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1、1大型高压液压拉伸器方案设计自动液压压砖机是陶瓷墙地、面砖成型的关键设备，本结构为三梁四柱式（图 1-1）。四根立柱将底座、活动横梁、上横梁连为一体，两头用 M320X4 大螺母锁紧。在工况条件差，压制频率高，振动场合螺纹很容易拉伸、松动，造成自动液压压砖机四立柱受力不均衡，在工作中液压活塞与工作台面不垂直，活塞与油缸间隙单边，导致高压密封失效。目前国内自动液压压砖机四立柱预紧的办法有两种：1）电加热棒加热，将电热棒插入立柱深孔中通电后，加热到一定的温度，使立柱线膨胀达到计算好的预紧伸长量，再将螺母琐紧。2）采用液压拉伸器借助于超高压气驱泵的动力，将立柱轴向拉长，达到预定值时将螺母旋到位，关闭
2、气驱泵卸压，利用材料自身的弹性将螺纹锁紧。主要用于各立柱的定值预紧和拆卸，利用超高压气驱泵产生的油压力，使活塞环、螺母上升，使被施加力的立柱在其弹性变形区内被拉长，立柱直径轻微变形，从而使螺母易于旋入或松动 ，实现定值预紧和拆卸的作用。1.超高压液压拉伸器原理及特点大型高压液压拉伸器采用无转距结构设计，可避免螺母与横梁接触面的磨擦，螺纹变形扭曲等影响立柱的预紧力，使被紧立柱受纯拉伸应力，预紧载荷精度2%，预紧力均匀，重复精度高，防松效果好。在装配过程中，通过测量螺栓的伸长量，控制螺栓的轴向预紧力能排除摩擦系数、接触应力变形影响、预紧力除受“松弛量” 影响。特别适应于大功率，有振动，防松要求高的
3、场合。大型高压液压拉伸器具有操作简单、安全、可靠、快速、易控制、节能等优点，为机械设备的安装，检修带来更高的效率。为保证自动液压压砖机装配后四立柱有足够、均匀的预紧力，我们选择大型超高压液压拉伸器作为设计方案选型。J2图 1-12. 结构设计选型在设计过程中有三种拉伸器结构，都为单油缸式结构。由于工作液压力达到 100MPa，属高压液压设计，这对油缸的结构、材料、刚性和密封形式有很高的要求。如图 2-1 由于该结构密封圈靠发兰压紧，油缸高度尺寸增大，刚性差，螺栓在高压状态工作下被拉伸，只适应于油缸直径小，液压力小的拉伸器。图 2-2 其结构设计简练。油缸刚性好，整过拉伸器尺寸小，由于螺母 8
4、旋在立柱上，每根立柱需要增长油缸厚度+螺母厚度为 200mm，每台压机四根M320X4 立柱，材料浪费较大，不宜采用。图 2-3 油缸结构和图 3-2 基本形式一样就是将支撑座件 6 加高，增加一个螺母套将立柱和拉杆连接起来。其缺点就是一次性投资较图 3-2 型大。由于图 2-3 具有刚性好、油缸结构简单、节省立柱材料，加工工艺性好等优点，设计选型为图 2-3 设计结构。J3图 2-1 图 2-2图 2-3J43 设计结构及参数的确定超高压液压拉伸器在工作时高压泵流量小，液力施压缓慢，实际行程短，在计算过程中可以视静密封状态。以 4200 吨压制力的压砖机为例：表 5.1 主要技术参数立柱螺纹
5、直径 mm M320X8最大预紧力 N 12600000 气驱液压泵工作压力 MPa 103（气压 0.294MPa）U 型滑环密封圈最大压力 MPa 300最大行程 mm 20mm外形尺寸 mm 680X888重量 kg 1586图 5-1 单缸式预紧图 5-2 双缸立柱预紧4. 高压液压拉伸器设计计算立柱承受工作载荷后，因所受的拉力增大而沿轴向继续伸长，其伸长量增加J5了 ，故总伸长量为 b+。与此同时，原来被压缩的被上横梁，因立柱伸长而被放松，其压缩量也随之减小。根据联接的变形协调条件，则被上横梁压缩变形的减小量应等于立柱拉伸变形的增加量。此时的工作载荷为 42000000N，上横梁材料
