【正文】 做到的。 ③ 功率密度大，與機械傳動和電氣傳動相比，輸出同等的力或力矩，采用液壓傳動系統(tǒng)可大大地減輕設(shè)備的自重。這對于大功率、響應(yīng)速度要求高同時需要減小設(shè)備體積、自重的場合意義重大。 ④ 可方便地進行遠(yuǎn)程控制。因為液壓元件是采用管道連接的，故允許液壓泵與執(zhí)行元件相距較遠(yuǎn)；另外，液壓元件可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際需要進行靈活的安裝，對工作環(huán)境適應(yīng)能力較強。 ⑤ 工作安全可靠，液壓閥的使用使液壓系統(tǒng)易于控制并能實現(xiàn)過載保護。 （ 2）液壓傳動的缺點 ① 傳動效率較低。由于液壓傳動過程中存在機械摩擦損失和液壓油泄露損失，所以其總效率比機械傳動和電氣傳動的效率低。 6 ② 無法保證精確的傳動比。由于傳動介質(zhì)的可壓縮性和泄露的存在，液壓傳動無法保證嚴(yán)格的傳動比。 ③ 對油液污 染敏感。液壓系統(tǒng)安全、穩(wěn)定工作的前提是保證工作介質(zhì)的清潔，受污染的油液對系統(tǒng)的危害極大，它會加劇液壓元件的磨損、降低傳動效率甚至使系統(tǒng)失效。 ④ 液壓元件的制造精度要求較高，在一定程度上提高了液壓系統(tǒng)的造價。 盡管液壓系統(tǒng)目前仍存在一定的缺陷，但其優(yōu)點卻是十分明顯的，且隨著液壓技術(shù)的日益成熟，其某些缺點正得到逐步的彌補，故其依然得到快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 （ 3）液壓傳動的應(yīng)用 自從 1654 年帕斯卡提出液體的靜壓原理至今，液壓技術(shù)已經(jīng) 經(jīng)歷了從啟蒙、發(fā)展到成型、成熟等發(fā)展階段，且在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和相關(guān)領(lǐng)域最新成果的基礎(chǔ)上，不斷克服其自身存在的缺點，成為現(xiàn)代機械設(shè)備的重要組成部分。其應(yīng)用幾乎涵蓋了國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域：如工業(yè)機械（包括礦山冶金機械、機床機加工中心、壓力加工機械等）；行走機械（包括建筑機械、農(nóng)林牧機械、工程機械、汽車等）；船艦（包括船舶 的甲板機械、舵機、操縱及控制系統(tǒng)）；航空航天（包括飛機、宇宙飛船、衛(wèi)星發(fā)射裝置）。 液壓傳動系統(tǒng)的組成及作用 液壓傳動系統(tǒng)的組成如圖 所示： 輸入機械能 PQ PQ 輸出機械能 Tω 圖 液壓系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換及構(gòu)成元件示意圖 （ 1） 動力元件 液 壓系統(tǒng)中的動力元件即指液壓缸，其工作原理是利用密封容積的變化，將電動機或內(nèi)燃機輸入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤河偷膲毫δ堋? （ 2）工作介質(zhì) 液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)通常為液壓油，它是能量的載體，是連接原動件和執(zhí)行動力元件 工作介質(zhì) 執(zhí)行原件 控制元件 輔助元件 7 件的橋梁。 （ 3）執(zhí)行元件 執(zhí)行原件與動力元件的作用相反，它是將油液的壓力能能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，一般指液壓缸和液壓馬達。液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)換成往復(fù)直線運動，輸出力和速度；液壓馬達將液壓能轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)運動，輸出扭矩和和轉(zhuǎn)速。 （ 4）控制元件 控制元件在液壓系統(tǒng)中用于控制系統(tǒng)的壓力、流量和方向，包括各種 液壓閥。 （ 5）輔助元件 輔助元件包括油箱、濾油器、管道、管接頭、蓄能器等。它們雖然稱為輔助元件，但卻是液壓系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢 當(dāng)前液壓技術(shù)正朝高速、高壓、高效、大功率、低噪聲、高可靠性、高集成化的方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢主要集中體現(xiàn)在以下幾個方面。 （ 1）開發(fā)高效節(jié)能的元件。世界能源日益緊缺，高效節(jié)能已經(jīng)成為液壓系統(tǒng)乃至整個制造業(yè)的重要課題之一。