【正文】 后產(chǎn)生動(dòng)摩擦負(fù)載。由于滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸體之間的摩擦力不是很大，因而在計(jì)算主缸最大負(fù)載時(shí)摩擦負(fù)載先忽略不計(jì)。即：F = 2000000 + 4898 = 2004898N 主缸負(fù)載循環(huán)圖（1） 主缸工作循環(huán)負(fù)載工 作 循 環(huán)外 負(fù) 載啟 動(dòng)F = f靜 + Fa≈5 KN橫梁滑塊快速下行F = f動(dòng)忽略不計(jì)工 進(jìn)F = f動(dòng) + Fw≈2000 KN快速回程F = f 回+ F背≈400 KN注：“f靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力，“f動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。由于頂出缸工作時(shí)的壓力遠(yuǎn)小于主缸的工況壓力，而且質(zhì)量也比主缸滑塊小很多，慣性負(fù)載很小，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)；同理摩擦負(fù)載與頂出力相比也很小，也可不計(jì)；工件頂出時(shí)的工作負(fù)載比較大，計(jì)算頂出缸的最大工作負(fù)載時(shí)可以近似等于頂出力。（2） 頂出缸負(fù)載循環(huán)圖 液壓系統(tǒng)原理圖擬定 液壓系統(tǒng)供油方式及調(diào)速回路的選擇液壓機(jī)工進(jìn)時(shí)負(fù)載大，運(yùn)動(dòng)速度慢，快進(jìn)、快退時(shí)的負(fù)載相對(duì)于工進(jìn)時(shí)要小很多，但是速度卻比工進(jìn)時(shí)要快。綜合考慮，液壓機(jī)采用變量泵供油。當(dāng)負(fù)載壓力增大時(shí)，泵的排量會(huì)自動(dòng)跟著減小，保持壓力與流量的乘積恒為常數(shù)，即：功率恒定。采用什么樣的方式進(jìn)行速度的安全、準(zhǔn)確換接是液壓機(jī)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。這種速度換接方式具有平穩(wěn)、可靠、結(jié)構(gòu)簡單、行程調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)，安裝也很容易。 1111先導(dǎo)溢流閥 1S、2S、3S行程開關(guān) 7緩沖閥 14單向閥 1111120電磁換向閥 21補(bǔ)油郵箱 22充液閥 224液壓缸 25壓力表 FFFFFFFFFF10插裝閥 26變量泵 27過濾器 2231梭閥 液壓機(jī)插裝閥控制系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)控制過程分析整個(gè)液壓控制系統(tǒng)包括五個(gè)插裝閥集成塊，插裝閥工作原理分析如下：FF2組成進(jìn)油調(diào)壓回路，其中F1為單向閥，用于防止系統(tǒng)中液壓油倒流回泵，F(xiàn)2的先導(dǎo)溢流閥2用于調(diào)整系統(tǒng)的壓力，先導(dǎo)溢流閥1用于限制系統(tǒng)的最高壓力，緩沖閥3與電磁換向4用于液壓泵卸載和升壓緩沖；FF4組成主缸23油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥6是用于保證主缸的安全閥，緩沖閥7與電磁換向閥8用于主缸上腔卸壓緩沖；FF6組成主缸下腔油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥11用于調(diào)整主缸下腔的平衡壓力，先導(dǎo)溢流閥10為主缸下腔安全閥；FF8組成頂出缸上腔油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥15為頂出缸上腔安全閥，單向閥14用于頂出缸作液壓墊，活塞浮動(dòng)時(shí)上腔補(bǔ)油；FF10組成頂出缸下腔油液三通回路，先導(dǎo)溢流閥18為頂出缸下腔安全閥。 液壓機(jī)執(zhí)行部件動(dòng)作過程分析液壓機(jī)主缸、頂出缸工作循環(huán)過程分析如下：（1）主缸1）啟動(dòng)——按下啟動(dòng)按鈕，所有電磁鐵處于失電狀態(tài)，三位四通電磁閥4閥芯處于中位。液壓泵輸出的油液經(jīng)閥F2流回油箱，泵空載啟動(dòng)。主缸下腔油液經(jīng)閥F6快速流回油箱。充液閥21打開，上部油箱對(duì)上腔進(jìn)行補(bǔ)油，滑塊的快速下行。主缸上腔的壓力這時(shí)會(huì)相應(yīng)升高，充液閥21關(guān)閉。4）工進(jìn)——當(dāng)滑塊減速行進(jìn)一段距離后接近工件，主缸上腔的壓力由壓制負(fù)載決定，主缸上腔的壓力會(huì)不斷升高，變量泵輸出流量會(huì)相應(yīng)自動(dòng)減少。5）保壓——當(dāng)主缸上腔的壓力達(dá)到所需要求的工作壓力后，電接點(diǎn)壓力表發(fā)出電信號(hào)，電磁鐵1Y 、3Y、7Y全部失電，閥FF6關(guān)閉。6）主缸上腔泄壓——主缸上腔此時(shí)的壓力已經(jīng)很高，保壓一段時(shí)間后，時(shí)間繼電器發(fā)出電信號(hào)，電磁鐵4Y得電，閥F4控制腔通過緩沖閥7及電磁換向閥8與油箱接通，由于緩沖閥7的作用，閥F4緩慢開啟，主缸上腔實(shí)現(xiàn)無沖擊泄壓，保證設(shè)備處于安全工作狀態(tài)。