壓力機,壓力機 目錄摘要 3ABSTRACT 4文獻綜述 5第1章 緒論 6 1.1 液壓技術(shù)與液壓機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢6 1.2 沖孔壓力機整體設(shè)計概述7 1.3 本課題意義及其研究重點8第2章 本液壓機所需完成工序步驟分析9第3章 機械、液壓（氣動）與電氣控制間的相互制約與影響11 3.1 相關(guān)內(nèi)容介紹11 3.2 確定三部分相關(guān)內(nèi)容11第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計16 4.1 設(shè)計概述16 4.2 液壓系統(tǒng)各工作缸分析18 4.2.1 主工作缸18 4.2.2 水平工作缸21 4.2.3 工作臺鎖緊缸21 4.2.4 側(cè)沖油缸21 4.3 主工作油缸的設(shè)計21 4.3.1 計算主工作油缸尺寸21 4.3.2 繪制主工作缸工況圖23 4.4 總的液壓系統(tǒng)設(shè)計25 4.4.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟25 4.4.2 液壓系統(tǒng)原理圖31第5章 氣壓系統(tǒng)的設(shè)計43 5.1 氣壓系統(tǒng)設(shè)計步驟43 5.2 氣壓系統(tǒng)原理圖46第6章 歸納總結(jié)49 6.1 設(shè)計工作總結(jié)49 6.2 認識與展望49參考文獻 52致謝53附錄：1.英語文章及翻譯 2.設(shè)計圖紙 摘要本文進行了沖孔壓力機的機械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)等的設(shè)計，側(cè)重點在液壓部分的設(shè)計，該內(nèi)膽沖孔壓力機用于電冰箱內(nèi)膽沖孔壓力加工，加工過程中除了模具安裝、工件裝卸之外，整個沖孔加工過程由PLC控制油缸工作自動完成。通過以上環(huán)節(jié)的設(shè)計，該內(nèi)膽沖孔壓力機符合 要求，并且這些研究為以后再對該系統(tǒng)的改進打下了一定的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞： 內(nèi)膽沖孔壓力機 液壓 氣壓 PLCABSTRACT This article has carried on the hydraulic system and the PLC control and so on,especially on the hydraulic system.The design in gallbladder punch holes press mechanism.This in gallbladder punch holes press in the electric refrigerator the gallbladder punch holes shaping,in the processing process besides mold installment work piece loading and unloading,the entire punch holes processing process automatically completes by the PLC contron cylinder work.Though the above link design,this gallbladder punch holes press conforms to the requirement,and the research has built the certain founfation again for later to this system improvement.KEY WORDS: Gallbladder punch holes press mechanism Hydraulic pneumatic PLC 文獻綜述 人類社會日新月異的飛速發(fā)展，人們對生活質(zhì)量要求越來越高。在家用電器這一行，人們的需求也越來越多。家電外殼零件在制造過程重屬于低壓加工。考慮到經(jīng)濟成本、技術(shù)程度及可靠性，液壓系統(tǒng)是一個不錯的選擇。 特別是在一些發(fā)展中國家，由于液壓系統(tǒng)的成本較低尤其適合采用液壓機發(fā)展制造業(yè)。不僅適應(yīng)性高、價格低廉而且環(huán)保。以本課題為例，電冰箱內(nèi)膽沖孔壓力機，不僅適合電冰箱內(nèi)膽的加工，只需更換相應(yīng)的模具，同樣適合其他產(chǎn)品零部件的沖壓加工。不過必須考慮不同加工工作時的壓力機稱載問題。在科技發(fā)達的當(dāng)今時代，更加注重的是機械的自動加工。采用液壓系統(tǒng)，可以方便的與微電子、計算機等進行信號交換與傳輸，可以實現(xiàn)計算機的全自動化控制，實現(xiàn)機械系統(tǒng)的自動加工。然而，同時我們也要考慮到液壓系統(tǒng)本身的一些劣勢。液壓系統(tǒng)要求具有良好的工作環(huán)境，不僅要噪聲，泄露小，液壓元件中無機件變形，無間隙變化，無對偶摩擦發(fā)熱，無運動件是衡，無管口松動等。否則，會導(dǎo)致磨損加劇、沖擊振蕩加大、正常郵路受阻。不僅浪費能源，降低元件使用壽命，而且妨礙系統(tǒng)正常使用。這些都是液壓系統(tǒng)中有待解決的問題。除了研究如何解決液壓系統(tǒng)的基本缺陷外，如何利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)智能化加工也是目前研究的一個十分重要的方向。這是電液結(jié)合的必然結(jié)果。這種趨勢，促使液壓系統(tǒng)的研究成為幾門學(xué)科的交叉結(jié)合點。本設(shè)計加工過程除了模具安裝、工件卸載之外，整個沖孔加工過程由PLC控制油缸工作自動完成。 