30吨液压机的设计与制造

抽象

  为了减轻我们大多数高等院校实验室设备缺乏的问题，我们使用当地采购的材料设计，建造和测试了30吨的液压机。该设计的主要参数包括最大载荷（300 kN），负载阻力必须移动的距离（活塞行程，150 mm），系统压力，气缸面积（活塞直径= 100 mm）和体积流量工作液体。设计的压力机的主要部件包括气缸和活塞装置，框架和液压回路。通过两个恒定为9N / mm的压缩弹簧提供10kN的负载来测试该机器的性能，每个压缩弹簧平行地布置在上压板和下压板之间，并且发现是令人满意的。

一，简介

  多年来工程的发展一直是研究寻找更有效和方便的推拉，旋转，推进和控制负荷的方法，从几公斤到几千吨不等。压力机被广泛用于实现这一点。

  Lange所定义的压力机是施加压力的机床。它们可以分为三个主要类别：液压机，其根据静水压力原理运行，螺旋压力机使用动力螺杆传递动力，机械压力机利用元件的运动连接来传递动力。

  在液压机中，使用压力下的流体实现力的产生，传递和放大。液体系统具有固体特性，并提供非常积极和刚性的动力传输和放大介质。在简单的应用中，较小的活塞将高压下的流体输送到具有较大活塞面积的气缸，从而放大了力。通过几乎无限的力放大，容易传递大量能量。它还具有非常低的惯性效应。

  典型的液压机包括一个为流体提供动力的泵，流体本身是通过液压管道和连接器传递动力的媒介，控制装置和液压马达将液压能量转换为有用的工作点。负载电阻。

  与其他类型的压力机相比，液压压力机的主要优点是它们对输入压力的变化提供了更积极的响应，可以精确地控制力和压力，并且在整个工作冲程期间可以获得整个力的大小。公羊旅行。当需要非常大的标称力时，液压机是优选的。

液压机是车间和实验室中非常宝贵的设备，尤其适用于压配操作和材料变形，如金属成型工艺和材料强度测试。看一下尼日利亚的研讨会，就会发现所有这些机器都进口到了这个国家。因此，这里旨在设计和制造压力机，其使用本地源材料是低成本和液压操作的。这不仅有助于收回以外汇形式损失的资金，而且将提高我们在液压流体动力传输开发方面的本地技术水平。

2.设计方法

  流体动力系统是按目标设计的。在设计系统时要解决的主要问题是将系统的期望性能转换成系统液压。

图1.液压机的示意图。体积流量并将这些特征与系统的可用输入相匹配以维持操作。

  该设计的主要参数包括最大载荷（300 kN），负载阻力必须移动的距离（活塞行程，150 mm），系统压力，气缸面积（活塞直径= 100 mm）和体积流量工作液体。需要设计的关键部件包括液压缸，框架，液压回路（图1）。

2.1。组件设计

2.1.1。液压缸：

  液压缸是管状结构，其中当液压流体进入其中时活塞滑动。设计要求包括气缸的最小壁厚，端盖板，法兰厚度以及螺栓的数量和尺寸的规格和选择。液压缸所需的输出力和可用于此目的的液压决定了气缸的面积和孔径以及最小壁厚。

2.1.2。气缸端盖板：

  端盖板的厚度T由圆柱体通过螺栓支撑并承受均匀分布在该区域上的内部压力，由等式1给出。 （2）来自Khurmi和Gupta（1997），其中：T = KD（P /δt）1/2，（2）其中：D =端盖板的直径（m），0.1; K =系数取决于板材料，0.4，来自Khurmi和Gupta（1997）; P =内部流体压力（N / m2），38.2; δt=盖子的允许设计应力。板材，480 N / m2;得到的板的厚度为0.0118μm。

2.1.3.Bolt：

气缸盖可以通过螺栓或螺柱固定。用螺栓固定盖子的可能布置如图2所示。为了找到正确尺寸和螺栓数量n，使用下列公式。 （3）用于采用Khurmi和Gupta（1997）:(πDi2/ 4）P =（πdc2/ 4）δtbn，（3）其中; P =内部流体压力（N / m2）; Di =圆筒的内径（m）; dc =螺栓的芯径（m），16×10-3 m; δtb=螺栓的允许拉伸强度。

  如果已知螺栓的尺寸，则可以计算螺栓的数量，反之亦然。但是，如果获得n的值。上面是奇数或分数，则采用下一个更高的偶数。螺栓的数量计算为3.108，因此选择了四个螺栓。气缸和端盖板之间的接头的紧密度取决于螺栓的圆周节距Dp，其从公式1的0.0191米处获得。 （4）：Dp = Di + 2t + 3Dc，（4）式中：t =气缸壁厚度（m），17×10-3。

2.1.4。气缸法兰：

  圆柱法兰的设计基本上是为了获得法兰的最小厚度tf，其可以根据弯曲考虑来确定。这里有两种作用力，一种是由于流体压力而另一种是由于密封而使凸缘分离，而密封必须由螺栓中产生的应力抵抗。试图分离法兰的力被计算为来自等式1的58.72kN。 （5）：F =（π/ 4）D1 2 P，（5）式中：D1 =密封外径，134×10-3 m。

