【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 raulic Pressure machine。Graduation design 1 前言 第 1頁(yè) （共 47頁(yè)） 200T 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 前言 液壓機(jī)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(jī)械。由于液壓機(jī)具有多種獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中得到了廣泛應(yīng)用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)、微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)液壓機(jī)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(jī)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(jī)開發(fā)中，作為其核心組成部分的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 液壓機(jī)的類型很多，其中四柱式液壓機(jī)最為典型，應(yīng)用也最廣泛。這種液壓機(jī)在它的四個(gè)立柱之間安置著上、下兩個(gè)液壓缸，上液壓缸驅(qū)動(dòng)上滑塊，實(shí)現(xiàn)“快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→快速返回→原位停止”的動(dòng)作循環(huán)；下液壓缸驅(qū)動(dòng)下滑塊，實(shí)現(xiàn)“向上頂出→向下退回→原位停止”的動(dòng)作循環(huán)。在這種液壓機(jī)上，可以進(jìn)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(jì) 200T 四柱液壓機(jī)的 液壓系統(tǒng)，該液壓機(jī)具有保壓、延時(shí)、和自動(dòng)回程等特點(diǎn)，系統(tǒng)壓力、壓制速度和行程范圍可按要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能進(jìn)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(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2頁(yè) （共 47頁(yè)） 2 選題背景 液壓系統(tǒng)概況 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與研究動(dòng)向 液壓傳動(dòng)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(jìn)行能量轉(zhuǎn)換傳遞和分配的技術(shù)手段。液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù) 17 世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)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(guó)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(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上 ,誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。 1905 年將工作介質(zhì)水改為油，又進(jìn)一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn) (19141918)后，液壓傳動(dòng)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(jì)末 20 世紀(jì)初的 20 年間，才開始進(jìn)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(dòng)的逐步 發(fā)展 建立奠定了基礎(chǔ)。 20 世紀(jì)初康斯坦丁 尼斯克對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究， 1910 年對(duì) 液力傳動(dòng)（液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等）方面的貢獻(xiàn)，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(zhēng)的需要，出現(xiàn)了由響應(yīng)迅速、精度高的液壓控制機(jī)構(gòu)所裝備的各種軍事武器，在美國(guó)機(jī)床中有 30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。 “ 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(dòng)機(jī)及自動(dòng)生產(chǎn)線。應(yīng)該指出，日本液壓傳動(dòng)的發(fā)展較歐美等國(guó)家晚了近 20 多年。在 1955 年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動(dòng)， 1956 年成立了 “ 液壓工業(yè)會(huì) ” 。近 20~30 年間，日本液壓傳動(dòng)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(jìn)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(jì)算機(jī)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(jì)都運(yùn)用了計(jì)算機(jī) CAD、 CAT、 CDC、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制、計(jì)2 選題背景 第 3頁(yè) （共 47頁(yè)） 算機(jī)仿真與優(yōu)化等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，很大程度上提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量。雖然液壓傳動(dòng)技術(shù)方便簡(jiǎn)潔，但是液壓傳動(dòng)中存在著一些亟待解決的問題，如：液壓系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性、工作介質(zhì)的泄漏、液壓沖擊對(duì)設(shè)備可靠性的影響等等，這些問題都是液壓傳動(dòng)技術(shù)需要研究和解決的。 我國(guó)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷程 我國(guó)液壓技術(shù)發(fā)展歷程，大致可分為四個(gè)階段，即： 20 世紀(jì) 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(zhǎng)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(jī)床行業(yè)生產(chǎn)仿 蘇的磨床、拉床、仿型車床等液壓傳動(dòng)起步，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械。 