中型四柱式万能液压机总体及液压系统设计

前言

液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，也是理想的成型工艺设备，特别是当液压机系统实现具有对压力、行程、速度单独调整功能后，不仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，废品率非常低，与机械加工系统相比，有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液压机有了更进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用CNC或PC机来控制，提高了产品加工质量和生产率。

液压机主缸是液压机的主要工作部件，液压机主缸的性能直接影响着液压机整体工艺水平。通过细致的分析及理论研究解决易损部分设计结构中存在的问题，可以使液压缸整体上达到工艺强度要求，提高液压缸应用的工艺水准及使用寿命。所以对液压机主缸进行细致严谨的设计计算对对液压机的设计生产有着至关重要的作用。

本论文从总体上对液压机本体结构，及主要结构部件进行设计及必要的校核，对液压机主缸主要参数进行计算，并对所得结果进行分析、验算。从而力争使液压机主缸能够满足生产工艺要求，并从整体上提高液压机的工艺水准，使液压机设计水平更上一个新的台阶。

中型四柱式万能液压机总体及液压系统设计

1 液压机概述

本章着重对液压机整体情况做出介绍，内容涉及液压机的原理，液压机的特点、分类，以及液压机的典型结构介绍，目前国内、外液压机的发展现状以及未来液压机的大体发展趋势等。

1.1液压机工作原理

液压机是根据静态下液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的，它是一种利用液体压力工作的机器。液体压力传递原理为：在充满液体的密闭容器中，施于任一点的单位外力，能传播至液体全部，其数值不变，其方向垂直于容器的表面。

根据这一原理，制成了液压机和其他液压机械，如图1-1所示：

图 1-1 液压机原理图

Fig. 1-1 Hydraulic press schematic diagram 在一个充满液体的连通器内，一端装有面积为1A 的小柱塞，另一端装有面积为2A 的大柱塞。柱塞和连通器之间设有密封装置，使得连通器内部形成一个完全密封的空间，液体不会外泄。当在小柱塞上施加一个外力1F 时，则作用在液体上的单位压力为11

F p A 。按照液体静压力传递原理，这个单位压力p 将以不变的数值传递到液体的每一个质点，并且其

作用方向垂直于其作用面。这样在连通器的另一端的大柱塞上作用着垂直于其底面的单位压力p ，使其产生向上的推力22F pA 。

由此可见，只要增大柱塞的面积，就可以由小柱塞上一个较小的力1F ，在大柱塞上获

得一个很大里力2F 。这里的小柱塞相当于液压泵中的柱塞，而大柱塞就相当于液压机中的

工作缸的柱塞。

1.2 液压机的特点及分类

1.2.1液压机的特点

液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。目前，液压机的最大标称压力已达750MN ，用于金属的模锻成型。随着金属压制和拉伸制品的需求逐年增高，对产品品种的要求也日益增多；另一方面，产品的生产批量也逐渐缩小。为与中小批量生产相适应，需要能快速调整的加工设备，这使液压机成为理想的成型工艺设备，特别是当液压机系统实现具有对压力、行程、速度单独调整功能后，不仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，废品率非常低，与机械加工系统相比，有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液压机有了更进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用CNC 或PC 机来控制，提高了产品加工质量和生产率[1]。

液压机有以下几个优点：

1）液压机最大的特点是容易获得最大的压力。在锻造过程中锻锤是靠冲击力打击锻件，因而会产生较强的振动。为了提高打击效率和减轻振动，需要有很大的砧座和良好的地基，因而锻锤不可能造得很大。曲柄压力机是靠曲柄连杆机构传递能量，由于受到曲柄连杆机构强度的限制，一般只制造到100MN 以下。液压机利用静压力工作，不需要大的砧座和监视的地基。由于采用了液压传动，其动力设备可以与主机分开，可以适当加大柱塞的直径或采用多缸联合工作的方式来获得更大的工作压力。目前大型液压机均已造到100MN 以上。

2）得更大的工作行程，并可在全行程的任意位置施加最大的工作压力；在工作行程的任意位置都可以回程。机械传动的曲柄压力机的滑块行程是不变的，并且只能在滑块下止点前较小的行程内产生标称压力。而且必须在下止点后才能回程，如果过载将会发生闷车现象，导致损坏。液压机则与其相反，所以液压机对要求工作行程较长而且变形均匀的工艺（如拉伸、积压等）十分适应。

3）更大的工作空间。液压机本体没有庞大的机械传动机构，其液压缸可根据操作的

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要求来布置，因而可以容易地获得较大的工作空间。

4）作压力可以调整，可以实现保压，并可防止过载。例如，有三个缸的液压机可以很容易地获得三级不同的工作压力。将高压液体通入中间工作缸得到第一级压力；通入两侧工作缸得到第二级压力；3个工作缸同时通入高压液体就得到第三级压力。液压机可以作长时间的保压。液压系统有调压装置，可以根据要求来调整液体的压力。他的安全装置，能可靠地防止过载。

5）调速方便。通过调整通入工作缸液体的流量，可以实现各种行程速度。例如，实现空程下降和回程时高速，工作行程时慢速，而且这种调速是无级的。

6）液压机结构简单，操作方便。液压机的本体结构很简单，而且容易制造。特别是中、小型的液压机，由于液压元件的标准化、系列化和通用化程度的提高，使其设计与制造更为简便，成本降低。液压机还易于实现自动控制和遥控。

7）液压机工作平稳。碰撞、振动和噪声都较小，有利于改善工人的劳动强度和工作条件。

8）液压机的动力传动为柔性传动，较机械加工复杂的传动系统简单，可避免机械过载的情况。

9）液压机基本的动作方式有三种：单动、双动、三动。但其拉伸过程中只有单一的直线驱动力，是加工系统有较长的使用寿命和较高的工件成品率。

除了以上优点外液压机还有一些缺点，比如：

1）液压机采用液压油为工作介质，因而对液压元件的精度要求和密封条件要求较高。另外，不可避免的泄露会带来环境的污染。

2）液压机的工作速度较其他设备低。由于液体流动时会产生较大的阻力损失，当液压机高速运动时，这种损失就更为明显。所以液压机的最高工作速度受到限制。

由于液压机具有以上特点，因此得到了广泛的应用。除了大型的锻件的锻造、拉伸、剪切、挤压等工序外，还应用于塑料压型、层压板、粉末冶金、废金属处理、棉花打包等工序。

1.2.2 液压机的分类

液压机按照机架结构形式分为梁柱式、组合框架式、整体框架式、单臂式等。按照功能用途分可分为手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校正包装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包液压机、专用液压机等10余种类型。其各自类型对应的常见工艺如下：