【正文】 液壓機(jī)的發(fā)展及工藝特點(diǎn) 液壓機(jī)是制品成型生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一，自 19 世紀(jì)問世 以來發(fā)展很快，液壓機(jī)在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國民經(jīng)濟(jì)各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。 作為液壓機(jī)兩大組成部分的主機(jī)和液壓系統(tǒng)，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國內(nèi)外機(jī)型無較大差距，主要差別在于加工工藝和 安裝方面。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國內(nèi)外液壓機(jī)都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)，插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用。 近年來在集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓元件組成的回路也有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它不需要另外的連接件其結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積也相對(duì)更小，重量也更輕無需管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動(dòng)和噪聲。我國從 1970 年開始對(duì)這種閥進(jìn)行研究和生產(chǎn)，并已將其廣泛的應(yīng)用于冶金、鍛壓等設(shè)備上，顯示了很大的優(yōu)越性。適用于金屬粉末制品的壓制成型工藝和非金屬材料，如塑料、玻璃鋼、絕緣材料和磨料制品的壓制成型工藝，也可適用于校正和壓裝等工藝。 液壓系統(tǒng)的基本組成 1）能源裝置 —— 液壓泵。 2）執(zhí)行裝置 —— 液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)）。 3）控制裝置 —— 液壓閥。壓力控制閥又分為益流閥 (安全閥 )、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。 4）輔助裝置 —— 油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關(guān)等 .通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。機(jī)身由上橫梁、下橫梁和四根立柱組成?；顒?dòng)橫梁的四個(gè)角上的孔套裝在四立柱上，上方和工作缸活塞相連接，由其帶動(dòng)橫梁上下運(yùn)動(dòng)。 工作缸采用活塞式雙作用缸，當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸 上腔，活塞帶動(dòng)橫梁向下運(yùn)動(dòng)，其速度慢，壓力大，當(dāng)壓力油進(jìn)入工作缸下腔，活塞向上運(yùn)動(dòng)，其速度較快，壓力較小，符合一般的慢速壓制、快速回程的工藝要求。 在機(jī)身下部設(shè)有頂出缸，通過頂桿可以將成型后的塑件頂出。 工況分析 本次設(shè)計(jì)是在畢業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)，根據(jù)浙江省瑞安市一家客戶的要求，根據(jù)客戶提供的工況條件，立式安裝的主液壓缸活塞桿帶動(dòng)滑塊及動(dòng)橫梁在立柱上滑行時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量為 500Kg。 表 ： 工作循環(huán)各階段的外負(fù)載 工況 負(fù)載組成 推力 F/m? 啟動(dòng) 8080b fsF F F G N? ? ? ? 加速 8340b fd mF F F F G N? ? ? ? ? 快進(jìn) 7590b fdF F F G N? ? ? ? 工進(jìn) 1477590fd t bF F F F G N? ? ? ? ? 快退 5390fd bF G F F N? ? ? ? 負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制 負(fù)載圖按上面的數(shù)值繪制，速度圖按給定條件繪制，如圖 2所示： 2． 3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 確定供油方式 考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)需要承受較大的工作壓力，系統(tǒng)功率也較大，現(xiàn)采用 軸向柱塞泵 63SCY14－ 1B，具有將 32MPa 壓力的純凈液壓油輸入到各種油壓機(jī)、液動(dòng)機(jī)等液壓系統(tǒng)中，以生產(chǎn)巨大的工作動(dòng)力，該柱塞泵結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，工作壓力高，流量調(diào)節(jié)方便?？紤]到設(shè)計(jì)要求，保壓時(shí)間要達(dá)到 5s，壓力穩(wěn)定性好。設(shè)計(jì)了自動(dòng)補(bǔ)油回路，且保壓時(shí)間由電氣元件時(shí)間繼電器控制。 