畢業(yè)設(shè)計(論文)液壓拉伸機

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要本機器適用于一般金屬拉伸、粉末冶金拉伸、可塑型材料的拉伸工藝。它由主機及控制機構(gòu)兩大部分組成，通過管路及電氣裝置聯(lián)系起來構(gòu)成一整體。主機部分包括機身，主缸，頂出缸及充液裝置等組成。控制機構(gòu)包括動力機構(gòu)，上下限程裝置，管路及電氣箱等部分組成。其液壓系統(tǒng)由能源轉(zhuǎn)換裝置（泵和油缸），能量調(diào)節(jié)裝置（各種閥）以及能量輸送裝置（油箱，充液油箱，管路）等組成。本機器的工作壓力，壓制速度，空載快速下行和減速的行程范圍均可根據(jù)工藝需要進行調(diào)整，并能完成頂出工藝，不帶頂出工藝，拉伸工藝三種工藝方式。本機器主機呈長方形，外型新穎美觀，動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，動作靈敏可靠，并可實現(xiàn)調(diào)整，手動及半自

2、動三種操作方式。整機均提供了典型的工藝動作即上滑塊快速下行、慢速加壓、保壓延時、快速回程與停止。下缸活塞頂出、退回或浮動壓邊下行、停止、頂出。由于增設(shè)了下缸活塞浮動壓邊下行的工藝動作，就可利用頂出缸做液壓墊，利用倒拉伸工藝實現(xiàn)金屬薄板拉神成型的工藝要求。關(guān)鍵詞 液壓缸；液壓系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)AbstractThe machinery for general suppression of metal plastic, powder metallurgy suppression, plastic materials can suppress the process. It consists of ho

3、st and control most of the two institutions, through pipelines and installations linked to constitute a whole. Including the host part of the fuselage, the main tank, a tank top and liquid-filled devices, and other components. Control agencies, including force, the maximum and minimum levels-devices

4、, pipes and electrical boxes and other components. Its hydraulic system by the energy conversion devices (pumps and fuel tanks), energy-conditioning (all valve) and energy transmission devices (fuel tank, liquid-filled tank, piping) composed. The machines work pressure, the suppression of speed, no-

5、load fast and slow down the scope of the itinerary can be adjusted in accordance with the need for technology and top-out process can be completed, without a roof process, drawing process of three ways. The host was rectangular machines, new aesthetic appearance, the power system used cartridge valv

6、e, the structure is simple, compact, sensitive and reliable action, and to achieve adjustment, the three semi-automatic and manual mode of operation.offer of a typical action that is rapidly descending on the slider, slow pressure, Bao calendar, with the rapid return to stop. The cylinder piston to

7、the top, back-pressure or floating down, stop, to the top. As provided under the pressure cylinder piston floating down the side of action, we can make use of hydraulic cylinders to the top pad, using inverted drawing process to achieve sheet metal forming the pull of God demands.Keywords hydraulic

8、cylinder; hydraulic system; electric system目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 背景11.2 液壓拉伸機的發(fā)展狀況及趨勢11.3液壓拉伸機的研究意義21.4液壓拉伸機的研究內(nèi)容2第2章 液壓拉伸機總體設(shè)計32.1 液壓拉伸機主要設(shè)計參數(shù)32.2 液壓拉伸機工作原理的分析32.2.1 液壓拉伸機的基本組成32.2.2 液壓拉伸機的工作原理42.3 液壓拉伸機工藝方案設(shè)計52.4 液壓拉伸機總體布局方案設(shè)計52.5 液壓拉伸機零部件的設(shè)計62.5.1 主機載荷的分析62.5.2 導(dǎo)柱的設(shè)計72.5.3 橫梁設(shè)計82.5.4 主機工作臺的設(shè)計

9、102.5.5 控制臺的設(shè)計10第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計123.1 概述123.2 液壓系統(tǒng)的工況分析123.2.1負載分析及繪制負載圖和速度圖133.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖163.4 液壓系統(tǒng)基本參數(shù)的計算。203.4.1 液壓缸基本尺寸計算203.4.2 繪制工況圖223.4.3 元件的選擇233.5 液壓系統(tǒng)零部件的設(shè)計253.5.1 液壓拉伸機主缸設(shè)計253.5.2 液壓拉伸機頂出缸設(shè)計293.5.3 液壓油管的設(shè)計313.5.4 油箱的設(shè)計343.6 液壓系統(tǒng)的檢驗353.6.1 管路系統(tǒng)壓力損失的計算353.6.2 流動類型363.6.3局部壓力損失363.6.4 沿程壓力損失383

10、.6.5 管道總壓力損失393.7 系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算39第4章 電氣系統(tǒng)設(shè)計414.1 電氣控制概述414.2 電氣控制方案設(shè)計414.2.1 電氣控制方式選擇414.2.2 電氣控制要求與總體控制方案414.3 電氣控制電路設(shè)計424.3.1繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計424.3.2動作分析424.3.3 選擇電氣元件45總結(jié)47致謝48參考文獻49附錄51-59-第1章 緒論1.1 背景從公元前200多年前到17世紀初，包括希臘人發(fā)明的螺旋提水工具和中國出現(xiàn)的水輪機等，可以說是液壓技術(shù)最古老的應(yīng)用。然而，液壓傳動直到20世紀30年代才真正得到推廣應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)

