【正文】 10 2 剪 板機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理及機(jī)構(gòu)組成 剪 板機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理 液壓系統(tǒng)基本工作原理 由于剪刀有一定寬度，剪 切刀架用兩個(gè)主缸驅(qū)動。液壓系統(tǒng)中有三個(gè)壓料缸和三個(gè)托料缸，這些缸都是單作用缸，即都利用彈簧實(shí)現(xiàn)回程。 ⑵ 空程下行 按下循環(huán)開始按鈕時(shí)，電磁鐵 2DT， 3DT 通電。 3DT 通電使閥 2關(guān)閉，閥 3開啟，泵輸出的壓力油經(jīng)閥 3進(jìn)入壓料缸和托 料缸，使板材壓緊和托料球縮回。同時(shí)主缸下腔的壓力必須到由主閥 5 和先導(dǎo)閥 15 組成的壓力閥的調(diào)定壓力時(shí)油液才能排出。 ⑶ 剪切 當(dāng)空程下行至剪刀與被剪板料接觸時(shí)，主缸上腔壓力進(jìn)一步升高，壓力繼電器 18 發(fā)出信號，使 4DT 通電。主缸的最大有效作用力即剪刀上的剪切力增加，對板料進(jìn)行剪切。主缸下腔又恢復(fù)背壓，以避免剪切刀架的運(yùn)動速度失控。此時(shí)閥 3 關(guān)閉，閥 2，閥 4開啟。同時(shí)壓料缸和托料缸（閥 17 右側(cè)門打開）進(jìn)油腔也經(jīng)閥 2 11 通回油，在彈簧作用下退回。 ⑹ 輕壓對線 按下對刀按鈕，電磁鐵 1DT， 3DT 通電。由于將先導(dǎo)閥 11的壓力調(diào)整得較低，當(dāng)剪刀接觸工件，壓力上升后，其剪切力不足以將板料剪斷，故可以用來觀察并調(diào)整板料的位置。它的工作流程：空載啟動 — 空程下行 — 剪切 — 緩沖 — 快速 回程。主機(jī)部分包括機(jī)身、主缸、頂出缸及充液裝置等。電氣裝置按照液壓系統(tǒng)規(guī)定的動作程序，選擇規(guī)定的工作方式，在發(fā)出訊號的指令下，完成規(guī)定的工藝動作循環(huán)。 液壓傳動控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種 控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動控制的學(xué)科。 12 圖 液壓傳動原理圖 從原理上來說，液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個(gè)原理來達(dá)到力的傳遞。其中液壓動力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動力的部件，主要包括各種液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個(gè)嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動使得液體進(jìn)行運(yùn)動。 液壓執(zhí)行元件是用來執(zhí)行將液壓泵提供的 液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置，主要 13 包括液壓缸和液壓馬達(dá)。 液壓控制元件用來控制液體流動的方向、壓力的高低以及對流量的大小進(jìn)行預(yù)期的控制，以滿足特定的工作要求。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。 除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。通過以上的各個(gè)器件，我們就能夠建設(shè)出一個(gè)液壓回路。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，我們能夠設(shè)計(jì)不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。之后通過計(jì)算選擇液壓器件，進(jìn)而再完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。它決定了一個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)劣。也可以應(yīng)用在萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實(shí)踐中。 液壓作為一個(gè)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，在未來更是有廣闊的前景。 用途和特點(diǎn) 該系列液壓機(jī)適用于可塑性 材料的壓制工藝。 流量控制閥簡介 對流量控制閥的主要性能要求是： l）當(dāng)閥前后的壓力差發(fā)生變化時(shí)，通過閥的流量變化要?。?2）當(dāng)油溫發(fā)生變化時(shí)，通過節(jié)流閥的流量變化要??； 3）要有較大的流量調(diào)節(jié)范圍，在小流量時(shí)不易堵塞，這樣使節(jié)流閥能得到很小的穩(wěn)定流量，不會在連續(xù)工作一段時(shí)閥后因節(jié)流口堵塞而使流量減小，甚至斷流； 4）當(dāng)閥全開時(shí)，液流通過節(jié)流閥的壓力損失要小； 5）閥的泄漏量要小。 