【正文】 1 1p MPa?? 2p? — 液壓泵至比例閥之間的管路壓降及閥壓降 2 1p MPa?? Vp? — 總的比例閥壓降 據(jù)《機械設(shè)計手冊》選取 比例閥 比例方向閥的選擇，不是按執(zhí)行元件的運動速度所需流量直接確定的，而是根據(jù)比例 閥進出口壓差（即系統(tǒng)工作壓力同負載壓力之差）按其工作曲線選擇。 3 3 3m a x m a x 1 0 . 1 5 7 . 8 5 1 0 1 . 1 8 1 0 7 0 . 6 5 m inQ v A m s L??? ? ? ? ? ? ? 為了補償泄漏，將流量擴大 20%。 4 0 0 3 0 0 4 0 0 4 0 0 1 1 0 0BL Z J S? ? ? ? ? ? ? 15 105BLd?? 其中 ： BL — 活塞桿與缸筒的總長 S— 活塞桿行程 400S? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 24 2612210K BEIP KL? ?? 1 KKPP n? 據(jù)《機械設(shè)計手冊》 第 五 卷 29121?P 表 21616其中 ： 1E — 實際彈性系數(shù) 521 1 .8 0 1 0E N m m?? I — 活塞桿截面慣性矩 460 .0 4 9 1 .1 8 1 0Id ?? ? ? Kn — 安全系數(shù) 6Kn ?? 取 5?Kn K — 液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù) 據(jù)表 21617 查得 ? 1P — 活塞桿受力 NFP L 5m a x ??? KP — 計算得活塞桿最大理論受力 2 5 6 6 523 . 1 4 1 . 8 0 1 0 1 . 1 8 1 0 1 0 6 9 . 2 3 1 00 . 2 5 1 . 1KPN?? ? ? ? ?? ? ?? 514 .5 7 10KKP Nn ?? 1 KKPP n? 活塞桿穩(wěn)定性符合要求 計算液壓缸實際 面積 2 2 3 21 11 3. 14 0. 1 7. 85 1044A D m? ?? ? ? ? ? ? 32211 102A A m?? ? ? 比例閥選型計算 計算通過比例閥的負載流量 據(jù)《液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計》 262P 表 610 選比例閥閥芯機能為 2O 型，則PA? 的節(jié)流口面積是 PB? 節(jié)流 口面積的 12 倍。 ⑵ 活塞桿 彎曲 穩(wěn)定性校核 據(jù)《機械設(shè)計手冊》 第 五 卷 29121?P 表 21616 可知 ? ?10 15BLd?? 時需驗算活塞桿彎曲穩(wěn)定性。 其型號為： 2 5 0 1 0 0 / 7 0 1 0 / 0 1C G E S A H G D M? 其主要技術(shù)規(guī)格： 100D mm? 70d mm? 壓力級： 16E MPa? 行程： 400S mm? E中間耳軸 H 50 鋼 表面淬火 允許偏差： ? 最大推力： 51 10P ?? 據(jù)《機械設(shè)計手冊》 19236P? 表 19641 選取安裝尺寸，見裝配圖。且認為最大負載力與最大速度同時出現(xiàn)，即 max m s? NFL 5max ?? 。大約為總受力的 5%。同時考慮到液壓缸的摩擦，將總的摩擦力加大二倍。同時由于重力和摩擦力在同一條直線上，所以導(dǎo)軌表面不受正壓力，這樣摩擦力就很小。同時較高的壓力可以減小壓縮性容積和減小油液中所含空氣對體積彈性模量的影響，有利于提高液壓固有頻率，即系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 作過程可知，在控制系統(tǒng)中需要加入保壓回路、釋壓 回路、平衡回路，在油源設(shè)計時需加入泄荷回路。同時安裝順序閥來保證精過濾器堵塞后濾芯不被損壞。由于控制系統(tǒng)對油液質(zhì)量有一定要求，所以在吸油管上設(shè)置粗過濾器來攔截大的顆粒。設(shè)計油源時要求有卸荷回路，此系統(tǒng)采用帶電磁閥的先導(dǎo)式 溢流閥來完成。平衡回路是為了防止壓力機停機時滑塊在重力的作用下自行下行，在回路中設(shè)計了平衡回路，即在回油路上加了一個平衡閥。它主要采用順序閥釋壓，從回路圖中可以看出，這種回路將釋壓和釋壓后反向運動作了很好的銜接。由于此壓力系統(tǒng)保壓時間不是太長，保壓壓力也不大，所以采用液控單向閥保 壓是能夠達到要求的。 根據(jù)工 種，其中液控單向閥保壓和蓄能器保壓是比較典型的兩種。而對于此系統(tǒng)來講，不要求速度的精確性，也不過多計較功率損失，所以基本回路采用閥控缸，即定壓節(jié)流調(diào)速回路。