【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng) 導(dǎo) 軌 導(dǎo) 軌 材 料 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 摩 擦 系 數(shù) 鑄 鐵 對(duì) 鑄 鐵 啟動(dòng)時(shí) 低速 v高速 v— — — 根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)我們選取摩擦系數(shù)為μ = 油壓機(jī)對(duì)內(nèi)膽進(jìn)行沖孔加工時(shí)由一副模具夾持內(nèi)膽，模具置于工作臺(tái)之上。模具可根據(jù)不同內(nèi)膽進(jìn)行更換裝卸，模具分上下模兩部分。模具裝上工作臺(tái)到達(dá)工位后，上下模分別由六個(gè)和四個(gè)夾緊氣缸固定在油壓機(jī)工作臺(tái)板上。隨著主油缸升降，上下模實(shí)現(xiàn)開(kāi)模合模。分開(kāi)時(shí)，下工作臺(tái)可由水平油缸驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)下模移進(jìn)移出，以便裝卸工件內(nèi)膽。沖孔加工時(shí)上下模合模，內(nèi)膽除了由主缸上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行頂沖加工外 ，在內(nèi)膽的四周也需根據(jù)需要進(jìn)行沖孔加工，此工作由固定在上下模具上的若干側(cè)沖油缸完成。整個(gè)油壓機(jī)上述所有液壓執(zhí)行油缸，均處于同一系統(tǒng)中，共一個(gè)液壓油源 —— 油壓機(jī)的油壓站。單獨(dú)設(shè)置在油壓機(jī)主體結(jié)構(gòu)之側(cè)。系統(tǒng)主要控制閥類(lèi)按要求可部分設(shè)置在油壓機(jī)機(jī)架上，靠油管分別與泵站和油缸相連，考慮到上下模具要運(yùn)動(dòng)，故側(cè)沖油缸控制閥連接管路要采用軟管。 根據(jù)我們對(duì)油壓機(jī)工作性質(zhì)，工作過(guò)程的了解，我們初步確定系統(tǒng)的主油泵采用一種恒功率壓力補(bǔ)償式變量柱塞泵，泵的出口壓力被反饋到泵的變量機(jī)構(gòu)之上，系統(tǒng)壓力上升，泵的輸出流量即會(huì)減少， 系統(tǒng)壓力下降，輸出流量增加，實(shí)現(xiàn)恒功率輸出。正好滿足液壓機(jī)工序要求，沖孔壓力機(jī)與執(zhí)行油缸并無(wú)其他特殊 18 要求，以及運(yùn)動(dòng)行程的要求，需通過(guò)計(jì)算確定。另外在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮過(guò)載保護(hù)，安全保護(hù)連鎖、同步等一些要求，這將結(jié)合機(jī)械電器部分設(shè)計(jì)共同進(jìn)行。 下面我們就準(zhǔn)備開(kāi)始進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算。 液壓系統(tǒng)各 工作缸分析 主工作缸 工作過(guò)程 主缸活塞快速下行→慢速下行接近工件→接觸工作臺(tái)壓力速度上升→沖孔加工結(jié)束后工作壓力迅速下降到行程端點(diǎn)→活塞快速返回。 依據(jù)題設(shè)，快速下行速度 v=10cm/s,慢 速下行 v=6cm/s,快速返回 v=8cm/s 按設(shè)計(jì)要求最大沖壓力為 40T， 油缸下行時(shí)的負(fù)載分析： 油缸在系統(tǒng)壓力油和油缸運(yùn)動(dòng)部件自重共同作用下快速下行，此時(shí)要克服的外負(fù)載幾乎沒(méi)有，故此時(shí)系統(tǒng)工作壓力很小，但由于運(yùn)動(dòng)速度快，油缸的輸入流量大。此時(shí)為防止油缸下行失速，在系統(tǒng)回油路上應(yīng)考慮設(shè)置平衡背壓裝置。 隨后為保證進(jìn)行沖孔加工是運(yùn)動(dòng)平衡，我們考慮在油路設(shè)置切換裝置，在接近工件部件處，油路切換，油缸活塞由快速轉(zhuǎn)為慢速行進(jìn)，這里我們考慮采用調(diào)速閥，目的是考慮到下行速度可調(diào)且速度運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。