【文章內(nèi)容簡介】 出一個能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的傳動系統(tǒng)。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)的動作質(zhì)量及動作發(fā)生的時間歷程也是很重要的，而且在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中，這兩個因素往往是更加重要的，這些問題需要運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計方法和手段進(jìn)行系統(tǒng)的動態(tài)分析和設(shè)計。隨著液壓技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計、計算等已經(jīng)得到了大力推廣和應(yīng)用。液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整個機(jī)器設(shè)計的一個重要部分，它與主機(jī)的設(shè)計是密切相關(guān)的。通過查閱相關(guān)的參考資料，再經(jīng)過總結(jié)，可以確定液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算步驟大致如下：（1） 明確系統(tǒng)設(shè)計要求；（2） 分析主機(jī)工礦，確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)；（3） 擬定液壓，系統(tǒng)原理圖；（4） 液壓元件的計算與選擇；（5） 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；（6） 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在以上的設(shè)計步驟中，前五項屬于性能設(shè)計，它們互相影響，互相滲透；最后一項屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行時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)計手冊和資料。 明確系統(tǒng)設(shè)計要求液壓系統(tǒng)的設(shè)計必須能全面滿足設(shè)備的各項功能和技術(shù)性能。因此，在開始設(shè)計液壓系統(tǒng)時，必須先對機(jī)械設(shè)備的工作情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，明確設(shè)備對液壓系統(tǒng)提出的要求，具體需要熟知的內(nèi)容包括：（1）主機(jī)的用途、類型、主要結(jié)構(gòu)、總體布局以及對液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸上的限制。（2）對液壓系統(tǒng)動作和性能的要求：如主機(jī)的工作循環(huán)、液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動方式（往復(fù)直線運(yùn)動旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或擺動）、自動化程度、調(diào)速范圍、運(yùn)動平穩(wěn)性和精度、負(fù)載狀況及其工作范圍。（3）主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動作順序或互鎖要求。 （4）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質(zhì)環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動等。（5）其他方面的要求，如液壓裝置在質(zhì)量、外形尺寸、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定和限制。 工況分析 主液壓缸參數(shù) 液壓缸行程安排主缸快進(jìn)行程：600mm，速度：100mm/s；主缸工進(jìn)行程：100mm，速度：10mm/s；主缸回程 ：700mm，速度：50mm。 液壓缸工作壓力計算（1）慣性力：快速下降時起動 從文獻(xiàn)[4]中查得 式（） 式中 m——表示移動件（包括活塞、活動橫梁及上模）質(zhì)量 ——表示快進(jìn)時壓頭從開始啟動到達(dá)到快進(jìn)速度所增大的速度； ——表示壓頭啟動時間。 快速回程時起動與制動 式（） ——表示回程時壓頭從開始啟動到達(dá)到回程速度所增大的速度； 其他參數(shù)同上。壓制力：初壓階段由零上升到F1 = 2106 N = 2105 N終壓階段上升到F2 = 2106 N 回程力（壓頭離開工件時的力）：一般沖壓液壓機(jī)的壓制力與回程力之比為5～10，本壓力機(jī)取為5，故回程力為Fh = N。 各階段負(fù)載見表31 ，負(fù)載圖見圖31，工作壓力圖見圖32。 表 31 主缸的負(fù)載工作階段負(fù)載力FL（N）液壓缸推力（N）液壓缸工作壓力（Pa）（回程時）快速下行起動1525等速000壓制初壓210510524105終壓210610624106快速回程起動410510596105等速30500制動表中 式（）D——表示液壓缸內(nèi)徑，前面已給出； 式（）d——表示柱塞直徑，前面已給出；——表示液壓缸效率， 。運(yùn)動分析：根據(jù)給定條件，空載快速下降行程600mm，速度100mm/s。壓制行程100 mm，在開始的80 mm內(nèi)等速運(yùn)動。速度為10 mm/s，最后的20 mm內(nèi)速度均勻地減至零，回程以50 mm/s的速度上升。利用以上數(shù)據(jù)可繪制出速度圖，如圖33所示。 