11、需要反應(yīng)快、精度高、功率大的液壓傳動裝置而推動了也液壓技術(shù)的發(fā)展,戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，在機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等行行業(yè)逐步得到推廣。當前液壓技術(shù)正向著高速、高壓、大功率、高效率、低噪音、長壽命、高度集成化、復(fù)合化、數(shù)字化、小型化、輕量化等方向發(fā)展；同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算輔助測試（CAT）、計算機直接控制（CDC）、機電一體化技術(shù)、計算機訪真和優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、可靠性技術(shù)、基于綠色制造的水介質(zhì)傳動技術(shù)以及污染控制方面，也是當前液壓技術(shù)發(fā)展和研究的方向。目前，我國已形成門類齊全的標準化、系列化、通用化液壓元件系列產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)特別是控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動與

12、控制技術(shù)將得到進一步發(fā)展，應(yīng)用將更加廣泛1。1.2 液壓拉伸機的發(fā)展狀況及趨勢液壓機的發(fā)展最主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)飛速發(fā)展為改進液壓機的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了前提條件。相比之下，國內(nèi)機型雖然種類齊全，但技術(shù)含量相對比較低，缺乏高檔機型，這與機電一體化和中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢不相適應(yīng)。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，國內(nèi)外都趨向于集成化、封閉式設(shè)計。插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。在安全性方面，國外某些采用微處理器控制的高性能液壓機利用軟件進行故障的檢測和維修，產(chǎn)品可實現(xiàn)負載檢測、自動模具保護和錯誤診斷等功能。4。液壓拉伸機的發(fā)展趨勢可分為：自動化

13、，智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機的自動化和智能化提供了充分的條件。高速化，高效化，低能耗。提高液壓機的工作效率，降低生產(chǎn)成本。液壓元件集成化，標準化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管理連接，有效地防止泄漏和污染。標準化的元件為機器的維修帶來了方便。在環(huán)保、節(jié)能方面，今后在液壓機的設(shè)計及制造中應(yīng)引起各制造企業(yè)的足夠重視。1.3 液壓拉伸機的研究意義液壓傳動與其它傳動相比有以下特點：1.在同等體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出產(chǎn)生更大的動力，換句話說，在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。2. 液壓裝置工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向。3. 液壓裝置容易做到對速度的無級調(diào)速，而且調(diào)速

14、范圍大，并且對速度的調(diào)節(jié)還可以在工作過程中進行。4.液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護，能實現(xiàn)自潤滑，使用壽命長。5.液壓裝置易于實現(xiàn)自動化，可以很方便地對液體的流動，壓力和流量進行調(diào)節(jié)和控制。1.4 液壓拉伸機的研究內(nèi)容液壓拉伸機的設(shè)計是由加工對象和工件的工藝要求決定的。在整個設(shè)計過程首先應(yīng)詳細分析壓制工件對各執(zhí)行機構(gòu)的動作（包括壓力、速度、相對位置關(guān)系），工作空間和裝卸料要求等。并根據(jù)加工的實際條件，參考液壓機設(shè)計的一些典型結(jié)構(gòu)和對搜集的同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能等參考資料進行分析比較，確定總體設(shè)計方案，然后對主要零部件及核算檢驗7。在液壓拉伸機設(shè)計過程中，我們需要解決的問題有如下幾點：1分析壓制工藝過程對設(shè)

15、計機器的要求，確定主要技術(shù)規(guī)格和動作線圖。2總體設(shè)計方案的確定。3主要零部件強度和剛度計算。4液壓系統(tǒng)設(shè)計。5電氣系統(tǒng)設(shè)計。6現(xiàn)場服務(wù)。本設(shè)計主要解決液壓缸、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的設(shè)計8。第2章 液壓拉伸機總體設(shè)計2.1 液壓拉伸機主要設(shè)計參數(shù)（1）擬設(shè)計的四柱液壓機主要技術(shù)參數(shù)見表2.1表2.1 液壓機技術(shù)參數(shù)參 數(shù)參 數(shù) 項400KN公稱力（最大負載）25MPa工進時液體最大工作壓力120KN主缸回程力80KN頂出缸頂出力500mm主缸滑塊行程250mm頂出活塞行程0.04m/s主缸滑塊快進速度0.01m/s主缸滑塊工進最大速度0.04m/s主缸快退速度0.05m/s頂出活塞頂出速度0.08

16、m/s頂出活塞退回速度（2）四柱液壓拉伸機的主要功能通過液壓傳動系統(tǒng)傳遞動力，完成零件的壓力成型加工。（3）四柱液壓拉伸機的適用范圍液壓拉伸機主要用于冷擠、校直、彎曲、沖裁、拉伸、粉末冶金、翻邊、壓裝等成型工藝。2.2 液壓拉伸機工作原理的分析2.2.1 液壓拉伸機的基本組成四柱液壓拉伸機主要由主機、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三部分組成。 其中主機包括工作臺、導(dǎo)柱、滑塊、上缸、頂出缸等結(jié)構(gòu)；液壓系統(tǒng)由控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、動力裝置、工作介質(zhì)等組成；電氣控制控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)、電器控制柜等組成。2.2.2 液壓拉伸機的工作原理（1）四柱液壓機工作原理分析四柱液壓