本設(shè)計采用中高壓大流量恒功率式變量柱塞泵供油，此種類型的液壓泵精度高、密封性能好，工作壓力高，符合設(shè)計工藝要求。 液壓機是典型的以壓力控制為主的液壓系統(tǒng)。本機含有調(diào)速回路、卸荷回路、保壓回路等，可保證工作順利平穩(wěn)地進行。第一章 緒論1.1 液壓與氣動技術(shù)的發(fā)展歷史、 現(xiàn)狀及趨勢液壓與氣動技術(shù)是一門有著悠久發(fā)展歷史的技術(shù)，從1795年世界上第一臺水壓機誕生，到現(xiàn)在已有200多年的歷史。至上世紀5070年代，隨著工藝水平的極大提高，液壓技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動和控制的關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展速度僅次于電子技術(shù)。特別是近年來流體技術(shù)與微電子、計算機技術(shù)相結(jié)合，使液壓與氣動技術(shù)進入了一個新的發(fā)展階段。據(jù)有關(guān)資料記載，國外生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%的自動生產(chǎn)線，均采用了液壓與氣動技術(shù)。在國民經(jīng)濟很多領(lǐng)域均需應(yīng)用液壓與氣動技術(shù)，其水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。 液壓與氣動技術(shù)是利用有壓流體（壓力油或壓縮空氣）為介質(zhì)來實現(xiàn)自動控制和各種機械的傳動，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，在機械類及近機類高等教育的課程中，已成為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，而且也是一門能直接用于工程實際技術(shù)的學(xué)科。液壓技術(shù)之發(fā)展如此迅速，是因為與其他傳動技術(shù)相比有很多獨特的優(yōu)勢：（1） 重量功率比小，已達到0.5kg/kw.（2） 液壓元件的體積小。（3） 液壓系統(tǒng)具有良好的壓力、流量控制品質(zhì)。（4） 液壓系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度。（5） 可以通過介質(zhì)進行遠程功率傳輸。（6） 液壓能可簡便的轉(zhuǎn)換為機械能。（7） 液壓介質(zhì)帶走元件產(chǎn)生的熱能，介質(zhì)冷卻較方便。 液壓技術(shù)的形成和發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了標(biāo)準化、優(yōu)質(zhì)化、智能化三個階段。力圖提高工作機械的效率、減小體積和重量、加大輸出功率。智能化的實現(xiàn)是與微處理器等現(xiàn)代電子器件相結(jié)合的。液壓機同所有的液壓系統(tǒng)一樣是根據(jù)帕斯卡原理制造的，是一種利用液體壓力能實現(xiàn)能量傳動的機械裝置。由于液壓機在實際工作中的廣泛應(yīng)用性，使其在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。如粉末冶金、塑料及橡膠制品成型、型材擠壓、較直等。八十年代以來，隨著微電子技術(shù)、液壓技術(shù)等相關(guān)技術(shù)發(fā)展，液壓機有了更進一步的發(fā)展。目前，液壓機的最大標(biāo)稱壓力已達750MP（用于金屬模鍛成型加工）眾多機型采用CNC或工業(yè)PC來進行控制，使產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了極大的提高。1.2 沖孔壓力機整體設(shè)計概述 為了滿足電冰箱內(nèi)膽沖孔壓力加工的要求，考慮設(shè)計一臺液壓機。加工工程除木模具安裝、工件裝卸外，整個沖孔加工過程由PLC控制液壓缸工作自動完成。本文重點設(shè)計了沖孔壓力機的液壓、氣壓系統(tǒng)部分。主要包括：1. 液壓部分：制定系統(tǒng)工藝、詳細設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)、分析系統(tǒng)工作原理、設(shè)計系統(tǒng)回路、挑選系統(tǒng)元件、驗算系統(tǒng)性能等。2. 氣壓部分：承載不大，故只設(shè)計可相應(yīng)簡單的執(zhí)行、控制系統(tǒng)。1.3壓力機液壓系統(tǒng)介紹 1.基本要求 為了完成一般的壓制工藝，要求主液壓缸驅(qū)動工作臺帶動上模具實現(xiàn)“快速下行慢行下行（接近工件）沖孔加工（延時保壓）快速返回”的工作循環(huán)。要求水平工作液壓缸驅(qū)動水平臺實現(xiàn)“快速移出裝膽快速移進慢速回位”的工作循環(huán)。 該液壓系統(tǒng)中的壓力要求經(jīng)常變換和調(diào)節(jié)，為了產(chǎn)生較大的壓力以滿足工作要求，系統(tǒng)的壓力較大，為中高壓系統(tǒng)。根據(jù)初始設(shè)計參數(shù)，取最大工作壓力15MP。 該液壓系統(tǒng)功率大，空行程和加壓行程的速度差異大因此要求功率利用合理。為此，在設(shè)計系統(tǒng)回路中含有調(diào)速閥、單向閥等，并與電磁換向閥、壓力繼電器的一起控制油路工作。該液壓機為中高壓大流量系統(tǒng)，隊工作平穩(wěn)性和安全性要求較高。設(shè)計了如：蓄能器、節(jié)流閥、單向閥的一系列保護元件。2.主要特色 本設(shè)計采用中高壓大流量恒功率式變量柱塞泵供油，此種類型的液壓泵精度高、密封性能好，工作壓力高，符合設(shè)計工藝要求。 液壓機是典型的以壓力控制為主的液壓系統(tǒng)。本機含有調(diào)速回路、卸荷回路、保壓回路等。 