【導(dǎo)讀】目前，液壓壓力機(jī)被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。技術(shù)也在不斷地更新。能和信息處理能力的電子技術(shù)或電業(yè)轉(zhuǎn)換技術(shù)。正是應(yīng)用了電和液的混合技術(shù)。該設(shè)計(jì)分為液壓部分和主機(jī)部分。文中首先簡(jiǎn)要的概括了液壓機(jī)的相關(guān)知識(shí)。定系統(tǒng)的主要參數(shù)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了液壓缸。（主要尺寸，活塞和活塞桿，緩沖裝置、在這些設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，選擇了液壓元件及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算。柱）的尺寸，機(jī)架的強(qiáng)度和剛度的校核。接著，對(duì)液壓機(jī)過載問題做了一些簡(jiǎn)單的陳述。

　　

【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 16 表 幾類機(jī)器常用系統(tǒng)壓力 設(shè)備類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械的輔助機(jī)構(gòu) 液壓機(jī)、中大型挖掘機(jī)、重型機(jī)械 磨床 組 合 機(jī) 床 龍 門 刨 床 拉 床 系統(tǒng)壓力 /Mp — 2 3— 5 2— 8 8— 10 10— 16 20— 32 P=25Mp 液壓系統(tǒng)圖的擬定 在明確液壓系統(tǒng)要完成的功能和加工要求后粗略的給液壓缸一個(gè)外拉力，便可以確定液壓系統(tǒng)的基本形式，其內(nèi)容如下： 1 調(diào)壓回路 所謂調(diào)壓回路，它是用來控制系統(tǒng)的工作壓力，使它不超過某一預(yù)先調(diào)好的數(shù)值，或使工作機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中，個(gè)階段中具有不同的壓力。有些調(diào)壓回路還可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓力的變換。 在圖 2— 4（ a）中溢流閥 與節(jié)流閥組成節(jié)流調(diào)速回路時(shí)，溢流閥經(jīng)常開啟溢流，他的調(diào)定壓力必須大于執(zhí)行元件的最大工作壓力湖人管路上各種壓力之和。在不同溢流量時(shí)， 壓力調(diào)定值是有波動(dòng)的。 圖 2— 4（ b） 為遠(yuǎn)程調(diào)壓回路，主溢流閥的調(diào)定壓力必須大于每個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的調(diào)定壓力。 比較兩個(gè)回路，圖（ b）較為合理，因?yàn)樗{(diào)壓易于控制，準(zhǔn)確。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 17 2 卸荷回路 溢流閥流回油箱，造成動(dòng)力消耗，引起油液發(fā)熱，使油液加快變質(zhì)，而且還影響液壓系統(tǒng)的性能及泵的壽命，為此需保壓泵卸荷回路。 圖 2— 5（ a）中，當(dāng)液壓缸活塞向左運(yùn)動(dòng)返回終點(diǎn)時(shí)，單向閥的旁通油口開啟，泵輸出的油液經(jīng)此油口回油箱，液壓泵卸荷。 圖 2— 5（ b）是 M 型電液比例換向閥的卸荷回路。換向閥在中位時(shí)液壓泵卸荷。因此，選（ b）圖。 3 平衡回路 平衡回路主要用來防止垂直或傾斜放置的液壓缸和與之相連的工作部件。因自重而自行下落，在活塞向下運(yùn)動(dòng)的回路上串聯(lián)一個(gè)產(chǎn)生一定背壓的元件，防止因自重而自行下落 的回路稱為平衡回路。故 回路中必須有垂直或傾斜放置的液壓缸所以要選取垂直放置的液壓缸。 在圖 (a)中，調(diào)整平衡閥的開啟壓力稍大于立式活塞缸和工作部件自重形成的圖圖圖24 調(diào) 壓回路圖圖圖25 卸 荷回路內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 18 下腔背壓，可防部件自行下落，平衡閥起平衡錘的作用，平衡閥是由單向閥和溢流閥組成。因回油腔有背壓而運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但功率損失較大。由于平衡閥是滑閥結(jié)構(gòu)，有泄漏，長(zhǎng)期停放將緩慢下降，故僅適用于運(yùn)動(dòng)部件重量不很大和停留時(shí)間較短的系統(tǒng)。如長(zhǎng)期停留不動(dòng)，就采用錐閥結(jié)構(gòu)的液控單向閥組成鎖緊回路，所以選擇圖 (b)回路。 