液压机控制系统计.docx

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液压机控制系统计

本科毕业设计（论文）

30MNM模锻液压机控制系统计

毕业设计（论文）任务书

题

目

题目名称

30MN模锻液压机控制系统设计

题目性质

1.理工类：

工程设计（√）；工程技术实验研究型（）；

理论研究型（）；计算机软件型（）；综合型（）

2.管理类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）

题目类型

1.毕业设计（√）2.论文（）

题目来源

科研课题（）生产实际（√）自选题目（）

主

要

内

容

1．系统构成方案；

2．元件选择；

3．参数设计；

4．系统原理图、零件图、装配图；

基

本

要

求

1．说明书不少于2万字，严格按规范要求撰写；

2．图纸量不少于4XA0，其中必须有CAD图；

3．外文资料翻译不少于5000汉字；

参

考

资

料

1．产品工作原理简单说明书；

2．有关资料和书籍；

3．液压元件产品样本；

4．设计手册；

周次

第1～4周

第5～8周

第9～12周

第13～16周

第1/～18周

应

完

成

的

内

容

1．资料

2．方案

3．计算

1．元件选择

2．装配图

3．翻译

1．装配图

2．零件图

1．零件图

2．手绘图

1．修改设计

2．撰写论文

3．答辩

摘要

模锻液压机是生产大型镁铝合金和钛合金模锻件的重要设备，在国际和航空工业的大型模锻件生产中有着不可替代的作用。

大型模锻液压机的制造受到零件的制坯、零部件加工、运输和安装等一系列问题的制约，因而使其结构设计随吨位的增大而变得愈加复杂。

论文基于液压机设计理论，参考已有模锻液压机的机构和设计经验，通过可行性分析，确定了30MN模锻液压机的结构与技术参数，分析模锻液压机的快下、工进、回程的循环工作给出了液压机系统设计方案。

