【文章內(nèi)容簡介】 ............... 67 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 68 結(jié)束語 .......................................................................................................................... 69 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計說明書 1 第 1 章 緒論 液壓 壓 力 機(jī)介紹 近年來，世界各國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，制造業(yè)起著支柱作用。尤其在中國這一發(fā)展中國家，制造業(yè)的發(fā)展更是日新月異。制造業(yè)就是對各種材料進(jìn)行加工制造，使其符合人們的使用需要。在制造加工的方法中，壓力加工是不可缺少的一種加工方法 。在制造業(yè)的每一個領(lǐng)域，例如航空、汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、儀表這些行業(yè)都缺少不了壓力加工?？梢姡瑝毫庸な欠浅Ｖ匾?。壓力加工應(yīng)用的主要工具就是各種鍛壓機(jī)械。 鍛壓機(jī)械主要用于金屬成形，所以又稱為金屬成形機(jī)床。鍛壓機(jī)械是通過對金屬施加壓力使之成形的，力大是其基本特點，故多為重型設(shè)備 。鍛壓機(jī)械的發(fā)展也是有一個漫長過程的。 最初人們?yōu)榱酥圃旃ぞ?，用人力、畜力轉(zhuǎn)動輪子來舉起重錘鍛打工件 。 這是最古老的鍛壓機(jī)械。 14 世紀(jì)出現(xiàn)了水力落錘。 15～ 16 世紀(jì)航海業(yè)蓬勃發(fā)展，為了鍛造鐵錨等，出現(xiàn)了水力驅(qū)動的杠桿錘。 18 世紀(jì)出現(xiàn)了蒸汽 機(jī)和火車，因而需要更大的鍛件。 1842 年，英國工程師內(nèi)史密斯創(chuàng)制第一臺蒸汽錘，開始了蒸汽動力鍛壓機(jī)械的時代。 1795 年 ,英國的布拉默發(fā)明水壓機(jī)，但直到 19 世紀(jì)中葉，由于大鍛件的需要才應(yīng)用于鍛造。隨著電動機(jī)的發(fā)明，十九世紀(jì)末出現(xiàn)了以電為動力的機(jī)械壓力機(jī)和空氣錘，并獲得迅速發(fā)展。二十世紀(jì) 60 年代以后，鍛壓機(jī)械改變了從 19 世紀(jì)開始的，向重型和大型方向發(fā)展的趨勢，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動、精密、專用、多品種生產(chǎn)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(jī)、六萬千牛的三坐標(biāo)多工位壓力機(jī)、兩萬五千千牛的精密沖裁 壓力機(jī)。各種機(jī)械控制的、數(shù)字控制的和計算機(jī)控制的自動鍛壓機(jī)械以及與之配套的操作機(jī)、機(jī)械手和工業(yè)機(jī)器人也相繼研制成功?，F(xiàn)代化的鍛壓機(jī)械可生產(chǎn)精確制品，有良好的勞動條件，環(huán)境污染很小。 鍛壓機(jī)械主要包括各種鍛錘、各種壓力機(jī)和其他輔助機(jī)械。 壓力機(jī)又根據(jù)不同的動力及傳動形式分為機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)。 機(jī)械壓力機(jī)是用曲柄連桿或肘桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)傳動，工作平穩(wěn)、工作精度高、操作條件好、生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化，適于在自動線上工作。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計說明書 2 液壓機(jī)是以高壓液體 (油、乳化液等 )傳送工作壓力的鍛壓機(jī)械。液壓機(jī)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(jī)工作平穩(wěn)，沒有震動，容易達(dá)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(jī)主要包括水壓機(jī)和油壓機(jī)。 油壓機(jī)就是用液壓傳動的壓力機(jī)，也稱液壓壓力機(jī)。這種壓力機(jī)的主要作用是對 可塑性材料 進(jìn)行 壓制，如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也可從事校正、壓裝、砂輪成型、冷擠金屬零件成型、塑料制品的壓制成型。 許多液壓壓力機(jī)還用于 電器零部件的壓裝、成型落料、壓痕、壓印及粉末制品的壓制等工藝。液壓壓力機(jī)的普遍外形如圖 11 所示。 我設(shè)計 三梁 四柱 式“ 300t 水泥制品 壓力機(jī)” 。