【文章內(nèi)容簡介】 raulic Pressure machine。Graduation design 1 前言 第 1頁 （共 47頁） 200T 四柱液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 1 前言 液壓機是一種用于金屬、非金屬材料（塑料、橡膠、石材、木材等）成形的壓力加工機械。由于液壓機具有多種獨特優(yōu)點，在國民經(jīng)濟各部門中得到了廣泛應(yīng)用。隨著先進制造技術(shù)、微電子技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對液壓機提出了高壓、高速、高效化、產(chǎn)品綠色化（無油污和噪聲污染、節(jié)能等）、機電液一體化、數(shù)控智能化、系統(tǒng)集成化等技術(shù)要求。因此，在現(xiàn)代液壓機開發(fā)中，作為其核心組成部分的液壓系統(tǒng)的設(shè)計顯得尤為重要。 液壓機的類型很多，其中四柱式液壓機最為典型，應(yīng)用也最廣泛。這種液壓機在它的四個立柱之間安置著上、下兩個液壓缸，上液壓缸驅(qū)動上滑塊，實現(xiàn)“快速下行→慢速加壓→保壓延時→快速返回→原位停止”的動作循環(huán)；下液壓缸驅(qū)動下滑塊，實現(xiàn)“向上頂出→向下退回→原位停止”的動作循環(huán)。在這種液壓機上，可以進行沖剪、彎曲、翻邊、拉深、裝配、冷擠、成型等多種加工工藝。 主要用于可塑性材料的壓制工藝，也可從事校正、壓裝、砂輪成型、冷擠金屬零件成型、塑料制品及粉末制品的壓制成型等，因而廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。本文設(shè)計 200T 四柱液壓機的 液壓系統(tǒng)，該液壓機具有保壓、延時、和自動回程等特點，系統(tǒng)壓力、壓制速度和行程范圍可按要求進行調(diào)節(jié)，并能進行 定壓成型操作，特別適合于金屬 材料成型 的壓制 。200T 四柱液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 第 2頁 （共 47頁） 2 選題背景 液壓系統(tǒng)概況 液壓傳動技術(shù)的發(fā)展與研究動向 液壓傳動是一種以液體作為工作介質(zhì)，以靜壓和流量作為主要特性參數(shù)進行能量轉(zhuǎn)換傳遞和分配的技術(shù)手段。液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù) 17 世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。 1795 年英國約瑟夫 布拉曼 (Joseph Braman， 17491814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上 ,誕生了世界上第一臺水壓機。 1905 年將工作介質(zhì)水改為油，又進一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn) (19141918)后，液壓傳動廣泛應(yīng)用，特別是 1920 年以后，發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的 20 年間，才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。 1925 年維克斯發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步 發(fā)展 建立奠定了基礎(chǔ)。 20 世紀初康斯坦丁 尼斯克對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究， 1910 年對 液力傳動（液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等）方面的貢獻，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。 第二次世界大戰(zhàn) (19411945)期間，由于戰(zhàn)爭的需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機構(gòu)所裝備的各種軍事武器，在美國機床中有 30%應(yīng)用了液壓傳動。 “ 二戰(zhàn) ” 結(jié)束后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)，不斷應(yīng)用于各種自動機及自動生產(chǎn)線。應(yīng)該指出，日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近 20 多年。在 1955 年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動， 1956 年成立了 “ 液壓工業(yè)會 ” 。