4 釋壓回路 釋壓回路的功用在于使用高壓大容量液壓缸中存儲(chǔ)的能量緩緩釋放， 以免它突然釋放時(shí)產(chǎn)生很大的液壓沖擊。一般液壓缸直徑大于 25cm，壓力高于 75Mp時(shí)，其油腔在排油前就必須釋壓。 由圖 (a)可見，液壓缸上腔的高壓油在換向閥 5 處于中位（液壓泵卸荷）時(shí)，通過節(jié)流 閥、單向閥和換向閥釋壓，釋壓快慢由節(jié)流閥調(diào)節(jié)，當(dāng)此腔壓力降至壓力繼電器的調(diào)定壓力是，換向閥切至左位，液控單向閥打開，使液壓缸的上腔的油通過該閥排到液壓缸頂部的副油箱中，這種釋壓回路無法在釋壓前保壓。 因此，選圖 (b)。 圖圖圖26 平衡回路內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 19 控制信號(hào)多路模擬開關(guān)指令信號(hào)號(hào)圖28 液壓系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng) 組成：調(diào)壓回路、卸荷回路、平衡回路、釋壓回路、保壓回路。 液壓機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)作循環(huán) 液壓機(jī)是一種利用液體壓力來傳遞能量，以實(shí)現(xiàn)各種壓力加工工藝的機(jī)器，其傳動(dòng)方式可分為泵直接傳動(dòng)和泵 — 蓄能器傳動(dòng)兩種 。 圖圖圖27 釋 壓回路內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 20 壓力機(jī)一般由機(jī)身和液壓系統(tǒng)兩部分組成 。 最常見的本體結(jié)構(gòu)由上橫梁 ， 下橫梁 ，四個(gè)立柱和內(nèi)外螺母組成一個(gè)封閉的框架，框架承受全部的工作載荷。 當(dāng)高壓液體進(jìn)入工作缸后，在工作活塞上產(chǎn)生很大的壓力，并推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，使工件在上、下模之間產(chǎn)生變形，回程時(shí)，工作缸通低壓 ，高壓液體進(jìn)入回程缸，推動(dòng)回程活塞向 上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)它回到原始位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。 壓力機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)包括停止，沖液行程，工作行程及回程。沖液行程一般包括快速下降過程，活塞從停止在上面的位置靠自重下降，直到上模接觸到工件為止。工件行程為慢加壓及保壓過程，上模接觸工件后，阻力增大，壓力升高，推動(dòng)活塞繼續(xù)下行，對(duì)工件進(jìn)行壓力加工 。回程過程為快速上升過程，停止是活塞及運(yùn)動(dòng)部分停于運(yùn)動(dòng)所需的位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。 ： 頂出缸工藝動(dòng)作線浮動(dòng)壓邊動(dòng)作線（ ）結(jié)構(gòu)圖主缸輔助缸快進(jìn)減速及加壓 保壓快速回程停止（ ）典型工作循環(huán)圖液壓機(jī)典型工作循環(huán) （ 1）為完成一般的壓制工藝 ，要求主缸 （上液壓缸）驅(qū)動(dòng)上滑塊能實(shí)現(xiàn)“快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→快速返回→原位停止”的工作循環(huán)；要求頂出缸（下液壓缸）驅(qū)動(dòng)下滑快實(shí)現(xiàn)“向上頂出→停留→向下退回→原位停止”的動(dòng)作循環(huán)。 （ 2）液壓系統(tǒng)中的壓力要能經(jīng)常變換和調(diào)節(jié)，并能產(chǎn)生較大的壓制力（噸位） ，以滿足工作要求。 （ 3）流量大、功率大，空行程和加壓行程的速度差異大。因此要求功率利用內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 21 合理，工作平穩(wěn)性和安全可靠性要求高。 （ 1）啟動(dòng)：油泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，全部換向閥的電磁鐵處于斷電狀態(tài)，泵輸出的油經(jīng)三位四通換向閥 10（中位） 及閥 4（中位）流回油箱，泵空載啟動(dòng)。 （ 2） 活動(dòng)橫梁空程快速下降：電磁鐵 1DT 及 5DT 通電，閥 10 及閥 11 換至右位，控制油經(jīng)閥 11（右位） ，打開液控單向閥 12。 進(jìn)油路：泵 → 閥 10 右位 → 閥 16→ 主缸上腔。 回油路：主缸下腔 → 閥 12→ 閥 10→ 閥 4→ 油箱。 （ 3）活動(dòng)橫梁慢速下行及工作加壓：活動(dòng)橫梁降至一定位置時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)2S，使 5DT 斷電，閥 11 復(fù)位，液控單向閥 12 關(guān)閉。主缸下腔油經(jīng)支承閥 13 排回油箱?；顒?dòng)橫梁不再靠 重力作用下降，而是靠液壓泵的壓力油給活塞加壓，使活動(dòng)橫梁下降。此時(shí)，橫梁速度減慢，其速度取決 于泵的供油量。 ④主缸保壓 當(dāng)主缸上腔壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令信號(hào)，使 1DT 失電，電液比例換向閥 10 回中位，主缸上下腔封閉，單向閥 16 和充液閥 14 的錐面保證了良好的密封性，使主缸保壓。保壓期間，泵 1 經(jīng)換向閥 4 的中位卸載。保壓期間由計(jì)算機(jī)控制，并由壓力傳感器將系統(tǒng)的壓力反饋回去，壓力上下浮動(dòng)差值為177。 200N，若超過此值，則由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制電液比例換向閥的換向和閥芯開口的大小，使壓力達(dá)到預(yù)定值。 ⑤泄壓，主缸回程 保壓結(jié)束，計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)， 2DT 得電，換向閥 10 處于左位。由 于主缸上腔壓力很高，壓力油使卸荷閥（外控順序閥） 15 開啟，泵 1 輸出的油液經(jīng)外控順序閥 I5 回油箱。泵 1 在低壓下工作，此壓力不足以打開充液閥（液控單向閥）14 的主閥芯，而是先打開該閥的卸載閥芯，使主缸上腔油液經(jīng)此卸載閥芯開口泄回上位油箱，壓力逐漸降低。 當(dāng)主缸上腔壓力卸到一定值后，卸荷閥（外控順序閥） l5 關(guān)閉，泵 1 壓力升高，充液閥（液控單向閥） 12 完全打開，此時(shí)，進(jìn)油路；泵 l電液比例換向閥10 左位一液控單向閥 12 一主缸下腔：回油路：主缸上腔一充液閥（液控單向閥）內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 22 14 一上位油箱。實(shí)現(xiàn)主缸快速回程。 ⑥主缸原位 停止 當(dāng)主缸滑塊上升至原來位置，開關(guān) IDT、 2DT 失電，換向閥 10 處于中位，液控單向閥 12 將主缸下腔封閉，主缸原位停止不動(dòng)。泵 1 輸出的油液經(jīng)電液比例換向閥 10 中位卸載。 ⑦下 頂 出缸頂出 3DT 得電，閥 4 處于 左 位。進(jìn)油路：泵 1換向閥 10 中位一換向閥 4 左位一頂出缸下腔。 回油路；下缸上腔一換向閥 4 左位一油箱。頂出缸活塞上升，頂出。 ⑧下頂出 缸 退回 3DT 失電． 4DT 得電，換向閥 4 處于右位，頂出缸活塞下行退回 。 （ 1）由于液壓機(jī)是一種大功率的液壓系統(tǒng)，能量合理利用十分重要。因 此這種系統(tǒng)一般采用高壓大流量的恒功率的定量泵。 （ 2）液壓機(jī)的主缸一般都有很大的重量，因而充分利用其自重作為快速下行時(shí)的 動(dòng)力 ，用沖液箱經(jīng)沖液閥對(duì)主缸工作腔沖液是一種簡(jiǎn)便使用的方案。同時(shí)，液壓機(jī)液壓系統(tǒng)一般也必須考慮設(shè)置平衡回路，以防止在停機(jī)時(shí)主缸因自重而下滑。 （ 3）液壓機(jī)的制品質(zhì)量與液壓系統(tǒng)的保壓性能有很大關(guān)系，由于換向閥存在泄漏，因而必須采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀?，用夜控單向閥來保壓 是一種用的較多的方法。 （ 4）液壓機(jī)從保壓到退回時(shí)，一般都用泄壓回路來解決高壓能的釋放問題。（ 5）為了保證不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作，主缸與 頂出缸比須互鎖。 （ 6）液壓機(jī)系統(tǒng)的控制油液應(yīng)有專門的低壓泵供油，而不應(yīng)直接由系統(tǒng) 作高壓油作控制油源。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 23 第 4 章 液壓元件的設(shè)計(jì)及液壓油的 選取 液壓泵的選擇 液壓泵的最大工作壓力 P= 1Pp?? () 式中： 1P—— 執(zhí)行元件的最大工作壓力，由工況圖 Pt 中選取最大值。 p? —— 液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之 間的沿程阻力損失和局部阻力損失之和。 初算時(shí)按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：管路簡(jiǎn)單，流速不大的取 Ap=～ ；管路復(fù)雜，流速大的取 p? =～ 1. 