【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 人們都知道現(xiàn)在計(jì)算機(jī)控制控制精度高、控制操作性好，而且 計(jì)算機(jī)的價(jià)格又不貴， 像 壓力機(jī)這種環(huán)境條件好，控制要求高的系統(tǒng)最適合用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。 通過(guò)各方面的綜合考慮，得出最終控制方案，即采用微機(jī)電液比例位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)原理圖 設(shè)計(jì) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 17 液壓控制系統(tǒng)的基本組成是液壓動(dòng)力元件加 反饋元件。但同時(shí) 為了實(shí)現(xiàn)別的控制功能，必須在基本控制系統(tǒng)中加入一些基本回路。而且 需要設(shè)計(jì)出合理的油源部分來(lái)為電液比例方向閥進(jìn)行能量輸入以達(dá)到控制目的。從液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的角度講，由于電液比例方向閥具有截流作用，他和液壓缸的組合就相當(dāng)于定壓截流調(diào)速回路。而且是進(jìn)口截流調(diào)速回路。截流調(diào)速回路的工作原理是通過(guò) 改變回路中的流量控制元件的通流截面積的大小來(lái)控制流入執(zhí)行器或流出執(zhí) 行器的流量，以調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速度。 對(duì)于進(jìn)口截流調(diào)速回路，其基本組成是使用定量泵并且必須并聯(lián)一個(gè)溢流閥?；芈分斜玫膲毫τ梢缌鏖y設(shè)定后便基本上保持不變，液壓泵輸出的油液一部分 經(jīng)過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸工作腔推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，多余的油液經(jīng)溢流閥排回油箱 ， 這是此類(lèi)調(diào)速回路能夠正常工作的必要條件。 只要調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)通過(guò)節(jié)流閥的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度。這里的節(jié)流閥就是電液比例方向閥。定壓節(jié)流 調(diào)速回路具有兩個(gè)回路特性，一是液壓缸工作速度與負(fù) 載之間的關(guān)系，稱(chēng) 為調(diào)速回路的速度負(fù)載特性。 經(jīng)研究表明在節(jié)流閥通流面積 TA 一定的情況下，重載工 況 比輕載工 況 的速度剛性差；而在相同負(fù)載下，通流面積 TA 大時(shí)亦即液壓缸速度高時(shí)速度剛性差，所以這種回路只適用于低速輕載場(chǎng)合 。 另一方面，調(diào)速回路具有功率特性。液壓泵輸出的功率為常量，其主要損 失有三個(gè)方面： 一是液壓缸輸出功率，二是節(jié)流功率損失，三是溢流功率損失 。所以回路的功率損失由節(jié)流損失和溢流損失組成，這些損失將轉(zhuǎn)化為熱量 ，使液壓系統(tǒng)溫度升高。所以在此系統(tǒng)中必須加冷卻器來(lái)降低油溫。 定壓節(jié)流調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜， 承載能力好、發(fā)熱大、 但速度 剛性 差、效率較低。而對(duì)于此系統(tǒng)來(lái)講，不要求速度的精確性，也不過(guò)多計(jì)較功率損失，所以基本回路采用閥控缸，即定壓節(jié)流調(diào)速回路。 在調(diào)速回路的基礎(chǔ)上，需要加入其它回路。 根據(jù)工 種，其中液控單向閥保壓和蓄能器保壓是比較典型的兩種。但在控制系統(tǒng)中，加進(jìn)去蓄能器后容易使系統(tǒng)不穩(wěn)定只能使系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)維持系統(tǒng)壓力，所以不用蓄能器保壓。由于此壓力系統(tǒng)保壓時(shí)間不是太長(zhǎng)，保壓壓力也不大，所以采用液控單向閥保 壓是能夠達(dá)到要求的。釋壓回路是使高壓大容量的液壓缸中儲(chǔ)存的能量緩緩釋放，以免它突然釋放時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊。它主要采用順序閥釋壓，從回路圖中可以看出，這種回路將釋壓和釋壓后反向運(yùn)動(dòng)作了很好的銜接。這里的釋壓回路和保壓回路共同內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 18 用了一個(gè)液控單向閥，對(duì)于釋壓回路則要求液控單向閥具有泄荷閥芯。平衡回路是為了防止壓力機(jī)停機(jī)時(shí)滑塊在重力的作用下自行下行，在回路中設(shè)計(jì)了平衡回路，即在回油路上加了一個(gè)平衡閥。在工作時(shí)他可以作為背壓來(lái)保證平衡，停機(jī)時(shí)又可以作為平衡閥來(lái)抵消重力。