【正文】 板上 安 裝有空氣濾消器 ， 以防止泵在吸油 的過(guò)程中，空氣中的雜 質(zhì)微粒進(jìn)入油液中。油箱側(cè)管應(yīng)設(shè)置 有 清掃窗孔，在油箱清洗時(shí) 可以打開(kāi)， 以 便于檫拭油箱 的 內(nèi)部。 油箱密封效果要好，防止油箱滲漏到箱外，同時(shí)避免外界粉塵侵入箱內(nèi)。 13 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主要討論液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法。而系統(tǒng)僅 僅能實(shí)現(xiàn)所預(yù)期的功能是不夠的，系統(tǒng)的動(dòng)作質(zhì)量及動(dòng)作發(fā)生的時(shí)間歷程也是很重要的，而且 在 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備 中，這兩個(gè)因素 往往是更加重要的，這些問(wèn)題需要 運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)的一 個(gè)重要 部分，它與主機(jī)的設(shè)計(jì)是 密切 相關(guān)的。 在以上的設(shè)計(jì)步驟中，前五項(xiàng)屬于性能設(shè)計(jì)，它們互相影響，互相滲透；最后一項(xiàng)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行時(shí)必須先查明液壓元件的結(jié)構(gòu)和配置方式，仔細(xì)查閱有關(guān)產(chǎn)品樣本、設(shè)計(jì)手冊(cè)和資料。因此，在開(kāi)始設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)， 必須先 對(duì)機(jī)械設(shè)備 的 工作情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，明確 設(shè)備 對(duì)液壓系統(tǒng)提出的要求，具體 需要熟知的內(nèi)容 包括： （ 1）主機(jī)的用途、類型 、主要結(jié)構(gòu)、總體布局以及對(duì)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸上的限制。 （ 3）主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序或互鎖要求。 （ 5）其他方面的要求，如液壓裝置在質(zhì)量、外形尺寸、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等 14 方面的規(guī)定和限制。 液壓缸 工作壓力 計(jì)算 （ 1）慣性力： 快速下降時(shí)起動(dòng) 從文獻(xiàn) [4]中查得 11 0 .13 0 5 0 1 5 2 50 .2a vF m Nt?? ? ? ?? 式（ ） 式中 m—— 表示 移動(dòng)件（包括活塞、活動(dòng)橫梁及上模） 質(zhì)量 1v? —— 表示 快進(jìn)時(shí) 壓頭從開(kāi)始啟動(dòng)到達(dá)到快進(jìn)速度所 增大 的 速度； t? —— 表示壓頭啟動(dòng)時(shí)間。 壓制力：初壓階段由零上升到 F1 = 210 6 N = 210 5 N 終壓階段上升到 F2 = 210 6 N 回程力（壓頭離開(kāi)工件時(shí)的力）：一般沖壓液壓機(jī)的壓制力 與回 程力 之比為 5～ 10，本壓 力 機(jī)取為 5，故回程力為 Fh = 5410? N。 15 表 31 主缸的負(fù)載 工作階段 負(fù)載力 FL（ N） 液壓缸推力 LFF ?? （ N） 液壓缸工作壓力（ Pa） 1 1 ()L LFpPA?? （回程時(shí)2 2LFp A??） 快速下行 起動(dòng) 1525 等速 0 0 0 壓制 初壓 2 105 105 24 105 終壓 2 106 106 24 106 快速回程 起動(dòng) 4 105 105 96 105 等速 30500 制動(dòng) 表中 2 621 1 0 0 .0 9 12DAm? ???? ? ????? 式（ ） D—— 表示液壓缸內(nèi)徑，前面已給出； 22 622 1 0 0 . 0 4 622DdAm? ???? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? 式（ ） d—— 表示柱塞直徑，前面已給出 ； ? —— 表示液壓缸效率，取 。壓制行程 100 mm，在開(kāi)始的 80 mm內(nèi)等速運(yùn)動(dòng)。利用以上 數(shù)據(jù)可繪制出速度圖 ，如圖33所示。 （ 2）工作行程 時(shí) 32 1 2 0. 09 1 0. 01 0. 00 09 1 / 54 .6 / m inq A V m s L? ? ? ? ? 