自動(dòng)補(bǔ)油的保壓回路系統(tǒng)圖的工作原理：按下起動(dòng)按紐，電磁鐵 1YA 通電，電磁換向閥 6右位接入系統(tǒng)，油液一部分壓力油通過節(jié)流調(diào)速 閥 8進(jìn)入主缸上腔；另一部分油液將液控單向閥 7打開，使主缸下腔回油，主缸活塞帶動(dòng)上滑塊快速下行，主缸上腔壓圖 ：速度負(fù)載循環(huán)圖 力降低，其頂部充液箱的油經(jīng)液控單向閥 14 向主缸上腔補(bǔ)油。當(dāng)主缸上腔油壓升高到壓力繼電器 11 的動(dòng)作壓力時(shí)，壓力繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁閥 1YA 斷電，換向閥 6 切換成中位；這時(shí)液壓泵卸荷，液壓缸由換向閥 M型中位機(jī)能保壓。保壓時(shí)間由時(shí)間繼電器在 024min調(diào)節(jié)。一般液壓缸直徑大于 25mm、壓力高于 7Mpa 時(shí)，其油腔在排油前就先須釋壓。其工作原理：當(dāng)保壓延時(shí)結(jié)束后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁閥 6YA 通電，二位二通電磁換向閥 10 處于下位，從而使主缸上腔壓力油液通過節(jié)流閥 9，電磁閥 10，與油箱連通，從而使主缸上腔油卸壓，釋壓快慢由節(jié)流閥調(diào) 節(jié)。使用這種釋壓回路無法在釋壓前完全保壓，釋壓前有保壓要求時(shí)的換向閥也可用 Y型，并且配有其它的元件。在液壓系統(tǒng)中，一般都用溢流閥接在液壓泵附近，同時(shí)也可以增加液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)性，提高加工零件的精度。按下起動(dòng)按鈕，電磁鐵 1YA 通電。使液壓缸的上腔加壓。因?yàn)檫@是背壓閥產(chǎn)生的背壓使接副油箱旁邊的液控單向閥 7 打開，使副油箱 13 的液壓油經(jīng)過副油箱旁邊的液控單向閥 14給液壓缸 15上腔補(bǔ)油。 （ 2） 保壓時(shí)的油路情況： 油路分析：當(dāng)上腔快速下降到一定的時(shí)候，壓力繼電器 11 發(fā)出信號(hào)，使換向閥 6的電磁鐵 1YA斷電，換向閥回到中位，液壓系統(tǒng)保壓。 （ 3） 回程時(shí)的油路情況： 液壓缸下腔回油路為： 變量泵 1→換向閥 6 左位→液控單向閥 7→液壓油箱 15的下腔 液壓缸上腔回油路為： 液壓腔的上腔→液控單向閥 14→副油箱 13 液壓腔的上腔→節(jié)流閥 8→換向閥 6左位→電磁閥 5→背壓閥 4→油箱 油路分析： 當(dāng)保壓到一定時(shí)候，時(shí)間繼電器 發(fā)出信號(hào)，使換向閥 6 的電磁鐵 2YA通電，換向閥接到左位，變量泵 1 的液壓油通過換向閥旁邊的液控單向閥流到液壓缸的下腔，而同時(shí)液壓缸上腔的液壓油通過節(jié)流閥 9（電磁鐵 6YA 接通），上腔油通過換向閥10接到油箱，實(shí)現(xiàn)釋壓，另外一部分油通過主油路的節(jié)流閥流到換向閥 6，再通過電磁閥 19，背壓閥 11流回油箱。 頂出缸運(yùn)動(dòng)工作循環(huán) （ 1） 向上頂出 當(dāng)電磁鐵 4YA 通電， 5YA 失電，三位四通換向閥 6 處于中位時(shí)，此時(shí)頂出缸的進(jìn)油路為： 液壓泵→換向閥 19 左位→單向節(jié)流閥 18→下液壓缸下腔 頂出缸的回油 路為： 下液壓缸上腔→換向閥 19左位→油箱 （ 2）停留 當(dāng)下滑塊上移動(dòng)到其活塞碰到頂蓋時(shí)，便可停留在這個(gè)位置上。壓力油進(jìn)入頂出缸上腔，其下腔回油，下滑塊下移。 第三章 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和元件選型 3． 1 確定液壓缸主要參數(shù) 按液壓機(jī)床類型初選液壓缸的工作壓力為 25Mpa,根據(jù)快進(jìn)和快退速度要求，采用單桿活塞液壓缸。 快進(jìn)時(shí)，液壓缸回油路上必須具有背壓 2p ,防止上壓板由于自重而自動(dòng)下滑，根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)》表 22 中，可取 2p =1Mpa，快進(jìn)時(shí)，液壓缸是做差動(dòng)連接，但由于油管中有壓降 p? 存在， 有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估計(jì)時(shí)可取 1p MPa?? ,快退時(shí)，回油腔是有背壓的，這時(shí) 2p 亦按 2Mpa 來估算。 11 1 2 2 1 1 2()6m AF A P A P A P P? ? ? ? ? 1P —— 液壓缸工作腔的壓力 Pa 2P —— 液壓缸回油腔的壓力 Pa 故： 3 2212 61() 1 5 0 1 0 9 .80 .0 6 6 22() ( 2 5 ) 0 .9 1 06 6mFA m mPP? ??? ? ?? ? ? ? 圖 ：單活塞桿液壓缸計(jì)算示意圖 1( 4 ) 0 .2 9 0 4ADm???? 55 0 . 2 9 0 4 0 . 2 6 566d D m? ? ? ? ? 當(dāng)按 GB234880 將這些直徑圓整成進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)得： 320D mm? , 280d mm? 由此求得液壓缸面積的實(shí)際有效面積為： 22 21 0 . 3 2 0 . 0 8 0 344DAm?? ?? ? ? 2 2 2 2 22 ( ) ( 0 . 3 2 0 . 2 8 ) 0 . 0 1 8 8 444Dd??? ? ? ?? ? ? 液壓缸實(shí)際所需流量計(jì)算 ① 工作快速空程時(shí)所需流量 111cvAVQ ?? cv?? 液壓缸的容積效率，取 ? ? 