【文章內(nèi)容簡介】 95 年英國約瑟夫布拉曼 (Joseph Braman,17491814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。 1905 年將工作介質(zhì)水改為油，又進一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn) (19141918)后液壓傳動廣泛應(yīng)用，特別是 1920 年以后，發(fā)展更為 迅速。液壓元件大約在 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初的 20 年間，才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。 1925 年維克斯 ()發(fā)明了壓力平衡式葉片泵 ,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。 20 世紀(jì)初康斯坦丁尼斯克(GoConstantimsco)對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究； 1910 年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等 )方面的貢獻，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。 第二次世界大戰(zhàn) (19411945)期間 ,在美國機床中有 30%應(yīng)用了液壓傳動。應(yīng)該指出 ,日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 ， 日本迅速發(fā)展液壓傳動 ,1956 年成立了 “液壓工業(yè)會 ”。近 2030 年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，居世界領(lǐng)先地位。 液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、 測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 國內(nèi)外研究情況 由于液壓制釘機可將無用廢舊鐵絲等重新回收利用，制造成可以氣釘槍可打的釘子，不僅節(jié)省成本，而且環(huán)保節(jié)能。據(jù)了解有關(guān)專家曾在者曾在珠江三角洲西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 地區(qū)的制釘廠調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這種釘子不僅在本地區(qū)．而且在內(nèi)地和港澳、東南亞等地，都有相當(dāng)?shù)男枰?jīng)濟效益可觀。在西方國家早已投入生產(chǎn)。2 研究方案及系統(tǒng)原理 3 2 研究方案 及系統(tǒng)原理 液壓系統(tǒng)的組成及其作用 一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元 件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。 動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。 葉片泵也就是常說的離心泵，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，流量大，調(diào)節(jié)也很方便。故選擇葉片泵作為系統(tǒng)的油源。 執(zhí)行元件 (如液壓缸和液壓馬達 )的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動。本設(shè)計采用的執(zhí)行器是一個垂直切斷夾緊液壓缸和一個水平鐓粗液壓缸。 控制元件 (即各種液壓閥 )在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的 壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥 (安全閥 )、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。 輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位油溫計等。 液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。 制釘機液壓系統(tǒng) 主機的功能結(jié)構(gòu) 隨著射釘槍在包裝、廣告裝飾及家具制造、制鞋行業(yè)的廣泛運用，作為其 “子彈 ”的排釘?shù)男枨蟠罅吭黾印? 排釘?shù)闹圃爝^程： a. 壓線 ——將一定直徑、一定強度的鐵絲在壓輥機上壓扁； b. 排線 ——將若干條（一般為 80～ 150 條）壓扁的鐵線拉直并排在一起； 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 c. 并線 ——將排好的線用粘合劑粘合在一起并烘干，成為板料； d. 制釘 ——將板料送到制釘機上成型。 液壓傳動的制釘機主要由垂直切斷夾緊和水平鐓粗兩個液壓缸和送料機構(gòu)、氣缸驅(qū)動的推料機構(gòu)組成。 制釘機共有 6 道工序： 第一工序：送料。