剪板機液壓系統(tǒng)設計說明書.doc

畢 業(yè) 論 文（設 計）論文（設計）題目：落料剪切裝置液壓剪的液壓系統(tǒng)設計目 錄摘 要1abstract2第1章 緒 論31.1冷彎成型31.2剪板機的簡介31.3液壓傳動技術(shù)的發(fā)展概況3第2章 剪板機液壓系統(tǒng)的工作原理及機構(gòu)組成52.1 液壓系統(tǒng)基本工作原理52.2 主要機構(gòu)組成62.3 流量控制閥簡介9第3章 液壓傳動系統(tǒng)的參數(shù)設計與工作原理123.1 液壓剪板機參數(shù)設計123.2 主要參數(shù)設計153.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設計203.4 缸筒結(jié)構(gòu)的設計23第4章 設計選取液壓系統(tǒng)圖254.1液壓系統(tǒng)圖254.2計算和選取液壓元件26第5章 液壓系統(tǒng)性能演算295.1系統(tǒng)壓力損失計算295.2計算液壓系統(tǒng)發(fā)熱及溫升31結(jié) 論34參 考 文 獻35致 謝36清華大學本科畢業(yè)設計摘 要液壓技術(shù)是現(xiàn)代制造的基礎，它的廣泛應用，很大程度上代替了普通成型加工，全球制造業(yè)發(fā)生了根本性變化。因此，液壓技術(shù)的水準、擁有和普及程度，已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力和現(xiàn)代化水平的重要標志。為適合這種行勢，需要大量設計一些液壓機的工作系統(tǒng)。本次就是要設計一款剪板機液壓系統(tǒng)。液壓技術(shù)已被世界各國列為優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵工業(yè)技術(shù)，成為當代國際間科技競爭的重點。這是機械類液壓設計說明書，是根據(jù)液壓設計手冊上的設計程序及步驟編寫的。本設計的主要內(nèi)容包括：剪板機液壓系統(tǒng)的設計課題及有關(guān)參數(shù)；液壓缸工作壓力和流量的確定；液壓系統(tǒng)圖的擬定；驅(qū)動電機及液壓元件的選擇；液壓系統(tǒng)主要性能的驗算。關(guān)鍵詞 ： 剪板機；液壓缸；液壓泵；系統(tǒng)壓力abstract hydraulic technology is the foundation of modern manufacturing, and its wider application, to a large extent replaced the ordinary forming, the global manufacturing sector has undergone fundamental changes. therefore, the hydraulic technology standards, possession and penetration, has become of a countrys comprehensive national strength and an important indicator of the level of modernization. this trip is suitable for potential, a lot needs to design some hydraulic system of work.the design for hydraulic machinery design specification is based on hydraulic design manual on the design of the procedures and steps to prepare. the main content of this book include: cutting plate machine hydraulic system design issues and related parameters; hydraulic cylinder pressure and flow of work to be confirmed; hydraulic system of the plan drawn up; drive motor and hydraulic components of choice; hydraulic system checking performance of the major design experience. key words: cutting plate machine; hydraulic cylinder; hydraulic pump; pressur 第1章 緒 論1.1 冷彎成型冷彎成型是通過順序配置的多道次成型軋輥，把卷材、帶材等金屬板帶不斷地進行橫向彎曲，以制成特定斷面型材的塑性加工工藝。冷彎成型是一種節(jié)材、節(jié)能、高效的金屬板料成型新工藝、新技術(shù)。利用這一工藝，不但可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的型鋼產(chǎn)品，而且能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期、提高生產(chǎn)效率，從而提高企業(yè)的市場競爭力。 