近 20~30 年間，日本液壓傳動發(fā)展很快，處于世界領(lǐng)先地位。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，目前液壓技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪音、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。由于計算機科學(xué)技術(shù)的成熟，一些新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的設(shè)計都運用了計算機 CAD、 CAT、 CDC、計算機實時控制、計2 選題背景 第 3頁 （共 47頁） 算機仿真與優(yōu)化等計算機輔助技術(shù)，很大程度上提高了產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量。雖然液壓傳動技術(shù)方便簡潔，但是液壓傳動中存在著一些亟待解決的問題，如：液壓系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性、工作介質(zhì)的泄漏、液壓沖擊對設(shè)備可靠性的影響等等，這些問題都是液壓傳動技術(shù)需要研究和解決的。 我國液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷程 我國液壓技術(shù)發(fā)展歷程，大致可分為四個階段，即： 20 世紀 50 年代初到 60 年代初為起步階段； 60~70 年代為專業(yè)化生產(chǎn)體系成長階段； 80~90 年代為快速發(fā)展階段； 2021 年至今為創(chuàng)新階段。 其中，液壓工業(yè)于 50 年代初從機床行業(yè)生產(chǎn)仿 蘇的磨床、拉床、仿型車床等液壓傳動起步，液壓元件最初應(yīng)用于機床和鍛壓設(shè)備，后來應(yīng)用于工業(yè)機械。 進入 60 年代后，液壓技術(shù)的應(yīng)用從機床逐漸推廣到農(nóng)業(yè)機械和工程機械等領(lǐng)域，原來附屬于主機廠的液壓車間有的獨立出來，成為液壓件專業(yè)生產(chǎn)廠。到了 60 年代末、 70 年代初，隨著生產(chǎn)機械化的發(fā)展，特別是在為第二汽車制造廠等提供高效、自動化設(shè)備的帶動下，液壓元件制造業(yè)出現(xiàn)了迅速發(fā)展的局面，一批中小企業(yè)也成為液壓件專業(yè)制造廠。 進入 80 年代，在國家改革開放的方針指引下，隨著機械工業(yè)的發(fā)展，基礎(chǔ)件滯后于主機的矛盾日益突出，并引起各 有關(guān)部門的重視。為此， 1982 年組建了通用基礎(chǔ)件工業(yè)局，將原有分散在機床、農(nóng)業(yè)機械、工程機械等行業(yè)歸口的液壓、氣動和密封件專業(yè)廠，統(tǒng)一劃歸通用基礎(chǔ)件局管理，從而使該行業(yè)在規(guī)劃、投資、引進技術(shù)和科研開發(fā)等方面得到基礎(chǔ)件局的指導(dǎo)和支持，從此進入了快速發(fā)展期，先后引進了60 余項國外先進技術(shù)，經(jīng)消化吸收和技術(shù)改造，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)，并成為行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。進入 90 年代后，行業(yè)加大了技術(shù)改造力度， 1991 年 后 國家、地方和企業(yè)自籌資金總投入共約 20 多億元，其中液壓 16 億元。經(jīng)過技術(shù)改造和技術(shù)攻關(guān)，一批主要企業(yè)技術(shù)水平進一步提高，工藝裝備得到很大改善，為形成高起點、專業(yè)化、批量生產(chǎn)打下了良好基礎(chǔ)。 由此可見液壓傳動產(chǎn)品等在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的地位和作用十分重要。它的發(fā)展決定了機電產(chǎn)品性能的提高。它不僅能最大限度滿足機電產(chǎn)品實現(xiàn)功能多樣化的必要條件，也是完成重大工程項目、重大技術(shù)裝備的基本保證，更是機電產(chǎn)品和重大工程項目和裝備可靠性的保證。所以說液壓傳動產(chǎn)品的發(fā)展是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、200T 四柱液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 第 4頁 （共 47頁） 尤其是工業(yè)自動化不可缺少的重要手段。 