17、機的動作順序通過電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)控制，控制順序框圖如圖2.1。 圖2.1液壓拉伸機控制順序圖從上面的控制順序框圖可以看出，液壓機的工作原理由電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)再控制主機工作，主機動作觸及行程開關(guān)，將信號反饋給電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)循環(huán)控制。（2）四柱液壓拉伸機工作循環(huán)分析四柱液壓拉伸機工作循環(huán)如圖2.2所示。四柱液壓拉伸機工作循環(huán)如圖2.2（a），滑塊在自重的作用下快速下行，碰到行程開關(guān)后由快進變?yōu)楣みM，隨后進行加壓、保壓。保壓時間完成后，滑塊快速回程，直到回到原來的位置，停止運動；圖2.2（b）表示頂出缸的工作循環(huán)過程，主缸快進、工進、保壓、退回停止后，頂出缸才運動，將工件

18、頂出。圖2.2 四柱液壓機工作循環(huán)圖2.3 液壓拉伸機工藝方案設(shè)計（1）控制方式的選擇采用液壓系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)相結(jié)合的控制方式。具有調(diào)整、手動、半自動三種工作方式，可實現(xiàn)定壓、定程兩種加工工藝；（2）液壓系統(tǒng)：液壓油路采用封閉式回路，供油方式選用變量泵供油，針對液壓機快進時供油不足以及工進時的高壓特性，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有補油和卸壓裝置；（3）電氣控制：采用繼電器、行程開關(guān)、接觸器、手動按鈕等元件進行手動、半自動控制；（4）主機：主機結(jié)構(gòu)形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和頂出缸為執(zhí)行元件。2.4 液壓拉伸機總體布局方案設(shè)計1-主機 2-液壓油管 3-控制臺4-插裝閥 5-液壓泵裝置 6-液壓油箱 7-電氣

19、控制柜圖2.4 四柱液壓機總體布局簡圖圖2.4為液壓機整體布局簡圖，分為三個部分，即：主機、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的所有部件都集中安裝在液壓油箱上，使液壓站布局結(jié)構(gòu)變得緊湊。電氣控制元件集中設(shè)計在電氣柜中。啟動、停止、快進、頂出、調(diào)整、等控制按鈕設(shè)置在控制臺上，方便及時操作。2.5 液壓拉伸機零部件的設(shè)計2.5.1 主機載荷的分析液壓結(jié)構(gòu)形式為三梁四柱式，工進加壓的負載作用在橫梁和導(dǎo)柱上，受載時橫梁受壓，導(dǎo)柱受拉，受力如圖2.5所示F-負載 T-導(dǎo)柱拉力圖2.5 橫梁、導(dǎo)柱受力圖2.5.2 導(dǎo)柱的設(shè)計材料選擇：導(dǎo)柱在工作過程中主要承受拉力，材料必須具備較高的抗拉強度。導(dǎo)柱材料選擇45

20、圓鋼，也可選用鍛件形式。熱處理要求：導(dǎo)柱除了承受拉力之外，外圓柱表面與滑塊之間還存在摩擦力。為了減少導(dǎo)柱表面的磨損，通過表面熱處理提高表面硬度增加表面耐摩性?？偟臒崽幚砉に嚍檎{(diào)質(zhì)和表面淬火。理論設(shè)計計算：液壓機的最大負載約為400kN，通過力傳遞后，最后由四根導(dǎo)柱承受400kN的拉力，作用在每根導(dǎo)柱上的拉力為100kN。由許用拉應(yīng)力公式(2.1)，可計算導(dǎo)柱的安全直徑D。 (2.1)式中：許用應(yīng)力；取45鋼=80100MPa；F軸向拉力；A橫截面積。即： D=4F=4×0.1×1063.14×80×106=0.039m圓整后取導(dǎo)柱直徑D=40mm，為了防

21、止四根導(dǎo)柱因瞬間的受力不均而被破壞，導(dǎo)柱直徑可適當加大，取D=60mm。2.5.3 橫梁設(shè)計材料選擇：橫梁工作時的受力為彎曲力，材料應(yīng)具有一定的抗彎強度。選用45鋼，毛坯采用鍛件。熱處理要求：橫梁進行調(diào)質(zhì)處理。理論計算校核：橫梁受力可以簡化為簡直梁,中間受載的情形，如圖2.6所示。圖2.6 橫梁滑塊受力簡圖初步確定橫梁的長、寬、高尺寸分別為1500、1235、575mm，截面為矩形。即：在負載作用下的剪力和彎矩如圖2.7所示。圖2.7 (a) 剪力圖 (b) 彎矩圖由彎矩圖2.7(b)可知，橫梁C點11截面彎矩最大，該截面是危險截面。為了保證橫梁能夠正常工作，必須對該截面進行強度校核。正應(yīng)力計