進(jìn)入 60 年代后，液壓技術(shù)的應(yīng)用從機(jī)床逐漸推廣到農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械等領(lǐng)域，原來附屬于主機(jī)廠的液壓車間有的獨(dú)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(jī)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(dòng)化設(shè)備的帶動(dòng)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(jìn)入 80 年代，在國(guó)家改革開放的方針指引下，隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，基礎(chǔ)件滯后于主機(jī)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(jī)床、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等行業(yè)歸口的液壓、氣動(dòng)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(jìn)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(jìn)入了快速發(fā)展期，先后引進(jìn)了60 余項(xiàng)國(guó)外先進(jìn)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(jìn)入 90 年代后，行業(yè)加大了技術(shù)改造力度， 1991 年 后 國(guó)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(jìn)一步提高，工藝裝備得到很大改善，為形成高起點(diǎn)、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(dòng)產(chǎn)品等在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的地位和作用十分重要。它的發(fā)展決定了機(jī)電產(chǎn)品性能的提高。它不僅能最大限度滿足機(jī)電產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)功能多樣化的必要條件，也是完成重大工程項(xiàng)目、重大技術(shù)裝備的基本保證，更是機(jī)電產(chǎn)品和重大工程項(xiàng)目和裝備可靠性的保證。所以說液壓傳動(dòng)產(chǎn)品的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、200T 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4頁(yè) （共 47頁(yè)） 尤其是工業(yè)自動(dòng)化不可缺少的重要手段。 液壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用 液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展到今 天已經(jīng)擁有較為完善的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。雖然液壓傳動(dòng)還存在一些缺陷，但總體上優(yōu)點(diǎn)還是蓋過了缺點(diǎn)。正因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)具有很多機(jī)械傳動(dòng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，液壓傳動(dòng)技術(shù)在機(jī)械工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如：礦山機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、建筑機(jī)械、起重機(jī)械等。液壓技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了從手動(dòng)到半自動(dòng)化、自動(dòng)化的逐步發(fā)展，從而也推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)的向前發(fā)展。在整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)工程中，液壓傳動(dòng)技術(shù)扮演了舉足輕重的角色。 液壓機(jī)的概況 液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中最廣的設(shè)備之一。自 19 世紀(jì)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(jī)在工作生產(chǎn)中的普及性，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jī)的迅速發(fā)展有力的促進(jìn)了各種工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)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(jī)有了更進(jìn)一步的發(fā)展。目前，液壓機(jī)的最大標(biāo)稱壓力已達(dá) 750MN，用于金屬的末端成型。眾多機(jī)型已采用CNC 或工業(yè) PC 機(jī)來進(jìn)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(yè) （共 47頁(yè)） 圖 1 四柱液壓機(jī) 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(shí)面對(duì)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(shí)液壓機(jī)成為理想的成型工藝設(shè)備，特別是當(dāng)液壓機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件以及不對(duì)稱工件的加工，而且，實(shí)現(xiàn)了極低廢品率。這種加工方式還適合于長(zhǎng)行程、難成型以及高強(qiáng)度的材料?？勺兊膭?dòng)力組合、短的加工時(shí)間、根據(jù)工件長(zhǎng)度而建立的壓力行程調(diào)整，這與機(jī)械加工系統(tǒng)相比，有其優(yōu)越性。 液壓機(jī)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(diǎn)，一是動(dòng)力傳動(dòng)為 “ 柔性 ” 傳動(dòng)，不像 機(jī)械設(shè)備主缸油箱 主缸 上橫梁 上下活動(dòng)橫梁 上模具 立柱 工作臺(tái)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(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6頁(yè) （共 47頁(yè)） 一樣動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，這種驅(qū)動(dòng)原理避免了機(jī)械過載的情況；二是液壓機(jī)的拉伸過程中只有單一的直線驅(qū)動(dòng)力，沒有 “ 成角的 ” 驅(qū)動(dòng)力，這使加工系統(tǒng)有較長(zhǎng)的生命期和高的工件成品率。