當(dāng)活塞下行接觸到工件時(shí) ，油缸上腔的壓力隨著負(fù)載增大迅速上升，直至克服阻力完成沖孔加工，沖孔完畢阻力負(fù)載消失，系統(tǒng)壓力又隨即下降，回到慢行階段，直至運(yùn)動(dòng)到行程終點(diǎn)。 油缸的返回行程由電磁換向閥切換油路進(jìn)行通行，油缸下腔通壓力油。此時(shí)由于油缸運(yùn)動(dòng)部件自重的影響，系統(tǒng)壓力將會(huì)上升，直至活塞開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)。較之快速下行速度，上行是速度要慢一些，但應(yīng)設(shè)計(jì)成比工進(jìn)行程的速度快，以節(jié)約運(yùn)動(dòng)時(shí)間，此時(shí)上升行程的回油路不存在背壓，這與下行是不相同的。 據(jù)此我們可以畫(huà)出液壓工作循環(huán)的負(fù)載循環(huán)圖如下圖 41所示： 19 圖 41 負(fù)載循環(huán)圖 液壓缸的運(yùn)動(dòng)分析及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖： 按照主油缸的工作循環(huán)，我們可以做出油缸的位移循環(huán)圖如下圖 42 所示 t(s) F(N) 150 50 快進(jìn) 慢進(jìn) 返回行程 沖孔加工 工進(jìn)到行程終點(diǎn) 20 圖 42 位移循環(huán) St圖 同樣我們可以做出主缸工作活塞的速度循環(huán)圖如下圖 33所示： 圖 43 速度循環(huán) Vt圖 S(mm) t(s) 快進(jìn) 工進(jìn) 沖壓 工進(jìn)到位 快退 200 50 V(m/s) 10 6 t(s) 快速返回 快進(jìn) 工進(jìn) 沖壓過(guò)程 21 水平工作缸 工作過(guò)程： 快速移出 →慢速移出→停留（裝膽）→快速返回→慢速返回 水平工作缸推動(dòng)工作臺(tái)在導(dǎo)軌上移進(jìn)移出，前面我們選取摩擦系數(shù)為 μ =。 水平缸承受的最大工作壓力是在模具重量下產(chǎn)生，因選用滑動(dòng)導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)取μ =，故工作臺(tái)給偶內(nèi)置時(shí)最大負(fù)載 Fmax=μ m= 7000=1400N。 按系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，快速移出速度 v=20cm/s,慢速移出速度 v=10cm/s,快速返回與慢速返回同樣分別為 20cm/s 和 10cm/s。 工作臺(tái)鎖緊缸 工作過(guò)程： （工作臺(tái)水平油缸回位）→鎖緊缸上行（鎖住下工作臺(tái)）→沖孔加工→鎖緊缸下行（松開(kāi)下工作臺(tái)）→水平工作臺(tái)移出→水平工作臺(tái)回位。 鎖緊缸承受的 最大壓力也是模具重量產(chǎn)生， 沖壓力為 7000N， 鎖緊行程為 70mm，設(shè)速度 V=35mm/。 側(cè)沖油缸 側(cè)沖工藝是緊接在主沖壓工藝后完成的。 工作過(guò)程：（主沖壓缸回位） →側(cè)沖缸移進(jìn)→側(cè)沖缸回位 。 載荷 7T，行程 50mm，速度 v=50mm/s。往返速度相同。 主工作油缸的設(shè)計(jì)： 計(jì) 算主工作油缸尺寸 圖 44 主缸計(jì)算圖 P1A1 P2 A2 Fmax 22 計(jì)算油缸尺寸是應(yīng)考慮油缸最大工作負(fù)載，即沖壓負(fù)載。按照設(shè)計(jì)要求最大沖壓力應(yīng)達(dá)到 40噸，另結(jié)合系統(tǒng)進(jìn)油最大工作壓力 15Mpa。 如圖 示意。 油壓機(jī)主工作油缸的極限載荷出現(xiàn)在沖壓加工過(guò)程中。按照設(shè)計(jì)要求最大沖壓力應(yīng)為 40 噸，即最大負(fù)載阻力 FMAX=40T=4 104kg。 假設(shè)此時(shí)系統(tǒng)工作為150MPa，而進(jìn)入油缸中的油液已經(jīng)流通了調(diào)速閥，一般情況下最少有 4～ 5MPa的壓力降。