8）主缸停止——當(dāng)主缸回程到達(dá)上端點(diǎn)，觸擊行程開關(guān)1S，全部電磁鐵失電，閥F2開啟，泵卸載。（2）頂出缸1）工件頂出——當(dāng)主缸回程停止運(yùn)動(dòng)后，按下頂出按鈕，電磁鐵2Y、9Y、10Y得電，插裝閥FF9開啟，液壓油經(jīng)閥FF9進(jìn)入頂出缸下腔，上腔油液經(jīng)閥F8流回油箱，工件頂出。 液壓系統(tǒng)基本參數(shù)計(jì)算 液壓缸基本尺寸計(jì)算（1）主缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿直徑的確定查表21 [1]，因液壓機(jī)的工作負(fù)載比較大，取主缸的工作壓力為P=25MPa。=2000KN。 液壓機(jī)主缸受力簡圖D= ()式中：P1—液壓缸工作壓力；P2—液壓缸回路背壓，對(duì)于高壓系統(tǒng)初算時(shí)可以不計(jì)；F—工作循環(huán)中最大負(fù)載；ηcm—液壓缸機(jī)械效率，一般ηcm = ～。即：d==≈229mm同理查表25 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取d=220mm。（2）頂出缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿直徑的確定頂出缸工作負(fù)載與主缸相比要小很多，查表21 [1],取頂出缸的工作壓力P=12MPa,計(jì)算頂出缸內(nèi)徑和活塞桿直徑。查表23 [1]，缸工作壓力為12MPa，選取d/，取液壓缸的機(jī)械效率ηcm = 。即：d==≈138mm同理查表25 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取d=140mm。 液壓系統(tǒng)流量計(jì)算（1）主缸所需流量計(jì)算，對(duì)主缸各個(gè)工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。由流量計(jì)算公式： （）快進(jìn)時(shí)：=≈工進(jìn)時(shí)： = ≈快退時(shí)： = ≈（2）頂出缸所需流量計(jì)算，對(duì)頂出缸各工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。泵的工作壓力計(jì)算公式為： （）式中：Pp—液壓泵最大工作壓力； P1—執(zhí)行部件的最大工作壓力； —進(jìn)油路中的壓力損失，對(duì)于簡單的系統(tǒng)，～，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，～。代入公式（）可求得泵的工作壓力。該壓力是系統(tǒng)的靜壓力，而系統(tǒng)在各種工礦的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力有時(shí)會(huì)超過靜壓力。即：Pn = =≈2）液壓泵最大流量計(jì)算通過對(duì)液壓缸所需流量的計(jì)算，以及各自的運(yùn)動(dòng)循環(huán)原理，泵的最大流量可由公式()計(jì)算得到。如果這時(shí)溢流閥正處于溢流狀態(tài)，還應(yīng)加上溢流閥的最小溢流量?；緟?shù)如下：排量：250mm/r ； 額定壓力：32MPa ；額定轉(zhuǎn)速：1000r/min ； 容積效率：92% ；4）泵的流量驗(yàn)算：由液壓泵的基本參數(shù)可知泵每分鐘排量=160ml/r1000r/min=250L/min，而泵實(shí)際所需的最大流量=463L/min，液壓機(jī)出現(xiàn)供油不足，快進(jìn)無法實(shí)現(xiàn)。 電動(dòng)機(jī)的選擇液壓機(jī)的執(zhí)行件有兩個(gè)，即：主缸和頂出缸。電動(dòng)機(jī)額定功率的確定必須根據(jù)消耗功率最大的工況來確定，因此要分別計(jì)算主缸、頂出缸各工況消耗的功率。（1）主缸各工況功率計(jì)算1）快進(jìn)功率主缸滑塊快進(jìn)時(shí)，在自重作用下速度比較快，而液壓泵此時(shí)的輸出油量不能滿足滑塊的快速下行。2）工進(jìn)功率，工進(jìn)時(shí)主缸最大負(fù)載為2000KN，無桿腔面積A=≈㎡，進(jìn)油回路壓力損失取P=，則液壓泵的壓力Pp由公式（）計(jì)算。即：將、=、η=（）中，求得快退功率即為：（2）頂出缸各工況功率計(jì)算1）頂出功率，頂出時(shí)主缸最大負(fù)載為350KN，無桿腔面積A=≈㎡，進(jìn)油回路壓力損失取P=，那么液壓泵的壓力Pp可由公式（）計(jì)算。負(fù)載大小應(yīng)該比頂出時(shí)的負(fù)載要小很多，這樣回程消耗的功率也比頂出時(shí)消耗的功率要小，因此，回程功率計(jì)算從略。比較主缸、頂出缸各工況所需要的功率，主缸工進(jìn)時(shí)的功率最大。其它技術(shù)參數(shù)為：額定功率： ； 滿載轉(zhuǎn)速：1470r/min 。下面對(duì)主缸的其它參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。當(dāng)液壓缸的內(nèi)徑D與壁厚δ的比值滿足D/δ≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。對(duì)于負(fù)載大的機(jī)械設(shè)備缸體材料一般選用無縫鋼管制造，主缸缸體材料選用無縫鋼管45。（2）主缸壁厚的確定壁厚計(jì)算公式如下： （）式中： δ—液壓缸壁厚（m）；D—液壓缸內(nèi)徑（m）；—實(shí)驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（～）倍；[σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。