四柱式液压机设计
院
专 学
学生
指导
（系）： 机 械 工 程 学 院 业：机械设计制造及其自动化 号： 姓名： 教师： 职称：教 授
2016 年 6月
沈阳航天航空大学本科毕业设计
摘 要
本设计为中型四柱式液压机，主机最大工作负载设计为2000KN 。主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸等组成。本文重点介绍了液压系统的设计。通过具体的参数计算及工况分析，制定总体的控制方案。经方案对比之后，拟定液压控制系统原理图。液压系统选用插装阀集成控制系统，插装阀集成控制系统具有密封性好，通流能力大，压力损失小等特点。为解决主缸快进时供油不足的问题，主机顶部设置补油油箱进行补油。主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制；为了保证工件的成型质量，液压系统中设置保压回路，通过保压使工件稳定成型；为了防止产生液压冲击，系统中设有泄压回路，确保设备安全稳定的工作。此外，本文对液压站进行了总体布局设计，对重要液压元件进行了结构、外形、工艺设计，对主机、电气控制系统进行了简要设计。
通过液压系统压力损失和温升的验算，本文液压系统的设计可以满足液压机顺序循环的动作要求，能够实现塑性材料的锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲等成型加工工艺。
关键词：液压系统；四柱液压机；
I
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ABSTRACT
This paper design for the medium frame of hydraulic machines, the mainframe’s largest work load design for 2000KN. Mainframe mainly by the beam 、guided 、worktable 、mobile beams、master cylinder、cylinder head out of components etc. This paper focuses on the hydraulic system design. Through specific parameters and hydraulic mechanic situation analyzes, formulation of a master control program. By contrast, developed hydraulic control system diagram.Hydraulic systems use cartridge valve integrated control system, integrated cartridge valve control system has good sealing, flow capacity, small pressure loss characteristics etc. To solve the master cylinder express entered the shortage of oil supply in the top of the mainframe installed oil tank. Master cylinder for the speed of access restrictions and security through the trip exchanging to control switches.To ensure the quality of the work-piece molding, in the hydraulic system installed packing loop through packing work-piece stability molding; To prevent hydraulic shocks, pressure relief system with a loop to ensure that this equipment can be a safe and stable work. In addition, the paper hydraulic station on the overall layout of the key components of the hydraulic structure、shape 、technique for a specific design.
By the loss of hydraulic system pressure and temperature checked. Hydraulic system is designed to meet the hydraulic action sequence and cycle requirements can be achieved by forging plastic materials, stamping, cold extrusion, straightening, bending, and other molding processes.
Keywords: Hydraulic System ；Hydraulic Pressure machine；
II
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目 录
第1章 绪论 ········································································· 1
1.1 液压机现状概要 ·········································································· 1
1.2 本文拟达到的要求 ······································································· 2
第2章 四柱液压机总体方案设计 ·············································· 3
2.1 四柱液压机主要设计参数 ······························································ 3
2.2 四柱液压机工作原理分析 ······························································ 3
2.2.1 四柱液压机的基本组成 ··························································· 3
2.2.2 四柱液压机的工作原理 ··························································· 4
2.3 四柱液压机工艺方案设计 ······························································ 6
2.4 四柱液压机总体布局方案设计 ························································ 6
2.5 四柱液压机零部件设计 ································································· 7
2.5.1 主机载荷分析 ······································································· 7
2.5.2 主机工作台设计 ·································································· 10
2.5.3 控制台设计 ········································································ 10
第3章 四柱液压机液压系统设计 ····················································· 10
3.1 液压传动的优越性概述 ······························································· 11
3.2 液压系统设计要求 ····································································· 11
3.2.1 液压机负载确定 ·································································· 11
3.2.2 液压机主缸工艺过程分析 ······················································ 12
3.2.3 液压系统设计参数 ······························································· 12
3.3 液压系统设计 ··········································································· 12
3.3.1 液压机主缸工况分析 ···························································· 12
3.3.2 液压机顶出缸工况分析 ························································· 15
3.3.3 液压系统原理图拟定 ···························································· 16
3.3.4 液压系统基本参数计算 ························································· 21
3.4 液压系统零部件设计 ·································································· 28
3.4.1 液压机主缸设计 ·································································· 28
3.4.2 液压机顶出缸设计 ······························································· 32
3.4.3 液压油管设计 ····································································· 33
3.4.4 液压油箱设计 ····································································· 35
3.5 液压站布局设计 ········································································ 36
III
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3.5.1 液压站设计需要考虑的问题 ··················································· 36
3.5.2 液压站的结构设计 ······························································· 36
3.6 液压系统安全、稳定性验算 ························································· 37
3.6.1 液压系统压力损失验算 ························································· 37
3.6.2 液压系统温升验算 ······························································· 41
第4章 四柱液压机电气系统设计 ············································ 42
4.1 电气控制概述 ··········································································· 42
4.2 四柱液压机电气控制方案 ···························································· 42
4.2.1 四柱液压机电气控制方式选择 ················································ 42
4.2.2 电气控制要求与总体控制方案 ················································ 42
4.3 四柱液压电气控制电路设计 ························································· 43
4.3.1 四柱液压机主电路设计 ························································· 43
4.3.2 四柱液压机控制电路设计 ······················································ 43
4.3.3 电气控制过程分析 ······························································· 45