高效節(jié)能，換言之就是以最小的投入獲得最快最大的產(chǎn)出，這是一項系統(tǒng)的工程，涉及設(shè)計、制造、材料、工藝等各方面的問題。 （ 2）發(fā)展集 成、小型化和輕量化的液壓元件。隨著液壓技術(shù)應(yīng)用范圍的逐步拓展，其系統(tǒng)也越來越趨于復(fù)雜，因此要求液壓元件具有高可靠性、易維修、節(jié)省安裝空間，故必須發(fā)展上述類型的液壓元件。繼疊加閥、集成塊、插裝閥等油路集成方式之后，近幾年又出現(xiàn)了動力元件上附加控制元件的一體化復(fù)合液壓裝置。 （ 3）開發(fā)研究以環(huán)保、安全可靠和可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的液壓系統(tǒng)。由于石油資源的不可再生性，以及泄露造成的污染，促使以純水為介質(zhì)的液壓系統(tǒng)具備進步的時代意義。 （ 5）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究。標(biāo)準(zhǔn)化是許多行業(yè)尤其是制造業(yè)極其重要的發(fā)展基礎(chǔ)，它可以極大地提高 生產(chǎn)效率，促使行業(yè)的快速發(fā)展。液壓傳動技術(shù)較機械傳動技術(shù)要年輕許多，其標(biāo)準(zhǔn)化依然任重而道遠(yuǎn)。 8 第二章 液壓式砌塊制備機的液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 液壓系統(tǒng)總體設(shè)計 液壓式砌塊制備機的結(jié)構(gòu)簡介和工作原理 （ 1）結(jié)構(gòu)簡介 液壓式砌塊制備機的機身為四立柱機身，壓制液壓缸安裝于上橫梁的中間孔上，主機正下方、支撐面上鋪設(shè)專用軌道，成型模具（下模箱）從主機底部一側(cè)沿專用軌道進出主機，制備機的主機和相關(guān)設(shè)備（包括液壓泵站、傳送帶、自動攪拌機、中央控制單元等）都安裝在工程車上，以適應(yīng)野外作業(yè) 環(huán)境。 （ 2）工作原理 系統(tǒng)工作過程中，攪拌機對原料進行攪拌；攪拌完成的原料通過傳送帶送至成型模具里；原料填滿后，電機驅(qū)動成型模具從一側(cè)沿軌道進入主機下方指定位置；成型模具底部的四個支腿在液壓作用下伸出以使成型模具底部的四個輪子懸空，液壓缸鎖緊，使成型模具準(zhǔn)確定位在主壓頭正下方；之后主液壓缸推動壓頭下降，當(dāng)壓頭剛好降至與下模頂部平齊時停止下落，此時，安裝在主壓頭中的四個超聲波壓頭在油液推動下伸出并發(fā)射超聲波，一定頻率的超聲波振實成型模具里面的原料；原料初步密實后，超聲波壓頭收回，主壓頭繼續(xù)下壓使磚塊 達到設(shè)計的尺寸和密實度；壓制完成后，主壓頭收回，成型模具支腿收回以讓四個輪子接觸支撐面，電機驅(qū)動輪子將成型模具與磚塊一起送出主機進行脫模，至此完成一個工作循環(huán)。 工況分析 （ 1）技術(shù)要求和已知條件 ① 主液壓缸 該液壓式砌塊制備機主壓頭的工作負(fù)載（即壓制阻力）為 40000N，主壓頭（上模）的尺寸為 mmmmmm 35590590 ?? ，材料為 45 鋼（ 3/ cmg?? ），則自重為G= ，工作過程為：快速下降 慢速加壓 快速回程?？焖傧陆邓俣?smmv /251 ? ，慢速加壓的速度為 smmv /102 ? ，快速回程速度為 smmv /503 ? ，快速下降行程 mmL 5001 ? ,振動壓頭振幅 mmL 32 ? ，慢速加壓行程 mmL 473 ? ,快速回程行程 mmL 5504 ? 。啟動、制動時間 st ?? 。 ② 振壓液壓缸 9 四個振壓液壓缸呈圓形均布安裝于主壓頭里，其模型如圖 所示。 圖 主液壓頭 其伸出后發(fā)射一定頻率的超聲波對成型模具里的原料進行振實，而液壓部分只負(fù)責(zé)控制其伸出與收回，除了壓頭自重外，幾乎不承受其他外加負(fù)載，因此這部分的液壓回路設(shè)計相對簡單，壓力與流量相對較小。選擇工作壓力 ，伸出速度為 smmv /3039。1 ? ，返回速度為 smmv /3539。2 ? 。壓頭直徑為 120mm，厚度為 35mm，則壓頭自重為 31kg。計算得每一個液壓缸在不同工況下的負(fù)載分別為 NF 39。1 ? ，NF 039。2? ， NF 39。3 ? 。 ③ 支腿液壓缸 成型模具進入主機下方后，支腿液壓缸伸出使輪子脫離支撐面，此時液壓缸 只承受成型模具的自重，其外尺寸為 650680680 ?? ，內(nèi)尺寸為 650600600 ?? ，由此可計算其實際體積為： 30 8 5 mVVV ????????? 內(nèi)外實 () 材料為 45 鋼，則其重量為 實m =，每個支腿液壓缸的外負(fù)載為 NgmF 39。39。1 ???? 