【文章內容簡介】 37 參考文獻 38 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 1 頁 1 緒論 前言 液壓機利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強傳動的機械，種類很多。當然，用途也根據(jù)需要是多種多樣的。如按傳遞壓強的液體種類來分，有油壓機和水壓機兩大類。水壓機產生的總壓力較大，常用于鍛造和沖壓。鍛造水壓機又分為模鍛水壓機和自由鍛水壓機兩種。模鍛水壓機要用模具，而自由鍛水壓機不用模具。我國制造的第一臺萬噸水壓機就是自由鍛造水壓機。液壓機（油壓機）按結構形式現(xiàn)主要分為：四柱式、單柱式（ C 型）、臥式、立式框架等。按用途主 要分為金屬成型、折彎、拉伸、沖裁、粉未（金屬，非金屬）成型、壓裝、擠壓等。 液壓機及液壓技術的概況 液壓機通常指液壓泵和液壓馬達，液壓機和液壓馬達都是液壓系統(tǒng)中的能量轉換裝置，不同的是液壓泵把驅動電動機的機械能轉換成油液的壓力能，是液壓系統(tǒng)中的動力裝置，而液壓馬達是把油液的壓力能轉換成機械能，是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置。液壓系統(tǒng)中常用的液壓泵和馬達液壓機都是容積式的，其工作原理都是利用密封容積的變化進行吸油和壓油的。 從工作原理上來說，大部分液壓泵和液壓馬達是互逆的，即輸入壓力油，液壓泵就變成液壓 馬達，就可輸出轉速和轉矩，但在結構上，液壓泵和液壓馬達還是有些差異的 。液壓機的維修 :過盈配合的零件拆裝采用錘敲、棍橇勞動強度大效率低且不安全，還容易打壞零件，以及用加熱法操作困難、增加維修成本的缺點提供的，是在支架的頂部，安裝有活塞桿豎直向下的液壓油缸，活塞桿的 下 端安裝有壓頭；支架上在活塞桿的下部，水平固定有工作臺；與油泵連接的輸油管通過換向閥與液壓油缸連接。用液壓油缸的壓力裝卸零件，沒有猛烈的錘擊棍橇，不損壞零件，也不用加熱耗能，安全可靠節(jié)能，安裝精度高。 液壓技術的優(yōu)點： 在同樣體積時 的出力大，或者說在同樣功率時的體積小。這是因為，液壓傳動是依靠面積來作功的，雖然機械的接觸強度比液壓正常的油壓力大一個數(shù)量級，但由于機械傳動多為點或線接觸傳動，液壓傳動出力遠大于機械傳動。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 2 頁 機械無級變速比較困難，只使用于小功率系統(tǒng)。液壓傳動很容易實現(xiàn)無級變速，且輸出功率大，特別在極低速狀態(tài)下能穩(wěn)定工作。 液壓傳動系統(tǒng)對流量，方向和壓力的控制有多種操縱方式，其中較常用的是電磁操縱，因此，液壓系統(tǒng)是 PLC 等計算機控制系統(tǒng)的典型控制對象，很容易 實現(xiàn)開關控制，順序控制，以及比例控制，伺服控制等復雜的控制系統(tǒng)。 液壓技術的特點： 液壓裝置的工作比較平穩(wěn)。液壓傳動以液壓油為工作介質，油液流動過程中有一定的阻尼作用，因而運動平穩(wěn)性好，沖擊小。 液壓傳動系統(tǒng)易于實現(xiàn)過載保護。液壓傳動裝置過載時，壓力控制回路能及時溢流，釋放能量，有效防止設備損壞。 液壓執(zhí)行元件的布置比較靈活，易于實現(xiàn)直線運動。 液壓元件已實現(xiàn)標準化，系列化和通用化。 液壓機的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢 液壓機的發(fā)展歷程 人們?yōu)榱酥圃旃ぞ?，最初是用人力、畜力轉動輪子來舉起重錘 鍛打工件的，這是最古老的鍛壓機械。 14 世紀出現(xiàn)了水力落錘。 15～ 16 世紀航海業(yè)蓬勃發(fā)展，為了鍛造鐵錨等，出現(xiàn)了水力驅動的杠桿錘。 18 世紀出現(xiàn)了蒸汽機和火車，因而需要更大的鍛件。1842 年，英國工程師內史密斯創(chuàng)制第一臺蒸汽錘，開始了蒸汽動力鍛壓機械的時代。 1795年 ,英國的布拉默發(fā)明水壓機，但直到 19 世紀中葉，由于大鍛件的需要才應用于鍛造。隨著電動機的發(fā)明，十九世紀末出現(xiàn)了以電為動力的機械壓力機和空氣錘，并獲得迅速發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)以來，七十五萬千牛的模鍛水壓機、一千五百千焦的對擊錘、六萬千牛的板料沖壓壓力 機、十六萬千牛的熱模鍛壓力機等重型鍛壓機械，和一些自動冷鐓機相繼問世，形成了門類齊全的鍛壓機械體系。