液壓機(jī)發(fā)展制品生產(chǎn)應(yīng)用設(shè)計(jì)書.doc

液壓機(jī)發(fā)展制品生產(chǎn)應(yīng)用設(shè)計(jì)書液壓機(jī)是最廣的設(shè)備之一。自19世紀(jì)問世以來發(fā)展很快，已成為工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備之一。由于液壓機(jī)在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。如板材成型；管、線、型材擠壓；粉末冶金、塑料及橡膠制品成型；膠合板壓制、打包；人造金剛石、耐火磚壓制和炭極壓制成型；輪軸壓裝、校直等等。各種類型液壓機(jī)的迅速發(fā)展，有力地促進(jìn)了各種工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。八十年代以來，隨著微電子技術(shù)、液壓技術(shù)等的發(fā)展和普及應(yīng)用，液壓機(jī)有了更進(jìn)一步的發(fā)展。目前，液壓機(jī)的最大標(biāo)稱壓力已達(dá)到了750MN，用于金屬的模鍛成型。然而，作為液壓機(jī)兩大組成部分的主機(jī)和液壓系統(tǒng)，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國(guó)內(nèi)外機(jī)型無較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過濾、冷卻及防止沖擊和振動(dòng)方面，有較明顯改善。特別是集成塊可以進(jìn)行專業(yè)化的生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而且設(shè)計(jì)的周期也比較短。近年來在集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓元件組成的回路也有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它不需要另外的連接件其結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積也相對(duì)更小，重量也更輕無需管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動(dòng)和噪聲。邏輯插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動(dòng)作速度快、易于集成的特點(diǎn)，從70年代初期開始出現(xiàn)，至今已得到了很快的發(fā)展。工業(yè)控制機(jī)控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ)上采用的一種高技術(shù)含量的控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機(jī)或單片/單板機(jī)作為主控單元，通過外圍接口器件（如A/D，D/A板等）或直接應(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，同時(shí)利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的。這種控制方式的主要特點(diǎn)如下：具有友好的人機(jī)交互性，操作簡(jiǎn)單。如：BROWNBOGGS公司的產(chǎn)品，可通過數(shù)字面板顯示輸入壓力、快進(jìn)和回程速度、壓制速度及保壓/停機(jī)時(shí)間參數(shù)，極大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度?？刂凭雀摺?shù)字控制的行程長(zhǎng)度及工作行程與傳統(tǒng)的機(jī)械式的行程開關(guān)控制相比，精度有極大的提高。一般控制精度可達(dá)到0.05mm。易于實(shí)現(xiàn)高速化，提高生產(chǎn)效率。如美國(guó)的FERRA公司通過采用電子微處理控制方式，工作循環(huán)比以前快60%?？身樌麑?shí)現(xiàn)對(duì)工作參數(shù)（壓力、速度、行程等）的單獨(dú)調(diào)整。通過對(duì)控制參數(shù)的單獨(dú)控制，調(diào)整被加工材料的流動(dòng)，能進(jìn)行復(fù)雜工件、不對(duì)稱工件的加工。預(yù)存工作模式，可對(duì)不同工件的工藝過程、工藝參數(shù)預(yù)先存儲(chǔ)和重復(fù)調(diào)用，縮短調(diào)整時(shí)間。這與柔性加工要求相適應(yīng)。對(duì)高速下的換向沖擊可利用軟件來消除，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在安全方面，可利用軟件進(jìn)行故障預(yù)診斷，并自動(dòng)修復(fù)故障和顯示錯(cuò)誤。如STENHQF的機(jī)型和BROWNBOGGS公司都有此項(xiàng)功能。易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的集成控制，組成柔性生產(chǎn)線及與上位機(jī)進(jìn)行通訊和實(shí)現(xiàn)調(diào)度控制?，F(xiàn)在，國(guó)外眾多液壓機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)這種高性能的工業(yè)控制機(jī)控制方式的液壓機(jī)產(chǎn)品，如美國(guó)MULTIPRESS，丹麥STENHQJ及加拿大的BROWNBOGGS等公司。