該液壓機利用上模及工作臺的自重來實現(xiàn)快速下行，這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，液壓元件少，在中小型液壓機重常被采用。采用電液換向閥，適合中高壓大流量液壓系統(tǒng)。1.3本課程的意義及研究重點 人類社會日新月異的飛速發(fā)展，人們對生活質(zhì)量要求越來越高。在家用電器這一行，人們的需求也越來越多。家電外殼零件在制造過程重屬于低壓加工。考慮到經(jīng)濟成本、技術(shù)程度及可靠性，液壓系統(tǒng)是一個不錯的選擇。 特別是在一些發(fā)展中國家，由于液壓系統(tǒng)的成本較低尤其適合采用液壓機發(fā)展制造業(yè)。不僅適應(yīng)性高、價格低廉而且環(huán)保。以本課題為例，電冰箱內(nèi)膽沖孔壓力機，不僅適合電冰箱內(nèi)膽的加工，只需更換相應(yīng)的模具，同樣適合其他產(chǎn)品零部件的沖壓加工。不過必須考慮不同加工工作時的壓力機稱載問題。在科技發(fā)達的當(dāng)今時代，更加注重的是機械的自動加工。采用液壓系統(tǒng)，可以方便的與微電子、計算機等進行信號交換與傳輸，可以實現(xiàn)計算機的全自動化控制，實現(xiàn)機械系統(tǒng)的自動加工。然而，同時我們也要考慮到液壓系統(tǒng)本身的一些劣勢。液壓系統(tǒng)要求具有良好的工作環(huán)境，不僅要噪聲，泄露小，液壓元件中無機件變形，無間隙變化，無對偶摩擦發(fā)熱，無運動件是衡，無管口松動等。否則，會導(dǎo)致磨損加劇、沖擊振蕩加大、正常郵路受阻。不僅浪費能源，降低元件使用壽命，而且妨礙系統(tǒng)正常使用。這些都是液壓系統(tǒng)中有待解決的問題。除了研究如何解決液壓系統(tǒng)的基本缺陷外，如何利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)智能化加工也是目前研究的一個十分重要的方向。這是電液結(jié)合的必然結(jié)果。這種趨勢，促使液壓系統(tǒng)的研究成為幾門學(xué)科的交叉結(jié)合點 第2章 本液壓機所需完成工藝過程分析 此部分內(nèi)容為設(shè)計工作的前奏，我們先對液壓機的運作情況作一個整體的認識，為了滿足電冰箱內(nèi)膽沖孔壓力加工的要求，考慮設(shè)計一臺液壓機。加工工程除木模具安裝、工件裝卸外，整個沖孔加工過程由PLC控制液壓缸工作自動完成。本文重點設(shè)計了沖孔壓力機的液壓、氣壓系統(tǒng)部分。主要包括：a.液壓部分：制定系統(tǒng)工藝、詳細設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)、分析系統(tǒng)工作原理、設(shè)計系統(tǒng)回路、挑選系統(tǒng)元件、驗算系統(tǒng)性能等。b.氣壓部分：承載不大，簡單設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)計系統(tǒng)回路、挑選系統(tǒng)元件。1.主液壓缸：主液壓缸驅(qū)動工作臺帶動上模具實現(xiàn)如下工作循環(huán)： 快速下行慢速下行（接近工件）沖孔加工（延時保壓）快速返回 油缸下行時的負載分析：油缸在系統(tǒng)壓力油和油缸運動部件自重共同作用下快速下行，此時要克服的外負載幾乎沒有，故此時系統(tǒng)工作壓力很小，但由于運動速度快，油缸的輸入流量大。此時為防止油缸下行失速，在系統(tǒng)回油路上應(yīng)考慮設(shè)置平衡背壓裝置。隨后為保證進行沖孔加工是運動平衡，我們考慮在油路設(shè)置切換裝置，在接近工件部件處，油路切換，油缸活塞由快速轉(zhuǎn)為慢速行進，這里我們考慮采用調(diào)速閥，目的是考慮到下行速度可調(diào)且速度運動平穩(wěn)。當(dāng)活塞下行接觸到工件時，油缸上腔的壓力隨著負載增大迅速上升，直至克服阻力完成沖孔加工，沖孔完畢阻力負載消失，系統(tǒng)壓力又隨即下降，回到慢行階段，直至運動到行程終點。油缸的返回行程由電磁換向閥切換油路進行通行，油缸下腔通壓力油。此時由于油缸運動部件自重的影響，系統(tǒng)壓力將會上升，直至活塞開始向上運動。較之快速下行速度，上行是速度要慢一些，但應(yīng)設(shè)計成比工進行程的速度快，以節(jié)約運動時間，此時上升行程的回油路不存在背壓，這與下行是不相同的。2.水平液壓缸：要求水平液壓缸驅(qū)動水平工作臺實現(xiàn)如下循環(huán)： 快速移出慢速移出停留（裝膽）快速返回慢速返回 同樣選用單活塞雙作用油缸。液流換向采用三位四通電磁換向閥（彈簧復(fù)位）控制。油缸活塞在移出、回位過程中均有速度變換，且均從快速到慢速。我們采用對應(yīng)相同速率。通過節(jié)流閥與二位兩通電磁換向閥并聯(lián)控制。3.工作臺鎖緊缸：其工藝過程如下： （工作臺水平油缸回位）鎖緊缸上行（鎖住下工作臺）沖孔加鎖緊缸下行（松開下工作臺）水平工作臺移出水平工作臺回位。 油缸同樣采用單活塞雙作用式油缸，為鎖緊安全及定位可靠，取用兩個油缸，同步工作，初設(shè)工作行程為70mm。液流換向閥采用三位四通電磁換向閥（彈簧復(fù)位）控制。主要考慮的是沖壓主油缸，工作臺水平進出油缸，工作臺鎖緊油缸三者之間動作順序。第3章 機械、液壓（氣動）與電氣控制間的相互制約與影響3.1 相關(guān)內(nèi)容介紹本設(shè)計雖分為三個部分，但它們之間是相互關(guān)聯(lián)的一個整體，設(shè)計工作中必須綜合起來考慮，大體表現(xiàn)在以下幾個方面：1.根據(jù)系統(tǒng)的要求，按照經(jīng)驗公式確定油箱的容積，從而為油箱的機械部分設(shè)計提供依據(jù)。2.主沖壓油缸的相關(guān)尺寸及其工作位置的確定，從而使機械部分的設(shè)計為其預(yù)留相關(guān)的安裝位置。3.同主沖壓油缸一樣，水平油缸、鎖緊油缸也需提供相關(guān)參數(shù)。4.