設(shè)計(jì)油源時(shí)要求有卸荷回路，此系統(tǒng)采用帶電磁閥的先導(dǎo)式 溢流閥來(lái)完成。它既可以起到溢流定壓作用，在需要卸荷時(shí)打開(kāi)電磁閥又可以泄荷，可謂一舉兩得。由于控制系統(tǒng)對(duì)油液質(zhì)量有一定要求，所以在吸油管上設(shè)置粗過(guò)濾器來(lái)攔截大的顆粒。在壓油管上設(shè)置精過(guò)濾器，濾掉細(xì)小顆粒，來(lái)保證電液比例方向閥正常工作。同時(shí)安裝順序閥來(lái)保證精過(guò)濾器堵塞后濾芯不被損壞。以上是對(duì)液壓控制回路的具體設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)原理圖見(jiàn) 圖 41。 作過(guò)程可知，在控制系統(tǒng)中需要加入保壓回路、釋壓 回路、平衡回路，在油源設(shè)計(jì)時(shí)需加入泄荷回路。 保 壓回路 使系統(tǒng)在液壓缸不動(dòng)工藝僅有微小的位移下穩(wěn)定的維持住壓力，它 有許多 控制系統(tǒng)方塊 圖見(jiàn) 圖 42 據(jù)系統(tǒng)原理圖及控制方案得出控制系統(tǒng)方塊圖 圖 42 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 19 圖 43 靜態(tài)設(shè)計(jì) 工作 壓力的選擇 由于液壓壓力機(jī)需輸出較高的力，且為了縮小液壓動(dòng)力元件、液壓能源裝置和連接管道部件的尺寸，取 系統(tǒng)工作壓力 為 MPap 25? 。同時(shí)較高的壓力可以減小壓縮性容積和減小油液中所含空氣對(duì)體積彈性模量的影響，有利于提高液壓固有頻率，即系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 進(jìn)行動(dòng)力分析并繪制負(fù)載軌跡圖 求功率最大時(shí)的負(fù)載力 ⑴ 工作 臺(tái)受力圖如 圖 33 圖 44 圖中： YF — 液壓缸輸出的推力 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 20 fF — 上工作臺(tái) 受到的摩擦力 NF — 慣性力 eF — 工件的反作用力 G— 上工作臺(tái) 受的重力 ⑵ 分別計(jì)算各力的大小 重力： NgMG t 4 9 8 9 8 ???? 摩擦力：由于在 上工作臺(tái) 和導(dǎo)軌之間裝了 直線(xiàn)軸承 ，使摩擦系數(shù)下降到 ? 。同時(shí)由于重力和摩擦力在同一條直線(xiàn)上，所以導(dǎo)軌表面不受正壓力，這樣摩擦力就很小。為了更可靠一些，將摩擦力向大的方向考慮。同時(shí)考慮到液壓缸的摩擦，將總的摩擦力加大二倍。 NfGF f ??????? 慣性力： max max 32 dBa v f? ?? 2m a x 0 .1 5 2 3 .1 4 3 2 .8 3a m s? ? ? ? ? NaMF tN a x ???? 其 中 ： maxa — 上工作臺(tái) 最大加速度 maxv — 上工作臺(tái) 下行速度 3dBf? — 系統(tǒng)頻寬 1433 .74NfF F N?? ，在考慮工作臺(tái)重力的情況下，將摩擦力與慣性力之和放大到與重力相抵消，即 F N?? 。大約為總受力的 5%。 繪制負(fù)載軌跡圖 負(fù)載軌跡圖如圖 44 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 21 /NfF F N? /GN /eFN /LFN 圖 44 假設(shè)各力都不隨時(shí)間變化。且認(rèn)為最大負(fù)載力與最大速度同時(shí)出現(xiàn)，即 max m s? NFL 5max ?? 。 計(jì)算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 計(jì)算缸筒直徑 當(dāng)最大推力 NFL 5max ?? 時(shí) 則 ? ? FApApm ?? 2211? 當(dāng) 02?p 時(shí) F 最大 則 max11 Lm FAp ?? 即：max1241 Lm FpD ??? 其中 ： 1p — 液壓缸無(wú)桿腔壓力 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 22 2p — 液壓缸有桿腔壓力 sp — 系統(tǒng)供油壓力 12sp p p?? Lp — 負(fù)載壓力 12Lp p p?? 1A — 液壓缸無(wú)桿腔面積 2A — 液壓缸有桿腔面積 m? 油缸的機(jī)械效率 ?m? 缸筒的直徑為： mLpFD ?? ????1max4 m26 5 ?????? ??? mmD 73? 選擇液壓缸標(biāo)準(zhǔn)件 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第五 卷 27521?P 表 2162 選取液壓缸內(nèi)徑（ GB234880）100D mm? 無(wú)桿腔的有效面積 A1 ： 2321 mDA ???? ? 求活塞桿直徑 d ： 活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)速度比 ? ? ?222222124141dDDdDDVV??????? ? 系統(tǒng)壓力為 MPaMPa 2025 ? 則 2?? 即 2222 ??dD D mmDd 2 ??? 