正是因?yàn)椴捎眠@種先進(jìn)的控制方式，使整機(jī)的控制性能，生產(chǎn)效率都有很大提高。國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機(jī)電液一體化，以充分合理利用機(jī)械和電子的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善；自動(dòng)化、智能化，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能；液壓元件集成化、標(biāo)準(zhǔn)化，以有效防止泄露和污染等等多個(gè)方面。綜上所述，液壓機(jī)的發(fā)展促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。伴隨著電氣控制技術(shù)、液壓傳動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓機(jī)的自動(dòng)化程度、加工精度將進(jìn)一步得到提高，實(shí)現(xiàn)智能化控制。1.2液壓機(jī)基本工作方式液壓機(jī)一般由本體（主機(jī)）動(dòng)力系統(tǒng)及液壓控制系統(tǒng)三部分組成。最常見的液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)是三梁四柱上傳動(dòng)式?，F(xiàn)以鍛造水壓機(jī)為例，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它由橫梁、立柱和螺母組成一個(gè)封閉框架，框架承受全部工作載荷。工作缸固定在上橫梁上，工作缸內(nèi)裝有工作柱塞，它與活動(dòng)橫梁相連接?；顒?dòng)橫梁以立柱為導(dǎo)向，在上、下橫梁之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在活動(dòng)橫梁的下表面上，一般固定有上砧（上模），而下砧（下模）則固定于下橫梁上的工作臺(tái)上。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸后，在工作柱塞產(chǎn)生很大的壓力，并推動(dòng)工作柱塞、活動(dòng)橫梁及上砧向下運(yùn)動(dòng)，使工件 (鍛件)在上、下砧之間產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)回程缸內(nèi)通低壓液體并排出工作液體?；爻谈坠潭ㄔ谙聶M梁上，回程柱塞與活動(dòng)橫梁相連接。回程時(shí)，工作缸通低壓液體，高壓液體進(jìn)入回程缸，推動(dòng)回程柱塞向上運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)活動(dòng)橫梁回到原始位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。鍛造機(jī)結(jié)構(gòu) 動(dòng)力系統(tǒng)主要提供液壓機(jī)本體工作時(shí)所需要的高壓液體，并接收回程排回的低壓液體，此外，對(duì)工作液體進(jìn)行檢測(cè)、過濾、攪拌及冷卻，以保證工作液體處于最佳工作狀態(tài)。動(dòng)力系統(tǒng)分為泵直接傳動(dòng)和泵蓄勢(shì)器傳動(dòng)兩種類型。液壓控制系統(tǒng)主要將動(dòng)力系統(tǒng)提供的高壓液體在準(zhǔn)確的時(shí)間和地點(diǎn)輸送到所需要的工作缸處，并將各缸排回的低壓液體輸送回動(dòng)力系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)主要由各種閥、閥箱、連接管道及操縱閥正確動(dòng)作的控制部分組成。最簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)由手通過操縱桿來完成，十分費(fèi)力，目前只用于小型簡(jiǎn)單的液壓機(jī)。一般液壓機(jī)則通過電磁鐵或隨動(dòng)接力裝置來比較輕松地操縱閥的動(dòng)作。近年來，增加了計(jì)算機(jī)控制，極大地提高了控制的精確度和自動(dòng)化程度。液壓機(jī)的工作循環(huán)一般包括停止、充液行程 (空程向下)、工作行程及回程。上述的不同行程都是由液壓控制統(tǒng)中各種閥的正確動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的。1.3設(shè)計(jì)要求（1）液壓機(jī)總體方案設(shè)計(jì)，其中包括主機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和部件裝配方案設(shè)計(jì)，主機(jī)要與輔助及輔助裝置配套協(xié)調(diào)；（2）通過液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的對(duì)比，確定合理的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，且液壓系統(tǒng)在高壓大流量的情況下要工作平穩(wěn)，無較大的沖擊振動(dòng)；（3）電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括主電路和控制電路電路圖設(shè)計(jì)；（4）設(shè)計(jì)方案確定時(shí)，必須考慮選用什么樣的制造材料，達(dá)到什么樣的表面加工質(zhì)量，采用什么樣的機(jī)械加工設(shè)備，選擇什么樣的熱處理方式等； （5）四柱液壓機(jī)能夠準(zhǔn)確完成如下工作循環(huán)：主缸活塞滑塊快速下行、主缸活塞滑塊慢速加壓、主缸保壓、主缸卸壓、主缸活塞滑塊回程、頂出缸頂出、頂出缸退回等； （6）設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)滿足所需的各種鍛造工藝要求，設(shè)備達(dá)到總體布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、環(huán)境污染小、工作的時(shí)候噪音低、自動(dòng)化程度高等6。