第一章緒論一、液壓機(jī)的介紹1.液壓機(jī)的發(fā)展及用途液壓機(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(wèn)世以來(lái)發(fā)展很快，液壓機(jī)在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。由于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，目前國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機(jī)電液一體化，以充分合理利用機(jī)械和電子的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善；自動(dòng)化、智能化，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能；液壓元件集成化、標(biāo)準(zhǔn)化，以有效防止泄露和污染等四個(gè)方面。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(guó)內(nèi)外機(jī)型無(wú)較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過(guò)濾、冷卻及防止沖擊和振動(dòng)方面，有較明顯改善。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國(guó)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。特別是集成塊可以進(jìn)行專業(yè)化的生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而且設(shè)計(jì)的周期也比較短。近年來(lái)在集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(wú)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。邏輯插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動(dòng)作速度快、易于集成的特點(diǎn)，從70年代初期開始出現(xiàn)，至今已得到了很快的發(fā)展。我國(guó)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。液壓機(jī)工藝用途廣泛，適用于彎曲、翻邊、拉伸、成型和冷擠壓等沖壓工藝，壓力機(jī)是一種用靜壓來(lái)加工產(chǎn)品。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。2.液壓機(jī)的特點(diǎn)由于需要進(jìn)行多種工藝，液壓機(jī)具有如下的特點(diǎn)：1.工作臺(tái)較大，滑塊行程較長(zhǎng)，以滿足多種工藝的要求；2.有頂出裝置，以便于頂出工件；3.液壓機(jī)具有點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)等工作方式，操作方便；4.液壓機(jī)具有保壓、延時(shí)和自動(dòng)回程的功能，并能進(jìn)行定壓成型和定程成型的操作，特別適合于金屬粉末和非金屬粉末的壓制；5.液壓機(jī)的工作壓力、壓制速度和行程范圍可隨意調(diào)節(jié)，靈活性大。二、液壓傳動(dòng)技術(shù)的介紹1.液壓傳動(dòng)技術(shù)的歷史進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)1.1液壓傳動(dòng)技術(shù)的歷史進(jìn)展從公元前200多年前到17世紀(jì)初，包括希臘人發(fā)明的螺旋提出工具和中國(guó)出現(xiàn)的水輪機(jī)等，是液壓技術(shù)最古老的應(yīng)用，然液壓技術(shù)知道20世紀(jì)30年代才真正得到推廣與應(yīng)用，20世紀(jì)30年代后，由于車輛、航空、船舶等功率傳動(dòng)的推動(dòng)，相繼出現(xiàn)了斜軸式及彎軸式軸向柱塞泵，徑向和軸向液壓馬達(dá)。1936年HarryVickers發(fā)明了先導(dǎo)控制壓力閥力標(biāo)制的管制系列壓力控制元件，第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)需要反應(yīng)快、功率高、精度高的液壓傳動(dòng)裝置而推出了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓的技術(shù)迅速轉(zhuǎn)為民用，在機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車行業(yè)中逐步得到推廣。今天為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)不斷創(chuàng)新，主要體現(xiàn)以下特征：提高了元件的性能，創(chuàng)制新型元件，體積不斷縮?。桓叨鹊慕M合化集成化和模塊化；和微電子結(jié)合，走向替能化。