畢業(yè)設(shè)計(jì)---單片機(jī)控制四柱液壓機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為中型四柱式液壓機(jī)，主機(jī)最大工作負(fù)載設(shè)計(jì)為2500KN。主機(jī)主要由上梁、導(dǎo)柱、工作臺(tái)、移動(dòng)橫梁、主缸、頂出缸等組成。通過(guò)具體的參數(shù)計(jì)算及工況分析，制定總體的控制方案。經(jīng)方案對(duì)比之后，主機(jī)部分采用“三梁四柱”式的結(jié)構(gòu)形式,擬定液壓控制系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)液壓缸采用雙作用活塞缸，采用恒功率變量泵供油。經(jīng)方案對(duì)比之后，擬定液

2、壓控制系統(tǒng)原理圖。為解決主缸快進(jìn)時(shí)供油不足的問(wèn)題，主機(jī)頂部設(shè)置補(bǔ)油油箱進(jìn)行補(bǔ)油。主缸的速度換接與安全行程限制通過(guò)行程開關(guān)來(lái)控制；為了保證工件的成型質(zhì)量，液壓系統(tǒng)中設(shè)置保壓回路，通過(guò)保壓使工件穩(wěn)定成型；為了防止產(chǎn)生液壓沖擊，系統(tǒng)中設(shè)有泄壓回路，確保設(shè)備安全穩(wěn)定的工作。詳細(xì)設(shè)計(jì)了主機(jī)機(jī)械部分和液壓部分對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)。</p><p>　　通過(guò)液壓系統(tǒng)壓力損失和溫升的驗(yàn)算，本文液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以滿足液壓機(jī)

3、順序循環(huán)的動(dòng)作要求，能夠?qū)崿F(xiàn)塑性材料的鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲等成型加工工藝。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；液壓機(jī)；四柱式；單片機(jī)控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper design for the medium frame of hydraulic machines,

4、 the mainframe’s largest work load design for 2500KN. Mainframe mainly by the beam、guided、worktable、mobile beams、master cylinder、cylinder head out of components etc. This paper focuses on the hydraulic system design. Thr

5、ough specific parameters and hydraulic mechanic situation analyzes, formulation of a master control program. By contrast, developed hydraulic control system diagram To solve the master cylinder express entered the short&

6、lt;/p><p>　　By the loss of hydraulic system pressure and temperature checked. Hydraulic system is designed to meet the hydraulic action sequence and cycle requirements can be achieved by forging plastic materia

7、ls, stamping, cold extrusion, straightening, bending, and other molding processes. </p><p>　　Keywords: Hydraulic System ；Hydraulic Pressure machine；four-guideds</p><p><b>　　目 錄</b>&

8、lt;/p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 液壓機(jī)現(xiàn)狀概要1</p><p>　　1.2 發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　第2章 四柱液壓機(jī)總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 四柱液壓機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)5</p><p&g

9、t;　　2.2 四柱液壓機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　第3章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 液壓機(jī)主缸工況分析8</p><p>　　3.1.1 主缸速度循環(huán)圖8</p><p>　　3.1.2 主缸負(fù)載分析8</p><p>　　3.1.3 主缸負(fù)載循環(huán)圖9</

10、p><p>　　3.2 液壓機(jī)頂出缸工況分析10</p><p>　　3.2.1 頂出缸速度循環(huán)圖10</p><p>　　3.2.2 頂出缸負(fù)載分析11</p><p>　　3.2.3 頂出缸負(fù)載循環(huán)圖11</p><p>　　3.3 液壓系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)12</p><p>　

11、　3.3.1 液壓油缸的選擇12</p><p>　　3.3.2 供油方式的確定12</p><p>　　3.3.3 基本回路的選擇12</p><p>　　3.3.4 控制系統(tǒng)的選擇13</p><p>　　3.3.5 液壓原理圖的擬定13</p><p>　　3.4 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元

12、件17</p><p>　　3.4.1 液壓機(jī)主缸和頂出缸主要尺寸的確定17</p><p>　　3.4.2 液壓系統(tǒng)流量計(jì)算19</p><p>　　3.4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇21</p><p>　　3.4.4 液壓元件的選擇23</p><p>　　第4章 液壓機(jī)零部件設(shè)計(jì)24</p&g

13、t;<p>　　4.1 立柱設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.2 上橫梁設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.3 主機(jī)工作臺(tái)設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.4 活動(dòng)橫梁設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.5 控制臺(tái)設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.6 液壓機(jī)主缸的設(shè)計(jì)28</p&

14、gt;<p>　　4.6.1 主缸缸體材料的選擇28</p><p>　　4.6.2 主缸壁厚的確定29</p><p>　　4.7 液壓機(jī)頂出缸設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.7.1 頂出缸缸體材料的選擇32</p><p>　　4.7.1 主缸缸體材料的選擇33</p><p>

15、　　4.8 液壓油管設(shè)計(jì)34</p><p>　　4.9 液壓油箱設(shè)計(jì)34</p><p>　　第5章 液壓系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性驗(yàn)算37</p><p>　　5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算37</p><p>　　5.2 液壓系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算40</p><p>　　第6章 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)42&l

16、t;/p><p>　　6.1 單片機(jī)控制要求與總體控制方案42</p><p>　　6.1.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)擬達(dá)到的控制要求42</p><p>　　6.1.2 單片機(jī)系統(tǒng)總體控制方案42</p><p>　　6.2 單片機(jī)芯片的選擇42</p><p>　　6.2.1 CPU42</p>

17、<p>　　6.2.2 擴(kuò)展芯片42</p><p>　　6.3 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)43</p><p>　　6.3.1 四柱液壓機(jī)主電路設(shè)計(jì)43</p><p>　　6.3.2 四柱液壓機(jī)控制電路設(shè)計(jì)43</p><p>　　6.3.3 單片機(jī)流程圖44</p><p>　　第7章

18、 結(jié)論50</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)51</b></p><p><b>　　致謝52</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 液壓機(jī)現(xiàn)狀概要</p><p>　　國(guó)內(nèi)液壓機(jī)行業(yè)的現(xiàn)狀：<

19、;/p><p>　?。?）在生產(chǎn)能力及市場(chǎng)方面，國(guó)內(nèi)液壓機(jī)的產(chǎn)量每年都有很大的增長(zhǎng)率，其中2004年，國(guó)內(nèi)液壓機(jī)的銷售額大約在10億元人名幣，2005年達(dá)到13億元，到2006年第一季度，各液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的全年訂單額已基本飽和。2004年在銷售收入上，國(guó)內(nèi)突破億元的企業(yè)已超過(guò)3家，如合肥鍛壓機(jī)床有限公司、天津市天鍛壓力機(jī)有限公司、徐州壓力機(jī)械股份有限公司，其中合肥鍛壓機(jī)床有限公司、天津市天鍛壓力機(jī)有限公司在2005年