- 4 -重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文） 載荷組成和計(jì)算 一 . 明確液壓執(zhí)行元件的載荷，速度及其變化規(guī)律，繪制液壓系統(tǒng)工況圖1 液壓機(jī)主缸工況分析（1）主缸速度循環(huán)圖 主缸速度循環(huán)圖（2）主缸負(fù)載分析液壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，主缸上腔充油主缸快速下行，慣性負(fù)載隨之產(chǎn)生。此外，還存在靜摩擦力、動(dòng)摩擦力負(fù)載。由于滑塊不是正壓在導(dǎo)柱上，不會(huì)產(chǎn)生正壓力，因而滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的摩擦力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作負(fù)載，計(jì)算最大負(fù)載時(shí)可以忽略不計(jì)。液壓機(jī)的最大負(fù)載為工進(jìn)時(shí)的工作負(fù)載。通過各工礦的負(fù)載分析，液壓機(jī)主缸所受外負(fù)載包括工作負(fù)載、慣性負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載，即： 1）慣性負(fù)載Fa計(jì)算計(jì)算公式： 查閱類似型號(hào)的液壓機(jī)資料7，初步估算橫梁滑塊的重量為10kN。由液壓機(jī)所給設(shè)計(jì)參數(shù)可及：=0.05m/s ，取=0.05s，代入公式4-2中。 2）摩擦負(fù)載Ff計(jì)算滑塊啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生靜摩擦負(fù)載，啟動(dòng)過后產(chǎn)生動(dòng)摩擦負(fù)載。通過所有作用在主缸上的負(fù)載可以看出，工作負(fù)載遠(yuǎn)大于其它形式的負(fù)載。由于滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸體之間的摩擦力不是很大，因而在計(jì)算主缸最大負(fù)載時(shí)摩擦負(fù)載先忽略不計(jì)。3）主缸負(fù)載F計(jì)算將上述參數(shù)Fa = 250N、Fg = 10000KN代入公式中。即：F = 10000 + 0.25 = 10000.25N(3) 主缸負(fù)載循環(huán)圖 1）主缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表所示。主缸工作循環(huán)負(fù)載工 作 循 環(huán)外 負(fù) 載啟 動(dòng)F = f靜 + Fa0.25 kN橫梁滑塊快速下行F = f動(dòng)忽略不計(jì)工 進(jìn)F = f動(dòng) + Fg10000 kN快速回程F = f 回580kN注：“f靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力，“f動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。2）主缸各階段負(fù)載循環(huán)如圖主缸各階段負(fù)載循環(huán)圖2 液壓機(jī)頂出缸工況分析2. 頂出缸速度循環(huán)圖 根據(jù)液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和表中頂出缸活塞行程為250mm，得到頂出缸的速度循環(huán)圖如2-4。 頂出缸速度循環(huán)圖 3.頂出缸負(fù)載分析主缸回程停止后，頂出缸下腔進(jìn)油，活塞上行，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性、靜摩擦力、動(dòng)摩擦力等負(fù)載。由于頂出缸工作時(shí)的壓力遠(yuǎn)小于主缸的工況壓力，而且質(zhì)量也比主缸滑塊小很多，慣性負(fù)載很小，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)；同理摩擦負(fù)載與頂出力相比也很小，也可不計(jì)；工件頂出時(shí)的工作負(fù)載比較大，計(jì)算頂出缸的最大工作負(fù)載時(shí)可以近似等于頂出力。將參數(shù)代入公式4-1計(jì)算頂出缸的最大負(fù)載。即： F = Fw = 320KN式中 Fw 為頂出力；(1)頂出缸負(fù)載循環(huán)圖 1）頂出缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表. 頂出缸工作循環(huán)負(fù)載工 作 循 環(huán)外 負(fù) 載啟 動(dòng)F = F靜 + Fa忽略不計(jì)頂出缸頂出F = = f 動(dòng) + Fw320 kN快速退回F = f 動(dòng) 225kN注：“f靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力，“f動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。