【正文】 軸向拉力； A— 導(dǎo)柱 橫截面積。 加工工藝：在工作時(shí)，導(dǎo)柱不僅僅有拉力的存在，還有與上下滑塊之間的摩擦力，為了減少導(dǎo)柱表明的磨損程度，增加受用壽命，通過(guò)金屬表明熱處理能有效的增加導(dǎo)柱的耐磨性和表明硬度，表面淬火和表明熱處理。 15 在 “三梁四柱式結(jié)構(gòu) ”中 ， 對(duì)導(dǎo)柱做如下受力分析，如下圖 所示， 當(dāng)力作用在橫梁和導(dǎo)柱上， 此 時(shí)橫梁受壓， 由于反作用力， 導(dǎo)柱受 到相應(yīng)的拉力。 主機(jī)負(fù)載受力分析 導(dǎo)柱設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì) 最大 的 工作負(fù)載為 200T（ 2021kN） ，主缸回程力 為 400kN，頂出缸頂出力為 350kN。缸體的外形尺寸應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度，長(zhǎng)度 L 小于等于缸體內(nèi)徑 D 的 20～ 30 倍，即： L≤（ 20～30） D 。 查表 210 [16]， 液壓機(jī)頂出缸工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主缸壓力， 故 選用 O 形密封圈。 4) 頂出缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 由表 知頂出活塞行程 L=250mm，缸內(nèi)徑 D=200mm，代入公式 ()， 即： mmmmmmH ??? （ ） 5) 頂出缸活塞方 案擬定，技術(shù)要求 頂出缸活塞選用 HT200。 3) 頂出缸缸蓋材料、厚度的確定 缸蓋選用 35 鋼。 將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列，取 d=140mm。液壓缸受力如圖 所示。缸體的長(zhǎng)度 L 小于或者等 于內(nèi)徑 D 的 20～ 30 倍，即： L≤（ 20～ 30） D () 由于 L=710mm， B=290mm， t=60mm，主缸的長(zhǎng)度取 L 缸 =1200mm。 活塞寬度系數(shù)取 ，則活塞的寬度為： B==360mm =288mm 取 B=290mm。 計(jì)算 隔套的 長(zhǎng)度 C，即： )(21 1 BlHC ??? （ ） 式中： B—活塞的寬度，取 B=（ ～ ） D； l1—缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度， 當(dāng) D＞ 80mm時(shí)，取 l1=（ ～ ） d。 查表 中參數(shù)可知，主缸的最大行程 H=710mm，液壓缸內(nèi)徑 D=360mm代入公式（ ）中，得主缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 即： 11 mMP aMP at ???? 選取缸蓋厚度 t=60mm。 主缸壁厚 δ 計(jì)算，將 D= ； [σ]= 110MPa ； Py==代入公式（ ）中， 即： mMP a mMP a ?? ??? 計(jì)算缸體的外徑 D： D 外 ≥D＋ 2δ （ ） 將參數(shù)代入式（ ）得： D 外 ≥＋ 2? ＝ 外徑取標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，得主缸缸體外徑 D 外 ＝ 460mm。 10 表 鋼筒材料的參數(shù) 型號(hào) b? ≥／ MPa s? ≥／ MPa s? ≥／ % 45 610 360 14 2) 設(shè)計(jì) 主缸壁厚 計(jì)算公式如下 所示 ： ][2?? Dpy? （ ） 式中： δ—液壓缸壁厚； D—液壓缸內(nèi)徑； yP —實(shí)驗(yàn)壓力，最大工作壓力的（ ～ ）倍； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。 缸體材料較多，比如有 高強(qiáng)度鑄鐵 、 灰鑄鐵 、 鍛鋼 等。 1) 主缸缸體材料 的 選擇 及其工藝要求 液壓缸的 構(gòu)造 一般有厚壁圓筒 、 薄壁圓 筒兩種 不同結(jié)構(gòu) 。 液壓機(jī)主缸內(nèi)部尺寸設(shè)計(jì) 通過(guò) 上述初步設(shè)計(jì)計(jì)算 ， 得到缸體 內(nèi)徑 D、活塞桿直徑 d。 可求得液壓缸內(nèi)徑 即： D= 1024 66??? ?? PaN≈358mm 查 柱塞標(biāo)準(zhǔn)直徑表 [13]JB202176，將液壓缸的直徑 D 圓整后， 選取相近的標(biāo)準(zhǔn) 系列 直徑 ，得 1D =360mm。查表 中的設(shè)計(jì)參數(shù)可知，由于液壓缸工作 時(shí)壓力載荷非常大，取 P=20MPa。 綜上所述：本設(shè)計(jì)為單缸液壓機(jī)，選擇剛性連接較為合適。 缺點(diǎn)： 安裝 和 定位比較麻煩。 缺點(diǎn)： 液壓 缸的導(dǎo)向處 受到活動(dòng)橫梁的影響 ， 這樣會(huì)使得 導(dǎo)向鋼套及密封墊加快 磨損。 柱塞與活動(dòng)橫粱的連接 方式選擇 （ 1）剛性連接 優(yōu)點(diǎn)： 柱塞下端 連接盤與橫梁相連接 ，兩者無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 。 （ 2）缸底支承 ，用螺柱將液壓缸固定在上梁上表面， 用螺柱實(shí)現(xiàn)拉緊 固定 安裝液壓缸大孔。 