其中 ： d — 活塞桿直徑 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 23 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第五 卷 27521?P 表 2162 選取活塞桿直徑（ GB234880）70d mm? 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第 五 卷 32021?P 表 21648 選取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸。 其型號(hào)為： 2 5 0 1 0 0 / 7 0 1 0 / 0 1C G E S A H G D M? 其主要技術(shù)規(guī)格： 100D mm? 70d mm? 壓力級(jí)： 16E MPa? 行程： 400S mm? E中間耳軸 H 50 鋼 表面淬火 允許偏差： ? 最大推力： 51 10P ?? 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 19236P? 表 19641 選取安裝尺寸，見(jiàn)裝配圖。 活塞 桿的校核 ⑴ 活塞桿抗壓強(qiáng)度校核 ? ?6 22104P N m md?????? 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第 五 卷 29121?P 表 21616 無(wú)縫鋼管： 21 0 0 1 1 0 N mm? ?? 其中： P — 活塞桿受到的壓力 NFP L 5m a x ??? M P 41 265 ????? ?? ? ???? 抗壓強(qiáng)度 符合要求。 ⑵ 活塞桿 彎曲 穩(wěn)定性校核 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第 五 卷 29121?P 表 21616 可知 ? ?10 15BLd?? 時(shí)需驗(yàn)算活塞桿彎曲穩(wěn)定性。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第四卷 19238P? 表 19637 查得 300ZJ? 。 4 0 0 3 0 0 4 0 0 4 0 0 1 1 0 0BL Z J S? ? ? ? ? ? ? 15 105BLd?? 其中 ： BL — 活塞桿與缸筒的總長(zhǎng) S— 活塞桿行程 400S? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 24 2612210K BEIP KL? ?? 1 KKPP n? 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第 五 卷 29121?P 表 21616其中 ： 1E — 實(shí)際彈性系數(shù) 521 1 .8 0 1 0E N m m?? I — 活塞桿截面慣性矩 460 .0 4 9 1 .1 8 1 0Id ?? ? ? Kn — 安全系數(shù) 6Kn ?? 取 5?Kn K — 液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù) 據(jù)表 21617 查得 ? 1P — 活塞桿受力 NFP L 5m a x ??? KP — 計(jì)算得活塞桿最大理論受力 2 5 6 6 523 . 1 4 1 . 8 0 1 0 1 . 1 8 1 0 1 0 6 9 . 2 3 1 00 . 2 5 1 . 1KPN?? ? ? ? ?? ? ?? 514 .5 7 10KKP Nn ?? 1 KKPP n? 活塞桿穩(wěn)定性符合要求 計(jì)算液壓缸實(shí)際 面積 2 2 3 21 11 3. 14 0. 1 7. 85 1044A D m? ?? ? ? ? ? ? 32211 102A A m?? ? ? 比例閥選型計(jì)算 計(jì)算通過(guò)比例閥的負(fù)載流量 據(jù)《液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》 262P 表 610 選比例閥閥芯機(jī)能為 2O 型，則PA? 的節(jié)流口面積是 PB? 節(jié)流 口面積的 12 倍。 通過(guò)比例閥的負(fù)載流量按最大速度確定。 3 3 3m a x m a x 1 0 . 1 5 7 . 8 5 1 0 1 . 1 8 1 0 7 0 . 6 5 m inQ v A m s L??? ? ? ? ? ? ? 為了補(bǔ)償泄漏，將流量擴(kuò)大 20%。 m a x 7 0 . 6 5 1 . 2 8 4 . 7 8 m i nQL? ? ? m in/ 33m i nm i n LvQ ??????? ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 25 同樣，為了補(bǔ)償泄漏，將流量擴(kuò)大 20%。 m in/ i n LQ ??? 據(jù)液壓缸面積計(jì)算負(fù)載壓力 Lp 1 1 2 2 m axLp A p A F?? max1 344Ls LFA pp? ? M PaA ApFp sLL 363511m a x ??? ????????? ?? 1 17 .1 92sLppp M P a??? 2 M P a??? 比例閥壓降的計(jì)算 12 3 .8 1sp p p p M P a? ? ? ? ? 2 MPa?? 12 2 1 1 7 . 6 2 9 . 6 2Vp p p p M P a? ? ? ?