液壓元器件的選擇為電氣部分設(shè)計提供依據(jù)，包括電磁換向閥、溢流閥、調(diào)速閥、液控單向閥以及節(jié)流閥的相關(guān)規(guī)格和型號等。3.2 確定三部分相關(guān)內(nèi)容 首先計算主要液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，為有關(guān)機械設(shè)計提供相關(guān)依據(jù)。3.2.1 計算主缸工作油缸尺寸P1A1P2A2Fmax圖3.1 主缸計算示意圖計算油缸尺寸是應(yīng)考慮油缸最大工作負載，即沖壓負載。按照設(shè)計要求最大沖壓力應(yīng)達到40噸，另結(jié)合系統(tǒng)進油最大工作壓力15Mpa。如圖3.1示意。油壓機主工作油缸的極限載荷出現(xiàn)在沖壓加工過程中。按照設(shè)計要求最大沖壓力應(yīng)為40噸，即最大負載阻力FMAX=40T=4104N。假設(shè)此時系統(tǒng)工作為150MPa，而進入油缸中的油液已經(jīng)流通了調(diào)速閥，一般情況下最少有45MPa的壓力降。為了實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，壓降還可以更大，暫取為6MPa,故P1=150-6=144MPa。P2回油背壓按常規(guī)取為58MPa,也取為6MPa2.即P2=6MPa.G為油缸運動部件自重，按機械部分設(shè)計參數(shù)約為4000kg,另考慮活塞因摩擦、粘性阻尼造成的損失，機械效率為m=0.96.固有（P1A1-P2A2）m=F-G為計算油缸有關(guān)尺寸，如缸徑d，先考慮d/D比值。其選取要考慮系統(tǒng)工作壓力，油缸的工作方式（受拉還是受壓），也必須考慮油缸往復(fù)運動速比。本主工作油缸液壓系統(tǒng)最高工作壓力150N,屬于中高壓，故d/D比值也不宜過小，考慮油缸運動時工進與快退的工作速度，工進是為保證速度平穩(wěn)，速度較慢，退回（上升）時不工作，速度可適當(dāng)加快，考慮到工作部件運動慣性，也不宜太快。通常情況下速比=V回/v進比值大小與d/D比值有關(guān)。d/D大，則小; d/D小，則大。 綜合考慮，根據(jù)設(shè)計手冊推薦意見（規(guī)定d/D=0.50.7）.我們暫取d/D0.62，此時=1.62.于是有P1D2/4- P2(D2/4-d2/4)=(F-G)/m利用d=0.62D，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可計算出D=4（F-G）/(P1-0.6156P)gm d=0.62D=11.96mm把油缸尺寸元整化，我們可以取活塞桿徑d=12cm=120mm油缸缸徑D=18cm=180mm此時油缸面積為A1=254.5cm2 A2=141.37cm2 3.2.2 計算水平工作油缸尺寸水平缸承受的最大工作壓力是在模具重量下產(chǎn)生，因選用滑動導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)取=0.2，故工作臺工作時最大負載Fmax=m=0.27000=1400N,進油路壓力P1=與回油路壓力P2與前述分析相同，分別為P1=144MPa , P2=6 MPa. 有P1D12/4- P2(D12/4-d12/4)=F/m暫取d1/D1=0.71,此時=V回/v進=（V回=200mm/s,v進=100mm/s） 計算得D1=3.6cm d1=2.5cm 按標(biāo)準元整為D1=40mm d1=22mm 此時面積為 A1=0.25D12=12.56cm2 A2=0.25d12=8.76cm23.2.3 計算工作臺鎖緊缸尺寸鎖緊缸承受的最大壓力也是模具重量產(chǎn)生，F(xiàn)max=7103N 鎖緊行程為70mm，設(shè)速度V=35mm/s.往返速度相同，去d2=0.71cm D2計算過程如上，求得 D2=8cm d2=5.76cm按標(biāo)準元整為 D2=80mm d2=50mm此時面積為 A1=50.24cm2 A2=30.62cm23.2.4 計算側(cè)沖缸尺寸側(cè)沖工藝師緊接在主沖壓工藝后完成的。載荷7噸，行程50mm，速度V=50mm/s。設(shè)往返速度相同，取d3=0.71 D3計算過程同上，求得： D3=8cm d3=5.76cm按標(biāo)準元整為 D3=80mm d3=50mm此時面積為 A1=50.24cm2 A2=30.62cm2 確定液壓系統(tǒng)元件的規(guī)格和型號，為電氣控制部分提供依據(jù)。3.2.5 計算主缸運動所需最大流量： Qmax=AVmax Vmax為油缸活塞最大運動速度，它出現(xiàn)在油缸快速下行階段，此時要保持油缸運動速度，系數(shù)必須提供足夠流量。 此時油缸工作腔面積A=254.5 cm2，油缸的運動速度我們參考經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以及設(shè)計手冊上所提供的油壓機運動速度常數(shù)。 通常情況下：要求工進速度V工50mm/s 快進速度V快進300mm/s 快退速度V快退300mm/s 為了簡化液壓系統(tǒng)，降低成本，減少系統(tǒng)發(fā)生液壓沖擊的可能性。 