22、算公式為： (2.2)式中：最大彎曲正應(yīng)力；最大彎矩；抗彎截面系數(shù)()。矩形截面抗彎系數(shù)W計算公式為： (2.3)式中：矩形截面的寬；矩形截面的高。即：45鋼的彎曲許用應(yīng)力=100MPa，而橫梁的最大彎曲應(yīng)力=8.1MPa，遠小于材料的許用應(yīng)力，經(jīng)過校核，設(shè)計尺寸滿足要求。2.5.4 主機工作臺的設(shè)計液壓機工作臺主要受壓，由于工作臺不是很高，剛度要求可以滿足，因此在設(shè)計計算時只要進行抗壓強度的校核即可，校核過程從略。材料選擇：工作臺主要受壓，材料選用鑄鋼45。工藝要求： 機械加工時，工作臺表面做成T形槽，如圖3.8所示。圖2.8 工作臺T形槽2.5.5 控制臺的設(shè)計材料選擇：控制臺主要用于安裝

23、控制按鈕，不承受動載荷，強度要求不是很高，滿足使用要求即可，材料選用Q235A。加工工藝：控制臺的制作加工采用焊接方式完成。外形設(shè)計：控制臺外形尺寸設(shè)計應(yīng)考慮操作方便。外形簡圖如圖2.9所示。1-控制按鈕 2-控制面板 3-控制臺底座圖2.9 液壓拉伸機控制臺外形簡圖第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計3.1 概述液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整個機器設(shè)計中的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機器的用途、特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，在經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。液壓系統(tǒng)的主要組成液壓傳動系統(tǒng)主要是由以下五個部分組成：1.能源裝置：把機械

24、能轉(zhuǎn)換成流體壓力能的裝置。常見的是液壓泵或空氣壓縮機，給系統(tǒng)提供壓力油或壓縮空氣。2.執(zhí)行元件：把流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能輸出的裝置。它可以是做直線運動的液壓缸或氣缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達或氣壓馬達。3.控制元件：對系統(tǒng)中流體壓力、流量和流動方向進行控制或調(diào)節(jié)的裝置，以及進行信號轉(zhuǎn)換、邏輯運算和放大等功能的信號控制元件。如溢流閥、流量控制閥、換向閥等。4.輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作所需要的上述三種以外的裝置。如油箱、過濾器、分水過濾器、消聲器、管件等。5.工作介質(zhì)：工作介質(zhì)是指傳動液體或傳動氣體，在液壓傳動系統(tǒng)中通常稱為液壓油液，在氣壓傳動系統(tǒng)中通常指壓縮空氣。3.2 液壓系統(tǒng)的工況分

25、析對液壓系統(tǒng)的工作要求以及工況分析是設(shè)計液壓系統(tǒng)的根據(jù)。首先必須對機器的結(jié)構(gòu)、工作情況、工藝要求、技術(shù)特性進行充分的了解并進行詳細的分析。應(yīng)確定以下幾個問題：1. 明確哪些機構(gòu)的運動需要用液壓傳動來完成。2. 明確液壓系統(tǒng)應(yīng)具備的主要性能。包括根據(jù)工作情況確定的最大負載、力或力矩、工作行程、速度或轉(zhuǎn)速、調(diào)速范圍以及對運動的平穩(wěn)性、動作精度和效率的要求等。3. 明確各運動的工作順序或自動工作循環(huán)。最好做出機器各機構(gòu)的工作順序或自動工作循環(huán)的圖表，并注意到各運動之間存在的聯(lián)鎖作用。4. 明確液壓系統(tǒng)工作條件和環(huán)境條件。周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度大小、風砂與塵埃情況、外界沖擊振動等;防火與防爆等方面的

26、要求。5. 明確經(jīng)濟性與成本等方面的要求。3.2.1負載分析及繪制負載圖和速度圖液壓拉伸機啟動時，主缸上腔充油主缸快速下行，慣性負載隨之產(chǎn)生。此外，還存在靜摩擦力、動摩擦力負載。由于滑塊不是正壓在導(dǎo)柱上，不會產(chǎn)生正壓力，因而滑塊在運動過程中所產(chǎn)生的摩擦力會遠遠小于工作負載，計算最大負載時可以忽略不計。液壓機的最大負載為工進時的工作負載。通過各工礦的負載分析，液壓機主缸所受外負載包括工作負載、慣性負載、摩擦阻力負載，即：F=Fw+Ff+Fa 3.1式中：F 液壓缸所受外負載；Fw 工作負載；Ff 滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸筒之間的摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力負載，啟動后為動摩擦力負載；Fa 運動執(zhí)

27、行部件速度變化時的慣性負載。（1）慣性負載Fa計算計算公式：Fa= 3.2式中：G 運動部件重量；g 重力加速度9.8m/；時間內(nèi)的速度變化量；加速或減速時間，一般情況取=0.010.5s。查閱相同型號的四柱液壓機資料，初步估算橫梁滑塊的重量為9.8KN。由液壓機所給設(shè)計參數(shù)可及：=0.04m/s ，取=0.02s，代入公式2.2中。即：Fa =9800×0.049.8×0.2 =200N（2）摩擦負載Ff計算滑塊啟動時產(chǎn)生靜摩擦負載，啟動過后產(chǎn)生動摩擦負載。通過所有作用在主缸上的負載可以看出，工作負載遠大于其它形式的負載.(靜摩擦系數(shù)取0.2;動摩擦系數(shù)取0.1)靜摩擦阻