6、为：ZG310-570; 立柱材料：35CrMoA 锻件。5.1 每根立柱受拉力为 F0工作载荷为 Fa=42000000N 每台压机的立柱为四根 n=4F0=Fa/n=42000000/4=10500000 N5.2 立柱预紧力计算预紧力系数：k=1.5/（1+C 0）立柱与上横梁拉压刚度比：C 0=EZ*AZ*LH/EH*AH*LZ查设计手册表：立柱材料：35CrMoA（锻件） E Z=206X103MPa 上横梁材料为：ZG210-500（铸件） E H=202 X103MPa立柱截面积为：A Z=r 2/2 =3.14X1622/2 =82406.14mm2 上横梁的截面积；A H=3
7、24269mm2LH、L Z立柱与上横梁结合长度相等为 1200mm故 C 0=EZ*AZ*LH/EH*AH*LZ=206X103X82406.14/202 X103X324269 =0.259EZ 、E H立柱、上横梁弹性模量；AZ、A H立柱与上横梁的截面积；LH、L Z立柱与上横梁结合长度；预紧力系数：k=1.5/（1+C 0）=1.5/(1+0.259)=1.19J6因立柱材料为 35CrMoA，上横梁为 ZG310-500 比立柱的刚度要大，故取 k =1.2实际每根拉伸力为：F/=k F0 =1.2X 10500000=12600000 N5.3 立柱伸长量计算已知：立柱拉伸力 F
8、0=12600000 N 立柱有效长度 L=4300mm 立柱弹性模量E=206X103MPa 立柱截面积 A=78883.86mm2从材料的机械性能可知，在螺栓产生屈服之前，螺栓的拉伸变形是弹性变形，伸长量与轴向预紧力F的关系为：= F 0 L(EA)=12600000X4300/206X10 3X78883.86=3.334mm.包括各个接触面松弛量，实际拉伸量5mm。5.4 油缸受力面积设计计算 油缸受压面积计算：设计油缸内环外径为：570mm，活缸内环内径为：410mmA= 255046.5-131958.5=123088mm22241057）（）（5.5 活塞环轴向出力计算油缸工作压
9、力 P=103MPaFA=AXP=103123088=12678064 N5.6 油缸材料选择及壁厚设计计算由于油缸受高压油的作用，要求材料强度高、刚性好、变形小、加工性好，40CrNiMoA 材料具有以上优点。材料选择： 40CrNiMoA 调质：HB250 时 查工程材料手册 b =800MPaJ7D=570mm P=103MPa b =800MPa 安全系数 取 n=1.5= /n=800/1.5=533.33MPa b按厚壁油缸计算公式计算油缸壁厚：当活塞环受轴向推力时： D/d=1.365 根据油缸壁厚计算公式：= = =55.04 mm nDp/*27.1/805*35.7 油缸底
10、部壁厚度计算H= mFA9.52.135704.6因缸底厚度的圆周上开进油孔，设计厚度比计算厚度大。图 6-1 LS126-1-4 油缸5.8 活塞环壁厚设计计算J8材料选择： 40CrNiMoA 调质：HB250 时 查工程材料手册 b =800MPaD=570mm P=103MPa b =800MPa 安全系数 n=2= /n=800/2=400 MPa b活塞环受轴向剪切力校核：按 H=52.9mm 计算根据剪切强度计算公式： b=0.6 b=0.6x800=480 MPa受剪面积: A=（510x3.14XH）=510x3.14x52.9=84714.06mm 2受剪力: F=103（
