液壓三級項目

1、液壓與氣壓傳動課程三級項目100T四柱式液壓機液壓系統(tǒng)的分析與設計研究報告組 員：2016-05-08燕山大學液壓與氣壓傳動課程三級項目任務書院(系)：機械工程學院基層教學單位：機電控制工程系項目名稱loot四柱式液壓機液壓系統(tǒng)指導教師姓名劉勁軍小組成員分工王建軍唐心凱宋達項目考察知識點本課程的三級項目針對典型液壓系統(tǒng)工作原理的分析與設計，通過該 項目的實施使學生加深對液壓傳動基礎知識的理解，并初步具備運用 所學知識進行實際液壓系統(tǒng)分析與設計的能力，復雜系統(tǒng)的計算機輔 助設計及計算能力，相關標準、手冊的查閱能力等。項目設計參數公稱壓力：1000KN;回程力：320KN;頂出力：190KN;拉伸

2、時壓邊 力：210KN；滑塊最大行程：600mm;頂出活塞最大行程：200mm;滑塊至工作臺 最大距離：900mm;頂出活塞至工作臺最大距離：215mm;滑塊速度 空程下行：60mm/s;工作最大：14mm/s;回程：47mm/s;頂出活塞速度頂出：70mm/s;退回：140mm/s;項目實施內容設計一液壓機液壓系統(tǒng)。要求系統(tǒng)的工作壓力、壓制速度、空載下行 和減速的行程范圍可根據工作需要進行調整，并能完成定壓和定行程 成形兩種工藝方式。定壓成形的動作為：快速下行一一減速一一壓制保壓 回程 停止。定行程成形的動作為：快速下行 減 速壓制 回程 停止。液壓泵站要求：1)液位、 壓力、 溫度有顯示及

3、報警；2)油溫范圍(3045)C;3)濾油器精度15有堵塞顯示及報警。項目結題須提交材料(1)液壓傳動系統(tǒng)原理圖A2;(2)液壓系統(tǒng)參數計算說明書1份；答辯匯報PPT；項目實施時間節(jié)點要求第一周 查閱資料，分析系統(tǒng)原理，了解系統(tǒng)性能及典型工藝過程， 完成參數計算和原理圖設計；第二周 編寫項目研究報告及答辯匯報PPT。小組分工及貢獻姓名課題組分工宋達王建軍唐心凱目錄100T四柱液壓機液壓系統(tǒng)設計摘要本設計為四柱式液壓機，四柱液壓機的主機主要由上梁、導柱、工 作臺、移動橫梁、主缸、頂出缸等組成。其中主缸可完成快速下行、慢 速加壓、保壓延時、釋壓換向、快速返回、原位停止的動作；頂出缸可 實現向上頂出

4、、停留、向下退回、原位停止的動作。本設計主機最大工 作負載為1000KN通過對液壓缸工況分析確定液壓缸負載的變化， 擬定 液壓系統(tǒng)圖和電磁鐵動作順序。并設計主液壓缸，計算主液壓缸的尺寸 和流量，主缸的速度換接與安全行程限制通過行程開關來控制。根據技 術要求及設計計算選擇液壓泵、GE系列電磁閥等液壓元件。通過液壓系 統(tǒng)壓力損失和溫升的驗算，液壓系統(tǒng)的設計可以滿足液壓機順序循環(huán)的 動作要求，設計的四柱液壓機能夠實現塑性材料的鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲等成型加工工藝。該液壓機結構緊湊，動作靈敏可靠，速度 快，能耗小，噪音低，壓力和行程可在規(guī)定的范圍內任意調節(jié)，操作簡 單。關鍵詞 ：四柱液壓機；液壓

