【導(dǎo)讀】研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含。對本文的研究做出重。要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部。檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。通過對液壓機的特點及分類的分析，確定了本課題的主要設(shè)計內(nèi)容。了液壓機初步設(shè)計方案后，決定采用傳統(tǒng)理論方法對其設(shè)計、計算、強度校核，構(gòu)進行了工程繪圖，確定其液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案，給出了液壓系統(tǒng)的工作說明書，并對其進行了可行性分析，最后對整個設(shè)計進行系統(tǒng)分析，得出切實可行的方案。

　　

【正文】 A V c m s L? ? ? ? ? 式（ ） 頂出缸在頂出行程中的負(fù)載是變動的，頂出開始 ， 壓頭 距 離工件較大，以后很快減小，而頂出行程中的速度也是變化的，頂出開始時速度由零逐漸增加到v4；由于這些原因，功率計算就較復(fù)雜，另外 因 頂出缸消耗功率在液壓機液壓系統(tǒng)中占的比例 很小 ，所以此處不 再 作計算。 液壓系統(tǒng)的擬定 確定液壓系統(tǒng)方案 液壓機液壓系統(tǒng)的特點是 ， 行程中壓力變化很大，所 以在行程中 的 不同階段保證達到規(guī)定的壓力是系統(tǒng)設(shè)計中首先要考慮的 問題 。 確定液壓機的液壓系統(tǒng) 設(shè)計 方案時要重點考慮下列問題： （ 1）快速行程方式 20 液壓機液壓缸的尺寸較大，在快速下行時速度也較大，從工況圖看出，此時需要 很大的流量 ，至少為 546 L/min，這樣大流量的油液如果 直接由 液壓泵供給 ，則泵的容量 需要 很大 ，很難滿足要求 。液壓機常采用的快速行程方式有 好幾 種，在這里 本機采用自重快速下行方式。因為 液 壓機 運動部件的運動方向在快速行程中是垂直向下， 因此 可以利用運動部件 自身 的重量 來 實現(xiàn) 快速下行 。同時要 在壓力機的最上部設(shè) 計一個充液筒， 這是因為 當(dāng)運動部件快速下行時 ， 高壓泵的流量會 來不及補充液壓缸容積的增加 量 ，這時會形成負(fù)壓， 在這種情況下 上腔不足 部分的液壓 油，可通過充液閥、充液筒吸取 獲得 。高壓泵的流量供慢速壓制和回程的時候使用 。此方法的優(yōu)點 是 不需要輔助泵和能源， 而且 結(jié)構(gòu)簡單； 它的 缺點 是下行 時的 速度不易 得到 控制， 如果 吸油不充分將 會導(dǎo)致 升壓速度緩慢 ，降低工作效率 。 改進的方法是使充液閥通油斷面 的截面積 盡量加大，另外可在下腔排油路上串聯(lián)單向節(jié)流閥，利用節(jié)流造成背壓，以限制 利用 自重下行 的 速度，提高升壓速度。由于本 課題中設(shè)計的液壓機 屬于小 型 液 壓機，下行速度的控制問題不如大型壓機突出，所以 這里可以 采用 圖 36所示 的回路 [11]。 123451 01 21 34 Y A5 Y A3 Y AKP 圖 36 液壓系統(tǒng)回路圖 在主缸實現(xiàn)自重快速行程時， 三位四通 換向閥 4切換到右邊位置工作（下行位置），同時電磁換向閥 5斷電，控制油路 k使液控單向閥 3打開，液壓缸下腔通過閥 3 快速排油， 液壓缸 上腔從充液筒及液壓泵得到油液，實行滑塊 的 快速空程下行。 （ 2）減速方式 選擇與設(shè)計 液壓機的活動橫梁下行接近加工零件時，壓制速度會由快變慢，且速度變化較大 。 常用的減速方式 有兩種，一種是壓力順序控制減速；另一種是行程控制減速。 前者是利用活動滑塊在與加工件接觸之后，由于負(fù)載變大導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的壓力自動升高從而改變了系統(tǒng)速度。若加工工藝要求活動滑塊在接觸到加工件之前 21 就必須減速，那就只能選用行程控制方式進行減速，因為 壓力順序控制方式是在接觸加工件后才開始減速的 。 本系統(tǒng)中也選用行程控制方式。這里選用由電動機控制的伺服變量軸向柱塞泵作為本系統(tǒng)的 動力源，利用行程擋塊來控制液壓泵輸出的液壓油流量：快速下行的過程中，液壓泵全流量執(zhí)行供油，在進行壓制的過程中，行程擋塊會來控制液壓泵，使其流量逐步 減小，在最后 20mm 的行程中，液壓泵的 流量會減小至 0，液壓缸在回程的過程中，行程擋塊又對液壓泵進行控制，使其全流量工作。在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)處于工作行程時，行程擋塊觸碰到行程開關(guān)發(fā)送相應(yīng)信號使電磁換向閥 5的電磁鐵 3YA 得到電，控制油路 K通不到液控單向閥 8， 單向閥 8關(guān)閉，這時候單向順序閥 2阻止活動滑塊快速下行，因此只能依靠液壓泵向液壓缸的上腔供給的液壓油執(zhí)行強制下行，故而速度比較慢。相應(yīng)回路圖 見圖 36。 （ 3）壓制速度的調(diào)整 在壓制的過程中，壓制速度是不斷變化的 。 故液壓系統(tǒng)需要對活動滑塊的運動速度進行控制調(diào)節(jié)。 上面已經(jīng)選用了伺服變量柱塞液壓泵，故這里仍利用行程擋塊來控制液壓泵的流量 ，從而達到控制壓制速度的目的。 （ 4）壓制壓力及保壓 在壓制的過程中，液壓系統(tǒng)的工作壓力主要取決于工作負(fù)載。為了保證設(shè)備和加工件的安全，必須限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，這里可用以溢流閥并聯(lián)在液壓泵的壓油口與主油路之間當(dāng)作安全閥，起到安全卸荷的作用。 在壓制工藝的后期需要對加工件保壓一段時間，以滿足工藝要求。保壓的方法有兩種，一種是停液壓泵保壓，另一種是開液壓泵保壓。這里選用后者，因為開液壓泵保壓的液壓系統(tǒng)比較簡單，容易設(shè)計 。 （ 5）泄壓換向 的 方法 液壓機在壓制行程完畢 之 后，主液壓缸上腔 的 壓力很高， 主機會在高壓的作用下發(fā)生彈性變形，液壓油也受到壓縮 ， 著兩者會 儲存 相當(dāng)大的能量。 液壓缸在回程之前必須先對上腔進行泄壓，根據(jù)以往的經(jīng)驗，泄壓過快會引起強大的沖擊，發(fā)出較大噪聲，同時產(chǎn)生劇烈振動。故必須有合理的泄壓方法。經(jīng)查閱參考資料得知比較合理的 泄壓方法的原理是 活塞回程之前， 在 液壓缸下腔油壓尚未升高 的時候 ，先 將 上腔的高壓油接通油箱， 使上腔的高壓緩慢降低 。本 系統(tǒng) 采用帶阻尼狀的電液動換向閥，該閥 的中位可以 控制換向速度， 再一定程度上 延長換向時間，這樣 就可以使上 腔高壓降低到 合理壓力之后 才 使 下腔接通壓力油 。系統(tǒng)設(shè)計見圖。 （ 6）主缸與頂出缸的互鎖控制回路 在進行壓制操作之前，必須保證頂出缸的活塞已經(jīng)下行到最低位置，否則頂 22 出缸將會遭到損壞，加工件也將會報廢。 