所以在此系統(tǒng)中必須加冷卻器來降低油溫。液壓泵輸出的功率為常量，其主要損 失有三個方面： 一是液壓缸輸出功率，二是節(jié)流功率損失，三是溢流功率損失 。 經(jīng)研究表明在節(jié)流閥通流面積 TA 一定的情況下，重載工 況 比輕載工 況 的速度剛性差；而在相同負載下，通流面積 TA 大時亦即液壓缸速度高時速度剛性差，所以這種回路只適用于低速輕載場合 。這里的節(jié)流閥就是電液比例方向閥?；芈分斜玫膲毫τ梢缌鏖y設(shè)定后便基本上保持不變，液壓泵輸出的油液一部分 經(jīng)過節(jié)流閥進入液壓缸工作腔推動活塞桿運動，多余的油液經(jīng)溢流閥排回油箱 ， 這是此類調(diào)速回路能夠正常工作的必要條件。截流調(diào)速回路的工作原理是通過 改變回路中的流量控制元件的通流截面積的大小來控制流入執(zhí)行器或流出執(zhí) 行器的流量，以調(diào)節(jié)其運動速度。從液壓傳動系統(tǒng)的角度講，由于電液比例方向閥具有截流作用，他和液壓缸的組合就相當(dāng)于定壓截流調(diào)速回路。但同時 為了實現(xiàn)別的控制功能，必須在基本控制系統(tǒng)中加入一些基本回路。 通過各方面的綜合考慮，得出最終控制方案，即采用微機電液比例位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。 此系統(tǒng)的指令元件、比較元件及對其它閥的控制都由計算機程序進行集中控制。 因為電器反饋形式一方面它以電流或電壓作為信號流，信號處理靈活、迅速、功率小、系統(tǒng)的開環(huán)增益調(diào)整方便、系統(tǒng)易實現(xiàn)校正。 對于此次設(shè)計的系統(tǒng)，其功率不是太大，活塞桿行程較短且為直線運動，所以選用閥控缸動力元件。 但隨行程增加固有頻率隨之降低，系統(tǒng)響應(yīng)速度和穩(wěn)定性均變壞，系統(tǒng)效率較低。也就是說在這個液壓控制系統(tǒng)中動力元件采用閥控液壓缸。所以這里決定采用閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)主要用于對外界干 擾敏感，控制精度要求高的場合。從位置精度來判斷，系統(tǒng)的控制精度是很高的，可以說這個系統(tǒng)對準確性的要求是主要的，也是很嚴格的。 工作過程 快進 — 減速加壓 — 工進 — 保壓 延時 — 釋壓 — 快速回程 — 原位停止 圖 41 系統(tǒng)參數(shù)及設(shè)計要求 工作臺參數(shù)： 行程： S=400 mm 滑塊質(zhì)量： kgMt ? 壓制力： 10T 重力加速度： 210g m s? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 16 工作臺尺寸： 500 500mm? 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)： ? 工作行程壓下速度 2 smm/ 慢 進 加壓速度： smm/1 快 進 移動速度： 150mms 控制參數(shù)： 位置精度： mm 頻寬： 3 3dBf Hz? ? 擬定控制方案，畫出系統(tǒng)原理圖及系統(tǒng)方塊圖 擬定控制方案 根據(jù)對設(shè)計要求的分析和系統(tǒng)參數(shù)要求來擬定控制方案。閥板也要專門設(shè)計 ，這樣有利于批量生產(chǎn)和安裝維護。所以對于精度要求不高的系統(tǒng) 應(yīng)用電液比例方向閥代替伺服閥是非常有實用價值的。 電液比例方向閥與伺服閥相比具有很多優(yōu)點，例如其維護方便、抗污染能力強、壓力損失小等。因為工作臺尺寸較小，而安裝空間又需要很大，為了協(xié)調(diào)二者就要調(diào)整壓力，選擇體積小功率大的電機以及做一些其他內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 15 工作。 一般在廠房里沒有太大的沖擊和震動，如果有，在壓 力機上加上減震器就可以了。對于控制系統(tǒng)，主要注意周圍不能有強的磁場干擾。 在設(shè)計液壓控制系統(tǒng)時，不僅要考慮被控量的物理性質(zhì)、負載特性、控制精度、動態(tài)品質(zhì)等上面提到的這些指標(biāo)，還要考慮到工作環(huán)境、限制條件等。系統(tǒng)的準確性也很重要 ，它直接影 響系統(tǒng)的工作精度，應(yīng)用到工件上，具體就變成了工件的加工精度?？焖傩灾饕且笙到y(tǒng)對于指令信號響應(yīng)要快。即穩(wěn)定性、快速性、準確性 的要求。除此之外在設(shè)計液壓控制系統(tǒng)時還要考慮到 上工作臺 和活塞桿的重力。