【正文】 年 月 日 I 工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 I 摘要 液壓機(jī)是一種利用液體壓力能來(lái)傳遞能量，以實(shí)現(xiàn)各種壓力加工工藝的機(jī)器。 1884 年，英國(guó)首先制造出用于鍛造鋼錘的鍛造液壓機(jī)， 18871888 年又制造出了一系列用于鍛造的液壓機(jī)，其中公稱(chēng)壓力最大的一臺(tái)的水壓機(jī)已達(dá)到 40000KN。近些年，我國(guó)的液壓壓力機(jī)得到了進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)研制出了多種獨(dú)特型號(hào)的液壓機(jī)并制定出來(lái)多種零部件的標(biāo)準(zhǔn)。 液壓機(jī) 主要 由 機(jī)身 、 液壓控制 系統(tǒng) 以 及泵站三 個(gè) 部分組成。 機(jī)身是液壓壓力機(jī)的執(zhí)行元件 。當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸 時(shí) ， 工作液體會(huì) 對(duì)柱塞產(chǎn)生很大的壓力， 同時(shí) 推動(dòng)柱塞、活動(dòng)橫梁及上砧 一起 向下運(yùn)動(dòng)， 用上砧壓制工件，使工作產(chǎn)生塑性變形，實(shí)現(xiàn)加工工藝 。 4 圖 13 壓力機(jī)工作循環(huán)圖 5 2 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下三個(gè)基本原則： 1 盡可能滿足工藝要求，便于操作； 2 具有合理的強(qiáng)度與剛度，使用可靠； 3 具有很好的經(jīng)濟(jì)性 ，制造維修方便。從工作缸的數(shù)量看，有單缸、雙缸及多缸。立柱之間的距離可根據(jù)工作要求確定，活動(dòng)橫梁的上下移動(dòng)距離須得 根據(jù)設(shè)計(jì)給的的工作行程確定。 液壓缸 的設(shè)計(jì) 液壓缸的部件 液壓缸的 功能就是 把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能 ，它 是液壓機(jī) 機(jī)身的 主要部件之一。一般根據(jù)液壓機(jī)總體結(jié)構(gòu)、缸的總壓力大小及工作條件來(lái)選 擇 。 6 2）活塞式液壓缸 活塞在運(yùn)功的兩個(gè)方向上都要求密封，因此缸的內(nèi)表面在全長(zhǎng)上均需加工，精度及光潔要求較高， 且 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故在水壓機(jī)中應(yīng)用不多，僅 應(yīng)用 在頂出缸和其它輔助機(jī)構(gòu)中， 在 中小型油壓機(jī)上應(yīng)用 比較 普遍。 故 1 3 4 0 2 2 2 3 8 4D ? ? ? ?mm 式（ ） 缸底厚度的計(jì)算 從文獻(xiàn) [1]中查得 m ax1 spD? ?? 式（ ） 式中 1? —— 表示缸底厚度； D—— 表示液壓缸內(nèi)徑； maxp —— 表示最大壓力； s? —— 表示缸筒材料許用應(yīng)力。否則 ，在泄壓時(shí)，機(jī)身會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng) 。柱塞 的材料一般采用 45號(hào)鋼或 50號(hào)鋼，有的也采用冷硬鑄鋼。 [13]。通過(guò)查閱相關(guān)參考資料，整理了以下幾點(diǎn)在進(jìn)行立柱設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到的問(wèn)題： 1) 小 型 壓機(jī) 速度快、 機(jī)架剛度較差， 并且操作頻繁，故其工作強(qiáng)度會(huì)比較大，更容易遭受破壞 。 2)立柱 的 疲勞破壞 大部分發(fā)生 在應(yīng)力集中過(guò)大 或零件本身具有缺陷的地方。故應(yīng)采取一些方法來(lái)降低應(yīng)力集中 [15]。筋板一般成方格形布置也可成輻射狀布置，在安裝缸體和立柱的部位一般設(shè)計(jì)成圓筒形。 在軋制鋼板和焊接技術(shù)得到一定發(fā)展的今天，鋼板焊接橫梁由于其具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量小、強(qiáng)度高、加工 時(shí)長(zhǎng)段等優(yōu)點(diǎn)，正在得到日益廣泛的應(yīng)用。橫梁的立柱孔的高度普遍設(shè)計(jì)為立柱的直徑的 。在鑄造能力許可 的情況下 ， 鑄造 中、小型單缸液壓機(jī) 時(shí)可以 將工作缸與上橫 11 梁鑄成一 個(gè)整 體。 