液壓機結(jié)構(gòu)型式(單臂三梁四柱組合機架)；(2)根據(jù)確定的液壓機的結(jié)構(gòu)型式來完成一些必要的強度、剛度(重點是剛度和整體工作性能)的性能分析；(3)最后整體完成液壓機本體結(jié)構(gòu)裝配圖的設(shè)計及重要零部件的零件圖的技術(shù)設(shè)計。 課題研究的內(nèi)容和研究的意義，擬解決的主要問題本壓機主要用于大型軸類、管類、板類件的矯直。(8)采用各種有效的緩變裝置，以減少沖裁時的震動及噪音，擴大液壓機的應用范圍。(6) 出現(xiàn)了快速換模裝置，它包括設(shè)立中間模具庫，模具轉(zhuǎn)臺，模向換砧裝置，及快速換模裝置，快速夾緊裝置等，以適應多品種小批量的市場需求。標準化的元件為機器的維修帶來了方便。(4)液壓元件集成化，標準化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機的自動化和智能化提供了充分的條件。充分利用機械和電子方面的先進技術(shù)促進整個液壓系統(tǒng)的完善。提高液壓機的工作效率，降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)在的液壓機正按著下面幾個方向發(fā)展?，F(xiàn)在我國已能向國外提供成套的比較先進的液壓機設(shè)備，支援第三世界和友好國家的工業(yè)建設(shè)。解放前，鍛壓生產(chǎn)十分落后。我國擁有10000t級大型液壓機數(shù)量已躍居世界第3位。2002年，在75000t和30000t液壓機上安裝了自動控制系統(tǒng)，；美