1.2 剪板機的簡介隨著現(xiàn)代科學的發(fā)展剪板機工藝也發(fā)生了很大變化，已由傳統(tǒng)的手工操作發(fā)展到今天的全自動機械化。剪板機是一種用于剪切金屬板料的機床。大中型剪板機的主運動（剪刀上、下）多數(shù)采用液壓傳動，即采用液壓缸帶動剪刀（架）上下。為了防止板料翹起或移動，剪切時必須用壓料腳將板材壓緊。而為了減少送料時摩擦力，送料時采用拖料球支承板料。這些輔助動作用若干個小輔助缸完成。剪切時主缸的典型動作循環(huán)為：空程下行剪切緩沖快速回程。在下行過程中主缸可隨時停止運動并退回（點動）。為了對刀，剪板機中有一個輕壓對線狀態(tài)，此時剪刀下行的力很小，不會損害板料。1.3 液壓傳動技術(shù)的發(fā)展概況液壓傳相對于機械傳動來說，是一門發(fā)展較晚的技術(shù)。自18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，液壓傳動技術(shù)只有二三百年的歷史。直到20世紀30年代它才較普遍地用于起重機、機床及工程機械。20世紀60年代以來，液壓技隨著原子能、空間技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，并滲透到各個工業(yè)領域中。液壓技術(shù)開始向高速、高壓、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計(cad)、計算機輔助測試(cat)、計算機直接控制(cdc)、機電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當前液壓傳動及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，最初只應用于機床和鍛壓設備上，后來又用于拖拉機、剪板機和工程機械。現(xiàn)在，我國的液壓元件隨著從國外引進一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進行自行設計，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。盡管如此，我國的液壓元件與國外先進的同類產(chǎn)品相比，在性能上，在種類上、在規(guī)格上仍存在著較大的差距。我國已瞄準世界發(fā)展主流的液壓元件系列型譜，有計劃地引進、消化、吸收國外最先進的液壓技術(shù)和產(chǎn)品，大力開展產(chǎn)品國產(chǎn)化工作。我國的液壓技術(shù)在21世紀必將獲得更快的發(fā)展。第2章 剪板機液壓系統(tǒng)的工作原理及機構(gòu)組成2.1 液壓系統(tǒng)基本工作原理由于剪刀有一定寬度，剪切刀架用兩個主缸驅(qū)動。一般將兩個活塞桿直接和剪切刀架固定連接，液壓系統(tǒng)中不再采用保證兩缸運動保持同步的回。液壓系統(tǒng)中有三個壓料缸和三個托料缸，這些缸都是單作用缸，即都利用彈簧實現(xiàn)回程。1.空載啟動泵啟動時電磁閥10處于中位，插裝閥主閥1的彈簧腔直接通回油，泵出口通過主閥1和油箱連通，泵卸荷。2.空程下行按下循環(huán)開始按鈕時，電磁鐵2dt，3dt通電。2dt通電時閥1的彈簧腔和回油路斷開，閥1的開啟壓力亦即系統(tǒng)的最高壓力由閥8調(diào)定。3dt通電使閥2關(guān)閉，閥3開啟，泵輸出的壓力油經(jīng)閥3進入壓料缸和托料缸，使板材壓緊和托料球縮回。當泵的供油壓力升至由主閥6和先導閥16組成的順序閥的調(diào)定壓力時，油液進入主缸上腔，這保證了只有在具有足夠的壓緊力時，剪刀刀架才能開始下行。同時主缸下腔的壓力必須到由主閥5和先導閥15組成的壓力閥的調(diào)定壓力時油液才能排出。主缸下腔形成背壓，此背壓起平衡剪切刀架自重的作用，使主缸空程下行的速度僅與泵的供油量有關(guān)。3.剪切當空程下行至剪刀與被剪板料接觸時，主缸上腔壓力進一步升高，壓力繼電器18發(fā)出信號，使4dt通電。此時主閥5的彈簧腔通過單向閥19和電磁閥12的左位和回油連接，主缸下腔不再存在背壓。主缸的最大有效作用力即剪刀上的剪切力增加，對板料進行剪切。4.緩沖板料剪斷后主缸上負載突然消失，主缸上腔壓力降低，壓力繼電器18復位，4dt斷電。主缸下腔又恢復背壓，以避免剪切刀架的運動速度失控。5.刀架回程刀架下行到終點時行程開關(guān)使3dt斷電，2dt，5dt通電。此時閥3關(guān)閉，閥2，閥4開啟。壓力油經(jīng)閥4進入主缸下腔，而上腔則經(jīng)單向閥7，主閥2回油，刀架回程運動。同時壓料缸和托料缸（閥17右側(cè)門打開）進油腔也經(jīng)閥2通回油，在彈簧作用下退回。當主缸退到原位時，原位行程開關(guān)使全部電磁鐵斷電，油路恢復啟動前的狀態(tài)，油泵卸荷。 6.輕壓對線按下對刀按鈕，電磁鐵1dt，3dt通電。此時除主閥1的開啟壓力（亦即系統(tǒng)的最高壓力）由先導閥11調(diào)定外，其他情況和下行相同。由于將先導閥11的壓力調(diào)整得較低，當剪刀接觸工件，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。2.2 主要機構(gòu)組成 剪板機液壓系統(tǒng)主要由插裝閥主閥、單向閥、電磁閥、梭閥、壓力繼電器等組成。它的工作流程：空載啟動空程下行剪切緩沖快速回程。液壓剪板機由主機及動力機構(gòu)兩大部分組成。主機部分包括機身、主缸、頂出缸及充液裝置等。動力機構(gòu)由油箱、高壓泵、低壓控制系統(tǒng)、電動機及各種壓力閥和方向閥等組成。