1.2我國(guó)液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)的液壓技術(shù)開始于20世紀(jì)50年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來(lái)又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械，通過(guò)從國(guó)外引用技術(shù)，我國(guó)液壓工業(yè)已取得了很大的進(jìn)步，但與國(guó)外的先進(jìn)水平相比，還存在很多的差距，發(fā)展余地很大。2.液壓傳動(dòng)的工作原理及其組成部分2.1液壓傳動(dòng)的工作原理液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)件的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過(guò)液體壓力能的變化來(lái)傳遞能量，經(jīng)過(guò)各種控制閥和管道的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件（缸或馬達(dá)）把液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它起到潤(rùn)滑、冷卻和防銹作用。2.2液壓傳動(dòng)的組成部分動(dòng)力元件：原動(dòng)機(jī)和液壓泵，將原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，輸出具有一定的壓力的油液。執(zhí)行元件：液壓缸、液壓馬達(dá)和擺動(dòng)液壓馬達(dá)，將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，用從驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載做功，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。控制元件：壓力、流量、方向控制閥及其他控制元件控制調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中從泵到執(zhí)行元件的油液壓力流量方向，以保證執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)的主機(jī)工作結(jié)構(gòu)完成預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。輔助元件：油箱、管件、過(guò)濾器、熱交換器、蓄能器、指示儀表等。工作介質(zhì)：各類壓力油作為系統(tǒng)的載能介質(zhì)，在傳遞能量的同時(shí)并能起潤(rùn)滑冷卻的作用。3.液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)借助油管可從方便地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。單位重量的輸出功率大。可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。慣性小、相應(yīng)快。可以自行潤(rùn)滑自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)借助于各種閥及與電氣配合，可從實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和程序控制。液壓裝置工作比較穩(wěn)定。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造方便。工作狀況分析一、進(jìn)行工況分析液壓缸的負(fù)載主要包括：工作負(fù)載、慣性負(fù)載、重力負(fù)載、摩擦負(fù)載、密封負(fù)載和背壓負(fù)載等。設(shè)計(jì)題目是小型油壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在本液壓系統(tǒng)中液壓缸的主要負(fù)載有：移動(dòng)部件的自重，壓制時(shí)的負(fù)載，快速回程時(shí)的負(fù)載。一般的油壓機(jī)多為四立柱式，本設(shè)計(jì)亦采用此結(jié)構(gòu)。工作循環(huán)為：?jiǎn)?dòng)—快速下降—壓制—保壓—快速回退—原位停止。工作負(fù)載：壓制時(shí)外負(fù)載：快速回程時(shí)外負(fù)載：2.移動(dòng)部件自重：慣性阻力：式中：g——重力加速度。單位為。G——移動(dòng)部件自重力。單位為?！趖時(shí)間內(nèi)速度變化值。單位為?！獑?dòng)加速段或減速制動(dòng)段時(shí)間。單位為。4.密封阻力：密封負(fù)載是指密封裝置的摩擦力，其值與密封裝置的類型和尺寸，液壓缸的制造和油液的工作壓力有關(guān)，在未完成液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，不知道密封裝置的參數(shù)，密封負(fù)載無(wú)法計(jì)算，一般用液壓缸的機(jī)械效率加以考慮，。本設(shè)計(jì)中取5.背壓阻力：背壓負(fù)載是指液壓缸回油腔被壓所造成的阻力，在系統(tǒng)方案及液壓缸結(jié)構(gòu)尚未確定之前，在負(fù)載計(jì)算時(shí)可暫不考慮。液壓缸各動(dòng)作階段分析：?jiǎn)?dòng)階段，啟動(dòng)時(shí)間0.3s，應(yīng)考慮在啟動(dòng)加速階段的慣性力，其方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，還有重力的作用，其方向與運(yùn)動(dòng)方向在此時(shí)相同。