綜上所述，本設(shè)計(jì)為 200T 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)，屬中小型液壓機(jī)，考慮到多個(gè)方面，選擇活塞式液壓缸 較為合適。其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造方便。 7 圖 活塞式油缸的結(jié)構(gòu) 圖 活塞式油缸原理圖 特點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)液壓缸的左右運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于兩個(gè)柱塞式液壓缸的結(jié)合體。 在水壓機(jī)上 運(yùn)用廣泛 ，但 缺點(diǎn)是 只能 在 單方向 上 作用， 且 反向運(yùn)動(dòng)需 要用回程缸 來(lái) 實(shí)現(xiàn) [9]。利用缸體 上 的凸緣 結(jié)構(gòu) 固定于 上梁中 。 四柱式液壓機(jī)的工作循環(huán) 初步 分析 如 下 圖 所示 ： 5 滑塊快速下行 工進(jìn)、加壓 保壓 快速回程 停止頂出圖 四柱液壓機(jī)工作循環(huán)圖 圖 （ a）為主缸動(dòng)作圖，圖 （ b）表示頂出缸工作圖 液壓機(jī)主要參數(shù) 的 擬 定 擬設(shè)計(jì)的四柱式液壓機(jī)主要技術(shù)如下表： 表 技術(shù)參數(shù) 設(shè)定 參 數(shù) 項(xiàng) 參 數(shù) 最大工作壓力 (MAX 2021KN 主缸 最大工作壓力 20MPa 主缸回程力 400KN 頂出缸頂出力 350KN 滑塊 最大 行程 710mm 頂出 缸 活塞 最大 行程 250mm 滑塊 離 工作臺(tái)最大 高度 800mm 主缸 快進(jìn) 下行 速度 滑塊最大工進(jìn)速度 主缸 回程 速度 副缸 頂出速度 副缸 回 程 速度 6 第 3 章 四柱式液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸方案 的 比較 選擇 （ 1） 柱塞式 液壓缸 柱塞式 液壓 缸的結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)圖 見(jiàn) 下 圖 所示 ，其原理圖見(jiàn) 下圖 所示 。 工作介質(zhì)：能量轉(zhuǎn)換的介質(zhì)， 是以油、水介質(zhì)為主。 控制單元：其中包含沖液閥、流量控制閥和控制壓力的溢流閥閥等。能量損失小，效率高。 動(dòng)力單元（液壓泵）：為液壓機(jī)提供工作所需動(dòng)力元器件 [8]。待所需工件壓制完成后，由頂出缸將鍛壓成型的工件頂出。經(jīng)過(guò)各種控制閥和液壓管路，控制油缸 [7]。 3 第 2 章 液壓機(jī)設(shè)計(jì) 總體方案分析 四柱液壓機(jī)的組成 圖 。 給定的液壓機(jī) 參數(shù) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題 為： 200T 液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)要求如 表 所示： 表 200T 液壓機(jī) 部分已知部分參數(shù) 最 高工作壓力 最高壓力 最大行程 頂鍛速度 20MPa 200T 710mm 040mm/s 要求 :驅(qū)動(dòng)方式為油壓驅(qū)動(dòng) 控制方式為 PLC 控制 本章小結(jié) 通過(guò)上網(wǎng)搜索以及到圖書(shū)館查找相關(guān)資料，與老師探討并且參觀實(shí)驗(yàn)室的液壓機(jī)之后 ，對(duì) 液壓機(jī)的 作用以及其工作原理也有了初步了解 和認(rèn)識(shí) ，對(duì)給定設(shè)計(jì)參數(shù) 有了大致的設(shè)計(jì)方案 。 （ 4）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理，按所需液壓環(huán)境選擇合適 的液壓元器件 （ 5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，操作簡(jiǎn)單、安裝方便合理 （ 6） 了解常用的設(shè)計(jì)軟件，能熟練運(yùn)用 CAD、機(jī)電液仿真調(diào)試類軟件。 （ 2）掌握四柱式液壓機(jī)結(jié)構(gòu)、液壓及控制系統(tǒng)的各種計(jì)算方法，能正確選擇各個(gè)部件。 總 的來(lái) 講，國(guó) 內(nèi)的 液壓機(jī)在質(zhì)量上和國(guó)外 的液壓機(jī)還是 還有一定的差距， 但是伴隨著對(duì)液壓機(jī)的要求提高和質(zhì)量的改善以及功能的完善， 國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)的 產(chǎn)品質(zhì)量 正在越來(lái)越接近 國(guó)際水平 [5]。 但 是對(duì)于 一些技術(shù) 含金量 較高的液壓機(jī)中， 有 些 核心技術(shù)還要通過(guò)與國(guó)內(nèi)外的企業(yè)合作， 尤其是一些 高檔的電控元件和液壓元件主要還是要 依靠進(jìn)口 來(lái)完成 。 