5、系統(tǒng)；四柱液壓機液壓系統(tǒng)設計1緒論1.1 概述液壓機是一種以液體為工作介質，用來傳遞能量以實現各種工藝的 機器。液壓機被廣泛應用于機械工業(yè)的許多領域。例如在鍛壓領域，液 壓機被廣泛應用于自由鍛造、模鍛、沖壓、擠壓、剪切、拉拔成型及超 塑性等許多工藝中；在機械工業(yè)的其他領域，液壓機被應用于粉末制品, 塑料制品、磨料制品、金剛石成型、校正壓樁、壓磚、橡膠注塑成型等 十分廣泛的不同工作領域。液壓機一般是由本體、動力系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)三部分組成。本體 一般是由機架、液壓缸部件、運動部分及其導向裝置以及其他輔助裝置 組成。工藝要求使影響液壓機本體結構形式的最主要因素。由于在不同 液壓機上完成的工藝是多種

6、多樣的，因此液壓機的本體結構形式也是不 同的。根據機架形式，液壓機可以分為立式和臥式；根據機架的組成形式，液壓機可分為梁柱式、 單柱式、框架式、鋼絲纏繞預應力牌坊式等。 其中三梁四柱式是最為常見的類型， 如圖1-1所示。其機身是由工作臺、 滑塊、上橫梁、立柱、鎖母和調節(jié)螺母等組成。 其執(zhí)行元件的結構簡單， 結構上易于實現很大的工作壓力、較大的工作空間，因此適應性強，便 于壓制大型工件或較長、較高的工件；由于執(zhí)行元件結構簡單，所以布 置靈活，可以根據工藝要求來多方位布置；活動橫梁的總行程和速度都 可在一定范圍內、相當大程度上調節(jié)，適應工藝過程對化快速度的不同 要求；通過不同閥的組合實現工藝過程的

7、不同順序；安全性能好，不易 超載，有利于保護模具；工作平穩(wěn)。撞擊、振動、噪聲較小，對工人及 廠房有很大好處。1.2 發(fā)展趨勢隨著應用了電子技術、計算及技術、信息技術、自動控制技術及新 工藝、新材料的發(fā)展和應用，液壓傳動技術也在不斷創(chuàng)新。自19世紀問世以來發(fā)展很快，已經廣泛應用于國民經濟的各個部門，種類繁多，發(fā)展迅速，成為機床行業(yè)的一個重要組成部分。 但由于我國液壓起步晚， 液壓機只有50年的發(fā)展歷史，80年代以后我國液壓機開始進入高速發(fā) 展階段。目前我國已建立了自己的液壓機設計和制造行業(yè)。由于液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結構方面，已經比較成熟， 外液壓機的發(fā)展體現在新的方向。隨著比例伺服技術的發(fā)展，

8、 停位精度、速度控制精度越來越高，液壓機趨向高精度發(fā)展。 高效化、低能耗提高了液壓機的工作效率，降低生產成本；自動化、智 能化，微電子技術的高速發(fā)展為液壓機的自動化和智能化提供了充分的 條件。自動化不僅僅體現的在加工，應能夠實現對系統(tǒng)的自動診斷和調 整，具有故障預處理的功能；液壓元件集成化，標準化，集成的液壓系 統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄漏和污染。標準化的元件為機器的維 修帶來方便。在國際上來看，由于技術發(fā)展趨于成熟，國內外機型無較大差距， 主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機器在過濾、冷卻及 防止沖擊和振動方面，有較明顯改善。在油路結構設計方面，國內外液 壓機都趨向于集成化、封

9、閉式設計， 插裝閥、 疊加閥和復合化元件及系 統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應用。特別是集成塊可以進行專業(yè)化的生 產，其質量好、性能可靠而且設計的周期也比較短。目前國內液壓機的高速化、2液壓系統(tǒng)載荷速度計算四柱液壓機的工作過程如下：上液壓缸驅動上滑塊，實現“快速下行-慢速加壓-保壓延時-釋壓換向-快速返回-原位停止”的動作循環(huán)；下 液壓缸驅動下滑塊，實現“向上頂出-停留-向下退回-原位停止”的動 作循環(huán)。女口2-1圖所示。inMWU7IIIIRy/jLCt*.胃卜船m.圖 2-1 液壓機工作循環(huán)圖載荷的組成和計算主液壓缸載荷的組成和計算作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷Fg，導軌的摩擦力速度變化

