【文章內(nèi)容簡介】 ~60℃ 范圍內(nèi)較合適 ； (5)液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)效率較低 。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件（油泵 )、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá) )、控制元件（各種閥 )、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成 [2]： 動(dòng)力元件（油泵 ) 它的作用是利用液體把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。 執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá) ) 它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 . . 控制 元件 包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 輔助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭 (擴(kuò)口式、焊接式、卡套式 )、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。 工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指各類液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 液壓系統(tǒng)的維護(hù) 一個(gè)液壓系統(tǒng)的好壞不僅取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和系 統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，還因系統(tǒng)的污染防護(hù)和處理，系統(tǒng)的污染直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命，據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)外的的液壓系統(tǒng)故障大約有 70%是由于污染引起的 [2]。 油液污染對系統(tǒng)的危害主要如下： 油液中各種污染物引起元件各種形式的磨損，固體顆粒進(jìn)入運(yùn)動(dòng)副間隙中，對零件表面產(chǎn)生切削磨損或是疲勞磨損。高速液流中的固體顆粒對元件的表面沖擊引起沖蝕磨損。油液中的水和油液氧化變質(zhì)的生成物對元件產(chǎn)生腐蝕作用。此外，系統(tǒng)的油液中的空氣引起氣蝕，導(dǎo)致元件表面剝蝕和破壞。 2 元件堵塞與卡緊故障 固體 顆粒堵塞液壓閥的間隙和孔口，引起閥芯阻塞和卡緊，影響工作性能，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。 3 加速油液性能的劣化 油液中的水和空氣以其熱能是油液氧化的主要條件，而油液中的金屬微粒對油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和懸浮氣泡顯著降低了運(yùn)動(dòng)副間油膜的強(qiáng)度，使?jié)櫥阅芙档汀? 系統(tǒng)的維護(hù)： 一個(gè)系統(tǒng)在正式投入之前一般都要經(jīng)過沖洗，沖洗的目的就是要清除殘留在系統(tǒng)內(nèi)的污染物、金屬屑、纖維化合物、鐵心等，在最初兩小時(shí)工作中，即使沒有完全損壞系統(tǒng)，也會引起一系列故障。所以應(yīng)該按下列步驟來清洗系統(tǒng)油路： . . 1 用一種易干的清潔 溶劑清洗油箱，再用經(jīng)過過濾的空氣清除溶劑殘?jiān)? 2 清洗系統(tǒng)全部管路，某些情況下需要把管路和接頭進(jìn)行浸漬； 3 在管路中裝油濾，以保護(hù)閥的供油管路和壓力管路； 4 在集流器上裝一塊沖洗板以代替精密閥，如電液伺服閥等； 5 檢查所有管路尺寸是否合適，連接是否正確。 本設(shè)計(jì)的主要工作及研究內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)一 5000KN 油壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及其 PLC 控制程序，主要內(nèi)容如下： ：依據(jù)工藝及現(xiàn)有液壓機(jī)確定液壓機(jī)活動(dòng)部分的行程及速度和工作流程。 ：依據(jù)初選壓力及負(fù)載計(jì) 算液壓缸的尺寸。 ：依據(jù)初選壓力以及系統(tǒng)的工況狀態(tài)和相關(guān)的液壓回路設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)原理圖并且選擇液壓元件及其輔助元件。 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)工作原理，及工藝要求，設(shè)計(jì)出 PLC 控制系統(tǒng)，給出 PLC 梯形圖。 。 設(shè)計(jì)產(chǎn)品的預(yù)期成果 設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，具備以下特點(diǎn)： 該裝置需滿足液壓機(jī)工藝的需要。保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，減少生產(chǎn)事故的發(fā)生。 2. 成本經(jīng)濟(jì) 保證系統(tǒng)性能可靠的同時(shí)，選用較為經(jīng)濟(jì)的液壓元件，降低成本，提高 效益。同時(shí)設(shè)備使用時(shí)應(yīng)節(jié)能。 3. 體積小，安裝維修方便，安全 該裝置體積緊湊，輔助設(shè)備少，整個(gè)系統(tǒng)占地面積小，新建或改建作業(yè)線均可使用。該裝置安裝調(diào)試容易，維護(hù)檢修方便，分析處理故障迅速。操作方便、安全，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。 . . 第 2 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及參數(shù)的計(jì)算 液壓機(jī)的基本構(gòu)造及工作流程 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)一 5000KN 的液壓機(jī)液壓系統(tǒng)，而且無頂出裝置。 如圖 所示，為本液壓機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。液壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置三個(gè)行程繼電器 1ST、 2ST、 3ST，通過三個(gè)繼電器，反映活動(dòng)橫梁的位置，以 便控制其行程從而滿足工藝要求。 當(dāng)液壓機(jī)開始工作時(shí)，滑塊位于最頂部，液壓系統(tǒng)開始工作，滑塊以很快的速度向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑塊壓下 2ST 繼電器時(shí)，滑塊接觸工件，開始對工件壓制，這時(shí)液壓系統(tǒng)改變工作狀態(tài)開始慢速加壓，滑塊以極慢的速度壓制工件對工件做功。當(dāng)壓制到一定程度需要保壓時(shí)，液壓系統(tǒng)開始保壓。最后當(dāng)滑塊壓制到繼電器 3ST 的位置時(shí)，整個(gè)壓下工藝結(jié)束，液壓系統(tǒng)改變工作狀態(tài)，推動(dòng)滑塊快速回程， 圖 四柱液壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)其運(yùn)動(dòng)至繼電器 1ST 的位置時(shí)整個(gè)工作過程結(jié)束。 滑塊運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選定 滑塊的運(yùn)動(dòng)參數(shù)主要有：行程、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間。其參數(shù)的選定主要液壓機(jī)以及工藝的參數(shù)所決定的。本液壓機(jī)滑塊的最大行程為 630mm，而且壓制工藝為定程壓制（慢速壓下的行程由繼電器確定 )。依據(jù)上面的條件，滑塊的初選運(yùn)動(dòng)參數(shù)如表 所示： 表 滑塊的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 壓下流程 運(yùn)動(dòng)距離 運(yùn)動(dòng)速度 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 快速下行 380mm 120mm/s 慢速下行 50mm 9mm/s 慢速工 進(jìn) 200mm 5mm/s 40s 快速回程 630mm 75mm/s 可以看出，液壓機(jī)在工作的過程中，快速下壓階段和快速回程階段的速度最. . 高，而慢速壓下階段的速度最低。 初選工作壓力 系統(tǒng)的工作壓力由設(shè)備的類型、載荷大小、結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)水平而定。系統(tǒng)的工作壓力高，省材料，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，是液壓的發(fā)展方向。但是要注意治漏、噪聲控制和可靠性問題的妥善處理。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的尺寸結(jié)構(gòu)。對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從消耗材料的角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之， 壓力選的太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備的成本。一般來說對于固定尺寸不受限制的設(shè)備，壓力可以選擇的低一些，而對于像行走機(jī)械等重載設(shè)備，壓力選擇的高一些 [2]。具體選擇參照表 ： 表 各類設(shè)備常用的工作壓力 [2] 設(shè)備類型 壓力范圍 /MPa 壓力等級 說明 機(jī)床、壓鑄機(jī)、汽車 7 低級 低噪聲、高可靠系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械、工礦車輛、注塑機(jī)、船用機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械 7~21 中壓 一般系統(tǒng) 油壓機(jī)、冶金機(jī)械、挖掘機(jī)、重型機(jī)械 21~ 高壓 空間有限、相應(yīng)速度高、大功率壓下低成本 金剛石壓機(jī)、耐壓試驗(yàn)機(jī)、飛機(jī)、液壓機(jī)具 超高壓 追求大作用力，減輕重量 依據(jù)表 以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，選擇工作壓力 。 負(fù)載的組成與計(jì)算 液壓缸承受的外載荷 F 為： w f aF F F F? ? ? (21) 式中： wF —— 液壓缸上的工作載荷 fF —— 導(dǎo)軌的摩擦載荷 aF —— 慣性載荷 液壓缸的工作負(fù)載為金屬在變形過程中的變形抗力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及所給的工藝性能大體可估算 wF =4500KN。 計(jì)算摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載以及各階段的外負(fù)載如表 所示： . . 表 外負(fù)載的計(jì)算及計(jì)算公式 工況 計(jì)算公式 外負(fù)載 /N 符號意義 快速下行 啟動(dòng) fsF 4000 靜 摩擦負(fù)載 ( ) 0 .2 * ( 2 0 0 0 0 0 ) 4 0 0 0fs s nF f G F N? ? ? ? ? 動(dòng)摩擦負(fù)載 ( ) 0. 