傳動裝置采用液壓傳動，工 件機(jī)構(gòu)是單活塞桿的壓力 缸。機(jī)身由上橫梁、工作臺、四根立柱組成一個固定機(jī)架。產(chǎn) 品由液壓機(jī)專用電器 系統(tǒng)或電腦控制系統(tǒng)（用戶可自行選擇），動作可靠，性能大大提 高，電腦控制系統(tǒng)能 根據(jù)工藝要求輸入程序，調(diào)整壓力，快慢速行程范圍等工藝參數(shù)， 完成自動操作。用穩(wěn)壓系統(tǒng)采用電液比例換向閥、電磁換向閥等。結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、壓力損失小、動作可靠、維修方便。 液壓機(jī)的特點 壓機(jī)與其它鍛壓設(shè)備相比，有以下幾個特點： (1)工作平穩(wěn)，撞擊，振動和噪聲較小，對 工人健康，廠房基礎(chǔ)，周圍環(huán)境及設(shè)備本身有很大的好處 (2)用泵直接傳動時，安裝功率比相應(yīng)的機(jī)械壓力機(jī)大。 (3)執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)很大的工作壓力，較大的工作空間和較長的工作行程，因 此，適應(yīng)性強(qiáng)，便于壓制大型工件或較長較高的工件。 (3)在行程的任意位置均可產(chǎn)生壓力機(jī)額定的最大壓力，可以在轉(zhuǎn)換點長時間保壓 。 (4)滑塊速度可以在一定范圍內(nèi)在相當(dāng)大的程度上進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以適應(yīng)工藝過程對滑塊速度的不同要求。 (5)滑塊的總行程可以在一定范圍內(nèi)任意的無級的改變，滑塊行程的下轉(zhuǎn)換內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計說明書 3 點可 以根據(jù)壓力或行程位置來控制或改變。 (6)由于工作缸內(nèi)升壓及降壓都需要一定的時間，閥的換向也需要一定的時間，而且空行程速度不夠高，因此，在快速方面不如機(jī)械壓力機(jī)好。 (7)由于液體有可壓縮性，在快速卸載時可能會引起壓力機(jī)本體或液壓系統(tǒng)的振動，因此，不太適合于沖栽，剪切等工藝。 電液比例控制技術(shù) 微電子技術(shù)的發(fā)展使微機(jī)、超大規(guī)模集成電路和傳感器技術(shù)有突破性進(jìn)展，全世界己進(jìn)入以機(jī)電液一體化為核心的設(shè)備革命階段，上乘機(jī)械實現(xiàn)機(jī)電液一體化是其發(fā)展的 必然趨勢。近年來上乘 機(jī)械的發(fā)展主要是操作和控制機(jī)枸的改進(jìn)，要解決控制問體，只從機(jī)械和液壓角度來考慮很難使產(chǎn)品有質(zhì)的飛躍，必須引入具有良好控制性能和信息處理能力的電子技術(shù)或電液轉(zhuǎn)換技術(shù)。 因此，計算機(jī)技術(shù)和控制理論對液壓控制技術(shù)的發(fā)展顯得日益重要，現(xiàn)代液壓控制技術(shù)從第二次世界大戰(zhàn)以后得到迅速發(fā)展。到 60 年代后期，各類民用工程對電液控制技術(shù)的需求，顯得更加迫切與廣泛。但是，由于傳統(tǒng)的電液伺服閥對流體介質(zhì)清潔度要求十分苛刻，制造成本和維護(hù)費(fèi)用比較高昂，系統(tǒng)能耗也比較大，難以為各工業(yè)用戶所接受；而傳統(tǒng)的液壓開關(guān)量控制又不能滿足高質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求，工程技術(shù)實際迫切需要開發(fā)一種可靠、價廉、控制精度和響應(yīng)特性好的控制形式。電液比控制技術(shù)正是為了適應(yīng)這一要求，從 60 年代末迅速發(fā)展起來的，電液比例控制技術(shù)是電液控制技術(shù)的一項新發(fā)展，是連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率工程設(shè)備之間的橋梁，己成為機(jī)電一體化 技術(shù)的重要內(nèi) 容和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)構(gòu)成之一，德國博世公司 開發(fā)的農(nóng)用拖拉機(jī)液壓提聲器電子控制系統(tǒng)，引 入了比例 KL 可編程控制器和數(shù)據(jù)總線技術(shù)，使其電控系統(tǒng)功能更加完善，成本顯著降低，迅速占領(lǐng)了歐美各種拖拉機(jī)的應(yīng)用市場。比例技術(shù)的發(fā)展大致可以劃分為三個階 段： 從 1967 年瑞士 Breinger 公司生產(chǎn) KL比例符合閥起，到 70 年代初日本油研公司申請了壓力和流量比例閥二項專利為止，標(biāo)志著比例技術(shù)的誕生時期。這一內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計說明書 4 階段的比例閥僅僅是將比例型的電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器，如比例電磁鐵代替?zhèn)鹘y(tǒng)液壓閥的開關(guān)電磁鐵或手調(diào)螺桿機(jī)構(gòu)而已。