送料 機構(gòu)將板料送到垂直液壓缸下方； 第二工序：切料夾緊。垂直液壓缸帶動切斷模及夾緊裝置下降，將板料切斷并夾緊，為下一工序作準(zhǔn)備； 第三工序：鐓粗。水平液壓缸帶動鐓頭前進，將板料頭部鐓粗成為釘頭； 第四工序：鐓粗退回。水平液壓缸帶動鐓頭退后，離開釘頭。 第五工序：切斷退回。垂直液壓缸上升，離開板料； 第六工序：推料。推料氣缸動作，將成品推出模具。 1垂直切斷液壓缸； 2水平鐓粗液壓缸； 3鐓頭； 4推料結(jié)構(gòu)； 5板料； 6切斷夾緊裝置 圖 制釘機的結(jié)構(gòu)示意圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 液壓系統(tǒng)及其工作原理 制釘機的液壓系統(tǒng)的油源為定量液壓泵（葉片泵），其最高工作壓力由溢流閥設(shè)定，二位二通電磁換向閥用于控制液壓泵的卸荷和供油。系統(tǒng)的執(zhí)行器為切斷液壓缸和鐓粗液壓缸，其中切斷液壓缸和鐓粗液壓缸的運動方向均采用電磁換向閥作為導(dǎo)閥的液控順序閥控制。切斷液壓缸進回油路中并聯(lián)的順序閥和單向閥用于該缸差動反饋連接，液控順序閥在缸差動時關(guān)閉回油路，在非差動時，提供回油路。鐓粗液壓缸的回油路上串聯(lián)的溢流閥起背壓作用。系統(tǒng)中壓力繼電器作為電磁鐵通斷電的發(fā)信裝置，控制電磁換向閥的換向動作。壓力表及其 開關(guān)分別用于調(diào)整系統(tǒng)最高壓力和壓力繼電器的動作壓力時的顯示和觀測。 制釘機的液壓系統(tǒng)原理如圖 ，系統(tǒng)的油源為定量液壓泵（葉片泵），其最高工作壓力由溢流閥 2 設(shè)定，二位二通電磁換向閥用于控制液壓泵的卸荷和供油。系統(tǒng)的執(zhí)行器為切斷液壓缸和鐓粗液壓缸，其中切斷液壓缸的運動方向采用電磁換向閥 14 作為導(dǎo)閥的液控順序閥 7 控制；而鐓粗液壓缸的運動方向采用電磁換向閥 15 作為導(dǎo)閥的液控順序閥 11 控制。切斷液壓缸進回油路中并聯(lián)的順序閥 12 和單向閥 13 用于該缸差動反饋連接，液控順序閥 4 在缸差動時關(guān)閉回油路，在 非差動時，提供回油路，所以閥 4 的調(diào)壓值應(yīng)高于閥 12 的調(diào)壓值。鐓粗液壓缸的回油路上串聯(lián)的溢流閥 8 起背壓作用。系統(tǒng)中壓力繼電器17 和 19 作為電磁鐵通斷電的發(fā)信裝置，控制電磁換向閥的換向動作。壓力表及其開關(guān) 1 18 分別用于調(diào)整系統(tǒng)最高壓力和壓力繼電器 1 19 的動作壓力時的顯示和觀測。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 制釘機的液壓系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán)及原理如下： a. 切斷液壓缸下降。此時換向閥 14 工作在左位。壓力油經(jīng) 6 流入上腔，推動活塞下降，使順序閥 12 打開，構(gòu)成差動回路。下降到行程終點時，由于切斷模 接觸到釘板使活塞負載增大，閥 4 打開，下腔壓力油經(jīng) 4 流回油箱。 b. 鐓粗液壓缸前進。切斷時油壓繼續(xù)上升，繼電器 17 動作，使換向閥 15右位得電，壓力油經(jīng)順序閥 10 進入鐓粗液壓缸右腔，推動活塞前進，左腔油經(jīng)閥 8 回油箱。 c. 鐓粗和切斷液壓缸上升、鐓粗液壓缸后退。鐓粗釘頭時油路中壓力上升，使繼電器 19 動作，換向閥 14 轉(zhuǎn)向右位，換向閥 15 轉(zhuǎn)為左位，使切斷缸上升、鐓粗缸后退。 d. 停止。上升行程開關(guān)和后退行程開關(guān)分別使換向閥 1 15 回到中位，切斷液壓缸、鐓粗液壓缸停止動作。 技術(shù)特點 a. 制釘 機的液壓系統(tǒng)采用單定量泵供油的雙回路形式，沒有流量閥及其帶來的節(jié)流和溢流能量損失；垂直切斷夾緊液壓缸采用差動連接實現(xiàn)快速下行，減小了液壓泵的規(guī)格。 b. 采用電磁換向閥作先導(dǎo)閥，順序閥作主閥構(gòu)成液壓缸的換向閥，不致因系西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 統(tǒng)高壓而影響換向的靈敏度。 c. 采用壓力控制（壓力繼電器）和行程控制（電器行程開關(guān)）組合實現(xiàn)系統(tǒng)的電控元件控制，調(diào)整方便，性能可靠。 技術(shù)參數(shù) 該制釘機每分鐘循環(huán)次數(shù)為 86 次；加工板料規(guī)格為每排 140 根金屬線；每根金屬線的最大直徑 ；切斷剪力 ；鐓粗力 ；液壓系統(tǒng)工作壓力 816Mpa。 3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 8 3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 此次畢業(yè)設(shè)計的課題是五金制釘機液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計。要完成的內(nèi)容有以下幾個方面： a. 通過學(xué)習(xí)了解，查閱各種資料完成五金制釘機液壓傳動系統(tǒng)工作原理圖的設(shè)計； b. 掌握 AutoCAD設(shè)計開發(fā)工具，完成五金制釘機液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計； c. 