14 插裝閥（邏輯閥），是一種較新型的液壓元件，它的特點(diǎn)是通流能力大，密封性能好，動作靈敏、結(jié)構(gòu)簡單，因而主要用于流量較大系統(tǒng)或?qū)γ芊庑阅芤筝^高的系統(tǒng)。它由控制蓋板、插裝單元（由閥套、彈簧、閥芯及密封件組成）、插裝塊體和 先導(dǎo)控制閥（如先導(dǎo)閥為二位三通電磁換向閥，見圖 ）組成。二通插裝閥的工作原理相當(dāng)于一個(gè)液控單向閥。當(dāng)K口無液壓力作用時(shí)，閥芯受到的向上的液壓力大于彈簧力，閥芯開啟， A與 B相通，至于液流的方向，視 A、 B 口的壓力大小而定。 插裝閥與各種先導(dǎo)閥組合，便可組成方向控制閥、壓力控制閥和流量控 制閥。(d)二位四通閥 16 圖 插裝閥用作壓力控制閥 （ a）溢流閥； (b)電磁溢流閥 插裝閥組成各種方向控制閥如圖 所示。圖 （ b）為二位二通閥，當(dāng)二位三通電磁閥斷電時(shí)，閥芯開啟， A與 B接通；電磁閥通電時(shí)， 閥心關(guān) `閉， A 與 B 不通。圖 （ d）為二位四通閥，電磁閥斷電時(shí)， P與 B接通， A與 T接通；電磁閥通電時(shí)，P與 A接通， B與 T接通。要求主機(jī)中能完成空載啟動，空程下行、剪切、緩沖和快速回程動作。設(shè)計(jì)過程 中液壓元件所選用型號正確、有理有據(jù)；整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)、規(guī)范、合理。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。一般來說，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。 （ 2）明確設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。 1）主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等； 2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何； 3）液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式，運(yùn)動速度； 4）各動作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)； 5）對調(diào)速范圍、運(yùn)動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能 方面的要求； 6）自動化程序、操作控制方式的要求； 7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求； 8）對效率、成本等方面的要求。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合 —— 容積節(jié)流調(diào)速。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動速度高的液壓系統(tǒng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速 19 度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。進(jìn)油節(jié)流起動沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。 節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好， 但油箱體積大，容易混入空氣。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。 （ 2） 制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。 在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考 慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。 在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場合。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量 相匹配。對長時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。各回路相互組合時(shí)要去 掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。 為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。對于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。 