【導讀】打，鍛壓時坯料由操作機的夾頭送入鍛壓箱進行往復鍛壓。這類機器多用程序控。制﹑數(shù)字控制或微處理控制系統(tǒng)自動操作﹐是一種生產(chǎn)效率高的短沖程壓力機。鋼、高強度合金鋼、鈦合金和難變形合金的產(chǎn)品。我國精鍛機的研制進程十分緩慢，至今為止只仿制了2臺中型精鍛機。公司提供技術，中國一重制造的400t精鍛機，投產(chǎn)后已使用5年。性精度等方面與國外精鍛機有很大差距。因此加快國內(nèi)精鍛機的進一步開發(fā)研究。本文主要對精鍛機進行了一個總體介紹和對定心夾鉗結構以及液壓控。制系統(tǒng)進行設計計算。

　　

【正文】 活塞在自重作用下接觸圓形斷面工件 15，產(chǎn)生閉合量y1 ,同時，在比較器（由齒條 11 和齒輪 12 組成）上有一個位移指令 y1’ 輸入，這樣，齒輪 12 連同錐體 13 一起下移，機液伺 服閥 5 的閥芯向左產(chǎn)生位移量 29 xvy， 壓力油油 ps 進入 A 到液壓缸 4 的下腔，帶動下鉗口 2 向上閉合，閉合量為y2。與此同時，連桿 9 在比較器上產(chǎn)生負反饋 y2’，使齒輪連同錐體 13 一起上移，直到反饋量 y2’等于指令輸入量 y1’為止，機液伺服閥 5 的閥芯回到中位，液壓缸4 的活塞才不動。由于上、下鉗口結構是對稱的，因此，下鉗口的閉合量 y2 始終是跟隨上鉗口的閉合量 y1 而變化并保持相等，這樣就保證了圓形斷面工件能自動定心。當工件沿軸向移動且直徑有所變化時，上、下鉗口都能等量的張開式閉合，使工件始終保持在中心上。背壓閥 7 可以調(diào)整 鉗口張開的阻力矩。 當換向閥6 的電磁鐵 1YA 帶電，壓力油進入液壓缸 3 的下腔時，活塞推動鉗口張開。 圖 定心夾鉗液壓系統(tǒng)原理圖 夾鉗夾持矩形斷面工作時，不僅 y 方向自由度的機液伺服系統(tǒng)參加工作， x方向自由度的機液伺服系統(tǒng)也同時參加工作，以保證矩形斷面工件自動定心。當 30 上鉗口自重下落到矩形斷面工件表面時，要產(chǎn)生向左方向的位移量 x1，直到鉗口與工件表面相吻合為止，如圖中 16 所示。由液壓缸 22，機液伺服閥 21，錐體18，比較器 17 組成的 x 方向的機液伺服控制系統(tǒng)能保證下鉗口 2 產(chǎn)生與上鉗口位移 x1 方向相反的同步位移 x2。由于 x、 y 兩個自由度機械伺服系統(tǒng)的同時工作，矩形斷面工件不僅可沿軸向移動，而且能夠 隨時保持 自動定心。 液壓系統(tǒng)設計 初選執(zhí)行元件的設計壓力 在負載一定的情況下，設計壓力低，勢必加大執(zhí)行元件的結構尺寸和重量。反之設計壓力選的太高，對液壓元件的材質(zhì)、密封及制造精度也要求很高，必然提高設備成本。通?？梢杂妙惐确ò粗鳈C類型選擇執(zhí)行元件的設計壓力。 按主機類型選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力 主機類型 設計壓力 MPa 說明 機床 精加工機床 當壓力超過 32MPa時，稱為高壓壓力 半精加工機床 35 龍門刨床 28 拉床 810 農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助機構 1016 液壓機、大中型挖掘機、中型機械、起重運輸機械 2032 地質(zhì)機械、冶金機械、鐵道車輛維護機械、各類液壓機具等 25100 根據(jù)上表，初選液壓執(zhí)行元件的設計壓力為 50MPa 計算和確定液壓缸的主要結構尺寸 缸筒式液壓缸的主體零件，它與缸蓋、活塞等零件構成密閉容腔，形成內(nèi)壓，推動活塞運動。 D 的計算 液壓缸采用差動連 接時， 37:33185:165:)(: 22231 ???? ddDvv 即： dD 3770? 31 此時，無桿腔跟有桿腔的面積之比 即： 無桿腔為工作腔時， cmFAPAP ?/max2211 ?? 。差動連接時，有桿腔跟無桿腔壓力相等，即 21 PP? ，代入數(shù)據(jù)得： 通過上式求得 1A = m2 根據(jù)標準系列，將液壓缸內(nèi)徑圓整為 mmD 110? 上述式子中： 1A —— 無桿腔面積， m2； 2A —— 有桿腔面積， m2； 1v —— 快進時的速度， m/s。 