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)。 動力機構(gòu)在電氣裝置的控制下，通過泵和油缸及各種液壓閥，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完成各種工藝動作的循環(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。因為液壓傳動控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實現(xiàn)各種機械和自動控制的學科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機組合成為完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制如圖2.1液壓傳動原理圖。 圖2.1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（圖2.2），就是說，液體各處的壓強是一致的，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。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞。 圖2.2 帕斯卡原理圖液壓傳動中所需要的元件主要有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元等。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。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動使得液體進行運動。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。 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)變成機械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達。液壓馬達是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱為機械能，從而對外做功。 液壓控制元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行預期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因為液壓控制元器件的靈活性，使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動。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。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機械操縱法、電動操縱閥等。 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。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個器件，我們就能夠建設出一個液壓回。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應的控制回路。根據(jù)不同的控制目標，我們能夠設計不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。 根據(jù)液壓傳動的結(jié)構(gòu)及其特，在液壓系統(tǒng)的設計中，首先要進行系統(tǒng)分析，然后擬定系統(tǒng)的原理圖，其中這個原理圖是用液壓機械符號來表示的。之后通過計算選擇液壓器件，進而再完成系統(tǒng)的設計和調(diào)試。這個過程中，原理圖的繪制是最關(guān)鍵的。它決定了一個設計系統(tǒng)的優(yōu)劣。 液壓傳動的應用性是很強的，比如裝卸堆碼機液壓系統(tǒng)，它作為一種倉儲機械，在現(xiàn)代化的倉庫里利用它實現(xiàn)紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機械化工作。也可以應用在萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實踐中。這些系統(tǒng)的特點是功率比較大，生產(chǎn)的效率比較高，平穩(wěn)性比較好。 液壓作為一個廣泛應用的技術(shù)，在未來更是有廣闊的前景。隨著計算機的深入發(fā)展，液壓控制系統(tǒng)可以和智能控制的技術(shù)、計算機控制的技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來，這樣就能夠在更多的場合中發(fā)揮作用，也可以更加精巧的、更加靈活地完成預期的控制任務。該系列液壓機適用于可塑性材料的壓制工藝。如粉末制品成型、塑料制品成型、冷（熱）擠壓金屬成型、薄板拉伸以及橫壓、彎壓、翻透、校正等工藝。 2.3 流量控制閥簡介對流量控制閥的主要性能要求是：l）當閥前后的壓力差發(fā)生變化時，通過閥的流量變化要小；2）當油溫發(fā)生變化時，通過節(jié)流閥的流量變化要?。?）