2) 頂出缸各階段負(fù)載循環(huán)如圖頂出缸各階段負(fù)載循環(huán)圖- 8 -重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文） 計(jì)算執(zhí)行元件主要參數(shù)二計(jì)算執(zhí)行元件主要參數(shù) 1.液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 (1)主缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿直徑的確定由于液壓機(jī)的工作載荷比較大，故主缸的工作壓力取=25MPa1。 計(jì)算主缸內(nèi)徑和活塞桿直徑。由主缸負(fù)載圖3-2可知最大負(fù)載F=100kN。查表，由主缸工作壓力為25MPa選取為0.7，取液壓缸的機(jī)械效率 = 0.95。液壓缸受力如圖所示。液壓缸受力圖 將參數(shù)代入公式，P2忽略不計(jì)，可求得液壓缸內(nèi)徑： 將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取D=400mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。280mm將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取d=280mm。經(jīng)過計(jì)算液壓機(jī)主缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為：D=400mm ；d=280mm。(2)頂出缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿直徑的確定頂出缸工作負(fù)載與主缸相比要小很多，查液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)明手冊(cè) ,取頂出缸的工作壓力P=10MPa。計(jì)算頂出缸內(nèi)徑和活塞桿直徑。由頂出缸負(fù)可知最大負(fù)載F=20KN。查液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)明手冊(cè)，缸工作壓力為10MPa，選取d/D為0.7，取液壓缸的機(jī)械效率cm = 0.95。頂出缸受力如圖所示。頂出缸受力圖參考主缸計(jì)算公式，求得頂出缸內(nèi)徑 查液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè),將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取D=110mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。=72.45mm查液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè),將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取d=80mm。 經(jīng)過計(jì)算液壓機(jī)頂出缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為：D=110mm ；d=80mm。2液壓系統(tǒng)流量計(jì)算（1） 主缸所需流量計(jì)算參考表及主缸的尺寸，對(duì)主缸各個(gè)工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知主缸的快進(jìn)速度為0.1m/s，工進(jìn)速度為0.01m/s，快速回程速度為0.04m/s，主缸內(nèi)徑為400mm，活塞桿直徑為280mm。由流量計(jì)算公式： 快進(jìn)時(shí)： 工進(jìn)時(shí)：快退時(shí)：（2） 頂出缸所需流量計(jì)算 參考表及頂出缸的尺寸，對(duì)頂出缸各工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知頂出缸的頂出速度為0.06m/s，快退速度為0.1m/s，頂出缸內(nèi)徑為110mm，活塞桿直徑為80mm，代入公式（*），即得：頂出時(shí)：快退時(shí)： 三液壓泵額定壓力、流量計(jì)算及泵的規(guī)格選擇1）泵工作壓力確定實(shí)際工作過程中，液壓油在進(jìn)油路中有一定的壓力損失，因此在計(jì)算泵的工作時(shí)必須考慮壓力損失。泵的工作壓力計(jì)算公式為：本液壓機(jī)執(zhí)行部件的最大工作壓力P1=25MPa，進(jìn)油路中的壓力損失，取=0.5MPa。代入公式可求得泵的工作壓力。即： 2.液壓泵最大流量計(jì)算通過對(duì)液壓缸所需流量的計(jì)算，以及各自的運(yùn)動(dòng)循環(huán)原理，泵的最大流量可由公式計(jì)算得到。 將參數(shù)代入公式中，即： 3.液壓泵規(guī)格選擇查液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，根據(jù)Pp，選取液壓泵的型號(hào)為：25YCY14-1B?