【文章內(nèi)容簡介】 。 人們都知道現(xiàn)在計算機控制控制精度高、控制操作性好，而且 計算機的價格又不貴， 像 壓力機這種環(huán)境條件好，控制要求高的系統(tǒng)最適合用計算機實現(xiàn)控制。 通過各方面的綜合考慮，得出最終控制方案，即采用微機電液比例位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)原理圖 設(shè)計 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 17 液壓控制系統(tǒng)的基本組成是液壓動力元件加 反饋元件。但同時 為了實現(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)計出合理的油源部分來為電液比例方向閥進行能量輸入以達到控制目的。從液壓傳動系統(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。而且是進口截流調(diào)速回路。截流調(diào)速回路的工作原理是通過 改變回路中的流量控制元件的通流截面積的大小來控制流入執(zhí)行器或流出執(zhí) 行器的流量，以調(diào)節(jié)其運動速度。 對于進口截流調(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)過節(jié)流閥進入液壓缸工作腔推動活塞桿運動，多余的油液經(jīng)溢流閥排回油箱 ， 這是此類調(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，即可實現(xiàn)調(diào)節(jié)通過節(jié)流閥的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸的運動速度。這里的節(jié)流閥就是電液比例方向閥。定壓節(jié)流 調(diào)速回路具有兩個回路特性，一是液壓缸工作速度與負 載之間的關(guān)系，稱 為調(diào)速回路的速度負載特性。 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；而在相同負載下，通流面積 TA 大時亦即液壓缸速度高時速度剛性差，所以這種回路只適用于低速輕載場合 。 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)中必須加冷卻器來降低油溫。 定壓節(jié)流調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜， 承載能力好、發(fā)熱大、 但速度 剛性 差、效率較低。而對于此系統(tǒng)來講，不要求速度的精確性，也不過多計較功率損失，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)保壓時間不是太長，保壓壓力也不大，所以采用液控單向閥保 壓是能夠達到要求的。釋壓回路是使高壓大容量的液壓缸中儲存的能量緩緩釋放，以免它突然釋放時產(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動作了很好的銜接。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)計說明書（畢業(yè)論文） 18 用了一個液控單向閥，對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停機時滑塊在重力的作用下自行下行，在回路中設(shè)計了平衡回路，即在回油路上加了一個平衡閥。在工作時他可以作為背壓來保證平衡，停機時又可以作為平衡閥來抵消重力。設(shè)計油源時要求有卸荷回路，此系統(tǒng)采用帶電磁閥的先導(dǎo)式 溢流閥來完成。它既可以起到溢流定壓作用，在需要卸荷時打開電磁閥又可以泄荷，可謂一舉兩得。由于控制系統(tǒng)對油液質(zhì)量有一定要求，所以在吸油管上設(shè)置粗過濾器來攔截大的顆粒。在壓油管上設(shè)置精過濾器，濾掉細小顆粒，來保證電液比例方向閥正常工作。同時安裝順序閥來保證精過濾器堵塞后濾芯不被損壞。以上是對液壓控制回路的具體設(shè)計，其系統(tǒng)原理圖見 圖 41。 作過程可知，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)計時需加入泄荷回路。 保 壓回路 使系統(tǒng)在液壓缸不動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 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)計說明書（畢業(yè)論文） 19 圖 43 靜態(tài)設(shè)計 工作 壓力的選擇 由于液壓壓力機需輸出較高的力，且為了縮小液壓動力元件、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。 進行動力分析并繪制負載軌跡圖 求功率最大時的負載力 ⑴ 工作 臺受力圖如 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)計說明書（畢業(yè)論文） 20 fF — 上工作臺 受到的摩擦力 NF — 慣性力 eF — 工件的反作用力 G— 上工作臺 受的重力 ⑵ 分別計算各力的大小 重力： NgMG t 4 9 8 9 8 ???? 摩擦力：由于在 上工作臺 和導(dǎo)軌之間裝了 直線軸承 ，使摩擦系數(shù)下降到 ? 。同時由于重力和摩擦力在同一條直線上，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 最大加速度 maxv — 上工作臺 下行速度 3dBf? — 系統(tǒng)頻寬 1433 .74NfF F N?? ，在考慮工作臺重力的情況下，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%。 繪制負載軌跡圖 負載軌跡圖如圖 44 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 21 /NfF F N? /GN /eFN /LFN 圖 44 假設(shè)各力都不隨時間變化。且認(rèn)為最大負載力與最大速度同時出現(xiàn)，即 max m s? NFL 5max ?? 。 計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 計算缸筒直徑 當(dāng)最大推力 NFL 5max ?? 時 則 ? ? FApApm ?? 2211? 當(dāng) 02?p 時 F 最大 則 max11 Lm FAp ?? 即：max1241 Lm FpD ??? 其中 ： 1p — 液壓缸無桿腔壓力 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（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 — 負載壓力 12Lp p p?? 1A — 液壓缸無桿腔面積 2A — 液壓缸有桿腔面積 m? 油缸的機械效率 ?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)《機械設(shè)計手冊》 第五 卷 27521?P 表 2162 選取液壓缸內(nèi)徑（ GB234880）100D mm? 無桿腔的有效面積 A1 ： 2321 mDA ???? ? 求活塞桿直徑 d ： 活塞桿往復(fù)運動時速度比 ? ? ?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)計說明書（畢業(yè)論文） 23 據(jù)《機械設(shè)計手冊》 第五 卷 27521?P 表 2162 選取活塞桿直徑（ GB234880）70d mm? 據(jù)《機械設(shè)計手冊》 第 五 卷 32021?P 表 21648 選取標(biāo)準(zhǔn)液壓缸。 其型號為： 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： 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)《機械設(shè)計手冊》 19236P? 表 19641 選取安裝尺寸，見裝配圖。 活塞 桿的校核 ⑴ 活塞桿抗壓強度校核 ? ?6 22104P N m md?????? 據(jù)《機械設(shè)計手冊》 第 五 卷 29121?P 表 21616 無縫鋼管： 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 ????? ?? ? ???? 抗壓強度 符合要求。 ⑵ 活塞桿 彎曲 穩(wěn)定性校核 據(jù)《機械設(shè)計手冊》 第 五 卷 29121?P 表 21616 可知 ? ?10 15BLd?? 時需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性。據(jù)《機械設(shè)計手冊》 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 S— 活塞桿行程 400S? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 24 2612210K BEIP KL? ?? 1 KKPP n? 據(jù)《機械設(shè)計手冊》 第 五 卷 29121?P 表 21616其中 ： 1E — 實際彈性系數(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 計算液壓缸實際 面積 2 2 3 21 11 3. 14 0. 1 7. 85 1044A D m? ?? ? ? ? ? ? 32211 102A A m?? ? ? 比例閥選型計算 計算通過比例閥的負載流量 據(jù)《液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計》 262P 表 610 選比例閥閥芯機能為 2O 型，則PA? 的節(jié)流口面積是 PB? 節(jié)流 口面積的 12 倍。 通過比例閥的負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??? ? ? ? ? ? ? 為了補償泄漏，將流量擴大 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)計說明書（畢業(yè)論文） 25 同樣，為了補償泄漏，將流量擴大 20%。 m in/ i n LQ ??? 據(jù)液壓缸面積計算負載壓力 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? ? ? ?