要有較大的流量調(diào)節(jié)范圍，在小流量時不易堵塞，這樣使節(jié)流閥能得到很小的穩(wěn)定流量，不會在連續(xù)工作一段時閥后因節(jié)流口堵塞而使流量減小，甚至斷流；4）當閥全開時，液流通過節(jié)流閥的壓力損失要?。?）閥的泄漏量要小。對于高壓閥來說，還希望其調(diào)節(jié)力矩要小。插裝閥基本組件：組件由閥芯、閥套、彈簧和密封圈組成。根據(jù)用途不同分為方向閥組件、壓力閥組件和流量閥組件。同一通徑的三種組件安裝尺寸相同，但閥芯的結(jié)構(gòu)形式和閥套座直徑不同。插裝閥（邏輯閥）如圖2.3，是一種較新型的液壓元件，它的特點是通流能力大，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)。 (a)結(jié)構(gòu)原理圖； (b)圖形符號圖2.3 插裝閥邏輯單元1先導控制閥； 2-控制蓋板； 3-邏輯單元（主閥）、 4-閥塊體圖2.4 插裝閥的組成（1）插裝閥的工作原理 插裝閥的結(jié)構(gòu)及圖形符號如圖2.4所示。它由控制蓋板、插裝單元（由閥套、彈簧、閥芯及密封件組成）、插裝塊體和先導控制閥（如先導閥為二位三通電磁換向閥）組成。由于這種閥的插裝單元在回路中主要起通、斷作用，故又稱二通插裝閥。二通插裝閥的工作原理相當于一個液控單向閥。圖中a和b為主油路僅有的兩個工作油口，k為控制油口（與先導閥相接）。當k口無液壓力作用時，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。反之，當k口有液壓力作用時，且k口的油液壓力大于a和b口的油液壓力，才能保證a與b之間關(guān)閉。 插裝閥與各種先導閥組合，便可組成方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥插裝閥在流體控制功能的領域的使用種類比較廣泛，已應用的元件有是電磁換向閥，單向閥，溢流閥，減壓閥，流量控制閥和順序閥。通用性在流體動力回路設計和機械實用性的延伸，充分展示了插裝閥對系統(tǒng)設計者和應用者的重要性。由于其裝配過程的通用性、閥孔規(guī)格的通用性、互換性的特點，使用插裝閥完全可以實現(xiàn)完善的設計配置，也使插裝閥廣泛地應用于各種液壓機械。（2）方向控制插裝閥（a）單向閥；(b)二位二通閥；(c)二位三通閥;(d)二位四通閥圖2.5 插裝閥用作方向控制閥第3章 液壓傳動系統(tǒng)的參數(shù)設計與工作原理3.1 液壓剪板機參數(shù)設計3.1.1 設計要求設計ya32-315型剪板機液壓系統(tǒng)。要求主機中能完成空載啟動，空程下行、剪切、緩沖和快速回程動作。輔助動作包括：輕壓對線、剪切中途回程、點動向上、點動向下等四個動作。設計過程中液壓元件所選用型號正確、有理有據(jù)；整個液壓系統(tǒng)設計科學、規(guī)范、合理。3.1.2 設計參數(shù)表3.1 設計參數(shù)項目單位ya32-315公稱力kn3150回程力kn600最高工作壓力mpa32選用壓力mpa16主液壓缸快 下mm/s120慢下工作mm/s1012回 程mm/s60頂出液壓缸頂出行程mm/s60回程mm/s1403.1.3 液壓系統(tǒng)的設計步驟與設計要求液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結(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。（1）設計步驟：液壓系統(tǒng)的設計步驟并無嚴格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設計要求之后，大致按如下步驟進行。1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；2）進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；4）選擇液壓元件；5）液壓系統(tǒng)的性能驗算；6）繪制工作圖，編制技術(shù)文件。（2）明確設計要求 設計要求是進行每項工程設計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手液壓系統(tǒng)各部分設計之前，必須把設計要求以及與該設計內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。 1）主機的概況：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)動機構(gòu)的運動形式，運動速度； 4）各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)； 5）對調(diào)速范圍、運動平穩(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。3.1.4 定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖（1）制定調(diào)速方案 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應的調(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。 節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。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。 