【正文】 后，頂出缸向上頂出，將工件頂出后，向下退回原來的位置。 第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè) 計(jì) 63T 四柱式油壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 四柱式液壓機(jī)為萬能液壓機(jī)，它能滿足多種工藝要求，其主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)如下表所示 系統(tǒng)最高壓力 （ MPa） 25 滑塊下行速度 （ mm/s） 100 滑塊行程 （ mm） 500 滑塊工進(jìn)速度 （ mm/s） 20 63T 四柱式油壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 頂出行程 （ mm） 200 滑塊回程速度 （ mm/s） 60 頂出速度 （ mm/s） 40 頂出缸回程速度 （ mm/s） 70 表 1 液壓機(jī)工況圖 63T 四柱式油壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 第三章 液壓系統(tǒng)原理圖及分析 1 2345618111012149871617151Y2Y4Y3Y5Y 圖 2 液壓機(jī)系統(tǒng)原理圖 1—— 壓力補(bǔ)償變量泵； 2—— 電動(dòng)機(jī)； 3， 17—— 溢流閥； 4， 16—— 電液換向閥； 5—— 壓力繼電器； 6—— 單向閥； 7—— 電磁換向閥； 8—— 液控單向閥； 9—— 背壓閥； 10—— 順序閥； 11—— 液控滑閥； 12—— 充液閥； 13—— 高位油箱； 14—— 上缸； 15—— 下缸； 18—— 壓力表 圖 2 為 63T 四柱式液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)圖。系統(tǒng)中有一個(gè)泵 1，這是一個(gè)高壓，大流量的壓力補(bǔ)償變量泵，除了給主油道供油之外，還給液動(dòng)閥供應(yīng)控制油，其壓力由溢流閥 3 調(diào)整。 （ 1）啟動(dòng)。打開電力開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕后，電磁鐵將會(huì)全部處于失去電力的狀態(tài)，變量泵 1 輸出的液壓油經(jīng)三位四通電液換向閥 4 的中位及閥 16 流回油箱，此時(shí)系統(tǒng)空載啟動(dòng)。 （ 2）上缸（主缸）快速下行。電磁鐵 2Y、 5Y 得電，閥 4 接入到左位，控制油 經(jīng)電磁換向閥 7 右位使液控單向閥 8 打開。 進(jìn)油路：泵 1→三位四通電液換向閥 4（此時(shí)處于左位）→單向閥 6→上缸 14上腔。 63T 四柱式油壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 回油路：上缸 14 下腔→液控單向閥 8→三位四通電液換向閥 4（此時(shí)處于左位）→換向閥 16（此時(shí)處于中位）→油箱。 上缸滑塊由于自重作用快速下降，變量泵 1 雖然處于最大流量狀態(tài)，仍不能滿足其需求，于是上缸上腔出現(xiàn)真空形成負(fù)壓，高位油箱 13 的油液經(jīng)過液控單向閥 12（充液閥）進(jìn)入上缸的上腔。 （ 3）上缸（主缸）慢速接近工件，在這個(gè)過程中加壓。當(dāng)上缸滑塊下降到一定位置時(shí)候就會(huì)觸碰 到行程開關(guān) s1（圖中未標(biāo)出），然后電磁鐵 5Y 失電，電磁換向閥 7 回到原位，此時(shí)控制油液控制閥 8，液控單向閥 8 就會(huì)關(guān)閉。上缸的下腔里，油液經(jīng)過背壓閥 9，到換向閥 4 的左位，流經(jīng)換向閥 16 中位回到油箱。在這個(gè)時(shí)候，上缸的上腔壓力升高，變成高壓腔，充液閥 12 處于關(guān)閉狀態(tài)。上缸在自動(dòng)補(bǔ)償變量泵 1 供給的壓力油的作用下，以緩慢的速度接近工件，在滑塊完全接觸工件以后，上缸遇到的阻力急劇上升，高壓腔中的壓力就會(huì)持續(xù)升高，變量泵 1 的輸出流量自動(dòng)減小。 （ 4）保壓。當(dāng)上缸中的高壓腔的壓力達(dá)到系統(tǒng)預(yù)定的峰值后，壓力繼電器5 受 到感應(yīng)并發(fā)出信號，致使電磁鐵 2Y 失去電，三位四通電液換向閥 4 在這時(shí)回到中位。系統(tǒng)中上半部分沒有油液流動(dòng)，上缸的上、下腔處于封閉的狀態(tài)，單向閥 6 和充液閥 12 中有一個(gè)錐面，這個(gè)錐面能起到一個(gè)良好的密封作用，這樣就保證了上缸高壓腔進(jìn)行保壓階段，保壓的時(shí)間很短，壓力繼電器 5 中的時(shí)間繼電器可以很好地調(diào)整并控制保壓時(shí)間。在保壓的過程中，變量泵 1 經(jīng)閥 閥 16的中位卸載。 （ 5）泄壓，上缸返回原位。在保壓過程結(jié)束后，時(shí)間繼電器會(huì)做出處理并發(fā)出信號，此時(shí)電磁鐵 1Y 得電，電液換向閥 4 在彈簧推動(dòng)下，切換到右位。因?yàn)樯细?高壓腔的壓力非常高，此時(shí)液控滑閥 11 所處位置是上位，壓力油流經(jīng)電液換向閥 4 右位再到液控滑閥 11 的上位，這樣就致使外控順序閥 10 開啟。變量泵 1 輸出油經(jīng)過外控順序閥 10 回到油箱。此時(shí)變量泵 1 在低壓下工作著，這個(gè)壓力不大，不足以將充液閥 12 的主閥芯打開，但是這個(gè)壓力足以打開閥 12 內(nèi)部的卸荷小閥芯，上缸高壓油腔中的油液轉(zhuǎn)而經(jīng)過此卸荷閥閥口泄回高位油箱 13，最終隨著高壓腔油液減少，壓力逐漸降低。 當(dāng)上缸中的上腔壓力降低到一定值之后，液控滑閥 11 會(huì)回到下位，外控順63T 四柱式油壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 序閥 10 關(guān)閉，系統(tǒng)壓力不會(huì)一直小下去，變量泵 1 供 油壓力會(huì)往上升高，于是充液閥 12 將完全打開。此時(shí)，系統(tǒng)中油液的流動(dòng)路徑是 進(jìn)油路：變量泵 1→電液換向閥 4（此時(shí)切換在右位）→液控單向閥 8→上缸 14 的下腔 回油路：上缸 14 的上腔→充液閥 12→高位油箱 13。 變量泵往上缸下腔供給壓力油，上缸上腔中油液流回油箱，此時(shí)實(shí)現(xiàn)上缸快速回程這一步。 （ 6）上缸（主缸）返回原位并停止。上缸滑塊隨著上升將觸碰到行程開關(guān)s2（在系統(tǒng)圖中未標(biāo)出），電磁鐵 1Y 處于失去電的狀態(tài)，電液換向閥 4 在這時(shí)處于中位，沒有油液流過液控單向閥 8，則閥 8 將上缸下腔封住 ，最終，上缸在處于原位上并停止。此時(shí)，變量泵 1 輸出油液經(jīng)過電液換向閥 4，再到閥 16 中位回到油箱之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)泵卸載。 （ 7）下缸（頂出缸）頂出以及原位返回。電磁鐵 3Y 得電，此時(shí)換向閥 16切換到左位。 下缸下腔流進(jìn)液壓油，推動(dòng)活塞往上升，實(shí)現(xiàn)液壓缸頂出，此時(shí)系統(tǒng)液壓油流動(dòng)路徑是 進(jìn)油路：變量泵 1→電液換向閥 4（此時(shí)處于中位）→閥 16（此時(shí)切換在左位）→下缸 15 下腔。 回油路：下缸 15 上腔→電液換向閥 16（此時(shí)切換在左位）→油箱。 電磁鐵 3Y 處于失去電力的狀態(tài)，而電磁鐵 4Y 得電 ，電液換向閥 16 切換到右位。這個(gè)過程中活塞下行，頂出缸實(shí)現(xiàn)退回。 如下表 2 所示為 63T 四柱式液壓機(jī)的電磁鐵得失電力順序表，表中標(biāo)準(zhǔn)有“ +”則表示得電狀態(tài)，未標(biāo)明則表示失電狀態(tài)。 