二十世紀 60 年代以后，鍛壓機械改變了從 19 世紀開始的，向重型和大型方向發(fā)展的趨勢，轉而向高速、高效、自動、精密、專用、多品種生產等方向發(fā)展。于是出現(xiàn)了每分種行程 2021 次的高速壓力機、六萬千牛的三坐標多工位壓力機、兩萬五千千牛的精密沖裁壓力機、能冷鐓直徑為 48 毫米鋼材的多工位自動冷鐓機和多種自動機，自動生產線等。各種機械控制的、數(shù)字控制 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 3 頁 的和計算機控制的自動鍛壓機械以及與之配套的操作機、機械手和工業(yè)機器人也相繼 研制成功?，F(xiàn)代化的鍛壓機械可生產精確制品，有良好的勞動條件，環(huán)境污染很小。鍛壓機械主要包括各種鍛錘、各種壓力機和其他輔助機械。鍛錘是由重錘落下或強迫高速運動產生的動能，對坯料做功，使之塑性變形的機械。鍛錘是最常見、歷史最悠久的鍛壓機械。它結構簡單、工作靈活、使用面廣、易于維修，適用于自由鍛和模鍛。但震動較大，較難實現(xiàn)自動化生產。機械壓力機是用曲柄連桿或肘桿機構、凸輪機構、螺桿機構傳動，工作平穩(wěn)、工作精度高、操作條件好、生產率高，易于實現(xiàn)機械化、自動化，適于在自動線上工作。機械壓力機在數(shù)量上居各類鍛壓機械之首 。冷鐓機等各種線材成形自動機、平鍛機、螺旋壓力機、徑向鍛造機、大多數(shù)彎曲機、矯正機和剪切機等，也具有與機械壓力機相似的傳動機構，可以說是機械壓力機的派生系列。液壓機是以高壓液體 (油、乳化液等 )傳送工作壓力的鍛壓機械。液壓機的行程是可變的，能夠在任意位置發(fā)出最大的工作力。液壓機工作平穩(wěn)，沒有震動，容易達到較大的鍛造深度，最適合于大鍛件的鍛造和大規(guī)格板料的拉深、打包和壓塊等工作。液壓機主要包括水壓機和油壓機。某些彎曲、矯正、剪切機械也屬于液壓機一類。旋轉鍛壓機是鍛造與軋制相結合的鍛壓機械。在旋轉鍛壓機上，變形過 程是由局部變形逐漸擴展而完成的，所以變形抗力小、機器質量小、工作平穩(wěn)、無震動，易實現(xiàn)自動化生產。輥鍛機、成形軋制機、卷板機、多輥矯直機、輾擴機、旋 壓機等都屬于旋轉鍛壓機 。 液壓機發(fā)展的現(xiàn)狀 液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結構等方面發(fā)展已經(jīng)比較成熟，國內外機型無較大差距，主要差別在于加式工藝和安裝方面。良好的工藝使機器在過濾、冷卻及防止沖擊振動方面有明顯改善。 在油路結構設計方面，國內外都趨向于集成化、封閉式設計。插裝閥、疊加閥和復合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。國外已廣泛采用封閉式循環(huán)油路 設計，可有效地防止泄油和污染，更重要的是防止灰塵、空氣和化學物質侵入系統(tǒng)，延長了機器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因，國內采用封閉式循環(huán)油路設計的系統(tǒng)還不多見。 在安全性方面，國外某些采用微處理器控制的高性能液壓機利用軟件進行故障的檢測和維修，產品可實現(xiàn)負載檢測、自動模具保護和錯誤診斷等功能。 液壓機的發(fā)展最主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術飛速發(fā)展為改進液壓機的性 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 4 頁 能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了前提條件。相比之下，國內機型雖然種類齊全，但技術含量相比較低，缺乏高檔機型，這與機電液一體化和中小批量柔 性生產的發(fā)展趨勢不相適應。 當前國內外液壓機產品控制系統(tǒng)分為以下 3 種類型。 以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型 ：其電路結構簡單， 技術要求不高，成本較低，相應控制功能簡單，適應性不強。主要用于單機工作，加工產品精度不高的大批量生產，也可組成簡單的生產線?，F(xiàn)在，國內許多液壓機廠還以該機型為主，國外眾多廠家只 是保留了對該機型的生產能力，而主要面向技術含量高的機型組織生產。 