11、570/2） 2x3.14-（510/2） 2x3.14=5396586.12 N=F/A=5396586.12/8471.06=63.7 MPa63.7 MPa b= 480 MPa 满足设计要求图 6-2 LS126-1-7 活塞环5.9 拉杆横截面强度设计计算J9拉杆材料选择：35CrMoA查工程材料手册 调质 HB275 b =750MPa （调质 HB270） 拉杆螺纹直径：M320x4 螺纹高度：145mm 螺纹底径：d 0=d-4+0.752=320-4+0.752=316.75mm b = 4F/（*d 02）=41260000/（3.14316.75 2）=159.98Mpa
12、 b =159.98MPa b =750 MPa .满足设计要求5.10 拉杆 M320X4 螺纹牙的强度校核 根据剪切强度公式校核：=0.6 b=0.6750=450 MPa= = =87.368MPazdF14157.364.20=87.368MPa =450 MPa 满足设计要求根据螺纹牙的强度公式校核 b = = =141.87MPazdFh2134157.363.02 b =141.871Mpa b =750 MPa 满足设计要求材料为 35CrMo M3208 H=145 螺纹满足设计要求。J10图 6-3 LS126-1-10 M320X4 拉杆6. 高压密封件设计选型高压密封系
13、统的结构主要有油缸、活塞环，密封环、内、外法兰组成（如下图） 。密封环在高液压力作用下，油缸、活塞环都会发生变形，密封环唇口紧贴油缸面无泄露。6.1 超高压密封条件设计工作压力为 103MPa，工作温度50，活塞速度慢，密封圈单向受压，最大行程 25mm。6.2 超高压密封设计选型 J11图 7-1 超高压液压油缸密封结构形式根据拉伸器的密封条件和油缸结构形式,选择活塞孔用 U 形滑环式组合密封圈。表 7-1 U 形滑环式组合密封圈工况条件型号 规格mm材料 压力MPa工作温度 速度 m/s介质 单价元TB6-ATB6- B570X7410X7聚四氟乙烯（PIFE）0-300 -55+250
14、液压油 350015007 气驱液压泵设计选型7.1 气驱液压泵工作原理与特点气驱液压泵利用压缩空气作动力带动液压泵柱塞运动以形成压力油。利用气动活塞和油泵柱塞面积的悬殊比值(1:300)来产生很高的油压。结构紧凑，重量轻，拉力大；适用面广，使用简单方便；精确度高，速度快，使用安全；通用性强，通过更换拉伸头，可适用于多个规格的螺栓；成本低，是液压系统的理想动力源。近年来，一直被广泛用于各种工矿、建筑安装企业。将经过油水分离过滤的压缩气体从驱动空气入口 1 进入，通过换向阀 6 和驱动空气管路 2，进入气动活塞 3 下部的汽缸内推动气动活塞向上运动，同时关闭底部梃杆 7，打开顶部挺杆 4，压缩气
15、体进入先导阀 5，推动换向阀 6 向右移动，活塞上部空气通过换向阀 6 排出，在气动活塞 3 向上移动的同时，连接在下部的活塞杆向上运动油缸内吸油，入口单向阀 10 打开。当汽缸活塞 3 向下运动时，底部挺杆 7 打开，换向阀 6 阀芯左移，气体通过先导阀 5，底部挺杆阀 7 和先导排气口排出，汽缸活塞 3 向下运动同时，入口单向阀关闭，带动油缸活塞向下运动将压力油通过出口单向阀 11、高压快换接头、高压软管送入拉伸器油缸,推动活塞环上升，实现立柱拉伸，达到立柱预紧的目的。127.2 气驱液压泵主要技术参数表 8-1 气驱液压泵主要技术参数工作参数 HPU189MC2.0 工作压力(bar)* 1500增压比 1:300零压力流量（L/min） 0.512油箱容积（L） 12压力表量程（bar ） 0-2000空气输入接口 1/4BSP高压输出接口 公接头116 系列 尺寸（mm） 470400