負載力除了工件的反作用力外還要考慮導(dǎo)軌的摩擦力及滑塊和活塞桿運動的慣性力。所以在一般變形情況下，不同變形所需要的力基本不變。根據(jù)一般塑性材料的變形規(guī)律可知，對于塑性材料其變形分為彈性階段、屈服階段和強化階段。這也適應(yīng)了壓力機的要求。選壓力傳感器則此系統(tǒng)是壓力控制，選速度傳感器則是速度控 制。而對于工件來說，速度并不能決定其變形量，速度只是決定了一個工作過程所用的時間，所以速度控制不需要特別精確，而這里更重要的是位置控制。還要控制 上工作臺 給工件的 力的大小。在前面的方案設(shè)計中，已經(jīng)設(shè)計出液壓缸及 上工 作臺的安 裝方案，在這里主要確定怎樣利用液壓系統(tǒng)來控制液壓缸活塞桿帶著 上工作臺 移動。壓力加工的特點是固有的，既給工件一定的壓力，使其達到一定變形量后再將工件取出。液壓壓力機在完成一個工件的加工時，必須要經(jīng)歷幾個工作階段來完成一個工作過程。 ⒈ 連接結(jié)合面下端的擠壓應(yīng)力不超過許用值 ? ?M P aWMFCCCZFAWMAZFmbmp2550050050011m a x244400??????????????????????? ??????? 查 《機械設(shè)計》 79P 表 56得 M P aM P asp 430 ???? ?? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 13 故 連接接合面下端滿足要求 ⒉連接結(jié) 合面上端的校核 即 :滿足 0min ?p? 1m in0??????????? ????M P aWMFCCCZFA mb mp? 故滿足要求。 剛度計 算。 上工作臺 的具體尺寸及要求間零件圖。 上工作臺 與導(dǎo)軌采用 直線軸承 連接， 所以在 上工作臺 兩個對 角上加工出光孔，與 直線軸承 的外圈配合。 上工作臺 和活塞桿采用法蘭連接。 ⑸ 上工作臺 尺寸設(shè)計 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 12 上工作臺 的長寬高尺寸分別為 500 500 25??。并且 在其中間加工出孔 來安裝液壓缸。 ⑷ 主梁 尺寸設(shè)計 主梁 與 下 工作臺尺寸形狀基本相同，也加工出固定導(dǎo)軌立柱的孔。下底 面加工出 8 個 8M 的螺紋孔，用來與下箱體連接。所以在下平板上加工出 兩 個直徑為 ? 34 的孔來固定導(dǎo)軌立柱。 直線軸承 用專用工具裝入，專用工具由廠家提供。將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。 其具體尺寸形狀如 圖 31 所示： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 圖 31 ⑵ 導(dǎo)軌運動副的選擇 由于液壓壓力機采用 雙 立柱滑塊形式，滑塊以 兩 個立柱作為導(dǎo)軌，在上下平板之間滑動。同時在 立柱上要留出臺階來支撐 主梁和下工作臺 。 上 工作臺尺寸： 500 500 mm 滑塊厚度： 25 mm 主梁和下工作臺 厚度： 70 mm 立柱中間部分長度： 520 mm 立柱總長度： 780 mm 立柱螺紋部分長度： 44 mm 據(jù)工作臺尺寸估算滑塊質(zhì)量： 滑塊質(zhì)量 tM kgVM t 32 ????????? ???????? ? 其 中 ： ? — 鋼的密度 據(jù)《機械設(shè)計手冊》 第一卷 61?P 表 1114 選取 10 kg m? ?? ⑴導(dǎo)軌力柱尺寸設(shè)計 由上述計算可得，導(dǎo)軌立柱的螺紋部分小徑 mmd ? 。其型號為 ：螺母 56GB M30 。 設(shè)計立柱中間部分的直徑為 40 mm，螺紋部分的公稱直徑為 30 mm。 NFFF 44410 ????????? NFFF 44412 107105102 ???????? 考慮到連接在工作載荷 F 作用下可能要補充擰緊，所以將螺紋部分的總受力2F 增大 30%，以考慮擰緊時螺紋力矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的影響。 0F 螺栓的預(yù)緊力。 2F 總拉力 ? NF 4105?? NF 441 ????? FCC CFF mb b??? 10 ?用金屬墊片（或無墊片） ?據(jù)《機械設(shè)計》書 84P 中 選擇 )~(??mbbCC C , 取 ?? mb bCC C。在軸向外力作用下，螺紋部分總的受力為外力 F 與 殘 余預(yù)緊力 1F 之和 ，即 2F 1FF?? 。 ?F 10 10? 3 ??? 5N 105???F 4N ? ?FA??