压机有多种型号规格，其压制力从几十吨到上万吨。

用乳化液作介质的液压机，称作水压机。

用矿物型液压油做工作介质的液压机称作油压机，产生的压制力较水压机小，在许多工业部门得到广泛应用。

此次设计系统将使压机便于操作控制和管理。

关键词：

模锻、液压机、30MN

目录

摘要III

AbstractIV

目录V

第1章绪论1

1.1课题背景1

1.2.1国内外液压机发展现状…………………………………………….1

1.2.2液压机的选择与应用………………………………..…….………4

1.3课题的提出及主要内容………………………………………………5

第2章液压机概述6

2.1液压机的分类和特点6

2.1.1液压机的分类6

2.1.2液压机的特点7

2.2液压机的传动方案及确定8

2.3液压机的工作原理8

第3章液压机的液压系统11

3.1模锻液压机11

3.2液压系统的设计计算11

3.2.1本体所含液压缸具体参数11

3.2.2系统计算11

3.3高压泵的计算与选取13

3.4电机与联轴器的选择14

3.4.1电机的选取14

3.4.2联轴器的15

3.5液压阀的选择………………………………………………………16

3.5.1概述……………………………………………………………….16

3.5.2插装阀选择……………………………………………………….16

3.5.3液压附件选择…………………………………………………….17

3.5.4油路过滤器选择……………………………………………..……19

3.5.5其余阀的选择……………………………………………………20

第4章系统综合设计23

4.1泵站的设计23

4.1.1工作特点23

4.2油箱的设计24

4.2.1油箱的设计和分类24

4.2.2油箱的结构设计24

4.2.3邮箱的设计要点25

4.3液压缸的设计26

4.3.1管件27

4.3.2法兰28

4.3.3管道及管接头的选择29

4.4集成块的的设计29

4.4.1概述29

4.4.2回路集成的选择30

4.4.3集成块的设计要求31

4.4.4集成块的装配与调整31

第5章液压系统的安装使用及维护32

5.1液压系统安装、试压和调压32

5.1.1液压元件的安装33

5.1.2管道的安装与清洗34

5.1.3试压34

5.1.4调试与运转36

5.2液压系统的使用与维护36

6.4.4集成块的装配与调整36

结论39

附录140

附录247

附录352

附录458

第1章绪论

1.1课题背景

大型锻件的生产，是机械制造行业的重要环节。

近年来，国内外在电力工业、造船行业、航空工业、重型机械制业等各个部门都不断向大型、重型产品发展。

这些产品关键零部件往往是锻造液压机锻压的大型锻件，为了适应这些产品的发展，大型锻件的生产尺寸和重量方面不断增大，在质量要求方面愈加严密。

锻造液压机是机械制造行业中的重型机械设备，是衡量一个国家制造水平和能力的标志之一，在国民经济中占有重要地位，传统的锻造液压机大多技术落后，手工操作，劳动生产力低，锻件肥头大耳，原材料和能源消耗大，劳动条件恶劣。

随着计算机技术，控制技术、电液技术的发展，液压机的自动化程度和锻造水平不断提高，为现代建设保驾护航。

1.2国内外液压机发展现状及其应用

1.2.1国内外液压机的发展现状

锻造液压机发展的历史不到200年。

随着西方资本主义的发展，蒸汽机的出现，引起了工业生产的革命。

现代化的大工业逐步代替了手工业，具有悠久历史的锻造工艺也逐步由手工锻造转变为机器锻造。

十六世纪初，出现了第一批水力机械锤。

1839年第一台蒸汽锤出现，此后，伴随着机械制造工业的迅速发展，锻件尺寸越来越大，锻锤已做到百吨以上（落下部分重量），既笨重，振动又大。

1859～1861年维也纳铁路工场就有了第一批用于金属加工的/MN，10MN和12MN液压机。

188年在英国曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，它与锻锤相比具有很多优点，因此发展很快。

在1888年制造了一系列锻造水压机，其中包括一台40MN的大型水压机。

1893年建造了当时最大的120MN锻造水压机。

因而大钢锭的锻造工作逐步就由使用锻锤过渡到使用锻造水压机，大型自由锻锤逐渐被淘汰，目前只保留了5吨以下的中小型自由锻锤。

十九世纪末20世纪初，资本主义发展成为帝国主义，资本输出、向外扩张、争夺殖民地并瓜分世界成了帝国主义的主要内容。

由于军备扩张的需要，锻造液压机有了迅速发展。

1914年，美国伯利恒钢铁公司建成140MN自由锻造水压机，还配有/50KN·m的操作机。

1934年俄罗斯ytmЗ公司制造了120MN水压机，德国在1938～1944年相继建造了三台159MN锻造水压机。

至上个世纪40年代，世界上已建成万吨级液压机12台。

二次世界大战后，为了迅速发展航空工业，以及后来发展宇航工业的需要，美国、德国、法国、苏联、英国、捷克等又先后建造了万吨级以上的液压机14台。

而在亚洲，日本的锻造业发展的最早，到上个世纪中期日本超过30MN的锻造液压机约9台。

上个世纪50年代初，出现了配有全液压传动和尺寸控制系统的油泵直接传动锻造液压机。

60年代，进行了几次液压机的工业试验和调查充分肯定了小型液压机采用油泵直传的优越性。

国外从六十年代初到八十年代，按照油泵直接传动的锻造液压机要求设计制造或改造的液压机达130多台。

目前，具有世界先进水平的油液压机大部分来自德国的西马克·梅尔公司和潘克公司。

图1-1罗马尼亚120/150MN锻造液压机图1-2意大利105/126MN锻造液压机

锻造在中国有着悠久的历史，但是真正的液压机行业的发展仅仅只有50年左右。

早在1934年日本入侵我国东北以后，就在沈阳、大连建立安装了20MN、40MN自由锻水压机，1945年日本战败以后，向我国赔偿了一批锻造设备，有10MN、20MN、12MN的自由锻水压机各1台。

1953年，首先将存放在鞍山的20MN自由锻水压机修复，由沈阳重机厂安装生产，因此，沈阳重机厂成为我国能设计和制造锻造水压机的第一家企业。

1953年～195/年属于锻造液压机的创业时期，这个期间我国进入第一个5年计划，苏联援建自由锻水压机8台。

1958年～19/5年，是锻造液压机的发展时期。

从1958年起，我国经济进入大发展时期，为满足矿山、冶金、轧钢、电站等工业锻件的需要，由中国设计和制造了10MN、12.5MN、16MN、20MN、25MN、60MN、80MN、125MN自由锻造水压机40多台。