3v —— 快退時的速度， m/s。 1p —— 有桿腔的壓力， pa； 2p —— 無桿腔的壓力， pa； D —— 液壓缸的內(nèi)徑， m； d —— 活塞桿的直徑， m； maxF —— 最大工作載荷， N。 cm? —— 容積效率，取 ?cm? 活塞桿為實心桿，材料為 45 鋼。 由式子 得 根據(jù)標準系列，將活塞桿內(nèi)徑圓整為 mmd 80? 缸筒的材料一般要求要有足夠的強度和沖擊韌性，目前，普遍采用的缸筒材料是熱軋或冷拔無縫鋼管。近幾年來由專業(yè)廠提供內(nèi)圓已經(jīng)研磨和外圓精加工的37:70)2(:)2(: 2221 ?? dDAA ??12 7037AA ?????? AmmAD 1 ?? ?dD 3770? ` mmDd ???? 32 高精度冷拔無縫鋼管按所需長度切割下料。本課題缸筒材料選用成都液壓缸廠生產(chǎn)的高精度 45 鋼冷拔無縫鋼管。內(nèi)徑 110mm，壁厚 15mm。 ? 校核 在中、低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結構工藝要求決定，一般不要求校核。但在高壓系統(tǒng)中，應按照下列情況進行校核。 本課題中， ???D? ，因此用下式校核： 式中 maxP —— 最高允許壓力，一般取 nPP ? ；本課題中 a x ???P p? —— 缸筒材料許用應力， nsp /?? ? ； s? —— 材料屈服強度，缸筒為 45 鋼， MPas 600?? ； n—— 安全系數(shù)，一般去 n=，本課題中取 n=2. 所以 mm10?? 滿足強度要求。 計算液壓缸所需流量 液壓缸的最大流量 m i n/)( 322m a xm a x LsmAvq ??????? ? 式中 A—— 液壓缸的有效面積， m2 maxv —— 液壓 缸的最大速度 m/ 編制液壓缸工況圖 工況 計算公式 外負載 /N 工作腔壓力 /Pa 輸入流量L/min 輸入功率 /W 快速 下降 啟動 加速 cmdpF ?? 21 4?11vAq? 11qpP? 16500 3529 等速 0 0 0 緩慢 沖壓 cmdpF ?? 21 4?21vAq? 86394 18481241.6 mmmmPPDpp maxmax ????? ???????? 33 22qpP? 快速 返回 啟動 cmApF ?22?32vAq? 33qpP? 23400 等速 4900 制動 13600 液壓能源裝置設計 液壓泵站類型及其組件的選擇 1. 液壓泵站類型的選擇 由于本高速沖床的液壓系統(tǒng)屬于高壓系統(tǒng)，因此泵的吸入允許高度受限制。它的傳動功率較大，屬大型液壓站，而且有較大的使用空間。非上置式液壓泵站有高度低、便于維護、振動小等優(yōu)點，因此本液壓系統(tǒng)選用非上置式液壓泵站類型中的分離式液壓泵站。 2. 液壓泵站組件的選擇 液壓泵站通常由液壓泵組件、油箱組件、控溫組件、過濾器組件和蓄能器組件五個相對獨立的部分組成。 組成部 分 包含元器件 作用 液壓 泵組 液壓泵 將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液壓能 原動機 驅(qū)動液壓泵 聯(lián)軸器 連接原動機和液壓泵 傳動底座 安裝和 固定液壓泵及原動機 油箱 組件 油箱 儲存油液、散發(fā)油液熱量、溢出空氣及消除泡沫和安裝元件 液位計 顯示和觀測液面高度 通氣過濾器 注油、過濾空氣 放油塞 清洗油箱或更換油液時放油 控溫 組件 油溫計 顯示、觀測油液溫度 溫度傳感器 檢測并控制油溫 加熱器 油液加熱 冷卻器 油液冷卻 34 過濾器組 件 各類過濾器 分離油液中的固體顆粒，防止堵塞小截面流道，保持油液清潔度等 蓄能 器組件 蓄能器 蓄能、吸收油液脈動和沖擊 支撐臺架 安裝蓄能器 液壓泵的計算與選擇 液壓泵的最大工作壓力 P 可按下式計算 PPP ???P ≥ 即： paP P 8 8 3 1 2 4 8 4 8 1 2 4 1 ≥ 6 ??? 式中 P—— 液壓執(zhí)行元件工作腔的最大工作壓力， Pa； P?? —— 從液壓泵出口到液壓執(zhí)行元件入口處的總管路損失。 p?? = ?p?? + ?p?? + ?p?? ?p?? —— 進油路上管路的總沿程壓力損失 ?p?? —— 進油路上管路的總局部壓力損失 ?p?? —— 進油路上閥的總壓力損失 p?? 