為了實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，壓降還可以更大，暫 取為 6MPa,故 P1=1506=144MPa P2回油背壓按常規(guī)取為 5～ 8MPa,也取為 P2= 為油缸運(yùn)動(dòng)部件自重，按機(jī)械部分設(shè)計(jì)參數(shù)約為 4000kg,另考慮活塞因摩擦、粘性阻尼造成的損失，機(jī)械效率為η m=. 固有（ P1A1P2A2） η m=FG 為計(jì)算油缸有關(guān)尺寸，如缸徑 d，先考慮 d/D 比值。其選取要考慮系統(tǒng)工作壓力，油缸的工作方式（受拉還是受壓），也必須考慮油缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速比。 本主工作油缸液壓系統(tǒng)最高工作壓力 150MPa,屬于中高壓，故 d/D 比值也不宜過(guò)小，考慮油缸 運(yùn)動(dòng)時(shí)工進(jìn)與快退的工作速度，工進(jìn)是為保證速度平穩(wěn)，速度較慢，退回（上升）時(shí)不工作，速度可適當(dāng)加快，考慮到工作部件運(yùn)動(dòng)慣性，也不宜太快。通常情況下速比φ =V 回 /v 進(jìn) 比值大小與 d/D 比值有關(guān)。 d/D 大，則φ小 。 d/D 小，則φ大。 綜合考慮，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦意見(jiàn)（規(guī)定 d/D=～ ） .我們暫取 d/D≈ ，此時(shí)φ =. 于是有 P1π D2/4 P2(π D2/4π d2/4)=(FG)/η m 利用 d=，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可計(jì)算出 D=4（ FG） /[(π P)gη m] d== 把油缸尺寸元整化，我們可以取 活塞桿徑 d=12cm=120mm 油缸缸徑 D=18cm=180mm 23 此時(shí)油缸面積為 A1= A2= 繪制主 工作 缸的工況圖 即繪出液壓缸的壓力循環(huán)圖（ Pt） 流量循環(huán)圖（ Qt） 功率循環(huán)圖（ Nt） Pt 圖 通過(guò)最后的液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)實(shí)際載荷的大小，倒求出液壓執(zhí)行 元件在其動(dòng)作循環(huán)各階段的工作壓力，然后把它們繪制（ Pt）圖。 圖 45 壓力循環(huán) Pt圖 Qt 圖 根據(jù)已確定的液壓缸有效工作面積，結(jié)合其運(yùn)動(dòng)速度，算出它在工作循環(huán)中每一個(gè)階段的實(shí)際流量，把它繪制成（ Qt）圖 P(Pa) 最高壓力 t(s) 快進(jìn) 工進(jìn) 返回行程 工進(jìn)到行程終點(diǎn) 沖孔加工 24 圖 46 流量循環(huán) Qt圖 Nt 圖 繪出壓力循環(huán)圖和總流量循環(huán)圖后，根據(jù) N=P Q,即可 繪出系統(tǒng)的功率循環(huán)圖，即根據(jù) Pt圖與 Qt圖繪制出 Q（ m3/s） t(s) 快進(jìn) 工進(jìn) 沖壓過(guò)程 工進(jìn) 快速返回 25 圖 47 功率循環(huán) Nt 圖 至此，主液壓缸的設(shè)計(jì)完成。 總的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 1）確定液壓泵的最大工作壓力 Pp Pp≥ P1+ΣΔ P （ Pa） 式中 P1 為液壓缸最大工作壓力 ΣΔ P 為從液壓缸出口到液壓缸入口之間總的管路損失 根據(jù)液壓缸最大工作載荷時(shí)，油缸上腔所需的最大油壓力 P1 為 （ P1A1P2A2）η m=FG N（ KW） t(s) 快進(jìn) 工進(jìn) 沖孔加工 工進(jìn) 返回行程 26 P1=[(FG)/ η m+ P2A2]/ A1= 考慮到油路上的壓力損失 ΣΔ P=（ 2～ 5） Pa，取 3Pa 故 PMAX= 2）確定液壓缸的流量 本液壓缸系統(tǒng)的工作油缸有多個(gè)，主沖壓缸、水平工作油缸、工作臺(tái)夾緊缸及側(cè)沖油缸。