20、銷售收入已突破2億元。過(guò)被液壓機(jī)從產(chǎn)值和銷售收入上和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家比較，還不具有優(yōu)勢(shì)，但從生產(chǎn)的臺(tái)數(shù)和總噸位上比較，在國(guó)際上，我國(guó)的液壓機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)量處于領(lǐng)先地位。</p><p>　?。?）在產(chǎn)品的技術(shù)水平上，國(guó)內(nèi)液壓機(jī)單機(jī)的技術(shù)水平達(dá)到了國(guó)際中等或較先進(jìn)水平。一些液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)技術(shù)引進(jìn)或國(guó)內(nèi)外同行業(yè)的合作，技術(shù)發(fā)展很快。但在一些技術(shù)含量較高的液壓機(jī)中，某些關(guān)鍵技術(shù)，如液壓和電控部分，還要通過(guò)與國(guó)內(nèi)外的企業(yè)或研究

21、單位合作，高檔的液壓元件和電控元件還主要依賴進(jìn)口。目前，國(guó)內(nèi)液壓機(jī)產(chǎn)品還是以單機(jī)或單機(jī)組成的無(wú)關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)線為主，主要還是靠人工上下料。帶自動(dòng)上下料的液壓機(jī)臺(tái)數(shù)還不足3%,由多臺(tái)機(jī)器組成的自動(dòng)線基本還處于起步階段。從產(chǎn)品分布上看，低檔的液壓機(jī)主要集中在小噸位上，其臺(tái)數(shù)占有量超過(guò)總數(shù)的70%，但產(chǎn)值不超過(guò)30%，一般為小噸位的四柱或單柱液壓機(jī)。具有一定技術(shù)含量的中檔框架液壓機(jī)的產(chǎn)值超過(guò)50%。用于特殊場(chǎng)合的在控制上比較先進(jìn)的高檔產(chǎn)品產(chǎn)值占有

22、率約在15%左右，這類液壓機(jī)一般采用先進(jìn)的電業(yè)比例技術(shù)，來(lái)提高和達(dá)到一定的特殊功能。</p><p>　?。?）在質(zhì)量水平上，隨著用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，國(guó)內(nèi)各液壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)越來(lái)越重視產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。由于國(guó)內(nèi)液壓機(jī)的技術(shù)最早是從前蘇聯(lián)引進(jìn)和吸收的，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的液壓機(jī)在剛度和強(qiáng)度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于日本和韓國(guó)的產(chǎn)品，與歐美的產(chǎn)品相當(dāng)。和國(guó)外產(chǎn)品比較，我國(guó)的產(chǎn)品在質(zhì)量反面還存在以下不足：在可靠性方面，故障率還比較大，主要集

23、中在液壓系統(tǒng)方面，多是應(yīng)為液壓和電器元件的可靠性低引起的；漏油問(wèn)題在國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)中比較普遍；關(guān)鍵件的加工質(zhì)量還需提高；在外觀和美學(xué)方面和國(guó)外公司的產(chǎn)品比較還有一定差距?？傮w上講，國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)在質(zhì)量上和國(guó)外一些較知名的產(chǎn)品還有一定的差距，但隨著國(guó)內(nèi)制造商對(duì)質(zhì)量的不斷重視和管理水平的提高，國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)的質(zhì)量會(huì)接近和趕上國(guó)際水平。</p><p>　　液壓機(jī)是一種利用液體壓力來(lái)傳遞能量，以實(shí)現(xiàn)各種壓力加工工藝的機(jī)床。隨著新工

24、藝及新技術(shù)的應(yīng)用，液壓機(jī)在金屬加工及非金屬成型方面的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在機(jī)床行業(yè)中的占有份額正在大幅度攀升。</p><p>　　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，國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，圍改進(jìn)液壓機(jī)的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了可能。相比來(lái)講，國(guó)內(nèi)機(jī)型雖種類齊全，但技術(shù)含量相對(duì)較低，缺乏技術(shù)含量高的高檔機(jī)型，這與機(jī)電液一體化，中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)

25、展趨勢(shì)不相適應(yīng)。</p><p>　　圖1-1四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)外觀圖</p><p>　　在國(guó)內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中，按照控制系統(tǒng)，液壓機(jī)課分為三種類型：一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液壓機(jī)；一種是采用可編程控制器控制的液壓機(jī)；第三種是應(yīng)用高級(jí)微處理器（或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）的高性能液壓機(jī)。三種類型功能各有差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。但總分的發(fā)展趨勢(shì)是高速化、智能化。</p><

26、p>　　作為液壓機(jī)的兩大組成部分的主機(jī)和液壓機(jī)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、冷卻及防止沖擊和震動(dòng)方面，有較明顯改善。</p><p>　　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。國(guó)外已開始廣泛采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)。這種油路設(shè)計(jì)有效地防止泄油和污染。更

27、重要的防止灰塵、污物、空氣、化學(xué)物質(zhì)侵入系統(tǒng)，延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因，國(guó)內(nèi)采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還不多見。在安全性方面，國(guó)外某些采用微處理器控制的高性能液壓機(jī)利用軟件進(jìn)行故障的檢測(cè)和維護(hù)，如BROWNBOGGS產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)負(fù)載檢測(cè)、自動(dòng)模具保護(hù)以及錯(cuò)誤診斷等功能。</p><p>　　圖1-2四柱液壓機(jī)實(shí)物圖</p><p>　　丹麥新推出一種IN-VERSEN

28、HC6油壓增壓器。其內(nèi)藏式雙向增壓功能是它的顯著特點(diǎn)。它適合作油壓沖床、油壓剪床、油壓吊車、塑料射出成型機(jī)、工程車輛及救助設(shè)施等高低壓混合的油壓系統(tǒng)之用。該IN-VERSENHC6油壓增壓器最高增壓比為8.2倍，最大輸出壓力達(dá)80MPa。它可連續(xù)工作，直到輸出的壓力達(dá)到設(shè)定值為止，其內(nèi)藏止逆閥可保持高壓端的壓力不會(huì)降低，這是它與同類產(chǎn)品的不同之處。</p><p>　　展望未來(lái)，重型裝備制造對(duì)大壓力和大尺寸參數(shù)液

29、壓機(jī)的需求會(huì)越來(lái)越迫切。新近建造的3臺(tái)150MN級(jí)液壓機(jī)最多可滿足越20年的需求。正在研發(fā)的第四代核電主容器直徑已超過(guò)8m；壓水堆機(jī)組功率的進(jìn)一步提高也期待壓力殼直徑的增大；百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組常規(guī)島汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子所需鋼錠已達(dá)600t；5.5m寬厚半軋機(jī)支撐輥所需鋼錠也達(dá)500t；百萬(wàn)噸乙烯裝置的直徑已達(dá)6.8m，重達(dá)400t。如果新一代大壓力機(jī)的壓力超過(guò)250MN，橫向開檔超過(guò)9m，目前這種梁—柱式框架結(jié)構(gòu)就可能面臨挑戰(zhàn)，全新的框架結(jié)構(gòu)也可能