经过这段时期的建设，我国拥有自由锻液压机的数量、等级和潜在能力，已跨入世界大锻件生产大国的行列。

而且19/5年在第一机械工业部重型局组织下，编制了“水压机零部件标准”，标志着我国锻造液压机系列化、通用化和标准化工作取得了初步成就。

19/6年～2005年是锻造液压机的发展提高时期。

/0年代，世界兴起了一股研制快锻液压机的高潮，我国先后从德国、日本等国引进20MN快锻液压机组，这为我国油压机的研制奠定了一定基础。

19/1年由西安重型机械研究所设计、太原重型机器厂制造的20MN快锻液压机在长城钢厂安装，但因液压和电气系统的问题始终未能投产。

其后沈阳重型机器厂、北京重型机器厂开发了3.5MN、5MN、8MN快锻液压机，包括单臂和双柱下拉式两种结构。

为攻克电液技术存在的问题，西安重型机械研究所、华中科技大学做了大量工作。

随着电液技术的进步，直至80年代后，西安重型机械研究所和兰州兰石重工新技术有限公司开发的8MN快锻液压机才成为成熟产品。

同期，沈阳重型机器厂制造了两台30MN下拉式快锻液压机。

进入九十年代，国内开展锻造液压机研究和制造的单位主要有华中理工大学、兰州兰石重工新技术有限公司和西安重型机器研究所。

随着我国国防、航天、造船、发电、汽车等行业突飞猛进的发展，锻造行业像注入了一只兴奋剂，尤其是上个世纪90年代开始直到现在，锻造液压机在我国数量迅速增长。

据不完全统计，在这个期间新增8～80MN自由锻造液压机约65台，其中油压机45台，水压机20台。

到2006年底，我国自由锻液压机的拥有量约160台，其中：

8～12.5MN约65台，16～20MN约65台，25～45MN的约35台，60MN～125MN的约9台，125MN～180MN的约5台（包括在建）。

目前中信重机公司与德国威普（WepukoHydraulik-PahnkeEngineering）于200/年2月8日在洛阳市签订了联合制造目前世界上锻造力最大的185MN的自由锻造油压机机组的合同，预计双方合作努力，在2008年底完成这台世界顶级重型锻压设备的制造、安装、调试和投产。