10、而產生的慣性力(1)工作載荷工件的Fg100 1039.81(2)導軌摩擦載荷Ff摩擦阻力是指運動部件與支撐面間的摩擦力。FffFNFN-外載荷作用于導軌上的正壓力(N);f-摩擦系數，分為靜摩擦系數(fs0.2 0.3)和動摩擦系數Ff和由于FaFg壓制抗力即為工作負0.981 106N(2-1)(fd0.05 0.1)靜摩擦阻力：Ffs0.2 500 9.8 980N(2-2)t-起動或制動時間（s）。一般機械t=，對輕載低速運動部件取小 值，對重載高速部件取大值。行走機械一般取=m/s2。t以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷Fw。工作載荷并非每個階段 都在，如該階段沒有工作，則Fg=0。

11、由于液壓缸參數未定，估算背壓力Fb=12000N。自重：G mg 4900Nm-液壓缸的機械效率，一般取FFW(2-3)液壓缸各階段負載如表2-1所示。表 2-1液壓缸各階段中的負載工作狀態(tài)負載組成負載值F/N推力FmFWFbFfsGFWFbFfdFaGFWFbFfdGFWFbFfdFgG動摩擦阻力：（3） 慣性載荷FaFaFfd0.1 500 9.8 490NG v g tg=m/s2;-速度變化量（m/s）；Fa0.8500 800N0.5式中g重力加速度;vFWFfdGiTtih耳Rt：iTuirr)LAi-Q1V；r111424溢流閥，.23換向閥，10壓力繼電器，11單向閥，12壓力

12、表，液控單向閥，14外控順序閥，16順序閥，15上液壓缸，19下液壓缸，21節(jié)流器，工作過程A:啟動：電磁鐵全斷電，主泵卸荷。主泵（恒功率輸出）7電液壓 換向閥9的M型中位7電液換向閥20的K型中位7T B:快進：液壓缸15活塞快速下行：1YA5YA通電，電磁鐵換向閥17接通液控單向閥18的控制油路,打開液控單向閥18，進油路：主泵17電液換向閥97單向閥117上液壓缸15回油路：液壓缸15下腔7液控單向閥187電液換向閥97電液換向閥20的K型中位7T液壓缸15活塞依靠重力快速下行：大氣壓油7吸入閥137液壓 缸15上腔的負壓空腔C:工進： 液壓缸15接觸工件慢速下行：（增壓下行）液壓缸活塞

13、碰行程開關2XK，5YA斷電，切斷經液控單向閥18快速回油通路，上腔壓力升高，切斷（大氣壓油7吸入閥137上液壓缸無桿腔）吸油路。回油路：液壓缸15下腔7順序閥167電液換向閥97電液換向閥20的K型中位7T D：保壓：液壓缸15上腔壓力升高達到預調壓力，壓力繼電器10發(fā) 出信息，1YA斷電，液壓缸15進口油路切斷，單向閥11和吸入閥13的高密封II*性能確保液壓缸15活塞對工件保壓。 主泵（恒功率輸出） 主 泵7電液壓換向 閥9的M型中位7電液壓換向閥20的K型位7T實現主泵卸荷。E:保壓結束，泄壓，液壓缸15回程：時間繼電器發(fā)出信息，2TA通 電（1YA斷電），液壓缸15上腔壓力很高，外控

14、順序閥14，使主泵17電液壓換 向 閥97吸入閥的控制油路由于大部分油液經外控順序閥14流回油箱，壓力不 足以立即打開吸入閥13通油箱的通道， 只能打開吸入閥的卸荷閥13（或叫卸荷 閥13的卸荷口）， 實現液壓缸15上腔（只有極少部分油液經卸荷閥口回油箱） 先卸荷，后通油箱的順序動作，此時：主泵1大部分油液7電液壓換向閥97外 控順序閥7T F： 液壓缸15活塞快速 上行： 液壓缸15上腔卸壓達到吸入閥13開 啟的壓力值時， 外控順序閥14關閉，切斷主泵1大部分油液7電液換向閥97外控順序閥147T的卸荷油路實現： 進油路：主泵17電液換向閥97液控單向閥207液壓缸15下腔回油路： 液壓缸1