30、應(yīng)運(yùn)而生。</p><p><b>　　1.2 發(fā)展趨勢(shì)</b></p><p>　　配有自動(dòng)上下料裝置的液壓機(jī)或自動(dòng)生產(chǎn)線會(huì)成為未來(lái)液壓機(jī)發(fā)展的方向。</p><p>　　多工位液壓機(jī)的需求將會(huì)大幅度增加。</p><p>　　快速、高速液壓機(jī)在批量生產(chǎn)中能成倍的提高效率。</p><p>　

31、　依托電液比例技術(shù)、傳感器、電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等提升液壓機(jī)的性能。</p><p>　　在環(huán)保、節(jié)能方面，今后在液壓機(jī)的設(shè)計(jì)及制造中應(yīng)引起各制造企業(yè)的足夠重視。</p><p>　　高速化，高效化，低能耗。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。</p><p>　　機(jī)電液一體化。充分合理利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。</p><

32、;p>　　自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)在加工，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理的功能。</p><p>　　液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效的防止泄漏和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來(lái)方便。</p><p>　　2 四柱液壓機(jī)總體設(shè)計(jì) </p><p>

33、;　　液壓機(jī)是一種廣泛使用的壓力加工設(shè)備，具有多種型號(hào)，系列產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)的液壓機(jī)主要用于可塑性材料的壓制工藝，如沖壓、彎曲、翻邊、薄板拉伸等，也用于校正、壓裝、塑料及粉末制品的壓制成型工藝。</p><p>　　2.1 四柱液壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù) </p><p>　　根據(jù)任務(wù)書給定的技術(shù)參數(shù)及查閱的資料，確定了四柱液壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)，見</p><p>　　表2-1

34、 液壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　2.2 總體布局方案的擬定 </p><p>　　設(shè)計(jì)如圖2-1所示總體布局方案，液壓機(jī)總體包括主機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三大部分。液壓系統(tǒng)中的液壓泵和電機(jī)放在油箱的右側(cè)，其它所有部件都集中安裝在液壓油箱上。電氣控制元件設(shè)置在電氣柜中。為了方便及時(shí)的操作，設(shè)置一個(gè)控制臺(tái)，按鈕設(shè)置在控制臺(tái)面板上。</p><p>　　圖2-

35、1液壓機(jī)總體布置圖</p><p><b>　　(1) 主機(jī)結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　主機(jī)部分采用“三梁四柱”式的結(jié)構(gòu)形式。“三梁”即為上橫梁、活動(dòng)橫梁、工作臺(tái)?！八闹奔礊樗膫€(gè)立柱。三個(gè)橫梁是通過(guò)四個(gè)立柱來(lái)聯(lián)接的，如圖2-1所示。 </p><p><b>　　(2) 主缸 </b></p>&l

36、t;p>　　主缸缸體采用法蘭連接方式與上橫梁連接?；钊麠U頭部與活動(dòng)橫梁通過(guò)法蘭連接，通過(guò)主缸活塞的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)。 </p><p><b>　　(3) 頂出缸 </b></p><p>　　頂出缸安裝于工作臺(tái)中心孔內(nèi)，用圓螺母固定。 </p><p><b>　　(4) 活動(dòng)橫梁 </b></p>

37、<p>　　活動(dòng)橫梁的上部用法蘭與主缸活塞桿連接。下平面可以安裝模具。</p><p><b>　　(5) 工作臺(tái) </b></p><p>　　將工作臺(tái)通過(guò)地腳螺釘固定在安裝地基上。 </p><p><b>　　(6) 立柱</b></p><p>　　立柱與上橫梁、工作臺(tái)的聯(lián)接方

38、式：上橫梁用立柱調(diào)節(jié)螺母支撐，立柱肩臺(tái)支持在工作臺(tái)面上，兩端用鎖緊螺母鎖緊。</p><p><b>　　(7) 液壓站 </b></p><p>　　液壓站是由液壓油箱、液壓泵裝置及液壓控制裝置三部分組成。液壓油箱裝有空氣濾清器、過(guò)濾器、液面指示器和清洗孔等。液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及它們之間的聯(lián)軸器等；液壓控制裝置是指組成液壓系統(tǒng)的各閥類元件及其

39、聯(lián)接體。 </p><p>　　液壓站的結(jié)構(gòu)形式有分散式、集中式兩種。集中式是指將液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置獨(dú)立于機(jī)床之外，單獨(dú)設(shè)置一個(gè)液壓站。分散式是指將機(jī)床液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置分散在機(jī)床的各處。選用集中式的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是安裝維修方便，液壓裝置的振動(dòng)、發(fā)熱都與機(jī)床隔開；缺點(diǎn)是液壓站增加了占地面積。</p><p><b>　　3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) &l

40、t;/b></p><p>　　3.1 液壓機(jī)主缸工況分析</p><p>　　3.1.1 主缸速度循環(huán)圖 </p><p>　　根據(jù)液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)及表2-1中主缸滑塊行程為700mm，可以得到主缸的速度循環(huán)圖如下：</p><p>　　圖3-1主缸速度分析圖</p><p>　　3.1.2 主缸負(fù)載分析&l

41、t;/p><p>　　液壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，主缸上腔充油主缸快速下行，慣性負(fù)載隨之產(chǎn)生。此外，還存在靜摩擦力、動(dòng)摩擦力負(fù)載。由于滑塊不是正壓在導(dǎo)柱上，不會(huì)產(chǎn)生正壓力，因而滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的摩擦力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作負(fù)載，計(jì)算最大負(fù)載時(shí)可以忽略不計(jì)。液壓機(jī)的最大負(fù)載為工進(jìn)時(shí)的工作負(fù)載。通過(guò)各工礦的負(fù)載分析，液壓機(jī)主缸所受外負(fù)載包括工作負(fù)載、慣性負(fù)載、摩擦阻力負(fù)載，即：</p><p>　　F = Fw

42、+ Ff + Fa ( 3-1 )</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　F —液壓缸所受外負(fù)載；</p><p><b>　　Fw —工作負(fù)載；</b></p><p>　　Ff —滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸筒之間的摩擦阻

43、力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦力負(fù)載；</p><p>　　Fa —運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載。</p><p>　?。?）慣性負(fù)載Fa計(jì)算</p><p><b>　　計(jì)算公式：</b></p><p>　　Fa = ( 3-2 )&

44、lt;/p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　G —運(yùn)動(dòng)部件重量；</p><p>　　g —重力加速度9.8m/；</p><p>　　—時(shí)間內(nèi)的速度變化量；</p><p>　　—加速或減速時(shí)間，一般情況取=0.01～0.5s。</p><p>　　查