我們?nèi)】爝M速度V快進=100mm/s，工作進給速度V工=60mm/s由此算出油缸快進所需最大流量為：Qmax=254.341060=152.604L/min液壓執(zhí)行元件實際所需流量如下表3-1所示： 表3-1 執(zhí)行元件實際所需流量工況執(zhí)行元件名稱運動速度（m/s）結(jié)構(gòu)參數(shù)（mm2）流量10-3m3/s計算公式主沖快進主液壓缸0.1A1=0.02552.55Q= A1V主沖慢進0.041.02主沖退回0.06A2=0.014140.85Q= A2V水平工作臺快移出水平液壓缸0.2A1=0.001260.252Q= A1V水平工作臺慢移出水平液壓缸0.1A1=0.001260.126Q= A1V工作臺快退0.2A2=0.0008760.175Q= A2V工作臺慢退0.10.0876鎖緊缸松鎖緊液壓缸0.035A1=0.0050240.1758Q= A1V鎖緊缸緊0.035A2=0.0030620.1072Q= A2V各電氣元件的選擇根據(jù)以上規(guī)格查表選取，具體選擇情況如下3-2表：表3-2 液壓閥明細表序 號名 稱實 際 流 量m3/s通 用 規(guī) 格22三位四通電磁換向閥25.410-4DSHG-03-3C2-123三位四通電磁換向閥DSHG-03-3C2-124三位四通電磁換向閥3.5210-4DSHG-01-3C2-129三位四通電磁換向閥2.510-4DSHG-01-3C2-135三位四通電磁換向閥25.410-4DSHG-03-3C2-131二位兩通電磁換向閥2.510-4DSHG-01-2C2-133二位兩通電磁換向閥DSHG-01-2C2-138二位兩通電磁換向閥25.510-4DSHG-03-2C2-118二位兩通電磁換向閥25.410-4DSHG-03-2C2-114溢流閥25.410-4FBG-06-250-1015溢流閥FBG-06-250-1037調(diào)速閥10.1810-42FRM16-20/60LB25單向節(jié)流閥3.5210-4DVP8S-1039單向節(jié)流閥25.510-4DVP16S-10 36液控單向閥25.510-4SV25G41液控單向閥3.5210-4SV10G41液控單向閥SV10G30節(jié)流閥1.2310-4MG6G1.2/232節(jié)流閥MG6G1.2/217節(jié)流閥25.410-4MG20G1.2/2第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計4.1設(shè)計概述由內(nèi)膽沖孔壓力機的工藝順序過程，該液壓機為一四柱架式壓力機。主液壓缸在架頂（掛鉤），可用一單桿雙作用液壓缸，主沖壓工作由主液壓缸自上而下完成。工作態(tài)分垂直工作臺和水平工作臺兩部分，垂直工作臺與主液壓缸活塞相連，隨主液壓缸運動而運動。水平工作臺有一固定在液壓機上的水平液壓缸驅(qū)動，可以移進移出，并可由鎖緊缸鎖緊工作臺用滑動導(dǎo)軌以減少阻力。液壓機工作時由模具夾內(nèi)膽，模具置于工作臺上。模具分為上下兩部分，分別由4個鎖模氣壓缸固定于垂直水平工作臺上。沖孔加工時，上下模具合模，內(nèi)膽除了主液壓缸沖壓加工外，內(nèi)膽四周分布側(cè)沖缸。整個工作過程有以上各個液壓缸完成，處于同一系統(tǒng)之中。液壓站位于主體之側(cè)，各種閥類元件可裝于機器之上，用油管分別與泵站和油缸相連。由于上下模具需要運動，故側(cè)沖缸控制閥采用軟管連接。綜合以上分析，初步認為系統(tǒng)的油泵采用恒功率壓力補償式變量柱塞泵供油，此種類型的液壓泵精度高，密封性能好，工作壓力高，泵的出口壓力反饋到泵的變量機構(gòu)上。當(dāng)系統(tǒng)壓力上升時，泵的輸出流量會減少，系統(tǒng)壓力下降時輸出流量會增大，以實現(xiàn)恒功率輸出。從液壓機工序上看，該恒功率壓力補償式變量柱塞泵可以滿足設(shè)計要求。此外，必須考慮過載保護、互鎖、同步等問題。將與機械、電氣部分設(shè)計一同配合完成。表4-1 滑動導(dǎo)軌滑 動導(dǎo) 軌導(dǎo) 軌 材 料運 動 狀 態(tài)摩 擦 系 數(shù)鑄 鐵 對 鑄 鐵啟動時低速v0.16m/s0.150.200.10.120.050.08根據(jù)以上標(biāo)準我們選取摩擦系數(shù)為=0.2油壓機對內(nèi)膽進行沖孔加工時由一副模具夾持內(nèi)膽，模具置于工作臺之上。模具可根據(jù)不同內(nèi)膽進行更換裝卸，模具分上下模兩部分。模具裝上工作臺到達工位后，上下模分別由六個和四個夾緊氣缸固定在油壓機工作臺板上。隨著主油缸升降，上下模實現(xiàn)開模合模。分開時，下工作臺可由水平油缸驅(qū)動帶動下模移進移出，以便裝卸工件內(nèi)膽。沖孔加工時上下模合模，內(nèi)膽除了由主缸上下運動進行頂沖加工外，在內(nèi)膽的四周也需根據(jù)需要進行沖孔加工，此工作由固定在上下模具上的若干側(cè)沖油缸完成。整個油壓機上述所有液壓執(zhí)行油缸，均處于同一系統(tǒng)中，共一個液壓油源油壓機的油壓站。單獨設(shè)置在油壓機主體結(jié)構(gòu)之側(cè)。系統(tǒng)主要控制閥類按要求可部分設(shè)置在油壓機機架上，靠油管分別與泵站和油缸相連，考慮到上下模具要運動，故側(cè)沖油缸控制閥連接管路要采用軟管。 根據(jù)我們對油壓機工作性質(zhì)，工作過程的了解，我們初步確定系統(tǒng)的主油泵采用一種恒功率壓力補償式變量柱塞泵，泵的出口壓力被反饋到泵的變量機構(gòu)之上，系統(tǒng)壓力上升，泵的輸出流量即會減少，系統(tǒng)壓力下降，輸出流量增加，實現(xiàn)恒功率輸出。正好滿足液壓機工序要求，沖孔壓力機與執(zhí)行油缸并無其他特殊要求，以及運動行程的要求，需通過計算確定。另外在設(shè)計過程中必須考慮過載保護，安全保護連鎖、同步等一些要求，這將結(jié)合機械電器部分設(shè)計共同進行。 下面我們就準備開始進行液壓系統(tǒng)設(shè)計計算。4.2 液壓系統(tǒng)各工作缸分析4.2.1主工作缸工作過程 主缸活塞快速下行慢速下行接近工件接觸工作臺壓力速度上升沖孔加工結(jié)束后工作壓力迅速下降到行程端點活塞快速返回。依據(jù)題設(shè)，快速下行速度v=10cm/s,慢速下行v=6cm/s,快速返回v=8cm/s按設(shè)計要求最大沖壓力為40T，油缸下行時的負載分析：油缸在系統(tǒng)壓力油和油缸運動部件自重共同作用下快速下行，此時要克服的外負載幾乎沒有，故此時系統(tǒng)工作壓力很小，但由于運動速度快，油缸的輸入流量大。此時為防止油缸下行失速，在系統(tǒng)回油路上應(yīng)考慮設(shè)置平衡背壓裝置。