其中主沖壓缸、側(cè)沖壓缸和水平工作缸是不同時(shí)工作的，而其中主沖壓缸工作所需流量最大，為 Q 主沖壓 max= 工作臺(tái)夾緊缸在工作過(guò)程中隨不與其它缸同時(shí)動(dòng)作，但它在沖壓加工過(guò)程一直保持在夾緊狀態(tài)，故雖 無(wú)需再計(jì)算泵的輸出流量時(shí)多加考慮，但在計(jì)算油箱容積是必須計(jì)入在內(nèi)。 按照上述分析可知泵的輸出流量 Qp≥ KQ 主沖壓 max K為系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 k=～ ,我們?nèi)?. Qp≥ 152=3） 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的 Pp 和 Qp 值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中選擇相應(yīng)規(guī)格的液壓泵。 表 42 液壓泵設(shè)計(jì)參數(shù) 型號(hào) 排量 ml/r 壓力 MPa 轉(zhuǎn)速 r/min XB型 ～ 227 14～ 21 1500～ 4000 我們選用斜盤(pán)式軸向柱塞泵，轉(zhuǎn)速得滿足電機(jī)要求。系統(tǒng)總流量為 1521L/min,柱塞泵流量范圍為 Qmin= 1500=, Qmax=227 4000=9081L/min 152908,滿足設(shè)計(jì)要求。 27 4）確定液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率 N=PPQP/η P 103KW 式中 PP—— 液壓泵的最大工作壓力 Pa QP—— 液壓泵的流量 m3/s η P—— 液壓泵的總效率 kw 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，柱塞泵的總效率為 ～ 。取η = 計(jì)算 N= 247。 103=32Kw 另外考慮夾緊缸的功率損耗約為 1～ 2kw，再加上泵在壓力 PP 的功率損耗約為1～ 2kw。實(shí)際油泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 N=32+2+2=36kw。根據(jù)實(shí)際標(biāo)準(zhǔn) N=40kw，采用J2系列小型鼠籠式電動(dòng)機(jī) J2722，額定功率 40kw。 表 43 電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 額 定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 電機(jī)總重 kg J2722 40kw 2940r/m 220 故柱塞泵和電機(jī)轉(zhuǎn)速均為 2940r/min. 根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類(lèi)型和主要參數(shù)。 設(shè)計(jì)蓄能器在系統(tǒng)中作為應(yīng)急能源，其有效工作容積為： Δ V=Σ AiLiK (m3) 式中Σ AiLi—— 要求應(yīng)急動(dòng)作液壓缸總的工作容積 m3 K—— 油缸損失系數(shù)，一般取 K= Δ V= 104+ 104= 選取型號(hào)為 ，壓力 20MPa，容積為 ，通徑為 M42 2,重量為 14kg。 c. 管道尺寸的確定 1)管道內(nèi)徑的計(jì)算 28 d2=4Q/π V 式中 Q—— 通過(guò)管道內(nèi)的流量 m3/s V—— 管內(nèi)允許的流速 m/s 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力 15MPa，以及實(shí)際管道長(zhǎng)度，我們考慮管道產(chǎn)生合理的壓力損失，再結(jié)合管道尺寸及重要的綜合因素，我們選取管道的允許流速為5～ 7m/s,取 7m/s，而系統(tǒng) 的最大流量為 故 d= 10 102≈ 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將其元整為 22mm（采用無(wú)縫隙鋼管）。 2)管道壁厚δ的計(jì)算 δ =Pd/2[? ]m 式中 P—— 管道內(nèi)最高工作壓力 Pa D—— 管道內(nèi)徑 m [? ]—— 管道材料許用應(yīng)力 [? ]=? b/n ? b =材料抗拉強(qiáng)度