45、閱相同型號(hào)的四柱液壓機(jī)資料，初步估算橫梁滑塊的重量為30KN。由液壓機(jī)所給設(shè)計(jì)參數(shù)可及：=0.08m/s ，取=0.05s，代入公式3.2中。</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　Fa = = 4898N</p><p>　?。?）摩擦負(fù)載Ff計(jì)算</p><p>　　滑塊啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生靜摩擦負(fù)載

46、，啟動(dòng)過(guò)后產(chǎn)生動(dòng)摩擦負(fù)載。通過(guò)所有作用在主缸上的負(fù)載可以看出，工作負(fù)載遠(yuǎn)大于其它形式的負(fù)載。由于滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸體之間的摩擦力不是很大，因而在計(jì)算主缸最大負(fù)載時(shí)摩擦負(fù)載先忽略不計(jì)。</p><p>　?。?）主缸負(fù)載F計(jì)算</p><p>　　將上述參數(shù)Fa = 4898N 、Fw = 2500000N代入公式3.1中。</p><p><b>　　

47、即：</b></p><p>　　F = 2500000 + 4898 = 2504898N</p><p>　　3.1.3 主缸負(fù)載循環(huán)圖</p><p>　?。?）主缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表3-1</p><p>　　表3-1 主缸工作循環(huán)負(fù)載</p><p>　　注：“f靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力，

48、“f動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。</p><p>　?。?）主缸各階段負(fù)載循環(huán)如圖3-2</p><p>　　圖3-2 主缸負(fù)載循環(huán)圖</p><p>　　3.2 液壓機(jī)頂出缸工況分析</p><p>　　3.2.1 頂出缸速度循環(huán)圖 </p><p>　　根據(jù)液壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和表2-1中頂出缸活塞行程為250mm，

49、得到頂出缸的速度循環(huán)圖如下：</p><p>　　圖3-3 頂出缸速度循環(huán)圖</p><p>　　3.2.2 頂出缸負(fù)載分析</p><p>　　主缸回程停止后，頂出缸下腔進(jìn)油，活塞上行，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性、靜摩擦力、動(dòng)摩擦力等負(fù)載。由于頂出缸工作時(shí)的壓力遠(yuǎn)小于主缸的工況壓力，而且質(zhì)量也比主缸滑塊小很多，慣性負(fù)載很小，計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)；同理摩擦負(fù)載與頂出力相比也很小

50、，也可不計(jì)；工件頂出時(shí)的工作負(fù)載比較大，計(jì)算頂出缸的最大工作負(fù)載時(shí)可以近似等于頂出力。將參數(shù)代入公式3.1計(jì)算頂出缸的最大負(fù)載。</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　F = Fw = 400000N</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b&g

51、t;　　Fw —頂出力；</b></p><p>　　3.2.3 頂出缸負(fù)載循環(huán)圖</p><p>　?。?）頂出缸工作循環(huán)各階段外負(fù)載如表3-2</p><p>　　表3-2 頂出缸工作循環(huán)負(fù)載</p><p>　　注：“f靜”表示啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力，“f動(dòng)”表示啟動(dòng)后的動(dòng)摩擦力。</p><p>　　（

52、2）頂出缸各階段負(fù)載循環(huán)如圖3.4</p><p>　　圖3-4 頂出缸負(fù)載循環(huán)圖</p><p>　　3.3 液壓系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) </p><p>　　3.3.1 液壓油缸的選擇 </p><p>　　液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸和伸縮缸等。查閱相關(guān)的液壓機(jī)資料，液壓缸選用雙作用單桿活塞缸。該種活塞桿完全可以滿足液壓機(jī)的工作

53、要求，且安裝方便。 </p><p>　　3.3.2 供油方式的確定 </p><p>　　考慮到液壓機(jī)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時(shí)負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。液壓機(jī)主油路采用變量泵供油。由于液壓機(jī)的負(fù)載壓力會(huì)隨著工作方式變化，為了使液壓機(jī)處于安全的工作狀態(tài)，采用恒功率變量泵。 </p><p>

54、　　3.3.3 基本回路的選擇 </p><p><b>　?。?）調(diào)壓回路 </b></p><p>　　調(diào)壓回路的功用是使液壓系統(tǒng)整體或部分的壓力保持恒定或不超過(guò)某個(gè)數(shù)值。在定量泵系統(tǒng)中，液壓泵的供油壓力可以通過(guò)溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)。在變量泵系統(tǒng) </p><p>　　中，用安全閥來(lái)限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過(guò)載。若系統(tǒng)中需要兩種以上的壓力，則可

55、采用多級(jí)調(diào)壓回路。液壓機(jī)采用二級(jí)調(diào)壓回路，如圖3-5所示。 </p><p>　　圖3-5液壓機(jī)調(diào)壓回路</p><p><b>　?。?）保壓回路 </b></p><p>　　由于液壓機(jī)主要進(jìn)行壓制工藝，所以在行程終止時(shí)要求有一段保持壓力的時(shí)間，這時(shí)就必須采用保壓回路。常用的保壓回路有利用液壓泵的保壓回路、利用蓄能器的保壓回路、自動(dòng)補(bǔ)油保壓

56、回路。選用蓄能器保壓。 </p><p><b>　　（3）卸壓回路 </b></p><p>　　液壓機(jī)由于保壓一段時(shí)間后，如果馬上進(jìn)行快退會(huì)產(chǎn)生很大的液壓沖擊。選用液控單向閥進(jìn)行控制。 </p><p>　?。?）速度換接回路 </p><p>　　液壓機(jī)主缸的工作循環(huán)為“快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→快速返回→停止

57、”，頂出缸的工作循環(huán)為“向上頂出→向下返回→停止”的工作循環(huán)。速度的變化快，選擇用行程開關(guān)來(lái)進(jìn)行速度的換接。這種回路的快慢速換接過(guò)程比較平穩(wěn)，換接點(diǎn)的位置比較準(zhǔn)確。 </p><p><b>　?。?）平衡回路 </b></p><p>　　平衡回路的功用，在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，不致因受負(fù)載重力作用而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)自行下落。選用單向順序閥的平衡回路。 </p>

58、<p>　　3.3.4控制系統(tǒng)的選擇 </p><p>　　采用低壓齒輪泵來(lái)提供控制油壓，具有恒定的功率損耗。 </p><p>　　3.3.5 液壓原理圖的擬定 </p><p>　　根據(jù)前面的內(nèi)容，擬定液壓機(jī)系統(tǒng)控制原理圖，如圖3-6所示。其中把前文中提到的蓄能器改變?yōu)檩o助油箱，由一個(gè)液控單向閥控制。</p><p>　　圖