液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用 液壓傳動技術(shù)發(fā)展到今 天已經(jīng)擁有較為完善的理論和實踐基礎(chǔ)。雖然液壓傳動還存在一些缺陷，但總體上優(yōu)點還是蓋過了缺點。正因為液壓傳動具有很多機械傳動所不具備的優(yōu)點，液壓傳動技術(shù)在機械工業(yè)的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如：礦山機械、工程機械、冶金機械、建筑機械、起重機械等。液壓技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了從手動到半自動化、自動化的逐步發(fā)展，從而也推動了機械工業(yè)的向前發(fā)展。在整個機械傳動工程中，液壓傳動技術(shù)扮演了舉足輕重的角色。 液壓機的概況 液壓機是制品成型生產(chǎn)中最廣的設(shè)備之一。自 19 世紀問世以來發(fā)展很快，已成為工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備之一。由于液壓機在工作生產(chǎn)中的普及性，在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。如板材成型，粉 末 冶金，塑料及橡膠制品成型，輪軸壓裝校直等等。各種類型液壓機的迅速發(fā)展有力的促進了各種工業(yè)的發(fā)展和進步，八十年代以來，隨著電子技術(shù)、液壓技術(shù)等的發(fā)展和普及應(yīng)用，液壓機有了更進一步的發(fā)展。目前，液壓機的最大標稱壓力已達 750MN，用于金屬的末端成型。眾多機型已采用CNC 或工業(yè) PC 機來進行控制，使產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率有了極大提高。2 選題背景 第 5頁 （共 47頁） 圖 1 四柱液壓機 隨著人們生活水平的提高，金屬壓制拉伸制品的需求逐年提高，同時面對產(chǎn)品品種的需求越來越多，另一方面產(chǎn)品的生產(chǎn)批量日益縮小。為與中小批量生產(chǎn)相適應(yīng)，需要能夠快速調(diào)整的加工設(shè)備，這時液壓機成為理想的成型工藝設(shè)備，特別是當液壓機系統(tǒng)實現(xiàn)對復(fù)雜工件以及不對稱工件的加工，而且，實現(xiàn)了極低廢品率。這種加工方式還適合于長行程、難成型以及高強度的材料?？勺兊膭恿M合、短的加工時間、根據(jù)工件長度而建立的壓力行程調(diào)整，這與機械加工系統(tǒng)相比，有其優(yōu)越性。 液壓機作為一種通用的無削成型加工設(shè)備，其工作的原理是利用液體的壓力傳遞能量以 完成壓力加工的。其工作特點，一是動力傳動為 “ 柔性 ” 傳動，不像 機械設(shè)備主缸油箱 主缸 上橫梁 上下活動橫梁 上模具 立柱 工作臺面 下模具 地基 頂出缸 液壓控制管路 液壓控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng) 200T 四柱液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 第 6頁 （共 47頁） 一樣動力傳動系統(tǒng)復(fù)雜，這種驅(qū)動原理避免了機械過載的情況；二是液壓機的拉伸過程中只有單一的直線驅(qū)動力，沒有 “ 成角的 ” 驅(qū)動力，這使加工系統(tǒng)有較長的生命期和高的工件成品率。液壓機有單動、雙動、三動三種基本的動作方式。在單動方式中，壓頭（或滑板）作為移動部件單向移動完成壓制過程。這種工作方式?jīng)]有壓邊裝置。單動壓力機主要用于薄型工件成型中，適用于卷材和帶型材料。雙動型壓力機有兩個移動部件：滑板（或沖頭）和模板。其工作過程是，沖頭（或滑板）自上而下拉伸沖料，模板充作固定壓板。在壓 制成型后，模板能實現(xiàn)打料定出功能?？筛鶕?jù)材料和工件的特征參數(shù)來校 正模板的壓力。三動型壓力機中，深拉伸滑塊和壓邊滑塊自上而下移動，由模板實現(xiàn)打料動作。但是模 板也可以充作壓邊來實現(xiàn)專門 的成型操作。這種壓力機也可以做雙動機用。由于內(nèi)滑板和壓邊塊相關(guān)聯(lián) ，因此，成型壓力和壓邊合成整個系統(tǒng)的總負載。按照機架結(jié)構(gòu)形式可分為梁柱式、組合框架型、整體框架式、單臂式等。按照功能液壓機可分為手動液壓機、鍛造液壓機、沖壓液壓機、一般用途液壓機、校正壓裝液壓機、層壓液壓機、擠壓液壓機、壓制液壓機、打包壓塊液壓機、專用液壓機十組類型。 液壓機的發(fā)展 由于液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)外液壓機的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展為改進液壓機的性能、 提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了可能。