第5章 四柱液压机安装调试和维护 ········································· 46
5.1 四柱液压机的安装 ····································································· 47
5.2 四柱液压机的调试 ····································································· 47
5.3 四柱液压机的保养维护 ······························································· 47 结论 ··································································································· 48 参考文献 ···························································································· 49 致谢 ··································································································· 51 附录1 ································································································ 52
IV
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第1章 绪 论
1.1液压机现状概要
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（1）拟设计的四柱液压机主要技术参数见表2.1
表2.1 液压机技术参数
（2）四柱液压机的主要功能
通过液压传动系统传递动力，完成零件的压力成型加工。
（3）四柱液压机的适用范围
液压机主要用于冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸、粉末冶金、翻边、压装等成型工艺。 2.2 四柱液压机工作原理分析
2.2.1 四柱液压机的基本组成
四柱液压机主要由主机、液压控制系统、电气控制系统三部分组成。 其中主机包括工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等结构；液压系统由控制元件、执行元件、辅助元件、动力装置、工作介质等组成；电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关、电器控制柜等组成。
2.2.2 四柱液压机的工作原理
（1）四柱液压机主机组成简图2.1
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1-滑块 2-导柱 3-工作台 4-安装地基
5-顶出缸 6-主缸 7-上横梁 8-辅助油箱
图2.1 四柱液压机主机组成简图
（2）四柱液压机工作原理分析
四柱液压机的动作顺序通过电气系统、液压系统控制，控制顺序框图如图
50
2.2。
图2.2 四柱液压机控制顺序图
从上面的控制顺序框图可以看出，液压机的工作原理由电气控制系统控制液压系统，液压控制系统再控制主机工作，
主机动作触及行程开关，将信号反馈给电气控制系统，实现循环控制。
（3）四柱液压机工作循环分析 四柱液压机工作循环如图2.3所示。
图2.3 四柱液压机工作循环图
四柱液压机工作
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图2.7 (a) 剪力图 (b) 弯矩图
由弯矩图2.7(b)可知，横梁C 点1—1截面弯矩最大，该截面是危险截面。为了保证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。正应力计算公式为：
σmax =
M max
(2.2) W
式中：
σmax —最大弯曲正应力；
M max —最大弯矩；
W —抗弯截面系数(m 3) 。
矩形截面抗弯系数W 计算公式为：
bh 2
W = (2.3)
6
式中：
b —矩形截面的宽； h —矩形截面的高。 即：
1. 045⨯0. 5752
W =≈0. 058m 3
6
σmax =
475kN . m
≈8. 1MPa
0. 058m 3
45钢的弯曲许用应力[σ]=100MPa，而横梁的最大弯曲应力σmax =8.1MPa，远小
于材料的许用应
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比较大；
2）液压传动压力高时泄漏较大，效率降低，处理不好油液还会对环境构成污染；
3）液压介质的泄漏和可压缩性使系统没有严格的传动比；
4）液压传动存在的液压冲击、气蚀、困油现象影响了设备的安全工作和使用寿命；
5）液压元件制造精度高，成本贵，系统故障不容易排除，维护技术成本高； 6）液压系统工作环境受温度影响较大，不宜在很高和很低的温度条件下工作。
3.2 液压系统设计要求
3.2.1 液压机负载确定
参考四柱液压机技术参数表2.1可知，液压机的最大工作负载为3150KN ，工进时液体最大压力为30MPa, 由此确定液压机设计负载为3150KN 型四柱液压机。
3.2.2 液压机主机工艺过程分析
压制工件时主机的工艺过程：按下启动按钮后，主缸上腔进油，横梁滑块在自重作用下快速下行，此时会出现供油不足的情况，补油箱对上缸进行补油。触击快进转为工进的行程开关后，横梁滑块工进，并对工件逐渐加压。工件压制完成后进入保压阶段，让产品稳定成型。保压结束后，转为主缸下腔进油，滑块快
速回程，直到原位后停止。横梁滑块停止运动后，顶出缸下腔进油，将工件顶出，工件顶出后，顶出缸上腔进油，快速退回。
3.2.3 液压系统设计参数
液压系统设计参数可参考表2.1
最大负载：3150KN ； 工进时系统最大压力：30MPa 主缸回程力：500KN ； 顶出缸顶出力：400KN 主缸滑块快进速度：0.08m/s； 主缸最大工进速度：0.006m/s 主缸回程速度：0.03m/s； 顶出缸顶出速度：0.02m/s 顶出缸回程速度：0.05m/s
3.3 液压系统设计
3.3.1 液压机主缸工况分析
3.3.1.1 主缸速度循环图
根据液压机系统设计参数及表2.1中主缸滑块行程为800mm ，可以得到主缸的速度循环图如下：
图3.1 主缸速度循环图
3.3.1.2 主缸负载分析
液压机启动时，主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而
滑块在运动过程中所
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时可以忽略不计；同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可不计；工件顶出时的工作负载比较大，计算顶出缸的最大工作负载时可以近似等于顶出力。将参数代入公式3.1计算顶出缸的最大负载。
即：
F = F w = 350000N
式中：
Fw —顶出力；
3.3.2.3 顶出缸负载循环图
（1）顶出缸工作循环各阶段外负载如表3.2
表3.2 顶出缸工作循环负载
注：“f 静”表示启动时的静摩擦力，“f 动”表示启动后的动摩擦力。
（2）顶出缸各阶段负载循环如图3.4
图3.4 顶出缸负载循环图 3.3.3 液压系统原理图
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15为顶出缸上腔安全阀，单向阀14用于顶出缸作液压垫，活塞浮动时上腔补油；
F9、F10组成顶出缸下腔油液三通回路，先导溢流阀18为顶出缸下腔安全阀。
除此之外，进油主阀F3、F5、F7、F9的控制油路上都有一个压力选择梭阀，用于保证锥阀关闭可靠，防止反压开启。
3.3.3.5 液压机执行部件动作过程分析
液压机主缸、顶出缸工作循环过程分析如下： （1）主缸
1）启动——按下启动按钮，所有电磁铁处于失电状态，三位四通电磁阀4阀芯处于中位。插装阀F2控制腔经阀3、阀4与油箱接通，主阀开启。液压泵输出的油液经阀F2流回油箱，泵空载启动。
2）主缸滑块快速下行——电磁铁1Y 、3Y 、6Y 得电，这时插装阀F2关闭，F3、F6开启，泵向系统供油，输出油液经阀F1、F3进入主缸上腔。主缸下腔油液经阀F6快速流回油箱。滑块在自重作用下快速下行，这时会因为下行速度太快，泵的输出流量来不及填充上腔而在上腔形成负压。充液阀21打开，上部油箱对上腔进行补油，滑块的快速下行。
3）滑块减速下行——当滑块行至一定位置触动行程开关2S 后，电磁铁6Y 失电，7Y 得电，插装阀F6控制腔先导溢流阀11接通，阀F6在阀11的调定压力下溢流，主缸下腔会产生一定的背压。主缸上腔的压力这时会相应升高，充液阀21关闭。主缸上腔进油仅为泵的输出流量，滑块减速下行。
4）工进——当滑块减速行进一段距离后接近工件，主缸上腔的压力由压制负载决定，主缸上腔的压力会不断升高，变量泵输出流量会相应自动减少。当主缸上腔的压力达到先导溢流阀2的调定压力时，泵的输出流量全部经阀F2溢流，此时滑块停止运动。
5）保压——当主缸上腔的压力达到所需要求的工作压力后，电接点压力表发出电信号，电磁铁1Y 、3Y 、7Y 全部失电，阀F3、F6关闭。主缸上腔闭锁，实现保压，同时阀F2开启，泵卸载。
6）主缸上腔泄压——主缸上腔此时的压力已经很高，保压一段时间后，时间继电器发出电信号，电磁铁4Y 得电，阀F4控制腔通过缓冲阀7及电磁换向阀8与油箱接通，由于缓冲阀7的作用，阀F4缓慢开启，主缸上腔实现无冲击泄压，保证设备处于安全工作状态。
7）主缸回程——当主缸上腔的压力降到一安全值后，电接点压力表发出电信号，电磁铁2Y 、5Y 、4Y 、12Y 得电，插装阀F2关闭，阀F4、F5开启，充液阀21开启，压力油经阀F1、F5进入主缸下腔，主缸上腔油液经充液阀21和阀F4分别流回上部油箱和主油箱，主缸完成回程。
8）主缸停止——当主缸回程到达上端点，触击行程开关1S ，全部电磁铁失电，阀F2开启，泵卸载。阀F5将主缸下腔封闭，上滑块停止运动。
（2）顶出缸
1）工件顶出——当主缸回程停止运动后，按下顶出按钮，电磁铁2Y 、9Y 、10Y 得电，插装阀F8、F9开启，液压油经阀F1、F9进入顶出缸下腔，上腔油液经阀F8流回油箱，工件顶出。
2）顶出缸退回——按下退回按钮，电磁铁9Y 、10Y 失电，电磁铁2Y 、8Y 、11Y 得电，插装阀F7、F10开启，液压油经阀F1、F7进入顶出缸上腔，下腔油液经阀F10流回油箱，顶出缸回程。
（3）液压系统电磁铁动作顺序表 电磁铁动作顺序如表3.3
表3.3 液压机液压系统电磁铁动作顺序表
注：“”表示电磁铁处于得电状态。
3.3.4 液压系统基本参数计算
3.3.4.1 液压缸基本尺寸计算
（1）主缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定
查表2-1 [1]并参考表2.1中设计参数，因液压机的工作负载比较大，取主缸的工作压力为P=25MPa。
计算主缸内径和活塞杆直径。由主缸负载图3.2可知最大负载F=3150KN。查表2-3 [1]，由主缸工作压力为30MPa 选取d/D为0.7，取液压缸的机械效率 η
cm = 0.95。液压缸受力如图
3.8所示。
图3.8 液压机主缸受力简图
由图2.8可知
π
4
D 2P 1=F +
π
4
(D 2-d 2) P 2
D=
4F
(3.3)
P 2d
πP 1ηcm {1-[1-() 2]}
P 1D
式中：
P1—液压缸工作压力；
P2—液压缸回路背压，对于高压系统初算时可以不计； F —工作循环中最大负载； η即：
cm —液压缸机械效率，一般η
cm = 0.9～0.95。
将参数代入公式（3.3），P2忽略不计，可求得液压缸内径
mm ≈327mm
查表2-4 [1], 将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=320mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞杆直径。
即：
d=0.7D=0.7x327
≈229mm
同理查表2-5 [1], 将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=220mm。 经过计算液压机主缸的内径、活塞杆直径分别为：D=320mm ；d=220mm。 （2）顶出缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定
顶出缸工作负载与主缸相比要小很多，查表2-1 [1], 取顶出缸的工作压力P=12MPa,
计算顶出缸内径和活塞杆直径。由顶出缸负载图3.4可知最大负载F=380KN。查表2-3 [1]，缸工作压力为12MPa ，选取d/D为0.7，取液压缸的机械效率 η
cm = 0.95。液压缸受力如图
3.9所示。
图3.9 液压机顶出缸缸受力简图
将参数代入公式（3.3），P2忽略不计，可求得液压缸内径 即：
mm ≈198mm
查表2-4 [1], 将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=200mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞杆直径。
即：
d=0.7D=0.7x198
≈138mm
同理查表2-5 [1], 将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=140mm。 经过计算液压机顶出缸的内径、活塞杆直径分别为：D=200mm ；d=140mm。 3.3.4.2 液压系统流量计算
（1）主缸所需流量计算