而在快速下行階段，僅有重力作用。壓制階段，需要壓制力，還受重力作用，重力作用抵消了一部分壓制力。保壓階段，負(fù)載情況和壓制階段相同?？焖倩赝穗A段，重力的方向和運(yùn)動(dòng)方向相反而且需壓制力。原位停止階段，僅受重力的作用。根據(jù)以上分析，可計(jì)算出液壓缸各動(dòng)作階段中負(fù)載，見表1：工況計(jì)算公式液壓缸的負(fù)載（N）啟動(dòng)、加速階段穩(wěn)定下降階段F=壓制、保壓階段快退階段原位停止表1繪制液壓缸的負(fù)載圖和速度圖液壓缸速度圖根據(jù)上述分析，可以畫出液壓缸速度圖，見圖1：液壓缸負(fù)載圖根據(jù)上述分析，可以畫出液壓缸負(fù)載圖，見圖2：工作原理圖的擬定關(guān)于各部分回路的選擇1.快速下行、壓制回路的選擇液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)就是產(chǎn)生大的輸出力，為了獲得很大的壓制力，可采用高壓泵供壓和大直徑的油缸，而后者比較常用。當(dāng)啟動(dòng)后，上滑塊快速下行時(shí)，就需要大量的油液進(jìn)入液壓缸的上腔。盡管泵已輸出最大的流量，但主缸上腔仍因油液不足而形成負(fù)壓，吸開充液閥，充液筒內(nèi)的油便補(bǔ)入主缸上腔。若采用大規(guī)格的泵，不僅造價(jià)高，而且在壓制、保壓、退回時(shí)損失較大。本設(shè)計(jì)采用充液筒來(lái)補(bǔ)充快速下行時(shí)液壓泵供油不足，這樣使系統(tǒng)功率利用更加合理。在壓制時(shí)可采用關(guān)閉充液筒，泵供油來(lái)實(shí)現(xiàn)?？焖傧滦小褐苹芈吩O(shè)計(jì)，見圖3。2.保壓回路的選擇本系統(tǒng)采用液控單向閥和單向閥的密封性和液壓管路及油液的彈性來(lái)保壓，要求液壓缸等元件的密封性好。保壓回路設(shè)計(jì)，見圖4。3.泄壓回路的設(shè)計(jì)為了防止高壓系統(tǒng)的液壓缸的換向時(shí)的液壓沖擊，需要設(shè)計(jì)泄壓回路。具體是對(duì)換向過(guò)程進(jìn)行控制，先使高壓腔壓力釋放后，再切換油路。泄壓回路設(shè)計(jì)，見圖5。4.油源選擇由于設(shè)計(jì)要求，在壓制時(shí)負(fù)載大，速度低，在快退時(shí)負(fù)載小，速度較高。為了節(jié)省能源，減小發(fā)熱，油源選用變量泵供油。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中采用限壓式變量葉片泵，為了保證系統(tǒng)的安全，在泵的出口處，并聯(lián)一個(gè)溢流閥起安全作用。油源選擇，見圖6。5.動(dòng)作轉(zhuǎn)換的控制方式選擇在壓制后，有規(guī)定的保壓時(shí)間，在保壓后，上滑塊開始退回。本設(shè)計(jì)中采用時(shí)間繼電器配合三位四通電磁閥實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的轉(zhuǎn)換。擬定工作原理圖1.工作原理圖將已選的液壓回路，組合成符合設(shè)計(jì)要求的液壓系統(tǒng)泵揮之液壓系統(tǒng)原理圖。工作原理圖，見圖7。2.工作原理圖的簡(jiǎn)要分析對(duì)工作原理圖的簡(jiǎn)要分析如下：1.快速下行當(dāng)電磁鐵1YA通電后，先導(dǎo)閥6和上缸換向閥9左位接入系統(tǒng)，液控單向閥I2被打開。系統(tǒng)主油路為：進(jìn)油路：液壓泵—順序閥8—上缸換向閥9左位—單向閥I3—上液壓缸12上腔回油路：上液壓缸12下腔—液控單向閥I2—上缸換向閥9左位—油箱上滑塊在自重的作用下下行，這時(shí)，上液壓缸上腔所需的油量較大，而液壓泵的流量又較小，其不足部分由充液筒13經(jīng)液壓?jiǎn)蜗蜷yI1向液壓缸上腔補(bǔ)油。2.壓制當(dāng)上滑塊下行到接觸工件后，因受阻力而減速，液控單向閥I1關(guān)閉，液壓缸上腔壓力升高實(shí)現(xiàn)慢速加壓。這時(shí)的回油路走向與快速下行時(shí)相同。3.保壓當(dāng)上液壓缸上腔壓力升高到使壓力繼電器10動(dòng)作時(shí)，壓力繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵1YA斷電，則先導(dǎo)閥和上缸換向閥位于中位，保壓延時(shí)。保壓時(shí)間由時(shí)間繼電器控制。4.快速退回在保壓延時(shí)結(jié)束后，時(shí)間繼電器使電磁鐵2YA通電，先導(dǎo)閥右位接入系統(tǒng)，使控制壓力油推動(dòng)釋壓閥7，并將上缸換向閥右位接入系統(tǒng)。這時(shí)，液控單向閥I1被打開，其主油路走向?yàn)?進(jìn)油路：液壓泵——順序閥8——上缸換向閥9右位——液控單向閥I2——上液壓缸12下腔回油路：上液壓缸12上腔——液控單向閥I1——充液筒13這時(shí)，上滑塊快速返回，返回速度由液壓泵流量決定。當(dāng)充液筒內(nèi)液面超過(guò)預(yù)定位置時(shí)，多余的油液由溢流管流回油箱。5.原位停止當(dāng)上滑塊返回上升到擋塊壓下行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵2YA斷電，先導(dǎo)閥和上下缸換向閥都處于中位，則上滑塊在原位置停止不動(dòng)。