2.1.5。法兰厚度测定：

  凸缘的厚度tf可以通过考虑凸缘围绕截面A-A的弯曲来获得，凸缘是弯曲时最弱的截面（图3）。这种弯曲是由于两个螺栓中的力和气缸内的流体压力引起的。

  因此，Eq。 （6）法兰厚度为0.0528 m：tf =（6M）/（bδf），（6）式中：b = A-A剖面法兰宽度，22.2×10-3 m; δf=法兰材料的剪切应力，480N / m2; M =得到的弯矩，5,144.78 Nm。

2.1.6。活塞：

  维持所施加载荷所需的活塞杆柱尺寸与缸孔中心线对齐受杆材料强度的影响，杆材料施加在杆柱上的力。压缩，气缸本身的安装情况以及负载施加的行程。

   在端部推力条件下计算活塞杆柱尺寸和缸长的程序是使用Sullivan建议的程序完成的。由此，活塞杆的直径不小于0.09μm被认为适合设计。

2.1.7。密封件的选择：

密封件用于在不同的压力和速度操作条件下防止系统内部和外部泄漏。选择的静密封采用凹槽和环原理来影响密封。计算凹槽尺寸这样选择的Oring在一个方向上被压缩15-30％并且等于自由横截面直径的70-80％。选择静密封的问题是指定凹槽，以便可以压缩O形环因此，在一个方向，在另一个方向扩展，密封件规定了4 mm×3 mm的槽尺寸。

2.2。框架设计

  框架提供安装点，并在所有指定的工作条件下，在服务期间保持安装在其上的单元和部件的适当相对位置。它还提供了机器的一般刚性（Acherkan1973年）。设计考虑因素是对支柱施加的直接张力。其他框架构件，例如压板（如我们的情况）受到简单的弯曲应力。

2.2.1.Platen：

  上压板和下压板提供与被压缩物体直接接触的点。因此，由于在相同的纵向平面中作用的相等且相反的对，它们受到纯弯曲应力。该设计考虑主要是用于弯曲，并且主要包括确定在梁中产生的弯矩（M）和剪切力（V）的最大值，该最大值分别为45kN / m和150kN。这些使用所采用的程序计算。

2.2.2。截面模数：

  获得的V和M的值有助于计算压板的截面模量。这给出了最小深度（厚度）d，并且从等式1计算为0.048m。 （7）：d = [（6M）/（δb）] 1/2，（7）其中; M =最大值弯矩，45 kN / m; b = 600×10-3米; δ= 480×106N / m 2。

2.3.Pump

  设计中的初始参数是估算气缸所需的最大流体排放压力，然后添加一个因子以考虑系统中的摩擦损失。得到的结果为47.16×106N / m2。

  泵送动作由杠杆系统驱动。杠杆的实际长度为0.8米。这是通过假设最大理论努力和关于支点的时刻来计算的。

3.详细的制造程序

  从结构钢厂家当地获得200mm×70mm U形截面钢，并从尼日利亚贝宁市的废料场获得两块200×400×40mm钢板。确定后的主要尺寸从设计的关键部分，两个2,800毫米的部分使用车间的动力钢锯从钢板上切下，制造框架。还从废料场获得了Φ150mm，内径为Φ90mm的管道在车床上钻孔并刨削至Φ100mm。还获得了Φ70mm和15mm厚的管状软钢管，其一端转动到Φ60mm以容纳密封件和密封壳体。活塞和气缸组装在一起并用先前焊接在一起的螺栓安装在框架的底座上。还提供了由钢管制成的导杆，以使压板能够直线垂直运动。压板由钢制成在导向杆通道的两端钻有两个Φ20mm的孔和两个孔。下压板组装在活塞顶部，并通过机加工的凹槽保持在适当位置。校准环也由10生产mm厚的软钢板放置在上压板和压机横杆之间，如图1所示。

3.1。性能测试结果

  通常的做法是在制造后对工程产品进行测试。这是制造过程中的重要一步。在测试中，检查产品以确定是否满足功能要求，识别制造问题，确定经济可行性等

因此，测试用于证明产品的有效性。对于液压机，泄漏测试是最重要的测试。测试从泵的初始启动开始。之后泵送流体。这是在空载条件下进行的。将机器放置在该位置两小时。

  然后使机器承受10kN的载荷，该载荷由两个恒定为9N / mm的压缩弹簧提供，每个压缩弹簧平行地布置在压板之间。然后将弹簧轴向压缩至100mm的长度。这种安排是静置两小时，观察是否有泄漏。没有显示系统泄漏，因为下压板没有从其初始位置掉落。

4。结论

  设计，制造和校准了30吨的液压机。对机器进行了测试，以确保符合设计目标和可维护性。发现该机器在10kN的试验载荷下是令人满意的。进一步尚未对设计负荷进行测试。