参考表2.1及主缸的尺寸，对主缸各个工况所需流量进行计算。已知主缸的快进速度为0.08m/s，工进速度为0.006m/s，快速回程速度为0.03m/s，主缸内径为320mm ，活塞杆直径为220mm 。
由流量计算公式：
q =A ∙ν （3.4）
快进时：
q 快进=A ∙ν快进=工进时：
π
4
≈385.8L/min
2
⨯（0. 32m ）⨯0. 08m /s ≈6. 43⨯10-3m 3/s
4
≈28.8L/min
2
（0. 32m ）⨯0. 006m /s ≈0. 48⨯10-3m 3/s q 工进=A ∙ν工进=⨯
π
快退时：
[0. 32m ) 2-(0. 22m ) 2]⨯0. 03m /s ≈1. 27⨯10-3m 3/s q 快退=A ∙ν快退=⨯（
4
π
≈76.2L/min （2）顶出缸所需流量计算
参考表2.1及顶出缸的尺寸，对顶出缸各工况所需流量进行计算。已知顶出缸的顶出速度为0.02m/s，快退速度为0.05m/s，顶出缸内径为200mm ，活塞杆
直径为140mm ，代入公式（3.4），即：
顶出时：
π2
（0. 2m ）⨯0. 02m /s ≈0. 63⨯10-3m 3/s q 顶出=A ∙ν顶出=⨯4
≈37.8L/min 快退时：
π2
[0. 2m ）-（0. 14m ) 2]⨯0. 05m /s ≈0. 8⨯10-3m 3/s q 快退=A ∙ν快退=⨯（4
=48L/min
（3）液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择 1）泵工作压力确定
实际工作过程中，液压油在进油路中有一定的压力损失，因此在计算泵的工作时必须考虑压力损失。泵的工作压力计算公式为：
P P =P 1+∑∆P （3.5）
式中：
P p —液压泵最大工作压力； P1—执行部件的最大工作压力；
∑∆P —进油路中的压力损失，对于简单的系统，取0.2～0.5MPa ，对于复杂系统，取0.5～1.5MPa 。
本液压机执行部件的最大工作压力P 1=25MPa，进油路中的压力损失，取
∑∆P =0.5MPa。代入公式（3.5）可求得泵的工作压力。
即：
P P =30+0.5=30.5MPa
通过计算，泵的工作压力P p =30.5MPa。该压力是系统的静压力，而系统在各种工矿的过渡阶段出现的动态压力有时会超过静压力。此外，为了延长设备的使用寿命，设备在设计时必须有一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此在选取泵的额定工作压力P n 时，应满足Pn ≥(1. 25~1. 6) P p ，取Pp=1.25。
即：
Pn = 1.25Pp=1.25x30.5MPa≈38MPa
2）液压泵最大流量计算
通过对液压缸所需流量的计算，以及各自的运动循环原理，泵的最大流量可由公式(3.6)计算得到。
q P ≥K L (∑q ) max (3.6)
式中：
q P —液压泵的最大流量；
K L —液压系统泄漏系数，一般取K L =1.1～1.3，取K L =1.2；
(∑q ) max —同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正处于溢流状态，还应加上溢流阀的最小溢流量。
将参数代入公式（3.6）中，即：
q P ≥1. 2⨯385. 8L /min ≈463L/min
3）液压泵规格选择
查表5-17 [1]，根据泵的额定压力，选取液压泵的型号为：250YCY14-1B 。 基本参数如下：
排量：250mm/r ； 额定压力：38MPa ； 额定转速：1000r/min ； 容积效率：92% ；
4）泵的流量验算：
由液压泵的基本参数可知泵每分钟排量q =160ml/r×1000r/min=250L/min，而泵实际所需的最大流量q p =463L/min，液压机出现供油不足，快进无法实现。为了满足液压机的正常快进，必须在液压系统中设置补油油箱。 3.3.4.3 电动机的选择
液压机的执行件有两个，即：主缸和顶出缸。主缸和顶出缸各自工况的快进、工进、回程速度又不尽相同，这样对功率的消耗也不同。电动机额定功率的确定必须根据消耗功率最大的工况来确定，因此要分别计算主缸、顶出缸各工况消耗的功率。功率计算公式如下：
P=
P P ∙q p
η
(3.7)
式中：
P-电动机额定功率； Pp-液压泵的工作压力； q P -液压泵的流量；
η-液压泵的总效率，取η=0.7。 （1）主缸各工况功率计算 1）快进功率
主缸滑块快进时，在自重作用下速度比较快，而液压泵此时的输出油量不能满足滑块的快速下行。快进时的负载很小，只有活塞与缸筒、导柱与滑块之间的摩擦负载，这样泵的出口压力也很小，消耗的功率不会很大。
2）工进功率
由主缸负载循环图3.2可及，工进时主缸最大负载为3150KN ，无杆腔面积
A=
π
4
由公式（3.8）计算。
2
⨯（0. 32m ）≈0.08㎡，进油回路压力损失取∆P=0.5MPa，则液压泵的压力Pp
P P =
F
+∆P （3.8） A
即：
3.15⨯106N P P =+5⨯105Pa =30.5⨯106Pa 2
0.08m
将P P =30.5⨯106Pa 、q P =28.8L/min、η=0.7代入公式（3.7）中，求得工进功率为：
P =
30.5MP a ⨯28.8L /min
KW ≈17.5KW
60⨯0.7
3）快退功率
由图3.2可知，快退负载为400KN, A =
π
4
2
⨯（0. 32m ）-（0. 22m ）=0. 054m 2，
取进油回路压力损失取∆P=0.5MPa，代入公式（3.8），求得泵的压力P P 。
即：
400⨯103N 56
P P =+5⨯10Pa ≈6. 9⨯10Pa 2
0. 054m
将P P =6. 9⨯106Pa 、q P =76.2L/min、η=0.7代入公式（3.7）中，求得快退功率即为：
P =
6. 9MP a ⨯76. 2L /min
KW ≈12. 5KW
60⨯0. 7
（2）顶出缸各工况功率计算
1）顶出功率
由顶出缸负载循环图3.4可及，顶出时主缸最大负载为400KN ，无杆腔面积A=
π
4
力Pp 可由公式（3.8）计算。
即：
2
⨯（0. 20m ）≈0.032㎡，进油回路压力损失取∆P=0.5MPa，那么液压泵的压
0.4⨯106N
P P =+5⨯105Pa =11.4⨯106Pa 2
0.032m
将P P =11. 4⨯106Pa 、q P =37.8L/min、η=0.7代入公式（3.7）中，求得工进功率即为：
P =
11. 4MP a ⨯37. 8L /min
KW ≈10. 3KW
60⨯0. 7
2）回程功率
顶出缸回程时，负载只有活塞与缸筒间的摩擦负载。负载大小应该比顶出时的负载要小很多，这样回程消耗的功率也比顶出时消耗的功率要小，因此，回程功率计算从略。
（3）电动机额定功率及型号的确定
电动机额定功率的确定，应依据消耗功率最大的工况。比较主缸、顶出缸各工况所需要的功率，主缸工进时的功率最大，为17.5KW 。
查表12-1 [2]，选取电动机型号为：Y180M-4。
其它技术参数为：额定功率：18.5KW ； 满载转速：1470r/min 。
3.3.4.4 液压元件的选择
通过液压系统的参数计算查阅液压手册，液压元件选择如表3.4所示：
表3.4 液压元件明细表
3.4 液压系统零部件设计
3.4.1 液压机主缸设计
通过3.3.4.1 液压缸基本尺寸的计算，可及主缸的内径、活塞杆直径等参数。下面对主缸的其它参数进行具体设计。
（1）主缸缸体材料选择及技术要求
液压缸的结构形式一般有两种形式，即：薄壁圆筒和厚壁圆筒。当液压缸的内径D 与壁厚δ的比值满足D/δ≥10的圆筒称为薄壁圆筒。液压缸的制造材料一般有锻钢、铸钢（ZG25、ZG35）、高强度铸铁、灰铸铁（HT200、HT350）、无缝钢管（20、30、45）等。对于负载大的机械设备缸体材料一般选用无缝钢管制造，主缸缸体材料选用无缝钢管45。
液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.4～0.8μm ；内径配合采用H8～H9；内径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；缸体内表面母线的直线度500mm 长度之内不大于0.03mm ；缸体端面对轴线的垂直度在直径每100mm 上不大于0.04mm ；如果缸体与端盖采用螺纹连接，螺纹采用6H 级精度。
（2）主缸壁厚的确定 壁厚计算公式如下：
δ≥式中：
δ—液压缸壁厚（m ）； D —液压缸内径（m ）；
p y D 2[σ]
（3.9）
P y —实验压力，一般取最大工作压力的（1.25～1.5）倍；
[σ]—缸筒材料的许用应力。锻钢：[σ]=110～120MPa ；铸钢：
[σ]=100～110MPa ；高强度铸铁：[σ]=60MPa ；灰铸铁：[σ]=25MPa ；无缝钢管：[σ]=100～110MPa 。
主缸壁厚δ计算，将D=0.32m ；[σ]= 110MPa ；P y =1.4×25.5MPa=35.7MPa代入公式（2.9）中，即：
δ≥
35. 7MPa ⨯0. 32m
=0. 052m
2⨯110MPa
液压缸缸体的外径D 外计算公式如下：
D 外≥D ＋2δ (3.10)
将参数代入公式（3.10），即：
D 外≥0.32m ＋0.104m ＝0.426m
外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径D 外＝430mm 。
（3）主缸缸盖材料、厚度的确定
缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。缸盖材料选用35钢，缸盖厚度计算公式如下：
t ≥0. 433D P y 2
[σ]
式中：
t—缸盖的有效厚度(m)；
D 2—缸盖止口直径； [σ]—缸盖材料许用应力。 即：
t ≥0. 433⨯220⨯
35. 7MPa
100MPa
≈0. 057m
圆整后取缸盖厚度t=60mm。
（4）主缸最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活
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3.11）
（
导向套、密封、防尘和锁紧结构。工程机械中导向套一般安装在密封圈的内侧，有利于导向套的润滑。
4）缓冲与排气装置
液压机运动时的质量大，快进时的速度快，这样活塞在到达行程中点时，会产生液压冲击，甚至活塞与缸筒端盖会产生机械的碰撞。为防止这种现象的发生，在行程末端要设置缓冲装置。一般缓冲装置有环状间隙式节流缓冲装置、可调节流缓冲装置、三角槽式节流缓冲装置。
大型液压缸需要有稳定的运动速度，这样需要设置排气装置，防止空气在传动时对系统传动精度有影响。排气阀安装在液压缸两端的最高处，双作用液压钢需要设两个排气阀。
3.4.2 液压机顶出缸设计
（1）顶出缸缸体材料选择及制造技术要求
顶出缸工作时的最大工作压力为12.5MPa ，比主缸的要小，为了保证顶出缸安全工作，缸体材料也选用无缝钢管45。
缸体的制造要求应该满足液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.4～0.8μm ；内径配合采用H8～H9；内径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；缸体内表面母线
的直线度500mm 长度之内不大于0.03mm ；缸体端面对轴线的垂直度在直径每100mm 上不大于0.04mm 。
（2）顶出缸壁厚的确定
将D=0.2m ；[σ]= 110MPa ；P y =1.3×12.5MPa=16.25MPa代入公式（3.9）中，即：
δ≥
16. 25MPa ⨯0. 2m
=0. 015m
2⨯110MPa
将D=0.2m ；取δ=0.02m代入公式（3.10），即：
D 外≥0.2m ＋0.04m ＝0.24m
外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径D 外＝240mm 。
（3）顶出缸缸盖材料、厚度的确定
缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。顶出缸缸盖材料选用35钢，缸盖厚度计算公式见（3.11）：
即：
t ≥0. 433⨯145⨯
取缸盖厚度t=25mm。
. 25MPa
≈0. 025m
100MPa
（4）顶出缸最小导向长度的确定
由表2.1可知顶出活塞行程L=280mm，顶出缸内径D=200mm，代入公式(3.12)， 即：
H ≥
280mm 200mm
+=114mm 202
（5）顶出缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定 顶出缸活塞选用灰铸铁HT200。
顶出缸活塞外圆柱表面的粗糙度为Ra0.8～1.6μm ；外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半；外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半；端面对轴线垂直度在直径100mm 上不大于0.04mm ；外径用橡胶密封圈密封的公差配合取f7～f9，内孔与活塞杆的配合取H8/f7。
计算活塞宽度时区宽度系数为0.8，即活塞的宽度B=0.8D=0.8×200mm =160mm。取活塞宽度B=160mm。
查表2-10, 液压机顶出缸工况时的工作压力比主缸要小很多，密封圈选用O 形密封圈。
（6）顶出缸活塞杆材料、技术要求及长度确定
活塞杆有空心和实心两种结构形式。空心时一般选用35钢、45钢的无缝钢管；实心结构选用35钢、45钢。顶出缸活塞杆选用35钢。
活塞杆外圆柱面粗糙度为Ra0.4～0.8μm ；热处理要求调质20～25HRC ；外径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；外径表面直线度在500mm 上不大于0.03mm ；活塞杆与导向套之间的配合公差采用H8/f7，与活塞连接的配合公差采用H7/g6。