1 * ( 20 00 0 0) 20 00fd d nF f G F N? ? ? ? ? 慣性負(fù)載 1 2 0 0 0 0 0 . 1 2 8 7 . 2 71 0 2 . 7 5a GvFNgt?? ? ? ? ?? 2 2 0 0 0 0 0 . 0 7 5 1 7 . 8 61 0 8 . 4a Gvgt?? ? ? ? ?? 減速阻力 fF =366KN 加速 fd GvF gt???? 快進(jìn) fdF 2021 慢速下行 減速 fdF + fF 368000 工進(jìn) fdF + wF 4502021 快速回程 反向啟動(dòng) fsF 4000 加速 fd GvF gt???? 快退 fdF 2021 液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算 本液壓機(jī)的主要液壓執(zhí)行元件為一液壓缸。依據(jù)液壓系統(tǒng)負(fù)載圖和已確定的系統(tǒng)工作壓力，計(jì)算：活塞缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑。計(jì)算時(shí)用到回油被壓得數(shù)據(jù)，如表 所示： 表 各種系統(tǒng)回油背壓 [2] 系統(tǒng)類型 背壓力 /MPa 簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) ~ 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) ~ 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) ~ 用補(bǔ)油泵的閉式回路 ~ 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 ~3 回油路較短，且直接回油箱 可忽略不計(jì) 選定工 作壓力為 ,依據(jù)上表選定背壓為 。當(dāng)給定工作負(fù)載，且選定液壓系統(tǒng)工作壓力時(shí)，可依照下式進(jìn)行活塞外徑的計(jì)算： . . 4mFD P??? (21) 其中 m? 為液壓缸的機(jī)械效率取 . 所以 34 4 ( 5 0 0 0 2 0 ) * 1 00 . 4 4 8 m( 3 1 . 5 0 . 5 ) 0 . 9 5mFD P? ? ? ?? ? ?? 根據(jù) GB/T23481993 圓整后 D=450mm 選擇 d=360mm 得到 21 ? 22 ? 液壓缸所需流量計(jì)算 通過計(jì)算各執(zhí)行流程所需最大流量，得知系統(tǒng)最大流量，從而幫助選擇液壓元件。 計(jì)算公式： 11mAVQ ?? 取 ? ? (1)工作缸快速下行所需流量 1 120 /V mm S? 111 0 . 1 5 9 * 0 . 1 2 * 1 0 0 0 * 6 0 1 1 9 2 . 5 / m in0 . 9 6mAVQL?? ? ? (22) (2)工作缸慢速下行所需流量 2 9/V mm S? 112 0 . 1 5 9 * 0 . 0 0 9 * 1 0 0 0 * 6 0 8 9 . 4 3 / m in0 . 9 6mAV?? ? ? (23) (3)工作缸工進(jìn)所需流量 3 5/V mm S? 133 0 . 1 5 9 * 0 . 0 0 5 * 1 0 0 0 * 6 0 4 9 . 6 8 / m in0 . 9 6mAVQL?? ? ? (24) (4)工作缸快退所需流量 4 75 /V mm S? 244 0 . 0 1 8 3 * 0 . 0 7 5 * 1 0 0 0 * 6 0 8 5 . 7 8 / m in0 . 9 6mAV?? ? ? (25) 由此可見，本系統(tǒng)在不同行程動(dòng)作時(shí)，流量差別很大，最大流量為工作缸快速下降階段，最低流量為工作缸工進(jìn)時(shí)的流量，二者相差達(dá)二十幾倍。且本系統(tǒng)液壓缸上腔設(shè)有充液閥，可以在快速下行提供很大的流量，而工作缸工進(jìn)、慢速下行和快速回程時(shí)只能依靠液壓泵提供流量。所以依據(jù)上面所計(jì)算的流量，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)最大流量為工作缸慢進(jìn)時(shí)所需流量，為 。 . . 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 由于本液壓機(jī)為立式布局，運(yùn)動(dòng)部件重量大，工作缸空程下行時(shí)運(yùn)動(dòng)速度高，所需流量比其他工作階 段的所需流量大 20 多倍，因此泵源流量選擇難以滿足各工作階段的需要。為此，一般液壓機(jī)多采用自重補(bǔ)油增速回路，這種回路的有點(diǎn)事不需要增設(shè)補(bǔ)助動(dòng)力源，結(jié)構(gòu)簡單。另外，由于本液壓機(jī)系統(tǒng)工作壓力高，除設(shè)置調(diào)壓回路外，還需要在工作缸進(jìn)出油路設(shè)置安全閥，以保證系統(tǒng)的安全。為使系統(tǒng)簡單，本系統(tǒng)利用換向閥中位機(jī)能實(shí)現(xiàn)卸荷。在系統(tǒng)保壓過程中，采用液控單向閥將壓力封死在壓油腔，而泵處于卸荷狀態(tài)。且單向閥是座閥，保壓性能好且節(jié)能。 在上述分析的基礎(chǔ)上擬定出液壓系統(tǒng)原理圖： 圖 液壓系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)中使用的液壓 元件有： (1)充液閥 1：工作缸活塞快速下行時(shí)，用以向工作缸上腔大量充液。在保壓期間，充液閥經(jīng)受極高的壓力，防止工作缸內(nèi)油液向流向油箱。在工作缸活塞回程時(shí)，工作缸上腔的油液通過充液閥 1 向充液油箱大量排油。 (2)液控單向閥 2：工作缸進(jìn)行保壓壓制時(shí)，防止液壓缸上腔油液通過換向閥間隙泄露。 (3)液控單向閥 3：支撐工作缸活塞等運(yùn)動(dòng)部件的重量，防止因自重而下滑。在快. . 速壓下階段，由液壓油打開，排除活塞下部的油液。 (4)溢流閥 4：用以防工作缸活塞下行時(shí)，萬一液控單向閥失靈打不開時(shí)，起到安全保護(hù)作用。 (5)溢流閥 5：用以調(diào)定系統(tǒng)壓力，