容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調(diào)速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復雜。 節(jié)流調(diào)速又分別有進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進油節(jié)流起動沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。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。 容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。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，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。（2）制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時，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。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。 在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。（3）制定順序動作方案 主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場合。（4）選擇液壓動力源 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。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，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 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。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設蓄能器做輔助油源。油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。 一般泵的入口要裝有粗過濾器，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。（5）繪制液壓系統(tǒng)圖整機的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標準件，在圖中要按國家標準規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設計的非標準元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。系統(tǒng)圖中應注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。3.2 主要參數(shù)設計3.2.1 設計計算主液壓缸、頂出液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸圖3.1 液壓缸1 主液壓缸參數(shù)設計（1）主液壓缸內(nèi)徑d:=500.7mm （3.1） 根據(jù)gb/t23461993，取標準值d主=500mm（2） 主液壓缸活塞桿徑d：0.4497m=449.7mm （3.2）根據(jù)gb/t23461993，取標準值 450mm（3） 主液壓缸有效面積：1.96mm3.73mm 1.59mm（4） 主液壓缸實際壓制力和回程力：161.96=3136kn （3.3）（5） 主液壓缸的工作力：1）主液壓缸的平衡壓力 0.26mpa （3.4） 2）主液壓缸工進作壓力16.05 mpa （3.5） 3）主液壓缸回程壓力 16.09mpa （3.6）2. 頂出液壓缸參數(shù)設計（1）頂出液壓缸內(nèi)徑：0.21851m=218.51mm （3.7）根據(jù)gb/t23461993，取標準值220mm（2）頂出液壓缸活塞桿徑d頂：0.02554m=25.54mm （3.8）根據(jù)gb/t23461993，取標準值25mm（3）頂出液壓缸有效面積：3.810mm （3.9） 3.7510mm （3.10） 4.9110mm （3.11）（4）頂出液壓缸實際頂出力和回程力： 16mpa3.810mm=608kn （3.12）（5） 主液壓缸的工作力： （3.13） 16.21mpa （3.14）3. 主液壓缸運動中的供油量（1）主液壓缸的進出油量1）主液壓缸空程快速下行的進出油量：1.96120=2.3510mm/s3.73120=4.7810mm/s2) 主液壓缸工作行程的進出油量：1.9612=2.35210mm/s3.7312=4.47610mm/s3) 主液壓缸回程進出油量：3.7360=2.23810mm/s1.9660=1.17610mm/s（2）頂出液壓缸的進出油量1) 頂出液壓缸頂出行程的進出油量：1.9660=1.17610mm/s3.7360=2.23810mm/s2) 頂出液壓缸退回行程的進出油量：3.73140=5.22210mm/s1.96140=2.74410mm/s4. 