28、力：Ff1 0.2G 1960N動摩擦阻力：Ff2 0.1G 980N（3）主缸負載F計算將上述參數(shù)Fa = 200N 、Fw = 400OOON代入公式3.1中。即：F = 400000 + 200 = 400200N（4）主缸負載循環(huán)圖 主缸負載循環(huán)圖 主缸速度循環(huán)圖主缸工作循環(huán)負載表工 作 循 環(huán)外 負 載啟 動F = Ff11960N加速快進F = Ff2+Fa Ff21180N980N工 進F = Ff2 + Fw400980N快速回程F = Ff2+G10780N（5）頂出缸負載分析主缸回程停止后，頂出缸下腔進油，活塞上行，這時會產(chǎn)生慣性、靜摩擦力、動摩擦力等負載。由于頂出缸工作時

29、的壓力遠小于主缸的工況壓力，而且質(zhì)量也比主缸滑塊小很多，慣性負載很小，計算時可以忽略不計；同理摩擦負載與頂出力相比也很小，也可不計；工件頂出時的工作負載比較大，計算頂出缸的最大工作負載時可以近似等于頂出力。將參數(shù)代入公式2.1計算頂出缸的最大負載。即：F = FW = 80000N主缸負載循環(huán)圖 主缸速度循環(huán)圖 主缸工作循環(huán)負載表工 作 循 環(huán)外 負 載啟 動F = F靜 + Fa忽略不計頂出缸頂出F = f 動 + Fw80KN快速退回F = f 動 + F背0.98 KN3.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖就是靈活運用各種基本回路和常用回路定出實現(xiàn)工作機構(gòu)要求的液壓系統(tǒng)工作原理圖，它擬訂液

30、壓原理是設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵,它對系統(tǒng)的性能及設(shè)計方案的合理性、經(jīng)濟性具有決定性的影響.對于擬訂系統(tǒng)原理圖一般包括兩項內(nèi)容:一是通過分析、對比選出合適的回路;二是把選出的基本回路進行有機組合,構(gòu)成完整的系統(tǒng)原理圖。擬定液壓系統(tǒng)原理圖時應(yīng)注意以下幾點：1. 去掉重復(fù)多余的元件，力求使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，同時要仔細斟酌，避免由于某個元件的去掉或并用而引起相互干擾。2. 增設(shè)安全裝置，確保設(shè)備及操作者的人身安全。3. 工作介質(zhì)的凈化必須予以足夠的重視。特別是比較精密、重要的設(shè)備，可以單設(shè)一套自循環(huán)的油液過濾系統(tǒng)。 4. 對于大型的貴重設(shè)備，為確保生產(chǎn)的連續(xù)性，在液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部位要加設(shè)必要的備用回路或備用元件。

31、擬定液壓系統(tǒng)原理圖的步驟:1確定執(zhí)行元件的形式 液壓傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件主要有液壓缸和液壓馬達,根據(jù)主機動作機構(gòu)的運動要求來具體選用哪種形式.要合理的選擇執(zhí)行元件,綜合考慮液-機-電各種傳動方式的相互配合,使所設(shè)計的液壓傳動系統(tǒng)更加簡單、高效、經(jīng)濟。 2確定回路類型 一般具有較大空間可以存放油箱且不另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)都采用開式回路:凡允許采用輔助泵進行補油并借此進行冷卻油交換來達到冷卻目的的系統(tǒng),都采用閉式回路.通常節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用開式回路,容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉式回路.表3-2開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較循環(huán)形式開 式閉 式適應(yīng)工況一般均可適應(yīng)，可向多個液壓執(zhí)行器供油限于要求換向平穩(wěn)，換向速度高的一

32、部分容積調(diào)速系統(tǒng)散 熱較方便，但油箱較大比較復(fù)雜，需用輔泵換油冷卻效率及管路損失一般用節(jié)流調(diào)速效率較低，管路損失較大用容積調(diào)速時，效率較高，管路損失較小其 他對泵的自吸性能要求高對泵的自吸性能要求低 3選擇合適回路在擬訂液壓原理圖時，應(yīng)根據(jù)各類主機的工作特點和性能要求，首先確定對主機主要性能起決定性影響的主要回路。具體做法有： （1）制訂調(diào)速控制方案根據(jù)執(zhí)行元件工況圖上壓力、流量和功率的大小以及系統(tǒng)對溫升、工作平穩(wěn)性等方面的要求選擇調(diào)速回路。 （2）制訂壓力控制方案選擇各種壓力控制回路時，應(yīng)仔細推敲各種回路在選用時所需注意的問題以及特點和適用場合。（3）制訂順序動作控制方案主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序

33、動作，根據(jù)設(shè)備類型的不同，有的按固定程序進行，有的則是隨機的或認為的。對于工程機械，操縱機構(gòu)多為手動；對于加工機械，各液壓執(zhí)行元件的順序動作多數(shù)采用行程控制，行程控制普遍采用行程開關(guān)控制，因其信號傳輸方便，而行程閥由于涉及油路的連接，只適用于管路安裝較緊湊的場合。 （4）編制整機的系統(tǒng)原理圖在擬訂主回路或輔助回路時，大體可按下列順序進行：先畫出驅(qū)動各個工作機構(gòu)的液壓執(zhí)行器運動換向的方向控制回路（裝設(shè)換向閥等）；定出實現(xiàn)執(zhí)行器速度大小的速度控制回路（裝設(shè)調(diào)速閥等）；定出實現(xiàn)執(zhí)行器力（力矩）要求的壓力控制回路；然后再按照實現(xiàn)各種順序動作和自動循環(huán)的控制原則；接入相應(yīng)的閥（順序閥等）或裝置（行程開關(guān)