這時(shí)，液壓泵處于低壓卸荷狀態(tài)。其油路走向?yàn)椋阂簤罕谩樞蜷y8—上缸換向閥9中位—油箱第四章元件的計(jì)算與選擇、非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)一、確定液壓缸主要尺寸1.工作壓力的確定由表1知，由課本189頁(yè)表9.4，選工作壓力。2.計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿直徑最大負(fù)載，由課本188頁(yè)，選執(zhí)行元件的背壓阻力。按，取，當(dāng)速度比已知，取由公式：可得出：由文獻(xiàn)<二>表21-6-16，將直徑圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，缸的有效面積：按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度：由文獻(xiàn)<一>中式9.4可知：所以滿足最小穩(wěn)定速度要求。3.計(jì)算液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段的壓力、流量和功率根據(jù)上述所確定液壓缸D和d以及壓制時(shí)的背壓力，快退時(shí)的背壓力，則可估算出液壓缸各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率如表2所示。并以此用坐標(biāo)法繪制出“液壓缸工況圖”，此圖可直觀看出液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段主要參數(shù)變化情況，如圖8所示。表2液壓缸的壓力、流量和功率工況負(fù)載回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率公式啟動(dòng)、加速3182.175.390變化值0穩(wěn)定下降3333.335.64098.130壓制保壓51111.11841.673.680.25快退7777.78513.17變化值變化值原位停止270054.5753.160.40圖8液壓缸工況圖確定液壓泵的規(guī)格和電動(dòng)機(jī)的功率1.確定液壓泵的規(guī)格1.1計(jì)算液壓泵的壓力液壓泵的工作壓力應(yīng)當(dāng)考慮液壓最高有效工作壓力和管路系統(tǒng)的壓力損失。所以泵的工作壓力為：式中：液壓泵的最大工作壓力。液壓缸的最高有效工作壓力。管路系統(tǒng)的壓力損失，取則:考慮各方面因素，取泵的實(shí)際額定壓力1.2計(jì)算液壓泵的流量液壓泵的最大流量應(yīng)為式中：——液壓缸所需流量的最大值，——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，取則：1.3選擇液壓泵的規(guī)格及型號(hào)由文獻(xiàn)<二>表21-5-26，選用YB-C129B葉片泵，該泵的基本參數(shù)為額定流量，額定壓力為，額定轉(zhuǎn)速為，質(zhì)量,驅(qū)動(dòng)功率為。2.確定電動(dòng)機(jī)的規(guī)格2.1確定電動(dòng)機(jī)功率及型號(hào)由工況圖可知，液壓缸最大輸入功率在快退階段，可按此階段估算電動(dòng)機(jī)功率。由于工況圖中的壓力值不包括由泵到液壓缸這段管路的壓力損失，在快退時(shí)這段管路的壓力損失若取，液壓泵總效率。則電動(dòng)機(jī)功率為：由文獻(xiàn)<三>附錄K，選用電動(dòng)機(jī)Y160L-2，其額定功率為18.5kw,額定轉(zhuǎn)速為2930rpm。三、液壓元件及輔助元件的選擇1.液壓元件的選擇根據(jù)所擬定的液壓原理圖，進(jìn)行計(jì)算和分析通過(guò)各液壓元件的最大流量和最高工作壓力，而后按液壓元件樣本來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格。見表3。表3各個(gè)閥和繼電器的流量、速度及壓力閥/繼電器額定流量L/min壓力MPa型號(hào)備注電液換向閥50031.5DSHG-06單向閥12525CRG-06液控單向閥12525CP※G-06溢流閥20025BT-6減壓閥10021RT-06壓力繼電器一10HED1K油管的計(jì)算與選擇主油路上的壓油管流量，允許流速取,則管徑d為可選擇內(nèi)徑為的油管。出油管內(nèi)徑尺寸按流量,來(lái)計(jì)算，則出油管內(nèi)徑為可選擇內(nèi)徑的油管。3.油箱的容量確定油箱的容量第五章液壓系統(tǒng)性能的校核一、回路壓力損失驗(yàn)算由于在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，工進(jìn)的時(shí)候壓力損失最大，故只要工進(jìn)時(shí)的壓力損失滿足要求，則其余情況下的壓力損失都滿足要求，則工進(jìn)時(shí)的壓力損失為式中——工進(jìn)時(shí)的總的壓力損失之和——工進(jìn)時(shí)的沿程壓力損失之和——工進(jìn)時(shí)的閥的局部損失之和設(shè)該液壓系統(tǒng)的進(jìn)回油管的長(zhǎng)度為2m，油管的內(nèi)徑選，選用L-HL32號(hào)液壓油，其油溫在時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度,密度為由連通中流量相等可得回油路中的速度為,則雷諾數(shù)為，可知為層流。故壓力損失符合要求。液壓系