采用可編程控制器（ PLC）控制系統(tǒng) ： 該系統(tǒng)是在繼電器控制和計算機控制發(fā)展的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術、通訊技術溶為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。目前，該機型廣泛應用于各種生產機械和自動化生產過程中。早期的可編程序控制器只能進行簡單的邏輯控制，隨著技術的不斷發(fā)展，一些廠家采用微電子處理器作為可編程序控制器的中央處理單元（ CPU），不僅可以進行邏輯控制，還可以對模擬量進行控制，擴大了控制器的功能?？删幊炭刂破饔休^高的穩(wěn)定性和靈活性，但還是介于繼電器控制和工業(yè)控制機控制之間的一種控制方式，與工業(yè)控制機相比還有很大的差距。當前，國內有部分廠家采用該控制系統(tǒng)，如天津鍛壓機械廠有 60%的產品采用 PLC 來提高控制性能和可靠 性。國外廠家如丹麥的STENHQJ 公司采用 STEMENS 的可編程控制器，實現(xiàn)對壓力和位移的控制 。 應用高級微處理機（或工業(yè)控制計算機）的高性能控制系統(tǒng) ： 該控制方式劃在計算機控制技術成熟發(fā)展的基礎上采用一種高科技含量的控制方式，以工業(yè)控制機或單片 /單板機作為主控單元，通過外圍接口器件（如 A/D 或 D/A 板等）或直接應用數(shù)字閥實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，同時利用各種傳感器組成閉環(huán)回路方式的主要特點為：具有友好的人機交互性，操作簡單，控制精度高；生產高速化，提高生產率；可順利實現(xiàn)對工作參數(shù)（如壓力、速度、行程等）的單獨調 整，能進行復雜工件、不對稱工件的加工；預存工作模式，縮短調整時間，與柔性加工要求相適應；可通過軟件來消除高速下的換向沖擊，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ；在安全方面可利用軟件進行故障預診斷，并自動修復故障和顯示錯誤。 現(xiàn)在，國 外眾多液壓機生產廠家都生產這種高性能的工業(yè)控制機控制方式的液壓 產品，如美國 MULTIPRESS、丹麥 STENHQJ 和加拿大 BROWN BOGGS 等公司，而國 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 5 頁 內很少有該類產品。 液壓機的發(fā)展趨勢 、高效化、低能耗。提高液壓機的工作效率，降低生產成本。 體化。充分利用機械和電子方面的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善。 、智能化。微電子技術的高速發(fā)展為液壓機的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現(xiàn)在加工，應能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調整，具有故障預處理的功能。 ，標準化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄漏和污染。標準化的元件為機器的維修帶來了方便。 當今液壓機明顯地向用戶個性化定制發(fā)展。一般精度的零件和普通的成形工藝，用戶都能掌握，但是高精度近凈成形全套技術裝備一般要求液壓機制造廠，模具設計制 造廠與零件生產廠， 甚至高校及研究所多方合作才能完成。就是說，面向用戶的精密成形工藝必須使用 CAPP 和 CAM 設計與制造?，F(xiàn)在用戶拿錢購買的不僅僅是 液壓機，而是為用戶打造精密成形零件的全套解決方案。 由于其壓力穩(wěn)定而且壓力調節(jié)方便，加工工件的一致性好，故用來作為一些公司小產品小零件的裝配與成形．為了提高機床的信號準確性與操作的方便直觀性，又添加了電腦控制以及液晶顯示系統(tǒng)與壓力傳感器，使操作更加具有人性化，壓力直觀地顯示在電腦箱上，數(shù)字信號準確性提高了機床的精確性，液晶顯示機床的工作狀態(tài) 。 我國數(shù)控機床在 30 年發(fā)展歷史中闖過兩道關 ，第一道關是數(shù)控系統(tǒng)關，第二道關就是解決各種配套件精度及可靠性問題?，F(xiàn)在，要從中低檔普及型發(fā)展到具有國際先 進水平的中高檔數(shù)控機床，必須過第三道關，那就是現(xiàn)代化設計關。