由顶出活塞的行程，确定活塞杆的长度L 杆=705mm。
（7）顶出缸长度的确定
液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体的外形尺寸应考虑两端端盖的厚度，总之，液压缸缸体的长度L 不应该大于缸体内径D 的20～30倍，即：L ≤（20～30）D 。
由主缸行程为280mm ，活塞宽度为160mm, 缸盖厚度为25mm ，通过计算可知，主缸的长度取L 缸=650mm。
（8）活塞杆稳定性校核
当液压缸的支承长度Lb ≥(10～15)d 时，应该对活塞杆的弯曲稳定性进行校核,d 为活塞杆直径。通过计算可知，Lb 的最大值不可能大于L 杆+L 缸=1355mm，而(10～15)d=2000～3000mm 。
将参数代入Lb ≥(10～15)d 中，比较后Lb ＜(10～15)d ，活塞杆满足使用要求，
工作时不会失稳。
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弹性的管子，软管安装时应避免相互发生扭转。硬管布置时应贴地或沿主机外形布置，相互平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。
3.5.2 液压站的结构设计
液压站由液压油箱、液压泵装置、液压控制装置三部分组成。其中，液压油箱包括空气滤清器、过滤器、油面指示器和清洗孔；液压泵装置包括液压泵、驱动电机和联轴器等；液压控制装置包括各种液压阀和联接体。
（1）四柱液压机液压站结构形式的选择
液压站的结构形式通常有两种，即：分散式、集中式。分散式液压站结构紧凑，泄漏油容易回收，节省占地面积，但安装维修不方便，一般较少采用；集中式液压站安装维修方便，液压装置产生的振动、发热、都与主机隔开，不影响主机的工作精度。液压机选用集中式液压站。
（2）液压泵安装方式的选择
液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机和联轴器，安装方式有立式和卧式两种。立式安装将液压泵和与之相连的油管放在油箱内，结构紧凑，美观，吸油条件好，但是安装维修不方便，散热条件不好；卧式安装与立式恰好相反，安装维护方便、散热性好。液压机的液压泵装置采用卧式安装方式。
（3）电动机与液压泵联接方式的选择
电动机与液压泵的联接方式有法兰式、支架式、支架法兰式。电动机与液压泵的联接方式采用支架法兰式。为了防止安装时同轴度误差的影响，联轴器选用弹性联轴器。
（4）液压站布局简图
四柱液压机液压站布局如图3.11所示
1-空气滤清器 2-插装阀 3-油管 4-液压泵
5-电动机 6-吊钩 7-油箱 8-清洗孔 9-放油塞 10-液面指示器
图3.11 四柱液压机液压站布局简图
3.6 液压系统安全、稳定性验算
3.6.1 液压系统压力损失的验算
四柱液压机执行部件有主缸和顶出缸，主缸的进、回油管直径分别为：40mm 、25mm ；顶出缸的进、回油管直径分别为16mm 、16mm 。液压油选用L-HL32液
压油，15℃时该油液的运动粘度
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中的压力损失比工进时要小，泵的出口压力也比工进时小，具体验算过程从略。
（2）顶出缸各工况时的压力损失验算
1）工件顶出时进油路、回油路的压力损失
顶出缸顶出速度为0.02m/s，需要的最大流量为37.8L/min，进油管直径D=16mm，则液压油在油管中的流速v 1为：
v 1=q
4d 24⨯37. 8⨯103=cm /min =18810cm /min ≈313. 5cm /s 23. 14⨯1. 6
管道流动雷诺数R e 1为
R e 1=v 1d 313. 5⨯1. 6=≈334. 4 v 1. 5
R e 1＜2300，油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数λ1=7575=≈0. 23。进油管长度为6m ，沿程压力损失∆P 1为： R e 1334. 4
l ρv 16920⨯3. 1352
6∆P 1=λ1∙=0. 23⨯⨯Pa =0. 39⨯10Pa -2d 221. 6⨯10
2
6阀的压力损失∆P ；那么进油路总的压力损失∆P 进为： 阀=0. 05⨯10Pa
666=(0. 39⨯10+0. 05⨯10) Pa =0. 44⨯10Pa ∆P 进=∆P 1+∆P 阀
回油管直径D=16mm，工进时回油管的最大流量q 回为：
π
q 回=∆A q =A ⨯0. 22
4(0. 22-0. 142) ⨯37. 8L /min =19. 3L /min
回油管中液压油的流速v 2为
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主缸工进时输入、输出功率分别为：
P 输入=17.5kw
P 输出=Fv=2000kN×0.006m/s=12kw
工进时系统发热功率φ=P 输入-P 输出=17.5-12=5.5kw
主缸快退时输入、输出功率分别为：
P 输入=12.5kw
P 输出=Fv=500kN×0.041m/s=12kw
快退时系统发热功率φ=P 输入-P 输出=12.5-12=0.5kw
顶出缸的工况压力比主缸小
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换向阀的接通通过按钮或压力信号控制；液压机启动、停止通过按钮控制。
4.3 四柱液压机电气控制电路设计
4.3.1 四柱液压机主电路设计
液压机拖动电机容量小，主电路的启动方式采用直接启动。QS 为电源开关，熔断器FU1对主电路起短路保护作用，熔断器FU2对控制电路起短路保护作用。热继电器FR 起过载保护作用。按下启动按钮SB2后，线圈KM 得电，电动机启动，液压机开始工作。主电路如图4.1所示。
图4.1 四柱液压机主电路图
4.3.2 四柱液压机控制电路设计
控制电路主要控制主缸的快进、工进、保压、回程和顶出缸的顶出、退回。其中速度换接通过行程开关来控制，保压由压力继电器控制，保压时间由时间继电器控制，顶出缸的启动、退回由手动按钮控制。为方便观察液压机处于那个工况，设置信号指示灯。为了预防突发事件的发生，应设置急停按钮。控制电路如图4.2所示。
主缸快进工 进保 压回 程工件顶出退 回
图4.2 四柱液压机控制电路图
4.3.3 电气控制过程分析
（1）主缸快进
将开关置于自动档，按下SB2，交流接触器KM 得电，电动机启动。中间继电器KA1相继得电，电磁阀1Y 、3Y 、6Y 得电。此时液压系统向主缸上腔供油，在补油油箱的协助下主缸快速下行；
（2）主缸工进
当滑块触及行程开关SQ2，中间继电器KA2得电，这时电磁阀1Y 、3Y 、7Y 得电，主缸由快进变为工进；
（3）主缸保压
当主缸无杆腔的压力达到压力继电器设定压力后，YJ 闭合，所有电磁换向阀失电，进行保压；
（4）主缸泄压
保压一段时间后，中间继电器KA3得电，电磁换向阀4Y 得电，主缸上腔开始泄压；
（5）主缸退回
泄压完成后，中间继电器KA4得电，电磁阀2Y 、5Y 、12Y 得电，主缸下腔进油，滑块回程，触及行程开关SQ1，运动停止；
（6）工件顶出
按下按钮SB4，中间继电器KA5得电，电磁换向阀2Y 、9Y 、10Y 得电，顶出缸下腔进油，活塞杆上行将工件顶出；
（7）顶出缸退回
按下按钮SB5，中间继电器KA6得电，电磁换向阀2Y 、8Y 、11Y 得电，液压油
进入顶出缸上腔，顶出
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结 论
本文重点对液压机的液压控制回路、液压元件及安全保护措施等进行了方案设计。经多方案对比之后，本文液压系统采用插装阀集成控制系统。该液压控制系统解决了普通阀系统密封性差、通流量小、压力损失大等问题。为了让系统的工作压力随负载的变化而自动调节，液压泵选用恒功率变量柱塞泵。为解决液压冲击对设备安全的影响，系统中设置泄压回路。通过泄压来降低系统的压力，防止产生液压冲击；设置保压回路让工件有足够的成型时间，保证产品的质量。速度换接通过行程开关来控制，这种换接方式，控制比较可靠，设备安装方便，价格也实惠。通过流量计算发现主缸快进时会出现供油不足的情况，为了解决这一问题，在液压系统中设置补油油箱。整体的方案确定后，对液压系统的可行性进行校验，该液压系统可以满足液压机的加工工艺要求。此外，还对主机、电气控制系统进行了简明的总体设计。
液压机在进行方案设计时，有些方案的选择可能不是最佳。总体来说，本文的总体设计方案可以满足液压机的加工工艺要求。
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致 谢
经过几个月的努力，毕业设计已经接近尾声。由于实践经验的匮乏，本次设计难免有考虑不周的地方。如果没有XXX 教授的悉心指导以及本组人员的支持，恐怕设计不会这样顺利完成。自开题以来，设计的每个环节XXX 老师都认真指导，从资料的查阅到具体方案的修改，XXX 老师都提出了宝贵的建议，让我受益匪浅。除此之外，XXX 老师科学严谨的治学态度和渊博的知识更是我永远学习的榜样。在此对X 教授及本组的同学表示衷心的感谢！
最后还要感谢曾教导过和给我帮助的老师！是你们曾经辛勤的付出才有了我今天知识的积累。
学生签名： 日 期：
附 录1
中型（3150KN ）液压机及液压系统设计图纸清单见附表1.1。
附表1.1 设计图纸清单
四柱式液压机设计
院
专 学
学生
指导
（系）： 机 械 工 程 学 院 业：机械设计制造及其自动化 号： 姓名： 教师： 职称：教 授
2016 年 6月
沈阳航天航空大学本科毕业设计
摘 要
本设计为中型四柱式液压机，主机最大工作负载设计为2000KN 。主机主要由上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸等组成。本文重点介绍了液压系统的设计。通过具体的参数计算及工况分析，制定总体的控制方案。经方案对比之后，拟定液压控制系统原理图。液压系统选用插装阀集成控制系统，插装阀集成控制系统具有密封性好，通流能力大，压力损失小等特点。为解决主缸快进时供油不足的问题，主机顶部设置补油油箱进行补油。主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制；为了保证工件的成型质量，液压系统中设置保压回路，通过保压使工件稳定成型；为了防止产生液压冲击，系统中设有泄压回路，确保设备安全稳定的工作。此外，本文对液压站进行了总体布局设计，对重要液压元件进行了结构、外形、工艺设计，对主机、电气控制系统进行了简要设计。
通过液压系统压力损失和温升的验算，本文液压系统的设计可以满足液压机顺序循环的动作要求，能够实现塑性材料的锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲等成型加工工艺。
关键词：液压系统；四柱液压机；
I
沈阳航天航空大学本科毕业设计
ABSTRACT
This paper design for the medium frame of hydraulic machines, the mainframe’s largest work load design for 2000KN. Mainframe mainly by the beam 、guided 、worktable 、mobile beams、master cylinder、cylinder head out of components etc. This paper focuses on the hydraulic system design. Through specific parameters and hydraulic mechanic situation analyzes, formulation of a master control program. By contrast, developed hydraulic control system diagram.Hydraulic systems use cartridge valve integrated control system, integrated cartridge valve control system has good sealing, flow capacity, small pressure loss characteristics etc. To solve the master cylinder express entered the shortage of oil supply in the top of the mainframe installed oil tank. Master cylinder for the speed of access restrictions and security through the trip exchanging to control switches.To ensure the quality of the work-piece molding, in the hydraulic system installed packing loop through packing work-piece stability molding; To prevent hydraulic shocks, pressure relief system with a loop to ensure that this equipment can be a safe and stable work. In addition, the paper hydraulic station on the overall layout of the key components of the hydraulic structure、shape 、technique for a specific design.