59、3-6液壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　液壓系統(tǒng)控制過(guò)程分析 </p><p>　　系統(tǒng)的油源為主液壓泵1和輔助液壓泵2。主泵為高壓大流量壓力補(bǔ)償式恒功率變量泵，最高工作壓力為32MPa，由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥5設(shè)定；輔泵為低壓小流量定量泵，主要用作電液動(dòng)換向閥6及18的控制油源，其工作壓力由溢流閥3設(shè)定。系統(tǒng)的兩個(gè)執(zhí)行元件為主液壓缸16和定出液壓缸17，兩液壓缸的換向分別由電液動(dòng)換向閥6和

60、18控制；帶卸荷閥芯的液控單向閥14用作充液閥，在主缸16快速下行時(shí)開啟使副油箱向主缸充液；液控單向閥9用于主缸16的快速下行通路和快速回程通路；背壓閥10為液壓缸慢速下行時(shí)提供背壓；單向閥13用于主缸16的保壓；閥11為帶阻尼孔的卸荷閥，用于主缸保壓結(jié)束后換向前主泵1的卸荷；壓力繼電器12用作保壓起始的發(fā)信裝置。 </p><p>　　液壓機(jī)執(zhí)行部件動(dòng)作過(guò)程分析 </p><p>　　液

61、壓機(jī)主缸、頂出缸工作循環(huán)過(guò)程分析如下： </p><p>　?。?）主缸工作循環(huán)分析 </p><p><b>　　1）快速下行 </b></p><p>　　按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵1YA、5YA通電使電液動(dòng)換向閥6切換至右位，電磁換向閥8切換至右位，輔泵2的控制壓力油經(jīng)閥8將液控單向閥9打開。此時(shí)，主油路的流動(dòng)路線如下。 </p>

62、<p>　　進(jìn)油路：主泵1→經(jīng)換向閥6（右位）→單向閥13→主缸16無(wú)桿腔。 </p><p>　　回油路：主缸16有桿腔→液控單向閥9→換向閥6（右位）→換向閥18中位→油箱。此時(shí)，主缸及滑塊19在自重作用下快速下降。但由于泵1的流量不足以補(bǔ)充主缸因快速下降而上腔空出的容積，因而置于液壓機(jī)頂部的副油箱15中的油液在大氣壓及液位高度作用下，經(jīng)帶卸荷閥芯的液控單向閥14進(jìn)人主缸16無(wú)桿腔。 </p

63、><p>　　2）慢速接近工件、加壓 </p><p>　　當(dāng)滑塊19上的活動(dòng)擋塊20壓下行程開關(guān)XK2時(shí)，電磁鐵5YA斷電使換向閥8復(fù)至左位，液控單向閥9關(guān)閉。此時(shí)主缸無(wú)桿腔壓力升高，閥14關(guān)閉，且主泵1的排量自動(dòng)減小，主缸轉(zhuǎn)為慢速接進(jìn)工件和加壓階段。系統(tǒng)的油液流動(dòng)路線如下。 </p><p>　　進(jìn)油路：同快速下行。 </p><p>　　回

64、油路：主缸有桿腔→背壓（平衡閥）10→換向閥6（右位）→換向閥18（中位）→油箱。 </p><p>　　從而使滑塊慢速接近工件，當(dāng)滑塊19接觸工件后，阻力急劇增加，主缸無(wú)桿腔壓力進(jìn)一步提高，主泵1的排量自動(dòng)減小，主缸驅(qū)動(dòng)滑塊以極慢的速度對(duì)工件加壓。 </p><p><b>　　3）保壓 </b></p><p>　　當(dāng)主缸上腔的壓力達(dá)到設(shè)定

65、值時(shí)，壓力繼電器12發(fā)信，使電磁鐵lYA斷電，電液動(dòng)換向閥6復(fù)至中位，主缸上、下油腔封閉，系統(tǒng)保壓。單向閥13保證了主缸上腔良好的密封性，主缸上腔保持高壓。保壓時(shí)間可由壓力繼電器12控制的時(shí)間繼電器（圖中未畫出）調(diào)整。保壓階段，除了液壓泵低壓卸荷外，系統(tǒng)中無(wú)油液流動(dòng)。油液流動(dòng)路線如下。 </p><p>　　主泵1→換向閥6（中位）→換向閥18（中位）→油箱 </p><p>　　4）泄壓

66、、快速回程 </p><p>　　保壓過(guò)程結(jié)束時(shí)，時(shí)間繼電器發(fā)信，使電磁鐵2YA通電（定程壓制成形時(shí)，可由行程開關(guān)XK3發(fā)信），換向閥6切換至左位，主缸進(jìn)入回程階段。如果此時(shí)主缸上腔立即與回油相通，保壓階段缸內(nèi)液體積蓄的能量突然釋放將產(chǎn)生液壓沖擊，引起振動(dòng)和噪聲。因此，系統(tǒng)保壓后必須先泄壓，然后回程。 </p><p>　　當(dāng)換向閥6切換至左位后，主缸上腔還未泄壓，壓力很高，帶阻尼孔的卸荷

67、閥11呈開啟狀態(tài)，因此有 </p><p>　　主泵1→換向閥6（左位）→閥11→油箱 </p><p>　　此時(shí)主泵1在低壓下運(yùn)行，此壓力不足以打開液控單向閥14的主閥芯，但</p><p>　　能打開閥其內(nèi)部的卸荷小閥芯，主缸上腔的高壓油經(jīng)此卸荷小閥芯的開口泄回副油箱15，壓力逐漸降低（泄壓）。泄壓過(guò)程持續(xù)至主缸上腔壓力降到使卸荷閥11關(guān)閉時(shí)為止。泄壓結(jié)束后，主

68、泵1的供油壓力升高，頂開閥14的主閥芯。此時(shí)系統(tǒng)的油液流動(dòng)路線如下。 </p><p>　　進(jìn)油路：主泵1→換向閥6（左位） →液控單向閥9→主缸有桿腔。 </p><p>　　回油路：主缸無(wú)桿腔→閥14→副油箱15。 </p><p>　　主缸驅(qū)動(dòng)滑塊快速回程。 </p><p><b>　　5）停止 </b><

69、/p><p>　　當(dāng)滑塊上的擋塊20壓下行程開關(guān)XK1時(shí)，電磁鐵2YA斷電使換向閥6復(fù)至中位，主缸活塞被該閥的M形機(jī)能的中位鎖緊而停止運(yùn)動(dòng)，回程結(jié)束。此時(shí)主液壓泵1又處于卸荷狀態(tài)（油液流動(dòng)同保壓階段）。 </p><p>　　（2）頂出缸工作循環(huán)分析 </p><p>　　主缸和頂出缸的運(yùn)動(dòng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)互鎖。當(dāng)電液動(dòng)換向閥6處于中位時(shí)，壓力油經(jīng)過(guò)電液動(dòng)換向閥6中位進(jìn)入控制頂出