34、等），最后接入起安全、保險和聯(lián)鎖作用的閥和裝置（壓力繼電器、壓力表等）以及各種輔件（過濾器、冷卻器、油箱等）。本液壓拉伸機的液壓原理圖如圖3-6所示其主油路為：進油路：液壓泵順序閥主缸換向閥單向閥3主缸上腔；回油路：主缸下腔液控單向閥2主缸換向閥下缸換向閥油箱。這時主缸活塞連同上滑塊在自重作用下快速下行，盡管泵已輸出最大流量，但主缸上腔仍因油液不足而形成負壓，吸開充液閥1，充液筒內(nèi)的油便補入主缸上腔。2. 主缸活塞慢速加壓 上滑塊快速下行接觸工作件后，主缸上腔壓力升高，充液閥1關(guān)閉，變量泵通過壓力反饋，輸出流量自動減小，此時上滑塊轉(zhuǎn)入慢速加壓。3. 主缸保壓延時 當系統(tǒng) 壓力升高到壓力繼電器的

35、調(diào)定值時，壓力繼電器發(fā)出信號使1YA斷電，先導(dǎo)閥和主缸換向閥恢復(fù)到中位。此時液壓泵通過換向閥中位卸荷，主缸上腔的高壓油被活塞密封環(huán)和單向閥所封閉，處于保壓狀態(tài)。接受電信號后的時間繼電器開始延時，保壓延時的時間可在024min內(nèi)調(diào)整。4. 主缸泄壓后快速返回 由于主缸上腔油壓高、直徑大、行程長，缸內(nèi)油液在加壓過程中儲存了很多能量，為此，主缸必須先泄壓后再回程。保壓結(jié)束后，時間繼電器使電磁鐵5YA通電，先導(dǎo)閥左位接入系統(tǒng)，使主缸上腔的油液開始泄壓。壓力降低后，電磁鐵5YA斷電。使電磁鐵2YA通電，先導(dǎo)閥右位接入系統(tǒng)，控制油路即可使主缸換向閥處于右位工作，從而實現(xiàn)上滑塊的快速返回。其主油路為：進油路

36、：液壓泵順序閥主缸換向閥液控單向閥2主缸下腔?；赜吐罚褐鞲咨锨怀湟洪y1充液筒。充液筒內(nèi)液面超過預(yù)定位置時，多余油液由溢流管流回油箱。5. 主缸活塞原位停止 上滑塊回程至擋塊壓下行程開關(guān)，電磁鐵2YA斷電，先導(dǎo)閥和主缸換向閥都處于中位，這時上滑塊停止不動，液壓泵在較低壓力下卸荷。 6. 頂出缸活塞向上頂出電磁鐵4YA通電后，頂出缸換向閥右位接入系統(tǒng)。其油路為進油路：液壓泵順序閥主缸換向閥頂出缸換向閥頂出缸；回油路：頂出缸上腔頂出缸換向閥油箱。7. 頂出缸活塞向下退回和原位停止 4YA斷電、3YA通電時油路換向，頂出缸活塞向下退回。當擋塊壓下原位開關(guān)時，電磁鐵3YA斷電，頂出缸換向閥處于中位，頂出

37、缸活塞原位停止1-液控單向閥 2、3-單向閥 4-充液油箱 5-上腔液壓缸6、8、9、11、12、13-溢流閥 10-先導(dǎo)減壓閥 14-下腔液壓缸15-電液換向閥 16、18-電磁換向閥 17-液壓換向閥19-泵 20-油箱圖3-6液壓拉伸機液壓系統(tǒng)圖8. 頂出缸活塞浮動壓邊 作薄板拉伸壓邊十時，要求頂出缸既保持一定壓力，又能隨著主缸上滑塊一起下降。這時4YA先通電、再斷電，頂出缸下腔的油液被頂出缸換向閥封住。當主缸上滑塊下壓時，預(yù)出缸活塞被迫隨之下行，頂出缸下腔回油經(jīng)下缸溢流閥流回油箱，從而建立起所需的壓邊力。3.4 液壓系統(tǒng)基本參數(shù)的計算。液壓件的計算與選擇對于整個液壓系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性

38、和準確性有至關(guān)重要的作用。通過準確確定工作壓力和流量等主要參數(shù)，從而確定系統(tǒng)中各元件應(yīng)具備的參數(shù)值，并根據(jù)這些參數(shù)值進行液壓件的選擇和非標準液壓件的設(shè)計。 3.4.1 液壓缸基本尺寸計算 D d Fmax 由于液壓機屬于高壓系統(tǒng)，P0在初算時可忽略不計，即P0=0因液壓機的工作負載比較大，取主缸的工作壓力為P=25MPa。由主缸工作壓力為25MPa選取d/D為0.71.對于主缸：（1）p=25MP （2）Fmax=400KN （3）m=0.9 缸徑的直徑計算公式為2-24 則pD2/4-p0(D2-d2)/4m=Fmax pD2m/4=Fmax （3-2） D=4Fmax/(pm) =4