主缸壁厚δ計(jì)算，將D= ；[σ]= 110MPa ；==（）中，即：液壓缸缸體的外徑D外計(jì)算公式如下：D外≥D＋2δ ()將參數(shù)代入公式（），即：D外≥＋＝外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后，取主缸缸體外徑D外＝430mm。缸蓋材料選用35鋼，缸蓋厚度計(jì)算公式如下： （）式中： t—缸蓋的有效厚度(m)；—缸蓋止口直徑；[σ]—缸蓋材料許用應(yīng)力。（4）主缸最小導(dǎo)向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度，用H表示。一般而言，液壓缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)該滿足如下要求： () 主缸導(dǎo)向長度簡圖式中： L—液壓缸的最大行程； D—液壓缸的內(nèi)徑。即：為了保證最小導(dǎo)向長度H，不應(yīng)過分增大和B的大小，必要時(shí)可以在缸蓋和活塞之間增加一個(gè)隔套來增加最小導(dǎo)向長度。（5）主缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定活塞制造材料一般選用灰鑄鐵(HT150、HT200)、當(dāng)缸體內(nèi)徑較小時(shí)，整體式結(jié)構(gòu)的活塞選用35鋼、45鋼。～；外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半；外徑對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)不大于外徑公差的一半；；外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取f7～f9，內(nèi)孔與活塞桿的配合取H8/f7。圓整后取活塞寬度B=260mm。（6）主缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長度確定活塞桿有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)形式。主缸活塞桿選用45鋼。由滑塊的行程，確定活塞桿的長度L桿=1250mm。缸體的外形尺寸還應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度，總體而言，液壓缸缸體的長度L不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑D的20～30倍，即：L≤（20～30）D 。（8）活塞桿穩(wěn)定性校核活塞桿工作中主要受壓，當(dāng)液壓缸的支承長度Lb≥(10～15)d時(shí)，必須對(duì)活塞桿的彎曲穩(wěn)定性進(jìn)行校核,d為活塞桿直徑。將參數(shù)代入Lb≥(10～15)d中，比較后Lb＜(10～15)d，活塞桿滿足使用要求，工作時(shí)不會(huì)失穩(wěn)。由于液壓機(jī)工況時(shí)缸體內(nèi)的壓力很大，所以缸體與端蓋的連接方式選用法蘭形式。主缸活塞與活塞桿的連接選用螺紋連接形式。工程機(jī)械中導(dǎo)向套一般安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，有利于導(dǎo)向套的潤滑。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端要設(shè)置緩沖裝置。大型液壓缸需要有穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)速度，這樣需要設(shè)置排氣裝置，防止空氣在傳動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)傳動(dòng)精度有影響。 液壓機(jī)頂出缸設(shè)計(jì)（1）頂出缸缸體材料選擇及制造技術(shù)要求，比主缸的要小，為了保證頂出缸安全工作，缸體材料也選用無縫鋼管45。（2）頂出缸壁厚的確定將D= ；[σ]= 110MPa ；==（）中，即：將D= ；取δ=（），即：D外≥＋＝外徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列后，取主缸缸體外徑D外＝240mm。頂出缸缸蓋材料選用35鋼，缸蓋厚度計(jì)算公式見（）：即：取缸蓋厚度t=25mm。～；外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半；外徑對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)不大于外徑公差的一半；；外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取f7～f9，內(nèi)孔與活塞桿的配合取H8/f7。取活塞寬度B=160mm。 （6）頂出缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長度確定活塞桿有空心和實(shí)心兩種結(jié)構(gòu)形式。頂出缸活塞桿選用35鋼。由頂出活塞的行程，確定活塞桿的長度L桿=705mm。缸體的外形尺寸應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度，總之，液壓缸缸體的長度L不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑D的20～30倍，即：L≤（