15、5上腔7吸入閥137T G:頂出工件:液壓缸15活 塞快速上行到位,PLC發(fā)出信號, 2YA斷電,電液壓換向閥9關閉,3YA通電電液壓換向閥20右位工作進油路:主泵17電液壓換向閥9的M型中位7電液換 向閥207液壓缸19無桿腔回油路：液壓缸19有桿腔7電壓換向閥207T H:頂出 活塞退回：3YA斷電，4YA通電，電壓換向閥20左位工作 油路：主泵17電液換向閥9的M型中位7電液換向閥7液壓缸19上腔 回油路：液壓缸19下腔7電液換向閥7T K： 壓邊浮動拉伸： 薄板拉伸時， 要求頂出液壓缸19腔要保持一定的壓力， 以便液壓缸19活塞能隨液壓缸15塞驅動的動模一起下行對薄板進行拉伸，3YA通

16、電，電液 向閥20右邊工作，6YA通電，電磁換向閥23工作，溢流閥進2020下活換24調節(jié)液壓缸19下腔油墊工作壓力。？圖2-3油路控制原理圖 中電磁鐵動作順序見表2-4。表 2-4 電磁鐵動作順序表1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YAPJ原位上缸快進+上缸工進+保壓+上缸快退+下缸工進+下缸快退+壓邊3液壓缸的設計液壓缸主要參數的確定主缸的內徑：公稱力F=1OOOKN=X1O6KN液體最大工作壓力P=25MPa=2詠106Pa。所以D22S活塞肓=m即主缸內徑D=查表取求得活塞面積：Ss塞=F= m2土P(3-1)D=220mm根據快上和快下的速度比值來確定活塞桿的直徑:D2 =604

17、7得d=mm按標準取活塞桿直徑d=100mm液壓缸的往復運動速度比，一般有2、等幾種。表3-1給出了不同速度比是活塞桿直徑d和液壓缸內徑D的關系。由以上數據求出液壓缸實際有效面積如下:(3-2)表 3-1 d 和 D 的關系(2)確定液壓缸的運動速度本課題給定了液壓缸的工作速度為:-D2=3801342mm有桿腔:2 2 2A2=2(D d)=mm(3-3)活塞桿面積：A=A,-A?=mm2(3-4)空程速度：60mm/s工作速度：14mm/s回程速度：47mm/s(3)確定活塞桿的最大行程本設計課題給定了活塞桿最大行程為600mm液壓缸動作時的流量液壓缸的流量通過工作速度和液壓缸的內徑來確定

18、。液壓缸的空程速度為Vi=60mm/s，工作速度為V2=14mm/s，回程速度為V3=47mm/s.2Q V -D4(3-5)空程：Q=V X D2=sX一2-X =s=min；44z工作：Q = V2X D2=sX2X =s=min；44回程：Q=V3X - ( tf-d2) =SX X)：活塞桿的設計(1)活塞桿的材料活塞桿的材料為45號鋼，采用實心結構。其兩個端部均采用螺紋連 接?；钊麠U所選材料如表3-3所示。表 3-3 活塞桿所選材料型號b/MPas/MPas/%45MnB10308359(2)活塞桿尺寸的確定活塞桿的總長要根據油缸的行程來確定，本課題的工作臺行程為600mm,綜合其技

19、術要求，選取活塞桿的總長為800mm由于LA+B+L-1/2BL100+140+30+600-70=800mmA 導向套滑動面長度；B 活塞寬度；L 液壓缸的最大行程；數值在后面導向環(huán)設計中具體計算。液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算在整個工作循環(huán)中，工進階段所占的時間最長，且發(fā)熱量最大。為 了簡化計算，主要考慮工進時的發(fā)熱量。一般情況下，工進時做功的功 率損失大引起發(fā)熱量較大，所以只考慮工進時的發(fā)熱量，然后取其值進 行分析。當V=12mm/s時，即卩v=720mm/min223q D v 0.220.72m/min 27.36 10 m/min 27.36L/min44此時泵的效率為，泵的出口壓力為，則