實現(xiàn)五金制釘機液壓系統(tǒng)加緊液壓缸敦促液壓缸切斷夾緊裝置機架的關(guān)鍵功能工作準(zhǔn)確無誤。 制釘機的制作過程包括：切斷釘子的切斷液壓缸，鐓粗釘子的鐓粗液壓缸，將釘子鐓粗與夾緊的切斷夾緊裝置。針對切斷液壓缸與 鐓粗液壓缸的設(shè)計是實現(xiàn)整個制釘機工作的基礎(chǔ)，重點設(shè)計了切斷液壓缸與夾緊液壓缸的結(jié)構(gòu)、切斷夾緊裝置、機架。并根據(jù)系統(tǒng)壓力、流量選擇了液壓閥、電機、泵。本文的設(shè)計能夠滿足制釘機要求 (系統(tǒng)壓力 16MPa,切斷力與夾緊力都滿足題目所要求的 和 ,每分鐘循環(huán) 86 次 )具有方便快捷制釘?shù)奶攸c。 確定液壓泵的類型及調(diào)速方式 參考同類制釘機，選用雙作用葉片泵 供油、調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥作定壓閥。 選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)動作循環(huán)要求正向快進和工作，反向快退，且快進、快退速度相 等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進時差動連接。 快速運動回路和速度換接回路 根據(jù)運動方式和要求，采用差動連接的快速運動回路來實現(xiàn)快速運動。即快進時，液壓缸實現(xiàn)差動連接。 換向回路的選擇 本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴(yán)格要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為便于實現(xiàn)差動連接，選用了三位四通換向閥。為提高換向的位置精度，采用壓力繼電器的行程終點返程控制。 4 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 9 4 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán) ： a. 切斷液壓缸下降 ； b. 鐓粗液壓缸前進 ； c. 切斷液壓缸上升和鐓粗液壓缸后退； d. 停止。 液壓執(zhí)行元件的配置 由于制釘機要求立式布置，行程較小， 故選用缸筒固定的立式單桿活塞桿（取缸的機械效率 ?cm? ）。作為執(zhí)行元件，驅(qū)動滑塊及剪切、墩粗機構(gòu)對板料進行剪切、墩粗。 負載分析計算 a. 初選液壓缸的工作壓力為 Pap 51 1040 ?? ，移動部件總重力 NG 8000? ，快進快退的速度為 m/s，加速、減速時間 st .20?? ，靜摩擦因數(shù) ?sf ，動摩擦因數(shù) ?df 。 b. 負載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝備產(chǎn)生的摩擦阻力在機械效率中加以考慮。這樣需要考慮的力有：墩粗力、導(dǎo)軌摩擦力和 慣性力 。導(dǎo)軌的正壓力等于動力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為 fsF ，動摩擦力為fdF ，則 NNFfF NNFfF Ndfd Nsfs 800800 160 0800 ???? ???? () 慣性負載是 運動部件在啟動和制動過程中的慣性力，其平均值可按下式計算 tvgGFi ???? () 式中 g—重力加速度， 22 /,/ smgsm ? 。/ smv 速度變化量，?? t? 啟動或制動時間， s；一般機械 t? =~，輕載低速運動部件取小值，重載高速部件取大值，行走機械一般取 2/~ smtv ??? 。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 NtvgGF i . ??????? 上述三種負載之和即為液壓缸的外負載 F。 確定液壓缸主要尺寸 確定 垂直 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 預(yù)選 垂直 液壓缸的設(shè)計壓力 1p =16Mpa。將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到垂直液壓缸下行時，滑塊自重采用液壓方式平衡，則 可計算出垂直液壓缸無桿腔的有效面積 222631m a x1 cmmmpFAcm ??????? ? () 垂直液壓缸 內(nèi)徑（活塞直徑） mmmmAD 1 ??????? () 按 GB/T23481993，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 D=125mm=。 根據(jù)快速下行和快速上升的速度比確定活塞桿直徑 d： 由于 d== 125? = 取標(biāo)準(zhǔn)值 d=90mm=9cm。 從而可算得 垂直 液壓缸無桿腔和有桿腔的實際有效面積為 2222222221)(4)(4cmdDAcmDA?????????????? () 確定水平液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 要求動力滑臺的快進、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M時采用差動聯(lián)接，并取無桿腔有效面