但是在 專用 性能的 液壓機(jī) 選擇方面，還是選擇進(jìn)口其他國(guó)家的液壓機(jī) ； 總的來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)之中 技術(shù)水平 方面 ， 可以說(shuō)已經(jīng) 達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水 準(zhǔn) [4]。 但是我國(guó)的 液壓機(jī)從產(chǎn)值和銷售上和發(fā)達(dá)國(guó)家 相 比較還 有很大的差距?？偟膩?lái)說(shuō)，液壓機(jī) 系統(tǒng)性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修、維護(hù)方便。液壓 機(jī)主要由包括 主機(jī)、液壓控制系統(tǒng)、PLC 電氣控制系統(tǒng)等 三個(gè)部分組成 [3]。 液壓機(jī)能對(duì)工藝復(fù)雜的工件進(jìn)行加工，能加工不對(duì)稱的工件，工作可靠，質(zhì)量過(guò)關(guān)，次品率低。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，對(duì)液壓傳動(dòng)的技術(shù)有了更高的技術(shù)要求和精度要求。由于電氣控制系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)，自身具有過(guò)載保護(hù)的功能 [2]。與傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)相比具有相對(duì)較強(qiáng)的靈活性，并且液壓機(jī)操作起來(lái)也方便很多。 液壓機(jī)控制電路設(shè)計(jì) .......................................... 48 液壓機(jī)控制電路設(shè)計(jì) .................................... 48 液壓機(jī)控制電路設(shè)計(jì) .................................... 48 PLC 控制部分 ................................................ 49 液壓機(jī)控制系統(tǒng)概述 .................................... 49 PLC 的選型 ........................................... 50 PLC 程序設(shè)計(jì) ................................................ 50 液壓系統(tǒng)動(dòng)作流程框圖 .................................. 50 現(xiàn)場(chǎng)器件與 PLC 內(nèi)部等效繼電器地址編號(hào)對(duì)照表 ............ 51 電氣控制過(guò)程分析 ............................................ 52 PLC 程序模擬仿真 ............................................ 53 結(jié) 論 ................................................. 57 參考文 獻(xiàn) ............................................... 58 致 謝 ................................................. 65 1 第 1 章 緒論 研究 本 課題的意義 液壓機(jī)的控制采用液壓控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)相結(jié)合控制的方式 [1]。動(dòng)力機(jī)構(gòu)在電氣控制系統(tǒng)控制下，通過(guò)液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和調(diào)節(jié)，完成各種工藝循環(huán)。液壓機(jī)是由主機(jī)和液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)組成。以液體作為傳遞介質(zhì)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換 的效果，從而實(shí)現(xiàn)各種鍛壓的成型工藝。X x 學(xué) 院 XXX UNIVERSITY 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 題 目： 200T 四柱式液壓機(jī)結(jié)構(gòu) 及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 部： 機(jī) 電 工 程 系 專 業(yè)： 機(jī) 械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 教授 職稱 工程師 最終評(píng)定成績(jī) xx 教務(wù)處 二○一 三 年 六 月制 （ 2021 屆） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 200T 四柱式液壓機(jī)結(jié)構(gòu) 及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 部： 機(jī) 電 工 程 系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化