；緟?shù)如下：排量：63mm/r ；額定壓力：32MPa ；額定轉(zhuǎn)速：1500r/min ；容積效率：92% ；驅(qū)動(dòng)功率59.2KN，泵的流量驗(yàn)算： 由液壓泵的基本參數(shù)可知泵每分鐘排量q=63ml/r1500r/min=94.5L/min，而泵實(shí)際所需的最大流量 =90.792 L/min，液壓機(jī)可以實(shí)現(xiàn)快進(jìn)- 12 -重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文） 載荷組成和計(jì)算 - 13 -重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文） 液壓系統(tǒng)原理圖擬定 四液壓系統(tǒng)原理圖擬定 1.液壓系統(tǒng)供油方式液壓機(jī)工進(jìn)時(shí)負(fù)載大，運(yùn)動(dòng)速度慢，快進(jìn)、快退時(shí)的負(fù)載相對(duì)于工進(jìn)時(shí)要小很多，但是速度卻比工進(jìn)時(shí)要快。為了提高液壓機(jī)的工作效率，可以采用雙泵或變量泵供油的方式。綜合考慮，液壓機(jī)采用雙泵供油。2.基本回路的選擇（1）調(diào)壓回路調(diào)壓回路的功用是使液壓系統(tǒng)整體或部分的壓力保持恒定或不超過某個(gè)數(shù)值。在定量泵系統(tǒng)中，液壓泵的供油壓力可以通過溢流閥來調(diào)節(jié)。在變量泵系統(tǒng)中，用安全閥來限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載。若系統(tǒng)中需要兩種以上的壓力，則可采用多級(jí)調(diào)壓回路。液壓機(jī)采用二級(jí)調(diào)壓回路，如圖所示。二級(jí)調(diào)壓回路（2） 保壓回路由于液壓機(jī)主要進(jìn)行壓制工藝，所以在行程終止時(shí)要求有一段保持壓力的時(shí)間，這時(shí)就必須采用保壓回路。常用的保壓回路有利用液壓泵的保壓回路、利用蓄能器的保壓回路、自動(dòng)補(bǔ)油保壓回路。選用蓄能器保壓。（3） 泄壓回路液壓機(jī)由于保壓一段時(shí)間后，如果馬上進(jìn)行快退會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊。選液控單向閥進(jìn)行控制。 （4）速度換接回路液壓機(jī)加工零件的過程包括主缸的“快速下行、慢速加壓、保壓延時(shí)、快速返回及停止”，頂出缸的“頂出、返回及停止”。采用什么樣的方式進(jìn)行速度的安全、準(zhǔn)確換接是液壓機(jī)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。為了達(dá)到控制要求，液壓系統(tǒng)的速度換接通過行程開關(guān)控制。這種速度換接方式具有平穩(wěn)、可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、行程調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)，安裝也很容易。（4） 平衡回路平衡回路的功用，在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，不致因受負(fù)載重力作用而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)自行下落。選用單向順序閥的平衡回路。采用低壓齒輪泵來提供控制油壓，具有恒定的功率耗損。3.液壓機(jī)工作循環(huán)圖液壓機(jī)工作循環(huán)圖。液壓機(jī)工作循環(huán)圖液壓機(jī)工作循環(huán)如圖，滑塊在自重的作用下快速下行，碰到行程開關(guān)后由快進(jìn)變?yōu)楣みM(jìn)，隨后進(jìn)行加壓、保壓。保壓時(shí)間完成后，滑塊快速回程，直到回到原來的位置，停止運(yùn)動(dòng)；圖2.3表示頂出缸的工作循環(huán)過程，主缸快進(jìn)、工進(jìn)、保壓、退回停止后，頂出缸才運(yùn)動(dòng)，將工件頂出。4.液壓系統(tǒng)原理圖根據(jù)液壓機(jī)的動(dòng)作液壓系統(tǒng)原理圖。5.液壓系統(tǒng)控制過程分析系統(tǒng)的油源為主液壓泵1和輔助液壓泵2。主泵為高壓大流量壓力補(bǔ)償式恒功率變量泵，最高工作壓力為32MPa，由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥5設(shè)定；輔泵為低壓小流量定量泵，主要用作電液動(dòng)換向閥6及18的控制油源，其工作壓力由溢流閥3設(shè)定。系統(tǒng)的兩個(gè)執(zhí)行元件為主液壓缸16和定出液壓缸17，兩液壓缸的換向分別由電液動(dòng)換向閥6和18控制；帶卸荷閥芯的液控單向閥14用作充液閥，在主缸16快速下行時(shí)開啟使副油箱向主缸充液；液控單向閥9用于主缸16的快速下行通路和快速回程通路；背壓閥10為液壓缸慢速下行時(shí)提供背壓；單向閥13用于主缸16的保壓；閥11為帶阻尼孔的卸荷閥，用于主缸保壓結(jié)束后換向前主泵1的卸荷；壓力繼電器12用作保壓起始的發(fā)信裝置。1-主液壓泵 2-輔助液壓泵 3、4-溢流閥 5-遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 6、18-三位四通電液換向閥 7壓力表 8-二位四通電磁換向閥 9、14-液控單向閥 10-背壓閥 11-卸荷閥（帶阻尼孔） 12-壓力繼電器 13-單向閥15-蓄能器 16-主液壓缸 17-頂出缸 19-濾油器液壓系統(tǒng)原理圖6.液壓機(jī)執(zhí)行部件動(dòng)作過程分析 液壓機(jī)主缸、頂出缸工作循環(huán)過程分析如下： （1）主缸工作循環(huán)分析 1）快速下行 2）慢速接近工件、加壓 3）保壓 4）泄壓、快速回程 5）停止 （2）頂出缸工作循環(huán)分析 1）頂出 2）退回 電磁鐵動(dòng)作順序如表.