近幾年 “天鍛廠 ”與天津大學合作，應用基于廣義模塊化、參數(shù)化設計及 CAE 有限元分析，進 行液壓機結構鋼度的設計。這比過去主要靠經(jīng)驗數(shù)據(jù)設計，周期短，設計質量高，而且可在同機型的產品族內，根據(jù)用戶要求，用參數(shù)化變量化快速進行產品變型設 計，并在保證剛度的條件下，減少機床本身重量。據(jù)資料介紹我國同號稱壓力的液壓機重量比日本重 20%以上。天津大學用 ANSYS 軟件進行分析計算，在保證 允許應變的情況下，現(xiàn)有液壓機確實可以減少許多重量。提高產品每噸單價，直接提高了企業(yè)經(jīng)濟效益。 液壓機的特點 為了獲得巨大的壓力，又不致使機器體積過于龐大，所以多采用高壓系統(tǒng)，一般壓 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 6 頁 力都在 10 到 40 MPa。有的甚至采用超高壓達到 80 到 140 MPa。 由于加工工藝的要求，加壓的工作行程速度很慢，甚至要一段時間停車保壓；而為了節(jié)約時間提高生產率，要求空行程速度要快。因此，液壓機的另一個特點就是工作行程和空行程的速度差別大。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 7 頁 2 工作狀況分析 已知條件和要求 : 加壓壓力為 2202100N ； 回程壓力為 800000N ； 高壓下行速度為 2 smm/ ； 高壓回程速度為 4 smm/ ； 低壓下行速度為 60 smm/ ； 低壓回程速度為 60 smm/ ； 運動部件總質量為 2021Kg ； 油缸的最大行程為 1000mm 。 負載循環(huán)如圖 圖 負載循環(huán) 負載分析 GP 它是由于工作機構的有效最大負載決定，如液壓機的壓制力，起重機的起重力，回轉窯的驅動力，機床的切削力等。這項負載往往是油缸的主要負載，這里 GP 為2202100N 。 GP 是構成總負載的基本部分，一般為正值，但也有負值的情況。 Pm 摩檫阻力來自油缸本身及油缸所驅動的運動部件，例如油缸中活塞與缸筒內壁，活 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 8 頁 塞桿與導向套之間的密封摩檫；機床的工作臺與導軌之間的摩檫，液壓機的活動橫梁的導向套與立柱之間的摩檫等。這里 Pm = GP =? 2202100=220210N 。 Pm 可粗略地估計為 Gm PP ? gP 它是工作機構加速或減速時產生的慣性作用力的平均值，可按 公式（ ）計算 tVmmaPg ???? （ ） 式中 ： m ——移動部件的總質量， Kg ； a ——移動部件的加速度， 2/sm ； V? ——移動部件的速度變化值， sm/ ； t? ——移動部件起動或制動過程所經(jīng)歷的時間， s 。 gP 對 運動部件質量小，速度慢而起動時間長的工作機構，其值很小可以忽略不計。對加速過程 gP 取正值，減速過程取負值，勻速運動過程取零。 回油阻力 bP 它由系統(tǒng)背壓決定，可按 公式（ ）計算 ApP bb ? （ ） 式中 ： bp ——是油缸的背壓， aP ； A —— 是受背壓作用的活塞面積， 2m 。 bP ——對柱塞油缸或沒有背壓的活塞油缸，可認為 0?bP 。 油缸在工作過程中受到的總負載，也就是油液給柱塞或活塞的推力，可表達為： gbmG PPPPP ???? 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 9 頁 3 液壓系統(tǒng)的設計 液壓系統(tǒng)的計算 主傳動系統(tǒng)的計算 液壓缸 液壓缸是實現(xiàn)直線 往復運動的執(zhí)行裝置 ，按結構特點可分為活塞式、柱塞式和組合式三大類；按固定形式的不同可分為缸筒固定和活塞桿固定兩種；按作用方式又可分為單作用式和雙作用式兩種。在雙作用式液壓缸中，具有兩個密封的容積空腔，在工作時，壓力油則交替供入液壓缸的兩腔，使缸實現(xiàn)正反兩個方向的往復運動。而在單作用式液壓缸中，只有一個密封的容腔空間，壓力油只能供入液壓缸的這一個腔，使缸實現(xiàn)單方向運動，反方向運動則依靠外力來實現(xiàn)。 液壓缸結構如圖 圖 液壓缸的結構 液壓缸工作原理 液壓缸的工作原理是 :講到它的工作原理要先說它的最基本 5 個部件， 1缸筒和缸蓋2活塞和活塞桿 3密封裝置 4緩沖裝置 5排氣裝置 。 每種缸的工作原來幾乎都是相似的，拿一個手動千斤頂來說它的工作原理，千斤頂其實也就是個最簡單的油缸了。