原定 上橫梁立柱孔的配合間隙 為 44Dcd ，但在實(shí)際安裝 的過(guò)程中 ，往往因立柱的 垂直度公差 會(huì)進(jìn)行 疊加），而發(fā)生裝不進(jìn)的 問(wèn)題 ，所以對(duì)中小型 液壓機(jī)的柱孔應(yīng)有 1～ 2mm的間隙，不配合部分 無(wú)須 加工，在直徑上可 稍微擴(kuò)大一些 ，而且下孔的間隙 則需更 大些。 這里，設(shè)計(jì)上橫梁的長(zhǎng)度 1l =850mm，寬度 1b =700mm，高度 1h =350mm。 下橫梁的設(shè)計(jì) 下橫梁也稱(chēng)底座， 它通過(guò)支座支承 在地基 上。 這里設(shè)計(jì)下橫梁長(zhǎng)度 3l =850mm，寬度 3b =700mm，高度 3h =400mm。 這里， 選箱底和側(cè)壁厚為 10mm，蓋板厚為 12mm。油箱蓋 板上 安 裝有空氣濾消器 ， 以防止泵在吸油 的過(guò)程中，空氣中的雜 質(zhì)微粒進(jìn)入油液中。 油箱密封效果要好，防止油箱滲漏到箱外，同時(shí)避免外界粉塵侵入箱內(nèi)。而系統(tǒng)僅 僅能實(shí)現(xiàn)所預(yù)期的功能是不夠的，系統(tǒng)的動(dòng)作質(zhì)量及動(dòng)作發(fā)生的時(shí)間歷程也是很重要的，而且 在 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備 中，這兩個(gè)因素 往往是更加重要的，這些問(wèn)題需要 運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)。 在以上的設(shè)計(jì)步驟中，前五項(xiàng)屬于性能設(shè)計(jì)，它們互相影響，互相滲透；最后一項(xiàng)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行時(shí)必須先查明液壓元件的結(jié)構(gòu)和配置方式，仔細(xì)查閱有關(guān)產(chǎn)品樣本、設(shè)計(jì)手冊(cè)和資料。 （ 3）主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序或互鎖要求。 液壓缸 工作壓力 計(jì)算 （ 1）慣性力： 快速下降時(shí)起動(dòng) 從文獻(xiàn) [4]中查得 11 0 .13 0 5 0 1 5 2 50 .2a vF m Nt?? ? ? ?? 式（ ） 式中 m—— 表示 移動(dòng)件（包括活塞、活動(dòng)橫梁及上模） 質(zhì)量 1v? —— 表示 快進(jìn)時(shí) 壓頭從開(kāi)始啟動(dòng)到達(dá)到快進(jìn)速度所 增大 的 速度； t? —— 表示壓頭啟動(dòng)時(shí)間。 15 表 31 主缸的負(fù)載 工作階段 負(fù)載力 FL（ N） 液壓缸推力 LFF ?? （ N） 液壓缸工作壓力（ Pa） 1 1 ()L LFpPA?? （回程時(shí)2 2LFp A??） 快速下行 起動(dòng) 1525 等速 0 0 0 壓制 初壓 2 105 105 24 105 終壓 2 106 106 24 106 快速回程 起動(dòng) 4 105 105 96 105 等速 30500 制動(dòng) 表中 2 621 1 0 0 .0 9 12DAm? ???? ? ????? 式（ ） D—— 表示液壓缸內(nèi)徑，前面已給出； 22 622 1 0 0 . 0 4 622DdAm? ???? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? 式（ ） d—— 表示柱塞直徑，前面已給出 ； ? —— 表示液壓缸效率，取 。利用以上 數(shù)據(jù)可繪制出速度圖 ，如圖33所示。 繪制出流量圖，如圖 34 液壓缸功率的計(jì)算 18 （ 1） 快速下行啟動(dòng)時(shí) 從文獻(xiàn) [10]中查得 1 1 1 186 19. 8 091 169 .45P p q W? ? ? ? 式（ ） （ 2）工作行程初壓階段 2 2 2 2 .4 9 1 0 2 1 8 4P p q W? ? ? ? 式（ ） （ 3）工作行程終壓階段 此過(guò)程中壓力和流量都在變化 ， 壓力 p在最后 20 mm行程內(nèi)由 MPa增加到 24MPa，其變化規(guī)律為 2 4 2 . 42 . 4 2 . 4 1 . 0 820p S S?? ? ? ? 式（ ） 式中 S—— 表示 行程（ mm），由壓頭開(kāi)始進(jìn)入終壓階段算起。設(shè)啟動(dòng)時(shí)間 加速運(yùn)動(dòng)，起動(dòng)階段活塞行程為 50 5S Vt mm? ? ? ? ? 式（ ） 式中 V—— 表示液壓缸回程速度； t—— 表示快速回程時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間。 44 16 16 28 .2PS?? 式（ ） 令 39。 取整 d =110mm 無(wú)桿腔的有效工作面積 ： 2 2 21 153 . 