五電動(dòng)機(jī)的選擇液壓機(jī)的執(zhí)行件有兩個(gè)，即：主缸和頂出缸。主缸和頂出缸各自工況的快進(jìn)、工進(jìn)、回程速度又不盡相同，這樣對(duì)功率的消耗也不同。電動(dòng)機(jī)額定功率的確定必須根據(jù)消耗功率最大的工況來確定，因此要分別計(jì)算主缸、頂出缸各工況消耗的功率。功率計(jì)算公式如下：P= 1.主缸各工況功率計(jì)算1） 快進(jìn)功率主缸滑塊快進(jìn)時(shí)，在自重作用下速度比較快，而液壓泵此時(shí)的輸出油量不能滿足滑塊的快速下行。快進(jìn)時(shí)的負(fù)載很小，只有活塞與缸筒、導(dǎo)柱與滑塊之間的摩擦負(fù)載，這樣泵的出口壓力也很小，消耗的功率不會(huì)很大。2） 工進(jìn)功率由主缸負(fù)載循環(huán)圖可知，工進(jìn)時(shí)主缸最大負(fù)載為10000KN，無桿腔面積 ，進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa，則液壓泵的壓力Pp由公式計(jì)算。 即：將 =7.536L/min、 =0.7代入公式中，求得工進(jìn)功率為： 3）快退功率由圖3.2可知，快退負(fù)載為580kN,取進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa，代入公式，求得泵的壓力。 將 =29.424L/min、=0.7代入公式中，求得快退功率即為： 2.頂出缸各工況功率計(jì)算1）頂出功率由頂出缸負(fù)載循環(huán)圖可知，頂出時(shí)主缸最大負(fù)載為320KN，無桿腔面積進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa，那么液壓泵的壓力Pp可由公式計(jì)算。即： 將=3.4194L/min、 =0.7代入公式中，求得工進(jìn)功率即為： 2）回程功率頂出缸回程時(shí)，負(fù)載只有活塞與缸筒間的摩擦負(fù)載。負(fù)載大小應(yīng)該比頂出時(shí)的負(fù)載要小很多，這樣回程消耗的功率也比頂出時(shí)消耗的功率要小，因此，回程功率計(jì)算從略。3.電動(dòng)機(jī)額定功率及型號(hào)的確定電動(dòng)機(jī)額定功率的確定，應(yīng)依據(jù)消耗功率最大的工況。比較主缸、頂出缸各工況所需要的功率，主缸快退時(shí)的功率最大，為5.68KW。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M-4。其它技術(shù)參數(shù)為：額定功率：7.5KW ；滿載轉(zhuǎn)速：1440r/min - 18 -重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文） 電 動(dòng) 機(jī) 的 選 擇 五閥類元件及輔助元件的選擇1. 對(duì)液壓閥的基本要求：(1). 動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小。油液流過時(shí)壓力損失小。(2) . 密封性能好。結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便，通用性大。2. 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件及輔助元件型號(hào)和規(guī)格 主要依據(jù)是根據(jù)該閥在系統(tǒng)工作的最大工作壓力和通過該閥的實(shí)際流量，其他還需考慮閥的動(dòng)作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等條件來選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類的規(guī)格： 序號(hào)元件名稱估計(jì)通過流量型號(hào)規(guī)格1斜盤式柱塞泵156.863SCY141B32Mpa，驅(qū)動(dòng)功率59.2KN2WU網(wǎng)式濾油器160WU-160*18040通徑，壓力損失0.01MPa3直動(dòng)式溢流閥120DBT1/315G2410通徑，32Mpa，板式聯(lián)接4背壓閥80YF3-10B10通徑，21Mpa，板式聯(lián)接5二位二通手動(dòng)電磁閥8022EF3-E10B6三位四通電磁閥10034DO-B10H-T10通徑，壓力31.5MPa7液控單向閥80YAF3-E610B32通徑，32MPa8節(jié)流閥80QFF3-E10B10通徑，16MPa9節(jié)流閥80QFF3-E10B10通徑，16MPa10二位二通電磁閥3022EF3B-E10B6通徑，壓力20 MPa11壓力繼電器DP1-63B8通徑，10.5-35 MPa12壓力表開關(guān)KFL830E32Mpa，6測(cè)點(diǎn)13油箱14液控單向閥YAF3-E610B32通徑，32MPa15上液壓缸16下液壓缸17單向節(jié)流閥48ALF3E10B10通徑，16MPa18單向單向閥48ALF3E10B10通徑，16MPa19三位四通電磁換向閥2534DO-B10H-T20減壓閥40JF3-10B六液壓油管設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)中裝置中，常用的液壓油管有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。鋼管承受的壓力高，彎曲半徑不能太小，彎制時(shí)比較困難。對(duì)于高壓系統(tǒng)液壓油管一般選用無縫鋼管；紫銅管承受的工作壓力一般在6.310MPa18。