閥的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計準(zhǔn)則幾乎沒有變化，大多數(shù)不含內(nèi)反饋閉環(huán)。其工作頻寬也僅在 1～ 5Hz 之間，穩(wěn)態(tài)滯環(huán)在 4%～ 7%之間。多用于開環(huán)控制，這個時期的閥可以稱之為早期比例閥。 從 1975 年到 1980 年間可以認(rèn)為比例技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了第二階段。采用各種內(nèi)反饋原理的比 例器件大量問世，耐高壓比例電磁鐵和比例放大器在技術(shù)上也日趨成熟，比例器件的工作頻寬已達(dá) 5～ 15Hz，穩(wěn)態(tài)滯環(huán)減小到 3%左右?？捎糜陂_環(huán)、閉環(huán)控制，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 80 年代，比例技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的第三階段。比例器件設(shè)計原理進(jìn)一步完善，采用壓力、流量、電校正等手段，使閥的穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性都有了進(jìn)一步的提高。除了因制造成本所限，比例閥在中位保留死區(qū)以外，它的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性均已和工業(yè)伺服閥沒多大差別。另一項重大進(jìn)展是比例技術(shù)開始和插裝閥控制技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出各種不同功能和規(guī)格的二通、三通型比例插裝閥， 形成了 80 年代的電液比例插裝技術(shù)的新特征。同時，由于傳感器和電子技術(shù)的發(fā)展還出現(xiàn)了電液一體化的比例器件。電液比例技術(shù)逐步形成了 80 年代的集成化趨勢。第三個值得指出的進(jìn)展是電液比例容積器件，各類比例泵、比例控制馬達(dá)相繼出現(xiàn)，為大功率工程控制系統(tǒng)的節(jié)能提供了技術(shù)基礎(chǔ)。 進(jìn)入 90 年代以后，國外的比例閥（電反饋）的工作頻寬大多在 10Hz 以上。如德國 REXROTH 公司生產(chǎn)的力士樂 4WREIO 型／ 10 系列電液比例方向流量閥，對不同的電器信號可數(shù)出不 同的流量。 所謂電液比例控制系統(tǒng)是指在 應(yīng)用流體傳動與控制的工程系統(tǒng)中，凡 是 系統(tǒng)的輸出 量 ,如壓力、流量、位移、速度、加速度、力、力矩等， 能由輸入控制信號連續(xù)成比例的控制閥，都 可稱為電液比例控制系統(tǒng) 制精度和較快的響應(yīng)等指 。因此，制 造 較復(fù)雜，特別是要求有高質(zhì)量控制水平的地方，傳統(tǒng)液壓閥逐漸被比例閥代替。 電液比例控制系統(tǒng)是電子一液壓一機(jī)械 (EHM)放大轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。從控制特性看，更接近于伺服控制系統(tǒng)：從經(jīng)濟(jì)性和可靠性看，更接近于開關(guān)控制系統(tǒng)。其內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計說明書 5 特點為： (l)能實現(xiàn)快速平穩(wěn)的開環(huán)控制，特別是大慣量控制，如液壓電梯：也能實現(xiàn)精確的閉環(huán)控制，獲得精密的工 件或完成精細(xì)的工作要求，如氣輪機(jī)進(jìn)氣閥位置比例控制；還可以實現(xiàn)高精度的同步控制，其控制精度可達(dá) 0. 02mm。 (2)兼?zhèn)淞穗姎夂碗娮蛹夹g(shù)的快速性、靈活性和液壓技術(shù)輸出功率大的雙重優(yōu)點控制性能好，傳動能力大。 (3)可明顯地簡化液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜程序控制，降低費(fèi)用，政善控制過程品質(zhì)，提高可靠性，縮短工作循環(huán)時間、對一些較復(fù)雜的工作循環(huán)，要求在工作過程中不斷改變壓力或速度，采用電液比例控制技術(shù)不僅能大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且可提高系統(tǒng)性能。 (4)比例放大器中有斜坡信號發(fā)生器，以設(shè)定的階躍作為輸入信號，使斜坡信號 發(fā)生器產(chǎn)生一個緩慢上升的或下降的輸出信號，輸出信號的變化速率通過電位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)被控系統(tǒng)工作壓力、速度、加速度等的無沖擊緩沖過渡，避免大的振動和沖擊。對位置系統(tǒng)來說可以準(zhǔn)確定位。 (5)能實現(xiàn)按比例地控制液流的方向、流量和壓力，還可以連續(xù)成比例地實現(xiàn)流量、壓力與方向三者之間的多種復(fù)合控制功能。 (6)可以改善主機(jī)的設(shè)計柔性，實現(xiàn)多通道并行控制。例如：工程機(jī)械中的多路閥通常必須集中設(shè)置，而不得不使執(zhí)行元件的連接管路延長，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性 和管路損失 ，對系統(tǒng)的動態(tài)特性不利。采用電液比例控制閥代替多路閥，則 可將閥布置的位置，克服上述缺點。 (7)便于計算機(jī)控制，便于建立故 障診斷專家系統(tǒng)，容易實現(xiàn)系統(tǒng)智能化，同時，電 液比例控制系統(tǒng)也存在一些缺點： ○ 1 與開關(guān)控制相比 ，其技術(shù)實現(xiàn)較復(fù)雜：與伺服系統(tǒng)相比， 影響速度慢。 ○ 2 電液比例閉 環(huán)控制系統(tǒng)易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。 ③死區(qū) 范圍大。 電液比例位置控制系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，其控制量是位移和轉(zhuǎn)角。工程實際 應(yīng)用中，位置和轉(zhuǎn)角控制裝置通常由帶位置反饋的節(jié)流閥、比例方向閥等組成。另內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計說明書 6 外，同步控制實質(zhì) 上屬于一種特殊的位置控制。電液比例位置控制系統(tǒng)的構(gòu)成可以簡化為如圖 11 所示。 電液比例位置控制系統(tǒng)一般由液壓動力源、控制機(jī)構(gòu)、控制對象和位置控制器組成。控制機(jī)構(gòu)由電液比例閥、液壓缸（液壓馬達(dá)）和負(fù)載三部分組成。位置控制器由計算機(jī)或單片機(jī)、信息整形、位移反饋、校正裝置和抗干擾回路五部分組成。其中，位移反饋由位移傳感器組成。計算機(jī)或單片機(jī)中存儲有給定位移曲線，通過函數(shù)發(fā)生器發(fā)出指令；信息整形用于提高系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。校正裝置用于提高系統(tǒng)的靜、動態(tài)品質(zhì)?？垢蓴_回路用來消除外來干擾。 電液比例位置控制系統(tǒng)可以 分為定位控制、跟蹤控制和保持控制三類。定位控 制是 使執(zhí)行元件定位于預(yù)走位置的控制，其目標(biāo)位置恒定。跟蹤控制是 使執(zhí)行元件在某一時刻定位于 特定的位置上的控制，其目標(biāo)位置是隨著輸入指令信號 連續(xù)變化的。位置控制是把 執(zhí)行元件移到所需要的位置后將其固定在該位置的控制類型。 電液位置比 例位置控制系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)與伺服系統(tǒng)相似，即穩(wěn)定 速度、位置誤差系數(shù)、響應(yīng)時間或穿越頻率等。 控制技術(shù)在液壓機(jī)中的應(yīng)用 1 比例壓力控制 傳統(tǒng)液壓機(jī)主要采用了手動溢流閥來調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力。采用比例壓力閥系統(tǒng)調(diào) 節(jié)液壓機(jī)系統(tǒng)壓力時， 可以通過電氣系統(tǒng)直接對液壓機(jī)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，圖11 電 液比例位置控制系統(tǒng)液壓源比例放大器信號給定裝置 比例方向閥執(zhí)行元件 被控對象位置傳感器內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計說明書 7 通過 PLC 或 PC 程序?qū)σ簤簷C(jī)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。其優(yōu)勢在于： (l)調(diào)整方便，可直接通過輸入設(shè)備（觸摸顯示屏 \\PC、撥碼盤）輸入液壓機(jī)系統(tǒng)的控制壓力，實現(xiàn)系統(tǒng)壓力精確調(diào)整，不僅節(jié)省了調(diào)節(jié)的時間，而且避免了手動調(diào)整的不精確。 (2)配合位移或里傳感器等測量環(huán)節(jié)，構(gòu)成了系統(tǒng)壓力控制閉環(huán)，實現(xiàn)壓力隨位移或壓力的函數(shù)變化。此功能在拉伸液壓機(jī)的壓邊力連續(xù)控制系統(tǒng)中非常 有用 。 (3)系統(tǒng)壓力調(diào)整靈活，在液壓機(jī)一次工作過程中可通過各種方式方便靈活的改變液壓機(jī)的壓力。 (4)壓力參 數(shù)可存儲，液壓機(jī)設(shè)定的各種壓力參數(shù)可存儲和調(diào)入，為制造工藝的合理制定提供數(shù)據(jù)支持以上