现今我国年产锻件约3/0万吨，产量已居世界首位。

虽然从锻件产量上讲，我国已进入世界生产大国，还算不上锻件生产强国。

从设备构成、等级、技术水平和所生产的锻压件品种、精度、工艺水平与国外相比尚有很大差距，尚需要改进提高。

1.2.2液压机的选择与应用

一般的小型液压机可用双柱，这样的结构比较简单，操作方便，但稳定性较差，故采用四柱式。

横梁为锻造结构或焊接结构。

上下横梁与四个立柱组成一个刚性的封闭框架，以承受液压机的全部载荷。

应保证立柱与横梁的刚性连接。

液压机的传动形式有泵直接传动和泵—蓄能器传动两种形式。

泵直接传动是指泵直接将高压液体供给液压机的工作缸及其他辅助装置，有冲程行程、工作行程、回程和停止（悬空）四个行程组成，由操作液压液压系统中的各种阀的动作来实现。

而泵—蓄能器传动系统中增加了蓄能器。

小型液压机不必增加蓄能器传动即可达到加工要求。

液压机的工作介质，有乳化液和机械油两种。

乳化液具有零好的性能，而机械油在防腐蚀、防锈润滑性方面都比乳化液好，油的粘度比较大，容易密封。

在液压机选择方面，如果液压机既有工作行程，又有回程，则应用活塞式液压缸，因为他在两个方面作用，简化拉液压机结构。

但活塞在运动的两个方向上都要求密封。

因此钢的内表面均需要加工，精度要求较高，粗精度要低，液压机附件比较复杂。

此外，还有立柱失和差动液压缸。

液压缸的支撑形式有法兰支撑和缸底支撑，缸内进入高压液体时，通过法兰与与横梁的接触面反作用力传给横梁。

液压缸还需要导套，用以为活塞作往复运动的导向。

液压缸还需要密闭性能好，能随着液体压力增高而提高其密闭性能，且要求摩擦阻力小、磨损小、寿命长，使用维修简单，易拆换，成本低。

密封材料均具有良好的物理性能和化学稳定性刚度、弹性及耐油性都好，还能耐高压聚胺脂橡胶。

液压缸材料为45号钢，一般工作液体压力常用20MPa或32MPa。

立柱，可选用中小型液压机常用的类型。

每根立柱靠四个内外螺母与上下横梁紧固连接在一起，各种结构形式的立柱，加工、安装和维修都较为方便，为了防止松动，立柱与上下横梁的链接都要有可靠的预紧。

液压机的动力装置，中小型液压机通常选用泵直接传动，泵的公称液体压力为32MPa，这种传动的优点是:

工作效率高，速度恒定，平均功率消耗低，可在最大压力下获得最大速度，基本投资省，占地面积小，日常维护和保养简单。

液压机的工作行程速度一般不易太高。

液压系统的泵选用高速泵较好，这种泵由偏心轴通过连杆带动柱塞往复运动，通常有6—14个柱塞，成对称式排列，左右两边完全对称。

液压机常用的液压阀，有普通高压液压阀和提阀。

随着科技的发展，开始逐步使用逻辑拆装阀。

普通高压液压阀，多为滑阀式结构，可用电磁或电液进行控制。

这种阀存在一定的内泄，并且磨损后内泄也随之增大；这种阀压力损失较大，换向及复位时间长。

但由于生产历史长、厂家多，应用比较广泛，维修也方便，广泛应用中小型液压机中。

1.3课题提出及主要内容

本课题针对模锻液压机的设计提出，目的主要是设计出30MN模锻液压机的控制系统，泵站。

其基本意义不仅在于作为实验研究，更重要的是它能够为更深入的研究模锻液压机技术的研究和推广起到啦积极的推动作用。

针对上述设计要求，结合实际情况，确定本文的主要研究内容如下：

1.介绍液压机背景，国内外发展现状及应用。

2.分析模锻液压机传动系统的工作原理，工作特点。

3.设计模锻液压机的液压系统。

4.液压元件的选择，液压集成块的设计与集成块装配图的设计。

5.邮箱的设计，油缸的设计。

6.设计泵站，介绍泵站依据什么进行布局，怎样布局，需要根据实际情况，所选元件来合理布局。

第2章液压机的概述

2.1液压机的分类和特点

液压机是一种利用液体压力来传递能量，以实现各种压力加工工艺的

机床060年代以来，黑色金属模锻液压机的发展很快。

模锻液压机有多向模锻液压机和有色金属模锻液压机。

近年来，多向模锻工艺发展很快，在生产飞机制造工业，宇航工业，

石油装备工业等方面的空心锻件中，取得了很好的技术经济效果。

多向模

锻液压机的结构特点是具有水平工作缸及水平机架，为了进行穿孔工序，

有时还装设了中间穿孔缸。

有色金属模锻液压机主要用于飞机制造业中高

强铝合金锻件的模锻成形，如飞机上的大梁、隔框、整体壁板等。

这些锻

件的工艺特点是材料变形抗力大，水平投影面积大，锻件精化程度的要求

越来越高，所需模锻的单位压力也越来越大，因此，有色金属模锻液压机

的结构特点是压力大，工作台面大，刚度要求高。

2.1.1液压机的分类

液压机按工艺用途不同可分为液压机按工艺用途不同可分为自由锻造

液压机和模锻液压机，自由锻造液压机一般以钢锭为原材料，采用自由锻

工艺生产各种大型锻件；模锻液压机以钢锭、锻坯为毛坯，采用不同模锻

工艺生产各种模锻件。

模锻液压机又分为中小型模锻液压机和大型模锻液

压机，大型模锻液压杌首先发展起来的是有色金属模锻液压机，主要用于

模锻大型铝镁合金的模锻件。

液压机主要是用作锻压机用，可以完成许多其他机械不能完成的工作，

如压制钢件、铁件或切割某些钢板等，可以产生很大的力。

液压机可以分

为以下几类：

1．锻造液压机：

用于自动锻造、钢锭开坯以及有色与黑色金属模锻。

2．冲压液压机：

用于各种薄板及厚板冲压，其中有单动、双动以及橡皮模冲压等。

3．一般用途液压机：

各种万能式通用液压机。

4校正、压装用液压机：

用于零件校正及装备。

5层压液压机：

用于胶合板、侧压板、纤维板以及绝缘材料板的压制。

6．挤压、拉伸、穿孔液压机：

分别用于挤压各种有色金属以及黑色金

属的线材及型材，工件的拉伸及穿孔等工艺。

7．压制液压机：

分别用于各种粉末制品的压制成型。

8．打包、压块液压机：

用于将金属切削及废料压块与打包等。

9．各种专业液压机：

分别用于轮廓压制、线缆包覆等各种专业工序。

10．手动液压机：

为小型液压机，用于要求力度不大的手工工序。

2.1.2液压机的特点

液压机与其他锻压设备相比具有以下特点：

1．基于液压传动的原理，执行元件（缸及柱塞或活塞）结构简单，结

构上易于实现大的工作压力、较大的工作空间和较长的工作行程，因此适应性强，便于压制大型工件。

2．在行程的任何位置均可产生压力机额定的最大压力。

可以在下转换点长时间保压，对于许多工艺来说，都是十分需要的。

3．可以用简单的方法（各种阀）在一个工作循环中调压或限压，不易超载，容易保护各种模具。

4．滑快的总行程可以在一定范围内任意地无级地改变，滑快行程的下转换点可以根据压力或行程位置来控制或改变。

5．滑快速度可以在一定范围内在相当大的程度上进行调节，从而可以适应工艺过程中各滑块速度的不同要求。

用泵直接传动时，滑块速度的调。

芾可以与压力及行程无关。

6．与锻锤相比，工作平稳，撞击、振动和噪声较小，对工人健康、厂房基础、周围环境及设备本身都有很大好处。

液压机的缺点是：

1．用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。

2．由于工作缸内升压及降压都需要一定时间，阀的换向也需要一定时

间，而且空程速度不够高，因此在快速性方面不如机械压力机。

3．由于液体有可压缩性，在快速卸载时，可能会引起压机本体或液压

系统的震动，因此不太适合于冲裁、剪切等工艺。

4．工作液体有一定使用寿命，到一定时间应更换。

2.2液压机传动方案的确定

本系统的主传动是液压缸为主的液压传动，液压传动的优点如下所述：

1．由于液压元件可以在较高的压力下工作（可高达32MP以上），因此液压传动可获得很大的力及力矩。

