#25MN快锻液压机液压系统设计开题报告

燕山大学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：25MN快锻液压机液压系统设计

学院（系）：机械工程学院

年级专业：06级机电控制（1）班

学生姓名：谢朝阳

指导教师：张立杰教授

完成日期：

毕业设计开题报告

（25MN快锻液压机液压系统设计）

一．课题背景与意义

本课题所选的快锻液压机属于锻压机械，锻压机械包括锤锻，机械压力机，液压机，螺旋压力机和平锻机等成型设备以及开卷机，矫正机，剪切机，锻造操作机等辅助设备。锻压机广泛应用于电力，船舶。汽车，航空，电子，家电等工业领域[1]。随着我国工业的发展以及科学技术的进步，大力发展锻压机械和提升锻压技术迫在眉睫。

大型锻件的生产是制造业的基础，由于锻造过程可以细化金属材料晶粒，大大改善零件的力学性能，因此锻造工艺在电力工业，造船工业，航空工业，重型装备制造业中得到广泛应用[2]。现代工业对大型锻件的需求也日益增多，这使得锻压机在最近几十年迅猛发展，尤其是以液体传动的液压机。

液压机是利用液体压力能进行能量传递从而实现加工的机械。由于液压系统能够很容易提供几千吨甚至上万吨的力，液压机在重型零件的加工制造过程中占有绝对优势，特别是随着大型水电设备以及核电设备，石化设备，

航空工业需求的拉动，液压机的应用越来越广泛。因此开发具有高效率高可靠性的快锻液压机是十分有意义的。

目前，液压机适用于几乎所有需要压力加工的场合，其主要应用领域有：1汽车，家电行业中金属薄板件的冲压拉深成型工艺；2 金属机械零件的压力成形，包括模压成形，挤压成形，冷热模锻，自由锻造等 3 粉末制品行业，如粉末冶金，磁性材料等 4 非金属材料的压制成形 5 木制品的热压成形 6 其他应用：如压装，校正，塑封，压印等工艺[3]。

二．国内外液压机研究现状

1．结构形式多样化

大中型锻造压力机中“三梁四柱”压力机数量仍居首位，但是还出现了“双柱下拉”，“四柱下拉”，“双柱上压”，“缸动式”，“缠绕”等结构形式[4]。

2. 全应力框架结构居主流

传统压力机普遍采用局部预紧框架结构，立柱主体部分承受拉弯联合应力，进行压力加工时立柱所受应力脉动较大，立柱的疲劳寿命制约压力机的工作寿命。全预应力框架通过拉杆将上，下梁及立柱预紧为承载框架，立柱仅承受压弯载荷，各工况下断面内只有压应力。锻造载荷产生的拉力由拉杆承担，其循环应力的脉动幅值比局部预紧框架小数倍。

3.方立柱平面可调间隙导向机构的应用

圆立柱结构简单，单导向精度低，间隙不可调，导致锻件尺寸精度低，使得锻件的利用率较低。采用方立柱，导向为面接触，接触应力小，可以保护柱体且无卡阻现象。由于间隙可调，导向精度可以大幅提高。

4. 主要构件出现整体化趋势

为提高压力机的可靠性以及安全性，降低造价，结合现代铸造技术的发展，现代大型压力机横梁等铸钢件出现了整体化的趋势。

5. 双柱斜置式压力机增多

双柱斜置式压力机与四柱压力机相比锻造空间大，允许环类锻件沿压力机横向超出立柱，操作视野非常宽阔。

6. 快锻功能得到较大提升

随着压力机自动化程度的大幅提高，一方面锻造频率提升很快，另一方面锻

造精度也大为提高。

7. 液压泵直接传动技术的应用

传统传动为水泵-蓄势器，传动效率低，泵站投入多。油泵直接传动具有传动效率高，泵站投入少，加上力，速度，位置控制技术的成熟以及密封技术的发展，油泵直接传动正逐渐成为主流[5]。