式（ ） 式中 2V —— 表示液壓缸工進(jìn)速度。 繪制出流量圖，如圖 34 液壓缸功率的計(jì)算 18 （ 1） 快速下行啟動(dòng)時(shí) 從文獻(xiàn) [10]中查得 1 1 1 186 19. 8 091 169 .45P p q W? ? ? ? 式（ ） （ 2）工作行程初壓階段 2 2 2 2 .4 9 1 0 2 1 8 4P p q W? ? ? ? 式（ ） （ 3）工作行程終壓階段 此過(guò)程中壓力和流量都在變化 ， 壓力 p在最后 20 mm行程內(nèi)由 MPa增加到 24MPa，其變化規(guī)律為 2 4 2 . 42 . 4 2 . 4 1 . 0 820p S S?? ? ? ? 式（ ） 式中 S—— 表示 行程（ mm），由壓頭開(kāi)始進(jìn)入終壓階段算起。 87 3. 6 98 .2 8PS?? 式（ ） 令 39。設(shè)啟動(dòng)時(shí)間 加速運(yùn)動(dòng)，起動(dòng)階段活塞行程為 50 5S Vt mm? ? ? ? ? 式（ ） 式中 V—— 表示液壓缸回程速度； t—— 表示快速回程時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間。其變化規(guī)律為 9 .6 0 .7 49 .6 9 .6 1 .7 75p S S?? ? ? ? 式（ ） 式中 S—— 表示 行程（ mm），由壓頭開(kāi)始回程時(shí)算起 。 44 16 16 28 .2PS?? 式（ ） 令 39。 頂出缸 結(jié)構(gòu)參數(shù) 計(jì)算 頂出力： 54 10dFN?? ， 回程力： 52 10dhFN?? 。 取整 d =110mm 無(wú)桿腔的有效工作面積 ： 2 2 21 153 . 1 4 1 7 722dd DA c m? ?? ??? ? ? ????? ???? 式（ ） 有桿腔的有效工作面積： 從文獻(xiàn) [2]中查得 222 22dddDdA ? ??? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 221 5 1 13 .1 422??? ? ? ?? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? ? 式（ ） 頂出缸流量的計(jì)算 頂出行程： 311 17 7 7 12 39 / 74 .34 / m ind d dq A V c m s L? ? ? ? ? 式（ ） 回程： 322 61 .7 14 11 43 .8 / 68 .6 3 / m ind d dq A V c m s L? ? ? ? ? 式（ ） 頂出缸在頂出行程中的負(fù)載是變動(dòng)的，頂出開(kāi)始 ， 壓頭 距 離工件較大，以后很快減小，而頂出行程中的速度也是變化的，頂出開(kāi)始時(shí)速度由零逐漸增加到v4；由于這些原因，功率計(jì)算就較復(fù)雜，另外 因 頂出缸消耗功率在液壓機(jī)液壓系統(tǒng)中占的比例 很小 ，所以此處不 再 作 計(jì)算。 確定液壓機(jī)的液壓系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 方案時(shí)要重點(diǎn)考慮下列問(wèn)題： （ 1）快速行程方式 22 液壓機(jī)液壓缸的尺寸較大，在快速下行時(shí)速度也較大，從工況圖看出，此時(shí)需要 很大的流量 ，至少為 546 L/min，這樣大流量的油液如果 直接由 液壓泵供給 ，則泵的容量 需要 很大 ，很難滿足要求 。因?yàn)?液 壓機(jī) 運(yùn)動(dòng)部 件的運(yùn)動(dòng)方向在快速行程中是垂直向下， 因此 可以利用運(yùn)動(dòng)部件 自身 的重量 來(lái) 實(shí)現(xiàn) 快速下行 。高壓泵的流量供慢速壓制和回程的時(shí)候使用 。 改進(jìn)的方法是使充液閥通油斷面 的截面積 盡量加大，另外可在下腔排油路上串聯(lián)單向節(jié)流閥，利用節(jié)流造成背壓，以限制 利用 自重下行 的 速度，提高升壓速度。 123451 01 21 34 Y A5 Y A3 Y AKP 圖 36 液壓系統(tǒng)回路圖 在主缸實(shí)現(xiàn)自重快速行程時(shí)， 三位四通 換向閥 4切換到右邊位置工作（下行位置），同時(shí)電磁換向閥 5斷電，控制油路 k使液控單向閥 3打開(kāi)，液壓缸下腔通過(guò)閥 3 快速排油， 液壓缸 上腔從充液筒及液壓泵得到油液，實(shí)行滑塊 的 快速空程下行。 常用的減速方式有兩種，一種是壓力順序控制減速；另一種是行程控制減速。若加工工藝要求活動(dòng)滑塊在接觸到加工件之前 23 就必須減速，那就只能選用行程控制方式進(jìn)行減速，因?yàn)?壓力順序控制方式是在接觸加工件后才開(kāi)始減速的 。