By the loss of hydraulic system pressure and temperature checked. Hydraulic system is designed to meet the hydraulic action sequence and cycle requirements can be achieved by forging plastic materials, stamping, cold extrusion, straightening, bending, and other molding processes.
Keywords: Hydraulic System ；Hydraulic Pressure machine；
II
沈阳航天航空大学本科毕业设计
目 录
第1章 绪论 ········································································· 1
1.1 液压机现状概要 ·········································································· 1
1.2 本文拟达到的要求 ······································································· 2
第2章 四柱液压机总体方案设计 ·············································· 3
2.1 四柱液压机主要设计参数 ······························································ 3
2.2 四柱液压机工作原理分析 ······························································ 3
2.2.1 四柱液压机的基本组成 ··························································· 3
2.2.2 四柱液压机的工作原理 ··························································· 4
2.3 四柱液压机工艺方案设计 ······························································ 6
2.4 四柱液压机总体布局方案设计 ························································ 6
2.5 四柱液压机零部件设计 ································································· 7
2.5.1 主机载荷分析 ······································································· 7
2.5.2 主机工作台设计 ·································································· 10
2.5.3 控制台设计 ········································································ 10
第3章 四柱液压机液压系统设计 ····················································· 10
3.1 液压传动的优越性概述 ······························································· 11
3.2 液压系统设计要求 ····································································· 11
3.2.1 液压机负载确定 ·································································· 11
3.2.2 液压机主缸工艺过程分析 ······················································ 12
3.2.3 液压系统设计参数 ······························································· 12
3.3 液压系统设计 ··········································································· 12
3.3.1 液压机主缸工况分析 ···························································· 12
3.3.2 液压机顶出缸工况分析 ························································· 15
3.3.3 液压系统原理图拟定 ···························································· 16
3.3.4 液压系统基本参数计算 ························································· 21
3.4 液压系统零部件设计 ·································································· 28
3.4.1 液压机主缸设计 ·································································· 28
3.4.2 液压机顶出缸设计 ······························································· 32
3.4.3 液压油管设计 ····································································· 33
3.4.4 液压油箱设计 ····································································· 35
3.5 液压站布局设计 ········································································ 36
III
沈阳航天航空大学本科毕业设计
3.5.1 液压站设计需要考虑的问题 ··················································· 36
3.5.2 液压站的结构设计 ······························································· 36
3.6 液压系统安全、稳定性验算 ························································· 37
3.6.1 液压系统压力损失验算 ························································· 37
3.6.2 液压系统温升验算 ······························································· 41
第4章 四柱液压机电气系统设计 ············································ 42
4.1 电气控制概述 ··········································································· 42
4.2 四柱液压机电气控制方案 ···························································· 42
4.2.1 四柱液压机电气控制方式选择 ················································ 42
4.2.2 电气控制要求与总体控制方案 ················································ 42
4.3 四柱液压电气控制电路设计 ························································· 43
4.3.1 四柱液压机主电路设计 ························································· 43
4.3.2 四柱液压机控制电路设计 ······················································ 43
4.3.3 电气控制过程分析 ······························································· 45
第5章 四柱液压机安装调试和维护 ········································· 46
5.1 四柱液压机的安装 ····································································· 47
5.2 四柱液压机的调试 ····································································· 47
5.3 四柱液压机的保养维护 ······························································· 47 结论 ··································································································· 48 参考文献 ···························································································· 49 致谢 ··································································································· 51 附录1 ································································································ 52
IV
沈阳航天航空大学本科毕业设计
第1章 绪 论
1.1液压机现状概要
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48
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（1）拟设计的四柱液压机主要技术参数见表2.1
表2.1 液压机技术参数
（2）四柱液压机的主要功能
通过液压传动系统传递动力，完成零件的压力成型加工。
（3）四柱液压机的适用范围
液压机主要用于冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸、粉末冶金、翻边、压装等成型工艺。 2.2 四柱液压机工作原理分析