隨后為保證進行沖孔加工是運動平衡，我們考慮在油路設(shè)置切換裝置，在接近工件部件處，油路切換，油缸活塞由快速轉(zhuǎn)為慢速行進，這里我們考慮采用調(diào)速閥，目的是考慮到下行速度可調(diào)且速度運動平穩(wěn)。當(dāng)活塞下行接觸到工件時，油缸上腔的壓力隨著負載增大迅速上升，直至克服阻力完成沖孔加工，沖孔完畢阻力負載消失，系統(tǒng)壓力又隨即下降，回到慢行階段，直至運動到行程終點。油缸的返回行程由電磁換向閥切換油路進行通行，油缸下腔通壓力油。此時由于油缸運動部件自重的影響，系統(tǒng)壓力將會上升，直至活塞開始向上運動。較之快速下行速度，上行是速度要慢一些，但應(yīng)設(shè)計成比工進行程的速度快，以節(jié)約運動時間，此時上升行程的回油路不存在背壓，這與下行是不相同的。據(jù)此我們可以畫出液壓工作循環(huán)的負載循環(huán)圖如下圖4-1所示：t(s)F(N)15050快進慢進返回行程沖孔加工工進到行程終點 圖4-1 負載循環(huán)圖液壓缸的運動分析及運動循環(huán)圖：按照主油缸的工作循環(huán)，我們可以做出油缸的位移循環(huán)圖如下圖4-2所示S(mm)t(s)快進工進沖壓工進到位快退20050 圖4-2 位移循環(huán)S-t圖同樣我們可以做出主缸工作活塞的速度循環(huán)圖如下圖3-3所示：V(m/s)106t(s)快速返回快進工進沖壓過程 圖4-3 速度循環(huán)V-t圖4.2.2 水平工作缸 工作過程：快速移出慢速移出停留（裝膽）快速返回慢速返回水平工作缸推動工作臺在導(dǎo)軌上移進移出，前面我們選取摩擦系數(shù)為=0.2。水平缸承受的最大工作壓力是在模具重量下產(chǎn)生，因選用滑動導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)取=0.2，故工作臺給偶內(nèi)置時最大負載Fmax=m=0.27000=1400N。 按系統(tǒng)設(shè)計要求，快速移出速度v=20cm/s,慢速移出速度v=10cm/s,快速返回與慢速返回同樣分別為20cm/s和10cm/s。4.2.3 工作臺鎖緊缸 工作過程：（工作臺水平油缸回位）鎖緊缸上行（鎖住下工作臺）沖孔加工鎖緊缸下行（松開下工作臺）水平工作臺移出水平工作臺回位。 鎖緊缸承受的最大壓力也是模具重量產(chǎn)生，沖壓力為7000N， 鎖緊行程為70mm，設(shè)速度V=35mm/s.往返速度相同。4.2.4 側(cè)沖油缸側(cè)沖工藝是緊接在主沖壓工藝后完成的。工作過程：（主沖壓缸回位）側(cè)沖缸移進側(cè)沖缸回位。載荷7T，行程50mm，速度v=50mm/s。往返速度相同。4.3 主工作油缸的設(shè)計：4.3.1 計算主工作油缸尺寸P1A1P2A2Fmax圖4-4 主缸計算圖計算油缸尺寸是應(yīng)考慮油缸最大工作負載，即沖壓負載。按照設(shè)計要求最大沖壓力應(yīng)達到40噸，另結(jié)合系統(tǒng)進油最大工作壓力15Mpa。如圖3.5示意。油壓機主工作油缸的極限載荷出現(xiàn)在沖壓加工過程中。按照設(shè)計要求最大沖壓力應(yīng)為40噸，即最大負載阻力FMAX=40T=4104kg。假設(shè)此時系統(tǒng)工作為150MPa，而進入油缸中的油液已經(jīng)流通了調(diào)速閥，一般情況下最少有45MPa的壓力降。為了實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，壓降還可以更大，暫取為6MPa,故P1=150-6=144MPaP2回油背壓按常規(guī)取為58MPa,也取為6MPa.即P2=6MPa.G為油缸運動部件自重，按機械部分設(shè)計參數(shù)約為4000kg,另考慮活塞因摩擦、粘性阻尼造成的損失，機械效率為m=0.96.固有（P1A1-P2A2）m=F-G為計算油缸有關(guān)尺寸，如缸徑d，先考慮d/D比值。其選取要考慮系統(tǒng)工作壓力，油缸的工作方式（受拉還是受壓），也必須考慮油缸往復(fù)運動速比。本主工作油缸液壓系統(tǒng)最高工作壓力150MPa,屬于中高壓，故d/D比值也不宜過小，考慮油缸運動時工進與快退的工作速度，工進是為保證速度平穩(wěn)，速度較慢，退回（上升）時不工作，速度可適當(dāng)加快，考慮到工作部件運動慣性，也不宜太快。通常情況下速比=V回/v進比值大小與d/D比值有關(guān)。d/D大，則小; d/D小，則大。 綜合考慮，根據(jù)設(shè)計手冊推薦意見（規(guī)定d/D=0.50.7）.我們暫取d/D0.62，此時=1.62.于是有P1D2/4- P2(D2/4-d2/4)=(F-G)/m利用d=0.62D，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可計算出D=4（F-G）/(P1-0.6156P)gm d=0.62D=11.96mm把油缸尺寸元整化，我們可以取活塞桿徑d=12cm=120mm油缸缸徑D=18cm=180mm此時油缸面積為A1=254.5cm2 A2=141.37cm24.3.2 繪制主工作缸的工況圖 即繪出液壓缸的壓力循環(huán)圖（P-t） 流量循環(huán)圖（Q-t） 功率循環(huán)圖（N-t）P-t 圖 通過最后的液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)實際載荷的大小，倒求出液壓執(zhí)行元件在其動作循環(huán)各階段的工作壓力，然后把它們繪制（P-t）圖。