液壓機(jī)有單動(dòng)、雙動(dòng)、三動(dòng)三種基本的動(dòng)作方式。在單動(dòng)方式中，壓頭（或滑板）作為移動(dòng)部件單向移動(dòng)完成壓制過程。這種工作方式?jīng)]有壓邊裝置。單動(dòng)壓力機(jī)主要用于薄型工件成型中，適用于卷材和帶型材料。雙動(dòng)型壓力機(jī)有兩個(gè)移動(dòng)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(shí)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(dòng)型壓力機(jī)中，深拉伸滑塊和壓邊滑塊自上而下移動(dòng)，由模板實(shí)現(xiàn)打料動(dòng)作。但是模 板也可以充作壓邊來實(shí)現(xiàn)專門 的成型操作。這種壓力機(jī)也可以做雙動(dòng)機(jī)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(gè)系統(tǒng)的總負(fù)載。按照機(jī)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(jī)可分為手動(dòng)液壓機(jī)、鍛造液壓機(jī)、沖壓液壓機(jī)、一般用途液壓機(jī)、校正壓裝液壓機(jī)、層壓液壓機(jī)、擠壓液壓機(jī)、壓制液壓機(jī)、打包壓塊液壓機(jī)、專用液壓機(jī)十組類型。 液壓機(jī)的發(fā)展 由于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)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(jìn)液壓機(jī)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(guó)內(nèi)機(jī)型雖種類齊全，但技術(shù)含量相對(duì)較低，缺乏技術(shù)含量高的高檔機(jī)型，這與機(jī)電一體化，中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)不相適應(yīng)。 在國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中，按照控制系統(tǒng)，液壓機(jī)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(jī)；一種是采用可編程控制器控制的液壓機(jī)；第三種是應(yīng)用高級(jí)微處理器（或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）的高性能液壓機(jī)。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(shì)是高速化、智能化。 發(fā)展趨勢(shì) (1)高速化，高效化，低能耗。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本 。 (2)機(jī)電一體化。充分合理利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。 2 選題背景 第 7頁(yè) （共 47頁(yè)） (3)自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)在加工，還體現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障與處理功能。 (4)液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)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(dòng)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(dòng)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(dòng)優(yōu)越性 (1)液壓元件布局靈活； (2)液壓傳動(dòng)操作控制方便，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速； (3)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)直線傳動(dòng)，可以進(jìn)行自動(dòng)過載保護(hù)； (4)液壓傳動(dòng)采用電液控制相結(jié)合的控制方式，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制； (5)液壓系統(tǒng)中液壓元件的磨損比機(jī)械傳動(dòng)小很多，液壓油除了作為傳動(dòng)介質(zhì)外還起到了潤(rùn)滑的作用，延長(zhǎng)了液壓系統(tǒng)中液壓元件的使用壽命。200T 四柱液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 8頁(yè) （共 47頁(yè)） 3 200T 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 液壓機(jī)負(fù)載確定 液壓機(jī)的最大工作負(fù)載為 2021KN，工進(jìn)時(shí)液體最大壓力為 25Mpa。 液壓機(jī)主機(jī)工藝過程分析 壓制工件時(shí)主機(jī)的工藝過程：按下啟動(dòng)按鈕后，主缸上腔進(jìn)油，橫梁滑塊在自重作用下快速下行，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)供油不足的情況，補(bǔ)油箱對(duì)上缸進(jìn)行補(bǔ)油。觸擊快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)的行程開關(guān)后，橫梁滑塊工進(jìn)，并對(duì)工件逐漸加壓。工件壓制完成后進(jìn)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(jìn)油，滑塊快速回程，直到原位后停止。橫梁滑塊停止運(yùn)動(dòng)后，頂出缸下腔進(jìn)油，將工件頂出，工件頂出后，頂出 缸上腔進(jìn)油，快速退回。 四柱液壓機(jī) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 表 1 設(shè)計(jì)參數(shù) 最大負(fù)載： 2021KN； 工進(jìn)時(shí)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(dòng)部件質(zhì)量： 3000Kg； 壓頭啟動(dòng)、減速、制動(dòng)時(shí)間： 。 液壓缸機(jī)械效率 ； 液壓系統(tǒng) 缸體工況分析 液壓機(jī)主缸工況分析 (1)主缸速度循環(huán)圖 根據(jù)液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 9頁(yè) （共 47頁(yè)） 圖 1 主缸速度循環(huán)圖 (2)主缸負(fù)載分析 液壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，主缸上腔充油主缸快速 下行，慣性負(fù)載隨之產(chǎn)生。此外，還存在靜摩擦力、動(dòng)摩擦力負(fù)載。由于滑塊