動(dòng)作順序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 快速下行 + + 慢速增壓 保壓 泄壓回程 + 停止 63T 四柱式油壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 頂出 + 退回 + 對于該液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解： 該液壓機(jī)液壓系統(tǒng)工作時(shí)需要較高的輸出力，故而采用高壓大流量自動(dòng)補(bǔ)償變量泵，給系統(tǒng)輸送較大的輸出力，在 快速充液的過程中，液壓缸中的流量不能全部由液壓泵供給，因?yàn)槿羰且獫M足這一點(diǎn)的話則需要更大規(guī)格的泵，意味著造價(jià)更高，在考慮到經(jīng)濟(jì)適用方面的因素，而且在系統(tǒng)各工況工作時(shí)為防止功率損失大，設(shè)置一個(gè)高位油箱彌補(bǔ)液壓泵供油不足的缺陷，這樣既符合市場工藝的要求，同時(shí)也使得系統(tǒng)在功率利用方面更為高效，節(jié)省能量。 在保壓階段的設(shè)計(jì)上，通過單向閥自封性能良好的特點(diǎn)，配合液壓管路的彈性來實(shí)現(xiàn)保壓，在結(jié)構(gòu)上這個(gè)方案既簡單又適用，但需要注意的是此方案對液壓缸的密封性要求較高。液壓沖擊現(xiàn)象是液壓系統(tǒng)中動(dòng)作轉(zhuǎn)換常常遇到的一個(gè)問題，為了減小系統(tǒng)換向時(shí)造成的液壓沖擊，該液壓機(jī)液壓系統(tǒng)在工進(jìn)結(jié)束后，液壓缸快速退回前對液壓缸高壓腔的高壓油進(jìn)行釋放，再讓主油路換向。這個(gè)釋壓的思路實(shí)際上是有順序閥配合帶有卸荷小閥芯的液控單向閥組成一個(gè)簡單卸荷回路。此外，系統(tǒng)中主缸和頂出缸的協(xié)調(diào)性由兩個(gè)電液換向閥調(diào)整至中位來保證的。 第四章 液壓缸負(fù)載分析 主液壓缸 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。根據(jù)液壓機(jī)整體結(jié)構(gòu)可知，滑塊不是正壓在導(dǎo)柱上，所以不會(huì)產(chǎn)生壓力，因而與工作負(fù)載相比較 聞言，滑塊下行所產(chǎn)生的摩擦負(fù)載時(shí)十分之小的，計(jì)算最大負(fù)載時(shí)是完全可以忽略不計(jì)的，但在要求計(jì)算的情況下，下面還是加上了。液壓機(jī)的最大負(fù)載為共進(jìn)時(shí)候的工作負(fù)載。通過各工況的負(fù)載分析，液壓機(jī)主缸的外負(fù)載近等于慣性負(fù)載、工作負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載三者的總和，即： 63T 四柱式油壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 FaFfFwF ??? 式子中： F—— 液壓缸所受外負(fù)載； Fw—— 工作負(fù)載； Ff—— 摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力負(fù)載； Fa—— 運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件在速度變化時(shí)產(chǎn)生的慣性負(fù)載。 （ 1） 慣性負(fù)載 Fa 計(jì)算 計(jì)算公式： tvgGFa ???? 式子中： G—— 運(yùn)動(dòng)部件重量； g—— 重力加速度 ； v? —— t? 時(shí)間內(nèi)的速度變化量； t? —— 速度變化的時(shí)間，一般情況下取 t? =~。 根據(jù)所翻閱資料，初步估算滑塊重量為 5880N。有液壓機(jī)所給設(shè)計(jì)參數(shù)可及：v? =，取 t? =，代入公式中。 即： Ns smsm NFa /??? （ 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。所有作用在主缸上的負(fù)載中，工作負(fù)載遠(yuǎn)大于其他形式的負(fù)載。取靜摩擦因數(shù) us =，動(dòng)摩擦因數(shù)ud =。 