2．体积小、重量轻，在相同的输出功率条件下，液压传动的体积重量都比其他传动小和轻。

3．能在较大范围内较方便地实现无级调速。

4．运动平稳，能在低速下稳定运转。

5．简化机器结构，易于完成各种复杂动作。

6．操作简单，与电气或气压传动相配合易于实现远距离操作和自动控制。

此外操作力比较小，结构简单，必要时可借助机构使操作更为方便。

7．液压传动易于实现过载保护。

此外，当动力源发生故障时，可借助蓄能器产生应急动作。

这是机械传动及电器传动所不能做到的。

8．液压元件相对运动表面因有液压油，能自行润滑，因而工作寿命长。

9．液压元件易于通用化、标准化、系列化、便于设计、制造和推广使用。

综上所述，由于液压传动具有诸多优点，考虑到实际情况，泶用液压传动来设计是很合适的。

2.3液压机的工作原理

液压机是一种利用液体压力能来传递能量，以实现各种压力加工工艺的机器。

液压机一般由本体及液压系统两部分组成。

最常见的液压机本体结构主要由上横梁、下横梁、四个立柱和多个内外螺母组成的一个封闭框架，框架承受全部工作载苟。

工作缸固定在上横梁上，工作缸内装有工作柱塞，它与活动横梁相连接。

回程缸固定在下横梁上，其中有回程柱塞。

回程时，工作缸通低压、高压液体进入回程缸，推动回程柱塞向上运动，带动活动横梁回

到原始位置，完成一个工作循环。

液压机的工作循环一般包括停止，充液行程，工作行程及回程。

图2-1多向模锻液压机

液压机的上述的不同行程由操纵系统控制液压系统中各个阀的动作来实现的。

液压机的液压系统包括各种高压阀，低压泵，各种高低压容器，如油箱和充液管罐等，各种阀及相应的连接管道。

其传动方式可分为泵直接传动和泵一蓄能器传动两种。

本课题所设计的模锻液压机也包括快下，工进，回程及停止四个循环过程。

为了提高空行程的速度，减少压制工艺的辅助时间，在本液压系统中设有充液箱、大通径充液阀、充液及回油管路组成的充液系统。

液压机在快速行程和回程阶段，主液缸必须经充液阀向充液箱大流量的补排油，结果势必引起充液箱内液位及气压的大幅度升降波动，所以液压机充液箱也是很关键的。

性能良好的充液箱既要保证液压缸空程快速得补油量，又要防止液压缸快速回程大流量的液压油攀升溢出。

该系统设计了保护回路，泵站应用冗余技术，比之现在部分改造成功的系统更加安全、可靠；系统自动化程度高，便于管理。

原理如下图：

图2-2系统原理图

第3章系统原理设计

3.1模锻液压机

模锻生产在提高锻件的精度，节约金属材料，减少机械加工能方面具有重要的作用，随着我国工业飞跃的前进，模锻已在工业生产中得到广泛的应用。

模锻的成形实质是将金属毛坯加热到锻造温度使其具有良好的苏醒，然后置于锻模的模腔内，在模锻设备的压力作用下，使其产生不可逆的塑性变形而充满模腔，于是获得所需形状锻件的一种压力加工方法。

随着对精密锻件需求的日益增长，以及液压技术的迅速发展，近年来，中小型模锻液压机有了相应的发展。

为满足模锻工艺的要求，中小型模锻

液压机应具有以下特点：

1．液压机机架应有足够的刚度；

2．比较好的抗偏载能力；

3．滑块导向结构能保证高的水平精度；

4．控制系统应能保证滑块足够高的停位精度及可控制性；

5．装有模具预热器以便将模具温度调整到最佳水平，并能防止热量传到机架上。

3.2液压系统的设计计算

3.2.1本体所含液压缸具体参数

工作缸：

一个，柱塞直径φ1100，缸径φ1115，行程1000，工作压力32MPa；

回程缸：

二个，柱塞直径φ200，缸径φ215，行程1000，工作压力32MPa，空程向下速度200mm/s，I作速度5-15mm/s，回程速度100mm/s；

顶出缸：

一个，活塞杆直径φ160，缸径φ200，行程200；有杆腔工作压力32MPa，无杆腔工作压力32MPa；顶出速度5mm/s，退回速度100mm/s。

3.2.2系统的计算

控制方式：

比例控制，二通插装阀。

供油方式：

恒压变量泵，三台工作，备用一台。

初选系统压力：

压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。

在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很好，必然要提高设备成本。

根据上述要求，选择该系统压力为32MPao

3.2.2.1主缸计算

主缸直径：

=φ1100mm,F=

×P=3041吨

所需需流量，工进：

3-1

此时系统所需总流量编=855（L/min），系统出力为3041吨。

3.2.2.2辅助缸回程计算

回程缸柱塞直径

=φ200mm，回程速度：

100mm/s

流量和提供回程力计算：

流量：

3-2

回程力：

F=

×P=3041t3-4

3.2.2.3快下，主缸充液，辅助缸排液，充液罐容积计算

快下所需流量：

3-5

此时系统所需总流量量=5699（L/min）.

排液时回程缸柱塞下行速度200mm/s

=φ200mm

3-6

3.2.2.4顶出缸的计算

下顶出缸缸径

=4200mm，活塞杆直径

=φ160mm，回程速度：

l00mm/s顶出速度：

50mm／s

流量：

3-7

回程力：

F=

×P=36.2t3-8

3.3高压泵的计算与选取

液压泵是将原动机的机械能转换为液压能的能量转换组件，在