5MPa； P = 1Pp?? =25+1=26MPa 液壓泵的流量要大于同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)液壓缸所需要的最大流量，并考慮到系統(tǒng)的漏損和液壓泵磨損后容積效率的下降。即： Qp≥ K(∑ Q)max sm/3 () 式中： K 一系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 ～ ；大流量取小值，小流量取大值。 (∑ Q)同時(shí)動(dòng)作液壓缸的最大流量?？蓮?Qt 圖上查取。 對(duì)于工作過程始終用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，在確定流量時(shí)，尚需加上溢流閥的的最小溢流量，一般取 3L/min Qp≥ K(∑ Q) = (+2) =內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 24 按照系統(tǒng)中的擬定的僅是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力。系統(tǒng)工作過程中存在過渡過程中的動(dòng)態(tài)壓力，其壓力 最大值往往比靜態(tài)壓力要大很多，所以選擇液壓泵的額定壓力時(shí)應(yīng)比系統(tǒng)的最高壓力大 25%60%，使液壓泵的壓力儲(chǔ)備應(yīng)取大值。則： Pp=P(1+25%)=26 (1+)= () 確定驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率 ?pN310pppPQ? () 式中： Pp 液壓泵的最大工作壓力 Qp液壓泵的流量 p? 液壓泵的總效 率 液壓泵的總效率即是液壓泵的容積效率與機(jī)械效率之乘積，根據(jù)《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)》 164 頁表 75 的數(shù)值估計(jì)，液壓泵的規(guī)格取最大值。 ?pN310pppPQ? = 63 2 . 5 1 0 2 0 . 4 9 6 1 3 . 8 80 . 8 6 0 KW?? ?? 本系統(tǒng)選則高壓齒輪 變 量泵 CBZ63，公稱排量 63ml/r，理論排量 62. 63ml/r，額定壓力 25MPa，最高壓力 31. 5MPa，額定轉(zhuǎn)速 2021r/min，最高轉(zhuǎn)速 2500r/min，工作油溫 20～ 110oC ，驅(qū)動(dòng)功率 ，效率 94%，生產(chǎn)企業(yè)；濟(jì)南液壓件廠。 輔助泵為齒輪定量泵，額定壓力為 10MPa，最高壓力為 ，排量為 ，額定轉(zhuǎn)速 1450r／ min，最高轉(zhuǎn)速為 1650r／ min，容積效率≥ 90%，質(zhì)量 ，生產(chǎn)企業(yè)為合肥長(zhǎng)源液壓件廠。功率 。 液壓泵是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，上述計(jì)算公式算得的功率和液壓泵的轉(zhuǎn)速，便可從產(chǎn)品樣本中選定標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 中冊(cè)，選取電動(dòng)機(jī)型號(hào) 22系列小型直流電動(dòng)機(jī)，額定功率 為 40KW，滿載轉(zhuǎn)速為 3000r/min， 2272 型。 油箱的設(shè)計(jì) 任何一個(gè)液壓系統(tǒng)中，油箱必須要專門設(shè)計(jì)，屬于本系統(tǒng)的專用件。其主要內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說明書 25 作用是儲(chǔ)存油液，并且散發(fā)油液中的熱量，釋放油液中的氣泡，沉淀固體雜質(zhì)等作用。油箱上安裝了許多輔助件，如空氣濾清器、油位計(jì)等輔助元件。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問題： l、油箱必須有足夠大的容積以滿足節(jié)熱，容納停車時(shí)因重力作用返回油箱的油，操作時(shí)油面應(yīng)保持適當(dāng)高度等要求。 吸油管及回油管應(yīng)插入最低油面以下，以防止卷吸空氣和回油沖濺產(chǎn)生氣泡，管口與箱底、 箱壁的距離不小于管徑的三倍。吸油管口應(yīng)安裝 80 或 lOOHm的網(wǎng)式或線細(xì)式濾油箱，安裝的位置要便于裝卸和清洗?；赜涂陧毿鼻谐?450，并面向箱壁。 吸油管和回油管的距離應(yīng)盡量遠(yuǎn)，兩管之間用隔板隔開，以增加油的循環(huán)距離，增大散熱效果，并使油中的氣泡和雜質(zhì)有較長(zhǎng)的時(shí)間浮生和沉淀，隔板的高度約為最低油面高度的 1/15。 并保持油液清潔，油箱應(yīng)有密封的頂蓋，頂蓋設(shè)有帶有濾油網(wǎng)的注油口，帶空氣過濾清器的通氣孔，有時(shí)注油口和通氣口