2.2.1 四柱液压机的基本组成
四柱液压机主要由主机、液压控制系统、电气控制系统三部分组成。 其中主机包括工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等结构；液压系统由控制元件、执行元件、辅助元件、动力装置、工作介质等组成；电气控制控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关、电器控制柜等组成。
2.2.2 四柱液压机的工作原理
（1）四柱液压机主机组成简图2.1
49
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1-滑块 2-导柱 3-工作台 4-安装地基
5-顶出缸 6-主缸 7-上横梁 8-辅助油箱
图2.1 四柱液压机主机组成简图
（2）四柱液压机工作原理分析
四柱液压机的动作顺序通过电气系统、液压系统控制，控制顺序框图如图
50
2.2。
图2.2 四柱液压机控制顺序图
从上面的控制顺序框图可以看出，液压机的工作原理由电气控制系统控制液压系统，液压控制系统再控制主机工作，
主机动作触及行程开关，将信号反馈给电气控制系统，实现循环控制。
（3）四柱液压机工作循环分析 四柱液压机工作循环如图2.3所示。
图2.3 四柱液压机工作循环图
四柱液压机工作
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图2.7 (a) 剪力图 (b) 弯矩图
由弯矩图2.7(b)可知，横梁C 点1—1截面弯矩最大，该截面是危险截面。为了保证横梁能够正常工作，必须对该截面进行强度校核。正应力计算公式为：
σmax =
M max
(2.2) W
式中：
σmax —最大弯曲正应力；
M max —最大弯矩；
W —抗弯截面系数(m 3) 。
矩形截面抗弯系数W 计算公式为：
bh 2
W = (2.3)
6
式中：
b —矩形截面的宽； h —矩形截面的高。 即：
1. 045⨯0. 5752
W =≈0. 058m 3
6
σmax =
475kN . m
≈8. 1MPa
0. 058m 3
45钢的弯曲许用应力[σ]=100MPa，而横梁的最大弯曲应力σmax =8.1MPa，远小
于材料的许用应
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比较大；
2）液压传动压力高时泄漏较大，效率降低，处理不好油液还会对环境构成污染；
3）液压介质的泄漏和可压缩性使系统没有严格的传动比；
4）液压传动存在的液压冲击、气蚀、困油现象影响了设备的安全工作和使用寿命；
5）液压元件制造精度高，成本贵，系统故障不容易排除，维护技术成本高； 6）液压系统工作环境受温度影响较大，不宜在很高和很低的温度条件下工作。
3.2 液压系统设计要求
3.2.1 液压机负载确定
参考四柱液压机技术参数表2.1可知，液压机的最大工作负载为3150KN ，工进时液体最大压力为30MPa, 由此确定液压机设计负载为3150KN 型四柱液压机。
3.2.2 液压机主机工艺过程分析
压制工件时主机的工艺过程：按下启动按钮后，主缸上腔进油，横梁滑块在自重作用下快速下行，此时会出现供油不足的情况，补油箱对上缸进行补油。触击快进转为工进的行程开关后，横梁滑块工进，并对工件逐渐加压。工件压制完成后进入保压阶段，让产品稳定成型。保压结束后，转为主缸下腔进油，滑块快
速回程，直到原位后停止。横梁滑块停止运动后，顶出缸下腔进油，将工件顶出，工件顶出后，顶出缸上腔进油，快速退回。
3.2.3 液压系统设计参数
液压系统设计参数可参考表2.1
最大负载：3150KN ； 工进时系统最大压力：30MPa 主缸回程力：500KN ； 顶出缸顶出力：400KN 主缸滑块快进速度：0.08m/s； 主缸最大工进速度：0.006m/s 主缸回程速度：0.03m/s； 顶出缸顶出速度：0.02m/s 顶出缸回程速度：0.05m/s
3.3 液压系统设计
3.3.1 液压机主缸工况分析
3.3.1.1 主缸速度循环图
根据液压机系统设计参数及表2.1中主缸滑块行程为800mm ，可以得到主缸的速度循环图如下：
图3.1 主缸速度循环图
3.3.1.2 主缸负载分析
液压机启动时，主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而
滑块在运动过程中所
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时可以忽略不计；同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可不计；工件顶出时的工作负载比较大，计算顶出缸的最大工作负载时可以近似等于顶出力。将参数代入公式3.1计算顶出缸的最大负载。
即：
F = F w = 350000N
式中：
Fw —顶出力；
3.3.2.3 顶出缸负载循环图
（1）顶出缸工作循环各阶段外负载如表3.2
表3.2 顶出缸工作循环负载
注：“f 静”表示启动时的静摩擦力，“f 动”表示启动后的动摩擦力。
（2）顶出缸各阶段负载循环如图3.4
图3.4 顶出缸负载循环图 3.3.3 液压系统原理图
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15为顶出缸上腔安全阀，单向阀14用于顶出缸作液压垫，活塞浮动时上腔补油；
F9、F10组成顶出缸下腔油液三通回路，先导溢流阀18为顶出缸下腔安全阀。
除此之外，进油主阀F3、F5、F7、F9的控制油路上都有一个压力选择梭阀，用于保证锥阀关闭可靠，防止反压开启。
3.3.3.5 液压机执行部件动作过程分析
液压机主缸、顶出缸工作循环过程分析如下： （1）主缸
1）启动——按下启动按钮，所有电磁铁处于失电状态，三位四通电磁阀4阀芯处于中位。插装阀F2控制腔经阀3、阀4与油箱接通，主阀开启。液压泵输出的油液经阀F2流回油箱，泵空载启动。
2）主缸滑块快速下行——电磁铁1Y 、3Y 、6Y 得电，这时插装阀F2关闭，F3、F6开启，泵向系统供油，输出油液经阀F1、F3进入主缸上腔。主缸下腔油液经阀F6快速流回油箱。滑块在自重作用下快速下行，这时会因为下行速度太快，泵的输出流量来不及填充上腔而在上腔形成负压。充液阀21打开，上部油箱对上腔进行补油，滑块的快速下行。
3）滑块减速下行——当滑块行至一定位置触动行程开关2S 后，电磁铁6Y 失电，7Y 得电，插装阀F6控制腔先导溢流阀11接通，阀F6在阀11的调定压力下溢流，主缸下腔会产生一定的背压。主缸上腔的压力这时会相应升高，充液阀21关闭。主缸上腔进油仅为泵的输出流量，滑块减速下行。
4）工进——当滑块减速行进一段距离后接近工件，主缸上腔的压力由压制负载决定，主缸上腔的压力会不断升高，变量泵输出流量会相应自动减少。当主缸上腔的压力达到先导溢流阀2的调定压力时，泵的输出流量全部经阀F2溢流，此时滑块停止运动。
5）保压——当主缸上腔的压力达到所需要求的工作压力后，电接点压力表发出电信号，电磁铁1Y 、3Y 、7Y 全部失电，阀F3、F6关闭。主缸上腔闭锁，实现保压，同时阀F2开启，泵卸载。
6）主缸上腔泄压——主缸上腔此时的压力已经很高，保压一段时间后，时间继电器发出电信号，电磁铁4Y 得电，阀F4控制腔通过缓冲阀7及电磁换向阀8与油箱接通，由于缓冲阀7的作用，阀F4缓慢开启，主缸上腔实现无冲击泄压，保证设备处于安全工作状态。
7）主缸回程——当主缸上腔的压力降到一安全值后，电接点压力表发出电信号，电磁铁2Y 、5Y 、4Y 、12Y 得电，插装阀F2关闭，阀F4、F5开启，充液阀21开启，压力油经阀F1、F5进入主缸下腔，主缸上腔油液经充液阀21和阀F4分别流回上部油箱和主油箱，主缸完成回程。
8）主缸停止——当主缸回程到达上端点，触击行程开关1S ，全部电磁铁失电，阀F2开启，泵卸载。阀F5将主缸下腔封闭，上滑块停止运动。
（2）顶出缸
1）工件顶出——当主缸回程停止运动后，按下顶出按钮，电磁铁2Y 、9Y 、10Y 得电，插装阀F8、F9开启，液压油经阀F1、F9进入顶出缸下腔，上腔油液经阀F8流回油箱，工件顶出。
2）顶出缸退回——按下退回按钮，电磁铁9Y 、10Y 失电，电磁铁2Y 、8Y 、11Y 得电，插装阀F7、F10开启，液压油经阀F1、F7进入顶出缸上腔，下腔油液经阀F10流回油箱，顶出缸回程。
（3）液压系统电磁铁动作顺序表 电磁铁动作顺序如表3.3
表3.3 液压机液压系统电磁铁动作顺序表
注：“”表示电磁铁处于得电状态。
3.3.4 液压系统基本参数计算
3.3.4.1 液压缸基本尺寸计算
（1）主缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定
查表2-1 [1]并参考表2.1中设计参数，因液压机的工作负载比较大，取主缸的工作压力为P=25MPa。
计算主缸内径和活塞杆直径。由主缸负载图3.2可知最大负载F=3150KN。查表2-3 [1]，由主缸工作压力为30MPa 选取d/D为0.7，取液压缸的机械效率 η
cm = 0.95。液压缸受力如图
3.8所示。
图3.8 液压机主缸受力简图
由图2.8可知
π
4
D 2P 1=F +
π
4
(D 2-d 2) P 2
D=
4F
(3.3)
P 2d
πP 1ηcm {1-[1-() 2]}
P 1D
式中：
P1—液压缸工作压力；
P2—液压缸回路背压，对于高压系统初算时可以不计； F —工作循环中最大负载； η即：
cm —液压缸机械效率，一般η
cm = 0.9～0.95。
将参数代入公式（3.3），P2忽略不计，可求得液压缸内径
mm ≈327mm
查表2-4 [1], 将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=320mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞杆直径。
即：
d=0.7D=0.7x327
≈229mm
同理查表2-5 [1], 将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=220mm。 经过计算液压机主缸的内径、活塞杆直径分别为：D=320mm ；d=220mm。 （2）顶出缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定
顶出缸工作负载与主缸相比要小很多，查表2-1 [1], 取顶出缸的工作压力P=12MPa,
计算顶出缸内径和活塞杆直径。由顶出缸负载图3.4可知最大负载F=380KN。查表2-3 [1]，缸工作压力为12MPa ，选取d/D为0.7，取液压缸的机械效率 η
cm = 0.95。液压缸受力如图
3.9所示。
图3.9 液压机顶出缸缸受力简图
将参数代入公式（3.3），P2忽略不计，可求得液压缸内径 即：
mm ≈198mm
查表2-4 [1], 将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取D=200mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞杆直径。
即：
d=0.7D=0.7x198
≈138mm
同理查表2-5 [1], 将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取d=140mm。 经过计算液压机顶出缸的内径、活塞杆直径分别为：D=200mm ；d=140mm。 3.3.4.2 液压系统流量计算
（1）主缸所需流量计算