這里選用由電動(dòng)機(jī)控制的伺服變量軸向柱塞泵作為本系統(tǒng)的 動(dòng)力源，利用行程擋塊來(lái)控制液壓泵輸出的液 壓油流量：快速下行的過(guò)程中，液壓泵全流量執(zhí)行供油，在進(jìn)行壓制的過(guò)程中，行程擋塊會(huì)來(lái)控制液壓泵，使其流量逐步減小，在最后 20mm 的行程中，液壓泵的 流量會(huì)減小至 0，液壓缸在回程的過(guò)程中，行程擋塊又對(duì)液壓泵進(jìn)行控制，使其全流量工作。相應(yīng)回路圖 見(jiàn)圖 36。 故液壓系統(tǒng)需要對(duì)活動(dòng)滑塊的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。 （ 4）壓制壓力及保壓 在壓制的過(guò)程中，液壓系統(tǒng)的工作壓力主要取決于工作負(fù)載。 在壓制工藝的后期需要對(duì)加工件保壓一段時(shí)間，以滿足工藝要求。這里選用后者，因?yàn)殚_(kāi)液壓泵保壓的液壓系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，容易設(shè)計(jì) 。 液壓缸在回程之前必須先對(duì)上腔進(jìn)行泄壓，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，泄壓過(guò)快會(huì)引起強(qiáng)大的沖擊，發(fā)出較大噪聲，同時(shí)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。經(jīng)查閱參考資料得知比較合理的 泄壓方法的原理是 活塞回程之前， 在 液壓缸下腔油壓尚未升高 的時(shí)候 ，先 將 上腔的高壓油接通油箱， 使上腔的高壓緩慢降 低 。系統(tǒng)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖。 本 系統(tǒng) 采用兩個(gè)換向閥 進(jìn)行 串聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)兩缸的互鎖控制（見(jiàn)圖 37）。當(dāng)閥 6 處于左位 時(shí) ，頂出缸 處于 上行狀態(tài)， 這時(shí) 通至閥 4 的回油壓力很低 ，主缸不能動(dòng)作。 液壓系統(tǒng) 的 電磁鐵動(dòng)作見(jiàn)表 32，液壓元件規(guī)格明細(xì)表見(jiàn)表 33。 電磁鐵 2YA 得電 后 ，換向閥 6在右位工作，此時(shí) 5YA 也 得電，換向閥 4 也 變?yōu)?右位工作，液壓泵輸出的 液壓 油 并 進(jìn)入 了 主缸 的 上腔 。 主缸在自重 的 作用下實(shí)現(xiàn)快速空程下行，由于活塞快速下行時(shí)液 壓泵 注入 主缸上腔的 液壓油不足以填充上腔增大的體積 ， 于是在 上腔形成負(fù)壓， 這時(shí) 充液筒中的油液經(jīng)充液閥 1 注入到 主缸 的上腔內(nèi) 。 在這個(gè)時(shí)候 行程 擋板會(huì)控制液壓泵的流量，使其流量減小 ， 至此 主缸進(jìn)入 壓制過(guò)程 ，在此行程中 通過(guò)行程擋板調(diào)節(jié)液壓泵的流量來(lái)達(dá)到所需要的工作 。 下行過(guò)程結(jié)束后 ， 按動(dòng) 手動(dòng)按鈕使 5YA 失電， 4YA得電，換向 閥 4換向 。 由于下腔進(jìn)油路中的 液壓油 具有一定壓力；故控制油路可以 打開(kāi) 閥 1， 于是 主缸上腔 中的大部分液壓油會(huì)重新返 回到充液筒 中 ， 而 一 小 部分經(jīng)閥 4排回 入 26 油箱， 至此 主缸 結(jié)束 快速回程 動(dòng)作 。回程結(jié)束后，閥 4回到 中位，主缸靜止不動(dòng)。 液壓元件的選擇 3, 電動(dòng)機(jī)的選擇 液壓系統(tǒng)所需的功率 maxpPP ?? 式（ ） 式中 maxP —— 表示液壓系統(tǒng)的最大功率； p? —— 表示液壓泵的工作效率，這里去 p? =。 液壓泵的選擇 液壓系統(tǒng)所需 的 壓力 612 1 0 2 4 . 40 . 9 0 . 9 1p Fp M P aA? ?? ? ?? 式（ ） 式中 F —— 表 示系統(tǒng)的最大負(fù)載，即壓制終了階段的負(fù)載； ? —— 表示液壓缸的工作效率； 1A —— 表示主液壓缸無(wú)桿腔的有效工作面積。 液壓系統(tǒng)所需的流量 m a x 1 .1 1 3 8 1 5 1 .8 / m inpq Kq L? ? ? ? 式（ ） 式中 K—— 表示 泄露系數(shù)，這里取 K=； maxq —— 表示系統(tǒng)的最大流量， 由工況圖（圖 34）知快速下降行程中 q 為最大（ q =546 L/min），但此時(shí)已采用充液筒充液方法來(lái)補(bǔ)充流量，所以不按此數(shù)值計(jì)算，而按回程時(shí)的流量計(jì)算。 根據(jù)額定壓力 范圍 和排量可選用軸向柱塞泵，其型號(hào)為 110YCY141C。 選擇液壓控制閥 閥 7 通過(guò)的最大流量均等于 qP，而閥 1 的允許通過(guò)流量為 q。 以上各閥的工作壓力均取 p＝ 32