P(Pa)最高壓力t(s)快進工進返回行程工進到行程終點沖孔加工 圖4-5 壓力循環(huán)P-t圖 Q-t 圖 根據(jù)已確定的液壓缸有效工作面積，結(jié)合其運動速度，算出它在工作循環(huán)中每一個階段的實際流量，把它繪制成（Q-t）圖Q（m3/s）t(s)快進工進沖壓過程工進快速返回 圖4-6 流量循環(huán)Q-t圖N-t圖 繪出壓力循環(huán)圖和總流量循環(huán)圖后，根據(jù)N=P Q,即可繪出系統(tǒng)的功率循環(huán)圖，即根據(jù)P-t圖與Q-t圖繪制出N（KW）t(s)快進工進沖孔加工工進返回行程 圖4-7 功率循環(huán)N-t圖至此，主液壓缸的設(shè)計完成。4.4 總的液壓系統(tǒng)設(shè)計4.4.1液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟a.液壓泵的選擇1）確定液壓泵的最大工作壓力PpPpP1+P （Pa） 式中P1為液壓缸最大工作壓力P為從液壓缸出口到液壓缸入口之間總的管路損失根據(jù)液壓缸最大工作載荷時，油缸上腔所需的最大油壓力P1為（P1A1-P2A2）m=F-GP1=(F-G)/ m+ P2A2/ A1=138.42Pa考慮到油路上的壓力損失P=（25）Pa，取3Pa故 PMAX=141.42Pa2）確定液壓缸的流量 本液壓缸系統(tǒng)的工作油缸有多個，主沖壓缸、水平工作油缸、工作臺夾緊缸及側(cè)沖油缸。其中主沖壓缸、側(cè)沖壓缸和水平工作缸是不同時工作的，而其中主沖壓缸工作所需流量最大，為Q主沖壓max=141.42L/min 工作臺夾緊缸在工作過程中隨不與其它缸同時動作，但它在沖壓加工過程一直保持在夾緊狀態(tài)，故雖無需再計算泵的輸出流量時多加考慮，但在計算油箱容積是必須計入在內(nèi)。 按照上述分析可知泵的輸出流量 QpKQ主沖壓maxK為系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取k=1.11.3,我們?nèi)?.2.Qp1.2152=182.4L/min3） 選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)以上求得的Pp 和Qp值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從機械設(shè)計手冊中選擇相應(yīng)規(guī)格的液壓泵。表4-2 液壓泵設(shè)計參數(shù)型號排量ml/r壓力MPa轉(zhuǎn)速r/minXB型9.5227142115004000 我們選用斜盤式軸向柱塞泵，轉(zhuǎn)速得滿足電機要求。系統(tǒng)總流量為1521L/min,柱塞泵流量范圍為Qmin=9.51500=14.251L/min, Qmax=2274000=9081L/min 14.25152908,滿足設(shè)計要求。4）確定液壓泵的驅(qū)動功率 N=PPQP/P10-3KW式中PP液壓泵的最大工作壓力 Pa QP液壓泵的流量 m3/s P液壓泵的總效率 kw 根據(jù)機械設(shè)計手冊，柱塞泵的總效率為0.800.85。取=0.8 計算 N=138.42182.40.810-3=32Kw 另外考慮夾緊缸的功率損耗約為12kw，再加上泵在壓力PP的功率損耗約為12kw。實際油泵驅(qū)動電機功率N=32+2+2=36kw。根據(jù)實際標(biāo)準N=40kw，采用J2系列小型鼠籠式電動機J2-72-2，額定功率40kw。 表4-3 電動機設(shè)計參數(shù)電動機型號額定功率滿載轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電機總重kgJ2-72-240kw2940r/m1.12.2220 故柱塞泵和電機轉(zhuǎn)速均為2940r/min.b.蓄能器的選擇根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類型和主要參數(shù)。設(shè)計蓄能器在系統(tǒng)中作為應(yīng)急能源，其有效工作容積為： V=AiLiK (m3)式中AiLi要求應(yīng)急動作液壓缸總的工作容積m3 K油缸損失系數(shù)，一般取K=1.2V=254.50.01510-4+12.561.210-4=2.27L選取型號為NXQ-2.5，壓力20MPa，容積為2.5L，通徑為M422,重量為14kg。c. 管道尺寸的確定1)管道內(nèi)徑的計算d2=4Q/V 式中 Q通過管道內(nèi)的流量 m3/s V管內(nèi)允許的流速 m/s 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力15MPa，以及實際管道長度，我們考慮管道產(chǎn)生合理的壓力損失，再結(jié)合管道尺寸及重要的綜合因素，我們選取管道的允許流速為57m/s,取7m/s，而系統(tǒng) 的最大流量為152.604L/min=2.5434 m3/s. 故d=1.13101.90610-221.5mm根據(jù)標(biāo)準將其元整為22mm（采用無縫隙鋼管）。2)管道壁厚的計算=Pd/2m式中 P管道內(nèi)最高工作壓力 Pa D管道內(nèi)徑 m 管道材料許用應(yīng)力 =b/n b =材料抗拉強度 n安全系數(shù) P17.5MPa時，取n=6根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算出=2.34（mm）管道由于上下側(cè)沖油缸運動還要根據(jù)實際運動尺寸選取軟管，確定其尺寸。d)濾油器的選擇選擇濾油器是應(yīng)考慮如下幾點：（1）具有足夠大的通油能力，壓力損失小;（2）過濾精度應(yīng)滿足設(shè)計要求；（3）濾芯具有足夠的強度；（4）濾芯抗腐蝕性好，能在規(guī)定溫度下長期工作；（5）濾芯的更換、清洗及維護方便。 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計圖，濾油器在本系統(tǒng)中有兩個安裝位置，如圖4-7所示。 圖4-7 濾油器設(shè)計圖 安裝在液壓泵的吸油路上，這種安裝方式要求濾油器油較大的通油能力和較小的阻力。