参考表2.1及主缸的尺寸，对主缸各个工况所需流量进行计算。已知主缸的快进速度为0.08m/s，工进速度为0.006m/s，快速回程速度为0.03m/s，主缸内径为320mm ，活塞杆直径为220mm 。
由流量计算公式：
q =A ∙ν （3.4）
快进时：
q 快进=A ∙ν快进=工进时：
π
4
≈385.8L/min
2
⨯（0. 32m ）⨯0. 08m /s ≈6. 43⨯10-3m 3/s
4
≈28.8L/min
2
（0. 32m ）⨯0. 006m /s ≈0. 48⨯10-3m 3/s q 工进=A ∙ν工进=⨯
π
快退时：
[0. 32m ) 2-(0. 22m ) 2]⨯0. 03m /s ≈1. 27⨯10-3m 3/s q 快退=A ∙ν快退=⨯（
4
π
≈76.2L/min （2）顶出缸所需流量计算
参考表2.1及顶出缸的尺寸，对顶出缸各工况所需流量进行计算。已知顶出缸的顶出速度为0.02m/s，快退速度为0.05m/s，顶出缸内径为200mm ，活塞杆
直径为140mm ，代入公式（3.4），即：
顶出时：
π2
（0. 2m ）⨯0. 02m /s ≈0. 63⨯10-3m 3/s q 顶出=A ∙ν顶出=⨯4
≈37.8L/min 快退时：
π2
[0. 2m ）-（0. 14m ) 2]⨯0. 05m /s ≈0. 8⨯10-3m 3/s q 快退=A ∙ν快退=⨯（4
=48L/min
（3）液压泵额定压力、流量计算及泵的规格选择 1）泵工作压力确定
实际工作过程中，液压油在进油路中有一定的压力损失，因此在计算泵的工作时必须考虑压力损失。泵的工作压力计算公式为：
P P =P 1+∑∆P （3.5）
式中：
P p —液压泵最大工作压力； P1—执行部件的最大工作压力；
∑∆P —进油路中的压力损失，对于简单的系统，取0.2～0.5MPa ，对于复杂系统，取0.5～1.5MPa 。
本液压机执行部件的最大工作压力P 1=25MPa，进油路中的压力损失，取
∑∆P =0.5MPa。代入公式（3.5）可求得泵的工作压力。
即：
P P =30+0.5=30.5MPa
通过计算，泵的工作压力P p =30.5MPa。该压力是系统的静压力，而系统在各种工矿的过渡阶段出现的动态压力有时会超过静压力。此外，为了延长设备的使用寿命，设备在设计时必须有一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此在选取泵的额定工作压力P n 时，应满足Pn ≥(1. 25~1. 6) P p ，取Pp=1.25。
即：
Pn = 1.25Pp=1.25x30.5MPa≈38MPa
2）液压泵最大流量计算
通过对液压缸所需流量的计算，以及各自的运动循环原理，泵的最大流量可由公式(3.6)计算得到。
q P ≥K L (∑q ) max (3.6)
式中：
q P —液压泵的最大流量；
K L —液压系统泄漏系数，一般取K L =1.1～1.3，取K L =1.2；
(∑q ) max —同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正处于溢流状态，还应加上溢流阀的最小溢流量。
将参数代入公式（3.6）中，即：
q P ≥1. 2⨯385. 8L /min ≈463L/min
3）液压泵规格选择
查表5-17 [1]，根据泵的额定压力，选取液压泵的型号为：250YCY14-1B 。 基本参数如下：
排量：250mm/r ； 额定压力：38MPa ； 额定转速：1000r/min ； 容积效率：92% ；
4）泵的流量验算：
由液压泵的基本参数可知泵每分钟排量q =160ml/r×1000r/min=250L/min，而泵实际所需的最大流量q p =463L/min，液压机出现供油不足，快进无法实现。为了满足液压机的正常快进，必须在液压系统中设置补油油箱。 3.3.4.3 电动机的选择
液压机的执行件有两个，即：主缸和顶出缸。主缸和顶出缸各自工况的快进、工进、回程速度又不尽相同，这样对功率的消耗也不同。电动机额定功率的确定必须根据消耗功率最大的工况来确定，因此要分别计算主缸、顶出缸各工况消耗的功率。功率计算公式如下：
P=
P P ∙q p
η
(3.7)
式中：
P-电动机额定功率； Pp-液压泵的工作压力； q P -液压泵的流量；
η-液压泵的总效率，取η=0.7。 （1）主缸各工况功率计算 1）快进功率
主缸滑块快进时，在自重作用下速度比较快，而液压泵此时的输出油量不能满足滑块的快速下行。快进时的负载很小，只有活塞与缸筒、导柱与滑块之间的摩擦负载，这样泵的出口压力也很小，消耗的功率不会很大。
2）工进功率
由主缸负载循环图3.2可及，工进时主缸最大负载为3150KN ，无杆腔面积
A=
π
4
由公式（3.8）计算。
2
⨯（0. 32m ）≈0.08㎡，进油回路压力损失取∆P=0.5MPa，则液压泵的压力Pp
P P =
F
+∆P （3.8） A
即：
3.15⨯106N P P =+5⨯105Pa =30.5⨯106Pa 2
0.08m
将P P =30.5⨯106Pa 、q P =28.8L/min、η=0.7代入公式（3.7）中，求得工进功率为：
P =
30.5MP a ⨯28.8L /min
KW ≈17.5KW
60⨯0.7
3）快退功率
由图3.2可知，快退负载为400KN, A =
π
4
2
⨯（0. 32m ）-（0. 22m ）=0. 054m 2，
取进油回路压力损失取∆P=0.5MPa，代入公式（3.8），求得泵的压力P P 。
即：
400⨯103N 56
P P =+5⨯10Pa ≈6. 9⨯10Pa 2
0. 054m
将P P =6. 9⨯106Pa 、q P =76.2L/min、η=0.7代入公式（3.7）中，求得快退功率即为：
P =
6. 9MP a ⨯76. 2L /min
KW ≈12. 5KW
60⨯0. 7
（2）顶出缸各工况功率计算
1）顶出功率
由顶出缸负载循环图3.4可及，顶出时主缸最大负载为400KN ，无杆腔面积A=
π
4
力Pp 可由公式（3.8）计算。
即：
2
⨯（0. 20m ）≈0.032㎡，进油回路压力损失取∆P=0.5MPa，那么液压泵的压
0.4⨯106N
P P =+5⨯105Pa =11.4⨯106Pa 2
0.032m
将P P =11. 4⨯106Pa 、q P =37.8L/min、η=0.7代入公式（3.7）中，求得工进功率即为：
P =
11. 4MP a ⨯37. 8L /min
KW ≈10. 3KW
60⨯0. 7
2）回程功率
顶出缸回程时，负载只有活塞与缸筒间的摩擦负载。负载大小应该比顶出时的负载要小很多，这样回程消耗的功率也比顶出时消耗的功率要小，因此，回程功率计算从略。
（3）电动机额定功率及型号的确定
电动机额定功率的确定，应依据消耗功率最大的工况。比较主缸、顶出缸各工况所需要的功率，主缸工进时的功率最大，为17.5KW 。
查表12-1 [2]，选取电动机型号为：Y180M-4。
其它技术参数为：额定功率：18.5KW ； 满载转速：1470r/min 。
3.3.4.4 液压元件的选择
通过液压系统的参数计算查阅液压手册，液压元件选择如表3.4所示：
表3.4 液压元件明细表
3.4 液压系统零部件设计
3.4.1 液压机主缸设计
通过3.3.4.1 液压缸基本尺寸的计算，可及主缸的内径、活塞杆直径等参数。下面对主缸的其它参数进行具体设计。
（1）主缸缸体材料选择及技术要求
液压缸的结构形式一般有两种形式，即：薄壁圆筒和厚壁圆筒。当液压缸的内径D 与壁厚δ的比值满足D/δ≥10的圆筒称为薄壁圆筒。液压缸的制造材料一般有锻钢、铸钢（ZG25、ZG35）、高强度铸铁、灰铸铁（HT200、HT350）、无缝钢管（20、30、45）等。对于负载大的机械设备缸体材料一般选用无缝钢管制造，主缸缸体材料选用无缝钢管45。
液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.4～0.8μm ；内径配合采用H8～H9；内径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；缸体内表面母线的直线度500mm 长度之内不大于0.03mm ；缸体端面对轴线的垂直度在直径每100mm 上不大于0.04mm ；如果缸体与端盖采用螺纹连接，螺纹采用6H 级精度。
（2）主缸壁厚的确定 壁厚计算公式如下：
δ≥式中：
δ—液压缸壁厚（m ）； D —液压缸内径（m ）；
p y D 2[σ]
（3.9）
P y —实验压力，一般取最大工作压力的（1.25～1.5）倍；
[σ]—缸筒材料的许用应力。锻钢：[σ]=110～120MPa ；铸钢：
[σ]=100～110MPa ；高强度铸铁：[σ]=60MPa ；灰铸铁：[σ]=25MPa ；无缝钢管：[σ]=100～110MPa 。
主缸壁厚δ计算，将D=0.32m ；[σ]= 110MPa ；P y =1.4×25.5MPa=35.7MPa代入公式（2.9）中，即：
δ≥
35. 7MPa ⨯0. 32m
=0. 052m
2⨯110MPa
液压缸缸体的外径D 外计算公式如下：
D 外≥D ＋2δ (3.10)
将参数代入公式（3.10），即：
D 外≥0.32m ＋0.104m ＝0.426m
外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径D 外＝430mm 。
（3）主缸缸盖材料、厚度的确定
缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。缸盖材料选用35钢，缸盖厚度计算公式如下：
t ≥0. 433D P y 2
[σ]
式中：
t—缸盖的有效厚度(m)；
D 2—缸盖止口直径； [σ]—缸盖材料许用应力。 即：
t ≥0. 433⨯220⨯
35. 7MPa
100MPa
≈0. 057m
圆整后取缸盖厚度t=60mm。
（4）主缸最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活
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3.11）
（
导向套、密封、防尘和锁紧结构。工程机械中导向套一般安装在密封圈的内侧，有利于导向套的润滑。
4）缓冲与排气装置
液压机运动时的质量大，快进时的速度快，这样活塞在到达行程中点时，会产生液压冲击，甚至活塞与缸筒端盖会产生机械的碰撞。为防止这种现象的发生，在行程末端要设置缓冲装置。一般缓冲装置有环状间隙式节流缓冲装置、可调节流缓冲装置、三角槽式节流缓冲装置。
大型液压缸需要有稳定的运动速度，这样需要设置排气装置，防止空气在传动时对系统传动精度有影响。排气阀安装在液压缸两端的最高处，双作用液压钢需要设两个排气阀。
3.4.2 液压机顶出缸设计
（1）顶出缸缸体材料选择及制造技术要求
顶出缸工作时的最大工作压力为12.5MPa ，比主缸的要小，为了保证顶出缸安全工作，缸体材料也选用无缝钢管45。
缸体的制造要求应该满足液压缸内圆柱表面粗糙度为Ra0.4～0.8μm ；内径配合采用H8～H9；内径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；缸体内表面母线
的直线度500mm 长度之内不大于0.03mm ；缸体端面对轴线的垂直度在直径每100mm 上不大于0.04mm 。
（2）顶出缸壁厚的确定
将D=0.2m ；[σ]= 110MPa ；P y =1.3×12.5MPa=16.25MPa代入公式（3.9）中，即：
δ≥
16. 25MPa ⨯0. 2m
=0. 015m
2⨯110MPa