計(jì)算公式： GudF fdGusF fs ???? , 將參數(shù)分別代入上式。 63T 四柱式油壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 即： NNF fd NNF fs ??? ??? （ 3） 工作負(fù)載 Fw 計(jì)算 由給定的液壓機(jī)公稱壓力為 63T，則工作負(fù)載 Fw =617400N。 主缸在工作循環(huán)各階段的外負(fù)載以及推力表 如表 3，式子中機(jī)械效率 my =~，此處 my = 工況 外負(fù)載 F (N) 推力myF/ （ N） 啟動(dòng)階段 4704??? FfsGF 加速階段 5 4 1 2???? F fdGFaF 快進(jìn)階段 5292??? FfdGF 工進(jìn)階段 6 1 2 1 0 8???? GF fdFwF 644324 回程階段 6 58 8???? FaF fdGF 表 3 頂出缸負(fù)載分析 液壓機(jī)中液壓系統(tǒng)先由主缸完成動(dòng)作，緊接著頂出缸頂出，這時(shí)候頂出缸的下腔在進(jìn)油，受到推動(dòng)，活塞上行，繼而在頂出缸中產(chǎn)生摩擦力負(fù)載、慣性負(fù)載等負(fù)載。事實(shí)上，頂出缸的頂出壓力與主缸的工作壓力相比較之下是十分小的，而且主缸的滑塊重量都不要比頂出缸大很多，可以知道慣性負(fù)載將會(huì)很小，在此可以忽略慣性負(fù)載不計(jì)；在計(jì)算主缸中的摩擦負(fù)載時(shí)可看出來，摩擦負(fù)載時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工況壓力的，那么同理可知在頂出缸中，摩擦負(fù)載要遠(yuǎn)小于頂出力，故而 摩63T 四柱式油壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 擦負(fù)載在此處也可不計(jì)；給定頂出缸頂出壓力 20T，則頂出時(shí)，工作負(fù)載 NNFw ??? 根據(jù)公式 FaFfFwF ??? 可知頂出缸的最大負(fù)載： NFwF 196000?? 式子中： Fw —— 工作負(fù)載； 頂出缸在各工作循環(huán)階段以及推力表 如表 4，式子中機(jī)械效率 my =~，此處 my = 工況 外負(fù)載 F (N) 推力myF/ （ N） 啟動(dòng)階段 FaFfsF ?? 忽略不計(jì) 頂出階段 FwFfdF ?? 206315 返回階段 FfdF? 忽略不計(jì) 表 4 第五章 確定液壓缸的參數(shù) 已知系統(tǒng)給定工作壓力 25MPa，負(fù)載分析 依據(jù)表 3 可知，翻閱資料可得表 5，從中可確定在計(jì)算過程的一些參數(shù)選取以及活塞桿直徑 d 與液壓缸缸筒內(nèi)徑 D的關(guān)系。 往返速度 2 63T 四柱式油壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 比 λ 活塞桿直徑 d 表 6 說明：一般 λ 小于或等于 較為合適；液壓缸差動(dòng)連接并要求往返速度相同時(shí)，應(yīng)該選取 2/12 AA? ，即 d=D/ 2 約等于 。 根據(jù)表 1 可知， ?? （此處取 ，則 d=），對于 25MPa 的液壓系統(tǒng)而言，該液壓系統(tǒng)屬于高壓系統(tǒng)，所以這里初算時(shí)忽略背壓力。 261 612108 cmPaNPyFAm ????? 液壓缸直徑 D 得： cmcmAD 1 ???? ?? 根據(jù) d= 可知活塞桿直徑 d 得： cmd ??? 查閱資料可查得液壓缸標(biāo)準(zhǔn)直徑表 GB/T23481993，取 D=200mm， d=110mm； 主液壓缸的有效面積為： 22202222222222144159)1120(4)(44204cmdAcmcmdDAcmDA??????????????????? 頂出缸的尺寸 根據(jù)表 1，表 5 可得往返速度比 λ = ? （此處取 ，則 d=）。 26 1 9 9 2 5 8 cmPaNPyFAm????? 液壓缸直徑 D