實 () 壓制過程中，成型模具承受了成型模具、磚塊的重量以及主液壓缸的壓制力，通過咨詢相關(guān)專業(yè)人員得知一般泥沙壓制的磚塊的密度為 3/1709 mkg?? ，則尺寸為mmmmmm 600600600 ?? 的磚塊的重量為 : kgkgVm ?????? ? () 10 由此可得四個支腿的液壓缸所受的力為 : NNmgFFF e 3 3 0 1 6 4) 6 94 0 0 0 6 3 6(4 1 ?????????總 () 則作用在每個支腿液壓缸的外負(fù)載為 : NNFF 2 5 4 14/3 3 0 1 6 44/39。39。2 ??? 總 () 壓制結(jié)束后，主液壓缸收回，此時支腿液壓缸承受成型模具和磚塊的重量，則每個液壓缸的外負(fù)載變?yōu)?: NNmgFF 5 4 14/ 6 6 3 64/39。39。139。39。3 ?????? ）（ () 選 擇工作壓力為 1MPa，下行速度 smmv /2039。39。1 ? ，返回速度 smmv /2539。39。2 ? 。 （ 2）液壓執(zhí)行元件的配置 該液壓式砌塊制備機為立式布置，工作壓力不大，主液壓缸行程中等，振壓液壓缸和支腿液壓缸行程較小，且往復(fù)速度不同，故擬選用缸筒固定的立置單桿活塞缸作為執(zhí)行元件，驅(qū)動各液壓缸執(zhí)行相應(yīng)的動作。 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 （ 1）動力分析和運動分析 ① 主液壓缸的動力和運動分析 根據(jù)主液壓缸的技術(shù)要求和已知參數(shù)對主液壓缸外負(fù)載進行計算，結(jié)果如表 所示： 表 主液壓缸外負(fù)載力分析計算結(jié)果 工況 計算公式 外負(fù)載 /N 說明 快速 下降 啟動 tvgGFi ???? 11 ①NtvgGFi 3 7311????????? tv??1 為下行平均加速度。 勻速 0 慢速加壓 maxFFe? 40000 快速 回程 啟動 GtvgGGFi ?????? 22 勻速 GF? 11 制動 tvgGGFGi ?????? 22 ②NtvgGFi 322????????? 根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸各工況持續(xù)時間計算結(jié)果如表 所示： 表 主液壓缸工況持續(xù)時間 工況 計算公式 時間 /s 說明 快速下降 25/500/ 111 ?? vLt 20 壓制過程分為兩個步驟，先進行超聲波振壓使砂面下降 3mm，再由主壓頭進行終壓。 慢速加壓 10/47/ 232 ?? vLt 快速回程 50/550/ 343 ?? vLt 11 主液壓缸的運動分析和動力分析如圖 : 圖 主液壓缸的 tv? / tF? 圖 ② 支腿液壓缸的動力和運動分析 根據(jù)主液壓缸的技術(shù)要求和已知參數(shù)對支腿液壓缸外負(fù)載進行計算，結(jié)果如表： 12 表 支腿液壓缸外負(fù)載力分析計算結(jié)果 工況 計算公式 外負(fù)載 /N 說明 下行 啟動 39。39。139。39。139。39。139。39。139。1 FtvgFFFi ?????? ① NtvgFFi 6 3 639。39。139。39。139。1??????? ② NNtvgFFi 39。39。239。39。339。2??????? 勻速 39。39。1FF? 制動 tvgFFFF i ?????? 39。39。139。39。139。39。139。139。39。1 停留 39。39。239。 FFe ? 回程 啟動 tvgFFi ????39。39。239。39。339。2 勻速 0 （ 2）擬定液壓系統(tǒng)原理圖 ① 確定供油方式 根據(jù)該款液壓式砌塊制備機的技術(shù)要求，即適于戶外作業(yè)、可移動便攜式、工作壓力不大，故選用實際中應(yīng)用最為廣泛的齒輪泵為系統(tǒng)提供壓力油。因為齒輪泵具有以下幾大特點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本較低、重量輕、外形尺寸小、自吸性能 好、對油液污染的敏感性差以及工作可靠等。這些優(yōu)點都比較符合該款液壓式砌塊制備機各方面的技術(shù)條件。 ② 鎖緊回路的設(shè)計 鎖緊回路的功能是液壓執(zhí)行元件在不工作時切斷執(zhí)行元件的油液回路，確保其處于確定位置上，而不會因外力作用而移動。三位換向閥的中位機能、液控單向閥、單向順序閥或制動器等都可實現(xiàn)鎖緊功能。 針對液壓式砌塊制備機，為防止主液壓缸和下模箱支腿液壓缸分別由于壓頭和下模箱的自重而下滑所可能產(chǎn)生的誤操作和事故，必須在這兩個支路中設(shè)計鎖緊回路，以 確保設(shè)備安全可靠地工作。在此擬選用液控單向閥實現(xiàn)這兩個回路的鎖緊功能。液控單向閥是允許油液單向通過，反向截止或按預(yù)定信號開啟的單向閥，其在 13 普通單向閥的基礎(chǔ)上增加了一個液控口以控制油液反向流動時閥門的開閉。