的準確計算須在選定液壓元件并繪制出管路布 置圖后才能進行。初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取：當管路簡單或有節(jié)流調(diào)速閥時，取 P?? =（ ） 106 Pa；當管路復雜或有調(diào)速閥調(diào)速時，取 P?? =（ ） 106 Pa。 pq 本液壓系統(tǒng)中既采用了差動液壓缸回路，也采用了蓄能器輔助供油系統(tǒng)。 對于采用差動缸回路的系統(tǒng)，液壓泵的最大流量為： m a x211 )( vAAKqq vp ??? m in/)( 322 Lsm ???????? ?? 式中 A A2—— 液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積； Vmax—— 液壓缸的最大移動速度， m/s； K—— 系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取 （大流量取小值，小流量取大值）； 2）對于采用蓄能器輔助供油的系統(tǒng)，其液壓泵的最大流量 qp 按系統(tǒng)在一個工作周期中的平均流量確定， 35 即 = 式中 z—— 液壓執(zhí)行元件的個數(shù)； Vi—— 液壓執(zhí)行元件在工作周期中的總 耗油量， m3； Ti—— 機器的工作周期， s； K—— 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 K= 由于 21 pp qq ? ，因此液壓泵的最大流量為 。 在緩慢沖壓階段，低壓大流量泵卸載，差動連接被切斷，只有高壓小流量泵供油，此時液壓缸的輸入流量為 ,因此，高壓小流量泵的流量必須大于。液壓泵的最大流量為 ，低壓大流量泵的流量必須大于=。 為了保證系統(tǒng)不至 因過渡過程中過高的動態(tài)壓力作用破壞，液壓泵應有一定的壓力儲備量，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大 25％ 60％（高壓系統(tǒng)取小值，中低壓系統(tǒng)取大值）；額定流量則只需大于上述所求流量即可。 本液壓系統(tǒng)中液壓泵的最大工作壓力 paPP ? ,在沖壓階段。沖壓階段只有高壓泵供油。因此高壓泵的額定壓力必須大于 （ 1+25%）=。經(jīng)查手冊，（設計指南 p202 葉片泵、 p207 柱塞泵），高壓小流量泵選擇直軸式軸向柱塞泵的 CY 系列。低壓大流量泵選擇雙作用定量 葉片泵的 150T系列。選定的高壓泵和低壓泵的參數(shù)如下表： iizivp TKVqq ???? 12min/????? ? 36 系列 型號 公稱排量 (mL/r) 壓力 /MPa 轉(zhuǎn)速 (r/min) 結構特點及主要適用場合 生產(chǎn)廠 額定 最高 額定 最高 高 壓 泵 CY 11 1500 結構簡單、體積小、重量輕、效率高、自吸能力強、壽命長。適用于機床、鍛壓、冶金、礦山等機械設備的液壓傳動系統(tǒng) 江蘇恒源液壓有限公司、天津市天高液壓件有限公司、上海高壓油泵廠有限公司 低 壓 泵 150T 30 7 9 1500 結構簡單、性能穩(wěn)定、排量范 圍大、噪聲低、壽命長。適用于機床及其他中低壓液壓傳動系統(tǒng) 榆次液壓有限公司 1）驅(qū)動功率的計算 泵的輸出功率分別為： 式中： p—— 液壓泵進出口壓力之差，對于開式系統(tǒng)即為液壓泵的最大工作壓力。本課題中系統(tǒng)的調(diào)定壓力，即最大工作壓力為 =25Mpa； q—— 液壓泵的十幾流量； ?—— 液壓泵的 總效率。 KWqpP 361 111 ?? ????? ??KWqpP 1045107 362 222 ?? ????? ?? 37 電動機的選 型 查設計手冊，選用 Y 系列（ IP44）中規(guī)格相近的 Y160M22 型三相異步電動機。其額定功率為 15KW,滿載轉(zhuǎn)速為 2930r/min。用此電動機驅(qū)動液壓泵時，在緩慢沖壓階段，輸出流量為 1500 11mL/min=16500mL/min=。在快進快退階段，輸出