確定快速空程供油方式，液壓泵的規(guī)格，驅(qū)動電機功率（1）液壓系統(tǒng)快速空程供油方式：2.3510mm/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，形成負壓空腔，通過吸入閥從油箱吸油，同時使液壓系統(tǒng)規(guī)格降低檔次。(2) 選定液壓泵的流量及規(guī)格：設計的液壓系統(tǒng)最高工作壓力主液壓缸工作行程，主液壓缸的無桿腔進油量為：2.35210mm/s主液壓缸的有桿腔進油量為：2.23810mm/s頂出液壓缸頂出行程的無桿腔進油量為：1.17610mm/s設選主液壓缸工作行程和頂出液壓缸頂出行程工作壓力最高（）工件頂出后不需要高。主液壓缸工作行程（即壓制）流量為85.5 l/min, 選用1zxb732型斜盤式軸向變量柱塞泵。雖然在只有257l/min，主液壓缸活塞返回速度有所降低，在工作壓力為時，流量降低40%,仍可獲104.4l/min的流量，基本滿足主液壓缸工作回程85.5l/min、滿足工進流量174l/min的進給設計要求。由于選用電液比例控制，獲節(jié)能高效效益。(3) 液壓泵的驅(qū)動功率及電動機的選擇：主液壓缸的壓制與頂出液壓缸的頂出工作壓力均為p=32106；主液壓缸回程工作壓力為p=16.0910pa.頂出液壓缸退回行程工作壓力16.2110pa，液壓系統(tǒng)允許短期過載，因此，快速進退選p=1610pa, 2.3510mm/s,工進選p=32106pa, 2.35210mm/s,液壓泵的容積效率v=0.92，機械效率m=0.95，兩種工況電機驅(qū)動功率為：7.17kw1.435kwp快p工電動機不允許短期過載。3.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設計3.3.1 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)。工作壓力p10mpa時，使用鑄鐵；p20mpa時，使用無縫鋼管；p20mpa時，使用鑄鋼或鍛鋼。如圖所示為缸筒和缸蓋的常見結(jié)構(gòu)形。圖3.2(a)所示為法蘭連接式，結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。圖3.2(b)所示為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強度，為此有時要加厚缸壁，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3.2(c)所示為螺紋連接式，它的缸筒端部結(jié)構(gòu)復雜，外徑加工時要求保證內(nèi)外徑同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和重量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上。圖3.2(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。圖3.2(e)所示為焊接連接式，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工，且可能引起變形。 (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拉桿圖3.2 缸筒和缸蓋結(jié)構(gòu)由于缸體與缸蓋之間的連接結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺寸和重量都較大，在此使用鑄鐵，所以選用法蘭連接。3.3.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)可以把短行程的液壓缸的活塞桿與活塞做成一體，這是最簡單的形式。但當行程較長時，這種整體式活塞組件的加工較費，所以常把活塞與活塞桿分開制造，然后再連接成一體。圖六所示為幾種常見的活塞與活塞桿的連接形式。圖3.3(a)所示為活塞與活塞桿之間采用螺母連接，它適用負載較小，受力無沖擊的液壓缸中。螺紋連接雖然結(jié)構(gòu)簡單，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強度。圖3.3(b)和(c)所示為卡環(huán)式連接方式。圖3.3(b)中活塞桿5上開有一個環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有兩個半圓環(huán)3以夾緊活塞4，半環(huán)3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來固定。圖3.3(c)中的活塞桿，使用了兩個半圓環(huán)4，它們分別由兩個密封圈座2套住，半圓形的活塞3安放在密封圈座的中間。圖3.3(d)所示是一種徑向銷式連接結(jié)構(gòu)，用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。這種連接方式特別適用于雙出桿式活塞。圖3.3 常見的活塞組件結(jié)構(gòu)形式3.3.3 活塞及活塞桿處密封圈的選用圖3.4(a)所示為間隙密封，它依靠運動間的微小間隙來防止泄漏。為了提高這種裝置的密封能力，常在活塞的表面上制出幾條細小的環(huán)形槽，以增大油液通過間隙時的阻。