主要參數(shù)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算主液壓缸、頂出液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸： 圖 液壓缸 21 圖 缸 液壓 (1) 主液壓缸參數(shù)設(shè)計(jì)： A 主液壓缸內(nèi)徑 D: 4RD P??主 = 364 3150 1016 10????? = ??????????? 根據(jù) GB/T2346－ 1993，取標(biāo)準(zhǔn)值 D 主 =500mm B 主液壓缸活 塞桿徑 d： ??? PRDd ? 回主 42 32 64 6 0 0 1 00 .5 1 6 1 0??????= ??? 根據(jù) GB/T2346－ 1993，取標(biāo)準(zhǔn)值 ?主d 450mm C 主液壓缸有效面積： ?? 21 4 DA ? ?25004? 510 mm2 ? ???? 222 4 dDA ? 410 mm2 ?? 23 4 dA ? 510 mm2 D 主液壓缸實(shí)際壓制力和回程力： ?1PAR ＝壓制 16 610 510 =3136KN??????????? E 主液壓缸的工作力： a、主液壓缸的平衡壓力 ?2AGP ＝平衡 ?4310 10 ??????????????? 22 b、主液壓缸工進(jìn)作壓力 ??? 1 21 A APARP 平衡壓制工 MPa???????????????? c、主液壓缸回程壓力 ?2ARP 回程回 ＝ ??? ?64 600 KN ??????????? （ 2） 頂出 液壓缸參數(shù)設(shè)計(jì) A 頂出液壓缸內(nèi)徑： ?PRD ? 頂頂 ＝ 4 ??? PaKN61016 6004? =??????? 根據(jù) GB/T2346－ 1993，取標(biāo)準(zhǔn)值 ?頂D 220mm B 頂出液壓缸活塞桿徑 d 頂 ： ??? PRDd ? 回頂頂頂 42 ??? ??? 632 1016 ? = ?? 根據(jù) GB/T2346－ 1993，取標(biāo)準(zhǔn)值 ?頂d 25mm C 頂出液壓缸有效面積： ?? 21 4 DA ?頂 ?22204? 104mm2 ? ???? 222 4 dDA ?頂 ? ??? 22 252204? 104mm2 ?? 23 4 dA ?頂 ?2254? 102 mm2 D 頂出液壓缸實(shí)際頂出力和回程力： ?1PAR ＝頂出 16MPa 104mm2 =608KN????????????? E 主液壓缸的工作力： MPap 32?頂出 ?2頂頂回頂回 ＝ ARP ?24 10 8 mmKN ????????????? （ 3）主液壓缸運(yùn)動中的供油量 A 主液壓缸的進(jìn)出油量 a 主液壓缸空程快速下行的進(jìn)出油量： ?11vAq ＝進(jìn)快 510 120= 107 mm3 /s 23 ?12vAq ＝回快 410 120= 106 mm3 /s b 主液壓缸工作行程的進(jìn)出油量： ?21vAq ＝進(jìn)工 510 12= 106 mm3 /s ?22vAq ＝回工 410 12= 106 mm3 /s c 主液壓缸回程進(jìn)出油量： ?32vAq ＝進(jìn)回 410 60= 106 mm3 /s ?31vAq ＝回出 510 60= 107 mm3 /s B 頂出液壓缸的進(jìn)出油量 a 頂出液壓缸頂出行程的進(jìn)出油量： ?41vAq ＝進(jìn)頂 510 60= 107 mm3 /s ?42vAq ＝回頂 410 60= 106 mm3 /s b 頂出液壓缸退回行程的進(jìn)出油量： ?52vAq ＝進(jìn)退 410 140= 106 mm3 /s ?51vAq ＝回退 510 140= 107 mm3 /s （ 4） 確定快速空程供油方式，液壓泵的規(guī)格，驅(qū)動電機(jī)功率 A 液壓系統(tǒng)快速空程供油方式： ?11vAq ＝進(jìn)快 107 mm3 /s 由于供油量大，不宜采用由液壓泵供油方式，利用主液壓缸活塞等自重快速下行，形成負(fù)壓空腔，通過吸入閥從油箱吸油，同時(shí)使液壓系統(tǒng)規(guī)格降低檔次。主液壓缸工作行程（即壓制）流量為 L/min, 選用 1ZXB732 型斜盤式軸向變量柱塞泵。由于選用電液比例控制，獲節(jié)能高效效益。 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 缸體與缸蓋的連接形式 一般來說，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。 如圖所示為缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形式。圖 (b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。圖 (d)所示為拉桿連接式，結(jié)構(gòu)的通用性大，容易加工和裝拆，但外形尺寸較大，且較重。 25 圖 缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu) (a)法蘭連接式 (b)半環(huán)連接式 (c)螺紋連接式 (d)拉桿連接式 (e)焊接連接式 1— 缸蓋 2— 缸筒 3— 壓板 4— 半環(huán) 5— 防松螺帽 6— 拉桿 在此使用鑄鐵，選用法蘭連接。但當(dāng)行程較長時(shí)，這種整體式活