39、15;0.4×1063.14×25×106×0.9 =0.1502m=150.2mm按缸徑尺寸系列，取D=160mm，則 d=0. 7D=0. 7×160=112mm 按活塞桿尺寸系列，取 d=120mm根據(jù)已取的缸徑和活塞直徑，計算液壓缸實際有效工作面積，無桿腔面積A1和有桿腔面積A2分別為。按公式2-3，2-4計算2： A1=D2/4 （3-3） =3.14×0.162/4=0.02m2 A=（D2-d2）/4 （3-4） =3.14×(0.162-0.122)/4 =0.009m22.對于頂出缸： （1） p=25MP

40、a （2） Fmax=80KN （3）m=0.9則 D=4Fmax/(pm) =4×0.8×1063.14×25×106×0.9 =0.067m=67mm按缸徑尺寸系列，取D=70mm則 d=0.7D=0.7×67=47mm 按活塞桿尺寸系列，取d=50mm根據(jù)已取的缸徑和活塞直徑，計算頂出缸實際有效工作面積，無桿腔面積A1和有桿腔面積A2分別為： A1=D2/4 =3.14×0.049/4=0.038m2 A2=（D2-d2）/4 =3.14×(0.0382-0.0222)/4=0.008m2 3.4.2 繪制工

41、況圖1計算主缸各運動階段的壓力、流量和功率快進時： 壓力 p=F快/A1=50×103/0.02=2.5Mpa 流量 q=V快·A1=0.4×0.02=0.008m3/s 功率 P=p·q=2.5×106×0.008=2KW工進時：壓力 p=F工/A1=400×103/0.02=20Mpa 流量 q=V工·A1=0.01×0.02=0.0002m3/s 功率 P= p·q=23×106×0.0002=4.6KW快退時：壓力 p=F退/A2=120×103/0.009

42、=13Mpa 流量 q=V退·A2=0.04×0.009=0.00036m3/s 功率 P= p·q=13×106×0.00036=4.7KW 2頂出缸各運動階段的壓力、流量和功率頂出時：壓力 p=F退/A1=80×103/0.038=2.1Mpa 流量 q=V工·A1=0.05×0.038=0.00175m3/s 功率 P= p·q=2.1×106×0.00175=3.7KW退回時：壓力 p=F退/A2=80×103/0.008=4.4Mpa 流量 q=V退·A2

43、=0.08×0.008=0.00064m/s功率 P= p·q=4.4×106×0.00064=2.8KW3繪制工況圖圖3-8主缸與頂出缸各階段的壓力圖3-9 主缸與頂出缸各階段的功率 3.4.3 元件的選擇1.泵的選擇首先根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)工況確定液壓泵的類型，然后根據(jù)液壓泵的最大供油量來選擇液壓泵的規(guī)格。本液壓機選擇軸向柱塞泵，它與齒輪泵和葉片泵相比有以下優(yōu)點：（1）工作壓力高 由于柱塞泵的密封工作腔是柱塞在缸體內(nèi)孔中往復(fù)移動得到的，其相對配合的柱塞外圓及缸體內(nèi)孔加工精度容易保證因此。（2）結(jié)構(gòu)緊湊。特別是軸向柱塞泵其徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動慣量也小。計算液

44、壓泵工作壓力P0 流量泵的工作壓力應(yīng)考慮液壓缸最高有效工作壓力和系統(tǒng)的壓力損失。對于高壓大流量的系統(tǒng)，取P=0.5MPa,則液壓泵工作壓力P0，按公式3-5計算4： P0P工+P （3-5） =25+0.5=25.5MPa 計算液壓泵流量qp液壓泵流量應(yīng)考慮液壓缸最大工作流量和回路的泄露量，常取回路泄露系數(shù)K=1.21.3。取K=1.2，則液壓泵工作流量qp，按公式3-6計算4： qpK（q）max （3-6） =1.2×36=43.2L/min 選擇液壓泵規(guī)格型號根據(jù)PP和qp值查閱液壓泵規(guī)格型號表進行選擇，經(jīng)查閱選定：160YCY14-1B型軸向柱塞泵。選擇電機規(guī)格型號計算平均幾

45、何功率，按公式3-7計算4 Pm=(P12t1+P12t2)/(t1+t2) （3-7）而 t1=s1/v1=0.7/0.04=17.5s P1=4.1KW t2=s2/v2=0.1/0.01=10s P2=4KW則 Pm=42×17.5+42×1017.5+10=4KW工進時所需電機功率P=5.6KW取兩者中最大值，則選用Y160M16電機 2.閥的選擇液壓與氣壓傳動控制調(diào)節(jié)元件主要是指各類閥。它們的功能是控制和調(diào)節(jié)流體的流動方向、壓力和流量，以滿足執(zhí)行元件所需要的啟動、停止、運動方向、力或力矩、速度或轉(zhuǎn)速、動作順序和克服負載等要求定的要求。閥的規(guī)格大小用通徑Dg（單位m