它的結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小，可耐高溫，但泄漏大，加工要求高，磨損后無法恢復原有能力，只有在尺寸較小、壓力較低、相對運動速度較高的缸筒和活塞間使用。圖3.4(b)所示為摩擦環(huán)密封，它依靠套在活塞上的摩擦環(huán)(尼龍或其他高分子材料制成)在o形密封圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄漏。這種材料效果較好，摩擦阻力較小且穩(wěn)定，可耐高溫，磨損后有自動補償能力，但加工要求高，裝拆較不便，適用于缸筒和活塞之間的密封。圖3.4(c)、圖3.4(d)所示為密封圈(o形圈、v形圈等)密封，它利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈貼緊在靜、動配合面之間來防止泄漏。它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，磨損后有自動補償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。 (a)間隙密封 (b)摩擦環(huán)密封 (c)o形圈密封 (d)v形圈密封圖3.4 密封裝置對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一端。在此選o形圈加擋圈密封。3.3.4 液壓缸的緩沖裝置緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的?；钊?的兩端開有三角槽，前后缸蓋3、8上的鋼球7起單向閥的作用。當活塞接近缸的端部時，回油路被活塞逐漸封閉，使液壓缸油只能通過活塞上軸向的三角槽緩慢排出，形成緩沖液壓阻力。節(jié)流口的通流面積隨活塞的移動而逐漸減小，活塞運動速度逐漸減慢，實現(xiàn)制動緩沖。3.3.5 液壓缸的排氣裝置液壓缸在安裝過程中或長時間停放重新工作時，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正常現(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排。一般可在液壓缸的最高處設置進出油口把氣帶走，也可在最高處設置如圖3.5(a)所示的放氣孔或?qū)ｉT的放氣閥見圖3.5(b)、(c)。1缸蓋 2放氣小孔 3缸體 4活塞桿圖3.5 放氣裝置3.4 缸筒結(jié)構(gòu)的設計3.4.1 缸筒的結(jié)構(gòu)常用的缸筒結(jié)構(gòu)有八類，通常根據(jù)缸筒和端蓋的連接型式選用，而連接型式又取決于額定工作壓力、用途和使用環(huán)境等因素。根據(jù)可選用拉桿連接方式。3.4.2 缸筒材料 一般要求有足夠的強度和沖擊任性，根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途和毛坯的來源等可選45鋼。缸筒毛坯可采用退火的冷拔或熱軋無逢鋼管。3.4.3 對缸筒的要求 有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)試驗壓力而不致產(chǎn)生永久變形。 有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。 內(nèi)表面與活塞密封件及導向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少，尺寸公差等級和形位公差等級足夠保證活塞密封的密封性?？傊淄彩且簤焊椎闹饕慵?，它與缸蓋、缸底、油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油液，同時它還是活塞的運動“軌跡”。設計液壓缸缸筒時，應該正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運動速度和有效行程，同時還必須具有一定的強度，能足以承受液壓力、負載力和意外的沖擊力；缸筒的內(nèi)表面應具有合適的配合公差等級、表面粗糙度和形位公差等級，以保證液壓缸的密封性、運動平穩(wěn)性和耐用性。3.4.4 對缸筒制造加工的要求 缸筒內(nèi)徑d采用h7或h8級配合，表面粗糙度值一般為0.160.32um，都需要進行研磨。 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度hb241285。 缸筒內(nèi)徑d的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半。 缸筒直線度公差在500 mm長度上不大于0.03 mm。 缸筒端面t對內(nèi)徑的垂直度在直徑100 mm 當缸筒為尾部和中部耳軸型時此外，還有通往油口、排氣閥孔的內(nèi)徑口必須倒角，不允許有毛邊、毛刺、以免劃傷密封件。為便于裝配和不損壞密封件，缸筒內(nèi)孔口應倒角。需要在缸筒上焊接法蘭、油口、排氣閥座時，都必須在半精加工以前進行，以免精加工后焊接而引起內(nèi)孔變形。如欲防止腐蝕生銹和提高使用壽命，在缸筒表面可以鍍鉻，再進行研磨拋光，在缸筒外表面涂耐油漆。第4章 設計選取液壓系統(tǒng)圖4.1液壓系統(tǒng)圖1.2.3.4.5.6-插裝閥主閥 7.9.17.19-單向閥8.11.15.16-先導壓力閥 10.12.13-電磁閥14-梭閥 18-壓力繼電器圖4.1 液壓系統(tǒng)圖如圖所示液壓原理圖的工作流程：泵啟動時電磁閥10處于中位，插裝閥主閥1的彈簧腔直接通回油，泵出口通過主閥1和油箱連通，泵卸荷。