三．课题所面临的重难点问题

现代装备越来越趋于大型，高性能，长寿命，要求制造其核心部件的大型锻件的尺寸，重量更大，同时还要降低成本。这就要求锻造液压机具有大压力，大尺寸参数，高效率，高精度，高可靠性，高安全性，高自动化水平以及低能耗等特点[6]。如何解决以上问题便是本课题要探讨的重点。

1.大的压力要求液压机具有合理的结构及足够的强度，防止锻造过程中机架变形甚至破坏从而影响生产。除此之外，大的加工压力对液压系统的设计也提出了很多难点，如：传动方式的选择，动力元件及执行元件的选择，密封方式，控制方式，液压回路设计等。

2.高的生产效率对液压机提出以下要求：（1）提高锻造频率（2）操作方便，操作机，砧库及横向移砧装置等辅机需配备齐全（3）降低故障率。提高锻造频率要求液压系统能提供足够大的流量保证换向迅速且平稳，因此需要正确选用液压阀并设计合理的动作顺序，确保系统具有高的可靠性。另外，设计的系统应当便于操作及维修，力求简单，以降低故障率。

3.高精度对液压系统的控制方式提出了新的要求。中小压力机的锻件尺寸误差应小于1 mm,大型压力机应小于2-3mm。如何克服液压机工作过程中的惯性，以及冲击是提高锻件精度的主要方法。

4. 高自动化水平是高效率和高精度的重要保证。如何实现主机和操作机联动；锻件尺寸的测量和自动控制；压力机运行状态的自动显示和储存；一般故障的自动诊断及报警；生产数据的自动采集和处理都是需要考虑的问题。尤其是锻件尺寸的控制和常见故障的自动诊断及报警[7], 需要将液压机执行元件的状态实时地采集并与设定值进行比较，并在最短的时间内给出准确的控制信号，无论是在理论上还是实际过程中都有相当大的难度。

5.低能耗要求在满足整个系统各个工况的前提下，还要实现能耗的最小化。锻造液压机在不同工况下功率需求差别很大，要通过优化设计的方法找

出最佳的系统设计方案必须参考大量的以往的设计方案。另外，采用好的控制方法，合适的控制元件也能降低系统能量损耗。

四．解决方案的提出

鉴于快锻液压机的实际工作需要初步拟定压机结构为双立柱下拉式预应力框架架构；采用油泵直接传动，阀控缸控制方式；选用大流量的插装阀来满足系统快速换向需求[8];运用电液比例速度控制实现平稳快速换向[9][10]；采用差动连接来获得较高的锻造频率；回路关键部位安装各类传感器以监测系统运行状态，及时发现故障并自动排除某些故障[11]；采用两组液压泵供油，组成双泵供油回路以节约能量，并保证快速性。

五．实施计划及进度安排

第1-2周查阅资料，完成开题报告及文献综述

第3 周拟定并绘制系统原理图草图，准备PPT

第4 周完成液压系统的初步计算，选择液压元件

第5 周计算系统发热量并完成油箱设计

第6 周系统性能计算分析与改进

第7-8周绘制液压系统原理图及油箱装配图

第9-10周绘制关键零件图，准备中期考核PPT

第11周集成块设计并绘制结构图

第12-13周完成设计说明书（设计步骤，工作原理，安装维护）

第14-17周准备答辩

六．参考资料

1 孙彩丽.20MN快锻液压机设计及整体工作性能分析[D].

2 俞新陆．液压机的设计与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2006．12．

3 李贵闪，何晓燕，荣兆杰.我国液压机行业的现状及发展[J]. 锻压装备与制造技术，2006，41(4)：17-19.

4 聂绍珉.现代大中型锻造液压机的特点及发展趋势(上)[J].金属加工，2008第 23期：20-23.

5 姚保森.我国锻造液压机的现状及发展[J]. 锻压装备与制造技术，2005年第3期：28-30.

6 聂绍珉.现代大中型锻造液压机的特点及发展趋势(下)[J].金属加