46、m）表示。Dg是閥連接口的名義尺寸，它和連接口的實際尺寸不一定相等，因后者還受流體流速等參數(shù)的影響。閥的主要參數(shù)，即額定壓力和額定流量。還有一些與具體閥有關(guān)的量，如通過額定流量時的額定壓力損失、最小穩(wěn)定流量、開啟壓力等等，只要工作壓力和流量不超過額定值，閥即可正常工作。根據(jù)所擬訂的液壓系統(tǒng)圖，計算或分析通過各閥的最大流量和最高工作壓力，選擇閥的規(guī)格，選好的元件規(guī)格如表3-3表3-3 液壓元件明細表 序號元件名稱數(shù)量通過流量選用規(guī)格1順序閥1XF-L322三位四通電液閥1WEH32M50-50/6A3三位四通電磁閥134DYY-B32H-T4三位四通液控閥1WHG50-50/6A5兩位兩通電磁閥

47、122D-32B6壓力繼電器1PF-B8H7單向閥1160l/minDF-B32K18液控單向閥1108l/minDFY-B32H9溢流閥2YF-B32H10溢流閥2YF-B32C11溢流閥1YFA-B3212先導(dǎo)式溢流閥1CG-H10FV3.5 液壓系統(tǒng)零部件的設(shè)計 3.5.1 液壓拉伸機主缸設(shè)計（1）主缸缸體材料選擇及技術(shù)要求液壓缸的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種形式，即：薄壁圓筒和厚壁圓筒。當液壓缸的內(nèi)徑D與壁厚的比值滿足D/10的圓筒稱為薄壁圓筒。液壓缸的制造材料一般有鍛鋼、鑄鋼（ZG25、ZG35）、高強度鑄鐵、灰鑄鐵（HT200、HT350）、無縫鋼管（20、30、45）等。對于負載大的機械設(shè)

48、備缸體材料一般選用無縫鋼管制造，主缸缸體材料選用無縫鋼管45。（2）主缸壁厚的確定壁厚計算公式如下： （3.8）式中： 液壓缸壁厚（m）；D液壓缸內(nèi)徑（m）；實驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.251.5）倍；缸筒材料的許用應(yīng)力。鍛鋼：=110120MPa ；鑄鋼：=100110MPa ；高強度鑄鐵：=60MPa ；灰鑄鐵：=25MPa ；無縫鋼管：=100110MPa 。主缸壁厚計算，將D=0.16m ；= 110MPa ；=1.4× 25.5MPa=35.7MPa代入公式（3.9）中，即： 35.7×0.162×110MPa=0.026m液壓缸缸體的外徑D外計

49、算公式如下： D外D2 (3.9)將參數(shù)代入公式（3.9），即：D外0.16m0.052m0.212m外徑圓整為標準直徑系列后，取主缸缸體外徑D外220mm。（3）主缸缸蓋材料、厚度的確定缸蓋常用制造材料有35鋼、45鋼、鑄鋼，做導(dǎo)向作用時常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。缸蓋材料選用35鋼，缸蓋厚度計算公式如下： （3.10）式中： t缸蓋的有效厚度(m)；缸蓋止口直徑；缸蓋材料許用應(yīng)力。即： t0.433×120×35.7MPa100MPa=0.031m圓整后取缸蓋厚度t=31mm。（4）主缸最小導(dǎo)向長度的確定當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離稱為最小導(dǎo)向

50、長度，用H表示。如果導(dǎo)向長度太小，會因為間隙引起的撓度而使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定工作。一般而言，液壓缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)該滿足如下要求： (3.11)導(dǎo)向長度如圖3.10所示圖3.10 主缸導(dǎo)向長度簡圖式中： L液壓缸的最大行程； D液壓缸的內(nèi)徑。即： H50020+1502=0.0325m為了保證最小導(dǎo)向長度H，不應(yīng)過分增大和B的大小，必要時可以在缸蓋和活塞之間增加一個隔套來增加最小導(dǎo)向長度。隔套的長度C可有公式（3.12）求得，即： (3.12)式中：B活塞的寬度，一般取B=（0.61.0）D；缸蓋滑動支承面的長度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑的不同有不同的算法，當D80mm時，取=（0.

51、61.0）D；當D80mm時，取=（0.61.0）d。（5）主缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定活塞制造材料一般選用灰鑄鐵(HT150、HT200)、當缸體內(nèi)徑較小時，整體式結(jié)構(gòu)的活塞選用35鋼、45鋼。主缸活塞選用灰鑄鐵HT200?；钊圃鞎r外圓柱表面的粗糙度為Ra0.81.6m；外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半；外徑對內(nèi)孔的徑向跳動不大于外徑公差的一半；端面對軸線垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm；外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取f7f9，內(nèi)孔與活塞桿的配合取H8/f7。活塞寬度系數(shù)取0.8，即活塞的寬度B=0.8D=0.8×160mm =128mm。圓整后取活塞寬度B=130mm。查表2-101,液壓機主缸工況時的壓力大，泄漏量也會隨壓力成正比升高，因此密封圈選用Y形密封圈，這種密封圈能承受的大的工作壓力，泄漏量小。（6）主缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長度確定活塞桿有空心和實心兩種結(jié)構(gòu)形式。空心時一般選用35鋼、45鋼的無縫鋼管；實心結(jié)構(gòu)選用35鋼、45鋼。主缸活塞桿選用45鋼。活塞桿制造時外圓柱面粗糙度為Ra0.40.8m；熱處理要求調(diào)質(zhì)2025HRC；外徑圓度、圓柱度不