31 30 .0 8 0 3 0 .3 1 0 6 0 1 5 0 6 ( )m in0 .9 6 1 0 LQ ? ? ???? ② 工作缸壓制時(shí)所需流量 3122 30 . 0 8 0 3 0 . 0 1 1 0 6 0 5 0 . 1 8 7 5 ( )m in0 . 9 6 1 0cvAV LQ ? ? ? ?? ? ?? ③ 工作缸回程時(shí)所需流量 3232 30 . 0 1 8 8 4 0 . 0 6 1 0 6 0 7 0 . 6 5 ( )m in0 . 9 6 1 0cvAV LQ ? ? ? ?? ? ?? 3． 2 液壓元件的選擇 3． 確定液壓泵規(guī)格和驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 由前面工況分析，由最大壓制力和液壓主機(jī)類型，初定上液壓泵的工作壓力取為25MPa ，考慮到進(jìn)出油路上閥和管道的壓力損失為 1MPa （含回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油腔），則液壓泵的最高工作壓力為 611 ( 2 5 1 ) 1 0 2 6pP P P M P a? ? ? ? ? ? ? 上述計(jì)算所得的 pP 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外考慮到一定壓力貯備量，并確保泵的壽命，其正常工作壓力為泵的額定壓力的 80%左右因此選泵的額定壓力 nP 應(yīng)滿足： / 26 / 31 .25npP P M pa? ? ? 液壓泵的最大流量應(yīng)為： max()pLq K q? ? 式中 pq? 液壓泵的最大流量 max()q ?? 同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行所需流量之和的最大值，如果這時(shí)的溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量 2~3 minL 。 m a x( ) 1 . 1 ( 7 0 . 6 5 2 . 5 ) 8 0 . 4 6 5 m inpL Lq K q q? ? ? ? ? ? ??? 1．選擇液壓泵的規(guī)格 由于液壓系統(tǒng)的工作壓力高，負(fù)載壓力大，功率大。所以選軸向柱塞變量泵。因?yàn)橹c缸孔加工容易，尺寸精度及表面質(zhì)量可以達(dá)到很高的要求，油液泄漏小，容積效率高，能達(dá)到的工作壓力，一般是（ 200~400 ） 510Pa? ，最高可以達(dá)到 51000 10 Pa? 。因?yàn)橹灰m當(dāng)加大柱塞直徑或增加柱塞數(shù)目，流量變?cè)龃?。 4） 柱塞油泵主要零件均受壓，使材料強(qiáng)度得到充分利用，壽命長，單位功率重量小。材料及加工精度要求高，加工量大，價(jià)格昂貴。 2．與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定 由前面得知，本液壓系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在工作缸壓制階段，這時(shí)液壓泵的供油壓力值為 26Mpa，流量為已選定泵的流量值。柱塞泵為 ~ ，取 p?? 。 閥類元件及輔助元件的選擇 1. 對(duì)液壓閥的基本要求 ： (1). 動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小。 (2). 密封性能好。本設(shè)計(jì)中油管采用鋼管，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中所須的壓力是高壓， P=( )P MPa? ， 鋼管能承受高壓，價(jià)格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，但裝配是不能任意彎曲，常在裝拆方便處用作壓力管道一中、高壓用無 縫管，低壓用焊接管。 尼龍管用在低壓系統(tǒng)；塑料管一般用在回油管用。膠管分高、低壓兩種。低壓膠管是麻絲或棉絲編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的油路中。 1. 管接頭的選用： 管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆式聯(lián)接件，它必須具有裝拆方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小 、工藝性好等各種條件。管路旋入端用的連接螺紋采用國際標(biāo)準(zhǔn)米制錐螺紋（ ZM）和普通細(xì)牙螺紋（ M）。 2. 管道內(nèi)徑計(jì)算： 4Qdmv?? （ 1） 式中 Q—— 通過管道內(nèi)的流量 3ms v—— 管內(nèi)允許流速 ms ，見表： 表 ：液壓系統(tǒng)各管道流速推薦值 油液流經(jīng)的管道 推薦流速 m/s 液壓泵吸油管 ～ 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～ 6，壓力高，管道短粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 ～ (1). 液壓泵壓油管道的內(nèi)徑： 取 v=4m/s 4Qdmv?? 34 4 5 0 1 0 1 6 . 36 0 3 . 1 4 4Qd m m mv????? ? ??? 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先 P20641 查得：取 d=20mm,鋼管的外徑 D=28mm。 (2). 液壓泵回油管道的內(nèi)徑 ： 取 v= 4Qdmv?? 34 4 7 0 . 6 5 1 0 256 0 3 . 1 4 2 . 4Qd m m mv????? ? ??? 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大