按下循環(huán)開始按鈕時，電磁鐵2dt，3dt通電。2dt通電時閥1的彈簧腔和回油路斷開，閥1的開啟壓力亦即系統(tǒng)的最高壓力由閥8調(diào)定。3dt通電使閥2關(guān)閉，閥3開啟，泵輸出的壓力油經(jīng)閥3進入壓料缸和托料缸，使板材壓緊和托料球縮回。當泵的供油壓力升至由主閥6和先導閥16組成的順序閥的調(diào)定壓力時，油液進入主缸上腔，這保證了只有在具有足夠的壓緊力時，剪刀刀架才能開始下行。同時主缸下腔的壓力必須到由主閥5和先導閥15組成的壓力閥的調(diào)定壓力時油液才能排出。主缸下腔形成背壓，此背壓起平衡剪切刀架自重的作用，使主缸空程下行的速度僅與泵的供油量有關(guān)。當空程下行至剪刀與被剪板料接觸時，主缸上腔壓力進一步升高，壓力繼電器18發(fā)出信號，使4dt通電。此時主閥5的彈簧腔通過單向閥19和電磁閥12的左位和回油連接，主缸下腔不再存在背壓。主缸的最大有效作用力即剪刀上的剪切力增加，對板料進行剪切。板料剪斷后主缸上負載突然消失，主缸上腔壓力降低，壓力繼電器18復位，4dt斷電。主缸下腔又恢復背壓，以避免剪切刀架的運動速度失控。刀架下行到終點時行程開關(guān)使3dt斷電，2dt，5dt通電。此時閥3關(guān)閉，閥2，閥4開啟。壓力油經(jīng)閥4進入主缸下腔，而上腔則經(jīng)單向閥7，主閥2回油，刀架回程運動。同時壓料缸和托料缸（閥17右側(cè)門打開）進油腔也經(jīng)閥2通回油，在彈簧作用下退回。當主缸退到原位時，原位行程開關(guān)使全部電磁鐵斷電，油路恢復啟動前的狀態(tài)，油泵卸荷。 按下對刀按鈕，電磁鐵1dt，3dt通電。此時除主閥1的開啟壓力（亦即系統(tǒng)的最高壓力）由先導閥11調(diào)定外，其他情況和下行相同。由于將先導閥11的壓力調(diào)整得較低，當剪刀接觸工件，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。4.1.1 電磁鐵動作表表4.1 電磁鐵動作 電磁鐵動作 1dt2dt3dt4dt5dt啟 動空載啟動下 行空 程+剪切+緩 沖+回 程快速回程+輔助動作輕壓對線+剪切中途回程+點動上+點動下+4.2計算和選取液壓元件 表 4.2液壓元件表動作順序流進mm/s流出mm/s主液壓缸快速下行2.35104.7810工作行程2.352104.47610回程2.238101.17610頂 出液壓缸頂出行程1.176102.23810退回行程5.222102.74410表 4.3液壓元件的選擇序號元件名稱實際流量規(guī)格備注1插裝閥主閥1600l/minz2b-hc50z-42插裝閥主閥1000l/minz2b-hc40z-43插裝閥主閥630l/minz2a-hc32z-44插裝閥主閥1000l/minz2a-hc40z-45插裝閥主閥1000l/minz2b-hc40z-46插裝閥主閥400l/minz2b-hc25z-47單向閥70l/minka-l328先導壓力閥120l/minyf3-e20b9單向閥70l/minka-l4010電磁閥60l/min4we10c6/dag24z411先導壓力閥63l/minyf3-10l12電磁閥60l/min4we10c6/dag24z413電磁閥60l/min4we10c6/dag24z414梭閥50l/minks-l2015先導壓力閥63l/minyf3-c10b16先導壓力閥63l/minyf3-c10b17單向閥50l/minka-l2518壓力繼電器hed4oa1050z14l24s19單向閥70l/minka-l4020斜盤式軸向液壓泵250l/mincy14-1b21電動機y315m-622濾油器23主液壓缸 第5章 液壓系統(tǒng)性能演算5.1系統(tǒng)壓力損失計算管路系統(tǒng)上的壓力損失的沿程損失，管件局部損失，和控制閥的壓力損失，三部分組成：由于液體在同一管路中，液體的平均流速越大，它的沿程壓力損失就越大，因此我們所需剪切工作進行時進油路的壓力損失。此管長，管內(nèi)徑，快速退回時，通過流量。選用l-hm46 號礦物油，正常運轉(zhuǎn)后油的運動黏度取，油的密度為。油液在管路中的實際流速為：雷諾數(shù): 因為：圓形光滑管道，其臨界雷諾數(shù) 所以為層流。沿程壓力損失： 式中： 沿程阻力系數(shù)， l管道長度， l=12m d管道內(nèi)徑，d=0.03m v液體流速，v=2.22m/s 液體的密度，=850kg/則： 局部壓力損失： 式中： 局部阻力系數(shù)，=1.12 v液體流速，v=2.22m/s 液體的密度，=850kg/ 則：mpa控制閥的壓力損失：式中： 閥的額定壓力損失，mpa通過閥的實際流量，l/min 閥的額定流量，l/min則： =0.2 +0.3 +0.2 =0.535mpa壓力總損失： 0.535+0.0093+0.36=0.904 mpa由于上述方法計算出壓塊油路：0.024+0.002+0.56=0.586 mpa5.2計算液壓系統(tǒng)發(fā)熱及溫升5.2.1系統(tǒng)的發(fā)熱功率液壓系統(tǒng)工作時，除了執(zhí)行元件驅(qū)動外負載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高：由于系統(tǒng)較復雜，故用下式計算發(fā)熱功