紫銅管加熱軟化后可進(jìn)行彎曲，比鋼管容易彎制，價(jià)格昂貴，抗振性較弱；尼龍管主要用于低壓系統(tǒng)；塑料管承受的工作壓力比較小，一般用于液壓系統(tǒng)的回油路中；膠管有高壓管和低壓管兩種，而者的區(qū)別在于骨架組成不同。高壓膠管是鋼絲編制體或鋼絲纏繞為骨架，可用于較高的油路中。低壓膠管的組成骨架是麻線或棉線編制體，多用于壓力較低的油路中。通過液壓機(jī)主缸、頂出缸工作壓力的計(jì)算可知，主缸的最大工作壓力約為25.5MPa,頂出缸的工作壓力約為12.5MPa。查液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，主缸工作壓力較高，油管選用無縫鋼管，頂出缸油路油管選用高壓膠管。油管的內(nèi)徑可由公式求得 進(jìn)油油管內(nèi)徑確定：主缸快進(jìn)所需流量=75.36 L/min，而泵的額定流量q=94.5L/min,取油管允許流速=4m/s，代入公式，即： 圓整后，查液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，取壁厚=3mm。回油油管內(nèi)徑確定：主缸快退所需流量， 圓整后，查液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)明手冊(cè)，取，壁厚=2mm。2.管道壁厚的計(jì)算 我們選鋼管的材料為45#鋼，由此可得材料的抗拉強(qiáng)度=600MPa; (1). 液壓泵壓油管道的壁厚 (2). 液壓泵回油管道的壁厚 所以所選管道適用。3.頂出缸液壓油管內(nèi)徑計(jì)算進(jìn)油油管內(nèi)徑確定：頂出缸頂出所需流量=3. 4194L/min，取油管允許流速=4m/s，代入公式即： 圓整后，查液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)明手冊(cè) ，取?；赜陀凸軆?nèi)徑確定：頂出缸回程所需流量=5.699L/min，取油管允許流速=4m/s，代入公式，即： 圓整后，查液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，取。- 21 -重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文） 液壓油箱容積確定 - 22 -重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文） 液壓油管設(shè)計(jì) 根據(jù)上述的參數(shù)可以得到：我們選鋼管的材料為45#鋼，由此可得材料的抗拉強(qiáng)度=600MPa; (1). 液壓泵壓油管道的壁厚 (2). 液壓泵回油管道的壁厚 所以所選管道適用。七液壓油箱有效容積的確定液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量可概略地確定為： 系統(tǒng)類型低壓系統(tǒng)（）中壓系統(tǒng)（）中高壓或大功率系統(tǒng)（）2457612根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要，選擇的，所以此系統(tǒng)屬于中高壓系統(tǒng)，所以?。?即： 取 應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會(huì)因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過液壓油箱高度的80%。所以，實(shí)際油箱的體積為：4.10.1液壓系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算雙柱液壓機(jī)執(zhí)行部件有主缸和頂出缸，主缸的進(jìn)、回油管直徑分別為：20mm、14mm；頂出缸的進(jìn)、回油管直徑分別為6mm、5mm。液壓油選用L-HL32液壓油，15時(shí)該油液的運(yùn)動(dòng)粘度,油液密度。（1）主缸各工況時(shí)的壓力損失驗(yàn)算1）工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路、回油路的壓力損失工進(jìn)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件最大速度為0.1m/s，工進(jìn)時(shí)最大流量為75.36 L/min，則液壓油在油管中的流速為： 管道流動(dòng)雷諾數(shù)為 2300，油液在管道內(nèi)流動(dòng)為層流，沿程阻力系數(shù) 。進(jìn)油管長(zhǎng)度為8m，沿程壓力損失為： 閥的壓力損失；那么進(jìn)油路總的壓力損失為：=+= 工進(jìn)時(shí)回油管的最大流量為：回油管中液壓油的流速為： 管道流動(dòng)雷諾數(shù)為 2300，油液在管道內(nèi)流動(dòng)為層流，沿程阻力系數(shù) 進(jìn)油管長(zhǎng)度為6m，沿程壓力損失為： 閥的壓力損失；調(diào)速閥壓力損失；那么回油路總的壓力損失為：=+=泵的出口壓力為：2）快進(jìn)、快退時(shí)的壓力損失主缸快進(jìn)時(shí)，泵口的壓力很??；快退時(shí)的負(fù)載為580kN，與工進(jìn)時(shí)的負(fù)載10000kN相比要小，這樣回路中的壓力損失比工進(jìn)時(shí)要小，泵的出口壓力也比工進(jìn)時(shí)小，具體驗(yàn)算過程從略。