本 系統(tǒng) 采用兩個換向閥 進行 串聯(lián)的方法來實現(xiàn)兩缸的互鎖控制（見圖 37）。只有在閥 6 處于右位工作時 （ 即頂出缸活塞是下行狀態(tài)時 ） ， 壓力油才會通入換向閥 4， 接著 主缸才能動作。當(dāng)閥 6 處于左位 時 ，頂出缸 處于 上行狀態(tài)， 這時 通至閥 4 的回油壓力很低 ，主缸不能動作。這樣，就不會出現(xiàn)頂出缸還未完全回程，主缸就開始工作的 現(xiàn)象 了。 液 壓系統(tǒng) 的 電磁鐵動作見表 32，液壓元件規(guī)格明細表見表 33。 表 32 液壓系統(tǒng)電磁動作表 元件 動作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 主缸快速下行 – + + – + 主缸慢速下壓 – + – – – + 主缸泄壓 – + – – 主缸回程 – + – + – 頂出缸頂出 + – – + – 頂出缸回程 – + – + – 原位卸荷 – – – – – 表 33 液壓元件規(guī)格明細表 序 號 名 稱 型 號 1 液控單向閥 待定 2 單向順序閥（平衡閥） 待定 3 液控單向閥 待定 4 電液換向閥 待定 5 電磁換向閥 待定 6 電液換向閥 待定 7 順序閥 待定 8 溢流閥（安全閥） 待定 9 軸向柱塞泵 待定 10 主液壓缸 自行設(shè)計 11 頂出液壓缸 自行設(shè)計 12 壓力表 待定 13 壓力表開關(guān) 待定 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 根據(jù)上述分析 及設(shè)計、選擇 ，擬定液壓系統(tǒng)原理圖， 系統(tǒng)原理圖 如圖 37 23 所示 123456791 01 11 21 31 21 31 21 381 Y A2 Y A4 Y A5 Y A3 Y A 圖 37 液壓系統(tǒng)原理圖 液壓 系統(tǒng)的工作過程如下： 液壓泵起動后，電液換向閥 4和 6處于中位，液壓泵輸出 的液壓油 經(jīng)背壓閥7后 再經(jīng)閥 6 的中位 ，進行了 低壓卸荷，此時主缸處于最上端 的 位置 ，而 頂出缸也處于 最下端位置 。 電磁鐵 2YA 得電 后 ，換向閥 6在右位工作，此時 5YA 也 得電，換向閥 4 也 變?yōu)?右位工作，液壓泵輸出的 液壓 油 并 進入 了 主缸 的 上腔 。這時候3YA 也得電，控制油路經(jīng)閥 5后 通至液控單向閥 3便 使閥 3打開，主缸下腔的 液壓 油經(jīng)閥 3被 排入油箱 。 主缸在自重 的 作用下實現(xiàn)快速空程下行，由于活塞快速下行時液壓泵 注入 主缸上腔的 液壓油不足以填充上腔增大的體積 ， 于是在 上腔形成負(fù)壓， 這時 充液筒中的油液經(jīng)充液閥 1 注入到 主 缸 的上腔內(nèi) 。當(dāng)電氣擋塊碰到行程開關(guān)時 ， 3YA 失電，控制油路斷開，閥 3 關(guān)閉，此時單向順序閥（平衡閥）2在 主缸 的 下腔形成背壓，與 活動橫梁的自身重量相抵消，至此快速下行的階段已經(jīng)結(jié)束 。 在這個時候 行程 擋板會控制液壓泵的流量，使其流量減小 ， 至此 主缸進入 壓制過程 ，在此行程中 通過行程擋板調(diào)節(jié)液壓泵的流量來達到所需要的工作 。 壓制行程的終點是由壓力表指示出來的 。 下行過程結(jié)束后 ， 按動 手動按鈕使 5YA 失電， 4YA得電，換向閥 4換向 。 閥2帶阻尼器， 能夠控制換向時間 ， 當(dāng) 閥 4處于中位時 ， 主缸上腔的高壓油 開始 泄壓， 泄壓完畢后，接著 閥 4 再 移到 左位，此時 液壓 油經(jīng)閥 2的單向閥進入 到 主缸下腔 。 