阻力一般要求不超過0.11050.2105Pa ，因此采用精度較低的網(wǎng)式濾油器。此方式的作用主要是保護液壓泵。 網(wǎng)式濾油器屬于粗濾油器，一般安裝在液壓泵吸油路上，以保護泵。它具有結(jié)構(gòu)簡單，通油能力大，阻力小，易清洗等特點。采用型號為WU100180（帶堵塞報警的粗過濾，過濾精度為80）。安裝在回油路上，這種方式間接的保護整個液壓系統(tǒng)，由于回油壓力低，可用強度較低的濾油器。濾油器并聯(lián)的單向閥在濾油器堵塞時，起著旁通閥的作用。采用線隙式濾油器，一般安裝在回油路上。這種濾油器阻力小，流通能力大，但不易清洗，采用型號為XU100100（精過濾器，過濾精度為30）。以上兩者的流通量為100L/min。e. 液壓油的選擇壓力機液壓系統(tǒng)屬于普通液壓系統(tǒng)，我們可以選擇30號礦物型機械油。這是考慮由于油箱容積較小，系統(tǒng)發(fā)熱量較大。（回路中引起壓力損失的元器件較多），故選用粘度稍高的30號機械油。代號HJ30，運動粘度為2733mm2/s。正常運轉(zhuǎn)后油的運動粘度v=3.010-5mm2/s。油的密度為=900kg/m3。f.油箱的設(shè)計計算設(shè)計油箱時應(yīng)考慮如下幾點：油箱要有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)，而工作時又能保持適當(dāng)?shù)囊何?。吸油管及回油管?yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍?；赜凸芸谝鼻?5角并面向箱壁，以防回油沖擊油箱底部的沉積物，同時也有利于散熱。吸油管和回油管之間的距離盡可能遠些，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/33/4.為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過濾器，注油及通氣一般都由一個空氣過濾器來完成。為方便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥。對于不易開該的油箱，要設(shè)置清洗孔，以便于油箱內(nèi)部的清理。油箱底部應(yīng)距地面150mm以上，以便于搬運、放油和散熱。在油箱的適當(dāng)位置要設(shè)吊耳，以便吊運，還要設(shè)置液位計，以監(jiān)視液位。油箱內(nèi)表面的防銹處理要給予充分注意。按經(jīng)驗公式確定油箱容積，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進校核。經(jīng)驗公式為 V=a Qv m3式中Qv 液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（即總額定流量）m3 a 經(jīng)驗系數(shù)中高壓系統(tǒng)一般a=57，考慮到為減少油箱尺寸，令油箱配置了冷卻裝置，故取a=5，系統(tǒng)額定流量為182.41/min。 故V=5182.4=912 L 根據(jù)標(biāo)準取 920 L另外，在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充油時，油箱的油位不低于最低限度。g.冷卻器所需面積的計算冷卻面積為： A= （Phr- Phc）/Ktm 其中 K散熱系數(shù)，用管式冷卻器，取K=116W/（m2） tm 平均溫升，tm =（T1+T2）/2-(t1+t2)/2 取進入冷卻器的溫度T1=60，油流出冷卻器的溫度T2 =50。冷卻水入口溫度t1=25，冷卻水出口溫度t2=30，則 tm=（60+50）/2-（25+30）/2=27.5 所需冷卻器的散熱面積為： A=（28.7-3.145）103/（11627.5）=8.01m2 考慮到冷卻器長期使用時，設(shè)備腐蝕和油垢、水垢對傳熱的影響，冷卻面積應(yīng)比計算值大30%，實際選用冷卻器散熱面積為： A=8.011.3=10.4 m2 油箱設(shè)計機械圖見附圖。4.4.2 液壓系統(tǒng)原理圖a. 沖壓主工作缸控制回路主工作缸工藝過程：快速下行沖壓工藝，工進至行程端點快速返回。前面我們已經(jīng)分析計算主軸缸的尺寸選取。采用的是單活塞雙作用油缸。液流換向采用三位四通電磁換向閥（彈簧復(fù)位）控制。再考慮到主缸下行有快進工進速度變換，采用調(diào)速閥和二位兩通電磁換向閥（常開式）并聯(lián)控制。快進時，二位兩通換向閥處于常開狀態(tài)，液流在油泵作用下無障礙通過。工進時，二位兩通電磁換向閥電磁鐵接通使換向閥處于常閉，液流通過調(diào)速閥減速，達到減速的目的?；赜吐分胁捎靡灰箍貑蜗蜷y和一單向節(jié)流閥串聯(lián)組成回油平衡回路。因液控單向閥密封性能好，故鎖緊性能好。如不串聯(lián)單向節(jié)流閥，活塞不見下降，液控單向閥可能時開時閉，引起振蕩。接入單向節(jié)流閥后，可調(diào)整活塞部件上行速度，防止產(chǎn)生振蕩。工作行程初設(shè)為200mm，快150mm，慢50mm。如下圖4-8所示： 圖4-8 沖壓主工作缸控制回路1.三位四通電磁換向閥 2.調(diào)速閥 3.三位兩通電磁換向閥 4.單向節(jié)流閥 5.液控單向閥（雙路）b. 工作臺水平進出控制回路 水平工作油缸工藝過程：快速移出慢速移出暫停裝膽快速回位慢速回位。同樣選用單活塞雙作用油缸。液流換向采用三位四通電磁換向閥（彈簧復(fù)位）控制。油缸活塞在移出、回位過程中均有速度變換，且均從快速到慢速。我們采用對應(yīng)相同速率。通過節(jié)流閥與二位兩通電磁換向閥并聯(lián)控制?？焖僖瞥鰰r，3YA接通，液流流入，接通回路，進油路上二位兩通換向閥處于常開狀態(tài)，液流推動活塞水平移出;到位后，電磁鐵11YA接通，位兩通電磁換向閥處于常閉，液流通過節(jié)流閥，速度減小，實現(xiàn)減速。到位后，彈簧使三位四通換向閥復(fù)