（2）頂出缸各工況時(shí)的壓力損失驗(yàn)算1）工件頂出時(shí)進(jìn)油路、回油路的壓力損失頂出缸頂出速度為0.06m/s，需要的最大流量為3.4194L/min，進(jìn)油管直徑D=5mm，則液壓油在油管中的流速為： 管道流動(dòng)雷諾數(shù)為 進(jìn)油管長(zhǎng)度為6m，沿程壓力損失為： 閥的壓力損失；那么進(jìn)油路總的壓力損失為： 回油管直徑D=6mm，工進(jìn)時(shí)回油管的最大流量為：回油管中液壓油的流速為：管道流動(dòng)雷諾數(shù)為2300，油液在管道內(nèi)流動(dòng)為層流，沿程阻力系數(shù)閥的壓力損失；調(diào)速閥壓力損失；那么回油路總的壓力損失為： 泵的出口壓力為： 2）快進(jìn)、快退時(shí)的壓力損失頂出缸回程時(shí)只有摩擦負(fù)載存在，比頂出負(fù)載320kN要小，因此回程時(shí)液壓泵口的壓力比頂出時(shí)要小，具體驗(yàn)算過程從略。通過對(duì)主缸、頂出缸各工況的壓力損失驗(yàn)算可知，液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)及元件參數(shù)選擇滿足要求。8 液壓系統(tǒng)溫升和沖擊力的驗(yàn)算1.液壓系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算對(duì)液壓機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)溫升驗(yàn)算，只要驗(yàn)算發(fā)熱量最大的那個(gè)工況就可行。液壓缸各工況輸入功率前面計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率時(shí)已經(jīng)計(jì)算出，現(xiàn)在只要計(jì)算液壓缸各工況的輸出功率。主缸工進(jìn)時(shí)輸入、輸出功率分別為：=1.438kw =10kN0.01m/s=0.1kw 工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)發(fā)熱功率Phr =-=1.438-0.1=1.338kw主缸快退時(shí)輸入、輸出功率分別為：=6.70kw=580kN0.004m/s=2.32kw快退時(shí)系統(tǒng)發(fā)熱功率Phr =-=6.70-2.32=4.38kw頂出缸的工況壓力比主缸小，系統(tǒng)的溫升功率不會(huì)超過主缸的溫升功率，這里就不對(duì)頂出缸溫升功率進(jìn)行具體計(jì)算了。通過計(jì)算可知，主缸的最大發(fā)熱功率為1.78kw。系統(tǒng)溫升計(jì)算公式如下： 油箱的散熱面積A的計(jì)算公式為： 即：將=5.5kw ；=10代入公式,求系統(tǒng)溫升，即： 根據(jù)散熱要求計(jì)算油箱容量最大溫差T是在初步確定油箱容積的情況下，驗(yàn)算其散熱面積是否滿足要求。當(dāng)系統(tǒng)的發(fā)熱量求出后，可根據(jù)散熱要求確定油箱的容量由T公式可得油箱的散熱面積為如不考慮散熱，上式可簡(jiǎn)化為：考慮散熱，代入數(shù)據(jù)，可求得A1=15.6則下圖油箱的有效體積和散熱面積分別為有前面得：a=1.2m，b=1.4m，h=2.5m代入得：V=2.016，A1=18.815.6h0.8hab故，油箱尺寸選為2.4 mX1.5mX1.2m，滿足長(zhǎng)a：寬b：高h(yuǎn)=1:1:13:2:1的要求。2.計(jì)算液壓系統(tǒng)沖擊壓力沖擊壓力是由于管道液流速度急劇改變而形成的。例如液壓執(zhí)行元件在高速運(yùn)動(dòng)中突然停止，換向閥的迅速開啟和關(guān)閉，都會(huì)產(chǎn)生高于靜態(tài)值的沖擊壓力。它不僅伴隨產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，而且會(huì)因過高的沖擊壓力而使管路、液壓元件遭到破壞。對(duì)系統(tǒng)影響較大的壓力沖擊常為以下兩種形式：（1）當(dāng)迅速打開或關(guān)閉液流通路時(shí)，在系統(tǒng)中產(chǎn)生的沖擊壓力。直接沖擊（即t）時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值若不考慮粘性和管徑變化的影響，沖擊波在管內(nèi)的傳播速度 代入數(shù)據(jù)，可求得：=839m/s，故=由前面得：v=1.07m/s代入數(shù)據(jù)，可求得直接沖擊時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值：P1=0.88MPa取關(guān)閉管道的時(shí)間為0.5s，則間接沖擊時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值可忽略不計(jì)。（2）急劇改變液壓缸運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，由于液體及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性作用而引起的壓力沖擊，其壓力的增大值為 計(jì)算出沖擊壓力后，此壓力與管道的靜態(tài)壓力之和即為此時(shí)管道的實(shí)際壓力，即P=P1+P2+P3=2.458MPa實(shí)際壓力若比初始設(shè)計(jì)壓力小，校核了相應(yīng)部位管道的強(qiáng)度及閥件的承壓能力，故滿足。- 29 -重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文） 液壓系統(tǒng)溫升和沖擊力的驗(yàn)算- 30 -重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)