1 4 1 7 722dd DA c m? ?? ??? ? ? ????? ???? 式（ ） 有桿腔的有效工作面積： 從文獻(xiàn) [2]中查得 222 22dddDdA ? ??? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 221 5 1 13 .1 422??? ? ? ?? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? ? 式（ ） 頂出缸流量的計(jì)算 頂出行程： 311 17 7 7 12 39 / 74 .34 / m ind d dq A V c m s L? ? ? ? ? 式（ ） 回程： 322 61 .7 14 11 43 .8 / 68 .6 3 / m ind d dq A V c m s L? ? ? ? ? 式（ ） 頂出缸在頂出行程中的負(fù)載是變動(dòng)的，頂出開(kāi)始 ， 壓頭 距 離工件較大，以后很快減小，而頂出行程中的速度也是變化的，頂出開(kāi)始時(shí)速度由零逐漸增加到v4；由于這些原因，功率計(jì)算就較復(fù)雜，另外 因 頂出缸消耗功率在液壓機(jī)液壓系統(tǒng)中占的比例 很小 ，所以此處不 再 作 計(jì)算。因?yàn)?液 壓機(jī) 運(yùn)動(dòng)部 件的運(yùn)動(dòng)方向在快速行程中是垂直向下， 因此 可以利用運(yùn)動(dòng)部件 自身 的重量 來(lái) 實(shí)現(xiàn) 快速下行 。 改進(jìn)的方法是使充液閥通油斷面 的截面積 盡量加大，另外可在下腔排油路上串聯(lián)單向節(jié)流閥，利用節(jié)流造成背壓，以限制 利用 自重下行 的 速度，提高升壓速度。 常用的減速方式有兩種，一種是壓力順序控制減速；另一種是行程控制減速。這里選用由電動(dòng)機(jī)控制的伺服變量軸向柱塞泵作為本系統(tǒng)的 動(dòng)力源，利用行程擋塊來(lái)控制液壓泵輸出的液 壓油流量：快速下行的過(guò)程中，液壓泵全流量執(zhí)行供油，在進(jìn)行壓制的過(guò)程中，行程擋塊會(huì)來(lái)控制液壓泵，使其流量逐步減小，在最后 20mm 的行程中，液壓泵的 流量會(huì)減小至 0，液壓缸在回程的過(guò)程中，行程擋塊又對(duì)液壓泵進(jìn)行控制，使其全流量工作。 故液壓系統(tǒng)需要對(duì)活動(dòng)滑塊的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。 在壓制工藝的后期需要對(duì)加工件保壓一段時(shí)間，以滿足工藝要求。 液壓缸在回程之前必須先對(duì)上腔進(jìn)行泄壓，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，泄壓過(guò)快會(huì)引起強(qiáng)大的沖擊，發(fā)出較大噪聲，同時(shí)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖。當(dāng)閥 6 處于左位 時(shí) ，頂出缸 處于 上行狀態(tài)， 這時(shí) 通至閥 4 的回油壓力很低 ，主缸不能動(dòng)作。 電磁鐵 2YA 得電 后 ，換向閥 6在右位工作，此時(shí) 5YA 也 得電，換向閥 4 也 變?yōu)?右位工作，液壓泵輸出的 液壓 油 并 進(jìn)入 了 主缸 的 上腔 。 在這個(gè)時(shí)候 行程 擋板會(huì)控制液壓泵的流量，使其流量減小 ， 至此 主缸進(jìn)入 壓制過(guò)程 ，在此行程中 通過(guò)行程擋板調(diào)節(jié)液壓泵的流量來(lái)達(dá)到所需要的工作 。 由于下腔進(jìn)油路中的 液壓油 具有一定壓力；故控制油路可以 打開(kāi) 閥 1， 于是 主缸上腔 中的大部分液壓油會(huì)重新返 回到充液筒 中 ， 而 一 小 部分經(jīng)閥 4排回 入 26 油箱， 至此 主缸 結(jié)束 快速回程 動(dòng)作 。 液壓元件的選擇 3, 電動(dòng)機(jī)的選擇 液壓系統(tǒng)所需的功率 maxpPP ?? 式（ ） 式中 maxP —— 表示液壓系統(tǒng)的最大功率； p? —— 表示液壓泵的工作效率，這里去 p? =。 液壓系統(tǒng)所需的流量 m a x 1 .1 1 3 8 1 5 1 .8 / m inpq Kq L? ? ? ? 式（ ） 式中 K—— 表示 泄露系數(shù)，這里取 K=； maxq —— 表示系統(tǒng)的最大流量， 由工況圖（圖 34）知快速下降行程中 q 為最大（ q =546 L/min），但此時(shí)已采用充液筒充液方法來(lái)補(bǔ)充流量，所以不按此數(shù)值計(jì)算，而按回程時(shí)的流量計(jì)算。 選擇液壓控制閥 閥 7 通過(guò)的最大流量均等于 qP，而閥 1 的允許通過(guò)流量