由于下腔進油路中的 液壓油 具有一定壓力；故控制油路可以 打開 閥 1， 于是 主缸上腔 中的大部分液壓油會重新返 回到充液筒 中 ， 而 一 小 部分經(jīng)閥 4排回 入 24 油箱， 至此 主缸 結(jié)束 快速回程 動作 。 油液充滿 充液筒后，溢出的 部分 可經(jīng)油管 返回到 油箱?；爻探Y(jié)束后，閥 4回到 中位，主缸靜止不動。 1YA 得電， 2YA 失電，閥 6 移到 左位， 液壓 油進入頂出缸 的 下腔，頂出缸頂出 加工件 ，然后 1YA 失電， 2YA得電，閥 6移到 右位，頂出缸 開始 回程；回程結(jié)束后， 2YA 失電，閥 6 移到 中位，工作循環(huán)完成，系統(tǒng)回到原始狀 態(tài)。 液壓元件的選擇 3, 電動機的選擇 液壓系統(tǒng)所需的功率 maxpPP ?? 式（ ） 式中 maxP —— 表示液壓系統(tǒng)的最大功率； p? —— 表示液壓泵的工作效率，這里去 p? =。 故 1 3 .8 5 1 9 .7 90 .7P KW?? 式（ ） 可選用的電動機的型號為 Y180L4，其額定功率為 22KW，額定轉(zhuǎn)速為 1470W。 液壓泵的選擇 液壓系統(tǒng)所需 的 壓力 612 1 0 2 4 . 40 . 9 0 . 9 1p Fp M P aA? ?? ? ?? 式（ ） 式中 F —— 表示系統(tǒng)的最大負(fù)載，即壓制終了階段的負(fù)載； ? —— 表示液壓缸的工作效率； 1A —— 表示主液壓缸無桿腔的有效工作面積。 因為行程終了時流量 q＝ 0，管路和閥均不產(chǎn)生壓力損失；而此時液壓缸排油腔的背壓已與運動部件的自重相平衡，所以背壓的影響也可不計。 液壓系統(tǒng)所需的流量 m a x 1 .1 1 3 8 1 5 1 .8 / m inpq Kq L? ? ? ? 式（ ） 式中 K—— 表示 泄露系數(shù)，這里取 K=； maxq —— 表示系統(tǒng)的最大流量， 由工況圖（圖 34）知快速下降行程中 q 為最大（ q =546 L/min），但此時已采用充液筒充液方法來補充流量，所以不按此數(shù)值計算，而按回程時的流量計算。 m a x 3 138 / m inq q L?? 要求滿足 25%~60%的壓力儲備，故額定壓力應(yīng)為 ~ 液壓系統(tǒng)所需的排量 331 5 1 . 81 0 1 0 1 0 1 /1500pp qV m l rn? ? ? ? ? 式（ ） 25 式中 pq—— 表示系統(tǒng)所需流量； n—— 表示電動機同步轉(zhuǎn)速。 根據(jù)額定壓力 范圍 和排量可選用軸向柱塞泵，其型號為 110YCY141C。 其額定壓力為 32MPa，排量為 110mL/r[9]。 選擇液壓控制閥 閥 7 通過的最大流量均等于 qP，而閥 1 的允許通過流量為 q。 q = q1–qP＝ ＝ L/min，閥 3 的允許通過流量為 2110 . 0 4 65 4 6 2 7 6 / m in0 . 0 9 1Aq q LA? ? ? ? 式（ ） 閥 8 是安全閥，其通過流量也等于 qP。 以上各閥的工作壓力均取 p＝ 32 MPa。 選擇輔助元件 計算油箱容量 從文獻 [11]中查得 ，中高壓系統(tǒng)（ p MPa）油箱容量 V=（ 612） pq 式 （ ） 式中 pq —— 這里用 液壓泵的額定流量 ， 1 1 0 1 5 0 0 1 6 5 / m in1000pqL???；