将D=0.2m ；取δ=0.02m代入公式（3.10），即：
D 外≥0.2m ＋0.04m ＝0.24m
外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径D 外＝240mm 。
（3）顶出缸缸盖材料、厚度的确定
缸盖常用制造材料有35钢、45钢、铸钢，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁。顶出缸缸盖材料选用35钢，缸盖厚度计算公式见（3.11）：
即：
t ≥0. 433⨯145⨯
取缸盖厚度t=25mm。
. 25MPa
≈0. 025m
100MPa
（4）顶出缸最小导向长度的确定
由表2.1可知顶出活塞行程L=280mm，顶出缸内径D=200mm，代入公式(3.12)， 即：
H ≥
280mm 200mm
+=114mm 202
（5）顶出缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定 顶出缸活塞选用灰铸铁HT200。
顶出缸活塞外圆柱表面的粗糙度为Ra0.8～1.6μm ；外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半；外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半；端面对轴线垂直度在直径100mm 上不大于0.04mm ；外径用橡胶密封圈密封的公差配合取f7～f9，内孔与活塞杆的配合取H8/f7。
计算活塞宽度时区宽度系数为0.8，即活塞的宽度B=0.8D=0.8×200mm =160mm。取活塞宽度B=160mm。
查表2-10, 液压机顶出缸工况时的工作压力比主缸要小很多，密封圈选用O 形密封圈。
（6）顶出缸活塞杆材料、技术要求及长度确定
活塞杆有空心和实心两种结构形式。空心时一般选用35钢、45钢的无缝钢管；实心结构选用35钢、45钢。顶出缸活塞杆选用35钢。
活塞杆外圆柱面粗糙度为Ra0.4～0.8μm ；热处理要求调质20～25HRC ；外径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；外径表面直线度在500mm 上不大于0.03mm ；活塞杆与导向套之间的配合公差采用H8/f7，与活塞连接的配合公差采用H7/g6。
由顶出活塞的行程，确定活塞杆的长度L 杆=705mm。
（7）顶出缸长度的确定
液压缸缸体内部长度等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体的外形尺寸应考虑两端端盖的厚度，总之，液压缸缸体的长度L 不应该大于缸体内径D 的20～30倍，即：L ≤（20～30）D 。
由主缸行程为280mm ，活塞宽度为160mm, 缸盖厚度为25mm ，通过计算可知，主缸的长度取L 缸=650mm。
（8）活塞杆稳定性校核
当液压缸的支承长度Lb ≥(10～15)d 时，应该对活塞杆的弯曲稳定性进行校核,d 为活塞杆直径。通过计算可知，Lb 的最大值不可能大于L 杆+L 缸=1355mm，而(10～15)d=2000～3000mm 。
将参数代入Lb ≥(10～15)d 中，比较后Lb ＜(10～15)d ，活塞杆满足使用要求，
工作时不会失稳。
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弹性的管子，软管安装时应避免相互发生扭转。硬管布置时应贴地或沿主机外形布置，相互平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。
3.5.2 液压站的结构设计
液压站由液压油箱、液压泵装置、液压控制装置三部分组成。其中，液压油箱包括空气滤清器、过滤器、油面指示器和清洗孔；液压泵装置包括液压泵、驱动电机和联轴器等；液压控制装置包括各种液压阀和联接体。
（1）四柱液压机液压站结构形式的选择
液压站的结构形式通常有两种，即：分散式、集中式。分散式液压站结构紧凑，泄漏油容易回收，节省占地面积，但安装维修不方便，一般较少采用；集中式液压站安装维修方便，液压装置产生的振动、发热、都与主机隔开，不影响主机的工作精度。液压机选用集中式液压站。
（2）液压泵安装方式的选择
液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机和联轴器，安装方式有立式和卧式两种。立式安装将液压泵和与之相连的油管放在油箱内，结构紧凑，美观，吸油条件好，但是安装维修不方便，散热条件不好；卧式安装与立式恰好相反，安装维护方便、散热性好。液压机的液压泵装置采用卧式安装方式。
（3）电动机与液压泵联接方式的选择
电动机与液压泵的联接方式有法兰式、支架式、支架法兰式。电动机与液压泵的联接方式采用支架法兰式。为了防止安装时同轴度误差的影响，联轴器选用弹性联轴器。
（4）液压站布局简图
四柱液压机液压站布局如图3.11所示
1-空气滤清器 2-插装阀 3-油管 4-液压泵
5-电动机 6-吊钩 7-油箱 8-清洗孔 9-放油塞 10-液面指示器
图3.11 四柱液压机液压站布局简图
3.6 液压系统安全、稳定性验算
3.6.1 液压系统压力损失的验算
四柱液压机执行部件有主缸和顶出缸，主缸的进、回油管直径分别为：40mm 、25mm ；顶出缸的进、回油管直径分别为16mm 、16mm 。液压油选用L-HL32液
压油，15℃时该油液的运动粘度
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中的压力损失比工进时要小，泵的出口压力也比工进时小，具体验算过程从略。
（2）顶出缸各工况时的压力损失验算
1）工件顶出时进油路、回油路的压力损失
顶出缸顶出速度为0.02m/s，需要的最大流量为37.8L/min，进油管直径D=16mm，则液压油在油管中的流速v 1为：
v 1=q
4d 24⨯37. 8⨯103=cm /min =18810cm /min ≈313. 5cm /s 23. 14⨯1. 6
管道流动雷诺数R e 1为
R e 1=v 1d 313. 5⨯1. 6=≈334. 4 v 1. 5
R e 1＜2300，油液在管道内流动为层流，沿程阻力系数λ1=7575=≈0. 23。进油管长度为6m ，沿程压力损失∆P 1为： R e 1334. 4
l ρv 16920⨯3. 1352
6∆P 1=λ1∙=0. 23⨯⨯Pa =0. 39⨯10Pa -2d 221. 6⨯10
2
6阀的压力损失∆P ；那么进油路总的压力损失∆P 进为： 阀=0. 05⨯10Pa
666=(0. 39⨯10+0. 05⨯10) Pa =0. 44⨯10Pa ∆P 进=∆P 1+∆P 阀
回油管直径D=16mm，工进时回油管的最大流量q 回为：
π
q 回=∆A q =A ⨯0. 22
4(0. 22-0. 142) ⨯37. 8L /min =19. 3L /min
回油管中液压油的流速v 2为
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主缸工进时输入、输出功率分别为：
P 输入=17.5kw
P 输出=Fv=2000kN×0.006m/s=12kw
工进时系统发热功率φ=P 输入-P 输出=17.5-12=5.5kw
主缸快退时输入、输出功率分别为：
P 输入=12.5kw
P 输出=Fv=500kN×0.041m/s=12kw
快退时系统发热功率φ=P 输入-P 输出=12.5-12=0.5kw
顶出缸的工况压力比主缸小
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换向阀的接通通过按钮或压力信号控制；液压机启动、停止通过按钮控制。
4.3 四柱液压机电气控制电路设计
4.3.1 四柱液压机主电路设计
液压机拖动电机容量小，主电路的启动方式采用直接启动。QS 为电源开关，熔断器FU1对主电路起短路保护作用，熔断器FU2对控制电路起短路保护作用。热继电器FR 起过载保护作用。按下启动按钮SB2后，线圈KM 得电，电动机启动，液压机开始工作。主电路如图4.1所示。
图4.1 四柱液压机主电路图
4.3.2 四柱液压机控制电路设计
控制电路主要控制主缸的快进、工进、保压、回程和顶出缸的顶出、退回。其中速度换接通过行程开关来控制，保压由压力继电器控制，保压时间由时间继电器控制，顶出缸的启动、退回由手动按钮控制。为方便观察液压机处于那个工况，设置信号指示灯。为了预防突发事件的发生，应设置急停按钮。控制电路如图4.2所示。
主缸快进工 进保 压回 程工件顶出退 回
图4.2 四柱液压机控制电路图
4.3.3 电气控制过程分析
（1）主缸快进
将开关置于自动档，按下SB2，交流接触器KM 得电，电动机启动。中间继电器KA1相继得电，电磁阀1Y 、3Y 、6Y 得电。此时液压系统向主缸上腔供油，在补油油箱的协助下主缸快速下行；
（2）主缸工进
当滑块触及行程开关SQ2，中间继电器KA2得电，这时电磁阀1Y 、3Y 、7Y 得电，主缸由快进变为工进；
（3）主缸保压
当主缸无杆腔的压力达到压力继电器设定压力后，YJ 闭合，所有电磁换向阀失电，进行保压；
（4）主缸泄压
保压一段时间后，中间继电器KA3得电，电磁换向阀4Y 得电，主缸上腔开始泄压；
（5）主缸退回
泄压完成后，中间继电器KA4得电，电磁阀2Y 、5Y 、12Y 得电，主缸下腔进油，滑块回程，触及行程开关SQ1，运动停止；
（6）工件顶出
按下按钮SB4，中间继电器KA5得电，电磁换向阀2Y 、9Y 、10Y 得电，顶出缸下腔进油，活塞杆上行将工件顶出；
（7）顶出缸退回
按下按钮SB5，中间继电器KA6得电，电磁换向阀2Y 、8Y 、11Y 得电，液压油
进入顶出缸上腔，顶出
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结 论
本文重点对液压机的液压控制回路、液压元件及安全保护措施等进行了方案设计。经多方案对比之后，本文液压系统采用插装阀集成控制系统。该液压控制系统解决了普通阀系统密封性差、通流量小、压力损失大等问题。为了让系统的工作压力随负载的变化而自动调节，液压泵选用恒功率变量柱塞泵。为解决液压冲击对设备安全的影响，系统中设置泄压回路。通过泄压来降低系统的压力，防止产生液压冲击；设置保压回路让工件有足够的成型时间，保证产品的质量。速度换接通过行程开关来控制，这种换接方式，控制比较可靠，设备安装方便，价格也实惠。通过流量计算发现主缸快进时会出现供油不足的情况，为了解决这一问题，在液压系统中设置补油油箱。整体的方案确定后，对液压系统的可行性进行校验，该液压系统可以满足液压机的加工工艺要求。此外，还对主机、电气控制系统进行了简明的总体设计。
液压机在进行方案设计时，有些方案的选择可能不是最佳。总体来说，本文的总体设计方案可以满足液压机的加工工艺要求。
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致 谢
经过几个月的努力，毕业设计已经接近尾声。由于实践经验的匮乏，本次设计难免有考虑不周的地方。如果没有XXX 教授的悉心指导以及本组人员的支持，恐怕设计不会这样顺利完成。自开题以来，设计的每个环节XXX 老师都认真指导，从资料的查阅到具体方案的修改，XXX 老师都提出了宝贵的建议，让我受益匪浅。除此之外，XXX 老师科学严谨的治学态度和渊博的知识更是我永远学习的榜样。在此对X 教授及本组的同学表示衷心的感谢！
最后还要感谢曾教导过和给我帮助的老师！是你们曾经辛勤的付出才有了我今天知识的积累。
学生签名： 日 期：
附 录1
中型（3150KN ）液压机及液压系统设计图纸清单见附表1.1。
附表1.1 设计图纸清单