70、缸17運(yùn)動(dòng)的電液動(dòng)換向閥18。 </p><p><b>　　1）頂出 </b></p><p>　　按下頂出按鈕，電磁鐵3YA通電，換向閥21切換至左位，系統(tǒng)的油液流動(dòng)路線如下。 </p><p>　　進(jìn)油路：主泵1→換向閥6（中位）→換向閥18（左位）→頂出缸17無(wú)桿腔。 </p><p>　　回油路：頂出缸17無(wú)桿

71、腔→換向閥18（左位）→油箱。 </p><p>　　活塞上升，將工件頂出。 </p><p><b>　　2）退回 </b></p><p>　　電磁鐵3YA斷電，4YA通電時(shí)，油路換向，頂出缸的活塞下降，此時(shí)油液流動(dòng)路線如下。 </p><p>　　進(jìn)油路：主泵1→換向閥6(中位) →換向閥18(右位) →頂出缸17

72、有桿腔。 </p><p>　　回油路：頂出缸17無(wú)桿腔→換向閥18(右位) →油箱。 </p><p>　　（3）液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表 </p><p>　　根據(jù)以上工作情況，可以作出系統(tǒng)的電磁鐵動(dòng)作順序表：</p><p>　　表3-3 液壓機(jī)液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表</p><p>　　注：“+”表示電磁鐵處

73、于得電狀態(tài)，“-”表示電磁鐵處于失電狀態(tài)。</p><p>　　3.4 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和選擇液壓元件 </p><p>　　3.4.1 液壓機(jī)主缸和頂出缸主要尺寸的確定 </p><p><b>　　工作壓力的確定 </b></p><p>　　查《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2-1，液壓機(jī)的工作壓力的范圍是20~32MPa

74、。由于液壓機(jī)的工作負(fù)載比較大，為2500KN，則取主缸的工作壓力為p=25MPa。</p><p>　　計(jì)算主缸內(nèi)徑和活塞桿直徑 </p><p>　　主缸的最大負(fù)載為工進(jìn)時(shí)的負(fù)載，即5000KN。查《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2-2，可知液壓機(jī)的背壓在初算時(shí)可忽略不計(jì)。取液壓缸的機(jī)械效率cmη = 0.95。</p><p>　　圖3-7液壓機(jī)主缸受力圖</p

75、><p><b>　　由圖3-7可知，</b></p><p>　　D= (3-3)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　P1—液壓缸工作壓力；</p><p>　　P2—液壓缸回路背壓，對(duì)于高壓系統(tǒng)初算時(shí)可以不計(jì)；</p

76、><p>　　F—工作循環(huán)中最大負(fù)載；</p><p>　　ηcm—液壓缸機(jī)械效率，一般ηcm = 0.9～0.95。</p><p>　　將參數(shù)代入公式（3.3），P2忽略不計(jì)，可求得液壓缸內(nèi)徑</p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　D=mm</b&g

77、t;</p><p><b>　　≈336mm</b></p><p>　　查表2-4 [1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取D=320mm那么由d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　d=0.7D=0.7x327</p>

78、<p><b>　　≈229mm</b></p><p>　　同理查表2-5 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取d=220mm。</p><p>　　經(jīng)過(guò)計(jì)算液壓機(jī)主缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑分別為：D=320mm ；d=220mm。</p><p>　　（2）頂出缸工作壓力、內(nèi)徑、活塞桿直徑的確定</p><

79、p>　　頂出缸工作負(fù)載與主缸相比要小很多，查表2-1 [1],取頂出缸的工作壓力P=12MPa,</p><p>　　計(jì)算頂出缸內(nèi)徑和活塞桿直徑。由頂出缸負(fù)載圖3.4可知最大負(fù)載F=350KN。查表2-3 [1]，缸工作壓力為12MPa，選取d/D為0.7，取液壓缸的機(jī)械效率ηcm = 0.95。</p><p>　　將參數(shù)代入公式（3.3），P2忽略不計(jì)，可求得液壓缸內(nèi)徑</

80、p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　D=mm</b></p><p><b>　　≈198mm</b></p><p>　　查表2-4 [1],將液壓缸的內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取D=200mm；那么由d/D=0.7可以求得活塞桿直徑。</p&g

81、t;<p><b>　　即：</b></p><p>　　d=0.7D=0.7x198</p><p><b>　　≈138mm</b></p><p>　　同理查表2-5 [1],將活塞桿直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑，取d=140mm。</p><p>　　經(jīng)過(guò)計(jì)算液壓機(jī)頂出缸的內(nèi)徑、活塞

82、桿直徑分別為：D=200mm ；d=140mm。3.4.2 液壓系統(tǒng)流量計(jì)算</p><p>　?。?）主缸所需流量計(jì)算</p><p>　　參考表2.1及主缸的尺寸，對(duì)主缸各個(gè)工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知主缸的快進(jìn)速度為0.08m/s，工進(jìn)速度為0.006m/s，快速回程速度為0.03m/s，主缸內(nèi)徑為320mm，活塞桿直徑為220mm。</p><p><b

83、>　　由流量計(jì)算公式：</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　快進(jìn)時(shí)：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　≈385.8L/min</p><p><b

84、>　　工進(jìn)時(shí)：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　≈28.8L/min</p><p><b>　　快退時(shí)：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　≈76.2L/min&l

85、t;/p><p>　?。?）頂出缸所需流量計(jì)算</p><p>　　參考表2.1及頂出缸的尺寸，對(duì)頂出缸各工況所需流量進(jìn)行計(jì)算。已知頂出缸的頂出速度為0.02m/s，快退速度為0.05m/s，頂出缸內(nèi)徑為200mm，活塞桿直徑為140mm，代入公式（3-4），即：</p><p><b>　　頂出時(shí)：</b></p><p>

86、;<b>　　=</b></p><p>　　≈37.8L/min</p><p><b>　　快退時(shí)：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=48L/min</b></p><p>　?。?

87、）液壓泵額定壓力、流量計(jì)算及泵的規(guī)格選擇</p><p><b>　　1）泵工作壓力確定</b></p><p>　　實(shí)際工作過(guò)程中，液壓油在進(jìn)油路中有一定的壓力損失，因此在計(jì)算泵的工作時(shí)必須考慮壓力損失。泵的工作壓力計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>&l

88、t;b>　　式中：</b></p><p>　　Pp—液壓泵最大工作壓力；</p><p>　　P1—執(zhí)行部件的最大工作壓力；</p><p>　　—進(jìn)油路中的壓力損失，對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，取0.2～0.5MPa，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，取0.5～1.5MPa。</p><p>　　本液壓機(jī)執(zhí)行部件的最大工作壓力P1=25MPa，進(jìn)油路中

89、的壓力損失，取=0.5MPa。代入公式（3.5）可求得泵的工作壓力。</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　通過(guò)計(jì)算，泵的工作壓力Pp=25.5MPa。該壓力是系統(tǒng)的靜壓力，而系統(tǒng)在各種工礦的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力有時(shí)會(huì)超過(guò)靜壓力。此外，為了延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)必須有一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此在選取泵的額定工作壓力Pn時(shí)

