【文章內(nèi)容簡介】 ............... 67 參考文獻 ...................................................................................................................... 68 結(jié)束語 .......................................................................................................................... 69 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書 1 第 1 章 緒論 液壓 壓 力 機介紹 近年來，世界各國經(jīng)濟迅猛發(fā)展。在經(jīng)濟發(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、機床、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?。壓力加工應用的主要工具就是各種鍛壓機械。 鍛壓機械主要用于金屬成形，所以又稱為金屬成形機床。鍛壓機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(qū)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(nèi)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。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(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、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。各種機械控制的、數(shù)字控制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。現(xiàn)代化的鍛壓機械可生產(chǎn)精確制品，有良好的勞動條件，環(huán)境污染很小。 鍛壓機械主要包括各種鍛錘、各種壓力機和其他輔助機械。 壓力機又根據(jù)不同的動力及傳動形式分為機械壓力機和液壓機。 機械壓力機是用曲柄連桿或肘桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、螺桿機構(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)機械化、自動化，適于在自動線上工作。 內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書 2 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。 油壓機就是用液壓傳動的壓力機，也稱液壓壓力機。這種壓力機的主要作用是對 可塑性材料 進行 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” 。傳動裝置采用液壓傳動，工 件機構(gòu)是單活塞桿的壓力 缸。機身由上橫梁、工作臺、四根立柱組成一個固定機架。產(chǎn) 品由液壓機專用電器 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、響應快、壓力損失小、動作可靠、維修方便。 液壓機的特點 壓機與其它鍛壓設(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，安裝功率比相應的機械壓力機大。 (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，適應性強，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)在相當大的程度上進行調(diào)節(jié)，從而可以適應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，在快速方面不如機械壓力機好。 (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、超大規(guī)模集成電路和傳感器技術(shù)有突破性進展，全世界己進入以機電液一體化為核心的設(shè)備革命階段，上乘機械實現(xiàn)機電液一體化是其發(fā)展的 必然趨勢。近年來上乘 機械的發(fā)展主要是操作和控制機枸的改進，要解決控制問體，只從機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，制造成本和維護費用比較高昂，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、控制精度和響應特性好的控制形式。電液比控制技術(shù)正是為了適應這一要求，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)了歐美各種拖拉機的應用市場。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，標志著比例技術(shù)的誕生時期。這一內(nèi)蒙古科技大學設(shè)計說明書 4 階段的比例閥僅僅是將比例型的電一機械轉(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)螺桿機構(gòu)而已。閥的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計準則幾乎沒有變化，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 年間可以認為比例技術(shù)的發(fā)展進入了第二階段。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 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，應用領(lǐng)域不斷擴大。 80 年代，比例技術(shù)進入了發(fā)展的第三階段。比例器件設(shè)計原理進一步完善，采用壓力、流量、電校正等手段，使閥的穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)響應和穩(wěn)定性都有了進一步的提高。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展是電液比例容積器件，各類比例泵、比例控制馬達相繼出現(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等指 。因此，制 造 較復雜，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 件或完成精細的工作要求，如氣輪機進氣閥位置比例控制；還可以實現(xiàn)高精度的同步控制，其控制精度可達 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)復雜程序控制，降低費用，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合控制功能。 (6)可以改善主機的設(shè)計柔性，實現(xiàn)多通道并行控制。例如：工程機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)應用十分廣泛，其控制量是位移和轉(zhuǎn)角。工程實際 應用中，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、控制機構(gòu)、控制對象和位置控制器組成。控制機構(gòu)由電液比例閥、液壓缸（液壓馬達）和負載三部分組成。位置控制器由計算機或單片機、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。計算機或單片機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)行元件定位于預走位置的控制，其目標位置恒定。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)指標與伺服系統(tǒng)相似，即穩(wěn)定 速度、位置誤差系數(shù)、響應時間或穿越頻率等。 控制技術(shù)在液壓機中的應用 1 比例壓力控制 傳統(tǒng)液壓機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)液壓機系統(tǒng)壓力時， 可以通過電氣系統(tǒng)直接對液壓機的壓力進行調(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)蒙古科技大學設(shè)計說明書 7 通過 PLC 或 PC 程序?qū)σ簤簷C的壓力進行調(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，在液壓機一次工作過程中可通過各種方式方便靈活的改變液壓機的壓力。 (4)壓力參 數(shù)可存儲，液壓機設(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