圖31 液壓系統(tǒng)負(fù)載圖 圖32 液壓系統(tǒng)工作壓力 圖33 液壓缸運(yùn)動速度圖 液壓缸流量的計算（1）快速下行時 從文獻(xiàn)[10]中查得 式（） 式中 ——表示液壓缸內(nèi)截面積； ——表示液壓缸快進(jìn)速度。（2）工作行程時 式（） 式中 ——表示液壓缸工進(jìn)速度。（3）快速回程時 式（） 式中 ——表示主缸有桿腔的有效工作面積； ——表示液壓缸回程速度。 繪制出流量圖，如圖34 液壓缸功率的計算（1）快速下行啟動時 從文獻(xiàn)[10]中查得 式（）（2）工作行程初壓階段 式（）（3）工作行程終壓階段 此過程中壓力和流量都在變化，壓力p在最后20 MPa增加到24MPa，其變化規(guī)律為 式（） 式中 S——表示行程（mm），由壓頭開始進(jìn)入終壓階段算起。 流量q在20 mm內(nèi)由910 cm3/s降到零，其變化規(guī)律為 式（） 功率 式（）求P關(guān)于S的導(dǎo)數(shù)，得 式（）令=0，得 S=，故在S=，P最大 式（）（4）快速回程啟動階段 此過程中壓力和流量都在變化，情況也比較復(fù)雜。，起動階段活塞行程為 式（） 式中 V——表示液壓缸回程速度； t——表示快速回程時的啟動時間。在這段行程中壓力和流量均是線性變化， MPa。其變化規(guī)律為 式（） 式中 S——表示行程（mm），由壓頭開始回程時算起。流量q由零增為2300 cm3/s，其變化規(guī)律為 式（） 功率 式（）求P關(guān)于S的導(dǎo)數(shù)，得 式（）令=0，得 S=，故在 S=，功率P的值最大， 式（）（5）快速回程等速階段 式（）繪制出功率圖，如圖35 圖34 液壓缸流量圖 圖35 液壓缸功率圖 頂出缸參數(shù) 頂出缸行程安排頂出行程：300mm，速度：70 mm/s；回程： 300 mm，回程速度140 mm/s。 頂出缸結(jié)構(gòu)參數(shù)計算頂出力：，回程力：。由于 式（）故頂出缸內(nèi)徑 式（） 取整 =150mm 頂出缸的活塞桿直徑： 式（） 式中——表示頂出缸內(nèi)徑； ——表示頂出缸頂出力； ——表示頂出缸的工作效率； P——表示液壓系統(tǒng)的工作壓力。 取整 =110mm無桿腔的有效工作面積： 式（）有桿腔的有效工作面積： 從文獻(xiàn)[2]中查得 式（） 頂出缸流量的計算頂出行程： 式（）回程： 式（）頂出缸在頂出行程中的負(fù)載是變動的，頂出開始，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，頂出開始時速度由零逐漸增加到v4；由于這些原因，功率計算就較復(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，所以此處不再作計算。 液壓系統(tǒng)的擬定液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是，行程中壓力變化很大，所以在行程中的不同階段保證達(dá)到規(guī)定的壓力是系統(tǒng)設(shè)計中首先要考慮的問題。確定液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計方案時要重點(diǎn)考慮下列問題：（1）快速行程方式液壓機(jī)液壓缸的尺寸較大，在快速下行時速度也較大，從工況圖看出，此時需要很大的流量，至少為546 L/min，這樣大流量的油液如果直接由液壓泵供給，則泵的容量需要很大，很難滿足要求。液壓機(jī)常采用的快速行程方式有好幾種，在這里本機(jī)采用自重快速下行方式。因?yàn)橐簤簷C(jī)運(yùn)動部件的運(yùn)動方向在快速行程中是垂直向下，因此可以利用運(yùn)動部件自身的重量來實(shí)現(xiàn)快速下行。同時要在壓力機(jī)的最上部設(shè)計一個充液筒，這是因?yàn)楫?dāng)運(yùn)動部件快速下行時，高壓泵的流量會來不及補(bǔ)充液壓缸容積的增加量，這時會形成負(fù)壓，在這種情況下上腔不足部分的液壓油，可通過充液閥、充液筒吸取獲得。高壓泵的流量供慢速壓制和回程的時候使用。此方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要輔助泵和能源，而且結(jié)構(gòu)簡單；它的缺點(diǎn)是下行時的速度不易得到控制，如果吸油不充分將會導(dǎo)致升壓速度緩慢，降低工作效率。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。由于本課題中設(shè)計的液壓機(jī)屬于小型液壓機(jī)，下行速度的控制問題不如大型壓機(jī)突出，所以這里可以采用圖36所示的回路 [11]。 圖36 液壓系統(tǒng)回路圖在主缸實(shí)現(xiàn)自重快速行程時，三位四通換向閥4切換到右邊位置工作（下行位置），同時電磁換向閥5斷電，控制油路k使液控單向閥3打開，液壓缸下腔通過閥3快速排油，液壓缸上腔從充液筒及液壓泵得到油液，實(shí)行滑塊的快速空程下行。（2）減速方式選擇與設(shè)計液壓機(jī)的活動橫梁下行接近加工零件時，壓制速度會由快變慢，且速度變化較大。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。前者是利用活動滑塊在與加工件接觸之后，由于負(fù)載變大導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的壓力自動升高從而改變了系統(tǒng)速度。若加工工藝要求活動滑塊在接觸到加工件之前就必須減速，那就只能選用行程控制方式進(jìn)行減速，因?yàn)閴毫樞蚩刂品绞绞窃诮佑|加工件后才開始減速的。本系統(tǒng)中也選用行程控制方式。這里選用由電動機(jī)控制的伺服變量軸向柱塞泵作為本系統(tǒng)的動力源，利用行程擋塊來控制液壓泵輸出的液壓油流量：快速下行的過程中，液壓泵全流量執(zhí)行供油，在進(jìn)行壓制的過程中，行程擋塊會來控制液壓泵，