90、，應(yīng)滿足，取Pp=1.25。</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　Pn = 1.25Pp=1.25x25.5MPa≈31.9MPa</p><p>　　2）液壓泵最大流量計(jì)算</p><p>　　通過(guò)對(duì)液壓缸所需流量的計(jì)算，以及各自的運(yùn)動(dòng)循環(huán)原理，泵的最大流量可由公式(3-6)計(jì)算得到。<

91、/p><p><b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—液壓泵的最大流量；</p><p>　　KL—液壓系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取KL=1.1～1.3，取KL=1.2；</p><p>　　—同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最

92、大值。如果這時(shí)溢流閥正處于溢流狀態(tài)，還應(yīng)加上溢流閥的最小溢流量。</p><p>　　將參數(shù)代入公式（3-6）中，即：</p><p><b>　　≈463L/min</b></p><p><b>　　3）液壓泵規(guī)格選擇</b></p><p>　　查表5-17 [1]，根據(jù)泵的額定壓力，選取液壓

93、泵的型號(hào)為：250YCY14-1B。</p><p><b>　　基本參數(shù)如下：</b></p><p>　　排量：250mm/r ； 額定壓力：32MPa ；</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速：1000r/min ； 容積效率：92% ；</p><p><b>　　4）泵的流量驗(yàn)算：

94、</b></p><p>　　由液壓泵的基本參數(shù)可知泵每分鐘排量=160ml/r×1000r/min=250L/min，而泵實(shí)際所需的最大流量=463L/min，液壓機(jī)出現(xiàn)供油不足，快進(jìn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為了滿足液壓機(jī)的正常快進(jìn)，必須在液壓系統(tǒng)中設(shè)置補(bǔ)油油箱。</p><p>　　3.4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　液壓機(jī)的執(zhí)行件有兩個(gè)，即：

95、主缸和頂出缸。主缸和頂出缸各自工況的快進(jìn)、工進(jìn)、回程速度又不盡相同，這樣對(duì)功率的消耗也不同。電動(dòng)機(jī)額定功率的確定必須根據(jù)消耗功率最大的工況來(lái)確定，因此要分別計(jì)算主缸、頂出缸各工況消耗的功率。功率計(jì)算公式如下：</p><p>　　P= (3-7)</p><p><b>　　式中：</b></p><p

96、>　　P-電動(dòng)機(jī)額定功率；</p><p>　　Pp-液壓泵的工作壓力；</p><p><b>　　-液壓泵的流量；</b></p><p>　　η-液壓泵的總效率，取η=0.7。</p><p>　?。?）主缸各工況功率計(jì)算</p><p><b>　　1）快進(jìn)功率</b

97、></p><p>　　主缸滑塊快進(jìn)時(shí)，在自重作用下速度比較快，而液壓泵此時(shí)的輸出油量不能滿足滑塊的快速下行?？爝M(jìn)時(shí)的負(fù)載很小，只有活塞與缸筒、導(dǎo)柱與滑塊之間的摩擦負(fù)載，這樣泵的出口壓力也很小，消耗的功率不會(huì)很大。</p><p><b>　　2）工進(jìn)功率</b></p><p>　　由主缸負(fù)載循環(huán)圖3.2可及，工進(jìn)時(shí)主缸最大負(fù)載為250

98、0KN，無(wú)桿腔面積A=≈0.08㎡，進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa，則液壓泵的壓力Pp由公式（3-8）計(jì)算。</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　即：</b></p><p>　　將、=28.8L/min、η=0.7代入公式（3-7）中，求得工進(jìn)功率為：</p>&

99、lt;p><b>　　3）快退功率</b></p><p>　　由圖3.2可知，快退負(fù)載為500KN,，取進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa，代入公式（3-8），求得泵的壓力。</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　將、=76.2L/min、η=0.7代入公式（3-7）中，求得快退功率即為：&

100、lt;/p><p>　?。?）頂出缸各工況功率計(jì)算</p><p><b>　　1）頂出功率</b></p><p>　　由頂出缸負(fù)載循環(huán)圖3.4可及，頂出時(shí)主缸最大負(fù)載為400KN，無(wú)桿腔面積A=≈0.032㎡，進(jìn)油回路壓力損失取P=0.5MPa，那么液壓泵的壓力Pp可由公式（3-8）計(jì)算。</p><p><b&g

101、t;　　即：</b></p><p>　　將、=37.8L/min、η=0.7代入公式（3.、-7）中，求得工進(jìn)功率即為：</p><p><b>　　2）回程功率</b></p><p>　　頂出缸回程時(shí)，負(fù)載只有活塞與缸筒間的摩擦負(fù)載。負(fù)載大小應(yīng)該比頂出時(shí)的負(fù)載要小很多，這樣回程消耗的功率也比頂出時(shí)消耗的功率要小，因此，回程功率

102、計(jì)算從略。</p><p>　?。?）電動(dòng)機(jī)額定功率及型號(hào)的確定</p><p>　　電動(dòng)機(jī)額定功率的確定，應(yīng)依據(jù)消耗功率最大的工況。比較主缸、頂出缸各工況所需要的功率，主缸快退時(shí)的功率最大，為17.6KW。</p><p>　　查表12-1 [2]，選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：Y180M-4。</p><p>　　其它技術(shù)參數(shù)為：額定功率：18.5K

103、W ； 滿載轉(zhuǎn)速：1470r/min 。</p><p>　　3.4.4 液壓元件的選擇</p><p>　　表3-4 液壓元件明細(xì)</p><p>　　液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和聯(lián)軸器。液壓機(jī)的液壓泵裝置采用旁置式的安裝方式。 </p><p>　　電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接方式有法蘭式、支架式、支架法蘭式。電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接

104、方式采用支架式。為了防止安裝時(shí)同軸度誤差的影響，聯(lián)軸器選用彈性聯(lián)軸器。</p><p>　　4 液壓機(jī)零部件設(shè)計(jì) </p><p><b>　　4.1 立柱設(shè)計(jì) </b></p><p>　　液壓機(jī)的最大負(fù)載約為2500kN，通過(guò)力傳遞后，最后由四根立柱承受2500kN的拉力，作用在每根立柱上的拉力為負(fù)載的1/4，即625kN。 </p&

105、gt;<p>　　F-負(fù)載 T-導(dǎo)柱拉力</p><p>　　圖4-1 橫梁、導(dǎo)柱受力圖</p><p>　　立柱的安全直徑D，可由許用拉應(yīng)力公式(4-1)計(jì)算。</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p><b>　　式中：</b></p>&l

106、t;p>　　—許用應(yīng)力；取45鋼=80～100MPa；</p><p><b>　　F—軸向拉力；</b></p><p><b>　　A—橫截面積。</b></p><p>　　即： </p><p>　　圓整后取導(dǎo)柱直徑D=100mm，為了防止四根導(dǎo)柱因