相比來講，國內(nèi)機型雖種類齊全，但技術(shù)含量相對較低，缺乏技術(shù)含量高的高檔機型，這與機電一體化，中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢不相適應(yīng)。 在國內(nèi)外液壓機產(chǎn)品中，按照控制系統(tǒng)，液壓機可分為三種類型：一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液壓機；一種是采用可編程控制器控制的液壓機；第三種是應(yīng)用高級微處理器（或工業(yè)控制計算機）的高性能液壓機。三種類型功能各有差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。但總的發(fā)展趨勢是高速化、智能化。 發(fā)展趨勢 (1)高速化，高效化，低能耗。提高液壓機的工作效率，降低生產(chǎn)成本 。 (2)機電一體化。充分合理利用機械和電子方面的先進技術(shù)促進整個液壓系統(tǒng)的完善。 2 選題背景 第 7頁 （共 47頁） (3)自動化、智能化。微電子技術(shù)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，還體現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障與處理功能。 (4)液壓元件集成化，標準化。集成的液壓系統(tǒng)建設(shè)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方便。 科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，液壓傳動技術(shù)隨之有了比較完善、成熟的理論基礎(chǔ)。目前液壓傳動技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪音、經(jīng)久耐用、高度 集成化的方向發(fā)展。 液壓傳動優(yōu)越性 (1)液壓元件布局靈活； (2)液壓傳動操作控制方便，可實現(xiàn)無級調(diào)速； (3)液壓傳動容易實現(xiàn)直線傳動，可以進行自動過載保護； (4)液壓傳動采用電液控制相結(jié)合的控制方式，可實現(xiàn)自動化控制，還可實現(xiàn)遠程控制； (5)液壓系統(tǒng)中液壓元件的磨損比機械傳動小很多，液壓油除了作為傳動介質(zhì)外還起到了潤滑的作用，延長了液壓系統(tǒng)中液壓元件的使用壽命。200T 四柱液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 第 8頁 （共 47頁） 3 200T 液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 液壓系統(tǒng)設(shè)計要求 液壓機負載確定 液壓機的最大工作負載為 2021KN，工進時液體最大壓力為 25Mpa。 液壓機主機工藝過程分析 壓制工件時主機的工藝過程：按下啟動按鈕后，主缸上腔進油，橫梁滑塊在自重作用下快速下行，此時會出現(xiàn)供油不足的情況，補油箱對上缸進行補油。觸擊快進轉(zhuǎn)為工進的行程開關(guān)后，橫梁滑塊工進，并對工件逐漸加壓。工件壓制完成后進入保壓階段，讓產(chǎn)品穩(wěn)定成型。保壓結(jié)束后，轉(zhuǎn)為主缸下腔進油，滑塊快速回程，直到原位后停止。橫梁滑塊停止運動后，頂出缸下腔進油，將工件頂出，工件頂出后，頂出 缸上腔進油，快速退回。 四柱液壓機 液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù) 表 1 設(shè)計參數(shù) 最大負載： 2021KN； 工進時系統(tǒng)最大壓力： 25MPa 主缸回程力： 400KN； 頂出缸頂出力： 350KN 低壓下行速度： 50mm/s； 高壓下行速度： 5mm/s； 低壓回程速度： 25mm/s； 工作行程： 300mm； 頂出缸頂出速度： ： 高壓下行行程： 10mm； 移動部件質(zhì)量： 3000Kg； 壓頭啟動、減速、制動時間： 。 液壓缸機械效率 ； 液壓系統(tǒng) 缸體工況分析 液壓機主缸工況分析 (1)主缸速度循環(huán)圖 根據(jù)液壓機系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)中 主缸滑塊行程為 300mm，可以得到主缸的速度循環(huán)圖如下： 3 200T 液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 第 9頁 （共 47頁） 圖 1 主缸速度循環(huán)圖 (2)主缸負載分析 液壓機啟動時，主缸上腔充油主缸快速 下行，慣性負載隨之產(chǎn)生。此外，還存在靜摩擦力、動摩擦力負載。由于滑塊