107、瞬間的受力不均而被破壞，導(dǎo)柱直徑可適當(dāng)加大，取D=110mm。</p><p>　　由工作臺(tái)有效尺寸已知：左右1100×前后1100mm, 取立柱中心距（左右）B=1310mm。</p><p>　　立柱在工作過(guò)程中的主要受力如圖4-1所示。因此材料必須具備較高的抗拉強(qiáng)度。立柱材料選擇45鋼。立柱除了承受拉力之外，外圓柱表面與滑塊之間還存在摩擦力。為了減少立柱表面的磨損，通過(guò)表面

108、熱處理提高表面硬度增加表面耐摩性?？偟臒崽幚砉に嚍檎{(diào)質(zhì)和表面淬火。</p><p>　　4.2 上橫梁設(shè)計(jì) </p><p>　　上橫梁位于立柱上部，用于安裝主缸，承受主缸的反作用力。 </p><p>　　材料選擇：采用ZG270-500鑄鋼件。 </p><p>　　熱處理要求：必須進(jìn)行必要的內(nèi)處理，消除其內(nèi)應(yīng)力。 </p>

109、<p>　　由《中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算——主機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算》可知： </p><p>　　上橫梁的高度=（0.4~0.7）B=524~917(mm) </p><p>　　確定上橫梁的長(zhǎng)、寬、高尺寸分別為1600、1400、600mm，截面為矩形。 </p><p><b>　　理論計(jì)算校核： </b></p><p

110、>　　橫梁受力可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁,中間受載的情形，如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 橫梁滑塊受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　由《中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算——主機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算》可知：</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p><b>　　其中： </b></p&

111、gt;<p>　　P—公稱壓力（N） </p><p>　　B—立柱中心距（m）</p><p>　　將P=N，B=1.31m代入公式4-2，</p><p>　　初步確定橫梁的長(zhǎng)、寬、高尺寸分別為1600、1400、600mm，截面為矩形。即：在負(fù)載作用下的剪力和彎矩如4-3所示。</p><p>　　圖4-3 (a) 剪力圖

112、 (b) 彎矩圖</p><p>　　由彎矩圖4-3(b)可知，橫梁C點(diǎn)1—1截面彎矩最大，該截面是危險(xiǎn)截面。為了保證橫梁能夠正常工作，必須對(duì)該截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。正應(yīng)力計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><

113、b>　　—最大彎曲正應(yīng)力；</b></p><p><b>　　—最大彎矩；</b></p><p>　　—抗彎截面系數(shù)()。</p><p>　　矩形截面抗彎系數(shù)W計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(4.4)</b></p><p><b&g

114、t;　　式中：</b></p><p><b>　　—矩形截面的寬；</b></p><p><b>　　—矩形截面的高。</b></p><p><b>　　即：</b></p><p>　　鑄鋼ZG270-500的彎曲許用應(yīng)力[]=60MPa，而橫梁的最大彎曲應(yīng)

115、力=9.7MPa，遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，經(jīng)過(guò)校核，設(shè)計(jì)尺寸滿足要求。</p><p>　　4.3 主機(jī)工作臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p>　　工作臺(tái)承受液壓機(jī)總噸位。工作時(shí)壓力通過(guò)模具作用于制件，由于大多數(shù)的制件和模具有對(duì)稱的形狀，并且模具應(yīng)居中安裝，因此可以認(rèn)為工作臺(tái)是一個(gè)中間部分承受均布載荷的梁，如圖4-4。</p><p>　　圖4-4工作臺(tái)受力分析與彎矩圖</

116、p><p>　　材料選擇：工作臺(tái)主要受壓，材料選用鑄鋼ZG270-500。 </p><p>　　由《中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算——主機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算》可知： </p><p>　　工作臺(tái)的高度=（0.4~0.7）B=545~917(mm) </p><p>　　確定上橫梁的長(zhǎng)、寬、高尺寸分別為1600、1400、700mm。其中心截面處地彎矩為最大彎矩是

117、：</p><p>　　(4-5) </p><p><b>　　其中： </b></p><p>　　P—公稱壓力（N） </p><p>　　B—立柱中心距（m） </p><p>　　—下模與工作臺(tái)接觸面左右寬度，受分布載荷長(zhǎng)度（m），一般取=（0.35~0.6）B。這里取=0.6B

118、。 </p><p>　　將P=N，B=1.31m代入公式4-5，</p><p><b>　　代入公式4-3， </b></p><p><b>　　得，</b></p><p>　　鑄鋼ZG270-500的彎曲許用應(yīng)力[]=60MPa，而橫梁的最大彎曲應(yīng)力=5MPa，遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，

119、經(jīng)過(guò)校核，設(shè)計(jì)尺寸滿足要求。</p><p>　　為了固定模具，一般在工作臺(tái)臺(tái)面上設(shè)有T形槽。由于工作臺(tái)尺寸較大，采用平行布置。</p><p>　　4.4 活動(dòng)橫梁設(shè)計(jì) </p><p>　　活動(dòng)橫梁的主要作用為：與主缸活塞桿聯(lián)接傳遞液壓機(jī)的壓力；通過(guò)導(dǎo)向套沿立柱導(dǎo)向面上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；安裝與固定模具及工具等。因此需要有較好的強(qiáng)度、剛度及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。 </p>

120、;<p>　　由《中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算——主機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算》可知： </p><p>　　上橫梁的高度=（0.3~0.6）B=393~786(mm) </p><p>　　確定上橫梁的長(zhǎng)、寬、高尺寸分別為1600、1400、400mm，截面為矩形。 </p><p>　　活動(dòng)橫梁僅受擠壓及較小的彎曲，因此對(duì)活動(dòng)橫梁的計(jì)算可從略。 </p>

121、<p>　　活動(dòng)橫梁下平面同工作臺(tái)臺(tái)面相同，設(shè)有T形槽。對(duì)T形槽的要求及其尺寸與工作臺(tái)要求相同。 </p><p>　　采用ZG270-500鑄鋼件。</p><p>　　4.5 控制臺(tái)設(shè)計(jì) </p><p>　　材料選擇：控制臺(tái)主要用于安裝控制按鈕，強(qiáng)度要求不是很高，滿足使用要求即可，控制臺(tái)底座和支柱材料選用碳素鋼Q235A，其它采用不銹鋼面板。 <

122、;/p><p>　　加工工藝：控制臺(tái)采用焊接方式。 </p><p>　　外形設(shè)計(jì)：應(yīng)考慮操作方便及美觀。</p><p>　　4.6 液壓機(jī)主缸的設(shè)計(jì) </p><p>　　4.6.1 主缸缸體材料的選擇 </p><p>　　液壓缸的制造材料一般有鍛鋼、鑄鋼、高強(qiáng)度鑄鐵、灰鑄鐵、無(wú)縫鋼管等。對(duì)于負(fù)載大的機(jī)械設(shè)備缸體材料